氢化丁腈橡胶的结构与性能_图文(精)

加工・应用合成橡胶工业,2008-03-15,31(2:118~121

CH I N A SY NTHETI C RUBBER I N DUSTRY

氢化丁腈橡胶的结构与性能

朱景芬1,2,黄光速1,李锦山2,胡海华2

(11四川大学高分子科学与工程学院,四川成都610065;21中国石油兰州化工研究中心,甘肃兰州730060

摘要:考察了丁腈橡胶(NBR氢化过程中聚丁二烯的顺式-1,4-结构、反式-1,4-结构及乙烯基

微观结构的变化,讨论了不同氢化度的氢化丁腈橡胶(HNBR的热氧化稳定性、硫化特性和力学性能的

差异。结果表明,在NBR加氢过程中,聚丁二烯的乙烯基加氢速率最快,其次是反式-1,4-结构,加氢

速率最慢者是顺式-1,4-结构,腈基未被氢化;氢化度为90%的HNBR的热氧化稳定性远优于NBR,

而氢化度为95%的HNBR的热氧化稳定性更优;随着氢化度的增加,HNBR的硫化特性未见明显改变;

HNBR硫化胶的拉伸强度高于NBR,而其扯断伸长率则小于NBR,并且随着HNBR氢化度的提高,

HNBR与NBR的拉伸强度、扯断伸长率差值增大。

关键词:氢化丁腈橡胶;丁腈橡胶;微观结构;热氧化稳定性;硫化特性;力学性能

中图分类号:T Q33317文献标识码:B文章编号:1000-1255(200802-0118-04

丁腈橡胶(NBR通过氢化作用使其分子链中聚丁二烯链节上的双键达到饱和,从而得到了高性能的氢化丁腈橡胶(HNBR。HNBR中的饱和结构赋予其优异的弹性、耐热性、耐氧化性、化学稳定性及低温曲挠性等。国内外许多学者对HNBR的制备及应用进行了广泛的研究[1-9],但对其结构与性能的研究却涉及较少,且研究的侧重点与本研究有所不同[10]。本工作主要考察了氢化过程中聚丁二烯的顺式-1,4-结构、反式-1,4-结构及乙烯基3种微观结构的变化规律,讨论了不同氢化度HNBR的热氧化稳定性、硫化特性和力学性能的差异。

1实验部分

111原材料

氢化度分别为60%,80%,90%,95%,99%的HNBR,采用质量分数为10%的NBR 氯苯溶液,以氯化铑的络合物为催化剂,在温度为70~ 120℃、压力为7~12MPa下进行氢化反应,用甲醇凝聚胶液,真空烘干后即得不同氢化度的HNBR,中国石油兰州化工研究中心中试产品; NBR,牌号为N21,结合丙烯腈质量分数为40%,门尼黏度为82,中国石油兰州石化公司产品;其他均为橡胶工业常用助剂。112HNBR(NBR硫化胶的制备

基本配方(质量份:HNBR(NBR100,氧化锌5,硬脂酸1,聚酯5,炭黑N66045,过氧化二异丙苯(DCP315,三烯丙基异氰酸酯115。

首先在(45±5℃下加入HNBR(NBR塑炼,2m in时加入氧化锌和DCP,6m in时加入硬脂酸,7m in时加入1/2的炭黑,10m in时加入剩余炭黑,13m in时加入三烯丙基异氰酸酯,16m in 时加入剩余助剂混炼4m in,薄通6次,下片。将下片后的混炼胶放置2~24h,在160℃、10MPa、25m in的条件下硫化,得到HNBR(NBR硫化胶。113分析与测试

微观结构采用美国N icolet公司生产的Magna-750型傅里叶变换红外光谱(FTI R仪进行分析。

热氧化稳定性采用美国Perkin El m er公司生产的PE7型热重分析仪进行分析。采用氧气气氛,升温速率10℃/m in,升温范围25~800℃。

硫化特性采用青岛优肯科技股份有限公司

3收稿日期:2007-04-23;修订日期:2008-01-04。

作者简介:朱景芬(1967—,女,高级工程师。已发表论文

20余篇。

基金项目:中国石油兰州石化公司科学研究与技术开发资助

项目(LY0303。

生产的UR -2030型橡胶无转子硫化仪在170℃下进行测试。

力学性能按照G B /T 528—1998,采用台湾高铁电子仪器公司生产的TS -7000S 型电子拉力机进行测试。2结果与讨论211微观结构

氢化度分别为60%,80%,90%,95%,99%的HNBR 的FTI R 谱图如图1~图5所示。不同氢化度HNBR 中聚丁二烯的3种微观结构的质量分数计算结果见表1

。

Table 1M i crostructrue of polybut ad i ene i n HNBR w ith

d i fferen t degre

e o

f hydrogena ti on

Degree of hydr ogenati on /

%Mass fracti on of trans 21,42unit/%

Mass fracti on of vinyl/%Mass fracti on

of cis 21,42unit/%602017 210371780111601442139041404712951180481999

015

4912

由图1~图5和表1可以清晰地看出,随着HNBR 氢化度的增加,聚丁二烯的乙烯基(波数

919c m -1

消失得最快,即加氢速率最快,其次是

反式-1,4-结构(波数971c m -1

,加氢速率最

慢者是顺式-1,4-结构(波数724c m -1

。当氢化度达到90%时,HNBR 中的乙烯基已不存在;当氢化度超过99%

时,HNBR 中反式-1,4-结构质量分数已接近于0,剩余的均为顺式-1,4-结构。在NBR 的加氢过程中,腈基(波数

2236c m -1

未随HNBR 氢化度的增加而变化,这说明腈基未被氢化。212热氧化稳定性

NBR 、氢化度分别为90%和95%的2种

・

911・第2期朱景芬等1氢化丁腈橡胶的结构与性能

HNBR的热失重曲线如图6~图8所示。由图6可以看出,NBR于27615℃时开始失重,质量保持率为9816%;当温度升至31115℃时,失重明显,质量保持率为9719%;当温度升至34816℃时,则快速失重,此时质量保持率仅为6916%。对比图6和图7