抗氧劑GM對SBR/HAF共混膠耐熱老化性能的影響*

郭建華，李 娜，曾幸榮，楊育農，王 慶

(1華南理工大學材料科學與工程學院，廣東 廣州，510640;2廣州合成材料研究院有限公司，廣東 廣州，510665)

抗氧劑GM對SBR/HAF共混膠耐熱老化性能的影響*

郭建華1，李 娜1，曾幸榮1，楊育農2，王 慶2

(1華南理工大學材料科學與工程學院，廣東 廣州，510640;2廣州合成材料研究院有限公司，廣東 廣州，510665)

研究了抗氧劑GM對SBR/HAF共混膠的硫化特性、力學性能和耐熱老化性能的影響，并通過TG分析表征共混膠的耐熱穩定性。結果表明，抗氧劑GM具有防止焦燒和軟化膠料的作用，隨著GM用量的增大，共混膠的伸長率和撕裂強度升高，硬度下降。共混膠的耐熱老化性能隨抗氧劑GM用量增大而提高，GM用量以3份為宜。TG分析表明，加入抗氧劑GM后，共混膠的耐熱穩定性提高。

抗氧劑GM;SBR;耐熱老化性能;TG

橡膠、塑料等高分子材料在熱、光、機械剪切等作用下會發生氧化降解，而加入抗氧劑是阻止或延遲材料氧化的一種有效而便捷的方法。在現有品種的抗氧劑中，受阻酚類抗氧劑具有不變色、無污染的特點，因而在高分子材料中應用廣泛。但是，傳統的受阻酚類抗氧劑如抗氧劑264、2246、1010等，其相對分子質量小、熱加工穩定性差、抗氧化效能低、缺乏長效性，因而難以滿足材料更為嚴格的防老化要求。20世紀80年代中期，日本住友化學工業公司以抗氧劑2246、丙烯酸等為原料，開發了雙酚單丙烯酸酯抗氧劑2-叔丁基-6-(3-特丁基-2-羥基-5-甲基苯基)-4-甲基苯酚丙烯酸酯(簡稱GM)，其分子結構式如圖1 所示［1］。

圖1 抗氧劑GM的分子結構式Fig.1 The molecular structure of antioxidant GM

與傳統的受阻酚類抗氧劑相比，雙酚單丙烯酸酯抗氧劑在高溫加工條件下和厭氧狀態下的抗氧效果極為突出，特別在丁二烯類聚合物中具有良好的抗熱氧老化效果。如抗氧劑GM用于順丁橡膠(BR)中，可有效地防止BR分子凝膠化及交聯支化，明顯抑制BR在擠出過程中引起的熱氧老化［2］。住友化學工業公司將0.2份GM和0.4份Sumilizer TM610(一種硫醚抗氧劑)配入SBS中，在220℃－260℃下的擠出機中成型，其擠出物凝膠化產物含量為0［3］。Shinichi等研究發現雙酚單丙烯酸酯抗氧劑具有獨特的雙官能團穩定機理［4，5］。Tao Yang［6］等研究了雙酚單丙烯酸酯抗氧劑和傳統受阻酚抗氧劑組成的三元抗氧體系，用于提高PA6的熱氧穩定性。此外，這種三元抗氧體系還被用于提高POM的熱氧穩定性［7］。

本實驗研究了抗氧劑GM對SBR(丁苯橡膠)/HAF(高耐磨炭黑)共混膠的硫化特性、力學性能和耐熱老化性能的影響，以評價GM在丁二烯類橡膠中的防老化效果，并確定抗氧劑GM的適宜用量。

1 實驗部分

1.1 原材料

丁苯橡膠(SBR)，牌號1502，中國石油吉林石化公司產;高耐磨炭黑(HAF)，牌號N330，江西黑貓炭黑股份有限公司產;2-叔丁基-6-(3-特丁基-2-羥基-5-甲基苯基)-4-甲基苯酚丙烯酸酯(簡稱抗氧劑GM)，廣州合成材料研究院有限公司產;其它助劑為橡膠工業常用原料。

1.2 基本配方

SBR 1502 100，高耐磨炭黑 50，硫黃 2.3，促進劑CZ 及 TMTD 1.5，抗氧劑 GM 0～5(變量)。

1.3 儀器設備

橡膠開煉機，型號XK－160，廣東湛江機械廠產;無轉子硫化儀，型號MR－C3，北京瑞達宇辰儀器有限公司產;平板硫化機，型號KSHR100T，東莞市科盛實業有限公司產;萬能電子材料試驗機，型號Z010，德國 Zwick/Roell公司產;老化試驗箱，型號GT－7017－M，高鐵檢測儀器(東莞)有限公司產;熱重分析儀，型號TG 209 F1，德國NETZSCH公司產。

1.4 試樣制備

將開煉機輥距調整至2～3mm，加入SBR，先加入ZnO、硬脂酸和抗氧劑GM，然后加入HAF，待吃料完全后，加入硫黃和促進劑，混煉均勻，調整開煉機輥距至1mm，打三角包5次，調大輥距，打卷，出片，膠料停放12h以上，返煉。硫化試樣采用電熱平板硫化機制備，硫化溫度為150℃，硫化時間選取由無轉子硫化儀測定的正硫化時間(T90)。

1.5 性能測試

硫化特性按照GB/T 16584－1996測定，拉伸性能按照GB/T 528－2009測定，撕裂性能按照GB/T 529－2008測定，硬度按照 GB/T 531.1－2008測定;耐熱老化性能按GB/T 3512－2001測定，老化條件為 100℃ × (24，48，72，96，120)h，老化性能采用拉伸性能保持率及伸長率保持率表示，即拉伸強度保持率=老化后的拉伸強度/老化前的拉伸強度×100%，伸長率保持率=老化后的伸長率/老化前的伸長率×100%;熱重分析:測試溫度范圍是30～650℃，升溫速率為20℃·min－1，氮氣氣氛。

2 結果與討論

2.1 抗氧劑GM對SBR/HAF混煉膠硫化特性的影響

添加不同用量抗氧劑GM的SBR/HAF共混膠的硫化特性參數如表1所示。從表1中可以看出，隨著抗氧劑GM用量的增大，硫化膠的最低轉矩和最高轉矩均下降，而焦燒時間和正硫化時間均延長，硫化速度減慢。表明，抗氧劑GM對共混膠有一定的軟化作用，有助于改善膠料的加工性能。同時，GM對共混膠還具有防焦燒作用。

表1 添加不同用量抗氧劑GM的SBR/HAF共混膠的硫化特性參數Table1 The curing characteristics of SBR/HAF blends with different dosages of antioxidant GM

2.2 抗氧劑GM對SBR/HAF混煉膠力學性能的影響

抗氧劑GM用量對SBR/HAF共混膠力學性能的影響如圖2所示。

圖2 抗氧劑GM用量對SBR/HAF共混膠力學性能的影響Fig.2 Effect of dosage of antioxidant GM on the mechanical properties of SBR/HAF blends

從圖2中可以看出，隨著抗氧劑GM用量的增大，共混硫化膠的拉伸強度變化不大，當GM用量低于3份時，共混硫化膠的伸長率變化不明顯，而當GM用量超過3份后，斷裂伸長率隨著GM用量的增大而顯著增加。撕裂強度隨GM用量的增加而增大，硬度略有減小。綜合可見，在一定范圍內，隨著抗氧劑GM用量的增大，SBR/HAF共混硫化膠的力學性能有所提高。

2.3 抗氧劑GM用量對SBR/HAF混煉膠耐熱老化性能的影響

老化時間對SBR/HAF共混膠的拉伸強度保持率的影響見圖3。從圖3中看出，隨著老化時間的延長，SBR/HAF共混硫化膠的拉伸強度保持率逐漸減小，其中加入抗氧劑GM的共混硫化膠的拉伸強度保持率比未加抗氧劑的共混膠更高，且加入抗氧劑GM的共混膠的拉伸強度保持率隨老化時間延長的下降幅度低于未加抗氧劑的共混膠。在相同的老化時間條件下，隨著GM用量從0份增大至3份，共混膠的拉伸強度保持率升高，當GM用量繼續增至5份，拉伸強度保持率降低。表明，抗氧劑GM用量在3份以內，共混膠的拉伸強度保持率隨GM用量的增大而提高。

圖3 老化時間對SBR/HAF共混膠的拉伸強度保持率的影響Fig.3 Effect of aging time on the conservation rate of tensile strength of SBR/HAF blends

老化時間對SBR/HAF共混膠斷裂伸長率保持率的影響如圖4所示。

圖4 老化時間對SBR/HAF共混膠伸長率保持率的影響Fig.4 Effect of aging time on the conservation rate of elongtion at break of SBR/HAF blends

從圖4中看出，隨著老化時間的延長，SBR/HAF共混硫化膠的斷裂伸長率保持率逐漸減小，其中加入抗氧劑GM的共混硫化膠的伸長率保持率比未加抗氧劑的共混硫化膠更高，抗氧劑用量不超過2份時，斷裂伸長率保持率隨著抗氧劑用量增大而增加，但抗氧劑用量超過2份后，伸長率保持率隨抗氧劑GM用量增大變化不明顯。

圖5顯示了老化時間對SBR/HAF共混膠硬度變化的影響。從圖5中看出，隨著老化時間延長，硫化膠的硬度變化逐漸增加。其中，在相同老化時間下，未加抗氧劑GM的共混膠的硬度增加幅度最大，而隨著GM用量的增大，共混膠硬度增加幅度減小。綜上可見，抗氧劑GM能有效提高SBR/HAF共混膠的耐熱老化性能，其適宜用量為3份。

圖5 老化時間對SBR/HAF共混膠硬度變化的影響Fig.5 Effect of aging time on the variation of hardness of SBR/HAF blends

2.4 TG 分析

不加抗氧劑GM和加入2份GM的SBR/HAF共混硫化膠的熱失重曲線分別如圖6和圖7所示。從圖中可以看出，隨著抗氧劑GM用量從0份增至2份，失重1%對應溫度從198.3℃升高至208.0℃，而最大失重溫度從470.9℃變至471.2℃，表明加入抗氧劑GM后，共混硫化膠的熱穩定性提高。

圖6 不加抗氧劑GM的SBR/HAF共混膠的熱失重曲線Fig.6 The TG and DTG curves of SBR/HAF blends without antioxidant GM

圖7 加入2份抗氧劑GM的SBR/HAF共混膠的熱失重曲線Fig.7 The TG and DTG curves of SBR/HAF blends with 2 phr antioxidant GM

3 結論

(1)GM對SBR/HAF共混膠具有防止焦燒和軟化膠料的作用。隨著GM用量的增大，SBR/HAF共混膠的伸長率和撕裂強度提高，拉伸強度變化不大，硬度降低。當GM用量為4份時，共混膠具有良好的力學性能。

(2)隨著GM用量增大，SBR/HAF共混膠的耐熱老化性能提高，且GM的適宜用量為3份。TG分析表明，加入抗氧劑GM后，共混膠的耐熱穩定性提高。

［1］八見真一.化學工業(日文).1989，40(8):35－43.

［2］八見真一.公開特許 (日文).昭58－84835.1983.

［3］Takata T，et al.Eur Pat APPl，EP 210046.1987.

［4］Shinichi Y，Manji S，Yukoh T，Fumitoshi K，et al.Studies on polymer stabilisers:Part I-A novel thermal stabiliser for butadiene polymers［J］.Polymer Degradation and Stability，1988，22(1):63－77.

［5］Shinichi Y，Manji S，Kanako I，et al.Studies on polymer stabilizers:Part VI－Relationship between performance and molecular conformation［J］.Polymer Degradation and Stability，1993，39(3):329－343.

［6］Tao Y，Lin Y，Ying S.Thermal stabilization effect of biphenol monoacrylate on polyamide 6［J］.Journal of Applied Polymer Science，2008，110(2):856－863.

［7］Gan L，Ye L.The Thermal stabilization effect of biphenolmonoacrylate on polyoxymethylene［J］.Journal of Thermoplastic Composite Materials，2010，23(4):543－559.

Effect of Antioxidant GM on the Heat Aging Properties of SBR/HAF Blends

GUO Jian-hua1，LI-Na1，ZENG Xing-rong1，YANG Yu-nong2，WANG-Qing2
(1 Collage of Materials Science and Engineering，South China University of Technology，Guangzhou 510640，Guangdong，China;2 Guangzhou Research Institute of Synthetic Materials，Guangzhou 510665，Guangdong，China)

The effect of antioxidant GM on the curing characteristics，mechanical properties and heat aging properties of SBR/HAF blends had been researched and the heat stability of the blends was chacharacterized by TG analysis.The results show that antioxidant GM have effect on anti-scorching and softening.The tear strength and elongation at break incerase while hardness decreases with the addition of GM.The heat aging properties of the blends are improved with the increasing of GM dosage and the proper dosage of GM is 3 phr.TG analysis shows that the heat stability of the blends increases with the addition of antioxidant GM.

antioxidant GM;SBR;heat aging properties;TG

TQ 330.1+4

2011－06－27

2009年省部產學研結合項目2009B090300290