在橡胶工业使用的助剂中,有一种助剂名称比叫奇特,叫Whitecarbon,中文译为白炭黑。怎么叫出这样名称,炭黑就是炭黑,还有白色的炭黑?其实这种物质就是无定形二氧化硅和硅酸盐。橡胶工作者发现它在橡胶中有近似补強作用,所以把它命名为白炭黑,听起来有的怪怪的。白炭黑被开发以后,应用领域很广,除了在橡胶工业中使用以外,还广泛应用于塑料工业,造纸工业及涂料和油墨行业。笔者有幸在上世纪七十年代曾参与过广州人民化工厂以硅酸纳及四氯化硅为主要原料生产沉淀和气相白炭黑的技术鉴定工作,从中了解白炭黑的种类,特性和应用。而在以后几十年从事橡胶制品杂件及密封制品特别是硅橡胶制品配方设计中,白炭黑是重要的填充补强助剂。而对于胶乳工业的补强,不论是炭黑还是白炭黑,苦苦摸索六十多年,也毫无进展,只是在用胶乳以压出酸凝法生产胶絲中,奇异地发现在配合天然胶乳中,加入两份沉淀法白炭黑分散体,对胶乳胶丝的定伸強力有提高。白炭黑在胶乳制品的工艺流程中还可以作表面处理及隔离层使用。
目前白炭黒在橡胶工业广泛应用的,还是在硅橡胶制品方面较多。[浅色各种橡胶制品及绝缘橡胶制品也应用白炭黑]。
[一]硅橡胶所用的白炭黒有气相法白炭黒和沉淀法白炭黑。
气相法白炭黑粒子大小,比表面积,表面性质,结构等与原料气体的比例,燃烧速度及二氧化硅核在燃烧室中停留时间等因素有关。气相白炭黒粒子越细,它的比表面积越大。反之,它的粒子粗些,比表面积也小,补強效果也较差,但是在炼胶时容易分散。气相白炭黑在开炼机上加入较难,飞扬很大,且产生静电起火,笔者曾经受过一次,连头发也被焼去一些。生产高端硅橡胶产品,离不开气相白炭黑,质量较好的气相白炭黑有道康宁公司和徳固萨公司出品比较稳定。经验鉴定硅胶中加的白炭黒是气相法还是沉琔法白炭黑,很简单,把硅橡胶产品一拉伸便知,如不发白,用的是气相法白炭黑,如一拉发白,加的就是沉淀法白炭黒无疑。气相法白炭黑可与其它弱补強的填充剂并用,以制造不同性能和使用要求的产品,由于其电绝缘性能好,在制造硅橡胶绝缘子电气产品时,是少不了的。气相法白炭黑补強效果好,其硫化胶的机械強度高,电性能好,但价格较高,
沉淀法白炭黑的性能受沉淀条件如酸度及温度影响而变化。与气相法白炭黒相比,胶料的机械強度稍低,介电性能特别是受潮后的介电性能较差。但也有可取之处,就是产品耐热老化性能较好,且混炼胶成本低,对于制品的机械性能要求不高的,可选用沉淀法白炭黒或与气相法白炭黑并用。
白炭黑还可以通过适当的化合物对其进行处理制成一种表面疏水的物质。处理方法主要有液相法和气相法两种。液相法的条件易于控制,产品质量稳定,处理效果好,惟工艺复杂,且溶剂需要回收;气相法处理工艺简单,但产品质量不夠穏定,处理效果也较差。
用作表面处理剂的物质,原则上要与白炭黑表面的羟基能发生作用的物质,如醇类,氯硅烷类,烷氧基硅烷,六甲基二硅醚,及硅氮烷等。
[二]白炭黑的补强机理和表面化学及白炭黑对硅橡胶的补強机理:[a]橡胶被白炭黑粒子吸附,使橡胶分子链段直接固定在白炭黒粒子附近或者沿着白炭黑表面定向或被白炭黑聚集体滯留,[b]橡胶与白炭黒粒子,与聚合物链段结合,产生有效的交联以及聚合物缠结了白炭黑粒子。基于上述两种作用,从而使白炭黑对硅橡胶起到补強作用。白炭黑由于其生产方法不同,其酸碱性也是不同,气相法白炭黑呈酸性,沉淀法白炭黒呈碱性或酸性不等。在配方设计上要掌握其特性以便控制硫化速度。当白炭黑的PH值在8以上时,胶料硫化速度快;而当胶料PH在5以下时,胶料硫化速度慢,所以在使用白炭黒时,适当加一份至三份活性剂来调整硫化速度并改善物性。聚乙二醇是常用的活性剂。
随着轮胎制品的性能改进,白炭黑应用于轮胎在加速开发,在淺色及彩色橡胶制品中需求量很大,希望国产白炭黑,在质量和性能上努力改善和提高,以高标准满足市场各个领域对白炭黑的需求。
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