白炭黑湿法接枝环氧化溶聚丁苯橡胶的制备和性能研究

摘要

白炭黑作为一种新型填料，可以有效改善燃油性能和抗湿滑性能，在胎面胶中受到越来越广泛的使用。溶聚丁苯橡胶具有适合于轮胎胎面胶的各种优异性能，溶聚丁苯橡胶作为胎面胶使用可以较好的兼顾滚动阻力，抗湿滑性，能耐磨性和耐久性，是理想的胎面胶材料。但是由于溶聚丁苯橡胶为非极性橡胶，白炭黑的极性非常大，两者在传统的混炼工艺中存在不相容现象，导致填料的分散性变差。因此向溶聚丁苯橡胶中引入极性基团，增强溶聚丁苯橡胶和白炭黑两者间的互相作用，使得白炭黑在溶聚丁苯橡胶中均匀分散是本论文的研究重点。
　　论文采用正丁基锂作为引发剂，环己烷为溶剂，四氢呋喃为极性调节剂，苯乙烯与丁二烯质量比为1:4，设计分子量为20万，合成出溶聚丁苯橡胶。然后通过过氧化氢-甲酸现场氧化法制备环氧化溶聚丁苯橡胶（ESSBR)，再基于白炭黑中Si-OH与环氧基团的开环反应，将白炭黑通过共价键连接的方式与溶聚丁苯橡胶牢固结合，制备白炭黑接枝改性的溶聚丁苯橡胶，所得材料因Si-OH存在而具有一定的极性，从而改善与填料的相容性。
　　溶聚丁苯橡胶环氧化实验温度为40℃，胶液溶度为10g/100mL环己烷，用量摩尔比(H2O2：C=C：HCOOH)为3:2:1，反应时间为1小时，环氧化度控制在4％左右。探究发现白炭黑接枝环氧化溶聚丁苯橡胶的制备，当溶聚丁苯橡胶环氧化度为4%左右，白炭黑用量为0.2g/100mL胶液，反应时间为两小时，所得白炭黑接枝环氧化溶聚丁苯橡胶的综合性能最好。
　　文章采用凝胶渗透色谱、红外光谱、核磁共振氢谱、扫描电镜、热失重、差示扫描量热分析对产品的结构进行表征。结果表明:接枝改性后，接枝率将近100%，玻璃化转变温度升高了6.1℃，白炭黑和橡胶的相容性改善，白炭黑在橡胶中分布更加均匀。
　　对改性后的橡胶进行了混炼，硫化等工艺，分别测得胶料的生胶门尼粘度、未硫化混炼胶的结合胶含量。硫化胶的耐磨性、硫化性能、物理机械性能和动态力学性能、交联密度等性能。实验结果表明：接枝改性后其门尼粘度降低，耐磨性增加，交联密度增大，结合胶含量增大，焦烧时间和正硫化时间延长，60℃和0℃的tanδ值均减小。