袁晓芳 李慧 吴驰飞
华东理工大学材料科学与工程学院，上海，200237

    橡胶作为材料使用时，通常是用硫化等共价键交联的方法将线型高分子交联成三维网状高分子，同时还添加大量炭黑等无机物质和多种有机添加剂。交联后的橡胶是一种不熔、不溶的物质，很难再生利用；而且交联必需的硫化促进剂的杂环化合物多为致癌物质，严重影响人们的身体健康；此外，作为橡胶补强材料的炭黑在加工时极易飞散，也是一种污染物质。探索新的交联方法、废除炭黑使橡胶成为可再生利用的、与环境协调的材料一直是橡胶研究中的一个前沿课题。日本已有学者开始尝试用氢键自组装橡胶[1]，但由于氢键的键能小，氢键自组装橡胶的拉伸力学性能较差。本文提出了一种使用比氢键更强的金属固相配位键组装橡胶的新概念，即利用丁腈橡胶的可配位侧基（C≡N），与金属阳离子进行配位交联，从而创建一个全新的非共价键交联的NBR网络体系。该技术突破了配位聚合物溶液法[2-3]的局限，具有较好的实用性。

    图1显示了不同CuSO4含量对配位交联NBR拉伸性能的影响，可以看出，随着CuSO4含量的增加，强度先增后减，而伸长率基本上呈下降趋势。当CuSO4添加量为15份时所得自组装NBR的拉伸强度可达40MPa左右，伸长率仍保持400％左右。该结果表明金属配位自组装NBR具有很好的拉伸性能，明显优于通常的炭黑补强、硫化NBR。
    由于金属离子与C≡N的配位是在本体NBR中进行的，为使配位充分进行，须较高的温 度、较长的时间，显然这样不适合实际生产。这里我们考虑加入增塑剂邻苯二甲酸二辛酯（DOP）以改善NBR分子的运动性，从而缩短配位交联时间。图2表示加入DOP后的CuSO4/NBR拉伸性能的配位时间依存性。可以看出，随着配位时间从10min增加到20min，拉伸强度显著增大，但继续增加配位时间，拉伸强度的增加不大。故从实际应用来看，20min的配位是最合适的。金属配位交联的NBR的高强度大伸长的发现机理是非常复杂的，可能与配位过程中形成的不同尺度的相分离结构（如图3所示）有关。

参考文献
[1] Keisuke Chino, Makoto Ashiura. Macromolecules, 2001,34: 9201
[2] Izabel C.Riegel, Dimitrios Samios, Cesar L.Petzhold etc. Polymer, 2003,34:2117
[3] Eugene A.Lysenko, Tatiana K.Bronich, Elena V.Slonkina etc. Macromolecules, 2002,35:6344


论文来源:2004年全国高分子材料科学与工程研讨会论文集