膠粉改性丁苯橡膠的制備與性能

韓 林,宗榮鋒,王 浩,鄢國(guó)平

(綠色化工過(guò)程省部共建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,武漢工程大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,湖北 武漢 430074)

0 引 言

丁苯橡膠(SBR)是丁二烯與苯乙烯的無(wú)規(guī)共聚物,是最大的通用合成橡膠品種,也是最早實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的橡膠之一[1].其原生膠是淺黃褐色彈性固體,密度隨苯乙烯含量的增加而變大,耐油性差,但介電性能較好.原生膠抗拉強(qiáng)度只有20～35千克力/平方厘米,加入炭黑補(bǔ)強(qiáng)后,抗拉強(qiáng)度可達(dá)250～280千克力/平方厘米.其物理機(jī)構(gòu)性能,加工性能及制品的使用性能接近于天然橡膠,有些性能如耐磨性﹑耐自然老化性﹑耐水性﹑氣密性、耐熱、耐硫化速度等較天然橡膠更為優(yōu)良.可與天然橡膠及多種合成橡膠并用,廣泛用于輪胎、膠帶、膠管、電線電纜、醫(yī)療器具及各種橡膠制品等領(lǐng)域[2].

隨著人類(lèi)對(duì)橡膠制品的需求日益增長(zhǎng),廢舊橡膠造成的污染問(wèn)題亦越來(lái)越突出,橡膠的回收與利用的研究越來(lái)越受到各國(guó)的重視[3-7].廢舊橡膠的大量產(chǎn)生,給環(huán)境和我國(guó)的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略帶來(lái)了很大的挑戰(zhàn).我國(guó)有關(guān)部委也積極提倡以生產(chǎn)精細(xì)橡膠粉的方法來(lái)綜合利用廢舊橡膠并解決這一環(huán)保問(wèn)題.而且國(guó)家制訂了有關(guān)法律和政策來(lái)減少?gòu)U橡膠的產(chǎn)生和鼓勵(lì)開(kāi)展廢橡膠的利用.比如1995年10月全國(guó)人大通過(guò)了《固體廢棄物污染環(huán)境防治法》；在國(guó)務(wù)院編制的《中國(guó)21世紀(jì)議程》中,把廢橡膠綜合利用與資源化技術(shù)列入中國(guó)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略等.

將原生橡膠與膠粉摻用制造橡膠制品,是一種較早膠粉應(yīng)用的方法.膠粉和再生膠一樣,可以代替部分原生橡膠或作為輕量填充劑應(yīng)用[8].一般情況下,在原生橡膠中摻用膠粉時(shí),硫化橡膠物理性能隨用量的增加而降低.一般少量摻用膠粉時(shí)對(duì)物理性能影響不大.如果大量摻用,耐磨性將降低,并容易發(fā)生龜裂、斷裂等問(wèn)題.膠粉的粒度愈小,拉伸強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率等物理性能降低程度愈小.而生熱、磨耗、硬度等動(dòng)態(tài)特性的變化與粒徑無(wú)關(guān),僅與配方量有關(guān).另外摻用膠粉的粒徑必須在350 μm以下[9].

本研究以丁苯橡膠(SBR)為基體材料,制備廢舊橡膠粉(WRP)改性丁苯橡膠材料.研究羥基、馬來(lái)酸酐、雙鍵、有機(jī)硅氧烷等不同改性劑改性的膠粉,以及未改性廢舊膠粉對(duì)丁苯橡膠綜合物理性能的影響.

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要原料

廢舊膠粉(WRP,粒徑為0.200和0.125 mm),天門(mén)天德環(huán)保材料科技有限公司.丁苯橡膠(SBR1502),吉林石化.炭黑N550、N774,卡博特.氧化鋅(ZnO),硫(S);羥基、馬來(lái)酸酐、雙鍵、有機(jī)硅氧烷改性劑改性的廢舊膠粉(粒徑0.200 mm)按照文獻(xiàn)制備[10-13].

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

深圳高品拉力儀,邵氏A型手壓硬度計(jì),開(kāi)放式煉膠機(jī)(廣州飛力橡膠設(shè)備有限公司).

1.3 制備工藝

將丁苯橡膠(SBR)、改性或未改性膠粉、助劑等按配方稱(chēng)量后在開(kāi)煉機(jī)上混煉,各種物料添加完畢,采用打三角包等方式混勻,出料.放置24 h后模壓、硫化.再用裁刀做成標(biāo)準(zhǔn)樣條,最后進(jìn)行各種性能的測(cè)試.試驗(yàn)配方:SBR 100 g;膠粉50 g或75 g;S 1.6 g;炭黑70 g;ZnO 5 g;其他助劑7.8 g.分別用未改性廢舊膠粉(WRP)、羥基、馬來(lái)酸酐、雙鍵、有機(jī)硅氧烷改性劑改性的膠粉與丁苯橡膠進(jìn)行硫化加工制備一系列的膠粉改性丁苯橡膠材料.并對(duì)比研究了五種改性丁苯橡膠的各種物理性能.

1.4 性能測(cè)試

邵氏硬度按照GB/T 531-1999測(cè)試;斷裂伸長(zhǎng)率、拉伸強(qiáng)度按GB/T 528-1998測(cè)試,實(shí)驗(yàn)速度500 mm/min;撕裂強(qiáng)度按GB/T 529-1999測(cè)試,實(shí)驗(yàn)速度500 mm/min.

2 結(jié)果與討論

2.1 改性膠粉對(duì)SBR性能的影響

從表1可知,在添加50份未改性膠粉以后,丁苯橡膠的力學(xué)性能有所下降,這是因?yàn)槟z粉在丁苯橡膠中作為分散相,膠粉本身的強(qiáng)度低,導(dǎo)致了材料力學(xué)性能的降低.添加不同種類(lèi)的改性膠粉,力學(xué)性能下降的幅度不等.其中添加羥基改性膠粉、有機(jī)硅氧烷改性和未改性膠粉的試樣力學(xué)性能較好,而添加馬來(lái)酸酐改性膠粉和雙鍵改性膠粉的試樣力學(xué)性能下降較大,其拉伸強(qiáng)度只有原生膠的30%和17%.

表1 改性膠粉對(duì)SBR性能的影響

添加有機(jī)硅氧烷改性膠粉的丁苯橡膠,其試樣的力學(xué)性能最好,拉伸強(qiáng)度能夠達(dá)到原膠的95%.有機(jī)硅氧烷基團(tuán)能夠顯著改善膠粉和原生膠之間的相容性,提升膠粉與原生膠基體之間的界面作用,從而增加了材料的力學(xué)性能.

2.2 膠粉含量對(duì)SBR性能的影響

實(shí)驗(yàn)中改變膠粉添加量,進(jìn)一步研究膠粉含量對(duì)丁苯橡膠的物理性能的影響.配方中膠粉添加量分別為50份和75份,原材料投料不變.

表2 膠粉含量對(duì)SBR性能的影響

從表2可知,在添加50份和75份未改性膠粉后,丁苯橡膠的硬度變化與原生膠變化相差不大,而斷裂伸長(zhǎng)率有很大的變化.在添加50份有機(jī)硅氧烷改性的丁苯橡膠的斷裂伸長(zhǎng)率可以提高11.4%.因此,添加50份有機(jī)硅氧烷改性膠粉的綜合物理性能較好.當(dāng)有機(jī)硅氧烷改性的膠粉添加量增加到75份后,其各方面的物理性能均有所下降.

3 結(jié) 語(yǔ)

膠粉對(duì)丁苯橡膠有一定的增韌性,由于它們之間的界面相容性不好,其增韌效果不佳.羥基改性、有機(jī)硅氧烷改性的膠粉與丁苯橡膠的相容性有較大的提高,因此所得的膠粉改性丁苯橡膠的綜合物理性能較好.

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