伊利石改性及其在丁苯橡胶中的应用

作     者：王栋栋 

作者单位：青岛科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：薛美玲

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：伊利石 改性 丁苯橡胶 改性方法 十六烷基三甲基溴化铵 十二烷基三甲基溴化铵 聚乙烯亚胺 

摘      要：黏土资源在自然界中广泛存在,具有绿色环保、价格低廉等优点。将黏土应用于聚合物中不但可以降低成本,还可提高聚合物的强度、硬度、尺寸稳定性、以及赋予聚合物某些特殊性能。因此,有关聚合物/粘土材料的研究与应用几十年来经久不衰。但是,粘土与聚合物之间悬殊的表面能差距将显著影响其在聚合物基体中的均匀分散,继而影响黏土性能的充分发挥,甚至会劣化聚合物原有性能。因此,如何对黏土进行有机化改性、使之与聚合物基体之间能够形成良好的界面粘结以充分彰显其补强作用,成为聚合物/粘土材料研究与应用领域一个亘古不变的永恒主题。近几十年来,对蒙脱土和高岭土在聚合物中的应用和研究报道较多,却对与蒙脱土结构相似的伊利石研究报道较少。基于此本课题首先对伊利石进行了有机化改性处理。继而将其应用于丁苯橡胶中考察了改性效果和改性伊利石对丁苯橡胶的补强作用,具体研究结果如下:1、设计采用Si-69对伊利石进行干法改性,通过机械共混法与丁苯橡胶复合制备了改性伊利石/丁苯橡胶,探究了Si-69不同用量对丁苯橡胶的硫化特性、拉伸撕裂性能、加工性能、DIN磨耗、形貌结构等性能的影响。SEM的结果显示,相比于未改性伊利石填充的胶料,Si-69改性可以显著改善伊利石与丁苯橡胶之间的界面结合作用,且伊利石在丁苯橡胶基体中分散的更为均匀;机械力学性能测试结果表明,1.5%的Si-69改性的伊利石/丁苯橡胶材料的改性效果最好,拉伸强度为7.29 MPa,提高了86%,耐磨性也有所提高,通过结合胶和交联密度测试结果可知,Si-69改性有利于提高伊利石与橡胶基体之间的界面相互作用。2、设计采用DTAB/CTAB/ODA对伊利石进行湿法改性,通过机械共混法与丁苯橡胶复合制备了改性伊利石/丁苯橡胶,进而系统的探究了不同用量的DTAB、CTAB、ODA改性伊利石对丁苯橡胶的硫化特性、拉伸撕裂性能、加工性能、DIN磨耗、形貌结构等性能的影响。SEM的结果显示,相比于未改性的伊利石,阳离子表面活性剂改性的伊利石使得橡胶基体的综合性能显著提高,拉伸性能数据显示,6%的CTAB改性伊利石对丁苯橡胶的补强效果最好,拉伸强度为6.68 MPa,提高了68%,耐磨性也有所提高,通过结合胶和交联密度测试结果表明,阳离子表面活性剂改性有利于提高伊利石与橡胶基体之间的界面相互作用。3、设计采用两种不同分子量的PEI对伊利石进行改性,通过机械共混法与丁苯橡胶复合制备了改性伊利石/丁苯橡胶,探究了PEI的不同分子量、不同用量以及盐酸预处理改性伊利石对丁苯橡胶的硫化特性、拉伸撕裂性能、加工性能、硬度、耐磨性、形貌结构、结合胶等性能的影响。SEM的结果显示,相比于未改性的伊利石,PEI可在伊利石表面形成良好吸附,从而有效增强了两者的界面作用;拉伸性能测试数据显示,6%的PEI（Mw=1800）改性酸洗伊利石对丁苯橡胶的补强效果最为明显,拉伸强度为8.06 MPa,提高了106%,耐磨性也有所提高。4、设计采用不同用量的白炭黑对伊利石进行共混改性,通过机械共混法与丁苯橡胶复合制备了改性伊利石/丁苯橡胶,探究了白炭黑与伊利石的不同配比对丁苯橡胶的硫化特性、拉伸撕裂性能、耐磨性、屈挠疲劳性能、耐臭氧老化等性能的影响。研究表明,当白炭黑:伊利石用量比从0:10提高至3:7时,胶料的拉伸强度从3.9 MPa增加至5.95 MPa,提高了68%;撕裂强度从25.23k N/m增加至33.97 k N/m,提高了35%。白炭黑共混改性伊利石能够有效提高丁苯橡胶的屈挠性能和耐臭氧老化性能。