氧化鋅、硬脂酸、硫磺在橡膠配方中的作用！
發(fā)布時間：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物，是橡膠制造的原料之一。氧化鋅和硬脂酸的混合加強了橡膠的硬化度。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。氧化鋅添加劑同時也阻止了霉菌生物或紫外線對橡膠的侵蝕。
1、氧化鋅在橡膠輪胎行業(yè)中作用（ 高級黑色及深色橡膠輪胎、子午線輪胎）：提高產(chǎn)品的導熱性能、耐磨性能、抗撕裂性能、拉伸強度等項指標，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強劑，以使橡膠具有良好的耐腐蝕性、抗撕裂性和彈性、伸長率。
② 用于橡膠硫化工藝的促進劑，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強劑。
③ 用作硫化活性劑時，在膠料中分布均勻，與硫化氫的接觸面積大，進行界面反應機遇較大，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，其作用是提升促進劑活性，減少促進劑的用量，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，硫化促進劑和補強劑，且有著色作用。促進橡膠的硫化、活化和補強、防老化作用，能加強硫化過程，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，促進橡膠的硫化、活化和補強、防老化作用，能加強硫化過程，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，促進橡膠的硫化、活化和補強、防老化作用，能加強硫化過程，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理
在硫化過程中，氧化鋅與促進劑、硫磺、硬脂酸、橡膠大分子鏈以及相應的中間產(chǎn)物都能發(fā)生反應，說明氧化鋅所具有的活化促進作用復雜。但大量的試驗結(jié)果表明，氧化鋅作為硫化活性劑，主要是對硫化過程中化學聯(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。
由于氧化鋅對電子的親和能大，吸附促進劑的能力強，在硬脂酸的作用下生成可溶于膠料的促進劑鋅鹽，從而提高其溶解度，并與胺或脂肪酸形成一種鋅的絡合物，使促進劑更加活潑。硫磺加入絡合物中，通過誘導活化作用形成很強的硫化劑。在此過程中氧化鋅粒子表面不斷地發(fā)生反應，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)性決定著對硫化的活化作用。
氧化鋅對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，它們對橡膠加工過程產(chǎn)生較大的影響，特別是對混煉和硫化等工藝。
氧化鋅在橡膠中的混入時間與其比表面積和結(jié)構(gòu)性密切相關。混煉時雖然極易混入，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等而使其高活性的表面極易凝聚、結(jié)團，這必然影響其分散性。為此，上海影東化工科技有限公司對納米氧化鋅進行表面改性處理，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，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)增強了與橡膠大分子鏈的物理吸附和化學吸附作用。
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，并與促進劑作用形成在橡膠中溶解性良好的絡合物，活化了促進劑和硫磺，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，減少了硫化氫對交聯(lián)網(wǎng)絡的催化分解；另外，ZnO能縫合斷開的硫鍵，對交聯(lián)鍵起穩(wěn)定作用。
4、反映機理各異：
在不同的硫化配合體系中，不同硫化促進劑的作用機理有很大差別，ZnO和SA反應形成硬脂酸鋅中間體的作用和單獨使用硬脂酸鋅的作用機理也不相同。
因此，在配方設計中需要根據(jù)不同的設計思路選擇合適的配合。
橡膠加工過程中硬脂酸的作用
化學名：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，有以下四個方面的作用：
1、 軟化和增塑作用；
2、 作為外部潤滑劑；
3、 有利炭黑、白炭黑和氧化鋅的充分擴散；
4、 和氧化鋅或堿性促進劑反應可促進其活性，還是主要的硫化促進助劑，可起到第二促進劑的作用。可使硬化加速。
它對膠料的影響較大，其作用與炭黑相反，它會顯著降低膠料粘度，改善工藝性能，可顯著提高膠料的可塑性。脂肪酸碳鏈的長短對其功效沒有影響，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干擾橡膠加工過程，油酸同時有增加橡膠老化的傾向。月桂酸的酸值很高，會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產(chǎn)品的。
在實際應用中，對于采用何種規(guī)格的硬脂酸，各應用廠家與研究機構(gòu)尚無統(tǒng)一的觀點：關于C18含量：有認為要用較高含量的；也有認為可使用普通級別的。關于碘值：碘值越低越好。關于酸值：硬脂酸的酸值應控制在相應的合理的范圍內(nèi)，此一幅度值應越小越好。酸值含量控制在205－211是合適的。
國內(nèi)企業(yè)對硬脂酸作用的研究雖然不夠，但對硬脂酸的質(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，為適應各種不同路況，對輪胎質(zhì)量要求越來越嚴，對各種原料（包括硬脂酸）的質(zhì)量要求也在不斷提高。對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，對硬脂酸的質(zhì)量要求也越來越細化。在此情形下，應當采用規(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，那時橡膠大都只能用于黏合劑和制作防水服。因為橡膠有一個致命的缺點，就是對溫度過于敏感。溫度稍高它就會變軟變粘，而且有臭味；溫度一低它就會變脆變硬。
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)困擾著整個橡膠工業(yè)，但橡膠同時具有高彈性、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)不會在沸點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，為了紀念查爾斯。固特異對美國橡膠工業(yè)做出的巨大貢獻，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)點是制品不易噴霜，廣泛應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，就是因為最初的交聯(lián)是用硫黃實現(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，不再溶于它的良溶劑，模量和硬度提高，力學性能提高，耐老化性能和化學穩(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、應用廣泛的高分子材料。
當然，硫黃在橡膠中形成硫化網(wǎng)絡還需要配合活性劑、促進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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