基于廢舊棉纖維的微晶纖維素的制備、改性及其在丁苯橡膠中的應(yīng)用研究.pdf

1、綠色輪胎的發(fā)展促使白炭黑的需求大幅增長。利用具有與白炭黑相似表面基團(tuán)的纖維素等植物資源制備廉價(jià)、可再生的橡膠填料已成為相關(guān)研究的熱點(diǎn)之一。廢舊棉纖維來源于人類生產(chǎn)生活的廢棄物，價(jià)格低廉，急需再資源化利用。本論文選擇廢舊棉纖維制備改性纖維素，探討橡膠/纖維素復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)與性能的相互關(guān)系，具有明顯的理論和實(shí)踐意義。
　　 本論文首先采用酸水解、或酸水解與堿水解相結(jié)合的方法，從廢舊棉纖維制備微晶纖維素(MCC)，研究了水解工藝條件對

2、MCC結(jié)構(gòu)的影響;選擇了一種新型環(huán)保的農(nóng)副產(chǎn)品-含活性環(huán)氧基團(tuán)的腰果殼油(ECNSL)為改性劑，采用水相球磨改性工藝對MCC進(jìn)行改性;探討了改性MCC(MMCC)的結(jié)構(gòu)和用量對MCC/丁苯橡膠(SBR)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)與性能的影響，并與白炭黑進(jìn)行了對比試驗(yàn);另外，通過原位增容的方法，探索了幾種具有增容和分散作用的改性劑對MCC/SBR復(fù)合材料結(jié)構(gòu)與性能的影響;利用紅外光譜儀(FT-IR)、差示掃描量熱分析儀(DTG)、X射線衍射儀(XRD)

3、、橡膠動態(tài)力學(xué)分析儀(DMA)和掃描電子顯微鏡(SEM)等現(xiàn)代分析測試手段，對MCC、MMCC和MCC/SBR復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征。研究結(jié)果表明:
　　 (1)通過用激光粒度儀對不同硫酸水解廢舊棉纖維工藝制備MCC的粒徑和粒徑分布分析發(fā)現(xiàn)，最佳水解工藝是硫酸濃度8％、水解時(shí)間2h、溫度80℃，MCC的粒徑D50為23.60μm，粒徑分布主要在10μm～50μm范圍;采用5％的NaOH預(yù)處理廢舊棉纖維后再水解，MCC的粒徑D5

4、0為10.23μm，粒徑分布主要在5μm～70μm。XRD研究發(fā)現(xiàn)，棉纖維和水解后得到的MCC的XRD衍射角(2θ)主要集中在10～45°的范圍內(nèi)，具有典型的纖維素晶體Ⅰ結(jié)構(gòu);
　　 (2)MMCC的FT-IR譜圖在777、911、1260和3014cm-1處呈現(xiàn)紅外峰，這是ECNSL上環(huán)氧基的特征峰;MMCC在2850、2925、1601、1580cm-1也出現(xiàn)了峰，這些是改性劑上的長碳鏈和苯環(huán)的強(qiáng)峰，而對于MCC紅外譜圖上并

5、沒有出現(xiàn)，證明改性劑ECNSL成功接枝到了MCC粒子表面;MMCC和MCC的DTG圖譜顯示，MMCC的熱失重增加，這是MCC上接枝ECNSL長碳鏈和耐熱性降低的結(jié)果，這也間接地說明ECNSL成功接枝到了MCC粒子上。MMCC的SEM表明，MCC經(jīng)過ECNSL改性后粒徑變小，顆粒變得蓬松;
　　 (3)在20～50phr范圍內(nèi)，隨著MCC用量的增加，MCC/SBR復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度和拉斷伸長率呈下降趨勢，硬度和撕裂強(qiáng)度不斷增加;與

6、加入MCC相比，MMCC填充SBR膠料的加工性能和綜合力學(xué)性能提高，其中經(jīng)12.5wt％ECNSL改性的MMCC增強(qiáng)效果較佳;添加了MMCC試樣的最小扭矩和最大扭矩都比白炭黑小，且隨改性劑ECNSL用量的增加而減小。但隨著ECNSL用量增加，膠料的焦燒時(shí)間(t10)和正硫化時(shí)間(t90)有所增加;
　　 (4)DMA分析結(jié)果表明，分別添加MMCC和白炭黑的復(fù)合材料在60℃附近的tanθ差不多，添加MMCC的復(fù)合材料在0℃附近的t

7、anθ較大，說明它比添加白炭黑的SBR膠料有更好的抗?jié)窕?但是，添加MMCC的SBR膠料的阿克隆磨耗較添加白炭黑的膠料稍大;
　　 (5)在0～10.0phr用量范圍下，隨著增容劑ECNSL、60NSF（脂肪烴樹脂為主要成分的混合物）、SBR-g-MAH（丁苯橡膠接枝的馬來酸酐）和RX-80（二甲苯甲醛樹脂酯化后的大分子酯類混合物）用量的增加，MCC/SBR復(fù)合材料的硬度和300％定伸應(yīng)力不斷降低，拉伸強(qiáng)度和撕裂強(qiáng)度均出現(xiàn)一個(gè)