海鞘纳米微晶纤维素/橡胶复合材料的制备及研究

【作者】 曹黎明； 徐传辉； 陈玉坤；

【机构】 华南理工大学机械与汽车工程学院；

【摘要】 近些年,纳米微晶纤维素(CNs)因其高强度、高模量、可再生等一系列的性能特点而尤其受到人们关注。目前关于CNs在聚合物中的应用已有大量研究,本课题组前期开展了CNs补强橡胶、发泡橡胶的研究1-3。但是这些研究大都基于源于陆生资源(如棉花、剑麻、木材等)的CNs的提取,而对源于海洋资源的关注相对较少。海鞘是目前己知的唯一可以生产纤维素的海洋动物,而且具有长径比高、力学性能优异等独特优势4。近3年来,我们开展了源于海洋动物——海鞘纳米微晶纤维素(t-CNs)在橡胶中的应用研究。首先,基于t-CNs表面具有大量羟基的特点,我们通过对NR胶乳进行环氧化改性制得环氧化天然橡胶(ENR),利用环氧基团与t-CNs表面羟基的氢键作用实现了t-CNs对ENR的补强,而且发现具有更高长径比的t-CNs(～75)相比长径比较低的棉花CNs(c-CNs,～15)具有更优异的补强效果5。然后,通过一锅法工艺,即t-CNs与NR共混均匀后进行环氧化改性,进一步提高了t-CNs与ENR之间的界面相互作用,从而实现对ENR的高效补强6。进而利用氢键高反应活性的特点,采用马来酸酐对t-CNs进行接枝改性,通过引入的羧基与环氧基团之间的反应及含氧官能团之间的氢键作用,在ENR/t-CNs复合材料内部构建氢键和化学交联双重交联网络,实现t-CNs同时补强和交联ENR的双重目的。考虑到氢键的动态可逆性,在制得ENR/t-CNs复合材料的基础上,我们进一步对其自愈合行为进行了研究。结果表明:通过添加20phr的t-CNs,ENR的拉伸强度达到4.04MPa,自愈合效率高达90%以上,远高于纯ENR的1.15MPa和68%7。更多还原