[发明专利]一种高性能氢化丁苯橡胶弹性体及其制备和应用

说明书

本发明涉及橡胶弹性体技术领域，提供一种高性能氢化丁苯橡胶弹性体及其制备和应用，该制备方法包括：将催化剂加入经表面活性剂预乳化后的丁苯胶乳乳液中进行氢化反应；所述催化剂为Grubbs型催化剂和/或Hoveyda‑Grubbs型催化剂。该方法制得的氢化丁苯橡胶弹性体的耐热性、耐老化性、力学性能提升，而且得到的生胶保持了其浅色的颜色，进一步拓宽了丁苯橡胶的应用领域。

技术领域

本发明涉及橡胶弹性体技术领域，尤其涉及一种高性能氢化丁苯橡胶弹性体及其制备和应用。

背景技术

丁苯橡胶(SBR)是一种由丁二烯和苯乙烯单体通过乳液聚合而成的无规共聚物，是一种非结晶型橡胶。链段中的苯环赋予它良好的耐磨性和耐屈挠龟裂性，但由于链段中还存在碳碳不饱和双键，因此其耐热、耐候性差。为了提高耐候性、热稳定性和UV稳定性，可对其不饱和碳碳双键进行加氢改性，现有对丁苯橡胶的加氢研究包括溶液加氢法和丁苯胶乳加氢，后者因在丁苯橡胶呈乳液状态下直接改性，省掉改性过程中溶胶的过程，而具备反应能耗低等优势，较为成熟的方式是使用过氧化氢/水合肼/催化剂体系以氢化母体法的方式进行，但由于过氧化氢在分解过程会产生·OH自由基，同时肼自由基的存在使得制备的氢化产物中生成严重的凝胶，影响氢化产物的加工性能及使用效果。基于该缺陷，专利申请CN110498869A做了进一步改进，具体是在乳液体系中使用炭黑做催化剂，加入水合肼对丁苯胶乳进行选择性加氢，氢化度可达90.3％，该方法中虽然改善了丁苯橡胶的耐热性能，而且提到催化剂存在于HSBR弹性体中无需分离回收，可进一步作为HSBR的补强填料，可提高HSBR弹性体的力学性能，但由于体系中存在炭黑，加氢制品的颜色多为黑色，限制了其应用领域。

鉴于此，提出本发明。

发明内容

本发明提供一种高性能氢化丁苯橡胶弹性体及其制备和应用，用以解决现有技术中在制备HSBR弹性体时难以兼顾HSBR弹性体的耐热耐候性、力学性能和制品颜色等缺陷，本发明通过采用特定的催化剂用于丁苯橡胶加氢，得到的氢化丁苯橡胶弹性体的耐热性、耐老化性、力学性能提升，而且得到的生胶保持了其浅色的颜色，大大地拓宽了丁苯橡胶的应用领域。

本发明提供一种氢化丁苯橡胶弹性体的制备方法，包括：将催化剂加入经表面活性剂预乳化后的丁苯胶乳乳液中进行氢化反应；所述催化剂为Grubbs型催化剂和/或Hoveyda-Grubbs型催化剂。

本发明基于大量对丁苯胶乳进行选择性加氢的研究，发现，不同催化剂对加氢后的丁苯胶乳的性能影响差异较大，如在专利申请CN110498869A中，虽然氢化度可达90.3％，但其力学性能的提升除了与氢化反应有关，还与该催化剂自身可以作为补强填料有关，为了克服该催化剂导致的制品颜色受限的缺陷，本发明继续研究，意外地发现，当采用Grubbs型催化剂和/或Hoveyda-Grubbs型催化剂作为催化剂时，也可以得到的力学性能显著改善的氢化丁苯橡胶弹性体，而且，该氢化丁苯橡胶弹性体的生胶保持了其浅色的颜色，具有十分重要的应用价值。具体地，所述催化剂可以为GrubbsⅠ催化剂、GrubbsⅡ催化剂、GrubbsⅢ催化剂、Hoveyda-GrubbsⅠ催化剂和Hoveyda-GrubbsⅡ催化剂中的一种或多种。

根据本发明提供的氢化丁苯橡胶弹性体的制备方法，所述表面活性剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、聚乙二醇单十二烷基醚、甘胆酸钠和月桂基聚氧乙烯醚硫酸钠中的一种以上；优选为，表面活性剂的加入量为丁苯胶乳质量的0.1～1wt％；

进一步优选为，所述表面活性剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、聚乙二醇单十二烷基醚和甘胆酸钠中的一种以上。

本发明在研究中意外地发现，表面活性剂的种类对Grubbs型催化剂和/或Hoveyda-Grubbs型催化剂所催化的丁苯胶乳的氢化反应进一步得到的氢化丁苯橡胶弹性体的凝胶含量会产生关键影响，其中，采用月桂基聚氧乙烯醚硫酸钠作为预乳化的表面活性剂时，会产生一定量的凝胶，因此，优选为十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、聚乙二醇单十二烷基醚和甘胆酸钠作为所述表面活性剂。