聚异戊二烯橡胶的加工和配合工艺

聚异戊二烯橡胶的加工和配合工艺

高112班于忠华 119034064

摘要：聚异戊二烯橡胶具有有天然橡胶相媲美的优异性能。本文介绍聚异戊二

烯橡胶的加工工艺和配合工艺，并对聚异戊二烯橡胶的发展前景作出概括和展望。

关键词：聚异戊二烯橡胶配合加工橡胶工艺学

第一章绪论

1.1 聚异戊二烯橡胶的结构与种类

聚异戊二烯橡胶是由异戊二烯单体在催化剂作用下,通过本体聚合或者溶液聚合制得的一种重要合成橡胶。根据聚异戊二烯橡胶中异戊二烯单元结构的不同,可分为高顺式-1,4-聚异戊二烯橡胶、反式-1,4-聚异戊二烯橡胶、顺式-3,4-聚异戊二烯橡胶和1,2-聚异戊二烯橡胶四种异构体，但实现工业化的仅前2种。在顺式-1,4-聚异戊二烯橡胶中,按其顺式-1,4-结构含量又可细分为高顺式聚异戊二烯橡胶和中顺式聚异戊二烯橡胶;按引发体系可以分为锂系聚异戊二烯橡胶、钛系聚异戊二烯橡胶和稀土系聚异戊二烯橡胶等。聚异戊二烯橡胶(主要指高顺式-1,4-聚异戊二烯橡胶,简称异戊橡胶,IR）的微观分子结构接近于天然橡胶(NR),是一种通用型合成橡胶，其微观结构和力学性能与天然橡胶相近，故有“合成天然橡胶”之称。

1.2聚异戊二烯橡胶的性能与应用

聚异戊二烯橡胶具有与NR相似的化学组成、立体结构和力学性能,具有良好的原胶强度性能、粘性、耐老化性能和回弹性能,是替代NR制造轮胎的重要原料,还可以用于生产输送带、胶管、胶带、海绵、胶粘剂、电线电缆、胶鞋、运动器械、机械制品以及医用材料等。它可以单独使用,也可以与NR或其他合成橡胶并用。

第二章聚异戊二烯橡胶的配合工艺

2.1聚异戊二烯橡胶的配合体系

硫化体系：NR一般用硫黄硫化体系，促进剂用噻唑类、次磺酰胺类、秋兰姆类等，活化剂有氧化锌、硬脂酸。

补强填充体系：最常用的是炭黑，其次是白炭黑及非补强性填充剂碳酸钙、滑石粉等。

防护体系：对苯二胺类最好，如4010、4010NA等。

增塑体系：以松焦油、三线油最为常用。其次是松香、古马隆及石蜡。

lR与NR的主链分子结构是一样的，因而在配方设计上没有本质区别。但需要注意NR中含有的非橡胶成分有加速硫化的作用，及IR与NR在分子微观结构和相对分子质量分布等方面的差异对其加工性能和硫化胶物理性能的影响。2.1.1硫化体系

IR的硫化体系主要是硫黄硫化体系，其耐热硫化体系也和NR一样，可采

用无硫硫化体系或有效硫化体系。然而，在采用硫黄硫化体系时，IR的硫黄用量要相应比NR的硫黄用量少10％～15％，一般不高于2.5份，用量过多会使硫化胶的拉伸强度迅速减小。IR与NR硫化体系的主要差别在于对促进剂的品种及用量的要求不同。由于NR含有的脂肪酸和蛋白质等物质在硫化中起活化作用，而IR则缺少这些物质，因此IR的硫化速度比NR慢。要获得与NR相同的硫化速度，IR的促进剂用量必须相应地增加10％～2O％。实验结果表明，不同牌号IR的硫化速度也略有差异，但均比NR慢。要获得平坦的硫化曲线，IR必须采用2种上的促进剂并用，且胺类促进剂比较有效若选用次磺酰胺类为主促进剂，则秋兰姆类作第二促进剂较好；若单独使用噻唑类促进剂，则硫化速度慢，应选用胍类作第二促进剂；若选用噻吩类秋兰姆类促进剂体系。IR的硫化速度、硫化胶物理性能均不够理想；厚制品的硫化时间长，其配合与NR相同。一般，IR硫化胶的300％定伸应力比NR小，如要得到与NR一样的定伸应力，促进剂用量要增加20％。若IR与其它橡胶并用，当IR的并用比例较大时，最适宜采用促进剂CZ，NOBS，TMTM，TMTD，TETD，ZMBT，ZDC，ZDMC，M和DM等，且要注意硫化剂和促进剂的分散，为此应选用穰体或熔点低、分散性好的促进剂或硫化剂。硫化剂和促进剂最好用NR或SBR制成母炼胶来使用；当NR与IR并用时，尤其需高温短时间硫化时，要增加促进剂用量。使用最广泛的硫化活性剂是氧化锌和硬脂酸并用体系。在透明制品配方中最好使用活性氧化锌和硬脂酸锌的并用体系。虽然硬脂酸锌盐分散性好，但从透明性来看，使用月桂酸更好。在纯胶配方中，胶料硫化速度快时，会引起喷霜，但使用高活性促进剂可缓解这种现象。一般，在IR配方中氧化锌的用量为5份，硬脂酸的用量为2～3份。要想进一步将IR的硫化速度调整到NR的水平。可添加三乙醇胺(TEA）、二甘醇(DEG)、聚乙二醇(PEG)、促进剂H等活性剂和促进TMTD，TS，D，DT 等助促进剂。在白色配方中采用上述方法同样是有效的，唯有纯胶配方的硫化速度最慢。当NR中并用的IR比例低于5O％时，几乎就没有必要要调整硫化体系。

2.1.2补强填充体系

NR的填充剂一般均适用于IR。各种炭黑对IR性能的影响与对NR的影响大体相同。采用相同的炭黑配方时，IR硫化胶的拉伸强度、定伸应力和硬度均比NR小。炉黑能加快硫化速度，但易焦烧，使用炉黑时最好使用次磺酰胺类迟效性促进剂。热裂法炭黑与高耐磨炭黑不同，硫化的活化作用较低。一般炭黑填充量为30-50份。用白色补强填充剂时，IR的定伸应力明显地低于NR，这可认为是由于IR与NR对白色填充剂亲合性不同的缘故。白炭黑补强IR的硬度增大，还会产生粘辊现象。硅酸钙和硅酸铝在IR中经常使用，即使硅酸钙的用量较大，胶料粘度也不会大幅度提高。软质陶土和碳酸钙填充的IR与相同配合的NR比较，硫化胶物理性能较低。白炭黑和精石粉并用时，IR的工艺性能也比较好。两种填充剂并用时必须考虑到填充剂的pH值对胶料硫化速度的影响。由于IR

无色且透明，故多被应用于透明配方。在透明配方中，NR使用碳酸镁作填充剂，而IR采用碳酸镁与水合硅酸盐类物质并用，可获得透明性比NR制品更好的橡胶制品。

2.1.3防护体系

IR是双烯烃化合物，而NR则含有部分非橡胶烃物质，这些物质具有一定的防老化作用，因此，IR的耐老化性能比NR差。一般，通用防老剂、防臭氧剂都适用于IR，其中以仲胺类防老剂最为有效，在浅色橡胶制品中多使用酚类防老剂。在实际使用时应根据产品性能要求选用适宜的防老剂品种和用量。