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新型核壳乳胶粒子填料的制备及其填充橡胶的研究

王连盛  
【摘要】: 本教研室在多年研究橡胶增强技术与理论的基础上,提出了橡胶用理想填料(Ideal Filler,IF)的结构模型及基本设计思路。从高分子设计与合成角度出发制得的核壳结构纳米微球作为增强填料加入到橡胶中,来提高了橡胶各项性能。 在本课题中,首先采用乳液聚合法分别制备了三种窄分散交联纳米乳胶粒子,通过透射电镜和动态激光粒度仪测试了它们的平均粒径和粒径分布。其中,纳米窄分散聚苯乙烯(PS)乳胶粒子的平均粒径为43nm,分散系数ε=1.028或PDI=0.051;交联α-甲基苯乙烯(α-MS)和苯乙烯(St)共聚物乳胶粒子的平均粒径为42.7nm,分散系数PDI=0.066;交联α-甲基苯乙烯(α-MS)-丙烯腈(AN)共聚物乳胶粒子的平均粒径为52.1nm,分散系数PDI=0.038。 论文中使用高压反应釜,通过种子乳液聚合首次制备了PS/Is、PαMS-AN/Is两种“硬核软壳”结构的纳米乳胶粒子,采用了多次包壳反应将壳层厚度增加到11.5nm;通过TEM、DSC等分析方法证实了核壳结构的存在;初步探索了乳化剂、壳单体用量及加料方式对PS/Is、αMS-AN/Is核壳乳胶粒子壳层厚度的影响;采用索氏抽提和红外验证了核壳结构中核层与壳层之间存在化学键连接。这种采用高压反应釜合成的PS/Is、αMS-AN/Is“硬核软壳”结构纳米乳胶粒子在国内外文献中尚未见到报道。 此外,本文用乳液共混共沉法将制备的纳米聚合物乳胶粒子分别填加到丁苯橡胶(SBR)、丁腈橡胶(NBR)、天然橡胶(NR)中。研究发现,填充了PS纳米聚合物填料的PS/SBR纳米复合材料的综合力学性能比填充了相同份数炭黑的纳米复合材料炭黑/SBR的好,PS/SBR的密度明显低于相同质量填充量下的炭黑/SBR的密度。在SBR和NR中,相同份数的PS及不同壳层厚度的PS/PIs核壳填料的补强效果优于Pα-MS-AN及不同壳层厚度的PαMS-AN/PIs核壳填料的补强效果;但是在NBR中恰恰相反。在NR中,两种核壳填料的补强效果分别优于各自裸核的补强效果,并且随着壳层厚度的增加核壳乳胶粒子的补强效果更好。这种以硬核软壳结构乳胶粒子作为橡胶填料的思路在国内外具有首创性。


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