沉淀法白炭黑化学指标与胶料物理性能的关系2

    BET与 CTAB的比值(BET/CTAB)

    CTAB是测定沉淀法白炭黑附聚体内中孔以上范围内所有孔提供的比表面积值。 BET/CTAB说明了微孔提供表面积占总表面积的比率。 该值越大,说明微孔越多。 在白炭黑与胶料的混合体系中, 橡胶聚合物分子只能渗入到较大的孔隙中,微孔增多将导致许多聚合物分子游离于白炭黑附聚体之外,使填料-聚合物的相互作用减弱,同时,微孔的存在令白炭黑表面处于较高的能位,分散性能差,易生成应力集中点,补强作用下降。 所以高性能胎面胶应采用 BET/CTAB较低白炭黑产品。

1. BET与 Ssears的比值(BET/Ssears)

    S sears表示表面羟基的滴定表面积, 与表面羟基的数量成正相关。 BET/ Ssears则表征了具有相同比表面积的白炭黑附聚体结构的高低。 该值越大, 附聚体结构越高,表面残余羟基少,相互之间的氢键作用弱,填料—聚合物的作用增强,分散性好,对助剂的吸附作用差,硫化速率快。

 2. DBP吸油值

    DBP吸油值是表征沉淀法白炭黑空间结构的重要指标。 DBP值越大,白炭黑三维网络的键枝状结构就越发达,那么白炭黑附聚体之间的相互作用增强,对改善胶料的流变性能和提高补强效果有益, 而且较高的吸油值可在一定范围内改善白炭黑的分散性。 因为在白炭黑与橡胶分子的混合过程中, 橡胶分子渗入到白炭黑附聚体的孔隙中, 白炭黑的空间网络越发达,孔隙率越高,橡胶分子的渗透速度越快, 白炭黑的分散性越好。

     值得提起注意的是, DBP值高会导致60℃tanδ值高而 0℃tanδ值低,这是所不希望发生的。 所以吸油值的选择应既能保证白炭黑良好的分散行为和胶料的加工性能, 又不损害胎面胶的动态物理性能, 体现出绿色轮胎的内涵。

3.平均粒径与粒径分布

    沉淀法白炭黑的平均粒径与粒径分布是决定其在胶料体系中分散程度的重要指标, 它主要决定于白炭黑制备过程中所选择的工艺路线。

    凝胶工艺的白炭黑产品 d50在15μm以上,粒径呈单峰正态分布;溶胶工艺的白炭黑产品 d50在8.0～15μm之间,粒径呈双峰分布,一次峰在5～10μm之间,二次峰在10～15μm之间。  图4将两类产品进行超声崩解后, 凝胶工艺产品的平均粒径与粒径分布相差甚微; 而溶胶工艺产品的平均粒径大幅下降,一次峰的峰高及峰面积显著增长, 小于10μm的粒子可达全部粒子的50%以上。 若将超声波引入的能量进行量化可以近似认为,超声5 min 的能量相当于白炭黑附聚体与橡胶聚合物分子混炼时所需的外部能量。 据此可以推断,一次峰的比率越高,白炭黑的分散性越好。 所以,高性能轮胎采用的沉淀法白炭黑应为中值粒径小且易被崩解的产品。

4. 结论

    通过分析沉淀法白炭黑的微观结构与聚合物适合分子的作用过程,可以得出结论:能满足轮胎综合力学性能的沉淀法白炭黑应为低 BET比表面积,低BET/CTAB比,高BET/Ssears比,适中的DBP吸油值,中值粒径小且易崩解的产品。