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芳烃油因其优异的性能已成为橡胶产业加工助剂的最佳选择,然而随着近年来越来越多研究指出多环芳烃具有强致癌性,出于环保和安全性问题的考虑,急需寻找一种新的加工助剂以取代胎面胶配方中的芳烃油。苯乙烯类低聚物由于与橡胶具有相似的气密性和阻尼性,引起了人们的广泛关注。
目前,苯乙烯类低聚物的合成方法包括自由基聚合、阴离子聚合和阳离子聚合。研究表明,苯乙烯类低聚物的自由基合成过程繁琐、对反应条件要求苛刻;阴离子聚合合成过程难以控制、分子量过高,本论文针对上述问题,开展阳离子可控聚合,研究引发剂的选择、引发剂用量、聚合温度等合成条件对聚合反应的影响,以制备苯乙烯-α-甲基苯乙烯嵌段低聚物(St-co-AMS)。论文还研究了苯乙烯-α-甲基苯乙烯低聚物对橡胶复合材料抗湿滑性能及力学性能的影响,结果显示St-co-AMS可显著改善复合材料的抗湿滑性能、同时对复合材料的力学性能影响较小。本论文的研究得到以下创新性成果:
1、采用活性白土(Maghnite-H+)作为引发剂,二氯甲烷为反应介质,以苯乙烯、α-甲基苯乙烯为原料采用阳离子聚合方法在合成了一系列低分子量苯乙烯-α-甲基苯乙烯共聚物(St-co-AMS),低聚物的数均分子量在800~2500g/mol,收率最高可达88%。实验结果表明:反应温度、时间、单体浓度、引发剂的处理方式和用量对共聚收率均有影响。实验结果表明活性白土的添加量为5%、反应温度为0℃、反应时间为4h;m(St-co-AMS)/m(CH2Cl2)为1:1时,低聚物的收率最高。低聚物的结构采用红外光谱(FTIR)、核磁共振波谱仪(NMR)、凝胶渗透色谱(GPC)等进行表征;低聚物的热力学性能采用热重分析仪(TGA)差示扫描量热仪(DSC)等进行表征。FTIR及核磁结果证实低聚物为共聚结构。低聚物具有良好的热稳定性及合适的玻璃化转变温度。
2、采用溶聚丁苯橡胶(SSBR)为基体材料,白炭黑为填料,St-co-AMS作为加工助剂,通过开炼共混的方法制备SSBR/白炭黑复合材料,考察St-co-AMS在复合材料中的作用及机理。本论文所采用的St-co-AMS为反应性树脂,FTIR分析结果证实St-co-AMS与复合材料共混制备过程中发生一定的交联反应。硫化条件实验表明,St-co-AMS的加入整体上能够改善复合材料的硫化性能;动态力学测试表明添加5phr可使复合材料的动态性能在0℃提高64%,抗湿滑效果明显。60℃时含低聚物的复合材料的tanδ比空白复合材料的略高,即证明加入低聚物不会对复合材料的滚动阻力产生不利影响。力学测试测试表明,低添加份数的St-co-AMS能一定程度改善复合材料力学性能,复合材料的撕裂强度、拉伸强度和拉断伸长率有所提高。水接触角和扫描电镜测试进一步证实St-co-AMS可提高白炭黑在橡胶中分散性,同时St-co-AMS与复合材料具有良好的相容性,低分子量使其具备较好的增塑作用,同时与橡胶材料具有较高的粘合强度,作为橡胶助剂提高橡胶的动态性能。
目前,苯乙烯类低聚物的合成方法包括自由基聚合、阴离子聚合和阳离子聚合。研究表明,苯乙烯类低聚物的自由基合成过程繁琐、对反应条件要求苛刻;阴离子聚合合成过程难以控制、分子量过高,本论文针对上述问题,开展阳离子可控聚合,研究引发剂的选择、引发剂用量、聚合温度等合成条件对聚合反应的影响,以制备苯乙烯-α-甲基苯乙烯嵌段低聚物(St-co-AMS)。论文还研究了苯乙烯-α-甲基苯乙烯低聚物对橡胶复合材料抗湿滑性能及力学性能的影响,结果显示St-co-AMS可显著改善复合材料的抗湿滑性能、同时对复合材料的力学性能影响较小。本论文的研究得到以下创新性成果:
1、采用活性白土(Maghnite-H+)作为引发剂,二氯甲烷为反应介质,以苯乙烯、α-甲基苯乙烯为原料采用阳离子聚合方法在合成了一系列低分子量苯乙烯-α-甲基苯乙烯共聚物(St-co-AMS),低聚物的数均分子量在800~2500g/mol,收率最高可达88%。实验结果表明:反应温度、时间、单体浓度、引发剂的处理方式和用量对共聚收率均有影响。实验结果表明活性白土的添加量为5%、反应温度为0℃、反应时间为4h;m(St-co-AMS)/m(CH2Cl2)为1:1时,低聚物的收率最高。低聚物的结构采用红外光谱(FTIR)、核磁共振波谱仪(NMR)、凝胶渗透色谱(GPC)等进行表征;低聚物的热力学性能采用热重分析仪(TGA)差示扫描量热仪(DSC)等进行表征。FTIR及核磁结果证实低聚物为共聚结构。低聚物具有良好的热稳定性及合适的玻璃化转变温度。
2、采用溶聚丁苯橡胶(SSBR)为基体材料,白炭黑为填料,St-co-AMS作为加工助剂,通过开炼共混的方法制备SSBR/白炭黑复合材料,考察St-co-AMS在复合材料中的作用及机理。本论文所采用的St-co-AMS为反应性树脂,FTIR分析结果证实St-co-AMS与复合材料共混制备过程中发生一定的交联反应。硫化条件实验表明,St-co-AMS的加入整体上能够改善复合材料的硫化性能;动态力学测试表明添加5phr可使复合材料的动态性能在0℃提高64%,抗湿滑效果明显。60℃时含低聚物的复合材料的tanδ比空白复合材料的略高,即证明加入低聚物不会对复合材料的滚动阻力产生不利影响。力学测试测试表明,低添加份数的St-co-AMS能一定程度改善复合材料力学性能,复合材料的撕裂强度、拉伸强度和拉断伸长率有所提高。水接触角和扫描电镜测试进一步证实St-co-AMS可提高白炭黑在橡胶中分散性,同时St-co-AMS与复合材料具有良好的相容性,低分子量使其具备较好的增塑作用,同时与橡胶材料具有较高的粘合强度,作为橡胶助剂提高橡胶的动态性能。