本体法NaH/羰基化合物改性丁基橡胶机理研究

摘要

丁基橡胶因自身结构特征导致其硫化速率低、自粘性差，与其它橡胶的共硫化性能差。为拓展丁基橡胶的适用范围，更好的满足人们在生活中的需求，本文采用氢化钠(NaH)/马来酸酐(MAH)分别作为活化剂和改性剂对丁基橡胶进行改性制备改性丁基橡胶(MFIIR)，整个反应过程在Haake转矩流变仪中进行。采用FT-IR、GPC、1H-NMR、硫化性能测试、力学性能测试等方法对改性产物进行结构分析和性能表征。
　　经过改性后，丁基橡胶分子主链并没有因转子剪切作用发生较大的断裂，并且成功地将马来酸酐的开环分子结构引入到丁基橡胶的分子链上，一定程度上提高了丁基橡胶的极性和双键的含量。通过胶料的硫化性能、力学性能的对比看出，改性反应引入的马来酸酐的开环分子结构可以较好地改善IIR的硫化性能和力学性能。
　　首次采用小分子化合物α-蒎烯作为模型化合物代替丁基橡胶，模拟NaH/羰基化合物对丁基橡胶的改性反应，对改性机理进行了详细的分析。改性过程不仅发生了双键的加成反应，还有活泼的烯丙基氢的取代反应，并且取代反应的量大于加成反应的量。
　　反应程度随NaH用量的增加和反应时间的延长呈现增加的趋势，采用不同的羰基化合物作为碳负离子接受体时，反应程度也有较大的变化。总体呈现出δ(2.17～2.22)处氢反应程度相对最大，δ(1.65)处氢面积的变化率次之，δ(1.93)处氢面积的变化率最小。发生反应位置处活泼氢的解离能、活泼烯丙基氢原子个数、反应生成相应的碳负离子的稳定性、碳负离子接受体中-C=O键的数量以及化学位移处氢质子的空间位阻等因素对反应程度都有较大的影响。
　　对反应生成的碳负离子与马来酸酐反应历程进行了分析，发现碳负离子与马来酸酐的-C=O键发生亲电加成反应，并没有与双键发生加成反应，马来酸酐的环状分子结构发生了开环反应。对整个改性反应机理通过模型化合物的方法给予了准确的表征。
　　炭黑用量和型号的变化主要影响胶料的硫化性能、力学性能、生热量以及动态性能，对胶料的玻璃化温度Tg、Tanδ以及阻尼峰宽影响较小。白炭黑部分代替炭黑补强改性丁基橡胶发现，混炼胶的硫化性能会随着白炭黑的变化发生相应的变化，白炭黑对硫化胶的物理性能也会产生较大的影响。

目录

摘要

符号说明

第一章 综述

1．1 前言

1．2 丁基橡胶的简介

1．2．1 丁基橡胶的起源与发展

1．2．2 丁基橡胶的合成

1．2．3 丁基橡胶的结构特点

1．2．4 丁基橡胶性能特点

1．2．5 丁基橡胶的应用

1．2．6 丁基橡胶分类

1．3 丁基橡胶的改性

1．3．1 丁基橡胶的化学改性

1．3．2 丁基橡胶的物理改性

1．4 丁基橡胶的加工体系

1．4．1 硫化体系

1．4．2 补强体系

1．5 本课题研究的目的和意义

1．6 本课题的内容和创新点

1．6．1 本课题的内容

1．6．2 本课题的创新点

第二章 实验部分

2．1 实验原料

2．2 实验设备及检测仪器

2．3 性能测试

2．3．1 分子结构表征

2．3．2 硫化性能测试

2．3．3 力学性能测试

2．3．4 热稳定性(TG)测试

2．3．5 DMA测试

2．3．6 RPA测试

2．3．7 门尼粘度的测定

2．3．8 压缩生热性能

第三章 MFIIR的制备和性能分析

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 MFIIR的制备

3．2．2 改性产物的纯化

3．2．3 性能测试

3．3 结果与讨论

3．3．1 红外谱图分析

3．3．2 硫化性能

3．3．3 力学性能

3．3．4 GPC性能分析

3．3．5 门尼粘度

3．3．6 TG性能分析

3．4 本章小结

第四章 改性反应机理研究—模型化合物方法

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 实验原料

4．2．2 实验设备及仪器

4．2．3 实验配方

4．2．4 反应过程

4．2．5 测试方法

4．3 结果与讨论

4．3．1 反应机理预测

4．3．2 结构对比

4．3．3 1H-NMR结果讨论

4．3．4 FT-IR分析

4．4 本章小结

第五章 改性丁基橡胶性能研究

5．1 引言

5．2 实验部分

5．2．1 主要原材料

5．2．2 主要实验设备

5．2．3 试样制备

5．3 结果与讨论

5．3．1 炭黑补强MFIIR

5．3．2 白炭黑／炭黑并用补强MFIIR

5．4 本章小结

结论

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文目录

声明