[发明专利]一种木质素/丁腈橡胶复合材料及其制备方法

说明书

本发明属于橡胶材料技术领域，公开了一种木质素/丁腈橡胶复合材料及其制备方法。本发明的复合材料由包括以下质量份的组分反应得到：100份丁腈橡胶、10～100份木质素、1～15份反应性相容剂、0～15份改性剂A、0～10份改性剂B、5～15份硫化助剂。本发明可通过调节木质素、反应性相容剂、改性剂A及改性剂B的用量获得不同力学性能的复合材料，其拉伸强度可为10～30MPa，断裂伸长率为250～800％。本发明通过反应性相容剂、改性剂的作用，在木质素与丁腈橡胶相界面间构建非共价键连接的能量牺牲键作用，获得优良的综合力学性能，实现木质素对橡胶既增强又增韧，克服了因相容性差而导致复合材料物理性能差的问题。

技术领域

本发明属于橡胶材料技术领域，特别涉及一种木质素/丁腈橡胶复合材料及其制备方法。

背景技术

木质素是植物中仅次于纤维素的第二大生物质资源，被誉为21世纪可被人类利用的最丰富的绿色资源之一。橡胶是国民经济与高科技发展不可或缺的重要材料，用途非常广泛。橡胶产品在制造过程中，需要添加大量的补强/填充剂(例如炭黑等)以提高其物理机械性能。同时，橡胶本身的抗热氧老化和抗紫外老化性能不足，目前最常用的方法是加入小分子的抗氧剂和光稳定剂，如受阻酚类、受阻胺类等，但存在迁移、抽出、具有一定毒性且会造成环境污染等问题。

木质素可降解、无毒害，是具有芳环结构的天然高分子化合物，其分子中的苯环、酚羟基等特征结构使其具有优异的抗紫外辐射与抗老化性能[Green Chem.,2015,17(1):320.]。利用木质素代替炭黑来制备具有优良抗紫外、抗老化性能的木质素/橡胶复合材料，不仅可以降低橡胶材料的成本，同时对于推动生物质资源的有效利用及高分子材料的绿色化发展均具有重要意义。

丁腈橡胶，简称NBR，由丁二烯与丙烯腈乳液共聚而制得的一种合成橡胶，耐油性极好，耐磨性和耐热性较好，粘接力强，广泛用于汽车、航空航天、石油开采、石化、纺织、电线电缆、印刷和食品包装等领域。其缺点是耐低温性差、耐臭氧性及抗紫外老化性能差。由于木质素本身的特殊结构和性质，在木质素/NBR共混体系中，木质素可以起到加工稳定剂、抗短波长紫外光剂、降解引发剂和其他稳定剂的作用。但是，由于木质素分子中含有大量的多酚和醌式结构使其分子间作用力强，极易团聚，导致其与橡胶基体相容性差并且不易分散[合成橡胶工业,2001,24(1):51.]。

虽然国内外已有大量木质素与橡胶共混制备复合材料的研究报道，但大部分制备出来的复合材料性能不佳，并且对木质素改性步骤繁琐、成本较高，不利于工业生产与应用。Naskar等人[Green Chem.,2016,18(20):5423.]在木质素与NBR高温混炼过程中引入过氧化物引发剂，使木质素与橡胶界面间形成一定的化学键，同时添加超高分子量的聚氧乙烯醚作为相容剂，所得复合材料的拉伸强度有所提高，但断裂伸长率未见改善。He Hui等人[J Appl Polym Sci.,2015,132(23):42044；J Appl Polym Sci.,2016,133(4):42922.]向提纯的木质素中加入10wt％的水，再在160～180℃高温下与环氧化的天然橡胶共混，木质素上的羟基与环氧官能团发生反应，在木质素用量达到约30wt％时，复合材料拉伸强度和断裂伸长率分别达到12MPa和400％。但是，过多的化学键连接会使木质素纳米粒子无法在橡胶基体中产生滑移耗散能量，导致复合材料的断裂伸长率减小，韧性降低。因此，如何进一步提高木质素与橡胶基体的界面相容性，实现木质素对橡胶既增强又增韧的效果，是当前研究急需解决的重大难点。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种木质素/丁腈橡胶复合材料。

本发明另一目的在于提供一种上述木质素/丁腈橡胶复合材料的制备方法。

本发明的目的通过下述方案实现：

一种木质素/丁腈橡胶复合材料，由包括以下质量份的组分反应得到：