新型的淀粉增强橡胶复合材料的制备、结构和性能研究

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1、http://www.paper.edu.cn新型的淀粉增强橡胶复合材料的制备、结构和性能研究1,2221,2*齐卿PP，吴友平PP，田明PP，张立群P（1.北京化工大学纳米材料先进制备技术与应用科学教育部重点实验室，北京100029；2.北京化工大学北京市新型高分子材料制备与成型加工重点实验室，北京100029；）摘要：基于淀粉水溶液与橡胶乳液共混共凝聚的方法（简称乳液混合法，LCM）制备了淀粉/SBR复合材料，并用酚醛树脂和氨基硅烷偶联剂对复合材料进行了界面修饰。用SEM、TEM、XRD、RPA、DMTA等测试

2、分析手段考查了淀粉含量对复合材料的力学性能和结构的影响。结果表明：通过改性，淀粉对橡胶表现出了较为优异的补强效果，增加淀粉用量，复合材料的力学性能显著提高；SEM淀粉在橡胶基体中的分散精细，界面结合较好；TEM显示，复合材料中大部分淀粉粒子的粒径小于或接近100nm；DMTA显示，淀粉/橡胶复合材料只具有一个玻璃化转变温度；XRD显示，淀粉的特征结晶峰不会随着淀粉用量的增加而再次出现。关键词：淀粉；丁苯橡胶；改性；增强大多数情况下，橡胶是需要增强的，橡胶材料增强用的理想填料应该具有质轻、粒径小、分散性好、与橡胶间的

3、界面结合好的特点，以达到低的粘弹滞后效果和低的驱动能量需求效[1]果，但现有的填料尚不能完全满足这一要求PP。淀粉具有资源丰富、价廉、质轻、无污染[2-3]的特点。在塑料工业中，已大量应用淀粉及其衍生物开发出各种可降解的塑料产品PP；而在橡胶工业中，通过一些改性技术将淀粉用作橡胶的新型补强剂则是十分令人感兴趣的工作，最近已引起世界各国橡胶工作者的强烈关注。由于淀粉是多羟基聚合物，它与橡胶之间的结构和极性相差悬殊，从热力学和胶体力学的观点看，它们相容性差，得不到分子共容的均相体系，也不会在共混过程中形成诱导和乳化的过

4、渡层。因此，将淀粉用于橡胶中的关键是要使淀粉精细地分散在橡胶基体中并获得强壮的界面结合。早在20世纪60年代末至70年代，Buchanan等人就将淀粉用黄原酸酯改性制备淀粉黄[4-8]原酸酯橡胶PP，得出了一些比较有意义的结论，但之后鲜有报道；而美国Goodyear橡胶轮胎公司则于上个世纪末宣布其成功开发出一种使用Bio-Tred淀粉填充的橡胶制备轮胎的技[9-11]术PP，他们首先通过添加增塑剂来改性淀粉，以降低淀粉软化点，再经过二次混炼来实现淀粉在橡胶中的精细分散，并声称这项技术可以降低轮胎的滚动阻力、降低噪音

5、、降低二氧化碳排放量，并能满足环保节能的需求。本课题组发明了一种淀粉水溶液与橡胶乳液共混共凝聚的方法（简称乳液混合法，LCM），它可以使得淀粉在橡胶基体中的分散较之直接共混[12-13]法有很大程度的提高PP，但由于其中淀粉粒子与橡胶基体间的界面结合较弱，使材料不能获得理想的物理机械性能。因此，必须对淀粉进行有效的改性，以改善淀粉与橡胶基体间的界面结合，从而赋予淀粉/橡胶复合材料更加优异的物理机械性能。在研究过程中我们发现，间苯二酚甲醛树脂（RF）、氨基硅烷偶联剂KH-792对于改善淀粉与橡胶基体间的界面结合、提高

6、淀粉/橡胶复合材料的力学性能有着极其优异的效能，并总结出了一些很有价值[14-16]的规律PP；在本文中上，我们重点考查了不同淀粉用量下淀粉/SBR复合材料的结构和性能。1.实验部分1.1原材料丁苯胶乳（SBR1502，苯乙烯质量分数0.235，固含量20.3％），吉林石化公司；支链淀粉（100目），吉林大成特种玉米淀粉股份有限公司；RF(间苯二酚甲醛树脂，实验室自制)；KH-792(N-β(氨基乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷,NHB2B(CHB2B)B2BNH(CHB2B)B3BSi(OCHB3B)B3B,纯度>

7、97作者简介：齐卿（1980－），硕士研究生。1基金项目：教育部博士点基金（20020010011）北京化工大学青年教师奖励基金（QN0302），北京市教委重点学科建设基金（JD100100526）。*通讯联系人。http://www.paper.edu.cn％)，南京曙光化工集团有限公司产品；其它配合剂，化学纯，市售商品。1.2淀粉/橡胶复合材料的制备淀粉糊的制备：将适量淀粉水悬浮液（浓度约2%）置于95℃的恒温水浴中搅拌30min，淀粉即可充分糊化为呈半透明状的凝胶液；RF溶液的制备：将甲醛溶液与间苯二酚以摩尔

8、比3:1称量，置于小烧杯中，加以适量水稀释，微量NaOH催化，室温下迅速反应，即得所需的RF溶液，PH=9；改性淀粉糊的制备：按照配比将一定量RF溶液加入制备好的淀粉糊中，继续于95℃的恒温水浴中搅拌30min，即得改性的淀粉糊；淀粉/SBR复合物的制备：按照配比将一定量制备好的淀粉糊或改性淀粉糊加入SBR胶乳中,于搅拌状态下混合30min，制成淀粉/SBR