白碳黑的制备及其在硅橡胶中的应用研究

摘要

白炭黑因其具有优异的性能,被广泛应用在橡胶、涂料等多种领域,逐渐成为重要的无机纳米材料之一。因此,对于白炭黑的制备、改性及应用等方面的研究,有着重要的意义。
　　 本文以工业水玻璃和碳酸氢铵为为原料,采用水热辅助沉淀法制备白炭黑。研究了原料配比、溶液浓度、水解温度、水热处理时间、水热处理温度等因素对白炭黑性能的影响；并利用XRD、红外光谱、热重分析、粒径分析等手段对样品进行表征。结果表明:利用水热辅助沉淀法制备白炭黑的粒径较小,分布均匀,其原子平均距离为0.4966nm,样品的失重率较小,结构较为疏松,水热辅助对白炭黑的分散起到了很好的作用。
　　 利用六甲基二硅胺烷(HMDS)和乙烯基三乙氧基硅烷(VTES)两种改性剂制备改性白炭黑。用水热辅助沉淀法制备HMDS改性白炭黑的实验结果表明:改性剂用量、水解温度、水热处理时间、水热处理温度对白炭黑的改性效果有不同程度的影响,制备的改性白炭黑比表面积在200～370m2儋之间,级别为A类；白炭黑的晶型没有发生变化,并且观察到HMDS的红外特征峰。利用铵法制备的VTES改性白炭黑的实验结果表明:改性剂的用量、改性温度、改性时间会影响白炭黑的改性效果,制备的改性白炭黑比表面积在120～250m2/g之间,通过红外图谱结合热重可知VTES与白炭黑表面的羟基发生键合作用,乙烯基成功接枝到白炭黑表面。
　　 将不同条件下制备的改性白炭黑应用在硅橡胶中,研究白炭黑对硅橡胶力学性能的影响,结果表明:VTES改性的白炭黑补强效果优于HMDS改性的白炭黑；比表面积并非是影响补强效果的唯一因素。在此基础上,本文对VTES改性自炭黑补强硅橡胶的机理进行了探讨:白炭黑表面的活性中心与硅橡胶结构中的硅氧键或末端羟基发生键合起到了补强作用,并且乙烯基与硅橡胶侧链进行交联,增大了交联密度,从而产生了物理补强与化学补强的相互协同。