第3章3 白炭黑.ppt

第十节 白炭黑的补强 10.1 白炭黑的分类 10.2 白炭黑的结构 10.3 白炭黑的基本性质 10.4 白炭黑对橡胶加工性能的影响 10.5 白炭黑对硫化胶性能的影响 10.6 白炭黑的发展和应用方向 引言 自20世纪初就用于橡胶工业中。 其补强效果仅次于炭黑。 但白炭黑最初的补强能力并不突出，尤其是硫化胶的拉伸强度和耐磨性并不理想。 1970s Wolff提出的特种硅烷偶联剂的使用； 1990s R Rauline 发明的专利-沉淀法白炭黑用于弹性体的补强技术。 硫化胶获得了炭黑补强的优异综合性能，而且滞后损失降低。 白炭黑的应用 在胶鞋工业中，它是彩色橡胶或透明鞋底的最佳补强剂； 在轮胎工业中常用它提高胶料的粘性，降低滚动阻力； 在胶辊工业中，它不仅能提高硫化胶的硬度和耐磨性，且能提高胶料与金属辊芯的粘着力。 硅橡胶产品中。 白色、浅色及彩色橡胶制品中。 10.1 白炭黑的分类 按照制造方法分 气相法(煅烧法)白炭黑-Fume Silica 湿法(沉淀法)白炭黑-Precipitated Silica 1. 气相法白炭黑 特点：纯度高，杂质少； 粒径小（15～25nm）, 补强性高； 结合水含量低。 价格高（几乎是沉淀法白炭黑的10倍至20倍 ），主要用于硅橡胶中，产品为透明、半透明状。 10.2 白炭黑的结构 化学结构：95～99％是SiO2 。 粒子的内部结构依制法而不同。 白炭黑的聚集体结构 非晶的无定形结构。基本粒子呈球形，高温下基本粒子相互碰撞形成以化学键连结的链枝状结构；这些链枝状结构间彼此以氢键作用形成次级聚集体结构，该结构在加工混炼时不如炭黑那样容易被破坏。 10.3 白炭黑的基本性质 粒径：7～100nm 结构度：橡胶大分子只能以物理或化学的方式吸附在白炭黑的表面，不能进入白炭黑内部空隙中,所以结构度对补强的影响不是特别大。 表面化学性质：对补强有决定性的影响。 白炭黑的表面基团 羟基和硅氧烷基。 羟基以三种方式存在: 相邻羟基： 隔离羟基： 双羟基： 白炭黑的表面基团 白炭黑的表面基团有一定的反应性：失水及水解反应、与酰氯反应、与活泼氢反应、形成氢键—表面改性的化学基础。 白炭黑表面有很强的吸附性：与许多小分子物质吸附，SiO2胶料中常用乙醇胺、三乙醇胺、乙二胺等多官能团化合物作活性剂。 10.4 白炭黑对胶料工艺性能的影响 对混炼的影响 结构化效应 对硫化速度的影响 1. 对混炼的影响 白炭黑分散困难：比表面积大；表面羟基氢键键合；多量配合易产生凝胶，混炼生热大。 2. 结构化效应- 硅橡胶 结构化效应：硅橡胶与白炭黑的混炼胶随存放时间的延长会出现粘度上升，硬度增加，以致无法返炼的现象。 原因：硅橡胶端基与白炭黑表面羟基缩合； 硅橡胶硅氧链节与白炭黑羟基形成氢键。 预防途径： 加入结构化控制剂如羟基硅油，二苯基硅二醇，硅氮烷。 预先将白炭黑表面改性，去掉表面部分羟基。 3. 对胶料的硫化速度的影响 硅醇基对硫化促进剂有较强的吸附作用，明显地降低硫黄硫化体系的硫化反应速率和硫化程度。 为避免这种现象，一方面可适当地提高促进剂的用量；另一方面可采用活性剂，使活性剂优先吸附在白炭黑表面，这样就减少了它对促进剂的吸附。 3. 对胶料的硫化速度的影响 活性剂一般是含氮或含氧的胺类、醇类、醇胺类低分子化合物。 NR-胺类：二乙醇胺、三乙醇胺、丁二胺、六亚甲基四胺。 SBR-醇类：如己三醇、二甘醇、丙三醇、聚乙二醇等。 活性剂用量一般为白炭黑的1~3%。 10.5 对硫化胶性能的影响 白炭黑是补强效果仅次于炭黑的白色补强剂。 含与相应的炭黑（如HAF）补强的硫化胶相比，白炭黑补强胶具有如下特点： 撕裂强度高、生热低，对于轮胎来说滚动阻力低、耗油少，对干湿路面抓着力较好等优点。 通常将炭黑和白炭黑并用，可以获得较好的综合性能。 10.6 白炭黑的发展和应用方向 存在的问题 加工性能：难分散，耗能高； 加 Si-69混炼必须严格控制混炼条件； 生热高，粘度大； 静电问题：(改性淀粉,氢氧化铝,除静电炭黑Ensaco) 发展：造粒化、高分散化、表面改性化； 应用：补强SSBR用于轮胎胎面，提高胎面抗湿 滑性，降低滚动阻力； 高分子科学与工程学院 College of Polymer Science and Engineering 高 分 子 科 学 与 工 程 学 院 College of Polymer Science and Engineering