淺析橡膠產(chǎn)品中白炭黑的作用及發(fā)展
2023-05-03
摘要:本文主要探討了沉淀法白炭黑在橡膠產(chǎn)品中的應(yīng)用,并指出白炭黑今后的發(fā)展方向。因白炭黑作為補強填料,具有高比表面積、高活性、特殊的表面特性和形態(tài)結(jié)構(gòu)及獨特的物理化學(xué)特性,在白色和淺色填料中補強性能優(yōu)異,廣泛應(yīng)用于橡膠鞋底、輪胎、膠管、膠帶、膠輥、橡膠密封管等產(chǎn)品。
關(guān)鍵詞:沉淀白炭黑 橡膠 補強填料
沉淀法白炭黑具有多孔性、高分散性、質(zhì)輕、化學(xué)穩(wěn)定性好、耐高溫、不燃燒和電絕緣性好等優(yōu)異性能,是一種重要的補強填充劑。白炭黑的最重要應(yīng)用是用作橡膠的補強劑,其用量約占總產(chǎn)量的80％-90％,可廣泛應(yīng)用于橡膠行業(yè)的諸多領(lǐng)域中。
1、沉淀法白炭黑在橡膠產(chǎn)品中的應(yīng)用
1.1 輪胎
白炭黑最初僅用于白胎側(cè)轎車輪胎裝飾膠條中,后來其用途逐漸擴大。目前白炭黑已在各種輪胎部件中使用,包括載重輪胎、轎車輪胎、農(nóng)業(yè)輪胎等。按簾布材料分為全鋼、半鋼和纖維簾布輪胎,使用部位包括胎面、帶束層、胎側(cè)和鋼絲黏合膠等。在傳統(tǒng)的斜交輪胎中,白炭黑可提高胎面的抗撕裂性能及橡膠與簾線的黏合性能。隨著輪胎子午化、環(huán)保節(jié)能和舒適性的要求越來越高,白炭黑在輪胎中的應(yīng)用也越來越重要。目前人們對輪胎的基本要求是:
(1)具有較高的濕路面 的抓著力(抗?jié)窕?或較好的牽引性,以確保車輛行駛及人員的安全。(2)滾動阻力小,以節(jié)省燃油并減少廢氣的排放。(3)耐磨性好、使用壽命長。為了獲得上述性能,白炭黑尤其是高分散性白炭黑在胎面膠中的應(yīng)用必不可少,特別是綠色輪胎的問世更引發(fā)了國際上各大型沉淀法白炭黑生產(chǎn)商對高分散沉淀法白炭黑的開發(fā)熱。
1.2 硅橡膠
硅橡膠具有很高的耐熱性和優(yōu)異的耐寒性、耐臭氧性、耐大氣老化性和優(yōu)良的電絕緣性,另外硅橡膠的吸水性小,能長期在潮濕地方貯存,可廣泛用于航空航天、軍事、電氣、醫(yī)學(xué)等部門。但硅橡膠分子成螺旋形結(jié)構(gòu),有高度柔軟性,單分子間作用力弱,很難結(jié)晶,生膠硫化后的拉伸強度不超過0.34MPa,這極大地限制了它的應(yīng)用。添加補強填料是調(diào)整硅橡膠物理機械性能的主要手段,只有加入補強材料硅橡膠才有實用價值。為降低硅橡膠制品的生產(chǎn)成本,市場開始用超細沉淀法白炭黑部分替代氣相法白炭黑,應(yīng)用研究取得了很大突破,因而硅橡膠專用超細沉淀法白炭黑的需求量迅速增加。針對這一狀況,近年來世界主要超細沉淀法白炭黑生產(chǎn)商紛紛投資研制和組建硅橡膠用超細沉淀法白炭黑生產(chǎn)線。
1.3 膠輥、膠帶、膠管等制品與塑料
在印刷膠輥、碾米膠輥、紡織膠輥、造紙膠輥中白炭黑廣泛用于制備淺色制品和高性能制品。鋼編膠管、高強度輸送帶、彩色膠管、膠帶、彩色密封制品、彩色高性能電纜護套等產(chǎn)品均離不開白炭黑。白炭黑經(jīng)超細化后,可用作塑料薄膜的吹膜隔離劑、EVA塑料發(fā)泡材料的添加劑。白炭黑與常用的碳酸鈣等惰性填料相比,可明顯提高材料的耐磨性、撕裂強度和硬度,降低壓縮永久變形和熱收縮率,且經(jīng)配方優(yōu)化設(shè)計后,可提高性能和降低成本。
1.4 生活用品
白炭黑良好的補強性能及純白、透明等獨特優(yōu)勢,使其在家用電器、文體用品等生活領(lǐng)域的橡膠制品中也得到了廣泛應(yīng)用。尤其是近年研制的納米級白炭黑在紫外光波段范圍內(nèi)的反射率達90％左右,這對延長彩色橡膠制品的保色期以及提高色澤的穩(wěn)定性非常有利,其氮吸附比表面積可達269～320m2／g,添加到膠料中,可使膠料具有良好的強伸性能、抗臭氧老化性能和染料的保色性能。
2、白炭黑的應(yīng)用和發(fā)展趨勢
2.1 白炭黑的應(yīng)用
白炭黑自1948年開始生產(chǎn)并作為填料應(yīng)用于橡膠工業(yè),到20世紀80年代全世界沉淀法白炭黑約有67％用于橡膠工業(yè),其中45％用于鞋類,16％用于輪胎,6％用于其他橡膠制品。從1991年法國米其林公司宣布大力開展“綠色輪胎”的研究開始,歐洲、美國和日本等地的各大輪胎公司相繼加快了研制步伐。“綠色輪胎”已成為21世紀輪胎工業(yè)發(fā)展的主流,白炭黑可以高比例配用或全部替代炭黑做補強劑生產(chǎn)“綠色輪胎”。
2.2 白炭黑的發(fā)展趨勢
(1)橡膠用白炭黑造粒化:白炭黑作為補強填料應(yīng)用廣泛,但粉狀白炭黑通常比表面積大、密度小,在使用過程中飛揚嚴重、運送不方便、計量不準(zhǔn)確,影響了橡膠制品的質(zhì)量和操作人員的健康,而造粒(大顆粒或微珠顆粒)白炭黑,對產(chǎn)品質(zhì)量控制和操作環(huán)境的改善效果顯著。隨著白炭黑用量的增加,橡膠用白炭黑造?；殉蔀橄鹉z工業(yè)環(huán)保的主題,國外造粒白炭黑已工業(yè)化并應(yīng)用,中國則有待進一步發(fā)展。
(2)白炭黑精細化:精細化是指根據(jù)不同用途的要求,通過控制白炭黑生產(chǎn)過程中物料的比例、流量、反應(yīng)壓力、溫度、時間,經(jīng)過濾、洗滌和干燥等后處理工序以實現(xiàn)對成品的表面積、粒度、表面特性等的精確控制,滿足不同用戶的應(yīng)用要求。
(3)高分散白炭黑:高分散白炭黑是一種具有較高分散性和補強性、且無粉塵的白炭黑產(chǎn)品,是今后提高白炭黑的應(yīng)用性能,增大在材料中用量,特別是“綠色輪胎”生產(chǎn)所必需的產(chǎn)品。當(dāng)前對“綠色輪胎”的需求越來越多,來自輪胎工業(yè)的需求已經(jīng)成為白炭黑需求的主要增長點,因此研發(fā)和生產(chǎn)分散性更好的白炭黑產(chǎn)品,是中國白炭黑生產(chǎn)企業(yè)的一項重要任務(wù)。
(4)白炭黑表面處理:由于白炭黑內(nèi)部的聚硅氧和外表面存在的活性硅醇基使其呈親水性,在有機相中難以濕潤和分散,而且,由于其表面存在羥基,表面能較大,聚集體總傾向于凝聚,因而產(chǎn)品的應(yīng)用性能受到影響。
3、結(jié)語
隨著人們環(huán)保意識的增強,高檔橡膠制品將受到更 多關(guān)注,作為高檔補強填充劑的白炭黑尤其是高分散性白炭黑的應(yīng)用必將隨之有長足的發(fā)展。在歐洲,白炭黑在輪胎中的應(yīng)用已接近飽和,而中國的這一領(lǐng)域尚未充分開發(fā)。因此中國的白炭黑生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)該抓緊開發(fā)和生產(chǎn)高分散性白炭黑新品種;努力提高白炭黑產(chǎn)品的質(zhì)量及穩(wěn)定性;加強白炭黑應(yīng)用技術(shù)的開發(fā),特別是在輪胎胎面膠中的應(yīng)用;努力實施擴大沉淀法白炭黑生產(chǎn)能力的規(guī)劃。
（文章來源于橡膠技術(shù)李秀權(quán)工作室）
