淀粉是可再生并可生物降解的天然高聚物,具有对橡胶补强的潜力,且来源广泛、产量高而成本低,若能发展为橡胶的主增强剂或辅助增强剂,将为橡胶工业带来巨大的经济效益和社会效益。然而,淀粉的大粒径、高内聚能以及软化点高等特性使淀粉补强橡胶的研究进展缓慢。接枝改性是降低淀粉内聚能、增强淀粉与其他聚合物相容性的有效途径,因此在理论上可以提高淀粉对于橡胶的补强效果,但相关研究鲜有报道。因此,本论文所开展的接枝淀粉补强天然橡胶的研究具有重要的科学意义与社会意义。 本论文主要开展了两方面的工作：一是通过接枝共聚合反应以及共聚物结构与性能的研究研制出理论上适合于补强天然橡胶的接枝淀粉；另一方面是通过对制备方式、材料结构与材料性能的系统研究发现接枝淀粉补强天然橡胶的有效途径。 首先,本论文提出了淀粉接枝共聚合反应的低浓度单体高温聚合的思路(LCM-HRT-GCST,简称LHG思路)。在此基础上,系统地研究了淀粉-BA以及淀粉-BA/MMA在水溶液中以过硫酸铵(APS)为引发剂的接枝共聚合反应。然后,采用FTIR、SEM、LS、XRD、DSC、TG等现代仪器对淀粉接枝共聚物的结构与性能进行了研究和分析。为更好地了解低单体浓度下的接枝共聚合情况,发展了测试共聚合接枝参数的FTIR法。 接着,本论文探索了接枝淀粉补强NR复合材料的制备方法,通过正交实验、均匀设计实验以及单因素实验考察了制备方法、接枝共聚合条件以及原料用量对复合材料力学性能的影响,并采用XRD、SEM、DSC、RPA、TG、DMA等仪器结合交联密度测试表征和分析了接枝淀粉/天然橡胶复合材料的结构和性能。最后,分析了接枝淀粉补强天然橡胶的原因。 结果表明,LHG思路是提高单体在淀粉上接枝的有效途径：当浓度为0.1M左右的BA单体在80℃的淀粉糊中以0.006～0.010M的APS引发,超过90％的BA可以在0.5～1h内接枝到淀粉上；一定用量的MMA还可与BA产生协同作用,使MMA/BA在淀粉上的接枝共聚更快、更高效。由于LHG思路综合了淀粉的接枝改性和湿热改性,接枝侧链能够更好地分布到淀粉颗粒的表面和内部,因此接枝共聚有效地改变淀粉的形态、结晶作用以及热性能：淀粉接枝共聚物的软化点和内聚能大大降低,与天然橡胶的相容性则得到了大幅度的提高。这样,接枝淀粉在机械混炼和热硫化过程中易于破碎、软化熔融、扩散并与天然橡胶发生缠结,因此在天然橡胶中达到了亚微米级的分散和良好的界面结合,实现了接枝淀粉补强天然橡胶的目的。这些接枝淀粉补强的NR复合材料还具有以下一系列的优势：低至1phr的单体投料或高至22.5phr的淀粉用量仍可使接枝淀粉/NR复合材料具有优于NR的综合力学性能；其次,接枝淀粉/NR复合材料能提高胶料用作轮胎时的抗冰/湿滑性,同时降低或维持其滚动阻力；第三,不同的接枝侧链PBA和PMMA具有明显不同的补强特性,共聚侧链则可综合两者的补强特点并在一定用量比下达到协同效果；最后,接枝淀粉还能提高淀粉/NR复合材料的加工性能、硫化性能以及耐热空气老化性能。