橡膠防老劑防護機理及防護效果影響因素分析

段衍超 楊兆麗(山東省泰安圣奧化工有限公司，山東 泰安 271413)

橡膠防老劑防護機理及防護效果影響因素分析

段衍超 楊兆麗(山東省泰安圣奧化工有限公司，山東 泰安 271413)

隨著社會不斷發(fā)展，橡膠制成品在日常生活中應(yīng)用比較廣泛，為了能保證橡膠制成品的質(zhì)量，因此在橡膠制成品生產(chǎn)過程中的要求不斷提高。就目前來說，我國對橡膠制成品使用需求越來越大，因此做好相應(yīng)的措施才能保證橡膠制成品的質(zhì)量，延緩橡膠制成品老化的速度。本文簡要介紹了橡膠老化的機理，并針對防老劑的防護機理和影響防老劑的因素進行簡單敘述。

橡膠防老劑；防護機理；防護效果影響因素

1 橡膠老化機理

橡膠制品是以橡膠為原料，在加入一些添加劑后經(jīng)過處理加工制成。隨著社會經(jīng)濟不斷發(fā)展，橡膠制成品在日常生活中是必不可少的一部分，因此人們對橡膠制成品的需求量越來越大。在橡膠產(chǎn)業(yè)不斷擴大的同時，我們不得不考慮橡膠老化的問題。

橡膠老化是因為橡膠原料中含有烯烴分子，烯烴是由碳鏈結(jié)構(gòu)組成的，碳鏈結(jié)構(gòu)中包括飽和鍵和不飽和鍵。在碳鏈不飽和的情況下會比飽和情況下更容易發(fā)生橡膠老化的現(xiàn)象。烯烴分子鏈中含有雙鍵結(jié)構(gòu)，容易導(dǎo)致橡膠原料長時間在空氣中放置與氧氣反應(yīng)引起氧化反應(yīng)，從而導(dǎo)致烯烴的鏈式分子結(jié)構(gòu)造成破壞，引起橡膠發(fā)生老化。

橡膠老化的引發(fā)階段或者是初級階段，橡膠自動催化氧化反應(yīng)是在各種因素的影響下所發(fā)生的，橡膠原料的烯烴結(jié)構(gòu)鏈受到分子鏈空間結(jié)構(gòu)和臨近基因的影響，使R—H或R—R鍵之間的鍵能降低，形成橡膠烴自由基從而導(dǎo)致分子鏈之間容易斷裂。橡膠老化的第二階段是因為游離基與空氣中的氧氣發(fā)生氧化反應(yīng)生成烴過氧化物。過氧化物中的自由基能進一步攻擊橡膠原料的烯烴分子鏈，生成的分子鏈過氧化物和游離基與氧進行反復(fù)氧化反應(yīng)，產(chǎn)生更多的游離基，從而加快了橡膠的老化現(xiàn)象。第三階段是反應(yīng)終止階段，在這一階段中游離基和自由基結(jié)合生成了較穩(wěn)定的非游離基產(chǎn)物，使橡膠原料分子鏈斷裂或結(jié)合，若斷裂反應(yīng)大于結(jié)合反應(yīng)則橡膠制成品會出現(xiàn)軟化和發(fā)黏的情況，反之則橡膠制成品會出現(xiàn)硬化、脆化的情況。

2 防老劑的防護機理

通過對橡膠老化機理的了解，若想減緩橡膠老化的速度，必須阻斷橡膠老化第二階段的鏈增長反應(yīng)。在橡膠生產(chǎn)過程中需要根據(jù)橡膠的種類和使用環(huán)境，在基體中加入相應(yīng)的防老劑，因為橡膠原料分子鏈的斷裂方式不同，因此要加入不同類型的防老劑。防老劑分為自由基捕捉型防老劑和防護型防老劑，自由基捕捉型防老劑是通過阻止游離基的連鎖反應(yīng)從而阻斷鏈增長反應(yīng)。而防護型防老劑是抑制游離基的形成。下面針對兩種類型的防老劑進行具體分析。

2.1 自由基捕捉防老劑

自由基捕捉型防老劑主要捕捉橡膠在氧化反應(yīng)過程中產(chǎn)生的烴過氧化物自由基。自由基的捕捉方式分為氫原子給予體、游離基捕獲體以及電子給予體。在橡膠制造工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的是氫原子給予體捕捉方式，例如與橡膠分子鏈被反復(fù)攻擊比較薄弱的部位比較相似的氨類防老劑，防老劑的自由基能捕捉到橡膠分子鏈經(jīng)過氧化反應(yīng)產(chǎn)生的活性過氧化物，并能與過氧化物結(jié)合生成穩(wěn)定的化合物，從而在一定程度上降低了橡膠老化的速度。

2.2 防護型防老劑

防護型防老劑主要包含硫酯類長鏈脂肪烴、硫醇類化合物等類型，其中應(yīng)用最廣泛的是亞磷酸鹽，簡稱TNPP。這種防老劑是通過與橡膠原料的烯烴的氫過氧化物發(fā)生反應(yīng)，從而生成抑制自催化氧化反應(yīng)發(fā)生的自由基，延緩橡膠的自動催化反應(yīng)過程.

3 影響防老劑作用效果因素

影響防老劑防護效果主要包括內(nèi)部因素和外部因素.內(nèi)部因素是橡膠原料自身的分子結(jié)構(gòu)、揮發(fā)性以及自身的抗氧化性。外部因素主要包括橡膠原料的結(jié)構(gòu)以及使用情況等外界環(huán)境的干擾。下面從防老劑的結(jié)構(gòu)、防老劑的損耗速度以及防老劑的濃度三方面進行簡單分析。

3.1 防老劑的結(jié)構(gòu)

防老劑延緩橡膠老化的速度，其中防老劑中的取代基對延緩橡膠老化的速度有著至關(guān)重要的作用。取代基能明顯降低氫游離基的脫離能，當(dāng)取代基的電子基因和電負性比較小時，能夠增強防老劑的抗老效果。當(dāng)取代基的電子基因和電負性較大時能提高氫游離基的脫離能，從而使防老劑的抗老化能力降低。相關(guān)研究表明N-H鍵的解離在胺類防老劑中對橡膠的老化速度有著至關(guān)重要的作用。當(dāng)分子鏈中含有可降低N-H鍵取代基的防老劑，能在橡膠制成品老化的過程中通過控制橡膠原料的吸氧量，延緩橡膠的氧化反應(yīng)。

3.2 防老劑的耗損速度

橡膠的耐老性能與防老劑的耗損速度相關(guān)聯(lián)。當(dāng)防老劑與橡膠原料中的過氧化物自由基進行反應(yīng)時，橡膠所處的環(huán)境以及橡膠的種類決定了防老劑的損耗速度，橡膠中分子鏈含有的不飽和鍵數(shù)量越多，則防老劑的耗損速度越快。并且研究表明防老劑的含量和抗老化性能與橡膠所處環(huán)境的溫度有關(guān)，當(dāng)溫度越高時抗老性能越低，從而防老劑在高溫情況下?lián)]發(fā)。使防老劑的濃度減小，導(dǎo)致防老劑的抗老化性能降低。在高溫情況下防老劑能與橡膠中的過氧化物發(fā)生氧化反應(yīng)，使防老劑自身被消耗，從而加快了防老劑的消耗速度。

3.3 防老劑的濃度

當(dāng)橡膠中加入防老劑的濃度過低時對橡膠的抗老化性能起不到任何影響。隨著防老劑濃度升高，增強氧化反應(yīng)，能夠提高防老劑的性能。為了使防老劑發(fā)揮抗老性能，防老劑的濃度要在一定的界線內(nèi)，當(dāng)濃度達到最高極限時抗老性能不會提高。

4 結(jié)語

防老劑作為橡膠制品生產(chǎn)中的一種助劑，它能在一定程度上提升橡膠的抗老化性能，并且能延長橡膠制成品的使用年限，但目前的橡膠制造業(yè)中仍存在著或多或少的問題，因此橡膠制造生產(chǎn)的技術(shù)有待完善。

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