[发明专利]负载钛催化剂溶液法合成反式-1,4-聚异戊二烯提高橡胶动态疲劳性能的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种含高纯度TPI具有优异动态疲劳性能的高性能弹性橡胶材料的制备，系 以负载钛催化剂溶液法合成的反式-1,4-聚异戊二烯(TPI)与天然橡胶(NR)、丁苯橡胶(SBR)、 顺丁橡胶(BR)等进行共混、共硫化，属于高弹性材料和橡胶加工技术领域。

背景技术

随着现代工业的飞速发展，铁路机车与汽车车辆的行驶速度越来越快，人们对低噪音与 舒适性的要求也日益提高。其所用的橡胶材料的优点有：弹性模量比金属材料小，可产生较 大的弹性形变；可在大范围内选择不同结构形态的橡胶材料，并随意调整橡胶的加工配方来 控制硬度，满足其刚性与强度的要求；有适当的阻尼，有利于防止使用过程中产生的共振、 噪音现象。但是橡胶材料还具有动态疲劳性能较差的缺点，故提高其耐疲劳性能也是重要的 课题。

人们最早使用的TPI来源于天然杜仲树胶和古塔波胶，但因其提取复杂、提取物较少而 销售价格昂贵，因此应用范围较窄。随着Ziegler-Natta催化剂的出现，合成TPI得以实现。 TPI的熔点约60℃，与橡胶相比，具有优良的热塑性；与塑料相比，熔点低、结晶能力低， 因此又表现出优异的加工性能。根据交联度的不同，TPI呈热塑性、热弹性和高弹性状态， 未交联的TPI用于高尔夫球壳、海底电缆、医用夹板等领域；低交联度的TPI用于形状记忆 材料；而高交联度的TPI呈现高弹性，与橡胶共混后，不仅可以降低橡胶的动态生热，还能 提高橡胶的耐疲劳性能，是一种理想的高性能弹性橡胶材料。

目前合成TPI的主要催化剂有钒体系、钛体系和钒-钛体系催化剂，这些催化剂存在催化 效率低与定向性差的缺点，而负载型钛催化剂的催化效率与定向性较高，采用负载钛催化剂 合成TPI的反式结构含量可达98％以上。国内合成TPI主要是采用本体聚合方法，不仅生产 时所需的聚合时间较长，且产品中金属催化剂的残留含量较多。本发明采用负载钛催化剂溶 液法合成TPI，不仅聚合时间大大缩短，且聚合产物经过后处理过程，其金属催化剂的残留 含量极低，因此含有高纯度TPI的并用胶的动态疲劳性能更加优异。

将TPI与通用橡胶等共混，可以改善橡胶的力学性能。用作减震制品时，具有合适的阻 尼，以起到牵引、支承和减震作用；用作轮胎制品时，具有较低的生热，以起到降低磨耗和 油耗的作用。除此之外，当TPI用作O型圈、油封、密封垫、密封条等密封制品，支座、护 舷、海绵、空气弹簧等减震制品，包括胶布、胶板、胶辊、胶鞋等制品的生产时，其优异的 动态性能也发挥了极大作用。

发明内容

当今橡胶制品所用的常见材料有NR、SBR、BR等，但是NR等传统材料存在硬度和定 伸应力较低、耐疲劳、耐磨耗和耐热氧老化性能较差的问题，限制了其在对动态疲劳性能要 求较高的场合下使用。TPI由于具有分子链柔顺、常温下结晶的特点，显示出高硬度、耐磨 耗性能和耐疲劳性能优异的特点。因此将TPI与NR等材料并用，可以在保持NR等传统材 料原有的高弹性能的同时，进一步提高材料的动态疲劳性能，从而制备出高性能的弹性橡胶 制品。但是TPI/NR并用胶在使用过程中，合成TPI中残留的如Ti、Al等微量金属离子会引 发与加速老化现象的发生，故采用高纯度TPI对于提高TPI/NR并用胶的动态疲劳性能尤为 关键。

本发明的目的是在于，采用负载钛催化剂溶液法合成的高纯度TPI，大幅度地改善了目 前采用的TPI在提高NR等传统材料动态性能方面上的不足。采用高纯度TPI/NR并用胶制成 的橡胶制品，在材料使用过程中更好地避免了微量金属离子对于引发与加速老化现象的发生。 高纯度合成TPI是种在常温下呈现塑料特性的橡胶材料，使用常规的工艺难于加工，所以需 要设计与探索出合适的配方与工艺来加工高纯度TPI及其TPI/NR并用胶。

为了实现上述发明目的，本发明的基本技术构思和内容是，利用高纯度TPI与NR、SBR、 BR等良好的相容性，易于共混加工、且能用普通硫黄硫化体系共硫化成弹性体的特性，制备 出具有拉伸强度高、撕裂强度好、耐疲劳性能优异的材料。其做法是用高纯度TPI取代部分 NR等材料，采用传统的橡胶胶料生产工艺，探索出了合适的加工配方，获得了优异的高弹性 能与动态疲劳性能综合平衡的高性能弹性橡胶材料。