(1)动态硫化制备新型热塑性弹性体(TPV)的产业化技术
橡胶材料在应用时必须交联,回收再利用极为困难,我国废橡胶产生量世界第一。发达国家在汽车零部件、建筑、电子等诸多领域正强制使用易回用的绿色橡胶材料。TPV是一类易回收再利用的高附加值的“绿色”橡胶材料,但工业化制备技术难度很高,被几家国际大公司(如埃克森美孚)掌控。
在国家科技支撑计划、973计划等课题支持下,在制备TPV基础研究方面取得重要突破,首次发现三元乙丙橡胶(EPDM)/聚丙烯(PP)TPV中呈分散相的橡胶微米粒子是由大量橡胶纳米粒子团聚而成,阐明了动态硫化反应加工中TPV相态结构的形成机理,进而提出相态结构的调控方法(Soft Matter 2014, 10:1816; ACS Sustain. Chem. Eng. 2015, 3: 26; Polymer 2014, 55: 3068; Polymers, 2016, 8: 127; J. Polym. Res. 2013, 20: 266);研究发现相容与不相容共混体系具有不同的相态结构形成机理及结构-性能关系(RSC Adv. 2017, 7: 5451; 2016, 6: 11151; 2016, 6: 30004; 2016, 6: 91594;Eur. Polym. J. 2017, 93: 590),为制备不同共混体系的高性能TPV提供了理论依据;发明了“完全预分散-动态全硫化”制备TPV新工艺方法,设计定制了结构参数先进的动态硫化反应器,开发了动态硫化反应用交联剂/催化剂体系及系列专用配方(ZL02156739.5, ZL03150041.2,ZL201410027250.4,ZL201410698758.7),解决了橡胶相动态交联速率与微纳尺度破碎速率的匹配难题,成功实现了低比例塑料相作为连续相、高比例橡胶相作为微纳级分散相且高度交联的理想相态结构,形成了具有我国自主知识产权的TPV工业化制备成套技术。建成我国第一家EPDM/PP TPV万吨级生产企业(山东道恩高分子材料股份有限公司),产品国内市场占有率近30%,使国际产品降价50%以上,累计实现销售30亿元。2017年初,该公司成功在深圳上市;2017年4月山东道恩集团向北京化工大学捐赠1000万元人民币,支持教育事业。
利用该平台技术,又开发了完全预分散-两步动态全硫化工艺制备医用级高阻隔丁基橡胶/PP TPV,建成万吨级生产线,该产品通过了美国联邦食品药品监督管理局(FDA)的药物主控文档(DMF)和美国联邦药典最高级别(USP CLASS VI)的认证,属于国内唯一、国际第二个开发成功的产品;开发了反应增容-预分散动态全硫化制备了耐油丁腈橡胶/PP TPV和高气体阻隔性丁基橡胶/聚酰胺TPV。获2项国际先进水平的鉴定成果。在聚合物科学最高影响期刊就TPV的制备、结构与性能做了系统综述(Prog. Polym. Sci. 2018, 79: 61–97)。
(2)节油轮胎用弹性体—S-SBR及其充油产品的研制及工业化开发
通过进行阴离子聚合法合成线形苯乙烯均匀分布的溶聚丁苯橡胶的基础研究,明晰了极性添加剂对聚丁二烯微观结构的影响和无规化剂对苯乙烯均匀分布的影响,确定了分子量及分子量分布控制与调节方法和聚合反应动力学。通过聚合反应工艺研究,确定了原料和设备的净化方式及标准研究;研究引发剂浓度、单体浓度、助剂浓度、聚合液浓度对聚合工艺及产物的影响,确定合理的聚合配方体系;确定合理的聚合加料方式、反应温度、反应压力、反应时间等;确定了充油线型S-SBR充油工艺及配方;建立了产物建立了分子量和分子量分布、微观结构、共聚组成和序列结构等的分析方法。通过研究胶料的结构的热学、静态力学性能、动态力学性能、磨耗、滚动阻力和干湿抓着性 ,确定最佳的苯乙烯均匀分布的S-SBR的聚合工艺和结构。
在基本工艺参数、工艺流程充分论证的基础上,进行中试装置200L聚合釜的设计及建设,200L聚合釜已经建好,试生产了约150kg苯乙烯均匀分布的S-SBR。