橡胶基及淀粉基纳米复合材料的制备及其性能研究-应用化学专业论文.docx

橡胶基及淀粉基纳米复合材料的制备及其性能研究
摘 要
纳米复合材料是当今材料科学研究的热点领域之一,但有许多重要的应用和理论问题亟待解决。
有机粘土以单片层形式存在于橡胶基体中,与原始聚合物相比,剥离的粘土片层能够很大程度地提高聚合物的综合性能。但是剥离型橡胶/粘土纳米复合材料并不容易得到。传统方法常采用常规的长链脂肪族(饱和脂肪族)季胺盐改性有机粘土制备橡胶/ 粘土纳米复合材料,粘土片层与橡胶基体之间形成的是范德华作用力,导致橡胶高分子链在拉伸过程中产生滑移,从而具有较低的定伸应力(虽然复合材料的拉伸强度高), 这限制了橡胶/粘土纳米复合材料的广泛应用。如何实现粘土片层在橡胶基体中的单片层分散及提高两相界面作用,成为制备具有高性能橡胶/粘土纳米复合材料的技术关键。
本课题针对传统橡胶/粘土纳米复合材料制备方法很难得到剥离型粘土/橡胶纳米复合材料这一问题,提出采用预膨胀有机粘土与机械共混法制备橡胶/粘土纳米复合材料的创新思路,并且通过考察含有双键表面改性剂改性的有机粘土、增塑剂的种类与用量、橡胶基体的极性等因素对复合材料微观相态结构的影响,优化制备工艺条件,获得影响粘土片层在橡胶基体中分散剥离的规律,用来指导橡胶/粘土纳米复合材料的开发及应用。
通过考察硫化过程对极性环境不同的橡胶/粘土纳米复合材料(RCNs)微观结构影响的研究表明,橡胶基体的极性对 RCNs 的近程微观结构和远程微观结构都会产生一定的影响,但影响的结果并不一定完全一致;硫化过程中,RCNs 中的粘土片层会因高压作用而发生远程聚集,但是 RCNs 的近程微观结构会因基体的不同而发生不同变化;高填充态的 RCNs 的微观结构与橡胶基体的性质存在着密切联系; RCNs 的力学性能与其远程结构有着更为密切的关系,其气体阻隔性能则因粘土含量的不同而受到近程结构和远程结构的共同影响。
采用熔融挤出的方法制备热塑性淀粉(TPS)/聚乙烯醇(PVA)/蒙脱土(MMT)
纳米复合材料,添加的蒙脱土和聚乙烯醇可以有效提高热塑性淀粉材料的力学性能,蒙
脱土在复合材料中可以起到很好的补强效果和阻碍裂纹扩展的能力,同时粘土片层在复合材料中可以起到阻隔作用,表现在 TPS/PVA/MMT 复合材料的耐水性能随着 MMT 含量的增加而提高。
开发制备的新型功能材料、可生物降解材料(如淀粉基复合材料)是一项具有重要意义及科学挑战性的技术问题。
以上研究成果丰富了橡胶基纳米复合材料的制备技术;为制备具有优异综合性能的橡胶基纳米复合材料提供理论指导和科学依据;并对橡胶/粘土纳米复合材料的工业化产生推动作用。
关键词:层状硅酸盐;橡胶;纳米复合材料;预膨胀有机粘土与机械共混法;基体极性: 高填充;热塑性淀粉
The study on preparation and properties of the rubber matrix and starch based posites
Abstract
In recent years, polymer/layered silicate posites have attracted great interest, both in industry and in academia, because they often exhibit remarkable improvement in materials properties pared with virgin polymer or conventional micro- and posites, but many practical and theoretical problems desiderated to solve.
The exfoliated structure is the most interesting because of the greater clay–polymer interaction, which makes the entire surface of the clay available to a polymer. This causes maximum changes in the mechanical and physical properties. But the desirable exfoliated morphology in rubber matrix is difficult to achieve by the conventional methods.
Traditional methods often used the long-chain aliphatic cetyltrimethyl ammonium prepar