耐熱氧/耐臭氧型防老劑防護(hù)性能和遷移污染性的研究

薛壯志，趙貝貝，高 偉

（1.山東興鴻源輪胎有限公司，山東 臨沂 276200；2.北京化工大學(xué)，北京 100029）

老化是橡膠中不飽和基團(tuán)與氧、臭氧及其他活性物質(zhì)反應(yīng)使橡膠分子鏈發(fā)生斷裂、交聯(lián)的現(xiàn)象。為制造經(jīng)久耐用的橡膠制品，需在膠料中加入抑制其老化的物質(zhì)，尤其需要加入應(yīng)對(duì)臭氧的防護(hù)體系[1-2]。輪胎的使用地區(qū)不同，其對(duì)耐熱氧老化和耐臭氧老化性能的要求不同。為防止白胎側(cè)及其他淺色制品受到污染，要求與其接觸的材料所用防老劑遷移污染性要小。

本工作對(duì)上海益晨化工新材料有限公司生產(chǎn)的耐熱氧/耐臭氧型防老劑與普通防老劑在橡膠中的耐熱氧老化和耐臭氧老化性能及遷移污染性進(jìn)行了比對(duì)研究。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 主要原材料

天然橡膠（NR），牌號(hào)STR20，泰國產(chǎn)品；順丁橡膠（BR），中國石油化工股份有限公司產(chǎn)品；炭黑N330，金能科技股份有限公司產(chǎn)品；環(huán)保芳烴油，牌號(hào)V700，德國漢圣公司產(chǎn)品；防老劑4020，江蘇圣奧化學(xué)科技有限公司產(chǎn)品；防老劑RD，科邁化工股份有限公司產(chǎn)品；防老劑YC-B30，YC-B60，YC-D30和YC-D60（理化性能見表1），上海益晨化工新材料有限公司產(chǎn)品。

表1 新型防老劑的理化性能

1.2 主要設(shè)備與儀器

XSM-1/10-120型橡塑試驗(yàn)密煉機(jī)，上?？苿?chuàng)橡塑機(jī)械設(shè)備有限公司產(chǎn)品；X（S）K-160型開煉機(jī)，無錫市第一橡塑機(jī)械有限公司產(chǎn)品；XLB63-B型平板硫化機(jī)，湖州雙力自動(dòng)化科技裝備有限公司產(chǎn)品；MV2000型門尼粘度儀和MDR2000型無轉(zhuǎn)子硫化儀，美國阿爾法科技有限公司產(chǎn)品；INSTRON3366型拉力試驗(yàn)機(jī)，美國英斯特朗公司產(chǎn)品；GT-7017-URP型熱老化箱和OZ200型臭氧老化試驗(yàn)機(jī)，中國臺(tái)灣高鐵科技股份有限公司產(chǎn)品。

1.3 配方

不同防護(hù)體系膠料配方見表2。

表2 不同防護(hù)體系膠料配方 份

1.4 試樣制備

1.5 性能測(cè)試

采用橡塑試驗(yàn)密煉機(jī)自動(dòng)記錄工藝曲線以評(píng)價(jià)膠料的混煉工藝性能；采用門尼粘度儀測(cè)定混煉膠的門尼焦燒時(shí)間和門尼粘度；采用無轉(zhuǎn)子硫化儀測(cè)定混煉膠的硫化特性；采用拉力試驗(yàn)機(jī)測(cè)定硫化膠的拉伸性能；采用熱老化箱和臭氧老化試驗(yàn)機(jī)分別對(duì)硫化膠進(jìn)行熱氧和臭氧老化；遷移污染性測(cè)試方法：將白胎側(cè)膠與混煉膠平面對(duì)接，硫化后觀察接觸面的顏色變化。

2 結(jié)果與討論

2.1 混煉膠性能

2.1.1 混煉工藝性能

防護(hù)體系對(duì)膠料混煉工藝性能的影響如圖1所示，1#—6#配方膠料的煉膠能耗分別為198.3，200.3，199.6，195.8，201.1，200.7 kJ。從膠料的煉膠能耗和圖1可以看出，不同防護(hù)體系膠料的混煉工藝性能無明顯差異。

圖1 不同防護(hù)體系膠料的混煉工藝曲線

2.1.2 門尼粘度和門尼焦燒時(shí)間

防護(hù)體系對(duì)混煉膠的門尼粘度和門尼焦燒時(shí)間的影響如表3所示。從表3可以看出，與普通防護(hù)體系混煉膠相比，耐熱氧/耐臭氧型防護(hù)體系混煉膠的門尼焦燒時(shí)間延長，但普通防護(hù)體系與耐熱氧/耐臭氧型防護(hù)體系混煉膠的門尼焦燒時(shí)間和門尼粘度處于同一水平。

表3 不同防老劑體系混煉膠的門尼粘度和門尼焦燒時(shí)間

2.1.3 硫化特性

防護(hù)體系對(duì)混煉膠硫化特性的影響如表4所示。從表4可以看出，不同防護(hù)體系混煉膠的交聯(lián)密度和硫化速率相差不大。

表4 不同防老劑體系混煉膠的硫化特性（160 °C）

2.2 硫化膠性能

2.2.1 耐熱氧老化性能

防護(hù)體系對(duì)硫化膠耐熱氧老化性能影響如表5所示。從表5可以看出，熱氧老化前，耐熱氧/耐臭氧型防護(hù)體系硫化膠的邵爾A型硬度、5%定伸應(yīng)力、300%定伸應(yīng)力、拉伸強(qiáng)度以及拉斷伸長率與普通防護(hù)體系硫化膠相差不大，熱氧老化后，耐熱氧/耐臭氧型防護(hù)體系硫化膠的物理性能較好，其中4#配方硫化膠的耐熱氧老化性能最佳。

表5 不同防護(hù)體系硫化膠的耐熱氧老化性能

2.2.2 耐臭氧老化性能

防護(hù)體系對(duì)硫化膠耐臭氧老化性能的影響如表6所示，1#—6#配方硫化膠臭氧老化后的照片如圖2所示（臭氧濃度為50×10-8，試驗(yàn)溫度為40 ℃，靜態(tài)拉伸率為20 %）。從表6和圖2可以看出，耐臭氧老化性能由好到差的硫化膠配方編號(hào)順序?yàn)椋?#，4#，3#，1#，2#和5#。

圖2 1#—6#配方硫化膠臭氧老化后的試樣照片

表6 不同防護(hù)體系硫化膠的耐臭氧老化性能

2.3 防護(hù)體系的遷移污染性

不同防護(hù)體系的遷移污染性試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。從圖3可以看出，與1#配方膠料接觸的白胎側(cè)膠污染最嚴(yán)重，防護(hù)體系遷移污染性由輕到重的配方編號(hào)順序?yàn)椋?#，4#，3#，2#和5#，1#。

圖3 不同防老劑體系的遷移污染性試驗(yàn)結(jié)果

3 結(jié)論

（1）耐熱氧/耐臭氧型防護(hù)體系膠料的混煉工藝性能、加工性能、硫化特性和物理性能與普通防老劑體系膠料無明顯差異。

（2）耐熱氧/耐臭氧型防護(hù)體系硫化膠的耐熱氧老化性能和耐臭氧老化性能以及防老劑的遷移污染性得到改善。

（3）高效耐臭氧型防老劑YC-D60硫化膠的耐耐臭氧老化性能最佳，而普通防老劑4020/耐熱氧型防老劑YC-B60/耐臭氧型防老劑YC-D60并用的防護(hù)體系實(shí)際使用價(jià)值更高。