【摘要】：白炭黑作為目前可替代炭黑的填料,補強橡膠具備不可比擬的優(yōu)勢。例如,白炭黑作為填料應用于輪胎胎面膠,可以降低輪胎滾動阻力,又能保證抗?jié)窕?而且耐磨性不差。但是,白炭黑表面羥基密度大,極性高,致使團聚嚴重,與聚合物相容性差。白炭黑作為納米填料補強橡膠的影響因素有粒徑、結構度和表面活性。因此,本文從控制白炭黑的初始粒徑形貌入手,探索與沉淀白炭黑不同聚集狀態(tài)的單分散白炭黑補強橡膠性能的差異性,探究單分散白炭黑補強橡膠的機理、影響因素以及可行性,主要結果有:(1)賴氨酸的水溶液可以催化正硅酸乙酯水解縮合,制備單分散納米二氧化硅顆粒;通過改變共溶劑的種類、控制正硅酸乙酯與賴氨酸、水以及二氧化硅種子的比例,借助“種子再生技術”,可制得粒徑范圍在10-110 nm的單分散納米二氧化硅顆粒;當粒徑60 nm,其孔隙結構類型為“瓶頸狀孔”;當粒徑增大至100 nm及以上,表面孔道類型為“圓柱狀孔”,粒子為近似球體的致密團塊。用賴氨酸鹽酸鹽代替賴氨酸,引入三乙胺來中和賴氨酸鹽酸鹽分子結構中的鹽酸,也可以催化正硅酸乙酯水解縮合;借助“種子再生技術”,可制得粒徑范圍55-135 nm的單分散納米二氧化硅;粒子表面的孔隙結構由小粒徑時大小均勻且形狀規(guī)整的“圓柱狀孔”,轉變?yōu)榇罅綍r大小均勻且形狀規(guī)則的“狹縫孔”。(2)不同用量的單分散白炭黑(AS)與沉淀白炭黑(PS)經濕法共混制得天然橡膠/白炭黑復合材料。隨著白炭黑用量增加,復合材料的焦燒時間縮短,加工安全性降低,硫化速率逐步減慢;其中NR/AS復合材料加工安全性高于NR/PS復合材料,但前者交聯密度低于后者,致使相同白炭黑用量時,前者的300%定伸應力低于后者。改性AS(MAS)填充NR硫化膠的拉伸強度,結合膠含量,耐磨性均高于改性PS(MPS)填充NR硫化膠。同時,前者的填料網絡結構較弱。TEM顯示,AS在橡膠基體中的分散由改性前的“串珠狀”結構轉變?yōu)楦男院蟮莫毩⒎稚�。動態(tài)力學性能表明當白炭黑用量為30 phr時,NR/MAS與NR/MPS硫化膠,兩者的抗?jié)窕韵喈?而前者的滾動阻力低于后者。白炭黑用量增大至70 phr,前者抗?jié)窕宰兊貌蝗绾笳?而前者的滾動阻力依然低于后者,對降低油耗有利,在抗?jié)窕踩阅芊矫嫒孕枥^續(xù)加強。(3)不同粒徑(比表面積)的單分散白炭黑(AS)經濕法共混制得天然橡膠/白炭黑復合材料。四種AS粒子的平均粒徑分別為26,36,45,56 nm,AS經TESPT改性(MAS),其表面孔隙結構沒有變化,仍為“瓶頸狀孔”;BET比表面積下降,且隨著粒徑增大,比表面積下降的趨勢變緩。對于NR/MAS硫化膠,隨著AS粒徑增大,硫化膠的拉伸強度和扯斷伸長率先增大后減小,粒徑為45 nm時達到峰值;300%定伸應力先減小后增大,粒徑為45 nm時達到最低值;阿克隆磨耗體積先增大后減小,粒徑為45 nm時,硫化膠耐磨性最差。隨著AS粒徑增大,填料網絡結構逐漸減弱。56 nm MAS填充NR硫化膠具有最高的T_g和最高損耗,同時具備最高的抗?jié)窕院妥畹偷臐L動阻力平衡。(4)不同用量的水溶性Si747預改性單分散白炭黑(AS)和沉淀白炭黑(PS)后填充丁苯橡膠(ESBR)制備復合材料。綜合結果表明,15%Si747改性AS(MAS)和20%Si747改性PS(MPS)的紅外光譜在3400 cm~(-1)處峰的相對強度最低,熱失重質量損失最大;但是前者的熱失重質量損失小于后者;Si747的引入促進ESBR/SiO_2復合材料的硫化;在相同Si747用量時,ESBR/MAS的抗焦燒能力略低于ESBR/MPS復合材料;而前者的硫化速率低,加工性能更優(yōu)。ESBR/MAS混煉膠的“Payne效應”低于ESBR/MPS,前者的填料網絡結構更弱,填料分散性更好。Si747用量為15%的ESBR/MAS硫化膠對比20%的ESBR/MPS,前者比后者抗?jié)窕蕴岣?.27%,滾動阻力降低13.92%;拉伸強度,扯斷伸長率分別提高14.8%和62.4%,而硬度和300%定伸應力分別下降13.1%和53.2%,兩者各有優(yōu)勢。(5)比較不同pH(3,7,9,12)下Si747改性AS和PS填充ESBR復合材料的綜合性能。在pH=9時,15%Si747改性AS和20%Si747改性PS的紅外光譜在3400 cm~(-1)處峰的相對強度最低,熱失重質量損失最大。隨著改性pH增大,ESBR/SiO_2復合材料的抗焦燒能力減弱;正硫化時間縮短,硫化速率顯著提升。在pH=9時,ESBR/MAS和ESBR/MPS復合材料可加工性能最優(yōu),交聯密度最高;兩者的“Payne效應”分別達到最低,說明填料網絡結構最弱,分散性最好。在pH=9時,ESBR/MAS和ESBR/MPS硫化膠有最高的抗?jié)窕阅芎妥畹偷臐L動阻力平衡�？傊�,經過以上分析比較,單分散納米白炭黑能夠替代部分沉淀白炭黑應用于橡膠補強,對于橡膠/白炭黑硫化膠的某些性能(如拉伸強度,扯斷伸長率,填料分散性,降低滾動阻力等)有一定程度的提高,具有一定的實際意義。
【學位授予單位】：青島科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TQ127.2;TB332
【圖文】：

在相同負荷、速度和充氣壓力下滾動阻力不同的載重輪胎運行中的溫度e 1-1 The comparison of operating temperatures of heavy-duty tires with diffresistances under the same load, speed and inflation pressure[3]炭黑表面特殊的高羥基密度，導致市售白炭黑聚集嚴重，難貌；同時原位生成的白炭黑，也難以精確控制白炭黑的形貌作為納米填料補強橡膠的性能主要由粒徑大小，表面性質和液復合中，離散的，精確控制形貌、粒徑的白炭黑與市售嚴重的界面結構以及力學性能表現之間的差異還不明確。因此，先探究不同粒徑（比表面積）的單分散白炭黑的制備方法及膠乳液及丁苯橡膠乳液等可應用于綠色輪胎的橡膠基體，借單分散白炭黑補強天然/丁苯橡膠的性能，并與沉淀法白炭黑同類型的白炭黑補強橡膠的異同點及補強機理，期望單分散業(yè)當中提供一種新的選擇。

黑來源于石英砂，來源更廣泛，價格便宜。目劑。同時，納米技術在輪胎胎面膠中的應用得認為是輪胎工業(yè)最有用的填充補強材料[35]。然面富含羥基，白炭黑粒子易團聚且與橡膠分子理以提高其在橡膠基體中的分散性和增強其與工業(yè)中最常用的是使用硅烷偶聯劑來改性白炭性質生活中占有重要作用的無機材料，其主要成分形狀態(tài)，含有部分結晶水。因其本身所具有的附能力強，比表面積大，顏色淺，電絕緣性，[38,39]，醫(yī)藥[39,40]，光學[41]等領域，另在傳統(tǒng)的膠[42]、塑料[43]、樹脂[44,45]、纖維[46]、涂料涂層[4

青島科技大學研究生學位論文內部以 Si-O 鍵相互連接；而在白炭黑表面，除少構為主。其中 Si-OH 結構又可分為三種類型，這三1）隔離羥基，此類 Si-OH 在室溫下容易吸附水，與以經加熱脫除吸附水后方可顯示為獨立的隔離、未，此類 Si-OH 存在于兩個相鄰的 Si 原子上，相互之合起來，難以區(qū)分某個單獨的 Si-OH，對極性物質吸i-OH 是在同一個 Si 原子上同時生出兩個-OH 基團，某個羥基仍會與吸附水之間以氫鍵相互作用。基于使得其表面呈現強極性，表面能高，這樣白炭黑粒、SBR 等非極性橡膠之間相互作用弱，親和性差，最效果，影響制品的性能表現。所以在使用白炭黑補避免；不同用途以及不同材料的制品，改性方法又

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本文編號：2792041