叶蜡石的表面改性及其在橡胶中的应用

论文摘要

叶蜡石是一种新型的层状硅酸盐工业矿物材料,它是由氧铝八面体和硅氧四面体组成。与其他矿物相比较,叶蜡石具有耐化学腐蚀,绝缘性和润滑性能优良以及价格低廉,开始受到高分子行业的关注。由于叶蜡石与橡胶的相容性不好,直接或大量填充时,在橡胶中难以均匀分散,且与橡胶基体的结合力很弱,导致复合材料的性能下降。因此要求对叶蜡石表面进行改性,使之有机化,提高与橡胶基体的相容性和分散性。本学位论文第二章采用硅烷偶联剂（KH-550,KH-560）、钛酸酯偶联剂（NDZ-101,NDZ-201）分别对叶蜡石浆液改性即湿法改性和对叶蜡石粉体改性即干法改性,并将改性叶蜡石作为丁苯橡胶的补强填料,研究改性叶蜡石用量、表面改性方法、偶联剂种类以及用量对改性叶蜡石/SBR复合材料性能的影响。研究得出如下主要结果:当叶蜡石采用偶联剂NDZ-101进行湿法表面改性, NDZ-101的用量为叶蜡石用量的2.0%左右时,改性叶蜡石对丁苯橡胶的补强效果较好,可以显著提高胶料的物理机械性能和耐老化等性能。叶蜡石的填充量的大小对丁苯橡胶的力学性能有很大的影响,改性叶蜡石的用量为120份左右时,硫化橡胶的拉伸强度和撕裂强度分别提高了253%和133%。就此而言,叶蜡石是可以对其进行表面活化改性的;在丁苯橡胶中填充大量廉价的改性叶蜡石是完全可行的。本学位论文第三章重点研究了偶联剂KH-550,KH-560,NDZ-101,NDZ-201湿法改性叶蜡石作为天然橡胶输送带覆盖胶的补强填料,研究偶联剂种类、用量以及改性叶蜡石部分替代炭黑对覆盖胶的加工性能、硫化特性和物理机械性能的影响。实验结果表明:当偶联剂KH-550用量为叶蜡石用量的2.0%对叶蜡石进行表面改性时,改性叶蜡石对覆盖胶的补强性能较好。相比而言,改性叶蜡石的补强性和耐磨性能低于炭黑N330,但加入改性叶蜡石可以提高制品的加工、耐老化等性能,因此在输送带覆盖胶的性能要求范围内可以加入一定量的改性叶蜡石以改善制品性能。本学位论文第四章选用硅烷偶联剂（KH-550,KH-560）、钛酸酯偶联剂（NDZ-101,NDZ-201）对叶蜡石进行湿法和干法进行表面改性。通过分散度、活化指数、渗透时间、吸油值等方法对叶蜡石的改性效果进行预评价并确定有效的偶联剂种类、用量和改性方法。结果表明,改性后叶蜡石对蒸馏水的渗透时间明显延长、吸油值下降、活化指数和沉降体积增大。这些结果表明改性叶蜡石的表面覆盖了一层有机分子,改变了叶蜡石的表面极性,其表面由亲水性变为疏水性。实验还确定了干法改性体系达到最佳改性条件是改性时间为60～65分钟、偶联剂用量为叶蜡石用量的1.5～2.0%;湿法改性体系改性时间为45分钟左右、偶联剂用量为叶蜡石用量的1.5～2.0%。钛酸酯偶联剂NDZ-101显示了比其他偶联剂具有更好的效果。本研究工作对于提高叶蜡石的附加值,扩大叶蜡石在丁苯橡胶和天然橡胶中的应用,具有重要的意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 橡胶常用无机填料
• 1.1.1 白炭黑在橡胶中的应用
• 3） 在橡胶中的应用'>1.1.2 碳酸钙（CaCO₃） 在橡胶中的应用
• 1.1.3 粘土在橡胶中的应用
• 1.1.4 短纤维在橡胶中的应用
• 1.1.5 氧化锌在橡胶中的应用
• 2）在橡胶中的应用'>1.1.6 二氧化钛（TiO₂）在橡胶中的应用
• 1.2 填料表面改性的研究
• 1.2.1 表面改性方法
• 1.2.2 表面改性剂
• 1.2.3 表面改性效果评价
• 1.3 叶蜡石简介
• 1.3.1 叶蜡石的工艺技术特性
• 1.3.2 我国叶蜡石矿产资源概况
• 1.3.3 叶蜡石的改性
• 1.3.4 叶蜡石目前的应用概况
• 1.3.5 叶蜡石在聚合物中的应用
• 1.4 结语
• 1.5 本论文的研究内容及意义
• 1.5.1 研究目的和意义
• 1.5.2 研究内容
• 第二章 改性叶蜡石对丁苯橡胶性能的影响研究
• 2.1 实验部分
• 2.1.1 原材料及基本配方
• 2.1.2 主要设备与仪器
• 2.1.3 试样的制备
• 2.1.4 分析测试
• 2.2 结果与讨论
• 2.2.1 不同偶联剂种类和改性方法对改性叶蜡石填充 SBR 性能影响的研究
• 2.2.1.1 不同偶联剂种类和改性方法对改性叶蜡石填充 SBR 硫化特性的影响
• 2.2.1.2 混炼胶的动态力学RPA 分析
• 2.2.1.3 硫化橡胶的动态力学RPA 分析
• 2.2.1.4 硫化橡胶的物理机械性能
• 2.2.1.5 硫化试样拉伸断面 SEM 图
• 2.2.1.6 不同偶联剂种类和改性方法对改性叶蜡石填充SBR 的DIN 磨耗的影响
• 2.2.2 NDZ-101 用量对改性叶蜡石/SBR 性能影响的研究
• 2.2.2.1 NDZ-101 用量对改性叶蜡石填充 SBR 硫化特性的影响
• 2.2.2.2 混炼胶的动态力学RPA 分析
• 2.2.2.3 硫化橡胶的动态力学RPA 分析
• 2.2.2.4 NDZ-101 用量对改性叶蜡石填充 SBR 物理机械性能的影响
• 2.2.2.5 硫化橡胶拉伸断面 SEM 图
• 2.2.2.6 NDZ-101 用量对改性叶蜡石填充 SBR 的 DIN 磨耗性能的影响
• 2.2.3 改性叶蜡石/炭黑并用填充SBR性能的研究
• 2.2.3.1 改性叶蜡石/炭黑并用比对硫化特性的影响
• 2.2.3.2 混炼胶的动态力学RPA 分析
• 2.2.3.3 硫化橡胶的动态力学RPA 分析
• 2.2.3.4 改性叶蜡石/炭黑并用比对硫化橡胶物理机械性能的影响
• 2.2.3.5 改性叶蜡石/炭黑并用比对硫化橡胶 DIN 磨耗性能的影响
• 2.2.4 改性叶蜡石用量对 SBR 性能影响的研究
• 2.2.4.1 改性叶蜡石用量对硫化特性的影响
• 2.2.4.2 混炼胶的动态力学RPA 分析
• 2.2.4.3 硫化橡胶的动态力学RPA 分析
• 2.2.4.4 改性叶蜡石用量对硫化橡胶物理机械性能的影响
• 2.2.4.5 硫化橡胶拉伸断面 SEM 图
• 2.2.4.6 改性叶蜡石用量对硫化橡胶 DIN 磨耗性能的影响
• 2.3 本章小结
• 第三章 改性叶蜡石在输送带覆盖胶中的应用
• 3.1 实验部分
• 3.1.1 原材料及基本配方
• 3.1.2 主要设备与仪器
• 3.1.3 试样的制备
• 3.1.4 分析测试
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 不同填料对覆盖胶性能的影响
• 3.2.1.1 不同填料对混炼胶加工性能的影响
• 3.2.1.2 不同填料对混炼胶硫化特性的影响
• 3.2.1.3 不同填料对硫化橡胶物理机械性能的影响
• 3.2.2 偶联剂种类对覆盖胶性能的影响
• 3.2.2.1 不同种类偶联剂改性叶蜡石对混炼胶加工性能的影响
• 3.2.2.2 不同种类的偶联剂改性叶蜡石对覆盖胶硫化特性的影响
• 3.2.2.3 不同种类的偶联剂改性叶蜡石对硫化橡胶的物理机械性能的影响
• 3.2.3 KH-550 用量对覆盖胶性能的影响
• 3.2.3.1 KH-550 用量对改性叶蜡石填充混炼胶加工性能的影响
• 3.2.3.2 KH-550 用量对改性叶蜡石填充覆盖胶硫化特性的影响
• 3.2.3.3 KH-550 用量对改性叶蜡石填充硫化橡胶物理机械性能的影响
• 3.2.4 改性叶蜡石/炭黑并用对覆盖胶性能的影响
• 3.2.4.1 改性叶蜡石/炭黑不同并用比对覆盖胶加工性能的影响
• 3.2.4.2 改性叶蜡石/炭黑不同并用比对硫化特性的影响
• 3.2.4.3 改性叶蜡石/炭黑不同并用比对硫化橡胶物理机械性能的影响
• 3.3 本章小结
• 第四章 叶蜡石表面改性
• 4.1 实验部分
• 4.1.1 实验试剂及仪器设备
• 4.1.2 实验步骤
• 4.1.3 表面改性效果评价方法
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 改性时间对叶蜡石改性效果影响
• 4.2.2 偶联剂用量对叶蜡石改性效果影响
• 4.2.3 红外吸收光谱
• 4.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
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