[发明专利]一种环氧化丁基橡胶的制备方法

说明书

本发明公开了一种环氧化丁基橡胶的制备方法，属于化工技术领域。一定温度下，将丁基橡胶与环氧化试剂反应，将所得产物用碱液中和，絮凝。本发明方法实现了丁基橡胶的环氧化，且环氧化程度可控，解决了现有技术中丁基橡胶环氧化程度不高或环氧化试剂高成本的问题。通过本方法制备的环氧丁基橡胶具有良好的相容性和气密性，具有良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及化工技术领域，更具体的说是涉及一种环氧化丁基橡胶的制备方法。

背景技术

丁基橡胶简称为IIR。丁基橡胶是以异丁烯为主体和少量异戊二烯首尾结合的线形高分子。由于聚合物中只含有少量异戊二烯，所以丁基橡胶的不饱和度较低，一般为0.5％-3.3％。丁基橡胶的气密性极佳，为所有橡胶之首。在40℃时，丁基橡胶的透气率约为天然橡胶的1/20，顺丁橡胶的1/50，丁苯橡胶的1/8，乙丙橡胶的1/13。这是丁基橡胶最重要的基本性能之一，它决定了丁基橡胶在轮胎、气密层、医药用胶塞等方面的主要用途。但丁基橡胶也有缺点，丁基橡胶互粘性差，须借助于增粘剂、增粘层改善与其它橡胶的粘合，且粘合力较低；并且由于异戊二烯量少，其硫化速度较低，与天然橡胶等高不饱和橡胶相比，其硫化速度慢3倍左右，需要高温或长时间硫化。

为解决该问题，探索绿色有效的改性丁基橡胶策略具有重要意义。在文献报道中，在丁基橡胶大分子上改性、加入新的官能团是一种优秀的思路。在诸多改性方法中，环氧化因其独特性受到了很多关注。环氧化反应是指在化合物碳碳双键两端碳原子间加上一原子氧形成三元环的氧化反应。环氧化橡胶在保持橡胶主要基本结构和基本性能的基础上，分子极性和分子间相互作用力大大加强，和基础橡胶相比表现出一些更佳的性能，如更高的抗湿滑性、气密性、耐油性，优异的粘合性和相容性。此外，环氧基团可以与氨基、酸酐等发生反应，可以利用环氧基团实现环氧化橡胶的交联。

在目前有关丁基橡胶环氧化的文献报导中，有两种可以实现丁基橡胶环氧化的方法。一种是在有机溶剂的均相体系中，使用可溶于有机溶剂的过氧酸与丁基橡胶反应，从而实现丁基橡胶环氧化。在相关文献中(Puskas J E,Wilds C.Kinetics of theEpoxidation of Butyl Rubber；Development of a High Precision Analytical Methodfor Unsaturation Measurement[J].Rubber Chemistry and Technology,1994,67(2):329-341.)通过使用间氯过氧苯甲酸与丁基橡胶环氧化反应，实现了丁基橡胶中异戊二烯单元的环氧化，作者以此作为定量测定丁基橡胶中异戊二烯单元含量的有效方法。均相体系合成环氧化丁基橡胶的优点是其反应速率快，易很快达到较高的环氧化度。但是其缺点是间氯过氧苯甲酸的价格高昂，并且其从有机溶剂中的脱除需要较长的时间，从经济层面很难实现工业化应用。双氧水/甲酸体系是另一种使不饱和橡胶环氧化的方法。双氧水由于其价格低廉，生产方法简单，因此被视为一种理想的环氧化试剂。使用双氧水/甲酸体系可将天然橡胶环氧化，但很难实现完全环氧化，在相关的文献报道中(杨科珂,李瑞霞,吴大诚.环氧化天然橡胶的合成与表征[J].四川大学学报:自然科学版(1):82-86.)，最高环氧化度只能做到35％，且达到该环氧化度时会有副反应产生，这说明使用该体系合成高环氧化度的橡胶并且控制较少的副反应发生具有一定的难度。丁基橡胶的不饱和度低，可反应的异戊二烯单元(不饱和位点)很少，使得使用双氧水/甲酸体系环氧化丁基橡胶变得十分困难。在相关的报道中(CN201810085211.8)，使用双氧水/甲酸体系最高只能合成环氧化度为7.4％的环氧化丁基橡胶。然而环氧化度低的丁基橡胶由于环氧基团少，很难利用环氧基团实现交联与性能的改进提升，因此该专利并不具备实际的应用价值，这也体现了使用双氧水/甲酸体系制备环氧化丁基橡胶十分困难。

因此，如何提供一种简易的、可工业化生产环氧化度可控或完全环氧化的丁基橡胶的制备方法是本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容