橡膠/粘土納米復(fù)合材料的研究意義
時(shí)間:2006-03-03
橡膠納米復(fù)合材料，具有分散相尺寸達(dá)到納米級(jí)、分散相的表面積與體積比急劇增大的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，他已經(jīng)向人們展示了這類材料所具有的一系列優(yōu)異的物理機(jī)械性能。以納米級(jí)分散的粘土無(wú)機(jī)片層，限制了橡膠的變形和阻礙了裂紋擴(kuò)展，具有很好的補(bǔ)強(qiáng)效果，可代替?zhèn)鹘y(tǒng)的炭黑和白炭黑補(bǔ)強(qiáng)，節(jié)約能源，減少污染，可廣泛應(yīng)用于淺色制品，改變?cè)瓉?lái)大部分橡膠制品的單一黑色性；同時(shí)由于粘土片層的比表面積較大，均勻分散的片層阻擋了氣體分子在膠料中的擴(kuò)散，使其運(yùn)動(dòng)路徑大大延長(zhǎng)了，同時(shí)，也降低了橡膠大分子的熱運(yùn)動(dòng)，減少了氣體在橡膠中的擴(kuò)散和滲透系數(shù)；正因?yàn)檫@些結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，才使得橡膠/粘土納米復(fù)合材料（簡(jiǎn)稱，PCN）在補(bǔ)強(qiáng)性、熱性能、阻隔性能、透氣性以及淺色性及透明性等方面都有優(yōu)異的表現(xiàn)[1],其產(chǎn)品可廣泛應(yīng)用于輪胎內(nèi)胎、氣密層、薄膜、膠管、膠輥、膠帶、膠鞋等制品。
粘土是一類具有層狀結(jié)構(gòu)的含水鋁硅酸鹽，其層間具有某種活性，適宜作為化學(xué)反應(yīng)場(chǎng)所。正因?yàn)檎惩恋V物這種特殊的層狀結(jié)構(gòu)，使其在橡膠納米復(fù)合材料中表現(xiàn)出優(yōu)異的物理機(jī)械性能。況且粘土礦物與其他填料礦物相比，資源更為豐富，價(jià)格更低廉，這使得在工業(yè)化生產(chǎn)中制備橡膠/粘土納米復(fù)合材料方面具有很大的優(yōu)勢(shì)。研制改性粘土、納米級(jí)粘土及其對(duì)橡膠的補(bǔ)強(qiáng)作用，制備高性能橡膠/粘土納米復(fù)合材料，既有利于降低成本，又可以為橡膠制品的白色或淺色化拓寬道路，節(jié)約能源，保護(hù)環(huán)境[2,3]，減少橡膠工業(yè)中的炭黑用量以緩解能源危機(jī)。因此，對(duì)橡膠/粘土納米復(fù)合材料的研究意義相當(dāng)重大。
近年來(lái)，不論是微米級(jí)橡膠/粘土復(fù)合材料，還是納米級(jí)橡膠/粘土復(fù)合材料的研究都有升溫趨勢(shì)，特別是橡膠/粘土納米復(fù)合材料的研究已成為一個(gè)熱點(diǎn)。為粘土在橡膠工業(yè)中的應(yīng)用注入了新的活力[4]。但橡膠納米復(fù)合材料作為一個(gè)嶄新的研究領(lǐng)域，對(duì)其研究可以說(shuō)仍處于初級(jí)階段，理論上還不成熟，制備技術(shù)還不完善，對(duì)材料的復(fù)合機(jī)理、材料的結(jié)構(gòu)及結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系等方面還有待進(jìn)一步探索。隨著研究的不斷深入、制備技術(shù)的進(jìn)一步完善以及對(duì)結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系的更深層次的了解，橡膠粘土納米復(fù)合材料將會(huì)有突破性進(jìn)展，屆時(shí)人們將能按照需要設(shè)計(jì)和生產(chǎn)出高性能和多功能的新型橡膠納米復(fù)合材料,展現(xiàn)出更加誘人的應(yīng)用前景。總之，橡膠/粘土納米復(fù)合材料發(fā)展?jié)摿艽?更細(xì)致、更深入的理論和應(yīng)用實(shí)踐研究十分必要。
二 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
國(guó)外對(duì)于聚合物基納米復(fù)合材料的研究較早，國(guó)內(nèi)在1995年以前幾乎沒(méi)有報(bào)道，1995年以后這方面的研究比較多，在這一領(lǐng)域的科學(xué)研究比較集中的研究單位有豐田研究中心（Toyota Research Center）、美國(guó)康奈爾大學(xué)(Cornell University)、Michigan州立大學(xué)以及中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所和北京化工大學(xué)，而在商業(yè)化產(chǎn)品開(kāi)發(fā)方面有日本的豐田公司（Toyota）、宇部公司（Unitsika）、美國(guó)的南方粘土公司(Southern Clay)、Nanocor公司以及中國(guó)北京的聯(lián)科（NewNano）納米材料公司等。但是對(duì)于橡膠/粘土納米復(fù)合材料（PCN）的研究很少[5]。橡膠/粘土納米復(fù)合材料的制備方法和結(jié)構(gòu)性能的表征在其應(yīng)用研究中都致關(guān)重要，下面對(duì)國(guó)內(nèi)外在橡膠/粘土納米復(fù)合材料的制備和表征方面的研究進(jìn)展作一簡(jiǎn)單的介紹。
