Zn/Al-NO3 Schichtdioxide als Nitril-Gummi-Sulfidierungsaktivator: Auswirkungen des Promotor-Schwefel-Verhältnisses auf die Sulfidierungsdynamik und die Netzwerkleistung

Forschungshintergrund und Zweck

Die Reduzierung des Zinkgehalts in Kautschuk-Rezepturen ist seit jeher ein ökologisches Thema der Industrie, Zinkoxid (ZnO) als wichtiger Bestandteil des Schwefelsystems, dessen Umweltbedenken die Erforschung von zinkarmen Aktivatoren fördern. Zinkhaltige schichtförmige Dihydroxide (Zn/Al-LDHs) bieten eine alternative Idee durch die Einführung von Zink in schichtförmige Strukturen, die zuvor als Schwefelaktivatoren und Füllstoffe untersucht wurden. Das Schwefelverhalten von unmodifiziertem Zn/Al-NO3 LDH in herkömmlichen Nitrilkautschuken (NBR) ist jedoch nicht vollständig erkannt. Zu diesem Zweck bewerteten die Forscher die Machbarkeit von Zn/Al-NO3 LDH als NBR-niedriges Zinksulfid-Aktivator als Alternative zu ZnO/Stearinsäure-Systemen und verglichen die Leistung unter herkömmlichen Sulfidierungssystemen (Promotor/Schwefelverhältnis A/S = 0,6) mit hocheffizienten Sulfidierungssystemen (A/S = 3,0). In herkömmlichen Schwefelsystemen wurde die apparente Aktivierungsenergie (Ea) einer LDH-enthaltenden Formel von 90,81 kJ·mol-¹ auf 70,95 kJ·mol-¹ reduziert, was auf eine Reduktion des Vorfaktors um etwa zwei Größengruppen hinweist. Die Zugfestigkeit blieb relativ hoch, aber die Reißfestigkeit sank um etwa 14%. Die thermische Analyse zeigte eine leichte Erhöhung der Anfangsabbautemperatur von LDH-enthaltenden Rezepturen. Ersatz des ZnO/Stearinsäure-Aktivierungssystems durch Zn/Al-NO3 LDH, berechnet nach nominaler Zusammensetzung, reduziert die entsprechende Zinkbelastung um etwa 71%. In hocheffizienten Schwefelsystemen behält eine LDH-haltige Rezeptur eine vergleichbare scheinbare Schwefelungsrate konstant, aber die mechanischen Eigenschaften sind abgenommen.

Bedeutung für die Polymerhilfsmittelindustrie

Diese Studie bietet eine neue experimentelle Grundlage für die Erforschung zinkarmer Sulfidationssysteme in der Reifen- und Gummiindustrie. Unter herkömmlichen Sulfidationssystemen behält Zn / Al-NO3 LDH die Zugfestigkeit bei gleichzeitiger Reduzierung der apparenten Aktivierungsenergie, was darauf hindeutet, dass es als Sulfidationssystemaktivator das Potenzial hat, das ZnO / Stearinsäure-System zu ersetzen, aber der Rückgang der Reißfestigkeit deutet darauf hin, dass die Leistung in der tatsächlichen Rezeptur ausgewogen werden muss. Bei anderen Gummihilfsmitteln wie Antialterungsmitteln und Antioxidantien können Veränderungen in der Schwefelnetzwerkstruktur das Alterungsverhalten beeinflussen, aber diese Studie umfasst keine entsprechende Bewertung. In Bezug auf verstärkte Füllstoffe hat LDH selbst Füllstoffeigenschaften, und seine Interaktion mit verstärkten Füllstoffen wie weißem Kohlenschwarz ist eine weitere Aufmerksamkeit wert. Es ist wichtig zu betonen, dass die Studie eindeutig keine Beurteilung der Zinkverfreiung, der Bioverfügbarkeit und der ökotoxischen Wirkung durchgeführt hat, so dass eine Reduktion der Zinkbelastung um 71% nicht direkt mit Umweltvorteilen gleichwertig ist. Bei der Förderung von Systemen mit niedrigem Zinksulfidgehalt muss die Industrie immer noch eine vollständige Umweltrisikobewertung und die gesamte Lebenszyklusleistung des Reifens berücksichtigen.

Quelle der Informationen: 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， Durch befeuchtete Chemiker aufgeräumt.