天然橡胶/有机蒙脱土纳米复合材料的制备及性能研究

论文摘要

本文采用十六烷基三甲基溴化胺（CTAB）为插层剂对钠基蒙脱土（Na-MMT）进行有机化改性,得到有机改性蒙脱土（OMMT）。选择合适的CTAB量制备有机改性蒙脱土。用X-射线（WAXD）、热重分析（TG）、傅立叶转换红外光谱（FT-IR）对其进行分析。在胶乳中接枝插层法制备了天然橡胶/有机蒙脱土纳米复合材料。用粒度分析仪研究有机改性蒙脱土在水中的分散性;通过变量实验确定有机蒙脱土以及接枝单体甲基丙烯酸甲酯的用量,并选取制备复合材料的最佳工艺。采用了X-射线、热重分析法、动态热机械分析仪（DMA）、透射电子显微镜（TEM）对复合材料的性能和结构进行分析和表征;研究了有机蒙脱土改性纳米复合胶乳的贮存稳定性;采用橡胶加工分析仪（RPA）研究了复合材料的动态流变性能。实验结果表明:插层剂CTAB与钠基蒙脱土以3:7的比例时,得到插层效果好的有机改性蒙脱土,X-射线分析表明层间距从1.5nm增加到3.8nm。有机改性后的蒙脱土在水中的溶解度降低,按1:20加入扩散剂NF后,使有机改性蒙脱土在水中的分散性提高;采用干重比为MMT:MMA:NRL=2:10:88的比例制备的试样力学性能得到明显的提高,尤其拉伸性能达到30MPa以上;从X-射线分析看出,试样中的蒙脱土层间距比有机改性蒙脱土层间距增加;热重分析结果表明,复合材料的热稳定性能得到提高;DMA分析表明,试样的储能模量（E’）比天然橡胶胶膜试样的低,而损耗因子（tand）比天然橡胶的高;天然橡胶/OMMT/MMA纳米复合材料贮存稳定性能有所下降;透射电子显微镜观察结果表明,蒙脱土得到较好的插层。最后通过RPA对天然橡胶/有机改性蒙脱土纳米复合材料进行动态流变性能研究,随着剪切速率的增加,其粘度降低;在频率扫描时,天然橡胶/有机改性蒙脱土纳米复合材料储能模量小于天然橡胶材料,其损耗因子大于天然橡胶材料;应变扫描时,天然橡胶/有机改性蒙脱土纳米复合材料储能模量小于天然橡胶材料,其损耗因子大于天然橡胶材料;温度扫描时,复合材料的损耗因子大于天然橡胶。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1. 前言
• 1.1 聚合物纳米复合材料
• 1.1.1 溶胶-凝胶法（Sol-Gol 法）
• 1.1.2 插层法
• 1.1.3 共混法
• 1.2 聚合物纳米复合材料国内外研究现状
• 1.3 聚合物/蒙脱土纳米复合材料
• 1.3.1 蒙脱土的结构、性质和改性
• 1.3.1.1 结构
• 1.3.1.2 性质
• 1.3.1.3 有机化改性
• 1.3.2 聚合物/蒙脱土纳米复合材料的制备方法
• 1.3.3 聚合物/蒙脱土纳米复合材料的种类
• 1.3.4 聚合物/蒙脱土纳米复合材料的物理力学性能
• 1.3.5 聚合物/蒙脱土纳米复合材料的结构性能表征
• 1.3.5.1 层间距的测试方法
• 1.3.5.2 形态的表征
• 1.3.5.3 RPA2000 分析仪的研究方法
• 1.4 天然橡胶/有机改性蒙脱土纳米复合材料研究现状
• 1.5 本课题研究的内容、意义以及创新之处
• 1.5.1 本研究的意义
• 1.5.2 本研究的内容
• 1.5.3 本研究的创新之处
• 2. 材料与方法
• 2.1 主要原料
• 2.2 主要试验仪器
• 2.3 试验方法
• 2.3.1 有机改性蒙脱土的制备
• 2.3.2 NR/OMMT 纳米复合材料的制备
• 2.3.2.1 有机改性蒙脱土的分散
• 2.3.2.2 试样制备
• 2.3.2.3 胶乳硫化及硫化胶乳胶膜的制备
• 2.4 复合材料性能表征
• 2.4.1 有机改性蒙脱土的结构表征
• 2.4.1.1 X-射线衍射（XRD）测试
• 2.4.1.2 有机蒙脱土中原土含量的测定
• 2.4.1.3 红外光谱分析（FT-IR）
• 2.4.2 天然橡胶/OMMT 纳米复合材料的性能及结构表征
• 2.4.2.1 激光粒度分析
• 2.4.2.2 物理性能测试
• 2.4.2.3 X-射线衍射（XRD）测试
• 2.4.2.4 热重分析（TG）
• 2.4.2.5 动态热机械分析（DMA）
• 2.4.2.6 贮存稳定性测试
• 2.4.2.7 透射电镜分析（TEM）
• 2.4.3 天然橡胶/有机改性蒙脱土纳米复合材料动态力学性能表征
• 2.4.3.1 实验原料
• 2.4.3.2 橡胶加工分析仪测试条件
• 3. 结果与讨论
• 3.1 蒙脱土的有机改性研究
• 3.1.1 插层剂用量选取`
• 3.1.2 有机改性蒙脱土中原土含量的测定
• 3.1.3 有机改性蒙脱土红外光谱表征
• 3.2 NR/MMT 纳米复合材料的制备工艺
• 3.2.1 蒙脱土在水中的分散性研究
• 3.2.2 OMMT 与MMA 用量对复合材料性能的影响
• 3.2.2.1 不同MMA 用量的比较
• 3.2.2.2 有机蒙脱土用量的选择
• 3.3 NR/OMMT 纳米复合材料的性能研究
• 3.3.1 NR/OMMT/MMA 纳米复合材料的X-射线分析
• 3.3.2 热重分析
• 3.3.3 动态热机械分析
• 3.2.3 贮存稳定性
• 3.2.4 透射电镜
• 3.4 天然橡胶/有机改性蒙脱土纳米复合材料动态性能表征研究
• 3.4.1 粘度随频率扫描和应变扫描的变化
• 3.4.2 频率扫描时储能模量与损耗因子随剪切速率的变化
• 3.4.3 应变扫描时储能模量与损耗因子的变化
• 3.4.4 温度扫描时损耗因子的变化
• 4. 结论
• 参考文献
• 致谢