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氧化鋅、硬脂酸、硫磺在橡膠配方中的作用!

點(diǎn)擊次數(shù):52702 更新時間:2018-02-09 14:45:45?? ??來源:http://m.highmindedu.com/ 【關(guān)閉
橡膠用氧化鋅在橡膠制品中的作用有哪些?
 
  工業(yè)生產(chǎn)的氧化鋅有50%流向橡膠工業(yè)。氧化鋅和硬脂酸作為橡膠硫化的重要反應(yīng)物,是橡膠制造的原料之一。氧化鋅和硬脂酸的混合加強(qiáng)了橡膠的硬化度。氧化鋅也是汽車輪胎的重要添加劑。除了硫化作用,氧化鋅能大大提高橡膠的熱傳導(dǎo)性能,從而有助于輪胎的散熱,保證行車安全。氧化鋅添加劑同時也阻止了霉菌生物或紫外線對橡膠的侵蝕。
 
  1、氧化鋅在橡膠輪胎行業(yè)中作用( 高級黑色及深色橡膠輪胎、子午線輪胎):提高產(chǎn)品的導(dǎo)熱性能、耐磨性能、抗撕裂性能、拉伸強(qiáng)度等項(xiàng)指標(biāo),并可節(jié)省氧化鋅用量30%左右。
 
  2、氧化鋅在橡膠制品中作用:
 
 ?、?活性氧化鋅主要用作橡膠的補(bǔ)強(qiáng)劑,以使橡膠具有良好的耐腐蝕性、抗撕裂性和彈性、伸長率。
 
 ?、?用于橡膠硫化工藝的促進(jìn)劑,是多功能橡膠配合劑,主要用于天然膠、合成膠、膠乳的硫化活性劑兼補(bǔ)強(qiáng)劑。
 
 ?、?用作硫化活性劑時,在膠料中分布均勻,與硫化氫的接觸面積大,進(jìn)行界面反應(yīng)機(jī)遇較大,再加上本活性氧化鋅產(chǎn)品有活性物質(zhì)的助催化作用,使氧化鋅轉(zhuǎn)化為硫化鋅的轉(zhuǎn)化率高。
 
 ?、?作為硫化氧化劑,其作用是提升促進(jìn)劑活性,減少促進(jìn)劑的用量,縮短硫化周期。
 
  ⑤ 能加快硫化速度,提高硫化膠的導(dǎo)熱性,使硫化更徹底。
 
 ?、?在橡膠行業(yè)中,特別是透明橡膠制品生產(chǎn)中,活性氧化鋅是極好的硫化活性劑。
 
  3、 氧化鋅在合成橡膠中作用:作活化劑,硫化促進(jìn)劑和補(bǔ)強(qiáng)劑,且有著色作用。促進(jìn)橡膠的硫化、活化和補(bǔ)強(qiáng)、防老化作用,能加強(qiáng)硫化過程,提高橡膠制品耐撕裂性、耐磨性。
 
  4、氧化鋅在天然橡膠中的作用:作硫化活化劑,促進(jìn)橡膠的硫化、活化和補(bǔ)強(qiáng)、防老化作用,能加強(qiáng)硫化過程,提高橡膠制品耐撕裂性、耐磨性。
 
  5、氧化鋅在天然乳膠中的作用:作活化劑,促進(jìn)橡膠的硫化、活化和補(bǔ)強(qiáng)、防老化作用,能加強(qiáng)硫化過程,提高橡膠制品耐撕裂性、耐磨性。
 
  6、氧化鋅在白色乳膠中的作用:作著色劑和填充劑。
 
  7、 氧化鋅在氯丁橡膠中的作用:作硫化劑及增加導(dǎo)熱性能的配合劑。
 
  8、氧化鋅在制鞋業(yè)(橡膠鞋、雨靴、橡膠手套等勞保制品)中的作用(橡膠鞋、雨靴、橡膠手套等勞保制品):提高耐磨性及防老化,延長使用壽命。
 
  9、 氧化鋅在透明橡膠及食品用橡膠制品中的作用:必不可少的無機(jī)活性劑。
 
  10、氧化鋅在透明和半透明橡膠中的作用:作硫化活性劑。
 
  11、 氧化鋅在透明或有色橡膠制品中的作用:有著碳黑等傳統(tǒng)活性劑不可替代的作用。
 
  氧化鋅在橡膠中的作用機(jī)理
 
  在硫化過程中,氧化鋅與促進(jìn)劑、硫磺、硬脂酸、橡膠大分子鏈以及相應(yīng)的中間產(chǎn)物都能發(fā)生反應(yīng),說明氧化鋅所具有的活化促進(jìn)作用復(fù)雜。但大量的試驗(yàn)結(jié)果表明,氧化鋅作為硫化活性劑,主要是對硫化過程中化學(xué)聯(lián)建的形成速度、交聯(lián)鍵類型和數(shù)量產(chǎn)生重要的影響,從而提高硫化膠的交聯(lián)程度。
 
  由于氧化鋅對電子的親和能大,吸附促進(jìn)劑的能力強(qiáng),在硬脂酸的作用下生成可溶于膠料的促進(jìn)劑鋅鹽,從而提高其溶解度,并與胺或脂肪酸形成一種鋅的絡(luò)合物,使促進(jìn)劑更加活潑。硫磺加入絡(luò)合物中,通過誘導(dǎo)活化作用形成很強(qiáng)的硫化劑。在此過程中氧化鋅粒子表面不斷地發(fā)生反應(yīng),粒徑不斷減小,并消耗氧化鋅直到膠料充分硫化。
 
  傳統(tǒng)用量5份是基于某一特定的氧化鋅粒徑而使硫化充分活化的最大用量。隨著氧化鋅粒徑的變化,其比表面積和結(jié)構(gòu)性決定著對硫化的活化作用。
 
  氧化鋅對膠料工藝性能的影響
 
  氧化鋅的基本性質(zhì)主要有粒子比表面積和結(jié)構(gòu)性,它們對橡膠加工過程產(chǎn)生較大的影響,特別是對混煉和硫化等工藝。
 
  氧化鋅在橡膠中的混入時間與其比表面積和結(jié)構(gòu)性密切相關(guān)。混煉時雖然極易混入,但分散困難或易產(chǎn)生膠料凝膠。納米氧化鋅因具有大比表面積和界面效應(yīng)等而使其高活性的表面極易凝聚、結(jié)團(tuán),這必然影響其分散性。為此,上海影東化工科技有限公司對納米氧化鋅進(jìn)行表面改性處理,以提高其在膠料中的分散性。另外,使用廠家也應(yīng)合理優(yōu)化混煉工藝,在制備母煉膠和加料順序等方面加以改進(jìn),以充分提高納米氧化鋅的分散性。以納米氧化鋅等量替代間接氧化鋅,可不同程度地提高膠料的門尼粘度和最小轉(zhuǎn)矩,說明納米氧化鋅的表面結(jié)構(gòu)增強(qiáng)了與橡膠大分子鏈的物理吸附和化學(xué)吸附作用。
 
橡膠配合中硬脂酸和氧化鋅的作用!
 
在一定程度上硬脂酸鋅可以部分代替硬脂酸和氧化鋅,但是橡膠中硬脂酸和氧化鋅不能完全反應(yīng)且都有各自的作用。
 
氧化鋅和硬脂酸在硫磺硫化體系中組成了活化體系,其主要功能如下:
 
1、活化硫化體系:
 
ZnO和SA作用生成鋅皂,提高了ZnO在橡膠中的溶解度,并與促進(jìn)劑作用形成在橡膠中溶解性良好的絡(luò)合物,活化了促進(jìn)劑和硫磺,提高了硫化效率。
 
2、提高硫化膠的交聯(lián)密度:
 
ZnO和SA生成可溶性鋅鹽,鋅鹽與交聯(lián)鍵螯合,保護(hù)了弱鍵,使硫化生成短的交聯(lián)鍵,并增加了新的交聯(lián)鍵,提高了交聯(lián)密度。
 
3、提高硫化膠的耐老化性能:
 
硫化膠在使用過程中,多硫鍵斷裂,生成的硫化氫會加速橡膠的老化,但ZnO與硫化氫作用生成硫化鋅,消耗硫化氫,減少了硫化氫對交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的催化分解;另外,ZnO能縫合斷開的硫鍵,對交聯(lián)鍵起穩(wěn)定作用。
 
4、反映機(jī)理各異:
 
在不同的硫化配合體系中,不同硫化促進(jìn)劑的作用機(jī)理有很大差別,ZnO和SA反應(yīng)形成硬脂酸鋅中間體的作用和單獨(dú)使用硬脂酸鋅的作用機(jī)理也不相同。
 
因此,在配方設(shè)計(jì)中需要根據(jù)不同的設(shè)計(jì)思路選擇合適的配合。
 
橡膠加工過程中硬脂酸的作用
 
 
化學(xué)名:十八烷酸 又稱:十八酸;十八碳烷酸;
英文名稱:Stearic acid;Octadecanoic acid
分子式:C18H36O2;CH3(CH2)16COOH
 
硬脂酸是作為輔料加入的,添加的比例很小,通常每百份橡膠添加0。5-3份的硬脂酸,但是不可或缺的。作為植物油系脂肪酸,在橡膠(輪胎)的加工過程中,按一定比例添加后,歸納起來,有以下四個方面的作用:
 
1、 軟化和增塑作用;
2、 作為外部潤滑劑;
3、 有利炭黑、白炭黑和氧化鋅的充分?jǐn)U散;
4、 和氧化鋅或堿性促進(jìn)劑反應(yīng)可促進(jìn)其活性,還是主要的硫化促進(jìn)助劑,可起到第二促進(jìn)劑的作用??墒褂不铀?。
 
它對膠料的影響較大,其作用與炭黑相反,它會顯著降低膠料粘度,改善工藝性能,可顯著提高膠料的可塑性。脂肪酸碳鏈的長短對其功效沒有影響,如月桂酸和油酸的軟化效果也很好。但油酸的不飽和度過高會干擾橡膠加工過程,油酸同時有增加橡膠老化的傾向。月桂酸的酸值很高,會大大延緩橡膠的硫化,工廠需要更改配方和調(diào)整工藝參數(shù)。受配方制約和某些參數(shù)的考慮,各家企業(yè)基本上是只用硬脂酸這個產(chǎn)品的。
 
在實(shí)際應(yīng)用中,對于采用何種規(guī)格的硬脂酸,各應(yīng)用廠家與研究機(jī)構(gòu)尚無統(tǒng)一的觀點(diǎn):關(guān)于C18含量:有認(rèn)為要用較高含量的;也有認(rèn)為可使用普通級別的。關(guān)于碘值:碘值越低越好。關(guān)于酸值:硬脂酸的酸值應(yīng)控制在相應(yīng)的合理的范圍內(nèi),此一幅度值應(yīng)越小越好。酸值含量控制在205-211是合適的。
 
國內(nèi)企業(yè)對硬脂酸作用的研究雖然不夠,但對硬脂酸的質(zhì)量要求已越來越高,尤其是隨著子午線輪胎產(chǎn)量的日益增加,為適應(yīng)各種不同路況,對輪胎質(zhì)量要求越來越嚴(yán),對各種原料(包括硬脂酸)的質(zhì)量要求也在不斷提高。對于普通斜交胎也是如此。隨著各企業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的不斷提高,企業(yè)的質(zhì)量管理體系越來越規(guī)范,對硬脂酸的質(zhì)量要求也越來越細(xì)化。在此情形下,應(yīng)當(dāng)采用規(guī)范、穩(wěn)定、量大、質(zhì)高的產(chǎn)品而不是相反。在硬脂酸各種功效尚不完全明了的情況下,采用優(yōu)質(zhì)的硬脂酸去生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)高檔的輪胎,用較好的硬脂酸做普通輪胎,既是對用戶安全的一種保證,也是企業(yè)保證質(zhì)量的前提,企業(yè)生產(chǎn)和銷售也會更加安心。
 
硫黃在橡膠配方中的作用
 
 
硫黃,是自然界中一種常見的礦物質(zhì),具有非常重要的藥用價值。但是在橡膠人的眼中,硫黃恐怕有著比入藥更重要的用處——橡膠制品中的硫化劑。硫黃與橡膠的淵源還要由“橡膠之父”查爾斯·固特異先生說起。
 
橡膠與硫黃的歷史淵源
 
橡膠作為一種古老的材料很早就為祖先所使用,那時橡膠大都只能用于黏合劑和制作防水服。因?yàn)橄鹉z有一個致命的缺點(diǎn),就是對溫度過于敏感。溫度稍高它就會變軟變粘,而且有臭味;溫度一低它就會變脆變硬。
 
1834年夏天,固特異參觀了紐約的印第安橡膠公司,他了解到橡膠的這種性質(zhì)困擾著整個橡膠工業(yè),但橡膠同時具有高彈性、可塑性、耐用、防水、絕緣等一系列優(yōu)異性質(zhì),因而固特異決心研究橡膠的改性。1839年1月固特異偶然把橡膠、氧化鉛和硫黃放在一起加熱并得到了類似皮革狀的物質(zhì)。這種物質(zhì)不像通常知道的彈性橡膠會在較高的溫度下分解。固特異經(jīng)過一系列改良,最終確信他所制備的這種物質(zhì)不會在沸點(diǎn)以下的任何溫度分解,“橡膠硫化技術(shù)”問世了。所以說正是由于固特異這個無意間的發(fā)現(xiàn),使得橡膠的性能得到改善,在固特異去世后的38年以后,為了紀(jì)念查爾斯。固特異對美國橡膠工業(yè)做出的巨大貢獻(xiàn),弗蘭克??瞬职炎约簞?chuàng)建的輪胎橡膠公司命名為——固特異,目前已是世界前三大輪胎制造商之一。
 
硫黃的分類
 
在橡膠工業(yè)中使用的硫黃有硫黃粉、不溶性硫黃、膠體硫黃、沉淀硫黃、升華硫黃、脫酸硫黃和不結(jié)晶硫黃。其中前三種比較常用。
 
硫黃粉:將硫黃塊粉碎篩選而得,是橡膠工業(yè)中使用最廣泛的一種硫黃。
 
不溶性硫黃:硫的均聚物,又稱聚合硫。其最大的優(yōu)點(diǎn)是制品不易噴霜,廣泛應(yīng)用于高檔鋼絲子午線輪胎等橡膠制品中。
 
膠體硫黃:硫黃粉或沉降硫磺與分散劑一起研磨而制成的糊狀物。主要用于乳膠制品。
 
硫黃在橡膠制品中的作用
 
傳統(tǒng)的橡膠要具有優(yōu)良的使用性能,必須要從線型大分子鏈通過交聯(lián)作用形成三維網(wǎng)絡(luò)空間結(jié)構(gòu)。交聯(lián)過程通常也被稱為橡膠的硫化,就是因?yàn)樽畛醯慕宦?lián)是用硫黃實(shí)現(xiàn)的。橡膠經(jīng)過硫化之后,隨著結(jié)構(gòu)發(fā)生改變,性能也發(fā)生了變化:橡膠受熱不再流動,不再溶于它的良溶劑,模量和硬度提高,力學(xué)性能提高,耐老化性能和化學(xué)穩(wěn)定性提高。因此說,只有發(fā)現(xiàn)硫黃了之后,橡膠才成為了一種性能優(yōu)良、應(yīng)用廣泛的高分子材料。
 
當(dāng)然,硫黃在橡膠中形成硫化網(wǎng)絡(luò)還需要配合活性劑、促進(jìn)劑等其他配合劑才能組成完整的硫化體系,而且隨著橡膠工業(yè)的發(fā)展,人們對橡膠制品的性能提出了更高的要求,因此,硫黃的種類和替代品也在逐漸被研制和生產(chǎn)中。
 
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