纳米二氧化硅原位改性丁苯橡胶新制品的研制

During the surface and interface science, the grafting polymers get more and more attention, it is due to its unique chemical and physical properties. Currently, during the research of the high performance rubber, the rubber/silica composites can get the overall balance among the reducing the tire rolling resistance tread rubber, improve wet skid resistance and ensure durability in running performance. However, the rubber/silica composites are usually prepared by mechanical mixing method, but there are many problems of this method, for example, the interfacial force between silica and rubber prepared by this method is very bad, the secondary aggregates of silica is also bad, and so on.. In order to solve these problems fundamentally, the silane coupling agent will grafted onto the styrene-butadiene rubber molecular chains by conventional emulsion graft polymerization method and controlled radical emulsion graft polymerization respectively, and then the silica/rubber composites will be prepared by emulsion-coagulation technology. The new rubber products based on chemical bonds between rubber and silica will be prepared by regulating the type of graft agent and graft chain length. Because there is certain chemically interaction between silica and rubber chain of this research, it is possible to achieve stable silica particles which are dispersed in the rubber matrix uniformly, and there are no dust problems.

在表面和界面科学中，接枝聚合物由于其独特的化学和物理性能，越来越受到重视。目前，在橡胶高性能化研究中，使用纳米二氧化硅补强橡胶可以在降低轮胎用胎面胶的滚动阻力、提高抗湿滑性以及保持耐磨性这三大行驶性能方面达到综合平衡。但纳米二氧化硅通常采用机械混炼法将其分散在基体橡胶中，得到的二氧化硅/橡胶复合材料的界面作用力差，二氧化硅二次团聚等问题。. 为了从根本上解决这些问题，本课题拟在传统丁苯橡胶乳液聚合工艺的基础上，分别采用传统乳液接枝聚合方法和控制自由基乳液接枝聚合方法将硅烷偶联剂引入到丁苯橡胶分子链上，然后结合乳液共凝聚技术，通过调控接枝物种类和接枝链长度，制备出橡胶分子链和纳米二氧化硅粒子间基于化学键连接的、二氧化硅纳米级分散的原位改性丁苯橡胶新制品。由于本项目二氧化硅与橡胶链之间存在一定的化学键连作用，因此，可以实现二氧化硅粒子均匀稳定地分散在橡胶基质中，且没有粉尘问题。

橡胶品种之一。预计到2020年，我国丁苯橡胶的总生产能力将达到约150.0万吨/年，但丁苯橡胶存在品种系列较少、产品更新换代慢、作为高性能轮胎抗湿滑性和耐磨性差等问题。白炭黑是丁苯橡胶的一种重要补强填料，在轮胎高性能化研究中，使用白炭黑补强并加入硅烷偶联剂，可以在降低轮胎用胎面胶的滚动阻力、提高抗湿滑性以及保持耐磨性这三大行驶性能方面达到综合平衡。基于此，本项目研究内容主要包括：. (a) 通过乳液接枝或共聚合将硅烷偶联剂直接引入到ESBR分子链上，探讨接枝点的位置和接枝机理；. (b) 在硅烷接枝改性ESBR体系中引入SiO2的前躯体TEOS(四乙氧基硅烷)，利用TEOS原位溶胶-凝胶法制备了二氧化硅增强的ESBR-g-VTES (乙烯基三乙氧基硅烷接枝改性的ESBR)。. (c) 在TEOS改性ESBR-g-VTES胶乳基础上，又开展了外加SiO2水浆与TEOS改性的ESBR-g-VTES胶乳共凝聚的研究。. 重要结果. 采用乳液体系接枝或共聚合技术实现了将具有偶联作用的有机硅氧烷键联到橡胶链上。首次采用TEOS溶胶-凝胶法增强了ESBR-g-VTES，得到了溶胶法二氧化硅(SiO2)与ESBR之间化学键键合橡胶网络结构的复合材料。共凝聚法制备白炭黑/溶胶二氧化硅/ESBR-g-VTES复合物的过程是一条真正的绿色路线。. 项目执行期间发表标注SCI论文8篇，第一作者标注SCI论文5篇。发表中文论文2篇。申请中国发明专利3项，授权2项。. 关键数据. ESBR的接枝率为7.03%，VTES接枝效率为67.19%；ESBR-g-VTES中TEOS利用率是67.17%，而ESBR中TEOS利用率仅为11.32%；当复合物中的二氧化硅含量达到30.71%时，共凝聚法制备的白炭黑/溶胶SiO2/ESBR-g-VTES复合物抗湿滑性和低滚动阻力之间能实现较好的平衡，拉伸强度为24.19 MPa。. 科学意义. “绿色”轮胎已成为当今轮胎工业发展的主题和方向。预计通过本项目得到了，从而降低轮胎的滚动阻力和提高耐湿滑性，从而减少油耗，达到减少汽车废气排放量的环保效应。