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白炭黑的用途及作用

发布时间:2019-05-28  阅读:423次
白炭黑主要成分是二氧化硅,外观为白色粉末或粒状,具有耐高温、不燃烧、电绝缘性号的优点。能与烧碱发生化学反应,生成硅酸钠和水。 按生产方法不同,白炭黑可分为气相法和沉淀法两种,其用途也有很大区别。沉淀白炭黑主要用作天然橡胶和合成橡胶的补强剂、牙膏摩擦剂等。气相白炭黑主要用作涂料和不饱和树脂增稠剂,超细二氧化硅凝胶和气凝胶主要用作涂料消光剂、增稠剂、塑料薄膜开口剂等。 一、沉淀法白炭黑在轮胎中的应用 白炭黑最初仅作为装饰胶条用于白胎侧轿车轮胎中,后其用途逐渐扩大,目前已在轮胎各部件中使用。 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。 (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。 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。 二、气相法白炭黑在涂料中的应用 (1)消光剂 气相法白炭黑折光指数1.46 , 与成膜树脂的折光指数接近,对漆膜颜色没有影响。在成膜过程中迁移到漆膜表面,能使漆膜表面产生预期粗糙度,明显地降低其表面光泽,是一种良好的消光剂。消光效果主要取决于产品的三个性能:孔积率,粒径和表面处理。使用气相法白炭黑时要注意与漆膜厚度的匹配,在厚膜漆里采用颗粒非常细的气相法白炭黑,是不能产生适当的粗糙度的微细表面,反之如在薄膜漆里采用颗粒粗大气相法白炭黑,虽然其消光效果非常好,但是漆膜表面的粗糙度将不能为绝大多数用户接受。 (2)流变助剂 流变性是涂料的重要性能,它直接影响到涂料的外观、施工性能及贮存稳定性等性能,而不同涂料体系对流变助剂的要求也有差异。 对于油性体系而言,大部分流变助剂都是形成氢键而起作用,表面未处理的气相法白炭黑聚集体是含有多个羟基,一是孤立的、未受干扰的自由羟基;二是连生、彼此形成氢键的键合羟基。这一特性赋予油性涂料非常好的贮存性能和施工性能,特别是厚浆型涂料(如船舶漆),既能保证涂料在一定的施工剪切力下有良好的流动性,又能保证涂膜的一次施工厚度。 同时,气相法白炭黑由于能形成氢键而提高体系的中低剪切粘度,从而起到增稠作用。因此,气相法白炭黑在油性体系当中的应用非常广泛。不过在水性体系中,由于水分子也会与气相法白炭黑形成氢键,大大影响其作用,所以通常会对其表面进行封端处理,并引入氧化铝等改性,利用配位效应而起流变作用,以避开水的影响。但从目前应用的情况来看,都不是很理想,需要反复搭配实验,而且使用不当时还会导致体系有肝化的趋势。 (3)防沉剂 气相法白炭黑是一种理想的防沉剂,它形成的氢键结构非常均匀稳定,而且是三维网状结构。因此,对于防止涂料体系中颜料的沉淀非常有效。特别是对于色浆体系,适当的添加量将大大提高色浆的稳定性,而且能够减少润湿分散剂的量,以提高色浆的适用性并减少色浆对涂料体系的影响。气相法白炭黑的防沉作用对涂料存放非常有利,特别是某些颜料如金属粉和薄片,都极易沉淀及不能完全悬浮,使用气相法白炭黑可保证其分散不沉淀,明显改善涂料的开罐性能。以配方总量计,气相法白炭黑用量在0.4%至0.8%的范围内,但特殊情况下,比如富锌漆,需增加到2%。 (4)抗耐磨剂 气相法白炭黑采用甲基丙烯硅烷进行表面处理后,可以添加到聚氨酯涂料中,起到耐摩擦的作用。加入5%-15%的气相法白炭黑,耐摩擦性可提高10%至35%,同时涂料的流变性能和干膜的光学性能都不受负面影响。此时,添加量大的气相法白炭黑应该认为是活性填料,而不是助剂。
 白炭黑主要成分是二氧化硅,外观为白色粉末或粒状,具有耐高温、不燃烧、电绝缘性号的优点。能与烧碱发生化学反应,生成硅酸钠和水。
 
 
 
    按生产方法不同,白炭黑可分为气相法和沉淀法两种,其用途也有很大区别。沉淀白炭黑主要用作天然橡胶和合成橡胶的补强剂、牙膏摩擦剂等。气相白炭黑主要用作涂料和不饱和树脂增稠剂,超细二氧化硅凝胶和气凝胶主要用作涂料消光剂、增稠剂、塑料薄膜开口剂等。
 
 
 
一、沉淀法白炭黑在轮胎中的应用
 
    白炭黑最初仅作为装饰胶条用于白胎侧轿车轮胎中,后其用途逐渐扩大,目前已在轮胎各部件中使用。
 
   
 
    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。
 
 
 
(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。
 
 
 
    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。
 
 
 
二、气相法白炭黑在涂料中的应用
 
(1)消光剂
 
    气相法白炭黑折光指数1.46 , 与成膜树脂的折光指数接近,对漆膜颜色没有影响。在成膜过程中迁移到漆膜表面,能使漆膜表面产生预期粗糙度,明显地降低其表面光泽,是一种良好的消光剂。消光效果主要取决于产品的三个性能:孔积率,粒径和表面处理。使用气相法白炭黑时要注意与漆膜厚度的匹配,在厚膜漆里采用颗粒非常细的气相法白炭黑,是不能产生适当的粗糙度的微细表面,反之如在薄膜漆里采用颗粒粗大气相法白炭黑,虽然其消光效果非常好,但是漆膜表面的粗糙度将不能为绝大多数用户接受。
 
 
 
(2)流变助剂
 
    流变性是涂料的重要性能,它直接影响到涂料的外观、施工性能及贮存稳定性等性能,而不同涂料体系对流变助剂的要求也有差异。
 
   
 
    对于油性体系而言,大部分流变助剂都是形成氢键而起作用,表面未处理的气相法白炭黑聚集体是含有多个羟基,一是孤立的、未受干扰的自由羟基;二是连生、彼此形成氢键的键合羟基。这一特性赋予油性涂料非常好的贮存性能和施工性能,特别是厚浆型涂料(如船舶漆),既能保证涂料在一定的施工剪切力下有良好的流动性,又能保证涂膜的一次施工厚度。
 
 
 
    同时,气相法白炭黑由于能形成氢键而提高体系的中低剪切粘度,从而起到增稠作用。因此,气相法白炭黑在油性体系当中的应用非常广泛。不过在水性体系中,由于水分子也会与气相法白炭黑形成氢键,大大影响其作用,所以通常会对其表面进行封端处理,并引入氧化铝等改性,利用配位效应而起流变作用,以避开水的影响。但从目前应用的情况来看,都不是很理想,需要反复搭配实验,而且使用不当时还会导致体系有肝化的趋势。
 
 
 
(3)防沉剂
 
    气相法白炭黑是一种理想的防沉剂,它形成的氢键结构非常均匀稳定,而且是三维网状结构。因此,对于防止涂料体系中颜料的沉淀非常有效。特别是对于色浆体系,适当的添加量将大大提高色浆的稳定性,而且能够减少润湿分散剂的量,以提高色浆的适用性并减少色浆对涂料体系的影响。气相法白炭黑的防沉作用对涂料存放非常有利,特别是某些颜料如金属粉和薄片,都极易沉淀及不能完全悬浮,使用气相法白炭黑可保证其分散不沉淀,明显改善涂料的开罐性能。以配方总量计,气相法白炭黑用量在0.4%至0.8%的范围内,但特殊情况下,比如富锌漆,需增加到2%。
 
 
 
(4)抗耐磨剂
 
    气相法白炭黑采用甲基丙烯硅烷进行表面处理后,可以添加到聚氨酯涂料中,起到耐摩擦的作用。加入5%-15%的气相法白炭黑,耐摩擦性可提高10%至35%,同时涂料的流变性能和干膜的光学性能都不受负面影响。此时,添加量大的气相法白炭黑应该认为是活性填料,而不是助剂。
 

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