科研人員發展出低分子量高反式液體橡膠高效合成新方法

我國特種效能的橡膠材料由於受限於技術瓶頸，通常依賴於進口，影響了高尖端工業技術的發展程序。低分子量高反式聚異戊二烯液體橡膠是具有發展前景的聚合材料，其在生物醫療器材、薄膜、膠黏劑等高附加值產品中具有特殊應用。目前製備該類液體橡膠的有效方法之一是陽離子聚合。然而，以路易斯酸催化為主的陽離子聚合製備聚異戊二烯仍存在挑戰：環化或支化副反應的存在導致難以同時實現高產率及高雙鍵保留率的聚合，催化劑及反應溶劑用量大、後處理對環境不友好。上述問題限制了低分子量高反式聚異戊二烯液體橡膠在工業上的應用。因此，發展一種廉價、簡單、有效的催化體系，透過綠色、節能的反應過程實現高附加值聚異戊二烯液體橡膠的製備，具有戰略研究價值和工業應用前景。

中國科學院青島生物能源與過程研究所研究員王慶剛帶領的催化聚合與工程研究組致力於C4~C5聚烯烴材料的製備技術與工程化研發。該課題組採用一種新的研究思路：簡單質子酸+離子液體。在機理層面上從源頭對副反應進行抑制，實現了高效製備高反式聚異戊二烯液體橡膠的合成新方法（如圖）。研究發現，以強質子酸Tf₂NH為催化劑，以含Tf₂NH-的離子液體為溶劑，二者協同作用既保證了聚合反應的高效性，又有效抑制了由雙鍵“再質子化”所帶來的環化副反應，得到兼具高產率（>99%）、高雙鍵保留率（最高99%）的聚合產物。研究表明，不同於Lewis酸催化體系，該催化體系以H+為引發端，β-H消除為主要鏈終止方式，保證了聚合物鏈端無任何外來基團引入。體系中離子液體為綠色溶劑，用量少，且迴圈使用五次仍能保持高的聚合效能。以上優點為陽離子聚合製備高反式聚異戊二烯液體橡膠的工業化應用提供了一條可行的綠色發展途徑。

相關研究成果以High Double Bond Content of Polyisoprene Synthesis via Cationic Polymerization Synergistically Catalyzed by Tf₂NH-Ionic Liquids為題，發表在Macromolecules上。研究工作得到山東省重大科技創新工程專案、山東省自然科學基金、山東省人才專案基金、中科院STS區域重點專案和青島能源所重點創新基金等的支援。

高反式聚異戊二烯液體橡膠聚合示意圖

來源：中國科學院青島生物能源與過程研究所