轮胎橡胶工业中,广泛采用白炭黑来提高轮胎性能,以达到节能环保的目的。白炭黑补强丁苯橡胶是近年来高性能子午线轮胎制造领域的热点之一,但白炭黑较强的表面极性及较差的分散性,影响了白炭黑补强丁苯橡胶性能的提高。因此通过表面改性来提高白炭黑在橡胶中的分散程度,增加白炭黑与丁苯橡胶的相互作用力,获得更好的胶料加工性能、硫化性能及使用性能,对于制备高性能轮胎(“绿色轮胎”)具有重要的现实意义。采用反气相色谱(IGC)技术可以有效研究填料表面物理化学性质、填料与聚合物之间界面相互作用情况,为设计复合材料界面提供有效的实验数据,已成为表征填料表面性质的有效工具。本文以沉淀法白炭黑为研究对象,将不同的硅烷偶联剂分别采用液相法及原位法对白炭黑进行了表面改性,制备了多种类型的改性白炭黑,并将其应用于丁苯橡胶,考察不同的改性方法和不同改性剂对橡胶的硫化特性、加工流变性能、力学性能、耐磨耐压缩性能等方面的影响,并用IGC对改性的白炭黑的表面物理性质进行了测定,考察其对丁苯橡胶补强性能的作用关系,本论文研究进展与成果主要包括以下几个方面:(1)使用硅烷偶联剂Si69、KH580和Silane-M对白炭黑进行了液相法的接枝改性和原位法改性,并应用于丁苯橡胶中。对比液相法和原位法改性的白炭黑,液相改性白炭黑应用于丁苯橡胶中时,Payne效应要比原位改性的小,对提高橡胶综合力学性能的效果也要比原位改性好。对比三种硅烷偶联剂对白炭黑的改性效果,使用Silane-M-mSiO2填充的丁苯橡胶的力学性能较好。而与Si69-m-SiO2相比,KH580-m-SiO2填充的丁苯橡胶的磨耗性能和耐压缩性能较好。(2)采用分步法将硅烷偶联剂NQ54及2-硫醇基苯并噻唑(促进剂M)接枝到白炭黑表面,制备了一种功能化改性白炭黑。通过红外光谱、拉曼光谱、TGA、元素分析表征并探讨了反应条件对接枝效果的影响。反应温度为100℃、反应时间48小时的条件下,促进剂M的接枝率可达到9.85wt%。将促M接枝改性的SiO2应用于丁苯橡胶中,发现其能够缩短胶料的正硫化时间Tc90,且随着接枝率的提高,材料的拉伸强度和撕裂强度有较大幅度的提高,拉伸强度最高提升了81.3%,而阿克隆磨耗体积最大降低了47.7%,压缩生热最大降低了42.8%。另外,接枝率的提高有利于降低材料的滚动阻力,最高可降低19.5%。(3)对未改性的白炭黑和功能化改性白炭黑分别进行了反气相色谱研究,测定了吸附自由能、表面能色散分量及极性分量等物理性质。相对于未改性的白炭黑,功能化改性白炭黑对非极性分子的吸附自由能-?升高,而对极性分子的-?则降低。另外功能化改性白炭黑表面能的色散分量比未改性的白炭黑高,而极性分量则要比未改性的白炭黑低,说明经过改性使白炭黑的表面极性降低,并在降低填料间的相互作用力的同时,能增强其与橡胶的相互作用力。