山梨酸改性层状粘土填料及其补强氢化丁腈橡胶研究
随着经济的快速发展，对橡胶性能的要求也日益提升。为了满足对橡胶材料性能的高要求，需要将一种或多种填料补强到橡胶基体中，以此提高其性能。层状粘土作为二维纳米填料具有较大的长径比，可有效提高橡胶的机械性能、阻燃性能、气体阻隔性能和耐老化性能等性能。但层状粘土属于无机填料，且具有较多羟基，导致其在橡胶中的分散较差。为了提高层状粘土的分散性，制备具有优异力学性能的橡胶复合材料，选用山梨酸（SA）对层状粘土进行改性。主要工作内容如下： 1.使用SA原位改性蒙脱土（MMT），并补强到氢化丁腈橡胶（HNBR）中，制备MMT/SA/HNBR橡胶复合材料。SA作为不饱和羧酸具有碳碳双键可以在硫化剂DCP的引发下形成自由基，接枝到HNBR橡胶链上，同时SA中的羧基可以与MMT层间和表面的羟基形成氢键，可有效提高MMT和HNBR之间的相互作用，显著改善MMT在橡胶中的分散性。此外SA与硫化助剂ZnO可以在硫化阶段发生反应生成山梨酸锌（ZDS），既可以在硫化剂DCP的引发下发生自聚合反应生成聚山梨酸锌（poly-ZDS），对橡胶补强，又可以消耗过量的ZnO使得橡胶复合材料表现出透明性。当MMT填加份数为10phr，SA填加份数为15phr时，MMT/SA/HNBR复合材料的综合力学性能最佳，拉伸强度提升到了43.65MPa，撕裂强度提升为53.52kN/m，硬度为71.4°，弹性模量为12.12MPa，明显优于MMT/HNBR复合材料。 2.使用SA原位改性水滑石（LDH），并补强到HNBR中，制备LDH/SA/HNBR橡胶复合材料。SA中的碳碳双键可以接枝到HNBR橡胶链上，同时SA中的羧基可以与LDH中的金属离子形成桥连结构的配位键，可有效提高LDH和HNBR之间的相互作用，显著改善LDH在橡胶中的分散性。此外SA可以与ZnO在硫化阶段发生反应生成ZDS，既可以在硫化剂DCP的引发下发生自聚合反应生成聚山梨酸锌（poly-ZDS），对橡胶补强，又可以消耗过量的ZnO使得橡胶复合材料表现出透明性。当LDH填加份数为30phr，SA填加份数为20phr时，LDH/SA/HNBR复合材料的综合力学性能最佳，拉伸强度提升为39.31MPa，撕裂强度提升到了62.38kN/m，硬度为85.1°，弹性模量为20.14MPa，明显优于LDH/HNBR复合材料。 3.使用SA插层改性水滑石制备层间阴离子为山梨酸根的水滑石（SA-LDH），并补强到HNBR中，制备SA-LDH/HNBR橡胶复合材料。山梨酸根（SA-）中具有碳碳双键可以与橡胶基体形成化学交联，以此接枝到橡胶链上，同时，SA-与水滑石片层之间存在离子键，可有效提高LDH片层和橡胶基体之间的相互作用，此外，SA-插层到水滑石片层中，一方面可以将水滑石由亲水性转变为亲油性，另一方面可有效扩大水滑石的层间距，对于水滑石在橡胶基体中的分散性能均有正面影响。当SA-LDH填加份数为40phr时，SA-LDH/HNBR复合材料的综合力学性能最佳，其拉伸强度提高到29.73MPa，撕裂强度提高为40.12kN/m，硬度为73.6°，弹性模量为13.03MPa，明显优于LDH/HNBR复合材料，但SA插层改性法对橡胶的补强作用低于SA原位改性法。使用SA-LDH和SA共同补强HNBR制备SA-LDH/SA/HNBR复合材料。研究表明二者共用可以显著提高橡胶复合材料的撕裂强度、邵尔A硬度和弹性模量，尤其是弹性模量，填加30phrSA时弹性模量可达到37.2MPa。但是SA-LDH和SA的共用大大降低了复合材料拉断伸长率，填加40phrSA-LDH和30phrSA的复合材料的拉断伸长率仅为159.67%。
山梨酸;层状粘土;氢化丁腈橡胶;机械性能
北京化工大学
硕士
化学工程
朱红
2022
中文
TQ333.7
2022-11-04（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）