硅烷偶联剂应用领域—白炭黑

白炭黑是橡胶工业中一种重要的补强填料,同炭黑比较,加工性能较差,在橡胶工业中的应用受到限制[1]。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[2]。本工作研究了硅烷偶联剂改性白炭黑在丁苯橡胶(ＳＢＲ)中的应用,探讨了硅烷偶联剂种类和用量对ＳＢＲ胶料性能的影响。
1、实验部分
　　1.1　原材料
　　ＳＢＲ1500,齐鲁石化公司产品;沉淀法白炭黑,青岛罗地亚白炭黑有限公司产品;偶联剂:γ 氨丙基三乙氧基硅烷(ＫＨ 550),γ 缩水甘油基氧丙基三甲氧基硅烷(ＫＨ 560),四硫化双(3 三乙氧基硅烷基丙基)硅烷(Ｓｉ 69),乙烯基三(β 甲氧基乙氧基)硅烷(Ａ 172),氧化锌,硬脂酸,促进剂ＣＺ、ＴＴ、ＴＢＢＳ,防老剂Ｄ,硫化剂Ｓ均为市售工业级产品。
　　1.2　配方
　　(1)ＳＢＲ1500100,活性剂ＺｎＯ4,硬脂酸1 5,促进剂ＴＴ2、ＴＢＢＳ2、ＣＺ0 8,防老剂Ｄ1,沉淀法白炭黑40,Ｓ0.4,硅烷偶联剂ＫＨ 550变量,分别从0,0 5,1 0,1 5加入。
　　(2)同配方(1),只是将偶联剂变为ＫＨ 560。
　　(3)同配方(1),将偶联剂变为Ａ 172。
　　(4)同配方(1),将偶联剂变为Ｓｉ 69。1.3　方法将ＳＢＲ胶料在辊温为30～40℃的开炼机上塑炼3～5ｍｉｎ,加入小料(ＺｎＯ,ＳＡ,ＣＺ,ＴＴ,ＴＢＢＳ,Ｄ),混炼5～6ｍｉｎ,加入硅烷偶联剂处理的白炭黑,最后加入Ｓ,混炼5～6ｍｉｎ,薄通6次,下片。
　　1.3　性能测试
　　使用ＥＥＫＯＮ公司的ＥＫ2000Ｐ流变仪确定硫化时间。用ＥＥＫＯＮ公司的ＥＫ2000Ｍ门尼粘度仪确定门尼粘度。用ＧＯＴＥＣＨ公司的ＡＩ 7000Ｓ电子拉力机测试拉伸性能。用ＧＯＴＥＣＨ公司ＤＩＮ磨耗机测试磨耗性。

2　结果与讨论
　　2.1　改性胶料的物理性能采用4种硅烷偶联剂分别改性白炭黑补强ＳＢＲ胶料,其物理机械性能见表1。
　　2.1.1　门尼粘度
　　从表1看出,随着偶联剂量的增加,4种偶联剂胶料的门尼粘度值总体上都有所降低。并且随着偶联剂用量的增加,门尼粘度降低的幅度增大。
随着偶联剂量的增加,白炭黑表面紧紧的结合着一层硅烷,降低了填料填料网状结构的形成机率,使得混炼胶料的粘度降低。
　　2.1.2　硫化时间
　　从表1看出,改性白炭黑胶料的硫化时间随偶联剂量的增加而缩短,其中用Ｓｉ 69改性胶料的硫化时间缩短幅度最大。Ｓｉ 69是一种双功能偶联剂,一方面起着偶联的作用,另一方面为硫化提供Ｓ,而其它3种偶联剂只是起了偶联作用。
　　2.1.3300%定伸应力
　　从表1看出,随着偶联剂量的增加,4种硫化胶料的300%定伸应力都有所增加,其中分别用ＫＨ 560、Ｓｉ 69改性白炭黑的硫化胶的定伸增加比较明显,而用ＫＨ 550、Ａ 172增加较小。一般的硫化胶料,随着交联密度的增大,定伸应力随之增大。随着偶联剂量的增加,白炭黑偶联剂聚合物网络逐渐增密,使胶料的交联密度随着增加,所以定伸应力明显改善。
　　2.1.4300%定伸应力/100%定伸应力
　　根据王梦蛟等人的理论:硫化胶料的300%定伸应力与100%定伸应力的比值是聚合物填料相互作用的一个量度,可以确信它与聚合物的分子链从填料表面滑动或脱离有关,该比值越高,聚合物填料相互作用越强。根据该理论,由表1看出,改性白炭黑硫化胶料的性能都要高于不加偶联剂的胶料;用ＫＨ 560、Ｓｉ 69改性白炭黑的硫化胶料的性能随着偶联剂量的增加性能提高。
　　2.1.5　拉伸强度
　　由表1看出,随着偶联剂加入量的增加,分别用ＫＨ 550、ＫＨ 560、Ｓｉ 69改性白炭黑胶料的拉伸强度先增加后降低,而用Ａ 172改性的胶料的拉伸强度变化规律不明显。拉伸强度与胶料的交联密度有密切关系,一般随着交联密度的增加拉伸强度也随之增大,并出现一个极大值,然后随着交联密度的进一步增大拉伸强度下降。
　　2.1.6　撕裂强度
　　从表1看出,经过4种偶联剂改性后的白炭黑硫化胶料的撕裂性能明显增加。一般撕裂强度也随着交联密度的增大而增大。通过偶联剂的改性,使白炭黑在橡胶中的分散性提高,白炭黑与橡胶的亲和性也提高,其撕裂性能明显增加。
　　2.1.7　扯断伸长率
　　从表1可以看出,随着偶联剂量的增加,扯断伸长率都呈现出下降的趋势.一般硫化胶料的扯断伸长率随着交联密度的增大而降低,随着交联密度的增加,胶料的强度提高,分子间作用力增加,伸长率降低2.1.8　磨耗性能从表1可以看出,随着偶联剂用量的增加,4种硫化胶料的磨耗体积都下降,其中ＫＨ 560改性的胶料的磨耗性能最好,依次是Ｓｉ 69、Ａ 172、ＫＨ 550。2.1.9　回弹性能从表1看出,除用Ａ 172改性的硫化胶料的回弹性能降低外,其他胶料的回弹性都明显增加。用ＫＨ 550和ＫＨ 560改性白炭黑的硫化胶料的回弹性在偶联剂量的为1 5份时出现了最高值。回弹性和胶料的交联密度有一定的关系,随着交联密度的增加,回弹性增大,并出现最大值。
3、结　论
　　(1)在使用白炭黑的ＳＢＲ胶料配方中加偶联剂,可以降低混炼胶料的门尼粘度,缩短硫时间,提高生产效率。
　　(2)使用ＫＨ 550、ＫＨ 560、Ａ 172、Ｓｉ 694偶联剂对白炭黑进行表面改性后,硫化胶料的合力学性能都有不同程度的提高。
　　参考文献
　　[1]赵红娟编译.混炼条件对ＴＥＳＰＴ与白炭黑、轮胎用橡胶应的影响[Ｊ].橡胶参考资料,2002,(4):22～26
　　[2]ＪｏｈｎＴ.用于提高白炭黑性能的硅烷偶联剂[Ｊ].橡胶参考料