銅鹽/丁腈橡膠的配位自組裝研究
時間:2005-09-22
袁曉芳 李慧 吳馳飛
華東理工大學材料科學與工程學院，上海，200237
橡膠作為材料使用時，通常是用硫化等共價鍵交聯的方法將線型高分子交聯成三維網狀高分子，同時還添加大量炭黑等無機物質和多種有機添加劑。交聯后的橡膠是一種不熔、不溶的物質，很難再生利用；而且交聯必需的硫化促進劑的雜環化合物多為致癌物質，嚴重影響人們的身體健康；此外，作為橡膠補強材料的炭黑在加工時極易飛散，也是一種污染物質。探索新的交聯方法、廢除炭黑使橡膠成為可再生利用的、與環境協調的材料一直是橡膠研究中的一個前沿課題。日本已有學者開始嘗試用氫鍵自組裝橡膠[1]，但由于氫鍵的鍵能小，氫鍵自組裝橡膠的拉伸力學性能較差。本文提出了一種使用比氫鍵更強的金屬固相配位鍵組裝橡膠的新概念，即利用丁腈橡膠的可配位側基（C≡N），與金屬陽離子進行配位交聯，從而創建一個全新的非共價鍵交聯的NBR網絡體系。該技術突破了配位聚合物溶液法[2-3]的局限，具有較好的實用性。
圖1顯示了不同CuSO4含量對配位交聯NBR拉伸性能的影響，可以看出，隨著CuSO4含量的增加，強度先增后減，而伸長率基本上呈下降趨勢。當CuSO4添加量為15份時所得自組裝NBR的拉伸強度可達40MPa左右，伸長率仍保持400％左右。該結果表明金屬配位自組裝NBR具有很好的拉伸性能，明顯優于通常的炭黑補強、硫化NBR。
由于金屬離子與C≡N的配位是在本體NBR中進行的，為使配位充分進行，須較高的溫 度、較長的時間，顯然這樣不適合實際生產。這里我們考慮加入增塑劑鄰苯二甲酸二辛酯（DOP）以改善NBR分子的運動性，從而縮短配位交聯時間。圖2表示加入DOP后的CuSO4/NBR拉伸性能的配位時間依存性。可以看出，隨著配位時間從10min增加到20min，拉伸強度顯著增大，但繼續增加配位時間，拉伸強度的增加不大。故從實際應用來看，20min的配位是最合適的。金屬配位交聯的NBR的高強度大伸長的發現機理是非常復雜的，可能與配位過程中形成的不同尺度的相分離結構（如圖3所示）有關。
參考文獻
[1] Keisuke Chino, Makoto Ashiura. Macromolecules, 2001,34: 9201
[2] Izabel C.Riegel, Dimitrios Samios, Cesar L.Petzhold etc. Polymer, 2003,34:2117
[3] Eugene A.Lysenko, Tatiana K.Bronich, Elena V.Slonkina etc. Macromolecules, 2002,35:6344
論文來源:2004年全國高分子材料科學與工程研討會論文集
