[发明专利]异戊二烯基生物功能橡胶及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及橡胶技术领域，尤其是涉及一种异戊二烯基生物功能橡胶及其制备方法。

背景技术

异戊橡胶是由异戊二烯合成的一种橡胶，其在结构、性能方面与天然橡胶相近，具有很好的弹性、耐寒性及高的拉伸强度。因此，异戊橡胶可作为天然橡胶的主要替代品，以解决NR资源紧缺的难题。

异戊橡胶按催化剂体系可分为三类：锂系异戊橡胶、稀土异戊橡胶及钛系异戊橡胶。其中，锂系异戊橡胶作为催化剂合成异戊橡胶的顺式-1,4-结构质量分数达91％～92％。稀土和钛系异戊橡胶的顺式-1,4-结构质量分数均达到95％以上。随着顺式结构含量的增加，异戊橡胶与NR的性能更加接近，纯度更高、质量更均一，因此，稀土和钛系异戊橡胶的性能优于锂系异戊橡胶。

虽然异戊橡胶具有许多优异的性能，但也存在一些不足之处，如在耐油性、气密性、抗湿滑性、滚动阻力性能、与其它高聚物或材料之间的相容性和粘合性、与补强填料之间的相容性等方面的性能还有待提高。为了解决上述问题，廖明义等人对稀土异戊橡胶进行了环氧化改性。环氧化改性的异戊橡胶较改性之前在耐油性、拉伸强度方面有明显的提高。CN102942656B公开了一类含氮功能化稀土异戊橡胶及其制备方法，基于稀土催化体系，通过异戊二烯与含氮原子取代基的苯乙烯衍生物共聚合反应，制备功能化稀土异戊橡。该功能化的异戊橡胶具有较低的滚动阻力，与补强填料具有较好的相容性。

乳液聚合法生产异戊橡胶是以异戊二烯为单体，在水相中用引发剂和乳化剂进行乳液聚合，经过破乳凝聚得到异戊橡胶。用乳液聚合法生产异戊橡胶虽然具有一些优点，如不采用有机溶剂，对环境污染小；聚合反应要求低；操作简单，生产成本低等。但乳液聚合法制备的异戊橡胶结构规整性差，属无规聚合物，力学性能不理想。因此，乳液聚合法并不是制备异戊橡胶的首选方法。

因此，目前迫切需要找到一种新的异戊橡胶的制备方法，其能够解决上述问题，尤其是解决目前异戊橡胶中所存在力学性能差、生物相容性差以及与其它高聚物或材料之间的相容性和粘合性、与补强填料之间的相容性等方面的问题。

发明内容

本发明的目的旨在提供一种异戊二烯基生物功能橡胶及其制备方法。该方法制备出了具有较好力学性能和生物相容性的异戊二烯基生物功能橡胶。

为了解决上述问题，根据本发明的一个方面，提供了一种异戊二烯基生物功能橡胶，采用单体异戊二烯与N-乙烯基吡咯烷酮聚合得到，聚合的方法包括：S1、将去离子水、乳化剂、电解质、单体异戊二烯、N-乙烯基吡咯烷酮以及引发剂依次加入到压力反应釜中，在氮气气氛下，将所述反应釜中的聚合体系加热加压进行预乳化，得到预乳化溶液；S2、将预乳化溶液升温至70℃，反应4～10h，得到反应液；S3、采用氯化钙溶液对反应液进行破乳凝出橡胶；以及S4、将橡胶用去离子水清洗，烘干，得到共聚产物异戊二烯基生物功能橡胶。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种异戊二烯基生物功能橡胶的制备方法，采用单体异戊二烯与N-乙烯基吡咯烷酮作为原料聚合，聚合的方法包括：S1、将去离子水、乳化剂、电解质、单体异戊二烯、N-乙烯基吡咯烷酮以及引发剂依次加入到压力反应釜中，在氮气气氛下，将所述反应釜中的聚合体系加热加压预乳化，得到预乳化溶液；S2、将预乳化溶液继续加热升温反应，得到反应液；S3、采用氯化钙溶液对反应液进行破乳凝出橡胶；以及S4、将橡胶用去离子水清洗，烘干，得到共聚产物异戊二烯基生物功能橡胶。

进一步地，在步骤S1中，将聚合体系加热至30℃并加压至1MPa，预乳化1小时，得到预乳化溶液；在步骤S2中，将预乳化溶液继续加热升温至70℃，反应4～10小时，得到反应液。

进一步地，加入的异戊二烯与N-乙烯基吡咯烷酮单体总质量占聚合体系的质量浓度为50％。

进一步地，N-乙烯基吡咯烷酮与异戊二烯的摩尔比为1:9～1:1。

进一步地，乳化剂为十二烷基苯磺酸钠。

进一步地，十二烷基苯磺酸钠的加入量占单体异戊二烯与N-乙烯基吡咯烷酮的总质量的2％。

进一步地，电解质为氯化钾和磷酸钾的混合物；其中，氯化钾的质量占异戊二烯与N-乙烯基吡咯烷酮单体总质量的0.5％，磷酸钾的质量占异戊二烯与N-乙烯基吡咯烷酮单体总质量的0.2％。

进一步地，引发剂为过硫酸钾，过硫酸钾的加入量占异戊二烯与N-乙烯基吡咯烷酮单体总质量的0.15％～0.5％，优选为0.25％。