白炭黑的種類和特性

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 白炭黑的種類和特性

硅橡膠所用的補(bǔ)強(qiáng)填充劑主要是指合成的二氧化硅，又稱白炭黑。白炭黑分為氣相白炭黑和沉淀白炭黑。

a、氣相白炭黑粒子的大小、比表面積、表面性質(zhì)、結(jié)構(gòu)等與原料氣體的比例、燃燒速度、SiO2核在燃燒室中停留時間等因素有關(guān)。

氣相白炭黑粒子越細(xì)，它的比表面積就越大，則補(bǔ)強(qiáng)效果就越好，但操作性能就越差。反之它的粒子粗些，比表面積也小，補(bǔ)強(qiáng)效果就差，但操作性就要好一些。

氣相白炭黑為硅橡膠最常用的補(bǔ)強(qiáng)劑之一，由它補(bǔ)強(qiáng)的膠料其硫化膠的機(jī)械強(qiáng)度高，電性能好。氣相白炭黑并可與其它補(bǔ)強(qiáng)劑或弱補(bǔ)強(qiáng)劑并用，以制取不同使用要求的膠料。

b、沉淀白炭黑

沉淀白炭黑的性能受沉淀條件如酸度、溫度等的影響。

與用氣相白炭黑補(bǔ)強(qiáng)的硅橡膠膠料相比，用沉淀白炭黑補(bǔ)強(qiáng)的膠料機(jī)械強(qiáng)度稍低，介電性能，特別是受潮后的介電性能較差，但耐熱老化性能較好，混煉膠的成本要低得多。當(dāng)對制品的機(jī)械強(qiáng)度要求不高時，可用沉淀白炭黑或使之與氣相白炭黑并用。

白炭黑可以通過適宜的化合物對其進(jìn)行處理而制成一種表面疏水的物質(zhì)。處理的方法主要有液相法和氣相法二種。液相法的條件易于控制，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，處理效果好，但工藝復(fù)雜，溶劑需要回收；氣相法處理工藝簡單，但產(chǎn)品的質(zhì)量不夠穩(wěn)定，處理效果較差。

用作表面處理劑的物質(zhì)原則上為能與白炭黑表面的羥基發(fā)生作用的物質(zhì)，有以下幾種。

1）醇類2）氯硅烷類3）烷氧基硅烷4）六甲基二硅醚5）硅氮烷。

（2）白炭黑的補(bǔ)強(qiáng)機(jī)理和表面化學(xué)白炭黑對硅橡膠的補(bǔ)強(qiáng)機(jī)理被認(rèn)為有以下二種。

a.橡膠被填料粒子吸附填料粒子吸附聚合物，使橡膠分子鏈段直接固定在填料粒子的附近或者沿著填料表面定向或被填料聚集體滯留。

b.橡膠與填料粒子結(jié)合填料粒子與聚合物鏈段結(jié)合產(chǎn)生有效的交聯(lián)以及聚合物纏結(jié)了填料粒子。

基于上述二種作用，使白炭黑對硅橡膠起到補(bǔ)強(qiáng)作用。

白炭黑由于其生產(chǎn)方法不同，其酸堿性是不同的。氣相白炭黑呈酸性，沉淀白炭黑呈堿性。最純的無HCL的氣相法白炭黑的pH值為6，這是由于白炭黑表面的羥基在水中離解產(chǎn)生了H+所致。pH值低于4.6時,則是由于高溫水解留存下來的HCL引起的。

（3）白炭黑物理化學(xué)性能的測定方法

1、白炭黑的物理化學(xué)性能直接反映質(zhì)量情況，因而準(zhǔn)確進(jìn)行測定對不同的使用要求是十分重要的。目前國外各廠家的指標(biāo)不盡相同，但公認(rèn)的一些重要指標(biāo)各家都要測定。最重要的指標(biāo)是：反映其初級結(jié)構(gòu)的指標(biāo)，如粒徑尺寸和分散度，比表面積；反映其二次結(jié)構(gòu)的指標(biāo)，如吸油值等；反映其表面化學(xué)情況的指標(biāo)，如表面各種羥基的濃度等。

a、粒徑大小和粒徑分布由于生成條件、粒子增長的情況存在差別，故白炭黑的粒子直徑并不均一，平常所說的粒子直徑，只具有統(tǒng)計平均的意義。

b、比表面積的測定比表面積是反映粉料物質(zhì)的外表面積大小的指標(biāo)，對于一種多孔隙性的粉料物質(zhì)來說，其比表面積為孔隙內(nèi)的表面積和外表面積之和。

一般來說，粉料物質(zhì)的粒徑與其比表面積呈反比關(guān)系，所以比表積的測定可定性地反映粉體的粒徑大小。由于電子顯微鏡并非所有工業(yè)單位都能具備，粉體的粒徑就無法獲得，因而比表面積的測定就具有重要的實際應(yīng)用價值。

c、表面羥基的測定白炭黑的表面存在著硅醇基團(tuán)，而白炭黑的許多應(yīng)用直接與這種基團(tuán)有關(guān)，因此，定量地測定表面羥基是十分重要的。

白炭黑表面羥基的則定的數(shù)據(jù)，一般包括總羥基、相鄰羥基、隔離羥基等。后兩種是以Si-OH的形式結(jié)合在白炭黑表面的，統(tǒng)稱為結(jié)合羥基；總羥基則是結(jié)合羥基與吸附在白炭黑表面上的水分子中的羥基之和，這幾種羥基數(shù)據(jù)可分別在不同條件下測定。測定條件為：

1)由白炭黑袋中直接取樣測得的羥基為總羥基量；

2）將白炭黑于110℃下烘干3小時后測定的羥基為結(jié)合羥基；

3）將白炭黑于600℃下烘干3小時后測定的羥基為隔離羥基；

4）結(jié)合羥基和隔離基之差則為相鄰羥基。

d、二次結(jié)構(gòu)的測定國外一般認(rèn)為二次結(jié)構(gòu)的程度直接影響填料的補(bǔ)強(qiáng)行為，所以測定二次結(jié)構(gòu)也很重要。但迄今還沒有一種很好的測定方法，目前應(yīng)用最廣的方法有二種：一是測定在壓縮下的表觀比容；二是測定吸油值。

2、弱補(bǔ)強(qiáng)填充劑

弱補(bǔ)強(qiáng)填充劑也可稱作惰性填料，對硅橡膠只起很小的補(bǔ)強(qiáng)作用，它們在硅橡膠中一般不單獨使用，而是與白炭黑作用，以調(diào)節(jié)硅橡膠的硬度，改善膠料的工藝性能和硫化膠的耐油性能及耐溶性能，降低膠料的成本。

常用的弱補(bǔ)強(qiáng)劑有硅藻土、石英粉、氧化鋅、二氧化鈦、硅酸鋯和碳酸鈣等。