随着能源日益紧张和环境问题凸现,环保、节能、高性能化、低成本化成为未来橡胶发展的方向,具有高抗湿滑性、低滚动阻力、低生热、耐磨等全面综合性能的橡胶成为人们追求的目标。本文从调控填料分散、加强橡胶-填料作用思路入手,通过硫醇-烯点击化学设计合成多种支化/梳形溶聚丁苯橡胶(SSBR)模型分子,研究其炭黑/白炭黑复合材料与性能,以实现橡胶的高性能化。本论文的主要研究内容和成果如下:1.支化/梳形聚丁二烯和丁苯橡胶的合成及炭黑复合体系性能研究。采用乙硫醇、己硫醇、十二烷基硫醇和十八烷基硫醇点击制备了聚丁二烯和丁苯聚合物,研究了接枝率的影响因素及其规律,通过改变硫醇种类、反应时间、反应温度、反应比例等实现了对支化/梳形聚合物结构控制。模型聚合物的热学性质研究发现,随着接枝碳链长度由2增大到6、12,再增大到18,聚合物玻璃化温度呈现升高、降低、再升高的变化趋势,18碳侧链接枝聚合物最终出现了结晶,熔融温度为7℃～29℃;接枝密度由0增大到350,含2、6、12个碳侧链的支化/梳形聚丁二烯的玻璃化温度分别提高13℃、降低5℃、降低14℃。炭黑增强接枝丁苯橡胶的研究表明,混炼胶门尼粘度由于分子侧链的内增塑作用降低55%～72%,Payne效应明显减弱,侧链长度对其影响较小;由于支链引入,橡胶内聚能密度降低,硫化胶交联密度降低,断裂伸长率增大,且随着接枝密度增大愈发显著。2.官能化支化/梳形丁苯橡胶的合成及白炭黑复合体系性能研究。采用3-巯基丙醇、6-巯基己醇、3-巯基丙酸、11-巯基十一烷酸、3-巯丙基三乙氧基硅烷等双官能团硫醇设计制备了多种结构的官能化支化/梳形丁苯橡胶分子,并采用传统加工工艺将这些模型橡胶分子与白炭黑复合加工,对其性能进行了系统研究。研究表明,基于橡胶分子基体的链中官能化接枝改性橡胶/白炭黑复合体系结合胶含量提高125%～290%,Payne效应大幅削弱,从而使得拉伸强度、抗湿滑性、滚动阻力均得到改善,接枝密度为70个支链/聚合物的羧基官能化橡胶的拉伸强度达26 MPa,tan δ(0℃)增大到1.23,tan δ(60℃)为0.086,接枝密度为70个支链/聚合物的硅氧烷基官能化橡胶的tan δ(0℃)增大184%,tan δ(60℃)减小13%。在改善填料分散的效果上链中官能化接枝改性要明显优于Si69等小分子硅烷偶联剂,可实现对填料的原位改性且所用官能团用量减少三倍。随着橡胶网络与白炭黑相互作用方式由氢键、氢键/共价键合、共价键合依次增强,填料分散程度按羟基、羧基、硅氧烷基接枝橡胶基体的顺序逐渐提高,Payne效应减弱。同种官能化的支化/梳形丁苯橡胶复合材料的交联密度增加,断裂伸长率减小,表明过强的橡胶-填料作用亦不利于提升橡胶综合性能。接枝侧链长度对填料分散和橡胶性能的影响较小。3.湿法球磨接枝改性白炭黑及其增强未接枝SSBR性能研究。将羧基、硅氧烷基接枝SSBR支化/梳形丁苯聚合物在环己烷中与白炭黑球磨,制备了 SSBR接枝改性白炭黑,进而将其与未接枝SSBR采用传统共混工艺复合,对橡胶复合材料性能进行了研究。结果表明,Payne效应减弱、白炭黑分散性提高,从而使得拉伸强度、撕裂强度、抗湿滑性、滚动阻力均得到改善。过多的羧基、硅氧烷基接枝SSBR支化/梳形丁苯聚合物在改善填料分散的同时会使物理机械性能和抗湿滑性能降低,滚动阻力增加。该湿法球磨接枝改性方法,羧基、硅氧烷基接枝SSBR支化/梳形丁苯聚合物对改善白炭黑分散和橡胶综合性能的作用效果相差不大。