高品质橡胶促进剂

来源:荣格

发布时间:2017年11月28日上午 11:11:26

橡胶已成为现代世界必不可少的组成部分。只要机器和引擎需要使用轴承,只要存在力传递或液体传输,只要旋转轴和容器要求密封,都无法绕过这种材料。

橡胶已成为现代世界必不可少的组成部分。只要机器和引擎需要使用轴承,只要存在力传递或液体传输,只要旋转轴和容器要求密封,都无法绕过这种材料。

一般来说,以橡胶制造轮胎或一般橡胶制品是可以用硫磺硫化的。硫和橡胶链之间的化学反应是极其缓慢和效率低下的过程。不论采用任何标准规格来生产,估计这种反应在140℃大约要占用6个小时,这是极不合算的。

通过这一过程制造的橡胶产品极易发生氧化降解,且在橡胶实际应用中不具备足够的机械性能。此外,若添加的硫含量低,橡胶会变软;若添加高含量的硫,橡胶则会变硬。而通过添加促进剂,则可克服这些局限。促进剂可增加化学反应的速度,以便加快橡胶件的生产,例如,在170℃时加入促进剂可使生产过程减至10分钟。

促进剂的功能首先是激活硫,即打开环形分子(S8)和形成含硫原子的前驱体。然后粘附剩余的促进剂的前驱体将硫转移进入橡胶分子中。这个浮游的小基团与更多的橡胶分子链作用,并随之拆离剩余的促进剂,最终导致实际的交联反应。

因此,硫和促进剂的相互作用在橡胶工业中扮演着重要的角色。本文考察了常规高硫硫化天然橡胶基础系统和低硫硫化天然橡胶系统(半有效硫化体系),并对其硫化系统对网络结构性能的影响进行评价。

一般来说,亚磺酰胺类促进剂在橡胶工业中是最受欢迎的,这是因为其延迟的作用,加之在含炭黑橡胶化合物的硫化过程中他们所提供的更快的硫化率。调查中,被选中的两个亚磺酰胺促进剂,包括N-环已基-2-苯并噻唑次磺酰胺(来自朗盛称为Vulkacit CZ的CBS)和N,N-二环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺(来自朗盛称为Vulkacit DZ的DCBS)。他们可与仅含硫的天然橡胶参照物相对照。并在一般卡车轮胎的配方中得到应用。

如图1所示,单独用硫的天然橡胶的硫化产品在150℃中显示出有着很长的硫化时间。如图2所示,通过使用较低量的硫也可以观察到相似的行为。此外,经过40分钟后硫化过程仍未达到稳定态。

在天然橡胶化合物中加入CBS或DCBS,在这两个硫化系统中其烧焦和硫化时间迅速减少。与DCBS相比,CBS曲线显示的胶料焦烧时间较短。通过比较图1和图2,显示出增加CBS或DCBS的用量会改善胶料焦烧延迟、硫化率和硫化程度。

概括来说,两条曲线急剧上升直到最高点。当达到最大扭矩后,该曲线开始下降(图1)。曲线的这一部分是化合物降解的象征,由此导致交联键断裂(逆转)。在图2中,两条曲线显示出有着良好的硫化最高点稳定期(最大扭矩后的稳定曲线),导致更佳的抗老化性能和更好的压缩形变行为。

图1、2.5百份量硫和 0.6百份量促进剂的天然橡胶在150℃的硫化过程

图1、2.5百份量硫和 0.6百份量促进剂的天然橡胶在150℃的硫化过程

相比DCBS,CBS化合物显示出更高的扭矩。扭矩值是交联密度的表征。因此,DCBS显示出低交联密度(如图4所示)这是由DCBS的化学结构所决定。相对于CBS其反应时间也更长。

图2、1.5 百份量硫和1.5百份量促进剂的天然橡胶在 150℃的硫化过程

图2、1.5 百份量硫和1.5百份量促进剂的天然橡胶在 150℃的硫化过程

众所周知硫的硫化过程以多硫交联键长占优势。很明显,长硫桥倾向于断裂,即重新交联和反原,并因此改变硫化胶的物理性能。

因此,加促进剂的硫系统有两个基本特征,包括网络结构的动力学和所产生的网络的稳定性。

通过查普曼和波特描述硫的硫化过程的化学和天然橡胶硫化胶的交联结构的变化。短期的硫交联可提供高温稳定性,但其撕裂和动态性能略显不足。作为一个例子:在轮胎应用中,多硫化物交联是首选,这是由于其卓越的撕裂和动态性能。

图3、促进剂/硫比率的影响(天然橡胶化合物在150℃)

图3、促进剂/硫比率的影响(天然橡胶化合物在150℃)

分析了CBS/硫比率的影响。在图3中,可以看到比率对硫化胶的交联有较大影响。使用同样的CBS/硫比率,硫化胶显示出,随着增加单硫化物剂量而增加交联,同时有着较少的多硫化物交联(系统1~3)。对于更多的游离硫和少量的CBS(系统4),不出所料,硫化胶有大量的多硫交联键。

此外,对含CBS和DCBS的天然橡胶化合物分别针对交联密度的发展(XLD)和交联结构的分布(XLS)进行了分析。采取2.5百份量CBS和3.3百份量DCBS相等的摩尔浓度,在t75、 t90、t100、t120 和t150不同的点进行数据测定。

图4、含CBS和DCBS 的XLD和XLS

图4、含CBS和DCBS 的XLD和XLS

结果显示在图4中,从主要是多硫化物交联到更多单硫化交联和二硫化交联所展现出的交联结构变化的分布。与DCBS基化合物相比,CBS天然橡胶化合物建立更多单硫和二硫交联的变化。如图所示,加促进剂的硫的硫化过程产生含网络结构的不同的硫。此外,硫和促进剂的比率对硫化胶的性能有巨大影响。

CBS和DCBS是亚磺酰胺类仅有的两种促进剂。当然,还有许多其他促进剂可用于橡胶硫化,并在硫化过程中显示出广泛多样的特性。

朗盛是全球的工业化学品供应商,可提供一系列产品和技术专长支持橡胶加工行业。为橡胶制品诸如输送及传动皮带、密封件、软管和乳胶制品等提供优质促进剂、抗降解剂和塑炼剂。

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