綠色環保塑分劑在半鋼輪胎胎面膠配方中的應用研究

李振鋒，傅秀成

（青島福諾化工科技有限公司，山東 青島 266071）

2000年以來，我國的輪胎工業發展突飛猛進，在產量和質量方面都取得了長足的進步。目前國內輪胎的制造工藝、生產設備、現場管理和新技術裝備應用等都達到甚至超越國際同等水平。對于大眾關心的輪胎產品的力學性能、使用壽命、舒適性等方面也與國外產品各有千秋，國內輪胎企業在高中低端產品上均有優秀產品覆蓋供應，在國際市場上具有很強的競爭力。

國內輪胎行業的發展和水平提升離不開國內優秀橡膠助劑的配套，其中橡膠塑分劑是一種專用于改善輪胎橡膠加工性能的傳統產品，但是國內對綠色環保塑分劑產品的研究仍處于起步階段[1-3]。

目前市場上的橡膠塑分劑多為經過高溫反應、造粒或切片制得的高鋅含量的脂肪酸鋅鹽類產品。該類產品極易散發難聞氣味，對操作環境和制品等造成污染，消費者對此類問題的反饋逐漸增多[4-7]。出于對環境的重視，國際上對輪胎膠料中鋅含量的深入研究越來越多，輪胎中的重金屬鋅可能會隨著輪胎運轉磨耗產生的廢膠粉擴散到環境中，特別是歐盟委員會指令已將氧化鋅劃為N類有害物質（對環境有害物質）[8-10]。這一問題越來越引起輪胎和橡膠助劑研究人員的重視，因此輪胎行業的發展趨勢是盡可能減少輪胎基體中的鋅含量，此時不含鋅皂的綠色環保塑分劑就是一種最佳選擇。

綠色環保塑分劑FNP-60A（簡稱塑分劑FNP-60A）是由特選脂肪酸衍生物、有機酯類和特種功能填料助劑等組成，不含鋅皂，是天然橡膠的優異物理塑分劑，為多用途橡膠加工助劑，兼有內、外潤滑及分散功能，并可改善橡膠的加工工藝性能，提高橡膠制品的合格率和產品的尺寸穩定性。在橡膠混煉過程中可促進填料和其他助劑的分散，縮短混煉周期，降低混煉能耗、膠料生熱和混合粘度。

本工作研究綠色環保塑分劑FNP-60A在半鋼輪胎胎面膠配方中的應用。

1 實驗

1.1 主要原材料

順丁橡膠（BR），牌號9000，中國石化北京燕山石油化工有限公司產品；丁苯橡膠（SBR），牌號1723和1739，中國石化齊魯股份有限公司橡膠廠產品；炭黑N339，江西黑貓炭黑股份有限公司產品；綠色環保塑分劑FNP-60A，青島福諾化工科技有限公司產品；脂肪酸鋅，青島聯康油脂制品有限公司產品；橡膠無鋅塑分劑WB212（簡稱塑分劑WB212），德國STRUKTOL公司產品。

1.2 配方

配方1（用量/份）：BR9000 20，SBR1723 55，SBR1739 55，炭黑N339 80，白炭黑 5，環保芳烴油 5.8，氧化鋅 3，硬脂酸 2，防老劑6PPD 2，防老劑RD 1.5，防護蠟 1.2，增粘樹脂 0.6，硫黃 2.2，促進劑CBS/DPG和防焦劑CTP 2.31。

配方2—4分別添加2份塑分劑FNP-60A、脂肪酸鋅和塑分劑WB212，其余組分及用量同配方1。

1.3 主要設備和儀器

3 L密煉機，中國臺灣利拿機械工業股份有限公司產品；XK-150型開煉機，廣東省湛江機械廠產品；MDR2000型無轉子硫化儀和MV2000型門尼粘度計，美國阿爾法科技有限公司產品；5 kN拉力機，美國英斯特朗公司產品；DMA-242E型動態熱機械分析（DMA）儀，德國耐馳儀器制造有限公司產品。

1.4 混煉工藝

試驗膠料采用兩段混煉工藝，一段混煉在3 L密煉機中進行，轉子轉速為40 r·min-1，混煉工藝為：生膠（50 s）→炭黑（200 s）→操作油和小料（100 s）→提壓砣（150 s）→排膠；二段混煉在XK-150型開煉機上進行，混煉工藝為：一段混煉膠→硫黃和促進劑（220 s）→排膠（88～96 ℃）。

2 結果與討論

2.1 理化分析

塑分劑FNP-A60的理化性能見表1。

表1 塑分劑FNP-A60的理化性能

2.2 門尼粘度

門尼粘度側面反映了膠料的最終分散效果，膠料門尼粘度高，混煉分散效率低，混煉膠分散效果差。混煉膠的門尼粘度[ML（1＋4）100 ℃]如表2所示。

表2 混煉膠的門尼粘度

從表2可以看出，塑分劑FNP-60A、脂肪酸鋅、塑分劑WB212對膠料不同階段門尼粘度有明顯影響。配方1的一段混煉膠門尼粘度比配方2—4混煉膠高5～10，說明添加塑分劑對膠料混煉過程中的填料分散有明顯輔助效果。各配方二段混煉膠門尼粘度由小到大依次為配方3、配方2、配方4、配方1。可以推斷加入脂肪酸鋅的膠料分散效果較好，塑分劑FNP-60A分散效果與脂肪酸鋅接近，稍優于塑分劑WB212。

2.3 硫化特性

膠料的硫化特性見表3。

表3 膠料的硫化特性

從表3可以看出：膠料的FL從小到大依次為配方3、配方2、配方4、配方1，FL的變化趨勢與門尼粘度一致；配方3膠料的t90，ts2和Fmax均比配方2和配方4膠料稍高，這與脂肪酸鋅對硫化的活性作用有關，塑分劑FNP-60A和WB212因不含鋅鹽，FL稍低。

2.4 物理性能

硫化膠的物理性能見表4。

表4 硫化膠的物理性能

從表4可以看出，配方2硫化膠的拉斷伸長率相對較高，說明塑分劑FNP-60A對橡膠的軟化增塑效果較好。

2.5 動態力學性能

采用DMA儀對硫化膠進行溫度掃描，通過DMA曲線可初步判定膠料的抗濕滑性能和滾動阻力，其中0 ℃的損耗因子（tanδ）越大，表示抗濕滑性能越好，60 ℃的tanδ越小，表示滾動阻力越低。硫化膠的tanδ如表5所示。

表5 硫化膠的tanδ

由表5可見，與配方1硫化膠相比，配方2—4硫化膠0 ℃時的tanδ較大，60 ℃時的tanδ相當，說明加入塑分劑可提高硫化膠的抗濕滑性能，且對滾動阻力影響不大，不同塑分劑對硫化膠動態力學性能的影響差異不明顯。

2.6 耐屈撓性能

耐屈撓性能表示硫化膠片抵抗反復屈撓作用引起的物理性能下降直至遭到破壞的性能。在橡膠的耐屈撓試驗中，通常用試片經受屈撓的次數、表面裂口出現的時間和等級來表示耐屈撓性能差異。硫化膠的耐屈撓性能測試結果如圖1所示。

圖1 硫化膠的耐屈撓性能

從圖1可以看出，添加塑分劑FNP-60A的硫化膠耐屈撓性能較好，添加脂肪酸鋅和塑分劑WB212的硫化膠的耐屈撓性能相近。說明塑分劑FNP-60A在膠料中的分散效果最好，軟化增塑效果較好。

3 結論

（1）塑分劑FNP-60A使用無鋅配方，可以有效減小膠料中鋅的用量，降低鋅離子流失到自然環境中的風險。

（2）使用塑分劑FNP-60A的膠料的門尼粘度明顯降低，與傳統塑分劑脂肪酸鋅效果接近，可以提升膠料混煉過程中的分散效率，節能降耗。

（3）塑分劑FNP-60A對膠料硫化特性的影響不大，與脂肪酸鋅和塑分劑WB212接近，對膠料的拉斷伸長率有明顯提升效果，有良好的軟化增塑效果，可以適當減小操作油用量，改善橡膠制品外觀。

（4）加入塑分劑FNP-60A后，膠料的動態力學性能有所提升，0 ℃的tanδ明顯提高，表明膠料具有良好的抗濕滑性能和地面抓著力。

（5）加入塑分劑FNP-60A后，膠料的耐屈撓性能提高，表明其具有良好的軟化增塑效果，可以延長產品使用壽命。

（6）塑分劑FNP-60A可以改善橡膠產品的環保性能，提高膠料的動態力學性能和耐屈撓性能，是一種有益于環境的新型塑分劑產品。