不同种类的硅烷对白炭黑填充胶料分散性的影响
广东化工 2010年第3期· 92 · https://www.wendangku.net/doc/df3099612.html, 第37卷总第203期
不同种类的硅烷对白炭黑填充胶料分散性的影响
张磊，李玉国，朴泰玖，李益万，金东佑
(青岛耐克森轮胎有限公司技术研究所，山东青岛 266000)
[摘要]文章描述了混炼过程中添加的硅烷偶联剂在白炭黑-橡胶体系中对白炭黑分散性的影响，对含硅烷偶联剂X-50-S、Si69及Si266进行了统计性试验。可以看出，不同的硅烷偶联剂对白炭黑分散性的影响各不相同，为了获得最佳分散效果并满足性能要求，已精确地对硅烷与不同白炭黑的比率进行了调整。该研究的目的旨在深入了解白炭黑填充剂的分散效果，并对指导怎样使胶料拥有最佳产品性能有很大意义。
[关键词]分散性；物理性能；硅烷偶联剂
[中图分类号]TQ [文献标识码]A [文章编号]1007-1865(2010)03-0092-02
Influence of Different Coupling Agents to the Dispersion of Silica Filled System
Zhang Lei, Li Yuguo, Pu Taijiu, Li Yiwan, Jim Dongyou
(Qingdao Nexen Tire Co., Ltd., Technical Center, Qingdao 266000, China)
Abstract: The paper described the influence of silica’s dispersion by adding a silane coupling agent in the mixing process. Conducted a statistical test of silane coupling agent containing X-50-S, Si69, and Si266. As can be seen, different silane coupling agent in silica dispersion effects vary. In order to get the best dispersion results and meet performance requirements, silica ratio was precisely adjusted. The study aimed at better understanding the dispersion of silica filler, and it played an important role in guiding how to make rubber material with the best product performance.
Keywords: dispersion；physical property；silane
白炭黑在橡胶基质中的分散性直接影响填充橡胶的性能，而硅烷偶联剂恰好具有助分散作用[1-2]。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[3]。使白炭黑分散得更加均匀，减少白炭黑的附聚现象，改善了白炭黑在橡胶中的分散性。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[4]。
1 实验部分
1.1 原材料及实验设备
1.1.1 原材料
邀请南京曙光化工集团有限公司硅烷偶联剂样品三种：硅烷偶联剂 Rsi-B(SG-Si 1289CB50)；硅烷偶联剂KH-845-4 (SG-Si 1289)；硅烷偶联剂SG-Si996/SG-Si 998 (SG-Si 1589)。该公司现用硅烷偶联剂X-50-S(荆州江汉精细化工有限公司产品)SBR1500，申华化学；炭黑N234，江西黑猫炭黑股份有限公司；可溶性硫磺，Miwon Commercial Co., LTD。
1.1.2 仪器和试剂
ODR流变仪(Daekyung Machinery & Eng. Co.)，门尼粘度仪(Daekyung Machinery & Eng. Co.)，门尼焦烧仪(Daekyung Machinery & Eng. Co.)，硫化机(WOOSUNGCORPORATION)，密炼机(青岛科高橡塑机械技术装备有限公司)，开炼机(庄河市橡胶塑料机械厂)，拉力机(Daekyung Machinery & Eng. Co.)，TSA硫含量测定仪(美国力可公司)，切片机(东莞铭禹电子科技有限公司)，电子天平(岛津国际贸易(上海)有限公司)，分析天平(TSA配用)(德国赛多利斯公司)，灰化炉(东莞铭禹电子科技有限公司)
1.2 实验方法
1.2.1 基本配方
(质量份)为SBR 100.0，白炭黑33.0，ZnO 2.47，硬脂酸0.8，促进剂CZ 1.22 促进剂DPG 0.65，防老剂4010 1.63，WAX1.22，偶联剂变化，硫磺1.72，油4.90，炭黑 32.65。
1.2.2 实验室配合
用青岛科高橡塑机械技术装备有限公司生产的密炼机制备混炼胶，分三段进行炼胶，第一段将SBR，白炭黑，偶联剂，ZnO，油，硬脂酸，WAX，炭黑加入，第二段加入剩余的炭黑，在最后一段加入促进剂CZ，促进剂DPG，防老剂4010，硫磺。
1.2.3 物性测试
在开炼好的胶料左中右分别取三个样做ODR，在胶料左右两侧取两片样片A，B同时硫化然后测试一系列物理性能。中试配合及成品轮胎测试。
1.2.4 灼烧减量实验
分别取四种硅烷偶联剂硫化后的A，B胶片5.0 g在灰化炉中800 ℃放置4 h，测其剩余无机物的含量，因大部分剩余物为二氧化硅，从而间接判断二氧化硅的分散性。
1.3分析与测试
1.3.1 理化性质分析
硅烷偶联剂中硫含量的测定用TSA。见表1。
表1 硅烷偶联剂化学性质测试结果
Tab.1 Test Results of coupling agents’ chemical properties
测试项目现用X-50-S测试X-50-S Si69 Si266
标准 10.5~12.5 10.5~12.5 19.9~23.5
13.3~15.5
硫含量/%10.5 10.6 19.2 12.5
由表1可以看出，硅烷偶联剂的理化分析结果均符合指标要求。
1.3.2 小配合实验
小配合试验胶料的物理性能测试结果见表2，从表2可以看出，橡胶中加入不同种类的偶联剂，通过调节偶联剂Si266的用量使胶料不同部位的综合物理性能基本相同，填料分散性提高幅度较大。这是由于硅烷偶联剂Si266改善了白炭黑的表面化学性质，从而提高了白炭黑在橡胶中的润湿性和分散性。
[收稿日期] 2009-11-30
[作者简介] 张磊(1984-)，女，山东烟台人，学士，研究员，主要从事轮胎新材料开发与应用工作。
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表2 硅烷偶联剂实验室小配合测试结果
Tab.2 Test Results of coupling agents’ Lab Mixing
现用X-50-S 测试X-50-S Si69 Si266
测试项目
A B A B A B A B
门尼粘度[ML(1 + 4) 100 ℃] 67 67 69 68 67 67 68 68
焦烧时间(125 ℃)
T5/min 38.138.237.937.540.441.041.9
41.7
T35/min 50.851.050.750.254.055.255.6
55.6
硫化仪数据(160 ℃)
MH/(N·m) 44.043.844.244.144.144.042.2
42.1
ML/(N·m) 8.7 8.6 8.7 8.6 8.2 8.2 7.7 7.7
t10/min 4.6 4.6 4.4 4.4 4.4 4.4 4.4 4.4
t40/min 6.6 6.2 6.4 6.3 6.3 6.3 6.0 6.0
硫化仪数据(180℃)
MH/(N·m) 41.641.241.942.042.742.642.0
42.0
ML/(N·m) 8.0 8.0 8.2 8.1 7.7 7.8 7.9 7.9
t10/min 1.9 1.9 1.8 1.8 1.8 1.8 1.9 1.9
t50/min 2.9 2.8 2.8 2.8 2.7 2.7 2.8 2.8
扯断伸长率/% 536 470 493 534 527 502 572 575
300 %定伸应力/(kgf·cm-2) 104 99 101 113 110 113 195 197
拉伸强度/(kgf·cm-2) 197 177 100 113 203 206 203 201
邵尔A型硬度/度70 67 67 68 70 70 72 72
比重 1.198 1.192 1.196 1.198 1.196 1.197 1.193
1.193
1.3.3 灼烧减量实验
表3 硅烷偶联剂加热减量测试结果
Tab.3 Test Results of coupling agents’ Heating Loss
现用X-50-S Si69 Si266 测试项目
A B A B A B
加热减量/g 18.32 18.68 18.56 18.31 18.67 18.62
灼烧减量实验的测试结果见表3从表三可以看出，使用Si266偶联剂的胶料中A，B两个样品中的二氧化硅的量只差0.05 g，而使用X-50-S的胶料中A，B两个样品中的二氧化硅的量相差0.36 g。可见Si266更利于二氧化硅的分散。
2 结果与讨论
硅烷偶联剂在橡胶工业，尤其是在轮胎工业中得到了广泛的应用。使用硅烷偶联剂不但能改善胶料的加工性能，促进填料在橡胶中的分散。还能进一步改善胶料的定伸应力、拉伸强度、撕裂强度及耐磨性等性能，减少半制品及成品间的差异。
参考文献
[1]黄汉生译．白炭黑填充轮胎用硅烷偶联剂[J]．化工新型材料，1998，26 (9) ：31-32．
[2]Hashim A S，Azahari B，Ikeda Y，et al ．The effect of bis (32triethoxysilylpropyl) tetrasulfide on silica rein2 forcenment of styrene2butadiene rubber [J] ．Rubber Chemistry and Technoloy，1998，71(2)：289-299．
[3]方嘉，颜和祥，孙康，等．偶联剂NXT 对白炭黑补强NR 性能的影响[J]．橡胶工业，2005，25 (1) ：9-13．
[4]John T．用于提高白炭黑性能的硅烷偶联剂[J]．橡胶参考资料1999，(9)：1-8 [2]．
(本文文献格式：张磊，李玉国，朴泰玖，等．不同种类的硅烷对白炭黑填充胶料分散性的影响[J]．广东化工，2010，37(3)：92-93)