白炭黑在生產(chǎn)混合硅橡膠過程中的作用有哪些
? 白炭黑是生產(chǎn)混煉硅橡膠的重要原料,在生產(chǎn)原膠時(shí),加多少?什么時(shí)候加?都會(huì)影響到硅橡膠原料的性能。本文就來說說白炭黑對膠料的影響。
一、膠料的混煉與分散
白炭黑由于表面積很大,總趨向于二次聚集,加之在空氣中極易吸收水分,致使羥基間易產(chǎn)生很強(qiáng)的氫鍵締合,進(jìn)一步提高了顆粒間的凝聚力,所以白炭黑的混煉與分散要比炭黑困難得多,而且在多量配合時(shí),還容易生成凝膠,使膠料硬化,混煉時(shí)生熱大。為獲得良好的分散,就要求初始混煉時(shí),保持盡可能高的剪切力,以便使白炭黑的這些聚集體粒子盡可能被破壞,而又不致使橡膠分子鏈發(fā)生過多的機(jī)械降解。為此,白炭黑應(yīng)分批少量加入,以降低生熱。適當(dāng)提高混煉溫度,有利于除掉一部分白炭黑表面吸附水分,降低粒子間的凝聚力,有助于白炭黑在膠料中的分散。
二、白炭黑補(bǔ)強(qiáng)硅膠混煉膠中的結(jié)構(gòu)控制
白炭黑,特別是氣相法白炭黑是硅膠的補(bǔ)強(qiáng)劑,但有一個(gè)使混煉膠硬化的問題,一般稱為“結(jié)構(gòu)化效應(yīng)”。其結(jié)構(gòu)化隨膠料停放時(shí)間延長而增加,甚至嚴(yán)重到無法返煉、報(bào)廢的程度。對此有兩種解釋,一種認(rèn)為是硅膠端基與白炭黑表面羥基縮合;另一方面認(rèn)為硅膠硅氧鏈節(jié)與白炭黑表面羥基形成氫鍵。
防止結(jié)構(gòu)化有兩個(gè)途徑,其一是混煉時(shí)加入某些可以與白炭黑表面羥基發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì),如羥基硅油、二苯基硅二醇、硅氮烷等。當(dāng)使用二苯基硅二醇時(shí),混煉后應(yīng)在160~200℃下處理0.5~1h。這樣就可以防止白炭黑填充硅膠的結(jié)構(gòu)化。另一途徑是預(yù)先將白炭黑表面改性,先去掉部分表面羥基,從根本上消除結(jié)構(gòu)化。
三、膠料的門尼粘度
白炭黑生成凝膠的能力與炭黑不相上下,因此在混煉白炭黑時(shí),膠料的門尼粘度提高,故在含白炭黑的膠料配方中軟化劑的選擇和用量很重要。在IIR中往往加入石蠟烴類、環(huán)烷烴類和芳香烴類,用量視白炭黑用量多少及門尼粘度大小而異,一般可達(dá)15-30%。在NR中,以植物性軟化劑如松香油、妥爾油等軟化效果,合成的軟化劑效果不大,礦物油的軟化效果。
四、膠料的硫化速度
白炭黑粒子表面有大量的微孔,對硫化促進(jìn)劑有較強(qiáng)的吸附作用,因此明顯地遲延硫化。為了避免這種現(xiàn)象,一方面可適當(dāng)?shù)靥岣叽龠M(jìn)劑的用量;另一方面可采用活性劑,使活性劑優(yōu)先吸附在白炭黑表面,這樣就減少了它對促進(jìn)劑的吸附。
活性劑一般是含氮或含氧的胺類、醇類、醇胺類低分子化合物。對NR來說胺類更適合,如二乙醇胺、三乙醇胺、丁二胺、六亞甲基四胺等。對SBR來說,醇類更適合,如己三醇、二甘醇、丙三醇、聚乙二醇等?;钚詣┯昧恳鶕?jù)白炭黑用量、PH值和橡膠品種而定,一般用量為白炭黑的
五、白炭黑對硫化膠性能的影響
白炭黑對各種橡膠都有十分顯著的補(bǔ)強(qiáng)作用,其中對硅膠的補(bǔ)強(qiáng)效果尤為突出。大多數(shù)促進(jìn)劑都是含有氨基,由于白炭黑的吸附作用以及與促進(jìn)劑的反應(yīng),都會(huì)降低促進(jìn)劑參加硫化反應(yīng)的量。
白炭黑可以和活化硫化的鋅離子反應(yīng)而降低鋅離子的濃度。因此可以影響硫磺/促進(jìn)劑體系的硫化效果。同時(shí)由于本身具有酸性,可顯著降低過氧化物的交聯(lián)速度和效率。還會(huì)使 DCP 在硫化時(shí)有難聞的氣味。
白炭黑補(bǔ)強(qiáng)效果僅次于相應(yīng)爐法炭黑的白色補(bǔ)強(qiáng)劑。含一定量白炭黑的硫化膠與相應(yīng)爐法炭黑(如HAF)補(bǔ)強(qiáng)的硫化膠相比,具有強(qiáng)度高、伸長率大,撕裂強(qiáng)度高、硬度高、絕緣性好等優(yōu)點(diǎn)。通常將炭黑和白炭黑并用,可以獲得較好的綜合性能。
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