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顺丁橡胶(BR)具有高弹性、高耐磨、耐低温、耐屈挠等优点,是制造轮胎胎面和胎侧及其他橡胶制品的重要原料。随着社会发展,现有BR的性能已不能满足节能、安全、环保和耐用等方面的要求。本论文立足于合成橡胶产业的实际需求,通过对主催化剂稀土盐(NdS)进行改性,构筑了一个用于合成高顺式窄分布BR的催化体系。同时,针对BR在具体应用领域性能方面的需求,研制出了低滚阻BR、环保易加工BR、高耐屈挠BR三个产品。详细的研究内容如下:(1)通过筛选,确定了以改性剂(M)来改性NdS,解决了 NdS不能完全溶解于已烷的难题,获得了透明均相态催化剂。确定了 M的最佳用量为[M]/[Nd]=0.5,此条件下催化活性提高了 2.3倍,所得聚合物分子量分布变窄至2.3以下。(2)基于改性NdS(NdM),考察了均相剂(Bdcat)、二异丁基氢化铝(DIBAH)和倍半乙基氯化铝(EASC)用量及配制条件对催化剂相态、催化活性及丁二烯(Bd)聚合的影响,并采用GPC、FTIR和13C-NMR等分析手段对聚合产物的分子量及其分布、微观结构和序列分布进行了表征。结果表明:在催化剂制备过程中加入少量Bdcat可以获得均相态催化剂,EASC用量过大([Cl]/[Nd]≥3.8)导致催化剂呈非均相态;增大DIBAH用量或EASC用量、提高配制温度、延长配制时间均有利于提高催化活性;减小DIBAH用量、增大EASC用量、提高配制温度、延长配制时间均使得产物分子量增大,分子量分布变窄;增大DIBAH用量导致产物顺式-1,4-结构含量降低。较为合适的制备条件为[Al]/[Nd]=13-20、[Cl]/[Nd]=3.0、[Bdcat]/[Nd]=10-90、Tal=30-50℃、tal=30-60 min、Ta2=50℃、ta2=120 min。在此条件下,可以制备出均相态、高活性(可达2.88(Kg BR)·(g Nd)-1·h-1)、强定向性和较好稳定性的催化剂,可合成出分子量可调控(Mn=4.6× 104-3.1 × 105 g·mol-1)、分子量分布较窄(Mw/Mn<2.3)、顺式-1,4-结构含量大于97%的BR。(3)研究了 NdM/DIBAH/EASC/Bdcat催化Bd聚合过程,发现聚合产物数均分子量与转化率成线性关系,具有活性聚合的特征;聚合产物具有较窄的分子量分布,分子量分布指数最窄可达1.5;平均每个钕原子产生的聚合物链数(Np)达到7以上。这表明本论文研究的体系属于配位可逆链转移聚合机理,由链转移得到的分子链通过链交换(逆转移)反应重新成为活性链,接受单体插入继续增长,使得聚合物链长平均化,分子量分布变窄。基于聚合机理考察了链转移反应的影响因素,结果表明链转移反应基本由DIBAH用量决定,Np与DIBAH用量呈线性关系。据此建立了 BR分子量的计算方程,实验值与计算值的相对误差在10%以内。(4)采用NdM/DIBAH/EASC/Bdcat催化体系,在10L规模的反应釜中设计合成了两种窄分布BR,进一步证实了小试聚合规律。考察了分子量分布对BR应用性能的影响,结果表明分子量分布对t10,t90影响不大,窄分布的BR硫化速度略慢,焦烧时间略短。较窄的分子量分布,有利于提高BR的定伸应力、扯断伸长率、抗撕裂性能和耐磨性能,有利于降低滚动阻力,分子量分布由2.62变窄至2.21和1.83时,滚动阻力分别降低了 16%和24%。(5)基于NdM/DIBAH/EASC/Bdcat催化体系,考察了 DIBAH用量、催化剂用量和聚合温度对合成液体BR(LBR)的影响,较为合适的条件为[Al]/[Nd]=20-30,[Nd]/[Bd]=2.5×10-4-5.0×10-4,Tp=20℃。在 10L 规模的反应釜中合成了数均分子量为1.63×104 g·mol-1,顺式-1,4-结构含量为94.1%的LBR,将其与BR在溶液状态下原位共混,制备出了无需添加操作油加工使用的环保易加工BR,合适的LBR加入量为30份左右。其扯断伸长率和抗湿滑性能略有提高,其他性能与添加操作油的BR相当。(6)基于NdM,以正丁基镁(Mg)作为烷基化试剂,考察了 Mg和Bdcat用量、催化剂配制条件及聚合工艺条件对催化剂相态、催化活性及Bd聚合的影响,并采用GPC、FTIR和DSC等分析手段对聚合产物的分子量及其分布、微观结构和结晶行为进行了表征。结果表明当[Mg]/[Nd]=4-8、[Bdcat]/[Nd]=10-90时,可以获得均相态催化剂,催化活性相对较高。配制温度和时间对Bd聚合影响不大。聚合温度过高导致反式-1,4-结构含量降低,当温度为50℃时可以制备出反式-1,4-结构含量为95%左右的TPB。TPB在常温下含有单斜相和六方相结晶,结晶较为完全,结晶熔融温度分别44.4℃和96.6℃。