天然橡胶改性气相法白炭黑纳米复合材料的制备.pdf

华南理工大学学报(自然科学版) JoumalofSouthChina V01．36№．11 第36卷第ll期 UniVersi够ofTechnology Science 2008年11月 (Natural Edition) NOvember2008 天然橡胶／改性气相法白炭黑纳米复合材料的制备术 贾志欣 罗远芳 周扬波 贾德民 (华南理工大学材料科学与工程学院，广东广州510640) 摘要：用间苯二酚与六亚甲基四胺络合物(RH)对气相法白炭黑进行表面改性，产物与 天然橡胶混合，通过混炼和硫化制备了天然橡彬改性气相法白炭黑(NR／M—silica)纳米 复合材料．采用力学性能测试、交联密度测定、透射电镜、差示扫描量热、红外光谱和x射 线光电子能谱等手段研究了该纳米复合材料的结构和性能，并探讨了RH改性气相法白 炭黑补强天然橡胶的机理．结果表明：M—silica对NR硫化胶的补强效果明显优于未改性 的气相法白炭黑，当M—silica用量为4％～lo％时，硫化胶的力学性能最佳；M—silica在橡 胶基体中分散良好，硫化胶的交联密度和玻璃化温度升高；在改性剂RH作用下，白炭黑 中的Si—o键和硅羟基的红外光谱特征吸收峰发生明显的蓝移，且O原子的结合能发生 明显的变化，表明白炭黑表面的硅羟基与RH受热后形成的间苯二酚甲醛树脂中的酚羟 基之间形成了明显的氢键作用． 关键词：天然橡胶；气相法白炭黑；纳米复合材料；力学性能；补强机理 中图分类号：TB332 文献标识码：A 气相法白炭黑(FumedSilica)是一种重要的工业直接采用问苯二酚与六亚甲基四胺络合物(RH) 化纳米粉体，具有极好的补强性、增稠性、触变性、消 作为改性剂对气相法白炭黑进行表面改性的研究 光性等特点，在橡胶、塑料、胶粘剂等高分子材料中应 尚未见报道． 用广泛…．迄今气相法白炭黑在橡胶领域主要应用 RH在橡胶工业中常用作橡胶与帘线、金属等 于硅橡胶．近年来，随着纳米技术的发展，关于天然 材料的直接粘合体系．我们设想，利用RH分子在硫 橡胶(NR)等通用橡胶与气相法白炭黑或纳米二氧化温度下能原位聚合形成间苯二酚甲醛树脂的特 J． 化硅组成的纳米复合材料的研究屡见报道旧4 点，一方面可以通过问苯二酚中存在的大蹙酚羟基 气相法白炭黑表面含有大量的羟基，表面极性 与填料气相法白炭黑之间形成氢键，另一方面，该树 和亲水性较强，与烃类橡胶分子的相容性不如炭黑 脂又可在硫化温度下，与橡胶分子链之间形成化学 好，在橡胶中填充时分散不佳，会影响补强效果，并 键，从而改善橡胶与填料之间的界面结合，对橡胶形 使加工性能变差．因此，利用有机改性剂对气相法白 成显著的补强作用．这种界面氢键结合的大然橡胶／ 炭黑进行表面改性，降低表面极性和亲水性，提高其 气相法白炭黑纳米复合材料具有重要的研究意义． 在橡胶基体中的分散性，加强与基体的界面结合，是 本文在前期工作旧母1的基础上，直接采用RH作 改善气相法白炭黑对橡胶补强效果的关键，引起了 为气相法白炭黑的改性剂，制备天然橡胶／改性气相 国内外学者的关注【5J．一般来说，大部分能够与表 面硅羟基发生化学反应的有机物均可作为气相法白 对NR硫化胶结构与性能的影响，特别是研究界面 炭黑的改性剂，常用的改性剂有硅烷偶联剂、硅氧 氢键作用及其对硫化胶结构形态和性能的影响，探 烷类化合物、氯硅烷类改性剂、醇类改性剂等M刁J． 讨改性气相法白炭黑增强天然橡胶的机理． 收稿日期：2007．1】．15 木基金项