CH3CH2CCH3CH2CCHCHS8CH2CHCH2SxCH2CH3CCH3CCHCHSxCHSxCH2CHCCH3CH2S8-xCHCHHSxCH3CH2CCHCHSxRHCH2CH3CCH
6.多硫交联键的移位
NR在硫化过程中,当生成多硫交联键后,由于分子链上双键位置等的移动,也有可能改变交联位置,如:
CH3CH2CCHCHSxRCH2CH3CSxRCHCH
7.硫化过程中交联键断裂产生共轭三烯(多硫交联键断裂夺取α-亚甲基上的H原子,生成共轭三烯)
CH3CH2CCHCHSxRCH2CH3CCHCH2CH2CH3CCHCHCHCH3CCHCH2
五.硫黄硫化胶的结构与性能
1.结构
硫黄硫化橡胶时,硫黄在橡胶大分子间形成单S键、双硫键或多硫键,同时还生成大分子内部的单硫键或多硫键,但以多硫交联键最多。
2.性能
多硫交联键不稳定,易分解重排,所以硫化胶的耐热性较差。
§3 橡胶的促进剂硫黄硫化
未来促进剂的发展方向是“一剂多能”,即兼备硫化剂、活性剂、促进剂、防焦功能及对环境无污染的特点。
促进剂:就是指能降低硫化温度、缩短硫化时间、减少硫黄用量,又能改善硫化胶的物理性能的物质。
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活性剂:一般不直接参与硫黄与橡胶的反应,但对硫化胶中化学交联键的生成速度和数量有重要影响的物质(如氧化锌、硬质酸等)。
一.促进剂的分类
常用促进剂的分类方法有以下几种: 1. 按促进剂的结构分类
按促进剂的化学结构可分为八大类,即噻唑类(M、DM)、次磺酰胺类(CZ、NOBS、DZ)、 秋兰姆类(TMTD、TMTM)、硫脲类(NA-22)、二硫代氨基甲酸盐类(ZDMC、ZDC)、醛胺类(H)、胍类(D)、黄原酸盐类(ZIX)等。
2. 按PH值分类
按照促进剂的呈酸、碱或中性将促进剂分为酸性、碱性和中性促进剂。 酸性促进剂:噻唑类、秋兰姆类、二硫代氨基甲酸盐类、黄原酸盐类。 中性促进剂:次磺酰胺类、硫脲类 碱性促进剂:胍类、醛胺类 3. 按促进速度分类
国际上习惯以促进剂M对NR的硫化速度为准超速,作为标准来比较促进剂的硫化速度。比 M快的属于超速或超超速级,比M慢的属于慢速或中速级。 慢速级促进剂: H、NA-22 中速级促进剂: D
准速级促进剂: M、DM、CZ、DZ、NOBS 超速级促进剂: TMTD、TMTM 超超速级促进剂:ZDMC、ZDC
4. 按A、B、N(酸碱性)+数字1、2、3、4、5(速级)分类: 5. 肯伯曼分类法
根据促进剂的促进原理可分为:
下列符号表示与碳键合的三个原子的种类,可作为从促进剂的化学结构推测促进效能的大致标准。
NSS、NNN、NNS、SSO、NSO、SSS
二.常用促进剂的结构与特点
1.噻唑类
N结构通式为:SCSXX—氢、金属原子或其他有机基团
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NSCSHNSCSSCN巯基苯并噻唑(M)S二硫化苯并噻唑(DM)
作用特性:1)属于酸性、准速级促进剂,硫化速度快;M焦烧时间短,易焦烧;DM比M好,
焦烧时间长,生产安全性好。 2)硫化曲线平坦性好,过硫性小,硫化胶具有良好的耐老化性能,应用范围广。 配合特点:1)被炭黑吸附不明显,宜和酸性炭黑配合,槽黑可以单独使用,炉黑要防焦烧。 2)无污染,可以用作浅色橡胶制品。
3)有苦味,不宜用于食品工业。
4)DM、M对CR有延迟硫化和抗焦烧作用,可作为CR的防焦剂,也可用作NR的
塑解剂。
2.次磺酰胺类
N一般结构式为:SNSCSNHSCRSNR'R为有机基团R'为氢原子或有机基团NCSN
CH2CH2CH2CH2ON-环己基苯并噻唑次磺酰胺(CZ)氧二乙烯基苯并噻唑次磺酰胺(NOBS)
作用特性: 次磺酰胺类促进剂是一种酸、碱自我并用型促进剂,其特点如下: 1)焦烧时间长,硫化速度快,硫化曲线平坦,硫化胶综合性能好;
2)宜与炉法炭黑配合,有充分的安全性,利于压出、压延及模压胶料的充分流动性; 3)适用于合成橡胶的高温快速硫化和厚制品的硫化;
4)与酸性促进剂(TT)并用,形成活化的次磺酰胺硫化体系,可以减少促进剂的用量。 一般说来,次磺酰胺类促进剂诱导期的长短与和胺基相连基团的大小、数量有关,基团越大,数量越多,诱导期越长,防焦效果越好。如DZ>NOBS>CZ。
3.秋兰姆类 一般结构式为:
SRNR'CSxCNSR'Rx=1~6R, R'为烷基、芳基、环烷基等
SCH3NCH3CSSCCH3NCH3CH3CH3NSCSSSCCH3NCH3一硫化四甲基秋兰姆(TMTM)二硫化四甲基秋兰姆(TMTD)
作用特点:1)属超速级酸性促进剂,硫化速度快,焦烧时间短,应用时应特别注意焦烧倾向。
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一般不单独使用,而与噻唑类、次磺酰胺类并用;
2)秋兰姆类促进剂中的硫原子数大于或等于2时,可以作硫化剂使用,用于无硫硫
化时制作耐热胶种。硫化胶的耐热氧老化性能好。 4.二硫代氨基甲酸盐类 一般通式如下:
SRNCSMeR,R'为烷基、芳基或其它基团Me为金属院子;n为金属原子价
SCH3NCH3CSZnSC2H5NC2H5CSZnnn二甲基二硫代氨基甲酸锌(ZDMC 或PZ)二乙基二硫代氨基甲酸锌(ZDC 、ZDEC或EZ)
作用特点:属超超速级酸性促进剂,硫化速度比秋兰姆类还要快,诱导期极短,适用于室温硫化和胶乳制品的硫化,也可用于低不饱和度橡胶如IIR、EPDM的硫化。
5.胍类
CH3NHCNH二苯胍(D、DOPG)NHNHCH3二邻甲苯胍(DOTG)NHCNH
作用特点: 1) 碱性促进剂中用量最大的一种,硫化起步慢,操作安全性好,硫化速度也慢。
2) 适用于厚制品(如胶辊)的硫化,产品易老化龟裂,且有变色污染性。 3) 一般不单独使用,常与M、DM、CZ等并用,既可以活化硫化体系又克服了自身的缺点,只在硬质橡胶制品中单独使用。
6.硫脲类 结构通式为:
RNHCSCH2CH2NHCNHSC2H5NHSCNHC2H5NHRR为烷基或芳基
亚乙基硫脲(Na-22、ETU)N,N'-二乙基硫脲(DETU)
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作用特点 促进剂的促进效能低,抗焦烧性能差,除了CR、CO、CPE用于促进和交联外,其它二烯类橡胶很少使用。其中NA—22是CR常用的促进剂。 7.醛胺类
CH2NCH2CH2NNCH2CH2NCH2促进剂H(六亚甲基四胺)
是醛和胺的缩聚物,主要品种是六亚甲基四胺,简称促进剂H,是一种弱碱性促进剂,促进速度慢,无焦烧危险。一般与其它促进剂如噻唑类等并用。其它醛胺类促进剂还有乙醛胺,也称AA或AC,也是一种慢速促进剂。
8.黄原酸盐类
SROCSMR为烷基或芳基,M为金属原子Na、K、Zn等
作用特性 是一种酸性超超速级促进剂,硫化速度比二硫代氨基甲酸盐还要快,除低温胶浆和胶乳工业使用外,一般都不采用。其代表产品为异丙基黄原酸锌(ZIX)。
三.促进剂的并用
1. A/B型并用体系 称为互为活化型,活化噻唑类硫化体系,并用后促进效果比单独使用A型或B型都好。常用的A/B体系一般采用噻唑类作主促进剂,胍类(D)或醛胺类(H)作副促进剂。采用A/B并用体系制备相同机械强度的硫化胶时,优点是促进剂用量少、促进剂的活性高,硫化温度低、硫化时间短,硫化胶的性能(抗张、定伸、耐磨性)好。克服单独使用D时老化性能差、制品龟裂的缺点。
2. N/A、N/B并用型 活化次磺酰胺硫化体系,它是采用秋兰姆(TMTD)、胍类(D)为第二促进剂来提高次磺酰胺的硫化活性,加快硫化速度。并用后体系的焦烧时间比单用次磺酰胺短,但比DM/D体系焦烧时间仍长得多,且成本低,缺点是硫化平坦性差。
3.A/A并用型:称为相互抑制型。主要作用是降低体系的促进活性。其中主促进剂一般为超速或超超速级,焦烧时间短;另一A型能起抑制作用,改善焦烧性能。但在硫化温度下,仍可充分发挥快速硫化作用。如ZDC单用时,焦烧时间为3.5分钟,若用ZDC与M并用,焦烧时间可延长到8.5分钟。与A/B并用体系相比,A/A并用体系的硫化胶的抗张强度低,伸长率高,多适用于快速硫化体系。
四.机促进剂的硫黄硫化作用机理
根据反应特点,起决定性作用的主要反应可以分为四个主要阶段: 1. 主要反应阶段
(1)硫黄硫化体系各组分间相互作用生成活性中间化合物,包括生成络合物,主要的中间化合物是事实上的硫化剂。
(2)活性中间化合物与橡胶相互作用,在橡胶分子链上生成活性的促进剂—硫黄侧挂基团。 (3)橡胶分子链的侧挂基团与其它橡胶分子相互作用,形成交联键。
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