蒙脱土/橡胶纳米复合材料的研究进展

概述了蒙脱土 /橡胶纳米复合材料的结构、制备方法及性能 ,并展望了其应用前景。根据蒙脱土片层的分散情况可将蒙脱土 /橡胶纳米复合材料分为普通型、插层型和剥离型 ;复合材料的制备方法包括单体插层原位聚合法、橡胶溶液插层法、液体橡胶插层法、橡胶乳液插层法、橡胶熔体插层法及小分子与大分子的结合插层法 ;复合材料具有良好的加工性能、优异的力学性能及阻隔性能等 ,广泛用于轮胎内胎、气密层、胶带。

蒙脱土/橡胶纳米复合材料的制备、结构及性能

采用插层复合法制备的蒙脱土/橡胶纳米复合材料显示出了优异的综合性能。蒙脱土有望成为新一代橡胶补强材料。本文对蒙脱土/橡胶纳米复合材料的制备方法、结构及性能进行了总结及评述,并展望了其在橡胶工业中的应用前景。

一锅法合成银纳米粒子/有机蒙脱土复合材料

以硝酸银为银源,硼氢化钠为还原剂,阳离子型表面活性剂为柱撑剂和吸附剂,钠基蒙脱土为分散剂和载体,利用液相还原法的一锅法成功制备银纳米颗粒。分别应用X-射线衍射仪(XRD),扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)对制备产物进行了表征,证明有机蒙脱土负载了银纳米粒子。银纳米粒子大多附着在有机蒙脱土的表面,少量插入层间。同时考察了表面活性剂、反应物的物质的量之比对产物粒径的影响。

有机改性蒙脱土/硼酸锌/硅橡胶泡沫复合材料制备及阻燃抑烟性能

为提高硅橡胶泡沫材料(SRF)的阻燃抑烟性能,采用室温硫化法制备了长链季铵盐(CTAB)有机改性蒙脱土(OMMT)/硼酸锌(ZB)/SRF复合材料。通过极限氧指数(LOI)、水平-垂直燃烧试验(UL-94)、锥形量热分析和热重-差热分析研究了复合材料的阻燃抑烟性能。结果表明,添加2%OMMT和1%ZB的SRF阻燃性能明显提高,LOI为29.5%,阻燃等级达到V-0等级,热释放速率峰值(PHRR)和总热释放量(THR)较纯SRF分别降低26.6%和27.0%,烟释放速率峰值(PSPR)和烟总释放量(TSP)比纯SRF分别降低67.8%和66.5%。添加OMMT和ZB之后,SRF表现出了良好的热稳定性和更致密的炭层,OMMT和ZB存在一定的气相协同阻燃效应。研究结果为阻燃复合材料的研发提供了数据参考。

改性蒙脱土/硼酸锌/硅橡胶泡沫复合材料的阻燃性能及热降解动力学

为提高硅橡胶泡沫(SRF)阻燃性能,将有机改性后的蒙脱土(MMT)和硼酸锌(ZB)作为阻燃剂添加到硅橡胶泡沫中,采用室温硫化法制备了有机改性蒙脱土(OMMT)/硼酸锌(ZB)/硅橡胶泡沫(SRF)复合材料,通过极限氧指数(LOI)、水平-垂直燃烧试验(UL-94)、烟密度测试研究了SRF复合材料的阻燃性能,通过热重-红外联用分析其热稳定性以及热解气体成分,并采用非等温法开展了复合材料热降解热动力学分析。结果表明:添加2wt%的OMMT和1wt%的ZB时复合材料的LOI最高达到29.5%,比纯SRF提高了11.3%;最大烟密度(MSD)和烟密度等级(SDR)较纯SRF分别降低了32.9%、34.1%,延缓了SRF复合材料的热分解进程,残炭量提高;2wt%OMMT/1wt%ZB/SRF复合材料的活化能在热解后期明显提高,说明OMMT和ZB复配可以有效协同提高SRF复合材料的阻燃抑烟性能,阻燃作用主要体现在热解第2阶段。

片层钠基蒙脱土调控炭黑对天然橡胶/丁苯橡胶纳米复合材料性能的影响

采用乳液共混法先制备天然橡胶(NR)/片层钠基蒙脱土(Na-MMT)、丁苯橡胶(SBR)/Na-MMT和NR/SBR/Na-MMT母胶,再制备得到相应的NR/SBR/Na-MMT纳米复合材料,研究Na-MMT对NR/SBR/Na-MMT纳米复合材料的微观形貌、物理性能和耐磨性能的影响。结果表明:采用NR/Na-MMT母胶共混法制备的NR/SBR/Na-MMT纳米复合材料中Na-MMT的分散效果最好,剥离状态的Na-MMT占比最大,炭黑的分散明显改善,片层Na-MMT可在一定程度上调控炭黑在NR/SBR/Na-MMT纳米复合材料中的偏析行为;该橡胶纳米复合材料的定伸应力、拉伸强度和拉断伸长率最大,阿克隆磨耗量最小(0.177 cm^(3)),磨耗表面沟壑最浅,耐磨性能最佳。

交联度对交联聚乙烯/有机化蒙脱土纳米复合材料拉伸性能和介电性能的影响

为了研究交联度对纳米复合材料拉伸性能和介电性能的影响,通过调控交联时间,制备了不同交联度的交联聚乙烯/有机化蒙脱土(XLPE/OMMT)纳米复合材料。采用X射线衍射(XRD)测试判断蒙脱土的插层分散状态和试样聚集态结构的变化,利用扫描电子显微镜(SEM)观察试样的结晶形态,并对其拉伸性能、电导-温度特性、介电常数、介质损耗及击穿场强进行了测试。结果表明:交联形成的三维网状结构抑制了晶体生长,且晶体尺寸和结晶度随交联度的增加而不断减小;剥离分散的OMMT在XLPE/OMMT中充当了物理交联点,与交联键共同作用,提高了纳米复合材料的拉伸强度,且不断完善的交联网络,使复合材料的弹性模量增大,韧性增强。纳米复合材料的电导率随温度升高而增大,其活化能的大小与交联度和OMMT的界面区域有关。完善的交联网络和均匀分布的界面区,增加了势垒,提高了复合材料的活化能。交联度的增加,形成较强的分子间作用力,阻碍了偶极子和侧基的转向极化,使介电常数和介质损耗角正切值减小;OMMT的加入和交联结构的完善,共同提高了复合材料的击穿场强;但过度交联会影响OMMT在基体中的分散程度,使OMMT片层发生微重排,进而导致OMMT与基体的界面结合力下降,劣化的OMMT排列和分散,使自由电子易脱离束缚,对晶格结构造成破坏,增加了复合材料的微观缺陷,使击穿场强降低。

咪唑啉季铵盐缓蚀剂改性蒙脱土/水性环氧纳米复合涂料

以油酸、二乙烯三胺和氯化苄为原料,合成了油酸基咪唑啉季铵盐缓蚀剂。通过FTIR、^(1)HNMR对其结构进行了表征,并离子交换至钠基蒙脱土(DK0)层间,制备了缓蚀剂改性蒙脱土(QACDK0)。通过XRD、TGA和UV-Vis对其结构、组成及层间缓蚀剂释放性能进行了表征。结果表明,咪唑啉季铵盐缓蚀剂约占QACDK0质量的38.96%,并将蒙脱土层间距由1.28 nm(DK0)扩大至3.98 nm(QACDK0)。利用DLS及Zeta电位对添加有QACDK0的水性环氧树脂进行了稳定性测试,其Zeta电位为–27.8 mV,具有较高的稳定性。电化学阻抗谱(EIS)测试表明,在腐蚀介质中浸泡30 d后,基于QACDK0制备的清漆漆膜仍具有2.29×10^(8)Ω·cm^(2)的高阻抗,表明涂层具有较好的耐腐蚀性。并且在耐中性盐雾测试中,QACDK0对应的防腐色漆耐盐雾时间最长,验证了该涂层具有良好的耐盐雾性能。

纳米蒙脱土复合改性酯化淀粉及其性能研究

淀粉具有独特的束簇凝聚态结构,分子主链上存在大量的羟基,强烈的分子间氢键限制了分子链的自由运动,使得天然淀粉很难直接进行热塑性加工,为了改善淀粉的加工性,本文采用不同比例乙酰乙酸叔丁酯(t-BAA)与淀粉在二甲基亚砜(DMSO)为溶剂的条件下进行酯交换反应,引入乙酰乙酸基弱极性基团改性淀粉的羟基,以减弱淀粉分子之间的强氢键作用。进一步通过纳米改性蒙脱土(MMT)的加入,使得酯化淀粉的热稳定性得到进一步提升,结果表明:得到了取代度在0~1.57的酯化淀粉,并且成功将蒙脱土的层间距从1.53 nm扩大到2.02 nm,甚至呈现出部分剥离状态,且在不添加增塑剂的情况下实现热塑性加工并降低了其亲水性。

有机化蒙脱土对XLPE/OMMT纳米复合电介质微观形态及水树枝老化特性的影响

文中采用熔融共混法分别制备了交联聚乙烯/有机化蒙脱土(XLPE/OMMT)纳米复合电介质,研究有机化蒙脱土种类对纳米复合电介质微观形态和水树枝老化特性的影响。对试样进行力学性能测试发现,OMMT质量分数为0.5%时,综合力学性能达到最佳;利用差示扫描量热法和扫描电子显微镜研究了试样的微观形态,经双十八烷基苄基季铵盐有机化改性并细化的有机化蒙脱土(OMMT3)起到明显的异相成核作用,使晶体更加完善,结晶度高达25.3%,晶体平均尺寸仅为16.67μm;采用水针电极法对各试样进行加速水树枝老化试验,剥离分散的OMMT3片层形成了更加曲折的迷宫路径,其对水分子的阻隔效应与XLPE交联网状结构对分子链运动束缚的共同作用,有效抑制了XLPE/OMMT3试样中水树枝的生长,引发概率下降至23.4%;傅里叶变换红外光谱对水树枝老化前后的化学结构进行了表征,纳米复合电介质水树区的羰基指数增加、羟基振动峰增强,表明水树枝老化是电化学降解的作用;在水树枝生长过程中,XLPE/OMMT3试样老化断链较少,表现出较优的耐热氧老化性能。

可见光下蒙脱土负载花状In_(2)S_(3)复合材料光催化降解有机染料

以蒙脱土(MMT)、三氯化铟(InCl_(3))、硫代乙酰胺为原料,一步溶剂热法制备了蒙脱土/In_(2)S_(3)复合材料(MMT/In_(2)S_(3)).紫外-可见漫反射光谱显示该复合材料对光的吸收边缘比MMT宽,从352 nm红移至600 nm.同时,70%MMT/In_(2)S_(3)光致发光光谱的强度最低.研究了模拟可见光照射下MMT/In_(2)S_(3)复合材料对甲基橙的光降解行为,考察了不同MMT负载量、复合材料用量、MO初始浓度、常见阴阳离子对复合材料光降解MO的影响.光降解实验结果表明,20 mg 70%MMT/In_(2)S_(3)对30 mL、20 mg·L^(-1)MO的去除率为93.7%,光催化过程的反应速率常数为0.046 min^(-1).溶液中常见Na^(+),K^(+),Mg^(2+),Ca^(2+)有利于70%MMT/In_(2)S_(3)降解MO;除H_(2)PO_(4)^(2-),其他阴离子对MO降解的影响不大.此外,该复合材料对罗丹明B、孔雀石绿、结晶紫、亚甲基蓝等染料也有较好的去除效果,证实粘土的吸附与In_(2)S_(3)光催化降解的协同作用,可有效地去除废水中的有机染料.

有机蒙脱土/天然橡胶纳米复合材料的阻燃性能研究

采用机械混炼插层法制备有机蒙脱土/天然橡胶(TMT/NR)纳米复合材料.使用X-射线衍射(XRD)和红外表征了有机蒙脱土的结构特性,并用锥形量热仪测试了纳米复合材料的燃烧性能.结果表明,有机蒙脱土/NR纳米复合材料的热释放速率(HRR)、生烟速率(SPR)等较纯天然橡胶、未改性蒙脱土/NR复合材料均所有降低,表现出较好的阻燃性能.通过对纳米复合材料的燃烧性能和燃烧残余物分析,探讨了该体系的阻燃机理.

用单体插层原位聚合制备丁二烯橡胶/蒙脱土纳米复合材料( 英文)

将单体插层原位聚合法引入到通用橡胶聚合中,采用阴离子聚合制备了丁二烯橡胶/蒙脱土纳米复合材料。XRD分析显示蒙脱土层间距明显增大,表明实现了丁二烯插层原位聚合。FTIR分析显示蒙脱土的加入使得丁二烯橡胶微观结构发生了改变。

天然橡胶/蒙脱土原土纳米复合材料的制备与性能

用机械混炼反应插层法,通过引入第三组分RH,制备了天然橡胶/蒙脱土原土纳米复合材料,实现了对天然橡胶的补强．在这种复合材料中,蒙脱土原土的层间距显著增大,蒙脱土无机片层在橡胶基体中达到了纳米级分散．蒙脱土原土与天然胶纳米复合保持了较低的滚动阻力,显著地提高了天然胶的抗湿滑性．

超声技术制备蒙脱土/天然橡胶纳米复合材料

采用超声波技术制备了有机膨润土、钠基膨润土 天然橡胶复合材料 ,进行了力学性能和热氧老化性能测试 ,用TEM研究了粘土在橡胶中的分散结构及结合状态。结果表明 ,有机膨润土经过超声辐射后产生层间剥离 ,橡胶能够插层进入粘土层间 ,形成纳米分散结构的复合材料并具有较好的界面作用 ,从而提高材料的性能。而钠基膨润土难以产生有效剥离 ,与橡胶的结合较差 ;当有机膨润土的填充量为 3%时 ,材料的拉伸强度即达到 2 0MPa ,老化后性能下降仅为 35 %。而钠基膨润土复合材料的拉伸强度为 17MPa ,老化后性能下降达 6 8%。

甲基乙烯基硅橡胶/有机蒙脱土母炼胶纳米复合材料的制备、结构与性能

采用溶液插层法和母炼胶混炼工艺制备了甲基乙烯基硅橡胶(MVQ)/有机蒙脱土母炼胶(OMMT-MB)纳米复合材料,通过X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)对复合材料进行了表征,研究了复合材料的拉伸性能与热稳定性能,并与直接共混法制备的MVQ有/机蒙脱土(OMMT)复合材料和MVQ白/炭黑复合材料进行了对比,分析了OMMT的增强机理。结果表明,MVQ/OMMT-MB纳米复合材料中的OMMT完全剥离,且均匀分散在MVQ基体中;当OMMT质量分数为20%时,MVQ/OMMT-MB复合材料的拉伸性能优于MVQ/OMMT复合材料,拉伸强度和扯断伸长率分别增大至1.41 MPa、490%;其与MVQ白/炭黑复合材料相比,两者的拉伸强度相当,扯断伸长率增大了30%;MVQ/OMMT-MB复合材料的热稳定性略优于MVQ/OMMT复合材料,但比MVQ白/炭黑复合材料差。

有机蒙脱土/氢化丁腈橡胶纳米复合材料的结构和性能

采用熔体插层法制备氢化丁腈橡胶（HNBR）/有机蒙脱土（OMMT）纳米复合材料,有机蒙脱土（OMMT）的用量分别为0份,5份,10份,15份,20份.考察OMMT的用量对其力学性能、烧蚀性能的影响,并分析了该纳米复合材料烧蚀炭层的微观形貌及成分.发现有机蒙脱土在一定含量范围（0～ 15phr）内具有一定的补强作用,其含量过多（20 phr）时反而不利于强度和伸长率的提高;试验范围内,随其含量增加,材料的扯断永久变形和硬度依次增大,回弹性降低,线烧蚀率和质量烧蚀率大致呈下降趋势;熔融机械混炼使蒙脱土的片层间距发生变化,烧蚀后蒙脱土的片层结构完全被破坏;复合材料烧蚀后形成炭层的正面和反面结构差别明显.

顺丁橡胶-有机蒙脱土纳米复合材料的制备

采用溶液插层法制备了顺丁橡胶(BR)-有机蒙脱土(OMMT)纳米复合材料,采用X射线衍射仪(XRD)和透射电子显微镜(TEM)表征了BR-OMMT纳米复合材料的结构,并研究了BR-OMMT纳米复合材料的力学性能。通过100mL聚合瓶小试,考察了回收溶剂对丁二烯转化率的影响。XRD和TEM表征结果显示,OMMT片层以纳米级均匀分布在BR基体中,BR-OMMT纳米复合材料中OMMT的层间距由1.89nm增至2.52nm。与纯BR相比,当m(BR):m(OMMT)=100:6时,BR-OMMT纳米复合材料的拉伸强度提高了182%。研究结果表明,使用回收溶剂时,丁二烯的转化率大于90%。

乳液插层法制备丁苯橡胶/有机蒙脱土纳米复合材料

对蒙脱土(MMT)进行了有机化改性,采用乳液插层法制备了丁苯橡胶(SBR)有/机蒙脱土(OMMT)纳米复合材料,用透射电子显微镜、X射线衍射法对OMMT及复合材料进行了表征,研究了复合材料的物理机械性能及动态力学性能。结果表明,MMT的层间距为1.47 nm,OMMT的层间距增大到2.94 nm;OMMT片层均匀分散在SBR基体中,具有良好的界面相容性;随着OMMT用量的增加,SBR/OMMT纳米复合材料的物理机械性能明显改善,且具有低填充量高增强效果的特点;SBR/OMMT纳米复合材料具有与SBR炭/黑N 330复合材料相当的抗湿滑性能,同时具有更小的滚动阻力。

溴化丁基橡胶/有机蒙脱土纳米复合材料的制备和性能研究

用机械共混法制备了剥离型溴化丁基橡胶/有机蒙脱土(BIIR/OMMT)纳米复合材料。OMMT可使溴化丁基橡胶的正硫化时间缩短,却不影响焦烧安全性,达到了节能降耗的目的。OMMT的加入还可使耐溶剂性能和耐热性能显著提高,其含量仅为3.0 phr时,拉伸强度和撕裂强度分别提高了90.8%和81.4%。