白炭黑的性能與運(yùn)用

工業(yè)生產(chǎn)

化學(xué)特性沉淀法〔橡膠用〕白炭黑的性能與運(yùn)用

無定型沉淀法白炭黑

純潔結(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法白炭黑生產(chǎn)--SiO2的形態(tài)變化

沉淀白炭黑結(jié)晶二氧化硅沉淀法白碳黑化學(xué)反響式Stage1:水玻璃SiO2+Na2CO3Na2O?SiO2+CO2>1000oCStage2:白碳黑Na2O?SiO2+SiO2+Na2SO4+H2OH2SO4石英砂水1400°C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)沉淀法白炭黑工業(yè)生產(chǎn)工藝

外觀,結(jié)構(gòu)和組成比外表積多孔性外表化學(xué)顆粒度分散性白炭黑=沉淀法水合二氧化硅橡膠用白炭黑的性能特點(diǎn)外觀,結(jié)構(gòu)和組成:粉狀,大顆粒,微珠比外表積:CTAB,BET多孔性:BET-CTAB外表化學(xué):-H,-OH基團(tuán),水分,灼燒減量顆粒度:顆粒大小,(根本粒子,聚集體,附聚體)和分布分散性:傳統(tǒng),高分散白炭黑沉淀白炭黑特征性能沉淀白炭黑表觀特征,顆粒結(jié)構(gòu)和組成結(jié)構(gòu)附聚體:高剪切應(yīng)力下可以分散開1à50μm聚集體:機(jī)械力不能分散50à200nm基本粒子單個(gè)納米級(jí)粒子5à25nm組成SiO2

(不定型),表面含水合基團(tuán)MP微珠50à300μm研磨顆粒1à100μm外觀大顆粒500μmtofewmmSilicaASilicaBSilicaCN774N550N220N110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/m2/g/m2/g/nm

g/100g%SilicaA501705.5Ultrasil360SilicaB1252055.5UltrasilVN2GRSilicaC1701805.5UltrasilVN3GRSilicaD1702406.0Ultrasil7000GR503812016.51651416014N7742972<1N55042121<1N220119114<1N110138113<1297942561112112718白炭黑的聚集體粒徑與炭黑的比照(X60倍放大)微珠狀=>具有良好的分散性&較低的作用力

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)電鏡照片比外表積決定于根本粒子的尺寸大小比外表積就是每克白炭黑的外表積:外表積:S=4pR體積:V=4/3pR3質(zhì)量:M=Vxd(d:density=2)(m2/g)半徑R根本粒子:球形(半徑R)SSASM=SSA1d3R=沉淀法白炭黑的根本特征性能1)比外表積沉淀白炭黑的比外表積沉淀白炭黑的比外表積特別對(duì)于橡膠來說,比外表積是指白炭黑的外比外表積(CTAB)或總比外表積(BET)....CTAB外比外表積橡膠分子可觸外表---BET總比外表積橡膠不能延伸至而橡膠助劑可以進(jìn)入的外表內(nèi)孔度=BET-CTABm2/g國際標(biāo)準(zhǔn)ISO/DIS5794/3分六個(gè)等級(jí)；(BET)比外表積g/m2A201—260B166—200C136—165D101—135E51—100F20—30白碳黑比外表積對(duì)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沉淀白炭黑的外表化學(xué)和水份外表化學(xué)性能BULKOSiOOSiOOSiOOSiOOSiOOSiOOSiOOSiOOSiOOAlOOSiOOSiOOSiOOSiOOOOOOOOOOOOOHHHOHHHHHOSiOSiOnOHHONaNaHCa+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)

0105°C/min.自由水和物理吸附水縮合水01234567892004006008001000溫度(°C)失重(%)外表形態(tài)SiOOOSiSiOOOSiSiOSiOOOOOHHHHHOSiHHOHHOHHOHHOHHOHHO間位鄰位獨(dú)立各類硅羥基及水合過程沉淀法白炭黑的多孔性

通過水銀孔容計(jì)測(cè)量對(duì)補(bǔ)強(qiáng)來說,只有第二步吸附是有效的(小于1μm的孔)孔直徑(μm)00.0010.010.111010010000.511.522.533.5cumulatedporousvolume(ml/g)粒子間孔容內(nèi)孔容目的補(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-橡膠間的相互作用可以到達(dá)提高工藝性能優(yōu)化硫化性能提高補(bǔ)強(qiáng)性能用外表活性劑進(jìn)行配方優(yōu)化調(diào)整相容差相容佳用PEG,RT1987,作為白炭黑的外表必改性劑 能改善白炭黑外表與聚合物的相容性。 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(duì)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SiO2橡膠與白炭之間的相互作用不是物理作用用PEG4000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Si69or用硅烷偶聯(lián)劑改性白碳黑Si75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S–XSi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)交聯(lián)白碳黑與硅烷偶聯(lián)劑共混偶聯(lián)反響機(jī)理SiROR'ROROSiROR'ROROSiROR'ROROSiOHSiSiOHSiOHOOOOO1.

hydrolysis2.

coupling-

ROH+

H2O-

2*

ROHSiOSiR'ROROSiSiOSiOSiR'ROSiR'OROOOOOOSiOSiR'ROROSiOSiR'ORORSiSiOSiR'ROROOOOOO初級(jí)反應(yīng)二級(jí)反應(yīng)在白炭黑生產(chǎn)的最后一步(枯燥、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1μm10mm10μm研磨白炭黑100μm噴霧法干燥白炭黑250μm噴嘴枯燥1000μm=1mm造粒3μm:T331-T36510μm:T63-T73-T103T4310à15μm:Tx28/15 T38-T38AB60μm:T38A/Z45100μm:T38D180μm:T48A250-300μm:Z1165MP,Z1115MP2-5mm:Z125GR Z175GR etc.....沉淀法白炭黑的顆粒度

白炭黑內(nèi)部微孔對(duì)硫化速度的影響

T90VS.Micro-Porosity300350400450500550600406080100120140BET-CTAB(m2/g)

T90(m:s)白炭黑在橡膠配方中的應(yīng)用

對(duì)同一規(guī)格的白炭黑來說,微孔越多,T90越長,

硫化速度越慢

水分對(duì)硫化速度的影響T90%Vs.Moisture0:07:120:07:550:08:380:09:220:10:050:10:480:11:310:12:140:12:580:13:410:14:24456789MoistureContent(%)T90(m:s)

對(duì)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

白碳黑吸水量30oC(86oF)時(shí)間[小時(shí)]吸水量%相對(duì)濕度05100.11.010.0100.070%50%最大吸水量相對(duì)濕度[%]吸水量[%]02550751001005ULTRASIL

VN2

30oC(86oF)吸水量的對(duì)硫化的影響含水量對(duì)硫化過程的影響O.D.流變儀

at150oC05101520時(shí)間,min.0102030405060扭矩pH值的影響低

pH-值

更長的硫化時(shí)間高

pH-值

更短的硫化時(shí)間

更快的硫化速率

從30到60phr–在大底中：

=>白炭黑phr提高:

焦燒時(shí)間(Ts2)&硫化時(shí)間(T90)延長,拉伸，撕裂，定伸，硬度，比重提高

阿克隆磨耗降低.

=>白炭黑phr提高,

活性劑(例如PEG4000)

應(yīng)相應(yīng)調(diào)整.

通常是白炭黑用量的6~10%，(1.5~3.5phr)

白炭黑用量(phr)對(duì)橡膠性能影響明顯。

白炭黑填充量對(duì)橡膠配性能的影響

Ts2,T90vs.phr0:001:122:243:364:486:0030.040.050.060.0SilicaphrTS2,T90(m:s)T90Ts2TS&M300%vs.phr4.07.010.013.016.019.022.030.040.050.060.0SilicaphrTS&Modulus(MPa)白炭黑用量在(30~60phr)不等對(duì)膠料配合性能的影響TSM300%T90,Ts2隨著用量的提高焦燒時(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(duì)橡膠配性能的影響

Tear&Hdvs.PHR40506070809010030.040.050.060.0SilicaPHRHdShoreA+Tear(Kn.m)Akronloss&SGvs.PHR0.0000.2000.4000.6000.8001.0001.20030.040.050.060.0SilicaPHRAkron(cc)+SG白炭黑用量在(30~60Phr)對(duì)物理性能的影響TearHdSGAbLoss隨著用量的增加撕裂強(qiáng)度，拉伸強(qiáng)度增加隨