高聚物工程

離子液體改性白炭黑對天然橡膠性能的影響

武濤，張佳佳，張旭敏，等

摘要：白炭黑具有比表面積大、密度小和補強效果好等特點，能有效提升橡膠的耐磨性能及抗濕滑性能，并能顯著降低滾動阻力，成為橡膠工業中增強效果僅次于炭黑的白色增強劑。但由于白炭黑表面含有大量的親水性硅醇基團，在橡膠相中難以濕潤和分散，導致其在膠料中的分散效果不佳，因此必須對白炭黑進行改性處理。離子液體具有不可測出的蒸汽壓、無污染、好的化學穩定性和熱穩定性及其結構可設計性引起了人們廣泛的興趣。通過離子液氯化1-烯丙基-3-甲基咪唑（AMI）對白炭黑進行改性，研究了改性白炭黑對天然橡膠的硫化特性、力學性能及動態力學性能的影響。本實驗將定量AMI分散在200 mL乙醇中，然后在混合液中加入白炭黑，恒溫超聲1 h，超聲完畢后放置一段時間，于105℃烘箱中干燥待用；將NR在開煉機上塑煉5 min，然后按照NR 100份、ZnO 5份、硬脂酸2份、防老劑RD 1.4份、防老劑4010NA 1.4份、古馬隆樹脂2份、促進劑NS 1.2份、硫磺2.4份、改性白炭黑10～40份，加料順序為ZnO、硬脂酸、防老劑RD、防老劑4010NA、改性白炭黑、古馬隆樹脂、促進劑 NS、硫黃進行混煉，混煉均勻后薄通下片，停放24 h后，采用無轉子硫化儀在145℃下測定正硫化時間（t90），最后在平板硫化機上以145℃×t90的條件制得硫化膠樣品。使用德國 Netzsch公司生產的DSC 200F3型DSC儀對改性白炭黑進行表征；拉伸和撕裂性能分別按照 GB/T 528—2009和GB/T 529—1999進行測試；硫化膠的動態力學性能采用美國TA公司生產的Q800型DMA分析儀對試樣進行測試，升溫速率5℃/min，頻率1 Hz，振幅10 μm，溫度測試范圍為-80℃～50℃。通過 DSC分析發現離子液AMI的玻璃化轉變溫度（Tg）為-68.6℃，而與白炭黑相互作用后Tg上升到-59.2℃。玻璃化轉變溫度的升高表明白炭黑AMI之間存在較強的相互作用，為白炭黑與AMI之間的氫鍵作用。當白炭黑用量少于30份時，隨著改性白炭黑用量的增加，混煉膠的正硫化時間縮短，硫化速率提高；當白炭黑用量為30份時，NR/白炭黑硫化膠的力學性能最佳，改性白炭黑對NR的增強作用最顯著；與空白膠相比，硫化膠的拉伸強度和撕裂強度分別增加了30.8%和188.9%，磨耗體積減小了76.0%。改性白炭黑的加入使NR的Tg升高，儲能模量增大，二者之間的相互作用比未改性白炭黑與NR的相互作用強。

來源出版物：合成橡膠工業, 2016, 39(2): 129-133

入選年份：2016