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自修复环氧天然橡胶和天然橡胶交联密度对自修复性能的影响

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自修复环氧天然橡胶和天然橡胶交联密度对自修复性能的影响


天然橡胶(NR)是一种源自巴西橡胶树的可再生资源,其力学性能通常优于合成橡胶。该材料具有高弹性、高拉伸强度和低发热;然而,它也具有低的耐油性和透气性。NR的1,2环氧化生成环氧化天然橡胶(ENR)改善了这些不利的性能,同时保留了NR的许多积极性能。ENR的商业存在两种形式,ENR25和ENR50,在顺-1,4-异戊二烯主链上分别含有25和50 mol%的环氧基。由于这些环氧基团的存在,ENR也比NR更具极性,这增加了其与更具极的组分(如二氧化硅)的兼容性,并具有实现各种二次改性的额外优点。在这种情况下,ENR具有从粘合剂到轮胎和其他汽车零部件的一系列应用。虽然它的结构和力学性能已经被研究了40多年,但它作为商业弹性体的潜力尚未完全实现。然而,最近人们对电动汽车轮胎的ENR越来越感兴趣,因为它在低滚动阻力材料方面有很大的潜力。聚合物材料的自我修复是一种非常理想的性能,它被定义为材料从物理损伤中恢复的能力。

ENR 可以使用与 NR 和其他橡胶(通常是硫或过氧化二异丙基)相同的已建立的化学反应进行硫化。由于酸催化环氧化物开环形成醚交联,用硫固化的ENR的老化特性较差,可以通过添加合适的碱来抵消。除了NR常见的这些固化方法外,还证明了ENR可以通过oxa-Michael反应用二羧酸或丙烯酸锌固化。这些固化方法避免了硫固化的缺点,也提供了通过交联剂的结构引入不同化学官能团的可能性。例如,Imbernon等人使用二硫代二丁酸作为交联剂引入了二硫化物键。这使得该材料在再加工后能够恢复其大部分机械性能,从而创造出具有部分回收能力的ENR。Cheng等人通过使用含有二硫化物桥的二胺和二羧酸固化剂的混合物进一步实现了这一点,从而产生了可实现98%自修复效率的自修复ENR。自愈是通过动态二硫化物桥实现的,该桥具有低键离解能,可促进二硫化物复分解反应。硫固化系统也可以实现自愈。Hernańdez等人研究了硫化NR中动态二硫/多硫交联的比例,得出的结论是,虽然该比例对自修复性能很重要,但主要的限制因素是硫含量,硫含量较低的样品达到了较高的自修复性能。

已确定ENR具有自愈性性能。例如,Rahman等人通过弹道测试确定,在与DCP轻度交联的ENR中,自愈合可以自动发生。这被认为是由于链间扩散和极性相互作用的协同作用。因此,发现ENR50在比ENR25更高的wt%DCP下自愈,因为它具有更大量的极性相互作用。一旦交联密度增加到一定值以上,材料就不能再自愈。因此,为了开发有用的材料,必须在保持良好的机....


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