胶料中氧化锌减量研究

0　前言

       氧化锌作为橡胶硫化活化剂,因其功能全而得到广泛应用。到目前为止,氧化锌仍是xx橡胶硫黄硫化{zh0}的活化剂。氧化锌、硬脂酸、硫黄和促进剂一起组成了硫化体系,氧化锌和硬脂酸会形成硬脂酸锌,能与促进剂一起加速硫黄硫化,如果单独使用硫黄,硫化过程会很长。

       不过,在橡胶制品生产、处理和回收等环节中,锌的释放会对环境、人体健康,尤其对水生生物造成不利影响。橡胶工业生产的新趋势是在制品中减少锌的含量,并寻找可能的替代物。研究中采用金属氧化物或金属复合物代替氧化锌,在胶料配方中进行了氧化锌减量研究,对硫化胶的流变行为和物理性能进行了评述:使用氧化镁或硬脂酸镁作为xx橡胶配方中的活化剂是可行的。

1　配方和胶料

1.1　纯胶配方

       xx橡胶硫黄硫化的典型配方中含有5份氧化锌。研究中用5份氧化锌的纯胶配方作为参比配方。首先考察了金属氧化物———氧化镁作为纯胶配方活化剂的有效性,配方中不加氧化锌,而加氧化镁,其量从1份到5份不定。用同样的方式试验硬脂酸镁来确定其适宜的用量。配方见表1。
   

    　在xx橡胶胶料配方中要减少氧化锌的含量,就要将氧化锌减量与使用氧化镁结合起来考虑,用5份氧化锌的配方作为空白参比配方。即氧化锌减量至3份、2份和1份,同时将氧化镁的量从1份变化到5份,见表2。

        硬脂酸镁与氧化锌并用的配方也以同样的方式进行试验,配方见表3。

1.2　炭黑填充胶料

       在有炭黑填充的配方中,氧化锌用量减至2份,使用50份N110炭黑。硬脂酸镁和氧化镁从1份变量到2份。配方见表4

      胶料在12″×6″的两辊开炼机上进行混炼,温度保持在70℃,每批胶料混炼时间为10 min。

1.3　试验方法

         用单速转动的门尼粘度计测定胶料门尼粘度和门尼焦烧。使用孟山都流变仪测定硫化特性,如硫化时间(t90)、焦烧时间(ts2)、最小转矩(Ml)和{zd0}转矩(Mh)。物理试验用160℃硫化试片。

2　结果和讨论

2.1　流变特性研究

       用MDR2000流变仪在160℃下测定胶料的流变特性,图1和图2为不加氧化锌而使用氧化镁和硬脂酸镁的流变曲线。从试验结果得知,使用氧化镁和硬脂酸镁的胶料与空白参比胶料在流变特性上存在很大差异,这会影响胶料的物理性能。试验指出,无论是氧化镁或硬脂酸镁单独使用时,都不能象氧化锌那样起到硫黄硫化活化剂的作用。从试验结果来看,在胶料配方中xx代替氧化锌几乎是不可能的。

　
       研究中将氧化锌减量与使用氧化镁结合起来考虑,同样,也研究了氧化锌和硬脂酸镁并用的情况。图3~图8列示了使用氧化锌和氧化镁以及硬脂酸镁的胶料的流变仪曲线。
　    从流变仪曲线得知,与空白参比胶料相比,氧化锌和氧化镁并用的胶料硫化的较低程度即有较低的MH({zd0}转矩)。不过,使用氧化锌和硬脂酸镁的胶料呈现出与空白参比胶料更相似的硫化速率和硫化状态。氧化锌用量减至3份和2份,其硫化行为有轻微不同。这就是说,将氧化锌和硬脂酸镁并用的胶料比氧化锌和氧化镁并用的胶料具有较高的模量。



      

      氧化锌用量减至2份的炭黑填充胶料的硫化特性见表5。随着硬脂酸镁用量的增加,{zd0}转矩没有明显的改变。氧化镁场合也是这样,{zd0}转矩无明显改变,而这两者与氧化锌并用,硫化时间相似

　2.2　物理性能

氧化锌和氧化镁并用对拉伸强度影响见图9~图11。

       从试验结果得知,当氧化锌减量使用时,氧化镁用量在1份到3份之间变化,拉伸强度和扯断伸长率性能得到改善。但是,定伸应力有所下降,使用1份氧化锌和1份氧化镁,拉伸强度高达28 MPa,扯断伸长率达到790%,但是{bfb}定伸应力有轻微下降,只达到0.7 MPa,300%定伸应力为1.6 MPa。

       图12~图14显示了将氧化锌和硬脂酸镁并用的硫化胶的拉伸强度性能。与前述使用氧化锌和氧化镁的胶料不同,使用氧化锌和硬脂酸镁的硫化胶拉伸强度有所提高,定伸应力没有下降。研究结果表明,当氧化锌减至2份,而硬脂酸镁用到1份到2份时,拉伸强度获得改善,而扯断伸长率和定伸应力与空白参比胶料相当,使用2份氧化锌和1份硬脂酸镁的硫化胶的拉伸强度达到27 MPa,扯断伸长率达到680%,{bfb}定伸应力为0.9 MPa,300%定伸应力为2.1 MPa。

        氧化镁或硬脂酸镁与氧化锌并用的炭黑胶料物理性能列于表6。

        使用2份氧化锌和1份的硬脂酸镁的胶料,其拉伸强度、硬度与空白参比胶料的相当,而扯断伸长率和回弹率稍有提高。另外,含2份氧化锌和1份氧化镁的胶料的性能明显下降。

3　结论

xx橡胶配方中氧化锌的含量可以降低。