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| 白炭黑为什么要进行表面改性？有哪些方法？效果如何评价？ |
| 来源：中国粉体技术网 更新时间：2021-03-15 14:28:39 浏览次数： |
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白炭黑即水合二氧化硅，是橡胶工业中非常重要的补强剂，目前市场上主要是采用沉淀法进行生产。白炭黑一次粒子粒径在30~50nm，呈近似球形，粒子之间有接触，一次粒子通过范德华力形成聚集体，聚集体之间相互连接形成附聚体，一次粒子表面丰富的氢键是其易于团聚的主要原因。
1、白炭黑为什么要进行表面改性？
由于这种特殊的物理化学结构，普通白炭黑粒子在形成聚集体时易产生表面大量吸附水分子、分子间易发生二次聚集、比表面积过大等问题，从而影响其工业应用的效果，具体表现为：
（1）表面呈亲水性
由于白炭黑聚集体表面含有大量极性的羟基，会对外界水分子产生极强的吸附作用，使其表面吸附大量水分子。在橡胶制品加工过程中白炭黑粒子表面吸附的大量水分子在混炼胶硫化时会使混炼胶体出现气泡和空洞从而影响胶体的性能。同时，橡胶制品表面一般不具有极性，而白炭黑表面含有大量的极性羟基，导致两者的相容性较差，从而影响白炭黑的补强效果。
（2）分散性差
白炭黑的结构是链枝状聚集体，沉淀法生产出的普通白炭黑在形成聚集体时易发生二次聚集且结构不易被破坏。相比于气相法制备的白炭黑粒子，沉淀法生产的普通白炭黑粒子在聚集时经常交联成一个整体，从而导致白炭黑粒子的分散性变差。作为工业补强剂使用时，分散性较差不利于白炭黑与补强基体结合，会降低其补强效果。
（3）比表面积过大
白炭黑粒子粒径较小比表面积大，虽然较大的比表面积在橡胶补强过程中通常起促进作用，但过大的比表面积会增强白炭黑粒子间内聚力，导致其在橡胶基体中不易分散，且在橡胶制品的加工过程中容易产生吸附大量促进剂、延迟硫化时间、产生过高的热量、烧焦基体等问题。
因此，白炭黑在工业应用前大多需要进行改性处理，以提高其工业应用性能。
2、白炭黑表面改性方法有哪些？
化学改性法具有稳定性高、易于控制、产品性能好等特点，是目前白炭黑改性研究及工业应用的主要方向，主要包括：表面接枝改性、偶联剂改性、离子液改性、大分子界面改性及并用改性等。
（1）表面接枝改性
表面接枝改性法的原理是通过化学接枝法在白炭黑的表面接枝与基体聚合物（如橡胶）性质相同的大分子聚合物，一方面能够增强粒子与基体之间的作用力并改变粒子表面的极性，另一方面也能提高白炭黑自身的分散性。
表面接枝法根据接枝的方法不同可分为“Graftingfrom”（主链接枝法）和“Graftingto”（接枝到主链法），前者可以精准的控制接枝的分子量和接枝密度，但后期位阻大，接枝的分子量较小；后者能够接枝较高分子量的分子链且位阻效应相对较低但条件较为苛刻。
（2）偶联剂改性
偶联剂改性的原理是利用偶联剂上的部分官能基团与白炭黑表面的羟基发生化学反应，以此改变白炭黑表面的基团结构和分布来提高与基体的相容性以及自身的分散性。
偶联剂改性具有改性效果好、反应可控性高等优点，是目前应用最广的改性方法之一。目前使用较为广泛的偶联剂有硅烷偶联剂、硅氧烷偶联剂和硅氮烷偶联剂等。在实际应用中偶联剂改性的主要工艺分为混合反应、冷却分离、重复洗涤和沉淀四个步骤。
（3）离子液改性
离子液体也称室温离子液体，是由有机阳离子与有机或无机阴离子构成，在100℃以下呈液态的熔盐。离子液改性是采用离子液体改性剂代替传统的有机相改性剂来改性白炭黑，离子液相较于传统有机相改性剂具有室温下呈液态、导电性强、稳定性高和溶解性好等优势，且其不挥发、不易产生污染，更加符合绿色生产的要求。
离子液改性工艺流程较为简单，在白炭黑和离子液的混合体系中加入一定量的无水乙醇后再放入恒温水浴箱中反应，待反应充分后干燥即可得到改性白炭黑。
（4）大分子界面改性
大分子界面改性所用的改性剂是一种含有极性基团的大分子聚合物，在与白炭黑粒子的改性反应过程中，大分子界面改性剂的分子主链能够在引入较多极性环氧基团的同时保持基本的主链结构，以此提高白炭黑粒子与基体之间的相容性，达到较好的界面改性效果。
（5）并用改性
炭黑和白炭黑都是橡胶工业良好的补强剂，其中炭黑是橡胶工业最常用的补强剂之一，炭黑的特殊结构可以增强橡胶材料的拉伸和撕裂强度并改善其耐磨、耐寒等性能；而白炭黑作为补强剂可以显著提高橡胶制品的滚动阻力和抗湿滑性等，但其单独使用效果不如炭黑。
大量研究表明，炭黑和白炭黑并用作为补强剂可以结合二者优势提高橡胶制品的整体性能。
3、白炭黑表面改性效果如何评价？
白炭黑经过改性处理后，其工业应用性能大幅提升，可采用DBP值、接触角、粒径范围等参数对其改性效果进行衡量。
资料来源：《邱明华,李强,念保义,等.白炭黑表面改性研究现状及进展[J].矿产综合利用,2020(03):40-47》。
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