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1、硅烷偶联剂及其对白炭黑的改性研究进展摘要：介绍硅烷偶联剂的作用机理及其对白炭黑的改性效果。硅烷偶联剂与白炭黑表面的羟基发生反应，使白炭黑由亲水性变为疏水性，从而增大其与橡胶的相容性，改善白炭黑的分散性，提高填充硫化胶的物理性能和动态力学性能。最后提出了目前改性存在的问题及对未来的研究的展望。关键词：硅烷偶联剂；白炭黑；改性；作用机理白炭黑是橡胶工业中一种重要的补强填料,同炭黑比较,白炭黑的粒径小、比表面积大，填充硫化胶的拉伸强度、撕裂强度和耐磨性均较高；但它与烃类橡胶的相容性较差，大量填充胶料的粘度较大，加工性能随贮存
2、时间的延长而变差，贮存后胶料存在硬化、挤出困难以及成型粘性差等问题，填充胶料还易产生静电积累，加工性能较差,在橡胶工业中的应用受到限制。使用硅烷偶联剂对白炭黑进行改性,解决了白炭黑与胶料的亲和性,改善了胶料的加工性能。同时可使胶料的定伸应力、拉伸强度、撕裂强度及耐磨性提高。轮胎使用白炭黑补强时加入硅烷偶联剂,可以获得滚动阻力(生热),抓着性能和耐磨耗性能三者之间的最佳平衡。本文主要对硅烷偶联剂及其对白炭黑作用机理进行了介绍。1硅烷偶联剂硅烷偶联剂的通式为RSiX。，式中R为有机基团，如乙烯基、环氧基、氨基、甲基丙烯酰氧
3、基、巯基等，它能与树脂反应形成牢固的化学结合；X为能够水解的有机基团，如甲氧基、乙氧基、氯等，其水解副产物在低温下可以挥发，而异丙基、异丁基则需要较长的反应时间，且反应副产物也难以从处理的无机填料中去除，X基团能与白炭黑表面的活性羟基缩合形成硅氧烷键。在橡胶工业中使用较多的是含硫硅烷偶联剂，如TESPT、双一[(三乙氧基硅烷基)一丙基]二硫化物(TESPD或Si75)、r巯基丙基三甲氧基硅烷(A一189)等，而在轮胎工业中使用最多的是硅烷偶联剂TESPT。一般选用硅烷偶联剂的原则是：聚烯烃橡胶多选用乙烯基硅烷；硫黄硫化
4、胶多选用含硫硅烷偶联剂，如Si69和Si75等；环氧树脂一般选用端基是环氧基或氨基的硅烷；不饱和聚酯多用乙烯基、环氧基硅烷。2硅烷偶联剂的作用机理目前，人们对硅烷偶联剂的作用机理研究得较多，已有多种解释，如化学键理论、可平衡理论和物理吸附理论等。一般而言，化学键理论能够较好地解释硅烷偶联剂与白炭黑之间的作用。硅烷偶联剂与自炭黑表面的羟基发生反应，使白炭黑由亲水性变为疏水性，从而增大其与橡胶的相容性。如果是双官能团硅烷偶联剂，它还可与橡胶发生反应，增大白炭黑与橡胶的结合力，使白炭黑分散得更加均匀，减少白炭黑的附聚现象。硅
5、烷偶联剂Si69具有助分散和助硫化两种功效。这不仅使高极性基团硅醇基数量减小，而且因在白炭黑表面形成Si69层而使剩余硅醇基不易接近橡胶链，硅烷接枝的能量和极性都较低。3硅烷偶联剂改性白炭黑的研究进展1971年双官能团硅烷偶联剂TESPT出现后，人们开始研究硅烷偶联剂对白炭黑的改性效果。白炭黑／硅烷偶联剂体系在橡胶制品特别是轮胎中的应用也逐渐增多。3.1白炭黑／硅烷偶联剂对NBR胶料中填料网络结构的影响a)硅烷偶联剂Si69能有效降低炭黑/白炭黑增强NBR混炼胶的Payne效应,促进填料在橡胶基体中的分散,而偶联剂KH
6、550或其与Si69并用并未减弱NBR混炼胶的Payne效应。b)硅烷偶联剂Si69和KH550的加入均能有效阻止填料在硫化过程中的聚集行为，减弱硫化胶的填料网络结构,增强NBR硫化胶填料网络的瞬时恢复重建能力。c)硅烷偶联剂改性炭黑/白炭黑增强NBR硫化胶的Payne效应减小,其中用Si69改性的硫化胶的Payne效应最小;硅烷偶联剂KH550或其与Si69并用改性的硫化胶在小应变(小于30%)范围内有较低的tanδ,而仅用偶联剂Si69可使硫化胶在整个应变振幅(0～100%)内均有较低的tanδ。3.2白炭黑／硅烷
7、偶联剂在丁苯橡胶中的应用a)在使用白炭黑的SBR胶料配方中加入偶联剂,可以降低混炼胶料的门尼粘度,缩短硫化时间,提高生产效率。b)使用KH-550、KH-560、A-172、Si-694种偶联剂对白炭黑进行表面改性后,硫化胶料的综合力学性能都有不同程度的提高。3.3白炭黑／硅烷偶联剂填充NR用含硫硅烷偶联剂改性白炭黑填充BR、NR、环氧化天然橡胶(ENR)等，可获得良好的分散性和综合性能。IsmailH等研究了硅烷偶联剂Si69对竹纤维填充NR胶料硫化特性和硫化胶物理性能的影响。结果表明，加入硅烷偶联剂Si69，胶料的
8、焦烧时间和正硫化时间均随填料用量的增大而缩短，硫化胶的拉伸强度、撕裂强度、硬度和定伸应力均提高。加入其它硅烷偶联剂也会出现类似结果，如用硅烷偶联剂A一189改性白炭黑，可提高硫化胶的物理性能。目前研究和应用最多的硅烷偶联剂是TESPT，虽然它们能有效地与白炭黑发生偶联作用，改善白炭黑在橡胶中的分散性，增大结合胶的含量，提高白炭黑填
