传统二烯类橡胶及其复合材料的高弹性和化学稳定性得益于硫磺交联形成的稳定立体交联网络,而该交联网络的不可逆性导致橡胶废弃制品不能得到有效的回收利用而导致环境污染问题,可见目前传统的橡胶交联技术已成为橡胶工业循环经济发展的瓶颈问题。目前基于可逆共价键的高分子网络得到了国内外众多研究者的高度关注,成为世界高分子科技的前沿研究热点。本文将开发多官能度氮氧自由基交联剂在二烯类橡胶及其复合材料中构建热可逆化学交联网络的新技术,赋予材料优异的热可逆和重复加工特性,该技术将为二烯类橡胶的绿色循环利用提供一种新思路和新方法,具有一定的理论意义和应用前景。本文首先合成四官能度氮氧自由基化合物QT作为交联剂,通过传统橡胶加工工艺在非极性的二烯类橡胶丁苯橡胶中直接构建热可逆化学交联网络,制备得到热可逆丁苯橡胶QSBR。核磁共振氢谱、红外光谱和电子自旋共振波谱等技术成功表征了交联剂QT的结构并证明了QSBR中热可逆化学交联网络的构建是基于高温下氮氧自由基与丁苯橡胶分子链上碳碳双键的反应形成烷氧基胺化学交联键,而其热可逆机理建立在烷氧基胺交联键高温下断裂形成大量氮氧自由基和常温下的键合。力学试验表明,QSBR拉伸强度和撕裂强度分别为2 MPa和15 k N/m,具有较低的永久变形率。QSBR经过重复加工后拉伸强度保持率均大于80%。热失重试验表明,QSBR具有较好的热稳定性。经炭黑补强的热可逆丁苯橡胶Qc SBR可有效构建烷氧基胺热可逆化学交联网络,其中补强炭黑的应用有利于交联剂QT在橡胶基体中的分散。Mooney-Rivilin和Nint-Strain分析表明,随着交联剂QT用量的增大,炭黑-橡胶界面层间的相互作用逐渐增强。温度循环下橡胶加工分析及电子自旋共振波谱证明Qc SBR中烷氧基胺交联网络具有热可逆性。力学试验表明,Qc SBR拉伸强度和断裂伸长率分别为26 MPa和478%,经两次重复加工后其拉伸强度及断裂伸长率保持率高于70%。其次,将氮氧自由基交联剂QT用于极性的二烯类橡胶丁腈橡胶中化学交联网络的构建,可得到热可逆丁腈橡胶QNBR。红外光谱和差式扫描量热分析表明,QNBR化学交联网络的构建基于QT上氮氧自由基与丁腈橡胶分子链上不饱和碳碳双键的反应生成烷氧基胺化学交联键。变温红外光谱、电子自旋共振波谱及平衡溶胀试验证实QNBR化学交联网络的热可逆性来自烷氧基胺键高温下断裂,常温下重新键合的特性。拉伸试验表明,QNBR具有优异的拉伸强度达8 MPa。经过炭黑补强的丁腈橡胶复合材料Qc NBR具有优良的热可逆性。力学试验表明,Qc NBR拉伸强度和撕裂强度分别为23 MPa和34k N/m,重复加工后其拉伸强度和撕裂强度保持率分别为66%和88%。