双交联顺式聚异戊二烯的制备与性能研究

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1、硕士学位论文双交联顺式聚异戊二烯的制备与性能研究作者姓名王圣学科专业材料学指导教师郭宝春教授所在学院材料科学与工程学院论文提交日期2018年5月InvestigationonPreparationandPerformanceofcis-PolyisoprenewithDual-CrosslinkADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：WangShengSupervisor：Prof.GuoBaochunSouthChinaUniversityofTechnologyGuangzhou,C

2、hina分类号：TQ学校代号：10561学号：201520114462华南理工大学硕士学位论文双交联顺式聚异戊二烯的制备与性能研究作者姓名：王圣指导教师姓名、职称：郭宝春教授申请学位级别：工学硕士学科专业名称：材料学研究方向：高分子改性与复合材料论文提交日期：2018年5月论文答辩日期：2018年5月29日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：年月日答辩委员会成员：主席：刘芳教授委员：何慧教授、王小萍副教授、朱立新副研究员、陈勇军高级工程师摘要顺式聚异戊二烯橡胶（IR）具有与天然橡胶（NR）相似的分子主链结构，但在力学性能方面却明显逊色于NR。研究

3、表明，NR优异的综合性能与其出色的应变诱导结晶能力（SIC）密切相关，而NR内部的非胶组分正是促进SIC的关键因素。因此，如何模拟NR中非胶组分作用，将多重网络结构引入到IR中，并由此促进IR的SIC性能以及力学性能，这对于橡胶的增强具有重要的学术意义，同时对解决NR短缺现状具有重要的现实意义。传统上，橡胶增强的研究主要集中在纳米填充的增强方式。纳米填料的填充虽然能够获得较好的增强效果，但也会带来一定的局限性，例如填料的分散与界面调控困难以及高粘度橡胶的加工困难等。相比之下，利用牺牲键改性橡胶不仅能够起到增强效果，还能避免填料带来的诸多缺陷。牺牲键存

4、在于蛛丝、贻贝等许多天然材料中，当材料受到形变时，牺牲键能够优先于共价键断裂，并耗散能量，从而实现对材料的增强。近两年，基于牺牲键增强通用橡胶的研究逐渐增多，但相关文献报道主要集中在多重氢键以及金属配位键中，而以作用力更强的离子键作为牺牲键从而有效增强橡胶的报道并不多见。基于上述背景，本论文通过化学改性的方法将离子键引入到硫磺硫化IR中，从而制备双交联IR结构体系，并对双交联IR及其共混物的结构和性能进行了系统研究。主要内容如下：（1）在IR分子链上接枝磺酸制备磺化IR（IR-SO3H），利用乙二胺作为钝化剂制备氨基修饰碳纳米点（CDs）。CDs通过

5、磺酸与氨基之间形成的离子键从而起到高官能化交联点（HFC）的作用。与此同时引入硫磺共价交联，二者共同组成双交联IR网络结构。研究表明，离子键的引入给IR带来了更高的交联密度，并在拉伸过程中离子键交联优先断裂并促进链段取向过程，进而促进IR的SIC性能以及力学性能。（2）为了进一步研究离子键的键能对于IR力学性能的影响，我们以IR-SO3H为中间体，分别添加三种主链长度相同但碱性不同的二胺以构筑基于磺酸-二胺相互作用的不同键强的牺牲键，同时引入硫磺及硫化助剂从而构筑双交联的IR网络结构。实验表明，二胺在耗散能量，促进SIC行为以及改善机械性能方面表现出

6、相同的规律，即二胺的碱性越强，离子键的键能越大，相应双交联IR的力学性能更优异。（3）为了探究双交联IR的应用，我们将少量IR-SO3H作为分散相与丁苯吡橡胶I（VPR）进行共混，并利用硫磺进行交联。研究表明，磺酸对氧化锌的刻蚀作用使得部分IR包裹在氧化锌的周围，另一部分IR则与VPR形成相分离结构，随机地散落在VPR基体中。此外，磺酸与吡啶之间的质子交换作用使得在IR与VPR的界面上形成离子键。离子键在断裂过程中能够耗散能量从而提高VPR的力学性能。测试结果表明，当利用20份IR-SO3H填充VPR时，其拉伸模量（100%应变）能够提高3倍以上。关

7、键词：磺化；顺式聚异戊二烯；离子键；双交联；力学性能IIABSTRACTAlthoughsyntheticcis-1,4-polyisoprene(IR)possessesalmostthesamemolecularstructuretoNR,IRexhibitsmuchlowermechanicalpropertiesthanitsnaturalcounterpart.Ithasbeenwidelyacknowledgedthatthenon-rubbercomponentsinNRcanpromotethestrain-inducedcrysta

8、llization(SIC),whichiscloselyrelatedtotheexcellentmech