随着合成橡胶制品行业的高速发展，以及对橡胶结构与性能间相互关系的不断深入研究，合成具有特定结构且具有更佳综合性能的合成橡胶产品成为未来的发展趋势。日前，业内资深专家、中国石油石油化工研究院燕鹏华博士围绕星形支化合成橡胶科研热点和用途，畅谈了国内在该领域所取得的进展以及未来应当重点研发的技术方向。
性能提升是研究热点
“星形支化结构，赋予合成橡胶独特三维形状和高度支化结构。相对于线性结构合成橡胶，星形支化合成橡胶有更低的溶液黏度和本体黏度，应力松弛更快和对剪切不敏感等特性。因此，研究星形支化的合成橡胶技术及产品以及加工应用性能成为聚合物研究的热点之一。”燕鹏华介绍说，随着聚合理论研究的不断深入及聚合技术的不断改进，研究人员可以从结构与性能的关系出发，对目标聚合物的结构、组成、相对分子质量及其分布等进行控制和调节。
星形支化聚合物的优势主要在于其流变性能、加工性能和力学性能。目前，星形支化橡胶合成主要采用先臂后核法、先核后臂法和核臂同时法制得，不同方法各有自身特点，产品性能相差很大。
燕鹏华强调：“对比不同的合成工艺，星形支化技术以苯乙烯—异戊二烯等共聚物为支化剂前驱体，原料与现有橡胶和聚烯烃工业一致，来源广泛，成本低，是比较合理和简便的方法。在后续新技术及新产品开发中，要结合现有橡胶和烯烃工业的主体原料，如苯乙烯、异戊二烯、丁二烯等共轭烯烃，设计合成新的支化剂，不仅有助于开发新的支化技术，而且可以为化工产业整体优化布局提供支撑。”
多家高校积极探索
近年来国内星形支化合成橡胶领域的研究比较活跃，众多科研院所和高校都在针对星形支化技术开展制备工艺与加工应用技术研究。
“星形支化合成橡胶合成配方中，反应体系基本一致，但是偶联剂（支化剂）的种类和活性不同。”燕鹏华介绍说，中国石油石油化工研究院和大连理工大学合作对星型低顺式聚丁二烯橡胶的合成及反应动力学、性能进行了系统研究。他们以环己烷为溶剂，正丁基锂为引发剂，四氯化硅为偶联剂，合成了一系列星形低顺式聚丁二烯橡胶，具有低凝胶含量、低门尼黏度和低胶液黏度，产品性能可与国外同类产品相媲美。
北京化工大学和北京石油化工学院的研究人员在支化异丁烯聚合物方面开展了大量的研究工作，取得了丰富研究成果。他们采用先臂后核法，先合成线形丁基橡胶，再利用二乙烯基苯进行偶联，得到星形支化丁基橡胶。还有研究者以二乙烯基苯做为支化剂，利用典型的正离子聚合来制备低凝胶含量的星形支化丁基橡胶。
燕鹏华表示，相对于线性聚异戊二烯，星形支化聚异戊二烯在保持低的熔体和溶液黏度的同时得到高相对分子质量的聚合物，兼顾其物理机械性能和加工性能。如有科学家采用活性阴离子聚合技术，以环己烷为溶剂，正丁基锂为引发剂，异戊二烯为单体，合成了线性的聚异戊二烯锂，并利用甲基三氯化硅偶联制备了星形3臂的聚异戊二烯。
重要领域获得突破
星形支化合成橡胶改善了加工应用性能，降低了加工能耗，对环境保护也有一定贡献。经过国内科研单位、高校的大力攻关，我国该领域取得了一些重要的突破和成果。
据燕鹏华介绍，以星形支化丁基橡胶为例，其在未硫化胶强度、应力松弛和挤压特性等方面都有明显的优势，比普通丁基橡胶更易于加工，在轮胎内胎和密封材料中的应用有不可替代的优势。我国自主开发的星形支化丁基橡胶具有独特的三维形状以及高的支化结构，表现出优良的粘弹性能，从而改善了丁基橡胶的加工性能。此外，星形支化聚异丁烯含有相对分子质量高的星形支化结构和相对分子质量低的线型分支结构，独特的三维形体、高支化结构和优良的黏弹性能，赋予了星形支化丁基橡胶不冷流、不塌陷的特点，而且其强度和硬度均高于普通橡胶，极大改善了它的加工性能。
“随着轮胎行业的迅速发展，溶聚丁苯橡胶在兼顾性能和成本优势的前提下逐渐成为轮胎橡胶原料首选用胶之一，星形溶聚丁苯橡胶的共沉胶更是制备绿色轮胎的理想材料。”燕鹏华介绍，星形支化聚异丁烯加工性能得到改善，应用更加便捷；星形支化的氯醚橡胶加工性能改善，具有优良的耐热性、耐油性和耐候性，可应用于交通运输、电子电器、航空航天等领域；星形支化聚异戊二烯突破了线性结构的限制，与天然橡胶更加类似，在天然橡胶替代方面更具优势。这些都是该领域颇有价值的研究对象。