天然橡膠加工與物理特性的改良

1、天然橡膠加工與物理特性的改良天然橡膠加工與物理特性的改良天然橡膠(NR)通常需要降低一定粘度以確保工藝性能優(yōu)良。這種工藝稱為塑煉，在混煉階段通過斷開聚合物鏈而實(shí)現(xiàn)。歷史上使用稱為預(yù)塑煉的第一個(gè)獨(dú)立的混煉階段。這一階段只涉及將天然橡膠或者天然橡膠和稱為化學(xué)膠溶劑的活性化學(xué)物質(zhì)加入混煉機(jī)并混煉幾分鐘。在后續(xù)的幾個(gè)混煉階段將預(yù)塑煉橡膠與填充劑進(jìn)行混煉。化學(xué)膠溶劑通常是基于自由基清除劑和所謂增強(qiáng)物組合而成的材料，是用在較高溫度增加氧化斷鏈的一種

2、有效氧基資源。本文所述的典型化學(xué)膠溶劑示例包括StruktolA89和StruktolA86。天然橡膠斷鏈機(jī)制天然橡膠長(zhǎng)鏈材料在混煉工藝期間斷裂。首先，當(dāng)混煉溫度較低時(shí)，產(chǎn)生的高剪切力足以斷鏈。從統(tǒng)計(jì)學(xué)上講，由于這種機(jī)械剪切作用，較長(zhǎng)的鏈更有可能斷裂，因?yàn)檠刂^長(zhǎng)鏈材料看到的更多鏈糾纏導(dǎo)致更多片斷被捕集，因此要施加更高力量。事實(shí)上，在剪切力作用下，較短鏈更容易解開。施加的高剪切負(fù)載產(chǎn)生大量熱量。這種加熱軟化了天然橡膠，因此又依次降低剪切

3、力。在混煉溫度約為120℃時(shí)，機(jī)械斷鏈停止成為主要機(jī)制，氧化作用造成的化學(xué)斷鏈更為重要。氧化斷鏈?zhǔn)且环N化學(xué)斷鏈反應(yīng)，其中氧基隨機(jī)襲擊天然橡膠鏈，雖然長(zhǎng)鏈將斷裂，但是在此工藝期間短鏈變得更短。這種作用趨向于擴(kuò)大天然橡膠的分子量分布。這種作用對(duì)于后期的橡膠特性并不有利，因?yàn)樘烊幌鹉z中發(fā)現(xiàn)的高強(qiáng)度和彈性依賴于是否有長(zhǎng)鏈結(jié)構(gòu)。許多化學(xué)膠溶劑中含有的增強(qiáng)材料作為一種氧基資源用于加速氧化斷鏈。通常，使用基于鐵蝥合劑制造的材料用作這種目的。圖1顯示了

4、由于化學(xué)膠溶劑塑煉之后短鏈材料數(shù)量增加而出現(xiàn)的分子量分布增加。有效十分重要。當(dāng)然，由于裝滿一半時(shí)混煉機(jī)內(nèi)的膠溶劑負(fù)載如此之小，幾乎不可能分布均勻。結(jié)果，斷鏈作為支化聚合物重新組合的機(jī)會(huì)大大增加。另外，膠溶劑分布不均還會(huì)導(dǎo)致局部濃度過高，形成斷鏈過多的區(qū)域，特別是在大容量混煉機(jī)內(nèi)溫度變化也很差的情況之下。這種狀況通常在業(yè)界稱為過度塑煉?？紤]所有這些因素時(shí)，盡管化學(xué)膠溶劑對(duì)降低粘度具有巨大影響，但是對(duì)其使用也有許多限制。要求調(diào)整混煉工藝，以

5、保持獨(dú)立的塑煉階段達(dá)到最佳效果。即使正確混煉，形成的化合物動(dòng)態(tài)特性也不良；由于化學(xué)膠溶劑的作用，存在更短或更多支化材料使降低彈性、更高滯后和更低老化性能增加。物理膠溶劑為了克服與化學(xué)膠溶劑相關(guān)的問題，許多制造商已經(jīng)轉(zhuǎn)向使用所謂的物理膠溶劑。這種工藝使用聚合物鏈間潤(rùn)滑劑產(chǎn)品。在此情況下，不會(huì)出現(xiàn)針對(duì)聚合物斷鏈的化學(xué)反應(yīng)。此類助劑的作用是降低聚合物鏈間力量，特別是在較高剪切速率的情況之下。由于鏈間潤(rùn)滑增加，長(zhǎng)聚合物鏈更有可能在高剪切力作用下

6、解開。因此導(dǎo)致更長(zhǎng)鏈材料的流動(dòng)性增加。當(dāng)然，這是一種理想情況，會(huì)導(dǎo)致加工能力和產(chǎn)品特性之間的平衡改進(jìn)。由于出現(xiàn)的斷鏈較低，因此，避免了化學(xué)膠溶劑更強(qiáng)的反應(yīng)屬性，特別是對(duì)于生產(chǎn)短鏈材料的情況。物理膠溶劑通常基于金屬皂和鋅皂產(chǎn)品，廣泛用作許多天然橡膠和天然橡膠混合物的擠出助劑。但是，在許多應(yīng)用中，鋅皂的效果并不充分?；鞜掚A段出現(xiàn)更高粘度仍會(huì)導(dǎo)致加工不良和燒焦，因而需要進(jìn)一步降低粘度。無(wú)論如何，可以提供許多潤(rùn)滑劑產(chǎn)品并廣泛用于含有化合物的天然

7、橡膠。物理膠溶劑的示例包括StruktolA60和StruktolA50P（鋅皂）以及StruktolEF44（鋅鉀皂）。粘度降低的改性助劑為了充分降低粘度但不執(zhí)行獨(dú)立的預(yù)塑煉，同時(shí)還保持天然橡膠的優(yōu)良動(dòng)態(tài)特性，要求采用不同的途徑。不使用化學(xué)膠溶劑的機(jī)械塑煉是斷鏈的一種最佳方法，但是這種工藝極其緩慢和效率不高，要求進(jìn)行改良。StruktolHT105基于化學(xué)和物理膠溶劑技術(shù)。HT105含有DBD，但是不含有鐵蝥合物或其它增強(qiáng)劑。在生產(chǎn)H

8、T105期間開發(fā)了一種不同方法，以在新載體系統(tǒng)中組合DBD。這種變化的結(jié)果是liT105擴(kuò)散以及聚合物內(nèi)的DBD擴(kuò)散出現(xiàn)更快，比化學(xué)膠溶劑通常觀察到的擴(kuò)散高。在混煉循環(huán)中，DBD更早生效，混煉溫度更低。結(jié)果，支化聚合物形成程度更低。由于缺少增強(qiáng)劑而導(dǎo)致的降低化學(xué)活性大于改進(jìn)DBD擴(kuò)散以及存在載體材料的補(bǔ)償。載體基于金屬皂，其作用是用作一種高度有效的鏈間潤(rùn)滑劑，可以在聚合物內(nèi)促進(jìn)優(yōu)良的物理膠溶作用。實(shí)驗(yàn)為了顯示各種粘度降低化學(xué)物品對(duì)天然橡