氢化丁腈橡胶（HNBR）是一种综合性能极为出色的特种橡胶。目前市面上的HNBR都是由丁腈橡胶（NBR）使用溶液加氢法生产得到的，与乳液加氢法相比，溶液加氢法存在生产工艺繁琐，有机溶剂参与反应影响环境等缺点。而现有的乳液加氢制备HNBR的方法又存在催化剂添加量过大，反应时间过长和反应过程中形成凝胶等问题。王辉教授团队针对以上问题改进了乳液催化加氢制备HNBR的方法。该工艺采用新型催化剂——catMETium® RF 4，在催化剂加入量很低（catMETium® RF 4/NBR=0.02%）的条件下，5小时内即可得到高饱和的HNBR，并且具有良好稳定性。同时对该氢化反应进行动力学分析，使我们对NBR乳液加氢反应有了更进一步的了解。

图1. NBR与链内双键的氢化示意图

  通过傅里叶变换红外光谱(FT-IR)和核磁共振氢谱(¹H NMR)对NBR和制得HNBR的微观结构进行了表征。在3200到500 cm^?1红外光谱范围内，2236 cm^?1峰对应腈基(C≡N)，970 cm^?1峰是1,4-反式双键的特征峰，917 cm^?1峰对应于1,2-乙烯基。在氢化过程中，970 cm^-1和917 cm^-1吸收峰逐渐消失。同时，FT-IR光谱在723 cm^-1处出现了一个新的特征吸收峰，这可以归因于加氢后饱和结构（CH₂）_n（n>4）的摇摆振动。¹H NMR和FT-IR结论一致，同时结果表明，利用catMETium® RF 4催化剂对NBR胶乳直接加氢，可获得HNBR胶乳，且5小时加氢度大于95%。

图2 NBR和HNBR红外光谱(FT-IR)和核磁共振氢谱(¹H NMR)

  通过对FT-IR图谱的进一步分析，发现1,2-乙烯基（917 cm^?1）在加氢度50%-75%之间消失，表明1,2-乙烯基率先氢化完成。通过对该反应的双键转化曲线进行分析，发现在区域Ⅰ和Ⅱ中，曲线基本符合一阶线性模型，但是斜率有所不同。区域Ⅰ内由于NBR分子链在胶束颗粒中呈现自由缠绕状态，催化剂的活性中心与乙烯基单元中的碳碳双键接触概率比1,4-反式双键更大，所以1,2-乙烯基比1,4-反式双键氢化更快；而区域Ⅱ内1,2-乙烯基已经基本氢化完成，故斜率减小。随着转化率的继续增加，在区域Ⅲ内，催化剂活性中心与未转化双键之间的接触概率越来越低。同时，高温运行也会导致部分催化剂失活，导致该区域的动力学数据偏离一阶线性模型。

图3. 丁腈橡胶加氢的双键转化曲线

  他们推导了氢化过程中的双键转化公式，已经可以对各种反应条件下的1,4-反式双键和1,2-乙烯基的氢化反应常数进行分别计算。另外，该工作还研究了加氢温度、乳液浓度等条件对加氢度的影响。

  该项工作为乳液加氢和反应动力学领域提供了新思路，论文以“Selective Hydrogenation of Nitrile Butadiene Rubber Latex Using Catmetium®RF 4 Catalyst”为题发表在催化领域国际知名期刊Catalysis  Today (IF=6.766)。青岛科技大学硕士研究生佟伟超为该论文的第一作者，王辉教授为通讯作者。值得一提的是，第二作者陈函楚是青岛科技大学的本科生，对本工作实验优化做出了很大贡献。该工作得到了山东京博集团、山东省“泰山学者”计划、中央引导地方科技发展专项资金、山东省自然科学基金和国家自然科学基金的资助支持。

  王辉教授课题组科研项目经费充足，薪酬待遇优厚，现诚招高分子材料、乳液聚合、有机金属催化等专业背景的科研助理、博士后和教师，有意者请将个人简历发至邮箱hwang@qust.edu.cn。