中國科學院長春應用化學研究所在用于合成橡膠新型高效稀土催化體系的研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化應用方面獲系列成果，近日榮獲2014年吉林省技術發(fā)明獎一等獎（主要完成人：張學全等）。
稀土催化合成橡膠是是上世紀60年代長春應用化學研究所對世界合成橡膠領域做出的巨大貢獻，不僅豐富了配位聚合的理論和方法，更在世界范圍內帶動了能夠替代天然橡膠的稀土異戊橡膠和滿足安全節(jié)能綠色輪胎要求的稀土順丁橡膠的大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。經(jīng)過半個多世紀的發(fā)展，稀土催化體系合成橡膠仍存在著聚合活性偏低、合成橡膠鏈結構、微觀結構、分子量及其分布可控性較差等一系列瓶頸問題。
長春應用化學研究所科技人員基于多年的科研積累和良好的研究基礎，從稀土元素特點和稀土催化合成橡膠的基礎理論入手，解決了稀土催化劑高度締合等問題，提出了新的配位聚合合成橡膠的微觀結構形成機理，發(fā)明了配位可逆鏈轉移聚合方法。在稀土催化體系的高活性、高立構定向性和分子質量及其分布的可控性等方面取得了原創(chuàng)性和系統(tǒng)性的研究成果。
提出了雙烯烴配位聚合聚合物微觀結構形成新機理，解決了Cossee和Arlman 1964年提出的雙烯烴配位聚合聚合物微觀結構形成機理中催化劑結構與聚合物微觀結構不相關聯(lián)，不能指導催化劑設計合成和聚合實踐的問題。新機理指出了催化劑中配體結構和聚合條件與聚合物微觀結構的相關性，能夠圓滿詮釋現(xiàn)有實驗事實，并且能夠指導催化劑設計合成和聚合實踐，為提高配位聚合合成橡膠微觀結構的可控性奠定了理論基礎。
首次提出了稀土化合物高度締合是稀土催化劑聚合活性低、分子質量分布寬的首要因素，并通過特定結構的配體使稀土催化劑締合分子簇轉化為單一分子催化劑，成功開發(fā)出高活性、高順式定向性、高度均相穩(wěn)定的稀土催化劑。
提出配位可逆鏈轉移聚合合成橡膠的理論和方法，將傳統(tǒng)配合聚合合成橡膠中的鏈轉移反應由不可逆變?yōu)榭赡，避免了由鏈轉移引起的終止反應，不僅提高了稀土元素的利用率，并且使聚合反應由不可控變?yōu)榭煽兀怪苽湔肿淤|量分布合成橡膠及其鏈端功能化成為現(xiàn)實。
該成果發(fā)明的高活性稀土催化體系應用于萬噸級稀土異戊橡膠工業(yè)化裝置，其每噸異戊橡膠產(chǎn)品其催化劑成本降至400元以下，聚合時間也由平均7小時縮短至2.5小時，極大的降低了生產(chǎn)成本，提高了生產(chǎn)效率，產(chǎn)品質量達到國內外同類最好水平，并且首次實現(xiàn)了稀土異戊橡膠對天然橡膠的100%替代；應用在于萬噸級稀土順丁橡膠橡膠工業(yè)化裝置上，其主催化劑每噸順丁橡膠產(chǎn)品其催化劑成本降至300元以下，產(chǎn)品質量達到國內外同類水平。
圖1：開發(fā)的3萬噸/年稀土異戊橡膠生產(chǎn)裝置
圖2：開發(fā)的萬噸級稀土順丁橡膠工業(yè)化產(chǎn)品
圖3：稀土異戊橡膠100%替代天然橡膠全鋼載重子午線輪胎產(chǎn)品
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