白炭黑的性能与运用.ppt

,工业生产 化学特性,沉淀法（橡胶用）白炭黑的性能与运用,无定型沉淀法白炭黑,纯净结晶石英砂,无定型水合二氧化硅,aggregate,agglomerate,将二氧化硅从结晶态转变为无定型态,沉淀白炭黑 的来源,沉淀法白炭黑生产- sio2的形态变化,沉淀白炭黑,结晶二氧化硅,沉淀法白碳黑化学反应式,h2so4,沉淀法白炭黑工业生产工艺,外观, 结构和组成 比表面积 多孔性 表面化学 颗粒度 分散性,白炭黑 = 沉淀法水合二氧化硅,橡胶用白炭黑的性能特点,外观, 结构和组成: 粉状, 大颗粒, 微珠 比表面积: ctab, bet 多孔性: bet-ctab 表面化学: -h, -oh 基团, 水分, 灼烧减量 颗粒度: 颗粒大小, (基本粒子, 聚集体, 附聚体) 和分布 分散性: 传统, 高分散 白炭黑,沉淀白炭黑特征性能,沉淀白炭黑表观特征, 颗粒结构和组成,白炭黑的聚集体粒径与炭黑的对比,( x60倍放大),微珠状 = 具有良好的分散性 & 较低的作用力,标准的粉未状 = 具有较小的阻力 & 较高的污染,沉淀法白炭黑真实光学显微照片,模型,电镜照片,沉淀白炭黑结构模型与真实电镜照片,比表面积决定于基本粒子的尺寸大小,比表面积就是每克白炭黑的表面积:,表面积 : s = 4 p r 体积 : v = 4/3 p r3 质量 : m = vxd (d : density = 2),(m2/g),半径 r,基本粒子: 球形 (半径 r),ssa,s,m,=,ssa,1,d,3,r,=,沉淀法白炭黑的基本特征性能 1) 比表面积,沉淀白炭黑的比表面积,沉淀白炭黑的比表面积,特别对于橡胶来说, 比表面积是指白炭黑的外比表面积(ctab)或总比表面积 (bet),ctab 外比表面积 橡胶分子可触表面,-bet 总比表面积 橡胶不能延伸至而橡胶助剂可以进入的表面,内孔度 = bet - ctab m/g,国际标准iso/dis5794/3,分六个等级；(bet) 比表面积g/m2 a 201260 b 166200 c 136165 d 101135 e 51100 f 2030,白碳黑比表面积对橡胶产品性能的影响,沉淀白炭黑的表面化学和水份,表面化学性能,表面形态,si,o,o,o,si,si,o,o,o,si,si,o,si,o,o,o,o,o,h,h,h,h,h,o,si,间位,邻位,独立,各类硅羟基及水合过程,沉淀法白炭黑的 多孔性,通过水银孔容计测量,对补强来说,只有第二步吸附是有效的 (小于1 m的孔),孔直径 (m),0,目的 补偿因白炭黑多孔性(bet - ctab)被吸附的橡胶助剂,特别是促进剂. 降低填料间的相互作用 提高填料-橡胶间的相互作用 可以达到 提高工艺性能 优化硫化性能 提高补强性能,用表面活性剂进行配方优化调整,相容 差,相容佳,用 peg, rt1987, 作为白炭黑的表面必改性剂 能改善白炭黑表面与聚合物的相容性。 能更好地改善白炭黑与橡胶的亲和性，降低白炭黑与白炭黑 之间的作用力。 能降低白炭黑的亲水性，减少白炭黑对促进剂的吸符作用， 从而使橡胶的硫化速度加快。,聚合物,白炭黑,白炭黑与橡胶基体的润湿合相容性,sio2,橡胶与白炭之间的相 互作用不是物理作用,用 peg 4000改性的橡胶包容白炭黑,产生的化学界面作用,sio2,sio2,rubber,rubber,rubber,白炭黑与橡胶的润湿/相容性 -活化剂的作用,si 69 or,用硅烷偶联剂改性白碳黑,si 75,橡胶硅烷的作用,硅胶硅烷橡胶偶联剂作用机理,白碳黑与硅烷偶联剂共混,偶联反应机理,在白炭黑生产的最后一步(干燥、研磨、压实、超微细), 白炭黑会生成不同状态.,10 mm,250 m 喷嘴干燥,沉淀法白炭黑的颗粒度,白炭黑内部微孔对硫化速度的影响,t90 vs. micro-porosity,300,350,400,450,500,550,600,40,60,80,100,120,140,bet-ctab (m2/g),t90 (m:s),白炭黑 在橡胶配方中的应用,对同一规格的白炭黑来说, 微孔越多, t90 越长, 硫化速度越慢,水分对硫化速度的影响,t90% vs. moisture,0:07:12,0:07:55,0:08:38,0:09:22,0:10:05,0:10:48,0:11:31,0:12:14,0:12:58,0:13:41,0:14:24,4,5,6,7,8,9,moisture content (%),t90 (m:s),对同一种白炭黑来说，水分越高，硫化速度越快。,白炭黑 在橡胶配方中的应用,吸水量的对硫化的影响,含水量对硫化过程的影响,ph值的影响,低 ph-值 更长的硫化时间 高 ph-值 更短的硫化时间 更快的硫化速率,从30 到 60 phr 在大底中： = 白炭黑 phr 提高: 焦烧时间(ts2) & 硫化时间(t90) 延长, 拉伸，撕裂， 定伸，硬度，比重提高 阿克隆磨耗降低. =白炭黑 phr 提高, 活性剂 (例如peg4000) 应相应调整. 通常是白炭黑用量的610%，( 1.5 3.5 phr),白炭黑用量(phr)对橡胶性能影响明显。,白炭黑填充量对橡胶配性能的影响,ts2, t90 vs. phr,0:00,1:12,2:24,3:36,4:48,6:00,30.0,40.0,50.0,60.0,silica phr,ts2, t90 (m:s),t90,ts2,ts & m300% vs. phr,4.0,7.0,10.0,13.0,16.0,19.0,22.0,30.0,40.0,50.0,60.0,silica phr,ts & modulus (mpa),白炭黑用量在(3060 phr) 不等对胶料配合性能的影响,ts,m300%,t90, ts2 随着用量的提高 焦烧时间，硫化速度降底,300%定伸强度，定伸强度随着用量 的提高而增l,白炭黑填充量对橡胶配性能的影响,tear & hd vs. phr,40,50,60,70,80,90,100,30.0,40.0,50.0,60.0,silica phr,hd shore a+ tear,(kn.m),akron loss & sg vs. phr,0.000,0.200,0.400,0.600,0.800,1.000,1.200,30.0,40.0,50.0,60.0,silica phr,akron (cc) + sg,白炭黑用量在 (3060 phr) 对物理性能的影响,tear,hd,sg,ab loss,随着用量的增加撕裂强度， 拉伸强度增加,随着用量的增加磨耗量下降,白炭黑填充量对橡胶配合性能的影响,白碳黑与碳黑的差异,白碳黑与碳黑的差异,各种表面活性剂、偶联剂对硫化、焦烧的影响,、,1，三乙醇胺 2，peg4000 3，deg 4，si69,开炼机 开炼机混炼工艺,开炼机混炼工艺的优缺点,1，温度对促进剂吸附的影响。 2，配合剂分散性与扩散的速度。 3，能耗大。 4，环境污染大。 5，操作时的包辊性差。 6，对硫化体系的影响小。,密炼机混炼工艺,密炼机混炼工艺的优缺点,1.分散性好，能耗低。 2，粉尘飞扬少。 3，温度对配合剂的影响大。 4，能耗低。 5.生产率高。 6，温度对硫化影响大。,开炼的基本工艺,1，加料顺序。 2，改善包辊的配方调节。 3，需