橡胶工艺原理讲稿 第五章 橡胶的增塑体系

第五章橡胶的增塑体系 (1)

§5.1 橡胶增塑剂及分类 (1)

一．橡胶增塑剂的概念 (1)

二．增塑剂的作用 (1)

三．增塑剂的分类 (1)

四．对增塑剂的要求 (1)

§5.2 橡胶增塑原理及增塑效果表征 (2)

一．橡胶增塑的方法 (2)

二．增塑剂与橡胶的相容性 (2)

三．增塑剂作用机理 (2)

四．增塑剂增塑效果的表征 (3)

§5.3 橡胶增塑剂 (3)

一．石油系增塑剂 (3)

二．煤焦油增塑剂 (5)

三．松焦油系增塑剂 (5)

四．脂肪油系增塑剂 (5)

五．合成增塑剂 (5)

§5.4 新型增塑剂 (7)

第五章橡胶的增塑体系

§5.1 橡胶增塑剂及分类

一．橡胶增塑剂的概念

增塑剂又称为软化剂，是指能够降低橡胶分子链间的作用力，改善加工工艺性能，并能提高胶料的物理机械性能，降低成本的一类低分子量化合物。

过去习惯上根据应用范围不同分为软化剂和增塑剂。软化剂多来源于天然物质，常用于非极性橡胶；增塑剂多为合成产品，多用于极性合成橡胶和塑料中。目前由于所起的作用相同，统称为增塑剂。

二．增塑剂的作用

1．改善橡胶的加工工艺性能：通过降低分子间作用力，使粉末状配合剂更好地与生胶浸润并分散均匀，改善混炼工艺；通过增加胶料的可塑性、流动性、粘着性改善压延、压出、成型工艺。

2．改善橡胶的某些物理机械性能：降低制品的硬度、定伸应力、提高硫化胶的弹性、耐寒性、降低生热等。

3．降低成本：价格低、耗能省。

三．增塑剂的分类

1．根据作用机理分：

物理增塑剂：增塑分子进入橡胶分子内，增大分子间距、减弱分子间作用力，分子链易滑动。

化学增塑剂：又称塑解剂，通过力化学作用，使橡胶大分子断链，增加可塑性。

大部分为芳香族硫酚的衍生物如2-萘硫酚、二甲苯基硫酚、五氯硫酚等。

2．按来源分：

①石油系增塑剂

②煤焦油系增塑剂

③松油系增塑剂

④脂肪油系增塑剂

⑤合成增塑剂

四．对增塑剂的要求

增塑效果好，用量少，吸收速度快；

与橡胶的相容性好，挥发性小、不迁移、耐寒性好，耐水、耐油、溶剂；

电绝缘性好，耐燃性好，无色、无毒、无臭，价廉易得。

§5.2 橡胶增塑原理及增塑效果表征

一．橡胶增塑的方法

提高橡胶可塑性的方法主要有以下三种：

1．物理增塑法：加入物理增塑剂

2．化学增塑法：化学塑解剂

3．机械增塑法：通过机械剪切作用，提高可塑性。

可单独应用，与前两种方法一起使用时，效果更好。

二．增塑剂与橡胶的相容性

1．增塑剂与橡胶的相容性

相容性是指两种不同的物质混合时形成均相体系的能力。相容性好，两种物质形成均相体系的能力强。橡胶与增塑剂的相容性很重要，若相容性差，增塑剂则会从橡胶中喷出，甚至难于混合、加工。橡胶与增塑剂的相容性的预测方法是采用溶解度参数（δ）。在不考虑氢键和极化的影响下，一般橡胶与增塑剂的溶解度参数相近，相容性好，增塑效果好。

橡胶的增塑可以看成是低分子增塑剂溶解于橡胶中的一种过程，可利用聚合物—溶剂体系的相应规律来分析橡胶与增塑剂的相互作用。

吉布斯自由能ΔG=ΔH-TΔS 若ΔG<0，溶解能自发进行，相容性好

溶解焓变：ΔH=υ1υ2（δ1-δ2）2υ1、υ2—橡胶、增塑剂的体积分数

δ1、δ2—橡胶、增塑剂的溶解度参数

因为溶解过程ΔS>0，所以要使ΔG<0，ΔH应尽可能小，因此δ1、δ2要接近。

2．增塑剂与橡胶相容性的实验预测

研究发现，在不饱和橡胶中使用增塑剂时，增塑剂的不饱和性高低对增塑剂和不饱和橡胶的相容性有很大影响。增塑剂的不饱和性越高，增塑剂与不饱和橡胶的相容性越好。测定增塑剂不饱和性的方法是测其苯胺点。

苯胺点：同体积的苯胺与增塑剂混合时，混合液呈均匀透明时的温度。

苯胺点越高，说明增塑剂与苯胺的相容性越差，不饱和性低。

三．增塑剂作用机理

1．非极性增塑剂作用机理

非极性增塑剂增塑非极性橡胶时，由于分子量小，无规渗透于大分子之间，增大了分子间的距离，削弱了大分子间作用力，使大分子间滑移容易，流动性提高。

增塑剂的加入会降低橡胶的玻璃化温度Tg，Tg下降值与增塑剂的体积分数有直接关系：

ΔTg=kφ1k-常数；φ1—增塑剂的体积分数

2．极性增塑剂的作用机理

极性增塑剂增塑极性橡胶时，极性的增塑剂低分子的极性部分定向地排列于橡胶大分子的极性部位，对大分子链段起包围阻隔作用，从而增加了大分子链段之间的距离，减小了大分子间相互作

用力，增大了大分子链段的运动性，从而提高了橡胶的塑性。

ΔTg=kn k —与增塑剂性质有关的常数；n —增塑剂的摩尔数。

四．增塑剂增塑效果的表征

增塑剂对橡胶的塑化作用通常用橡胶的门尼粘度的降低值来衡量，表征方法主要有两种：

1．填充指数（EI ）

在一定的温度下，把高门尼粘度的橡胶塑化为某一标准门尼粘度值时所需要的增塑剂的份数。填充指数越小，对橡胶的塑化作用越强。

2．软化力（S.P.）

在一定的温度下，以一定量的增塑剂填充橡胶时，其门尼粘度的下降率称为软化力。软化力高，对橡胶的塑化作用强。

原聚合物的门尼粘度

充油聚合物的门尼粘度原聚合物的门尼粘度-=..P S

§5.3 橡胶增塑剂

一．石油系增塑剂

是橡胶加工中使用最多的增塑剂之一。增塑效果好，来源丰富，成本低廉。石油系增塑剂是选择适当的原油进行常压和减压蒸馏制得。主要品种有操作油、三线油、变压器油、机油、轻化重油、石蜡、凡士林、沥青及石油树脂等，其中最常用的是操作油。

1．操作油的分类

操作油是石油的高沸点馏分，由分子量在300~600的复杂烃类化合物组成，分子量分布宽。根据油中主要成分的不同，可将操作油分为以下三种：

①芳烃油： 以芳烃油为主。褐色的粘稠状液体，与橡胶的相容性最好，加工性能好，吸收速度快。适用于天然橡胶和多种合成橡胶；缺点是有污染性，宜用于深色橡胶制品中。

②环烷油： 以环烷烃为主。浅黄色或透明液体，与橡胶的相容性较芳烃油差，但污染性比芳烃油小，适用于NR 和多种合成橡胶。

③石蜡油： 又称为链烷烃油，以直链或支化链烷烃为主。无色透明液体，粘度低，与橡胶的相容性差，加工性能差，吸收速度慢，多用于饱和性橡胶中，污染性小或无污染，宜用于浅色橡胶制品中。

2． 操作油的特性

（1）操作油粘度 操作油粘度越高，则油液越粘稠，操作油对胶料的加工性能及硫化胶的物性都有影响。采用粘度低的操作油，润滑作用好，耐寒性提高，但在加工时挥发损失大。当闪点低于180℃时，挥发损失更大，应特别注意。

操作油的粘度与温度有很大关系。在低温下粘度更高，所以油的性质对硫化胶的低温性能有很大的影响，采用低温下粘度（在-18℃的运动粘度）变化较小的油，能使硫化胶的低温性能得到改善。