離子液體改性白炭黑對天然橡膠性能的影響

武濤，張佳佳，張旭敏，等

摘要：白炭黑具有比表面積大、密度小和補(bǔ)強(qiáng)效果好等特點(diǎn)，能有效提升橡膠的耐磨性能及抗?jié)窕阅埽⒛茱@著降低滾動阻力，成為橡膠工業(yè)中增強(qiáng)效果僅次于炭黑的白色增強(qiáng)劑。但由于白炭黑表面含有大量的親水性硅醇基團(tuán)，在橡膠相中難以濕潤和分散，導(dǎo)致其在膠料中的分散效果不佳，因此必須對白炭黑進(jìn)行改性處理。離子液體具有不可測出的蒸汽壓、無污染、好的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性及其結(jié)構(gòu)可設(shè)計性引起了人們廣泛的興趣。通過離子液氯化1-烯丙基-3-甲基咪唑（AMI）對白炭黑進(jìn)行改性，研究了改性白炭黑對天然橡膠的硫化特性、力學(xué)性能及動態(tài)力學(xué)性能的影響。本實驗將定量AMI分散在200 mL乙醇中，然后在混合液中加入白炭黑，恒溫超聲1 h，超聲完畢后放置一段時間，于105℃烘箱中干燥待用；將NR在開煉機(jī)上塑煉5 min，然后按照NR 100份、ZnO 5份、硬脂酸2份、防老劑RD 1.4份、防老劑4010NA 1.4份、古馬隆樹脂2份、促進(jìn)劑NS 1.2份、硫磺2.4份、改性白炭黑10～40份，加料順序為ZnO、硬脂酸、防老劑RD、防老劑4010NA、改性白炭黑、古馬隆樹脂、促進(jìn)劑 NS、硫黃進(jìn)行混煉，混煉均勻后薄通下片，停放24 h后，采用無轉(zhuǎn)子硫化儀在145℃下測定正硫化時間（t90），最后在平板硫化機(jī)上以145℃×t90的條件制得硫化膠樣品。使用德國 Netzsch公司生產(chǎn)的DSC 200F3型DSC儀對改性白炭黑進(jìn)行表征；拉伸和撕裂性能分別按照 GB/T 528—2009和GB/T 529—1999進(jìn)行測試；硫化膠的動態(tài)力學(xué)性能采用美國TA公司生產(chǎn)的Q800型DMA分析儀對試樣進(jìn)行測試，升溫速率5℃/min，頻率1 Hz，振幅10 μm，溫度測試范圍為-80℃～50℃。通過 DSC分析發(fā)現(xiàn)離子液AMI的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）為-68.6℃，而與白炭黑相互作用后Tg上升到-59.2℃。玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的升高表明白炭黑AMI之間存在較強(qiáng)的相互作用，為白炭黑與AMI之間的氫鍵作用。當(dāng)白炭黑用量少于30份時，隨著改性白炭黑用量的增加，混煉膠的正硫化時間縮短，硫化速率提高；當(dāng)白炭黑用量為30份時，NR/白炭黑硫化膠的力學(xué)性能最佳，改性白炭黑對NR的增強(qiáng)作用最顯著；與空白膠相比，硫化膠的拉伸強(qiáng)度和撕裂強(qiáng)度分別增加了30.8%和188.9%，磨耗體積減小了76.0%。改性白炭黑的加入使NR的Tg升高，儲能模量增大，二者之間的相互作用比未改性白炭黑與NR的相互作用強(qiáng)。

來源出版物：合成橡膠工業(yè), 2016, 39(2): 129-133

入選年份：2016