丁苯橡胶(Styrene Butadiene Rubber,SBR)是丁二烯与苯乙烯的无规共聚物,是世界上最早实现工业化生产的通用合成橡胶品种,目前丁苯橡胶的产量和消耗量是通用合成橡胶中最大的。丁苯橡胶的物理机构性能、加工性能及制品的使用性能接近于天然橡胶,与天然橡胶相比,丁苯橡胶的最大特点是耐磨性高。另外,丁苯橡胶的耐热、耐老化及硫化速度均优于天然橡胶,可与天然橡胶以任意比例混合使用,广泛应用于轮胎、胶带胶管、电线及电缆、医疗器具等领域。通常为了改善橡胶材料的使用性能,在橡胶加工过程中,需要添加一系列的助剂,而橡胶补强剂则是其中用量最大的一种。增强剂的主要目的是为了提高橡胶制品的物理机械性能,目前常用的商用橡胶补强剂有炭黑和白炭黑,炭黑和白炭黑在生产过程中能耗较大,易造成环境污染,这两类增强剂在增强橡胶的过程中还存在着粒子自聚集以及与橡胶相容性不好等缺点。因此开发新型的橡胶补强剂,是目前橡胶助剂行业面临的重要问题之一。木质素是一种三维网状天然高分子材料,其结构单元为苯丙烷单元。木质素主要从造纸行业的黑液中提取所得,木质素目前主要应用于工农业生产中,如水泥减水剂、水煤浆添加剂、分散剂、农药缓释剂、絮凝剂等。绝大部分的造纸黑液中的木质素被直接排放在江河中或者浓缩后焚烧,造成了严重的环境污染和资源浪费。与其他天然高分子相比,木质素是由苯丙烷结构单元构成的三维网状结构,因此本身强度较大,另外木质素也很难被降解成小分子,因此木质素可以用作橡胶材料的填充剂,起到一定的补强作用。此外由于木质素密度较小,因此用作橡胶补强剂时能降低橡胶制品的密度,在同体积填充的情况下,可以减少橡胶胶料的用量,从而降低成本。本课题以木材水解木质素为原料,分别制备了如下复合物:(1)将木质素直接分散在少量天然橡胶胶乳之中,之后将木质素天然橡胶胶乳复合物作为增强剂对丁苯橡胶材料进行了研究;(2)利用甲醛等小分子改性剂对木质素/天然橡胶胶乳复合物进行改性,研究了不同小分子改性剂以及改性条件对最终增强丁苯橡胶的研究;(3)此外还采用聚乙烯醇、淀粉及改性淀粉等大分子改性剂对木质素/橡胶复合物进行掺杂,研究其对丁苯橡胶的补强作用;(4)最后还研究了氧化木质素以及不同用量的木质素/橡胶复合物对丁苯橡胶的补强作用。结果表明:(1)未改性木质素/天然橡胶复合物部分取代白炭黑,对丁苯橡胶具有良好的增强作用,拉伸强度也有较明显的提高,与空白试样相比,木质素填充丁苯橡胶制品的拉伸强度提高率最高可达17.0%。此外橡胶制品的断裂伸长率也有明显的提高,表明橡胶制品的韧性有一定的增加。同时动态力学分析(DMA)结果表明采用木质素/天然胶复合物改性橡胶的储能模量和损耗模量增大,强度变大,且耐寒性改善,滚动阻力也略有减小,但橡胶制品的抗湿滑性能有一定的下降。(2)小分子改性木质素/天然橡胶复合物对丁苯橡胶的补强作用不够明显。对于甲醛改性木质素/天然橡胶材料,一系列的正交实验结果表明甲醛用量对复合材料最终补强作用影响不大,反应温度控制在70℃,而反应时间不宜超过1小时。而对于其他几种小分子改性剂环氧氯丙烷、六次甲基四胺、戊二醛等,如果单从改性前后木质素复合物的综合性能方面来看,戊二醛改性效果最明显,但是其性能与空白试样仍有一定的差距。(3)大分子填充木质素/橡胶复合物同样对丁苯橡胶材料的补强作用不明显。分别选取了两种不同牌号的聚乙烯醇来掺杂木质素,从而对丁苯橡胶进行补强,但是由于聚乙烯醇熔点较高,在橡胶加工过程中粒子尺寸很难变小,因此其对丁苯橡胶的增强作用不够明显。而淀粉掺杂木质素增强丁苯橡胶材料的效果较好,此外还研究了两种不同阳离子改性淀粉对橡胶材料的增强作用,结果表明通过阳离子化改性的淀粉材料对橡胶的增强作用反而不如未改性淀粉材料填充的。(4)同时还研究了不同木质素复合物份数替代白炭黑增强丁苯橡胶材料,可以发现木质素复合物对橡胶的补强作用随着其用量的增加而下降,最后探索了过氧化氢氧化木质素对丁苯橡胶的增强作用,结果表明氧化木质素丁苯橡胶的增强作用同样不够明显,仍需进一步的系统研究。综上所述,小分子和大分子改性的木质素复合物对丁苯橡胶的的增强效果不够明显,但是未改性木质素则可以直接作为丁苯橡胶的增强材料。对木质素颗粒大小的控制及表面的进一步改性将会使得木质素在增强橡胶材料具有更加广泛的应用前景。