[橡胶小知识34(10)] 橡胶与纳米材料的插层复合

microtao

[橡胶小知识34(10)] 橡胶与纳米材料的插层复合
　
　  纳米材料在橡胶工业中的应用方兴未艾,但此种应用需以无机纳米材料与橡胶的成功复合为前提,而选择合适的复合工艺则是关键所在。
, A1 t: o- Y8 ]0 {1. 几种复合方法
　  制备聚合物/ 无机纳米材料的复合材料通常通过4 种方法获得,如表1 所示。
2 v- m0 X3 h* B4 N表1 　聚合物/ 无机纳米复合材料的制备方法
制备方法        优点        缺点
: W3 T3 G. j9 `溶胶-凝胶法:先将纳米材料的前驱体与聚合物混合,溶于共溶剂中,使前躯体通过水解形成凝胶,干燥后得纳米复合材料        分散均匀前驱体(烷氧基金属或金属无机盐)         价格昂贵
插层法:利用无机纳米材料的片状结构,用长链金属有机或无机化合物作插层剂,使两者结合,获得复合材料        大幅度提高橡胶性能, 达到补强、阻燃、抗静电等效果        需增添无机纳米材料的有机改性步骤,过程比较复杂。
* H* n+ I' s3 a' {+ `共混法:将无机纳米材料直接与橡胶共混        可利用现成的加工设备        均匀度较差
　　由表1 可知,对橡胶工厂来说,共混法比较容易,从效果看,则插层法更为理想。
2. 有关插层法的具体介绍
: i) O! n$ |7 I: [7 |　  采用插层法,无机纳米材料需经有机改性,使其表面从亲水转为亲油,增加与橡胶的亲和力。
(1) 无机纳米材料的选用　一般选片状结构的硅酸盐,如合成云母、高岭土、蒙脱土等,其中最理想的是钠基蒙脱土(Na2MMT) ,其每个片层包括3 个亚层,通过共用氧原子而共价连接。片层带负电荷,这为插层提供了基础。
5 Z7 }8 p9 ?7 u& W(2) 插层剂及其作用机理　插层剂的作用是改性,将无机纳米材料改性为有机纳米材料,从而促进与橡胶的亲和。插层剂带正电荷,无论和橡胶或无机材料均有较好的相容性。因为已入选的无机纳米材料根据(1) 的选用原则,都具片层结构,有利于插层剂插入。结果使橡胶的定伸应力,拉伸强度、硬度、撕裂强度都明显提高,其效果相当于高耐磨炭黑。如果插层剂中含有-OH 基的话,则-OH 基能与硅酸盐中的氧原子形成核心,产生剥离力,从而使层与层间的作用力减小,层间距离拉大,有利于橡胶分子切入,生成补强效果更好的“剥离型”纳米复合材料。典型的非剥离插层剂为三甲基十八烷基氯化铵。
: i1 h7 ?3 z/ W' W/ ], z& p# i(3) 插层复合的效果　首先,反映在橡胶的物理性能要比不插层的有显著提高;添加15份非剥离型插层纳米复合材料后,其效果相当于40 份高耐磨炭黑;而剥离型纳米材料的效果就更为明显。在三元乙丙橡胶中使用,能使橡胶的力学性能提高3～4 倍。
4 E" ?* Y* a: B* B　  除了改善力学性能外,这种层间剥离型纳米复合材料还能提供良好的气密性和阻燃性,这是因为层与层的结构延长了气体通道的长度,使胶料对气体的阻隔性得以提高,结果使气密性提高了40 %。至于阻燃性的改进,可归因于插层后的无机纳米材料与胶料的相容性良好,分散均匀,有助于在燃烧时形成致密层,阻隔了热量的传递。
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1 `7 b8 i% a& s0 s( b2 _[ 本帖最后由 microtao 于 2008-10-28 15:15 编辑 ]

zirkyful

貌似这种技术很时髦，但是成本因素考虑进去以后在某些制品来说
得不偿失。听厂家说，大部分使用在轮胎行业中。