改性炭黑-白炭黑双相粒子对天然胶性能影响研究(4)

菜单

白炭黑的制备方法有物理法和化学法。由于物理法制备的白炭黑标准过低橡胶业使用的白炭黑一般由化学方法制得。化学法又分为热解法（包括气相法和电弧发）、干法和湿法，按照产品的生成特征可以把湿法分为沉淀法（包括硫酸沉淀法、盐酸沉淀法、硝酸沉淀法、二氧化碳沉淀法和水热法）及凝胶法（包括普通干燥类和气凝胶类）[12]。如今，世界范围内白炭黑的生产工艺主要有两类，其一是气相法。以四氯化硅为原料，在氢气和氧气流中高温水解得到烟雾状二氧化硅，然后将它凝结成絮，最后经分离、脱酸等工序制得产品。气相法生产出的白炭黑是高品质产品，具有粒径小、纯度高等优点，常被用作精细填料。然而它的广泛使用受到原料价格高、反应流程长、生产过程能耗大、产品价格高等因素限制。另一重是酸沉淀法。它以水玻璃为原料，通过酸化水玻璃得到酥松、分散细并以絮状结构沉淀出来的SiO2粉体。酸沉淀法制白炭黑工艺简单、成本低廉但是产品粒径大、活性不高、整体品质不佳。

1992年，欧洲的轮胎公司提出了一个新的概念--“绿色轮胎”，橡胶填充剂的开发状况开始出现新的变化[13]。特殊聚合物以及白炭黑--硅烷体系的应用，使得轮胎具备更高的湿路面牵引性能和湿路面刹车性能，燃料消耗更是由滚动阻力的降低减少了5%。白炭黑--硅烷体系的轿车轮胎胎面胶在欧洲原装胎市场上的应用率已超过80%。白炭黑--硅烷体系也使现代冬季轮胎的性能大幅度提升。白炭黑除了可用作车胎胎面胶的主填充剂以外，也可用于胎体胶，这可以进一步降低生热和滚动阻力。以高分散性白炭黑配合高结构系例子的炭黑可以扩大白炭黑的使用范围，如将其用在卡车轮胎中。这种最佳填充体系能够满足载重汽车轮胎降低轮胎滞后损失、减少滚动阻力以及保持耐磨性能等特殊要求[14]。

1.2.3其它新型填料（石墨烯，碳纳米管）

石墨烯具有优异的热性能、力学性能及电学性能，特别是氧化石墨烯由于成本低廉，原料易得，并且具有巨大的比表面积和表面丰富的官能团，在经过改性和还原后可在聚合物基体中形成纳米级分散，在改善聚合物的热性能、力学性能及电学性能等方面具有更大的潜力。普林斯顿大学罗伯特•K等研究开发了官能性石墨烯-橡胶纳米复合材料具有良好的性能[15]。

CNT（碳纳米管）具备优异的物理机械性能，因而可以给橡胶基质提供优异的增强性能并且提高他的抗疲劳性能，它具备以下优点;a在外力作用下它的断裂行为是沿着管壁传递应力作用一层一层断裂的，这种区别于有机纤维完全脆性断裂的的性能是由其特殊的管状结构决定的。b CNT可以通过在基质中形成填充网络迅速散失材料中积聚的热量降低橡胶制品的疲劳损失以延长使用寿命。c 橡胶的抗撕裂性和耐磨性因为CNT的大长径比而明显提高[16]。

1.2.4炭黑-白炭黑双相粒子

炭黑--白炭黑双相（CSDPF）粒子是一种由炭黑和白炭黑两相组成的新型橡胶补强剂，与传统炭黑或者白炭黑填料相比它具有更多的表面活性含氧官能团，且基团的活性更高，它最大的优点在于有更大的填料-聚合物间相互作用，更低的填料-填料相互作用，可以补强胶料的同时提升胶料的力学、动态力学、热稳定性等性能，在轮胎胎面胶中有广阔的应用前景[17]。卡伯特公司运用独特的工艺技术开发的炭黑-白炭黑双相填充剂由炭黑及分散在炭黑中的白炭黑构成。他的最主要特点是可以提高基质与填充剂的相互作用与此同时降低填充剂之间的相互作用。具体来说，CSDPF通过改善轮胎胎面胶的滞后损失与温度间关系，降低滚动阻力提高牵引力，全面提高胶料的性能，并且基本不影响传统炭黑的耐磨性能[18]。