基于可逆共价键构筑自修复和可重塑橡胶纳米复合材料

基本信息
批准号:51803048
项目类别:青年科学基金项目
资助金额:26.00
负责人:王延鹏
学科分类:
依托单位:河南大学
批准年份:2018
结题年份:2021
起止时间:2019-01-01 - 2021-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:任艳蓉,刘杰,徐先魁,唐源
关键词:
自修复纳米二氧化硅橡胶可逆共价键可塑加工
结项摘要

Reinforcement, recycling and functional application are three important issues in rubber science and engineering. Traditional rubber products exhibit irreversible covalent cross-linking network, which make the recycling and self-healing of rubber products inherently difficult. In this project, nano-silica, for high-performance rubber, is chosen as filler. Carboxyl groups is grafted onto the surface of nano-silica. Dynamic reversible covalent bonds are constructed between the rubber molecules and at the filler-rubber interface simultaneously through the interaction between the epoxy groups and carboxyl groups. To meet the growing demand for high-performance materials, nanofiller (silica) is incorporated into rubber to improve the mechanical properties. Transesterification reactions at elevated temperature is used to introduce the self-healing and recycling abilities. The constructed method and relationship between structure and properties of modified nano-silica will be intensive verified. Moreover, the structure of reversible covalent bond and its factors and rules on the dynamic reversible interface will be investigated. At last, the influence of dynamic reversible bonds on the self-healing and recycling properties of rubber composite will be explored. The implementation of this project will realize the reinforcement, recycling, and self-healing of general rubber and provide theoretical guidance and technical approaches for production and application of high-performance rubber.

实现交联橡胶的可塑加工、增强和拓展其功能性应用是橡胶科学与技术领域面临的三个重要问题。传统橡胶制品由于共价交联网络的不可逆,不具备重塑加工和自修复功能。本项目拟环氧化天然橡胶为主要研究对象,高性能橡胶填料纳米二氧化硅为载体,通过分子设计,在其表面构筑羧基功能基团,基于羧基与环氧基间的酯化反应,在橡胶分子间、橡胶基体-纳米填料间构建多重动态可逆共价键。基于纳米填料的补强效应,实现橡胶的增强。利用动态共价键的可逆性,赋予橡胶可塑加工和自修复功能。系统研究有机官能团在纳米二氧化硅表面的构筑方法及构效关系;深入探讨橡胶分子间、基体-纳米微粒之间共价键的构成及其对动态可逆界面的作用规律;阐明可逆共价键对橡胶纳米复合材料可塑加工和自修复功能的影响机制。通过本项目的研究,实现化学交联橡胶的增强、可塑加工和自修复,为高性能功能化橡胶的生产和应用提供理论依据及新的技术途径。

项目摘要

本项目针对传统橡胶制品中共价交联网络的不可逆,不具备重塑加工和自修复功能,设计制备羧基改性二氧化硅,通过环氧化天然橡胶环氧基和羧基化纳米二氧化硅羧基间的酯化反应,在橡胶分子间、橡胶-填料界面处构建可逆酯键。基于纳米填料的补强效应,在实现橡胶纳米复合材料增强,利用酯键的可逆性赋予橡胶可塑加工和自修复功能。取得的主要结论如下:.成功在二氧化硅表面引入大量的羧基,其羧基含量为1.23mmol/g。二氧化硅表面的羧基与环氧化天然橡胶(ENR)分子链上的环氧基团在高温下发生反应,在两者界面生成β-羟基酯共价交联键,实现二氧化硅同时补强和共价交联ENR的双重目的,共价交联键的形成有利于改善二氧化硅的分散性。为提高性能,构建更多可逆酯键,加入葵二酸作为交联剂,复合材料的拉伸强度随填料用量增加而增大。添加40phr的二氧化硅,复合材料的强度较纯ENR提高了4.5倍。基于界面羟基酯在高温下的动态交换特性,复合材料同时具有高温重复加工和自修能力。当断面在180℃下愈合3h后,愈合样品仍然可以承受较大的应力而不断裂,表现出优异的自愈合能力。.本项目通过有机-无机界面设计实现传统化学交联橡胶纳米复合材料的增强、可塑加工和自修复。在橡胶分子间、橡胶-填料界面处构建动态共价键,基于纳米填料的补强效应和共价键交联,在实现橡胶纳米复合材料的增强,利用动态共价键的可逆特性赋予其可塑加工和自修复功能,为通用橡胶的高性能化和功能化提高新思路和理论指导。

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

基于一维TiO2纳米管阵列薄膜的β伏特效应研究

基于一维TiO2纳米管阵列薄膜的β伏特效应研究

DOI:10.7498/aps.67.20171903
发表时间:2018
2

内质网应激在抗肿瘤治疗中的作用及研究进展

内质网应激在抗肿瘤治疗中的作用及研究进展

DOI:10.3969/j.issn.1001-1978.2021.12.004
发表时间:2021
3

上转换纳米材料在光动力疗法中的研究进展

上转换纳米材料在光动力疗法中的研究进展

DOI:
发表时间:2017
4

污染土壤高压旋喷修复药剂迁移透明土试验及数值模拟

污染土壤高压旋喷修复药剂迁移透明土试验及数值模拟

DOI:10.11908/j.issn.0253-374x.19265
发表时间:2020
5

线粒体自噬的调控分子在不同病生理 过程中的作用机制研究进展

线粒体自噬的调控分子在不同病生理 过程中的作用机制研究进展

DOI:10.3969/j.issn.1007-6948.2019.05.044
发表时间:2019

王延鹏的其他基金

批准号:81300165
批准年份:2013
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目

相似国自然基金

1

基于动态热可逆共价键的自修复型高分子及其复合材料

批准号:51333008
批准年份:2013
负责人:章明秋
学科分类:E0305
资助金额:300.00
项目类别:重点项目
2

基于双重可逆非共价键构筑高强高韧室温快速自修复弹性体及性能研究

批准号:21905227
批准年份:2019
负责人:李春梅
学科分类:B0511
资助金额:26.00
项目类别:青年科学基金项目
3

基于生物质纳米晶杂化石墨烯构筑橡胶复合材料及协同效应机制研究

批准号:51773103
批准年份:2017
负责人:段咏欣
学科分类:E0304
资助金额:58.00
项目类别:面上项目
4

具有“隔离结构”的硅橡胶/石墨烯纳米复合材料的分子层级构筑

批准号:51703111
批准年份:2017
负责人:赵帅
学科分类:E0304
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目