稀土异戊橡胶催化体系的实验研究

黄林宝，车兴旺

(青岛路比特科技有限公司，山东 青岛 266106)

稀土异戊橡胶催化体系的实验研究

黄林宝，车兴旺

(青岛路比特科技有限公司，山东 青岛 266106)

对稀土异戊橡胶生产中常用的非均相和均相两种催化体系进行了研究。通过对比聚合转化率、相对分子质量及分布、顺式含量的变化趋势等数据，可以看出均相催化剂的性能更优异一些，而且均相催化剂的稳定性更强，配置成功率高，适合未来催化剂的发展方向。另外，对两种相态催化剂生产的稀土异戊橡胶性能进行检测，均能达到国外同类产品的水平。

稀土异戊橡胶；催化剂；非均相；均相

国际上生产异戊橡胶的催化体系有锂系、钛系和稀土系三种[1]，其中稀土催化体系与其他两种催化体系相比，因工艺简单，质量稳定且基本不含凝胶，是目前及未来一段时间顺式异戊橡胶的研究开发热点[2-3]。目前均相与非均相两种稀土系催化剂都在工业装置上得到了应用,本研究的目的是确认实验室配置的两种相态的催化剂生产的异戊橡胶是否达到了国内外同类产品的水平，以及两种相态的催化剂的优缺，哪一种更适合于未来的工业发展。

1 工况条件

单体异戊二烯、催化剂与溶剂己烷经过静态混合区后，先进入一个0.2 m3的引发反应釜完成反应物料的混匀与初步反应，然后依次进入两个串联的0.66 m3聚合釜，进行充分的反应，流程见图1，聚合釜的设备参数见表1。以进料温度35℃，单体浓度为18.2%(12 g/100 mL)为固定条件，得出不同催化剂用量下的计算结果。

图1 聚合流程图 表1 聚合釜的设备参数

2 非均相催化剂的试验

非均相催化剂为稀土三元催化剂体系[4]，主要配制组成为环烷酸钕、三异丁基铝和倍半铝，以己烷为溶剂。按规定顺序、加入时间和温度控制等手段进行控制，配制完毕后陈化2 h以上即可使用，使用过程中要一直搅拌，防止局部反应过热、或者催化剂分布不均影响使用。试验数据见表2。

表2 非均相催化剂的试验数据

从表2数据上看，随着催化剂用量的增加，聚合转化率随之提高，相对分子质量分布也略有增宽。特别是数据分子量降低比较明显，这说明随着催化剂用量的增大，链转移的速率变快,许多长链断开,因而相对分子质量降低、分布变宽。从顺式含量的数据上分析，随着催化剂用量增加，顺式含量也呈轻微的下降趋势，说明催化剂用量的多少会对顺式含量有一定的影响。

3 均相催化剂的试验

均相催化剂是在非均相催化剂的基础上加入异戊二烯单体，主要配制组成为新癸酸钕、三异丁基铝、倍半铝和异戊二烯，以己烷为溶剂。催化剂本身就是用于异戊二烯聚合的引发剂，在反应的过程中会发出大量的热，因此在配制过程中对温度的控制尤为重要，通常用冰机进行降温。在均相催化剂的配制过程中以温度和加入时间为主要控制点。试验数据见表3。

表3 均相催化剂的试验数据

从表3数据上看，随着均相催化剂用量的增加，聚合转化率、相对分子质量及分布、顺式含量的变化趋势与非均相催化剂的基本一致，差别在于相对分子质量分布要略宽于非均相催化剂，顺式含量略优于非均相催化剂，而且均相催化剂的用量明显要低于非均相催化剂。

4 异戊橡胶性能测试

使用稀土系催化剂合成的异戊橡胶物理机械性能如何，通过与国内外的同类产品进行比较见表4。

表4 性能测试

注：上述实验中所有橡胶，均采用IR70胶。

表4数据表明，实验室非均相催化剂和均相催化剂生产的异戊橡胶除个别性能与国外略有差距外，其它性能均能达到国内外同类产品的水平，均相催化剂的性能更为优异。

5 结论

(1)随着催化剂用量的增加，聚合转化率随之提高，相对分子质量分布也略有增宽，但是相对分子质量降低，顺式含量也略有降低，非均相和均相催化剂在这几点上是一致的。差别是使用均相催化相对分子质量分布要略宽于非均相催化剂，顺式含量略优于非均相催化剂，总的来说均相催化剂要优于非均相催化剂。

(2)非均相催化剂和均相催化剂生产的稀土异戊橡胶在产品性能上均能达到国内外同类产品的水平，说明国内自主研发的催化剂体系已经趋于完善，具备了国际市场竞争力。

(3)在转化率相同的情况下，均相催化剂对比非均相催化剂用量明显降低，经济效益显著。而且橡胶的顺势含量稍高，物理性能却极为接近。这对提高橡胶的品质，减少生产的消耗有着极为明显的优势。均相催化剂将是未来的主流发展方向。

[1] 靳艳英，杨建勇.异戊橡胶催化体系分类专利分析[J].塑料制造,2014(3):70-71.

[2] 崔小明.聚异戊二烯橡胶生产技术进展及国内外市场分析[J].上海化工,2010,35(3):35-38.

[3] 史工昌，王 锋，梁 滔，等.聚异戊二烯橡胶生产状况及发展分析[J].甘肃科技,2015,31(1):28-30.

[4] 李海霞，宗成中.钕系异戊二烯聚合稀土催化剂活性的研究[J].合成技术及应用,2010,25(1):23-27.

(本文文献格式：黄林宝，车兴旺.稀土异戊橡胶催化体系的实验研究[J].山东化工,2017,46(5):27-28.)

The Experimental Research of Rare Earth Isoprene Rubber Catalytic System

HuangLinbao,CheXingwang

(Qingdao Lubete Science and Technology Co., Ltd.,Qingdao 266106,China)

Experimental study was carried on two different catalytic systems, heterogeneous phase and homogeneous phase which are commonly used in production of rare earth isoprene rubber. By comparing the data of polymerization conversion, relative molecular mass and distribution, the tendency of the cis content, the homogeneous phase performed more excellent and stable, with higher success on preparation. So the homogeneous phase is more suitable for catalyst development in the future. By testing the performance of rare earth isoprene rubbers that produced by the two catalysts, both can reach the level of similar foreign products.

rare earth isoprene rubber; catalyst; heterogeneous phase; homogeneous phase

2017-01-18

黄林宝(1984—)，男，山东莱西人，中级职称，主要研究方向：异戊橡胶聚合反应的研究。

TQ032.4

A

1008-021X(2017)05-0027-02