胶粉改性丁苯橡胶的制备与性能

韩 林,宗荣锋,王 浩,鄢国平

(绿色化工过程省部共建教育部重点实验室,武汉工程大学材料科学与工程学院,湖北 武汉 430074)

0 引 言

丁苯橡胶(SBR)是丁二烯与苯乙烯的无规共聚物,是最大的通用合成橡胶品种,也是最早实现工业化生产的橡胶之一[1].其原生胶是浅黄褐色弹性固体,密度随苯乙烯含量的增加而变大,耐油性差,但介电性能较好.原生胶抗拉强度只有20～35千克力/平方厘米,加入炭黑补强后,抗拉强度可达250～280千克力/平方厘米.其物理机构性能,加工性能及制品的使用性能接近于天然橡胶,有些性能如耐磨性﹑耐自然老化性﹑耐水性﹑气密性、耐热、耐硫化速度等较天然橡胶更为优良.可与天然橡胶及多种合成橡胶并用,广泛用于轮胎、胶带、胶管、电线电缆、医疗器具及各种橡胶制品等领域[2].

随着人类对橡胶制品的需求日益增长,废旧橡胶造成的污染问题亦越来越突出,橡胶的回收与利用的研究越来越受到各国的重视[3-7].废旧橡胶的大量产生,给环境和我国的可持续发展战略带来了很大的挑战.我国有关部委也积极提倡以生产精细橡胶粉的方法来综合利用废旧橡胶并解决这一环保问题.而且国家制订了有关法律和政策来减少废橡胶的产生和鼓励开展废橡胶的利用.比如1995年10月全国人大通过了《固体废弃物污染环境防治法》；在国务院编制的《中国21世纪议程》中,把废橡胶综合利用与资源化技术列入中国可持续发展战略等.

将原生橡胶与胶粉掺用制造橡胶制品,是一种较早胶粉应用的方法.胶粉和再生胶一样,可以代替部分原生橡胶或作为轻量填充剂应用[8].一般情况下,在原生橡胶中掺用胶粉时,硫化橡胶物理性能随用量的增加而降低.一般少量掺用胶粉时对物理性能影响不大.如果大量掺用,耐磨性将降低,并容易发生龟裂、断裂等问题.胶粉的粒度愈小,拉伸强度、伸长率等物理性能降低程度愈小.而生热、磨耗、硬度等动态特性的变化与粒径无关,仅与配方量有关.另外掺用胶粉的粒径必须在350 μm以下[9].

本研究以丁苯橡胶(SBR)为基体材料,制备废旧橡胶粉(WRP)改性丁苯橡胶材料.研究羟基、马来酸酐、双键、有机硅氧烷等不同改性剂改性的胶粉,以及未改性废旧胶粉对丁苯橡胶综合物理性能的影响.

1 实验部分

1.1 主要原料

废旧胶粉(WRP,粒径为0.200和0.125 mm),天门天德环保材料科技有限公司.丁苯橡胶(SBR1502),吉林石化.炭黑N550、N774,卡博特.氧化锌(ZnO),硫(S);羟基、马来酸酐、双键、有机硅氧烷改性剂改性的废旧胶粉(粒径0.200 mm)按照文献制备[10-13].

1.2 实验设备

深圳高品拉力仪,邵氏A型手压硬度计,开放式炼胶机(广州飞力橡胶设备有限公司).

1.3 制备工艺

将丁苯橡胶(SBR)、改性或未改性胶粉、助剂等按配方称量后在开炼机上混炼,各种物料添加完毕,采用打三角包等方式混匀,出料.放置24 h后模压、硫化.再用裁刀做成标准样条,最后进行各种性能的测试.试验配方:SBR 100 g;胶粉50 g或75 g;S 1.6 g;炭黑70 g;ZnO 5 g;其他助剂7.8 g.分别用未改性废旧胶粉(WRP)、羟基、马来酸酐、双键、有机硅氧烷改性剂改性的胶粉与丁苯橡胶进行硫化加工制备一系列的胶粉改性丁苯橡胶材料.并对比研究了五种改性丁苯橡胶的各种物理性能.

1.4 性能测试

邵氏硬度按照GB/T 531-1999测试;断裂伸长率、拉伸强度按GB/T 528-1998测试,实验速度500 mm/min;撕裂强度按GB/T 529-1999测试,实验速度500 mm/min.

2 结果与讨论

2.1 改性胶粉对SBR性能的影响

从表1可知,在添加50份未改性胶粉以后,丁苯橡胶的力学性能有所下降,这是因为胶粉在丁苯橡胶中作为分散相,胶粉本身的强度低,导致了材料力学性能的降低.添加不同种类的改性胶粉,力学性能下降的幅度不等.其中添加羟基改性胶粉、有机硅氧烷改性和未改性胶粉的试样力学性能较好,而添加马来酸酐改性胶粉和双键改性胶粉的试样力学性能下降较大,其拉伸强度只有原生胶的30%和17%.

表1 改性胶粉对SBR性能的影响

添加有机硅氧烷改性胶粉的丁苯橡胶,其试样的力学性能最好,拉伸强度能够达到原胶的95%.有机硅氧烷基团能够显著改善胶粉和原生胶之间的相容性,提升胶粉与原生胶基体之间的界面作用,从而增加了材料的力学性能.

2.2 胶粉含量对SBR性能的影响

实验中改变胶粉添加量,进一步研究胶粉含量对丁苯橡胶的物理性能的影响.配方中胶粉添加量分别为50份和75份,原材料投料不变.

表2 胶粉含量对SBR性能的影响

从表2可知,在添加50份和75份未改性胶粉后,丁苯橡胶的硬度变化与原生胶变化相差不大,而断裂伸长率有很大的变化.在添加50份有机硅氧烷改性的丁苯橡胶的断裂伸长率可以提高11.4%.因此,添加50份有机硅氧烷改性胶粉的综合物理性能较好.当有机硅氧烷改性的胶粉添加量增加到75份后,其各方面的物理性能均有所下降.

3 结 语

胶粉对丁苯橡胶有一定的增韧性,由于它们之间的界面相容性不好,其增韧效果不佳.羟基改性、有机硅氧烷改性的胶粉与丁苯橡胶的相容性有较大的提高,因此所得的胶粉改性丁苯橡胶的综合物理性能较好.

参考文献：

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