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PI链修饰纳米PS微球的制备及其填充橡胶复合材料的研究

作　者: 陆秋宇
导　师: 刘亚康
学　校: 北京化工大学
专　业: 材料科学与工程
关键词: 嫁接可控壳核结构橡胶填料增强
分类号: TQ316.334
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 32次
引　用: 1次
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内容摘要

基于橡胶用理想填料(Ideal Filler, IF)的结构模型及基本设计思路,本论文从分子设计的角度提出了用嫁接(Graft onto)的合成路线制备表面壳层分子链可控的聚苯乙烯(PS)／聚异戊二烯(PI)毛状核壳微球。并将制备的PS／PI毛状核壳微球加入到丁苯橡胶基体中,测试其各项性能。首先通过常规乳液聚合的方法,调整乳化剂不同复配比例、交联剂用量以及不同加料工艺,制备了平均粒径为46nm,分散系数ε值为1.0-1.05的单分散交联聚苯乙烯微球；并发现二乙烯基苯(DVB)用量越大越易产生凝胶,乳液体系越不稳定,且随着DVB用量的增加,PS的Tg提高。考察了马来酸酐(MAH)和丙烯酸(AA)这两种功能单体在PS微球表面引入羧基,最后确定采用AA为改性单体,通过半连续单体混合滴加法能更好地接枝羧基。IR和SEM表征了表面羧基的存在,并通过电导率滴定的方法测定了微球表面羧基的含量,发现微球表面羧基含量随AA加入量的增加而升高,当AA加入量为5%时,羧基接枝率达到57.88%。对PS-COOH微球进行酰氯化改性,制备了表面反应活性更高的PS-COCl,通过IR证实了酰氯基团的存在。通过活性阴离子聚合的方法成功合成了一系列不同分子量的端羟基聚异戊二烯(PI-OH)胶体,其分子量分布较窄,通过红外和核磁表征,验证了端羟基的存在,计算得合成的聚异戊二烯中1,4结构占65.3%。用制备的PS-COCl与PI-OH反应,在PS微球表面成功接枝了PI分子链,最后得到毛状PS／PI微球。制备了一系列不同接枝分子量的PS／PI核壳微球。通过DSC和IR证实了核壳之间的化学连接。这种通过嫁接的方法制备橡胶理想填料的思路,实现了对纳米微球的分子设计,达到了可控的目的,合成路线在国内外尚未报道。PS／PI毛状微球与其他理想填料相比,其微球表面的橡胶态PI分子链能更好地与橡胶基体结合,从而提高微球的相容性。虽然本实验所得微球对丁苯胶的增强结果不太理想,但仍不失为一种创新的思路。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-14
第一章文献综述  14-31
  引言  14
  1.1 橡胶填料的发展历程  14-15
  1.2 橡胶理想填料的提出  15-18
  1.3 核壳粒子做橡胶填料的研究进展  18-24
    1.3.1 交联PS核乳胶粒体系  18-20
    1.3.2 交联Pα-MS-AN核乳胶粒体系  20-23
    1.3.3 SiO2/聚合物壳核结构粒子体系  23-24
  1.4 国外有关橡胶理想填料的研究进展  24-27
  1.5 新方法制备理想填料的探索  27-31
第二章实验部分  31-38
  2.1 实验药品及仪器  31-33
    2.1.1 主要药品及规格  31
    2.1.2 实验仪器设备及规格  31-33
  2.2 实验步骤  33-34
    2.2.1 交联PS硬核的制备  33
    2.2.2 PS核的表面改性  33-34
    2.2.3 PI-OH的制备  34
    2.2.4 PS-PIp毛状微球的制备  34
    2.2.5 PS-Pip毛状微球填充丁苯橡胶  34
  2.3 性能及表征  34-38
    2.3.1 转化率的测定  34-35
    2.3.2 固含量的测定  35
    2.3.3 乳胶粒径及形貌测定  35-36
    2.3.4 红外光谱分析  36
    2.3.5 电导率测定羧基含量  36-37
    2.3.6 热失重分析  37
    2.3.7 抽提率  37
    2.3.8 分子量测定  37
    2.3.9 硫化胶力学性能测试  37-38
第三章结果与讨论  38-67
  3.1 单分散交联PS核的制备  38-44
    3.1.1 乳化剂不同复配比例对乳胶粒的影响  39-40
    3.1.2 交联剂用量对乳胶粒的影响  40-42
    3.1.3 不同加料方式对乳胶粒的影响  42-44
  3.2 PS核的表面官能化改性  44-53
    3.2.1 PS核微球表面羧基的引入  45-48
      3.2.1.1 马来酸酐引入羧基  45-46
      3.2.1.2 丙烯酸引入羧基  46-48
    3.2.2 PS核微球表面羧基含量的测定  48-53
    3.2.3 酰氯化反应  53
  3.3 PI-OH的制备  53-57
    3.3.1 活性阴离子聚合制备PI-OH  53-56
    3.3.2 其他聚合方法制备PI-OH的探索  56-57
  3.4 PS-PI的制备  57-61
    3.4.1 溶剂的选择  57-58
    3.4.2 核层与壳层连接方式的探讨  58-61
  3.5 PS-PI核壳纳米填料对丁苯橡胶性能的影响  61-67
    3.5.1 接枝PI分子量对橡胶硫化时间的影响  61-63
    3.5.2 PS-PI粒子在丁苯橡胶中分散性的研究  63-65
    3.5.3 PS-PI粒子填充丁苯橡胶对其力学性能的影响  65-67
第四章结论  67-68
参考文献  68-71
致谢  71-72
研究成果及发表的学术论文  72-73
导师及作者简介  73-74
北京化工大学硕士研究生学位论文答辩委员会决议书  74-75

PI链修饰纳米PS微球的制备及其填充橡胶复合材料的研究

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