有机锌替代间接法氧化锌在半钢/全钢子午线轮胎胎面胶中的应用

2016-07-30陈慧

橡胶科技 2016年11期

陈慧

（江苏爱特恩高分子材料有限公司，江苏常州 213164）

氧化锌作为橡胶活化剂组分，是橡胶工业重要的原材料之一。它不仅能加快硫化速度，还能提高橡胶的热传导性能，有助于轮胎散热[1]，对胶料的交联键类型、交联密度及物理性能等具有重要影响[2]。目前，常用的氧化锌生产方法有间接法、直接法及湿法，其中以间接法为主；间接法氧化锌综合性能最佳，环保等级最高。

研究表明[3]，氧化锌过量释放对人体、环境，尤其是对锌较为敏感的水生动植物造成不良影响。因此寻找氧化锌的替代品已是迫在眉睫。

有机锌作为低锌、高活性硫化活性助剂，可替代间接法氧化锌用于轮胎及其他橡胶制品。与间接法氧化锌相比，有机锌具有4个重要特性：（1）锌元素质量分数较小，锌污染性低；（2）重金属质量分数小，有效降低重金属污染；（3）分散性好，特殊的大分子插层包覆结构有利于在胶料中分散；（4）密度小，仅为间接法氧化锌的1/2，可降低胶料体积成本。

有机锌的微观结构完全不同于间接法氧化锌。间接法氧化锌为多个简单氧化锌分子聚集形成实心的细小状粉末，有效比表面积较小，硫化活性较低。有机锌微观结构为核壳结构，氧化锌纳米阵列包覆生长于流动性优良的层网状金属-有机分子框架中，从而形成的有效比表面积大幅增大，硫化活性大大增强。

本工作对有机锌与间接法氧化锌在半钢子午线轮胎天然橡胶（NR）/丁苯橡胶（SBR）/顺丁橡胶（BR）胎面胶和全钢子午线轮胎NR胎面胶中的应用进行对比研究。

1 实验

1.1 主要原材料

NR，RSS1，广州汇丰橡胶集团有限公司产品；SBR，牌号1500E，中国石油兰州石化公司产品；BR，牌号9000，中国石化北京燕山分公司产品；炭黑220、炭黑N330和芳烃油V500，宁波汉圣化工有限公司产品；环烷油，山东齐鲁石化工程有限公司产品；有机锌，江苏爱特恩高分子材料有限公司产品；间接法氧化锌，市售品。

1.2 试验配方

半钢子午线轮胎胎面胶配方：NR/SBR/BR 50/20/30，炭黑N220 50，间接法氧化锌或有机锌 3，硬脂酸 2.5，防老剂4020 1，防老剂RD 1.5，防护蜡 1，芳烃油 6，硫黄 1.3，促进剂NS 1.2。

全钢子午线轮胎胎面胶配方：NR 100，炭黑N330 45，间接法氧化锌或有机锌 4，硬脂酸 2，防老剂4020 1，防老剂RD 1.5，环烷油 4，硫黄 2.5，促进剂NS 0.7。

1.3 主要设备与仪器

1.7 L密炼机，捷克Buzuluk公司产品；XSK-160型开炼机，湖州橡胶机械厂产品；MV2000型门尼粘度仪和MDR2BE-MY-7100型硫化仪（有转子），美国阿尔法科技有限公司产品；LX-A型橡胶邵氏硬度计，江都市腾达试验仪器厂产品；WGJ-2500BⅡ型电子拉力机，广西师范大学秀峰电器厂产品；GT-7012-A型DIN磨耗试验机，中国台湾高铁检测仪器有限公司产品。

1.4 试样制备

胶料分两段混炼，均在1.7 L密炼机中进行。一段混炼转子转速为60 r·min-1，混炼工艺为：生胶→塑炼炭黑和小料→压压砣提压砣→ 清扫→压压砣提压砣→压压砣提压砣→ 压压砣排胶（温度为150 ℃）。二段混炼转子转速为40 r·min-1，混炼工艺为：一段混炼胶→硫黄和促进剂→压压砣提压砣→压压砣提压砣→压压砣提压砣→压压砣排胶（温度为150 ℃）。

胶料在开炼机上下片。混炼胶停放24 h后在平板硫化机上硫化，硫化条件为145 ℃/12 MPa×25 min。

1.5 性能测试

胶料性能均按相应国家标准进行测试。

2 结果与讨论

2.1 理化性能

有机锌和间接法氧化锌的理化性能对比见表1。从表1可以看出：有机锌的密度约为间接法氧化锌的1/2，但氮吸附比表面积却约为间接法氧化锌的9倍，硫化活性大大提高；有机锌的铅、锰、铜等重金属质量分数明显小于间接法氧化锌，能有效降低胶料的重金属含量。

表1 有机锌和间接法氧化锌的理化性能对比

2.2 半钢/全钢子午线轮胎胎面胶硫化特性

有机锌和间接法氧化锌对半钢/全钢子午线轮胎胎面胶硫化特性的影响如表2所示。从表2可以看出，采用有机锌的半钢/全钢子午线轮胎胎面胶与采用间接法氧化锌的半钢/全钢子午线轮胎胎面胶硫化特性差异很小，表明有机锌与间接法氧化锌对半钢/全钢子午线轮胎胎面胶硫化特性的影响基本相同。

表2 有机锌和间接法氧化锌对半钢/全钢子午线轮胎胎面胶硫化特性（145 ℃）的影响

2.3 半钢/全钢子午线轮胎胎面胶物理性能

有机锌和间接法氧化锌对半钢/全钢子午线轮胎胎面胶物理性能的影响如表3所示。从表3可以看出，与采用间接法氧化锌的半钢/全钢子午线轮胎胎面胶相比，采用有机锌的半钢/全钢子午线轮胎胎面胶的密度、拉断永久变形和阿克隆磨耗量略小，邵尔A型硬度、拉伸强度、拉断伸长率、撕裂强度和回弹值略大，300%定伸应力和压缩疲劳性能相差不大，这表明采用有机锌的半钢/全钢子午线轮胎胎面胶的物理性能优于采用间接法氧化锌的半钢/全钢子午线轮胎胎面胶。

表3 有机锌和间接法氧化锌对半钢/全钢子午线轮胎胎面胶物理性能的影响

2.4 半钢/全钢子午线轮胎胎面胶耐热老化性能

有机锌和间接法氧化锌对半钢/全钢子午线轮胎面胶耐热老化性能的影响如表4所示。从表4可以看出，采用有机锌的半钢/全钢子午线轮胎胎面胶老化后邵尔A型硬度变化与采用间接法氧化锌的半钢/全钢子午线轮胎胎面胶相同，但拉伸强度下降率和拉断伸长下降率较小，说明采用有机锌的半钢/全钢子午线轮胎胎面胶耐热老化性能较好。