“实践是检验真理的唯一标准”。“科学技术是第一生产力”。将科学技术转化为生产力,将科研成果转化为工业化产品是我国经济发展的客观要求。科技成果产业化是“十五”期间国家发展和扶持重点之一。层状硅酸盐/橡胶纳米复合材料(NC)的产业化技术是国家“十五”科技攻关项目之一。因此开展层状硅酸盐/橡胶NC的工业化技术研究具有重要的理论和实践意义。 “黏土晶层悬浮液/橡胶乳液互穿纳米复合技术”(简称“乳液法”)是张立群教授等提出的一种简便高效的纳米复合技术,也是制备层状硅酸盐/橡胶NC的重要方法之一。作者首先对该方法实验室制备技术的机理进行了系统研究,全面表征了所制备的材料的结构,并基于蒙脱土(MMT)/丁苯橡胶(SBR)、MMT/天然橡胶(NR)、累托石/SBR、累托石/丁腈橡胶(NBR)和累托石/NR等NC进行了结构与性能研究,在此基础上进一步进行了结构与工艺设计,优化了材料性能,最终将上述实验室研究成果应用于生产实际,实现了千吨级层状硅酸盐/NR NC生产线的试生产,同时又初步建立了千吨级累托石/SBR NC工业化生产线。为层状硅酸盐/橡胶NC在橡胶行业中的大量应用提供了物质基础。 借助X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)研究了MMT在水中的分散、与胶乳混合和絮凝的过程与状态以及最终形成的结构,分析了影响最终材料结构与性能的主要因素。分析认为,制备过程主要分为层状硅酸盐的水化,层状硅酸盐水悬浮液与橡胶乳液的混合以及共絮凝等三个步骤,其中层状硅酸盐的水化是前提与保障,而共絮凝是核心,絮凝剂的选择对材料的结构与性能有重要影响。 XRD和TEM分析显示,絮凝后形成的NC微观结构为“隔离型”(separatedstructure)结构,即分散相基本单元包括部分完全剥离的单片层,以及层间为絮凝剂离子而无高分子插入的纳米晶束,其厚度尺寸统计平均在1～20nm;填料含量增大分散相基本分散单元厚度变化很小,这些基本分散单元的尺寸可能与组成原层状硅酸盐矿物的基本单元有一定的联系。 采用XRD和TEM研究了加工过程对层状硅酸盐/橡胶NC分散状态的影响。结果发现,在开炼机混炼过程中MMT沿加工方向平面取向;加工过程会引起基本分散单元的搭接聚集,但很少发生紧密聚集(排出橡胶大分子形成晶体的聚集方式)。这种加工聚集现象的发现为解释层状硅酸盐/橡胶NC的结构与性能关系提供了重要结构信息,文中尝试讨论了这种聚集可能的原因与影响因素、对材料性能的影响以及处理措施。