白炭黑的性能與運(yùn)用PPT課件

1、純凈結(jié)晶石英砂無定型水合二氧化硅aggregateagglomerate將二氧化硅從結(jié)晶態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)闊o定型態(tài)沉淀白炭黑 的來源 沉淀白炭黑結(jié)晶二氧化硅第1頁/共44頁沉淀法白碳黑化學(xué)反應(yīng)式Stage 1 : 水玻璃SiO2 + Na2CO3Na2OSiO2 + CO2 1000 o oCStage 2 : 白碳黑Na2OSiO2 +SiO2 + Na2SO4 + H2OH2SO4第2頁/共44頁石英砂水1400C溶解 混合碳酸鈉 稀釋液體泡花堿泡花堿硫酸干燥料漿 SiO2 + H2O濾餅沉淀反應(yīng)過濾洗滌液化粉狀SiO2儲(chǔ)存壓實(shí)超微細(xì)第3頁/共44頁l 白炭黑 = 沉淀法水合二氧化硅橡膠用白炭黑的性

2、能特點(diǎn)第4頁/共44頁l外觀, 結(jié)構(gòu)和組成: 粉狀, 大顆粒, 微珠 l比表面積: CTAB, BET l多孔性: BET-CTAB l表面化學(xué): -H, -OH 基團(tuán), 水分, 灼燒減量l顆粒度: 顆粒大小, (基本粒子, 聚集體, 附聚體) 和分布l分散性: 傳統(tǒng), 高分散 白炭黑沉淀白炭黑特征性能第5頁/共44頁結(jié)構(gòu)附聚體 :高剪切應(yīng)力下可以分散開1 50 m聚集體:機(jī)械力不能分散50 200 nm基本粒子單個(gè)納米級(jí)粒子 5 25 nm組成SiO2 (不定型) , 表面含水合基團(tuán)MP 微珠50 300 m研磨顆粒1 100 m外觀大顆粒500 m to few mm第6頁/共44頁Sil

3、ica ASilica BSilica CN 774N 550N 220N 110初始顆粒大小品名BET比表面積CTAB 比表面積 粒徑 DBP-值 濕度 商標(biāo)名 / m/g / m/g / nm g/100g %Silica A501705.5Ultrasil 360Silica B1252055.5Ultrasil VN2 GRSilica C1701805.5Ultrasil VN3 GRSilica D1702406.0Ultrasil 7000 GR503812016.51651416014N 77429721N 550421211N 2201191141N 110138113 具有

4、良好的分散性具有良好的分散性& 較較低的作用力低的作用力 標(biāo)準(zhǔn)的粉未狀 = 具有較小的阻力 & 較高的污染沉淀法白炭黑真實(shí)光學(xué)顯微照片第8頁/共44頁模型 電鏡照片沉淀白炭黑結(jié)構(gòu)模型與真實(shí)電鏡照片第9頁/共44頁比表面積決定于基本粒子的尺寸大小比表面積就是每克白炭黑的表面積:表面積 : S = 4 p p R體積 : V = 4/3 p p R3質(zhì)量 : M = Vxd (d : density = 2)(m2/g)半徑 R基本粒子: 球形 (半徑 R)SSASM=SSA1d3R=沉淀法白炭黑的基本特征性能1) 比表面積沉淀白炭黑的比表面積 第10頁/共44頁沉淀白炭黑的比表面

5、積 特別對于橡膠來說, 比表面積是指白炭黑的外比表面積(CTAB)或總比表面積 (BET) .CTAB 外比表面積橡膠分子可觸表面-BET總比表面積 橡膠不能延伸至而橡膠助劑可以進(jìn)入的表面內(nèi)孔度 = BET - CTAB m/g第11頁/共44頁國際標(biāo)準(zhǔn)ISO/DIS5794/3 分六個(gè)等級(jí)；(BET) 比表面積g/m2 A 201260 B 166200 C 136165 D 101135 E 51100 F 2030 第12頁/共44頁白碳黑比表面積對橡膠產(chǎn)品性能的影響表面積粘度硫化速率拉伸耐磨性模量制品透明度表面積表面積表面積表面積表面積第13頁/共44頁 沉淀白炭黑的表面化學(xué)和水份BU

6、LKOSiOOSiOOSiOOSiOOSiOOSiOOSiOOSiOOSiOOAlOOSiOOSiOOSiOOSiOOOOOOOOOOOOOHHHOHHHHHOSiOSiOnOHHONaNaHCa+OAl+HO物理吸附水自由水縮合水TGA分析顯示水分分兩步蒸發(fā) 010 5C/min. 自由水和物理吸附水縮合水01234567892004006008001000溫度 (C) 失重 (%)第14頁/共44頁表面形態(tài) SiOOOSiSiOOOSiSiOSiOOOOOHHHHHOSiHHOHHOHHOHHOHHOHHO間位鄰位獨(dú)立 各類硅羥基及水合過程第15頁/共44頁沉淀法白炭黑的 多孔性 通過水銀

7、孔容計(jì)測量對補(bǔ)強(qiáng)來說,只有第二步吸附是有效的(小于1 m的孔)孔直徑 (m)00.0010.010.111010010000.511.522.533.5cumulated porous volume (ml/g)粒子間孔容 內(nèi)孔容第16頁/共44頁 目的 補(bǔ)償因白炭黑多孔性(BET - CTAB)被吸附的橡膠助劑,特別是促進(jìn)劑.降低填料間的相互作用 提高填料-橡膠間的相互作用提高工藝性能優(yōu)化硫化性能提高補(bǔ)強(qiáng)性能 用表面活性劑進(jìn)行配方優(yōu)化調(diào)整第17頁/共44頁相容相容 用 PEG, RT1987, 作為白炭黑的表面必改性劑能改善白炭黑表面與聚合物的相容性。能更好地改善白炭黑與橡膠的親和性，降低白

8、炭黑與白炭黑之間的作用力。 能降低白炭黑的親水性，減少白炭黑對促進(jìn)劑的吸符作用，從而使橡膠的硫化速度加快。聚合物白炭黑白炭黑與橡膠基體的潤濕合相容性第18頁/共44頁SiO2橡膠與白炭之間的相互作用不是物理作用 用 PEG 4000改性的橡膠包容白炭黑 產(chǎn)生的化學(xué)界面作用.SiO2SiO2RubberRubberRubber白炭黑與橡膠的潤濕/相容性 -活化劑的作用第19頁/共44頁Si 69or用硅烷偶聯(lián)劑改性白碳黑Si 75第20頁/共44頁橡膠硅烷的作用硅膠硅烷橡膠偶聯(lián)劑作用機(jī)理RORORO4乙氧基硅烷含S功能團(tuán)丙基鏈SXSi橡膠白碳黑表面OHOHOH硅膠偶聯(lián)劑橡膠偶聯(lián)劑共混時(shí)交聯(lián)硫化時(shí)

9、交聯(lián)第21頁/共44頁白碳黑與硅烷偶聯(lián)劑共混偶聯(lián)反應(yīng)機(jī)理SiRORROROSiRORROROSiRORROROSiOHSiSiOHSiOHOOOOO1. hydrolysis2. coupling- ROH+ H2O- 2* ROHSiOSiRROROSiSiOSiOSiRROSiROROOOOOOSiOSiRROROSiOSiRORORSiSiOSiRROROOOOOO初級(jí)反應(yīng)二級(jí)反應(yīng)第22頁/共44頁在白炭黑生產(chǎn)的最后一步(干燥、研磨、壓實(shí)、超微細(xì)), 白炭黑會(huì)生成不同狀態(tài).超微細(xì)化白炭黑1 m10 mm10 m研磨白炭黑100 m噴霧法干燥白炭黑250 m噴嘴干燥1000 m = 1 m

10、m造粒3 m : T 331 - T 36510 m : T 63 - T 73 - T 103 T 4310 15 m : Tx 28/15 T 38 - T 38AB60 m : T 38A / Z 45100 m : T 38D180 m : T 48A250 - 300 m : Z1165 MP, Z1115 MP2 - 5 mm : Z 125 GR Z 175 GRetc .沉淀法白炭黑的顆粒度 第23頁/共44頁 白炭黑內(nèi)部微孔對硫化速度的影響 T90 VS. Micro-Porosity300350400450500550600406080100120140BET-CTAB (

11、m2/g) T90 (m:s)白炭黑 在橡膠配方中的應(yīng)用 對同一規(guī)格的白炭黑來說, 微孔越多, T90 越長, 硫化速度越慢第24頁/共44頁 水分對硫化速度的影響T90% Vs. Moisture0:07:120:07:550:08:380:09:220:10:050:10:480:11:310:12:140:12:580:13:410:14:24456789Moisture Content (%)T90 (m:s) l 對同一種白炭黑來說，水分越高，硫化速度越快。 白炭黑 在橡膠配方中的應(yīng)用第25頁/共44頁 白碳黑吸水量 30oC ( 86oF )時(shí)間 小時(shí) 吸水量 %相對濕度05100

12、.11.010.0100.070 %50 %最大吸水量相對濕度 %吸水量 %02550751001005ULTRASIL VN2 30 oC ( 86oF )吸水量的對硫化的影響第26頁/共44頁含水量對硫化過程的影響O.D. 流變儀 at 150oC05101520時(shí)間, min.0102030405060扭矩第27頁/共44頁pH值的影響低低 pH-值值 更長的硫化時(shí)間更長的硫化時(shí)間高高 pH-值值 更短的硫化時(shí)間更短的硫化時(shí)間 更快的硫化速率更快的硫化速率第28頁/共44頁 從30 到 60 phr 在大底中： = 白炭黑 phr 提高:l 焦燒時(shí)間(Ts2) & 硫化時(shí)間(T9

13、0) 延長,l 拉伸，撕裂， 定伸，硬度，比重提高l 阿克隆磨耗降低. =白炭黑 phr 提高, l 活性劑 (例如PEG4000) 應(yīng)相應(yīng)調(diào)整.l 通常是白炭黑用量的610%，( 1.5 3.5 phr) 白炭黑用量(phr)對橡膠性能影響明顯。 白炭黑填充量對橡膠配性能的影響第29頁/共44頁 Ts2, T90 vs. phr0:001:122:243:364:486:0030.040.050.060.0Silica phrTS2, T90 (m:s)T90Ts2TS & M300% vs. phr4.07.010.013.016.019.022.030.040.050.060.0

14、Silica phrTS & Modulus (MPa)白炭黑用量在(3060 phr) 不等對膠料配合性能的影響TSM300%lT90, Ts2 隨著用量的提高l焦燒時(shí)間，硫化速度降底300%定伸強(qiáng)度，定伸強(qiáng)度隨著用量的提高而增l 白炭黑填充量對橡膠配性能的影響第30頁/共44頁 Tear & Hd vs. PHR40506070809010030.040.050.060.0Silica PHRHd Shore A+ Tear (Kn.m)Akron loss & SG vs. PHR0.0000.2000.4000.6000.8001.0001.20030.040.

15、050.060.0Silica PHRAkron (cc) + SG 白炭黑用量在 (3060 Phr) 對物理性能的影響TearHdSGAb Loss隨著用量的增加撕裂強(qiáng)度，拉伸強(qiáng)度增加隨著用量的增加磨耗量下降 白炭黑填充量對橡膠配合性能的影響第31頁/共44頁白碳黑與碳黑的差異 碳碳黑黑 白白碳碳黑黑 主主要要成成分分 炭炭 硅硅氧氧化化物物 形形成成機(jī)機(jī)理理 在在極極短短底底時(shí)時(shí)間間內(nèi)內(nèi)熱熱解解并并團(tuán)團(tuán)聚聚成成粒粒 在在沉沉降降和和隨隨后后的的熟熟化化過過程程中中較較緩緩慢慢的的形形成成 物物理理表表面面 石石墨墨，半半結(jié)結(jié)晶晶態(tài)態(tài) 無無定定性性結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu) 表表面面基基團(tuán)團(tuán) 少少量量多多種

16、種不不同同的的基基團(tuán)團(tuán) 大大量量均均勻勻分分布布（OH） 表表面面親親和和性性 憎憎水水 親親水水 對對 S 硫硫化化的的影影響響 可可忽忽略略 對對交交聯(lián)聯(lián)有有相相當(dāng)當(dāng)大大的的影影響響 電電導(dǎo)導(dǎo)特特性性 中中度度導(dǎo)導(dǎo)電電 絕絕緣緣體體 第32頁/共44頁白碳黑與碳黑的差異白碳黑 弱填料，橡膠作用 強(qiáng)填料，填料作用碳黑 強(qiáng)填料，橡膠作用 弱填料，填料作用第33頁/共44頁各種表面活性劑、偶聯(lián)劑對硫化、焦燒的影響、1，三乙醇胺2，PEG40003，DEG4，SI69第34頁/共44頁 開煉機(jī) 開煉機(jī)混煉工藝 第35頁/共44頁開煉機(jī)混煉工藝的優(yōu)缺點(diǎn) 1，溫度對促進(jìn)劑吸附的影響。 2，配合劑分散性與擴(kuò)散的速度。 3，能耗大。 4，環(huán)境污染大。 5，操作時(shí)的包輥性差。 6，對硫化體系的影響小。第36頁/共44頁密煉機(jī)混煉工藝第37頁/共44頁密煉機(jī)混煉工藝的優(yōu)缺點(diǎn) 1.分散性好，能耗低。 2，粉塵飛揚(yáng)少。 3，溫度對配合劑的影響大。 4，能耗低。 5.生產(chǎn)率高。 6，溫度對硫化影響大。第3