白炭黑高效活性分散剂好优达BH68在丁苯橡胶和天然橡胶胶料中的应用研究

戴近禹

（大连厚德橡胶科技有限公司，辽宁 大连 122000）

白炭黑是一种小粒径、大比表面积的橡胶补强材料，其表面的硅羟基具有较强的电负性，使得白炭黑在胶料混炼时极易形成氢键而自聚结团，导致胶料加工困难和分散不均。此外，硅羟基的活泼氢极易吸附氧化锌和促进剂，导致胶料硫化延迟。

我公司开发的白炭黑高效活性分散剂好优达BH68是一种富含羟基吸收体的有机长链化合物，与醇胺类的活性剂、锌皂类的分散剂等不同，其与白炭黑表面的硅羟基具有很强的化学反应能力，同时能与橡胶基体反应形成一种新型交联网络，从而促进橡胶与白炭黑形成牢固的结合胶。白炭黑高效活性分散剂好优达BH68可以降低白炭黑胶料的门尼粘度，提高胶料的交联密度和耐磨性能。

本工作采用丁苯橡胶（SBR）胎面胶配方和天然橡胶（NR）胎面胶配方考察白炭黑高效活性分散剂好优达BH68的性能。

1 实验

1.1 主要原材料

丁苯橡胶（SBR），牌号1502，中国石油齐鲁石化公司产品；天然橡胶（NR），牌号SMR20，马来西亚产品；白炭黑，牌号975（二氧化硅质量分数91.8%，比表面积173.1 m2·g-1），山东联科新材料股份有限公司产品；偶联剂Si69，硫质量分数22.3%，南京奥诚化工有限公司产品；白炭黑高效活性分散剂好优达BH68（黑褐色片状，软化点不低于90 ℃，灰分含量10%～15%），大连厚德橡胶科技有限公司产品。

1.2 配方

SBR胶料配方见表1，NR胶料配方见表2。所有配方补强剂总量为60份。

表1 SBR胶料配方 份

表2 NR胶料配方 份

1.3 主要设备与仪器

Ф160型两辊开炼机，上海橡胶机械厂产品；25 t液压平板硫化机，青岛双星橡塑机械有限公司产品；MR-C3型无转子硫化仪，北京环峰化工仪器有限公司产品；WDW-5型微控电子万能拉力机，长春科新试验仪器有限公司产品；RPA2000橡胶加工分析仪，美国阿尔法科技有限公司产品。

1.4 试样制备

胶料混炼在开炼机上分2段进行。

一段混炼工艺为：将炭黑、白炭黑、小料一起加入生胶中混炼均匀，辊距调至1.0 mm，打卷5次，然后薄通2次，下片。

二段混炼工艺为：在一段混炼胶中加入硫黄和促进剂混炼均匀，辊距调至1.0 mm，打卷5次，然后薄通5次，辊距调至2.0 mm，下片。

胶料在25 t液压平板硫化机上硫化，硫化温度150 ℃。

1.5 性能测试

（1） 胶料性能均按照相应国家标准进行测试。

（2）采用溶胀指数的倒数表征交联密度。取直径16 mm、厚度2 mm的试样，称取质量（M0，精确到0.0001 g），然后放入装有苯的称量瓶中，置于30 ℃的恒温箱中；溶胀48 h后用镊子取出试样，用滤纸迅速吸干试样表面附着的溶剂并称质量，再把试样放回装有苯的称量瓶中，每隔6 h称1次试样质量，试样前后2次质量之差不大于0.01 g，即认为试样溶胀达到平衡，称取溶胀平衡试样质 量（M1）。

溶胀指数（S）=M1/M0

相对交联密度（D）=1/S

（3）采用RPA2000橡胶加工分析仪测试动态力学性能。先将试样在165 ℃下硫化15 min，然后在频率10 Hz、应变2.5%条件下，在温度-20～100 ℃时扫描储能模量（G′）、损耗模量（G″）、复合模量（G*）和损耗因子（tanδ）。

2 结果与讨论

2.1 硫化特性

SBR胶料的硫化特性见表3。从表3可以看出：与炭黑用量大的S1配方胶料相比，白炭黑用量大且未添加白炭黑高效活性分散剂好优达BH68的S2配方胶料尽管添加了偶联剂Si69，但因白炭黑吸附氧化锌和胺类促进剂导致MH减小，硫化速度Vc[100/（t90-ts1）]减慢；添加白炭黑高效活性分散剂好优达BH68的S3～S5配方胶料Vc明显加快，其中添加5份白炭黑高效活性分散剂好优达BH68的S4和S5配方胶料MH明显增大。

表3 SBR胶料的硫化特性（150 ℃）

2.2 门尼粘度

白炭黑表面硅羟基中的氢原子极易与邻近的羟基形成氢键，聚结成白炭黑网络。这种白炭黑网络的形成，导致胶料门尼粘度大，混炼困难。白炭黑胶料门尼粘度大是制约白炭黑在胶料中大量应用的一个重要原因。

胶料的门尼粘度见图1。从图1可以看出：在SBR胶料中，白炭黑用量大的S2配方胶料的门尼粘度大于炭黑用量大的S1配方胶料；添加白炭黑高效活性分散剂好优达BH68以后，S3～S5配方胶料的门尼粘度明显降低；在NR胶料中，添加3.5份白炭黑高效活性分散剂好优达BH68的N5配方胶料门尼粘度明显低于未添加白炭黑高效活性分散剂好优达BH68的N1配方胶料。

图1 胶料的门尼粘度

2.3 物理性能

SBR和NR胶料的硬度见图2。从图2可以看出，与未添加白炭黑高效活性分散剂好优达BH68的S1配方胶料和N1配方胶料分别相比，添加白炭黑高效活性分散剂好优达BH68的S2～S5配方胶料、N2～N7配方胶料硬度都有所提高，且均随着白炭黑高效活性分散剂好优达BH68用量的增大而提高。

图2 胶料的硬度

SBR和NR胶料的300%定伸应力见图3。从图3可以看出：对于SBR胶料，与炭黑用量大的S1配方胶料相比，白炭黑用量大的S2配方胶料300%定伸应力有所降低；与S2配方胶料相比，添加白炭黑高效活性分散剂好优达BH68的S3～S5配方胶料300%定伸应力提高；添加5份白炭黑高效活性分散剂好优达BH68的S5配方胶料的300%定伸应力比S2配方胶料提高50%左右。对于NR胶料，随着白炭黑高效活性分散剂好优达BH68用量增大，胶料300%定伸应力增大，添加5.5份白炭黑高效活性分散剂好优达BH68的N7配方胶料300%定伸应力比不添加白炭黑高效活性分散剂好优达BH68的N1配方胶料提高70%左右。

图3 胶料的300%定伸应力

SBR胶料和NR胶料的拉伸强度见图4。从图4可以看出，白炭黑高效活性分散剂好优达BH68对NR胶料拉伸强度的改善效果明显优于SBR胶料。在NR胶料中，与N1配方胶料相比，N2～N7配方胶料的拉伸强度明显提高，且随着白炭黑高效活性分散剂好优达BH68用量增大而提高。在SBR胶料中，添加白炭黑高效活性分散剂好优达BH68的胶料拉伸强度并没有提高。NR与SBR的这种差异也许是橡胶分子结构不同所致。

图4 胶料的拉伸强度

SBR和NR胶料的拉断伸长率见图5。从图5可以看出：在SBR胶料中，与炭黑用量大的S1配方胶料相比，白炭黑用量大的S2～S5配方胶料拉断伸长率有所提高；随着白炭黑高效活性分散剂好优达BH68用量增大，SBR胶料的拉断伸长率降低，NR胶料的拉断伸长率也出现相似的规律。

图5 胶料的拉断伸长率

SBR和NR胶料的撕裂强度见图6。从图6可以看出：在SBR胶料中，与炭黑用量大的S1配方胶料相比，白炭黑用量大的S2～S5配方胶料撕裂强度明显提高，体现了白炭黑作为补强材料的优势；随着白炭黑高效活性分散剂好优达BH68用量增大，SBR胶料撕裂强度呈增大趋势；白炭黑高效活性分散剂好优达BH68用量为1.5～2.5份时，NR胶料的撕裂强度较大。

图6 胶料的撕裂强度

SBR和NR胶料的相对交联密度见图7。从图7可以看出：对于SBR胶料，与炭黑用量大的S1配方胶料相比，白炭黑用量大的S2配方胶料交联密度有所降低；与S2配方胶料相比，添加白炭黑高效活性分散剂好优达BH68的S3～S5配方胶料交联密度提高。对于NR胶料，与不添加白炭黑高效活性分散剂好优达BH68的N1配方胶料相比，添加白炭黑高效活性分散剂好优达BH68的N3～N6配方胶料的交联密度均有所提高；随着白炭黑高效活性分散剂好优达BH68用量增大，胶料的交联密度提高。SBR和NR胶料的交联密度与300%定伸应力显示出相同的趋势。

图7 胶料的相对交联密度

白炭黑高效活性分散剂好优达BH68不仅与白炭黑表面的硅羟基具有很强的化学反应能力，同时还能与橡胶基体反应，形成一种新型交联网络，这种新型交联网络提高了胶料的交联密度，从而提高了胶料的定伸应力。

2.4 耐磨性能

一般来说，白炭黑胶料的耐磨性能不如炭黑胶料，这也是通常白炭黑不能替代炭黑在胎面胶中大量使用的主要原因之一。白炭黑高效活性分散剂好优达BH68不仅由于富含羟基吸收体改善了白炭黑表面的化学特性，同时也更有利于促进橡胶与白炭黑的结合。

SBR和NR胶料的阿克隆磨耗量见图8。从图8可以看出：与炭黑用量大的S1配方胶料相比，白炭黑用量大的S2配方胶料磨耗量明显增大；与S2配方胶料相比，添加3份和5份白炭黑高效活性分散剂好优达BH68的S4和S5配方胶料磨耗量明显减小。在NR胶料中，与N1配方胶料相比，添加白炭黑高效活性分散剂好优达BH68的N2～N7配方胶料的磨耗量均减小；随着白炭黑高效活性分散剂好优达BH68用量增大，NR胶料的磨耗量呈减小趋势。

图8 胶料的阿克隆磨耗量

2.5 动态力学性能

RPA2000橡胶加工分析仪测得的白炭黑高效活性分散剂好优达BH68在SBR胶料中的损耗因 子（tanδ）见图9。从图9可以看出：在SBR胶料中，与炭黑用量大的S1配方胶料相比，白炭黑用量大的S2～S5配方胶料60 ℃时的tanδ较小；随着白炭黑高效活性分散剂好优达BH68用量增大，SBR胶料的tanδ呈减小趋势，说明白炭黑高效活性分散剂好优达BH68有利于降低SBR胶料的滚动阻力。

图9 胶料的tanδ

在NR胶料中，与未添加白炭黑高效活性分散剂好优达BH68的N1配方胶料相比，添加3.5份白炭黑高效活性分散剂好优达BH68的N5配方胶料0 ℃时的tanδ明显增大，60 ℃时的tanδ明显减小。说明添加白炭黑高效活性分散剂好优达BH68有利于提高NR胶料的抗湿滑性能，降低滚动阻力。

动态力学分析仪（DMTA）测试的SBR胶料的G′，G″和G*（G′/G″）见图10～12。从图10～12可以看出：在SBR胶料中，与S1配方胶料相比，S2～S5配方胶料60 ℃时的G′和G*增大；随着白炭黑高效活性分散剂好优达BH68用量增大，SBR胶料60 ℃时的G′和G*呈增大趋势，这与其胶料的MH、交联密度和300%定伸应力的变化趋势一致。

图10 胶料的G′

图11 胶料的G″

图12 胶料的G*

3 结论

白炭黑高效活性分散剂好优达BH68对白炭黑具有优异的活化与分散作用，对白炭黑胶料的工艺性能、物理性能和动态力学性能均有较大的改善。添加白炭黑高效活性分散剂BH68可以显著降低白炭黑填充SBR胶料和NR胶料的门尼粘度，提高交联密度、定伸应力、撕裂强度、耐磨性能和抗湿滑性能，降低滚动阻力；白炭黑高效活性分散剂好优达BH68用量为白炭黑用量的6%～10%为宜，其与偶联剂Si69具有良好的交互作用，二者共同使用效果更佳。