膠料在使用過程中容易發(fā)生老化,需要加入防護(hù)體系延緩老化,避免性能快速下降。物理防老劑一般為光屏蔽劑或者蠟,化學(xué)防老劑包括胺類、酚類、酯類等化合物。合成橡膠在合成過程中要加入少量抗氧劑,而在后加工過程中要加入較大量的防老劑。
一. 合成橡膠用抗氧劑
合成橡膠在合成過程加入的抗氧劑要根據(jù)合成工藝以及產(chǎn)品顏色來選擇。溶聚橡膠需要選擇易溶于橡膠合成所用溶劑的抗氧劑,乳聚橡膠則要選擇能與橡膠合成所用的乳化劑形成穩(wěn)定乳液的抗氧劑,此外根據(jù)產(chǎn)品的顏色選擇污染型或非污染型的抗氧劑。聚丁二烯橡膠(BR)、苯乙烯熱塑性彈性體、異戊橡膠(IR)等溶聚橡膠以前多采用抗氧劑BHT(264),有時(shí)并用亞磷酸酯類抗氧劑TNP(TNPP)。抗氧劑TNP容易水解,因生成的壬基酚影響生物的生殖健康而被禁止使用。抗氧劑BHT相對(duì)分子質(zhì)量較小,容易揮發(fā),國(guó)外研究認(rèn)為其較多的揮發(fā)物對(duì)環(huán)境有害,因此目前多采用其他酚類抗氧劑進(jìn)行替代,較為常見的有抗氧劑1076和1520,或并用輔助抗氧劑以產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)。淺色乳聚橡膠多采用酚類抗氧劑苯乙烯化苯酚,深色橡膠多采用污染型胺類抗氧劑。合成橡膠抗氧劑正向環(huán)保、大相對(duì)分子質(zhì)量、復(fù)配和多功能方向發(fā)展?梢酝ㄟ^DSC法檢測(cè)生膠的氧化誘導(dǎo)期或者氧化誘導(dǎo)溫度,也可以通過耐熱氧老化性能來考察抗氧劑的性能。淺色橡膠制品還需要考察耐熱氧老化性能和耐黃變性能。
二. 防老劑
1. 物理防老劑
合成橡膠膠料多采用石蠟作為耐臭氧和耐天候老化的物理防老劑。橡膠硫化時(shí)溶于其中的石蠟冷卻后逐漸遷移到橡膠表面,形成一層致密而柔韌的蠟?zāi),從而隔離空氣中的臭氧,起到防護(hù)作用。與普通防護(hù)蠟相比,改性防護(hù)蠟分子結(jié)構(gòu)中擁有多種官能團(tuán)(如羧基、羥基等)。改性防護(hù)蠟的防護(hù)能力比普通防護(hù)蠟高1.5~3倍。使用改性防護(hù)蠟可以減小抗臭氧劑用量。
2. 化學(xué)防老劑
在合成橡膠加工過程中應(yīng)用的防老劑主要是胺類和喹啉類防老劑。常見品種是防老劑4020,4010NA和RD。這3種防老劑用量占目前我國(guó)防老劑用量的80%以上。
萘胺類防老劑有很多,如苯基-α -萘胺(防老劑A)、1-苯基-β -萘胺(防老劑D)。但由于其存在毒性和致癌性問題,各國(guó)從20世紀(jì)70年代開始大幅壓縮其產(chǎn)量直到目前禁用。
我國(guó)防老劑RD已經(jīng)成為子午線輪胎膠料的主要防老劑之一,產(chǎn)品中的有效成分為2,2,4-三甲基-1,2-二氫化喹啉的二、三、四聚體,特別是二聚體防老化性能極好,因此應(yīng)盡量提高二聚體的含量。防老劑RD耐熱氧老化性能卓越,對(duì)銅等金屬離子有較強(qiáng)的抑制作用,但耐臭氧和耐屈撓性能較差,需與防老劑AW或?qū)Ρ蕉奉惙览蟿ǚ览蟿?020)等配合使用。防老劑AW可以防止橡膠制品由臭氧引起的龜裂,特別適用于動(dòng)態(tài)條件下使用的橡膠制品膠料,與防老劑H,D和4010等配合使用,可增強(qiáng)其效能。
對(duì)苯二胺類防老劑根據(jù)對(duì)苯二胺所連基團(tuán)分為二烷基對(duì)苯二胺類、二芳基對(duì)苯二胺類和烷基芳基對(duì)苯二胺類。二烷基對(duì)苯二胺類防老劑主要品種有防老劑4030和288等。防老劑4030易分散,在橡膠中溶解度較大,用量大時(shí)無噴霜問題,對(duì)混煉膠有加速硫化和縮短焦燒時(shí)間的作用;對(duì)靜態(tài)臭氧老化防護(hù)效果極佳,明顯優(yōu)于耐臭氧老化性能優(yōu)異的防老劑4010NA和4020,特別適用于長(zhǎng)期處于靜態(tài)條件下的電線電纜、膠管、膠帶等室外用橡膠制品膠料。烷基芳基對(duì)苯二胺類防老劑的主要品種有防老劑4010,4010NA,4020和H等。防老劑4020是目前輪胎膠料用量較大的防老劑品種,對(duì)臭氧老化和屈撓龜裂老化有優(yōu)良的防護(hù)效果,對(duì)熱氧老化和天候老化也有較好的防護(hù)作用,且對(duì)變價(jià)金屬有鈍化作用,適用于NR,BR,SBR,NBR和CR,與石蠟(尤其是具有支鏈的混合蠟或微晶蠟)并用,能增強(qiáng)靜態(tài)防護(hù)效果。與防老劑4010NA相比,防老劑4020耐水抽提性能較好,可以達(dá)到長(zhǎng)效防護(hù)的效果。
二芳基對(duì)苯二胺類防老劑主要品種有防老劑3100和H等。防老劑3100的特點(diǎn)是不噴出、對(duì)皮膚無刺激,對(duì)輪胎和其它橡膠制品的臭氧、氧和屈撓疲勞老化有很好的防護(hù)效果,特別適用于使用條件苛刻的載重輪胎和越野輪胎膠料,也是CR的特效抗臭氧劑。防老劑3100分子結(jié)構(gòu)兩邊的苯環(huán)上引進(jìn)了1個(gè)或2個(gè)增容基因,故其在橡膠中的溶解度增大,可以增大在膠料中的用量,還能徹底消除應(yīng)用防老劑4010NA和4020膠料變紅的缺陷,對(duì)銅、錳等有害金屬的防護(hù)甚佳;缺點(diǎn)是膠料受光變成黑褐色,同時(shí)污染嚴(yán)重,故其僅適用于深色制品膠料。
近年來橡膠防老劑新品種開發(fā)與應(yīng)用較少,而且隨著環(huán)保要求越來越嚴(yán)格,防老劑逐漸向高性能化和環(huán);较虬l(fā)展,橡膠防老劑品種逐漸趨于集中,未來用量較大的品種仍為防老劑RD和4020。