DTAB与SDBS复配改性粘土制备粘土/NBR纳米复合材料结构与性能研究

 摘要：本论文通过选用十二烷基三甲基溴化铵（DTAB）与阴离子表面活性剂十二烷基苯磺酸钠（SDBS）对钠基土进行复配改性，主要考察阴-阳离子复配改性的配比对粘土/NBR纳米复合材料力学性能的影响、纳米粘土在橡胶基体中的分散状况以及有机粘土晶层间距与复合材料性能的对应关系，通过力学性能测试、红外测试等测试分析与结构表征，得到最佳的配比，为实现粘土片层在橡胶基体中的纳米级分散，最终获得综合性能优异的粘土/橡胶纳米复合材料，寻找一种获得聚合物基纳米复合材料最佳性能的表面改性技术提供解决方案和理论依据，指导橡胶基复合材料的工业化应用。研究表明，有机改性剂DTAB能进入粘土层间，使粘土层间距变大，从而使复合材料力学性能有不同程度的提升。DTAB与SDBS复配改性制备粘土/NBR纳米复合材料最优配比为无机土:DTAB=4:1，DTAB:SDBS=4:2。
关键词：复配改性，粘土，纳米复合材料
目 录

1 前言 1
1.1 粘土/橡胶纳米复合材料概述 1
1.1.1 粘土的结构特征 1
1.1.2 粘土的基本特性 2
1.1.3 粘土的改性 4
1.2 粘土/橡胶纳米复合材料 4
1.2.1 粘土/橡胶纳米复合材料的概述 4
1.2.2 粘土/橡胶纳米复合材料的结构类型 5
1.2.3 粘土/橡胶纳米复合材料的表征技术 6
1.2.4 制备粘土/橡胶纳米复合材料的原理 7
1.2.5 粘土/橡胶纳米复合材料的制备方法 8
1.3 粘土/橡胶纳米复合材料的研究进展以及前景展望 9
1.4 本课题的研究意义和目的 10
2 实验部分 12
2.1 实验器材 12
2.2实验原料 12
2.3 炼胶所用的配方 13
2.4 实验方案 13
2.4.1 粘土的处理 14
2.4.2 炼胶过程 14
2.5 性能测试及表征 14
2.5.1 常规力学性能测试 14
2.5.2 微观结构的表征 15
3 结果与讨论 16
3.1 粘土/NBR纳米复合材料性能分析与微观表征 16
3.1.1 DTAB与SDBS复配改性粘土制备粘土/NBR纳米复合材料力学性能特征 18
3.1.2 DTAB与SDBS复配改性粘土制备粘土/NBR纳米复合材料XRD 22
3.1.3 DTAB与SDBS复配改性粘土红外光谱 16
4 结论 27
参考文献 28
致谢 30
丁腈橡胶又称丁二烯-丙烯腈橡胶，简称NBR。由丁二烯与丙烯腈共聚而制得的一种合成橡胶。是耐油(尤其是烷烃油)、耐老化性能较好的合成橡胶。丁腈橡胶主要用于制作耐油制品，如耐油管、胶带、橡胶隔膜和大型油囊等，常用于制作各类耐油模压制品，如O形圈、油封、皮碗、膜片、活门、波纹管、胶管、密封件、发泡等，也用于制作胶板和耐磨零件。丁腈胶因耐油、耐热性能和物理机械性能优异，已经成为耐油橡胶制品的标准弹性体，广泛用于汽车、航空航天、石油开采、石化、纺织、电线电缆、印刷和食品包装等领域。对于其聚合物纳米复合材料的研究无论是在基础研究还是工业应用方面都具有重要意义[1]。
由于粘土有许多不可忽略的优良特点：(1)粘土具有天然的纳米片层结构，通过简单的复合技术就能剥离成纳米尺度的片层，均匀分散在聚合物基体中，制得聚合物基纳米复合材料。(2)粘土来源丰富且价格非常低廉；(3)只需很少的填料即可使复合材料具有相当高的强度、弹性模量、尺寸稳定性、热稳定性及阻隔性能等[2]。
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（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）分散于基体中的新型高分子复合材料。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。纳米复合材料是当今材料科学研究的热点，无机纳米粘土来源广泛且价格低廉，因此粘土/橡胶合材料备受国内外许多研究学者关注[3]。对于丁基橡胶与粘土复合材料，国外研究的比较多，有些研究果已经应用到工业生产中，而国内基本还处于起步阶段。