乳液插层法制备天然橡胶蒙脱土纳米复合材料的研究.pdf

乳液插层法制备天然橡胶/蒙脱土纳米复合材料 的研究 谷正，宋国君，李培耀 青岛大学化工学院，青岛 266071 摘 要：采用乳液插层法值得了天然橡胶/ 蒙脱土复合材料，并对其性能进行了研究。TEM 研究表明，蒙脱土粒子达到纳米级分散，制得了插层型纳米复合材料；对材料的力学性能进 行了研究，研究表明蒙脱土对天然橡胶有明显的补强作用，当蒙脱土含量较小时，补强效果 尤为明显；TGA 研究表明，材料的热稳定性能优异。 关键词：NR ；蒙脱土；纳米复合材料；TGA；热稳定性 中图分类号：TQ330.34 文献标识码：A 近年来，橡胶/蒙脱土纳米复合材料由于其优异的补强性能、气体阻隔性能、浅色性等 优异和特殊的性能，已经成为橡胶科学研究的热点[1] 。目前，国内外制备橡胶/蒙脱土纳米 复合材料的方法[2]主要有：（1）熔体插层法；（2 ）大分子乳液插层法；（3 ）原位反应插层法； （4 ）橡胶溶液插层法；（5 ）液体橡胶插层法； 橡胶乳液插层法是将蒙脱土与水的悬浮液在强烈搅拌下与橡胶乳液混合，形成均匀的混 合液，经一段时间后加入电解质类凝聚剂进行絮凝，再将絮凝物脱水烘干，制得蒙脱土／橡 胶纳米复合材料。由于多数橡胶都有自己的乳液形式，且对橡胶乳液没有特别要求，因此该 方法的技术工艺简单，易控制，成本较低，而且制得的纳米复合材料性能优良，故有望成为 最早实现工业化制备橡胶/蒙脱土纳米复合材料的方法[3] 。 本试验通过大分子乳液插层法制备了天然橡胶/蒙脱土纳米复合材料，并对其亚微观结 构进行了表征，研究了材料的力学性能及热力学性能。 1.试验部分 1.1 试验原料 天然胶乳:固含量为 60%，青岛双蝶集团有限公司提供；蒙脱土：实验室自制；高耐磨 碳黑N330，工业级；其它试剂均为市售； 1.2 纳米复合材料的制备 将改性后的蒙脱土加入到水中，形成均匀的悬浮液，然后按照一定的比例与天然胶乳混 合 （蒙脱土含量分别为0、1、2 、4 、6 份）。搅拌一定时间后，加入无水CaCl2破乳，用絮凝 剂絮凝出胶。 1.3 橡胶硫化配方 天然橡胶的硫化配方为复合材料（含NR100 份），ZnO 5 ，SA 1 ，40 10NA 1.5 ，促进剂 M 0.75 ，S 2.5。 1.4 胶料的硫化 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，对比样品 加入等量的碳黑，在平板硫化机上143℃，15MPa 条件下进行硫化。 1.5 性能测试 -1- 1.TEM 测试：样品硫化后用环氧树脂包埋，由超薄切片机进行切片，在日本JEOL 公司 生产的JEM-2000EX 型透射电镜上观察，加速电压为160 kV。 2.力学性能测试：按GB/T 528-1998、GB 530-1981 在上海市德杰仪器设备有限公司生 产的 DXLL-50000 型电子拉力试验机上测试试样的拉伸性能和撕裂强度，拉伸速度为 500mm/min 。用上海化工机械四厂产XY-1 型橡胶硬度计按GB/T 531-92 测试邵尔A 型硬度。 e 3.TGA ：采用METTLER-TOLEDO公司TGA/STDA851 热重分析仪进行热重分析,测试 条件:升温速率10℃/min,测试度范围为-50～800℃,空气气氛。 2、结果与讨论 2.1 纳米复合材料的亚微观形态 图1为天然橡胶/蒙脱土复合材料的透射电镜照片。其中白色部分为橡胶基体，分散在橡 胶基体中的 “黑线”为蒙脱土片层。由图1 可知，蒙脱土片层在橡胶基体中均匀分散，并且 被剥离成层状结构，说明NR大分子链已经插层进入蒙脱土片层，且蒙脱土片层与橡胶基体 界面模糊，粒子与橡胶相之间结合良好；并且蒙脱土片层厚度在10nm以下，长度约 100-250nm，没有较大的颗粒存在，说明所制得的材料为纳米复合材料[4，5] 。 蒙脱土属于2 ∶1 型层状硅酸盐[4] 。其原土是由长和宽约1 μm 、厚度约1nm的片