改性炭黑-白炭黑双相粒子对天然胶性能影响研究(3)

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单纯以炭黑或者白炭黑做补强填料各有优缺点，于是炭黑-白炭黑双相粒子填料应运而生，它由卡伯特公司运用独特的技术开发生产的，它能在不降低传统炭黑耐磨耗性能的前提下改善胶料的性能，提高轮胎牵引力并大幅度降低滚动阻力，改善胎面胶滞后损失和温度的关系。此双相填料由卡伯特公司研制开发，主要构成是炭黑相以及分散在其中的白炭黑相，它的最主要特点是能够使填充剂之间的相互作用减低与此同时增强填充剂与弹性体的相互作用[4]。

1.2.1炭黑

作为一种化工产品，炭黑的用途极其广泛。除了在橡胶产业中广泛应用外，炭黑还可应用在树枝、印刷、涂料、电线电缆、电池、纸张、铅笔、颜料等诸多行业中。当然，轮胎以及其他各类橡胶制品仍然是炭黑的最主要用处。据统计全世界约七成的炭黑用于轮胎，其他橡胶制品使用了约两成，只有一成左右被用在树脂添加剂、燃料、印刷油墨等其他工业。总的来说，世界炭黑工业已经发展进入了一个较为成熟的阶段，目前主要的发展方向集中在节能、环保以及产能提高等方面[5]。

a高性能和低滞后损失炭黑

很多的高性能及低滞后损失炭黑新品种纷纷由各大国际炭黑公司开发研制，以适应轮胎行业的飞速发展尤其是满足人们对高性能轮胎和绿色轮胎的迫切需求。高性能炭黑有以下共同特点：颗粒直径小、结构高低适合、聚集体分布尺寸相对比较窄、表面活性较高。与之相对的，低滞后损失炭黑的共同特点有：结构高、聚集体吃才能分布相对较宽、表面活性高。在这些产品中一些品种较早被开发出来，现在已经纳入ASTM标准，如N134和N358，它们已经被轮胎生产厂家广泛使用[6]。一些性能同样可圈可点的新炭黑近几年同样被研制出来，由于时间尚早，它们的化学指标还未被公布也没有纳入ASTM标准，但有一些产品在生产厂家的产品目录中已被列出，这些新品种炭黑应用发面的说明可以从中看到，目前它们正在积极地向行业推广应用中[7]。

b纳米结构炭黑

当今社会能源危机日益凸显，低滞后损失炭黑可以提高燃油经济加之绿色轮胎概念的深入，大形势驱使各大炭黑公司将低滞后损失炭黑作为开发重点[9]。就目前来看只要两个行业深入合作必然将低滞后损失炭黑引入新的阶段--规模化应用。利用经过改进的独特炉法工艺可制得纳米级炭黑它比传统的ATM炭黑具有更高的表面粗糙度以及更大的表面活性。纳米级炭黑中含有大量高度无序交联的小结晶粒子，使得纳米级炭黑具有较大的表面活性。纳米级炭黑与聚合物之间往往有很强的机械/物理化学作用，这是因为上述结晶粒子具备的为数众多的灵便赋予了炭黑粒子特别高得表面能活性场。动态变形而产生的滞后损失和生热随着填充剂与聚合物的相互作用的加强而下降。以载重汽车轮胎天然橡胶胎面胶为例，同样填充五十二分炭黑，纳米级炭黑比传统的ASTMN炭黑有更低的滞后损失和生热，因而有更低的滚动阻力。同时，纳米级炭黑较低的DBP值使硫化胶的300%定伸应力略低[8]。

c导电炭黑

导电炭黑同样拥有可观的开发潜力，因为对众多橡胶制品要求的基本性能中必然有导电/经典特性。橡胶用导电炭黑和塑料用导电炭黑是导电炭黑今后开发的两个主要方向

d色素炭黑

色素炭黑在塑料方面应用比较活跃，但总体稳定。

1.2.2白炭黑

白炭黑，也被称作活性二氧化硅、水合二氧化硅和沉淀二氧化硅。是一种具备很高的电绝缘性、多孔性和吸水性的高度分散状的轻质无定形粉末或者絮状粉末[10]。白炭黑具备非常好的补强和增黏作用，原因是它低于3.1微米的原始颗粒直径使其获得了很大的表面积，与此同时白炭黑也拥有良好的分散、悬浮和振动液化特性。白炭黑应用广泛，在塑料、橡胶、造纸、涂料、染料和油墨等诸多领域，而在橡胶行业中白炭黑更是凭借它的优异的补强性和透明性遥遥领先。然而，白炭黑表面存在的活性硅烷基、吸附水以及因为制备工艺使表面出现的酸区会让白炭黑呈现亲水性难以浸润和分散于有机相中，不能很好的与弹性体系中的聚合物有良好的相容，因而使硫化效率以及补强性能降低，从而在某些特殊领域的使用被限制。白炭黑经过改性后，表面活性被提高，在有机相中的分散性和相容性得到改善，使得白炭黑的应用领域大大扩展，同时提高了白炭黑的附加值[11]。