Слоистый дигидроксид Zn / AL - NO3 в качестве альтернативного активатора для сульфирования бутадиен - нитрильного каучука: влияние соотношения ускорителя и серы на динамику сульфирования и сетевые свойства

Предыстория и цель исследования

Снижение содержания цинка в резиновой формуле всегда было экологическим вопросом, вызывающим озабоченность отрасли. Оксид цинка (ZnO), как важная часть системы вулканизации, его экологические проблемы способствовали исследованию низкоцинковых активаторов. Цинкосодержащие слоистые дигидроксиды (Zn / Al – LDHs) предлагают альтернативные идеи, вводя цинк в слоистые структуры, которые ранее изучались как активирующие сульфиды и наполнители. Тем не менее, до сих пор нет полного понимания того, как модифицированный Zn / Al – NO3 LDH сульфурируется в традиционном бутадиен – нитрильном каучуке (NBR). С этой целью исследователи оценили осуществимость Zn / Al – NO3 LDH в качестве низкоцинкового активирующего агента NBR для замены системы ZNO / стеариновой кислоты и сравнили производительность в традиционных системах вулканизации (катализатор / отношение серы к A / S = 0,6) и высокоэффективных системах вулканизации (A / S = 3.0).

Ключевые экспериментальные данные

В традиционной системе вулканизации кажущаяся энергия активации (Ea), содержащая формулу LDH, снижается с 90,81 кДж. моль ⁻ до 70,95 кДж. моль ⁻ 1, что означает, что префактор уменьшается примерно на два порядка. Интенсивность растяжения остается сопоставимой, но интенсивность разрыва снижается примерно на 14%. Термогравитационный анализ показал небольшое повышение начальной температуры разложения, содержащей формулу LDH. В номинальном составе система активации ZNO / стеариновой кислоты была заменена на Zn / Al – NO3 LDH, что позволило снизить нагрузку на цинк примерно на 71%. В высокоэффективных системах вулканизации формулы, содержащие LDH, сохраняют сопоставимую константу кажущейся скорости вулканизации, но механические свойства снижаются.

Значение для промышленности полимерных добавок

Это исследование дает новую экспериментальную основу для изучения низкоцинковых сульфидных систем в шинной и резиновой промышленности. В традиционной системе вулканизации Zn / Al – NO3 LDH сохраняет прочность на растяжение, снижая при этом кажущуюся энергию активации, что указывает на его потенциал в качестве активатора системы вулканизации для замены системы ZNO / стеариновой кислоты, но снижение прочности на разрыв указывает на то, что производительность должна быть взвешена в реальной формуле. Для других каучуковых добавок, таких как антивозрастные и антиоксиданты, изменения в структуре сети вулканизации могут влиять на поведение старения, но в настоящем исследовании не рассматриваются соответствующие оценки. Что касается усиленных наполнителей, то сам LDH обладает свойствами наполнителя, и его взаимодействие с дополнительными наполнителями, такими как белый уголь, заслуживает дальнейшего внимания. Следует подчеркнуть, что исследования явно не оценивали выбросы цинка, биодоступность и экотоксикологические эффекты, поэтому 71% снижения нагрузки на цинк не может быть напрямую приравнено к экологическим выгодам. Промышленность, продвигая низкоцинковые системы сульфирования, по – прежнему должна оцениваться в сочетании с полной оценкой экологических рисков и характеристиками шин на протяжении всего их жизненного цикла.

Источник: Zn/Al‐NO3 Layered Double Hydroxide as Alternative Activator for Nitrile Rubber Vulcanization: Effect of the Accelerator‐to‐Sulfur Ratio on Curing Kinetics and Network Properties， Обработано химикатами Herun.