橡膠/粘土納米復合材料的研究意義
時間:2006-03-03
橡膠納米復合材料，具有分散相尺寸達到納米級、分散相的表面積與體積比急劇增大的結構特點，他已經向人們展示了這類材料所具有的一系列優異的物理機械性能。以納米級分散的粘土無機片層，限制了橡膠的變形和阻礙了裂紋擴展，具有很好的補強效果，可代替傳統的炭黑和白炭黑補強，節約能源，減少污染，可廣泛應用于淺色制品，改變原來大部分橡膠制品的單一黑色性；同時由于粘土片層的比表面積較大，均勻分散的片層阻擋了氣體分子在膠料中的擴散，使其運動路徑大大延長了，同時，也降低了橡膠大分子的熱運動，減少了氣體在橡膠中的擴散和滲透系數；正因為這些結構特點，才使得橡膠/粘土納米復合材料（簡稱，PCN）在補強性、熱性能、阻隔性能、透氣性以及淺色性及透明性等方面都有優異的表現[1],其產品可廣泛應用于輪胎內胎、氣密層、薄膜、膠管、膠輥、膠帶、膠鞋等制品。
粘土是一類具有層狀結構的含水鋁硅酸鹽，其層間具有某種活性，適宜作為化學反應場所。正因為粘土礦物這種特殊的層狀結構，使其在橡膠納米復合材料中表現出優異的物理機械性能。況且粘土礦物與其他填料礦物相比，資源更為豐富，價格更低廉，這使得在工業化生產中制備橡膠/粘土納米復合材料方面具有很大的優勢。研制改性粘土、納米級粘土及其對橡膠的補強作用，制備高性能橡膠/粘土納米復合材料，既有利于降低成本，又可以為橡膠制品的白色或淺色化拓寬道路，節約能源，保護環境[2,3]，減少橡膠工業中的炭黑用量以緩解能源危機。因此，對橡膠/粘土納米復合材料的研究意義相當重大。
近年來，不論是微米級橡膠/粘土復合材料，還是納米級橡膠/粘土復合材料的研究都有升溫趨勢，特別是橡膠/粘土納米復合材料的研究已成為一個熱點。為粘土在橡膠工業中的應用注入了新的活力[4]。但橡膠納米復合材料作為一個嶄新的研究領域，對其研究可以說仍處于初級階段，理論上還不成熟，制備技術還不完善，對材料的復合機理、材料的結構及結構與性能的關系等方面還有待進一步探索。隨著研究的不斷深入、制備技術的進一步完善以及對結構與性能關系的更深層次的了解，橡膠粘土納米復合材料將會有突破性進展，屆時人們將能按照需要設計和生產出高性能和多功能的新型橡膠納米復合材料,展現出更加誘人的應用前景。總之，橡膠/粘土納米復合材料發展潛力很大,更細致、更深入的理論和應用實踐研究十分必要。
二 國內外研究現狀
國外對于聚合物基納米復合材料的研究較早，國內在1995年以前幾乎沒有報道，1995年以后這方面的研究比較多，在這一領域的科學研究比較集中的研究單位有豐田研究中心（Toyota Research Center）、美國康奈爾大學(Cornell University)、Michigan州立大學以及中國科學院化學研究所和北京化工大學，而在商業化產品開發方面有日本的豐田公司（Toyota）、宇部公司（Unitsika）、美國的南方粘土公司(Southern Clay)、Nanocor公司以及中國北京的聯科（NewNano）納米材料公司等。但是對于橡膠/粘土納米復合材料（PCN）的研究很少[5]。橡膠/粘土納米復合材料的制備方法和結構性能的表征在其應用研究中都致關重要，下面對國內外在橡膠/粘土納米復合材料的制備和表征方面的研究進展作一簡單的介紹。
