文档介绍：硅烷偶联剂及其对白炭黑的改性研究进展
摘要:介绍硅烷偶联剂的作用机理及其对白炭黑的改性效果。硅烷偶联剂与白炭黑表面的羟基发生反应,使白炭黑由亲水性变为疏水性,从而增大其与橡胶的相容性,改善白炭黑的分散性,提高填充硫化胶的物理性能和动态力学性能。最后提出了目前改性存在的问题及对未来的研究的展望。
关键词:硅烷偶联剂;白炭黑;改性;作用机理
白炭黑是橡胶工业中一种重要的补强填料,同炭黑比较, 白炭黑的粒径小、比表面积大,填充硫化胶的拉伸强度、撕裂强度和耐磨性均较高;但它与烃类橡胶的相容性较差,大量填充胶料的粘度较大,加工性能随贮存时间的延长而变差,贮存后胶料存在硬化、挤出困难以及成型粘性差等问题,填充胶料还易产生静电积累,加工性能较差, 在橡胶工业中的应用受到限制。使用硅烷偶联剂对白炭黑进行改性, 解决了白炭黑与胶料的亲和性, 改善了胶料的加工性能。同时可使胶料的定伸应力、拉伸强度、撕裂强度及耐磨性提高。轮胎使用白炭黑补强时加入硅烷偶联剂, 可以获得滚动阻力( 生热) , 抓着性能和耐磨耗性能三者之间的最佳平衡。本文主要对硅烷偶联剂及其对白炭黑作用机理进行了介绍。
硅烷偶联剂
硅烷偶联剂的通式为RSiX。,式中R为有机基团,如乙烯基、环氧基、氨基、甲基丙烯酰氧基、巯基等,它能与树脂反应形成牢固的化学结合;X为能够水解的有机基团,如甲氧基、乙氧基、氯等,其水解副产物在低温下可以挥发,而异丙基、异丁基则需要较长的反应时间,且反应副产物也难以从处理的无机填料中去除,X基团能与白炭黑表面的活性羟基缩合形成硅氧烷键。
在橡胶工业中使用较多的是含硫硅烷偶联剂,如TESPT、双一[(三乙氧基硅烷基)一丙基]二硫化物(TESPD或Si75)、r巯基丙基三甲氧基硅烷(A一189)等,而在轮胎工业中使用最多的是硅烷偶联剂TESPT。一般选用硅烷偶联剂的原则是:聚烯烃橡胶多选用乙烯基硅烷;硫黄硫化胶多选用含硫硅烷偶联剂,如Si69和Si75等;环氧树脂一般选用端基是环氧基或氨基的硅烷;不饱和聚酯多用乙烯
基、环氧基硅烷。
2 硅烷偶联剂的作用机理
目前,人们对硅烷偶联剂的作用机理研究得较多,已有多种解释,如化学键理论、可平衡理论和物理吸附理论等。一般而言,化学键理论能够较好地解释硅烷偶联剂与白炭黑之间的作用。硅烷偶联剂与自炭黑表面的羟基发生反应,使白炭黑由亲水性变为疏水性,从而增大其与橡胶的相容性。如果是双官能团硅烷偶联剂,它还可与橡胶发生反应,增大白炭黑与橡胶的结合力,使白炭黑分散得更加均匀,减少白炭黑的附聚现象。
硅烷偶联剂Si69具有助分散和助硫化两种功效。这不仅使高极性基团硅醇基数量减小,而且因在白炭黑表面形成Si69层而使剩余硅醇基不易接近橡胶链,硅烷接枝的能量和极性都较低。
硅烷偶联剂改性白炭黑的研究进展
1971年双官能团硅烷偶联剂TESPT出现后,人们开始研究硅烷偶联剂对白炭黑的改性效果。白炭黑/硅烷偶联剂体系在橡胶制品特别是轮胎中的应用也逐渐增多。
白炭黑/硅烷偶联剂对NBR胶料中填料网络结构的影响
a)硅烷偶联剂Si69能有效降低炭黑/白炭黑增强NBR混炼胶的Payne效应,促进填料在橡胶基
体中的分散,而偶联剂KH550或其与Si69并用并未减弱NBR混炼胶的Payne效应。
b)硅烷偶联剂Si69和KH5