橡胶与“好基友”炭黑搞出的那些绯闻!有一个你肯定没听说。。。
  发布时间:2016-8-22

一.结合橡胶

结合橡胶也称为炭黑凝胶(bound- rubber),是指炭黑混炼胶中不能被它的良溶剂溶解的那部分橡胶。结合橡胶实质上是填料表面上吸附的橡胶,也就是填料与橡胶间的界面层中的橡胶。通常采用结合橡胶来衡量炭黑和橡胶之间相互作用力的大小,结合橡胶多则补强性高,所以结合橡胶是衡量炭黑补强能力的标尺。

(一)结合橡胶的概念及测试方法

核磁共振研究已证实,炭黑结合胶层的厚度大约为5.0nm,紧靠炭黑表面一层的厚度约为0.5nm左右,这部分是玻璃态的。在靠近橡胶母体这一面的呈亚玻璃态,厚度大约为4.5nm。

(二)结合胶的生成原因

结合胶的生成有两个原因:

一是吸附在炭黑表面上的橡胶分子链与炭黑的表面基团结合,或者橡胶在加工过程中经过混炼和硫化产生大量橡胶自由基或离子与炭黑结合,发生化学吸附,这是生成结合胶的主要原因。

其二是橡胶大分子链在炭黑粒子表面上的那些大于溶解力的物理吸附,要同时解脱所有被炭黑吸附的大分子链并不是很容易的,只要有一、两个被吸附的链节没有除掉,就有可能使整个分子链成为结合胶。

(三)影响结合橡胶的因素

结合橡胶是由于炭黑表面对橡胶的吸附产生的,所以任何影响这种吸附的因素均会影响结合橡胶的生成量,其主要影响因素如下。

1.炭黑比表面积的影响

结合胶几乎与炭黑的比表面积成正比增加。随着炭黑比表面积的增大,吸附表面积增大,吸附量增加,即结合橡胶增加。

2.混炼薄通次数的影响

天然橡胶是一种很容易产生氧化降解的物质,那些只有一两点吸附的大分子链的自由链部分可能存在于玻璃态层及亚玻璃态层外面。这部分橡胶分子链薄通时同样会产生力学断链及氧化断链。这种断链可能切断了与吸附点的连接,这样就会使结合胶量下降。

50份炭黑填充的氯丁橡胶、丁苯橡胶和丁基橡胶随薄通次数的变化如下:氯丁橡胶、丁苯橡胶结合胶随薄通次数增加而增加,大约到30次后趋于平衡。而丁基橡胶一开始就下降,也是约30次后趋于平衡。丁基橡胶下降的原因类似于天然橡胶。

3.温度的影响

将混炼好的式样放在不同温度下保持一定时间后测结合胶量。随处理温度升高,即吸附温度提高,结合胶量提高,这种现象和一般吸附规律一致。

与上述现象相反,混炼温度对结合胶的影响却是混炼温度越高则结合胶越少。这可能是因为温度升高,橡胶变得柔软而不易被机械力破坏断链形成大分子自由基,炭黑在这样柔软的橡胶环境中也不易产生断链形成自由基,因此在高温炼胶时由于这种作用形成的结合胶会比低温下炼胶的少。

4.橡胶性质的影响

结合胶量与橡胶的不饱和度和分子量有关,不饱和度高,分子量大的橡胶,生成的结合胶多。

5.陈化时间的影响

试验表明,混炼后随停放时间增加,结合胶量增加,大约一周后趋于平衡。因为固体炭黑对固体橡胶大分子的吸附不象固体填料对气体或小分子吸附那么容易。另外化学吸附部分较慢,也需要一定时间。


 

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