橡胶原材料之通用合成橡胶（SBR)
2．丁苯橡胶SBR
丁苯橡胶是*早的工业化的合成橡胶。1933年德国I.G..Farben公司采用乙炔合成路线首先研制出乳液聚合丁苯橡胶（简称乳聚丁苯橡胶），并于1937年开始工业化生产，商品名为Buna S。美国则以石油为原料，于1942年生产了丁苯橡胶，称为GR-S。俄罗斯于1949年也开始了丁苯橡胶的生产。以上均是高温（50℃）下的共聚物，称为高温丁苯橡胶。
目前，丁苯橡胶（包括胶乳）的产量约占整个合成橡胶生产量的55%，约占天然橡胶和合成橡胶总产量的34%。在合成橡胶中，丁苯橡胶仍是产量和消耗量*大的胶种。
(1)丁苯橡胶的分类品种
丁苯橡胶品种很多，通常根据聚合方法和条件、填料品种、苯乙烯单体含量不同进行分类。见表1-6。
①按聚合方法和条件分 根据聚合方法不同可以分为乳液聚丁苯橡胶和溶液聚合丁苯橡胶；而乳液聚合丁苯橡胶又可以分为高温乳液聚合丁苯橡胶和低温乳液聚合丁苯橡胶，后者应用较广，而前者趋于淘汰。
②按填料品种分 可以分为充炭黑丁苯橡胶、充油丁苯橡胶和充炭黑充油丁苯橡胶。
③按苯乙烯含量分 丁苯橡胶-10、丁苯橡胶-30、丁苯橡胶-50等，其中数字为苯乙烯聚合时的含量（质量），*常用的是丁苯-30。
(2)丁苯橡胶的结构
丁苯橡胶是以丁二烯与苯乙烯为单体，在乳液或溶液中经催化共聚得到的高聚物弹性体，其结构为
式中x,y,z分别表示丁二烯加成的1，4－结构，1，2－结构和苯乙烯加成结构的链接数目。
表1-6 乳聚丁苯橡胶的主要品种及特点
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品种 |
特 点 |
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高温丁苯橡胶 （1000系列） |
聚合度较低，凝胶含量大，支链较多，性能较差 |
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低温丁苯橡胶 （1500系列） |
聚合度较高，相对分子质量分布比天然橡胶稍窄，凝胶含量较少，支化度较低，性能较高。 其中1500使代表性品种，交工性能几物理机械性能均较好，可用与轮胎胎面胶合工业制品等。1502为非污染的品种，1507为低黏度的品种，可用于传递成型（移模法）和注压成型。 |
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低温充炭黑丁苯橡胶 （1600系列） |
将一定量炭黑分散到低温丁苯胶乳中，并可加油14份或14份以下，经共凝聚制得。可缩短混炼时间，加工性能良好，物理机械性能稳定，抗撕裂，耐屈桡性能得到改善。 |
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低温充由丁苯橡胶 （1700系列）
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将乳状非挥发的坏烷油或芳香油（15份，25份，37.5份或50份）掺入聚合度较高的丁苯胶乳中，经凝聚制得。加工性能好，多次变形下生热小，耐寒性提高，成本低。1712为充高芳烃油37.5份，1778为充环烷油37.5份得品种 |
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低温充油充炭黑丁苯橡胶（1800系列） |
充一定量炭黑，并充油14份以上者。缩短混炼时间，炼焦时生热小，胶烧危险性小，压延，压出性能好，硫化胶综合性能好。
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高苯乙烯丁苯橡胶 |
将含70%以上得高苯乙烯树脂于含23.5%苯乙烯得丁苯橡胶乳液状混合，经过凝聚制得。苯乙烯含量为50—60%，使用于耐磨和硬度高得制品，且耐酸碱。但弹性差，长久变形大。 |
丁苯橡胶分子结构的不规整性，首先表现在丁二烯和苯乙烯两种单体在分子链内的结合顺序油很多中形式，既有两种单体的相间排列，又有一种单体数目不整的连续排列。其中丁二烯有顺序-1，4、反式-1，4和1，2三种加成结构。丁二烯的各种结构含量随聚合条件的变化有很大不同，表1-7对不同类型的丁苯橡胶的结构特征作了对比。
表1-7不同类型丁苯橡胶的结构特征
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SBR类型 |
宏观结构 |
微观结构 |
||||||
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歧化 |
凝胶 |
n×104 |
w/ n |
苯乙烯/% |
丁二烯顺式/% |
丁二烯反式/% |
乙烯基 /% |
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乳聚高温丁苯 乳聚低温丁苯 溶聚无规丁苯 |
大量 中等 较少 |
多 少量 — |
10 10 15 |
7.5 4~6 1.5~2.0 |
23.4 23.5 25 |
16.6 9.5 24 |
46.3 55 31 |
13.7 12 20 |
从表1－10可知，低温乳聚丁苯橡胶的主体结构为反式-1，4结构，结构类型的单一性较强。这是低温丁苯橡胶性能优于高温丁苯橡胶的重要原因之一。
低温乳聚丁苯橡胶有如下结构特点：
①因分子结构不规整，在拉伸和冷冻条件下不能结晶，为非结晶性橡胶。
②与天然橡胶一样，也为不饱和碳链橡胶。但与天然橡胶相比，双键数目较少，且不存在甲基侧基及基推电子作用，双键的活性也较低。
③分子主键上引人了庞大苯基侧基，并存在丁二烯－1，2结构形成的乙烯侧基，因此空间位阻大，分子链的柔性较紧。
④平均相对分子质量较低，相对分子质量分布较窄。
(3)低温乳聚丁苯橡胶的物理性质
低温乳聚丁苯橡胶为浅褐色或白色（非污染型）弹性体，微有苯乙烯气味，杂质少，质量较稳定。其密度因生胶中苯乙烯含量不同而异：如丁苯-10的密度为0.919g /cm3，丁苯-30为0.944g /cm3，能溶于汽油、苯、甲苯、氯仿等有机溶剂中。
(4)低温丁苯橡胶的物理机械性能
①由于是不饱和橡胶，因此可用硫黄硫化，与天然顺丁等通用橡胶的并用性能好。但因不饱和程度比天然橡胶低，因此硫化速度较慢，而加工**性提高，表现为不易焦烧、不易过硫、硫化平坦性好。
②由于分子结构较紧，特别是庞大苯基侧基的引入，使分子间力加大，所以其硫化胶比天然橡胶有更好的耐磨性、耐透气性，但也导致弹性、耐寒性、耐撕裂性（尤其使耐热撕裂性）差，多次变形下生热大，滞后损失大，耐屈桡龟裂性差（指屈桡龟裂发生后的裂口增长速度快）。
③由于使碳链胶，取代基属非极性基范畴，因此是菲极性橡胶，耐油性和耐非极性溶剂性差。但由于结构较紧密，所以耐油性和耐非极性溶剂性、耐化学腐蚀性/耐水性均比天然橡胶好。又因含杂质少，所以电绝缘性也比天然橡胶稍好。
④由于是非结晶橡胶，因此无自补强性，纯胶硫化胶的拉伸强度很低，只有2~5MPa。必须经高活性补强剂补强后才有使用价值，其炭黑补强硫化胶的拉伸强度可 达25~28MPa。
⑤由于聚合时控制了相对分子质量在较低范围，大部分低温乳聚丁苯橡胶的初始门尼黏度值较低，在50~60左右，因此可不经塑炼，直接混炼。但由于分子链柔性较差，相对分子质量分布较窄，缺少低分子级分的增塑作用，因此加工性能较差。表现在混炼时，对配合剂的湿润能力差，温升高，设备负荷大；压出操作较困难，半成品收缩率或膨胀率大；成型贴合时自黏性差等。
(5)溶聚丁苯橡胶
溶聚丁苯橡胶(S-SBR)是以丁二烯、苯乙烯为单体，烷基锂为催化剂，在有机溶剂中进行阴离子共聚的产物。由于聚合条件的不同，可使苯乙烯和丁二烯的结合方式不同，分为无规型、嵌段并存型三大类。无规型为通用型溶聚丁苯橡胶，可用 于轮胎、鞋类和工业橡胶制品；嵌段型 和无规型属热塑性弹性体；无规型与嵌段并存型是新型溶聚丁苯橡胶，乙烯基含量高，其特点是滚动阻力小，且抗湿滑性小。此外，还有发、以充油、充炭黑溶聚丁苯橡胶，以及反式-1，4-丁苯橡胶和锡偶联溶聚丁苯橡胶等特殊品种。
无规型溶聚丁苯橡胶与低温乳聚丁苯橡胶相比，其橡胶烃含量较高，支链少，相对分子质量分布较窄，而且在微观结构上丁二烯的顺式-1，4结构、1，2结构含量比例增多，反式-1，4结构比例减少。因此这种无规型的溶聚丁苯橡胶，适于填充大量的炭黑，硫化胶的耐磨性好，弹性、耐寒性、长久变形等都介于低温乳聚丁苯橡胶之间，故适用于轮胎生产。
丁苯橡胶是合成橡胶的老产品，品种齐全，应用广泛，加工技术比较成熟。大部分丁苯橡胶用于轮胎工业。其他产品有汽车零件、工业制品、电线和电缆包皮、胶管、胶带和鞋类等。
