乳液插层法制备丁苯橡胶／蒙脱土纳米复合材料的结构与性能.doc

乳液插层法制备丁苯橡胶／蒙脱土纳米复合材料的结构与性能 第28卷第3期 2007年5月 特种橡胶制品 SpecialPurposeRubberProducts Vo1.28No.3 June2007 乳液插层法制备丁苯橡胶/蒙脱土纳米 复合材料的结构与性能 谷正.宋国君..李培耀.王立.王海龙.亓峰 (青岛大学高分子材料研究所,青岛266071) 摘要:选用一种能够在水中分散良好的有机改性蒙脱土(OMMT),采用乳液插层法制备了SBR/OMMT纳 米复合材料,X射线衍射和透射电镜观察显示制得了半剥离型与插层型共存的纳米复合材料.研究了复合材 料的力学性能和耐溶剂性能.测试结果表明,随着蒙脱土用量的增加,复合材料的定伸应力,拉伸强度和撕裂 强度均大幅度提高.复合材料具有优异的耐溶剂性能. 关键词:丁苯橡胶;乳液插层法;纳米复合材料;耐溶剂性能 中图分类号:TQ333.1文献标识码:A文章编号:1005—4O3O(20o7)O3—0o22～O3 橡胶/蒙脱土纳米复合材料的研究是近年来 聚合物基纳米复合材料领域的新热点n].由于 蒙脱土特殊的片层结构以及纳米分散形态下的纳 米尺寸效应,使蒙脱土在橡胶基体中界面作用力 较强,复合制备出纳米复合材料之后可以将蒙脱 土的无机物刚性,尺寸稳定性,热稳定性等与橡胶 弹性,可加工性稳定结合,将制备出具有特殊性能 的新型橡胶材料叫]. 目前,制备橡胶/蒙脱土纳米复合材料的主要 方法有:(1)单体原位反应插层法;(2)液体橡胶反 应插层法;(3)大分子熔体插层法;(4)大分子溶液 插层法;(5)大分子乳液插层法.本文采用乳液插 层法制备了纳米复合材料,该方法具有工艺简单, 控制容易,成本低廉并且不需要更改现有工业生 产设备的优点,具有良好的应用前景[2]. 天然蒙脱土在水中分散良好,但其与橡胶的 结合性较差,与橡胶复合时必须加入偶联剂或界 面剂才能获得较好的分散;有机蒙脱土与橡胶的 结合性良好,但其在水中难以分散,对于有机蒙脱 土在胶乳中的插层是十分困难的[1,因此大多数 学者选用天然蒙脱土或纳基蒙脱土与胶乳复合制 备纳米复合材料.本文选用一种实验室自制的可 在水中分散良好的新型有机改性蒙脱土,采用乳 收稿日期:2007—01—05 作者简介:谷正(1982一)年,男,硕士研究生,主要从事纳米复合 材料,聚合物改性等方面的研究. *通讯联系人 液插层法制备出了SBR/0MMT纳米复合材料, 利用透射电子显微镜(TEM)观察了蒙脱土在橡 胶中的亚微观分散形态,通过拉伸强度,撕裂强度 等对材料的力学性能进行了表征,研究了复合材 料的耐溶剂性能,取得了良好的研究结果,成功完 成了工业化中试,为实现工业化生产奠定了基础. 1买验 1.1实验原材料 丁苯胶乳(SBR),固含量为22,齐鲁石化 总公司产品;蒙脱土,实验室自制;其他配合剂均 为市售工业产品. 1.2纳米复合材料的制备 将改性后的蒙脱土加入到水中,和丁苯胶乳 按一定比例混合(蒙脱土用量分别为:0,2,4,6,8, 1O,15,2O份),搅拌一定时间后,调节pH值, NaCI破乳,最后加入絮凝剂共沉出胶,即制得 SBR/蒙脱土纳米复合材料. 1.3胶料配方 SBR橡胶配方为:纳米复合材料(含SBR, 100份),变量;氧化锌,5;硬脂酸(SA),2;促进剂 DM,1;促进剂TT,0.2;硫黄,2. 1.4胶料硫化 干燥后将纳米复合材料在双辊混炼机上塑炼 后,加入一定的配合剂混炼均匀,在平板硫化机上 155℃×15MPa条件下硫化. 1.5性能测试 TEM测试:样品硫化后用环氧树脂包埋,用 谷正等乳液插层法制备丁苯橡胶/蒙脱土纳米复合材料的结构与性能23 超薄切片机切片,在JEM一2000EX型透射电子 显微镜上(El本JEOL公司生产)观察,加速电压 为160kV. XRD测试:采用D/MAX—RB型X射线衍 射仪(El本理学公司生产),CuKa靶(一 0.154nm)测试. 力学性能测试:按GB/T528—1998,GB530 — 1981用DXLL一50000型电子拉力试验机(上 海市德杰仪器设备有限公司生产)测试试样的拉 伸性能和撕裂强度,拉伸速度为500mm/min. 耐溶剂性能测试:裁取硫化试样样条大小为 2.5cm×2.5cm,分别浸入l#标准油或3#标准 油中,120℃下浸泡24h;其质量增加率Am()= [(M1一Mo)/Mo]×1002,6;M1为浸泡后试样质 量,Mo为浸泡前试样质量. 2结果与讨论 2.1复合材料的亚微观形态 图1为蒙脱土与SBR乳液共沉所制得的纳 米复合材料透射电子显微镜(TEM)照片,白色亮 区是聚合物基体,而黑色暗区则是分散在SBR基 体中的蒙脱土基团. 图1SBR/OMMT纳米复合材料TEM照片 尺度分别