橡膠改性
概況[編輯]
根據ASTMD1566定義，橡膠是一種高分子材料，具有高分子材料的共性，分子量大，化學性質較為穩定，如粘彈性、絕緣性、環境老化性、密度小以及對流體的滲透性低等，能夠被改性。[1]
定義[編輯]
橡膠改性（Rubber Modification）是指通過利用物理、化學方法往橡膠之中有選擇的加入適量無機或有機物質，或者是將不同類高分子聚合物與橡膠進行共混，又或者是利用化學方法實現高聚物的接枝、共聚、嵌段、交聯，甚至是將上述方法聯合使用，以此來改善橡膠材料在某些方面的劣勢，改進其加工工藝性能，進而降低成本，或使橡膠材料僅在表面以及電、磁、光、熱、聲、燃燒等方面賦予獨特功能等效果，這即為橡膠改性。
目的與前景[編輯]
橡膠的改性，就是對橡膠材料的性能進行有選擇性的揚長避短，既要保留和改進橡膠本身所具有的優勢，同時還需要在另一方面降低甚至消除其劣勢，以達到提高橡膠材料的使用性能、加工工藝性能，降低生產成本，已達到利潤最大化，滿足國民生產的需要。
由於對新材料的開發難度極大，難度極高，且不確定性較大，這導致了新材料的開發成功率較低，這就很容易造成大量人力物力財力的損失。然而在原有橡膠材料的基礎上進行改性，無疑降低了開發成本，而且橡膠作為一種高分子材料，其未知領域仍然比較多，發展空間極大。同時，由於隨着科學技術生產的發展，橡膠的使用量以及使用範圍逐年增加，加上其價格較為低廉，而且人們對一種材料兼具多種性能的要求日益提高，這使得對橡膠的改性這一研究工作的前景變得十分樂觀。
歷史發展[編輯]
1493~1496年哥倫布第二次航行到印第安時，發現當地人玩的球能從地上跳起來，經了解才知道球是由一種樹流出的漿液製成的，此後歐洲人才知道橡膠這種物質。但直到1823年，英國人創辦了第一個橡膠生產防水布，這才是橡膠工業的開始。1826年Hancock發明了開放式煉膠機，1839年Goodyear發現了加入硫黃和鹼式碳酸鋁可以使橡膠硫化，這兩項發明奠定餓了橡膠加工業的基礎，1888年Dunlop發明了充氣輪胎，汽車工業的發展促進了橡膠工業的真正起飛。1904年S.C.Mote用炭黑使天然橡膠的拉伸強度提高，找到了橡膠增強的有效途徑，拉開了橡膠改性的序幕。近年來，橡膠工業新技術發展迅速，通過鹵化、氫化、環氧化、接枝、共混、增容、動態硫化等方法開發了許多新橡膠材料，橡膠製品也向着高性能化、功能化、特種化方向發展，橡膠材料以其獨有的特性發揮着重要的作用。[1]
共混改性[編輯]
概述[編輯]
共混改性法是指在一種材料中摻混入一種或多種其它物質，使得原材料具備摻入材料所具備的性能，從而達到改變增強原有材料性能的一種聚合物的改性方法。
分類[編輯]
物理共混：就是通常意義上的「混合」，即為簡單的機械共混，利用物理方法將兩者充分混合而且兩者之間不發生任何化學變化； 物理/化學共混（就是通常所稱的反應共混）：在物理共混的過程中兼有化學反應，可附屬於物理共混； 化學共混：包括了接枝、嵌段共聚及聚合物互穿網絡（IPN）等。
範例[編輯]
共混法增強丁苯橡膠[編輯]
由於膠粉是由烴類裂解或者不完全燃燒所得到的黑色粉末狀固體，具有準石墨狀結構，化學性質相對比較穩定，其表面含有羧基等多種活性基團，是親油性物質，因而可用其來對丁苯橡膠進行改性。 利用膠粉來改性丁苯橡膠的方法是以橡膠作為基體，以膠粉顆粒作為增強相進行共混合成。膠粉在橡膠體系中充當補強和填充作用，以增強橡膠製品性能。
接枝改性[編輯]
概述[編輯]
接枝共聚是指在聚合物主幹或主鏈聚合物存在下，加入一定的單體進行聚合反應，在主幹聚合物上將分支聚合物成分通過化學鍵相互結合起來，形成分支的反應。 接枝共聚物通常是在高分子聚合物主幹或者是主鏈聚合物存在下，將單體進行自由基聚合、離子加成聚合或開環聚合所得到的新的聚合物。由於接枝鏈的不同，將會在不同程度上賦予高聚物不同的性能。
接枝共聚方法[編輯]
鏈轉移接枝：引發劑產生自由基使該自由基與主鏈上的氫發生反應，從而產生接枝點，形成接枝共聚物。 化學接枝：首先用化學方法在聚合物的主幹鏈上導入易分解的活性基團，使活性基團分解成自由基，然後再與單體進行接枝共聚形成新的聚合物。 輻射接枝：將聚合物與單體在聚合前混合在一起，共同進行輻射，利用輻射所釋放的能力使其進行反應。 預輻射法：先輻照聚合物，使之產生捕集型自由基，在用乙烯型單體與之接枝。[2]
接枝共聚改性原理[編輯]
橡膠（R）與單體（M）接枝共聚系按自由基鏈鎖聚合曆程進行聚合反應。其主要反應有：[3]
- 引發劑（B）分解產生活性自由基（I• ）
- 活性自由基（I• ）引發單體形成單體自由基（M• ）
- 單體自由基（M• ）繼續進攻其他單體形成單體增長鏈自由基（P• ）
- 活性自由基（I• ）進攻橡膠形成主鏈自由基（R• ）
- 單體增長鏈自由基（P• ）向橡膠轉移形成主鏈自由基（R• ）
- 單體在主鏈自由基（R• ）增長形成接枝橡膠（R-P）
- 主鏈自由基（R• ）與單體增長鏈自由基（P• ）自聚或互聚實現鏈終止
鏈端改性[編輯]
由於某些橡膠大分子鏈具有活性鏈端，因此可以利用橡膠材料的活性鏈端，對其進行不同方法的改性以提高某些物理化學性能, 如改善低溫性能、抗拉性能、抗老化性能、耐磨性能及加工性能。常用的鏈端改性方法是偶聯改性
表面改性[編輯]
表面改性技術是指用物理、化學等方法，通過對材料表面的形貌、化學成分、相組成、微觀結構、缺陷狀態或應力狀態進行有選擇性地改變，進而賦予材料一種新的性能或者對原有性能的改善，擴大該材料的適用範圍。例如橡膠表面磺化，表面磺化一般採用將橡膠浸漬在亞硫酸或硫酸溶液中的方法。磺化的效果是將橡膠表面的碳-碳鍵打開，在其中的一個碳上接上—SO3H。[4]