橡胶改性及应用

目前，橡胶改性受到高度重视，很多改性方法在橡胶制品的实际生产中已得到广泛应用，高性能化、环境友好化、复合化、生物化及多功能化是当代橡胶改性的发展方向。本书对天然橡胶、丁苯橡胶、聚丁二烯橡胶、聚异戊二烯橡胶；、丁腈橡胶、氯丁橡胶、丁基橡胶、三元乙丙橡胶、硅橡胶、聚氨酯的改性技术进行了详细介绍。可供从事橡胶制品生产及应用的各类技术人员参考。 

本书主要对天然橡胶改性、丁苯橡胶改性、聚丁二烯橡胶改性、聚异戊二烯橡胶改性、丁腈橡胶改性、氯丁橡胶改性、丁基橡胶改性、三元乙丙橡胶改性、硅橡胶改性、聚氨酯改性进行了详细介绍，可供从事橡胶制品生产、应用的各类技术人员参考，也可作为相关院校的教学参考书。

第1章概述

1.1橡胶改性的目的  001

1.2橡胶改性技术  001

1.2.1化学改性  001

1.2.2物理改性  004

1.2.3互穿聚合物网络  010

1.2.4动态硫化  011

1.2.5表面改性  012

第2章天然橡胶改性

2.1天然橡胶高苯乙烯橡胶共混 
018

2.2天然橡胶丁腈橡胶共混 
022

2.3天然橡胶与聚丙烯共混 
028

2.4天然橡胶与无机材料复合 
033

2.5天然橡胶乳液的环氧化 
039

2.6氢化天然橡胶  042

2.7脱蛋白天然橡胶  047

第3章丁苯橡胶改性

3.1丁苯橡胶/丁腈橡胶共混  050

3.2丁苯橡胶/聚氯乙烯共混物  055

3.2.1其他添加剂  056

3.2.2高氯酸钾添加剂  056

3.3丁苯橡胶/层状硅酸盐纳米复合材料  061

3.3.1复合材料的制备  062

3.3.2X射线衍射分析  062

3.3.3复合材料性能  063

3.4碳纳米管填充丁苯橡胶 
067

第4章聚丁二烯橡胶改性

4.1辐射交联制备聚丁二烯纳米粉体 
069

4.2在水性聚苯乙烯纳米粒子中加入聚丁二烯 
073

4.2.1微乳液聚合  074

4.2.2动力学  075

4.2.3聚合物结构  079

4.2.4粒子形态  080

4.3高顺式聚丁二烯  081

4.3.1聚合  083

4.3.2实验设计方法  083

4.3.3自变量的影响  087

4.3.4优化  088

4.3.5优化后自变量的影响 
091

第5章聚异戊二烯橡胶改性

5.1聚异戊二烯橡胶的氢化 
093

5.2聚异戊二烯橡胶/白炭黑纳米复合粒子  100

5.3聚异戊二烯橡胶/蒙脱土纳米复合材料  109

第6章丁腈橡胶改性

6.1氢化丁腈橡胶  117

6.1.1原位合成RhCl(PPh3)3及其在NBR胶乳加氢的活性  118

6.1.2氢化过程中催化剂在NBR胶乳中的扩散  121

6.1.3采用原位氢化丁腈橡胶，温度、催化剂用量和PPh3对RhCl3比例的影响  123

6.1.4丁腈胶乳氢化过程中采用乙醇原位合成催化剂  124

6.2丁腈橡胶/离子液体改性蒙脱土纳米复合材料  125

6.3丁腈橡胶/氯磺化聚乙烯橡胶纳米复合材料  130

第7章氯丁橡胶改性

7.1氯丁橡胶/改性白炭黑复合材料  137

7.2氯丁橡胶/离子液体改性多壁碳纳米管复合材料  144

7.3纳米黏土补强氯丁橡胶/三元乙丙橡胶共混物  151

第8章丁基橡胶改性

8.1丁基橡胶/钛酸钡锶复合材料  157

8.2丁基橡胶/单壁碳纳米管复合材料  162

8.3含肉桂官能团的丁基橡胶 
167

第9章三元乙丙橡胶改性

9.1三元乙丙橡胶接枝聚(甲基)丙烯酸酯  182

9.2溶胶-凝胶法白炭黑补强三元乙丙橡胶  188

9.3三元乙丙尼龙12共混物  195

9.4EPDM-g-MAH尼龙66有机改性黏土纳米复合材料  201

9.5EPDM聚酰亚胺纳米白炭黑纳米复合材料 
206

第10章硅橡胶改性

10.1硅橡胶/聚丙烯短纤维白炭黑纳米复合材料  215

10.2抗菌硅橡胶  220

10.3导热硅橡胶  226

10.4导电硅橡胶  234

第11章聚氨酯改性

11.1光交联聚氨酯  240

11.2聚氨酯纳米石墨复合材料 
247

11.3阻燃聚氨酯泡沫  254

11.4耐腐蚀导电聚氨酯  261

附录

术语表  275

 

橡胶行业是国民经济支柱的重要产业之一，对人类社会的发展起非常重要的作用。橡胶是航空航天、电子电气、医疗卫生以及汽车、石油、化工、机械、电子、仪表、轻工、建筑、矿山、农业和新能源等行业中必不可少的高分子材料，也是国防尖端工业中无法替代的关键材料。随着高新技术的快速发展，人们对橡胶的使用性能提出了更高的要求，单一的橡胶材料已无法完全满足应用要求，为了拓宽橡胶的应用范围, 需要对其进行改性。高性能化、环境友好化、复合化、生物化及多功能化是当代橡胶改性的发展方向。橡胶改性主要包括化学改性和物理改性。化学改性指通过一定的化学反应，在分子链上引入不同的功能基团或链段，通过改变聚合物的结构，达到使用所需要的目标。氢化、环化、卤化、接枝、共聚、环氧化等属于化学改性。化学改性可以在橡胶的合成阶段直接进行，也可以在合成大分子之后对大分子进行化学改性，以及在生胶加工过程中进行化学改性。橡胶与橡胶并用、橡胶与树脂共混、橡胶填充等属于物理改性。两种或多种橡胶的并用不仅可以取长补短，重要的是可以获得使用性能、工艺性能等综合性能优良且成本低的橡胶材料。其中较难克服的问题就是各组分的相容性及共硫化问题。目前，解决这些问题的途径主要是选择合适的硫化体系和相容剂，使各组分能够很好地共硫化。此外还可以从混合工艺上进行改进。合理的配方、合适的相容剂及正确的加工工艺能够使橡胶材料达到理想的性能要求。橡胶与树脂的共混有利于结合橡胶与树脂的各自优点，并可以制备热塑性弹性体。填充改性能够在某种程度上提高橡胶的物理机械性能，降低原材料的成本，或赋予材料新的功能，获得具有导电、导热、耐热、耐油、阻燃、阻尼、绝缘或屏蔽性能的橡胶材料。关键是如何提高填料在橡胶基体中的分散性，并提高橡胶与填料之间的相容性。近年来，纳米材料改性在橡胶的改性中占有重要位置。纳米微粒具有比表面积大、尺寸小、表面能和表面张力随粒径的下降而急剧增大等优点。经过纳米材料改性的橡胶复合材料既保持了橡胶的许多优良性能，又具备纳米材料的很多优点。其首要难题是如何提高纳米粒子在橡胶基体中的分散性并减少团聚，只有解决好这一问题，纳米粒子的特性才能得到充分利用，从而使橡胶的性能得到限度的提高。互穿聚合物网络具有网络互穿结构以及强迫互容、界面互穿、协同作用和加工性能复合的特点,依赖聚合物的共混比例、形态、交联密度和特性，显示出特殊的性能。短纤维增强橡胶复合材料既有很高的机械强度，又保留了橡胶独一无二的黏弹特性。热塑性弹性体在常温下使用时显示出橡胶特有的高弹性和优异的力学性能，在较高的成型加工温度下又具有良好的热塑流动性。动态硫化和茂金属催化技术的应用，使热塑性弹性体向高性能化方向前进了一大步。γ射线和电子束（EB）等的辐射技术也成为橡胶材料改性的一种强有力的手段。传统的橡胶是以共价键的硫化方式来构建交联网络，形成的橡胶材料不溶、不熔，难回收再利用。因此，通过氢键、离子键形成交联，构建可逆交联网络，可以获得无毒无害、可循环回收利用的绿色环保型橡胶材料。目前，橡胶改性受到高度重视，很多改性方法在橡胶制品的实际生产中已得到广泛应用。本书共分11章。第1章概述；第2章天然橡胶改性；第3章丁苯橡胶改性；第4章聚丁二烯橡胶改性；第5章聚异戊二烯橡胶改性；第6章丁腈橡胶改性；第7章氯丁橡胶改性；第8章丁基橡胶改性；第9章三元乙丙橡胶改性；第10章硅橡胶改性；第11章聚氨酯改性。全书由游长江编著。编者借此感谢D.R.Paul 教授、J.W.Barlow 教授，Joseph A.Biesenberger 教授和Toshio Nishi教授的帮助。本书在编写过程中，参阅了大量的文献资料和其他技术资料，并得到华南理工大学等单位及其专家、教授、工程技术人员的大力支持和帮助，在此恕不一一列举，谨向他们表示衷心的感谢。虽然全书经过了认真校订，但由于资料来源与编者水平的局限，难免有疏漏之处，敬请读者指正。编者2017年12月