淀粉/SBR复合材料的制备及结构-性能研究

摘要

本论文主要是基于乳液共混法(LCM)制备了淀粉/丁苯橡胶(SBR)复合材料，通过应用各种改性剂对复合材料的界面进行修饰，以改善淀粉在橡胶基体中的分散和界面结合，从而提高复合材料的力学性能。 对比考查了偶联剂Si69、A-151、NDZ-105、KH-570、KH-550、KH-792对复合材料结构和性能的影响，发现氨基硅烷偶联剂KH-550、KH-792对于改善淀粉与橡胶基体间的界面结合，提高淀粉/SBR复合材料的力学性能有着显著的效果；进一步详细考查了KH-550、KH-792的三种应用工艺及其用量对复合材料结构和性能的影响，结果表明，将其在混炼时加入胶料中(工艺Ⅰ)或在淀粉糊与橡胶乳液共混前加入橡胶乳液中(工艺Ⅱ)都能有效改善填料与橡胶基体之间的界面结合，提高复合材料的力学性能，但若将其直接加入淀粉糊/改性淀粉糊中(工艺Ⅲ)，则会使淀粉糊的性质发生变化，从而破坏淀粉在橡胶基体中的分散。 使用自制的间苯二酚甲醛树脂(RF)作为淀粉的改性剂，将其与KH-550或KH-792配合使用，较之单独使用RF或偶联剂能够更加有效的改善淀粉在橡胶基体中的分散，进一步提高淀粉/SBR复合材料的定伸应力、拉伸强度、撕裂强度等。同时，随着淀粉用量的递增，淀粉/SBR复合材料的力学性能显著提高。当淀粉填充量在30phr以上时，淀粉/SBR复合材料的力学性能甚至优于相同填充量的炭黑/SBR复合材料，且前者的密度较小。 SEM证明，改性后淀粉在橡胶中的分散更为精细，淀粉与橡胶基体间的界面结合更好；TEM表明，大部分淀粉粒子在橡胶中的分散粒径小于100nm。DMTA测试结果显示，淀粉/SBR复合材料只有一个玻璃化转变温度，而淀粉相的玻璃化转变特征没有体现；并且由于淀粉的加入，SBR的玻璃化转变温度向低温偏移，而改性后偏移的程度有所减弱。 氨基硅烷偶联剂KH-550、KH-792的介入能够对硫磺硫化体系下橡胶的硫化反应动力学过程产生显著影响(包括焦烧时间、正硫化时间和交联密度的变化)，且在不同应用工艺下，产生的影响也不相同，而对于过氧化物硫化体系无此效应；将其用于纯SBR，能够在一定配合下显著提高纯SBR的扯断伸长率和拉伸强度。

目录

文摘

英文文摘

北京化工大学学位论文原创性声明

第一章文献综述

1.1课题来源

1.2橡胶的增强理论及各种填充补强剂的选择及应用

1.2.1橡胶的模量、强度和补强

1.2.2橡胶填充补强剂的种类及应用

1.2.3橡胶纳米增强理论

1.3淀粉简介

1.3.1淀粉的结构与特性

1.3.2淀粉粒中水的作用

1.3.3淀粉的溶液性质

1.3.4各种变性淀粉及其应用

1.3.5淀粉基复合材料的可生物降解性

1.4淀粉在高分子材料中的应用

1.4.1在塑料中的应用

1.4.2在橡胶中的应用

1.5本课题的前期研究成果

1.6论文选题的目的、意义和创新

第二章实验部分

2.1实验原材料及配方

2.1.1原材料

2.1.2实验配方

2.2实验设备及测试仪器

2.3实验工艺

2.3.1技术路线-乳液共混法(LCM)

2.3.2淀粉/橡胶复合材料的制备

2.4性能测试及表征

2.4.1硫化性能测试

2.4.2硫化胶的静态力学性能测试

2.4.3混炼胶、硫化胶的动态性能测试

2.4.4硫化胶密度的测定

2.4.5硫化胶交联密度的测定

2.4.6结构表征

2.5数据处理

第三章实验结果与讨论

3.1淀粉/橡胶复合材料的制备机理

3.2偶联剂在淀粉/SBR复合材料中的应用

3.2.1偶联剂的作用机理

3.2.2偶联剂对淀粉/SBR复合材料结构和性能的影响

3.3间苯二酚甲醛树脂(RF)在淀粉/SBR复合材料中的应用

3.3.1酚醛树脂对淀粉和橡胶的交联作用

3.3.2RF用量对淀粉/SBR复合材料结构和性能的影响

3.3.3RF与淀粉糊的反应时间对淀粉/SBR复合材料性能的影响

3.4各种偶联剂与RF并用对淀粉/SBR复合材料结构和性能的影响

3.4.1对硫化性能的影响

3.4.2对静态力学性能的影响

3.4.3对动态力学性能的影响

3.5 KH-550、KH-792对RF改性淀粉/SBR复合材料结构和性能的影响

3.5.1应用工艺的影响

3.5.2用量的影响

3.6改性后淀粉用量对淀粉/SBR复合材料结构和性能的影响

3.6.1对硫化性能的影响

3.6.2对静态力学性能的影响

3.6.3微观结构和相态分析

3.6.4动态力学性能分析

3.7氨基硅烷偶联剂对纯SBR交联的影响及增强效应

3.7.1 KH-550在不同硫化体系下对纯SBR的影响

3.7.2 KH-550用量对SBR的影响

3.7.3己二胺及其用量对SBR的影响

3.7.4硫磺用量对SBR的影响

3.7.5 KH-792、KH-550应用工艺对SBR的影响

第四章结论

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文