補強性促進劑GBS的制備及其在橡膠復(fù)合材料中的應(yīng)用.pdf

1、傳統(tǒng)的硫化促進劑主要起促進橡膠硫化的作用。當前促進劑的發(fā)展方向是兼?zhèn)浯龠M、硫化、活化、防焦等多種功能且無環(huán)境污染。合成一種新型促進劑，不僅具有優(yōu)良的促進硫化、無環(huán)境污染的特性，而且能加強橡膠與填料的結(jié)合，提高填料的補強效果，不僅符合當前促進劑的發(fā)展方向，而且對于橡膠補強特別是橡膠/無機物納米復(fù)合材料的發(fā)展具有重要的理論和實際意義。 本文提出了補強性促進劑的概念。補強性促進劑是指不僅能促進橡膠硫化還能加強填料補強效果的新型硫化促進

2、劑。設(shè)計與合成了補強性促進劑N-亞甲基羧基-2-苯并噻唑次磺酰胺(GBS)，對其結(jié)構(gòu)進行了表征，同時用GBS制備了天然橡膠/蒙脫土納米復(fù)合材料和天然橡膠/白炭黑復(fù)合材料，對兩種復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)和性能及GBS的作用機理進行了研究。 用紅外光譜(FTIR)、核磁共振氫譜、氣相色譜-質(zhì)譜表征了GBS的結(jié)構(gòu)，差示掃描量熱和熱失重研究了GBS的性質(zhì)，正交設(shè)計法得到GBS作為天然橡膠硫化促進劑的基本配合，并研究了GBS在填料補強橡膠復(fù)合材料中

3、的應(yīng)用。結(jié)果表明，所合成的GBS樣品具有預(yù)定的N-亞甲基羧基-2-苯并噻唑次磺酰胺結(jié)構(gòu)。GBS的初始熱分解溫度為210℃，熔點是178.3℃。GBS作為天然橡膠硫化促進劑的基本配合是GBS4phr，S1.5phr，ZnO5phr，St2phr，具有焦燒時間長、硫化速度快、硫化曲線平坦、硫化膠綜合性能好等優(yōu)點。GBS在有機蒙脫土和白炭黑補強硫化膠應(yīng)用中有顯著優(yōu)勢，和促M、促CZ、促DM比較，這種補強性促進劑能顯著提高有機蒙脫土或白炭黑填充

4、天然橡膠的補強效果。 用GBS和有機蒙脫土制備了天然橡膠/蒙脫土納米復(fù)合材料，用橡膠加工分析儀(RPA)和硫化儀研究了有機蒙脫土補強天然橡膠混煉膠的加工性能，用透射電鏡(TEM)和X射線衍射(XRD)研究了天然橡膠/蒙脫土納米復(fù)合材料結(jié)構(gòu)和形態(tài)，通過交聯(lián)密度測定、FTIR和RPA應(yīng)變掃描分析了蒙脫土和橡膠間的相互作用，并研究了納米復(fù)合材料的靜動態(tài)力學(xué)性能、耐熱氧、臭氧、紫外老化性能和熱穩(wěn)定性能，還通過XRD研究了混煉和硫化過程中

5、橡膠對蒙脫土的插層過程，提出了GBS在促進硫化過程中加強橡膠與蒙脫土結(jié)合的機理和模型。結(jié)果表明，有機蒙脫土能改善膠料的加工性能；蒙脫土在橡膠基體中達到納米級厚度片層分散；GBS能加強蒙脫土和橡膠間的結(jié)合，得到的納米復(fù)合材料具有優(yōu)良的綜合性能，加2～10份的有機蒙脫土的天然橡膠/蒙脫土納米復(fù)合材料硫化膠的力學(xué)性能優(yōu)于40份半補強炭黑N770補強硫化膠的力學(xué)性能，并有更低的動態(tài)力學(xué)損耗因子；從有機蒙脫土的補強系數(shù)可以預(yù)測出納米復(fù)合材料硫化膠

6、的力學(xué)性能；蒙脫土能顯著提高納米復(fù)合材料硫化膠的耐熱氧、臭氧和熱穩(wěn)定性；天然橡膠分子鏈在混煉過程中便開始對蒙脫土進行插層，并主要在焦燒時間前的硫化誘導(dǎo)期內(nèi)完成大部分插層過程，硫化開始后蒙脫土的納米級分散進一步完善，直至硫化完成。 用GBS和KH560表面改性白炭黑制備了天然橡膠/白炭黑復(fù)合材料，用RPA和硫化儀研究了白炭黑填充天然橡膠混煉膠的加工性能，用TEM研究了天然橡膠/白炭黑復(fù)合材料硫化膠的結(jié)構(gòu)和形態(tài)，通過交聯(lián)密度測定和R

7、PA應(yīng)變掃描分析了白炭黑和橡膠間相互作用，并研究了納米復(fù)合材料的靜動態(tài)力學(xué)性能、耐熱氧、臭氧、紫外老化性能和熱穩(wěn)定性能等，提出了GBS在硫化過程中加強橡膠和白炭黑結(jié)合的機理并建立相關(guān)模型。結(jié)果表明，白炭黑填充天然橡膠存在形成填料網(wǎng)的臨界值25份。在超過25份填充時，白炭黑在硫化膠中形成填料網(wǎng)；GBS能加強橡膠與白炭黑間的相互作用，得到性能優(yōu)良的天然橡膠/白炭黑復(fù)合材料；白炭黑能顯著提高硫化膠的定伸應(yīng)力、拉伸強度、撕裂強度和硬度，并保持較