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新型可降解聚酯橡胶乳液的制备和应用研究

新型可降解聚酯橡胶乳液的制备和应用研究

作者：刘芷秋北京化工大学

学位级别：硕士

橡胶是重要的战略物资,但废弃橡胶制品很难回收且不可生物降解,限制了橡胶行业的绿色可持续发展。生物基可降解聚酯橡胶(BBPE)是我国独立开发的一种兼具生物来源性和可生物降解性的橡胶品种,已经被应用于可降解轮胎、可降解鞋子等可降... 详细信息

橡胶是重要的战略物资,但废弃橡胶制品很难回收且不可生物降解,限制了橡胶行业的绿色可持续发展。生物基可降解聚酯橡胶(BBPE)是我国独立开发的一种兼具生物来源性和可生物降解性的橡胶品种,已经被应用于可降解轮胎、可降解鞋子等可降解橡胶制品领域。但是,BBPE是通过本体熔融缩聚合成得到的固体生胶制品,无法像丁腈橡胶、丁苯橡胶等传统合成橡胶一样通过乳液聚合制备,导致其无法通过湿法复合工艺进行加工,也限制了其在乳胶制品领域(如气球、乳胶手套等)的应用。本论文以拓展BBPE在可降解乳胶制品领域的应用为出发点,研究了不同乳化剂体系、乳化工艺等对新型聚酯橡胶BBPE的乳化效果,首次制备得到了稳定的可降解BBPE胶乳。随后,采用湿法混炼的方法制备了BBPE/白炭黑(Silica)橡胶纳米复合材料,系统研究了配方体系对其性能的影响,确定了最佳的湿法工艺路线。由于BBPE是一种可降解、极性的橡胶材料,传统非极性橡胶乳化工艺无法满足要求,且BBPE容易水解,这些因素对BBPE的乳化体系和工艺提出了更高的要求。本论文第二章利用溶液乳化法制备BBPE胶乳,首先,对溶剂进行筛选,提出该溶剂需要同时具备BBPE良溶剂、水溶解性差、容易去除三个特点,确定了二氯甲烷为BBPE胶乳制备用最佳溶剂;其次,对乳化体系和乳化工艺进行了系统研究,明确了乳化剂、稳定剂等对BBPE胶乳性能的影响关系,优化了搅拌转速、脱除溶剂方式等乳化工艺,制备得到了固含量可调节(最高为36%)的BBPE胶乳。通过激光粒度仪对BBPE胶乳进行表征,结果表明,BBPE胶乳粒径约为300 nm,Zeta电位为-69 m V,符合普通胶乳的参数要求,制备的BBPE胶乳静置一周无明显分层。最后,为了验证溶液乳化工艺对BBPE分子结构和性能的可能影响,本章将BBPE胶乳晾干、烘干制备得到了BBPE乳胶,通过傅里叶红外光谱、凝胶渗透色谱、差示扫描量热方法对BBPE乳胶和原胶进行了表征,结果表明,乳化过程以及胶乳环境未对该聚酯的分子结构、分子量及热力学性能造成影响。为了获得高性能的BBPE乳胶制品,论文第三章以自制BBPE胶乳(固含量36%)为原料,通过湿法混炼技术制备BBPE/Silica橡胶纳米复合材料,系统地探讨交联剂双叔丁基过氧异丙基苯(BIPB)添加方式、补强填料白炭黑添加方式和种类对BBPE/Silica橡胶纳米复合材料性能的影响。随后,对BIPB和白炭黑份数进行优化,最终制备得到的BBPE/Silica橡胶纳米复合材料拉伸强度可达20 MPa,断裂伸长率为1178%,撕裂强度为37.2 k N/m。本课题为拓展BBPE湿法加工方式和在可降解乳胶制品领域的应用提供了重要的研究基础。

关键词：可降解聚酯橡胶可降解胶乳溶液乳化湿法混炼

高性能白炭黑母胶制备及其在输送带中应用研究

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高性能白炭黑母胶制备及其在输送带中应用研究

作者：徐叶北京化工大学

学位级别：硕士

本文围绕绿色、节能、环保输送带展开,传统输送带覆盖胶一般使用干法混炼进行制备,但该混炼工艺存在粉尘飞扬、能耗高等弊端,且制成的输送带在使用过程中滚动阻力大,无法满足绿色、节能要求。因此本研究采用白炭黑湿法复合开发高抗破坏... 详细信息

本文围绕绿色、节能、环保输送带展开,传统输送带覆盖胶一般使用干法混炼进行制备,但该混炼工艺存在粉尘飞扬、能耗高等弊端,且制成的输送带在使用过程中滚动阻力大,无法满足绿色、节能要求。因此本研究采用白炭黑湿法复合开发高抗破坏输送带和低滚动阻力输送带,对输送带行业绿色节能具有重要意义。由于白炭黑分子表面具有大量的羟基,在橡胶基体中的分散性较差,影响复合材料的补强效果。为了实现白炭黑的高分散,本文第三章针对不同溶剂相对白炭黑进行改性研究,其结果发现,在不同溶剂相中使用硅烷偶联剂Si69改性可以有效减少白炭黑表面羟基含量,降低其亲水性;并用表面活性剂AEO-9改性后,效果更好,且随着AEO-9并用量的增加,表面羟基含量逐渐减少;当使用AEO-9部分替代Si69改性白炭黑时,优选了AEO-9和Si69的使用比例,当AEO-9等量替代Si69时,对白炭黑的改性效果最优。在第四章中,采用溶液复合制备输送带下覆盖胶,有效减少白炭黑在橡胶中易团聚的现象,同时采用高速分散机来实现填料浆液与橡胶分散液的均匀混合。通过探究分散盘种类、硫化体系用量以及改性剂配比对复合材料的影响,结果发现,使用盘式分散盘的剪切力度较大,可以很好的将白炭黑分散在橡胶中,同时当AEO-9并用量为1.5 phr,促进剂D、促进剂NS和硫黄用量分别为1.4 phr、1.4 phr和1.6 phr时,制备的白炭黑纳米复合材料的性能最优,其拉伸强度达到19.6 MPa,断裂伸长率达到517%,且DIN磨耗体积降低至16 mm3。在第五章中,使用乳液复合与喷雾干燥相结合的方式制备输送带上覆盖胶,提高白炭黑的分散,同时节约絮凝剂的使用成本,提高生产效率。通过对改性剂配比和硫化体系用量的探究,结果发现,湿法复合以及并用AEO-9改性制得的材料Payne效应更低,这说明使用湿法复合和并用AEO-9改性均可以减小白炭黑的团聚。随着AEO-9用量的增加,白炭黑在橡胶基体中的分散程度逐渐增大,复合材料的各项性能均有不同程度的提升,当AEO-9的并用3 phr,促进剂D、促进剂NS和硫黄用量分别为0.8 phr、0.8 phr、0.96 phr时,其拉伸强度达到26.3 MPa,并且断裂伸长率高达622%,DIN磨耗量降低至101 mm3,切割体积达到439 mm3。

关键词：输送带白炭黑改性纳米复合材料湿法混炼喷雾干燥

微米/纳米二氧化硅共填充制备天然橡胶/二氧化硅复合材料及其性能

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合成橡胶工业 2024年第1期47卷 33-40页

作者：江帆刘新玉田庆丰丁涛河南大学化学与分子科学学院河南开封475004 河南大学能源科学与技术学院河南开封475004 广州市巍跋然胶业有限公司广州510800

采用湿法混炼工艺制备了二氧化硅分散粒径为100 nm的天然橡胶/二氧化硅复合材料胶母粒,结合传统干法混炼技术制备了二氧化硅总填充量为60份(质量)的微米/纳米共填充天然橡胶/二氧化硅复合材料。结果显示,湿法混炼过程中填充的小粒径二... 详细信息

采用湿法混炼工艺制备了二氧化硅分散粒径为100 nm的天然橡胶/二氧化硅复合材料胶母粒,结合传统干法混炼技术制备了二氧化硅总填充量为60份(质量)的微米/纳米共填充天然橡胶/二氧化硅复合材料。结果显示,湿法混炼过程中填充的小粒径二氧化硅仍然以小粒径分散,与橡胶分子链更倾向于形成紧密结合层。湿法混炼技术的使用提升了二氧化硅的分散性,复合材料的Payne效应更弱。与干法混炼技术并用制备的小粒径与大粒径二氧化硅比例为50/10时,填料形成了较宽的粒径分布,形成了适中的填料-橡胶结合强度,进一步提升了天然橡胶/二氧化硅复合材料的拉伸强度和扯断伸长率。

关键词：二氧化硅天然橡胶微米/纳米共填充紧密结合胶层湿法混炼 Payne效应拉伸性能

雾化喷射压力对氧化石墨烯-SiO2/天然橡胶复合材料性能的影响

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复合材料学报 2019年第11期36卷 2692-2698页

作者：边慧光常天浩牛广智汪传生宋凤鹏刘洁青岛科技大学机电工程学院

采用自主研发的雾化溅射干燥法制备氧化石墨烯(GO)-SiO2/天然橡胶复合材料,基于雾化法中物料液柱在高压作用下撞击高温金属壁面发生溅射爆破,实现液滴的二次分散和水分的瞬间脱除,保持填料GO-SiO2在天然胶乳中的高分散状态。探究了雾化... 详细信息

采用自主研发的雾化溅射干燥法制备氧化石墨烯(GO)-SiO2/天然橡胶复合材料,基于雾化法中物料液柱在高压作用下撞击高温金属壁面发生溅射爆破,实现液滴的二次分散和水分的瞬间脱除,保持填料GO-SiO2在天然胶乳中的高分散状态。探究了雾化溅射干燥法喷射压力大小对填料GO-SiO2分散的影响及对GO-SiO2/天然橡胶复合材料性能的影响。实验表明,过高或过低的压力都不利于高性能GO-SiO2/天然橡胶母胶的制备,当喷射压力为0.8MPa时,填料GO-SiO2在天然橡胶的分散效果最好,制备的GO-SiO2/天然橡胶复合材料的综合性能最优,其中拉伸强度为31.2MPa,撕裂强度达到89.01kN·m^-1,断裂伸长率为670.90%,在60℃左右损耗因子更低。

关键词：湿法混炼雾化溅射干燥法喷射压力氧化石墨烯(GO) 复合材料

腰果酚对二氧化硅/天然橡胶湿炼胶结构和性能的影响

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高分子材料科学与工程 2022年第6期38卷 46-55页

作者：张俊毅陈继凯李世昆祝欣欣王洪振成世杰青岛科技大学高分子科学与工程学院橡塑材料与工程教育部重点验室山东青岛266042 青岛北海密封技术有限公司山东青岛266113

以腰果酚作为增塑剂,采用湿法混炼的方法制备了腰果酚/二氧化硅(SiO_(2))/天然橡胶(NR)易加工复合材料。借助门尼黏度仪、橡胶加工分析仪、无转子流变仪、动态力学热分析、扫描电镜等方法研究了腰果酚/SiO_(2)/NR复合材料的结构与性能... 详细信息

以腰果酚作为增塑剂,采用湿法混炼的方法制备了腰果酚/二氧化硅(SiO_(2))/天然橡胶(NR)易加工复合材料。借助门尼黏度仪、橡胶加工分析仪、无转子流变仪、动态力学热分析、扫描电镜等方法研究了腰果酚/SiO_(2)/NR复合材料的结构与性能。结果表明,腰果酚作为增塑剂采用湿法混炼的方式添加到SiO_(2)/NR复合材料能明显降低了复合材料的门尼黏度,并显著提高了复合材料的加工性能;在硫化特性方面,相较于未添加腰果酚的SiO_(2)/NR复合材料,添加腰果酚的SiO_(2)/NR复合材料最小转矩值和转矩差均有下降、硫化时间缩短,复合材料的流动性和硫化效率提升;在物理力学性能方面,添加腰果酚的复合材料与未添加腰果酚的复合材料具有相似的物理力学性能;在动态黏弹性方面,复合材料的Payne效应明显降低,填料的分散性改善;在动态力学方面,复合材料的抗湿滑性提高。

关键词：腰果酚天然橡胶二氧化硅湿法混炼

天甲胶乳对天然橡胶/白炭黑复合材料的增容作用研究

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功能材料 2019年第4期50卷 4114-4120页

作者：孙龙张会丰罗明超廖双泉海南大学材料科学与工程学院海口570228 热带岛屿资源先进材料教育部重点实验室海口570228

天甲胶乳(MG)是甲基丙烯酸甲酯与天然胶乳的接枝共聚产物,主要用于粘合表面性质不同的材料。在湿法混炼工艺的基础上,以天甲胶乳作为增容剂对天然橡胶/白炭黑复合材料进行增容。研究了MG对复合材料中白炭黑分散性、硫化特性、Payne效应... 详细信息

天甲胶乳(MG)是甲基丙烯酸甲酯与天然胶乳的接枝共聚产物,主要用于粘合表面性质不同的材料。在湿法混炼工艺的基础上,以天甲胶乳作为增容剂对天然橡胶/白炭黑复合材料进行增容。研究了MG对复合材料中白炭黑分散性、硫化特性、Payne效应、物理机械性能、动态力学性能的影响。结果表明,采用MG增容天然橡胶/白炭黑复合材料时,白炭黑含量为10 phr时平均粒径最小,分散等级最高,分别为7.6μm和9.9。NR/SiO_2-MG的正硫化时间有所下降,白炭黑为40 phr时T_(90)缩短最明显,从17.2 min降低到13.9 min。在白炭黑含量10 phr时,NR/SiO_2-MG的Payne效应明显降低,白炭黑在NR基体中分散性能提高,胶料加工性能改善。加入增容剂的NR/SiO_2-MG的拉伸强度和撕裂强度都比未添加增容剂样品好。NR/SiO_2-MG的抗湿滑性在白炭黑为20 phr时明显提高,同时NR/SiO_2-MG的滚动阻力明显降低。

关键词：天甲胶乳天然橡胶白炭黑湿法混炼复合材料

亲水性炭黑-天然橡胶纳米复合材料的制备及性能

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功能高分子学报 2015年第2期28卷 147-152页

作者：金深波杜一凡刘辉辉谷志杰吴驰飞华东理工大学材料科学与工程学院高分子合金研究室上海200237

利用原位球磨法制备了聚苯乙烯磺酸钠表面修饰炭黑,粒径分析和离心沉降实验结果表明,改性炭黑在水中具有十分优异的分散稳定性。利用该改性炭黑通过胶乳混合法成功制备了亲水性炭黑-天然橡胶纳米复合材料。采用万能电子拉力机、扫描电... 详细信息

利用原位球磨法制备了聚苯乙烯磺酸钠表面修饰炭黑,粒径分析和离心沉降实验结果表明,改性炭黑在水中具有十分优异的分散稳定性。利用该改性炭黑通过胶乳混合法成功制备了亲水性炭黑-天然橡胶纳米复合材料。采用万能电子拉力机、扫描电子显微镜、结合橡胶含量分析和动态热机械分析等多种手段对该复合材料进行了测试和研究。结果表明,与未改性炭黑相比,改性炭黑在橡胶基体中的分散性明显改善,与基体的相互作用显著增强,材料的力学性能大幅提高,填料网络化程度明显减弱。

关键词：聚苯乙烯磺酸钠炭黑湿法混炼填料网络化

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炭黑在橡胶中分散技术的研究进展

橡胶工业 2022年第3期69卷 228-233页

作者：富有斌吴晓辉张立群王文才安鲁王宏北京化工大学材料科学与工程学院先进弹性体材料研究中心北京100029 青岛黑猫炭黑科技有限责任公司山东青岛266000

对于炭黑补强橡胶复合材料,平衡生热、补强以及磨耗之间的关系是炭黑应用的瓶颈问题。炭黑在橡胶基体中的分散性是影响其补强的关键因素之一,从增强炭黑与橡胶之间的相互作用角度出发,炭黑在橡胶中分散技术的研究进展主要体现在炭黑改... 详细信息

对于炭黑补强橡胶复合材料,平衡生热、补强以及磨耗之间的关系是炭黑应用的瓶颈问题。炭黑在橡胶基体中的分散性是影响其补强的关键因素之一,从增强炭黑与橡胶之间的相互作用角度出发,炭黑在橡胶中分散技术的研究进展主要体现在炭黑改性、橡胶改性以及液相复合技术方面。重点阐述炭黑的表面改性、聚合物基体的功能化改性以及炭黑与橡胶湿法混炼制备母胶,旨在促进炭黑在橡胶中均匀纳米分散,提高炭黑对橡胶的补强作用,获得性能优异的炭黑/橡胶复合材料。

关键词：炭黑橡胶表面改性功能化改性湿法混炼分散

石墨烯和碳纳米管的天然橡胶纳米复合材料的性能研究

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橡胶工业 2023年第4期70卷 266-271页

作者：刘梦琪徐钰东陈海龙青岛科技大学机电工程学院山东青岛266061

采用湿法混炼工艺制备石墨烯/天然橡胶(NR)纳米复合材料和碳纳米管/NR纳米复合材料,研究石墨烯和碳纳米管用量对NR纳米复合材料性能的影响。结果表明:随着石墨烯和碳纳米管用量的增大,NR纳米复合材料的热导率和比热容均先增大后减小;石... 详细信息

采用湿法混炼工艺制备石墨烯/天然橡胶(NR)纳米复合材料和碳纳米管/NR纳米复合材料,研究石墨烯和碳纳米管用量对NR纳米复合材料性能的影响。结果表明:随着石墨烯和碳纳米管用量的增大,NR纳米复合材料的热导率和比热容均先增大后减小;石墨烯/NR纳米复合材料的300%定伸应力先减小后增大,石墨烯用量为2份的石墨烯/NR纳米复合材料的拉断伸长率最大;碳纳米管/NR纳米复合材料的300%定伸应力增大,碳纳米管用量为3份的碳纳米管/NR纳米复合材料的撕裂强度最大。随着温度的升高,石墨烯/NR纳米复合材料的相对介电常数呈先增大后减小的趋势,在110℃时最大;碳纳米管/NR纳米复合材料的相对介电常数呈增大的趋势。

关键词：石墨烯碳纳米管天然橡胶纳米复合材料湿法混炼热导率比热容拉伸性能介电常数

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