层状硅酸盐_橡胶纳米复合材料_二_省略_天然橡胶纳米复合材料及其性能研究_黄茂芳

第35卷第2期2008年2月世界橡胶工业WorldRubberIndustryVol.35No.2:1～3Feb.2008专题讲座层状硅酸盐/橡胶纳米复合材料(二)凝聚共沉法制备的蒙脱土/天然橡胶纳米复合材料及其性能研究黄茂芳,李普旺,高天明,吕明哲(中国热带农业科学院农产品加工研究所,广东湛江524001)摘要:以新鲜胶乳为主体材料,有机改性蒙脱土为填料,用凝聚共沉法制备了蒙脱土/天然橡胶复合材料,研究了复合材料的物理性能、动态力学性能及其热稳定性。结果表明,在天然橡胶中加入少量(3%～5%)的纳米蒙脱土,可以使橡胶的定伸应力、拉伸强度等性能大幅度提高,动态力学性能和耐热稳定性得到明显改善。关键词:新鲜胶乳;有机改性蒙脱土;凝聚共沉法;复合材料中图分类号:TQ331.2文献标识码:B文章编号:1671-8232(2008)02-0001-030前言纳米复合材料是指粉体分散相至少一维尺寸介于1～100nm的复合材料。除了球状粒径小于粉体外,其高长径比之层状补强结构受到了全世界高分子工业的瞩目,层状材料经剥离分散后可充分发挥分子层级之结构特性。蒙脱土是属于蒙脱土族矿物。从内部结构来讲可分为蒙脱土亚族(二面体)与皂土亚族(三面体)。蒙脱土是典型的层状硅酸盐矿物之一,其与别的层状硅酸盐矿物不同之处在于层与层之间空隙特别大,因此层与层中含有不定数量的水分子及交换性阳离子。通过衍射仪慢速扫描的结果表明,蒙脱土的粒度已接近纳米级,是天然纳米材料。近年来,科研工作者对于纳米蒙脱土补强橡胶作了大量的研究[1-4]。纳米有机改性蒙脱土在橡胶中主要用于橡胶制品的纳米级改性,以改善其气密性、定伸应力和耐磨性、防腐性、耐候性、耐化学性。通过加入少量(3%～5%)的纳米蒙脱土,可以使橡胶的定伸应力、拉伸强度等性能大幅度提高,有的性能可以提高数倍,可替代目前的炭黑,大大减少或根除污染[5]。另外蒙脱土也能明显改善橡胶制品的动态力学性能及其耐热稳定性。本研究采用有机改性蒙脱土与新鲜天然胶乳共混,以凝聚共沉法制备有机改性蒙脱土/NR纳米复合材料,使橡胶分子链直接与有机改性蒙脱土层状结构发生作用,为改善蒙脱土对天然橡胶的补强效果探索新的途径。1实验1.1原材料新鲜胶乳,总固体含量为25%,广东茂名曙光农场产品;有机改性蒙脱土,浙江丰虹粘土化工有限公司提供,改性后的蒙脱土层间距为3.8nm;其他原材料均为市售工业品。1.2基本配方NR100,氧化锌5.0,硬脂酸2.0,促进剂M1.5,防老剂1.0,硫黄2.5,促进剂TMTD0.2,有机改性蒙脱土变量。1.3试验仪器与设备3365型万能材料拉力机,美国INSTRON公司产品;动态热机械分析仪DMA2000,德国NETZSCH公司产品;综合热分析仪STA449C,德国NETZSCH公司产品。1.4试样制备取适量的有机改性蒙脱土分散于蒸馏水中制成悬浮液,按比例加入到新鲜胶乳中,然后用醋酸将新鲜胶乳凝固,再压片、造粒、干燥。将所制备的橡胶和硫化助剂等小料在开炼机上混炼均匀,薄通打三角包10次,出片。混炼胶停放24h后,在25T电热平板硫化机上硫化,硫化条件为140℃×t90。1.5性能测试(1)拉伸性能采用GB/T528-1998测定,试样为哑铃型;撕裂强度按GB/T529-1999测试,试样为直角形,拉伸速度为500mm/min;邵尔A型硬度按GB/T531-1999测定。(2)动态热机械分析用德国NETZSCH公司生产的DMA242分析仪测试,采用拉伸模式,升温速率为5℃/min,频率采用1.0Hz,对样品从-120℃扫描至10℃,得到试样的弹性模量、损耗模量和损耗角正切的温度谱或频率谱。(3)热重分析是将5mg左右的硫化胶乳胶膜样品小心装于综合热分析仪STA449C样品皿中,气氛为氮气,载气流速为50mL/min,以10℃/min升温速率从30℃升温至600℃,最后得到不同升温速率下的热重(TG)曲线与差示热重(DTG)曲线。2结果与讨论2.1物理性能从表1可以看出,加入有机改性蒙脱土DK-4的2#样品的邵尔硬度、300%定伸应力、500%定伸应力和撕裂强度均显著比1#样品的高,这说明有机改性蒙脱土能显著改善天然橡胶的物理性能。而加入蒙脱土补强对橡胶的拉断伸长率有一定的影响。表1NR及其蒙脱土纳米复合材料的物理性能项目配方编号1#2#邵尔A型硬度/度3449300%定伸应力/MPa1.514.39500%定伸应力/MPa4.1416.05拉伸强度/MPa16.027.54拉断伸长率/%710662撕裂强度/N·mm-123342.2热重分析图1分别为1#和2#样品在升温速率为10℃/min下的热降解的热重(TG)和差示热重(DTG)曲线。从图中可以看出,两个样品在氮气中的热降解过程相似,它们的TG图均为一条光滑的