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交联聚苯乙烯—聚异戊二烯核壳纳米粒子的制备及其增强丁苯橡胶

作　者: 何波
导　师: 张立群
学　校: 北京化工大学
专　业: 材料科学与工程
关键词: 核壳 交联聚苯乙烯-聚异戊二烯 橡胶增强
分类号: TQ333.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 39次
引　用: 1次
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内容摘要


本课题组针对传统填料存在的问题,提出了理想的橡胶填料观点,作为橡胶增强的理想填料具有纳米级、球形、良好分散性、一定表面活性、低密度及低成本的特点。基于理想填料的概念和高分子合成的思路,设计了硬核软壳结构纳米粒子橡胶填料模型,并研究了以交联聚苯乙烯为核聚异戊二烯为壳的核壳型纳米粒子的制备及其填充丁苯橡胶的性能。通过两阶段的种子乳液聚合制备了核壳型交联聚苯乙烯-聚异戊二烯(PS-PI)纳米粒子。第一阶段合成交联聚苯乙烯乳胶粒子作为种子,使用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)及激光粒度(DLS)等手段表征了PS粒子的形态、粒径及粒径分布,并研究了加料方式和聚合组分对乳胶粒子的影响,第二阶段使用溶胀法在种子乳胶粒子上包覆聚异戊二烯制备核壳结构纳米粒子,通过TEM、DLS、热分析(DSC)以及红外光谱分析(IR)等方法证实了粒子的核壳结构形态,并考察了温度、压力等聚合工艺条件对PS-PI核壳结构粒子的影响。采用控制壳单体量的方式制备了不同壳层厚度的PS-PI纳米粒子,其中,交联PS粒子的粒径为56.3nm, PS-PI粒子的粒径范围从59.3nm到70.1nm。采用乳液共混法,将交联PS及不同壳层厚度的PS-PI核壳纳米粒子填充丁苯橡胶(SBR)制备了复合材料,同时,考察了将PS-PI整体作为增强填料、核壳粒子核部分作为增强填料以及核壳粒子壳层部分作为橡胶基体的情况下复合材料的性能。结果表明,交联PS和PS-PI粒子对SBR基体具有良好的增强性质,纯交联PS与核壳型PS-PI粒子相比具有更好的增强效果,PS-PI粒子填充SBR复合材料的力学性能随填料粒子壳层厚度的增加逐渐下降。

全文目录


摘要  4-6
ABSTRACT  6-13
第一章 绪论  13-29
  1.1 橡胶填料及橡胶增强理论  13-18
    1.1.1 橡胶填料的应用和发展  13-15
    1.1.2 橡胶增强理论  15-18
  1.2 理想填料增强橡胶复合材料  18-22
    1.2.1 橡胶纳米复合材料  18
    1.2.2 聚合物填充橡胶复合材料  18-19
    1.2.3 理想填料增强橡胶复合材料  19-22
  1.3 核壳乳液聚合  22-29
    1.3.1 核壳乳液制备方法  22-25
    1.3.2 核壳乳胶粒子形成的影响因素  25-27
    1.3.3 核壳乳胶粒子的表征方法  27
    1.3.4 核壳乳液的性能与应用  27-29
第二章 实验部分  29-35
  2.1 实验原料与仪器  29-30
    2.1.1 实验原料  29-30
    2.1.2 实验仪器与设备  30
  2.2 实验方案  30-31
    2.2.1 交联PS乳胶粒子的合成  30-31
    2.2.2 核壳PS-PI乳胶粒子的制备  31
    2.2.3 复合材料的制备  31
  2.3 表征与测试  31-35
    2.3.1 单体转化率  31-32
    2.3.2 乳液固含量  32
    2.3.3 核与核壳粒子粒径及粒径分布  32
    2.3.4 核与核壳粒子形态结构  32-33
    2.3.5 核与核壳聚合物组成  33
    2.3.6 壳聚合物接枝率  33-34
    2.3.7 复合材料硫化特性  34
    2.3.8 复合材料力学性能  34
    2.3.9 复合材料动态力学性能  34
    2.3.10 填料分散性  34-35
第三章 结果与讨论  35-77
  3.1 核壳结构PS-PI乳胶粒子的制备  35-59
    3.1.1 交联PS乳液聚合反应  35-36
    3.1.2 交联PS乳胶粒子生成的影响因素  36-44
    3.1.3 核壳结构PS-PI乳胶粒子的形态及组成  44-48
    3.1.4 核壳结构PS-PI乳胶粒子生成的影响因素  48-52
    3.1.5 不同壳层厚度核壳PS-PI乳胶粒子的制备  52-56
    3.1.6 核壳PS-PI乳胶粒子核与壳之间的结合方式  56-59
  3.2 核壳结构PS-PI粒子增强SBR  59-77
    3.2.1 相同质量的核壳PS-PI粒子填充SBR复合材料的性能  59-63
    3.2.2 相同交联PS质量的PS-PI粒子填充SBR复合材料的性能  63-68
    3.2.3 PI与SBR质量和一定的PS-PI粒子填充SBR复合材料的性能  68-77
第四章 结论  77-79
参考文献  79-85
致谢  85-87
攻读硕士学位期间发表的学术论文目录  87-89
作者和导师简介  89-91
附录  91-92

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中图分类: > 工业技术 > 化学工业 > 橡胶工业 > 合成橡胶 > 丁苯橡胶（聚丁二烯苯乙烯橡胶）
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