膠料在使用過(guò)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(lèi)、酚類(lèi)、酯類(lèi)等化合物。合成橡膠在合成過(guò)程中要加入少量抗氧劑,而在后加工過(guò)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(guò)程加入的抗氧劑要根據(jù)合成工藝以及產(chǎn)品顏色來(lái)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(lèi)抗氧劑TNP(TNPP)??寡鮿㏕NP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??寡鮿〣HT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(lèi)抗氧劑進(jìn)行替代,較為常見(jiàn)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(lèi)抗氧劑苯乙烯化苯酚,深色橡膠多采用污染型胺類(lèi)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^(guò)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(guò)耐熱氧老化性能來(lái)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)ぃ瑥亩綦x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(guò)程中應(yīng)用的防老劑主要是胺類(lèi)和喹啉類(lèi)防老劑。常見(jiàn)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(lèi)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(wèn)題,各國(guó)從20世紀(jì)70年代開(kāi)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?lèi)防老劑(防老劑4020)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(lèi)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(lèi)、二芳基對(duì)苯二胺類(lèi)和烷基芳基對(duì)苯二胺類(lèi)。二烷基對(duì)苯二胺類(lèi)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(wú)噴霜問(wèn)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(lèi)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(lèi)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(wú)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(lái)橡膠防老劑新品種開(kāi)發(fā)與應(yīng)用較少,而且隨著環(huán)保要求越來(lái)越嚴(yán)格,防老劑逐漸向高性能化和環(huán)保化方向發(fā)展,橡膠防老劑品種逐漸趨于集中,未來(lái)用量的品種仍為防老劑RD和4020。