Введение к работе
Актуальность работы. Синтетический цис-1,4-полиизопрен является каучуком общего назначения и находит широкое применение при изготовлении шин и РТИ. Действующие на сегодняшний день крупнотоннажные производства изопренового каучука базируются на использовании «титановых» каталитических систем. Однако данная технология имеет ряд существенных недостатков: низкую термостабильность катализатора, сложность его получения, протекание процессов олигомеризации и гелеобразования на стадии полимеризации изопрена, необходимость тщательной отмывки полимера от продуктов разрушения каталитической системы, их высокая коррозионная агрессивность, присутствие в товарном каучуке металлов переменной валентности. Указанных недостатков лишена технология получения полиизопрена под действием катализаторов на основе лантаноидов, в частности, неодима. Улучшенный комплекс свойств данного каучука: высокая стереорегулярность (содержание цис-1,4-звеньев не менее 97%), химическая чистота «неодимового» полиизопрена (отсутствие гель-фракции и олигомеров) и требуемый уровень молекулярных масс (М„= (300-350)х103 г/моль; MJMn= 2,5-3,5), позволяет не только приблизить его свойства к натуральному каучуку, но и расширить область применения. Его можно использовать при изготовлении изделий пищевого и медицинского назначения. Синтетический каучук, полученный в присутствии неодимсодержащего катализатора, нетоксичен и биологически инертен к тканям живого организма. В отличие от природного полимера на поверхности изделий из «неодимового» полиизопрена не размножаются микроорганизмы.
Вместе с тем, масштабное внедрение технологии получения синтетического цис-1,4-полиизо-прена под действием катализаторов на основе редкоземельных элементов сдерживается в виду их низкой активности. Возможным решением этой проблемы является модификация каталитической системы. В то же время состав катализатора во многом определяет закономерности процесса полимеризации и свойства образующегося полимера. Поэтому работа, направленная на изучение процесса полимеризации изопрена под действием высокоактивных модифицированных «неодимовых» каталитических систем и исследование характеристик образующегося полиизопрена, является актуальной.
Цель работы. Изучить процесс полимеризации изопрена под действием модифицированной каталитической системы на основе сольвата хлорида неодима и определить условия полимеризации, обеспечивающие получение полимера с улучшенным комплексом свойств.
Для достижения этой цели было необходимо решить следующие задачи:
исследовать кинетические параметры процесса полимеризации, молекулярные характеристики и микроструктуру полиизопрена, синтезируемого в присутствии каталитической системы сольват хлорида неодима - триизобутилалюминий, модифицированной метил- и изобутилалюмоксаном;
подобрать оптимальные условия, обеспечивающие получение полимера с улучшенным комплексом свойств;
- исследовать физико-механические свойства вулканизатов на основе образцов полиизопрена, синтезированных с использованием высокоактивной модифицированной каталитической системы, в сравнении с промышленными аналогами.
Научная новизна. Исследован процесс полимеризации изопрена в присутствии каталитической системы сольват хлорида неодима - триизобутилалюминий, модифицированной метил- и изобутила-люмоксаном. Установлены кинетические закономерности процесса и особенности формирования мо-лекулярно-массовых характеристик цис-1,4-полиизопрена в зависимости от условий процесса и содержания компонентов изучаемой каталитической системы.
Показано, что введение в каталитическую систему метил- и изобутилалюмоксана приводит к повышению активности катализатора, обусловленной изменением доли активных центров относительно введенного неодима и константы скорости роста полимерных цепей. Установлено, что характер изменения кинетических параметров процесса определяется природой алкильного заместителя модификатора и его содержанием в системе.
Практическая ценность. Разработан процесс получения полиизопрена под действием модифицированной каталитической системы на основе сольвата хлорида неодима, обеспечивающий высокую скорость полимеризации и получение полиизопрена с улучшенными характеристиками (М„ = (300-350)х103 г/моль, MJMn = 2,5-3,5, содержание цис-1,4-звеньев не менее 97%, отсутствие гель-фракции и олигомеров).
Апробация работы. Результаты работы были доложены на научных конференциях: Всероссийской научно-технической конференции «Каучук и резина-2010» (Москва, 2010), XVII Международной научно-практической конференции "Резиновая промышленность. Сырье. Материалы. Технологии" (Москва, 2011), III конференции молодых ученых (Нижнекамск, 2011).
Публикации работы. По теме диссертации опубликовано 5 статей в квалификационных журналах и тезисы 3-х докладов, получен 1 патент РФ.
Объем и структура работы. Общий объем диссертации составляет 169 стр. машинописного текста, включающих 38 таблиц и 73 рисунка. Список литературы содержит 308 наименований. Диссертация состоит из введения, литературного обзора, экспериментальной части, результатов и их обсуждения, выводов, списка литературы.
Авторский вклад. Вагизов A.M. принимал активное участие в постановке задач исследований, планировании и выполнении экспериментов, отработал методики анализов, методики определения и расчета кинетических параметров процесса, провел оценку полученных результатов, предоставил основные выводы.
Автор выражает глубокую признательность и благодарность коллективу исследовательской лаборатории эластомеров НТЦ ОАО «НКНХ» за помощь, оказанную при выполнении экспериментов.
