3.1.1 氧化锌(zinc oxide)
氧化锌又称锌白,其制造方法有直接法、间接法、湿法、特殊法等。直接法又称美国法,是锌矿石经灼热产生锌蒸气,在经氧化的制造方法。间接法又称法国法,是金属锌在炉中加热使锌气化,再将锌蒸气进行氧化的制造方法,日本主要采用这种方法。湿法是在可溶性锌盐溶液中加入碳酸钠,以碱性碳酸锌沉淀出来,再经灼烧制得氧化锌的方法。特殊法多数是使锌矿石或镀锌铁板等的屑与盐酸或硫酸作用而溶出金属锌,再与碳酸钠作用使锌以碱性碳酸钠的形式沉淀后,于炉中焙烧制造氧化锌的方法。
此外,通常的氧化锌根据其纯度、水分、水溶性、筛余分等,间接法氧化锌分为特号、1号、2号、3号;直接法氧化锌分为1号、2号。广泛用于橡胶的氧化锌是有电解锌制造的1号和有蒸馏锌制造的3号,但因3号氧化锌含铅稍多不适于带色制品。
(1)性状 白色粉末。比重5.47~5.61。粒度0.3~0.7μ。熔点1800℃。加热至250℃以上时变黄,但冷却后恢复原来的白色。含有铅、镉、铁等杂质。溶于酸和强碱。FDA合格品(安全物质)。德国食品法认可用于与食物接触的橡胶制品。
(2)作用 广泛用于NR、SBR、BR、IR、NBR、IIR以及胶乳的促进助剂,与脂肪酸形成络合物,可提高促进剂的活性。对于氯丁橡胶和聚硫橡胶作为硫化剂使用。对橡胶的分散性好,用量多时起补强剂作用,引导热好可提高制品的耐热性。此外,也用作白色颜料,但着色力比二氧化钛差,硫化后有稍带黄的倾向。特别当存在作为杂质的铅时,用于白色橡胶会损坏唇白度。
3.1.2 活性氧化锌(active zinc oxide)
(1)性状 白色至淡黄粉末。比重5.4左右。粒度0.1μ左右。Bayer公司的产品分析值是,氧化锌含量93~96%,硫酸盐含量0.4%以下,氯化物含量0.1%,氧化铅含量0.002%,铜含量0.001%以下,锰含量0.002%以下,灼烧减量3~6%,平均粒径50μm。德国食品法认可用于与食物接触的橡胶制品。
(2)作用 用于天然橡胶、合成橡胶和胶乳,因活性大而促进作用强,用量比普通氧化锌少,抗撕裂、定伸应力、耐磨耗性等均有提高。另外由于离子微细,配入胶乳等时不容易沉淀。因正硫化时间较长,所以未硫化和过硫化的危险性小。
3.1.3 表面处理氧化锌(surface-treated zinc oxide)
性状依生产厂家与牌号而异。下面介绍日本生产的几种牌号产品的性状。
①灰色粉末。纯度91%。表观密度2200g/L。稍具芳香味。因经表面处理能迅速成为糊状进行均匀分散。用于各种制造胶辊、密封、○形圈、海绵胶、擦胶胶料、模制品等弹性体。
②91%的高质量氧化锌经由9%的特种湿润剂和分散剂进行表面处理的白色粉末。表观密度1000g/L。与普通氧化锌相比,分散快,温度上升也小,因此混炼胶的焦烧危险小。
③有氧化锌66.7%和特种分散剂33.3#组成。片状。熔点55℃。比重2.1。表观密度1300g/L。因分散剂含量多可降低混炼胶的粘度,成为下工序的加工助剂。特别用于氯丁橡胶时,具有抑制混炼生热防止焦烧的作用。
④有效成分80%的颗粒状。密度3.0。适用于EPDM、EVA。
3.1.4 复合氧化锌(complex zinc oxide)
日本的产品有几种牌号其性状如下:
①具有多层结构的白色粉末,外层由氧化锌被覆。比重3.7。比表面积25㎡/g。PH值8.0。镉含量0.00029%。。
②比表面积特别大,在橡胶中的反应性非常好。白色结晶。比重3.1。比表面积35㎡/g。PH值8.5。特许No.972975。
③纯胶配合有透明性的非晶制品。比重3.2。比表面积8㎡/g。PH值8.5。特许No.826882。
上述几种复合氧化锌的用途与普通氧化锌相同,但活性大,折射率小,因此可给予橡胶以透明性。由于几乎不含重金属,因此难以产生橡胶的老化和色彩污浊现象,对操作者的健康也有利。
3.1.5 复合活性氧化锌(complex active zinc oxide)
(1)性状 通过湿法处理使特殊结晶核表面用活性氧化锌覆盖的产品。具有多层结构的白色细粉末。真比重3.3~3.8。平均粒径0.25~0.3μ。比表面积12~30㎡/g,PH值8.5。
(2)作用 用途与普通氧化锌相同。因比表面积大而氧化锌表面活性高,可改善橡胶特别是EPDM的压缩永久变形。由于比重小而粒子数多,所以分散性好。铅、镉等有害杂质含量非常少.
橡胶用氧化锌在橡胶制品中的作用有哪些?
氧化锌在橡胶配方中的主要作用如下 :
(1)活化整个硫化体系
氧化锌和硬脂酸一起形成锌皂 ,提高了氧化锌在胶料中的溶解度 ,并与促进剂形成 了一种络合物 。此种络合物特别活泼 ,它与硫磺反应生成一种很强的硫化剂。
(2)提高交联密度
氧化锌和硬脂酸反应生成 zn 盐 ,它与含硫的橡胶促进剂侧挂基团螯合反应,使弱键处于稳定状态 ,改变硫磺键的裂解位置 ,使橡胶硫化生成较短的交联键 ,增加新的交联键 ,提高交联密度 。
(3)提高硫化胶的耐老化性能
在硫化和使用过程中,多硫键断裂 ,产生的H2S 会加速橡胶裂解 ,氧化锌会与其反应形成新的交联键 ,稳定硫化网络 ,提高耐老化性能。
总之 ,氧化锌的主要作用 :
1)在配方中起活化剂或促进剂 的作用 ;
2)作为吸酸,在胶料硫化时吸收某些硫化反应产生的酸性物质 ,如 HCl等等;
3)可以提高胶料 的热性能。