氧化鋅、硬脂酸、硫磺在橡膠配方中的作用！
發(fā)布時(shí)間：2018-04-13 23:38 作者：氧化鋅
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(shí)也阻止了霉菌生物或紫外線對(duì)橡膠的侵蝕。
1、氧化鋅在橡膠輪胎行業(yè)中作用（ 高級(jí)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：
① 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(zhǎng)率。
② 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。
③ 用作硫化活性劑時(shí)，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。
④ 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。
⑥ 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(zhǎng)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(duì)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(duì)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(duì)硫化的活化作用。
氧化鋅對(duì)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(duì)橡膠加工過程產(chǎn)生較大的影響，特別是對(duì)混煉和硫化等工藝。
氧化鋅在橡膠中的混入時(shí)間與其比表面積和結(jié)構(gòu)性密切相關(guān)。混煉時(shí)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(duì)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(huì)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(duì)交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的催化分解；另外，ZnO能縫合斷開的硫鍵，對(duì)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(gè)方面的作用：
1、 軟化和增塑作用；
2、 作為外部潤(rùn)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。可使硬化加速。
它對(duì)膠料的影響較大，其作用與炭黑相反，它會(huì)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(zhǎng)短對(duì)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(huì)干擾橡膠加工過程，油酸同時(shí)有增加橡膠老化的傾向。月桂酸的酸值很高，會(huì)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(gè)產(chǎn)品的。
在實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)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(jí)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(duì)硬脂酸作用的研究雖然不夠，但對(duì)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(duì)輪胎質(zhì)量要求越來越嚴(yán)，對(duì)各種原料（包括硬脂酸）的質(zhì)量要求也在不斷提高。對(duì)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(duì)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(duì)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(huì)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(jià)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(shí)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(gè)致命的缺點(diǎn)，就是對(duì)溫度過于敏感。溫度稍高它就會(huì)變軟變粘，而且有臭味；溫度一低它就會(huì)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(gè)橡膠工業(yè)，但橡膠同時(shí)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(huì)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(huì)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(gè)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(duì)美國橡膠工業(yè)做出的巨大貢獻(xiàn)，弗蘭克。克伯林把自己創(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(dòng)，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(duì)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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