不飽和羧酸金屬鹽增強(qiáng)天然橡膠納米復(fù)合材料的研究.pdf

1、采用不飽和羧酸金屬鹽增強(qiáng)橡膠，可以在沒有常規(guī)增強(qiáng)劑(炭黑、白炭黑等)的情況下得到性能優(yōu)良的硫化橡膠，具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。人們普遍認(rèn)為，極性的不飽和羧酸金屬鹽與極性橡膠之間具有良好的相容性，因而能發(fā)揮顯著的增強(qiáng)作用，而對(duì)相容性不好的非極性橡膠的增強(qiáng)作用是有限的。因此，不飽和羧酸金屬鹽增強(qiáng)橡膠的研究多集中于極性橡膠，如HNBR、NBR、CR等，近年來對(duì)于EPDM、SBR、POE等非極性橡膠或彈性體開始有研究報(bào)道。但是未見不飽和羧酸金屬鹽增強(qiáng)

2、天然橡膠(NR)的研究報(bào)道?！　”菊撐牟捎梅菢O性的天然橡膠在混煉過程中分別添加摩爾比為0.5/1的ZnO/MAA、Mg(OH)2/MAA或MgO/MAA，原位生成不飽和羧酸金屬鹽甲基丙烯酸鋅(ZDMA)和甲基丙烯酸鎂(MDMA)，然后在硫化過程中，ZDMA或MDMA在DCP作用下發(fā)生均聚和在天然橡膠上的接枝反應(yīng)，得到NR/ZDMA或NR/MDMA納米復(fù)合材料，獲得顯著的增強(qiáng)和改性效果。通過X-射線衍射(XRD)、傅立葉紅外光譜(FTI

3、R)、差示掃描量熱法(DSC)、熱重分析(TGA)、掃描電鏡-能量色散X射線譜儀(SEM-EDX)、透射電鏡(TEM)、橡膠加工分析儀(RPA)和門尼粘度測(cè)試儀等現(xiàn)代測(cè)試手段以及交聯(lián)密度測(cè)試等方法研究了混煉膠和硫化膠的微觀結(jié)構(gòu)和形態(tài)，分析了不飽和羧酸金屬鹽的形成及其在NR硫化過程中發(fā)生的原位聚合和接枝反應(yīng)，研究了材料的物理機(jī)械性能和交聯(lián)結(jié)構(gòu)，并對(duì)混煉膠和硫化膠的動(dòng)態(tài)粘彈性進(jìn)行了測(cè)試分析。探討了極性的不飽和羧酸金屬鹽增強(qiáng)非極性的天然橡膠的

4、主要規(guī)律與機(jī)理，并研究了不飽和羧酸金屬鹽與炭黑、蒙脫土并用對(duì)NR結(jié)構(gòu)與性能的影響?！　⊙芯拷Y(jié)果表明，在橡膠混煉過程中，分別添加摩爾比為0.5/1的ZnO/MAA和Mg(OH)2/MAA或MgO/MAA，可以原位生成不飽和羧酸鹽ZDMA或MDMA；在隨后的硫化過程中，ZDMA或MDMA在DCP作用下可以發(fā)生均聚和在天然橡膠上的接枝反應(yīng)，PZDMA或PMDMA粒子以納米尺寸均勻分布在橡膠基體中并以離子鍵連接成剛性網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)ZDMA或MDM

5、A一端接枝在天然橡膠大分子網(wǎng)絡(luò)上，另一端通過離子鍵與PZDMA或PMDMA粒子相連，最終得到具有接枝IPN結(jié)構(gòu)的NR/ZDMA或NR/MDMA納米復(fù)合材料。原位生成的ZDMA和PZDMA比直接添加的ZDMA及生成的PZDMA粒子細(xì)而均勻，同時(shí)在原位生成的PZDMA粒子中有大量NR大分子鏈“貫穿”其中。在天然橡膠/ZDMA混煉膠硫化過程中，ZDMA發(fā)生均聚和接枝反應(yīng)的速度比天然橡膠大分子鏈之間的交聯(lián)反應(yīng)速度快?！　≡簧傻臉O性不飽和羧

6、酸金屬鹽ZDMA和MDMA對(duì)非極性的天然橡膠有良好的增強(qiáng)作用。當(dāng)添加摩爾比為0.5的ZnO/MAA時(shí)，在155℃硫化溫度和1.5～2phrDCP用量的條件下，NR/ZnO/MAA納米復(fù)合材料硫化膠的力學(xué)性能最佳。DCP/S的并用可進(jìn)一步提高NR/ZnO/MAA納米復(fù)合材料的綜合性能。在155℃硫化溫度和1.5phrDCP用量時(shí)，隨著Mg(OH)2/MAA添加量的增加，硫化膠的拉伸強(qiáng)度、定伸應(yīng)力、撕裂強(qiáng)度、硬度隨之增加，在35phrMg(

7、OH)2/MAA添加量時(shí)，硫化膠的綜合力學(xué)性能最佳。不飽和羧酸鹽ZDMA和MDMA增強(qiáng)NR納米復(fù)合材料的總交聯(lián)密度和離子鍵交聯(lián)密度對(duì)復(fù)合材料的性能有重要的影響；在總交聯(lián)密度較高并且離子鍵和共價(jià)鍵比例接近時(shí)，納米復(fù)合材料的綜合性能最好。此外，NR/ZnO/MAA硫化膠的熱穩(wěn)定性比NR硫化膠的熱穩(wěn)定性好?！　∨cNR混煉膠相比，添加原位生成不飽和羧酸鹽ZDMA和MDMA的NR混煉膠具有較好的可塑性，有利于加工成型；添加原位生成不飽和羧酸鹽Z

8、DMA和MDMA的NR混煉膠的硫化速度遠(yuǎn)高于沒有添加不飽和羧酸鹽的NR混煉膠?！　‘?dāng)ZnO/MAA或MgO/MAA添加量在10phr以內(nèi)時(shí)，炭黑與ZDMA、MDMA對(duì)NR硫化膠有協(xié)同增強(qiáng)效果；同時(shí)ZnO/MAA、MgO/MAA的添加對(duì)NR/CB混煉膠有顯著的增塑作用，有利于膠料的加工成型?！　≡簧蒢DMA與改性蒙脫土CEMMT對(duì)天然橡膠硫化膠具有明顯的協(xié)同增強(qiáng)作用，可得到NR/CEMMT/ZnO/MAA納米復(fù)合材料，改性蒙脫土C