呂雪梅,黃寶琛,李旭東,姚 薇,趙永仙,李洪民(青島科技大學(xué)橡塑材料與工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,山東青島 266042)
摘要:研究環(huán)氧化低相對(duì)分子質(zhì)量反式聚丁二烯(ELMTPB)改性白炭黑在SBR中的應(yīng)用效果。結(jié)果表明,環(huán)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(lián)劑Si69改性白炭黑對(duì)SBR硫化膠性能的改善效果明顯優(yōu)于ELMTPB改性白炭黑,且Si69用量為8份時(shí),硫化膠拉伸強(qiáng)度和撕裂強(qiáng)度較高;在ELMTPB/Si69并用比不超過(guò)4/4時(shí),所得SBR硫化膠拉伸強(qiáng)度和拉斷伸長(zhǎng)率優(yōu)于Si69改性白炭黑填充SBR硫化膠;當(dāng)Si69用量為4份且并用12份ELMTPB時(shí),所得SBR硫化膠性能最佳,表現(xiàn)在300%定伸應(yīng)力提高28%,拉伸強(qiáng)度提高38%,且拉伸強(qiáng)度和拉斷伸長(zhǎng)率超過(guò)8份Si69改性白炭黑填充SBR硫化膠。
關(guān)鍵詞:環(huán)氧化低相對(duì)分子質(zhì)量聚丁二烯;硅烷偶聯(lián)劑;白炭黑;SBR
中圖分類(lèi)號(hào):TQ330.38+3;TQ330.38+7;TQ333.1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B文章編號(hào):1000-890X(2005)05-0279-04
近年來(lái),隨著能源的日益緊張和石油價(jià)格的上漲,作為炭黑替代品的無(wú)機(jī)填料越來(lái)越受到人們的重視,白炭黑以其優(yōu)良的補(bǔ)強(qiáng)性能成為最主要的透明補(bǔ)強(qiáng)填充劑。但白炭黑的表面極性和親水性較強(qiáng),與橡膠分子的相容性比炭黑差,補(bǔ)強(qiáng)效果并不理想,因此需對(duì)白炭黑進(jìn)行改性。經(jīng)硅烷偶聯(lián)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(bǔ)強(qiáng)效果明顯增強(qiáng)。但硅烷偶聯(lián)劑價(jià)格昂貴,有必要尋求能替代或部分替代硅烷偶聯(lián)劑的高分子改性劑。一般認(rèn)為高分子官能團(tuán)與無(wú)機(jī)填料表面能夠形成某種牢固的化學(xué)結(jié)合,且可通過(guò)長(zhǎng)鏈分子上的不飽和鍵與橡膠發(fā)生直接化學(xué)交聯(lián),從而改善無(wú)機(jī)填料對(duì)橡膠的親和性能,大大增強(qiáng)白炭黑與橡膠大分子間的相互作用。
本工作探討環(huán)氧化低相對(duì)分子質(zhì)量反式1,4-聚丁二烯(ELMTPB)改性白炭黑在SBR中的應(yīng)用效果,并與硅烷偶聯(lián)劑Si69改性白炭黑進(jìn)行對(duì)比。
1 實(shí)驗(yàn)
1.1 主要原材料
SBR,牌號(hào)1502,中國(guó)石化齊魯石油化工股份有限公司產(chǎn)品;白炭黑(牌號(hào)Zeosil 155)和Si69,羅地亞白炭黑(青島)有限責(zé)任公司產(chǎn)品;ELMTPB,實(shí)驗(yàn)室自制。
1.2 基本配方
SBR 100,氧化鋅 5,硬脂酸 3,促進(jìn)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(fù)載鈦催化體系催化下,以氫氣為相對(duì)分子質(zhì)量調(diào)節(jié)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(jī)械技術(shù)研究所生產(chǎn)的S(X)-160 A型雙輥筒開(kāi)煉機(jī)上進(jìn)行。試樣硫化條件為165℃×t90。
1.4 性能測(cè)試
硫化膠各項(xiàng)性能均按相應(yīng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定。
2 結(jié)果與討論
2.1 ELMTPB對(duì)SBR硫化膠性能的影響
2.1.1 ELMTPB環(huán)氧度
ELMTPB環(huán)氧度對(duì)SBR硫化膠性能的影響
如表1所示。
從表1可以看出,經(jīng)不同環(huán)氧度ELMTPB改性的白炭黑對(duì)SBR硫化膠性能有一定影響,表
現(xiàn)在材料的300%定伸應(yīng)力、拉伸強(qiáng)度和拉斷伸長(zhǎng)率均有小幅度的提高;邵爾A型硬度和100%定伸應(yīng)力都稍有下降;耐裂口增長(zhǎng)屈撓次數(shù)明顯減小。比較得出環(huán)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(xù)試驗(yàn)選擇環(huán)氧度為10.6%的ELMTPB。
2.1.2 ELMTPB用量
ELMTPB用量對(duì)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(qiáng)度和拉斷伸長(zhǎng)率都有一定提高。當(dāng)ELMTPB用量為8份時(shí)硫化膠拉伸強(qiáng)度提高了16%,而ELMTPB用量為16份時(shí)硫化膠撕裂強(qiáng)度提高了10%;定伸應(yīng)力總體上沒(méi)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(tuán)的ELMTPB使結(jié)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(duì)SBR硫化膠性能的影響
Si69用量對(duì)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(xiàng)性能都有很大改善。尤其在Si69的用量為8份時(shí)硫化膠拉伸強(qiáng)度、撕裂強(qiáng)度和阿克隆磨耗量的改善效果最明顯。
2.3 ELMTPB/Si69并用比對(duì)SBR硫化膠性能的影響
ELMTPB/Si69并用比對(duì)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(dú)使用ELMTPB改性效果好,表現(xiàn)在當(dāng)ELMTPB/Si69并用比小于7.2/0.8時(shí),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(xiàng)性能均優(yōu)于單獨(dú)使用ELMTPB改性的白炭黑膠料。在ELMTPB/Si69并用比小
于4/4時(shí),膠料拉伸強(qiáng)度和拉斷伸長(zhǎng)率比用Si69改性白炭黑填充效果得到進(jìn)一步提高。基于這點(diǎn)出發(fā),固定Si69用量為4份,改變ELMTPB用量并測(cè)試SBR膠料性能,結(jié)果如表5所示。
從表5可見(jiàn), Si69用量為4份時(shí),并用不同用量的ELMTPB,SBR硫化膠的定伸應(yīng)力、拉伸強(qiáng)度、拉斷伸長(zhǎng)率和阿克隆磨耗量均比單獨(dú)使用Si69時(shí)提高很大。并用12份ELMTPB時(shí)效果最顯著,表現(xiàn)在膠料300%定伸應(yīng)力提高28%,拉伸強(qiáng)度提高38%,且拉伸強(qiáng)度和拉斷伸長(zhǎng)率超過(guò)用8份Si69改性的白炭黑膠料。這可能是由于適當(dāng)用量的Si69偶聯(lián)劑將橡膠與白炭黑界面很好地粘結(jié),ELMTPB中一定量的雙鍵又與橡膠發(fā)生化學(xué)交聯(lián)作用,從而使其性能得到進(jìn)一步提高。
3 結(jié)論
(1)不同環(huán)氧度的ELMTPB改性白炭黑填充SBR硫化膠的拉伸強(qiáng)度和拉斷伸長(zhǎng)率均得到提高。采用不同用量的環(huán)氧度為10. 6%的ELMTPB改性白炭黑,SBR硫化膠的拉伸強(qiáng)度和拉斷伸長(zhǎng)率得到提高;當(dāng)ELMTPB用量為8份時(shí),硫化膠拉伸強(qiáng)度提高了16%,而ELMTPB用量為16份時(shí)硫化膠撕裂強(qiáng)度提高了10%;硫化膠定伸應(yīng)力總體上沒(méi)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(duì)SBR硫化膠性能的改善效果明顯優(yōu)于ELMTPB,且Si69用量為8份時(shí),硫化膠拉伸強(qiáng)度和撕裂強(qiáng)度較高。
(3)在ELMTPB/Si69并用比不超過(guò)4/4時(shí),硫化膠的拉伸強(qiáng)度和拉斷伸長(zhǎng)率比用Si69改性時(shí)進(jìn)一步提高。當(dāng)Si69用量為4份時(shí),隨著ELMTPB用量的增大,硫化膠100%和300%定伸應(yīng)力、拉伸強(qiáng)度和拉斷伸長(zhǎng)率均比單獨(dú)用Si69改性的效果優(yōu)。并用12份ELMTPB時(shí)效果最佳,表現(xiàn)在硫化膠300%定伸應(yīng)力提高28%,拉伸強(qiáng)度提高38%,且拉伸強(qiáng)度和拉斷伸長(zhǎng)率超過(guò)用8份Si69改性的效果。
