將偶聯(lián)劑作為橡膠的補(bǔ)強(qiáng)劑和填充劑,一般是致力于提高材料的強(qiáng)度。有研究報(bào)道,使用硅烷偶聯(lián)劑除了能較大幅度地提高物理機(jī)械性能外,還能改善材料的熱老化性能;而鈦酸酯偶聯(lián)劑則對(duì)老化性能有負(fù)作用[2]。因此本實(shí)驗(yàn)設(shè)想,利用硅烷偶聯(lián)劑在填料表面形成膜來(lái)阻隔粘土粒子所含的變價(jià)金屬離子對(duì)橡膠烴的氧化催化作用,以達(dá)到提高粘土膠熱氧老化性能的目的。
1　實(shí)驗(yàn)部分
1.1　原材料
    橡膠:天然橡膠濃縮膠乳,干膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)為56.7%。產(chǎn)地:中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院試驗(yàn)農(nóng)場(chǎng)。粘土:粘土細(xì)粒懸浮液,固體物質(zhì)量分?jǐn)?shù)為21.7%。產(chǎn)地:廣東省南華農(nóng)場(chǎng)。
化學(xué)試劑:(其它為市售工業(yè)級(jí)產(chǎn)品)
硅烷偶聯(lián)劑ＫＨ-550(ｒ-氨基丙基三乙氧基硅烷),工業(yè)級(jí),南京辰工有機(jī)硅材料有限公司。
1.2　粘土膠的樣品制備及測(cè)試
    見(jiàn)文獻(xiàn)。
2　結(jié)果與討論
2.1　硅烷偶聯(lián)劑的抗熱氧老化作用

    表1給出了粘土膠空白試樣(Ｏ#)、粘土膠中加入1份硅烷偶聯(lián)劑ＫＨ-550(Ａ#)和加1份防老劑(Ｄ#)的可塑度和塑性保持率隨老化時(shí)間變化的情況。從表1結(jié)果可以看出,硅烷偶聯(lián)劑對(duì)粘土膠具有明顯的熱氧老化防護(hù)作用。
2.2　硅烷偶聯(lián)劑用量的影響
     為進(jìn)一步進(jìn)行了解偶聯(lián)劑的作用,在粘土膠中加入不同用量的ＫＨ-550,將制得的粘土膠膠樣在空氣中暴露放置2個(gè)月,然后測(cè)試試樣的可塑度和塑性保持率隨熱老化時(shí)間變化的數(shù)值,試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。Ｏ#:空白對(duì)比樣;Ａ-1#:粘土膠加入0.5份ＫＨ-550;Ａ-2#:粘土膠加入1.0份ＫＨ-550;Ａ-3#:粘土膠加入1.5份ＫＨ-550;Ａ-4#:粘土膠加入2.0份ＫＨ-550。加入量均為對(duì)粘土質(zhì)量比。
　　表中數(shù)據(jù)得出,Ａ組配方中,以加入1.0份的硅烷偶聯(lián)劑效果最好,沒(méi)加偶聯(lián)劑的空白樣熱老化10ｍｉｎ后,其可塑度已接近最低值,而加偶聯(lián)劑0.5份、1.5份、2.0份的試樣,其可塑度均低于加1.0份的試樣。這是因?yàn)榧?份偶聯(lián)劑時(shí),對(duì)粘土粒子來(lái)說(shuō),可形成一層較完整的單分子層包復(fù)膜,恰到好處地阻隔了粘土粒子中的金屬元素對(duì)橡膠烴的作用。有許多研究都報(bào)道了這點(diǎn),即加1份偶聯(lián)劑(對(duì)填料質(zhì)量比)時(shí),偶聯(lián)劑的作用最佳。偶聯(lián)劑的用量過(guò)少,不能形成完整的膜,起不到預(yù)期的作用。而過(guò)多的偶聯(lián)劑則會(huì)起負(fù)作用,可塑度反而下降。
2.3　硅烷偶聯(lián)劑與防老劑的協(xié)同效應(yīng)
    為比較ＫＨ-550對(duì)硫化膠物理機(jī)械性能的影響,表3中各試樣分別為Ｃ-0#:加1份ＫＨ-550的粘土膠硫化膠;Ｏ-0#:空白樣的硫化膠;Ｃ-9#:加1份防老劑的粘土膠硫化膠;Ｃ-10#:加1份ＫＨ-550,同時(shí)加1份防老劑。測(cè)試試樣老化前后的物理機(jī)械性能,其結(jié)果如表3所示。

   從表中結(jié)果可看出,加了硅烷偶聯(lián)劑的Ｃ-0#,與Ｏ-0#和Ｃ-9#兩個(gè)樣比較,其綜合性能在老化前是3個(gè)樣中最高的,這也證實(shí)了偶聯(lián)劑可提高橡膠材料的強(qiáng)度。Ｃ-0#老化后的數(shù)據(jù)與Ｃ-9#相當(dāng),而未加偶聯(lián)劑及防老劑的空白樣Ｏ-0#則老化后性能下降很多。這說(shuō)明硅烷偶聯(lián)劑應(yīng)用于粘土膠中,不僅可大大提高材料的強(qiáng)度,也可起到防熱氧老化的作用。Ｃ-10#是4個(gè)試樣中綜合性能最好的,說(shuō)明硅烷偶聯(lián)劑ＫＨ-550與防老劑具有很好的協(xié)同效應(yīng)。
2.4　電子顯微鏡分析
     圖1、圖2為一組粘土膠未硫化膠的掃描電子顯微鏡照片。圖1為空白對(duì)比樣Ｏ#,圖2為加了1份硅烷偶聯(lián)劑ＫＨ-550的試樣Ａ-2#。
 

    比較2張照片可以看到Ｏ#試樣的斷面上,〗可清楚地看到粘土粒子與橡膠材料的連接界限,即粘土粒子只是被包容在橡膠烴內(nèi),與橡膠烴之間沒(méi)有結(jié)合力。在Ａ-2#試樣的照片上,則可看到斷面較為光滑,由于加入了硅烷偶聯(lián)劑,使粘土粒子與橡膠烴之間結(jié)合較好,在斷面上看不到明顯的粘土粒子與橡膠材料的連接界限。也就是說(shuō)由于硅烷偶聯(lián)劑的兩種活性基團(tuán)分別與填料粘土粒子和橡膠烴作用成鍵,使得粘土粒子與橡膠材料之間產(chǎn)生了結(jié)合力,因而斷面看起來(lái)較為光滑平整,故材料的物理機(jī)械性能得以提高。
3　結(jié)論
    將硅烷偶聯(lián)劑ＫＨ-550作用于粘土膠,不僅可以大大提高材料的強(qiáng)度,而且有明顯的抗熱氧老化效果,同時(shí),與防老劑有很好的協(xié)同效應(yīng)。最佳用量為1份———對(duì)粘土質(zhì)量比。