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对稀土催化剂及稀土催化丁二烯—异戊二烯橡胶的合成进行了实验研究,通过采用不同催化剂配比及聚合工艺,制得可制备高性能轮胎的新胶种,进行了小试及扩试实验研究,并对共聚物进行性能分析和表征,完成了概念设计。 首先进行了稀土催化剂的合成实验,考察并优化了合成条件,建立了催化剂的评价方法,并得到了制备环烷酸稀土的最佳试验条件。催化聚合活性高,可使催化剂总用量降低到千分之五以下。 通过丁二烯—异戊二烯共聚合小试实验,考察稀土催化剂不同加料顺序、陈化时间、陈化浓度、陈化温度、催化剂配比、催化剂用量、溶剂、聚合温度和时间的影响等,确定了适宜的聚合工艺条件。由微观结构分析,共聚物只有一个玻璃化温度(-90℃以下),具有优异的耐低温性能,两种单体链节均为高顺式结构(97%以上),且受共聚组分、聚合催化剂配比、共聚条件的变化影响很小。 进行了丁二烯—异戊二烯共聚合扩试实验研究。随着试验规模的扩大,催化剂用量可显著下降;单项催化剂浓度在一定范围内降低,不会影响聚合活性;单体浓度对胶液动力粘度的影响较大,单釜聚合控制单体浓度为100g/L左右,转化率大于80%时,胶液流动性较好,而且聚合工艺平稳。回收溶剂油中残留异戊二烯对聚合活性、聚合物结构影响不大,但会降低分子量分布。 通过共聚胶的流变性能测试实验,测量了不同温度下的胶液流变行为,确定稀土催化丁二烯—异戊二烯橡胶聚合液的流体性质,得到该胶液的表观粘度,并与顺丁橡胶进行了对比。随反应时间延长,转化率提高,胶液粘度显著增大,胶液非牛顿性(剪切稀化特性)增强;随温度升高,胶液的非牛顿性减弱;在相同温度和剪切速率条件下,丁—异戊共聚胶液粘度比顺丁胶液大,且剪切稀化特性更强。 进行了丁二烯—异戊二烯共聚胶性能评价实验,对该胶种基本配合试验及轮胎胎面配合试验作了较系统的考察。稀土催化丁戊橡胶与顺丁橡胶相比,在绝大多数方面表现出相近的性能,拉伸强度、撕裂强度略低于顺丁橡胶,但在耐寒性、耐磨性、耐屈挠龟裂等方面表现明显改善和提高,硫化速度较快。 本文的研究结果对开发丁-异戊共聚橡胶,改进顺丁胶的性能,填补国内橡胶品种的空白,开拓广阔的应用市场都具有重要的现实意义。