膠粉改性丁苯橡膠的制備與性能

韓 林,宗榮鋒,王 浩,鄢國平

(綠色化工過程省部共建教育部重點實驗室,武漢工程大學材料科學與工程學院,湖北 武漢 430074)

0 引 言

丁苯橡膠(SBR)是丁二烯與苯乙烯的無規共聚物,是最大的通用合成橡膠品種,也是最早實現工業化生產的橡膠之一[1].其原生膠是淺黃褐色彈性固體,密度隨苯乙烯含量的增加而變大,耐油性差,但介電性能較好.原生膠抗拉強度只有20～35千克力/平方厘米,加入炭黑補強后,抗拉強度可達250～280千克力/平方厘米.其物理機構性能,加工性能及制品的使用性能接近于天然橡膠,有些性能如耐磨性﹑耐自然老化性﹑耐水性﹑氣密性、耐熱、耐硫化速度等較天然橡膠更為優良.可與天然橡膠及多種合成橡膠并用,廣泛用于輪胎、膠帶、膠管、電線電纜、醫療器具及各種橡膠制品等領域[2].

隨著人類對橡膠制品的需求日益增長,廢舊橡膠造成的污染問題亦越來越突出,橡膠的回收與利用的研究越來越受到各國的重視[3-7].廢舊橡膠的大量產生,給環境和我國的可持續發展戰略帶來了很大的挑戰.我國有關部委也積極提倡以生產精細橡膠粉的方法來綜合利用廢舊橡膠并解決這一環保問題.而且國家制訂了有關法律和政策來減少廢橡膠的產生和鼓勵開展廢橡膠的利用.比如1995年10月全國人大通過了《固體廢棄物污染環境防治法》；在國務院編制的《中國21世紀議程》中,把廢橡膠綜合利用與資源化技術列入中國可持續發展戰略等.

將原生橡膠與膠粉摻用制造橡膠制品,是一種較早膠粉應用的方法.膠粉和再生膠一樣,可以代替部分原生橡膠或作為輕量填充劑應用[8].一般情況下,在原生橡膠中摻用膠粉時,硫化橡膠物理性能隨用量的增加而降低.一般少量摻用膠粉時對物理性能影響不大.如果大量摻用,耐磨性將降低,并容易發生龜裂、斷裂等問題.膠粉的粒度愈小,拉伸強度、伸長率等物理性能降低程度愈小.而生熱、磨耗、硬度等動態特性的變化與粒徑無關,僅與配方量有關.另外摻用膠粉的粒徑必須在350 μm以下[9].

本研究以丁苯橡膠(SBR)為基體材料,制備廢舊橡膠粉(WRP)改性丁苯橡膠材料.研究羥基、馬來酸酐、雙鍵、有機硅氧烷等不同改性劑改性的膠粉,以及未改性廢舊膠粉對丁苯橡膠綜合物理性能的影響.

1 實驗部分

1.1 主要原料

廢舊膠粉(WRP,粒徑為0.200和0.125 mm),天門天德環保材料科技有限公司.丁苯橡膠(SBR1502),吉林石化.炭黑N550、N774,卡博特.氧化鋅(ZnO),硫(S);羥基、馬來酸酐、雙鍵、有機硅氧烷改性劑改性的廢舊膠粉(粒徑0.200 mm)按照文獻制備[10-13].

1.2 實驗設備

深圳高品拉力儀,邵氏A型手壓硬度計,開放式煉膠機(廣州飛力橡膠設備有限公司).

1.3 制備工藝

將丁苯橡膠(SBR)、改性或未改性膠粉、助劑等按配方稱量后在開煉機上混煉,各種物料添加完畢,采用打三角包等方式混勻,出料.放置24 h后模壓、硫化.再用裁刀做成標準樣條,最后進行各種性能的測試.試驗配方:SBR 100 g;膠粉50 g或75 g;S 1.6 g;炭黑70 g;ZnO 5 g;其他助劑7.8 g.分別用未改性廢舊膠粉(WRP)、羥基、馬來酸酐、雙鍵、有機硅氧烷改性劑改性的膠粉與丁苯橡膠進行硫化加工制備一系列的膠粉改性丁苯橡膠材料.并對比研究了五種改性丁苯橡膠的各種物理性能.

1.4 性能測試

邵氏硬度按照GB/T 531-1999測試;斷裂伸長率、拉伸強度按GB/T 528-1998測試,實驗速度500 mm/min;撕裂強度按GB/T 529-1999測試,實驗速度500 mm/min.

2 結果與討論

2.1 改性膠粉對SBR性能的影響

從表1可知,在添加50份未改性膠粉以后,丁苯橡膠的力學性能有所下降,這是因為膠粉在丁苯橡膠中作為分散相,膠粉本身的強度低,導致了材料力學性能的降低.添加不同種類的改性膠粉,力學性能下降的幅度不等.其中添加羥基改性膠粉、有機硅氧烷改性和未改性膠粉的試樣力學性能較好,而添加馬來酸酐改性膠粉和雙鍵改性膠粉的試樣力學性能下降較大,其拉伸強度只有原生膠的30%和17%.

表1 改性膠粉對SBR性能的影響

添加有機硅氧烷改性膠粉的丁苯橡膠,其試樣的力學性能最好,拉伸強度能夠達到原膠的95%.有機硅氧烷基團能夠顯著改善膠粉和原生膠之間的相容性,提升膠粉與原生膠基體之間的界面作用,從而增加了材料的力學性能.

2.2 膠粉含量對SBR性能的影響

實驗中改變膠粉添加量,進一步研究膠粉含量對丁苯橡膠的物理性能的影響.配方中膠粉添加量分別為50份和75份,原材料投料不變.

表2 膠粉含量對SBR性能的影響

從表2可知,在添加50份和75份未改性膠粉后,丁苯橡膠的硬度變化與原生膠變化相差不大,而斷裂伸長率有很大的變化.在添加50份有機硅氧烷改性的丁苯橡膠的斷裂伸長率可以提高11.4%.因此,添加50份有機硅氧烷改性膠粉的綜合物理性能較好.當有機硅氧烷改性的膠粉添加量增加到75份后,其各方面的物理性能均有所下降.

3 結 語

膠粉對丁苯橡膠有一定的增韌性,由于它們之間的界面相容性不好,其增韌效果不佳.羥基改性、有機硅氧烷改性的膠粉與丁苯橡膠的相容性有較大的提高,因此所得的膠粉改性丁苯橡膠的綜合物理性能較好.

參考文獻：

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