氧化鋅在橡膠工業中主要作為活性劑使 用，可以與硬脂酸、促進劑等發生化學反應，鋅 離子還能促使鍵能較低的多硫鍵分解成鍵能較高 的單硫鍵，并且能夠提高交聯密度H ]。由于粒 徑減小到納米尺度，使用納米氧化鋅不僅能夠提 高反應均勻性，還可以提高復合材料的物理性能 及熱穩定性、光穩定性和化學穩定性，從而達到提 高橡膠復合材料老化性能、延長制品使用壽命的 目的[。本工作研究了均勻沉淀法制備的不同 粒徑的納米氧化鋅對NR／SBR／BR并用膠性能 的影響。 l 實驗 1．1 原材料 NR，1 標準膠，馬來西亞產品；SBR，牌號 1000，蘭州化學工業公司合成橡膠廠產品；BR，牌 號9000，中國石化齊魯石油化工股份有限公司橡 膠廠產品；納米氧化鋅，平均粒徑分別為20，31， 46，55和77 nm，自制 ；其它配合劑均為橡膠工 業常用原材料。 1．2 配方 NR 70，SBR 20，BR 10，炭黑40，硬脂 酸2．5，促進劑4，防護蠟1，防老劑2，硫黃0．6，氧化鋅變品種、變量。 1．3 主要試驗設備與儀器 xK-230型開煉機和XLB-D型平板硫化機， 上海第一橡膠機械廠產品；DXLL一10000型全電 腦控制拉力機、MH一74型阿克隆磨耗機和XY一1 型邵爾A型硬度計，上海化工機械四廠產品； 401A型熱老化試驗箱，上海實驗儀器總廠產品。 1．4 試樣制備 由于納米氧化鋅作為反應劑加入橡膠中，且 在混煉過程中受到強烈的機械剪切作用，因此可 在試驗過程中直接添加，無需進行表面處理。膠 料的混煉按照常規加工工藝在開煉機上進行。混 煉膠在平板硫化機上硫化，硫化條件為150℃／10 MPa× t90。 1．5 測試與分析 膠料的各項性能均按相應國家標準進行測 定。試驗數據的分析和處理按照文獻E6]介紹的 方法進行。 2 結果與討論 2．1 正硫化時間t90 納米氧化鋅對NR／SBR／BR并用膠t的影響見圖1。 從圖1可以看出，NR／SBR／BR并用膠的 t 。隨納米氧化鋅用量的增大而縮短，當納米氧化 鋅用量相同時，粒徑越小，膠料的t 。越短。分析 原因認為，普通氧化鋅在硫化過程中有三方面作(3)將硫化過程生成的各種活性側基吸附于表面， 這些側基因相互接近而反應生成交聯鍵[2]。而納 米氧化鋅由于粒徑很小，反應活性很高，當其用量 較小時，吸附反應中生成的活性基團作用不明顯， 而且由于長鏈大分子運動的特殊性，帶有活性基 團的長鏈大分子互相接近產生交聯變得困難，因 此膠料的t。。較長；隨著納米氧化鋅用量的增大和 粒徑的減小，上述三方面作用都會被加強，膠料的 t。。縮短，甚至比使用普通氧化鋅的傳統橡膠體 系短。 2．2 物理性能 納米氧化鋅對NR／SBR／BR并用膠拉伸強 度、拉斷伸長率和磨耗性能的影響見圖2～4。 從圖2和3可以看出，與使用5份普通氧化 鋅的并用膠相比，使用1份納米氧化鋅的并用膠 拉伸強度和拉斷伸長率較高，但隨納米氧化鋅用 量增大，硫化膠的拉伸強度和拉斷伸長率明顯下 降。分析原因認為，納米氧化鋅粒徑小、反應活性 高，且在膠料混煉過程中基本可以實現分子水平 上的均勻混合[3]，在硫化時能夠與硬脂酸、促進劑 等充分反應，有利于改善硫化膠的微觀結構，在硫 化膠中生成一定數量、分布均勻且鍵能較高的交 聯鍵。當材料受力變形時，橡膠分子鏈段活動較 易，有利于伸長取向結晶，使應力分布均勻。當弱 鍵斷開時，強鍵將繼續維持網絡結構的高伸張狀 態，且由于弱鍵的陸續斷裂，使應力均勻分散，結 晶區和結晶度增大，硫化膠的拉伸強度和拉斷伸 用：(1)使硫化促進劑更加活潑；(2)分解多硫鍵；長率提高。隨著納米氧化鋅用量的增大，橡膠中 強鍵數目及交聯密度將過度增大，在受力時不利于取向結晶而導致硫化膠拉伸強度和拉斷伸長率 明顯降低。 從圖4可以看出，與使用普通氧化鋅的并用 膠相比，使用納米氧化鋅的并用膠阿克隆磨耗量 明顯降低，且隨著納米氧化鋅用量的增大，硫化膠 的耐磨性能進一步提高。這是由于納米氧化鋅能 夠提高硫化膠的交聯密度，且能夠使交聯鍵均勻 分布，隨著納米氧化鋅用量的增大，硫化膠的交聯 密度進一步提高，耐磨性明顯改善。 2．3 老化性能 納米氧化鋅對NR／SBR／BR并用膠老化(150 ℃ ×24 h熱空氣老化)性能的影響見圖5和6。 從圖5和6可以看出，與使用普通氧化鋅的 并用膠相比，使用納米氧化鋅的并用膠老化后的 拉伸強度保持率和拉斷伸長率保持率提高，且隨 著納米氧化鋅用量的增大，并用膠耐熱氧老化性 能越來越好。分析原因認為，在體系中加入納米 氧化鋅，一方面可以改善膠料的微觀交聯結構，提 高交聯密度；另一方面納米氧化鋅活性較高，容易 參與反應，增大膠料中具有提高膠料耐老化性能 作用的鋅鹽的含量。 3 結論 (1)隨納米氧化鋅添加量的增大，NR／SBR／ BR并用膠的t90縮短；納米氧化鋅用量相同時，納 米氧化鋅的粒徑越小，膠料的t90越短。 (2)與使用5份普通氧化鋅的NR／SBR／BR 并用膠相比，使用1份納米氧化鋅的并用膠拉伸 強度、拉斷伸長率和耐磨性能明顯提高；隨納米氧 化鋅用量的增大，硫化膠的耐磨性能提高，但拉伸 強度和拉斷伸長率明顯下降。 (3)與使用普通氧化鋅的NR／SBR／BR并用 膠相比，使用納米氧化鋅的并用膠的耐熱氧老化 性能提高；隨納米氧化鋅用量的增大，膠料的耐熱 氧老化性能越來越好。 參考文獻： [1]朱敏．橡膠化學與物理[M]．北京：化學工業出版社， 1984． [23王貴恒．高分子材料加工成型原理[M]．北京：化學工業出版 社，1982．229—235． [33魏愛龍，魏廷賢，楊風偉，等．納米氧化鋅對橡膠性能的影響 研究[J3．橡膠工業，2001，48(9)：534—537． [43周祚萬，楚瓏晟，張再昌，等．納米ZnO在橡膠復合材料中的 初步應用[A]．第二屆納米材料與技術應用會議．杭州： 2001．46—49． [53陳傳志．納米氧化鋅的制備及其樹脂基復合材料的研究[D]． 成都：西南交通大學，2003． [63華東理工大學分析化學教研組，成都科技大學化學教研組． 分析化學[M]．北京：高等教育出版社，1994．236—237． 信息來源于：中國橡膠再生利用網