有機(jī)鋅替代間接法氧化鋅在半鋼/全鋼子午線輪胎胎面膠中的應(yīng)用

陳 慧

（江蘇愛特恩高分子材料有限公司，江蘇 常州 213164）

氧化鋅作為橡膠活化劑組分，是橡膠工業(yè)重要的原材料之一。它不僅能加快硫化速度，還能提高橡膠的熱傳導(dǎo)性能，有助于輪胎散熱[1]，對(duì)膠料的交聯(lián)鍵類型、交聯(lián)密度及物理性能等具有重要影響[2]。目前，常用的氧化鋅生產(chǎn)方法有間接法、直接法及濕法，其中以間接法為主；間接法氧化鋅綜合性能最佳，環(huán)保等級(jí)最高。

研究表明[3]，氧化鋅過量釋放對(duì)人體、環(huán)境，尤其是對(duì)鋅較為敏感的水生動(dòng)植物造成不良影響。因此尋找氧化鋅的替代品已是迫在眉睫。

有機(jī)鋅作為低鋅、高活性硫化活性助劑，可替代間接法氧化鋅用于輪胎及其他橡膠制品。與間接法氧化鋅相比，有機(jī)鋅具有4個(gè)重要特性：（1）鋅元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)較小，鋅污染性低；（2）重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)小，有效降低重金屬污染；（3）分散性好，特殊的大分子插層包覆結(jié)構(gòu)有利于在膠料中分散；（4）密度小，僅為間接法氧化鋅的1/2，可降低膠料體積成本。

有機(jī)鋅的微觀結(jié)構(gòu)完全不同于間接法氧化鋅。間接法氧化鋅為多個(gè)簡(jiǎn)單氧化鋅分子聚集形成實(shí)心的細(xì)小狀粉末，有效比表面積較小，硫化活性較低。有機(jī)鋅微觀結(jié)構(gòu)為核殼結(jié)構(gòu)，氧化鋅納米陣列包覆生長(zhǎng)于流動(dòng)性優(yōu)良的層網(wǎng)狀金屬-有機(jī)分子框架中，從而形成的有效比表面積大幅增大，硫化活性大大增強(qiáng)。

本工作對(duì)有機(jī)鋅與間接法氧化鋅在半鋼子午線輪胎天然橡膠（NR）/丁苯橡膠（SBR）/順丁橡膠（BR）胎面膠和全鋼子午線輪胎NR胎面膠中的應(yīng)用進(jìn)行對(duì)比研究。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 主要原材料

NR，RSS1，廣州匯豐橡膠集團(tuán)有限公司產(chǎn)品；SBR，牌號(hào)1500E，中國(guó)石油蘭州石化公司產(chǎn)品；BR，牌號(hào)9000，中國(guó)石化北京燕山分公司產(chǎn)品；炭黑220、炭黑N330和芳烴油V500，寧波漢圣化工有限公司產(chǎn)品；環(huán)烷油，山東齊魯石化工程有限公司產(chǎn)品；有機(jī)鋅，江蘇愛特恩高分子材料有限公司產(chǎn)品；間接法氧化鋅，市售品。

1.2 試驗(yàn)配方

半鋼子午線輪胎胎面膠配方：NR/SBR/BR 50/20/30，炭黑N220 50，間接法氧化鋅或有機(jī)鋅 3，硬脂酸 2.5，防老劑4020 1，防老劑RD 1.5，防護(hù)蠟 1，芳烴油 6，硫黃 1.3，促進(jìn)劑NS 1.2。

全鋼子午線輪胎胎面膠配方：NR 100，炭黑N330 45，間接法氧化鋅或有機(jī)鋅 4，硬脂酸 2，防老劑4020 1，防老劑RD 1.5，環(huán)烷油 4，硫黃 2.5，促進(jìn)劑NS 0.7。

1.3 主要設(shè)備與儀器

1.7 L密煉機(jī)，捷克Buzuluk公司產(chǎn)品；XSK-160型開煉機(jī)，湖州橡膠機(jī)械廠產(chǎn)品；MV2000型門尼粘度儀和MDR2BE-MY-7100型硫化儀（有轉(zhuǎn)子），美國(guó)阿爾法科技有限公司產(chǎn)品；LX-A型橡膠邵氏硬度計(jì)，江都市騰達(dá)試驗(yàn)儀器廠產(chǎn)品；WGJ-2500BⅡ型電子拉力機(jī)，廣西師范大學(xué)秀峰電器廠產(chǎn)品；GT-7012-A型DIN磨耗試驗(yàn)機(jī)，中國(guó)臺(tái)灣高鐵檢測(cè)儀器有限公司產(chǎn)品。

1.4 試樣制備

膠料分兩段混煉，均在1.7 L密煉機(jī)中進(jìn)行。一段混煉轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為60 r·min-1，混煉工藝為：生膠→塑煉炭黑和小料→壓壓砣提壓砣→ 清掃→壓壓砣提壓砣→壓壓砣提壓砣→ 壓壓砣排膠（溫度為150 ℃）。二段混煉轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為40 r·min-1，混煉工藝為：一段混煉膠→硫黃和促進(jìn)劑→壓壓砣提壓砣→壓壓砣提壓砣→壓壓砣提壓砣→壓壓砣排 膠（溫度為150 ℃）。

膠料在開煉機(jī)上下片?；鞜捘z停放24 h后在平板硫化機(jī)上硫化，硫化條件為145 ℃/12 MPa×25 min。

1.5 性能測(cè)試

膠料性能均按相應(yīng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試。

2 結(jié)果與討論

2.1 理化性能

有機(jī)鋅和間接法氧化鋅的理化性能對(duì)比見表1。從表1可以看出：有機(jī)鋅的密度約為間接法氧化鋅的1/2，但氮吸附比表面積卻約為間接法氧化鋅的9倍，硫化活性大大提高；有機(jī)鋅的鉛、錳、銅等重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)明顯小于間接法氧化鋅，能有效降低膠料的重金屬含量。

表1 有機(jī)鋅和間接法氧化鋅的理化性能對(duì)比

2.2 半鋼/全鋼子午線輪胎胎面膠硫化特性

有機(jī)鋅和間接法氧化鋅對(duì)半鋼/全鋼子午線輪胎胎面膠硫化特性的影響如表2所示。從表2可以看出，采用有機(jī)鋅的半鋼/全鋼子午線輪胎胎面膠與采用間接法氧化鋅的半鋼/全鋼子午線輪胎胎面膠硫化特性差異很小，表明有機(jī)鋅與間接法氧化鋅對(duì)半鋼/全鋼子午線輪胎胎面膠硫化特性的影響基本相同。

表2 有機(jī)鋅和間接法氧化鋅對(duì)半鋼/全鋼子午線輪胎胎面膠硫化特性（145 ℃）的影響

2.3 半鋼/全鋼子午線輪胎胎面膠物理性能

有機(jī)鋅和間接法氧化鋅對(duì)半鋼/全鋼子午線輪胎胎面膠物理性能的影響如表3所示。從表3可以看出，與采用間接法氧化鋅的半鋼/全鋼子午線輪胎胎面膠相比，采用有機(jī)鋅的半鋼/全鋼子午線輪胎胎面膠的密度、拉斷永久變形和阿克隆磨耗量略小，邵爾A型硬度、拉伸強(qiáng)度、拉斷伸長(zhǎng)率、撕裂強(qiáng)度和回彈值略大，300%定伸應(yīng)力和壓縮疲勞性能相差不大，這表明采用有機(jī)鋅的半鋼/全鋼子午線輪胎胎面膠的物理性能優(yōu)于采用間接法氧化鋅的半鋼/全鋼子午線輪胎胎面膠。

表3 有機(jī)鋅和間接法氧化鋅對(duì)半鋼/全鋼子午線輪胎胎面膠物理性能的影響

2.4 半鋼/全鋼子午線輪胎胎面膠耐熱老化性能

有機(jī)鋅和間接法氧化鋅對(duì)半鋼/全鋼子午線輪胎面膠耐熱老化性能的影響如表4所示。從表4可以看出，采用有機(jī)鋅的半鋼/全鋼子午線輪胎胎面膠老化后邵爾A型硬度變化與采用間接法氧化鋅的半鋼/全鋼子午線輪胎胎面膠相同，但拉伸強(qiáng)度下降率和拉斷伸長(zhǎng)下降率較小，說明采用有機(jī)鋅的半鋼/全鋼子午線輪胎胎面膠耐熱老化性能較好。

表4 有機(jī)鋅和間接法氧化鋅對(duì)半鋼/全鋼子午線輪胎胎面膠耐熱老化性能的影響

3 結(jié)論

（1）有機(jī)鋅和間接法氧化鋅對(duì)半鋼/全鋼子午線輪胎胎面膠硫化特性的影響基本相同。

（2）采用有機(jī)鋅的半鋼/全鋼子午線輪胎胎面膠的物理性能和耐熱老化性能優(yōu)于采用間接法氧化鋅的半鋼/全鋼子午線輪胎胎面膠。