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白炭黑表面改性是通過一定的方法使化學物質與其表面上的羟基發生反應、接枝或包覆其它化學物質，消除或減少表面矽醇基的數量，使産品由親水性變為疏水性，以達到改變表面性質的目的。

1、白炭黑常見的表面改性方法

（1）矽烷偶聯劑改性

利用矽烷偶聯劑的雙反應功能，有機基團的一端與白炭黑表面的羟基反應，另外一端與橡膠等聚合物大分子鍊發生反應，使得白炭黑表面特性得以改變。

一般來說，橡膠工業中常用的矽烷偶聯劑分為含硫矽烷偶聯劑，例如Si69和Si75等，以及不含硫矽烷偶聯劑，例如、KH550、KH560和KH570等。

含硫矽烷偶聯劑是在白炭黑表面接枝後，通過在硫化過程中硫磺和硫化促進劑在高溫下作用而進一步與橡膠分子鍊進行相互作用。

不含硫的矽烷偶聯劑的一端是烷氧基，另外一端為雙鍵基團，環氧基團，或者氨基等與橡膠分子鍊親和性好的基團。

（2）醇酯法改性

在白炭黑表面，脂肪醇與矽羟基進行化學反應，使得水分子脫去，矽羟基被烷氧基所取代，從而使得白炭黑的表面性質發生改變。

（3）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反應中，将高分子接枝到白炭黑表面。

（4）聚合物包覆改性

包覆改性是一種常用的表面改性技術，即在白炭黑的表面覆蓋一層化學組成不同的塗覆層，從而減少羟基間的相互作用，最終降低表面能，改善分散性。

（5）其他改性方法

除了上述表面改性方法以外，白炭黑還可以使用乳液聚合改性法，無機物表面包覆改性法，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矽羟基包圍，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羟基發生反應的化學物質，而有機物作改性劑時改性效果更好。常用的改性劑有以下幾種：

（1）有機矽鹵化合物：如二甲基二氯矽烷、三甲基氯矽烷。

（2）矽氧烷類有機化合物：如聚二甲基矽氧烷（PDM）、六甲基二矽氧烷（M2）、八甲基三矽氧烷（MDM）。

（3）醇類化合物：如丁醇、戊醇、直鍊庚醇等。

（4）矽氮烷類化合物：如六甲基二矽胺烷等。

（5）有機聚合物類：比如聚乙烯醇。

（6）矽烷偶聯劑類：包括六甲基二矽氮烷、六甲基乙基矽氮烷、乙烯基乙氧基矽烷、三甲基乙氧基矽烷、甲基三甲氧基矽烷等。

3、白炭黑表面改性工藝

（1）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，将配置好的表面改性劑及助劑加入上述漿料中，在控制溫度、攪拌速率及反應時間等條件下，實施的對白炭黑進行表面改性的工藝。

一般濕法改性主要有兩種情況：

• 第一種是先将幹燥後的成品白炭黑溶于一種有機溶劑（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，然後将該溶液回流反應一段時間後，進行分離、提純、幹燥，獲得改性産品；
• 第二種是将白炭黑配制成水溶液漿料，加入水溶性有機溶劑，如乙醇，乙二醇及一些其他表面活性劑，然後加入準備好的改性劑進行有機矽烷化，或是在制備白炭黑的過程中（分離沉澱前），将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對其進行改性。

第一種方法具有生産工藝流程簡單，所得産品質量的優劣容易控制，改性劑消耗量小等優點，而缺點是改性産品的分離提純過程較複雜，并且會造成有機溶劑的浪費和對環境污染，因而此法較難實現工業生産應用。

第二種方法的優勢是工藝方法簡單，需要輔助設備少，可以實施對沉澱白炭黑半成品改性，進而降低改性白炭黑産品的成本。

（2）幹法改性

白炭黑幹法改性一般是有機化合物為改性劑，氣相白炭黑和有機改性劑蒸汽在固定反應器或流化床反應器中，并在高溫下反應一定時間。

近年來，使用幹法改性白炭黑的一般都是世界發達國家。該法的優點是在很短的時間内可以進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，得到的改性白炭黑産品無需再脫水烘幹；此改性方法的缺點也是顯著的，由于每次處理物料的批量較大，使物料表面處理難以達到均勻化，而且對改性劑的用量較大，反應條件要求甚高，最終導緻産品的生産成本高。

4、白炭黑改性效果影響因素

（1）改性劑用量

在其他條件不變的情況下，改性劑的用量會影響改性劑與白炭黑的有效接觸率與反應效率。若改性劑用量太少，改性劑與白炭黑有效接觸率不足，二者的反應受到限制，改性效果有限；而改性劑用量過大，多餘的改性劑之間會形成共聚物，共聚後，在白炭黑表面形成空間位阻效應，減少了反應程度，改性效果下降。

（2）改性溫度

反應溫度對改性效果影響較大。反應溫度過低，改性劑與顆粒之間易發生物理吸附，不能與白炭黑表面的羟基發生有效反應；反應溫度過高，改性劑與白炭黑表面羟基的反應主要向反方向進行，因而會使白炭黑表面的羟基數增加，于改性效果不利。為提高改性效果，選取合适的反應溫度至關重要。

（3）反應時間

反應時間會影響改性劑的濃度，反應時間過短，使一部分改性劑來不及與白炭黑顆粒進行反應；反應時間過長，改性劑因長時間的機械攪拌從白炭黑表面脫落下來，不利于改性反應的進行。在改性時應選取适宜的反應時間。

（4）溶液pH值

白炭黑的改性是通過改性劑與白炭黑表面的羟基之間的反應來完成的。反應環境的pH值将會直接影響反應進行的難易程度及反應進行的快慢。各種改性劑與白炭黑表面的羟基反應時有其自身獨特的pH值要求，選取适合的pH值将會提高改性效果。

（5）白炭黑顆粒尺寸

随着白炭黑顆粒尺寸增加，其表面以氫鍵相互連接的羟基含量以及吸附在其表面的水分子含量都會增加，進而會促進改性劑與白炭黑表面的羟基反應，對改性效果有益。

5、白炭黑改性效果評價方法

改性白炭黑的目的是将其由原來的親水性變為疏水親油性，改變它對有機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及白炭黑表面羟基數幾種方法評價。

參考資料：[1]蔣喆.白炭黑表面改性方法與工藝探讨[J].上海化工,2019,44（5）:40-43.

[2]李岩.白炭黑的表面改性及其高填充SSBR複合材料的制備和性能研究[D].北京化工大學,2014.

[3]賀彩玲.白炭黑的表面改性及其性能研究[D].西安建築科技大學,2014.