白炭黑在橡胶生产中的应用介绍
白炭黑是白色粉末状X-射线无定形硅酸和硅酸盐产品的总称，主要是指沉淀二氧化硅、气相二氧化硅和超细二氧化硅凝胶，也包括粉末状合成硅酸铝和硅酸钙等。白炭黑是多孔性物质，其组成可用SiO2·nH2O表示，其中nH2O是以表面羟基的形式存在。。耐高温、不燃、无味、无臭、具有很好的电绝缘性。炭黑分为很多种，比如色素炭黑、特种炭黑、白炭黑等，其中白炭黑是一种比较特殊的炭黑，颜色呈白色，质地柔，在很多领域都得到广泛的使用。

白炭黑可以作为橡胶的补强剂，经过超细化等处理后补强性能甚至比色素炭黑还要好。对制作浅色系的橡胶更适用。

白炭黑还可用作稠化剂，对于油类、漆类的调和有很重要的作用。同时还可作为油漆的退光剂，电子元件包装材料的触变剂，荧光屏涂覆时荧光粉的沉淀剂，彩印胶板的填充剂，铸造的脱模剂等。

白炭黑加入树脂内后，可提高树脂防潮和绝缘性能。填充在塑料制品内，可增加抗滑性和防油性。填充在硅树脂中，可制成耐200℃以上的塑料。

白炭黑在造纸工业中用作填充剂和纸的表面配料。还有用作杀虫剂及农药的载体或分散剂，防结块剂以及液体吸附剂和润滑剂等。

总的来说，白炭黑就是一种多功能的炭黑类型，应用在不同的领域都能够发光发热。



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。

（4）胶料的硫化速度

白炭黑粒子表面有大量的微孔，对硫化促进剂有较强的吸附作用，因此明显地迟延硫化。为了避免这种现象，一方面可适当地提高促进剂的用量；另一方面可采用活性剂，使活性剂优先吸附在白炭黑表面，这样就减少了它对促进剂的吸附。

活性剂一般是含氮或含氧的胺类、醇类、醇胺类低分子化合物。对NR来说胺类更适合，如二乙醇胺、三乙醇胺、丁二胺、六亚甲基四胺等。对SBR来说，醇类更适合，如己三醇、二甘醇、丙三醇、聚乙二醇等。活性剂用量要根据白炭黑用量、PH值和橡胶品种而定，一般用量为白炭黑的1~3%。



白炭黑对硫化胶性能的影响

白炭黑对各种橡胶都有十分显著的补强作用，其中对硅橡胶的补强效果尤为突出。白炭黑是补强效果仅次于相应炉法炭黑的白色补强剂。含一定量白炭黑的硫化胶与相应炉法炭黑（如HAF）补强的硫化胶相比，具有强度高、伸长率大，撕裂强度高、硬度高、绝缘性好等优点。通常生产时将炭黑和白炭黑并用，可以获得较好的综合性能。

1、白炭黑在轮胎中的作用。白炭黑最初仅作成装饰胶条用于白胎侧轿车轮胎中，后来其用途逐渐扩大，目前已在轮胎各部件中使用。一般来说，若胎面胶的滞后损失降低，则湿抓着也降低。然而，在轮胎胎面胶中用白炭黑，特别是高分散性沉淀法白炭黑与偶联剂并用可同时提高轮胎寿命（改善耐磨性）和安全性（改善抗湿滑性），降低燃油消耗（降低滚动阻力），因此，目前国外轮胎生产厂家多在胎面中并用高分散性白炭黑，可有效改善轮胎性能。此外，沉淀法白炭黑用于轮胎胎体和带束层中，可改善胶料与钢丝帘线的粘合力（例如间-甲白体系）；在轮胎胎侧胶中用白炭黑部分代替炭黑可大幅度提高胶料的耐久性能，改善耐屈挠和抗冲击性，用于轿车和载重轮胎的胎包布中可保持胶料的尺寸稳定性，并提高其抗机械损伤的能力。

（1）胎面

胎面是轮胎与路面接触的部位，因此，对其提出三个基本要求：一是具有较高的湿路面的抓着力或较好的牵引性，以确保车辆行驶及人员的安全；二是滚动阻力小，以节省燃油。一般来讲，轮胎滚动阻力降低3-4%，耗油量可减少1%。基于胎面的滚动阻力约为轮胎的50%，降低期滚动阻力则是节省燃油的重要途径；三是耐磨耗，使用寿命长。

业已发现，将具有高分散性的淀白炭黑与特种溶液聚合物及硅烷偶联剂并用，再加上最佳的混炼工艺能克服胎面胶的滞后损失降低，湿抓着力降低的缺陷。完全以白炭黑作为填充剂的胎面胶可使轮胎滚动阻力降低20%，这意味着胎面滞后损失降低了约50%，燃油消耗至少降低30%。目前，沉淀法白炭黑在乘用轮胎胎面中的用量一般在65份。
白炭黑用于载重轮胎旨在提高胎面的抗刺穿能力和耐撕裂性。沉淀法白炭黑特别适用于其胎面，因不仅可减少滚动阻力，且行驶温度低。对载重轮胎来说，行驶温度低或低生热是极其重要的。

沉淀法白炭黑用于越野轮胎胎面的目的是减少其生热，提高耐热性和抗崩花掉块的能力，将含有沉淀法白炭黑的越野胎胎面与纯炭黑填充胎面相比，前者的耐割口增长性及撕裂强度较后者的有很大提高，全部使用高分散性沉淀法白炭黑的天然橡胶工程机械轮胎胎面可获得低生热性，较好的抗撕裂性和花纹块耐疲劳撕裂性的效果。

（2）胎侧
胎侧是一层能够保护胎体免受气候侵蚀的外层胶，它应当具有耐 性好，抗氧老化，耐磨耗、耐撕裂、耐周向及径向龟裂、疲劳寿命长等性。为此，轮胎胎侧一般都采用含防老剂、抗臭氧剂和石蜡的天然橡胶/聚丁二烯橡胶并有的胶料。但防老剂消耗尽后，胎侧会变硬和龟裂；耐抗臭氧剂和石蜡会使其褪色，且抗臭氧剂具污染性，此时若用沉淀法白炭黑，可使上述现象明显减弱。

（3）钢丝帘线粘合

沉淀法白炭黑被广泛应用于钢丝帝线挂胶。它既可与间苯二酚甲醛树胎并用构成RFS粘合体系，增加镀钢丝与橡胶的粘合，也可与有机钻盐并用构成白炭黑/钴和白炭黑/树脂/钴粘合体系。这两个粘合体系在热。湿气和盐水老化前后的粘合力均随白炭黑用量的增加而呈现碱性增加。
综上所述，白炭黑已越来越广泛的应用于轮胎中，以“绿色轮胎”为代表的各种轮胎越来越青睐白炭黑，因此，开发更加改善和轮胎性能的白炭黑将是重要的一环。

2、胶鞋及其它橡胶制品

（1）白炭黑白度高、粒子细，使用白炭黑制得的硫化胶透明度高，而且可提高胶料的综合物理性能。因此，白炭黑作为主要的补强填充剂广泛应用于胶鞋生产中，尤其是在透明及半透明鞋底胶料中。目前，青岛地区大部分韩资制鞋企业都在使用高透明及透明白炭黑。

（2）在胶带的生产中，为提高其耐磨性能，大量增加白炭黑，同时，白炭黑表面的硅烷醇起着改善胶料与织物湿润程度的作用，有利于胶料的扩散和渗透。

除上述制品外，白炭黑还被用于胶辊、胶管、橡板、电线电缆及家用电器、文体用品中的橡胶部件上等。

3.硅橡胶

硅橡胶具有很高的耐热性和优异耐寒性，耐臭氧性，耐老化和耐大气老化性，同时具有优良电绝缘性。可在-60℃-250℃范围内长期使用，且随温度变化，强度等物理指标变化甚微。另外，硅橡胶的吸水性小，可长期在潮湿地方贮存，含水率≤0.015%，正由于硅橡胶上述的特性，在航空航天、电子工业及仪器具仪表等行业均有广泛应用，但硅橡胶的应用是随白炭黑的出现开始的，尤其是气相白炭黑价过高，近期，开始用沉淀白炭黑代替气相法白炭黑，但现国产的沉淀白炭黑只能用于低档硅橡胶的使用中。