近日，中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所發(fā)明的“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”項目榮獲2014年吉林省技術(shù)發(fā)明獎一等獎（主要完成人：張學(xué)全等）。
據(jù)了解，稀土催化合成橡膠是上世紀(jì)60年代長春應(yīng)用化學(xué)研究所對世合成橡膠領(lǐng)域做出的巨大貢獻(xiàn)，不僅豐富了配位聚合的理論和方法，更在世界范圍內(nèi)帶動了能夠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大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。經(jīng)過半個多世紀(jì)的發(fā)展，稀土催化體系合成橡膠仍存在著聚合活性偏低、合成橡膠鏈結(jié)構(gòu)、微觀結(jié)構(gòu)、分子量及其分布可控性較差等一系列瓶頸問題。
長春應(yīng)化所科技人員基于多年的科研積累和良好的研究基礎(chǔ)，從稀土元素特點(diǎn)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(jī)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。
長春應(yīng)化所提出了雙烯烴配位聚合聚合物微觀結(jié)構(gòu)形成新機(jī)理，解決了Cossee和Arlman 1964年提出的雙烯烴配位聚合聚合物微觀結(jié)構(gòu)形成機(jī)理中催化劑結(jié)構(gòu)與聚合物微觀結(jié)構(gòu)不相關(guān)聯(lián)，不能指導(dǎo)催化劑設(shè)計合成和聚合實踐的問題。新機(jī)理指出了催化劑中配體結(jié)構(gòu)和聚合條件與聚合物微觀結(jié)構(gòu)的相關(guān)性，能夠圓滿詮釋現(xiàn)有實驗事實，并且能夠指導(dǎo)催化劑設(shè)計合成和聚合實踐，為提高配位聚合合成橡膠微觀結(jié)構(gòu)的可控性奠定了理論基礎(chǔ)。
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)出高活性、高順式定向性、高度均相穩(wěn)定的稀土催化劑。
長春應(yīng)化所提出配位可逆鏈轉(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)，不僅提高了稀土元素的利用率，并且使聚合反應(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。
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，其每噸異戊橡膠產(chǎn)品催化劑成本降至400元以下，聚合時間也由平均7小時縮短至2.5小時，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(dá)到國內(nèi)外同類最好水平，并且首次實現(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，其主催化劑每噸順丁橡膠產(chǎn)品催化劑成本降至300元以下，產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到國內(nèi)外同類水平。
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