乳液插层法制备天然橡胶蒙脱土纳米复合材料的研究.pdf

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乳液插层法制备天然橡胶/蒙脱土纳米复合材料

的研究
谷正，宋国君，李培耀
青岛大学化工学院，青岛266071
摘要：采用乳液插层法值得了天然橡胶/蒙脱土复合材料，并对其性能进行了研究。TEM
研究表明，蒙脱土粒子达到纳米级分散，制得了插层型纳米复合材料；对材料的力学性能进
行了研究，研究表明蒙脱土对天然橡胶有明显的补强作用，当蒙脱土含量较小时，补强效果
尤为明显；TGA研究表明，材料的热稳定性能优异。
关键词：NR；蒙脱土；纳米复合材料；TGA；热稳定性
中图分类号：TQ330.34文献标识码：A

近年来，橡胶/蒙脱土纳米复合材料由于其优异的补强性能、气体阻隔性能、浅色性等
优异和特殊的性能，已经成为橡胶科学研究的热点[1]。目前，国内外制备橡胶/蒙脱土纳米
复合材料的方法[2]主要有：（1）熔体插层法；（2）大分子乳液插层法；（3）原位反应插层法；
（4）橡胶溶液插层法；（5）液体橡胶插层法；
橡胶乳液插层法是将蒙脱土与水的悬浮液在强烈搅拌下与橡胶乳液混合，形成均匀的混
合液，经一段时间后加入电解质类凝聚剂进行絮凝，再将絮凝物脱水烘干，制得蒙脱土／橡
胶纳米复合材料。由于多数橡胶都有自己的乳液形式，且对橡胶乳液没有特别要求，因此该
方法的技术工艺简单，易控制，成本较低，而且制得的纳米复合材料性能优良，故有望成为
最早实现工业化制备橡胶/蒙脱土纳米复合材料的方法[3]。
本试验通过大分子乳液插层法制备了天然橡胶/蒙脱土纳米复合材料，并对其亚微观结
构进行了表征，研究了材料的力学性能及热力学性能。
1.试验部分

1.1试验原料

天然胶乳:固含量为60%，青岛双蝶集团有限公司提供；蒙脱土：实验室自制；高耐磨
碳黑N330，工业级；其它试剂均为市售；

1.2纳米复合材料的制备

将改性后的蒙脱土加入到水中，形成均匀的悬浮液，然后按照一定的比例与天然胶乳混

合（蒙脱土含量分别为0、1、2、4、6份）。搅拌一定时间后，加入无水CaCl2破乳，用絮凝
剂絮凝出胶。

1.3橡胶硫化配方

天然橡胶的硫化配方为复合材料（含NR100份），ZnO5，SA1，4010NA1.5，促进剂
M0.75，S2.5。

1.4胶料的硫化

干燥后将纳米复合材料在双辊混炼机上塑炼后，加入一定的配合剂混炼均匀，对比样品
加入等量的碳黑，在平板硫化机上143℃，15MPa条件下进行硫化。

1.5性能测试

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1.TEM测试：样品硫化后用环氧树脂包埋，由超薄切片机进行切片，在日本JEOL公司
生产的JEM-2000EX型透射电镜上观察，加速电压为160kV。
2.力学性能测试：按GB/T528-1998、GB530-1981在上海市德杰仪器设备有限公司生
产的DXLL-50000型电子拉力试验机上测试试样的拉伸性能和撕裂强度，拉伸速度为
500mm/min。用上海化工机械四厂产XY-1型橡胶硬度计按GB/T531-92测试邵尔A型硬度。
3.TGA：采用METTLER-TOLEDO公司TGA/STDA851e热重分析仪进行热重分析,测试
条件:升温速率10℃/min,测试度范围为-50～800℃,空气气氛。
2、结果与讨论

2.1纳米复合材料的亚微观形态

图1为天然橡胶/蒙脱土复合材料的透射电镜照片。其中白色部分为橡胶基体，分散在橡
胶基体中的“黑线”为蒙脱土片层。由图1可知，蒙脱土片层在橡胶基体中均匀分散，并且
被剥离成层状结构，说明NR大分子链已经插层进入蒙脱土片层，且蒙脱土片层与橡胶基体
界面模糊，粒子与橡胶相之间结合良好；并且蒙脱土片层厚度在10nm以下，长度约
100-250nm，没有较大的颗粒存在，说明所制得的材料为纳米复合材料[4，5]。
蒙脱土属于2∶1型层状硅酸盐[4]。其原土是由长和宽约1μm、厚度约1nm的片层紧密
堆砌而成。图中所示蒙脱土片层的长度长短不一，这可能是有蒙脱土矿在形成过程中造成的。
由于蒙脱土片层间作用力主要时化学键合力，而层间分子作用力很小，所以当晶粒受到搅拌
时的机械力时，晶层首先被撑开；同时由于插层驱动力的溶剂化作用使得蒙脱土片层在橡胶
中的分散，有利于橡胶分子插层形成纳米复合材料。
从图1中还可得出，蒙脱土片层在橡胶基体中的分散具有一定的方向性，这可是由于在
橡胶加工过程中受机械力剪切力所致，也可能与制备方法及蒙脱土本身的特性有关。蒙脱土
片层一定的方向性，使得其发生取向，可能导致橡胶复合材料在阻隔性能方面具有优异的性
能，可应用于防水材料、密封材料等方面。深入研究其这一特性对其在化学化工中的应用将
产生重要的意义。

图1天然橡胶/蒙脱土纳米复合材料的TEM图（蒙脱土含量为3份）