1、促进剂并用机理的探讨与应用尚有疑点仅供参考前言w促进剂的并用技术,除了轮胎及一些厚制品外,硫化体系中常采用单种促进剂,而在其它橡胶制品的生产中,并用技术得了广泛地应用。大量的事实证明,促进剂的单用与并用机理是相同的,但促进剂并用时它们存在着基团活性的强弱、反应的形式不同、交联速度的差异等因素。不管是在物理性能还是对硫化的进程,其影响是极大的,由于促进剂的并用还没有一条统一的,及相互影响、相互作用的说法。也是工艺师们对硫化体系的设计时的最大的障碍,从而使配方工艺师付出了百倍的艰辛。前言w在促进剂并用体系的硫化进程中,所出现的加和效应、协同效应及类似于对抗效应,或在制品及生产过程中出现的喷霜、欠硫
2、、硫化速度的不稳定性、焦烧时间的长短、及焦烧现象等,完全并不是随着促进剂用量的大小、活性的强弱、溶解度的参数的不同等因素所能解释的,寻找一条合理的运用规律是工艺师们提高思路空间的必然之路。硫化机理的回顾(1)w一;诱导期.w1,由硫黄/促进剂/活性剂/防焦剂相互反应,形成活化硫化剂(锌的络合物)。w 2.络合物与橡胶分子链 亚甲基上的H 反应生成侧挂基团(橡胶键合的多硫化物)。硫化机理的回顾(2)w3.此时也虽有少量初始交联,由于络合物生成侧挂基团的活性比初始交联的键合能力更强,妨碍了侧挂基的交联与短化,此时的反应主要是生成硫黄促进剂的侧挂基团。w4.当促进剂自动催化消耗完后,此时侧挂基团的生
3、成量达到最大值,硫化的诱导期基本结束,硫化反应进入交联阶段。硫化机理的回顾(3)w,(A)诱导期反应的第一步是氧化锌、硬脂酸和促进剂在橡胶中生成中间产物;w XSHXSSXXSNR2ZnORCOOHXSZnSX硫化机理的回顾(4)w(B)生成的中间产物,次磺酰胺类、噻唑类为MZ。如TMTD的为ZDMC。以下为结构简式;中间产物MZ、SNCSZnSCNS硫化机理的回顾(5)w中间产物ZDMC;CH3NCSZnSCNCH3CH3SSCH3这些中间产物的溶解度比原来的促进剂有所增加,扩散速度有所降低。硫化机理的回顾(6)w这些中间产物在氮碱或羧酸锌配位的产物(硬脂酸中,或其它酸根离子)的存在下其溶解
4、度会有很大地提高。CH3NCSZnSCNCH3CH3SSCH3NH2NH2RR与氮碱形成的ZDMC络合物硫化机理的回顾(7)有机酸形成的MZ的络合物硫化机理的回顾(8)w由于亲核的硫原子和胺或羧酸形成不牢固的ZnS键,这些络合物就能使S8裂解开环和活化。这是一种活性很强的络合物(硫醇盐)硫化机理的回顾(9)w反应的第二步是络合物和橡胶大分子反应,生成硫黄、促进剂的活性侧挂基团。w其反应式为;w RH XSSXZnSXSX RSXSXXSXHZnS。其中RSXSX为侧挂基团。 XSXH为网外物质,在反应过程中,又会组络合成新的络合物。硫化机理的回顾(10)橡胶的侧挂基团硫化机理的回顾(11)w当
5、硫化进入交联阶段时,主要形成初始交联多硫键。w结构式为; RSYRw此时可溶性锌离子作用很大,保护了弱键,而强键处段裂形成了新的较短的多硫交联健。所以氧化锌的能提高胶料的交联度。硫化机理的回顾(12)热硫化阶段,其反应更为复杂; 此时交联键不断地短化和不断地增键,同时也伴随着裂解、主链改性、环硫化合物的形成及多硫化合物的互换反应,其网络熟化反应更为复杂。反应的重点w整个反应过程中,最重要的一步是生成促进剂硫醇盐的络合物。w同时也是在 整个硫化体系设计时的,最重要的考虑方向之一。w而在促进剂并用体系中,当由于两种或两种以上不同促进机团的促进剂并用时,其硫化过程更为复杂。并用体系的相互作用(1)w
6、 当两种或两种以上的不同促进基团的促进剂并用时,在诱导期它们各自生成促进剂硫醇盐的络合物,并生成橡胶的多硫促进剂(络合物)侧挂机团,当其中一种活性较强的主促进剂首先消耗完后,此时橡胶中的侧挂基团达到最大值,对促进剂侧挂基团与 亚甲基上H的交联影响突然减少,橡胶的交联反应迅速进行。并用体系的相互作用(2)w 任何两种或多种不同促进基团的促进剂并用时,在反应的初期(诱导期)为了形成各自的络合物,它们将各自对胺或羧酸锌配位的产物产生争夺,从而延迟了活性较强的一种促进剂的自动催化时间,并延迟了多硫促进剂侧挂基团达到最大值的时间,使硫化胶的诱导期延长,这种争夺与体系中的活化能极为相关。 并用体系的相互作
7、用(3)w当两种秋兰姆类促进剂,基团结构相近时,硫化反应时分解出活性基团时,有可能出现基团互换,所以对主促进剂反应时的自动催化消耗速度影响不大 ,所以并用时相互影响很小。w相应来说,二硫代氨基甲酸盐类促进剂,本身就是一种中间产物,在诱导期同样会对羧酸锌配位产物的争夺,并用时焦烧延长。并用体系的相互作用(4)。当两种或多种不同促进基团的酸性促进剂并用时,如活性相近,并同时自动催化消耗,此时达到侧挂基团最大值时,同时自动消耗 时间相差较近,硫化胶的诱导期最长,在并用体系中反应最为完全。并用体系的相互作用(5)w 随着有机酸的含量增加或硬脂酸的用量增加,使氧化锌在橡胶中的溶解度增加,但酸根离子的增加
8、使硬脂酸起始活性降低,影响了促进剂生成中间产物的时间,使硫化胶的诱导期增加,当充分活化时可以提供足够的羧酸锌配位产物生成络合物,使胶料的硫化速率或速度有所提高,热硫化时间缩短。 并用体系的相互作用(6)w碱性物质能提高有机酸的起始活性,能很快地中和酸根离子,使硫化体系中的活性加强,但不一定能提高胶料的交联程度,当胶料含碱性胺类物质时,不但能提前活化有机酸,使胶料的透导期缩短,并能提高胶料的交联密度,或者是能分解出胺类活性基团的促进剂,也能活化硬脂酸,使并用体系对配位的羧酸锌产物的争夺减弱,从而使胶料的硫化速度加快。并用体系的相互作用(7)w在体系中活性剂的活性足够强时,促进剂的促进基团的活性越
9、强、浓度越高,反应速度越快,促进剂的自动催化越快,对亚甲基上的氢越易极化,生成多硫促进剂侧挂基团的速度越快,促进剂消耗越快,配合体系中用量越少,起硫时间越快。反之亦然。并用体系的相互作用(8)w在络合物中含有胺类化合物,相对来说体系中的活性比有机酸活性更强,当噻唑类为主促进剂的硫化体系中植入少量的胺类化合时,使硫化体系具有协同效应。并用体系的相互作用(9) 两种或两种以上的具有相同促进基团的促进剂并用时,它们生成了同一种络合物,使它们在硫化的进程中始终处于加和效应,此时对羧酸锌配位的产物不存在争夺,焦烧时间的长短完全取决于促进剂本身的自动催化速度。例举促进剂搭配说明(1)w不喷霜EPDM胶料的
10、促进剂搭配。(选自于橡胶工业手册的三八原则)。wEPDM 100 ZNO 5 SA 1 S 1.5 TMTD 0.8 BZ 0.8 M 0.8w 例举促进剂搭配说明(2)w1.EPDM 100 S1.5 M 0.5 TMTD0.6 BZ 2 PX0.4w2.EPDM 100 S1.5 M0.5 OTOS 1 BZ 1.5此硫化体系停放长久后不会出现喷霜。(选自于实用橡胶配方技术)例举促进剂搭配说明(3)wEPDM 100 S 1.5 M 0.5 TMTD 1 ZDC 1.5此配方用于胶管停放不久全部喷霜。(选自于实用橡胶配方技术)例举促进剂搭配说明(4)w1,顺丁胶 100 w2,白炭黑 150 w3,TMTD 1.6 w4,DM 2.8 w5,M 2.6 w6,D 1.45 w7,ZDC 1.4 w8,二甘醇 15 w9,碳酸锌 7 w10,硬脂酸 5 w11.硫黄 5.5 w12,油 200 选自于民间实用配方促进剂并用技术的拓展w1.综合促进剂对广大的中小型企业的推广具有广阔的前景。w2.改性的预分散母粒,将是解决加工过程中分散性的主要措施之一。完w 作于2010年六月w 于 昆山多威体育用品公司/10/2932.