基于多巴胺的橡胶/粘土纳米复合材料的界面设计及性能研究
海洋贻贝粘附蛋白(MAPs)的发现开创了（聚）多巴胺表面仿生修饰及功能化的研究先河。此外，聚多巴胺(PDA)亦可被视作一种合成黑色素，具有与天然黑色素类似的自由基捕捉活性。本研究中以多巴胺改性粘土(PDA-MMT)作为橡胶基体的增强填料，制备出具有优异力学性能及热氧稳定性的橡胶/粘土纳米复合材料。 首先，利用多巴胺单体在碱性有氧水溶液下自聚交联，以浸渍法制备出均匀分散的PDA-MMT(TEM&XPS)。PDA的形成及结构类似于天然黑色素，其含有大量半醌自由基，表现出独特的自由基特性，因此可以提供电子偶合猝灭有害自由基，发挥出显著的捕捉活性（DPPH分光光度法）。 其次分别以乳液絮凝法将PDA-MMT引入天然橡胶NR及丁苯橡胶SBR基体，制备高性能橡胶/粘土纳米复合材料。改性粘土与橡胶分子链通过强氢键作用发生键合，界面作用较强，呈纳米级均匀分散(XRD&TEM)。PDA-MMT的引入一方面诱导橡胶分子重新取向分散外应力，一方面提高橡胶交联网络的结构性(1H-NMR)，共同促进了复合材料力学性能的提高。同时，PDA-MMT仿生天然黑色素的自由基捕捉活性，显著抑制基体在热氧老化过程中断链自由基的生成，提高基体的热氧稳定性。PDA-MMT的化学捕捉过程通过原位热氧老化实验观察证实(ESR);复合材料的热氧稳定性可以通过动力学计算（Flynn-Wal1-Ozawa法）及降解产物的红外光谱分析(TG-IR)来评价。 综上，PDA-MMT的引入满足橡胶/粘土纳米复合材料的界面设计原则，所制备天然橡胶/粘土纳米复合材料兼具高分散性、强界面作用和交联网络结构性，使得橡胶基体的力学性能显著提高。且均匀分散的PDA-MMT不仅起到良好的物理阻隔性，更具有自由基化学抑制活性，共同为丁苯橡胶/粘土基体带来优异的热氧稳定性。
多巴胺改性粘土;仿生修饰;天然丁苯橡胶;复合材料;界面设计;力学性能
北京化工大学
硕士
材料科学与工程
王文才
2015
中文
TQ333.1;TB332
91
2015-12-29（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）