新型稀土配合物对橡胶的防老化作用及其机理研究

防老剂是橡胶最重要的助剂之一。高效防老剂可以显著延长橡胶制品的使用寿命，减少资源和能源消耗，降低二氧化碳的排放。研究高效、多功能、无污染、无毒和低成本的新型防老剂是当前国内外橡胶助剂的发展方向。本项目利用我国的稀土资源优势，选择来源丰富的轻稀土化合物与具有防老化作用的无污染有机化合物配体，设计合成一系列具有显著防老化功能的新型稀土配合物，研究和优化其制备条件，深入表征其分子结构和性质，系统研究其对橡胶耐老化性能和其他性能的影响，有效地提高橡胶的耐热空气老化、耐臭氧老化、耐紫外老化等性能，并重点研究稀土配合物对橡胶防老化作用的动力学和机理，得出规律性认识，为稀土配合物橡胶防老剂的开发和应用提供理论基础和指导。新型稀土配合物橡胶防老剂的研究尚未见国内外文献报道，具有显著的创新性，有可能为橡胶防老剂研究开辟自主创新的新方向，提升我国橡胶工业和助剂工业的国际竞争力，具有重要的理论意义和应用前景。

本项目利用稀土元素电子层中的空轨道可以与有机化合物中的O、N、P、S原子通过配位键结合的原理，制备了三种类型的稀土配合物——2-巯基苯并咪唑（MB）稀土配合物、维生素C稀土配合物(VCLa)和谷氨酸镧稀土配合物(La-GDTC)，并将它们作为橡胶防老剂应用于天然橡胶（NR）和丁苯橡胶（SBR）体系，研究了其对橡胶硫化胶热氧老化过程的化学组成、硫化胶结构和力学性能的影响，特别是对橡胶耐热氧老化、紫外光老化、臭氧老化和疲劳老化性能的影响。在此基础上，将三种稀土配合物与其他工业防老剂复配使用，将复配体系应用于SBR硫化胶和NR硫化胶体系，研究了其对橡胶耐老化性能的影响。并初步探讨了新型稀土配合物对橡胶防老化作用的机理。.研究结果表明，三种稀土配合物均对橡胶具有优异的防老化效果。添加钐配合物硫化胶热氧老化后的含氧基团和交联密度变化较小，这是由于稀土钐离子可以捕获含氧自由基，阻止热氧化链式反应的进一步发生，从而有效地保护了硫化胶的交联网络结构。MB稀土配合物对NR硫化胶的热氧老化具有显著的防护作用，其综合防老化效果优于防老剂4010NA和防老剂MB,但耐臭氧老化效果稍逊于防老剂4010NA。.VCLa配合物在NR和NR/CB体系中具有优良的防老化作用，其防热氧老化和防紫外老化效果与防老剂RD、4010NA相当，优于防老剂MB。其防臭氧老化效果尤为突出，不仅显著优于防老剂MB、RD，还明显优于工业常用的具有突出抗臭氧老化性能的防老剂4010NA。此外，VCLa配合物对NR和NR/CB体系具有一定的硫化促进作用和补强作用，还能提高硫化胶的耐磨性能。.La-GDTC对硫化胶具有一定的补强作用,并能提高硫化胶的耐热氧老化性能，其效果优于4010NA,同时其耐臭氧老化效果优于MB、RD和4010NA。此外谷氨酸镧还可以提高硫化胶的耐磨耗性能并提高硫化胶的曲挠寿命。.将La-GDTC配合物与其他工业防老剂进行复配使用，应用于SBR硫化胶，结果表明：少量稀土配合物能与其他常用防老剂发生协同作用，显著提高硫化胶的耐热氧老化、耐紫外老化和耐臭氧老化性能，发挥超过工业防老剂单独使用时的作用。当常用防老剂与谷氨酸镧并用比例为1.9:0.1时，提高效果尤其显著。.本项目已发表相关论文10篇，其中SCI收录7篇，EI收录2篇，申请发明专利3项，培养博士生3人，硕士生5人，已达到和超过预定研究目标。