中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所在用于合成橡膠新型高效稀土催化體系的研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用方面的系列成果，近日榮獲2014年吉林省技術(shù)發(fā)明獎一等獎。
該成果發(fā)明的高活性稀土催化體系應(yīng)用于萬噸級稀土異戊橡膠工業(yè)化裝置，每噸異戊橡膠產(chǎn)品催化劑成本降至400元以下，聚合時間由平均7小時縮短至2.5小時，產(chǎn)品質(zhì)量達到國內(nèi)外同類最好水平，并在全鋼載重子午胎上首次實現(xiàn)了稀土異戊橡膠對天然橡膠的100%替代;應(yīng)用在萬噸級稀土順丁橡膠工業(yè)化裝置上，每噸順丁橡膠產(chǎn)品主催化劑成本降至300元以下，極大降低了生產(chǎn)成本，提高了生產(chǎn)效率，產(chǎn)品質(zhì)量達到國內(nèi)外同類水平。替代天然橡膠的稀土異戊橡膠和滿足安全節(jié)能綠色輪胎要求的稀土順丁橡膠的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，由此可以大大提速。
據(jù)介紹，上世紀(jì)60年代長春應(yīng)用化學(xué)研究所首先開展了稀土催化合成橡膠的研究。但聚合活性偏低，合成橡膠鏈結(jié)構(gòu)、微觀結(jié)構(gòu)、相對分子質(zhì)量及其分布可控性較差等一系列問題，至今在全球范圍都未能很好解決。
長春應(yīng)用化學(xué)研究所科技人員從稀土元素特點和稀土催化合成橡膠的基礎(chǔ)理論入手，解決了稀土催化劑高度締合等問題，提出了新的配位聚合合成橡膠的微觀結(jié)構(gòu)形成機理，發(fā)明了配位可逆鏈轉(zhuǎn)移聚合方法。在稀土催化體系的高活性、高立構(gòu)定向性和相對分子質(zhì)量及其分布的可控性等方面取得了原創(chuàng)性和系統(tǒng)性的研究成果。
項目組開發(fā)了高活性、高順式定向性、高度均相穩(wěn)定的稀土催化體系。首次提出了稀土化合物高度締合是稀土催化劑聚合活性低、分子質(zhì)量分布寬的首要因素，并通過特定結(jié)構(gòu)的配體使稀土催化劑締合分子簇轉(zhuǎn)化為單一分子催化劑，成功開發(fā)了具有高活性、高順式定向性、高度均相穩(wěn)定的“均一化”稀土催化劑，提高了稀土利用率，并且聚合物微觀結(jié)構(gòu)、相對分子質(zhì)量及其分布具有可控性。
他們還提出配位可逆鏈轉(zhuǎn)移聚合合成橡膠的理論和方法，將傳統(tǒng)配合聚合合成橡膠中的鏈轉(zhuǎn)移反應(yīng)由不可逆變?yōu)榭赡?，避免了由鏈轉(zhuǎn)移引起的終止反應(yīng)，提高了稀土元素的利用率，使聚合反應(yīng)由不可控變?yōu)榭煽?，使制備窄分子質(zhì)量分布合成橡膠及其鏈端功能化成為現(xiàn)實。
應(yīng)用新型稀土催化體系和配位鏈轉(zhuǎn)移聚合技術(shù)，并結(jié)合項目組設(shè)計的高效聚合工藝、凝聚和后處理技術(shù)、加工技術(shù)等核心的關(guān)鍵技術(shù)，萬噸級異戊橡膠的主催化劑消耗僅為0.18千克/噸產(chǎn)品，在萬噸級丁二烯聚合工藝中，主催化劑消耗甚至達到0.056千克/噸產(chǎn)品，遠高于國際最高水平，極大的降低了生產(chǎn)成本，提高了生產(chǎn)效率。
