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橡胶硫磺硫化促进剂并用原则及其分类详解

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橡胶硫磺硫化促进剂并用原则及其分类详解


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。

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.

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.

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

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。

酸性促进剂;噻唑、秋兰姆、二硫代氨基甲酸盐、黄原酸盐类。

碱性促进剂:胍类和醛胺类。

中性促进剂:次黄酰胺类和硫脲类

速别

慢速级:醛胺类、硫脲类

中速级:胍类准超速级:噻唑、次黄酰胺类

超速级:秋兰姆

超超速级:二硫代氨基甲酸盐、黄原酸盐类

A代表酸性促进剂;B代表碱性促进剂;N代表中性促进剂 

项目

 区别

类别

促进剂

权重

典型

比例

适合生胶

酸性

噻唑类

M、DM、

M

5

NR、BR、SBR

碱性

胍类

D、DOPG、BG

D

2

优点

硫化活性大,(起点快,硫速快)硫化胶的拉伸强度高,定神应力大,硬度高,耐磨性比其他任何一种促进剂单用时都高。

项目

 区别

类别

促进剂

权重

典型

比例

适合生胶

酸性

噻唑类

M、DM、

M

5

NR、BR、SBR

碱性

胍类

D、DOPG、BG

D

2

优点

硫化活性大,(起点快,硫速快)硫化胶的拉伸强度高,定神应力大,硬度高,耐磨性比其他任何一种促进剂单用时都高。

酸碱并用(AB)配合机理:相互活化

项目

 区别

类别

促进剂

权重

典型

比例

适合生胶

酸性

噻唑类

M、DM、

M

5

NR、BR、SBR

碱性

胍类

D、DOPG、BG

D

2

优点

硫化活性大,(起点快,硫速快)硫化胶的拉伸强度高,定神应力大,硬度高,耐磨性比其他任何一种促进剂单用时都高。

项目

 区别

类别

促进剂

权重

典型

比例

适合生胶

酸性

噻唑类

M、DM、

M

5

NR、BR、SBR

碱性

胍类

D、DOPG、BG

D

2

优点

硫化活性大,(起点快,硫速快)硫化胶的拉伸强度高,定神应力大,硬度高,耐磨性比其他任何一种促进剂单用时都高。

项目

 区别

类别

促进剂

权重

典型

比例

适合生胶

酸性

噻唑类

M、DM、

M

5

NR、BR、SBR

碱性

胍类

D、DOPG、BG

D

2

优点

硫化活性大,(起点快,硫速快)硫化胶的拉伸强度高,定神应力大,硬度高,耐磨性比其他任何一种促进剂单用时都高。

酸酸并用(AA)配合机理;相互抑制

 项目

 区别

类别

促进剂

权重

典型

比例

适合生胶

酸性

噻唑类

M、DM、

DM

10

NR、BR、SBR

秋兰姆

TMTD、ZDC、DTDM

TT

1

优点

焦烧性能好,有低温快速硫化的效果,伸长率高,胶质柔软。

中酸并用(NA)配合机理:单方活化

橡胶园

 项目

 区别

类别

促进剂

权重

典型

比例

适合生胶

中性

次磺酰胺

CZ、NOBS

CZ

5

NR、BR、SBR

酸性

噻唑类

M、DM、

DM

3

优点

焦烧倾向小,硫化速度快,硫化胶综合性能好,耐老化性好。

项目

 区别

类别

促进剂

权重

典型

比例

适合生胶

酸性

噻唑类

M、DM、

M

5

NR、BR、SBR

碱性

胍类

D、DOPG、BG

D

2

优点

硫化活性大,(起点快,硫速快)硫化胶的拉伸强度高,定神应力大,硬度高,耐磨性比其他任何一种促进剂单用时都高。

促进剂的互换关系, DM 1 ==》CZ 0.5-0.61

 DM 1 ==》M 0.52-0.8

 DM 1 ==》NOBS 0.63-0.69

 DM 1 ==》TMTD 0.08-0.10

 NOBS 1 ==》DM 1.43-1.6

 NOBS 1 ==》TMTD 0.1

 NOBS 1 ==》M 0.7-0.75

 CZ 1 ==》NOBS 1.2-1.3

各种促进剂的介绍

(一)、噻唑类:

      1、 结构通式              

图片R为芳香基或脂肪基;X为H,金属,或其他有机基团

噻唑类促进剂是一类半超速促进剂,与二硫代氨基甲酸盐和秋兰姆类促进剂相比,一般活性比较低,抗焦烧性能比较好,但硫化速度比较慢,在胶料中促进剂和硫黄的用量需要适当增加,硫化温度也需要适当提高。单用噻唑类促进剂时硫化胶的硫化度比较低,除特殊情况(如制造定伸应力比较低的制品)外,一般都与碱性促进剂,二硫代氨基甲酸盐或秋兰姆促进剂并用,这些并用体系的优点是可以改善硫化胶的硫化度,制得拉伸强度、定伸应力、硬度和弹性高、动态性能优良的制品,也能提高胶料的硫化度,但胶料的操作安全性有所下降,硫化平坦性也相应地变窄。

增加噻唑类促进剂的用量而降低硫黄用量能有效地改善硫化胶的耐热性能,虽然这种硫化胶的耐热性不及秋兰姆无硫硫化胶,但在实际使用时仍有很大意义。

最常用的噻唑类促进剂M、DM、和MZ,其中促进剂DM 是一种具有一定后效性的促进剂

2、作用机理

一般认为M等噻唑类促进剂的作用机理如下图(以促进剂M为例)所示:在氧化锌存在下首先生成M锌盐,此后与硫黄生成多硫化物Ⅱ,再与橡胶生成硫化反应的前驱体Ⅲ和促进剂M,Ⅲ进一步导致硫化反应,形成交联及新的硫化反应前驱体Ⅷ,使交联进一步进行。

                             MSH代表促进剂M

3.噻唑类促进剂的主要品种

名称

结构式

基本物性

缩写或备注

2-硫醇基苯并噻唑

2-Mercaptobenzothiazole

淡黄色粉末、有特殊气味和苦味,无毒。相对密度1.42.熔点不低于170℃.

硫化临界温度为125℃

M(MBT)

功用及配合:通用型,对NR和一般硫黄硫化合成胶有快速促进作用,硫化平坦性很宽,硫化临界温度低(125℃),混炼时有早期硫化的可能,但在CR和无硫硫化体系中又可作为延缓剂和抗焦烧剂。本品需氧化锌和脂肪酸活化,秋兰姆、二硫代氨基甲酸锌盐、醛胺类、胍类等及一氧化铅、氧化镁、碳酸镁都能增加其活性。本品可作为化学塑解剂,在不加硫化和填料的胶料中,加热操作能使NR塑性增加,此即所谓的“M塑炼”,在橡胶中易分散,不污染,但与其硫化胶接触的物品易着苦味,不适合制造与食品接触的橡胶制品。做第一促进剂时一般用量1-2份,作第二促进剂时为0.2-0.5份

二硫化二苯并噻唑

Dibenzothiazole disulfide

淡黄色或淡玫瑰色粉末,有苦味,相对密度1.5,熔点186℃。

DM(MBTS)

功用及配合:通用型促进剂,性质和用途与促进剂M基本相似,但硫化温度较高(130℃),温度在140℃以上活性增加,有显著的后效性,无早期硫化之虞,操作安全。单用时较慢,通常与秋兰姆、二硫代氨基甲酸锌盐、醛胺类、胍类类促进剂并用以提高活性,也为碱性物质所活化。本品需配以氧化锌和硬脂酸,一氧化铅的活化作用比氧化锌更强,但操作安全性有所降低。易分散,不污染。硫化胶老化性能良好,有苦味,不适于用于食品包装。

2-硫醇基苯并噻唑环己铵盐

Cyclohexylamine salt of 2-mercaptobenzothiazole

黄白色粉末,味苦。熔点不低于153℃。有吸湿性。

MH

功用及配合:NR、合成橡胶及胶乳用超促进剂。硫化速度和秋兰姆促进剂相近。胶料已焦烧,操作时必须注意。用本品制造的制品拉伸强度和定伸应力均高,本品也可作为促进剂M和DM的第二促进剂,能提高硫化速度和硫化胶的拉伸强度和定伸应力。使用时通常需配以氧化锌和脂肪酸。

2-巯基苯并噻唑二甲铵盐 Dimethyl ammonium salt of 2-mercapto benzothiazole

深褐色油状液体。相对密度1.125-1.150.与水可形成1:1的稳定液体。

极少使用,一般不用

2-硫醇基苯并噻唑钠盐

Sodium salt of 2-mercaptobenzothiazole

淡黄色结晶粉末,味苦。有吸湿性。熔点不低于280℃。

MNa

该品不再生产

2-噻唑基苯并噻唑钾酸盐 Potassium salt of 2-mercaptobenzothiazole

常制成50%水溶液使用,该溶液为琥珀色液体,无味,无毒。相对密度1.28。胶乳硫化用强促进剂。一般用量0.5-2份

商品名:MK

Accelerator 85

Accelerator 122

为Du Pont产品

2-硫醇基苯并噻唑铜盐

Cupric salt of 2-mercaptobenzothiazole

赤黄色粉末,无毒。相对密度1.60 熔点300℃,超过300℃即分解

强促进剂,特别适用于SBR。本品有污染性

2-硫醇基苯并噻唑锌盐

Zinc salt of 2-mercaptobenzothiazole

淡黄色粉末,气味与促进剂M相似。相对密度1.63-1.64.加热至315℃时不经熔融而分解。

MZ(ZMBT)

功用及配合:性质与促进剂M相似,但促进效力稍弱。硫化临界温度较高(138℃),不易产生早期硫化,硫化平坦型亦宽。秋兰姆、二硫代氨基甲酸盐、胍类、带有碱性的再生胶和一般碱性物质对其有活化作用,也需配于氧化锌和硬脂酸,一氧化铅的活化作用比氧化锌强,但操作安全性稍差。本品在胶料中不污染,不变色。一般用量为0.5-1.5份

2-(2,4-二硝基苯基硫代)苯并噻唑2-(2,4-Dinitrophenylthio)benzothiazole

黄色粉末,味苦。相对密度1.61.熔点不低于155℃。

DBM

功用及配合:系促进剂M之衍生物,仍保留促进剂M的某些特性。单独使用时硫化速度比较慢,混炼操作安全吗,可用于长时间硫化的后断面制品,但硫化胶耐老化性能较差。配用炭黑时一般可延迟硫化,这对合成橡胶尤为适宜,用碱性促进时,硫化速度加快。一般用量为0.8-1.2份,硫黄为2-3份

2-硫醇基噻唑吗啉

2-Mercaptothiazoline

白色粉末,无味,无毒。在一般使用条件下没有危险。相对密度1.50.熔点104-105℃。

MT

功用及配合:强度中等,硫化平坦性甚宽。需加入3-5份氧化锌和1-4份硬脂酸作活性剂。本品不变色,一般用量为0.5-2份

(二)、次磺酰胺类促进剂

1、结构通式

此类促进剂是2-硫醇基苯并噻唑的衍生物,就其化学结构来说,它也应属于噻唑类促进剂,但因其有独特的后效性而得到迅速的发展。该类促进剂在促进剂中占有相当重要的地位。这是由于合成橡胶的大量使用,特别要求后效性良好的促进剂。

次磺酰胺促进剂是由2-硫醇基苯并噻唑(M)相应的铵盐经氧化缩合成由促进剂M和N-氯胺反应制的。加入不同次磺酰胺促进剂的胶料焦烧时间的长短、硫化速度的高低取决于促进剂分子中的胺的性质(如碱性强弱和空间效应)以及由其决定的次磺酰胺中氮-硫键的强弱有关。一般来说,胺的碱性越强,硫化速度也越快。随着胺基空间阻碍效应的增加,焦烧时间延长,但硫化速度有所下降。

用次磺酰胺类促进剂制造的硫化胶除硫化度比较高、物理机械性能优良外,还有比较宽的硫化平坦性和相当好的耐老化性能,胶料不易过硫。促进剂用量的增加,对胶料的焦烧性能没有多大影响,但能提高硫化度,总硫化时间也有所缩短。如果增加硫化用量,虽然也能缩短总....


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