甲基丙烯酸鋅用作丁腈橡膠過氧化物硫化活性劑的研究

王惠中 編譯

甲基丙烯酸鋅用作丁腈橡膠過氧化物硫化活性劑的研究

王惠中 編譯

研究了用甲基丙烯酸鋅取代鋅白用作丁腈橡膠硫化活性劑的可能性。試驗(yàn)表明，用2份甲基丙烯酸鋅取代5份鋅白，丁腈橡膠可獲得高的彈性強(qiáng)度指標(biāo)。

甲基丙烯酸鋅；丁腈橡膠；活性劑；彈性強(qiáng)度

丁腈橡膠（NBR）具有優(yōu)良的使用性能，因此，常被用作在高溫的腐蝕性介質(zhì)（石油、冷凝氣體、鉆探泥漿等）中工作的墊襯部件的橡膠原材料。這種墊襯部件系用于裝填設(shè)備套管的密封，它們應(yīng)該具有較高的彈性強(qiáng)度特性。溫度高于100 ℃，丁腈橡膠的強(qiáng)度指標(biāo)會(huì)急劇降低，其工作狀態(tài)令人失望，這是丁腈橡膠的一大缺點(diǎn)。在橡膠配方中引入胺類和酚類混合的熱穩(wěn)定劑、精選過的硫化劑和填料，就可以提高硫化膠在腐蝕性介質(zhì)中的耐高溫性。

在以前發(fā)表的文獻(xiàn)中，談到了用甲基丙烯酸的鋅鹽作為橡膠硫化活性劑的有效性。用鋅鹽完全取代鋅白，可增加交聯(lián)鍵的密度，改善諸如拉伸強(qiáng)度、彈性模量和其他力學(xué)性能等硫化膠的特性。因此，為了提高丁腈橡膠的彈性強(qiáng)度指標(biāo)，文中研究了采用甲基丙烯酸鋅作為過氧化物硫化的活性劑，來取代鋅白的可能性。СКН-26СМ丁腈橡膠中含有鋅白、BC-FF перкадокс（過氧化物硫化劑）、炭黑П803、防老劑、增塑劑和防焦劑。為了研究膠料的硫化特性和硫化膠的各項(xiàng)性能，在實(shí)驗(yàn)室里制備了4組膠料：含有5質(zhì)量分鋅白的對(duì)照膠料，以及含有5、2和10質(zhì)量份甲基丙烯酸鋅的試驗(yàn)用膠料。制備試驗(yàn)用膠料時(shí)，在混合一開始，就把甲基丙烯酸鋅加入到橡膠基質(zhì)中。按照現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)，研究分析了4組橡膠膠料及其硫化膠的塑彈性能和力學(xué)性能。甲基丙烯酸鋅對(duì)膠料硫化動(dòng)力學(xué)的影響研究結(jié)果列于表1。

表1 含有鋅白和甲基丙烯酸鋅的СКН-26СМ丁腈橡膠膠料的塑彈性指標(biāo)之比較

由表1可知，用甲基丙烯酸鋅取代鋅白，對(duì)膠料塑彈性能的影響不大，即120 ℃下焦燒起步時(shí)間和150 ℃下正硫化時(shí)間均有減少，而硫化速率卻有所提高。在這種情況下，120 ℃下的初始（最高）和最低黏度實(shí)際上分別為80和65。圖1示出了甲基丙烯酸鋅對(duì)橡膠拉伸強(qiáng)度的影響和經(jīng)腐蝕性介質(zhì)作用（125 ℃熱空氣和СЖР-3）之后這一指標(biāo)的變化情況。

圖1 甲基丙烯酸鋅對(duì)硫化膠在空氣中老化前(a)和老化后(б),以及在125 ℃下于СЖР-3(в)中浸漬后對(duì)其拉伸強(qiáng)度的影響

從圖1得知，與鋅白相比較，甲基丙烯酸鋅更加有助于橡膠在高溫的腐蝕性介質(zhì)中老化后，繼續(xù)保持其彈性強(qiáng)度性能。硫化膠在125 ℃的熱空氣中停放24 h后測(cè)定的壓縮永久變形不超過10.8%，與對(duì)照橡膠相比，變化不大（9.6%）。甲基丙烯酸鋅對(duì)硫化膠硬度和撕裂強(qiáng)度的影響列于表2。

由表2得出，與鋅白比較，甲基丙烯酸鋅并未大大提高硫化膠的撕裂強(qiáng)度和硬度。含甲基丙烯酸鋅的硫化膠的高彈性強(qiáng)度指標(biāo)有助于保持密封性能，在不同溫度下使用可防止盤根套管襯墊部件的破損。甲基丙烯酸鋅對(duì)橡膠彈性強(qiáng)度特性的良好作用證明，聚合物基質(zhì)的空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，這是由于在膠料硫化過程中，перкадокс BC-FF完全分解（在甲基丙烯酸鋅的作用下）以及C-C鍵數(shù)量增加的緣故。

表2 甲基丙烯酸鋅對(duì)硫化膠硬度和撕裂強(qiáng)度的影響

綜上所述，甲基丙烯酸鋅可以取代鋅白，用作過氧化物硫化的丁腈橡膠活性劑。該丁腈橡膠可以在100 ℃以上溫度環(huán)境，并與腐蝕性介質(zhì)接觸的條件下使用。用2質(zhì)量分甲基丙烯酸鋅取代5質(zhì)量分鋅白，可使丁腈橡膠СКН-26СМ獲得最高的彈性強(qiáng)度指標(biāo)。

[1] Сандаловс И. Исследование метакрилата цинка в качестве активатора пероксидной вугканизации резиновой смеси на основе БНК[J]. каучук и резина, 2013(2):20-22.

[責(zé)任編輯：張啟躍]

TQ 330.38+5

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1671-8232(2015)04-0017-02

2014-10-12