具体实施方式
本发明提供的一种稀土催化体系,其基本组成为:
A:烷氧基稀土化合物为:乙氧基钕、正丙氧基钕、正丙氧基镧、正丙氧基钐、异丙氧基钕、异丙氧基镧、异丙氧基钐、异丁氧基钕、异丁氧基镧、异丁氧基钐、叔丁氧基钕、异辛氧基钕、异辛氧基镧或异辛氧基钐;优选的是,所述的烷氧基稀土化合物为异丙氧基钕、叔丁氧基钕或异丙氧基镧。
B:氢化烷基铝化合物为:二甲基氢化铝、二乙基氢化铝、二正丁基氢化铝、二异丙基氢化铝、二异丁基氢化铝、二正己基氢化铝、二环己基氢化铝、二正辛基氢化铝、二异辛基氢化铝或二苯基氢化铝;优选的是,所述的氢化烷基铝化合物为二异丁基铝氢化铝或二乙基氢化铝;
C: 氯化物为:四氯化碳、二氯甲烷、三氯甲烷、叔丁基氯、二氯二甲基硅烷、三氯甲基硅烷、三甲基氯硅烷或四氯化硅;优选的是,所述的氯化物优选二氯二甲基硅烷或三氯甲基硅烷;
D:共轭二烯烃为异戊二烯、丁二烯或间戊二烯。优选的是,所述的共轭二烯烃为异戊二烯或丁二烯。
本发明所述的催化体系中各组分的摩尔比为:A: B: C: D = 1:5~20:1~4:1~10。
本发明所用的烷氧基稀土化合物在有机溶剂中溶解性好,且催化剂活化时更容易与烷基铝反应,从而形成稳定的活性中心。
按照本发明,将烷氧基稀土化合物、氢化烷基铝化合物、氯化物和共轭二烯烃混合,在20-60℃下反应20~60分钟,即得到均相稀土催化剂。
本发明还提供一种稀土催化体系在制备共轭二烯烃液体橡胶中的应用。本发明的催化体系制备共轭二烯烃液体橡胶的制备方法为:在抽真空干燥并氮气处理的安瓿瓶中,依次加入溶剂、共轭二烯烃和上述均相稀土催化剂,共轭二烯的摩尔浓度为1mol/L~5mol/L,共轭二烯与稀土催化剂的摩尔比为100~1000 :1,在25~60℃温度下,优选为50℃,反应3~6h后,需要停止反应时, 加入浓度为1%(g/ml)的2,6-二叔丁基对甲基苯酚的乙醇溶液,将反应溶液导入乙醇中沉降再经乙醇洗涤后置于真空干燥箱中干燥48小时,得到无色透明且无凝胶的共轭二烯烃液体橡胶。
优选的是,所述的溶剂为己烷、环己烷或甲苯。
所述的共轭二烯烃为异戊二烯或丁二烯。优选的为异戊二烯。
本发明制备的液体异戊二烯橡胶和液体丁二烯橡胶的微观结构和分子量分布由以下方法测得:
微观结构的测定采用二硫化碳涂膜法,在Bruker 公司Vertex-70 FTIR型光谱仪上测得。按文献(沈之荃等,中国科学,1981,(11):1340-1349)方法计算分子量及分子量分布采用凝胶渗透色谱仪(515型HPLC泵和2414型折射率检测器)测定,四根色谱柱(HMW7, HMW6E×2,HMW2),流动相为四氢呋喃,测试温度为30℃,流速为1.0mL/min,溶液浓度为0.2~0.3mg/10mL, 采用0.45μm的过滤头。以聚苯乙烯为内标计算聚合物的数均分子量(Mn)和重均分子量(Mw),及分子量分布Mw/Mn,即聚合物的多分散指数。
下面结合具体实施例对本发明优选实施方案做进一步详细的描述。但是应当理解,这些描述只是为了进一步说明本发明的特征和优点而不是对本发明专利要求的限制。
实施例1
在抽真空烘烤后充氮气处理的10mL催化剂反应瓶中,依次加入异丙氧基钕(Nd), 异戊二烯(IP)和二异丁基氢化铝(Al),二氯二甲基硅烷(Cl),在20℃的恒温水浴中反应60min,得到均相稀土催化剂,此催化剂中[Nd]/[Al]/[Cl]/[IP] 的摩尔比为1/10/4/3。
实施例2
在抽真空烘烤后充氮气处理的10mL催化剂反应瓶中,依次加入异丙氧基镧(La), 异戊二烯(IP)和二异丁基氢化铝(Al),四氯化碳(Cl),在20℃的恒温水浴中反应60min,得到均相稀土催化剂,此催化剂中[La]/[Al]/[Cl]/[IP]的摩尔比为1/10/4/3。
实施例3
在抽真空烘烤后充氮气处理的10mL催化剂反应瓶中,依次加入正丙氧基钐(Sm), 异戊二烯(IP)和二乙基氢化铝(Al),二氯二甲基硅烷(Cl),在60℃的恒温水浴中反应20min,得到均相稀土催化剂,此催化剂中[Sm]/[Al]/[Cl]/[IP]的摩尔比为1/5/4/10。
实施例4
在抽真空烘烤后充氮气处理的10mL催化剂反应瓶中,依次加入叔丁氧基钕(Nd), 异戊二烯(IP)和二异丁基氢化铝(Al),二氯二甲基硅烷(Cl),在50℃的恒温水浴中反应40min,得到均相稀土催化剂,此催化剂中[Nd]/[Al]/[Cl]/[IP] 的摩尔比为1/20/4/10。
实施例5
在经抽真空烘烤后充氮气处理的10mL催化剂反应瓶中,依次加入乙氧基钕(Nd), 丁二烯(BD)和二异丁基氢化铝(Al),二氯二甲基硅烷(Cl),在60℃的恒温水浴中反应30min后,得到均相稀土催化剂,此催化剂中[Nd]/[Al]/[Cl]/[IP] 的摩尔比为1/20/3/10。
实施例6
在抽真空烘烤后充氮气处理的10mL催化剂反应瓶中,依次加入异丁氧基钐(Sm), 异戊二烯(IP)和二乙基氢化铝(Al),三氯甲基硅烷(Cl),在60℃的恒温水浴中反应60min后,得到均相稀土催化剂,此催化剂中[Sm]/[Al]/[Cl]/[IP] 的摩尔比为1/20/1/10.
实施例7
在经抽真空烘烤后充氮气处理的10mL催化剂反应瓶中,依次加入异辛氧基镧(La), 丁二烯(BD)和二异丁基氢化铝(Al),二氯二甲基硅烷(Cl),在50℃的恒温水浴中反应40min后,得到均相稀土催化剂,此催化剂中[La]/[Al]/[Cl]/[IP] 的摩尔比为1/20/2/10.
实施例8
在抽真空烘烤干燥后并充氮气处理的40mL安瓿瓶中,依次加入甲苯、异戊二烯和上述实施例1所制备的均相稀土催化剂,异戊二烯的浓度为1.5mol/L,催化剂用量为[IP]/[Nd]摩尔比为400/1,聚合在50℃的恒温水浴中进行,聚合反应5h后加入浓度为1%(g/ml)的2,6-二叔丁基对甲基苯酚的乙醇溶液终止聚合反应,将反应溶液导入乙醇中沉降,并用乙醇反复洗涤,然后置于真空干燥箱中干燥48小时,得到无色透明且无凝胶的液体异戊二烯橡胶。
所得到的液体异戊二烯橡胶收率为100%,液体异戊二烯橡胶的数均分子量为4.23×103,分子量分布指数为1.18,顺-1,4-结构含量为94.3%,3,4-结构含量为5.7%。
实施例9
在抽真空烘烤干燥后并充氮气处理的40mL安瓿瓶中,依次加入甲苯、异戊二烯和上述实施例1所制备的均相稀土催化剂,异戊二烯的浓度为1.5mol/L,催化剂用量为[IP]/[Nd]摩尔比为600/1,聚合在50℃的恒温水浴中进行,聚合反应6h后加入浓度为1%(g/ml)的2,6-二叔丁基对甲基苯酚的乙醇溶液终止聚合反应,将反应溶液导入乙醇中沉降,并用乙醇反复洗涤,然后置于真空干燥箱中干燥48小时,得到无色透明且无凝胶的液体异戊二烯橡胶。
所得到的液体异戊二烯橡胶的收率为100%,液体异戊二烯橡胶的数均分子量为5.61×103,分子量分布指数为1.25,顺-1,4-结构含量为95.2%,3,4-结构含量为4.8%。
实施例10
在抽真空烘烤干燥后并充氮气处理的40mL安瓿瓶中,依次加入己烷、异戊二烯和上述实施例2所制备的均相稀土催化剂,异戊二烯的浓度为1.5mol/L,催化剂用量为[IP]/[Nd]摩尔比为400/1,聚合在50℃的恒温水浴中进行,聚合反应3h后加入浓度为1%(g/ml)的2,6-二叔丁基对甲基苯酚的乙醇溶液终止聚合反应,将反应溶液导入乙醇中沉降,并用乙醇反复洗涤,然后置于真空干燥箱中干燥48小时,得到无色透明且无凝胶的液体异戊二烯橡胶。
所得到的液体异戊二烯橡胶收率为88.2%,液体异戊二烯橡胶的的数均分子量为4.15×103,分子量分布指数为1.21,顺-1,4-结构含量为92.1%,3,4-结构含量为7.9%。
实施例11
在抽真空烘烤干燥后并充氮气处理的40mL安瓿瓶中,依次加入环己烷、异戊二烯和上述实施例2所制备的均相稀土催化剂,异戊二烯的浓度为2mol/L,催化剂用量为[IP]/[Nd]摩尔比为800/1,聚合在50℃的恒温水浴中进行,聚合反应6h后加入浓度为1%(g/ml)的2,6-二叔丁基对甲基苯酚的乙醇溶液终止聚合反应,将反应溶液导入乙醇中沉降,并用乙醇反复洗涤,然后置于真空干燥箱中干燥48小时,得到无色透明且无凝胶的液体异戊二烯橡胶。
所得到的液体异戊二烯橡胶收率为73%,液体异戊二烯橡胶的的数均分子量为1.0×103,分子量分布指数为1.52,顺-1,4-结构含量为98.0%,3,4-结构含量为2.0%。
实施例12
在抽真空烘烤干燥后并充氮气处理的40mL安瓿瓶中,依次加入甲苯、异戊二烯和上述实施例3所制备的均相稀土催化剂,异戊二烯的浓度为2mol/L,催化剂用量为[IP]/[Nd]摩尔比为400/1,聚合在50℃的恒温水浴中进行,聚合反应6h后加入浓度为1%(g/ml)的2,6-二叔丁基对甲基苯酚的乙醇溶液终止聚合反应,将反应溶液导入乙醇中沉降,并用乙醇反复洗涤,然后置于真空干燥箱中干燥48小时,得到无色透明且无凝胶的液体异戊二烯橡胶。
所得到的液体异戊二烯橡胶的收率为100%,液体异戊二烯橡胶的数均分子量为4.25×103,分子量分布指数为1.16,顺-1,4-结构含量为94.8%,3,4-结构含量为4.2%。
实施例13
在抽真空烘烤干燥后并充氮气处理的40mL安瓿瓶中,依次加入甲苯、异戊二烯和上述实施例4所制备的均相稀土催化剂,异戊二烯的浓度为1mol/L,催化剂用量为[IP]/[Nd]摩尔比为100/1,聚合在50℃的恒温水浴中进行,聚合反应4h后加入浓度为1%(g/ml)的2,6-二叔丁基对甲基苯酚的乙醇溶液终止聚合反应,将反应溶液导入乙醇中沉降,并用乙醇反复洗涤,然后置于真空干燥箱中干燥48小时,得到无色透明且无凝胶的液体异戊二烯橡胶。
所得到的液体异戊二烯橡胶的收率为89.2%,液体异戊二烯橡胶的数均分子量为1.28×103,分子量分布指数为1.17,顺-1,4-结构含量为86.6%,3,4-结构含量为13.4%。
实施例14
在抽真空烘烤干燥后并充氮气处理的40mL安瓿瓶中,依次加入甲苯、异戊二烯和上述实施例4所制备的均相稀土催化剂,异戊二烯的浓度为3mol/L,催化剂用量为[IP]/[Nd]摩尔比为200/1,聚合在60℃的恒温水浴中进行,聚合反应4h后加入浓度为1%(g/ml)的2,6-二叔丁基对甲基苯酚的乙醇溶液终止聚合反应,将反应溶液导入乙醇中沉降,并用乙醇反复洗涤,然后置于真空干燥箱中干燥48小时,得到无色透明且无凝胶的液体异戊二烯橡胶。
合成的液体异戊二烯橡胶的红外光谱图如图1所示,所得到的液体异戊二烯橡胶的收率为100%,液体异戊二烯橡胶的数均分子量为2.16×103,分子量分布指数为1.20,顺-1,4-结构含量为91.7%,3,4-结构含量为8.3%。
实施例15
在抽真空烘烤干燥后并充氮气处理的40mL安瓿瓶中,依次加入甲苯、异戊二烯和上述实施例4所制备的均相稀土催化剂,异戊二烯的浓度为5mol/L,催化剂用量为[IP]/[Nd]摩尔比为300/1,聚合在25℃的恒温水浴中进行,聚合反应6h后加入浓度为1%(g/ml)的2,6-二叔丁基对甲基苯酚的乙醇溶液终止聚合反应,将反应溶液导入乙醇中沉降,并用乙醇反复洗涤,然后置于真空干燥箱中干燥48小时,得到无色透明且无凝胶的液体异戊二烯橡胶。
所得到的液体异戊二烯橡胶的收率为100%,液体异戊二烯橡胶的数均分子量为3.20×103,分子量分布指数为1.17,顺-1,4-结构含量为93.9%,3,4-结构含量为6.1%。
实施例16
在抽真空烘烤干燥后并充氮气处理的40mL安瓿瓶中,依次加入甲苯、异戊二烯和上述实施例6所制备的均相稀土催化剂,异戊二烯的浓度为1.5mol/L,催化剂用量为[IP]/[Nd]摩尔比为800/1,聚合在50℃的恒温水浴中进行,聚合反应6h后加入浓度为1%(g/ml)的2,6-二叔丁基对甲基苯酚的乙醇溶液终止聚合反应,将反应溶液导入乙醇中沉降,并用乙醇反复洗涤,然后置于真空干燥箱中干燥48小时,得到无色透明且无凝胶的液体异戊二烯橡胶。
所得到的液体异戊二烯橡胶的收率为100%,液体异戊二烯橡胶的数均分子量为7.11×103,分子量分布指数为1.22,顺-1,4-结构含量为95.7%,3,4-结构含量为4.3%。
实施例17
在抽真空烘烤干燥后并充氮气处理的40mL安瓿瓶中,依次加入甲苯、异戊二烯和上述实施例7所制备的均相稀土催化剂,异戊二烯的浓度为2mol/L,催化剂用量为[IP]/[Nd]摩尔比为1000/1,聚合在50℃的恒温水浴中进行,聚合反应6h后加入浓度为1%(g/ml)的2,6-二叔丁基对甲基苯酚的乙醇溶液终止聚合反应,将反应溶液导入乙醇中沉降,并用乙醇反复洗涤,然后置于真空干燥箱中干燥48小时,得到无色透明且无凝胶的液体异戊二烯橡胶。
所得到的液体异戊二烯橡胶的收率为100%,液体异戊二烯橡胶的数均分子量为8.22×103,分子量分布指数为1.44,如图2所示,顺-1,4-结构含量为96.0%,3,4-结构含量为4.0%。
实施例18
在抽真空烘烤干燥后并充氮气处理的40mL安瓿瓶中,依次加入甲苯、丁二烯和上述实施例4所制备的均相稀土催化剂,丁二烯的浓度为3mol/L,催化剂用量为[IP]/[Nd]摩尔比为200/1,聚合在60℃的恒温水浴中进行,聚合反应4h后加入浓度为1%(g/ml)的2,6-二叔丁基对甲基苯酚的乙醇溶液终止聚合反应,将反应溶液导入乙醇中沉降,并用乙醇反复洗涤,然后置于真空干燥箱中干燥48小时,得到无色透明且无凝胶的液体丁二烯橡胶。
所得到的液体丁二烯橡胶的收率为100%,液体丁二烯橡胶的数均分子量为1.62×103,分子量分布指数为1.20,顺-1,4-结构含量为98.0%,3,4-结构含量为2.0%。
实施例19
在抽真空烘烤干燥后并充氮气处理的40mL安瓿瓶中,依次加入甲苯、丁二烯和上述实施例7所制备的均相稀土催化剂,丁二烯的浓度为2mol/L,催化剂用量为[IP]/[Nd]摩尔比为1000/1,聚合在50℃的恒温水浴中进行,聚合反应6h后加入浓度为1%(g/ml)的2,6-二叔丁基对甲基苯酚的乙醇溶液终止聚合反应,将反应溶液导入乙醇中沉降,并用乙醇反复洗涤,然后置于真空干燥箱中干燥48小时,得到无色透明且无凝胶的液体丁二烯橡胶。
所得到的液体丁二烯橡胶的收率为100%,液体丁二烯橡胶的数均分子量为6.53×103,分子量分布指数为1.21,顺-1,4-结构含量为97.3%,3,4-结构含量为2.7%。