高聚物工程

离子液体改性白炭黑对天然橡胶性能的影响

武涛，张佳佳，张旭敏，等

摘要：白炭黑具有比表面积大、密度小和补强效果好等特点，能有效提升橡胶的耐磨性能及抗湿滑性能，并能显著降低滚动阻力，成为橡胶工业中增强效果仅次于炭黑的白色增强剂。但由于白炭黑表面含有大量的亲水性硅醇基团，在橡胶相中难以湿润和分散，导致其在胶料中的分散效果不佳，因此必须对白炭黑进行改性处理。离子液体具有不可测出的蒸汽压、无污染、好的化学稳定性和热稳定性及其结构可设计性引起了人们广泛的兴趣。通过离子液氯化1-烯丙基-3-甲基咪唑（AMI）对白炭黑进行改性，研究了改性白炭黑对天然橡胶的硫化特性、力学性能及动态力学性能的影响。本实验将定量AMI分散在200 mL乙醇中，然后在混合液中加入白炭黑，恒温超声1 h，超声完毕后放置一段时间，于105℃烘箱中干燥待用；将NR在开炼机上塑炼5 min，然后按照NR 100份、ZnO 5份、硬脂酸2份、防老剂RD 1.4份、防老剂4010NA 1.4份、古马隆树脂2份、促进剂NS 1.2份、硫磺2.4份、改性白炭黑10～40份，加料顺序为ZnO、硬脂酸、防老剂RD、防老剂4010NA、改性白炭黑、古马隆树脂、促进剂 NS、硫黄进行混炼，混炼均匀后薄通下片，停放24 h后，采用无转子硫化仪在145℃下测定正硫化时间（t90），最后在平板硫化机上以145℃×t90的条件制得硫化胶样品。使用德国 Netzsch公司生产的DSC 200F3型DSC仪对改性白炭黑进行表征；拉伸和撕裂性能分别按照 GB/T 528—2009和GB/T 529—1999进行测试；硫化胶的动态力学性能采用美国TA公司生产的Q800型DMA分析仪对试样进行测试，升温速率5℃/min，频率1 Hz，振幅10 μm，温度测试范围为-80℃～50℃。通过 DSC分析发现离子液AMI的玻璃化转变温度（Tg）为-68.6℃，而与白炭黑相互作用后Tg上升到-59.2℃。玻璃化转变温度的升高表明白炭黑AMI之间存在较强的相互作用，为白炭黑与AMI之间的氢键作用。当白炭黑用量少于30份时，随着改性白炭黑用量的增加，混炼胶的正硫化时间缩短，硫化速率提高；当白炭黑用量为30份时，NR/白炭黑硫化胶的力学性能最佳，改性白炭黑对NR的增强作用最显著；与空白胶相比，硫化胶的拉伸强度和撕裂强度分别增加了30.8%和188.9%，磨耗体积减小了76.0%。改性白炭黑的加入使NR的Tg升高，储能模量增大，二者之间的相互作用比未改性白炭黑与NR的相互作用强。

来源出版物：合成橡胶工业, 2016, 39(2): 129-133

入选年份：2016