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隨著合成橡膠制品行業(yè)的高速發(fā)展，以及對(duì)橡膠結(jié)構(gòu)與性能間相互關(guān)系的不斷深入研究，合成具有特定結(jié)構(gòu)且具有更佳綜合性能的合成橡膠產(chǎn)品成為未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。日前，業(yè)內(nèi)資深專(zhuān)家、中國(guó)石油石油化工研究院燕鵬華博士圍繞星形支化合成橡膠科研熱點(diǎn)和用途，暢談了國(guó)內(nèi)在該領(lǐng)域所取得的進(jìn)展以及未來(lái)應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)研發(fā)的技術(shù)方向。
性能提升是研究熱點(diǎn)
“星形支化結(jié)構(gòu)，賦予合成橡膠獨(dú)特三維形狀和高度支化結(jié)構(gòu)。相對(duì)于線性結(jié)構(gòu)合成橡膠，星形支化合成橡膠有更低的溶液黏度和本體黏度，應(yīng)力松弛更快和對(duì)剪切不敏感等特性。因此，研究星形支化的合成橡膠技術(shù)及產(chǎn)品以及加工應(yīng)用性能成為聚合物研究的熱點(diǎn)之一。”燕鵬華介紹說(shuō)，隨著聚合理論研究的不斷深入及聚合技術(shù)的不斷改進(jìn)，研究人員可以從結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系出發(fā)，對(duì)目標(biāo)聚合物的結(jié)構(gòu)、組成、相對(duì)分子質(zhì)量及其分布等進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)。
星形支化聚合物的優(yōu)勢(shì)主要在于其流變性能、加工性能和力學(xué)性能。目前，星形支化橡膠合成主要采用先臂后核法、先核后臂法和核臂同時(shí)法制得，不同方法各有自身特點(diǎn)，產(chǎn)品性能相差很大。
燕鵬華強(qiáng)調(diào)：“對(duì)比不同的合成工藝，星形支化技術(shù)以苯乙烯—異戊二烯等共聚物為支化劑前驅(qū)體，原料與現(xiàn)有橡膠和聚烯烴工業(yè)一致，來(lái)源廣泛，成本低，是比較合理和簡(jiǎn)便的方法。在后續(xù)新技術(shù)及新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中，要結(jié)合現(xiàn)有橡膠和烯烴工業(yè)的主體原料，如苯乙烯、異戊二烯、丁二烯等共軛烯烴，設(shè)計(jì)合成新的支化劑，不僅有助于開(kāi)發(fā)新的支化技術(shù)，而且可以為化工產(chǎn)業(yè)整體優(yōu)化布局提供支撐。”
多家高校積極探索
近年來(lái)國(guó)內(nèi)星形支化合成橡膠領(lǐng)域的研究比較活躍，眾多科研院所和高校都在針對(duì)星形支化技術(shù)開(kāi)展制備工藝與加工應(yīng)用技術(shù)研究。
“星形支化合成橡膠合成配方中，反應(yīng)體系基本一致，但是偶聯(lián)劑（支化劑）的種類(lèi)和活性不同。”燕鵬華介紹說(shuō)，中國(guó)石油石油化工研究院和大連理工大學(xué)合作對(duì)星型低順式聚丁二烯橡膠的合成及反應(yīng)動(dòng)力學(xué)、性能進(jìn)行了系統(tǒng)研究。他們以環(huán)己烷為溶劑，正丁基鋰為引發(fā)劑，四氯化硅為偶聯(lián)劑，合成了一系列星形低順式聚丁二烯橡膠，具有低凝膠含量、低門(mén)尼黏度和低膠液黏度，產(chǎn)品性能可與國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品相媲美。
北京化工大學(xué)和北京石油化工學(xué)院的研究人員在支化異丁烯聚合物方面開(kāi)展了大量的研究工作，取得了豐富研究成果。他們采用先臂后核法，先合成線形丁基橡膠，再利用二乙烯基苯進(jìn)行偶聯(lián)，得到星形支化丁基橡膠。還有研究者以二乙烯基苯做為支化劑，利用典型的正離子聚合來(lái)制備低凝膠含量的星形支化丁基橡膠。
燕鵬華表示，相對(duì)于線性聚異戊二烯，星形支化聚異戊二烯在保持低的熔體和溶液黏度的同時(shí)得到高相對(duì)分子質(zhì)量的聚合物，兼顧其物理機(jī)械性能和加工性能。如有科學(xué)家采用活性陰離子聚合技術(shù)，以環(huán)己烷為溶劑，正丁基鋰為引發(fā)劑，異戊二烯為單體，合成了線性的聚異戊二烯鋰，并利用甲基三氯化硅偶聯(lián)制備了星形3臂的聚異戊二烯。
重要領(lǐng)域獲得突破
星形支化合成橡膠改善了加工應(yīng)用性能，降低了加工能耗，對(duì)環(huán)境保護(hù)也有一定貢獻(xiàn)。經(jīng)過(guò)國(guó)內(nèi)科研單位、高校的大力攻關(guān)，我國(guó)該領(lǐng)域取得了一些重要的突破和成果。
據(jù)燕鵬華介紹，以星形支化丁基橡膠為例，其在未硫化膠強(qiáng)度、應(yīng)力松弛和擠壓特性等方面都有明顯的優(yōu)勢(shì)，比普通丁基橡膠更易于加工，在輪胎內(nèi)胎和密封材料中的應(yīng)用有不可替代的優(yōu)勢(shì)。我國(guó)自主開(kāi)發(fā)的星形支化丁基橡膠具有獨(dú)特的三維形狀以及高的支化結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)出優(yōu)良的粘彈性能，從而改善了丁基橡膠的加工性能。此外，星形支化聚異丁烯含有相對(duì)分子質(zhì)量高的星形支化結(jié)構(gòu)和相對(duì)分子質(zhì)量低的線型分支結(jié)構(gòu)，獨(dú)特的三維形體、高支化結(jié)構(gòu)和優(yōu)良的黏彈性能，賦予了星形支化丁基橡膠不冷流、不塌陷的特點(diǎn)，而且其強(qiáng)度和硬度均高于普通橡膠，極大改善了它的加工性能。
“隨著輪胎行業(yè)的迅速發(fā)展，溶聚丁苯橡膠在兼顧性能和成本優(yōu)勢(shì)的前提下逐漸成為輪胎橡膠原料首選用膠之一，星形溶聚丁苯橡膠的共沉膠更是制備綠色輪胎的理想材料。”燕鵬華介紹，星形支化聚異丁烯加工性能得到改善，應(yīng)用更加便捷；星形支化的氯醚橡膠加工性能改善，具有優(yōu)良的耐熱性、耐油性和耐候性，可應(yīng)用于交通運(yùn)輸、電子電器、航空航天等領(lǐng)域；星形支化聚異戊二烯突破了線性結(jié)構(gòu)的限制，與天然橡膠更加類(lèi)似，在天然橡膠替代方面更具優(yōu)勢(shì)。這些都是該領(lǐng)域頗有價(jià)值的研究對(duì)象。
