特种气相法白炭黑对天然橡胶的作用（1）

　　气相法白炭黑在硅橡胶中的用量非常大，尤其是在热硫化硅橡胶中，其添加量可达40%～50%。虽然沉淀法白炭黑也可作为硅橡胶的补强填料使用，但由于吸水性和杂质含量较高，导致用其填充的硅橡胶的电性能、耐热性等不如用气相法白炭黑填充的硅橡胶;因此，气相法白炭黑在该应用领域中占据着主导地位。

　　本文章主要研究将R 300以适量的比例与补强剂并用于天然橡胶，以摸索这种易分散、低活性的材料对橡胶性能影响的规律。

　　概述

　　气相法白炭黑是利用卤硅烷经氢氧焰高温水解制得的一种无定形二氧化硅产品，其原生粒径在7～40 nrn之间，比表面积一般大于100 m2/g，SO2含量不小于99.8%，是一种极其重要的无机纳米粉体材料;由于具有优越的稳定性、补强性、增稠性和触变性而在橡胶、塑料、电子、涂料、胶粘剂和密封剂等领域得到广泛的应用。自1941年德国Degussa公司成功开发出气相法白炭黑的生产技术以来，目前全球的气相法白炭黑总产量已超过150 kt/a;而且生产高度集中，主要由德国Degussa、Wacker，美国Cabot及日本Tokuyama等少数几家公司控制着全球市场。

　　经论文检索，有关气相法白炭黑在天然橡胶中的应用研究较少，考虑原因是，一方面，气相法白炭黑本身制造成本较高，价格较贵，限制了其在天然橡胶中的应用;另一方面，气相法白炭黑因其结构较高，粒径较小，气相法白炭黑表面含有大量的羟基，表面极性和亲水性较强，与烃类橡胶分子的相容性不如炭黑好，在橡胶中填充时分散不佳，会影响补强效果，并使加工性能变差。

　　炭黑和白炭黑(沉淀法，气相法)都是橡胶常用的补强剂，通常需要添加很高的填充计量以提高橡胶的如强伸性能。然而以上填料都具有非常高的比表面积，初级颗粒之间总是存在化学键连接而形成聚集体如图1所示，在实际生产过程中无法被分散成初级颗粒。这种聚集体结构的存在一方面提供了橡胶的强度，但是另一方面却限制了胶料加工性能，大量聚集体之间的内摩擦也会提高生热，并影响一些成品的动态性能如疲劳寿命。

　　图1、沉淀法白炭黑TEM照片

　　最近有一种通过高温气相法制造的特种白炭黑R 300,平均粒度150nm,比表面积约20m2/g(BET)。同传统填充剂如白炭黑以及炭黑相比， R 300初级颗粒较大，颗粒之间的接触面积较小，其TEM照片见如图2所示，颗粒之间主要通过比较弱的范德华力而非较强的化学键连接，因而非常容易分散，其在胶料中的分散情况TEM照片见如图3所示，此外，R 300的化学活性很低，不需要添加硅烷偶联剂。