乙撐雙硬脂酸酰胺在天然橡膠中的應(yīng)用研究

＊丁大歡

（云南農(nóng)墾集團(tuán)有限責(zé)任公司 云南 650051）

前言

在天然橡膠當(dāng)中，其炭黑和白炭黑可以對其實現(xiàn)性能的增強，現(xiàn)階段環(huán)保要求的提升，需要將白炭黑成為了綠色輪胎來進(jìn)行使用，其本身的抗?jié)窕芰偷蜐L動阻力相對較高，在耐磨性能方面也相對較高，但是其表面包含的硅醇基團(tuán)具備高極性與親水性，其較強的相互作用會導(dǎo)致發(fā)生嚴(yán)重的自團(tuán)聚現(xiàn)象，對于膠料的整體性能造成了降低，現(xiàn)階段主要利用加入硅烷偶聯(lián)劑的方式來對膠料的性能進(jìn)行提升，但是由于其混煉功耗的增加，因此導(dǎo)致了較差的加工性能。在白炭黑分散劑當(dāng)中，主要是由脂肪酸鋅皂和表面活性劑等組成，分散劑可以對白炭黑當(dāng)中的顆粒間的互相作用進(jìn)行降低，提升其加工性能。

1.乙撐雙硬脂酰胺

乙撐雙硬脂酰胺，全稱為Ethylene bis stearamide，被縮寫簡稱為EBS，該物質(zhì)的分子量為593.04，該物質(zhì)的狀態(tài)表現(xiàn)為白色細(xì)小顆粒狀態(tài)，其熔點較高，其工業(yè)產(chǎn)品的出熔點為140.0～146.5℃的范圍內(nèi)，該物質(zhì)在25℃的狀態(tài)下其相對密度為0.98g/cm3，其閃點為285℃，此物質(zhì)無毒，在常溫狀態(tài)下和多個溶劑不熔，和水也不相溶，但是此物質(zhì)的粉狀狀態(tài)下如果處于80℃則可具備溶解性，可溶于熱氯烴及芳烴類溶劑，溶解之后會產(chǎn)生凝膠或者一定的沉淀現(xiàn)象。此種物質(zhì)屬于脂肪雙酰胺的產(chǎn)品，在潤滑作用方面相對較大，可以對聚合物質(zhì)的加工性能進(jìn)行改善，產(chǎn)品本身的應(yīng)用性能相對良好。

2.主要技術(shù)指標(biāo)及應(yīng)用

(1)技術(shù)指標(biāo)

EBS技術(shù)指標(biāo)如表1所示。

表1 EBS技術(shù)指標(biāo)

(2)EBS主要應(yīng)用領(lǐng)域

對于塑料的加工來說，基于EBS分子結(jié)構(gòu)的特點，本身所具備極性酰胺基因，因此在聚合物的樹脂加工方面的潤滑和降溫作用相對突出一些。對于橡膠制品來說，借助于EBS可以實現(xiàn)其潤滑劑、抗粘劑、脫模劑的作用，還可以對填料的表面進(jìn)行改性，以此來實現(xiàn)對硬橡膠的外表面做出有效的處理，針對膠板和膠管等產(chǎn)品來說促進(jìn)其表面的光滑程度。對于鑄造加工來說，基于零部件的鑄造成型過程方面需要實現(xiàn)樹脂和砂的有效混合，保持混合物和EBS兩者的潤滑的作用。在金屬加工的過程當(dāng)中，借助于EBS來對金屬制成絲的過程實現(xiàn)對拉絲速度的提升，對于金屬模具的使用壽命可以得到有效的提升，對于金屬絲的表面光滑程度也可以得到最大限度的提升。在紙張的涂層工藝方面，需要進(jìn)行加入1%的EBS，就可以對涂層的光亮度進(jìn)行提升，由于其EBS材質(zhì)本身具有較高的熔點，因此在熱封操作當(dāng)中不會產(chǎn)生分解，此種類型的紙張適用于食品包裝過程。

(3)生產(chǎn)工藝

在其生產(chǎn)工藝方面，其工藝的路線當(dāng)中，脂肪酰胺類型的化合物質(zhì)在制備方面使用到的方式較多，可以借助于四種路線方式來實現(xiàn)完成制備，如表2所示。在其反應(yīng)機理的分析當(dāng)中，一般來說，其硬脂酸和乙二胺共同作用的狀態(tài)下可以產(chǎn)生其催化劑的作用和影響，在這個過程當(dāng)中，可以實現(xiàn)進(jìn)行縮合的脫水方式，進(jìn)行乙撐雙硬脂酰胺的制作和取用操作。如果處于熔融狀態(tài)當(dāng)中，其硬脂酸和乙二胺在共同作用下所發(fā)生的反應(yīng)就會生成乙撐雙硬脂酰胺的物質(zhì)。在工藝流程當(dāng)中，包含了多個步驟，分別為縮合、保溫、造粒、篩分包裝這四個工序，如圖1所示。

表2 EBS主要合成路線

圖1 工藝流程

(4)產(chǎn)品色度的影響因素

在產(chǎn)品制造的過程當(dāng)中，對于產(chǎn)品的色度造成影響的因素主要分為多個方面的原因進(jìn)行分析，在原料的質(zhì)量方面，硬脂酸的物質(zhì)本身的質(zhì)量對于其最終的EBS的色度會造成一定的影響，在制作的過程當(dāng)中需要保證其硬脂酸的色度處于25APHA以下的范圍內(nèi)，并且其中所包含的碘物質(zhì)的數(shù)值需要在0.50%的范圍內(nèi)，針對于C16與C18來說，其整體的綜合含量需要保持在98%以上的范圍內(nèi)，在此種方式比例下，其硬脂酸在生產(chǎn)的過程當(dāng)中才會保持顏色不易變深的現(xiàn)象。在這個過程當(dāng)中，乙二胺的質(zhì)量屬于其關(guān)鍵的因素，在進(jìn)行產(chǎn)品制備的過程當(dāng)中需要保證其二胺的含量和色度，分別需要保持在99.5%以上、10APHA以下的范圍，對于其溶液的澄清可以保持。

對于氮氣的保護(hù)因素來說，產(chǎn)品的色度在反應(yīng)的進(jìn)料之前需要實現(xiàn)釜內(nèi)空氣和氮氣的置換，保持一個小時的置換時間，在這個過程當(dāng)中需要對其過程進(jìn)行持續(xù)幾個小時的保護(hù)操作，包含著乙二胺的滴加過程和保溫造粒的過程，一直持續(xù)到包裝階段才可以截止保護(hù)操作。

在進(jìn)行滴加乙二胺的過程當(dāng)中，需要添加一定劑量的二甲基硅油來將其充當(dāng)消泡劑來進(jìn)行試用，進(jìn)行乙二胺溫度的滴加需要保持其溫度處于120℃到125℃的范圍內(nèi)才可以實現(xiàn)連續(xù)的生產(chǎn)制造，對于滴加的速度其要求比較嚴(yán)格，需要保持整個的滴加過程都需要借助于氮氣來實現(xiàn)其保護(hù)，在滴加的同時還需要保持均勻的攪拌。不可過快的滴加，產(chǎn)生浪費乙二胺的現(xiàn)象，如果速度過快會影響其制成最終產(chǎn)品的收率和色度。

在保溫的溫度方面，需要在乙二胺的滴加完畢之后進(jìn)行保溫操作，這個過程當(dāng)中由于其銨鹽的分解屬于可逆的一個過程，因此需要對生成的水分進(jìn)行快速的移除反應(yīng)系統(tǒng)當(dāng)中，以此來實現(xiàn)銨鹽分解的有效徹底。在不同的反應(yīng)溫度下，對銨鹽的分解也會造成不一樣的結(jié)果。在保溫溫度提升的同時，其EBS的收率也會實現(xiàn)相對應(yīng)的提升，同時其產(chǎn)品的色度方面也會產(chǎn)生加深的現(xiàn)象。如果保溫的溫度達(dá)到了185℃的狀態(tài)，則產(chǎn)品的收率也已經(jīng)達(dá)到了最大值的范圍內(nèi)。區(qū)別于180℃的收率，結(jié)果方面可以增加1.2%，但是在這個過程當(dāng)中其產(chǎn)品的色度的加深效果和脫色效果也會變差，一般來說，都會將滴加完乙二胺一般將保溫溫度設(shè)定在180℃，如表3所示。

表3 乙二胺滴加時間和初滴加溫度

在催化劑和抗氧劑的選擇方面，需要實現(xiàn)對反應(yīng)效率的提升和副反應(yīng)的減少，對于乙二胺滴加之后的3h之后，進(jìn)行添加磷酸和硼氫化鉀，此兩者物質(zhì)可以起到良好的催化作用，對于反應(yīng)速度可起到有效的提升，促使反應(yīng)終點的快速達(dá)到。硼氫化鉀和亞硫酸氫鈉相比較，其收率相對于偏低，但是在抗氧劑的反應(yīng)方面可以促進(jìn)產(chǎn)品的顏色處于最佳狀態(tài)。因此在實際的使用過程當(dāng)中，磷酸和噴氰化鉀都不會重復(fù)使用，因此在收率的高低方面不會造成影響，如表4所示。

表4 溫度與保溫時間、收率及EBS色度的關(guān)系

3.實驗研究

在本文當(dāng)中,主要利用EBS來作為白炭黑的分散劑進(jìn)行實驗,利用市場當(dāng)中售出的白炭黑分散劑BA和EBS進(jìn)行對比分析,從而對白炭黑在天然橡膠當(dāng)中的優(yōu)點進(jìn)行分析：

(1)實驗部分

在實驗當(dāng)中，主要用到的原材料為牌號為SCR5的天然橡膠、牌號為BA的白炭黑分散劑，其主要的主要成為活性劑和金屬皂鹽的混合物，乙撐雙硬脂酸酰胺當(dāng)中，其中的EBS比例≥0.95、硬脂酰、利用無水乙二胺來進(jìn)行純度分析，并且還應(yīng)用到了氧化鋅和其他的助劑。

在試樣準(zhǔn)備的過程當(dāng)中，需要對硫化膠進(jìn)行制備，可以分為兩段來進(jìn)行混煉，第一段需要在密煉機當(dāng)中使用80℃的初始溫度，進(jìn)行天然橡膠的洗車，其中需要進(jìn)行0.5min的塑煉之后進(jìn)行加入硬脂酰物質(zhì)，并且還需要添加防老劑、白眼黑分散劑，保持1min的混煉時間，加入炭黑、白炭黑之后進(jìn)行2min的混煉，再進(jìn)行加入環(huán)烷油保持1.5min的排膠操作。第二段，需要利用開煉機進(jìn)行操作，利用天然橡膠來進(jìn)行洗車之后，進(jìn)行混煉膠的加入，等到包輥后加入硫黃、促進(jìn)劑進(jìn)行割膠，其中割膠的次數(shù)需要保持在3次左右，打三角包3次之后就可以下片，最終得到混煉膠。

在硫化試樣的制備過程當(dāng)中，需要等到混煉膠在24h之后，利用發(fā)泡硫化儀保持150℃，進(jìn)行硫化特性的測試，其中需要保持30min的測試時間，之后，借助于平板硫化機對硫化試樣在150℃的條件下進(jìn)行6min的測試，對于硫化試樣需要放置在24h之后，進(jìn)行性能的測試。在性能測試的過程當(dāng)中，需要首先對混煉性能進(jìn)行測試，利用轉(zhuǎn)矩流變儀來對膠料密煉過程的混煉特性做出測試，其中的混煉步驟需要和密煉機密煉步驟保持一致。

表6 為白炭黑LK975的基本參數(shù)

(2)結(jié)果與討論

在實驗過后，需要對其結(jié)果進(jìn)行分析，其混煉特性當(dāng)中，混煉膠的密煉機功率曲線如圖2所示。在圖2當(dāng)中，生膠塑煉階段為a區(qū)表示，時長保持在0.5min，小料階段為b區(qū)域，其時長為1min。填料加入階段用c表示，時長為2min，操作油加入階段為d區(qū)域，時長為1.25min。在圖1的a中，c區(qū)2#相對1#來說，在密煉起始階段密煉機功率要小，造成此種現(xiàn)象的原因可能是初期加入了潤滑劑，對于轉(zhuǎn)子和膠料之間產(chǎn)生的剪切摩擦程度造成了減小作用，因此降低了轉(zhuǎn)矩的功率，但是2#功率大幅上升高于1#的原因，分析為白炭黑和香蕉在發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的過程當(dāng)中，對于白炭黑顆粒間的相互作用進(jìn)行了降低，與此同時，對于白炭黑與橡膠間的相互作用也產(chǎn)生了增強，因此其功率得到了上升。

圖2 NR混煉膠的混煉功率-混煉時間曲線

在硫化特性方面，混煉膠的硫化特性，當(dāng)中EBS實現(xiàn)了增加的狀態(tài)，就會包裹在包黑炭的表面蹭，對于包黑炭對促進(jìn)劑CZ的堿性活性基團(tuán)的吸附可以有效地減少。對于促進(jìn)劑的比例方面，如果比例減少，則其促進(jìn)劑的功效就會減弱，對于膠料本身的交聯(lián)密度來說，由于EBS的加入會對其造成降低影響，并且兩者呈現(xiàn)出反比狀態(tài)。在門尼粘度方面，EBS的加入對于膠料的門尼粘度也會產(chǎn)生減少作用，對于膠料的塑性會產(chǎn)生提升作用，造成此種現(xiàn)象的主要原因是由于EBS當(dāng)中的脂肪酰胺本身的橡膠相容性比較良好，因此附著在橡膠表面和橡膠分子之間，可以實現(xiàn)增塑、軟化的作用，可以起到門尼黏度的降低作用同時還可以對膠料的可塑性進(jìn)行提升。其中的動態(tài)力學(xué)性能方面，其不同的配方滴混煉膠的動態(tài)力學(xué)性能會產(chǎn)生不同的影響，如圖3所示。

圖3 NR混煉膠的G＇-應(yīng)變曲線

4.結(jié)束語

綜上所述，乙撐雙硬脂酸酰胺物質(zhì)當(dāng)中，可以將其作為白炭黑物質(zhì)的分散劑來添加到天然橡膠當(dāng)中，對于天然橡膠當(dāng)中的性能可以得到充分的改善，對于EBS來說，對于膠料的加工性能可以得到提升，提高其膠料當(dāng)中白炭黑的分散性，以此來實現(xiàn)力學(xué)性能的提升。