[发明专利]制备高门尼稀土异戊橡胶的催化剂及制法和用于异戊二烯聚合方法

说明书

技术领域

本发明涉及制备高门尼稀土异戊橡胶的催化剂及制法和用于异戊二烯聚合方法。

背景技术

近年来，随着我国和世界范围内汽车工业及高速公路建设的飞速发展，对汽车轮胎的使用要求和需求量不断攀升。众所周知，天然橡胶是轮胎制造的最重要原料之一，而我国大部地处亚热带，天然橡胶资源不足，发展空间有限。同时我国又是天然橡胶消费大国，因此，大力发展合成天然橡胶-稀土异戊橡胶的必要性和紧迫性毋庸置疑。

稀土异戊橡胶性能优良，综合性能仅略差于天然橡胶，不过稀土异戊胶用于轮胎制造则在轮胎滚动阻力、耐磨性和耐寒性等方面优于天然橡胶。但是，异戊橡胶与天然橡胶共同的特征之一是加工降解性。因此，要保证加工后产品有合适的分子量和力学强度，必须制备足够高分子量的异戊橡胶。对于现有的异戊橡胶催化体系而言，无论是锂系、钛系还是稀土体系，所得异戊橡胶的门尼黏度与分子量均有线性的对应关系，即分子量越高、门尼黏度越大。而对于天然橡胶和异戊橡胶必须经过的塑炼及混炼加工步骤而言，加工后橡胶的门尼值下降约10-15，相应的分子量降低20万-50万，所对应的硫化橡胶的各项技术指标不可避免的受到损失。因此，通过选择特定的催化剂制备方法和聚合工艺，在稀土异戊橡胶合成过程中直接合成出高分子量即高门尼值的稀土异戊橡胶，就可避免在加工过程中带来的性能损失，为异戊橡胶的产品应用如制备高性能轮胎提供技术保障。

到目前为止，有关含氟磺酸类稀土催化剂的报道的是关于全氟辛基磺酸稀土金属盐催化氟两相酯化的反应(应用化学，2006.Vol.23No.2，212-214；有机化学，2005，Vol.25，1434～1436)以及利用三氟甲磺酸稀土催化己内酯开环聚合反应(高等学校化学学报2007，Vol.28 No.6.1186～1188)。对于利用三氟甲磺酸钕化合物作为催化剂催化异戊二烯聚合特别是用于制备高门尼异戊橡胶的信息还未见文献或专利报道。

发明内容

本发明提供了制备高门尼稀土异戊橡胶的催化剂及制法和用于异戊二烯聚合方法。

本发明所提供的制备高门尼稀土异戊橡胶的催化剂是由三氟甲磺酸稀土配合物及烷基铝组成，所述的烷基铝与三氟甲磺酸稀土配合物中稀土钕的摩尔比为10～30∶1；

所述的三氟甲磺酸稀土配合物的化学式为：Ln(CF₃SO₃)₃·nX，式中，Ln为稀土钕，X为给电子试剂配体，为亚砜类化合物、呋喃类化合物、胺类化合物或醇类化合物；n为3～5之间整数或非整数；

所述的烷基铝为三烷基铝或烷基氢化铝；所述的烷基铝优选三异丁基铝，所述的烷基氢化铝优选二异丁基氢化铝或二乙基氢化铝；

所述的给电子试剂配体的砜类化合物为二甲基亚砜(DMSO)或二苯基亚砜

所述的给电子试剂配体的呋喃类化合物为四氢呋喃(THF)、2-溴呋喃或2，5-二氯呋喃；优选四氢呋喃(THF)；

所述的给电子试剂配体的胺类化合物为乙胺、二乙胺(C2H5)2NH、三乙胺(C2H5)3NH、正丁胺、乙二胺、环己胺或苯甲胺；优选二乙胺NH(C2H5)2或三乙胺NH(C2H5)3；

所述的给电子试剂配体的醇类化合物为乙醇C₂H₅OH、正戊醇CH₃(CH₂)₄OH或异辛醇C₈H₁₈O。

本发明提供的制备高门尼稀土异戊橡胶的催化剂的制备方法，步骤和条件如下：在氮气保护下，向经干燥处理的催化剂配制器中依次加入三氟甲磺酸稀土配合物和烷基铝，烷基铝与三氟甲磺酸稀土配合物中稀土钕的摩尔比为10～30∶1，于-20～80℃下陈化30分钟～6小时后，得到制备高门尼稀土异戊橡胶的催化剂。该制备高门尼稀土异戊橡胶的催化剂的浓度范围为1.86×10^-4～5.62×10^-4mol/mL。