有机锌在橡胶中的应用-陈志宏

阅读： 评论：0

有机锌在橡胶中的应用

（北京橡胶研究院，中国橡胶工业协会 陈志宏）

    氧化锌是橡胶传统的硫化活化剂，也是某些特种橡胶的硫化剂。我国橡胶行业目前年耗量估计在20万吨左右。从环保和资源角度出发，有必要寻替代氧化锌的硫化活性剂。

常州市五洲化工有限公司研发的环保有机锌系列产品，可替代氧化锌作为橡胶的高效活性剂，普通氧化锌锌元素含量为80%，而有机锌锌元素可降低到40%以下，达到欧洲国家环保规定的要求锌含量低于40%，从而更趋近于环保，并节省重金属锌的资源。与氧化锌相比，有机锌具有密度低，硫化速度快的特点，且价格较低。

现将试验结果简介如下：

1. 在天然橡胶中的应用：

试验配方：天然橡胶 100  硬脂酸 2 炭黑N330 45 环烷烃油 4

（类载重子午胎胎面胶）促进剂NS 0.7 硫磺2.5 氧化锌或有机锌 4  合计 158.2

1.1 硫化特性

    从〈表1〉看到，Zn-80为常用间接法氧化锌，对比样，其余均为锌含量不同的有机锌。从最小的转距（ML）来看，各样品差别不大，即对混炼胶粘度影响不大，但对最大的转矩（MH）有较大影响，随Zn含量减少MH下降，而Zn 含量40%时，与普通ZnO较相近，交联密度相当硫化速度（T90）随Zn含量降低而增加，Zn-40S与Zn-80相近，Zn-24T比Zn-24S则更快。但焦烧时间（TS1·TS2·T10）都表现差别不大，即硫化速度提高了，焦烧时间基本不变，有利于安全生产。高温硫化（160℃）更为明显。

表1  有机锌在NR中的硫化特性

配方编号		Z-11	Z-12	Z-13	Z-14	Z-15
样品编号		Zn80	Zn16S	Zn-24S	Zn-24T	Zn-40S
锌含量/%		80	16	24	24	40
145℃	ML/N.M	0.84	0.84	0.85	0.81	0.82
	MH/N.M	3.77	3.09	0.43	3.39	3.62
	TS1/m:S	4:35	4:29	4:19	4:05	4：25
	TS2/m:S	5：1	4：51	4：41	4：21	4：47
	T10/m:S	5：19	4：55	4：49	4：27	5：03
	T50/m:S	7：19	6：13	6：25	5：31	6：49
	T90/m:S	13：37	9：17	10：41	8：51矿物泥浆面膜	12：31
160℃	ML/N.M	0.71	0.85	0.80	0.79	0.75
	MH/N.M	3.52	2.99	3.19	3.28	3.40
	TS1/m:S	1：57	2：01	2：00	1：56	2：03
	TS2/m:S	2：10	2：12	2：10	2：05	2：14
	T10/m:S	2：18	2：13	2：13	2：08	2：19
	T50/m:S	3：09	2：48	2：53	2：38	汽车投影3：05
	T90/m:S	5：18	3：53	4：26	3：52	5：01

1.2 有机锌在NR中的物理性能

从〈表2〉物性中看到，有机锌中随锌含量的减少，定伸应力、硬度、拉伸强度下降，伸长率增加，永久变形减少，Zn-24T比Zn-24S较优，且表现出较高的撕裂强度。

Zn-40S与Zn-80相比，各项物理性能较为接近，且表现出永久变形较小，过硫时撕裂强度较高。

表2  有机锌在NR中的物理性能

配方编号		Z-11	Z-12	Z-13	Z-14	Z-15
样品编号		Zn-80	Zn-16S	Zn-24S	Zn-24T	Zn-40S
145℃×15’	硬度/邵示A	65	57	57	63	66
	300%定伸应力/MPa	13.3	8.7	9.9	10.2	12.7
	500%定伸应力/MPa	25.2	18.8	20.4	20.8	24.4
	拉伸强度/MPa	27.9	23.7	24.7	25.7	26.5
	扯断伸长率/%	543	605	583	594	542
	永久变形/%	38	30	32	34	36
	撕裂/KN·M-1	86.2	91.7	62.1	92.2	85.3
145℃×30’	监视器安装 硬度/邵示A	65	58	58	61	64
	300%定伸应力/MPa	13.5	6.8	9.3	8.8	11.8
	500%定伸应力/MPa	24.5	14.7	19.7	18.6	23.7
	拉伸强度/MPa	25.9	18.7	23.1	23.8	25.5
	扯断伸长率/%	506	590	570	576	525
	永久变形/%	32	26	30	28	30
	撕裂/KN·M-1	66.1	24.9	38.4	105.0	72.3
145℃×60’	硬度/邵示A	66	56	56	60	60
	300%定伸应力/MPa	11.8	5.7	6.6	7.2	8.7
	500%定伸应力/MPa	23.4	13.8	15.1	15.7	18.4
	拉伸强度/MPa	24.3	17.7	17.7	20.1	21.5
	扯断伸长率/%	502	588	552	595	562
	永久变形/%	24	22	18	24	22
	突变体 撕裂/KN·M-1	45.6	19.5	57.4	59.1	72.3

2.在丁苯橡胶中的应用

试验配方：SBR1502 100 硬脂酸 2 炭黑N330 50 环烷烃油 5

（类轿车子午胎胎面胶） 促进剂NS 1.6 炭黑2.2 氧化锌或有机锌 4  合计 164.8

2.1 硫化物性

表3  有机锌在SBR中的硫化物性

配方编号		Z-16	Z-17	Z-18	Z-19	Z-20
样品编号		Zn-80	Zn-16S	Zn-24S	Zn-24T	Zn-40S
145℃	ML/N.M	1.17	1.08	1.11	1.04	1.04
	MH/N.M	4.57	4.05	4.29	4.29	4.27
	TS1/m:S	6:47	7:41	6:49	6:45	6:47
	TS2/m:S	8:01	8:47	8:07	7:55	7:53
	T10/m:S	8:47	9:17	8:47	8:31	8:33
	T50/m:S	11:41	11:45	11:25	10:51	11:13
	T90/m:S	17:33	16:45	16:17	14:59	16:51

    根据〈表3〉试验结果，在SBR中，有机锌中Zn含量对硫化特性的影响，没有在NR中那样明显，最大转矩（NH）下降较小，焦烧时间的延长和硫化速度的加快，都不是很显著，但Zn-24T比Zn-24S硫化速度较快

总的来看，Zn-40S与Zn-80的最大转矩、焦烧时间、硫化速度都十分相近。

2.2. 物理性能

在SBR中，有机锌中Zn含量减少，定伸应力略有下降，硬度变化不大，拉伸强度影响也不大。

由于该胶料伸长率偏低，有机锌比普通氧化锌表现出在胶料过硫化时和热老化后，有更高的拉伸强度。

详见〈表4〉

表4  有机锌在SBR中物理性能

配方编号		Z-16	Z-17		Z-18	Z-19	Z-20
样品编号		Zn-80	Zn-16S		Zn-24S	Zn-24T	Zn-40S
145℃×15’	硬度/邵示A	69	70		70	69	69
	100%定伸应力/MPa	-	8.0		8.7	8.4	9.1
	300%定伸应力/MPa	-	20.4		22.0	20.5	-
	拉伸强度/MPa	23.1	20.7		23.7	21.6	19.9
	扯断伸长率/%	267	298		333	295	243
	永久变形/%	12	10		10	12	12
	撕裂/KN·M-1	35.6	39.8		35.9	33.4	37.0
145℃×30’	硬度/邵示A	71	71		71	71	72
	100%定伸应力/MPa	-	8.2		9.9	10.1	10.6
	300%定伸应力/MPa	-	21.7		-	-	-
	拉伸强度/MPa	17.7	22.6		22.4	20.1	22.7
	扯断伸长率/%	175	316		270	233	265
	永久变形/%	6	12		8	10	8
	撕裂/KN·M-1	32.0	33.8		33.5	32.1	32.3
145℃×60’	硬度/邵示A	72	71		71	72	72
	100%定伸应力/MPa	-	8.4		10.4	9.6	11.5
	300%定伸应力/MPa	-	22.5		-	-	-
	拉伸强度/MPa	18.5	21.1		21.9	17.9	21.4
	扯断伸长率/%	162	276		258	198	218
	永久变形/%	4	8		8	8	6
	撕裂/KN·M-1	32.1	36.2		34.9	34.6	30.0
145℃×30’	老化后性能	100℃×48h
	硬度/邵示A	77		75	76	77		78
	100%定伸应力/MPa	7.6		5.4	5.9	5.8		6.8
	拉伸强度/MPa	16.8		19.7	17.0	16.8		18.3
	扯断伸长率/%	170		236	214	195		190
	永久变形/%	2		4	4	4		2
	撕裂/KN·M-1	22.0		25.6	26.4	22.7		20.7

2. 在乙丙橡胶中的应用

试验配方：EPDM（老化4045）100  硬脂酸 2 白炭黑 40  陶土 30

          乙二醇 2  环烷烃油 3  促进剂M 1.0  促进剂TMTD 0.5

          硫磺 2.5 氧化锌或有机锌 5 合计 186.0

3.1 硫化物性

表5  有机锌在EPDM中的硫化特性

配方编号		Z-21	Z-22	Z-23	Z-24	Z-25	Z-21-1
样品编号		Zn-80	Zn-16S	Zn-24S	Zn-24T	Zn-40S	Zn-80+Si-69 2份
160℃	ML/N.M	2.20	2.20	2.18	2.23	2.31	1.91
	MH/N.M	5.90	5.44	5.73	5.75	5.92	5.48
	TS1/m:S	2：55	2：33	2：47	2：55	2：39	2：31
	TS2/m:S	3：09	2：45	3：01	3：11	2：57	2：56
	T10/m:S	3：27	3：01	3：17	3：27 保偏光纤耦合器	3：13	3：27
	T50/m:S	8：39	6：27	8：03	7：41	8：03	7：50
	T90/m:S	36：27	23：51	35：33	31：19	34：45	19：40

  在许多浅制造中都采用了EPDM，试验配方以白炭黑为主补强填料，未加入炭黑，从〈表5〉结果看，有机锌与普通氧化锌的硫化特性在EPDM中是较为相近的。最小转矩（ML）没有差别，对胶料粘度影响不大，而随Zn含量的减少，依然表现出最大转矩（MH）的下降，但下降强度较小，Zn-40S与Zn-80基本一致。硫化速度（T90）总的比Zn-80加快。在Z-21胶料中，补加2份Si-69，硫化速度则有较快的提高。

3.2 物理性能

  见〈表6〉该胶料均达到了高硬度（75-80度），高伸长（500%～700%）的性能，但永久变形偏大。有机锌中仍表现出随Zn含量的减少，定伸应力有所下降，一定程度都反映了胶料交联密度的降低，但Zn-40S与Zn-80的定伸应力相差不大，拉伸强度也较为接近。

3. 在轮胎胶料配方中的应用

根据以上试验结果，选择了Zn-40S，等量取代间接法ZnO在轿车轮胎胎面胶，载重轮胎胎面胶和胎体胶中分别进行了对比试验，试验结果分述如下。

表6  有机锌在EPDM中的物理性能

配方编号		Z-21	Z-22	Z-23	Z-24	Z-25
样品编号		Zn-80	Zn-16S	Zn-24S	Zn-24T	Zn-40S
160℃×30’	硬度/邵示A	77	75	74	78	77
	300%定伸应力/MPa	3.9	3.1	3.5	3.4	3.7
	500%定伸应力/MPa	8.9	5.7	7.0	7.2	7.5
	拉伸强度/MPa	19.8	15.8	17.0	16.9 捕虾机电路图	17.9
	扯断伸长率/%	648	771	704	690	694
	永久变形/%	46	76	66	72	64
	撕裂/KN·M-1	32.6	32.8	32.5	32.6	32.9
160℃×40’	硬度/邵示A	78	74	76	77	78
	300%定伸应力/MPa	4.1	3.0	3.6	3.4	4.0
	500%定伸应力/MPa	9.9	5.6	7.4	7.6	9.3
	拉伸强度/MPa	19.4	16.2	18.4	18.0	19.8
	扯断伸长率/%	620	769	696	670	643
	永久变形/%	44	74	64	68	60
	撕裂/KN·M-1	32.6	33.0	33.5	33.0	32.7
160℃×60’	硬度/邵示A	82	72	77	75	79
	300%定伸应力/MPa	4.9	2.8	3.4	3.5	4.5
	500%定伸应力/MPa	13.3	5.2	6.8	7.5	11.6
	拉伸强度/MPa	16.7	16.3	17.9	17.7	13.4
	扯断伸长率/%	545	780	703	683	529
	永久变形/%	42	72	62	64	54

4.在轮胎胶料配方中的应用

根据以上试验结果，选择了Zn-40S等量取代间接法ZnO在轿车轮胎胎面胶，载重轮胎胎面胶和胎体胶中分别进行了对比试验，试验结果分述如下：

4.1 在轿车轮胎胎面胶中对比

试验配方：SBR1500  100  硬脂酸  2  有机锌或氧化锌  4  防护蜡 1.5

          防4020  1.5  防RD  1.5  炭黑N330  50  芳烃油  5

本文发布于:2023-06-03 16:41:27，感谢您对本站的认可！

本文链接：https://patent.en369.cn/patent/4/124715.html

版权声明：本站内容均来自互联网，仅供演示用，请勿用于商业和其他非法用途。如果侵犯了您的权益请与我们联系，我们将在24小时内删除。

上一篇：硅橡胶配方及硫化工艺

下一篇：12种腻子和涂料配方

标签：硫化   氧化锌   试验   有机   橡胶   胶料   配方   含量