1、38 輪 胎 工 業(yè) 2001年第21卷聚合物 填料和填料 填料相互作用對(duì)填充硫化膠動(dòng)態(tài)力學(xué)性能的影響(續(xù)3)王夢(mèng)蛟(CabotCorporation,BillericaTechnicalCenter)中圖分類號(hào):TQ330.38 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1006 8171(2001)01 0038 07(接上期)13 填料并用對(duì)動(dòng)態(tài)性能的影響(白炭黑與炭黑并用,無(wú)偶聯(lián)劑)當(dāng)表面特性不同的兩種填料并用時(shí),不同填料粒子間的相互作用會(huì)影響聚合物母體中填料的網(wǎng)絡(luò)化,進(jìn)而影響填充硫化膠的動(dòng)態(tài)性能。當(dāng)諸如填料形態(tài)和用量等其它參數(shù)保持恒定時(shí),問(wèn)題就是在填充并用填料體系的膠料中填料網(wǎng)絡(luò)化程度比單獨(dú)填充其中

2、任何一種填料重還是輕,或是居于二者之間。這可通過(guò)熱力學(xué)中粘合能的變化 W估計(jì)出,該熱力學(xué)過(guò)程示意如下(還見圖29):2Wf1+Wf2-2Wf1f2dp式中, 為填料表面能的色散分量, 為源自分子間偶極 偶極和誘導(dǎo)偶極相互作用的極性分量,Wh為氫鍵作用形成的粘合能,Wab為酸 堿相互作用形成的粘合能。f1和f2代表填料1和2,f1f2為填料1和2的相互作用。這個(gè)公式表示一種彈性體填充兩種不同填料時(shí),只有在兩種填料在強(qiáng)度和性質(zhì)兩方面具有完全相同ddpph的表面能特性,即 f1= f2, f1= f2,Wf1=habababWhf2=2Wf1f2和Wf1=Wf2=2Wf1f2,進(jìn)而 Wababab圖

3、29 在填料并用體系中與重聚過(guò)程有關(guān)的能量變化與填料附聚過(guò)程中粘合能的推導(dǎo)類似見公式(32)(36),人們直接可得到:(43)絡(luò)。這些條件是難以滿足的,對(duì)諸如炭黑和白炭黑等橡膠通用的填料尤其如此,故人們通過(guò)直觀推理估計(jì)最有可能形成兩種填料網(wǎng)絡(luò)或兩種不同填料附聚體的混合物,至少?gòu)臒崃W(xué)觀點(diǎn)上看是如此,因?yàn)?W通常是正的。以炭黑N234(表面積為119m2 g-1)和白炭黑HiSil210(表面積為150m g)為例研究了填料并用對(duì)填充硫化膠動(dòng)態(tài)性能的影響。所有填充膠料的填料用量均為50份。填料組成對(duì)0.2%DSA下的G 和由G 在0.2%和120%DSA下的差值 G 0.2 120表征的Payn

4、e效應(yīng)的影響示于圖30。隨著炭黑/白炭黑用量比例改變,在低應(yīng)變振幅下的G 和Payne效應(yīng)不呈線性變化。這表明與單用其中一種填料相比,隨著并用體系中炭黑或白炭黑用量增大,2-1d1/2d1/22p1/2p1/22hhW=2( -( +2( -( +2Whf1)f2)f1)f2)f1+Wf2-2Wf1f2+=0的條件下,兩種填料才會(huì)在聚合物母體中形成隨機(jī)聯(lián)合填料網(wǎng)絡(luò)。只有在兩種填料由于氫鍵作用Wh酸 堿相互作用Wabf1f2、f1f2和/或其它極性相互作用形成的粘合能足以補(bǔ)償相同填料間粘合能而導(dǎo)致 W<0的條件下,這兩種填料才會(huì)在聚合物母體中優(yōu)先形成聯(lián)合填料網(wǎng)第1期 王夢(mèng)蛟 聚合物 填料和

5、填料 填料相互作用對(duì)填充硫化膠動(dòng)態(tài)力學(xué)性能的影響(續(xù)3) 39(a)70 (b)0(c)70 (d)0圖30 0.2%DSA下的G 和G 在0.2%和120%DSA下的差值 G 0.2 120與炭黑和白炭黑并用比的關(guān)系基本配方:S SBRDuradene715 100;填料 50G 和Payne效應(yīng)先降低,然后提高。換言之,對(duì)應(yīng)于并用體系的試驗(yàn)點(diǎn)不是遵循從單用兩種填料結(jié)果推導(dǎo)而來(lái)的單調(diào)增函數(shù),而總是位于該增函數(shù)線之下。從單用兩種填料的增函數(shù)所獲得的Payne效應(yīng)的偏差意味著,在填充并用填料的膠料中填料網(wǎng)絡(luò)化較輕。用公式(43)很容易解釋這些結(jié)果。一方面,白炭黑與炭黑聚集體間的相互作用比兩種填料

6、中任何一種都要弱。另一方面,盡管白炭黑的表面積比炭黑大,隨著白炭黑用量增大,可能導(dǎo)致聚集體間距縮小,但是同種填料的聚集體間距可能也在填料網(wǎng)絡(luò)化中起作用,因?yàn)椴还苁菃斡眠€是并用體系,填料總用量是相同的。在后一種體系中,具有較大吸引勢(shì)能的同種填料聚集體的平均間距比任何一種單用都大。相應(yīng)地,根據(jù)填料網(wǎng)絡(luò)形成的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)可預(yù)計(jì),聚集體的絮凝較輕,正如在低應(yīng)變下的G 和Payne效應(yīng)一樣。填料并用對(duì)填料網(wǎng)絡(luò)形成的作用預(yù)計(jì)也會(huì)對(duì)硫化膠的動(dòng)態(tài)滯后產(chǎn)生很大影響。在70 下tan 與應(yīng)變振幅的關(guān)系示于圖31。填充炭黑的硫化膠在約8%DSA下只出現(xiàn)一個(gè)峰,白炭黑膠料的tan 直到本研究所用最大振幅也未到達(dá)最大

7、值。相比之下,填充并用填料的硫化膠似乎有兩個(gè)峰(或肩),一個(gè)與炭黑一致,另一個(gè)在所用最大振幅下似乎并未出現(xiàn)。在純白炭黑膠料中也觀察到后者。如果考慮低應(yīng)變下的tan ,在填充并用填料體系的硫化膠中似乎存在3種填料網(wǎng)絡(luò)(或附聚體),即炭黑填料網(wǎng)絡(luò)、白炭黑網(wǎng)絡(luò)和白炭黑 炭黑填料網(wǎng)絡(luò)。后者由于填料 填料相互作用較弱而很弱,以致于在低應(yīng)變振幅下就很容易打破和重建,導(dǎo)致其滯40 輪 胎 工 業(yè) 2001年第21卷后比單用一種填料的膠料要高。填料并用體系的tan DSA曲線似乎是這3種填料網(wǎng)絡(luò)在動(dòng)態(tài)應(yīng)變下的疊加結(jié)果。所有這些觀察結(jié)果都可認(rèn)為是起因于填料網(wǎng)絡(luò)形成的變化。不同填料和多種附聚體間較弱的填料 填料相

8、互作用還會(huì)影響填充并用體系硫化膠的動(dòng)態(tài)滯后與溫度的關(guān)系。14 炭黑和白炭黑在極性聚合物NBR中的應(yīng)用比較根據(jù)公式(36),對(duì)像白炭黑這樣的高極性填料,當(dāng)聚合物極性提高時(shí),差值 W會(huì)減小。因此,聚集體間的吸引勢(shì)能會(huì)減至最小。另外,填料網(wǎng)絡(luò)會(huì)因聚合物分子鏈上引入能與填料表面形成強(qiáng)氫鍵的官能團(tuán)而進(jìn)一步受到抑制。以白炭黑作填料時(shí),由于共聚丙烯腈(ACN)的高極性和聚合物分子鏈上 CN基團(tuán)與白炭黑表面的 Si OH基團(tuán)形成的強(qiáng)氫鍵,NBR可能就是這樣一種聚合物。聚合物分子間的氫鍵反而較弱。Tan等人對(duì)一系列粘性相似但ACN含量不同的NBR進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn),用孟山都硫化儀最小轉(zhuǎn)矩測(cè)得的粘度隨ACN含量增大而大

9、幅度下降,見圖33。圖33示出規(guī)范化最小轉(zhuǎn)矩,即填充橡膠(50份填料)與純膠最小轉(zhuǎn)距差值與ACN含量的關(guān)系曲線。用聚丁二烯獲得ACN含量為零的點(diǎn)。即使微觀結(jié)構(gòu)可能不同,但是表面能和極性的差異不會(huì)太大。出于比較的目的,炭黑N110的結(jié)果也包括在內(nèi),它與本研究所用的白炭黑具有相同的表面積。盡管白炭黑填充膠料的粘度比對(duì)應(yīng)的炭黑膠料高得多,但是其隨ACN含量增大而下降的速率也高得多。這些影響可以根據(jù)導(dǎo)致填料網(wǎng)絡(luò)化驅(qū)動(dòng)力急劇下降的聚合物 填料和填料 填料相互作用加以解釋,因?yàn)楫?dāng)ACN含量增大時(shí),極性作用和氫鍵加強(qiáng)。對(duì)于給定聚合物,炭黑膠料的填料網(wǎng)絡(luò)化比白炭黑膠料輕,而高ACN含量白炭黑膠料的網(wǎng)絡(luò)化比低A

10、CN含量白炭黑膠料輕是其粘度較低的主要因素。根據(jù)影響膠料粘度的另一個(gè)因素結(jié)合膠的觀點(diǎn)可預(yù)計(jì),結(jié)合膠會(huì)產(chǎn)生相反的影響。具體來(lái)說(shuō),炭黑比白炭黑具有較高結(jié)合膠,高ACN含量白炭黑膠料的結(jié)合膠含量也較高。Tan等人還指出,與NR相比,炭黑和白炭圖31 填充炭黑N234/白炭黑HiSil210并用體系的硫化膠在70 和10Hz下tan 與應(yīng)變的關(guān)系炭黑/白炭黑并用比(總用量50份):1 100/0;2 75/25;3 50/50;4 25/75;5 0/100;基本配方同圖30在5%DSA和10Hz下測(cè)得的溫度與tan 的關(guān)系可支持上述觀察結(jié)果,見圖32。試驗(yàn)結(jié)果總結(jié)如下:在較低溫度下,炭黑用量較多的并

11、用體系的滯后比純炭黑填充橡膠高。白炭黑用量較多的并用體系的tan 居單用兩種填料之間。在較高溫度下,白炭黑用量較多的并用體系的tan 隨溫度升高而增大,但是與白炭黑膠料相比,這種現(xiàn)象不夠明顯。炭黑用量較多的并用體系的tan 隨溫度升高而降低,但是與炭黑填充硫化膠相比,降低速率較慢。圖32 填充炭黑N234/白炭黑HiSil210并用體系的硫化膠在5%DSA和10Hz下tan 與溫度的關(guān)系第1期 王夢(mèng)蛟 聚合物 填料和填料 填料相互作用對(duì)填充硫化膠動(dòng)態(tài)力學(xué)性能的影響(續(xù)3) 41圖35 用白炭黑和炭黑填充的NR和NBR圖33 炭黑N110和白炭黑填充NBR的ACN含量在160 與規(guī)范化最小轉(zhuǎn)矩的

12、關(guān)系1 炭黑N110;2 白炭黑膠料的填料體積分?jǐn)?shù)與其硫化膠損耗因子之差規(guī)范化 tan 的關(guān)系注同圖34圖34示出用恒應(yīng)力模型(圓柱體樣品尺寸為10mm 10mm,預(yù)負(fù)荷50N,擺幅25N)在室溫和16Hz下所測(cè)的填料體積分?jǐn)?shù)與填充橡膠彈性模量的關(guān)系曲線。為了規(guī)范用量和聚合物差異的影響,數(shù)據(jù)以規(guī)范化 E 表示。 E =(Es -Ec )/Eg ,其中Es ,Ec 和Eg 分別為白炭黑和炭黑硫化膠以及未填充硫化膠的彈性模量。規(guī)范化tan 的結(jié)果示于圖35。從E 和tan 的觀測(cè)結(jié)果得出了與白炭黑和炭黑膠料動(dòng)態(tài)性能對(duì)比以及不同ACN含量NBR白炭黑填充膠料粘度對(duì)比相同的結(jié)論:白炭黑填充NR膠料由于

13、白炭黑和橡膠之間的表面能差異較大,填料網(wǎng)絡(luò)化和填料網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性在低應(yīng)變振幅下加強(qiáng)導(dǎo)致E 增大而tan 降低。從NR到NBR,由于白炭黑表面與極性聚合物之間的親合力增大,填料網(wǎng)絡(luò)化減弱。15 白炭黑表面改性對(duì)動(dòng)態(tài)性能的影響白炭黑表面改性是改變表面特性以滿足使用要求的最有效的途徑之一。文獻(xiàn)中報(bào)道的許多途徑都可以用。在橡膠工業(yè)中常用的有兩條途徑,即通過(guò)填料表面對(duì)某些化學(xué)品的吸附進(jìn)行表面化學(xué)改性和物理改性。15 1 通過(guò)物理吸附進(jìn)行的表面改性的影響當(dāng)某種化學(xué)品,例如二元醇、甘油、三乙醇胺、仲胺以及二苯胍(DPG)或二鄰甲苯胍(DOTG)加入到白炭黑填充的膠料時(shí),通過(guò)色散相互作用、極性相互作用、氫鍵和酸

14、堿相互作用,它們可牢固地吸附于填料粒子表面。通常這些材料的極性或堿性基團(tuán)吸附于白炭黑表面,而極性較小或亞烷基團(tuán)則吸附于聚合物表面,因而增大了與烴類聚合物的親合力。結(jié)果,圖34 用白炭黑和炭黑填充的NR和NBR膠料的填料體積分?jǐn)?shù)與其硫化膠彈性模量之差規(guī)范化 E 的關(guān)系1 NR;2 NBR白炭黑的網(wǎng)絡(luò)化被強(qiáng)烈抑制,從而改善其在聚合物中的分散,降低膠料的粘度和硫化膠的硬度。有關(guān)動(dòng)態(tài)性能,這種改性可降低動(dòng)態(tài)模量。(42 輪 胎 工 業(yè) 2001年第21卷不充油NR過(guò)氧化物硫化膠在低應(yīng)變振幅(小于2%)和室溫下所測(cè)的E 的影響示于圖36。盡管DEG對(duì)未填充膠料的影響不大,但是增大DEG的用量導(dǎo)致白炭黑硫

15、化膠的E 急劇下降。然而,DEG主要是物理吸附于白炭黑表面,易于用溶劑從硫化膠中萃取出來(lái)。事實(shí)上,用乙醇萃取之后,白炭黑填充橡膠的E 基本上得以恢復(fù)。這個(gè)現(xiàn)象可能歸因于萃取DEG后填料網(wǎng)絡(luò)的恢復(fù)。另外,通過(guò)萃取E 的提高很大,以致于可能提供有關(guān)填料網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的某些信息。如果萃取后硫化膠的高模量與填料網(wǎng)絡(luò)的恢復(fù)有關(guān),則白炭黑聚集體間可能靠得很近,即在聚集體間可能沒(méi)有或僅有很少的橡膠,因?yàn)樵诮宦?lián)聚合物中填料聚集體在萃取后僅能移動(dòng)很短的距離形成填料網(wǎng)絡(luò)。另一個(gè)可能的解釋可能與很弱的聚合物 填料相互作用有關(guān),DEG可能作為聚合物 填料界面間的潤(rùn)滑材料,因而降低模量。然而如果是這種情況,它則不可能成為低E

16、 的主要原因,因?yàn)樵谶@種極低的應(yīng)變振幅下,不可能出現(xiàn)聚合物分子沿填料表面大面積滑動(dòng)的情況。無(wú)論如何,因?yàn)楹苋菀子萌軇┹腿』蛟诟邷叵抡舭l(fā),故通過(guò)化學(xué)品物理吸附的表面改性不可能成為優(yōu)選的方法。另外,由于聚合物 填料相互作用較弱,這種方法也很少用于高補(bǔ)強(qiáng)膠料。15 2 白炭黑表面化學(xué)改性的影響用化學(xué)改性可按使用要求改變填料表面。對(duì)橡膠制品所用填料,兩種化學(xué)品已用于表面改性:可改變表面特性的化學(xué)基團(tuán)在填料表面的接枝和可與聚合物反應(yīng)的接枝。后者通常稱為偶聯(lián)劑或雙官能偶聯(lián)劑,因?yàn)樗鼈兛商峁┨盍媳砻婧途酆衔锓肿又g的化學(xué)交聯(lián)。即使聚合物在這些接枝中沒(méi)有發(fā)生化學(xué)反應(yīng),前者有時(shí)仍稱為單官能偶聯(lián)劑。(1)用單官能

17、化學(xué)品對(duì)白炭黑的表面改性對(duì)改變白炭黑化學(xué)特性的表面化學(xué)改性的研究發(fā)現(xiàn),接枝白炭黑在不同場(chǎng)合有許多用途。根據(jù)填料網(wǎng)絡(luò)化熱力學(xué)分析可預(yù)計(jì),齊聚物或聚合物分子鏈的接枝會(huì)導(dǎo)致白炭黑表面能在性質(zhì)和強(qiáng)度方面發(fā)生很大改變,使其表面與聚合物的類似,進(jìn)而消除填料網(wǎng)絡(luò)化的驅(qū)動(dòng)力。盡管這種想法尚未實(shí)現(xiàn),但是白炭黑的一些改性可提供表面能對(duì)填料粒子在聚合物中絮凝影響的重要性的證據(jù)。通過(guò)氣相法白炭黑(Aerosil130,表面積為130m2 g-1)與甲醇和十六醇的酯化反應(yīng),Don net等人揭示出填料表面能的色散和極性分量都急劇減小。在用十六醇改性白炭黑的情況下,盡管表面極性幾乎被完全消除,產(chǎn)生一個(gè)完d全疏水表面,但是

18、其 s卻與烴聚合物和聚乙烯類似。根據(jù)懸浮體的流變性能研究了表面改性對(duì)填料網(wǎng)絡(luò)化的影響,可得到一些有關(guān)粒子網(wǎng)絡(luò)或絮凝結(jié)構(gòu)形成的信息。改性和未改性氣相法白炭黑在角鯊烯中的懸浮體,一種典型的NR液體膠料的剪切應(yīng)力( )與剪切速率增大和減小的關(guān)系曲線示于圖37。角鯊烯懸浮液的穩(wěn)態(tài)和瞬間剪切性能定性地與這種未填充流體的流變性能相區(qū)別,即使懸浮液的體積濃度低至1 28%。盡管介質(zhì)流動(dòng)符合牛頓特性,但是未改性白炭黑的分散卻由于剪切應(yīng)力隨剪切速率非線性增大顯示出非牛頓特性。另外,懸浮體還可由在很低剪切速率下的表觀屈服應(yīng)力的存在表征;在低剪切速率區(qū)外的假塑性特性由圖中曲線的曲率以及強(qiáng)度取決于固體分散相的性質(zhì)并與

19、時(shí)間有關(guān)的觸變過(guò)程的出現(xiàn)顯示圖36 用乙醇萃取對(duì)DEG用量不同的白炭黑VN2填充NR硫化膠E 的影響1;2;出。這些都符合與填料粒子相互作用強(qiáng)度有關(guān)的微觀結(jié)構(gòu)的破壞機(jī)理。這意味著在未改性白第1期 王夢(mèng)蛟 聚合物 填料和填料 填料相互作用對(duì)填充硫化膠動(dòng)態(tài)力學(xué)性能的影響(續(xù)3) 43質(zhì)表面能差異,尤其是填料聚集體間的氫鍵作用的填料 填料相互作用而形成很發(fā)達(dá)的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),導(dǎo)致膠料高粘度。施加剪切應(yīng)力時(shí),這種三維填料網(wǎng)絡(luò)部分破壞,并且這種破壞隨剪切速率增大而加強(qiáng)。表面酯化后可觀察到,因?yàn)榘滋亢谂c角鯊烯的表面能差異和填料粒子間的氫鍵作用減小,觸變過(guò)程急劇減弱。具體而言,十六烷基化白炭黑不再與很大的可逆

20、功軟化或強(qiáng)烈剪切變稀效應(yīng)有關(guān)。這是由于硅烷醇基團(tuán)的數(shù)量減少和白炭黑通過(guò)大量接枝長(zhǎng)烷基鏈覆蓋高極性表面所致。面特性可預(yù)計(jì),通過(guò)酯化使炭黑表面烷基化后由于增大了填料表面與流體母體的相似性,也可避免網(wǎng)絡(luò)形成。已發(fā)現(xiàn)將帶有長(zhǎng)烷基鏈的單官能硅烷,例如十八烷基三甲氧基硅烷(ODTMS)或十六烷基三甲氧基硅烷(HDTMS)接枝到白炭黑上也可產(chǎn)生非極性和低能量表面,因而增大與烴聚合物的相容性和親合力。當(dāng)這種改性白炭黑添加到NR里時(shí),膠料填料網(wǎng)絡(luò)化較輕,可由圖39所示的大大降低的Payne效應(yīng)表征。圖37 在角鯊烯中懸浮的白炭黑、甲醇和十六醇改性白炭黑(白炭黑 C1,白炭黑 C16)的剪切應(yīng)力與剪切速率的關(guān)系1

21、 白炭黑(體積分?jǐn)?shù)0.0128);2 白炭黑 C1(體積分?jǐn)?shù)0.0128);3 白炭黑 C16(體積分?jǐn)?shù)0.0128);4 角鯊烯圖39 填充白炭黑和HDTMS改性白炭黑NR的E 與應(yīng)變的關(guān)系(頻率5Hz,23 )1 白炭黑;2 白炭黑 HDTMSDonnet等人還報(bào)道了類似的炭黑表面改性的結(jié)果(見圖38)。盡管有類似表面積的炭黑與白炭黑角鯊烯懸浮液相比,非牛頓特性和觸變現(xiàn)象要輕得多,但是根據(jù)前面所討論的表盡管白炭黑通過(guò)單官能化學(xué)品改性會(huì)大大改善填料的微觀分散,并得到低滯后材料,但是聚合物 填料相互作用較弱會(huì)降低靜態(tài)模量和破壞性能,尤其是耐磨耗性能。(2)用雙官能化學(xué)品(偶聯(lián)劑)對(duì)白炭黑的表面

22、改性此處所謂的雙官能化學(xué)品是指能在聚合物和填料表面建立分子橋的一類化學(xué)品。這些化學(xué)品通常定義為加強(qiáng)聚合物 填料相互作用,進(jìn)而改善填充材料使用性能的偶聯(lián)劑。屬于這類偶聯(lián)劑的化學(xué)品有很多,包括鈦酸鹽基偶聯(lián)劑、鋯酸鹽基偶聯(lián)劑和其它已用于無(wú)機(jī)填料補(bǔ)強(qiáng)聚合物配方中的金屬配位化合物偶聯(lián)劑。也許無(wú)機(jī)填料,特別是白炭黑改性最重要的偶聯(lián)劑是具有通式X3-mRm(圖38 在角鯊烯中懸浮的甲醇和十六醇改性炭黑(N110 C1,N110 C16)的剪切應(yīng)力與剪切速率的關(guān)系1 N110(體積分?jǐn)?shù)0.065);2 N110 C1(體積分?jǐn)?shù)0.065);3 C;4 CH2)nY的雙官能有機(jī)硅烷類,其中X為可水解基團(tuán),例如鹵

23、素、烷氧基Y44 輪 胎 工 業(yè) 2001年第21卷合物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的官能團(tuán)。最重要的偶聯(lián)劑也可能是能與聚合物鏈有強(qiáng)烈物理作用的一類化學(xué)品。對(duì)Y基團(tuán)而言,重要的硅烷偶聯(lián)劑包括氨基、環(huán)氧基、丙烯酸鹽、乙烯基和含硫基團(tuán),例如縮硫醇、硫氰酸鹽和多硫化物。雙官能硅烷偶聯(lián)劑常含有3個(gè)X基團(tuán)(m=0),官能團(tuán)Y通常處在 位(n=3)。實(shí)際上,當(dāng)白炭黑用于烴類橡膠時(shí),最常用和最有效的偶聯(lián)劑是 巰丙基三甲氧基硅烷和商品名為Si69的雙(3 三乙氧基甲硅烷丙基 )四硫化物(TESPT)。事實(shí)上,就商業(yè)化偶聯(lián)劑而言,TESPT是能使白炭黑用于輪胎膠料,尤其是胎面膠的最常用的硅烷。應(yīng)用TESPT也是白炭黑在 綠色輪胎 膠料中成功地替代炭黑的關(guān)鍵因素。白炭黑用TESPT預(yù)改性或在現(xiàn)場(chǎng)改性,即把偶聯(lián)劑在密煉機(jī)上加到混煉膠中,TESPT的乙氧基直接或像前述的水解后與白炭黑表面的硅醇基發(fā)生反應(yīng)。在第二步中,四硫化基團(tuán)由于熱處理和/或硫黃/促進(jìn)劑體系的影響而斷裂,并在膠料混煉和硫化過(guò)程中與橡膠鏈反應(yīng)形成單、雙和多硫共價(jià)鍵。盡管在白炭黑和橡膠間引入共價(jià)鍵會(huì)加強(qiáng)導(dǎo)致體系破壞性能,尤其是耐磨耗性能大大改善的橡膠 填料相互作用,但是白炭黑用TESPT硅烷化也會(huì)因?yàn)橄率鲈蚣眲p弱填料網(wǎng)絡(luò)化趨勢(shì):降低填料表面能,包括色散和極性分量,這不僅由于高極性基團(tuán)硅醇基數(shù)量減小,而且由于形成TES