负载型促进剂对橡胶共混物交联动力学及性能的研究
发布时间：2021-02-27 19:24
制备环保、安全、耐用的高性能轮胎是现代轮胎发展的重要方向。为了制备高性能轮胎,常将不同的橡胶并用以达到取长补短、赋予橡胶更加优异的性能的目的。由于并用橡胶各组分的化学组成和结构存在差异,各胶相在硫化时出现的交联反应特征有所差异,所以并用橡胶的共硫化是制备高性能轮胎的重要研究内容。同时,填料在橡胶基体中的分散状态、填料与橡胶的界面结合作用对于获得高性能的橡胶复合材料至关重要。白炭黑负载型橡胶助剂不仅能促进填料本身在橡胶中的分散,而且能够改善小分子助剂在两胶相中的分配比例和分散状态。因此使用环保、高效、多功能的负载型促进剂制备出高性能的并用橡胶复合材料是十分必要的。本论文创新性地选用不易污染、化学性能稳定的2-硫醇基咪唑啉（ETU）作为橡胶副促进剂,使用白炭黑负载型促进剂（Si O2-s-ETU）与促进剂N-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺（CZ）并用,制备了天然橡胶/丁苯橡胶（NR/SBR）复合材料。通过研究CZ/Si O2-s-ETU对NR/SBR并用橡胶的交联动力学的影响发现,Si O2-s-ETU能够有效促进并用橡胶的共...
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
NR/silica-s-S 的制备流程图（a）silica-s-S 的制备流程图 （b）NR/silica-s-S 的硫化过程[13] Fig.1-1 Procedures for the preparation of NR/silica-s-S nanocomposites. (a) The
华南理工大学硕士学位论文4能够提高轮胎的抗湿滑性能，而且能够降低轮胎的滚动阻力，提升轮胎的力学性能，是一种绝佳的绿色轮胎制备原料[21]。白炭黑表面含有丰富的硅羟基，在储存过程中容易吸水，产生更大尺寸的聚集体，同时白炭黑表面和橡胶的界面相容性差，被混炼加工进入橡胶时很难加工均匀，容易在橡胶基体中发生团聚。所以为了使白炭黑在橡胶中发挥出更好的性能，在实际使用时需要对白炭黑进行表面改性，在白炭黑表面引入有机活性基团，改善白炭黑与橡胶的界面相容性，从而使白炭黑在橡胶中更均匀分散，这是一种有效的改性手段[22]。图1-2白炭黑纳米球的SEM图像[20]Fig.1-2SEMimagesofsilicananospheres[20]白炭黑最常用的改性手段是偶联剂改性，例如将硅烷偶联剂直接加入白炭黑中，白炭黑表面的羟基很容易与硅烷偶联剂的硅烷基团发生反应。Zhong等[23]研究了橡胶复合材料中分散性和界面相容性之间的关系。研究结果表明二氧化硅表面化学性质的细微变化极大地改善了其在橡胶基质中的分散性，从而也改善白炭黑与橡胶之间的界面相容性，并因此完成了充分的界面反应。在非常低的接枝含量下，同时观察模量提高44％和抗湿滑性提升54％以及滚动阻力降低11％。1.2.2.2石墨烯石墨烯是由碳原子紧密堆积组成的二维片状纳米材料，是目前自然界最薄的材料，厚度仅有0.35nm。其组成结构为苯六元环相互并联，表面覆盖由碳原子s轨道和p轨道杂化组成的大π键，因此具有优异的导热性能和导电性能，也具有非常高的模量[24]。同时石墨烯具有非常大的比表面积，是一种优异的负载基体，将具有催化作用的物质负
华南理工大学硕士学位论文6Dong等[31]开发了一种高效快速环保安全的“一步法”，以在温和的条件下（2h，80℃，中性和无毒的环境条件），如图1-3所示，用硫化促进剂2-巯基苯并噻唑（M）同时还原和官能化氧化石墨烯（GO）。使用该方法还原和改性的GO，不仅消除了使用过程中橡胶制品中硫化促进剂的有害起霜，而且减少了不可逆的石墨烯团聚，并改善了石墨烯与弹性体之间的相容性，有助于M-G纳米石墨烯片在弹性体基质中的均匀分散，起到了改善石墨烯-弹性体的界面相互作用的效果。结果表明，含有M-G纳米石墨烯片的橡胶复合材料比直接使用水合肼进行还原石墨烯填充的橡胶复合材料具有更高的拉伸强度、更大的延展性和优异的导热性。图1-3M-G的制备流程图[31]Fig.1-3SynthesisrouteofM-G[31]Zhong等[32]将促进剂乙烯硫脲（ETU）化学接枝到硅烷改性二氧化硅（m-SiO2）的表面上，制备了ETU改性二氧化硅（SiO2-s-ETU），如图1-4所示。SiO2-s-ETU可以均匀地分散在SBR的基体中，具有相当强的填料-橡胶相互作用，并且接枝的ETU分子仍然能够加速硫的硫化。由于界面相互作用的改善，SiO2-s-ETU更容易在橡胶基体中分散，所制备出的SBR/SiO2-s-ETU纳米复合材料比包含相同促进剂组分的SBR/SiO2和SBR/m-SiO2（硅烷偶联剂改性二氧化硅）纳米复合材料具有更优异的机械性能和硫化促进效果。图1-4silica-s-ETU的制备流程图[32]Fig.1-4Synthesisrouteofsilica-s-ETU[32]
【参考文献】：
期刊论文
[1]不同苯乙烯含量丁苯橡胶与天然橡胶并用的研究[J]. 魏继军,刘英杰,高晟强,吕康辉,薛美玲. 橡胶工业. 2019(11)
[2]N-叔丁基-2-苯骈噻唑次磺酰胺制备及其光谱分析[J]. 贾太轩,宋国全,郭尧,赵凌,田大勇,侯绍刚. 光谱学与光谱分析. 2016(07)
[3]石墨烯的制备及应用的研究进展[J]. 陈莹莹,宓一鸣,阮勤超,阮晓栋,金言宜. 硅酸盐通报. 2015(03)
[4]FTIR及Py-GC/MS定性分析高聚物单体[J]. 丁国芳,王建华,罗顺火. 化学研究与应用. 2002(03)
[5]采用热重和裂解气相色谱-质谱分析方法剖析轮胎硫化胶[J]. 李卫青,贾德民,傅伟文,罗远芳. 弹性体. 2002(01)
[6]用裂解气相色谱法测定并用胶各胶相交联程度[J]. 罗远芳. 特种橡胶制品. 1986(04)
博士论文
[1]中国橡胶产业安全研究[D]. 王锋.北京交通大学 2015
硕士论文
[1]新型负载型助剂对橡胶及其共混物结构和性能的影响[D]. 董焕焕.华南理工大学 2019
本文编号：3054689
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
NR/silica-s-S 的制备流程图（a）silica-s-S 的制备流程图 （b）NR/silica-s-S 的硫化过程[13] Fig.1-1 Procedures for the preparation of NR/silica-s-S nanocomposites. (a) The
华南理工大学硕士学位论文4能够提高轮胎的抗湿滑性能，而且能够降低轮胎的滚动阻力，提升轮胎的力学性能，是一种绝佳的绿色轮胎制备原料[21]。白炭黑表面含有丰富的硅羟基，在储存过程中容易吸水，产生更大尺寸的聚集体，同时白炭黑表面和橡胶的界面相容性差，被混炼加工进入橡胶时很难加工均匀，容易在橡胶基体中发生团聚。所以为了使白炭黑在橡胶中发挥出更好的性能，在实际使用时需要对白炭黑进行表面改性，在白炭黑表面引入有机活性基团，改善白炭黑与橡胶的界面相容性，从而使白炭黑在橡胶中更均匀分散，这是一种有效的改性手段[22]。图1-2白炭黑纳米球的SEM图像[20]Fig.1-2SEMimagesofsilicananospheres[20]白炭黑最常用的改性手段是偶联剂改性，例如将硅烷偶联剂直接加入白炭黑中，白炭黑表面的羟基很容易与硅烷偶联剂的硅烷基团发生反应。Zhong等[23]研究了橡胶复合材料中分散性和界面相容性之间的关系。研究结果表明二氧化硅表面化学性质的细微变化极大地改善了其在橡胶基质中的分散性，从而也改善白炭黑与橡胶之间的界面相容性，并因此完成了充分的界面反应。在非常低的接枝含量下，同时观察模量提高44％和抗湿滑性提升54％以及滚动阻力降低11％。1.2.2.2石墨烯石墨烯是由碳原子紧密堆积组成的二维片状纳米材料，是目前自然界最薄的材料，厚度仅有0.35nm。其组成结构为苯六元环相互并联，表面覆盖由碳原子s轨道和p轨道杂化组成的大π键，因此具有优异的导热性能和导电性能，也具有非常高的模量[24]。同时石墨烯具有非常大的比表面积，是一种优异的负载基体，将具有催化作用的物质负
华南理工大学硕士学位论文6Dong等[31]开发了一种高效快速环保安全的“一步法”，以在温和的条件下（2h，80℃，中性和无毒的环境条件），如图1-3所示，用硫化促进剂2-巯基苯并噻唑（M）同时还原和官能化氧化石墨烯（GO）。使用该方法还原和改性的GO，不仅消除了使用过程中橡胶制品中硫化促进剂的有害起霜，而且减少了不可逆的石墨烯团聚，并改善了石墨烯与弹性体之间的相容性，有助于M-G纳米石墨烯片在弹性体基质中的均匀分散，起到了改善石墨烯-弹性体的界面相互作用的效果。结果表明，含有M-G纳米石墨烯片的橡胶复合材料比直接使用水合肼进行还原石墨烯填充的橡胶复合材料具有更高的拉伸强度、更大的延展性和优异的导热性。图1-3M-G的制备流程图[31]Fig.1-3SynthesisrouteofM-G[31]Zhong等[32]将促进剂乙烯硫脲（ETU）化学接枝到硅烷改性二氧化硅（m-SiO2）的表面上，制备了ETU改性二氧化硅（SiO2-s-ETU），如图1-4所示。SiO2-s-ETU可以均匀地分散在SBR的基体中，具有相当强的填料-橡胶相互作用，并且接枝的ETU分子仍然能够加速硫的硫化。由于界面相互作用的改善，SiO2-s-ETU更容易在橡胶基体中分散，所制备出的SBR/SiO2-s-ETU纳米复合材料比包含相同促进剂组分的SBR/SiO2和SBR/m-SiO2（硅烷偶联剂改性二氧化硅）纳米复合材料具有更优异的机械性能和硫化促进效果。图1-4silica-s-ETU的制备流程图[32]Fig.1-4Synthesisrouteofsilica-s-ETU[32]
【参考文献】：
期刊论文
[1]不同苯乙烯含量丁苯橡胶与天然橡胶并用的研究[J]. 魏继军,刘英杰,高晟强,吕康辉,薛美玲. 橡胶工业. 2019(11)
[2]N-叔丁基-2-苯骈噻唑次磺酰胺制备及其光谱分析[J]. 贾太轩,宋国全,郭尧,赵凌,田大勇,侯绍刚. 光谱学与光谱分析. 2016(07)
[3]石墨烯的制备及应用的研究进展[J]. 陈莹莹,宓一鸣,阮勤超,阮晓栋,金言宜. 硅酸盐通报. 2015(03)
[4]FTIR及Py-GC/MS定性分析高聚物单体[J]. 丁国芳,王建华,罗顺火. 化学研究与应用. 2002(03)
[5]采用热重和裂解气相色谱-质谱分析方法剖析轮胎硫化胶[J]. 李卫青,贾德民,傅伟文,罗远芳. 弹性体. 2002(01)
[6]用裂解气相色谱法测定并用胶各胶相交联程度[J]. 罗远芳. 特种橡胶制品. 1986(04)
博士论文
[1]中国橡胶产业安全研究[D]. 王锋.北京交通大学 2015
硕士论文
[1]新型负载型助剂对橡胶及其共混物结构和性能的影响[D]. 董焕焕.华南理工大学 2019
本文编号：3054689
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