纳米氧化锌应用到橡胶中的好处

纳米氧化锌应用到橡胶中的好处

氧化锌除具有硫化活性剂的作用外，还具有硫化、补强相容的作用。采用纳米氧化锌（VK-J30,VK-J50,VK-J30H,VK-J50H,VK-J50L）可以降低氧化锌用量，并保证有较高的活性.对节约我国锌资源具有重要的现实意义。

1.氧化锌在橡胶中的作用机理

氧化锌对许多促进剂都有增强促进的作用。在硫化过程中，氧化锌与促进剂、硫黄硬脂酸、橡胶大分子链以及相应的中间产物都能发生反应,说明氧化锌所具有的活化促进作用复杂。但大量试验结果表明，氧化锌作为硫化活性剂主要是对硫化过程中化学交联键的形成速度、交联键类型和数量产生重要的影响，从而提高硫化胶的交联程度。在橡胶配合体系中,有机配合剂能溶解于胶料中只是各配合剂的溶解度不同。随着温度和配合剂用量的变化，部分配合剂会出现结晶或喷出现象。无机配合剂一般以分散的状态存在于胶料中。因此可以认为在硫化过程中氧化锌作为活性剂，与有机促进剂、硬脂酸硫黄等的反应发生在氧化锌粒子的表面。由于氧化锌对电子的亲合能大，吸附促进剂的能力强,在硬脂酸的作用下生成可溶于胶料的促进剂锌盐从而提高其溶解度,并与胺或脂肪酸形成-种锌的络合物，使促进剂更加活泼。硫黄加入络合物中，通过诱导活化作用形成很强的硫化剂。在此过程中氧化锌粒子表面不断地发生反应粒径不断减小,并消耗氧化锌直到胶料充分硫化。随着氧化锌粒径的变化,其比表面积和结构性决定着对硫化的活化作用。

2. 纳米氧化锌（VK-J30,VK-J50,VK-J30H,VK-J50H,VK-J50L）对胶料性能的影响

我国的纳米氧化锌技术是在20世纪80年代中后期发展起来的。通过化学法生产的纳米氧化锌（VK-J30,VK-J50,VK-J30H,VK-J50H,VK-J50L）其粒径约为10~80 nm。随着氧化锌粒的进一步减小，其表面结构发生变化表现出小尺寸效应界面效应和量子隧道效应。

2.1对胶料工艺性能的影响

氧化锌的基本性质主要有粒子比表面积和结构性对橡胶加工过程产生较大的影响,特别是对混炼和硫化等工艺。氧化锌在橡胶中的混入时间与其比表面积和结构性密切相关。混炼时虽然极易混入,但分散困难或易产生胶料凝胶。

纳米氧化锌（VK-J30,VK-J50,VK-J30H,VK-J50H,VK-J50L）因具有大比表面积和界面效应等而使其高活性的表面极易凝聚结团，这必然影响其分散性。杭州万景新材料有限公司对纳米氧化锌进行表面改性处理,以提高其在胶料中的分散性。另外,使用者也应合理优化混炼工艺，在制备母炼胶和加料顺序等方面加以改进以充分提高纳米氧化锌（VK-J30,VK-J50,VK-J30H,VK-J50H,VK-J50L）的分散性。以纳米氧化锌等量替代间接法氧化锌,可不同程度地提高胶料的门尼粘度和最小转矩。试验报告显示,与间接法氧化锌相比，杭州万景新材料有限公司生产的纳米氧化锌（VK-J30,VK-J50,VK-J30H,VK-J50H,VK-J50L）胶料的整体后移，这种延迟作用随着胶料配方中硫化体系的不同而不同。将纳米氧化锌与间接法氧化锌用于胎面胶中进行小配合试验对比,其硫化特性也显示类似的结果.如表1所示。

由表1可见，由于纳米氧化锌（VK-J30,VK-J50,VK-J30H,VK-J50H,VK-J50L）的粒径小、比表面积大，对次磺酰胺类促进剂的吸附作用大，因此对胶料的焦烧硫化起步延迟，提高了胶料的加工安全性。纳米氧化锌的加入迟滞了橡胶大分子链的运动性，降低了大分子链与硫化体系的反应能力，表现为19m延长。

2.2对硫化胶物理性能的影响

一般来说，氧化锌对硫化体系的活化作用主要取决于其比表面积。而纳米氧化锌（VK-J30,VK-J50,VK-J30H,VK-J50H,VK-J50L）所具有的小尺寸效应界面效应和隧道效应可使其活化效率显著提高，从而对硫化胶的物理性能产生较大影响。不同比表面积的纳米氧化锌在载重斜交轮胎胎面胶配方中的试验结果如表2所示

从表2可以看出，纳米氧化锌（VK-J30,VK-J50,VK-J30H,VK-J50H,VK-J50L）硫化胶的物理性能与其比表面积之间存在着很强的相关性，尤其是硫化胶的300 %定伸应力、耐磨性、压缩永久变形、压缩疲劳温升等性能均比间接法氧化锌胶料显著提高。说明纳米氧化锌（VK-J30,VK-J50,VK-J30H,VK-J50H,VK-J50L）随着比表面积的增大，对电子的亲合能力提高吸附促进剂，特别是次磺酰胺类促进剂的能力逐渐增强。在胶料中形成的锌盐络合物的含量增大,使交联键中多硫键减少单硫键和双硫键增多，交联键的结构形式发生了变化，交联密度增大。随着所使用的纳米氧化锌比表面积的增大,硫化胶达到一定变形所消耗的能量提高，反之消耗同样能量硫化胶所产生的变形减小, 因此硫化胶的300 %定伸应力和耐磨性提高。此外，随着纳米氧化锌（VK-J30,VK-J50,VK-J30H,VK-J50H,VK-J50L）比表面积的增大，硫化胶的热空气老化性能保持率提高。

2.3纳米氧化锌（VK-J30,VK-J50,VK-J30H,VK-J50H,VK-J50L）减量对硫化胶性能的影响

    随着氧化锌粒径的减小、比表面积的增大,减小纳米氧化锌用量仍能满足对硫化活化的要求。不同用量纳米氧化锌(比表面积为60m2/ g)与5份间接法氧化锌对硫化胶物理性能的影响对比如表3所示。从表3可以看出，纳米氧化锌减量后(除减量80 %外)与未减量时的硫化胶相比，硫化胶的强伸性能相近，耐磨性有所提高。与间接法氧化锌硫化胶相比，纳米氧化锌硫化胶的强伸性能显著提高,这充分说明氧化锌参与反应是在粒子的表面进行。氧化锌比表面积只要达到一定程度就能保证对硫化的活化作用,说明纳米氧化锌（VK-J30,VK-J50,VK-J30H,VK-J50H,VK-J50L）减量使用具有很强的可行性。

（1）定伸应力耐磨性及耐热老化性能减小压缩永久变形,降低压缩疲劳温升，适用于受力形式为定负荷变形的橡胶制品。

(2)与普通间接法氧化锌相比，纳米氧化锌（VK-J30,VK-J50,VK-J30H,VK-J50H,VK-J50L）的分散性相对较差，还应从其表面改性，造粒等方面加以改进。

(3)纳米氧化锌减量50 %使用，可保证硫化胶的性能要求。