原位表面功能化修飾納米SiO2補強橡膠性能及補強機理研究.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硅橡膠性能的影響，探討了其增強作用機理；在分析不同納米二氧化硅增強硅橡膠性能差異的基礎(chǔ)上建立了增強機理模型。與此同時，考察了不同表面修飾SiO2 增強乳聚丁苯橡膠（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ES

2、BR，系統(tǒng)分析了納米SiO2 與炭黑的相互作用及其對炭黑/ESBR 橡膠復(fù)合材料機械性能、硫化加工性能和動態(tài)力學(xué)性能的影響。主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下。
　　 1、通過在納米SiO2 顆粒表面引入不同成分的有機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，有機修飾劑分子通過化學(xué)鍵合包覆于SiO2 納米顆粒表面，從而顯著提高SiO2 納米顆粒與有機介質(zhì)的相容性，改善其分散

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

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

5、置過程中易結(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，硫化時間長，增強效果與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，混煉膠和硫化膠都呈透明狀；混煉膠黏度較小，硫化時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度和撕裂強度，永久變

6、形較小。
　　 3、分析了不同納米二氧化硅增強硅橡膠性能的差異，并進而建立了增強作用機理模型。指出增強體系內(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)致增強復(fù)合材料性能差異的主要因素；通過調(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ESBR，系統(tǒng)分析了納米SiO2 與炭黑的相互作用及其對炭黑/ESBR 橡膠復(fù)合材料機械性能、硫化加工性能和動態(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物理吸附作用相結(jié)合，達(dá)到補強增韌的目的。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)，無機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)揮增強作用。與此同時，同DNS-2 相比，RNS-D