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袁曉芳 李慧 吳馳飛
華東理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，上海，200237

    橡膠作為材料使用時，通常是用硫化等共價(jià)鍵交聯(lián)的方法將線型高分子交聯(lián)成三維網(wǎng)狀高分子，同時還添加大量炭黑等無機(jī)物質(zhì)和多種有機(jī)添加劑。交聯(lián)后的橡膠是一種不熔、不溶的物質(zhì)，很難再生利用；而且交聯(lián)必需的硫化促進(jìn)劑的雜環(huán)化合物多為致癌物質(zhì)，嚴(yán)重影響人們的身體健康；此外，作為橡膠補(bǔ)強(qiáng)材料的炭黑在加工時極易飛散，也是一種污染物質(zhì)。探索新的交聯(lián)方法、廢除炭黑使橡膠成為可再生利用的、與環(huán)境協(xié)調(diào)的材料一直是橡膠研究中的一個前沿課題。日本已有學(xué)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(xué)性能較差。本文提出了一種使用比氫鍵更強(qiáng)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(cè)基（C≡N），與金屬陽離子進(jìn)行配位交聯(lián)，從而創(chuàng)建一個全新的非共價(jià)鍵交聯(lián)的NBR網(wǎng)絡(luò)體系。該技術(shù)突破了配位聚合物溶液法[2-3]的局限，具有較好的實(shí)用性。

    圖1顯示了不同CuSO4含量對配位交聯(lián)NBR拉伸性能的影響，可以看出，隨著CuSO4含量的增加，強(qiáng)度先增后減，而伸長率基本上呈下降趨勢。當(dāng)CuSO4添加量為15份時所得自組裝NBR的拉伸強(qiáng)度可達(dá)40MPa左右，伸長率仍保持400％左右。該結(jié)果表明金屬配位自組裝NBR具有很好的拉伸性能，明顯優(yōu)于通常的炭黑補(bǔ)強(qiáng)、硫化NBR。
    由于金屬離子與C≡N的配位是在本體NBR中進(jìn)行的，為使配位充分進(jìn)行，須較高的溫 度、較長的時間，顯然這樣不適合實(shí)際生產(chǎn)。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(yùn)動性，從而縮短配位交聯(lián)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(qiáng)度顯著增大，但繼續(xù)增加配位時間，拉伸強(qiáng)度的增加不大。故從實(shí)際應(yīng)用來看，20min的配位是最合適的。金屬配位交聯(lián)的NBR的高強(qiáng)度大伸長的發(fā)現(xiàn)機(jī)理是非常復(fù)雜的，可能與配位過程中形成的不同尺度的相分離結(jié)構(gòu)（如圖3所示）有關(guān)。

參考文獻(xiàn)
[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(xué)與工程研討會論文集