呂雪梅,黃寶琛,李旭東,姚 薇,趙永仙,李洪民(青島科技大學橡塑材料與工程教育部重點實驗室,山東青島 266042)
摘要:研究環氧化低相對分子質量反式聚丁二烯(ELMTPB)改性白炭黑在SBR中的應用效果。結果表明,環氧度為10.6%的ELMTPB改性白炭黑填充SBR硫化膠的綜合性能較好;硅烷偶聯劑Si69改性白炭黑對SBR硫化膠性能的改善效果明顯優于ELMTPB改性白炭黑,且Si69用量為8份時,硫化膠拉伸強度和撕裂強度較高;在ELMTPB/Si69并用比不超過4/4時,所得SBR硫化膠拉伸強度和拉斷伸長率優于Si69改性白炭黑填充SBR硫化膠;當Si69用量為4份且并用12份ELMTPB時,所得SBR硫化膠性能最佳,表現在300%定伸應力提高28%,拉伸強度提高38%,且拉伸強度和拉斷伸長率超過8份Si69改性白炭黑填充SBR硫化膠。
關鍵詞:環氧化低相對分子質量聚丁二烯;硅烷偶聯劑;白炭黑;SBR
中圖分類號:TQ330.38+3;TQ330.38+7;TQ333.1文獻標識碼:B文章編號:1000-890X(2005)05-0279-04
近年來,隨著能源的日益緊張和石油價格的上漲,作為炭黑替代品的無機填料越來越受到人們的重視,白炭黑以其優良的補強性能成為最主要的透明補強填充劑。但白炭黑的表面極性和親水性較強,與橡膠分子的相容性比炭黑差,補強效果并不理想,因此需對白炭黑進行改性。經硅烷偶聯劑改性后,白炭黑與橡膠基體的相容性提高,在NR和SBR等膠料中分散較易,補強效果明顯增強。但硅烷偶聯劑價格昂貴,有必要尋求能替代或部分替代硅烷偶聯劑的高分子改性劑。一般認為高分子官能團與無機填料表面能夠形成某種牢固的化學結合,且可通過長鏈分子上的不飽和鍵與橡膠發生直接化學交聯,從而改善無機填料對橡膠的親和性能,大大增強白炭黑與橡膠大分子間的相互作用。
本工作探討環氧化低相對分子質量反式1,4-聚丁二烯(ELMTPB)改性白炭黑在SBR中的應用效果,并與硅烷偶聯劑Si69改性白炭黑進行對比。
1 實驗
1.1 主要原材料
SBR,牌號1502,中國石化齊魯石油化工股份有限公司產品;白炭黑(牌號Zeosil 155)和Si69,羅地亞白炭黑(青島)有限責任公司產品;ELMTPB,實驗室自制。
1.2 基本配方
SBR 100,氧化鋅 5,硬脂酸 3,促進劑DM 1.2,防老劑4010NA 1,硫黃 1·8,白炭黑 30,Si69和ELMTPB 變量。
1.3 試樣制備
在鎂負載鈦催化體系催化下,以氫氣為相對分子質量調節劑,采用溶液淤漿聚合或本體沉淀聚合方法合成ELMTPB。
膠料混煉在上海輕工機械技術研究所生產的S(X)-160 A型雙輥筒開煉機上進行。試樣硫化條件為165℃×t90。
1.4 性能測試
硫化膠各項性能均按相應國家標準測定。
2 結果與討論
2.1 ELMTPB對SBR硫化膠性能的影響
2.1.1 ELMTPB環氧度
ELMTPB環氧度對SBR硫化膠性能的影響
如表1所示。
從表1可以看出,經不同環氧度ELMTPB改性的白炭黑對SBR硫化膠性能有一定影響,表
現在材料的300%定伸應力、拉伸強度和拉斷伸長率均有小幅度的提高;邵爾A型硬度和100%定伸應力都稍有下降;耐裂口增長屈撓次數明顯減小。比較得出環氧度為10.6%的ELMTPB改性白炭黑填充SBR硫化膠的綜合性能較好,因此后續試驗選擇環氧度為10.6%的ELMTPB。
2.1.2 ELMTPB用量
ELMTPB用量對SBR硫化膠性能的影響如表2所示。
從表2可以看出,ELMTPB改性白炭黑填充
SBR硫化膠的拉伸強度和拉斷伸長率都有一定提高。當ELMTPB用量為8份時硫化膠拉伸強度提高了16%,而ELMTPB用量為16份時硫化膠撕裂強度提高了10%;定伸應力總體上沒有提高;邵爾A型硬度和回彈值都略有下降;隨著ELMTPB用量的增大,硫化膠壓縮永久變形增大。這可能是由于含有極性基團的ELMTPB使結合橡膠的分子間作用力增大,從而使回彈性下降,壓縮永久變形增大。
2.2 Si69用量對SBR硫化膠性能的影響
Si69用量對SBR硫化膠性能的影響如表3所示。
從表3可以看出,不同用量Si69改性白炭黑填充SBR硫化膠的各項性能都有很大改善。尤其在Si69的用量為8份時硫化膠拉伸強度、撕裂強度和阿克隆磨耗量的改善效果最明顯。
2.3 ELMTPB/Si69并用比對SBR硫化膠性能的影響
ELMTPB/Si69并用比對SBR硫化膠性能的影響如表4所示。
從表4可以看出,ELMTPB/Si69并用改性白炭黑比單獨使用ELMTPB改性效果好,表現在當ELMTPB/Si69并用比小于7.2/0.8時,膠料的邵爾A型硬度與填充Si69改性白炭黑的膠料一樣;其它各項性能均優于單獨使用ELMTPB改性的白炭黑膠料。在ELMTPB/Si69并用比小
于4/4時,膠料拉伸強度和拉斷伸長率比用Si69改性白炭黑填充效果得到進一步提高?；谶@點出發,固定Si69用量為4份,改變ELMTPB用量并測試SBR膠料性能,結果如表5所示。
從表5可見, Si69用量為4份時,并用不同用量的ELMTPB,SBR硫化膠的定伸應力、拉伸強度、拉斷伸長率和阿克隆磨耗量均比單獨使用Si69時提高很大。并用12份ELMTPB時效果最顯著,表現在膠料300%定伸應力提高28%,拉伸強度提高38%,且拉伸強度和拉斷伸長率超過用8份Si69改性的白炭黑膠料。這可能是由于適當用量的Si69偶聯劑將橡膠與白炭黑界面很好地粘結,ELMTPB中一定量的雙鍵又與橡膠發生化學交聯作用,從而使其性能得到進一步提高。
3 結論
(1)不同環氧度的ELMTPB改性白炭黑填充SBR硫化膠的拉伸強度和拉斷伸長率均得到提高。采用不同用量的環氧度為10. 6%的ELMTPB改性白炭黑,SBR硫化膠的拉伸強度和拉斷伸長率得到提高;當ELMTPB用量為8份時,硫化膠拉伸強度提高了16%,而ELMTPB用量為16份時硫化膠撕裂強度提高了10%;硫化膠定伸應力總體上沒有提高;邵爾A型硬度和回彈值都有所下降;隨著ELMTPB用量的增大,硫化膠壓縮永久變形增大。
(2)Si69改性白炭黑對SBR硫化膠性能的改善效果明顯優于ELMTPB,且Si69用量為8份時,硫化膠拉伸強度和撕裂強度較高。
(3)在ELMTPB/Si69并用比不超過4/4時,硫化膠的拉伸強度和拉斷伸長率比用Si69改性時進一步提高。當Si69用量為4份時,隨著ELMTPB用量的增大,硫化膠100%和300%定伸應力、拉伸強度和拉斷伸長率均比單獨用Si69改性的效果優。并用12份ELMTPB時效果最佳,表現在硫化膠300%定伸應力提高28%,拉伸強度提高38%,且拉伸強度和拉斷伸長率超過用8份Si69改性的效果。
