硅烷偶聯劑改性白炭黑在丁苯橡膠中的應用
時間:2005-08-10
趙金義,畢雪玲,周麗玲,王 偉,趙炳帥
(青島科技大學高分子科學與工程學院,山東青島266042)
白炭黑是橡膠工業中一種重要的補強填料,同炭黑比較,加工性能較差,在橡膠工業中的應用受到限制[1]。使用硅烷偶聯劑對白炭黑進行改性,解決了白炭黑與膠料的親和性,改善了膠料的加工性能。同時可使膠料的定伸應力、拉伸強度、撕裂強度及耐磨性提高。輪胎使用白炭黑補強時加入硅烷偶聯劑,可以獲得滾動阻力(生熱),抓著性能和耐磨耗性能三者之間的最佳平衡[2]。本工作研究了硅烷偶聯劑改性白炭黑在丁苯橡膠(ＳＢＲ)中的應用,探討了硅烷偶聯劑種類和用量對ＳＢＲ膠料性能的影響。
1 實驗部分
1.1 原材料
ＳＢＲ1500,齊魯石化公司產品;沉淀法白炭黑,青島羅地亞白炭黑有限公司產品;偶聯劑:γ 胺基三乙氧基硅烷(ＫＨ 550),γ 縮水甘油基氧丙基三甲氧基硅烷(ＫＨ 560),四硫化雙(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(ＹＧ01204即Ａ 172),氧化鋅,硬脂酸,促進劑ＣＺ、ＴＴ、ＴＢＢＳ,防老劑Ｄ,硫化劑Ｓ均為市售工業級產品。
1.2 配方
(1)ＳＢＲ1500100,活性劑ＺｎＯ4,硬脂酸1 5,促進劑ＴＴ2、ＴＢＢＳ2、ＣＺ0 8,防老劑Ｄ1,沉淀法白炭黑40,Ｓ0.4,硅烷偶聯劑ＫＨ 550變量,分別從0,0 5,1 0,1 5加入。
(2)同配方(1),只是將偶聯劑變為ＫＨ 560。
(3)同配方(1),將偶聯劑變為Ａ 172。
(4)同配方(1),將偶聯劑變為Ｓｉ 69。1.3 方法將ＳＢＲ膠料在輥溫為30～40℃的開煉機上塑煉3～5ｍｉｎ,加入小料(ＺｎＯ,ＳＡ,ＣＺ,ＴＴ,ＴＢＢＳ,Ｄ),混煉5～6ｍｉｎ,加入硅烷偶聯劑處理的白炭黑,最后加入Ｓ,混煉5～6ｍｉｎ,薄通6次,下片。
1.4 性能測試
使用ＥＥＫＯＮ公司的ＥＫ2000Ｐ流變儀確定硫化時間。用ＥＥＫＯＮ公司的ＥＫ2000Ｍ門尼粘度儀確定門尼粘度。用ＧＯＴＥＣＨ公司的ＡＩ 7000Ｓ電子拉力機測試拉伸性能。用ＧＯＴＥＣＨ公司的ＤＩＮ磨耗機測試磨耗性能。
2 結果與討論
2.1 改性膠料的物理性能采用4種硅烷偶聯劑分別改性白炭黑補強ＳＢＲ膠料,其物理機械性能見表1。
2.1.1 門尼粘度
從表1看出,隨著偶聯劑量的增加,4種偶聯劑膠料的門尼粘度值總體上都有所降低。并且隨著偶聯劑用量的增加,門尼粘度降低的幅度增大。
隨著偶聯劑量的增加,白炭黑表面緊緊的結合著一層硅烷,降低了填料 填料網狀結構的形成機率,使得混煉膠料的粘度降低。
2.1.2 硫化時間
從表1看出,改性白炭黑膠料的硫化時間隨偶聯劑量的增加而縮短,其中用Ｓｉ 69改性膠料的硫化時間縮短幅度最大。Ｓｉ 69是一種雙功能偶聯劑,一方面起著偶聯的作用,另一方面為硫化提供Ｓ,而其它3種偶聯劑只是起了偶聯作用。
2.1.3 300%定伸應力
從表1看出,隨著偶聯劑量的增加,4種硫化膠料的300%定伸應力都有所增加,其中分別用ＫＨ 560、Ｓｉ 69改性白炭黑的硫化膠的定伸增加比較明顯,而用ＫＨ 550、Ａ 172增加較小。一般的硫化膠料,隨著交聯密度的增大,定伸應力隨之增大。隨著偶聯劑量的增加,白炭黑 偶聯劑 聚合物網絡逐漸增密,使膠料的交聯密度隨著增加,所以定伸應力明顯改善。
2.1.4 300%定伸應力/100%定伸應力
根據王夢蛟等人的理論:硫化膠料的300%定伸應力與100%定伸應力的比值是聚合物 填料相互作用的一個量度,可以確信它與聚合物的分子鏈從填料表面滑動或脫離有關,該比值越高,聚合物 填料相互作用越強。根據該理論,由表1看出,改性白炭黑硫化膠料的性能都要高于不加偶聯劑的膠料;用ＫＨ 560、Ｓｉ 69改性白炭黑的硫化膠料的性能隨著偶聯劑量的增加性能提高。
2.1.5 拉伸強度
由表1看出,隨著偶聯劑加入量的增加,分別用ＫＨ 550、ＫＨ 560、Ｓｉ 69改性白炭黑膠料的拉伸強度先增加后降低,而用Ａ 172改性的膠料的拉伸強度變化規律不明顯。拉伸強度與膠料的交聯密度有密切關系,一般隨著交聯密度的增加拉伸強度也隨之增大,并出現一個極大值,然后隨著交聯密度的進一步增大拉伸強度下降。
2.1.6 撕裂強度
從表1看出,經過4種偶聯劑改性后的白炭黑硫化膠料的撕裂性能明顯增加。一般撕裂強度也隨著交聯密度的增大而增大。通過偶聯劑的改性,使白炭黑在橡膠中的分散性提高,白炭黑與橡膠的親和性也提高,其撕裂性能也明顯增加。
2.1.7 扯斷伸長率
從表1可以看出,隨著偶聯劑量的增加,扯斷伸長率都呈現出下降的趨勢.一般硫化膠料的扯斷伸長率隨著交聯密度的增大而降低,隨著交聯密度的增加,膠料的強度提高,分子間作用力增加,伸長率降低。
2.1.8 磨耗性能
從表1可以看出,隨著偶聯劑用量的增加,4種硫化膠料的磨耗體積都下降,其中ＫＨ 560改性的膠料的磨耗性能最好,依次是Ｓｉ 69、Ａ 172、ＫＨ 550。2.1.9 回彈性能從表1看出,除用Ａ 172改性的硫化膠料的回彈性能降低外,其他膠料的回彈性都明顯增加。用ＫＨ 550和ＫＨ 560改性白炭黑的硫化膠料的回彈性在偶聯劑量的為1 5份時出現了最高值。回彈性和膠料的交聯密度有一定的關系,隨著交聯密度的增加,回彈性增大,并出現最大值。
3 結 論
(1)在使用白炭黑的ＳＢＲ膠料配方中加偶聯劑,可以降低混煉膠料的門尼粘度,縮短硫時間,提高生產效率。
(2)使用ＫＨ 550、ＫＨ 560、Ａ 172、Ｓｉ 694偶聯劑對白炭黑進行表面改性后,硫化膠料的合力學性能都有不同程度的提高。
參 考 文 獻
[1]趙紅娟編譯.混煉條件對ＴＥＳＰＴ與白炭黑、輪胎用橡膠應的影響[Ｊ].橡膠參考資料,2002,(4):22～26
[2]ＪｏｈｎＴ.用于提高白炭黑性能的硅烷偶聯劑[Ｊ].橡膠參考料1999,(9):1～8
