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二氧化硅表面改性机理及方法

文章出处:原创 人气:5165 发表时间:2017-04-06
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1、二氧化硅表面改性机理 

由于在二氧化硅表面存在有羟基,相邻羟基彼此以氢键结合(如图所示),孤立羟基的氢原子正电性强,易与负电性原子吸附,与含羟基化合物发生脱水缩合反应,与亚硫酸氯或碳酞氯反应,与环氧化合物发生酯化反应。表面羟基的存在使表面具有化学吸附活性,遇水分子时形成氢键吸附。二氧化硅表面是亲水性的,无论气相法或沉淀法都是如此差异仅是程度不同。这导致了在与聚合物基体配合时相容性差,在配合胶料内对硫化促进剂吸附而迟延硫化。此外,二氧化硅比表面积大、粒径小,在与聚合物配合时难混入、难分散。在空气中易飞扬,储存与运输皆不便。改性的目的就是改变二氧化硅表面的物化性质,提高粒子与聚合物分子间相容性,增强填料与聚合物之间交互作用,改善加工工艺性能,提高填料的补强性能。对二氧化硅改性的原理是基于其表面羟基易与含羟基化合物反应、易吸附阴离子的特点,因此,常使用脂肪醇、月女、脂肪酸、硅氧烷等对其改性。

2、表面改性方法 

表面改性分为热处理和化学改性处理。 

(1) 热处理 

热处理后二氧化硅表面吸湿量低,且填充制品吸湿量也显著下降,其原因可能是由于高温加热条件下原来以氢键缔合的相邻羟基发生脱水而形成稳定键合,从而导致吸水量降低,此种方法简便经济。

(2)化学改性处理 

使用脂肪酸或聚合物改性二氧化硅表面,由于上述改性剂的改性效果不同,即使用同一种改性剂,其改性效果也可能因硫化体系不同或由于二氧化硅制备工艺不同而有差异。有机硅烷改性二氧化硅表面是一种最常用、最传统的改性方法。硅烷偶联剂是一种具备双反应功能的化学物质,能使聚合物/填料的结合界面成为化学键结合,显著提高了填料补强性能硅烷偶联剂为单体硅化合物,分子式中含易水解基团(如烷氧基、过氧基)能够与填料粒子表面的羟基键合。分子式中的亲油基(如苯基、氯基、多硫基、硫醇基、氨基、烷基、乙烯基)能与被填充聚合物分子链发生反应。使用硅烷偶联剂改性二氧化硅表面.由于不同工艺条件制备的二氧化硅表面结构特性及物化特性不同,偶联剂的分子结构各异,胶料品种多样,使改性二氧化硅填充胶的综合性能改善程度不同。 

但须指出,硅烷偶联剂改性二氧化硅目前只在小部分橡胶产品中使用主要原因是成本高。
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