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1、纳米粒子橡胶复合材料研究进展陈彩霞（0740034）指导老师：薛行华摘要：纳米橡胶复合材料因其优异的性能而成为目前材料科学研究的热点之一。本文综述了橡胶/粘土、橡胶/纳米SiO2、橡胶/纳米炭黑白炭黑等橡胶基纳米复合材料的制备方法、力学性能、工业应用领域及工业价值,提出了橡胶纳米复合材料的发展趋势。关键词：橡胶纳米复合材料；插层法;溶胶-凝胶法;原位聚合法RubberNanoparticlesMeterialsResearchedDevelopmentAbstract：Rubbernanoparticlesforitsexc
2、ellentpropertieseandbecomeoneofthehotestresearchesoftheMaterialsScience。Thisarticleconcludedtherubberclay,rubberSiO2nanoparticles,Rubbercharcoalblackandwhitenanoparticlescalendarforthepreparationofmethods,mechanicsandapplicationperformanceintheindustrialsector，indu
3、strialvalue。Lookfarwardofthedevelopmentofrubbernanoparticles.Keywords:Rubbernanoparticlesmeterials;intercalation-exfoliation;Gel-gellawincorporated;insitupolymerization现代科学技术发展使得复合化成为材料发展的必然规律[1]。纳米复合材料是近年来发展较为迅速的一种新兴复合材料，由于纳米粒子较小的尺寸,大的比表面产生的量子效应,赋以纳米复合材料许多特殊的性能。故许
4、多科学家认为纳米复合材料是21世纪最有前途的材料之一。所谓纳米复合材料(Nanocomposites)是80年代初由Roy等人提出来的,与单一纳米材料和纳米相材料不同,一般而言,纳米材料是指材料两相显微结构中至少有一相的一维尺度达到纳米级尺寸(100nm以下)的材料。橡胶纳米复合材料是以橡胶为基体(连续相)、填充颗粒以纳米尺度(小于100nm)分散于基体中的新型高分子复合材料[2]。与传统的复合材料相比,由于纳米粒子带来的纳米效应和纳米粒子与基体间强的界面相互作用,橡胶纳米复合材料具有优于相同组分常规聚合物复合材料的力学、热
5、学性能,为制备高性能、多功能的新一代复合材料提供了可能。1橡胶/粘土纳米复合材料1.1蒙脱石的基本结构蒙脱石是粘土的一种,它具有层状硅酸盐结晶结构[3]。每个晶层一般由铝八面体层及二氧化硅四面体层按一定规律排列而成。层片表面常由于中心离子正电荷不足而带有一定负电性,因此层与层之间常吸附一些阳离子如Na+、Ca2+,以使整个体系呈电中性(见图-1)。层与层之间结合力弱,仅存在一定的静电作用。通过电子显微镜可观察到,蒙脱石粉末尺寸在0.1～1Lm之间。它是由一些被称为结构单元的基本粒子聚集而成,基本粒子则是由一些结实的薄片构成。
6、基本粒子的尺寸为8～10nm,而薄片的厚度为0.93～1nm。其基本结构单元是由一层铝氧八面体夹在两个硅氧四面体之间靠共用氧原子而形成的层状结构(见图-2),每个结构单元的尺度为1nm厚、长宽均为100nm的片层,层间有可交换性阳离子,如Na+、Ca+、Mg+等,它们可与有机金属离子、有机阳离子型表面活性剂和阳离子染料等进行阳离子交换进入粘土层间。通过离子交换作用导致层状硅酸盐层间距增加,由数埃增加到十几埃甚至几十埃。在适当的聚合条件下,单体在片层之间聚合可能使层间距进一步增大,甚至剥离成单层,使粘土以1nm厚的片层均匀分散
7、于聚合物基体中。在制备聚合物/粘土纳米复合材料(PCN)时,常采用有机阳离子(插层剂)进行离子交换而使层间距增大,并改善层间微环境,使粘土内外表面由亲水转变为疏水,降低硅酸盐表面能,以利于单体或聚合物插入粘土层间形成聚合物纳米复合材料。因此层状硅酸盐的表面修饰是制备PCN的关键步骤之一。插层剂的选择必须符合以下几个条件:①容易进入层状硅酸盐晶片间的纳米空间,并能显著增大粘土晶片间层间距。②插层剂分子应与聚合物单体或高分子链具有较强的物理或化学作用,以利于单体或聚合物插层反应的进行,并且可以增强粘土片层与聚合物两相间的界面粘结
8、,有助于提高复合材料的性能。从分子设计的观点来看,插层剂有机阳离子的分子结构应与单体及其聚合物相容,可具有参与聚合的基团,这样聚合物基体能够通过离子键同硅酸盐片层相连接,大大提高聚合物与层状硅酸盐间的界面相互作用。③价廉易得,最好是现有的工业品。常用的插层剂有烷基铵盐、季铵盐、吡啶类衍生物
