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白炭黑在橡胶中的应用.docx

上传人:夜紫儿 2024/7/21 文件大小:136 KB

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白炭黑在橡胶中的应用.docx

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文档介绍:该【白炭黑在橡胶中的应用 】是由【夜紫儿】上传分享,文档一共【8】页,该文档可以免费在线阅读,需要了解更多关于【白炭黑在橡胶中的应用 】的内容,可以使用淘豆网的站内搜索功能,选择自己适合的文档,以下文字是截取该文章内的部分文字,如需要获得完整电子版,请下载此文档到您的设备,方便您编辑和打印。白炭黑在橡胶中的应用一、白炭黑对胶料工艺性能的影响〔1〕胶料的混炼与分散白炭黑由于比外表积很大,总趋向于二次聚拢,加之在空气中极易吸取水分,致使羟基间易产生很强的氢键缔合,进一步提高了颗粒间的分散力,所以白炭黑的混炼与分散要比炭黑困难得多,而且在多量协作时,还简洁生成凝胶,使胶料硬化,混炼时生热大。为获得良好的分散,就要求初始混炼时,保持尽可能高的剪切力,以便使白炭黑的这些聚拢体粒子尽可能被破坏,而又不致使橡胶分子链发生过多的机械降解。为此,白炭黑应分批少量参加,以降低生热。适当提高混炼温度,有利于除掉一局部白炭黑外表吸附水分,降低粒子间的分散力,有助于白炭黑在胶料中的分散。〔2〕白炭黑补强硅橡胶混炼胶中的构造掌握白炭黑,特别是气相法白炭黑是硅橡胶最好的补强剂,但有一个使混炼胶硬化的问题,一般称为“构造化效应”。其构造化随胶料停放时间延长而增加,甚至严峻到无法返炼、报废的程度。对此有两种解释,一种认为是硅橡胶端基与白炭黑外表羟基缩合;另一方面认为硅橡胶硅氧链节与白炭黑外表羟基形成氢键。防止构造化有两个途径,其一是混炼时参加某些可以与白炭黑外表羟基发生反响的物质,如羟基硅油、二苯基硅二醇、硅氮烷等。当使用二苯基硅二醇时,混炼后应在160~200℃~1h。这样就可以防止白炭黑填充硅橡胶的构造化。另一途径是预先将白炭黑外表改性,先去掉局部外表羟基,从根本上消退构造化。〔3〕胶料的门尼粘度白炭黑生成凝胶的力量与炭黑不相上下,因此在混炼白炭黑时,胶料的门尼粘度提高,以致于恶化了加工性能,故在含白炭黑的胶料配方中软化剂的选择和用量很重要。在IIR 中往往参加石蜡烃类、环烷烃类和芳香烃类,用量视白炭黑用量多少及门尼粘度大小而异,一般可达15-30%。在NR中,以植物性软化剂如松香油、妥尔油等软化效果最好,合成的软化剂效果不大,矿物油的软化效果最低。〔4〕胶料的硫化速度白炭黑粒子外表有大量的微孔,对硫化促进剂有较强的吸附作用,因此明显地拖延硫化。为了避开这种现象,一方面可适当地提高促进剂的用量;另一方面可承受活性剂,使活性剂优先吸附在白炭黑外表,这样就削减了它对促进剂的吸附。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。对NR来说胺类更适合,如二乙醇胺、三乙醇胺、丁二胺、六亚甲基四胺等。对SBR来说,醇类更适合,如己三醇、二甘醇、丙三醇、聚乙二醇等。活性剂用量要根据白炭黑用量、PH值和橡胶品种而定,一般用量为白炭黑的1~3%。二、白炭黑对硫化胶性能的影响;白炭黑对各种橡胶都有格外显著的补强作用,其中对硅橡胶的补强效果尤为突出。白炭黑是一种补强效果仅次于相应炉法炭黑的白色补强剂。含肯定量白炭黑的硫化胶与相应炉法炭黑〔如HAF〕补强的硫化胶相比,具有强度高、伸长率大,撕裂强度高、硬度高、绝缘性好等优点。通常将炭黑和白炭黑并用,可以获得较好的综合性能。三、〕加工性能;〕静电问题;〕,白炭黑的进展向高分散性、精细化、造粒化和外表改性化等方面进展。补强剂之所以能提高橡胶制品的硬度和机械 强度是由于补强剂粒子外表与橡胶大分子接触 产生物理吸附作用, 而补强剂粒子的活性外表与橡胶分子链又结合成结实的化学键,生成“结合橡胶”,既有物理作用,也有化学作用。沉淀法白炭黑粒子含有多种硅醇基。 红外光谱图说明在白炭黑外表存在三类羟基:硅氧基、隔离轻基、氢键连结。白炭黑分子构造中心的一Si一O一键具有极性,有很大的结合力量,这就使白炭黑微粒外表活性大,能与橡胶分子发生作用,炼胶过程中高分子的橡胶 烃基断裂生成自由基 ,与白炭黑外表层一OH作用。另外,白炭黑微粒的无定外形态,结晶混乱,致使外表层形成静电场,对橡胶高分子的不饱和双键发生诱导效应,促使两者结合。1. 粒径的影响沉淀法白炭黑粒径分原始粒径和二次构造粒径。一般来说,白炭黑在胶料混炼过程中二次构造裂开,因此影响橡胶胶料性能最主要的是原始粒径。沉淀法白炭黑原始粒径在8-110nm,粒径细,则分散性能好 ,与橡胶接触的有效面 积也大,对橡胶补强明显有利。从橡胶 补强作用机理看来,白炭黑外表 层一OH的多少,直接关系到补强效果。美国化学家R·K·ILer在对水凝胶一次粒子的大小与 羟基数的关系的争论中总结出以下规律,这种规律性提醒了白炭黑粒径对橡胶胶料强度的影响〔见表1〕。可见d越小,活性基团越多,粒子与橡胶之间作用越强,强度越大。表1一次粒子大小与羟基数关系白炭黑的构造类似于炭黑,呈球形,单个粒子之间以面相接触,呈枝链状联结,此构造称为“二次构造”。链枝构造又以氢键力相作用,形成一团团的聚拢体构造,此构造受到外力的破坏是可逆的,其构造性大小用吸油值来反映〔吸油值系指1克白炭黑吸附邻苯二甲酸二丁酯〔DBP〕的毫升数〕。吸油 值越大,构造性越高。构造越大,说明白炭黑呈聚拢状 态的枝链构造越多,对橡胶的补强效果也好。但吸油 值高的沉淀法白炭黑在胶料中混炼时要破环这种枝链构造就须消耗更多的功和能 ,使其在橡胶中分散均匀,这明显须延长胶料混炼时间。- 均能满足轮胎要求。沉淀法白炭黑的比外表 积也是反映产品构造性的重要指标。尽管现行国家标准考虑到各生产厂的测试条件未比照外表积这一指标作出具体规定,只是依据数值凹凸划分成A、B、C、D、E、F六大类。从历年的全国橡胶用沉淀法水合二氧化硅〔白炭黑〕质量普查说明,其胶料综合物性以B类〔161-190m2/g 〕白炭黑为最正确,不过只考虑“补强”,则比外表积更高的A类〔≥190m2/g 〕更好。但是,在生产使用实践中也常常遇到高比外表积的自炭黑其胶料物理性能却很差 ,这是白炭黑生产过程中产生了很多硅凝胶所致。沉淀法白炭黑的比外表 积对胶料物性的影响,从机理上讲,比外表积大,就能让胶料及促进剂等获得更好的渗透时机 ,从而进展一系列理化反 应,获得较好的透亮性和物理性能。但比外表积大的白炭黑又有极大的吸附率和高活性,能吸附较多的促进剂,加快促进剂的分解,因此对胶料硫化有较猛烈的拖延作用,由此需适当增加促进剂用量来提高硫化速度。实际生产中还常用增加活性剂来削减白炭黑外表层上一OH基对促进剂分子猛烈的吸附作用。另外 , 比外表积过大的沉淀法白炭黑在胶料加工过程中生热高,胶料易发粘。〔1〕水份沉淀法白炭黑的水份包括:游离水和 结合水。白炭黑外表的游离水在受热状况下易除去。游离水太少,说明白炭黑外表轻基不多,降低了白炭黑的活性 ,混炼时促使白炭黑聚拢,很难分布在胶料内。外表水少 ,不但使硫化速度受到影响,补强效果也相应降低。游离水稍高 ,混炼胶操作性能好, 吃粉速度快粉尘飞扬少,包辊性也好,硫化速度略快。但含水量过高,生热大,易焦烧、结团, 分散不均,硫化胶外表易起气泡, 物理机械性能也相应下降。一般,外表水在6一8%能对白炭黑分子起最好的隔离作用,从而防止颗粒的再次聚拢,混炼时能均匀分布在胶料内,利于性能改进,加快硫化速度。结合水是白炭黑“内部”的,比较稳定,高于400℃才能脱去。一般含量在 -0%。假设结合水过多,说明反响过程中生成的凝胶含量高 ,枯燥后的成品活性就小,对橡胶的补强作用也小。而结合水过少,说明反响过程中脱水过重,砂化倾向大,同样对补强不利。〔2〕PH值白炭黑的酸碱性对胶料的硫化影响较大,酸性白炭黑拖延胶料硫化, 碱性则促进硫化, 但碱性过高对补强不利。PH呈微酸性的白炭黑,对胶料及制品的抗张,耐磨等有利,所以橡胶用沉淀法白炭黑PH值一般为6一8, 接近中性。〔3〕外表改性处理白炭黑的外表改性处理是指在白炭黑中添加偶联剂以到达其疏水性的目的。参加偶联剂后,偶联剂一端的CH3O一〔甲氧基〕易同白炭黑外表层上的硅醇基反应,另一端与像胶分子反响,也即偶联剂在白炭黑与橡胶之间“架桥”作用。白炭黑外表改性处理途径很多,目前最通用的是用硅烷偶联剂〔如Si一69〕进展处理。〔4〕杂质的影响沉淀法白炭黑在制 备过程中简洁带入Cu、Fe、Mn等杂质,这些微量杂质尽管对胶料物性影响不大 ,但为了使橡胶制品具有优良的抗氧化和耐老化性能 ,仍要求Cu、Fe、Mn含量降到肯定的限度。对此,GB10517 对沉淀法白炭黑规定:Cu≤30mg/kg,Mn≤50mg/kg,Fe≤1000mg/kg。沉淀法白炭黑生 产中的钠盐是生产中难以避开的,但钠含量过高不宜作自然或合成橡胶的 补强填料,而且胶料透亮性明显不好。不过在生产过程中掌握好反应合成工序,防止包裹过多Na+的凝胶生成以及 加强半成品浆料的漂洗,% 以下,这样的沉淀法白炭黑 对胶料性能无甚影响 ,结论沉淀法白炭黑的理化指 标直接影响橡胶胶料的各种性 质,补强性取决于它的粒径、构造、外表性质和杂质种类与含量。(白炭黑)技术条件中不作出具体规定的比外表积、粒径指标影响胶料物性作用显著,生产企业应严格稳定生产操作并逐渐改善测控手段。“防凝胶化”,只有“凝胶”成份极低的白炭黑才能有好的活性和满足的理化指标。