原位表面功能化修飾納米SiO2補(bǔ)強(qiáng)橡膠性能及補(bǔ)強(qiáng)機(jī)理研究.pdf

1、采用液相原位表面修飾方法制備了表面化學(xué)形態(tài)各異、粒徑大小可調(diào)、具有較高分散性的納米SiO2。測(cè)定了原位表面修飾納米SiO2 顆粒的結(jié)構(gòu)和性能，考察了其作為填料對(duì)硅橡膠性能的影響，探討了其增強(qiáng)作用機(jī)理；在分析不同納米二氧化硅增強(qiáng)硅橡膠性能差異的基礎(chǔ)上建立了增強(qiáng)機(jī)理模型。與此同時(shí)，考察了不同表面修飾SiO2 增強(qiáng)乳聚丁苯橡膠（ESBR）性能的差異以及表面修飾劑與基體的界面作用；制備了原位表面修飾納米SiO2/炭黑并用填料，并將其用于增強(qiáng)ES

2、BR，系統(tǒng)分析了納米SiO2 與炭黑的相互作用及其對(duì)炭黑/ESBR 橡膠復(fù)合材料機(jī)械性能、硫化加工性能和動(dòng)態(tài)力學(xué)性能的影響。主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)果如下。
　　 1、通過(guò)在納米SiO2 顆粒表面引入不同成分的有機(jī)修飾層制備了可分散性納米SiO2 顆粒（DNS 型）和可反應(yīng)性納米SiO2 顆粒（RNS 型）。表征結(jié)果顯示，有機(jī)修飾劑分子通過(guò)化學(xué)鍵合包覆于SiO2 納米顆粒表面，從而顯著提高SiO2 納米顆粒與有機(jī)介質(zhì)的相容性，改善其分散

3、性。DNS 型納米SiO2表面有機(jī)化合物修飾劑含飽和碳鏈，這類(lèi)修飾劑能降低納米SiO2 顆粒表面極性，改善納米顆粒同有機(jī)介質(zhì)的相容性，并能阻止納米顆粒團(tuán)聚。RNS 型表面修飾劑含有一定量的可反應(yīng)官能團(tuán)，該類(lèi)官能團(tuán)能在一定條件下與有機(jī)分散介質(zhì)發(fā)生化學(xué)鍵合，從而在改善納米顆粒與有機(jī)相的相容性的同時(shí)，增強(qiáng)了納米顆粒與有機(jī)分子的親和作用力，改善增強(qiáng)效果。
　　 2、考察了原位表面修飾納米SiO2 顆粒對(duì)硅橡膠的增強(qiáng)作用，發(fā)現(xiàn)該類(lèi)納米Si

4、O2 顆粒對(duì)硅橡膠有明顯的增強(qiáng)效能。但不同形態(tài)結(jié)構(gòu)的納米SiO2的增強(qiáng)效果不同。DNS-2 型納米SiO2 與硅橡膠分子鏈之間的作用力較小，增強(qiáng)作用相對(duì)較弱，但其較易與硅橡膠混煉，且混煉膠黏度較小，硫化速率較大。JDNS-3 納米SiO2 顆粒之間通過(guò)熔合或熔結(jié)而形成鏈狀結(jié)構(gòu)，粒徑尺寸較大（60～70nm），對(duì)硅橡膠具有較好的增強(qiáng)效果，相應(yīng)的增強(qiáng)硅橡膠的拉伸強(qiáng)度達(dá)12Mpa；但JDNS-3 納米SiO2的混煉膠黏度較大，硫化時(shí)間較長(zhǎng)，放

5、置過(guò)程中易結(jié)構(gòu)化。XDNS-3 納米SiO2 顆粒在溶劑中分散良好，粒徑尺寸約為10 nm，其與硅橡膠的混煉體系黏度較大，硫化時(shí)間長(zhǎng)，增強(qiáng)效果與JDNS-3 納米SiO2 相近。
　　 RNS 型納米SiO2 顆粒與硅橡膠有較好的相容性，分散性良好；當(dāng)其添加量為50phr（每100 份橡膠中含添加劑的份數(shù)）時(shí)，混煉膠和硫化膠都呈透明狀；混煉膠黏度較小，硫化時(shí)間隨表面雙鍵含量的增加而縮短，硫化膠具有較高的拉伸強(qiáng)度和撕裂強(qiáng)度，永久變

6、形較小。
　　 3、分析了不同納米二氧化硅增強(qiáng)硅橡膠性能的差異，并進(jìn)而建立了增強(qiáng)作用機(jī)理模型。指出增強(qiáng)體系內(nèi)部結(jié)合膠的數(shù)量以及結(jié)合膠的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和性質(zhì)是導(dǎo)致增強(qiáng)復(fù)合材料性能差異的主要因素；通過(guò)調(diào)節(jié)結(jié)合膠的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，可以得到具有不同力學(xué)性能的復(fù)合材料，其應(yīng)力應(yīng)變曲線形態(tài)各異。
　　 4、考察了不同表面修飾SiO2 對(duì)ESBR 性能的影響以及表面修飾劑與基體界面的作用；制備了原位表面修飾納米SiO2/炭黑并用填料，將其作為填料

7、用于增強(qiáng)ESBR，系統(tǒng)分析了納米SiO2 與炭黑的相互作用及其對(duì)炭黑/ESBR 橡膠復(fù)合材料機(jī)械性能、硫化加工性能和動(dòng)態(tài)力學(xué)性能的影響。研究發(fā)現(xiàn)，DNS-2 納米微粒與橡膠基體具有良好的相容性，表面修飾劑與橡膠大分子鏈間通過(guò)物理吸附作用相結(jié)合，達(dá)到補(bǔ)強(qiáng)增韌的目的。RNS-D 型可反應(yīng)性納米SiO2表面修飾劑參與混煉膠的硫化反應(yīng)，無(wú)機(jī)納米微粒表面可接枝鍵合較多的橡膠分子，從而更有效地發(fā)揮增強(qiáng)作用。與此同時(shí)，同DNS-2 相比，RNS-D