环氧化反式聚异戊二烯粉末橡胶的制备及性能研究

Epoxidized trans-1,4-poly(isoprene) (ETPI), which is fabricated by the environment-friendly water-phase suspension method, is an ideal rubber material for the tread and belt of high performance tires and damping materials. ETPI not only possesses the excellent fatigue durability, low rolling resistance and heat build-up which inherited from trans-1,4-poly(isoprene) (TPI), but also has the prominent adhesion property, oil resistance, wet skid resistance and broad Tg. There are some problems such as low epoxy degree and random distribution of the epoxy groups on this heterogeneous fabrication. In this project, the improvement and optimization of the key technology of the epoxidation of trans-1,4-poly(isoprene) (TPI) will be developed. Through changing the pretreatment of TPI, the control of the epoxy degree in range of 10-40% is realized. And also the distribution degree of epoxy groups is controlled. Further, the factors of the ring-opening side reaction and it's mechanism will be studied. The effect of the hot oxygen and mechanical force on the structure and properties during the process is studied. And then, the effects of multilevel structure of ETPI such as epoxy degree of on the phase structure including crystallinity and phase separation is discussed. It will be studied the properties of pure rubber, vulcanized rubber and blend rubber in order to determine the ETPI structure with excellent property and guide the synthesis. Additional, this work will build the theoretical basis of the application of the novel ETPI.

本项目采用环境友好型水相悬浮法制备环氧化反式异戊橡胶(ETPI),该胶具有优异的黏合性、耐油性和抗湿滑性以及宽玻璃化转变温域，同时又保留反式异戊胶（TPI）的低滚动阻力、低生热和耐疲劳性能好的特点，是高性能轮胎胎面胶和带束层胶以及阻尼材料的理想胶料。针对水相悬浮法作为非均相反应存在的环氧度低、环氧基分布极不均匀等问题，拟展开TPI环氧化工艺关键技术的改进和优化，通过对原料TPI的预处理方法的研究，实现环氧度在10-40%范围内的可控可调，同时建立环氧基分布均匀程度的有效控制方法;深入研究反应过程中ETPI开环副反应的影响因素及其成因和机制; 研究加工及应用过程中热氧、剪切力等作用下ETPI的结构变化及其对性能的影响；开展ETPI多层次结构如环氧度及其分布对结晶度和相分离方面的相态研究;系统研究各种结构的ETPI生胶、硫化胶和并用胶的性能，为ETPI新材料的应用开发奠定扎实的理论基础。

在聚二烯烃众多的化学改性中，环氧化是一种简单且高效的改性手段。作为一种新型的粉末橡胶，环氧化反式-1,4-聚异戊二烯通过在反式-1,4-聚异戊二烯分子主链中引入极性的环氧基团，在保留反式-1,4-聚异戊二烯聚合物原有性能的同时额外获得一些其它的性能，例如优异的黏合性、耐油性和抗湿滑性以及宽玻璃化转变温域等。.反式异戊橡胶（TPI）的环氧化改性主要是水相悬浮法和溶液法。水相悬浮法相由于不采用大量的有机溶剂，易于操作，环境友好等特点而具有潜在的工业应用价值。本项目的研究旨在采用环境友好的水相悬浮体系对TPI进行环氧化改性，通过对水相悬浮法的改进，以期获得系列环氧度结构稳定、环氧基分布均匀及相结构可控的不同环氧度的环氧化反式异戊橡胶（ETPI）产品。通过对ETPI的结构表征与性能探索，建立结构与性能之间的关系，筛选出合适的ETPI产品及其制备方法，探索ETPI在高性能轮胎中的应用。.通过对合成法的持续探索，在乙酸乙酯/H2O为35/65～50/50体系中，预处理8h、控制反应温度30oC的条件下，可以合成出具有良好加工和力学性能的环氧度为15-25 mol%的ETPI产品。同时实验也探索了ETPI新型合成法，弱碱性条件下，采用自制的新型环氧化试剂避免了过氧化、断链、呋喃环的生成等副反应的发生，且合成工艺简单，更具有工业化前景。对ETPI的微观结构分析表明，ETPI中的非晶态聚集成较大的相态，以岛相形态分散在未环氧化的TPI结晶中。差示扫描量热仪测试表明，ETPI的结晶度随着环氧度的增加而降低。不同环氧度的 ETPI /天然橡胶(质量比15 /85) 并用胶的力学性能、疲劳性能及动态性能测试表明，随ETPI 环氧度的增加，拉伸、撕裂强度逐渐降低，100%和300%定伸强度逐渐增大；ETPI环氧度低于20%时，ETPI/NR并用胶硫化胶具有良好的力学性能和动态疲劳性能，与疲劳性能优异的 TPI/NR并用胶接近，环氧度高于20%时疲劳性能明显降低；通过动态力学分析仪(DMA) 和橡胶加工分析仪(RPA 2000) 等测试进一步表明，并用胶的抗湿滑性能随ETPI 环氧度增大而增强，滚动阻力随之增大。