橡胶／蛋白石纳米复合材料的制备及分析

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1、大庆石油学院学报第33卷第2期2OO9年4月J()URNAI，()FDAQINGPETR()IEUMINSTITUTEVo【．33No．2Apr．2O09橡胶／蛋白石纳米复合材料的制备及分析陈志强(齐齐哈尔大学化学与化学工程学院，黑龙江齐齐哈尔16l()()6)摘要：将一种新型的以嫩江蛋白石页岩为主的纳米级蛋白石负离子添加剂添加到天然橡胶、颗粒橡胶、丁苯橡胶、标准橡胶、顺丁橡胶等各种橡胶中．对橡胶进行改性．测试结果表明，添加剂能够均匀地分散在橡胶基体中，得到的纳米复合材料产物不仅能够释放大量的负离子，而且具有良好的力学性能，橡胶的硬度有明显的提高．所制备的橡胶材

2、料是一种环保型健康的新型功能材料．关键词：蛋白石；蛋白石负离子添加剂；功能橡胶材料；弹性体中图分类号：TQ33O．38文献标识码：A文章编号：1o()(]一1891(2()()9)O2一()()74～04功能型橡胶材料即功能化橡胶，通过物理或化学手段，如合成、共混、接枝改性、与新型材料复合或混合及新型加工方法等使橡胶材料获得原来不具备的某些特殊性能l_l]．这些特殊性能包括力学性能方面的超低硬度、超高强度；热学性能方面的导热、热敏变色；电学性能方面的导电、电磁波屏蔽和吸收；光学性能方面的光刻、光蓄；生物学性能方面的仿生；其他方面有磁性、亲水性、形状记忆和富氧等特

3、性．近年来，各种功能性橡胶材料及制品不断涌现，其开发和应用方兴未艾_3J．功能性橡胶材料及制品的制备途径越来越多，用途越来越广泛。作用也越来越大]．笔者利用发现的、新型的、具有纳米级微孔的蛋白石对5种橡胶进行改性，改性后的橡胶能够持久释放负离子，还具有良好的力学性能．1蛋白石添加剂释放负离子机理1．1蛋白石蛋白石页岩又名蛋白土、硅藻岩，是一种稀有矿石，被称为富贵宝石．目前，仅在我国黑龙江省大兴安岭、嫩江流域发现．通过电镜扫描照片(见图1)可以发现蛋白石内部具有纳米级微孔，同时还可以观察到鳞石英呈细小鳞片状集合体，并组成一个绒球体．在这些球体的外边往往套着一圈方英

4、石，在一些单独的(a)蛋II石贝柑儿r蛋ll石球(×j()()(D(b)蚩lI石贞I仃纳米级孔(×200O【))图1不同放大倍数下蛋白石的扫描电镜照片收稿日期：2()(】8—11～l7；审稿人：沈新元；编辑：王文礼基金项目：黑龙江省教育厅科学技术基金项目(1l5l1436)；黑龙江省教育厅海外学人资助项日(1】53hl5)作者简介：陈志强(1972一)．男，硕十生，高级r程师，主要从事聚合物／无机矿物纳米复合材料方面的研究·74·第2期陈志强：橡胶／蛋白石纳米复合材料的制备及分析蛋白石球周边也包着一个方英石壳，在电镜下测得为0．1～O．3m．1．2负离子释放机理

5、所制得的负离子功能添加剂的每个单元体具有永久电极，当空气中的水分子与其接触时，永久电极瞬间放电，使水发生电解：H。o—H+()H一，由于一H移动速度快，迅速向永久电极的负极移动，电子H+2e发生反应：2H+2e—H，而OH一移动速度慢，所以与水分子Ho结合发生反应：()H一+H()H2oI’-—r———。’’∞一ouHoH+H20H一H。0，从而达到永久释放H。o负离子的目3o的．负离子释放机理的示意见图2lg]．图2负离子释放机理示意2橡胶／蛋白石纳米复合材料的制备2．1原料及仪器原料：天然橡胶；顺丁橡胶(大庆)；丁苯橡胶；颗粒橡胶(海南)；2O#标准橡胶(马

6、来西亚)．助剂：硫黄；促进剂m；硬脂酸；黄油；氧化锌；蛋白石负离子粉(均为工业级药品)．仪器：SK—l60型开放式炼胶机；HIB350×350×2型平板硫化机；AK一1O3型负离子测试仪；KYKY一28O0型扫描电镜；D／MAx一25O0／pcx射线衍射仪．2．2实验过程(1)配料．按表1配方称取20()g橡胶(5种中的表l5种橡胶／蛋白石纳米复合材料的配方方案任一种)及其它配合剂．原料含量／份橡胶】OO(2)生胶塑炼．用SK—l6O型开放式炼胶机控制硫黄2．75辊温为5OC．在1．5mm辊距下破胶，在0．5mm辊促进剂m1．5距下薄通数次，在1．0mm辊距下炼

7、胶数次．硬脂酸4黄油1．5(3)混炼．调节辊温至50C～60℃，后辊较前辊氧化锌5温度略低，辊距为1．5mm，投入塑炼过的生胶，包辊蛋白石负离子添加剂5～l5后按顺序加入配合剂：促进剂一防老剂一补强填充剂一硫化剂．每加完一种配合剂均要炼胶2次．各种配合剂加完之后将辊距调到0．5～1．0mm，翻炼数次，直至符合要求，将胶片割落，然后调节辊距下片，胶片厚度为2．4±0．2mm．(4)硫化．将平板硫化机的平板温度调节至130℃，放入模具，预热10min．然后将混炼好的橡胶置于平板硫化机中加压硫化，压力为3MPa，硫化时间为30min．取出样品后待测试．(5)测试．采用

8、邵氏硬度计测试邵氏硬度(