本文關(guān)鍵詞：氧雜—邁克爾反應(yīng)交聯(lián)橡膠的機(jī)理、性能和應(yīng)用，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：烯烴橡膠(例如天然橡膠等)是一類應(yīng)用最廣的橡膠,具有良好的彈性和機(jī)械性能。烯烴橡膠多采用硫磺或過(guò)氧化物進(jìn)行硫化交聯(lián),并配合多種促進(jìn)劑和防老劑。雖然傳統(tǒng)方法制備的烯烴硫化膠具有良好的力學(xué)性能,但是傳統(tǒng)的硫化體系配方復(fù)雜、助劑用量大且具有毒性,而且傳統(tǒng)烯烴硫化橡膠的耐熱氧老化性能較差等,這些都是制約橡膠應(yīng)用發(fā)展的關(guān)鍵難題。基于上述背景,本論文首先提出了基于氧雜-邁克爾反應(yīng)交聯(lián)橡膠的方法,設(shè)計(jì)了一條簡(jiǎn)便有效的橡膠硫化體系。以幾種不飽和羧酸金屬鹽作為環(huán)氧化烯烴橡膠的新型硫化劑,制備了基于氧雜-邁克爾反應(yīng)機(jī)理的交聯(lián)橡膠�；谶@種方法,分別制備了具有耐老化和耐磨性的橡膠復(fù)合材料,以及基于天然橡膠的形狀記憶材料(SMPs)。揭示了氧雜-邁克爾反應(yīng)交聯(lián)橡膠的機(jī)理,闡明了氧雜-邁克爾反應(yīng)交聯(lián)橡膠及其復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系。主要內(nèi)容如下:(1)提出以氧雜-邁克爾反應(yīng)為硫化機(jī)理制備高性能烯烴橡膠的路線,通過(guò)模型化合物反應(yīng),詳細(xì)研究了氧雜-邁克爾反應(yīng)機(jī)理。研究表明,反應(yīng)過(guò)程中,不飽和羧酸金屬鹽中的二價(jià)鋅離子首先作為路易斯酸,催化環(huán)氧化合物發(fā)生開(kāi)環(huán)反應(yīng),并伴隨生成羥基;開(kāi)環(huán)生成的羥基進(jìn)一步與不飽和羧酸金屬鹽上的雙鍵發(fā)生親核加成反應(yīng),即氧雜-邁克爾反應(yīng)。基于此,還探索了以不飽和羧酸金屬鹽硫化環(huán)氧化橡膠的可行性。(2)采用丙烯酸鋅(ZDA)作為硫化劑,以氧雜-邁克爾反應(yīng)為硫化機(jī)理,通過(guò)常規(guī)加工方法,制備了環(huán)氧化天然橡膠(ENR)硫化膠及其ENR/白炭黑復(fù)合材料。以此方法得到的ENR硫化膠具有良好的力學(xué)性能,甚至可以與硫磺硫化的ENR相媲美。ZDA在硫化過(guò)程中與ENR形成緊密的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò),ZDA和白炭黑在ENR基體中均勻分散。未加入任何防老劑,ENR/白炭黑復(fù)合材料即能獲得優(yōu)秀的耐老化性能。在老化21天后,復(fù)合材料仍然具有良好的機(jī)械性能(拉伸強(qiáng)度為17 MPa,斷裂伸長(zhǎng)率為147%)。這是由于復(fù)合材料中具有更高鍵能的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò),以及沒(méi)有任何含硫物質(zhì)。(3)以天然可再生的不飽和羧酸(山梨酸和阿魏酸)為前驅(qū)體,在氧化鋅的參與下能夠原位生成相應(yīng)的不飽和羧酸金屬鹽,包括山梨酸鋅(ZDS)和阿魏酸鋅(ZDF)。通過(guò)加工過(guò)程中原位成鹽的方式硫化制備了ENR硫化膠及其ENR/白炭黑復(fù)合材料。以兩種不飽和羧酸金屬鹽硫化的ENR/白炭黑復(fù)合材料具有良好的力學(xué)性。在未加入任何防老劑的情況下,其耐老化性能均大幅提高。此外,阿魏酸鋅(ZDF)體系的ENR/白炭黑復(fù)合材料獲得優(yōu)異的耐磨性能。這是由于白炭黑均勻分散、界面作用增強(qiáng)以及復(fù)合材料耐老化性能提高共同賦予的。(4)利用單過(guò)氧化鄰苯二甲酸(MPPA)制備環(huán)氧化丁腈橡膠(epoxidized NBR)。通過(guò)引入氧雜-邁克爾反應(yīng),環(huán)氧化的NBR能夠被ZDF硫化交聯(lián)。以此方法得到的NBR硫化膠,具有比硫磺硫化的NBR更優(yōu)秀的力學(xué)性能表現(xiàn)�；谏鲜鲅芯�,提出ZDF一步法硫化NBR的路線。利用MPPA在加工過(guò)程中原位環(huán)氧化NBR,原位環(huán)氧化的NBR能夠同時(shí)與ZDF反應(yīng)并被硫化。一步法能夠大大簡(jiǎn)化NBR硫化膠的制備過(guò)程,過(guò)程簡(jiǎn)單高效,同時(shí)能夠獲得更高的力學(xué)性能。(5)利用氧雜-邁克爾反應(yīng)制備基于天然橡膠的SMPs,具有優(yōu)秀的形狀記憶性能。通過(guò)改變ZDA及白炭黑的用量,能夠有效調(diào)節(jié)SMPs的形狀記憶性能(包括Tg和回復(fù)時(shí)間等)及力學(xué)性能。白炭黑的加入,SMPs獲得較高的力學(xué)性能(高于20 MPa),以及較高的透明性。因此有望作為可視化的熱縮管得到應(yīng)用。此外,高ZDA含量的SMPs具有很寬的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg),因此獲得三重及多重形狀記憶性能。(6)利用完全相容的受阻酚類物質(zhì)(AO-80)與ENR之間的氫鍵相互作用,賦予SMPs可逆塑性形狀記憶特性(RPSM)。基于RPSM機(jī)理,SMPs在進(jìn)行應(yīng)變時(shí)無(wú)需加熱到Tg以上。SMPs在溫度低于Tg時(shí)即能記憶大的形狀變形(應(yīng)變可達(dá)300%),并通過(guò)加熱充分回復(fù)到永久形狀。除此之外,RPSM能夠簡(jiǎn)化形狀記憶過(guò)程,獲得更高的儲(chǔ)存能量密度以及更高的回復(fù)應(yīng)力,以及自修復(fù)性能。
【關(guān)鍵詞】：環(huán)氧化橡膠 不飽和羧酸金屬鹽 氧雜-邁克爾反應(yīng) 耐老化 形狀記憶材料
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TQ332
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-14
• 第一章 緒論14-30
• 1.1 引言14
• 1.2 環(huán)氧化天然橡膠的性能及硫化14-19
• 1.2.1 天然橡膠14
• 1.2.2 環(huán)氧化天然橡膠的性質(zhì)14-16
• 1.2.3 環(huán)氧化天然橡膠的硫化16-19
• 1.3 橡膠的老化的研究進(jìn)展19-22
• 1.3.1 橡膠的老化19-20
• 1.3.2 環(huán)氧化天然橡膠的老化20-21
• 1.3.3 橡膠的防老化21-22
• 1.4 氧雜-邁克爾反應(yīng)22-24
• 1.5 形狀記憶材料24-28
• 1.5.1 形狀記憶材料的簡(jiǎn)介24-26
• 1.5.2 基于彈性體的形狀記憶材料的研究進(jìn)展26-28
• 1.6 本研究的目的與主要內(nèi)容28-30
• 1.6.1 本研究的目的與意義28
• 1.6.2 本研究的主要內(nèi)容28-29
• 1.6.3 本研究的創(chuàng)新之處29-30
• 第二章 氧雜-邁克爾反應(yīng)交聯(lián)橡膠的機(jī)理研究30-47
• 2.1 引言30
• 2.2 實(shí)驗(yàn)部分30-32
• 2.2.1 實(shí)驗(yàn)原料30
• 2.2.2 模型化合物的制備30-31
• 2.2.3 丙烯酸鋅硫化環(huán)氧化天然橡膠的制備31
• 2.2.4 測(cè)試與表征31-32
• 2.3 結(jié)果與討論32-46
• 2.3.1 模型化合物的表征32-40
• 2.3.2 不飽和羧酸金屬鹽對(duì)環(huán)氧化天然橡膠的硫化性能40-46
• 2.4 本章小結(jié)46-47
• 第三章 丙烯酸鋅硫化環(huán)氧化天然橡膠的結(jié)構(gòu)與性能47-60
• 3.1 引言47
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分47-49
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)原料47
• 3.2.2 丙烯酸鋅硫化環(huán)氧化天然橡膠及其復(fù)合材料的制備47-48
• 3.2.3 測(cè)試與表征48-49
• 3.3 結(jié)果與討論49-59
• 3.3.1 丙烯酸鋅硫化環(huán)氧化天然橡膠的性能49-52
• 3.3.2 丙烯酸鋅硫化環(huán)氧化天然橡膠/白炭黑復(fù)合材料的性能52-59
• 3.4 本章小結(jié)59-60
• 第四章 天然不飽和羧酸金屬鹽硫化環(huán)氧化天然橡膠的結(jié)構(gòu)與性能60-75
• 4.1 引言60-61
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分61-62
• 4.2.1 實(shí)驗(yàn)原料61
• 4.2.2 山梨酸鋅硫化環(huán)氧化天然橡膠及其復(fù)合材料的制備61
• 4.2.3 阿魏酸鋅硫化環(huán)氧化天然橡膠其復(fù)合材料的制備61-62
• 4.2.4 測(cè)試與表征62
• 4.3 結(jié)果與討論62-74
• 4.3.1 天然不飽和羧酸金屬鹽硫化環(huán)氧化天然橡膠的性能62-67
• 4.3.2 天然不飽和羧酸金屬鹽硫化環(huán)氧化天然橡膠/白炭黑復(fù)合材料的性能67-74
• 4.4 本章小結(jié)74-75
• 第五章 阿魏酸鋅硫化環(huán)氧化丁腈橡膠的制備與研究75-88
• 5.1 引言75
• 5.2 實(shí)驗(yàn)部分75-77
• 5.2.1 實(shí)驗(yàn)原料75
• 5.2.2 單過(guò)氧鄰苯二甲酸的制備75-76
• 5.2.3 環(huán)氧化丁腈橡膠的制備76
• 5.2.4 阿魏酸硫化原位環(huán)氧化丁腈橡膠及其復(fù)合材料的制備76-77
• 5.2.5 測(cè)試與表征77
• 5.3 結(jié)果與討論77-87
• 5.3.1 阿魏酸鋅硫化環(huán)氧化丁腈橡膠的研究77-81
• 5.3.2 阿魏酸鋅硫化原位環(huán)氧化丁腈橡膠的性能81-85
• 5.3.3 阿魏酸鋅硫化原位環(huán)氧化丁腈橡膠/白炭黑復(fù)合材料的性能85-87
• 5.4 本章小結(jié)87-88
• 第六章 丙烯酸鋅硫化環(huán)氧化天然橡膠及其復(fù)合材料在形狀記憶材料的應(yīng)用88-105
• 6.1 引言88
• 6.2 實(shí)驗(yàn)部分88-90
• 6.2.1 丙烯酸鋅硫化環(huán)氧化天然橡膠及其復(fù)合材料的制備88-89
• 6.2.2 測(cè)試與表征89-90
• 6.3 結(jié)果與討論90-103
• 6.3.1 丙烯酸鋅硫化環(huán)氧化天然橡膠在形狀記憶材料的應(yīng)用90-95
• 6.3.2 丙烯酸鋅硫化環(huán)氧化天然橡膠/白炭黑復(fù)合材料在形狀記憶材料的應(yīng)用95-101
• 6.3.3 丙烯酸鋅硫化環(huán)氧化天然橡膠的多重形狀記憶性能101-103
• 6.4 本章小結(jié)103-105
• 第七章 環(huán)氧化天然橡膠/受阻酚復(fù)合材料的制備和在可逆塑性形狀記憶材料的應(yīng)用105-120
• 7.1 引言105
• 7.2 實(shí)驗(yàn)部分105-106
• 7.2.1 實(shí)驗(yàn)原料105
• 7.2.2 丙烯酸鋅硫化環(huán)氧化天然橡膠/受阻酚復(fù)合材料的制備105-106
• 7.2.3 測(cè)試與表征106
• 7.3 結(jié)果與討論106-119
• 7.3.1 環(huán)氧化天然橡膠/受阻酚復(fù)合材料的可逆塑性形狀記憶性能106-116
• 7.3.2 環(huán)氧化天然橡膠/受阻酚復(fù)合材料的自修復(fù)行為116-119
• 7.4 本章小結(jié)119-120
• 結(jié)論120-122
• 參考文獻(xiàn)122-143
• 攻讀博士學(xué)位期間取得的研究成果143-146
• 致謝146-147
• 附件147

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 謝嬋;新型稀土配合物橡膠防老劑的制備及應(yīng)用研究[D];華南理工大學(xué);2010年

  本文關(guān)鍵詞：氧雜—邁克爾反應(yīng)交聯(lián)橡膠的機(jī)理、性能和應(yīng)用，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號(hào)：383088