橡胶行业哪些地方用炭黑，哪些地方用白炭黑 ?     

 炭黑作为橡胶增强剂，应用范围很广，所有的黑色橡胶制品都用到炭黑。 1912 年人们发现炭黑对橡胶具有补强作用,从此炭黑逐渐成为橡胶工业不可缺少的原材料。

目前世界橡胶工业原材料耗用量排在第一位的是生胶,第二位的是炭黑;换言之,炭黑已成为消费量最大的橡胶配合剂。炭黑的耗用量一般占橡胶耗用量的40%～50% ,也就是说,在橡胶配方中,通常每使用2 份橡胶就会搭配使用1 份炭黑。       

白炭黑分为沉淀法白炭黑和气相法白炭黑,广泛应用于轮胎、胶带、胶管、胶鞋、电线电缆等橡胶制品中.白炭黑与硅烷偶联剂并用于轮胎胎面胶中,在降低轮胎滚动阻力的同时可改善轮胎的耐磨性和抗湿滑性.使用白炭黑的胶料拉伸强度、撕裂强度、耐磨性等均有提高,在透明和彩色橡胶制品中更有其优势.随着人们环境意识的增强、轮胎工业的发展及白炭黑品质的不断提高,其应用范围还将进一步扩大。

白炭黑自1948年开始生产并作为填料应用于橡胶工业，到20世纪80年代全世界沉淀法白炭黑约有67%用于橡胶工业，其中45%用于鞋类，16%用于轮胎，6%用于其他橡胶制品。从1991年法国米其林公司宣布大力开展“绿色轮胎”的研究开始，欧洲、美国和日本等地的各大轮胎公司相继加快了研制步伐。“绿色轮胎”已成为21世纪轮胎工业发展的主流，白炭黑可以高比例配用或全部替代炭黑做补强剂生产“绿色轮胎”。1999年欧洲在轿车原，配胎胎面中使用白炭黑已是标准做法，轿车原配胎胎面中白炭黑的用量已达到10万t。受燃油税的压力影响，为了降低耗油量，汽车制造商积极开发低滚动阻力和低耗油量的“绿色轮胎”。非黑色橡胶制品有胶鞋、球类、玩具等等，太多了。

一．白炭黑的制造     

白炭黑的制备多采用两种方法，即煅烧法和沉淀法。煅烧法制备的白炭黑又称为气相法白炭黑或干法白炭黑，它是以多卤化硅（SiClx）为原料在高 温下热分解，进行气相反应制得。干法白炭黑粒径极小，约为 15~25nm，飞扬性极大。气相法白炭黑杂质少，补强性好，但制备 复杂且成本高，主要用于硅橡胶中，所得产品为透明、半透明状，产品的物理机械性能和介电性能良好，耐水性优越。      沉淀法白炭黑普遍采用硅酸盐（通常为硅酸钠）与无机酸（通常使用硫酸）中和沉淀反应的方 法来制取水合二氧化硅。Na2O nSiO2  + HCl         SiO2  nH2O    +  NaCl 沉淀法白炭黑粒径较大，约为 20~40nm，纯度较低，补强性比煅烧法差，胶料的介电性能特别 是受潮后的介电性能较差，但价格便宜，工艺性能好。可单用于 NR、SBR等通用橡胶中，也可与 炭黑并用，以改善胶料的抗屈挠龟裂性，使裂口增长减慢。

二．白炭黑的结构

1．白炭黑的化学结构

白炭黑的 95~99%的成分是 SiO2，经 X射线衍射证实，因白炭黑的制法不同，其结构有不同差 别。气相法白炭黑内部结构几乎完全是排列紧密的硅酸三维网状结构，这种结构使粒子吸湿性小， 表面吸附性强，补强作用强。而沉淀法白炭黑的结构内除了生成三维结构的硅酸外，还残存有较多 的二维结构硅酸，致使结构疏松，有很多毛细管结构，很易吸湿，以致降低了它的补强活性。

2．白炭黑的结构 

白炭黑的结构象炭黑，它的基本粒子呈球形。在生产过程中，这些基本粒子在高温状态下相互 碰撞而形成了以化学键相连结的链枝状结构，这种结构称之为基本聚集体。链枝状结构彼此以氢键吸附又形成了次级聚集体结构，这种聚集体在加工混炼时易被破坏。

三．白炭黑的表面化学性质

1．表面基团

相邻羟基（在相邻的硅原子上），它对极性物质的吸附作用十分重要；隔离羟基，主要存在于脱 除水分的白炭黑表面上。这种羟基的含量，气相法白炭黑比沉淀法的要多，在升高温度时不易脱除；双羟基，在一个硅原子上连有两个羟基。      白炭黑表面的基团具有一定的反应性，表面的反应包括：失水及水解反应、与酰氯反应、与活 泼氢反应、形成氢键等。

2．白炭黑表面的吸附作用

白炭黑表面有很强的化学吸附活性，这与表面羟基有关。它可以和水以氢键形式结合，形成多 分子吸附层。除此之外，它还可与许多有机小分子物质发生吸附作用。      ·多官能团的胺类或醇类的吸附性高于单官能团的，所以 SiO2胶料中常用乙醇胺、乙二醇、三乙 醇胺等多官能团化合物做活性剂。

3．热行为

 将白炭黑加热就会放出水分，随温度升高，放出水分量增加。在150~200℃之前，放出水最多， 200℃以后趋向平缓，有明显的转折点。折点以前主要是吸附水脱附，折点后是表面羟基 缩水反应。

四．白炭黑对胶料工艺性能和硫化胶性能的影响

（一）白炭黑对胶料工艺性能的影响

1．胶料的混炼与分散

白炭黑由于比表面积很大，总趋向于二次聚集，加之在空气中极易吸收水分，致使羟基间易产 生很强的氢键缔合，进一步提高了颗粒间的凝聚力，所以白炭黑的混炼与分散要比炭黑困难得多， 而且在多量配合时，还容易生成凝胶，使胶料硬化，混炼时生热大。为获得良好的分散，就要求初 始混炼时，保持尽可能高的剪切力，以便使白炭黑的这些聚集体粒子尽可能被破坏，而又不致使橡 胶分子链发生过多的机械降解。为此，白炭黑应分批少量加入，以降低生热。适当提高混炼温度， 有利于除掉一部分白炭黑表面吸附水分，降低粒子间的凝聚力，有助于白炭黑在胶料中的分散。

2．白炭黑补强硅橡胶混炼胶中的结构控制

白炭黑，特别是气相法白炭黑是硅橡胶最好的补强剂，但有一个使混炼胶硬化的问题，一般称 为“结构化效应”。其结构化随胶料停放时间延长而增加，甚至严重到无法返炼、报废的程度。对此 有两种解释，一种认为是硅橡胶端基与白炭黑表面羟基缩合；另一方面认为硅橡胶硅氧链节与白炭 黑表面羟基形成氢键。       防止结构化有两个途径，其一是混炼时加入某些可以与白炭黑表面羟基发生反应的物质，如羟 基硅油、二苯基硅二醇、硅氮烷等。当使用二苯基硅二醇时，混炼后应在 160~200℃下处理 0.5~1h。这样就可以防止白炭黑填充硅橡胶的结构化。另一途径是预先将白炭黑表面改性，先去掉部分表面羟基，从根本上消除结构化。

3．胶料的门尼粘度

白炭黑生成凝胶的能力与炭黑不相上下，因此在混炼白炭黑时，胶料的门尼粘度提高，以致于 恶化了加工性能，故在含白炭黑的胶料配方中软化剂的选择和用量很重要。在 IIR中往往加入石蜡 烃类、环烷烃类和芳香烃类，用量视白炭黑用量多少及门尼粘度大小而异，一般可达  15-30%。在 NR中，以植物性软化剂如松香油、妥尔油等软化效果最好，合成的软化剂效果不大，矿物油的软化 效果最低。