淺談沉淀法白炭黑在橡膠產(chǎn)品中的應(yīng)用

潘培國

摘 要：運(yùn)用沉淀法生產(chǎn)出的白炭黑因其擁有多孔性、高分散性、高化學(xué)穩(wěn)定性的特性，所以在橡膠產(chǎn)品中得到了非常廣泛的運(yùn)用。本文對沉淀法白炭黑在橡膠產(chǎn)品中的運(yùn)用狀況展開了分析，目前在工業(yè)生產(chǎn)中沉淀法白炭黑已經(jīng)運(yùn)用到了輪胎、鞋底、膠輥等人們生活和生產(chǎn)的多個領(lǐng)域。將來隨著綠色?？沙掷m(xù)發(fā)展理念的深入人心，尤其是“綠色輪胎”產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，白炭黑的御用領(lǐng)域必將會進(jìn)行更加廣泛的拓展。

關(guān)鍵詞：白炭黑;橡膠制品;應(yīng)用范圍

0 引言

沉淀法白炭黑是工業(yè)生產(chǎn)中非常重要的補(bǔ)強(qiáng)填充物質(zhì)，目前白炭黑最為重要的應(yīng)用形式是作為橡膠制品的補(bǔ)強(qiáng)劑。據(jù)相關(guān)機(jī)構(gòu)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，白炭黑作為橡膠補(bǔ)強(qiáng)劑的應(yīng)用約占到其總產(chǎn)量的80%左右。

1 沉淀法白炭黑在橡膠制品中的運(yùn)用分析

1.1 在輪胎中的應(yīng)用

在最初階段，白炭黑的主要應(yīng)用場所是白胎側(cè)轎車輪胎的裝飾中，但是隨著人們對其性能認(rèn)識的不斷提升，白炭黑的應(yīng)用也愈來愈廣泛?，F(xiàn)在，白炭黑基本上已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了在各種輪胎上的應(yīng)用，如載重輪胎、轎車輪胎以及農(nóng)業(yè)車輛的輪胎等。按簾布材料分為全鋼、半鋼和纖維簾布輪胎，使用部位包括胎面、帶束層、胎側(cè)和鋼絲黏合膠等。白炭黑在傳統(tǒng)斜交輪胎中的使用，能夠提升輪胎胎面的抗撕裂性能。并且，伴隨著現(xiàn)代輪胎產(chǎn)業(yè)的發(fā)展以及人們對輪胎性能要求的提升，白炭黑在輪胎行業(yè)中的作用越來越關(guān)鍵。

當(dāng)前，人們對于輪胎的使用要求主要涉及到下面幾個方面：①擁有較好的牽引性以及對濕滑路面的抓著力，這一要求主要是基于安全層面的考量;②滾動過程中受到的阻力相對較小，這一要求是基于節(jié)油方面的考量;③耐磨性能好，這一要求主要是基于延長輪胎使用壽命方面的考量。為了能夠使輪胎獲得上述性能要求，在輪胎生產(chǎn)制造中白炭黑已經(jīng)成為必不可少的一種原材料，尤其是近幾年“綠色輪胎”的問世，更推動了具有高分散性能的沉淀法白炭黑產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。因此，國際上很多白炭黑生產(chǎn)商都加大了在白炭黑生產(chǎn)、研發(fā)上的投入，旨在進(jìn)一步提升白炭黑的性能。全球知名的輪胎生產(chǎn)商比如米其林、普利司通等也愈來愈重視在輪胎制造中對白炭黑的合理利用。

隨著人們對環(huán)保和節(jié)能的日益重視，降低輪胎滾動阻力、節(jié)約汽車燃料消耗、降低汽車廢氣排放量，將成為人們的普遍要求。發(fā)展“綠色輪胎”是世界輪胎工業(yè)的必然趨勢。將白炭黑應(yīng)用于輪胎胎面膠中，可以使輪胎滾動的阻力顯下降，所以輪胎生產(chǎn)企業(yè)在輪胎的研發(fā)過程中，應(yīng)該在胎面膠和其他輪胎部位中同時(shí)應(yīng)用的多功能白炭黑，從而進(jìn)一步提升輪胎質(zhì)量，在保障車輛行駛安全的前提下降低車輛的燃油量。

1.2 硅橡膠

硅橡膠具有很高的耐熱性和優(yōu)異的耐寒性、耐臭氧性、耐大氣老化性和優(yōu)良的電絕緣性，另外硅橡膠的吸水性小，能長期在潮濕地方貯存，可廣泛用于航空航天、軍事、電氣、醫(yī)學(xué)等部門。但硅橡膠分子成螺旋形結(jié)構(gòu)，有高度柔軟性，單分子間作用力弱，很難結(jié)晶，生膠硫化后的拉伸強(qiáng)度不超過0.34MPa，這極大地限制了它的應(yīng)用。添加補(bǔ)強(qiáng)填料是調(diào)整硅橡膠物理機(jī)械性能的主要手段，只有加入補(bǔ)強(qiáng)材料硅橡膠才有實(shí)用價(jià)值。

為了進(jìn)一步降低硅橡膠制品的生產(chǎn)成本，部分生產(chǎn)商開始嘗試運(yùn)用超細(xì)沉淀法白炭黑來代替氣相法白炭黑，這也使硅橡膠中超細(xì)沉淀法白炭黑的使用量大大增長。面對這種現(xiàn)象，全球的很多超細(xì)沉淀法白炭黑生產(chǎn)商紛紛投資研制和組建硅橡膠用超細(xì)沉淀法白炭黑生產(chǎn)線，其中美國PPG公司生產(chǎn)的HI-SIL928為中國使用的主要品種。目前這種硅橡膠專用超細(xì)沉淀法白炭黑在中國的年用量為1萬t以上，隨著硅橡膠在電子電氣、辦公自動化設(shè)備及汽車工業(yè)、密封材料等領(lǐng)域應(yīng)用的不斷拓展，超細(xì)沉淀法白炭黑的應(yīng)用前景樂觀。

1.3 膠鞋

白炭黑作為主要的補(bǔ)強(qiáng)填充劑廣泛應(yīng)用于膠鞋生產(chǎn)中，尤其是在透明及半透明鞋底膠料中。在鞋大底配方中白炭黑可100%替代炭黑，因此制鞋業(yè)一直是橡膠工業(yè)領(lǐng)域中白炭黑的最大用戶。另外白炭黑與彈性體材料配合廣泛用于鞋底，起到填充并改善膠料物理性能和加工工藝性能的作用，還可提高鞋底的耐磨性、硬度、拉伸強(qiáng)度和撕裂強(qiáng)度，在淺色、彩色半透明和透明鞋底（包括大底、中底及圍條）中應(yīng)用非常廣泛。炭黑用于鞋底易產(chǎn)生黑色攘痕，其他淺色或白色填料的補(bǔ)強(qiáng)性能無法滿足高性能的要求，因此將白炭黑與丁苯橡膠（SBR）、順丁橡膠（BR）等配合使用可滿足其高性能的要求。中國的制鞋行業(yè)中白炭黑雖已被廣泛應(yīng)用，但使用范圍和比例較小。

1.4 膠輥、膠帶、膠管等制品與塑料

在印刷膠輥、碾米膠輥、紡織膠輥、造紙膠輥中白炭黑廣泛用于制備淺色制品和高性能制品。鋼編膠管、高強(qiáng)度輸送帶、彩色膠管、膠帶、彩色密封制品、彩色高性能電纜護(hù)套等產(chǎn)品均離不開白炭黑。白炭黑經(jīng)超細(xì)化后，可用作塑料薄膜的吹膜隔離劑、EVA塑料發(fā)泡材料的添加劑。白炭黑與常用的碳酸鈣等惰性填料相比，可明顯提高材料的耐磨性、撕裂強(qiáng)度和硬度，降低壓縮永久變形和熱收縮率，且經(jīng)配方優(yōu)化設(shè)計(jì)后，可提高性能和降低成本。

1.5 生活用品

由于白炭黑是一種非常好的補(bǔ)強(qiáng)材料，且同時(shí)具備純白以及透明等特性，所以在家電以及文體等產(chǎn)品的生產(chǎn)中也有著較為廣泛的運(yùn)用特別是近些年納米級白炭黑的研發(fā)成功，因?yàn)檫@種白炭黑在外光波段范圍內(nèi)的反射率能夠高達(dá)90%，這對延長彩色橡膠制品的保色期以及提高色澤的穩(wěn)定性非常有利，其氮吸附比表面積可達(dá)269～320m2/g，添加到膠料中，能夠進(jìn)一步提升橡膠材料的伸展性能、抗氧化性能。

2 白炭黑應(yīng)用的發(fā)展趨勢分析

2.1 橡膠用白炭黑造粒化發(fā)展

作為一種補(bǔ)強(qiáng)填充劑，白炭黑具有非常廣泛的運(yùn)用，然而需要注意的是，粉末狀的白炭黑由于其表面積較大、密度小，因此在實(shí)際的運(yùn)用中揚(yáng)塵現(xiàn)象嚴(yán)重，運(yùn)送較為不便，難以進(jìn)行精準(zhǔn)計(jì)量，同時(shí)也會對相關(guān)工作人員的健康造成一定的影響。造粒狀白炭黑，可以進(jìn)行較為便捷的運(yùn)輸和計(jì)量，也不會對工作人員的健康造成嚴(yán)重影響?；诖?，隨著白炭黑產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，造?；瘯饾u成為白炭黑生產(chǎn)的一種重要的趨勢。

2.2 白炭黑精細(xì)化發(fā)展

所謂精細(xì)化指的是依據(jù)用途的不同，在白炭黑實(shí)際生產(chǎn)中對生產(chǎn)材料、溫度、壓力以及處理工序等進(jìn)行控制，以便于確保生產(chǎn)處的白炭黑表面積比例、粒度以及特性能夠滿足用不同用途的需求。

2.3 白炭黑高分散發(fā)展

高分散白炭黑是一種分散性能比較高的、無粉塵的白炭黑產(chǎn)品，也是目前“綠色輪胎”產(chǎn)品生產(chǎn)中的重要材料。將來，隨著“綠色輪胎”在市場中需求的不斷提升，高分散白炭黑的需求也必然會呈現(xiàn)出增長態(tài)勢，所以，對高分散白炭黑進(jìn)行研發(fā)，已經(jīng)成為當(dāng)前業(yè)界的一個研發(fā)熱點(diǎn)。

2.4 白炭黑表面處理

因?yàn)榘滋亢趦?nèi)部擁有聚硅氧，外表面的活性硅醇基，從而使白炭黑具備較好的親水性，使其在有機(jī)相中難以濕潤和分散，而且，由于其表面存在羥基，表面能較大，聚集體總傾向于凝聚，所以會使產(chǎn)品的應(yīng)用性能會受到一定的影響。白炭黑的表面處理改性可以通過一定的工藝來時(shí)白炭黑表明的羥基與化學(xué)物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而消除表面活性硅醇基的含量，最終使其由親水性轉(zhuǎn)變?yōu)槭杷浴?/p>

3 結(jié)語

綜上所述，白炭黑作為一種補(bǔ)強(qiáng)劑在橡膠制品中有著非常廣泛的運(yùn)用，比如在輪胎中想要提升輪胎的滾動阻力性能，就可以利用沉淀法白炭黑的高分散特性來對輪胎進(jìn)行填充，從而提升輪胎的整體性能。隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，沉淀法白炭黑在輪胎工業(yè)中的應(yīng)用比例也呈現(xiàn)出逐漸上升的趨勢，并且近些年人們環(huán)保意識的不斷增強(qiáng)，“綠色輪胎”越來越受到人們的關(guān)注和認(rèn)可，“綠色輪胎”基于其自身優(yōu)良的性能受到越來越用戶的使用，這使得白炭黑在輪胎中的使用量進(jìn)一步增加。

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