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沉淀法白炭黑理化指标对橡胶性能的影响-粒径的影响

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沉淀法白炭黑粒径分原始粒径和二次结构粒径。 一般来说 , 白炭黑在胶料混炼过程中二次结构破裂 , 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 ,对橡胶补强显然有利。从橡胶补强作用机理看来,白炭黑表面层一 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研究中总结出以下规律,这种规律性揭示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。

      白炭黑的结构类似于炭黑 , 呈球形 , 单个粒子之间以面相接触 , 呈枝链状联结, 此结构称为“二次结构”。链枝结构又以氢键力相作用 , 形成一团团的聚集体结构 , 此结构受到外力的破坏是可逆的 , 其结构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 , 结构性越高。结构越大 , 表明白炭黑呈聚集状态的枝链结构越多 , 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结构就须消耗更多的功和能 ,使其在橡胶中分散均匀 , 这显然须延长胶料混炼时间。 白炭黑吸油值为 2.0-3.5cm3 /g均能满足轮胎要求。

沉淀法白炭黑的比表面积也是反映产品结构性的重要指标。 尽管现行国家标准考虑到各生产厂的测试条件未对比表面积这一指标作出具体规定 , 只是依据数值高低划分成 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)质量普查表明,其胶料综合物性以 B类(161-190m 2 /g)白炭黑为最佳 , 不过只考虑“补强”,则比表面积更高的 A类(≥190m2 /g )更好。但是, 在生产使用实践中也常常碰到高比表面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许多硅凝胶所致。

沉淀法白炭黑的比表面积对胶料物性的影响 , 从机理上讲 , 比表面积大 , 就能让胶料及促进剂等获得更好的渗透机会 , 从而进行一系列理化反应 , 获得较好的透明性和物理性能。 但比表面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强烈的迟延作用 , 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减少白炭黑表面层上一 OH基对促进剂分子强烈的吸附作用。另外 , 比表面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。

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