[发明专利]一种毛刷状多官能化橡胶聚合物及其制备和应用

说明书

本发明涉及一种毛刷状多官能化橡胶聚合物及其制备和应用，通过合成新型的含氮苯乙烯衍生物单体，在与传统的共轭烯烃进行阴离子聚合，依次加入有机溶剂、单体、引发剂，以及控制不同单体的加入顺序以及反应时间，在单体转化完全后，将得到的聚合物活性链和相应的终止剂进行链终止反应。与现有技术相比，本发明聚合物具有分子量可控、分子量分布均匀、具有较多官能度的特点，因此可用在在橡胶轮胎领域内如橡胶偶联剂以及加工用作基体胶料制备高性能橡胶。

技术领域

本发明属于阴离子聚合物技术领域，涉及一种毛刷状多官能化橡胶聚合物及其制备和应用，特别为一种新型“毛刷状”多官能化橡胶聚合物及其制备方法。

背景技术

在聚合物链的两端带有单官能团或双官能团的功能性聚合物又称为遥爪聚合物。活性阴离子聚合制备遥爪聚合物的方法主要有两种：封端剂与阴离子活性种结合法以及官能化引发剂法。封端法是指使用含有官能团的封端剂与聚合物活性阴离子发生封端反应而得到含有特定端基官能团的遥爪聚合物；官能化引发剂法则将官能化基团预先引入引发剂中，使用该含有官能化基团的引发剂引发单体进行聚合，从而得到含有端基官能团的遥爪聚合物。封端反应法是目前最常用的方法，常见的端基如羧基(-COOH)、羟基(-OH)、胺基(-NH₂)和磺酸基(-SO₃H)等。同时，阴离子聚合同样可以制备嵌段类弹性体聚合物，阴离子聚合合成嵌段共聚合物的方法主要有分步加料法、双向增长法和偶联法。由于参与聚合反应的单体可以携带某一种类的官能团，因此可以通过阴离子聚合制备嵌段聚合物的方法来完成多官能团橡胶聚合物的制备。

橡胶工业是国民经济的重要基础产业之一。作为橡胶工业的基本原料，橡胶在受外力作用发生形变时可迅速复原，具有良好的物理性能和化学稳定性，广泛应用于轮胎及胶管、胶带、电缆等。橡胶制品的生产橡胶是一种典型的复合材料，主要组成部分为高弹性橡胶聚合物以及增强填料组成，其中填料在橡胶内的分散不是均一的，而分散不好的颗粒则更会对橡胶产生不良影响，如在轮胎材料中其滚阻与湿滑性能都会有所下降。填料的分散性主要与填料间的相互作用以及填料与聚合物之间的相互作用有关，因此可以通过改善这些相互作用来提高填料的分散性。目前最为有效也最实用的方法是通过合成一种官能化修饰的橡胶聚合物，通过官能团的引入，改善体系间的相互作用从而提高橡胶的性能。

在官能团化橡胶合成制备中，阴离子聚合是一种常用的合成方法，并且由于阴离子聚合无链转移、无终止的特点，又可以得到分子量分布非常窄且分子量可控的橡胶聚合产物。而官能化橡胶聚合物的种类目前主要有“氮胺类”、“硅氧烷类”、“含硫类”以及“金属类”四种官能团。如美国专利US6670471公开了一种由功能化苯乙烯单体和另一个共轭二烯烃组成的橡胶聚合物的合成方法，其功能化苯乙烯的结构式如下：

其中R代表含1至10个碳原子的烷基或氢原子，且其中R¹和R²可相同或不同，并代表氢原子或选自下组的基团：

其中R³基团可以相同或不同，并且代表具有1至约10个碳原子的烷基，芳基，烯丙基和结构式—(CH₂)_y—O—(CH₂)_z—CH₃的烷氧基，其中Z代表含氮杂环化合物，其中R⁴代表选自含1至约10个碳原子的烷基，芳基和烯丙基的成员，其中n，X，y和Z代表1至10整数，R¹和R²不能同时为氢原子。该发明的官能化单体提高了橡胶与通常用于橡胶化合物(如炭黑和二氧化硅)的填料类型的相容性，从而实现了聚合物性能的改善。