[发明专利]一种高强度低松弛聚异戊二烯橡胶及其制备方法

说明书

本发明属于橡胶技术领域，具体涉及一种高强度、低松弛的聚异戊二烯橡胶及其制备方法。本发明提供一种改性聚异戊二烯橡胶，所述改性聚异戊二烯橡胶由含有不饱和端基的聚异戊二烯经硫化制得。本发明利用含有不饱和端基的聚异戊二烯橡胶硫化时端基可发生原位交联，利用其局部的官能团高密度和高交联程度，可以形成软硬、大小可调的原位交联纳米粒子或微相。原位交联纳米粒子的形成，一方面增加了交联密度和缠结密度，另一方面通过应变放大效应、纳米粒子形变等进一步增强增韧橡胶。此外原位交联纳米粒子通过共价键与主链连接，克服了无机纳米填料增强橡胶引入弱键导致应力松弛增大的缺陷。

技术领域

本发明属于橡胶技术领域，尤其涉及一种高强度、低松弛的聚异戊二烯橡胶及其制备方法。

背景技术

战略武器装备系统中的功能填充橡胶材料、阻尼衬垫和橡胶结构部件等都需要橡胶材料具有高强度、高韧性和低松弛的特点，但是在橡胶材料中高强度和低松弛性能之间存在显著矛盾。天然橡胶材料具有较高的强度，但是其内部的非胶成分会造成较大的应力松弛。以聚异戊二烯主链为基础的异戊橡胶虽然克服了天然橡胶中非胶成分对应力松弛性能的不利影响，但其强度与天然橡胶有一定差距。一般增强橡胶的方法是进行纳米填料补强，但常用的填料增强体系增强橡胶的同时引入较大的应力松弛因素。因此，发展兼具高强度、低松弛特性的橡胶材料，已成为国内外相关装备发展计划及相关行业领域中亟待突破的关键材料瓶颈问题之一。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种高强度、低松弛的聚异戊二烯橡胶及其制备方法，该聚异戊二烯橡胶带有不饱和端基(包括主链的两端端基，也包括嵌段型端基)，硫化时端基可发生原位交联(位于端基的不饱和键反应性更高，并由于其更刚性的结构或极性差异会部分相分离，导致部分端基与端基之间交联形成纳米粒子或微相)，利用其局部的官能团高密度和高交联程度，可以形成软硬、大小可调的原位交联纳米粒子或微相。原位交联纳米粒子的形成，一方面增加了交联密度和缠结密度，另一方面通过应变放大效应、纳米粒子形变等进一步增强增韧橡胶。此外原位交联纳米粒子通过共价键与主链连接，克服了无机纳米填料增强橡胶引入弱键导致应力松弛增大的缺陷(无机纳米填料与橡胶分子链通过范德华力或弱键结合)。

本发明的技术方案：

本发明要解决的第一个技术问题是提供一种改性聚异戊二烯橡胶，所述改性聚异戊二烯橡胶由含有不饱和端基的聚异戊二烯经硫化制得；所述不饱和端基包括聚异戊二烯主链的两端端基，和也包括嵌段型端基。由于所采用的聚异戊二烯具有不饱和端基，硫化过程中端基可发生原位交联，从而起到了增韧增强的作用，另外，原位交联纳米粒子通过共价键与主链连接，克服了引入无机纳米填料增强橡胶引入弱键导致应力松弛增大的缺陷，即起到了增韧增强同时降低了应力松弛的作用。

进一步，所述含有不饱和端基的聚异戊二烯采用下述方法一制得：

方法一：将功能前体在催化剂的作用下于40～60℃陈化反应30～100min；然后加入异戊二烯，于40～60℃继续反应8h～15h；所得产物经洗涤、干燥后得到含有不饱和端基的聚异戊二烯；

其中，所述的功能前体选自下述物质中的至少一种：

其中，R₁、R₂、R₃、R₄、R₅、R₆、R₇、R₈、R₉、R₁₀、R₁₁、R₁₂和R₁₃为0～20个碳原子的烷基链或者环状结构。

进一步，功能前体与催化剂的摩尔比为：20～50：1，功能前体与异戊二烯的摩尔比为：1：50～500，优选1：100～300。