聚异戊二烯

聚合物

聚异戊二烯（POLYISOPRENE），是异戊二烯（2－甲基-1，3-丁二烯）的聚合物，英文缩写为PI。有4种立构规整结构：其中1，2和3，4结构又各有全同和间同两种立体异构体。工业上重要的是顺-1，4-聚异戊二烯，又称“天然乳胶”，于1958年被发现。

基本信息

中文名称聚异戊二烯

英文别名 POLYISOPRENE, TRANS, AVERAGE MW CA. 410, 000 (GPC);Poly(isoprene), trans, average M.W. 400.000

EINECS 201-143-3

分子式 [CH2CH=C(CH3)CH2]N

分子量

规整结构

英文缩写为PI。它有4种立构规整结构：

其中1，2和3，4结构又各有全同和间同两种立体异构体。自然界只存在两种异构体，即顺-1，4-聚异戊二烯（天然橡胶，三叶胶）和反-1，4-聚异戊二烯（杜仲胶，古塔波胶）。

单体的性质

异戊二烯的分子式是C5H8,结构式如下：

共有两种异构体：S-顺式和S-反式。在常温下主要以反式结构存在(顺反异构化能为1.5千卡/摩尔)。为无色易挥发液体,沸点为34℃；溶于一般烃、醚、醇和酮，不溶于水；有一定毒性。贮存时须加少量抗氧剂如叔丁基邻苯二酚，以防止形成过氧化物发生爆炸。

物理化学性质

密度 0.904 g/mL at 25 °C(lit.)

单体的制备

①萃取法：将石油裂解制备乙烯的副产物 C5馏分用乙腈、二甲基甲酰胺或N－甲基吡咯烷酮萃取,可得纯的异戊二烯,此法已工业化。②脱氢法：将异戊烷脱氢制得。第一步在 540～610℃和微粒铝-铬催化剂作用下脱氢制得异戊烯；第二步将异戊烯在绝热固定床反应器中,于550～650℃和钙-镍磷酸盐型催化剂作用下脱氢，生成异戊二烯。③合成法：工业上可以用乙炔二聚法、异丁烯-甲醛二步法和乙炔-丙酮法合成异戊二烯。

聚异戊二烯的性质　聚异戊二烯的密度约0.90克/厘米3。其玻璃化温度Tg与3,4-（或1,2-）链节的百分含量C有如下的经验关系式：

Tg=-0.74(100-C)

合成的顺-1，4-聚异戊二烯的相对结晶度（以天然橡胶为100）与顺式结构的含量百分数A有关，可用下列经验公式表示：

异戊橡胶的结晶熔融温度取决于链节结构的规整性。稀土异戊橡胶硫化胶的抗拉强度 σb(kgf/cm2)与顺式结构的含量有如下关系：

σb=5.12A-180.6

反-聚异戊二烯在室温下结晶,硬度高, 抗拉强度高。合成异戊橡胶的加工性能和硫化胶的使用性能不如天然橡胶。在合成过程中引入极性基团或在加工时添加结晶聚合物，可改善合成异戊橡胶的性能。

催化体系

顺-1，4-聚异戊二烯的聚合　国际上工业生产一般采用两种催化体系:TiCl4-AlR3组成的齐格勒-纳塔催化体系和丁基锂催化剂。中国还发展了稀土催化体系。

① TiCl4- AlR3体系　工业上常用三异丁基铝(即R为异丁基)。用低沸点烃作溶剂。微量杂质如环戊二烯和羧基化合物对聚合过程和聚合物性质有一定影响。 Al/Ti摩尔比、催化剂配制方法和聚合条件对催化活性和聚合物性质影响显著。常加入第三组分如醚、胺、酮等化合物，以提高催化活性、顺式-1,4结构的含量、分子量、门尼粘度，以及降低凝胶等。顺式-1,4结构的含量可达97%。

② 丁基锂催化剂　特点是聚合物的分子量和分子量分布均可控制；催化剂用量少；但对微量氧、水和一些含氧、含氮化合物非常敏感，因此对原材料的纯度要求非常苛刻。产品中顺式结构的含量不超过93%，性能较钛催化剂生产的橡胶差。因此，又研制了许多改性的锂催化剂。

③ 稀土催化剂　在加氢汽油中用稀土催化剂使异戊二烯聚合，可制得顺式-1,4结构含量达96%的聚合物，其微观结构不易受聚合条件的影响。催化剂用量较钛催化剂少，凝胶含量也较少。

应用

主要用于制造轮胎；其他用途也很广泛，如用于制作鞋靴、机械、医药、体育器材、胶乳（比如安全套）、乳胶（比如乳胶床垫、乳胶枕）及其他工业制品。反式聚异戊二烯可做高尔夫球壳。

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