科创中国
可降解聚环戊烯橡胶的开发
成果类型：: 发明专利
发布时间: 2022-11-15 14:13:34
科技成果产业化落地方案
方案提交机构：“科创中国”科技创新全链条服务生态系统专业科技服务团| bayuegua123 | 2022-11-18 09:58:31
我国每年废弃的橡胶材料超过 1000 万吨， 这些对环境造成了巨大的压力。 中国石化联合会发布的“十四五”发展指南强调， 我国石化行业发展要推行“绿色化学”理念， 推动废橡胶的环保再生利用，扩大可降解高分子材料使用比例。现行的橡胶降解方法主要通过生物酶进攻橡胶骨架中异戊二烯结构单元中的双键的方式完成。这种方式只对特定的橡胶种类起效，且不能使橡胶完全降解。因此开发一种新型的性能优良，且能完全降解的橡胶品种对我国合成橡胶工业有重要意义。近年来我国 C5 产量逐步提升，预计在 2022 年可达到 300 万吨以上，其中双环戊二烯（DCPD）和环戊烯（CP）是 C5 重要馏分。聚环戊烯橡胶由环戊烯单体聚合得到，是一种可完全降解，且立构可控，耐低温性能好，易于改性的新一代合成橡胶。其特殊的性能在未来有望通过单独或与其他橡胶共混的方式制造高性能轮胎产品及其他官能化橡塑产品。因此对聚环戊烯橡胶的开发有现实意义和应用前景。
聚环戊烯橡胶制备采用开环易位聚合机理，主要采用以钨、钼、钌三种核心金属原子构建的催化剂进行催化合成。其中，钌体系催化效果好，但价格昂贵，工业化成本过高。现有钨体系价格低，但活性太高，聚合过程难以控制。基于此，为完善钨催化体系催化能力，使其具有工业化可行性。团队对钨体系催化剂进行深入研究，明确催化剂配体的空间位阻和电子效应对催化剂活性和聚合过程立构规整度的影响。成功制备除了一系列高反式聚环戊烯橡胶。
据说明聚环戊烯橡胶在低温条件下是一种理想的顺丁橡胶替代物，可进一步提高轮胎在低温条件下的性能。
开环易位聚合反应是一种可逆反应，在不改变催化剂，只改变反应条件的情况下，可以完成高分子量聚合物的完全解聚。通过以上原理，团队成功通过控制反应温度的方式在 120 分钟的时间内将呈凝胶状态，分子量为 150000 kg/mol 的聚环戊烯橡胶解聚，使其最终成为稀溶液状态，分子量为
1600 kg/mol 的低聚物，完成了橡胶的解聚。因此，聚环戊烯橡胶作为一种绿色环保、可以轻松实现完全降解的橡胶，有着良好的开发、使用前景。
聚苯乙烯微球由于其具有机械性能优良、吸附性好、表面反应能力强等优点，应用最为广泛。羧基化聚苯乙烯微球与各种配体特别是生物分子的反应活性高，应用领域广，所以引起了很多科研者的兴趣和重视。用羧基进行表面改性可提高分散体的胶体稳定性，防
止颗粒聚集，羧基化微球常被应用于药物递送、传感器等生物医学和诊断领域。因此，制备表面羧基含量高、粒径均一的微球是非常有意义的。
刘若凡，男，博士研究生（博士后），特种弹性体复合材料北京市重点实验室
目前中科院化学所采用溶胀悬浮聚合技术合成聚苯乙烯微球，制备得到了粒径为5-20μm的微球。但其制备过程复杂，持续时间长且难以实现羧基化。南京卡博生物科技有限公司制备得到了高度羧基化的聚苯乙烯微球，但其制备得到的微球粒径小，仅有150nm，制备得到的微球的应用范围由于其粒径小而受到限制。CN1793187A(2005.12.5)专利介绍了
通过控制丙烯酸和苯乙烯的质量比调控粒径。该方法控制粒径便利，但难以实现连续控制，且得到的聚苯乙烯微球的粒径仅有100nm左右，难以用于医学检测。
本项目的优点在于，二步分散法与其他方法相比，将反应分成两部分，反应更充分，大大提高了单体转化率。制备得到的聚苯乙烯微球均一，粒径大可达至微米级。并且通过控制第一步的反应时间可以调控微球表面的羧基含量。市场前景良好，经济效益显著。
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