GMA原位反应改性炭黑对天然橡胶和丁腈橡胶结构与性能的影响

摘要

炭黑进行表面改性是改善和提高炭黑补强橡胶复合材料性能、制备高性能弹性体的有效方法，开发这项技术，可以突破炭黑作为传统补强材料的局限，赋予橡胶更优异和全新的性能。 本文采用多官能团改性剂甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)对炭黑粒子进行表面原位反应改性填充天然橡胶和丁腈橡胶的方法，研究了GMA改性炭黑对NR和NBR性能的反应特性、加工性能、物理机械性能、耐热氧老化和耐屈挠疲劳性能以及磨耗性能和低温脆断性能的影响，并考察了其改性的机理。 本文首先研究了多官能团改性剂GMA与炭黑表面活性基团的反应改性效果，TG和SEM的测试结果表明：改性剂能够介入到炭黑聚集体之中并发生化学反应，也在一定程度上改变了炭黑的聚集状态。然后研究了改性剂GMA在未填充NR和NBR中的改性效果，红外光谱(FT-IR)分析表明GMA分子已接枝到NR和NBR分子链上，能够参与硫化胶的共交联反应。 接着研究了改性剂GMA改性炭黑对NR和NBR硫化胶硫化性能的影响。门尼粘度的测定结果表明，在过氧化物硫化体系和硫黄硫化体系中改性剂的加入明显的改善了NBR的加工性能。 最后研究了GMA改性炭黑对NR和NBR硫化胶其它综合性能的影响。其中，在DCP硫化GMA原位反应改性炭黑填充NR体系中，GMA改性炭黑改善了NR硫化胶的老化性能，GMA用量最佳为5份时，硫化胶具有良好的耐热氧老化性能；在DCP硫化GMA原位反应改性炭黑填充NBR体系中，GMA改性炭黑改善了NBR硫化胶的老化性能，当GMA用量为15份时与未加GMA的胶料相比，耐老化性能有显著的提高；在硫黄硫化GMA原位反应改性炭黑填充NBR体系中，GMA改性炭黑较大程度上改善了NBR硫化胶的物理机械性能，使得拉伸强度、撕裂强度和100％、500％定伸应力等各项性能得到了很大程度的提高。当GMA用量为5份时，NBR硫化胶的各项物理机械性能最佳。 综上所述，可以得出这样的结论，在橡胶混炼和硫化过程中，多官能团改性剂GMA原位反应改性炭黑填充NR和NBR的方法，提高硫化胶的交联密度，加强了炭黑粒子和橡胶大分子链的结合，有利于传递和分散应力，有利于改善炭黑在橡胶基体中的分散状态，从而提高了NR和NBR的综合性能。

目录

文摘

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第一章绪论

1.1炭黑的结构

1.1.1炭黑的表面化学组成

1.1.2炭黑的表面化学结构

1.1.3炭黑的微观结构

1.1.4炭黑的结构分析

1.2炭黑改性的研究进展

1.2.1炭黑表面原位改性

1.2.2炭黑表面固相接枝

1.2.3胶乳体系炭黑表面单体接枝

1.2.4炭黑表面的自由基接枝

1.2.5阴离子接枝聚合改性

1.2.6阳离子接枝聚合改性

1.2.7与炭黑表面活性基团的直接缩合聚合反应改性

1.2.8偶联剂改性

1.3炭黑对橡胶的补强作用

1.3.1容积理论

1.3.2分子链滑动学说

1.3.3链组理论

1.4甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)的官能化反应及其应用

1.4.1 GMA官能化聚合物的作用机理

1.4.2甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝高分子的应用

1.5本论文的构思与研究意义

第二章过氧化物硫化体系中GMA原位反应改性炭黑填充NR的研究

2.1前言

2.2实验部分

2.2.1原材料

2.2.2实验配方

2.2.3试样制备

2.2.4分析测试

2.3结果与讨论

2.3.1 GMA改性未填充NR橡胶的物理机械性能

2.3.2 GMA改性炭黑和参比炭黑的TG分析

2.3.3 GMA改性炭黑和参比炭黑的SEM分析

2.3.4 GMA改性炭黑的比表面积分析

2.3.5不同GMA含量炭黑填充NR混炼胶的硫化特性

2.3.6不同GMA含量炭黑填充NR硫化胶的表观交联密度

2.3.7不同GMA含量炭黑填充NR硫化胶的物理机械性能

2.3.8不同GMA含量炭黑的NR硫化胶低温脆性

2.3.9不同GMA含量炭黑的NR硫化胶耐磨性能

2.3.10不同GMA含量炭黑填充NR硫化胶热氧老化性能

2.3.11不同GMA含量炭黑填充NR硫化屈挠性能

2.3.12不同GMA含量炭黑填充NR硫化胶的DMA分析

2.3.13不同GMA含量炭黑填充NR硫化胶的SEM分析

2.4本章小结

第三章过氧化物体系中GMA原位反应改性炭黑填充NBR的研究

3.1前言

3.2实验部分

3.2.1原材料

3.2.2实验配方

3.2.3试样制备

3.2.4分析测试

3.3结果与讨论

3.3.1 DCP硫化体系中GMA原位反应改性未填充NBR橡胶的物理机械性能

3.3.2不同GMA含量炭黑填充NBR混炼胶的表观交联密度

3.3.3 DCP硫化体系中不同GMA含量炭黑填充NBR混炼胶的硫化特性

3.3.4 DCP硫化体系中不同GMA含量炭黑填充NBR硫化胶的物理机械性能

3.3.5 DCP硫化体系中不同GMA含量炭黑填充NBR硫化胶的低温脆性

3.3.6 DCP硫化体系中不同GMA含量炭黑填充NBR硫化胶的耐磨性能

3.3.7不同GMA含量炭黑填充NBR硫化胶热氧老化性能

3.3.8不同GMA含量炭黑填充NBR硫化胶屈挠性能

3.3.9不同GMA含量炭黑填充NBR硫化胶的DMA分析

3.3.10不同GMA含量炭黑填充NBR硫化胶的SEM分析

3.4本章小结

第四章硫黄体系中GMA原位反应改性炭黑填充NBR的研究

4.1前言

4.2实验部分

4.2.1原材料

4.2.2实验配方

4.2.3试样制备

4.2.4分析测试

4.3结果与讨论

4.3.1 GMA原位反应改性未填充NBR橡胶的研究

4.3.2不同GMA含量炭黑填充NBR混炼胶的表观交联密度

4.3.3硫黄硫化体系中不同GMA含量炭黑填充NBR混炼胶的硫化特性

4.3.4硫黄硫化体系中GMA用量对NBR硫化胶物理机械性能的影响

4.3.5硫黄硫化体系中不同GMA含量炭黑填充NBR硫化胶的低温脆性

4.3.6硫黄硫化体系中不同GMA含量炭黑填充NBR硫化胶和耐磨性能

4.3.7硫黄硫化体系中不同GMA含量炭黑填充NBR硫化胶热氧老化性能

4.3.8不同GMA含量炭黑填充NBR硫化胶的DMA分析

4.3.9不同GMA含量炭黑填充NBR硫化胶的SEM分析

4.4本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢