新型HNTs-Silica杂化材料及其多功能负载型橡胶助剂与丁苯橡胶复合材料的研究

发布时间：2020-05-30 07:47

【摘要】：随着橡胶工业的不断发展,制备高性能橡胶纳米复合材料成为橡胶工业发展的一个重要方向。当前,制备新型纳米填料是橡胶工业的研究热点,其中纳米杂化填料在橡胶基体中的应用尤其受到关注。然而,纳米填料(例如埃洛石纳米管或白炭黑等)在橡胶基体会存在分散性差以及与橡胶界面结合不佳等问题。为了更好地解决这些问题,制备出新型纳米杂化填料,并通过界面改性使其在橡胶基体中产生良好的协同作用,是一项重要的研究课题。另一方面,无机纳米杂化填料往往需要进行有机改性,才能在橡胶复合材料中充分发挥有效作用,这是研究和应用杂化填料的关键。本文制备了一种新型纳米杂化材料HNTs-g-Silica,并将其作为载体,分别以橡胶防老剂中间体(RT)与促进剂(M)作为新的界面改性剂,合成了两种新型橡胶助剂。这既能更好地发挥橡胶助剂的作用,同时能显著改善杂化填料在橡胶基体中的分散性,提高其与橡胶的界面结合,并能有效解决传统小分子橡胶助剂易迁移、挥发所造成的环境污染。因此,制备新型纳米杂化填料与环保多功能负载型橡胶助剂,为高性能橡胶复合材料应用提供新的理论依据与研究途径。首先采用溶胶凝胶法,在埃洛石纳米管(HNTs)表面原位生成了均匀分布的二氧化硅纳米粒子,制备了一种新型纳米杂化材料(HNTs-g-Silica)。再将HNTs、HNTs和Silica共混物(HNTs/Silica)和HNTs-g-Silcia三种填料分别添加到丁苯橡胶(SBR)基体中,研究了它们对SBR复合材料结构与性能的影响。结果表明,由于HNTs-g-Silica表面粗糙,使其在橡胶基体中的分散比加入HNTs或HNTs/Silica更均匀。另外,HNTs-g-Silica比表面积大,其表面能缠结更多的橡胶分子链,增强了填料与橡胶之间的界面结合力,对SBR复合材料有较好的补强效果,同时有效降低了SBR复合材料的滚动阻力,提高了其抗湿滑性,表明SBR/HNTs-g-Silica复合材料具有良好的动态力学性能。为了进一步改善HNTs-g-Silica(HS)与橡胶之间的界面结合,以防老剂中间体4一氨基二苯胺(RT)为界面改性剂,将其通过共价键的形式结合在HS表面上,合成了一种新型多功能负载型防老剂(HS-s-RT),并将其应用到SBR复合材料中。研究发现,RT有效改善了HS与SBR的相容性,增强了SBR与HS-s-RT之间的界面结合作用,形成了较强的橡胶与填料的交联网络。与未改性杂化填料填充的橡胶复合材料(SBR/HS)相比,SBR/HS-s-RT的拉伸强度有一定的提高,100%、300%的定伸应力也显著增加,滚动阻力明显降低。同时,RT通过共价键接枝在HS表面后,其耐溶剂和耐迁移能力显著增强,使SBR/HS-s-RT复合材料具有较好的热氧稳定性。同时以促进剂2-巯醇基苯并噻唑(M)作为另一种界面改性剂,将M通过共价键的形式结合在HNTs-g-Silica(HS)表面上,合成一种新型多功能负载型硫化促进剂(HS-s-M),并应用到SBR复合材料中。研究表明,与添加未改性HS的SBR混炼胶相比,添加HS-s-M的混炼胶的Payne效应显著降低,从而减弱填料之间的相互作用力,进一步改善混炼胶的加工性能;同时又能增强填料与橡胶的界面结合,降低SBR/HS-s-M的硫化活化能,提高SBR/HS-s-M复合材料的交联密度,对SBR复合材料产生较好的补强效果。因此,SBR/HS-s-M复合材料具有较好的硫化性能与机械性能。
【图文】：

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图 1-1 埃洛石纳米管的扫描与透射电镜图Fig. 1-1 SEM and TEM micrograph of HNTsAl2Si2O5(OH)4·nH2O。通常，HNTs 具有 10-15 个硅铝酸盐层，图 1-3 给出了埃洛石结构的三种不同视图（a-a，a-b 和 a-c）[22]。层间单分子水分子的存在会有 0.1nm 的本距离（n = 2），在脱水后，基本距离变为 0.07nm（n = 0）。根据萃取和纯化过程的同，一般 HNTs 管外径约为 40-60nm，，内径为 10-15nm，长度为 500-1500nm。纯 H的颜色通常是白色的，由于杂质的存在，HNTs 的颜色将转变成淡黄色或棕色。这种色的变化取决于杂质的类型和含量（如浸渍矿物质的 Fe3+，Ti4+和 Cr3+）。

示意图,埃洛石,示意图,硅铝酸盐

图 1-1 埃洛石纳米管的扫描与透射电镜图Fig. 1-1 SEM and TEM micrograph of HNTs)4·nH2O。通常，HNTs 具有 10-15 个硅铝酸盐层，图 1-3 给出了不同视图（a-a，a-b 和 a-c）[22]。层间单分子水分子的存在会有 2），在脱水后，基本距离变为 0.07nm（n = 0）。根据萃取和纯NTs 管外径约为 40-60nm，内径为 10-15nm，长度为 500-1500n是白色的，由于杂质的存在，HNTs 的颜色将转变成淡黄色或棕决于杂质的类型和含量（如浸渍矿物质的 Fe3+，Ti4+和 Cr3+）。
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB332

【参考文献】