白炭黑常用活性劑對橡膠制品作用

白炭黑(沉淀法)是應用于橡膠工業的白色補強填料沉淀水合二氧化硅的俗稱,白炭黑粒子表面有大量的硅醇基,存在與橡膠大分子化學結合的可能性,是白炭黑能成為橡膠無機補強劑的基本條件。白炭黑表面有很強的化學吸附活性,與白炭黑表面羥基有關,它可以和水以氫鍵形式結合,形成多分子吸附層,除此之外,它還可以與很多有機小分子物質發生吸附作用,為了獲得最佳橡膠物理性能,通常我們會在配方中添加醇類、胺類活性劑。

一、白炭黑表面的硅醇基≡Si-OH的負面影響

1、白炭黑存放中吸收空氣中水分,而使自身結構穩定,即吸潮性

2、白炭黑膠料混煉時極易形成氫鍵而自聚結團,導致門尼粘度高,混煉加工困難

3、白炭黑的親水性與疏水性橡膠大分子相互排斥,影響著白炭黑在橡膠中的分散

4、活潑的氫離子極易吸附氧化鋅、促進劑等胺類材料,導致延遲硫化,膠料性能下降

二、白炭黑活性劑及作用機理

1、醇和醇胺類的活性劑

醇和醇胺這類助劑—如聚乙二醇(PEG)、三乙醇胺等在橡膠混煉時先被白炭黑吸附,降低白炭黑吸附力,保護胺類促進劑、防老劑以及氧化鋅等不被白炭黑所吸附,使膠料的硫化性能不受干擾。

2、鋅鹽類的分散劑

白炭黑表面硅醇基(≡Si-OH)極易與脂肪酸鋅發生陽離子置換反應,生成≡Si-OZnR等。硅醇基上氫離子被置換,消弱了白炭黑表面的極性,減少表面解團自聚,降低膠料門尼粘度,有利白炭黑分散但未改善物性。

3、硅烷類的偶聯劑

硅烷型偶聯劑實際是一種具有親水基和親油基的表面活性劑,親水基部分與硅醇基的活性氫離子發生置換,而親油基部分被橡膠基體所接納,形成白炭黑--硅烷--橡膠基體的化學鍵,偶聯劑改善膠料物性,與炭黑比存在混煉工藝困難、模量低、耐磨性差等。

三、常用的白炭黑活性劑(PEG)簡介

聚乙二醇(PEG)這個東西很常用的,各行各業都有用,在橡膠里面主要是中和填料酸性,加快硫化速度和交聯密度,具有良好的水溶性,并與許多有機物組份有良好的相溶性,具有優良的潤滑性、保濕性、分散性、還能做抗靜電劑及柔軟劑。

一般橡膠里面用PEG-4000,如果分子量太低,相容性不好,容易析出,而且是液體,不好添加,分子量太高,單位質量的醇基團少(羥值低),中和酸性效果差點,因為4000的分子量是固體片狀,好加工,添加方便,不易析出,中分子量的聚合物,和橡膠相容性好點,所以一般選擇PEG-4000。

☆PEG作用可以概括以下幾點:

1.加工助劑,可以提高膠料的壓出速度,改善脫模性,并使制品表面光亮,還有助于硫化時水份的排出。在應用于輪胎及橡膠模壓制品中時,PEG-4000具有良好的潤滑作用,使制品表面更光滑。在天然橡膠、合成橡膠中的生產工藝中,還可作為內脫模劑。優點是不揮發,不生產灰變,脫模后模具保持潔凈。而且模壓制品表面也由于它的加入而更加平滑潔凈。

2.硫化活性劑,,起到調節生膠和填充劑(特別是白色)結合性能的作用,另有降低門尼,提高硫化速率的作用,特別對噻唑類促進劑有較好的活化作用,可以提高硫化速度和交聯程度。尤其是EPDM白CB補強的擠出微波連續硫化的配方中。與金屬粘合的制品最好不用PEG

3.酸性填料的活性劑,特別是對白炭黑,可以作為白炭黑的處理劑,以活化硫化體系。濕潤白炭黑等酸性填料表面。一個反應是中和,一個類似于覆蓋。因為酸性填料會吸附,請注意,是吸附促進劑。使用量和酸性填料的酸性表面積用量等等成正比。我們基本上可以理解為酸性表面已經被中和。當然另外的硫化反應也會出現酸性什么的,比如HS等。那些就交給氧化鋅去搞定了

4.活化分散劑,在使用各種填料和色料的膠料中作為活化分散劑時,能減少或消除填料對硫化的影響,使各種助劑分散均勻并延長焦燒時間,提高橡膠制品的物理機械性能。在各類彩色橡膠制品中,可以使制品色澤鮮艷。由于本身的極性特征,還可以增強對非極性橡膠(如EPDM)對微波的吸收。

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