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白炭黑的表层有大量的羟基，它们相互影响，进而影响材料整体性能。例如，因为表面羟基的亲水性，白炭黑会发生团聚现象。因为这一现象，当橡胶复合材料承受一定的负荷时，会增加材料内部的相对摩擦力，影响复合材料的机械性能。 因为大量的羟基团，其表现为碱性，所以白炭黑也会相应的呈现弱碱性，当遇到一些碱性促进剂时，会与其发生反应，多少会对橡胶复合材料的硫化过程产生影响，会导致橡胶硫化的时间变长，从而会产生一系列的连锁反应，例如增加内耗，降低交联密度等。
由此可看出，为满足改性要求，非常有必要减少白炭黑表面羟基的数量，提高相容性和疏水性，降低其在橡胶基质中的团聚比例，进而制备出符合要求的材料。通常情况下，对白炭黑的改性过程中主要是应用相关化学材料，同时设置适当工艺手段，促使其表面羟基与改性材料反应，从而降低其表面的羟基量。在传统的工业与实际运用中，根据改性剂的属性进行划分，而分为两种类型，分别为有机物和无机物改性。其中被人们广泛接受的是有机物的改性方式，其按照工艺方法又可分为三种，干法、湿法还有压热法。对于已经确定的改性剂，又可以搭配不同的改性方法，从而达到不同的改性效果。改性的技术有很多，它们各有各的优缺点。一是通过对白炭黑粒子表面接枝与其性质相似的聚合物俗称为表面接枝改性方法，其适用于接枝较小分子量的聚合物，然而其接枝的条件也非常严格；二是硅烷偶联剂改性方法，在制备过程中主要是通过偶联剂上的官能团与粒子的亲水性基反应，在此基础上，来进行对材料的改性；三是离子液改性的方法，将白炭黑放置粒子液中与其反应，提高白炭黑的分散性，这个方法虽然污染低、易操作，但是改性效果差；四是大分子界面改性，这个改性的方式，单独使用时效果很差，而特定环境下能和偶联剂相互协同；五是并用改性的方法，就是结合多种改性的手段，分别取其长避其短，整合各自的优势来提高改性的质量。例如由米其林最早开发的原位改性法，大致实现流程为在混炼橡胶时，向其中添加硅烷偶联剂与白炭黑等物质，一定体系条件下二者反应。在偶联剂和橡胶混合物之间有一些作用力，不仅能破坏白炭黑的聚集体，还能做到对白炭黑的疏水改性。然而，该方法需要大量能量，难以进行高效的控制，因而为避免这些缺陷还应该进行适当的改进。此外剩余的偶联剂很可能会残留其中，而影响到复合材料的性能。还有与原位改性相类似的是干改性技术，其目的主要是在高温条件下通过硅烷偶联剂和白炭黑反应而获得疏水性强的白炭黑，但是，在此过程中，也要耗费不少的能量。目前，被人们接受的就是湿法改性技术，它是要求硅烷偶联剂与白炭黑在溶液中进行反应，这个技术不仅不需要消耗大量的能量，而且相对可控。乔志川等深入探究了硅烷偶联剂Si69对白炭黑的改性的效果，研究发现，硅烷偶联剂Si69能明显改善白炭黑作为填料与橡胶基体的相容性。王兵辉等研究了离子液对白炭黑改性的影响，结果表明，通过离子液改性对白炭黑的分散性以及吸附基体的能力都有所提高。王彦等通过用大分子改性手段验证了多种大分子界面改性剂对白炭黑改性的作用。当然，也有人通过多种不同的改性方式对白炭黑进行了改性，并用其改性的效果做对比，例如崔凌风等对比了三种不同的改性剂对白炭黑的改性效果，发现硅烷偶联剂相比其他改性剂，效果更好。硅烷偶联剂在改性过程中主要起到搭桥的作用，它连接了两个界面本不会相互作用的物质。许多研究表明用硅烷偶联剂改性后的白炭黑作为填充材料用于橡胶制备的时候，能够极大的提升材料的综合性能。随着科学技术的发展，聚合物改性成为了一种新的发展趋势。因为，这种新的复合材料结合了两种或两种以上材料的优点，并且具有非常优越的粘结性能，并且解决了两种实验材料高温高压下膨胀系数不统一的问题，为橡胶复合材料力学行为的研究做了良好铺垫。就硅橡胶来说，以纳米碳酸钙改性后的白炭黑作为补强剂，不仅可以满足增强的效果，还可以改善硅橡胶的流变性能，从而能达到了改善成型品加工的效果。
资料来源：《关新欣.改性白炭黑填充橡胶复合材料性能及温度相关性本构关系研究[D].青岛科技大学,2021》，由【粉体技术网】编辑整理，转载请注明出处！ |
