生物质基硅-碳填料中二氧化硅含量对天然橡胶补强性能的影响

摘要

随着当今社会能源危机的加剧，开发和应用可再生资源是一项迫在眉睫的任务。生物质是含量丰富的自然资源，在能源领域，生物质通常是指农、林废弃物，传统的处理方式不仅造成了资源浪费，还导致了严峻的环境问题，因此对生物质资源进行开发利用具有极大的经济效益和环境效益。生物质的主要成分是木质纤维素，部分还含有SiO2。生物质中的半纤维素和纤维素在制糖和造纸工业中是具有高价值的重要原料，而木质素和SiO2在工业中常作为废料被排放于河流中，造成了严重的环境污染。由于各种生物质中SiO2含量不同，利用不同类型的生物质制备的生物质基填料会表现出不同的补强性能。本文选取了三种SiO2含量不同的生物质（稻壳、竹子和玉米芯）作为原料，通过热解和“碱溶酸沉”的方法制备了生物质基硅-碳填料用于补强天然橡胶（NR），并探究了不同的SiO2含量对生物质基硅-碳填料补强性能的影响，得到了如下结果：　　1.将三种生物质进行热解，并在不同的转速下对三种热解产物进行球磨处理，探究了不同的SiO2含量对热解生物质改性条件和补强性能的影响。结果表明，由于SiO2的自团聚作用，SiO2含量高的PRH需要在更高的转速下才能达到最小粒径。而且，相比于PC-200，PRH-300和PB-200中富含的SiO2和碳发挥了协同作用，使填料表现出了更好的补强效果。热解生物质中的SiO2还能够促进橡胶大分子链在填料表面上的滑移，使PRH-300补强的硫化胶具有最高的断裂伸长率。此外，利用商业炭黑作为对比样品，其对NR的拉伸强度和断裂伸长率的补强作用均不及PRH-300和PB-200，说明PRH-300和PB-200在橡胶补强领域具有很大的潜力能够完全替代商业炭黑。　　2.将上述三种生物质通过“碱溶酸沉”的处理制备LS杂化材料，讨论了SiO2含量对LS理化性质和补强性能的影响。从稻壳和竹子中提取出的R-LS和B-LS具有以SiO2为模板的纳米级类球状结构。而从玉米芯中提取出的C-LS缺少SiO2作为模板，C-LS中的木质素分子发生团聚使其粒径较大。以LS部分替代商业炭黑作为NR的补强填料，结果表明，10R-LS/40CB和10B-LS/40CB的补强效果均优于10C-LS/40CB，并且10R-LS/40CB/NR具有更高的断裂伸长率，这进一步证明了高含量的SiO2对断裂伸长率的促进作用。而B-LS中由于SiO2含量的减少抑制了填料中SiO2的团聚，提高了填料-橡胶之间的相互作用，使硫化胶展示出了更高的拉伸强度。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 生物质

1.2.1 生物质的来源和组成

1.2.2 生物质中的SiO2

1.2.3 生物质中的木质素

1.2.4 生物质中的纤维素

1.2.5 生物质中的半纤维素

1.3 天然橡胶

1.3.1 天然橡胶的发展

1.3.2 天然橡胶的种类

1.3.3 天然橡胶的结构与性能

1.3.4 天然橡胶复合材料的制备及应用

1.4 橡胶的填料

1.4.1 传统补强填料

1.4.2 其他补强填料

1.5 填料的补强机理

1.6 本文选题目的及研究内容

第二章 实验方法

2.1 实验试剂

2.2 实验仪器与设备

2.3 实验方法与过程

2.3.1 热解生物质填料的制备

2.3.2 LS杂化材料的制备

2.3.3 硫化胶的制备

2.4 表征方法

2.4.1 填料的表征

2.4.2 硫化胶的表征

第三章 热解生物质用作橡胶补强填料：生物质填料中SiO2含量的影响

3.1 引言

3.2 结果与讨论

3.2.1 热解生物质填料的表征

3.2.2 硫化胶的表征

3.3 本章小结

第四章 应用不同生物质基木质素/SiO2杂化材料进行橡胶补强：SiO2含量的影响

4.1 引言

4.2 结果与讨论

4.2.1 LS杂化材料的表征

4.2.2 硫化胶的表征

4.3 本章小结

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

作者简介及科研成果

致谢