Page 51 - 《橡塑技术与装备》2023年9期
P. 51

综述与专论                                             邓昌友·橡胶复合材料用无机填料表面改性技术研究进展


                                       表 1 不同材料体系偶联剂与水解助剂种类、常用设备汇总表
                 材料体系        偶联剂种类        水解助剂种类             代表性设备及特点                      代表性研究机构
                         硅烷偶联剂、硼烷偶                                                北京化工大学、中南大学、潍坊顺福昌橡
                   橡胶                     醇类、酸类等      球磨分散机，可以实现高速剪切分散
                               联剂                                                          塑有限公司等
                                         水、醇类、酸类      搅拌分散机，在高剪切与低剪切分散           电子科技大学、四川大学、华南理工大学、
                   树脂        硅烷偶联剂
                                         及其混合溶剂等               领域均可用                       天津工业大学等
                 涂料与染    硅烷偶联剂、有机钛                    防爆高速分散机，耐腐蚀性好，适用           天津大学、中国石油大学、江西理工大学、
                                           水、醇类等
                   料           酸酯                            于粉尘严重的场合                      上海有机所等
                         锆酸酯偶联剂、硅烷       醇类、酸类及其       带分散盘的砂磨机，底部有分散盘，
                   陶瓷                                                              浙江大学、南京工业大学、中南大学等
                              偶联剂          混合溶剂等          物料分散研磨可一次完成

                未来可研究方向                                           性好，结合微观形貌分析和 EDX 能谱分析表征橡胶复
                    为了改善纳米级无机填料与橡胶材料的界面，可                         合材料中纳米级别无机填料与橡胶基体结合性是否有
                以采用复配偶联剂改性来提高二者间相容性。偶联剂                           改善。
                的引入对复合材料性能的影响是比较复杂的，尤其是
                对于力学性能的影响其机理就更加复杂。因为以硅烷                           5 结论
                偶联剂为代表的偶联剂在水解过程中会产生更多的羟                               通过梳理近十年来的相关文献，对多学科无机填
                基，会导致材料偶极矩的增加，因此控制硅烷偶联剂                           料表面改性研究成果进行分类并提取技术细节 ；对不
                的水解和羟基缩合速度就变得尤为重要                 [11,28] 。因此研    同材料体系表面改性技术的研究成果进行横向对比，
                究纳米级别无机填料表面改性技术方案可以从偶联剂                           指出各领域改性过程使用水解助剂的差异和搅拌混合
                量、复配种类、水解温度和水解时间对处理效果的影                           设备的优缺点 ；最后，通过交叉对比，指出橡胶领域
                响  [16,28~30]  等方面入手。                             纳米级别无机填料表面改性技术与测试表征研究中存
                   （2）纳米级别无机填料表面改性测试表征解决方                         在的问题，并提出解决方案及未来可研究方向。
                案及未来可研究方向
                    在 PTFE 基复合材料领域，研究人员通过表面能                      参考文献 ：
                                                                  [1]   张利召 .  抗湿滑低滚动阻力轮胎胎面胶的研究 [D]. 中北大学，
                谱的变化评价偶联剂水解效果，其原理是偶联剂水解
                                                                      2021.
                后形成的羟基具有较大的偶极矩，通过表面能谱确定                           [2]   缪烨 . 改性纳米白炭黑的制备及其填充橡胶性能研究 [D]. 北
                其水解产生的羟基含量          [28] 。此方法对于纳米二氧化硅                 京化工大学，2018.
                                                                  [3]   王元霞 . 轮胎胎面胶抗湿滑性能及其机理的研究 [D]. 北京化
                改性过程的控制具有借鉴意义，可以根据实际使用的
                                                                      工大学，2011.
                偶联剂选择合适的水解助剂，通过评价不同水解助剂
                                                                  [4]   田庆丰 . 负载促进剂型纳米二氧化硅的制备及其在 SSBR/BR
                水解后填料材料表面羟基含量的差异，确定最佳水解                               中的应用研究 [D]. 河南大学，2017.
                溶剂及水解方式，进而获得最佳表面改性条件。                             [5]   高瑞丰 . 氧化石墨烯天然橡胶复合材料的制备与摩擦磨损性能
                                                                      研究 [D]. 北京化工大学，2021.
                    在陶瓷基复合材料领域，研究人员通过傅里叶变
                                                                  [6]   江猛 . 协同改性氧化石墨烯 / 白炭黑及其增强天然橡胶复合材
                换红外光谱仪进行二氧化硅改性后样品的红外光谱分                               料的性能研究 [D]. 贵州大学，2019.
                析  [22,28] ，其原理是偶联剂与二氧化硅表面的 Si—OH                 [7]   张松波 . 不同维度纳米填料 / 橡胶复合材料疲劳性能的研究
                                                                      [D]. 北京化工大学，2018.
                反应进行包覆，Si—OH 含量越高则越有利于包覆，
                                                                  [8]   付文 . 偶联剂 Si69 改性白炭黑补强天然橡胶 / 反式聚异戊二
                因此可以通过 Si—OH 含量的变化辅助评判改性效果。                           烯并用胶的性能研究 [J]. 橡胶工业，2018(04).
                    上述方法都可以在改性后直接评价效果，不需要                         [9]   Lili  Wang. In situ grafting onto solution polymerized
                                                                      styrene butadiene rubbers  （SSBR）  filled with silica via
                将制备成复合材料样品再进行测试，可以节省成本提
                                                                      solid state method [J] . Journal of Applied Polymer Science
                高效率。                                                  . 2018 (34).
                    此外，还可以采用场发射扫描电镜对试样进行微                         [10]  潘倩倩 . 硅烷偶联剂改性聚丙烯中空纤维膜的制备及膜蒸馏应
                观形貌分析和 EDS 能谱分析         [22,28] 。当纳米级别无机填             用 [D]. 天津工业大学，2019.
                                                                  [11]  Zhang Xinping.Facile strategies for green tire tread
                料表面改性处理效果良好时，橡胶复合材料与填料间
                                                                      with enhanced filler-matrix interfacial interactions and
                不存在微小缝隙，复合材料界面没有清晰分界，相容                               dynamic mechanical properties [J] .Composites Science and


                2023     第   49 卷                                                                       ·3·
                      年
   46   47   48   49   50   51   52   53   54   55   56