白炭黑表面改性好处（白炭黑表面改性攻略）

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白炭黑表面改性是通过一定的方法使化学物质与其表面上的羟基发生反应、接枝或包覆其它化学物质，消除或减少表面硅醇基的数量，使产品由亲水性变为疏水性，以达到改变表面性质的目的。

1、白炭黑常见的表面改性方法

（1）硅烷偶联剂改性

利用硅烷偶联剂的双反应功能，有机基团的一端与白炭黑表面的羟基反应，另外一端与橡胶等聚合物大分子链发生反应，使得白炭黑表面特性得以改变。

一般来说，橡胶工业中常用的硅烷偶联剂分为含硫硅烷偶联剂，例如Si69和Si75等，以及不含硫硅烷偶联剂，例如、KH550、KH560和KH570等。

含硫硅烷偶联剂是在白炭黑表面接枝后，通过在硫化过程中硫磺和硫化促进剂在高温下作用而进一步与橡胶分子链进行相互作用。

不含硫的硅烷偶联剂的一端是烷氧基，另外一端为双键基团，环氧基团，或者氨基等与橡胶分子链亲和性好的基团。

（2）醇酯法改性

在白炭黑表面，脂肪醇与硅羟基进行化学反应，使得水分子脱去，硅羟基被烷氧基所取代，从而使得白炭黑的表面性质发生改变。

（3）聚合物接枝法改性

聚合物接枝法改性是指在一定条件下的化学反应中，将高分子接枝到白炭黑表面。

（4）聚合物包覆改性

包覆改性是一种常用的表面改性技术，即在白炭黑的表面覆盖一层化学组成不同的涂覆层，从而减少羟基间的相互作用，最终降低表面能，改善分散性。

（5）其他改性方法

除了上述表面改性方法以外，白炭黑还可以使用乳液聚合改性法，无机物表面包覆改性法，以及超声改性法等方法。

2、白炭黑常用的改性剂

白炭黑呈亲水性主要原因是白炭黑表面被硅羟基包围，这样对白炭黑的表面改性就相对容易。选择的改性剂一般为容易与白炭黑表面羟基发生反应的化学物质，而有机物作改性剂时改性效果更好。常用的改性剂有以下几种：

（1）有机硅卤化合物：如二甲基二氯硅烷、三甲基氯硅烷。

（2）硅氧烷类有机化合物：如聚二甲基硅氧烷（PDM）、六甲基二硅氧烷（M2）、八甲基三硅氧烷（MDM）。

（3）醇类化合物：如丁醇、戊醇、直链庚醇等。

（4）硅氮烷类化合物：如六甲基二硅胺烷等。

（5）有机聚合物类：比如聚乙烯醇。

（6）硅烷偶联剂类：包括六甲基二硅氮烷、六甲基乙基硅氮烷、乙烯基乙氧基硅烷、三甲基乙氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷等。

3、白炭黑表面改性工艺

（1）湿法改性

白炭黑表面改性好处（白炭黑表面改性攻略）(1)

白炭黑的湿法改性工艺是液体溶剂和白炭黑粉体按一定含量比例，将配置好的表面改性剂及助剂加入上述浆料中，在控制温度、搅拌速率及反应时间等条件下，实施的对白炭黑进行表面改性的工艺。

一般湿法改性主要有两种情况：

第一种是先将干燥后的成品白炭黑溶于一种有机溶剂（苯，甲苯等）中，再把配置好的改性剂加入上述溶液，一起加热煮沸，然后将该溶液回流反应一段时间后，进行分离、提纯、干燥，获得改性产品；
第二种是将白炭黑配制成水溶液浆料，加入水溶性有机溶剂，如乙醇，乙二醇及一些其他表面活性剂，然后加入准备好的改性剂进行有机硅烷化，或是在制备白炭黑的过程中（分离沉淀前），将改性剂直接加入其中间工艺中，即在生成白炭黑的过程中同时对其进行改性。

第一种方法具有生产工艺流程简单，所得产品质量的优劣容易控制，改性剂消耗量小等优点，而缺点是改性产品的分离提纯过程较复杂，并且会造成有机溶剂的浪费和对环境污染，因而此法较难实现工业生产应用。

第二种方法的优势是工艺方法简单，需要辅助设备少，可以实施对沉淀白炭黑半成品改性，进而降低改性白炭黑产品的成本。

（2）干法改性

白炭黑表面改性好处（白炭黑表面改性攻略）(2)

白炭黑干法改性一般是有机化合物为改性剂，气相白炭黑和有机改性剂蒸汽在固定反应器或流化床反应器中，并在高温下反应一定时间。

近年来，使用干法改性白炭黑的一般都是世界发达国家。该法的优点是在很短的时间内可以进行大批量的物料处理，工艺流程相对简单，在高温条件下反应，得到的改性白炭黑产品无需再脱水烘干；此改性方法的缺点也是显著的，由于每次处理物料的批量较大，使物料表面处理难以达到均匀化，而且对改性剂的用量较大，反应条件要求甚高，最终导致产品的生产成本高。

4、白炭黑改性效果影响因素

（1）改性剂用量

在其他条件不变的情况下，改性剂的用量会影响改性剂与白炭黑的有效接触率与反应效率。若改性剂用量太少，改性剂与白炭黑有效接触率不足，二者的反应受到限制，改性效果有限；而改性剂用量过大，多余的改性剂之间会形成共聚物，共聚后，在白炭黑表面形成空间位阻效应，减少了反应程度，改性效果下降。

（2）改性温度

反应温度对改性效果影响较大。反应温度过低，改性剂与颗粒之间易发生物理吸附，不能与白炭黑表面的羟基发生有效反应；反应温度过高，改性剂与白炭黑表面羟基的反应主要向反方向进行，因而会使白炭黑表面的羟基数增加，于改性效果不利。为提高改性效果，选取合适的反应温度至关重要。

（3）反应时间

反应时间会影响改性剂的浓度，反应时间过短，使一部分改性剂来不及与白炭黑颗粒进行反应；反应时间过长，改性剂因长时间的机械搅拌从白炭黑表面脱落下来，不利于改性反应的进行。在改性时应选取适宜的反应时间。

（4）溶液pH值

白炭黑的改性是通过改性剂与白炭黑表面的羟基之间的反应来完成的。反应环境的pH值将会直接影响反应进行的难易程度及反应进行的快慢。各种改性剂与白炭黑表面的羟基反应时有其自身独特的pH值要求，选取适合的pH值将会提高改性效果。

（5）白炭黑颗粒尺寸

随着白炭黑颗粒尺寸增加，其表面以氢键相互连接的羟基含量以及吸附在其表面的水分子含量都会增加，进而会促进改性剂与白炭黑表面的羟基反应，对改性效果有益。

5、白炭黑改性效果评价方法