氧化鋅在橡膠制品中的作用

氧化鋅在橡膠中的作用主要包括作為硫化活性劑、補(bǔ)強(qiáng)劑、防老化劑以及著色劑。?

?硫化活性劑?：氧化鋅能夠加速硫化過程，提高交聯(lián)度，從而增強(qiáng)橡膠的硬度和耐磨性。它通過促進(jìn)橡膠交聯(lián)密度的提高，確保各項(xiàng)物理機(jī)械性能的獲得，如耐撕裂性、耐磨性和彈性。

?補(bǔ)強(qiáng)劑?：氧化鋅能夠增強(qiáng)橡膠的硬度和耐磨性，提高橡膠制品的耐撕裂性和使用壽命。

防老化劑?：通過阻止霉菌微生物或紫外線對橡膠的侵蝕，氧化鋅能夠延長橡膠制品的使用壽命。

?著色劑?：在白色膠料中，氧化鋅還起到著色作用，為產(chǎn)品賦予所需的顏色。

此外，氧化鋅在橡膠輪胎行業(yè)中也有著廣泛的應(yīng)用，它可以提高輪胎的導(dǎo)熱性能、耐磨性能、抗撕裂性能和拉伸強(qiáng)度等多項(xiàng)指標(biāo)，從而延長輪胎的使用壽命，保證行車安全。在透明橡膠及食品用橡膠制品中，氧化鋅作為必不可少的無機(jī)活性劑，能夠賦予橡膠制品新的性能，如高速耐磨、防日光老化等。

氧化鋅的作用機(jī)理

在硫化過程中，氧化鋅與促進(jìn)劑、硫磺、硬脂酸、橡膠大分子鏈以及相應(yīng)的中間產(chǎn)物都能發(fā)生反應(yīng)，說明氧化鋅所具有的活化促進(jìn)作用復(fù)雜。但大量的試驗(yàn)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(xué)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(jìn)劑的能力強(qiáng)，在硬脂酸的作用下生成可溶于膠料的促進(jìn)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(luò)合物，使促進(jìn)劑更加活潑。硫磺加入絡(luò)合物中，通過誘導(dǎo)活化作用形成很強(qiáng)的硫化劑。在此過程中氧化鋅粒子表面不斷地發(fā)生反應(yīng)，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。

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(yīng)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(jìn)劑作用形成在橡膠中溶解性良好的絡(luò)合物，活化了促進(jìn)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(hù)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(huì)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(luò)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(jī)理各異：

在不同的硫化配合體系中，不同硫化促進(jìn)劑的作用機(jī)理有很大差別，ZnO和SA反應(yīng)形成硬脂酸鋅中間體的作用和單獨(dú)使用硬脂酸鋅的作用機(jī)理也不相同。

因此，在配方設(shè)計(jì)中需要根據(jù)不同的設(shè)計(jì)思路選擇合適的配合。

橡膠加工過程中硬脂酸的作用

化學(xué)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(gè)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?jǐn)U散；

4、 和氧化鋅或堿性促進(jìn)劑反應(yīng)可促進(jìn)其活性，還是主要的硫化促進(jìn)助劑，可起到第二促進(jìn)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(huì)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(huì)干擾橡膠加工過程，油酸同時(shí)有增加橡膠老化的傾向。月桂酸的酸值很高，會(huì)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(gè)產(chǎn)品的。

硫化劑在橡膠配方中的作用

硫化劑，是自然界中一種常見的礦物質(zhì)，是橡膠制品中常用硫化劑。

硫化劑的分類

在橡膠工業(yè)中使用的硫化劑有硫化劑粉、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。

硫化劑粉：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化劑。

不溶性硫黃：硫的均聚物，又稱聚合硫。其最大的優(yōu)點(diǎn)是制品不易噴霜，廣泛應(yīng)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。

硫化劑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(luò)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?yàn)樽畛醯慕宦?lián)是用硫黃實(shí)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(dòng)，不再溶于它的良溶劑，模量和硬度提高，力學(xué)性能提高，耐老化性能和化學(xué)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(yīng)用廣泛的高分子材料。

當(dāng)然，硫化劑在橡膠中形成硫化網(wǎng)絡(luò)還需要配合活性劑、促進(jìn)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，硫化劑的種類和替代品也在逐漸被研制和生產(chǎn)中。

普通硫化劑與不溶性硫磺的區(qū)別

硫化劑種類可分為普通硫化劑和不溶性硫磺。

普通硫化劑在橡膠中的溶解度為1%，用量超過其溶解度部分的普通硫磺在膠料冷卻后會(huì)噴出表面，即噴霜。噴霜將影響半成品部件之間的黏性，并對產(chǎn)品硫化均勻性帶來不利影響，所以在硫化劑需用較高時(shí)宜采用不溶性硫磺。

不溶性硫磺產(chǎn)品實(shí)際是指不溶性硫磺和可溶性硫磺（普通硫磺）的混合物。與普通硫磺相比，使用不溶性硫磺產(chǎn)品作為橡膠加工的硫化劑，可避免膠料半成品發(fā)生“噴霜”現(xiàn)象，使制品硫化均勻，硫化速度增快等。但是熱作用、堿性物質(zhì)（特別是胺）的誘發(fā)、不合理的儲(chǔ)存時(shí)間及膠料的配合與加工都可導(dǎo)致不溶性硫磺過早地還原為普通低分子可溶性硫磺。溫度增高，轉(zhuǎn)化速度加快。

不溶性硫磺有如下優(yōu)點(diǎn)：

1、 不溶性硫磺在橡膠中以分散狀態(tài)存在，使得膠料不噴霜，有良好的粘性，同時(shí)可保證淺色制品的外觀質(zhì)量。

2、 不溶性硫磺在膠料中均勻分散，有效地抵制硫磺的聚集，減少膠料存放過程的焦燒傾向。

3、 不溶性硫磺使膠料在存放期內(nèi)不噴霜，保持膠料組份性能均一。防止對制品和模具的污染，并去掉了為克服噴霜而增添的涂漿 工藝，為生產(chǎn)聯(lián)動(dòng)化提供條件。

4、 不溶性硫磺使橡膠在相鄰膠層中無遷移現(xiàn)象。特別是在順膠和丁丁基膠的膠料中，而普通硫磺遷移速度很高，配加不溶性硫磺后則可避免。

5、 它能保持半成品部件間的黏性，有利于成型操作，而且確保產(chǎn)品硫化的均勻性，保證產(chǎn)品質(zhì)量。

不溶性硫磺可用于制造輪胎、膠帶、膠管、膠鞋、工業(yè)制品和乳膠制品等，并已在橡膠與鋼絲的粘合中普遍采用。作為硫化劑使用時(shí)，不溶性硫磺可在混煉時(shí)直接加入膠料中，普通硫磺宜在開煉機(jī)冷輥上加入，最好在其他配合劑加完后再加。不溶性硫磺可在密煉機(jī)上加，但應(yīng)在排膠前在溫度低于90度的條件下加入。在溫度高于90度時(shí)，時(shí)間過長會(huì)引起不溶性硫磺向普通硫磺轉(zhuǎn)化。

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