白炭黑湿法改性研究

2 结果与讨论
2 . 1 硅烷偶联剂对白炭黑的改性 2 . 1 . 1 不同种类硅烷偶联剂对白炭黑的改性效果 改性条件 : 白炭黑浆料质量分数为 20 % ; 改性 剂用量为 1 % ( 改性剂占白炭黑的质量分数 ); 改性 剂水 解 后 使 用; 改性 温 度 为 45 ; 改 性 时 间 为 35 m in ; 采用喷 雾干燥。 3 种 硅烷偶 联剂 ( KH 550 , A - 151 , S i69) 对白炭黑的改性效果及补强胶料的力 学性能见表 1 。从表 1 看出 , 3 种硅烷偶联剂处理后 的白炭黑 , 其补强胶料的力学性能都有所提高, 其中 KH 550的拉伸强度更好 , 这可能与其最易在水中分 解, 而后更易与白炭黑发生反应有关。因此 , 在使用 改性剂处理白炭黑时 , 应首先采用一定的方法使偶 联剂充分水解 , 而又在其未发生或大量发生聚合之 前让其与白炭黑表面进行充分的接触反应, 这样才 会得到最佳的改性效果。
强丁苯橡胶 , 测试补强胶料的力学性能 , 用于验证硅烷偶联剂对 白炭黑的改 性效果。实验 结果证明 , 3 种偶 联剂均 可实现对白炭黑的改性。得出了 3 种硅烷偶联 剂对白 炭黑进 行湿法表 面改性 的最佳 条件 : 1) 以 KH - 550 为改性 剂 , 将其预先水解 , 改性 剂用量为白炭黑质量的 1% , 改性温度为 35 将 其预先水解 , 改性剂用量为白炭黑质量的 1. 5 % , 改性温度为 65 预先乳化 , 改性剂用量为白炭黑质量的 1% , 改性温度为 55 关键词 : 白炭黑 ; 湿法改性 ; 偶联剂 ; 丁 苯橡胶 中图分类号 : TQ127. 2 文献标识码 : A 文章编号 : 1006- 4990( 2010) 12- 0040- 04 , 改性时间为 25 m in ; 2) 以 A - 151 为改性剂 , , 改 性时间为 35 m in; 3) 以 Si69 为改性剂 , 将其
fied at first , the dosage is 1 % o f silica ( mass fraction), modification te m pera ture is 55
K ey word s : s ilica ; w et surface mod ification; coup ling agent ; styrene - butad iene rubber ( SBR )
。笔者研 究了 3 种硅 烷偶联 剂 ( KH - 550 ,
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A - 151 , Si69)对白炭黑进行湿法表面改性的方法 , 并且将改性白炭黑用于补强丁苯橡胶, 测试补强胶 料的力学性能, 用于验证硅烷偶联剂对白炭黑的改 性效果 , 得出最佳应用效果的改性参数组。该方法 的主要特点是工艺简单、 辅助设备少 , 可以在原沉淀 法工艺中实现同步改性 , 有利于降低产品的生产成
白炭黑广泛应用于橡胶、 塑料、 涂料、 医药、 日用 化工等诸多领域。然而 , 由于白炭黑内部的聚硅氧 键和外表存在的活性硅醇基及其吸附水, 使其呈亲 水性, 在有机相中难以湿润和分散, 为此需要对白炭 黑进行表面改性 , 使其表面性质发生改变 , 在有机聚 合 物 中 能 够很 好 地 分 散 , 提 高 其 应 用 性 能和 效 果
* 基金项目 : 国家科技创新基金资助项目 ( 09C26215102274 ); 四川省自贡市科技局重点资助项目 ( 08X 01) 。
2010年 12月
徐伟等 : 白炭黑湿法改性研究
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打浆机 , 江苏金坛安普实验仪器厂 ; 2XZ - 4A 型真 空泵, 上海正慧公司; DC - 1500 型实验干燥机, 上海 达程实验设备有限公司; XK - 160 型炼胶机、 QLB 30 型硫化机、 J W L - 2500N 型电子拉力机、J MH - 75 型阿克隆磨耗机、 JCP - 25型冲片机, 江都市精艺实 验机械有限公司。 1 . 3 实验方法 首先按常规沉淀法制备 白炭黑, 然 后过滤、 洗 涤、 打浆, 备用。将偶联剂按一定条件进行乳化或水 解 , 然后与白炭黑浆料反应 , 反应后的浆料经喷雾干 燥得到改性白炭黑成品。将改性后的白炭黑用于补 强丁苯橡胶 , 测试补强胶料的力学性能。 1 . 4 性能测试 采用 HG /T 3061- 3073 1999 !橡胶配合剂沉 淀水合二氧化硅技术条件及试验方法 ∀测试白炭黑 样品的化学指标。采用 HG /T 2404 1992 !橡胶配 合剂沉淀水合二氧化硅在橡胶中的试验配方和物理 性能测定 ∀测试补强胶料样品的物理性能。
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无机盐工业 I NORGAN IC CH EM I CAL S I NDUSTRY
第 42 卷 第 12 期 2010年 12月
工业技术
白炭黑湿法改性研究
徐 伟 , 崔益顺 , 陈利秀
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( 1. 自贡市中皓化工有限公司 , 四川自贡 643010; 2. 四川 理工学院材料与化学工程学院 ; 3. 四川久大集团长山盐矿 ) 摘 要 : 采用 3 种硅烷偶联剂 ( KH - 550 , A - 151, S i69) 对白炭黑进 行湿法表面改性 , 将改性后的白炭黑用于补
乳化方式使之分散均匀 , 与白炭黑充分接触 , 通过干 燥, Si69 均匀地吸附在白炭黑表面, 在炼胶中, 通过 混炼和升温作用, 其乙氧基与白炭黑羟基发生反应, 而实现改性, 进而增强了白炭黑对胶料的补强作用; A- 151采用水解方式处理后改性效果更好, 是由于 其得到有效的水解 , 并且实现了与白炭黑发生反应 的结果。因此 , 不同的偶联剂 , 因化学性质的不同, 用于白炭黑改性时 , 要选择正确的预处理方式, 才会 有更好的改性效果。
2 . 1 . 2 硅烷偶联剂预处理方式对改性效果的影响 改性条件 : 除改性剂预处理方式外其他条件与 2 . 1 . 1 节相同。 KH 550 很易水解, 没有对其进行乳 化实验。硅烷偶联剂预处理方式对白炭黑改性效果 的影响及补强 胶料的力 学性能见 表 2 。由表 2 看 出 : S i69 水解使用的效果不如乳化后的; 而 A - 151 乳化后的使用效果却不如水解后的。分析认为 , 上 述差别 与改性 作用原 理和 最终的 协同 效果 有关 : S i69水解相对困难, 在浆料中的水解反应效果差, 而
表 2 硅烷偶联剂预处理方式对白炭黑改性效果的影响及补强胶料的力学性能
偶联剂 种类 A - 151 A - 151 S i69 S i69 预处理 方式 水解 乳化 水解 乳化 白炭黑 w ( Si O2 ) / % 91 91 91 90 灼烧减量 / % 5. 6 5. 7 5. 8 5. 7 D BP 吸油值 / ( cm 3 # g - 1 ) 2 . 5 2 . 6 2 . 5 2 . 4 300 % 定伸 应力 /M Pa 4 . 2 4 . 0 5 . 0 5 . 5 500% 定伸 应力 /M Pa 8. 3 8. 2 11. 0 13. 0 补 强 胶 料 扯断伸长率 / % 742 735 713 690 1 . 61 km 磨耗 / cm 3 0 . 39 0 . 41 0 . 26 0 . 21 拉伸强度 / M Pa 24. 0 22. 5 25. 0 26. 0
, 改性时间为 45 m in。
Study on wet surface m od ification of silica Xu W ei , Cu i Y ishun , Chen L ix iu
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(1 . Z igong Zhonghao Chem ical Co. , L td. , Z igong 643010, China; 2 . Schoo l of M ater ials and Chem ical Eng ineering, S ichuan University of Sciences & E ngineer ing; 3. Changshan SaltM ine, Sichuan J iuda Group C o . , L td. ) Abstrac t : W e t surface m odification w as m ade for silica w ith three kinds of silane coupling agents( KH - 550, A - 151 and S i69). The mod ified silica was used fo r reenfo rc ing styrene- butad iene rubber ( SBR ). The m odifica tion effects o f si lane coupling agents were ve rified through testing the m echan ica l properties o f rein fo rced rubbe rs . The test resu lts proved tha t the three agents a ll can rea lize the m odification fo r silica and opti m um we t mod ification cond itions w ere obta ined: 1) KH - 550 asm odifier : itm ust be hydro lyzed a t first , its dosage is 1% ( m ass fraction) of silica ; the m odifica tion te m perature is 35 , and the m odification ti m e is 25 m in; 2) A - 151 asm odifier : hydro lyzed a t first , the dosage is 1. 5% ( m ass frac , and modification ti m e is 35 m in; 3) Si69 as mod ifier : it must be emu lsi , and m od ifica tion ti m e is 45 m in. tion) of silica , m odifica tion te m pera ture is 65
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本、 实现产业化。
1 实验部分
1 . 1 主要原料 水玻璃, 自制, SiO2与 N a2 O 物质的量比为 3 . 4 ; 硫酸 , 质量分数为 98 % , 宜宾格锦化工有限公司; 硅 烷偶联剂 ( KH - 550 , A - 151 , Si69), 南京曙光化工 有限公司 ; 乳化剂, 自制 ; 无水乙醇、 甲苯、 活性剂、 分 散剂及其他原材料均为常用原材料。 1 . 2 主要仪器和设备 BS423S 型电子天平, 北京赛多利斯仪器系统有 限公司; 025 - 2F 型电动搅拌机, 杭州仪表电机厂; HH - 601 型数字式恒温水浴锅、 FS- 1型高速乳化
表 1 不同种类硅烷偶联 剂对白炭黑的改性效果及补强胶料的力学性能
偶联剂 种类 空白样 KH 550 A - 151 S i69 白炭黑 w ( Si O2 ) / % 92 91 91 91 灼烧减量 / % 5 .0 5 .7 5 .6 5 .8 DBP 吸油值 / ( cm 3 # g- 1 ) 2. 8 2. 4 2. 5 2. 5 300 % 定伸 应力 /M Pa 3 . 9 4 . 5 4 . 2 5 . 0 500 % 定伸 应力 /M Pa 7 .6 8 .9 8 .3 11 .0 补 强 胶 料 扯断伸长率 / % 786 725 742 713 1 . 61 km 磨耗 / cm 3 0 . 48 0 . 43 0 . 39 0 . 21 拉伸强度 / M Pa 18. 5 26. 8 24. 0 25. 0