[发明专利]一种改性聚异戊二烯橡胶及其制备方法

说明书

本发明属于橡胶领域，涉及一种具有高拉伸强度和优异的耐疲劳性能的改性聚异戊二烯。本发明提供一种改性聚异戊二烯，原料包括含极性组分的聚异戊二烯和第二极性物质，所述第二极性物质为能够与所述含极性组分的聚异戊二烯中的极性组分产生相互作用并诱导分相，形成有序次级结构的物质。本发明采用特定的含有极性组分的聚异戊二烯与特定的极性小分子物质共混时，两者共同创造端基稳定聚集体，由于能够形成有序次级结构，从而能更好地发挥端基稳定相地优势，实现了更强的综合性能的提升，制得了拉伸强度超过26MPa，最高达到30MPa；耐疲劳性能超过84％，最高达到94％的改性聚异戊二烯橡胶。

技术领域

本发明属于橡胶技术领域，尤其涉及一种利用异戊橡胶的极性基团与极性功能小分子能形成有序的次级结构(端基相结构)，从而制得了一种具有高拉伸强度和优异的耐疲劳性能的改性聚异戊二烯。

背景技术

天然橡胶(NR)是最重要的战略物质之一,在轮胎工业及日常生活中有着极为广泛的应用。但受限于气候环境自给率仅15％，远低于国际公认的30.0％的安全保障线。人工的聚异戊二烯橡胶(IR)虽然具有与天然橡胶橡胶烃相似的主链结构，但其生胶的拉伸强度、湿强度和硫化胶的抗疲劳性及应变诱导结晶性仍远低于天然橡胶。研究表明，聚异戊二烯橡胶的性能不仅与主链的立构规整性和分子量有关，也与聚合物分子链的末端结构有关。在天然橡胶中，一端通过强非共价键组装成聚集体相，提供支化点并增加了网络的非均一性，有利于拉伸诱导结晶的形成；而另一端通过弱非共价键作用形成的聚集体相提供了耗散能量的通道，增强了聚合物的延展性和韧性。

本发明申请人长期致力于聚异戊二烯橡胶的改性研究，在公布号为CN113121725A专利申请中公开了一种改性聚异戊二烯橡胶及其制备方法，指出将含极性基团的聚异戊二烯与能够与其中极性基团产生非共价作用的第二物质共混均匀然后硫化，由于不同端基的非共价作用具有协同效应，使得改性橡胶的断裂拉伸强度、断裂伸长率、耐疲劳性能以及应变诱导结晶度均有大幅度提升。然而，由该发明的实施例部分以及实验结果可知，所得改性橡胶的拉伸强度大部分低于26MPa，耐疲劳性能(循环5*10⁵次动刚度保持率)大部分低于84％。

现有技术中尚未有拉伸强度高于26MPa，耐疲劳性能超过84％的改性聚异戊二烯橡胶的相关报道。

发明内容

针对上述缺陷，本发明在进一步的研究中发现，当采用特定的含有极性基团的聚异戊二烯(第一极性组分)与特定的极性小分子物质(第二极性组分)共混时，两者共同创造端基稳定聚集体，由于能够形成有序次级结构，从而能更好地发挥端基稳定相的优势，实现了更强的综合性能的提升，制得了拉伸强度能超过26MPa，最高甚至达到30MPa；耐疲劳性能(循环5*10⁵次动刚度保持率)超过84％，最高甚至达到94％的改性聚异戊二烯橡胶。在现有已报道的橡胶材料中，没有发现能与本发明改性聚异戊二烯的性能相媲美的。

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的原料包括含极性组分的聚异戊二烯(第一极性组分)和第二极性物质(第二极性组分)，所述第二极性物质为能够与所述含极性组分的聚异戊二烯中的极性组分产生相互作用并诱导分相，形成有序次级结构的物质；其中，含极性组分的聚异戊二烯形成极性环境，第二极性物质在极性环境下能自发形成有序的次级结构。本发明中，第一极性组分提供了极性分相的结构以形成极性环境，第二极性组分本身要求能形成有序的次级结构，然后第二极性组分在极性环境下就能自发形成有序的次级结构，并反过来稳定聚集相。

进一步，所述第二极性物质选自：磷酸乙醇胺、L-赖氨酸、牛血清蛋白、L-苯丙氨酸、L-酪氨酸、硬脂酸钙、酪蛋白、谷胱甘肽、α-螺旋多肽、氧化石墨烯、水滑石、滑石粉、磷酸锆、云母粉、蒙脱土、氮化硼、高岭土、麦羟硅钠石或水羟硅钠石。

进一步，所述含极性组分的聚异戊二烯能与第二极性物质产生的相互作用为超分子作用；所谓超分子作用包括金属键、氢键、范德华力，主客体相互作用或配位键等。