功能橡膠是彈性體中的新型材料,它們除具備橡膠特有的高彈性外,還兼具不同的特殊功能。這類特殊功能是通過合成、共混、接枝及復合等物理、化學方法獲得的。這些特殊功能涉及很多方面,如力學方面的超高強度、超低硬度;與熱學有關的熱敏性;電學上的超導;光學上的光敏、光刻、光蓄;以及與生物學有關的仿生功能等。
一、功能化的途徑
為獲得特定功能,需通過如下的不同途徑:
通過化學合成和改性
1、合成 用化學合成的方法來獲取所需之功能。例如采用茂金屬催化體系,可合成阻尼效果大大超過丁基橡膠的彈性聚烯烴。
2、化學改性 采取鹵化、羧基化、環化等方法使原來的彈性體改性,得到易粘、易共混、耐油、耐熱的彈性體。例如,高間1,2聚丁二烯就是一種功能橡膠,其特殊之處是具有優異的透氣、透濕性,是理想的食品保鮮材料。
3、偶聯改性 在橡膠中引入活化度高的基團,再在兩端引入羥基,便能借助于大氣中的水分進行固化,從而大大簡化工藝。又如硅烷類偶聯劑與帶異氰酸端基的聚酯或聚醚反應,能生成建筑工程中大量應用的密封劑。
通過對結構和形態的控制
1、控制硫化結構 有意識地控制交聯結構和形態是實現橡膠功能化的另一主要途徑。硫黃P促進劑體系普遍用于各類制品,其優點是產品有較高的力學性能,但缺點是易返原,耐熱性較差。過氧化物交聯則有良好的耐熱、耐老化性,但物理性能較遜。如果把這兩種硫化體系的優點復合在一起,則可起到“互補”作用。例如,由0.48 份硫黃、1.3份DCP和0.5份促進劑NS組成的復合型硫化體系,由于某種原因加強了對硫化結構的控制,可制得各方面性能平衡的功能橡膠,滿足高力學性能、高抗環境并重的要求。
2、從硫化形態來控制 對橡膠的硫化形態進行控制,也是制備功能橡膠的途徑之一。總的趨勢是向動態硫化傾斜。具體地說,就是采用2 種或2 種以上熱力學不相容的聚合物構成不均勻多相形態,來實現多功能。在互不相容的微觀不均相的基礎上,使多種功能(有時甚至是對立的功能) 并存于功能橡膠之中。
二、功能橡膠的應用領域
超高物理性能 一般都采取橡塑共混法。例如,以氫化丁腈橡膠為基材,與ZMA (聚甲基丙烯酸鋅) 共混。以ZMA 作為分散相而得到納米級復合材料。在復合體中同時存在著HNBR 的自身交聯、ZMA 聚集和HNBR/ZMA 界面接枝反應,從而賦予材料以超高強度。
超低硬度 極低硬度也是某些制品所企求的特種功能。目前有一種制法是讓EPDM和大量的油共混,硬度可降到0～18 度(邵氏A) ,并具有抗壓縮變形、耐候、耐臭氧、耐熱性。作為密封材料,其密封性好于丁基膠。
自潤滑性 減少橡膠表面摩擦的通用辦法是在表面涂液態潤滑劑,其不良后果是會帶來污染。如改為添加固體潤滑劑,問題便可解決。以丁腈橡膠為例,不加任何潤滑劑的摩擦系數為2 ,添加固體潤滑劑后摩擦系數降至0. 7 ,且噪音也大幅度減輕。
電磁屏蔽 一般采取表面涂覆處理,把電磁波干擾降至低。所用的屏蔽材料多采用金屬粉末,均勻混入膠料中。
壓敏型 一般都是使導電橡膠兼具壓敏性,用于壓力傳感器。
光敏性 以環化橡膠添加偶氮類化合物制成,多用于半導體元件、集成電路。
形狀記憶 這是橡膠特有的功能,它建立在彈性復原的基礎上。目前廣泛用于包裝、電線、電纜接頭和終端絕緣保護。