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氧化锌、硬脂酸、硫磺在橡胶配方中的作用!
发布时间:2018-02-09 22:45 发布人:氧化锌 点击:
 
橡胶用氧化锌在橡胶制品中的作用有哪些?
 
  工业生产的氧化锌有50%流向橡胶工业。氧化锌和硬脂酸作为橡胶硫化的重要反应物,是橡胶制造的原料之一。氧化锌和硬脂酸的混合加强了橡胶的硬化度。氧化锌也是汽车轮胎的重要添加剂。除了硫化作用,氧化锌能大大提高橡胶的热传导性能,从而有助于轮胎的散热,保证行车安全。氧化锌添加剂同时也阻止了霉菌生物或紫外线对橡胶的侵蚀。
 
  1、氧化锌在橡胶轮胎行业中作用( 高级黑色及深色橡胶轮胎、子午线轮胎):提高产品的导热性能、耐磨性能、抗撕裂性能、拉伸强度等项指标,并可节省氧化锌用量30%左右。
 
  2、氧化锌在橡胶制品中作用:
 
  ① 活性氧化锌主要用作橡胶的补强剂,以使橡胶具有良好的耐腐蚀性、抗撕裂性和弹性、伸长率。
 
  ② 用于橡胶硫化工艺的促进剂,是多功能橡胶配合剂,主要用于天然胶、合成胶、胶乳的硫化活性剂兼补强剂。
 
  ③ 用作硫化活性剂时,在胶料中分布均匀,与硫化氢的接触面积大,进行界面反应机遇较大,再加上本活性氧化锌产品有活性物质的助催化作用,使氧化锌转化为硫化锌的转化率高。
 
  ④ 作为硫化氧化剂,其作用是提升促进剂活性,减少促进剂的用量,缩短硫化周期。
 
  ⑤ 能加快硫化速度,提高硫化胶的导热性,使硫化更彻底。
 
  ⑥ 在橡胶行业中,特别是透明橡胶制品生产中,活性氧化锌是极好的硫化活性剂。
 
  3、 氧化锌在合成橡胶中作用:作活化剂,硫化促进剂和补强剂,且有着色作用。促进橡胶的硫化、活化和补强、防老化作用,能加强硫化过程,提高橡胶制品耐撕裂性、耐磨性。
 
  4、氧化锌在天然橡胶中的作用:作硫化活化剂,促进橡胶的硫化、活化和补强、防老化作用,能加强硫化过程,提高橡胶制品耐撕裂性、耐磨性。
 
  5、氧化锌在天然乳胶中的作用:作活化剂,促进橡胶的硫化、活化和补强、防老化作用,能加强硫化过程,提高橡胶制品耐撕裂性、耐磨性。
 
  6、氧化锌在白色乳胶中的作用:作着色剂和填充剂。
 
  7、 氧化锌在氯丁橡胶中的作用:作硫化剂及增加导热性能的配合剂。
 
  8、氧化锌在制鞋业(橡胶鞋、雨靴、橡胶手套等劳保制品)中的作用(橡胶鞋、雨靴、橡胶手套等劳保制品):提高耐磨性及防老化,延长使用寿命。
 
  9、 氧化锌在透明橡胶及食品用橡胶制品中的作用:必不可少的无机活性剂。
 
  10、氧化锌在透明和半透明橡胶中的作用:作硫化活性剂。
 
  11、 氧化锌在透明或有色橡胶制品中的作用:有着碳黑等传统活性剂不可替代的作用。
 
  氧化锌在橡胶中的作用机理
 
  在硫化过程中,氧化锌与促进剂、硫磺、硬脂酸、橡胶大分子链以及相应的中间产物都能发生反应,说明氧化锌所具有的活化促进作用复杂。但大量的试验结果表明,氧化锌作为硫化活性剂,主要是对硫化过程中化学联建的形成速度、交联键类型和数量产生重要的影响,从而提高硫化胶的交联程度。
 
  由于氧化锌对电子的亲和能大,吸附促进剂的能力强,在硬脂酸的作用下生成可溶于胶料的促进剂锌盐,从而提高其溶解度,并与胺或脂肪酸形成一种锌的络合物,使促进剂更加活泼。硫磺加入络合物中,通过诱导活化作用形成很强的硫化剂。在此过程中氧化锌粒子表面不断地发生反应,粒径不断减小,并消耗氧化锌直到胶料充分硫化。
 
  传统用量5份是基于某一特定的氧化锌粒径而使硫化充分活化的最大用量。随着氧化锌粒径的变化,其比表面积和结构性决定着对硫化的活化作用。
 
  氧化锌对胶料工艺性能的影响
 
  氧化锌的基本性质主要有粒子比表面积和结构性,它们对橡胶加工过程产生较大的影响,特别是对混炼和硫化等工艺。
 
  氧化锌在橡胶中的混入时间与其比表面积和结构性密切相关。混炼时虽然极易混入,但分散困难或易产生胶料凝胶。纳米氧化锌因具有大比表面积和界面效应等而使其高活性的表面极易凝聚、结团,这必然影响其分散性。为此,上海影东化工科技有限公司对纳米氧化锌进行表面改性处理,以提高其在胶料中的分散性。另外,使用厂家也应合理优化混炼工艺,在制备母炼胶和加料顺序等方面加以改进,以充分提高纳米氧化锌的分散性。以纳米氧化锌等量替代间接氧化锌,可不同程度地提高胶料的门尼粘度和最小转矩,说明纳米氧化锌的表面结构增强了与橡胶大分子链的物理吸附和化学吸附作用。
 
橡胶配合中硬脂酸和氧化锌的作用!
 
在一定程度上硬脂酸锌可以部分代替硬脂酸和氧化锌,但是橡胶中硬脂酸和氧化锌不能完全反应且都有各自的作用。
 
氧化锌和硬脂酸在硫磺硫化体系中组成了活化体系,其主要功能如下:
 
1、活化硫化体系:
 
ZnO和SA作用生成锌皂,提高了ZnO在橡胶中的溶解度,并与促进剂作用形成在橡胶中溶解性良好的络合物,活化了促进剂和硫磺,提高了硫化效率。
 
2、提高硫化胶的交联密度:
 
ZnO和SA生成可溶性锌盐,锌盐与交联键螯合,保护了弱键,使硫化生成短的交联键,并增加了新的交联键,提高了交联密度。
 
3、提高硫化胶的耐老化性能:
 
硫化胶在使用过程中,多硫键断裂,生成的硫化氢会加速橡胶的老化,但ZnO与硫化氢作用生成硫化锌,消耗硫化氢,减少了硫化氢对交联网络的催化分解;另外,ZnO能缝合断开的硫键,对交联键起稳定作用。
 
4、反映机理各异:
 
在不同的硫化配合体系中,不同硫化促进剂的作用机理有很大差别,ZnO和SA反应形成硬脂酸锌中间体的作用和单独使用硬脂酸锌的作用机理也不相同。
 
因此,在配方设计中需要根据不同的设计思路选择合适的配合。
 
橡胶加工过程中硬脂酸的作用
 
 
化学名:十八烷酸 又称:十八酸;十八碳烷酸;
英文名称:Stearic acid;Octadecanoic acid
分子式:C18H36O2;CH3(CH2)16COOH
 
硬脂酸是作为辅料加入的,添加的比例很小,通常每百份橡胶添加0。5-3份的硬脂酸,但是不可或缺的。作为植物油系脂肪酸,在橡胶(轮胎)的加工过程中,按一定比例添加后,归纳起来,有以下四个方面的作用:
 
1、 软化和增塑作用;
2、 作为外部润滑剂;
3、 有利炭黑、白炭黑和氧化锌的充分扩散;
4、 和氧化锌或碱性促进剂反应可促进其活性,还是主要的硫化促进助剂,可起到第二促进剂的作用。可使硬化加速。
 
它对胶料的影响较大,其作用与炭黑相反,它会显著降低胶料粘度,改善工艺性能,可显著提高胶料的可塑性。脂肪酸碳链的长短对其功效没有影响,如月桂酸和油酸的软化效果也很好。但油酸的不饱和度过高会干扰橡胶加工过程,油酸同时有增加橡胶老化的倾向。月桂酸的酸值很高,会大大延缓橡胶的硫化,工厂需要更改配方和调整工艺参数。受配方制约和某些参数的考虑,各家企业基本上是只用硬脂酸这个产品的。
 
在实际应用中,对于采用何种规格的硬脂酸,各应用厂家与研究机构尚无统一的观点:关于C18含量:有认为要用较高含量的;也有认为可使用普通级别的。关于碘值:碘值越低越好。关于酸值:硬脂酸的酸值应控制在相应的合理的范围内,此一幅度值应越小越好。酸值含量控制在205-211是合适的。
 
国内企业对硬脂酸作用的研究虽然不够,但对硬脂酸的质量要求已越来越高,尤其是随着子午线轮胎产量的日益增加,为适应各种不同路况,对轮胎质量要求越来越严,对各种原料(包括硬脂酸)的质量要求也在不断提高。对于普通斜交胎也是如此。随着各企业生产技术的不断提高,企业的质量管理体系越来越规范,对硬脂酸的质量要求也越来越细化。在此情形下,应当采用规范、稳定、量大、质高的产品而不是相反。在硬脂酸各种功效尚不完全明了的情况下,采用优质的硬脂酸去生产优质高档的轮胎,用较好的硬脂酸做普通轮胎,既是对用户安全的一种保证,也是企业保证质量的前提,企业生产和销售也会更加安心。
 
硫黄在橡胶配方中的作用
 
 
硫黄,是自然界中一种常见的矿物质,具有非常重要的药用价值。但是在橡胶人的眼中,硫黄恐怕有着比入药更重要的用处——橡胶制品中的硫化剂。硫黄与橡胶的渊源还要由“橡胶之父”查尔斯·固特异先生说起。
 
橡胶与硫黄的历史渊源
 
橡胶作为一种古老的材料很早就为祖先所使用,那时橡胶大都只能用于黏合剂和制作防水服。因为橡胶有一个致命的缺点,就是对温度过于敏感。温度稍高它就会变软变粘,而且有臭味;温度一低它就会变脆变硬。
 
1834年夏天,固特异参观了纽约的印第安橡胶公司,他了解到橡胶的这种性质困扰着整个橡胶工业,但橡胶同时具有高弹性、可塑性、耐用、防水、绝缘等一系列优异性质,因而固特异决心研究橡胶的改性。1839年1月固特异偶然把橡胶、氧化铅和硫黄放在一起加热并得到了类似皮革状的物质。这种物质不像通常知道的弹性橡胶会在较高的温度下分解。固特异经过一系列改良,最终确信他所制备的这种物质不会在沸点以下的任何温度分解,“橡胶硫化技术”问世了。所以说正是由于固特异这个无意间的发现,使得橡胶的性能得到改善,在固特异去世后的38年以后,为了纪念查尔斯。固特异对美国橡胶工业做出的巨大贡献,弗兰克。克伯林把自己创建的轮胎橡胶公司命名为——固特异,目前已是世界前三大轮胎制造商之一。
 
硫黄的分类
 
在橡胶工业中使用的硫黄有硫黄粉、不溶性硫黄、胶体硫黄、沉淀硫黄、升华硫黄、脱酸硫黄和不结晶硫黄。其中前三种比较常用。
 
硫黄粉:将硫黄块粉碎筛选而得,是橡胶工业中使用最广泛的一种硫黄。
 
不溶性硫黄:硫的均聚物,又称聚合硫。其最大的优点是制品不易喷霜,广泛应用于高档钢丝子午线轮胎等橡胶制品中。
 
胶体硫黄:硫黄粉或沉降硫磺与分散剂一起研磨而制成的糊状物。主要用于乳胶制品。
 
硫黄在橡胶制品中的作用
 
传统的橡胶要具有优良的使用性能,必须要从线型大分子链通过交联作用形成三维网络空间结构。交联过程通常也被称为橡胶的硫化,就是因为最初的交联是用硫黄实现的。橡胶经过硫化之后,随着结构发生改变,性能也发生了变化:橡胶受热不再流动,不再溶于它的良溶剂,模量和硬度提高,力学性能提高,耐老化性能和化学稳定性提高。因此说,只有发现硫黄了之后,橡胶才成为了一种性能优良、应用广泛的高分子材料。
 
当然,硫黄在橡胶中形成硫化网络还需要配合活性剂、促进剂等其他配合剂才能组成完整的硫化体系,而且随着橡胶工业的发展,人们对橡胶制品的性能提出了更高的要求,因此,硫黄的种类和替代品也在逐渐被研制和生产中。