【摘 要】
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微晶纤维素（MCC）具有较完整的结晶结构和较大的长径比,使其拥有优异的机械性能,因此,可以用作橡胶的绿色补强填料。但由于微晶纤维素表面存在大量的羟基（-OH）基团,因而表现出强极性,而与非极性的天然胶乳（NRL）基体间的界面相互作用较弱,影响了其对橡胶的补强效果。本文选用聚多巴胺层包覆改性来遮蔽微晶纤维素表面的亲水性羟基基团的方法,和离子液体预处理来破坏微晶纤维素分子内与分子间的氢键网络结构的方式
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微晶纤维素（MCC）具有较完整的结晶结构和较大的长径比,使其拥有优异的机械性能,因此,可以用作橡胶的绿色补强填料。但由于微晶纤维素表面存在大量的羟基（-OH）基团,因而表现出强极性,而与非极性的天然胶乳（NRL）基体间的界面相互作用较弱,影响了其对橡胶的补强效果。本文选用聚多巴胺层包覆改性来遮蔽微晶纤维素表面的亲水性羟基基团的方法,和离子液体预处理来破坏微晶纤维素分子内与分子间的氢键网络结构的方式,来减少MCC粒子-粒子间的聚集,降低其强极性,并以天然胶乳为基体,通过胶乳共混的湿法工艺制备了拥有优异性能的天然胶乳/微晶纤维素（NRL/MCC）复合材料。通过ATR-FTIR、XPS、TGA、XRD等表征方法研究了微晶纤维素和聚多巴胺以及离子液体之间的相互作用;通过微观形貌特征、佩恩效应、硫化性能、交联密度、力学性能以及溶胀指数等表征方法来研究聚多巴胺作为改性剂来改善微晶纤维素在天然胶乳基体中的分散性以及提高填料-橡胶基体之间的界面相互作用力;通过活化能、硫化特性、交联密度、力学性能、扫描电镜以及动态力学性能等表征方法考察了离子液体作为多功能助剂对微晶纤维素补强天然胶乳复合材料性能的影响。研究结果如下:（1）ATR-FTIR、XPS和TGA测试表明:多巴胺能够在碱性条件下自氧化形成具有超强黏性的聚多巴胺而包覆在微晶纤维素表面;离子液体与微晶纤维素之间存在强烈的静电相互作用力。XRD分析显示:聚多巴胺包覆改性和离子液体预处理的方法,并不会破坏微晶纤维素的晶体结构,整个反应仅在MCC表面进行。（2）将聚多巴胺层包覆微晶纤维素的修饰手段引入到天然胶乳/微晶纤维素复合材料（NRL/MCC/PDA）的制备过程中,结果表明:相比于NRL/MCC体系,聚多巴胺的存在可以有效地降低MCC填料的网络化程度,使得NRL/MCC/PDA复合材料的佩恩效应减弱,改善微晶纤维素在NRL基体中的分散,提高复合材料的力学性能。硫化性能显示,NRL/MCC/PDA混炼胶的ML值下降,MH-ML差值增大,填料-填料相互作用减弱,填料-天然胶乳基体间的相互作用提高,交联的程度加深。复合材料的Qf/Qr分析结果来看,在PDA作为改性剂的存在下提高了非极性的NRL基质与极性的MCC填料之间的有效相互作用,所以NRL/MCC/MCC复合材料的Qf/Qr值相比于NRL/MCC体系略有下降。（3）将绿色溶剂离子液体作为多功能助剂引入到天然胶乳/微晶纤维素复合材料的制备过程中,结果显示:相比于NRL/MCC体系,天然胶乳/微晶纤维素/离子液体（NRL/MCC/IL）复合材料混炼胶的焦烧时间t10和正硫化时间t90,随着IL添加量的增加而明显缩短,硫化速率常数k逐渐增大,活化能降低,交联密度先增大后减小。机械性能分析结果显示,NRL/MCC/IL复合材料硫化胶的力学性能较NRL/MCC体系均得到明显提高;微观形貌分析结果显示,加入IL的NRL/MCC复合材料中微晶纤维素与橡胶基体间的接触面变得模糊,分散较均匀,大部分MCC都包埋在NRL基体中;利用Ayala参数定量的进行MCC/NRL基体界面相互作用的计算,结果表明,添加适量离子液体的NRL/MCC/IL复合材料的I值大于原始微晶纤维素填充天然胶乳复合材料体系,这说明在离子液体预处理后的微晶纤维素-天然胶乳基体界面之间的相互作用力更强。
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