白炭黑表面改性是通過一定的方法使化學(xué)物質(zhì)與其表面上的羥基發(fā)生反應(yīng)、接枝或包覆其它化學(xué)物質(zhì)，消除或減少表面硅醇基的數(shù)量，使產(chǎn)品由親水性變?yōu)槭杷裕赃_(dá)到改變表面性質(zhì)的目的。
1、白炭黑常見的表面改性方法
（1）硅烷偶聯(lián)劑改性
利用硅烷偶聯(lián)劑的雙反應(yīng)功能，有機(jī)基團(tuán)的一端與白炭黑表面的羥基反應(yīng)，另外一端與橡膠等聚合物大分子鏈發(fā)生反應(yīng)，使得白炭黑表面特性得以改變。
一般來說，橡膠工業(yè)中常用的硅烷偶聯(lián)劑分為含硫硅烷偶聯(lián)劑，例如Si69和Si75等，以及不含硫硅烷偶聯(lián)劑，例如、KH550、KH560和KH570等。
含硫硅烷偶聯(lián)劑是在白炭黑表面接枝后，通過在硫化過程中硫磺和硫化促進(jìn)劑在高溫下作用而進(jìn)一步與橡膠分子鏈進(jìn)行相互作用。
不含硫的硅烷偶聯(lián)劑的一端是烷氧基，另外一端為雙鍵基團(tuán)，環(huán)氧基團(tuán)，或者氨基等與橡膠分子鏈親和性好的基團(tuán)。
（2）醇酯法改性
在白炭黑表面，脂肪醇與硅羥基進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，使得水分子脫去，硅羥基被烷氧基所取代，從而使得白炭黑的表面性質(zhì)發(fā)生改變。
?。?）聚合物接枝法改性
聚合物接枝法改性是指在一定條件下的化學(xué)反應(yīng)中，將高分子接枝到白炭黑表面。
?。?）聚合物包覆改性
包覆改性是一種常用的表面改性技術(shù)，即在白炭黑的表面覆蓋一層化學(xué)組成不同的涂覆層，從而減少羥基間的相互作用，最終降低表面能，改善分散性。
?。?）其他改性方法
除了上述表面改性方法以外，白炭黑還可以使用乳液聚合改性法，無機(jī)物表面包覆改性法，以及超聲改性法等方法。
2、白炭黑常用的改性劑
白炭黑呈親水性主要原因是白炭黑表面被硅羥基包圍，這樣對白炭黑的表面改性就相對容易。選擇的改性劑一般為容易與白炭黑表面羥基發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)物質(zhì)，而有機(jī)物作改性劑時(shí)改性效果更好。常用的改性劑有以下幾種：
（1）有機(jī)硅鹵化合物：如二甲基二氯硅烷、三甲基氯硅烷。
?。?）硅氧烷類有機(jī)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）。
?。?）醇類化合物：如丁醇、戊醇、直鏈庚醇等。
?。?）硅氮烷類化合物：如六甲基二硅胺烷等。
?。?）有機(jī)聚合物類：比如聚乙烯醇。
?。?）硅烷偶聯(lián)劑類：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、白炭黑表面改性工藝
?。?）濕法改性
白炭黑的濕法改性工藝是液體溶劑和白炭黑粉體按一定含量比例，將配置好的表面改性劑及助劑加入上述漿料中，在控制溫度、攪拌速率及反應(yīng)時(shí)間等條件下，實(shí)施的對白炭黑進(jìn)行表面改性的工藝。
一般濕法改性主要有兩種情況：
第一種是先將干燥后的成品白炭黑溶于一種有機(jī)溶劑（苯，甲苯等）中，再把配置好的改性劑加入上述溶液，一起加熱煮沸，然后將該溶液回流反應(yīng)一段時(shí)間后，進(jìn)行分離、提純、干燥，獲得改性產(chǎn)品；
第二種是將白炭黑配制成水溶液漿料，加入水溶性有機(jī)溶劑，如乙醇，乙二醇及一些其他表面活性劑，然后加入準(zhǔn)備好的改性劑進(jìn)行有機(jī)硅烷化，或是在制備白炭黑的過程中（分離沉淀前），將改性劑直接加入其中間工藝中，即在生成白炭黑的過程中同時(shí)對其進(jìn)行改性。
第一種方法具有生產(chǎn)工藝流程簡單，所得產(chǎn)品質(zhì)量的優(yōu)劣容易控制，改性劑消耗量小等優(yōu)點(diǎn)，而缺點(diǎn)是改性產(chǎn)品的分離提純過程較復(fù)雜，并且會(huì)造成有機(jī)溶劑的浪費(fèi)和對環(huán)境污染，因而此法較難實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用。
第二種方法的優(yōu)勢是工藝方法簡單，需要輔助設(shè)備少，可以實(shí)施對沉淀白炭黑半成品改性，進(jìn)而降低改性白炭黑產(chǎn)品的成本。
?。?）干法改性
白炭黑干法改性一般是有機(jī)化合物為改性劑，氣相白炭黑和有機(jī)改性劑蒸汽在固定反應(yīng)器或流化床反應(yīng)器中，并在高溫下反應(yīng)一定時(shí)間。
近年來，使用干法改性白炭黑的一般都是世界發(fā)達(dá)國家。該法的優(yōu)點(diǎn)是在很短的時(shí)間內(nèi)可以進(jìn)行大批量的物料處理，工藝流程相對簡單，在高溫條件下反應(yīng)，得到的改性白炭黑產(chǎn)品無需再脫水烘干；此改性方法的缺點(diǎn)也是顯著的，由于每次處理物料的批量較大，使物料表面處理難以達(dá)到均勻化，而且對改性劑的用量較大，反應(yīng)條件要求甚高，最終導(dǎo)致產(chǎn)品的生產(chǎn)成本高。
4、白炭黑改性效果影響因素
?。?）改性劑用量
在其他條件不變的情況下，改性劑的用量會(huì)影響改性劑與白炭黑的有效接觸率與反應(yīng)效率。若改性劑用量太少，改性劑與白炭黑有效接觸率不足，二者的反應(yīng)受到限制，改性效果有限；而改性劑用量過大，多余的改性劑之間會(huì)形成共聚物，共聚后，在白炭黑表面形成空間位阻效應(yīng)，減少了反應(yīng)程度，改性效果下降。
?。?）改性溫度
反應(yīng)溫度對改性效果影響較大。反應(yīng)溫度過低，改性劑與顆粒之間易發(fā)生物理吸附，不能與白炭黑表面的羥基發(fā)生有效反應(yīng)；反應(yīng)溫度過高，改性劑與白炭黑表面羥基的反應(yīng)主要向反方向進(jìn)行，因而會(huì)使白炭黑表面的羥基數(shù)增加，于改性效果不利。為提高改性效果，選取合適的反應(yīng)溫度至關(guān)重要。
?。?）反應(yīng)時(shí)間
反應(yīng)時(shí)間會(huì)影響改性劑的濃度，反應(yīng)時(shí)間過短，使一部分改性劑來不及與白炭黑顆粒進(jìn)行反應(yīng)；反應(yīng)時(shí)間過長，改性劑因長時(shí)間的機(jī)械攪拌從白炭黑表面脫落下來，不利于改性反應(yīng)的進(jìn)行。在改性時(shí)應(yīng)選取適宜的反應(yīng)時(shí)間。
（4）溶液pH值
白炭黑的改性是通過改性劑與白炭黑表面的羥基之間的反應(yīng)來完成的。反應(yīng)環(huán)境的pH值將會(huì)直接影響反應(yīng)進(jìn)行的難易程度及反應(yīng)進(jìn)行的快慢。各種改性劑與白炭黑表面的羥基反應(yīng)時(shí)有其自身獨(dú)特的pH值要求，選取適合的pH值將會(huì)提高改性效果。
?。?）白炭黑顆粒尺寸
隨著白炭黑顆粒尺寸增加，其表面以氫鍵相互連接的羥基含量以及吸附在其表面的水分子含量都會(huì)增加，進(jìn)而會(huì)促進(jìn)改性劑與白炭黑表面的羥基反應(yīng)，對改性效果有益。
5、白炭黑改性效果評價(jià)方法
改性白炭黑的目的是將其由原來的親水性變?yōu)槭杷H油性，改變它對有機(jī)相的浸潤性和相容性。
白炭黑改性的效果如何，可以通過測定改性白炭黑對鄰苯二甲酸二丁酯（DBP）的吸收量，改性白炭黑的活化指數(shù)及白炭黑表面羥基數(shù)幾種方法評價(jià)。
參考來源：[1]蔣喆.白炭黑表面改性方法與工藝探討[J].上海化工,2019,44（5）:40-43.
[2]李巖.白炭黑的表面改性及其高填充SSBR復(fù)合材料的制備和性能研究[D].北京化工大學(xué),2014.
[3]賀彩玲.白炭黑的表面改性及其性能研究[D].西安建筑科技大學(xué),2014.
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