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        沐和粉改性及其在橡膠中的應用

        2020-02-04 07:43:51曾飛虎張青海
        現(xiàn)代鹽化工 2020年5期
        關鍵詞:改性

        曾飛虎 張青海

        摘 要:利用偶聯(lián)劑對沐和粉表面進行改性處理,以此為原料,添加到NR/BR/SBR并用膠中制備復合材料??疾炝伺悸?lián)劑種類、偶聯(lián)劑添加量、沐和粉添加量對材料硫化性能與物理機械性能的影響。結(jié)果表明,沐和粉添加15份,鋁酸酯偶聯(lián)劑添加量為沐和粉添加量的1%時,性能最優(yōu)。

        關鍵詞:沐和粉;偶聯(lián)劑;橡膠;改性

        基金項目:黎明職業(yè)大學科研團隊項目(LMTD201901)

        沐和粉是一種從礦山產(chǎn)出的礦石原料,經(jīng)氣流粉碎研磨加工制成的微細粉體材料??梢詫搴头鄯鬯榧毣蛘弑砻娓男裕蛊漕w粒微細化或表面的親水性能向親油性能轉(zhuǎn)變,從而增強其與有機樹脂的相容性。通常,表面化學改性的方法有表面改性[1]、表面接枝改性[2]和偶聯(lián)劑表面改性[3]。采用鈦酸酯[4]、鋁酸酯、硅烷等偶聯(lián)劑對常見填料碳酸鈣進行表面改性,可以得到吸水率較低、堆積密度大以及在有機介質(zhì)中分散性較好的填料。

        本研究將天然礦物沐和粉改性,并以此作為丁苯橡膠、丁二橡膠和天然橡膠組成的橡膠基材的填料,研究其對橡膠硫化與補強等性能的影響。

        1 試驗

        1.1 試劑

        沐和粉TWFT-8250,福州桐威粉體有限公司;丁苯橡膠1502(SBR);丁二烯橡膠9000(BR);天然橡膠(NR);氧化鋅(ZnO);硬脂酸(St);促進劑(TMTD);硫磺(S);硅烷偶聯(lián)劑KH570;鋁酸酯偶聯(lián)劑;鈦酸酯偶聯(lián)劑;無水乙醇。

        1.2 試驗表征儀器

        高速混合機;開放式練塑練膠機;硫化機;發(fā)泡硫化儀;沖片機;電子萬能試驗機。

        1.3 基礎配方

        丁苯橡膠1502(SBR)20份;丁二烯橡膠9000(BR)50份;天然橡膠(NR),30份;氧化鋅(ZnO)3份;硬脂酸(St)1份;促進劑(TMTD)1.5份;硫磺(S)1.65份。

        1.4 工藝流程

        沐和粉在105 ℃下干燥至恒重,與偶聯(lián)劑在高速混合機中混合,備用為A料。生膠與氧化鋅、硬脂酸一起開煉,備用為B料。A料和B料混合開煉,加入促進劑和硫磺,放置8 h,在平板機上硫化成型,停放8 h冷卻成型,制備成標準樣條,以備邵氏硬度測試及拉伸性能測試之用。

        1.5 復合材料的性能測試

        按照GB/T 16584—1996測試硫化特性;按照GB/T 528— 1998測試拉伸性能;按照GB/T 531—1999測試材料的硬度。

        2 結(jié)果與討論

        2.1 偶聯(lián)劑種類對復合材料性能的影響

        從圖1可看出,在混煉膠中添加純沐和粉后,其硫化曲線、ΔM最好,說明了純沐和粉能夠使混煉膠的交聯(lián)密度增加,提高硫化性能;但是邵氏硬度較添加了偶聯(lián)劑的橡膠要小,這可能是由于表面極性較大的沐和粉在膠料中發(fā)生了部分二次團聚,形成了較強的填料網(wǎng)絡,其中,添加鋁酸酯拉伸強度最大,達22.8 MPa。

        鋁酸酯偶聯(lián)劑是兩性結(jié)構(gòu)化合物,其分子中易水解的烷氧基與沐和粉表面的自由質(zhì)子發(fā)生化學反應;分子另一端與高分子基體發(fā)生化學反應或者物理纏繞,把極性大的沐和粉與高分子基質(zhì)緊密聯(lián)系在一起,從而增強了硫化膠的綜合性能。用偶聯(lián)劑改性的沐和粉與橡膠基材之間的扯裂伸長率越大,說明化學結(jié)合程度越高。但從邵氏硬度值看出,添加了偶聯(lián)劑的沐和粉,其材料硬度都有所提高,這說明添加了偶聯(lián)劑的沐和粉能更好地分散并進入混合膠料的分子中間,達到更好的硫化效果。添加了1%鋁酸酯的沐和粉,邵氏硬度值達60 A(見表1)。

        2.2 鋁酸酯偶聯(lián)劑用量對復合材料性能的影響

        當偶聯(lián)劑鋁酸酯質(zhì)量分數(shù)不到1%時,其ΔM相對較高(見表2),適量鋁酸酯偶聯(lián)劑改性的沐和粉可以使沐和粉均勻地分布于混煉膠的分子鏈之間,增加沐和粉與膠料的相容性。當鋁酸酯的質(zhì)量分數(shù)超過1%時,羥基會使促進劑(TMTD)發(fā)生遲滯,導致硫化性能下降、混煉膠的ΔM下降。隨著鋁酸酯的比例增加,其拉伸強度與扯裂伸長率均是先上升后下降。這說明當添加1%鋁酸酯時,偶聯(lián)劑較好地在沐和粉表面形成一層有機膜,使顆粒間的空隙減少,改善了沐和粉的親油性能,增強了沐和粉與橡膠基體的相容性。鋁酸酯質(zhì)量分數(shù)超過1%時,拉伸和扯裂性能都下降,說明鋁酸酯已基本達到飽和,此時如再添加偶聯(lián)劑,性能反而下降。

        2.3 不同量改性沐和粉對復合材料性能的影響

        當添加30份沐和粉時,硫化曲線ΔM比添加其他份數(shù)要高,說明添加一定份數(shù)的沐和粉有助于降低混煉膠的黏度,增強其機械加工性能。隨著沐和粉添加量的增加,沐和粉與混煉膠的有效接觸面積逐步擴大,混煉膠交聯(lián)密度提高,硫化性能增強(見表3)。隨著沐和粉的份數(shù)增加,拉伸強度不斷上升,扯裂伸長率變化先提高后降低;當沐和粉份數(shù)為15時,其拉伸強度與扯裂伸長率較高,沐和粉顆粒分散在基體中的結(jié)晶區(qū),當機體材料受到外力作用時,這些顆??梢宰柚够w分子鏈滑移,防止出現(xiàn)空隙等缺陷。過量的沐和粉,雖然仍然具有較高的拉伸強度,但是扯裂伸長率顯著下降,這主要是因為沐和粉過量,在橡膠中分散不均勻,與橡膠的相互作用(如吸附作用)減小。

        3 結(jié)語

        (1)利用偶聯(lián)劑可以有效改性沐和粉,使其與橡膠基料有效混合。鋁酸酯偶聯(lián)劑改性沐和粉較其他偶聯(lián)劑改進效果更好。

        (2)當鋁酸酯偶聯(lián)劑的質(zhì)量分數(shù)為沐和粉質(zhì)量分數(shù)的1%,沐和粉的填充份數(shù)為15份時,復合材料的拉伸強度為2.24 MPa,扯裂伸長率為500%。

        [參考文獻]

        [1] 曹奇,崔蔚,賈紅兵,等.白炭黑表面改性對NR/BR硫化膠性能的影響[J].橡膠工業(yè),2001,48(7):389-392.

        [2] 王兵兵.白炭黑表面接枝改性及其在橡膠中的應用[D].廣州:華南理工大學,2012.

        [3] 林美娟,陳煥.鋁酸酯偶聯(lián)劑在天然橡膠/碳酸鈣復合體系中的應用[J].橡膠工業(yè),1996,43(1):30-33.

        [4] 梅俊飛,于涵,廖建和,等.新型偶聯(lián)劑改性氣相白炭黑對天然橡膠性能的影響[J].功能材料,2020,51(6):6127-6132.

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