促进剂种类对NR硫化胶结构和性能的影响

青岛科技大学专科毕业论文

促进剂种类对NR硫化胶结构和性能的影响

摘要

本文对等量的不同促进剂(NS.DZ.CZ.M)对NR硫化胶的结构和性能的影响进行了研究。讨论了等量情况下促进剂种类对NR硫化胶的交联密度和物理机械性能的影响。结果表明，在促进剂用量相同的情况下，由促进剂NS得到的NR硫化胶的交联密度最高，相应的NR硫化胶的综合物理性能最好。

关键词：促进剂、NR、交联密度、结构与性能

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促进剂种类对硫化胶结构和性能的影响

前言

促进剂的硫黄硫化体系是橡胶工业生产中应用最广泛、历史最长的主要硫化体系。使用无机和有机促进剂来活化和促进橡胶的硫化反应是橡胶工业技术的巨大进步。自1921年布鲁尼发现了噻唑类促进剂之后，橡胶工业进入了一个重要发展阶段，橡胶配方日臻完善，形成了一个由硫化剂，促进剂，活化剂构成的完整硫化体系。促进剂的使用不仅大大缩短了硫化时间，降低了硫黄用量，降低了硫化温度，而且对橡胶工艺性能核物理机械性能也有较大的改善。

目前使用的促进剂多数是噻唑类和次磺酰胺类促进剂。而次磺酰胺类促进剂具有焦烧时间长、硫化速度快的优点，因而获得了更为广泛的应用。

对硫化历程和硫化机理的研究有利于分析各种配方因素和工艺因素对硫化胶结构和性能的影响。

硫化反应是一个多元组分参与的复杂的化学过程。它包含橡胶分子与硫化剂及其它配合剂之间发生的一系列化学反应。

硫化过程可分为三个阶段。

第一为诱导阶段：是硫黄、促进剂、活化剂间相互作用，使氧化锌在胶料中溶解度增加，活化促进剂，使促进剂和硫黄之间反应生成一种活性更大的中间产物；

XSH ZnO

XSZnSX XSNR RCOOH

RCOOH 代表硬脂酸

由于亲核的硫原子和胺或羧酸所形成的不牢固的锌-S键，这些胺络合物就能使S8裂解开环和活化。

上述反应的简化式为：

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R2NH或

XS－Zn－SX XS－S8－Zn－SX RCOOH

XS－SX－ZSX－SX

(过硫醇盐)

上面的过硫醇盐通常认为是一种很强的活化硫化剂。

生成硫化先驱体过硫醇盐进一步引发橡胶分子链，生成促进剂封端的橡胶大分子（交联先驱体）。

其反应通式为：

RH＋ XSSXZnSxSX RSxSX + ZnS + HSX

在ZnO,SA的作用下，由于可溶性锌离子的存在与多硫侧基团形成络合物，这种鳌合结构保护了弱键。而在强键处断裂，形成了较短的多硫交联键即-Sx-,(它比-SxSy-短)。而游离基与橡胶分子反应生成新的侧挂基团，又能作为交联先驱体形成新的交联键。因此活化剂的存在会使硫化胶的交联密度增大，并改善硫化胶的耐热性能。

第二阶段为交联反应：交联先驱体分解为橡胶大分子自由基（或离子）即可交联的自由基（或离子），与其它的橡胶分子链产生反应，生成交联键。

R－SX－SX +

RH R－SX－R +HSX

第三阶段为网络形成阶段：此阶段的前期，交联反应已趋完成，交联键大多是多硫交联键，在中间产物即促进剂-过硫醇络合物的锌盐存在下，初始形成的交联键发生短化、重排和裂解反应，变成较短的二硫和多硫交联键。最后网络趋于稳定，获得网络相对稳定的硫化胶。

不同促进剂对硫化胶性能的影响有很多报道，但多数局限于表面的结果，而对产生这种结果的原因没有作深层次的研究。本文拟从硫化机理出发，研究常用的几种促进剂在天然橡胶硫化中的应用，希望能从中得到有价值的结果。

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2．实验

2．1 原材料

天然胶，一号烟片胶； 促进剂NS.DZ.CZ.M ，活化剂氧化锌、硬脂酸均为市售产品。

2．2 基本配方

NR ZnO SA S NS CZ DZ M 100 5 2 2.5 1 0 0 0 100 5 2 2.5 0 1 0 0 100 5 2 2.5 0 0 1 0 100 5 2 2.5 0 0 0 1

2．3 主要实验设备和仪器

Φ160×320mm双辊筒开炼机，上海轻工机械技术研究所 GT-M2000-FA型硫化仪，台湾高铁检测仪器有限公司产品 XLB型16MP型硫化机，佳鑫电子设备科技有限公司 TS-2000万能拉力机，台湾晔中科技有限公司产品 邵尔A硬度计，上海险峰电影机械厂 HD—10橡胶厚度计，上海化工机械四厂

GT-XB320M型电子天平 ，高铁检测仪器有限公司 GT-7016-AR型气压自动切片机 ，高铁检测仪器有限公司

2．4 式样制备

胶料混炼在Φ160×320mm双辊筒开炼机上进行。先将NR薄通塑炼，待均

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匀包辊后加入配合剂。先加小料（促进剂、氧化锌、硬脂酸），包辊混炼2～3分钟，然后加硫黄，混炼1分钟，薄通3～5次后下片。混炼温度前辊为55-60℃，后辊为50-55℃ 。

混炼胶停放8小时后用平板硫化机硫化。

2．5性能测试

2．5．1物理机械性能测试

硫化胶拉伸强度、断裂伸长率和定伸应力按GB/T 528-1998标准测定，拉伸速度500mm/min。

硫化胶硬度按GB/T 531-1999标准测定。 2．5．2溶胀平衡法测交联密度

将尺寸为φ×d＝16mm×2mm的试样放在在装有25ml的的磨口广口瓶中，赛好，在25℃溶胀48小时，达到平衡后取出，用滤纸吸净表面的溶剂，立即放入已经称好质量（m）的称量瓶中，并盖好瓶盖，用电子天平秤取其质量M1。然后在50℃真空干燥箱中干燥至恒重，并秤取质量M2,根据如下公式求取交联密度：

2-11/3-[ ln(1-Vr)+Vr+xVr]= pV0Mc(Vr -0.5Vr)

Wd/p

其中：Vr=

Wd/p+（Ws-Wd）/ps

Wd

：NR硫化胶溶胀且干燥后的质量

0.682 g/cm3

Ws ：NR硫化胶溶胀且干燥后的质量

Ps ：溶剂的密度，值为

P ：橡胶的密度，值为0.92 g/cm3

V1：溶剂的摩尔体积，值为146.62 cm3/g·mol x ：作用参数，值为0.5（溶剂采用正庚烷）

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