橡胶可以用什么代替(橡胶工业用非金属矿物填料及其表面改性)

Posted 2023-05-30

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橡胶可以用什么代替(橡胶工业用非金属矿物填料及其表面改性)

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　　对于橡胶而言，在其加工过程中加入适量的非金属矿物填料是非常重要的，不但能够改善硫化橡胶的力学性能，改善胶料的工艺性能，还可降低加工成本。非金属矿物经表面改性处理后，可以消除其表面高能势，调节其疏水性，改善其与有机基料的相容性与界面结合力，增强材料的机械强度，提高材料的综合性能。
　　
　　1、碳酸钙表面改性及在橡胶中的应用
　　
　　对于橡胶来说，碳酸钙是仅次于炭黑、白炭黑的第三大无机填充剂，在天然胶和合成胶中具有一定的补强作用，既可改善或加强橡胶硫化体的抗张强度和耐磨性，提高抗撕裂强度，还可调整混炼胶的门尼粘度，增加可塑性，有利于成型，使产品尺寸更加稳定，同时降低生产成本。
　　
　　碳酸钙常用的表面改性方法主要有无机物表面处理、有机物表面改性、聚合物表面改性、机械力化学改性和高能表面改性等。
　　
　　经表面改性后的活性碳酸钙，在橡胶中有补强作用，其补强性能可与白炭黑媲美。常用作白色、浅色和彩色橡胶制品补强剂。在胶料中易分散，但生热量大，活化后硫化速度会加快。用于制造轮胎缓冲层胶、内胎、自行车内外胎、传动带覆盖胶、胶管、胶布制品和胶鞋，适用于天然橡胶、SBS及胶乳，在SBS中补强作用明显，着色性能亦佳。
　　
　　2、高岭土表面改性及在橡胶中的应用
　　
　　对高岭土的表面改性方法有多种，按照表面改性工艺的不同，分为锻烧法、表面化学改性法、表面包覆改性法、机械化学改性法、高能表面处理法等。以表面化学改性为例，偶联剂经水解变成一种同时具有亲水基团和疏水基团的两性物质Si-OH，亲水基团可与高岭土颗粒表面基团产生化学反应，形成共价键，而疏水基团则可与聚合物缠结和相容结合，或同时进行反应生成更稳固的化学键，从而达到改性目的。
　　
　　高岭土在橡胶工业中的应用研究已较深入，并已应用于工业生产。
　　
　　研究进展：
　　张玉德等采用熔融共混法和乳液共混法制备了丁苯橡胶/高岭土纳米复合材料，研究了复合材料的分散性能、力学性能和热稳定性能。结果表明：高岭土在橡胶基体中具有良好的分散性。
　　郭荣华等研究表明高岭土经偶联剂表面改性后，对橡胶有较好的补强效果。产生补强作用的原因，主要是改性土与橡胶间有较好的相容性，水分子在改性土表面的吸附显著降低，以及偶联剂上的活性官能团促进了交联反应。
　　武卫莉等以一种高岭土为增强相，分别填充天然橡胶、丁苯橡胶、顺丁橡胶、丁腈橡胶、三元乙丙橡胶、氯丁橡胶和硅橡胶，制备高岭土/橡胶复合材料。试验表明：除扯断伸长率外，高岭土/橡胶具有优异的力学和耐热性能，高岭土与橡胶有较好的相容性，且适合刚性橡胶的补强。
　　

　　
　　3、硅藻土表面改性及在橡胶中的应用
　　
　　硅藻土常用的改性方法包括：表面化学包覆改性、机械化学改性、胶囊式改性、高能表面改性及利用沉淀反应进行表面改性和复合改性方法。
　　
　　经改性后的硅藻土在橡胶工业中可用作天然橡胶、合成橡胶的补强填充剂，增强硫化胶的物理机械性能。尤其应用在浅色橡胶中，可替代补强剂白炭黑或者部分取代炭黑的作用，能使硫化胶呈现比较理想的硫化特性，以及良好的物理机械性能。
　　
　　研究进展：
　　付万森等采用硅藻土替代或部分替代白炭黑在天然橡胶、合成橡胶中使用。结果表明：硅藻土对橡胶有良好的补强填充作用，尤其是在无污染的浅色橡胶制品中，其补强性能可与白炭黑基本相同，硅藻土与白炭黑并用，补强性能更好。
　　廖经慧等选用多种改性剂及改性配方对硅藻土进行表面处理后替代白炭黑作为补强剂填充到橡胶中，并对橡胶试样的力学性能进行检测。结果表明：硅藻土能提高橡胶的力学性能，经添加0.6%硅烷和1.0%硬脂酸的复合改性配方处理的硅藻土对橡胶具有最佳的补强效果，撕裂强度达到42.1kN/m。
　　
　　我国硅藻土资源丰富，是世界上硅藻土储量较多的国家之一，加强对硅藻土的开发和应用，具有重要的理论和实际意义，随着对硅藻土改性与深加工产品的进一步研究和发展，硅藻土在制备新型复合橡胶等方面将具有广阔的应用前景。
　　
　　4、凹凸棒石表面改性及在橡胶中的应用
　　
　　由于凹凸棒石特殊的晶体结构，在塑料、橡胶等工业中作为增强填料，在提高产品的拉伸强度、挠曲强度等性能方面得到了广泛的应用。但因凹凸棒石颗粒表面能高，极易聚集成团，且表面呈亲水性，与橡胶基体相容性差，填充后的力学性能不太理想。因此，必须对凹凸棒石进行表面改性，以消除表面高能势，调节疏水性，改善其与有机基料之间的润湿性和结合力。
　　研究进展：
　　胡盛等对凹凸棒石进行了有机化改性，采用乳液共混共凝法制备了凹凸棒石/天然橡胶复合材料（ANRC），改性凹凸棒石均匀地分布在天然橡胶基体中，与基体结合良好。
　　彭书传通过研究凹凸棒石粘土经过表面改性，对橡胶有良好的补强性能，可作为橡胶补强剂使用。
　　寿文娟等用双-[γ-（三乙氧基硅）丙基]-四硫化物（Si-69）改性后的凹凸棒石填充羧基丁苯橡胶（CSBR）具有明显的补强效果，拉伸强度、撕裂强度、100%定伸应力及硬度均增大，拉断伸长率下降；老化后复合材料的拉伸强度提高，拉断伸长率降低，交联程度提高。
　　
　　近年来，将改性凹凸棒石应用于聚合物中制备复合材料，已成为国内外高分子材料领域的研究热点之一，特别是在橡胶工业中的应用。由于凹凸棒石储量丰富，价格低廉，因此开发利用凹凸棒石资源作为橡胶补强剂具有十分重要的意义。
　　
　　5、膨润土表面改性及在橡胶中的应用
　　
　　针对膨润土中主要矿物蒙脱石的结构和强吸水特性，采用热活化与机械力化学表面改性制备膨润土矿物补强填料，将有效改善膨润土矿物填料的性能，避免因提纯处理造成的成本提高和资源浪费，为综合利用开辟新的途径。
　　
　　研究进展：
　　彭树文等采用有机胺对膨润土进行改性，然后把它用在丁苯橡胶和天然橡胶当中并在桦甸轮胎厂进行了中试应用，已经取得了比较好的成果。
　　张军等采用热处理与机械力化学改性相结合的方法活化膨润土，可制备橡胶补强填料，并在多种橡胶配方中应用。
　　改性膨润土填料的优点是：较炭黑、白炭黑更易与橡胶混合，并能促进其他助剂的分散，显著降低混合能耗，缩短硫化焦烧时间。解决好膨润土在橡胶中的填充量问题，是取得研究进展的关键。
　　
　　6、滑石表面改性及在橡胶中的应用
　　
　　滑石粉的表面改性方法主要包括表面覆盖改性法、机械化学改性法、外膜层改性法、高能量表面改性法等。
　　
　　研究进展：
　　杨华明用湿法加工制得了超细滑石粉，通过表面改性，将活性滑石粉用于填充PP塑料，可明显改善材料的刚性和耐热性能，材料性能达到国内外汽车用PP材料的质量标准。
　　徐云升等将聚丙烯同偶联剂处理的滑石粉以及橡胶进行共混，从改善聚丙烯的强度和韧性出发，使改性后的聚丙烯在某些使用领域代替ABS工程塑料。
　　
　　随着我们对滑石粉特性认识的逐步加深，以及滑石粉改性技术的进一步发展，滑石粉在我国塑料、橡胶等行业将发挥越来越大的作用。
　　
　　资料来源：《郑玉琴.非金属矿物的表面改性技术及其在橡胶工业中的应用[J].中国非金属矿工业导刊,2015(05):8-10+40》，由【粉体技术网】编辑整理，转载请注明出处！