有機鋅替代間接法氧化鋅在半鋼/全鋼子午線輪胎胎面膠中的應用

陳 慧

（江蘇愛特恩高分子材料有限公司，江蘇 常州 213164）

氧化鋅作為橡膠活化劑組分，是橡膠工業重要的原材料之一。它不僅能加快硫化速度，還能提高橡膠的熱傳導性能，有助于輪胎散熱[1]，對膠料的交聯鍵類型、交聯密度及物理性能等具有重要影響[2]。目前，常用的氧化鋅生產方法有間接法、直接法及濕法，其中以間接法為主；間接法氧化鋅綜合性能最佳，環保等級最高。

研究表明[3]，氧化鋅過量釋放對人體、環境，尤其是對鋅較為敏感的水生動植物造成不良影響。因此尋找氧化鋅的替代品已是迫在眉睫。

有機鋅作為低鋅、高活性硫化活性助劑，可替代間接法氧化鋅用于輪胎及其他橡膠制品。與間接法氧化鋅相比，有機鋅具有4個重要特性：（1）鋅元素質量分數較小，鋅污染性低；（2）重金屬質量分數小，有效降低重金屬污染；（3）分散性好，特殊的大分子插層包覆結構有利于在膠料中分散；（4）密度小，僅為間接法氧化鋅的1/2，可降低膠料體積成本。

有機鋅的微觀結構完全不同于間接法氧化鋅。間接法氧化鋅為多個簡單氧化鋅分子聚集形成實心的細小狀粉末，有效比表面積較小，硫化活性較低。有機鋅微觀結構為核殼結構，氧化鋅納米陣列包覆生長于流動性優良的層網狀金屬-有機分子框架中，從而形成的有效比表面積大幅增大，硫化活性大大增強。

本工作對有機鋅與間接法氧化鋅在半鋼子午線輪胎天然橡膠（NR）/丁苯橡膠（SBR）/順丁橡膠（BR）胎面膠和全鋼子午線輪胎NR胎面膠中的應用進行對比研究。

1 實驗

1.1 主要原材料

NR，RSS1，廣州匯豐橡膠集團有限公司產品；SBR，牌號1500E，中國石油蘭州石化公司產品；BR，牌號9000，中國石化北京燕山分公司產品；炭黑220、炭黑N330和芳烴油V500，寧波漢圣化工有限公司產品；環烷油，山東齊魯石化工程有限公司產品；有機鋅，江蘇愛特恩高分子材料有限公司產品；間接法氧化鋅，市售品。

1.2 試驗配方

半鋼子午線輪胎胎面膠配方：NR/SBR/BR 50/20/30，炭黑N220 50，間接法氧化鋅或有機鋅 3，硬脂酸 2.5，防老劑4020 1，防老劑RD 1.5，防護蠟 1，芳烴油 6，硫黃 1.3，促進劑NS 1.2。

全鋼子午線輪胎胎面膠配方：NR 100，炭黑N330 45，間接法氧化鋅或有機鋅 4，硬脂酸 2，防老劑4020 1，防老劑RD 1.5，環烷油 4，硫黃 2.5，促進劑NS 0.7。

1.3 主要設備與儀器

1.7 L密煉機，捷克Buzuluk公司產品；XSK-160型開煉機，湖州橡膠機械廠產品；MV2000型門尼粘度儀和MDR2BE-MY-7100型硫化儀（有轉子），美國阿爾法科技有限公司產品；LX-A型橡膠邵氏硬度計，江都市騰達試驗儀器廠產品；WGJ-2500BⅡ型電子拉力機，廣西師范大學秀峰電器廠產品；GT-7012-A型DIN磨耗試驗機，中國臺灣高鐵檢測儀器有限公司產品。

1.4 試樣制備

膠料分兩段混煉，均在1.7 L密煉機中進行。一段混煉轉子轉速為60 r·min-1，混煉工藝為：生膠→塑煉炭黑和小料→壓壓砣提壓砣→ 清掃→壓壓砣提壓砣→壓壓砣提壓砣→ 壓壓砣排膠（溫度為150 ℃）。二段混煉轉子轉速為40 r·min-1，混煉工藝為：一段混煉膠→硫黃和促進劑→壓壓砣提壓砣→壓壓砣提壓砣→壓壓砣提壓砣→壓壓砣排 膠（溫度為150 ℃）。

膠料在開煉機上下片。混煉膠停放24 h后在平板硫化機上硫化，硫化條件為145 ℃/12 MPa×25 min。

1.5 性能測試

膠料性能均按相應國家標準進行測試。

2 結果與討論

2.1 理化性能

有機鋅和間接法氧化鋅的理化性能對比見表1。從表1可以看出：有機鋅的密度約為間接法氧化鋅的1/2，但氮吸附比表面積卻約為間接法氧化鋅的9倍，硫化活性大大提高；有機鋅的鉛、錳、銅等重金屬質量分數明顯小于間接法氧化鋅，能有效降低膠料的重金屬含量。

表1 有機鋅和間接法氧化鋅的理化性能對比

2.2 半鋼/全鋼子午線輪胎胎面膠硫化特性

有機鋅和間接法氧化鋅對半鋼/全鋼子午線輪胎胎面膠硫化特性的影響如表2所示。從表2可以看出，采用有機鋅的半鋼/全鋼子午線輪胎胎面膠與采用間接法氧化鋅的半鋼/全鋼子午線輪胎胎面膠硫化特性差異很小，表明有機鋅與間接法氧化鋅對半鋼/全鋼子午線輪胎胎面膠硫化特性的影響基本相同。

表2 有機鋅和間接法氧化鋅對半鋼/全鋼子午線輪胎胎面膠硫化特性（145 ℃）的影響

2.3 半鋼/全鋼子午線輪胎胎面膠物理性能

有機鋅和間接法氧化鋅對半鋼/全鋼子午線輪胎胎面膠物理性能的影響如表3所示。從表3可以看出，與采用間接法氧化鋅的半鋼/全鋼子午線輪胎胎面膠相比，采用有機鋅的半鋼/全鋼子午線輪胎胎面膠的密度、拉斷永久變形和阿克隆磨耗量略小，邵爾A型硬度、拉伸強度、拉斷伸長率、撕裂強度和回彈值略大，300%定伸應力和壓縮疲勞性能相差不大，這表明采用有機鋅的半鋼/全鋼子午線輪胎胎面膠的物理性能優于采用間接法氧化鋅的半鋼/全鋼子午線輪胎胎面膠。

表3 有機鋅和間接法氧化鋅對半鋼/全鋼子午線輪胎胎面膠物理性能的影響

2.4 半鋼/全鋼子午線輪胎胎面膠耐熱老化性能

有機鋅和間接法氧化鋅對半鋼/全鋼子午線輪胎面膠耐熱老化性能的影響如表4所示。從表4可以看出，采用有機鋅的半鋼/全鋼子午線輪胎胎面膠老化后邵爾A型硬度變化與采用間接法氧化鋅的半鋼/全鋼子午線輪胎胎面膠相同，但拉伸強度下降率和拉斷伸長下降率較小，說明采用有機鋅的半鋼/全鋼子午線輪胎胎面膠耐熱老化性能較好。

表4 有機鋅和間接法氧化鋅對半鋼/全鋼子午線輪胎胎面膠耐熱老化性能的影響

3 結論

（1）有機鋅和間接法氧化鋅對半鋼/全鋼子午線輪胎胎面膠硫化特性的影響基本相同。

（2）采用有機鋅的半鋼/全鋼子午線輪胎胎面膠的物理性能和耐熱老化性能優于采用間接法氧化鋅的半鋼/全鋼子午線輪胎胎面膠。