白炭黑由于价格低廉且可以提高轮胎的抗湿滑性能和降低轮胎的滚动阻力,已经被广泛用于制备绿色轮胎橡胶纳米复合材料。然而,白炭黑表面存在大量的羟基,在橡胶基体中容易团聚导致橡胶性能差,需要对其表面进行处理来降低羟基间的作用力,提高白炭黑在橡胶材料中的分散。硅烷偶联剂可与白炭黑表面羟基反应,并接枝到橡胶主链上,可大幅度改善白炭黑补强橡胶材料的性能,是橡胶工业中主要应用的白炭黑表面改性剂。然而,硅烷偶联剂对白炭黑进行改性时,会产生大量的乙醇,全球每年轮胎生产中产生的乙醇量可达到130000立方米。因此,开发不产生挥发性有机物(VOCs)的新型白炭黑用改性剂具有重要的意义。本论文基于以上研究背景展开,主要研究内容如下:在第二章中,基于环氧基团和羟基反应不产生VOCs的特点,利用环氧大豆油(ESO)作为白炭黑的表面分散剂,与双-[γ-(三乙氧基硅)丙基]四硫化物(TESPT)并用,在不影响橡胶性能的前提下减少TESPT的用量从而降低VOCs排放。利用ESO取代TESPT制备了白炭黑/天然橡胶纳米复合材料,研究了 ESO不同取代量对白炭黑分散和橡胶性能的影响,明确了两者并用产生的协同作用机制。热失重分析(TGA)结果表明,白炭黑和ESO在150℃下反应20分钟后,85%的ESO都化学接枝在了白炭黑表面。橡胶加工分析(RPA)测试结果表明,在ESO和TESPT的协同作用下,白炭黑填料分散优于TESPT单独使用的天然橡胶材料。当ESO取代29%的TESPT时,不但减少了 VOC排放,而且橡胶复合材料的静态力学性能和动态机械性能有明显提升。第三章在第二章的基础上,为了实现白炭黑改性时完全没有VOCs产生的目标,制备了一种基于大豆油分子结构的低环氧度环氧大豆油(L-ESO)分子,L-ESO分子结构中同时含有环氧基团和双键。其中,环氧官能团用于与白炭黑的羟基反应,双键用于和橡胶分子链中的双键发生交联反应,从而实现白炭黑和橡胶分子链间的化学结合,制备了 L-ESO改性的白炭黑/天然橡胶复合材料。RPA测试结果表明,L-ESO能有效促进白炭黑填料在橡胶中的分散。硫化特性和机械性能结果表明,L-ESO的双键会消耗硫磺,导致改性的橡胶纳米复合材料的交联密度变小,物理机械性能变差。通过提高材料配方中硫化体系用量,可以获得合适的交联密度,L-ESO改性的纳米复合材料的静态和动态机械性能也有明显的提高。第四章设计合成了含有环氧官能团和多硫键的新型环保偶联剂双环氧丙基多硫醚(BEP),利用多硫键与橡胶主链双键发生反应,可避免上一章中偶联剂双键对交联密度的影响。BEP用作白炭黑/溶聚丁苯橡胶复合材料的偶联剂,与TESPT进行了比较。TGA以及结合胶结果显示,BEP能建立白炭黑和橡胶间的化学结合,从而形成强烈的界面作用,这有利于白炭黑橡胶纳米复合材料机械性能的提高。根据透射电镜以及RPA的结果,BEP能够有效的促进白炭黑在橡胶基体中的分散。我们对用BEP进行改性的橡胶纳米复合材料进行了静态机械性能以及动态机械性能的表征,结果显示,BEP可以有效提高材料的300%定伸强度和增强因子。此外,我们还发现BEP和TESPT对于白炭黑改性有协同作用,同时使用两者对白炭黑进行改性可以使得纳米复合材料具有十分优异的性能,可用来制备具有更高能效的绿色轮胎。