疏水白炭黑的制备及其在丁苯橡胶中的应用研究

论文摘要

纳米白炭黑表面富含有大量的羟基，具有很强的极性，亲水性很强，正是由于这种特殊的表面结构，所以在一般情况下，白炭黑都是呈现团聚倾向的。在高分子聚合物中，这种团聚能够导致应力的过分集中，从而造成了特定的缺陷，严重影响了聚合物的各种性能。如何提高白炭黑在其他体系中的分散就成了研究的重中之重。本文主要分为两部分，第一部分是以水玻璃为原料，硅69为改性剂采用硫酸液相沉淀法制备疏水白炭黑，并使用扫描电镜和红外光谱仪对产品进行了表征；第二部分是将改性白炭黑应用于丁苯橡胶的补强，系统研究了各因素对胶料性能的影响，结论如下：（1）采用湿法改性制备疏水白炭黑。硅烷偶联剂用量、改性时间和改性时的pH值对产物的疏水改性效果都有很大影响。最佳工艺条件如下：硅69用量：2.5%、改性时间：1.5h、改性pH值：4.67。在此工艺条件下制备的改性白炭黑具备了非常好的改性效果，其沉降体积、活化指数和吸油值这三个方面都达到了最优值，分别为4.05mL/g、98%和2.86mL/g。（2）通过对干混法和湿法两种制备橡胶纳米材料的性能比较，可以看出，前者的补强效果不如后者，主要原因是干混法中，白炭黑粒子不能够很好的分散在胶料基体中，影响了白炭黑粒子的补强作用。（3）改性白炭黑含量对胶料性能的影响：拉伸强度和邵氏硬度随着改性白炭黑含量的增加而增大，而撕裂强度和断裂伸长率随着改性白炭黑含量的增加先增大后减小。（4）通过对三种改性剂改性白炭黑填充丁苯橡胶的性能进行分析，可以发现，KH570可以在白炭黑周围形成一个厚而软的过渡层，极大的增大了胶料的断裂伸长率和撕裂强度，分别达到了1216%和37.95N/mm；硅69和硅75可以在白炭黑周围形成一层高交联密度层，增大了胶料的拉伸强度和邵氏硬度。（5）改性白炭黑的加入提高了胶料的损耗模量，其中硅69贡献最大，硅75次之，KH570最小，这主要是三者在白炭黑和胶料之间形成的过渡层不同；同时，改性白炭黑的引入提高了加料的玻璃化转变温度，KH570改性、硅75改性和硅69改性的胶料的Tg分别为-25.18℃、-24.38℃和-24.15℃。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 丁苯橡胶简介
• 1.1.1 丁苯橡胶的基本结构
• 1.1.2 丁苯橡胶的性能特点
• 1.1.2.1 物理机械性能
• 1.1.2.2 磨耗性能
• 1.1.2.3 硫化性能
• 1.1.2.4 流变性能
• 1.1.2.5 热氧老化性能
• 1.1.2.6 配合与加工性能
• 1.2 橡胶纳米复合材料简介
• 1.2.1 橡胶纳米复合材料的增强剂
• 1.2.2 橡胶纳米复合材料的制备方法
• 1.2.2.1 插层复合法
• 1.2.2.2 溶胶-凝胶法
• 1.2.2.3 原位分散法
• 1.2.2.4 直接共混法
• 1.3 纳米粒子增强橡胶的理论研究
• 1.4 本课题提出的依据、目的和意义及研究内容
• 1.4.1 本课题提出的依据、目的和意义
• 1.4.2 本课题的研究内容
• 第2章 疏水白炭黑的制备及表征
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验原料
• 2.2.2 实验仪器
• 2.2.3 白炭黑与硅 69 的反应机理
• 2.2.4 疏水白炭黑的制备
• 2.2.5 表征与测试
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 宏观观察
• 2.3.2 硅 69 用量的确定
• 2.3.2.1 硅 69 用量对沉降体积的影响
• 2.3.2.2 硅 69 用量对活化指数的影响
• 2.3.2.3 硅 69 用量对吸油值的影响
• 2.3.3 改性时间的确定
• 2.3.3.1 改性时间对沉降体积的影响
• 2.3.3.2 改性时间对活化指数的影响
• 2.3.3.3 改性时间对吸油值的影响
• 2.3.4 pH 值的确定
• 2.3.4.1 pH 值对沉降体积的影响
• 2.3.4.2 pH 值对活化指数的影响
• 2.3.4.3 pH 值对吸油值的影响
• 2.3.5 红外分析
• 2.3.6 SEM 分析
• 2.5 本章小结
• 第3章 疏水白炭黑在丁苯橡胶中的应用
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验原料
• 3.2.2 实验仪器与设备
• 3.2.3 改性白炭黑/SBR 橡胶的制备
• 3.2.3.1 改性白炭黑的制备
• 3.2.3.2 橡胶的制备
• 3.2.4 实验配方
• 3.2.5 试样制备
• 3.2.6 性能测试与表征
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 不同因素对白炭黑/SBR 物理机械性能的影响
• 3.3.1.1 不同改性方法对白炭黑/SBR 性能的影响
• 3.3.1.2 改性白炭黑含量对白炭黑/SBR 物理机械性能影响
• 3.3.1.3 不同硅 69 用量对白炭黑/SBR 物理机械性能影响
• 3.3.1.4 不同表面改性剂对白炭黑/SBR 物理机械性能影响
• 3.3.2 电镜分析
• 3.3.3 动态力学分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 全文总结
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢