一种白炭黑和硅烷偶联剂硅烷化反应程度的检测方法技术

本发明专利技术公开了一种白炭黑和硅烷偶联剂硅烷化反应程度的检测方法，可以定量，重现性强，判断准确。可以定向的优化白炭黑胶料的混炼工艺，并可以使用相同的混炼工艺通过对比不同白炭黑之间的硅烷化反应程度来评判不同种类、不同牌号白炭黑之间的优劣等。

A method for the determination of the degree of alkylation of silica and silane coupling agents

The invention discloses a method for detecting the degree of silane reaction of white carbon black and silane coupling agent, which can be quantified, with strong reproducibility and accurate judgment. It is possible to orientate the mixing process of silica rubber, and use the same mixing process to compare the degree of silylation reaction between different silica to evaluate the advantages and disadvantages of different brands of silica.

【技术实现步骤摘要】
一种白炭黑和硅烷偶联剂硅烷化反应程度的检测方法
本专利技术属于轮胎、制品等行业的应用领域，具体涉及一种白炭黑、硅烷偶联剂配方胶料中的硅烷化反应程度检测。
技术介绍
上世纪50年代，白炭黑运用在胶料中少量替代炭黑，具有提高撕裂强度的作用。上世纪70年代，发现白炭黑与硅烷偶联剂共同使用时，具有提高轮胎湿地抓地力和降低轮胎滚动阻力的作用。进入21世纪以来，随着环境问题的恶化，白炭黑在绿色轮胎中的使用得到了更多的关注和研究。2009年以来，欧盟、美国、日本及我国都提出了各自轮胎的标签法，为了达到标签法的等级，白炭黑使用量逐步增加是一种趋势。白炭黑与硅烷偶联剂的应用使得轮胎的滚动阻力和湿地抓地力都得到了质的飞跃，因此越来越多的公司开始投入生产使用。通过使用白炭黑与硅烷偶联剂来提升胶料的性能主要受两个因素影响，一方面是胶料在混炼期间，硅烷上的官能基团(如三乙氧基等)与白炭黑表面的硅醇基反应，脱去乙醇。另一方面是在胶料的硫化阶段，硅烷中可以与橡胶反应的基团(如四硫烷基或氰硫基等)与橡胶反应形成橡胶-填料网络。因此在硫化条件相同的情况下，白炭黑胶料的性能主要由混炼期间白炭黑与硅烷偶联剂的反应程度来决定，因此众多公司也一直在通过各种手段增加混炼期间白炭黑与硅烷偶联剂的反应程度，影响白炭黑、硅烷偶联剂反应的因素主要有混炼工艺、白炭黑种类与表面性质等。如使用带有恒温系统的啮合型串联密炼机代替传统的剪切型密炼机、延长硅烷化反应时间等。但是，在实际生产中白炭黑和硅烷偶联剂在胶料中的反应达到了何种程度，缺乏统一而有说服力的测量方法。部分公司通过硫化胶料的物理性能来判断，干扰因素众多，重现性很差。
技术实现思路
本专利技术提供了一种测量白炭黑和硅烷偶联剂在胶料中具体反应程度的检测方法。本专利技术的检测方法可以定量，重现性强，判断准确。一种白炭黑和硅烷偶联剂硅烷化反应程度的检测方法，其特征在于：该检测方法包括如下步骤：(1)将待评价含有白炭黑的胶料配方A在密炼机进行母胶混炼；(2)将(1)混炼后的胶料进行终炼加硫；(3)将终炼加硫后的胶料A在橡胶加工分析仪器进行应变扫描测试，相同条件再次扫描两次，得到两条应变-模量曲线；(4)将待评价胶料配方去除硅烷偶联剂后得到配方B，在密炼机中使用相同或近似混炼工艺进行母胶混炼；(5)将(4)混炼后的胶料在使用相同或近似加硫工艺进行终炼加硫；(6)将(5)终炼加硫后的胶料B在橡胶加工分析仪器进行应变扫描测试；(7)将(3)和(4)测试结果按照公式4计算处理，最终得到硅烷化反应程度，其中S(G'1)表征的是橡胶硫化后第一次扫描下的模量G'积分之和；S(G'2)表征的是橡胶硫化后第二次扫描下的模量G'积分之和；nosilane指的是没有添加硅烷偶联剂的参比配方胶料，test指的试验待评价配方胶料；S(G'1)nosilane-S(G'1)test表征的是配方中硅烷偶联剂与白炭黑反应所导致的胶料的模量改变量；S(G'1)nosilane-S(G'2)test表征的是理论上配方中的所有的白炭黑都吸附聚集在一起所导致的胶料的模量改变量。作为优选，所述橡胶加工分析仪器的测试条件为温度50～100℃，频率0.1～2Hz，对硫化后的胶料进行两次应变扫描，应变范围为0.28％至40.00％。作为优选，所述(1)和(4)中的混炼工艺为：1)转子转速：20～50rpm；初始温度：60～100℃；填充系数：0.5～0.7；2)0秒时加入所有橡胶；30秒时加入总量1/2的白炭黑和所有细料；60秒时加入剩余白炭黑、炭黑；3)密炼机温度上升到95℃时加入软化油；4)密炼机温度上升到130℃，上顶栓升降，扫除；5)密炼机温度上升到145℃，通过调节转子转速，使温度保持在145℃大约为90秒；6)排胶。作为优选，所述(2)和(5)中的终炼加硫工艺为在温度150～180℃的条件下，保持10～30min对胶料进行硫化。作为优选，所述橡胶加工分析仪器为RPA2000。作为优选，所述(7)中的计算处理方法为：a.将(4)中第一次应变扫描所得G'1数据，以应变为横坐标、模量G'为纵坐标做曲线f(G'1)，利用公式1得到S(G′1)test；b.将(4)中第二次应变扫描所得G'2数据，以应变为横坐标、模量G'为纵坐标做曲线f(G'2)；利用公式2得到S(G′2)test；c.将(6)中第二次应变扫描所得G'1数据，以应变为横坐标、模量G'为纵坐标做曲线f(G'1)；利用公式3得到S(G′1)nosilane；d.利用公式4最终硅烷化反应程度公式(3)的意义是用硅烷偶联剂与白炭黑反应所导致的胶料的模量改变量与白炭黑粒子都吸附聚集在一起所导致的胶料的模量改变量的比值表征硅烷化反应率。当配方中硅烷偶联剂未与白炭黑反应时，胶料的模量未发生改变，即S(G'1)nosilane＝S(G'1)test，此时的硅烷化反应程度ω＝0％；当配方中的白炭黑与硅烷偶联剂全部反应时，配方中硅烷偶联剂与白炭黑反应所导致的胶料的模量改变量等于配方中的所有的白炭黑粒子都吸附聚集在一起所导致的胶料的模量改变量，即S(G'1)nosilane-S(G'1)test＝S(G'1)nosilane-S(G'2)test，此时的硅烷化反应程度ω＝100％。由于不添加硅烷偶联剂配方硫化后的初次应变扫描模量值为流体效应+填料网络结构+白炭黑与橡胶的作用力+白炭黑之间的作用力，而流体效应、填料网络结构、白炭黑与橡胶的作用力、白炭黑之间的作用力在没有硅烷偶联剂的加入下皆只与配方体系有关，与其它因素无关，因此只要配方不变，此部分的数值就不会改变。也正是因为这个原因，公式(3)中的S(G'1)nosilane的计算结果可以在多次试验中重复使用，再次试验时(如更改混炼工艺)无需重新混炼和计算。本专利技术的创新思路为：当白炭黑配方中不加入硅烷偶联剂时，由于白炭黑的表面含有大量的羟基，具有较高的表面能，在胶料中及其容易吸附聚集，使得胶料的模量大幅度上升。Payne效应理论认为，填充橡胶的动态模量随着应变的增加而急剧下降是由于填料间作用力的破坏，即填料之间的相互作用在较大的应变下会被破坏，从而导致模量下降。因此，可以认为在大的应变的作用下，白炭黑胶料中白炭黑之间的相互作用完全遭到了破坏，白炭黑粒子的相互作用为零。由于不存在填料间的相互作用，此时胶料的模量很低。当白炭黑配方中加入了硅烷偶联剂，由于白炭黑和硅烷偶联剂在胶料中进行了硅烷化反应，消除了部分白炭黑表面的硅羟基，白炭黑的吸附聚集现象减少，模量会有一定的下降，此时胶料的模量会低于不加硅烷偶联剂(即白炭黑完全吸附聚集在一起)时白炭黑胶料的模量；但是由于白炭黑与硅烷偶联剂并未反应完全，未进行硅烷化反应的白炭黑表面还裸露着一定数量的硅羟基，此部分硅羟基导致了白炭黑粒子之间还存在一定的相互作用，因此此时胶料的模量还会高于白炭黑粒子间相互作用完全被破坏后的胶料的模量。即加入硅烷偶联剂胶料的模量值,会介于未加硅烷偶联剂白炭黑胶料的模量值与白炭黑粒子间相互作用完全被破坏后的白炭黑胶料的模量值。白炭黑与硅烷偶联剂之间的硅烷化反应越充分，反应后白炭黑表面裸露的硅羟基数量越少，白炭黑粒子之间的相互作用会越小，从而胶料的模量会越低。因此，本专利技术通过对比白炭黑有无硅烷偶联剂的模量本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种白炭黑和硅烷偶联剂硅烷化反应程度的检测方法，其特征在于：该检测方法包括如下步骤：(1)将待评价含有白炭黑的胶料配方A在密炼机进行母胶混炼；(2)将(1)混炼后的胶料进行终炼加硫；(3)将终炼加硫后的胶料A在橡胶加工分析仪器进行应变扫描测试，相同条件再次扫描两次，得到两条应变‑模量G曲线；(4)将待评价胶料配方去除硅烷偶联剂后得到配方B，在密炼机中使用相同或近似混炼工艺进行母胶混炼；(5)将(4)混炼后的胶料在使用相同或近似加硫工艺进行终炼加硫；(6)将(5)终炼加硫后的胶料B在橡胶加工分析仪器进行应变扫描测试；(7)将(3)和(4)得到的测试结果按照公式4计算处理，最终得到硅烷化反应程度，

【技术特征摘要】
1.一种白炭黑和硅烷偶联剂硅烷化反应程度的检测方法，其特征在于：该检测方法包括如下步骤：(1)将待评价含有白炭黑的胶料配方A在密炼机进行母胶混炼；(2)将(1)混炼后的胶料进行终炼加硫；(3)将终炼加硫后的胶料A在橡胶加工分析仪器进行应变扫描测试，相同条件再次扫描两次，得到两条应变-模量G曲线；(4)将待评价胶料配方去除硅烷偶联剂后得到配方B，在密炼机中使用相同或近似混炼工艺进行母胶混炼；(5)将(4)混炼后的胶料在使用相同或近似加硫工艺进行终炼加硫；(6)将(5)终炼加硫后的胶料B在橡胶加工分析仪器进行应变扫描测试；(7)将(3)和(4)得到的测试结果按照公式4计算处理，最终得到硅烷化反应程度，其中S(G'1)表征的是橡胶硫化后第一次扫描下的模量G'积分之和；S(G'2)表征的是橡胶硫化后第二次扫描下的模量G'积分之和；nosilane指的是没有添加硅烷偶联剂的参比配方胶料，test指的试验待评价配方胶料；S(G'1)nosilane-S(G'1)test表征的是配方中硅烷偶联剂与白炭黑反应所导致的胶料的模量改变量；S(G'1)nosilane-S(G'2)test表征的是理论上配方中的所有的白炭黑都吸附聚集在一起所导致的胶料的模量改变量。2.根据权利要求1所述的一种白炭黑和硅烷偶联剂硅烷化反应程度的检测方法，其特征在于：所述橡胶加工分析仪器的测试条件为温度50～100℃，频率0.1～2Hz，对硫化后的胶料进行两次应变扫描，应变范围为0.28％至40.00％。3.根据权利要求1所述的一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：王丹灵，陈生，任福君，承齐明，蒋云，刘风丽，
申请(专利权)人：中策橡胶集团有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33