熔融法制备层状硅酸盐橡胶纳米复合材料的结构与性能

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1、北京化工大学博士生论文熔融法制备层状硅酸盐／橡胶纳米复合材料的结构与性能摘要与传统的聚合物基复合材料相比，层状硅酸盐／聚合物纳米复合材料近年来因其具有优异的性能，受到广泛关注。关于该类纳米复合材料的制备以及结构与性能关系等问题的研究具有重要的理论价值和实际意义。本论文采用了熔融插层法制备粘土，橡胶纳米复合材料。系统研究了橡胶基体的性质和硫化助剂及交联密度等对材料微观结构和性能的影响，获得了有意义的结果。在此基础上，初步探索了高份数粘土填充材料的烧结性能。最后通过将有机改性剂和无机蒙脱土与基体同时共混的方式对熔融法制各粘土／橡胶纳米复合材料的工艺进行改进。具体包括以下几个方面：1．首先

2、考察不同极性的基体对有机土分散状态的影响。通过XRD和TEM表征发现，不饱和橡胶由于能够与粘土片层形成较强的作用力，因此能够得到较好插层结构的纳米复合材料；而饱和无极性的基体，由于缺乏足够的作用力，通过开炼机简单将二者混合很难得到良好分散的效果。以EPDM为基体，考察不同乙烯含量的影响。由于丙烯和乙烯段均不能与粘土片层形成较强作用力，改变其比例亦不能有效改善粘土的分散；XRD结果表明：在高乙烯含量的基体中，容易形成拉伸．I．摘要结晶，故添加粘土后材料的各项性能，尤其是拉伸强度，能够得到有效的提高。2．讨论硫化助剂的影响。XRD和FTIR的结果表明，作为常用硫化助剂的SA，由于与粘土片

3、层表面的羟基之间的酯化反应，能够促进其有效的进入粘土片层间形成插层结构，而其它如S、ZnO和促进剂的效果相对并不明显。进一步讨论SA和基体大分子对插层的协同作用，发现即使使用SA预处理的OMMT，饱和非极性的基体也很难进入层间形成插层结构，对于此类基体，体系的结构只是SA插层的OMMT聚集体或者被剥离的单片层分散在基体中，并非饱和非极性大分子插层粘土片层的结构。对不饱和或极性的基体，即使在没有其它助剂的帮助下，大分子也能容易的进入有机土的片层中，形成大分子插层的结构。用SA对OMMT预处理可制备SA-OC，将其添加到所研究的橡胶基体中，粘土片层的分散状态大幅提高。3．讨论交联密度的影

4、响。XRD结果表明，改变交联密度并不能改变粘土片层的分散效果。但由于交联网络能够明显改变大分子的活动性，从而改变粘土片层的取向和大分子取向、结晶能力，因此，对易于拉伸结晶的OMMT／EPDM复合材料，即使在交联密度小范围内变化时，材料的拉伸性能也有明显的变化，如交联密度降低，拉伸结晶作用显著，性能明显提高。而对难形成拉伸结晶的OMMT／SBR纳米复合材料，在充分硫化的前提下，改变材料的交联密度，也不能得到类似EPDM体系的效果，而是同普通填料填充体系类似；定伸应力提高，伸长率下降，拉伸强度先升后降。北京化工大学博士生论文4．然后考察了高份数粘土填充NBR基体的性能。同正常填充量相比，

5、高填充材料的并不能表现出橡胶的良好的熵弹性，应力—应变曲线更接近于高模量的塑料，这是由于橡胶大分子链活动受到了严重的限制所致。在烧蚀性能的分析中发现，高填充材料的烧蚀残余率随着OMMT添加量的增加而增加，但当添加量达到一定程度，残余物的含碳量基本保持不变，这是由于C主要是保存在粘土片层搭接形成的空腔中，而空腔体积在粘土片层能够形成骨架结构的前提下，完全受粘土片层的量决定，二者存在一定比例关系；但残余物表面随着OMMT的增加逐渐平滑、致密，形状的保持也更加完整。5．通过将有机改性剂和无机蒙脱土与SBR基体同时共混的方式对熔融法制备粘土／橡胶纳米复合材料的工艺进行改进。发现不加季铵盐的样

6、品只能获得微米复合材料，采用直接加入季铵盐改性、水和季铵盐预处理粘土和未干燥有机土三种工艺均可制得粘土／丁苯橡胶纳米复合材料。同时发现季铵盐对材料的硫化性能有较大影响。关键词：层状硅酸盐，橡胶。纳米复合材料，插层，微观结构StructureandPropertiesofLayeredSilicate／RubberNanocompositesPreparedbyMeltBlendingAbstractInrecentyears，polymer／layeredsilicatenanocompositeshaveattractedgreatinterest，bothinindustryan

7、dinacademia．Comparedwithconventionalcomposites，theyoftenexhibitremarkableimprovementinmaterialsproperties，suchasmechanicalproperties，gasbarrierproperty，flameretardantresistance，etc．Ontheotherhand，therehasbeenconsiderableinterestin