本征荧光光谱方法研究橡胶硫化网络结构的形成及其演变过程

The intrinsic fluorescence method was used to study the vulcanized rubber network structure, the network formation process of integrated rubber SIBR during the vulcanizing process was studied at the molecular level and the formation mechanism was investigated. The main research contents are follows: 1. The production mechanism of intrinsic fluorescence spectra is discussed by studying the influence of the formula system, processing parameters on the intrinsic fluorescence spectra. The study is focused on the structure, the absorption properties of SIBR and their effect on fluorescence intensity, then the association between spectral parameters and the polymer structure is established; 2. Fluorescence spectra changes during the vulcanizing process are analysised, the network formation rate and activation energy are determined to build the kinetics and thermodynamics models and reveal the formation mechanism of SIBR network; 3. The results obtained from the study of intrinsic fluorescence method are confirmed combined with FTIR, vulcanization curve and other methods. So a real-time tracking, high sensitivity, simple and fast spectroscopic method for investigating the vulcanization process are established. The project reveals the network structural changes and provides more rich, deep-level microscopic information for vulcanization process of SIBR. The project will lay theoretical foundation for the application of SIBR, moreover it will expand the polymer characterization techniques.

本项目将本征荧光光谱方法引入到橡胶网络结构的研究中，拟通过跟踪模型聚合物集成橡胶SIBR硫化过程中本征荧光特征参数的变化规律，建立本征荧光特征参数与网络结构程度的相关性模型，对硫化过程中硫化网络的形成及演变机理展开研究。主要包括：1. 通过研究配方体系、加工工艺等影响因素对荧光光谱的影响，探讨集成橡胶SIBR本征荧光光谱的产生机制并建立光谱特征参数与硫化网络结构之间的关联。2. 采用本征荧光光谱对硫化过程中网络结构的形成和演变过程进行跟踪研究，揭示硫化网络演变机理，并对其进行动力学定量计算。3. 结合原位红外光谱，硫化仪等研究方法对本征荧光光谱方法的结果进行佐证，建立一种可实时跟踪硫化网络变化过程的无需标记、高灵敏度、简单快速的光谱学方法。本项目为硫化网络的研究提供更丰富的微观结构信息，同时也将建立一种表征硫化网络变化过程的新方法。

硫化是橡胶加工过程中最关键的技术环节之一，其实质就是橡胶线形大分子的网络结构化过程。通过这一过程才使橡胶变成具有重大应用价值的工程材料，从而使其在许多重要部门和现代尖端科技如交通、能源、航天航空及宇宙开发的各个方面都可以发挥重要作用。硫化过程中硫化网络的形成与演变过程是橡胶材料得以应用的必经之路，也是本项目的着眼点。目前橡胶对于橡胶硫化过程的研究主要对其宏观性质进行表征，但是硫化过程中分子水平下网络结构及其微观环境的变化仍然了解较少。本项目将本征荧光光谱引入到橡胶硫化过程的表征过程中，对硫化过程中分子链本身结构、交联网络等演变过程进行了跟踪表征。本项目在对过氧化物硫化体系和硫磺硫化体系的橡胶复合材料生胶、混炼胶、硫化胶的本征荧光光谱进行表征的基础上，跟踪研究了硫化过程中荧光光谱特征参数随硫化过程的演变，对硫化温度、硫化时间、硫化剂及促进剂含量等因素对分子链的运动及网络结构的变化的影响进行了探讨，得到了不同硫化体系硫化网络的形成机理。同时采用本征荧光光谱方法跟踪研究了不同硫化体系在不同硫化温度下等温硫化的动态过程，分析了硫化速率和活化能，建立了测定橡胶硫化动力学的新方法。这些研究内容为硫化网络的表征及精准控制提供了更多理论支持。