胶粉改性过程中自由基的变化及其对并用胶性能的影响

摘要

废弃橡胶胶粉化回收是实现废弃橡胶尤其是废弃轮胎循环资源化应用的重要途径之一，然而，由于胶粉的自身交联结构，使得胶粉相关制品性能难以与传统橡胶制品媲美，故而，为提升胶粉制品性能，对胶粉实施脱硫活化是必由之路。其中机械力化学改性胶粉的方法因其工艺简单、几无二次污染、易于工业化等特点而备受关注，但受限于对机械力化学改性过程中自由基的活化状态与机理尚未有充分认识，使得机械力化学改性胶粉的工艺过程中缺乏控制，限制了其工艺流程的开发与工艺条件的优化，进而影响了其大规模工业化应用。
　　 为了解决这一问题，本文围绕着胶粉机械力化学改性过程中自由基变化，在细致研究了胶粉基本组成与胶粉并用胶性能的基础上，建立以电子顺磁共振技术研究改性过程中自由基活化状态（包括自由基含量、自由基寿命等）的可靠方法，并以此讨论了机械力化学改性工艺条件、自由基变化与胶粉并用胶性能三者之间相互关系，初步建立了机械力化学改性胶粉的机理，确立了以自由基变化为纽带，基于机械力化学改性的工艺条件调节胶粉并用胶性能的工艺手段，得到主要结论如下:
　　 1.红外光谱与热分析表明所采用胶粉是主要由天然橡胶、丁苯橡胶以及炭黑等所组成的复杂体系;胶粉在加入助剂之后添加到橡胶基体中，并用胶的性能较好;胶粉粒径和用量对胶粉与天然橡胶并用胶性能有着较大的影响，表现为胶粉越细，共混胶的性能越好，胶粉用量越多，共混胶的性能下降。
　　 2.基于电子顺磁共振技术，辅以合适的自由基捕捉剂2,4，6-三甲基亚硝基苯，实现了对机械力化学改性过程中自由基含量与寿命的可靠测定。结果表明:自由基捕捉剂的加入，有效地提高了机械力化学改性过程中自由基的稳定性，表现为加入后可测得的自由基浓度明显高于加入前;自由基浓度随着时间的延长有明显的下降;薄通次数增加至100次，自由基浓度出现最大值，之后，再增加薄通次数，其浓度略有下降;不同胶粉粒径对于改性过程中自由基变化也有明显的影响，40目胶粉自由基浓度增加幅度高于80目胶粉，但其随着薄通次数增加而变化的趋势基本一致。
　　 3.采用机械力化学方法对胶粉进行改性，实现了胶粉性状的改变，实现其片状化。配合DM、硫磺与古马隆的使用，可获得有效改性的胶粉，其最佳配方为:胶粉100份，DM2.5份，硫磺0.5份和古马隆4.0份。所得改性胶粉与天然橡胶并用，所得并用胶性能明显优于未改性胶粉与天然橡胶并用胶的性能，尤其是拉伸性能和撕裂性能显著提高。改性胶粉的使用使得在天然橡胶中其添加量高达80份，仍可与未改性胶粉添加量40份时力学性能相当。
　　 4.通过机械塑化工艺改性胶粉，采用DM配方塑化改性明显优于使用氧化剂配方塑化改性的效果。所得将塑化改性胶粉经再次回磨，可进一步提高其性能。对比机械力化学改性和机械塑化改性工艺，由机械力改性后胶粉所得胶粉并用胶的拉伸强度提高17.6％，远大于塑化改性提高的3.23％。进而确立了先塑化，后机械力化学改性的工艺流程实现对胶粉有效的活化改性。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 废旧橡胶对环境的污染

1．2 废旧橡胶综合利用的价值

1．2．1 原形直接利用

1．2．2 轮胎翻新利用

1．2．3 生产再生胶和胶粉

1．2．4 热裂解

1．2．5 热能利用

1．3 胶粉的生产与应用

1．3．1 胶粉的生产方法

1．3．2 胶粉的应用

1．4 胶粉的改性

1．4．1 机械力化学改性

1．4．2 聚合物表面涂层改性

1．4．3 脱硫改性

1．4．4 表面接枝和互穿聚合物网络改性

1．4．5 气体改性

1．4．6 核-壳改性

1．4．7 物理辐射改性

1．5 电子自旋共振技术在橡胶研究中的应用

1．6 本文的选题意义和研究内容

1．6．1 选题意义

1．6．2 研究内容

1．7 参考文献

第二章 胶粉及其并用胶性能

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验原材料

2．2．2 实验仪器

2．2．3 实验配方

2．2．4 实验方法

2．2．5 性能测试及表征

2．3 结果与讨论

2．3．1 胶粉的基本性能研究

2．3．2 胶粉粒径对胶粉性能的影响

2．3．3 不同种类胶粉的性能研究

2．3．4 加工工艺对NR／RP并用胶性能的影响

2．3．5 胶粉用量对NR／RP并用胶性能的影响

2．3．6 胶粉粒径对NR／RP并用胶性能的影响

2．3．7 不同胶粉用量NR／RP硫化胶的扫描电镜表征

2．4 本章小结

2．5 参考文献

第三章 胶粉机械力化学改性过程中自由基的变化及其性能

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 实验原材料

3．2．2 实验仪器

3．2．3 实验配方

3．2．4 实验方法

3．2．5 性能测试及表征

3．3 结果与讨论

3．3．1 胶粉机械力化学改性前后形态的变化

3．3．2 胶粉机械力化学改性前后的扫描电镜表征

3．3．3 80目胶粉机械力化学改性的顺磁分析

3．3．4 40目胶粉机械力化学改性的顺磁分析

3．3．5 机械力化学改性胶粉的自由基浓度随时间的变化

3．3．6 机械力化学改性胶粉的交联密度分析

3．3．7 胶粉硫化胶的力学性能研究

3．3．8 胶粉硫化胶的扫描电镜表征

3．4 本章小结

3．5 参考文献

第四章 机械力化学改性胶粉及其并用胶性能研究

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 实验原材料

4．2．2 实验仪器

4．2．3 实验配方

4．2．4 实验方法

4．2．5 性能测试及表征

4．3 结果与讨论

4．3．1 DM用量对胶粉性能的影响

4．3．2 硫磺用量对胶粉硫化胶力学性能的影响

4．3．3 古马隆用量对胶粉硫化胶力学性能的影响

4．3．4 胶粉硫化胶的扫描电镜表征

4．3．5 机械力化学改性胶粉的顺磁分析

4．3．6 机械力化学改性胶粉的交联密度分析

4．3．7 NR／RP和NR／MRP硫化胶的力学性能对比

4．3．8 NR／RP和NR／MRP硫化胶的扫描电镜表征

4．3．9 NR／RP和NR／MRP硫化胶的动态热机械分析

4．4 本章小结

4．5 参考文献

第五章 机械力化学改性胶粉与塑化胶粉的对比

5．1 引言

5．2 实验部分

5．2．1 实验原材料

5．2．2 实验仪器

5．2．3 实验配方

5．2．4 实验方法

5．2．5 性能测试及表征

5．3 结果与讨论

5．3．1 胶粉塑化改性前后的扫描电镜表征

5．3．2 不同胶粉与天然橡胶并用胶的性能研究

5．3．3 不同工艺改性胶粉的性能研究

5．3．4 不同改性工艺胶粉与天然橡胶共混硫化胶的扫描电镜表征

5．4 本章小结

5．5 参考文献

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

攻读学位期间发表的学术论文目录及参加学术会议情况

致谢

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