|
|
|
|
|
|
|
  您现在的位置是:中国橡胶助剂网 >> 技术专栏 >> 技术文章

环保醚酯型增塑剂的用量对丁腈橡胶性能的影响


                  环保醚酯型增塑剂的用量对丁腈橡胶性能的影响

                       陈振勇1,林新花2,魏明勇1,陈朝晖1

    (1·华南理工大学材料科学与工程学院,广东广州510640; 2·广东轻工职业技术学院轻化工程系,广东广州510300)

    摘要:研究了环保醚酯型增塑剂(牌号为RPL-1)的用量对丁腈橡胶(NBR)门尼黏度、硫化特性、力学性能、热空气老化性能、耐寒性及耐油性的影响。结果表明,RPL-1的增塑效果明显,与未添加增塑剂的NBR硫化胶相比,添加25份RPL-1时硫化胶的门尼黏度、最高转矩、邵尔A硬度分别下降68%、66%、21;扯断伸长率、回弹性分别增加36%、38%;玻璃化转变温度、损耗因子峰值对应温度、低温脆性温度分别下降16, 16, 15℃,这表明RPL-1可显著提高NBR硫化胶的耐寒性。

    关键词:醚酯型增塑剂;丁腈橡胶;硫化特性;力学性能;热空气老化性能;耐寒性;耐油性

    中图分类号:TQ 333·7  文献标识码:B  文章编号: 1000-1255(2010)05-0374-04

    增塑剂因能够改善高聚物的加工性能、降低熔融温度、减小黏度、增加流动性、降低硬度和模量、改善耐寒性而被广泛应用。邻苯二甲酸二辛酯作为丁腈橡胶(NBR)常用的增塑剂,可以减弱NBR分子间的作用力、提高其柔软性和弹性,有效降低硫化胶的硬度[1]。但由于邻苯二甲酸二辛酯等邻苯二甲酸酯类增塑剂存在潜在的致癌危险,各国都采取了相应的措施,限制其在儿童玩具、食品包装等方面的应用[2-3]。因此使用环保型增塑剂是今后橡塑工业发展的必然趋势。醚酯类增塑剂是一类环保型无毒增塑剂,因其具有良好的耐高低温性能而备受重视,其分子中不仅含有极性强的酯基,同时还含有弱极性的醚键,使之与极性高聚物具有良好的相容性。本工作研究了环保醚酯型增塑剂二丙二醇单丁醚己二酸酯(牌号为RPL-1)用量对NBR门尼黏度、硫化特性、力学性能、耐热空气老化性能、压缩永久变形、耐寒性及耐油性的影响。 

    1 实验部分

    1·1 原材料

    NBR,牌号为1052,结合丙烯腈质量分数为33%,ML(1+4)100℃为52,台湾南帝公司生产;炭黑,牌号为N 550,上海立事化工有限公司生产;RPL-1,连云港锐巴化工有限公司生产;其他均为市售常用橡胶加工助剂。

    1·2 试样制备

    基本配方(质量份):NBR 100, ZnO 5,N 55065,硬脂酸1,防老剂RD 2,促进剂CZ 1·5,促进剂TT 1,硫黄0·5,RPL-1变量。

    将NBR在广东湛江橡胶机械厂生产的XK-160型双辊开炼机上薄通,包辊后依次加入ZnO、硬脂酸、防老剂、炭黑、增塑剂、促进剂、硫化剂,混炼均匀后,薄通6次出片,停放24 h。将混炼胶在深圳科盛机械有限公司生产的KSHR 100型电热平板硫化机上按硫化仪所确定的正硫化时间(t90)进行硫化。

    1·3 分析与测试

    硫化特性 采用广东东莞高铁公司生产的GT-M 2000型硫化仪,按照GB/T 16584—1996进行测定,测试条件为170℃×20 min。其中,ts2为施加3°或5°应力时转矩高于最小值2个转矩单位所需的时间,t10为焦烧时间,ML、MH分别为最低和最高转矩。

    门尼黏度 采用广东东莞高铁公司生产的GT-7080-32型门尼黏度仪按照GB/T 1232—1992测定。力学性能 采用广东东莞高铁公司生产的GT-TCS-2000型电子拉伸试验机按照GB/T528—1998测定拉伸性能;采用上海化工机械四厂生产的XY-1型橡胶硬度计按照GB/T 531—1991测定邵尔A硬度;采用广东东莞高铁公司生产的GT-7042-RE型橡胶弹性试验机按照GB/T 1681—1991测定回弹性;按照GB/T 7759—1996,在120℃×72 h条件下测定压缩永久变形,压缩率为25%。

    热空气老化性能 采用广东东莞高铁公司生产的GT-7017-M型热空气老化箱测试,经过120℃×72 h的老化后测定各项性能的变化率。低温脆性温度 采用广东东莞高铁公司生产的GT-7061型脆化试验机和38 mm×6 mm×2 mm尺寸的试样,按照ASTM-D 476,以乙醇为介质,液氮为制冷剂,在冷却液中浸泡3 min进行测定。

    耐油性 采用广东东莞高铁公司GT-7040-L型恒温油槽,按照GB/T 1690—1992,在ASTM 1#油和ASTM 3#油中进行测定,测定条件为120℃×72 h。

    差示扫描量热(DSC)分析 采用德国Netzsch公司生产的DSC 204-F 1型DSC仪分析,温度为-80~30℃,升温速率为10℃/min。动态力学性能分析(DMA) 采用德国Netzsch公司生产的DMA 242型动态热机械分析仪,温度为-80~80℃,升温速率为3℃/min,频率为10Hz,用拉伸夹具进行分析。

    2 结果与讨论

    2·1 门尼黏度和硫化特性

    由表1可见,随着RPL-1用量增大,胶料的门尼黏度逐渐下降,这是因为增塑剂的加入降低了橡胶分子间的作用力,与未添加增塑剂的硫化胶相比,加入25份RPL-1胶料的门尼黏度下降了约72·5个门尼单位,即下降了68%。由此可见,RPL-1显著改善了胶料的流动性。由表1还可以看出,随着RPL-1用量的增加,胶料的t10、t90变化不大,而ML和MH逐渐减小。与未添加增塑剂的胶料相比,添加25份RPL-1胶料的MH降低了66%,表明RPL-1对NBR具有明显的增塑效果。这是因为RPL-1分子中含有极性酯键,能与NBR分子中的—CN极性基团发生相互作用,从而削弱了NBR分子链间的极性作用力。同时由于RPL-1分子中含有柔顺性良好的脂肪碳链和醚键,在NBR分子链之间起到隔离屏蔽作用,进一步削弱了橡胶分子链间的相互作用。

              

    2·2 力学性能

    由表2可知,随着RPL-1用量的增加,硫化胶的邵尔A硬度、100%和300%定伸应力、拉伸强度和撕裂强度逐渐降低,其中添加25份时邵尔A硬度下降了21。增塑剂的加入降低了橡胶分子间的相互作用力,同时由于增塑剂可使炭黑结合胶减少,导致橡胶的力学性能下降。增塑剂减少了橡胶大分子之间的缠结,使橡胶分子链段滑移变得容易,从而扯断伸长率和回弹性明显增大,添加25份增塑剂时扯断伸长率和回弹性分别增大36%和38%。从表2还可以看出,随着RPL-1用量的增大,NBR硫化胶的压缩永久变形逐渐增大。添加25份RPL-1时,硫化胶的压缩永久变形率较未添加增塑剂硫化胶增加了1倍,这是由于随增塑剂用量增大,橡胶大分子之间的作用力减弱,大分子链段在外力作用下易产生滑动,因而压缩永久变形增大[4]。

              

    2·3 热空气老化性能

    由表3可知,NBR硫化胶经过120℃×72 h的热空气老化后,对于未添加增塑剂的硫化胶,拉伸强度、100%定伸应力、邵尔A硬度增大,扯断伸长率降低。这是因为NBR硫化胶在老化过程中继续发生交联所致。随着RPL-1用量的增加,NBR硫化胶力学性能的变化率有所增加,这是由于在老化过程中增塑剂发生少量挥发,增塑剂的减少使单位体积内的橡胶含量增多,增塑剂用量越大,挥发百分比也越大,变化率也相应增大。

               

    2·4 耐寒性

    2·4·1 DSC分析

    RPL-1用量对NBR硫化胶玻璃化转变温度的影响见表4。由表4可见,添加RPL-1后硫化胶的玻璃化转变温度明显降低,添加25份RPL-1可使玻璃化转变温度降低约16·0℃。这是因为加入相容性好的增塑剂能削弱橡胶分子间的相互作用力,使橡胶分子链段更易自由滑动,从而导致玻璃化转变温度降低[5]。

              

    2·4·2 DMA分析

    图1中,损耗因子(tanδ)峰值对应的温度为NBR硫化胶在动态振动条件下测得的玻璃化转变温度。从图1可以看出,随着RPL-1用量的增大,硫化胶的玻璃化转变温度明显降低,添加25份RPL -1可使玻璃化转变温度降低约16·0℃,这与DSC的测试结果相一致。

              

    2·4·3 低温脆性温度

    由图2可见,未添加增塑剂的NBR硫化胶的低温脆性温度为-30℃,添加25份增塑剂后,脆性温度为-45℃,降低了15℃。

              

    2·5 耐油性

    由图3可知,NBR硫化胶在ASTM 1#油中的体积变化率和质量变化率均为负值,这是因为ASTM 1#油极性低,而NBR为极性橡胶,对前者抗溶胀能力较强,增塑剂和其他一些小分子物质被部分抽出。随着RPL-1用量的增大,抽出量也增多,添加25份时硫化胶的体积变化率为-7·0%,质量变化率为-6·0%。在ASTM 3#油中,NBR硫化胶的体积变化率和质量变化率均为正值,随着RPL-1用量的增加,体积变化率和质量变化率均有一定程度的减小,这是因为NBR硫化胶对ASTM 3#油的抗溶胀能力差,易发生溶胀,同时增塑剂及其他小分子物质也在一定程度上被抽出,抽出量与增塑剂用量成正相关。添加25份RPL-1时,体积变化率约为7·4%,质量变化率为5·4%。

               

    3 结 论

    a)增塑剂RPL-1对NBR硫化胶具有明显的增塑效果,可显著降低NBR的门尼黏度、MH和邵尔A硬度,与未添加增塑剂的NBR硫化胶相比,添加25份RPL-1时三者分别下降68%、66%、21。

    b)随着RPL-1用量的增大,NBR硫化胶的力学性能有所下降,扯断伸长率、回弹性增大(分别增加了36%、38% ),热空气老化性能下降。

    c)RPL-1显著提高了NBR硫化胶的耐寒性,与未添加增塑剂的硫化胶相比,添加25份RPL-1的硫化胶的玻璃化转变温度、tanδ峰值对应温度、低温脆性温度分别下降了16, 16,15℃。

参考文献:

[1] 韩吉彬,田洪池,徐欣,等·增塑剂DOP对NBR /PP共混物性能的影响[J]·橡胶工业, 2005, 52(8): 472-475·

[2] 严家发,贾润礼·无毒增塑剂在PVC改性中的应用[J]·塑料制造, 2008(9): 99-103·

[3] CristianM S, Livia L, Roberto P·Effect ofdi-(2-ethylhexyl)

phthalate onN-cadherin and catenin protein expression in rattestis[J]

·Reproductive Toxicology, 2006, 22(1): 77-86·

[4] 晏才圣,罗权焜·NBR /EPVC共混物压缩永久变形的研究[J]·特种橡胶制品, 2006, 27(1): 6-9·

[5] 樊晓娜,魏明勇,陈朝晖,等·增塑剂TP-95和TP-90 B对丁腈橡胶性能的影响[J]·特种橡胶制品, 2008, 29(4):8-11·


关闭窗口
网站建设 | 广告刊登 | 汇款说明 E-mail: fsp214@126.com  技术支持:化工联盟
电话:0371-63920667 传真:0371-63696116 QQ群: 13040797
版权说明:本站部分文章来自互联网,如有侵权,请与信息处联系
  豫ICP备05007369号