[发明专利]一类线形偶联结构的含氮/硅氧基官能化SIBR集成橡胶、复合材料及其制备方法

说明书

本发明属于高分子材料技术领域，本发明提出一类线形偶联结构的含氮/硅氧基官能化SIBR集成橡胶及其制备方法。SIBR集成橡胶是由烷基锂引发和线形偶联的含硅氧基/氮基团的1,1‑二苯基乙烯功能性单体与苯乙烯、丁二烯、异戊二烯的四元共聚物，大幅度提升功能基团相对转化率和聚合效率。制备的SIBR集成橡胶具有优异的力学性能、高抓着性能、优异耐摩擦生热能力，还可有效降低轮胎的滚动阻力，为制备具有长寿命、高强度、高耐磨、低滚阻性能和高抓着性能的SIBR集成橡胶提供了可行的解决方案。本发明简单易行，成本低，易工业化，适用面广，具有较好的经济效益和社会效应。

技术领域

本发明属于功能高分子材料技术领域，具体涉及一类线形偶联结构的含氮/硅氧基官能化SIBR集成橡胶、复合材料及其制备方法。

背景技术

胎面胶，作为轮胎与地面直接接触的重要部分，是制备双B级轮胎关键性部件之一。苯乙烯-异戊二烯-丁二烯(SIBR)集成橡胶是在溶聚丁苯橡胶(SSBR)中引入异戊二烯链段制备而成。SIBR一方面克服了传统胎面胶(NR、SSBR和BR的混合胶)机械共混带来的微观上的相分离对疲劳寿命的负面影响，另一方面集良好的低温性能、低滚阻性能和高抓着性能于一身，是迄今为止性能最为全面的二烯烃类合成橡胶，被称为极具市场潜力的新型胎面胶种。

轮胎材料作为一个复杂多相的复合材料，包括生胶、补强、硫化、防老、增塑等多种组分。补强填料与生胶基体间的界面作用以及在生胶基体中分散性的好坏是决定轮胎材料是否具有高模量、高耐磨、长寿命性能的重要因素。在运动过程中，橡胶分子链端的运动能力以及补强填料间的摩擦程度是决定轮胎材料是否具有低滚阻性能和高抓着性能的重要因素。虽然SIBR集成橡胶作为胎面胶使用时解决了传统胎面胶在使用过程中相分离的缺点，具有长寿命性能。但是由于分子链中缺乏极性基团、与补强填料间的仅仅靠物理吸附补强填料形成的少量的结合胶来产生界面作用且补强填料在SIBR基体中的分散性仅仅靠混炼过程中混炼时间决定、限制了SIBR集成橡胶的结构在制备双B级轮胎胎面胶的优势。在SIBR集成橡胶生产过程中，添加官能化试剂制备官能化的SIBR集成橡胶，能够改变SIBR集成橡胶链节终端，显著增强SIBR胶与补强填料间的界面作用，改善补强填料的分散性以及减少填料与填料间的相互作用，从而有效解决SIBR集成橡胶在制备双B级轮胎胎面胶时存在的问题。其中DPE衍生物由于只能与通用单体共聚合而不能自聚合；可基于活性阴离子聚合的方法，实现DPE衍生物在聚合物链上的明确“定性”(function)、准确“定量”(quantity)、精确“定位”(position)，是一种用于SIBR集成橡胶理想的官能化试剂。在“一种含胺基基团的SIBR集成橡胶、集成橡胶复合材料及其制备方法”(申请号：202110419118.8)专利中，发明人使用了胺基DPE作为官能化试剂，制备了链中含胺基的SIBR集成橡胶。但是由于胺基DPE的转化率较低，为实现链中胺基DPE的数量，需要添加多倍的胺基DPE含量，造成了胺基DPE单体的浪费。在“The effect of functionalization inelastomers:Construction of networks”文献中，作者报道了以胺基DPE为官能化试剂，使用“一锅法”制备了双端官能化的SIBR集成橡胶，苯乙烯、异戊二烯、丁二烯在链中均为无规分布。由于随着聚合时间的增长，聚合物分子量逐渐增大会聚合物溶液浓度增大，会降低聚合物活性种与胺基DPE的接触几率，该方法适用于制备引发端官能化的SIBR集成橡胶。再者由于添加的为胺基DPE官能化试剂，主要用于改善炭黑补强填料与SIBR基体间的界面作用，而在当前高性能的轮胎配方中，常常添加两种或两种以上不同种类的补强填料，制备具有多种类基团的官能化SIBR集成橡胶尤为关键。在“无规集成橡胶的制备方法”(申请号：CN201911042958.6)专利中，发明人通过控制混合物料的进料速度、制备了一种苯乙烯单体呈现无规分布且低乙烯基的SIBR集成橡胶。由于苯乙烯在SIBR集成橡胶中呈现无规分布、会影响丁二烯链段、异戊二烯链段结构的规整性(结晶行为)，进而影响SIBR集成橡胶的力学性能。同时由于乙烯基含量较低、造成SIBR集成橡胶抗湿滑性能较差。如何高效制备一种高性能的SIBR集成橡胶，特别是开发一种渐变式序列结构兼具多种官能团种类基础上提进一步提升多种类补强填料在橡胶基体中的分散性，且具有长寿命、高强度、高耐磨、低滚阻性能和高抓着性能的SIBR集成橡胶、复合材料及其制备工艺是本申请拟解决的技术问题。