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淺談氣相法白炭黑的步槍作用

雙擊自動滾屏 發布時間:2016/5/9 閱讀:1783次 【字體:

氣相法白炭黑是一種重要的無機功能材料,有著廣泛的應用,在硅橡膠和特種橡膠中主要用作補強劑,其補強效果甚至超過碳黑。在硅橡膠中加入氣相白炭黑后,可使膠料拉伸強度提高20倍左右,撕裂強度提高40倍,且透明度高。氣相白炭黑用于丁睛橡膠、羥基丁腈橡膠、氯丁橡膠、三元乙丙橡膠中,制造出的油田用橡膠件的性能,與采用沉淀白炭黑或炭黑的膠料比,具有更高的硬度、拉伸強度,以及較好的耐磨性和較低的水膨脹性。
    氣相白炭黑對橡膠的補強性能主要取決于白炭黑粒子的大小、結構和表面化學性質。
    通常情況下,粒子的大小以平均粒徑或比表面積表示,其測定方法有電子顯微鏡法或BET吸附法。在TEM電鏡下對氣相白炭黑進行觀察,白炭黑粒子呈球形顆粒,它們并不是以單個的粒子存在,很多個白炭黑粒子聚集成在一起,這些聚集體又附聚在一起形成帶空隙的結構,在基料中經分散靜止后形成三維網狀結構,這種三維網狀結構是一種動態的、暫時的結構,在外力的作用下會發生變形,空隙的形狀和大小也會隨之發生變化,很有“揉性”。在TEM電鏡下還可以觀察到白炭黑粒子的表面布滿了很多微孔,這種微孔從粒子的表面延伸到里面,不過微孔很小,橡膠分子很難進入。
    對氣相白炭黑進行紅外測試,可以發現粒子的表面有大量的硅烷醇基團(SiOH),有兩種羥基存在,一是孤立的自由羥基,以一定的間距“聯”在顆粒的表面;二是連生的、形成氫鍵的締合羥基,在顆粒的內部則是以Si-O-Si結合。由于表面的氫鍵作用,使之形成的附聚體既發達又牢固。
  氣相白炭黑在基料中形成的這種三維網狀結構起到了骨架作用,從而對硅橡膠和特種橡膠具有很好的補強作用,補強作用的大小與這種網狀結構的形狀和牢固程度有直接的關系。白炭黑粒徑越小,比表面積越大,形成的附聚體的剛性越強,粒子與膠料的接觸面大,結合點多,對橡膠的補強性能越好,硫化膠的拉伸強度、撕裂強度、耐磨性也高,但彈性下降,因此混煉黏度增大,加工性能惡化。另外,有研究表明,粒子表面微孔太多,造成表面粗糙度大時,對膠料的補強性會有一定的影響,特別是耐磨性降低。
    白炭黑表面的羥基數量對白炭黑的使用性能也有較大的影響。羥基數量太少,形成的附聚體剛性降低,對橡膠的補強作用下降。反之,羥基數量太高,導致膠料的黏度升高,甚至出現結構化現象,不利于加工。一般情況下,白炭黑表面羥基的數量都是富裕的。對氣相白炭黑的表面改性就是通過一定工藝,選擇合適的表面處理劑與二氧化硅表面的羥基反應,以減少并調整表面硅羥基的數量,達到最佳的使用效果。
    未改性的氣相白炭黑表面呈酸性,在膠料中對硫化體系有較強的吸附作用,延遲硫化,往往需要在膠料中加入活性劑,調整硫化速度。另外,氣相白炭黑中雜質的含量也會影響其使用效果,如鐵的含量高時,會加速硫化膠的老化。
    氣相白炭黑對橡膠具有優異的補強作用,但由于價格昂貴,在橡膠行業中僅用于硅橡膠和特種橡膠,在一定程度上也限制了其使用。隨著國內氣相二氧化硅工業的崛起,生產能力的不斷擴大,產品價格的日益合理,完全可能拓寬其應用領域。廣州吉必時科技實業有限公司開發了利用有機硅副產物制備氣相白炭黑生產工藝,大大降低了生產成本,產品已部分替代進口,取得了良好的經濟效益和社會效益,必將對我國有機硅工業和相關行業的發展起到巨大的推動作用。
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