“粘土晶层悬浮液／橡胶乳液互穿纳米复合技术”(简称乳液共混法)是张立群教授等提出的一种简便高效的纳米复合技术，也是制备层状硅酸盐／橡胶纳米复合材料的重要方法之一。本论文主要是基于乳液共混法制备了粘土／橡胶纳米复合材料(橡胶基体主要包括丁苯橡胶、天然橡胶，粘土主要采用蒙脱土)，通过应用各种改性剂对复合材料的界面进行修饰，以改善粘土在橡胶基体中的分散和界面结合，从而提高复合材料的力学性能。此外，也考察了粘土与炭黑并用对复合材料结构性能的影响。本论文中主要采用两种方法对粘土／丁苯橡胶纳米复合材料进行有机改性和界面修饰。第一种为熔体法有机改性，即先采用乳液共混法制备出粘土／丁苯橡胶复合物，然后采用机械共混的方式将有机改性剂加入到上述复合物中，经过混炼硫化，得到熔体法有机改性的粘土／丁苯橡胶纳米复合材料。对比考察了十六烷基三甲基溴化铵(C16)、γ-氨丙基-三乙氧基硅烷(KH550)对复合材料结构和性能的影响，发现两种改性剂都可以改善粘土与橡胶之间的界面结合，提高复合材料的力学性能，不同的是C16与橡胶大分子之间为物理缠绕作用，这种物理缠绕只是对提高复合材料的拉伸强度有帮助，而氨基硅烷偶联剂KH550却与橡胶大分子和粘土之间形成化学界面结合，可以同时提高复合材料的定伸应力和拉伸强度，改性效果更好。然后进一步详细考察了硅烷偶联剂KH550和双-(γ-三乙氧基硅基丙基)四硫化物(Si69)的用量对复合材料结构与性能的影响，结果表明，随着硅烷偶联剂用量的增加，复合材料的定伸应力增大，但断裂伸长率下降，从而导致拉伸强度先增大后减小。硅烷偶联剂的最佳用量为4phr，就改性效果来看，KH550要优于Si69。第二种改性方法为乳液法有机改性，即有机改性是在乳液混合絮凝前进行。这种改性方法为作者首创，可以显著改善复合材料的界面，提高复合材料的力学性能。具体改性过程为，先向粘土的水悬浮液中加入有机改性剂对粘土进行有机改性，然后将有机改性后的粘土水悬浮液与丁苯橡胶乳液混合，加入絮凝剂破乳，经干燥、混炼和硫化，得到乳液法有机改性的粘土／丁苯橡胶纳米复合材料。这里主要采用长链烷基季铵盐和硅烷偶联剂作为改性剂，详细考察了改性剂的种类、用量对复合材料结构与性能的影响，并对乳液法有机改性的机理进行了深入的讨论。研究发现，在粘土水悬浮液中，改性剂可以通过离子交换反应吸附到粘土片层上，提高粘土片层的有机性质。加入絮凝剂破乳时，有机改性剂与絮凝剂均可以插入到粘土片层之间，二者存在一定的竞争。当有机改性剂用量较大时，可以完全取代絮凝剂离子插入到粘土片层间，并可以导致部分橡胶大分子对粘土片层的插层，使复合材料中既有改性剂插层结构，又有橡胶大分子插层结构，这样就改善了粘土在橡胶基体中的分散，同时提高了二者的界面结合，使复合材料具有优异的力学性能。对比两类有机改性剂发现，长链烷基季铵盐与橡胶之间的作用主要为物理缠绕，而硅烷偶联剂可以在粘土与橡胶之间形成化学界面结合，尤其是当采用KH550和Si69共同改性复合材料时，这种化学界面结合更为牢固。与熔体法有机改性相比，这种改性方法更能有效地提高复合材料的界面强度和力学性能。采用乳液共混法可以制备粘土／橡胶的母胶，向此母胶中加入其它填料，就可以制备粘土与其它填料并用补强的橡胶复合材料。本论文主要对粘土、炭黑并用填充天然橡胶进行了研究，考察两种填料的并用对复合材料结构与性能的影响。研究发现，两种填料在橡胶基体中均达到纳米级分散，且炭黑粒子填补了粘土片层间的空隙。在填料总量一定的情况下，粘土与炭黑并用，可以提高橡胶基体中填料的体积份数，改善复合材料的加工流动性能、动态力学性能以及物理机械性能。