氧化锌、硬脂酸、硫化剂在橡胶配方中的作用

氧化锌在橡胶制品中的作用

氧化锌在橡胶中的作用主要包括作为硫化活性剂、补强剂、防老化剂以及着色剂。‌

‌硫化活性剂‌：氧化锌能够加速硫化过程，提高交联度，从而增强橡胶的硬度和耐磨性。它通过促进橡胶交联密度的提高，确保各项物理机械性能的获得，如耐撕裂性、耐磨性和弹性。

‌补强剂‌：氧化锌能够增强橡胶的硬度和耐磨性，提高橡胶制品的耐撕裂性和使用寿命。

防老化剂‌：通过阻止霉菌微生物或紫外线对橡胶的侵蚀，氧化锌能够延长橡胶制品的使用寿命。

‌着色剂‌：在白色胶料中，氧化锌还起到着色作用，为产品赋予所需的颜色。

此外，氧化锌在橡胶轮胎行业中也有着广泛的应用，它可以提高轮胎的导热性能、耐磨性能、抗撕裂性能和拉伸强度等多项指标，从而延长轮胎的使用寿命，保证行车安全。在透明橡胶及食品用橡胶制品中，氧化锌作为必不可少的无机活性剂，能够赋予橡胶制品新的性能，如高速耐磨、防日光老化等。

氧化锌的作用机理

在硫化过程中，氧化锌与促进剂、硫磺、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。但大量的试验结果表明，氧化锌作为硫化活性剂，主要是对硫化过程中化学联建的形成速度、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。

由于氧化锌对电子的亲和能大，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一种锌的络合物，使促进剂更加活泼。硫磺加入络合物中，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。

传统用量5份是基于某一特定的氧化锌粒径而使硫化充分活化的最大用量。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。

橡胶配合中硬脂酸和氧化锌的作用

在一定程度上硬脂酸锌可以部分代替硬脂酸和氧化锌，但是橡胶中硬脂酸和氧化锌不能完全反应且都有各自的作用。

氧化锌和硬脂酸在硫磺硫化体系中组成了活化体系，其主要功能如下：

1、活化硫化体系：

ZnO和SA作用生成锌皂，提高了ZnO在橡胶中的溶解度，并与促进剂作用形成在橡胶中溶解性良好的络合物，活化了促进剂和硫磺，提高了硫化效率。

2、提高硫化胶的交联密度：

ZnO和SA生成可溶性锌盐，锌盐与交联键螯合，保护了弱键，使硫化生成短的交联键，并增加了新的交联键，提高了交联密度。

3、提高硫化胶的耐老化性能：

硫化胶在使用过程中，多硫键断裂，生成的硫化氢会加速橡胶的老化，但ZnO与硫化氢作用生成硫化锌，消耗硫化氢，减少了硫化氢对交联网络的催化分解；另外，ZnO能缝合断开的硫键，对交联键起稳定作用。

4、反映机理各异：

在不同的硫化配合体系中，不同硫化促进剂的作用机理有很大差别，ZnO和SA反应形成硬脂酸锌中间体的作用和单独使用硬脂酸锌的作用机理也不相同。

因此，在配方设计中需要根据不同的设计思路选择合适的配合。

橡胶加工过程中硬脂酸的作用

化学名：十八烷酸 又称：十八酸；十八碳烷酸；

英文名称：Stearic acid；Octadecanoic acid

分子式：C18H36O2；CH3（CH2）16COOH

硬脂酸是作为辅料加入的，添加的比例很小，通常每百份橡胶添加0。5－3份的硬脂酸，但是不可或缺的。作为植物油系脂肪酸，在橡胶（轮胎）的加工过程中，按一定比例添加后，归纳起来，有以下四个方面的作用：

1、 软化和增塑作用；

2、 作为外部润滑剂；

3、 有利炭黑、白炭黑和氧化锌的充分扩散；

4、 和氧化锌或碱性促进剂反应可促进其活性，还是主要的硫化促进助剂，可起到第二促进剂的作用。可使硬化加速。

它对胶料的影响较大，其作用与炭黑相反，它会显著降低胶料粘度，改善工艺性能，可显著提高胶料的可塑性。脂肪酸碳链的长短对其功效没有影响，如月桂酸和油酸的软化效果也很好。但油酸的不饱和度过高会干扰橡胶加工过程，油酸同时有增加橡胶老化的倾向。月桂酸的酸值很高，会大大延缓橡胶的硫化，工厂需要更改配方和调整工艺参数。受配方制约和某些参数的考虑，各家企业基本上是只用硬脂酸这个产品的。

硫化剂在橡胶配方中的作用

硫化剂，是自然界中一种常见的矿物质，是橡胶制品中常用硫化剂。

硫化剂的分类

在橡胶工业中使用的硫化剂有硫化剂粉、不溶性硫黄、胶体硫黄、沉淀硫黄、升华硫黄、脱酸硫黄和不结晶硫黄。其中前三种比较常用。

硫化剂粉：将硫黄块粉碎筛选而得，是橡胶工业中使用最广泛的一种硫化剂。

不溶性硫黄：硫的均聚物，又称聚合硫。其最大的优点是制品不易喷霜，广泛应用于高档钢丝子午线轮胎等橡胶制品中。

胶体硫黄：硫黄粉或沉降硫磺与分散剂一起研磨而制成的糊状物。主要用于乳胶制品。

硫化剂在橡胶制品中的作用

传统的橡胶要具有优良的使用性能，必须要从线型大分子链通过交联作用形成三维网络空间结构。交联过程通常也被称为橡胶的硫化，就是因为最初的交联是用硫黄实现的。橡胶经过硫化之后，随着结构发生改变，性能也发生了变化：橡胶受热不再流动，不再溶于它的良溶剂，模量和硬度提高，力学性能提高，耐老化性能和化学稳定性提高。因此说，只有发现硫黄了之后，橡胶才成为了一种性能优良、应用广泛的高分子材料。

当然，硫化剂在橡胶中形成硫化网络还需要配合活性剂、促进剂等其他配合剂才能组成完整的硫化体系，而且随着橡胶工业的发展，人们对橡胶制品的性能提出了更高的要求，因此，硫化剂的种类和替代品也在逐渐被研制和生产中。

普通硫化剂与不溶性硫磺的区别

硫化剂种类可分为普通硫化剂和不溶性硫磺。

普通硫化剂在橡胶中的溶解度为1%，用量超过其溶解度部分的普通硫磺在胶料冷却后会喷出表面，即喷霜。喷霜将影响半成品部件之间的黏性，并对产品硫化均匀性带来不利影响，所以在硫化剂需用较高时宜采用不溶性硫磺。

不溶性硫磺产品实际是指不溶性硫磺和可溶性硫磺（普通硫磺）的混合物。与普通硫磺相比，使用不溶性硫磺产品作为橡胶加工的硫化剂，可避免胶料半成品发生“喷霜”现象，使制品硫化均匀，硫化速度增快等。但是热作用、碱性物质（特别是胺）的诱发、不合理的储存时间及胶料的配合与加工都可导致不溶性硫磺过早地还原为普通低分子可溶性硫磺。温度增高，转化速度加快。

不溶性硫磺有如下优点：

1、 不溶性硫磺在橡胶中以分散状态存在，使得胶料不喷霜，有良好的粘性，同时可保证浅色制品的外观质量。

2、 不溶性硫磺在胶料中均匀分散，有效地抵制硫磺的聚集，减少胶料存放过程的焦烧倾向。

3、 不溶性硫磺使胶料在存放期内不喷霜，保持胶料组份性能均一。防止对制品和模具的污染，并去掉了为克服喷霜而增添的涂浆 工艺，为生产联动化提供条件。

4、 不溶性硫磺使橡胶在相邻胶层中无迁移现象。特别是在顺胶和丁丁基胶的胶料中，而普通硫磺迁移速度很高，配加不溶性硫磺后则可避免。

5、 它能保持半成品部件间的黏性，有利于成型操作，而且确保产品硫化的均匀性，保证产品质量。

不溶性硫磺可用于制造轮胎、胶带、胶管、胶鞋、工业制品和乳胶制品等，并已在橡胶与钢丝的粘合中普遍采用。作为硫化剂使用时，不溶性硫磺可在混炼时直接加入胶料中，普通硫磺宜在开炼机冷辊上加入，最好在其他配合剂加完后再加。不溶性硫磺可在密炼机上加，但应在排胶前在温度低于90度的条件下加入。在温度高于90度时，时间过长会引起不溶性硫磺向普通硫磺转化。

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