纳米级橡胶材料的制备和使用

纳米级橡胶材料的制备和使用

赵倩

河北道恩特种橡塑有限公司 河北衡水 053500

摘要：纳米粒子复合物制造技术以及天然高分子橡胶新工艺的诸多应用，赋予了高性能天然高分子橡胶纳米复合材料具有优异而独特的材料综合性能，发展成为当今世界的主要材料。成为高性能材料科学的研究热点。本文系统地介绍和分析了天然橡胶纳米复合材料的各种主要制造方法和使用。研究包括最近对纳米粘土、纳米自含粘土炭黑、纳米碳酸钙、纳米氧化锌、碳纳米管、纳米单晶纤维橡胶电缆、纳米二氧化钛纳米材料和纳米材料的研究。研究报告中还提出了许多积极的前景。

关键词：天然橡胶；纳米改性；纳米复合材料；研究进展

1 纳米粒子增强天然橡胶的制造方法

1.1 溶胶-凝胶法在聚合物凝胶上以聚合物-无机纳米复合材料形成层状结构。在该方法中，具有无机高分子材料合成特性的溶胶-凝胶法的主要原理是各种无机前驱材料可以自动、连续地水解、浓缩、结合，制成纳米溶胶效率更高。它具有优异的尺寸和几何稳定性能，具有结构和机械强度以及优于天然或粘土矿物的无机聚合物原料的高温热膨胀稳定性，以及各种优良有机聚合物所需的基本结构和机械性能和加工性能产品。根据单体的复合成型工艺，复合及其成型工艺可主要包括： 可制备属于高分子复合材料类的单体插层聚合制备方法。通过将单体聚合，然后在原位混合或形成单体来合成可均匀嵌入聚硅酸盐薄片中的聚合物的方法；直接插层到聚合物熔体层法，聚合物熔体插层原理当聚合物溶液分子在凝固层达到一定温度时，在强电场的作用下，它们可以通过插层间隙直接进入蒙脱石片材插层，溶剂直接插入聚合物溶液，聚合物溶液插层是在没有大量残留溶剂的情况下，在聚合物溶液体系中，第一次将聚合物链插入到蒙脱石中。完全挥发溶液以除去大部分剩余溶剂。对存在于聚合物溶液体系中的聚合物单体，直接或掩埋复合法的缺点之一是，使用含有大量单体的聚合溶剂，聚合后的单体难以完全分离和回收，并且存在一些污染。

1.2 混合方法

混合法又称溶液直接混合分散法，是一般先制备无机样品溶液（纳米颗粒），然后加入有机纳米聚合物混合的方法。常用的溶液混合工艺方法包括四种溶液混合工艺：溶液混合，将一些有机聚合物均匀溶解在溶剂混合物中，然后均匀加入有机纳米颗粒，在旋转搅拌器上搅拌。在操作条件下，这些纳米颗粒在有机溶液体系中完全分散混合，使其均匀，最后通过去除残留溶剂颗粒或杂质进行再聚合得到样品的方法，悬浮混合或与溶液共混的方法乳液。一般来说，解决方法类似于混合。溶液被水完全置换成固体乳液，熔融的固体混合可主要用于聚合物加工和液晶聚合物之间的原位熔融共混。该方法是关键处理方法。反应条件通常是这样的：预先确定临界浓度范围和反应温度，计算和过程控制要求，机械颗粒混合能够通过各种机械加工和合成方法机械合成各种纳米颗粒混合物和聚合物材料复合材料.您可以直接控制每个纳米粒子复合物的材料状态和大小。一个明显的缺点是纳米粒子容易团聚成团，在共混过程中粒子分散均匀，存在一定的困难。

2 纳米粒子改性天然橡胶的研究

2.1 纳米粘土

以具有各种特殊微观结构、组成性能和优异光化学性能的无机多孔硅酸盐粘土为材料，制备了一系列性能和效果优良的无机多孔新型多孔硅酸，供综合使用。是国内外纳米硅材料科学领域技术和研究的发展方向和重点之一。目前，随着我国对天然硅酸盐无机纳米橡胶表面涂层进行表面改性形成新型无机硅酸盐纳米粘土复合材料的前景，应用最广泛的材料是改性蒙脱石。提出使用固相法改性蒙脱土，并通过原位插入机械共晶混合物制备新型天然橡胶蒙脱土纳米复合材料。所得天然橡胶/天然蒙脱土纳米复合材料具有较高的表面机械强度、优异的表面热稳定性和优异的表面加工成型性能。

无机橡胶聚合物制造有机合成领域的大量工作引入纳米粘土技术，可以有效地实现对有机橡胶的生物力学性能、耐热和高温性能、抗氧化性能要求更重要和更好的改进。对橡胶材料和聚合物的优异性能要求、低温和阻燃性等。有机纳米粘土聚合物改性/改性天然无机橡胶和纳米复合材料的一些主要实验检测方法包括熔体插层、溶液插层和乳液插层技术检测。研究报告还分析了天然纳米粘土材料经表面改性复合工艺预处理后制成的新型天然橡胶复合材料的力学性能，抗拉撕裂强度和硬度指标值分别显着提高和提高。

2.2 纳米炭黑

纳米级炭黑橡胶具有比橡胶表面填料更好的表面亲水性、活性、导电性和耐热耐磨性。在制造一般轮胎橡胶制品的过程中，添加纳米炭黑的优点是显着减少现有轮胎原料橡胶材料的一次性生产和消耗，降低轮胎再加工和使用成本，并提供一种独特的，优质稳定的橡胶。获得了一种具有物理机械性能的新型特种轮胎产品，但一般情况下炭黑颗粒的填料含量应稳定在50份左右或以上，表面耐化学磨损寿命值可大幅度提高, 表面性能高。通过与粘性大分子聚合物进行原位剪切接枝，将包括纳米碳有机表面在内的小粘性分子键合到纳米炭黑化合物的硫化基体表面。纳米炭黑与有机表面的剪切接枝具有较弱的佩恩效应，与纳米炭黑的有机表面有很强的表面化学相互作用，硫化橡胶基体界面材料也可以有相对关系.与其他一般的纳米炭黑材料产品相比，纳米炭黑漆层具有更好的防腐强化和防锈保护水平。

2.3 纳米碳酸钙

纳米碳酸钙又称纳米超细碳酸钙，是以改性天然高分子合成橡胶材料为主的填料颗粒中密度最高的一种材料。同时，它还具有许多其他优点，例如合成材料的比例低，增强高分子材料的效果最为明显。超细纳米碳酸钙填充、改性、补强改性制备的超高性能天然无机高分子橡胶复合材料具有较高的比体积硬度、拉伸剪切强度、比表面积、比表面积等性能指标也有很大改善。当纳米碳酸钙材料颗粒与改性橡胶基体分子之间存在界面力时，纳米碳酸钙颗粒与改性橡胶的基体颗粒结构逐渐紧密有效结合，橡胶分子链由此有效减少相之间可能发生的热运动效应。由于橡胶材料内部的许多微观和独特的微观物理结构没有受到严重损坏或损坏，这种改进得到了最大化。复合材料形成的硫化胶必须具有良好的流动性，硫化胶的表面处理必须均匀光滑，表面必须光滑，延伸强度必须大，拉伸和压缩比强度必须高，剪切抗拉和抗撕裂变形强度高。当填料的总添加量约为50份或更多时，经过改性碳酸钙改性工艺硫化后的改性天然橡胶制品的总硫化胶比表面积与碳酸钙改性处理后相比没有变化.生产出来的天然橡胶改性硫化胶的总比表面积强度增加了100%左右，恒伸长率抗压强度也提高了120%左右，因此具有许多优良的物理机械性能。

2.4纳米氧化锌

氧化锌目前广泛用作表面活性剂，在各种硫化橡胶工业产品的配方中控制橡胶硫化过程。能大大提高各种硫化橡胶之间的分子交联密度，提高各种硫化橡胶的基本物理机械性能。经纳米氧化锌改性反应工艺生产的纳米氧化锌改性橡胶复合材料可具有更加稳定稳定的高温降解剂、稳定的氧化性能和高温力学性能，焦烧固化时间可延长变大。延长时，正硫化反应时间大大缩短，挠性臂的柔韧性大大提高，但同时会削弱粘结强度，显着降低粘结剂的耐磨性。 .实验也成功证明，纳米氧化锌功能材料可以作为更新、更环保、更健康的橡胶新型功能材料，使现有橡胶制品也能具备或达到橡胶加工材料更好的综合性能。

2.5碳纳米管

由于其独特的性能和结构，从材料技术理论角度对复合材料进行分析，比较采用我们自己的工艺制造的各种高分子复合材料新材料，具有明显的理论优势。它可以具有非常高的抗拉强度范围和几何模量，良好的韧性，相对较低的密度，同时还具有许多其他特殊或良好的电子性能。对高碳纳米管聚乙烯/聚丙烯和天然橡胶复合材料的几种基本制备和表征方法、工艺条件和其他性能进行了系统而全面的研究。研究实验分析表明，完成碳纳米管聚合物与聚丙烯天然硫化胶的复合结晶反应研究后，DSC曲线研究中结晶熔融峰的显着直径变小，焦烧结晶时间曲线相应缩短。

2.6 其他

纳米晶纤维素和纳米二氧化钛：纳米晶纤维素在纳米复合材料中具有纯度高、重量轻、透明度好、力学性能好的优点。由于TiO2具有强光氧化能力、高亲水性、低温效率、长效稳定性和低廉的价格，可将TiO2添加到天然橡胶中制备具有高抗菌性能的纳米复合材料。研究证实，橡胶中所含的铜、锰、钴、铁等金属在进入填充料时会影响橡胶的热空气老化。这两种复合材料是未来研发的重点。

3 总结

纳米材料和纳米复合技术的不断发展，为天然橡胶的改性提供了新思路，提高了天然橡胶的综合性能，进一步拓展了其应用领域。然而，天然橡胶纳米改性技术的研究仍处于起步阶段，国内研究主要集中在不同组分和工艺对性能的影响。关系需要进一步探讨。利用各种纳米改性技术开发新型功能化和专用纳米复合材料是天然橡胶改性研究的另一个重要方向。

参考文献：

[ 1 ] 高天明. 天然橡胶纳米复合材料研究进展[J ]. 中国热带作物学会 ,2007 年学术会 ,2007 ,178 181.

[ 2 ] 路学成 ,周庆丰 ,王鹏. 聚合物基纳米复合材料的制备与研究[J ]. 合树脂及塑料 ,2005 ,22(6) :62 66.

[ 3 ] 王小萍贾德民陈玉坤天然橡胶/ 蒙脱土纳米复合材料结构和性能的研究(第一版) [ M]. 化学工业出版社 ,2426.

作者简介：赵倩；1986.6.18；女；职务：财务；学历：大专学历；研究方向：橡胶行业