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      技術(shù)進(jìn)展
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      白炭黑——輪胎、橡膠中的最強填料
      來(lái)源：中國粉體技術(shù)網(wǎng)    更新時(shí)間：2016-01-08 09:22:33    瀏覽次數：
       
              白炭黑即水合無(wú)定形二氧化硅，它是一種大比表面積、高結構、高活性的補強填充材料，因其具有特殊的表面結構、顆粒形態(tài)以及物理和化學(xué)性質(zhì)，應用十分廣泛。
          根據制備方法不同，白炭黑可分為氣相法白炭黑和沉淀法白炭黑。氣相法白炭黑是球鏈狀結構，外比表面積大，表面羥基少，如圖1所示；沉淀法白炭黑是低結構的球狀物，孔隙率高，內外比表面積均較大，表面羥基多。沉淀法白炭黑主要以石英砂、純堿、工業(yè)鹽酸、硫酸、硝酸或二氧化碳為原料，原料便宜、易得，生產(chǎn)工藝和設備較簡(jiǎn)單，產(chǎn)品價(jià)格低，目前在市場(chǎng)上占據主導地位，產(chǎn)量約占白炭黑產(chǎn)量的85%，如圖2所示。
                                            
                                      圖1氣相法白炭黑                         圖2沉淀法白炭黑
      1 白炭黑改性
          白炭黑表面有大量的羥基，導致其易團聚，在使用過(guò)程中白炭黑通常需要改性，以提高其分散性。白炭黑改性的方法主要有物理改性和化學(xué)改性。白炭黑分散劑主要有脂肪酸酯和鋅皂表面活性劑混合物、醇和醇胺類(lèi)、脂肪酸鋅皂、酯醇復合物以及硅烷偶聯(lián)劑等，其中偶聯(lián)劑Si69是發(fā)現最早、作用最佳的白炭黑改性劑。改性劑作用機理如下：
                       
                              
      2 白炭黑應用
          在傳統的斜交輪胎膠料配方中加入適量的白炭黑，在不影響炭黑補強效果的情況下，可進(jìn)一步改善和提高簾布  膠的粘合性能、胎面膠的抗撕裂性能等，尤其是提高膠料的耐磨性能，且對硫化時(shí)間無(wú)明顯影響；在子午線(xiàn)輪胎膠料配方中加入白炭黑，可使輪胎具有較高的抗濕滑性能和較好的牽引性能，從而改善汽車(chē)制動(dòng)效果，提高行車(chē)安全性，降低輪胎滾動(dòng)阻力，節約油耗，減少排污，提高輪胎的整體結構強度和輪胎的耐磨性能，大幅度降低爆破率，增加行駛里程。
          于曉波等將白炭黑和3種炭黑（N330，N550，N660）制成復合填料后用于補強SSBR /BR并用膠，研究復合材料的硫化特性、物理性能、壓縮生熱、抗切割性能、耐磨性能、抗濕滑性能以及動(dòng)態(tài)力學(xué)性能。結果表明：與白炭黑補強膠料相比，白炭黑與炭黑并用補強膠料的焦燒時(shí)間縮短，填料網(wǎng)絡(luò )結構增強，物理性能提高，生熱和滾動(dòng)阻力增大，玻璃化轉變溫度降低，抗切割性能和抗濕滑性能下降；炭黑粒徑增大，膠料的焦燒時(shí)間縮短，生熱和滾動(dòng)阻力減小，耐磨性能和抗濕滑性能下降。
          趙明明等采用白炭黑補強異戊橡膠（IR）和NR ，研究白炭黑對膠料的硫化特性、物理性能、耐熱老化性能和動(dòng)態(tài)力學(xué)性能的影響。結果表明：采用白炭黑補強，IR的硫化速度比NR快，焦燒時(shí)間比NR短、交聯(lián)密度與NR接近，NR的物理性能優(yōu)于IR；隨著(zhù)白炭黑用量增大，IR的耐老化性能提高，白炭黑用量為20份時(shí)NR的耐老化性能最好；在0℃時(shí)IR的損耗因子大于NR，在60℃時(shí)IR的損耗因子小于NR。
          郝敏等采用橡膠加工分析儀研究了添加不同用量和不同種類(lèi)白炭黑的苯基硅橡膠在不同應變、不同溫度下的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能。結果表明：在不同應變下，隨著(zhù)應變增加，苯基硅橡膠的彈性模量逐漸減小，損耗因子逐漸增大；在相同應變下，白炭黑用量越多，苯基硅橡膠的彈性模量和損耗因子越大。在不同溫度下，白炭黑用量不同的苯基硅橡膠的彈性模量和損耗因子在70～170℃范圍內變化不明顯；隨著(zhù)白炭黑粒徑的減小，苯基硅橡膠的彈性模量和損耗因子增大，細粒徑白炭黑比粗粒徑白炭黑的補強效果好。
          謝飛等對丁腈橡膠（NBR）/白炭黑共混體系進(jìn)行紫外光交聯(lián)改性，考察膠料的光交聯(lián)特性及白炭黑用量對膠料性能的影響。結果表明，隨著(zhù)白炭黑用量增大，膠料的拉伸強度顯著(zhù)上升，拉斷伸長(cháng)率下降，凝膠含量先上升后下降，在50份時(shí)出現最大值。
          任佳帥等在白炭黑和炭黑總用量一定的情況下，研究白炭黑/炭黑用量比對NR性能的影響。結果表明：隨著(zhù)白炭黑用量增大，膠料的硫化速度下降；加入20~25份白炭黑對提高膠料的抗濕滑性能和降低膠料的滾動(dòng)阻力最有效。
          Rattanasom N等采用白炭黑Hisil233和炭黑N330制備復合填料，研究白炭黑/炭黑用量比對NR物理性能的影響。結果表明，填充50份白炭黑/炭黑復合填料時(shí)，白炭黑用量為20份和30份的膠料物理性能較好，填料分散度好，網(wǎng)絡(luò )結構低。
          張勁等對炭黑N220，N550和ST1120與高分散性白炭黑共同補強的NBR耐熱老化性能和耐油性能進(jìn)行了考察。結果表明：炭黑N220和ST1120對NBR的老化性能具有顯著(zhù)影響，炭黑N220的適宜用量為10份，炭黑ST1120適宜用量為20份；炭黑N550對橡膠老化性能的影響較小，可以大量添加以起補強作用；高分散性白炭黑可顯著(zhù)降低膠料的正硫化時(shí)間和焦燒時(shí)間。
          梁鵬等采用超聲加熱法合成了五配位硅化合物，以所得的五配位硅化合物為原料合成了苯乙烯基四配位硅化合物，并用其對沉淀法白炭黑進(jìn)行了表面改性，并測試了補強膠料的拉伸強度。結果表明：超聲輻射10min，遞增脈沖方式可使五配位硅化合物的產(chǎn)率達到84.5％；隨苯乙烯基四配位硅用量的增加，改性白炭黑的水接觸角逐漸增大；當四配位硅用量為白炭黑質(zhì)量的10％時(shí)，用其補強的硫化硅橡膠的拉伸強度最大，達到6.71MPa；改性后白炭黑團聚現象明顯改善，粒徑分布變窄，團聚體平均粒徑顯著(zhù)減小。

      3 總結
          白炭黑由于具有獨特的結構和優(yōu)異的性能，作為一種重要的補強劑在橡膠領(lǐng)域具有重要的應用，尤其是隨著(zhù)歐盟REACH法規和輪胎標簽法規的不斷實(shí)施，綠色環(huán)保、節能、性能優(yōu)異的綠色輪胎將是未來(lái)的發(fā)展方向，這為白炭黑的發(fā)展提供了更加廣闊的應用前景。
          隨著(zhù)產(chǎn)業(yè)結構調整、環(huán)境保護意識增強及能源結構變化，白炭黑逐步取代炭黑或與炭黑并用作為橡膠的主要補強材料成為必然趨勢。但是，白炭黑在應用過(guò)程中易團聚、與橡膠結合力差等問(wèn)題還沒(méi)有得到徹底解決。因此，未來(lái)白炭黑研究應集中在白炭黑的界面屬性及改性方面，以進(jìn)一步發(fā)揮白炭黑作為補強填料的優(yōu)勢。

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