陳 慧
(江蘇愛特恩高分子材料有限公司,江蘇 常州 213164)
氧化鋅作為橡膠活化劑組分,是橡膠工業(yè)重要的原材料之一。它不僅能加快硫化速度,還能提高橡膠的熱傳導(dǎo)性能,有助于輪胎散熱[1],對(duì)膠料的交聯(lián)鍵類型、交聯(lián)密度及物理性能等具有重要影響[2]。目前,常用的氧化鋅生產(chǎn)方法有間接法、直接法及濕法,其中以間接法為主;間接法氧化鋅綜合性能最佳,環(huán)保等級(jí)最高。
研究表明[3],氧化鋅過量釋放對(duì)人體、環(huán)境,尤其是對(duì)鋅較為敏感的水生動(dòng)植物造成不良影響。因此尋找氧化鋅的替代品已是迫在眉睫。
有機(jī)鋅作為低鋅、高活性硫化活性助劑,可替代間接法氧化鋅用于輪胎及其他橡膠制品。與間接法氧化鋅相比,有機(jī)鋅具有4個(gè)重要特性:(1)鋅元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)較小,鋅污染性低;(2)重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)小,有效降低重金屬污染;(3)分散性好,特殊的大分子插層包覆結(jié)構(gòu)有利于在膠料中分散;(4)密度小,僅為間接法氧化鋅的1/2,可降低膠料體積成本。
有機(jī)鋅的微觀結(jié)構(gòu)完全不同于間接法氧化鋅。間接法氧化鋅為多個(gè)簡(jiǎn)單氧化鋅分子聚集形成實(shí)心的細(xì)小狀粉末,有效比表面積較小,硫化活性較低。有機(jī)鋅微觀結(jié)構(gòu)為核殼結(jié)構(gòu),氧化鋅納米陣列包覆生長(zhǎng)于流動(dòng)性優(yōu)良的層網(wǎng)狀金屬-有機(jī)分子框架中,從而形成的有效比表面積大幅增大,硫化活性大大增強(qiáng)。
本工作對(duì)有機(jī)鋅與間接法氧化鋅在半鋼子午線輪胎天然橡膠(NR)/丁苯橡膠(SBR)/順丁橡膠(BR)胎面膠和全鋼子午線輪胎NR胎面膠中的應(yīng)用進(jìn)行對(duì)比研究。
NR,RSS1,廣州匯豐橡膠集團(tuán)有限公司產(chǎn)品;SBR,牌號(hào)1500E,中國(guó)石油蘭州石化公司產(chǎn)品;BR,牌號(hào)9000,中國(guó)石化北京燕山分公司產(chǎn)品;炭黑220、炭黑N330和芳烴油V500,寧波漢圣化工有限公司產(chǎn)品;環(huán)烷油,山東齊魯石化工程有限公司產(chǎn)品;有機(jī)鋅,江蘇愛特恩高分子材料有限公司產(chǎn)品;間接法氧化鋅,市售品。
半鋼子午線輪胎胎面膠配方:NR/SBR/BR 50/20/30,炭黑N220 50,間接法氧化鋅或有機(jī)鋅 3,硬脂酸 2.5,防老劑4020 1,防老劑RD 1.5,防護(hù)蠟 1,芳烴油 6,硫黃 1.3,促進(jìn)劑NS 1.2。
全鋼子午線輪胎胎面膠配方:NR 100,炭黑N330 45,間接法氧化鋅或有機(jī)鋅 4,硬脂酸 2,防老劑4020 1,防老劑RD 1.5,環(huán)烷油 4,硫黃 2.5,促進(jìn)劑NS 0.7。
1.7 L密煉機(jī),捷克Buzuluk公司產(chǎn)品;XSK-160型開煉機(jī),湖州橡膠機(jī)械廠產(chǎn)品;MV2000型門尼粘度儀和MDR2BE-MY-7100型硫化儀(有轉(zhuǎn)子),美國(guó)阿爾法科技有限公司產(chǎn)品;LX-A型橡膠邵氏硬度計(jì),江都市騰達(dá)試驗(yàn)儀器廠產(chǎn)品;WGJ-2500BⅡ型電子拉力機(jī),廣西師范大學(xué)秀峰電器廠產(chǎn)品;GT-7012-A型DIN磨耗試驗(yàn)機(jī),中國(guó)臺(tái)灣高鐵檢測(cè)儀器有限公司產(chǎn)品。
膠料分兩段混煉,均在1.7 L密煉機(jī)中進(jìn)行。一段混煉轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為60 r·min-1,混煉工藝為:生膠→塑煉炭黑和小料→壓壓砣提壓砣→ 清掃→壓壓砣提壓砣→壓壓砣提壓砣→ 壓壓砣排膠(溫度為150 ℃)。二段混煉轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為40 r·min-1,混煉工藝為:一段混煉膠→硫黃和促進(jìn)劑→壓壓砣提壓砣→壓壓砣提壓砣→壓壓砣提壓砣→壓壓砣排 膠(溫度為150 ℃)。
膠料在開煉機(jī)上下片?;鞜捘z停放24 h后在平板硫化機(jī)上硫化,硫化條件為145 ℃/12 MPa×25 min。
膠料性能均按相應(yīng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試。
有機(jī)鋅和間接法氧化鋅的理化性能對(duì)比見表1。從表1可以看出:有機(jī)鋅的密度約為間接法氧化鋅的1/2,但氮吸附比表面積卻約為間接法氧化鋅的9倍,硫化活性大大提高;有機(jī)鋅的鉛、錳、銅等重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)明顯小于間接法氧化鋅,能有效降低膠料的重金屬含量。
表1 有機(jī)鋅和間接法氧化鋅的理化性能對(duì)比
有機(jī)鋅和間接法氧化鋅對(duì)半鋼/全鋼子午線輪胎胎面膠硫化特性的影響如表2所示。從表2可以看出,采用有機(jī)鋅的半鋼/全鋼子午線輪胎胎面膠與采用間接法氧化鋅的半鋼/全鋼子午線輪胎胎面膠硫化特性差異很小,表明有機(jī)鋅與間接法氧化鋅對(duì)半鋼/全鋼子午線輪胎胎面膠硫化特性的影響基本相同。
表2 有機(jī)鋅和間接法氧化鋅對(duì)半鋼/全鋼子午線輪胎胎面膠硫化特性(145 ℃)的影響
有機(jī)鋅和間接法氧化鋅對(duì)半鋼/全鋼子午線輪胎胎面膠物理性能的影響如表3所示。從表3可以看出,與采用間接法氧化鋅的半鋼/全鋼子午線輪胎胎面膠相比,采用有機(jī)鋅的半鋼/全鋼子午線輪胎胎面膠的密度、拉斷永久變形和阿克隆磨耗量略小,邵爾A型硬度、拉伸強(qiáng)度、拉斷伸長(zhǎng)率、撕裂強(qiáng)度和回彈值略大,300%定伸應(yīng)力和壓縮疲勞性能相差不大,這表明采用有機(jī)鋅的半鋼/全鋼子午線輪胎胎面膠的物理性能優(yōu)于采用間接法氧化鋅的半鋼/全鋼子午線輪胎胎面膠。
表3 有機(jī)鋅和間接法氧化鋅對(duì)半鋼/全鋼子午線輪胎胎面膠物理性能的影響
有機(jī)鋅和間接法氧化鋅對(duì)半鋼/全鋼子午線輪胎面膠耐熱老化性能的影響如表4所示。從表4可以看出,采用有機(jī)鋅的半鋼/全鋼子午線輪胎胎面膠老化后邵爾A型硬度變化與采用間接法氧化鋅的半鋼/全鋼子午線輪胎胎面膠相同,但拉伸強(qiáng)度下降率和拉斷伸長(zhǎng)下降率較小,說明采用有機(jī)鋅的半鋼/全鋼子午線輪胎胎面膠耐熱老化性能較好。
表4 有機(jī)鋅和間接法氧化鋅對(duì)半鋼/全鋼子午線輪胎胎面膠耐熱老化性能的影響
(1)有機(jī)鋅和間接法氧化鋅對(duì)半鋼/全鋼子午線輪胎胎面膠硫化特性的影響基本相同。
(2)采用有機(jī)鋅的半鋼/全鋼子午線輪胎胎面膠的物理性能和耐熱老化性能優(yōu)于采用間接法氧化鋅的半鋼/全鋼子午線輪胎胎面膠。