做橡胶制品的朋友都知道,光靠硫磺硫化,橡胶又慢又费,做出来的产品性能也不稳定。这时候就需要硫磺促进剂出场了。它是橡胶硫化过程中不可缺少的配合剂,能大大加快硫化速度,减少硫磺用量,还能让橡胶的物理性能更好。今天就用大白话,把硫磺促进剂的作用、种类和怎么选都讲清楚。
橡胶硫化的本质,是让橡胶分子链之间通过硫桥连接起来,形成网状结构,这样橡胶才有弹性和强度。但如果只用硫磺,反应温度高、时间长,效率很低。硫磺促进剂的作用就是给这个反应提速,具体表现在几个方面。
第一是缩短硫化时间。加了促进剂之后,硫化时间可以从几个小时缩短到十几分钟,生产效率直接翻好几倍。第二是降低硫磺用量。硫磺少了,橡胶不容易喷霜,耐老化性能也更好。第三是改善产品性能。促进剂能让硫化更均匀,交联结构更合理,做出来的轮胎、胶管、密封件强度高、耐磨、不容易开裂。第四是防止早期硫化。很多促进剂有防焦烧功能,让胶料在加工存放时不会提前变硬,操作更安全。
促进剂按化学结构分好几种,常用的有下面这几类。
噻唑类是最常用的品种,代表产品是促进剂M和促进剂DM。这类促进剂硫化速度快,性能均衡,价格便宜,用途广,轮胎、胶鞋、胶带里都能用。缺点是有点苦味,不适合做食品接触制品。
次磺酰胺类是用量最大的一类,代表产品有CZ、NS、DZ等。这类促进剂有一个很大的优点:焦烧时间长,操作安全性好,特别适合做轮胎这种厚制品。它硫化起步慢但后期速度快,产品交联度高,被称为迟效性促进剂。
秋兰姆类代表产品是TMTD、TETD等。这类促进剂硫化速度快,常和噻唑类搭配使用,能进一步提高硫化效率。TMTD还可以单独用作硫化剂,做无硫硫化体系。
二硫代氨基甲酸盐类代表产品有ZDC、PZ等。这是硫化速度最快的一类,适合低温快速硫化,常用于胶乳制品、自硫胶浆和食品医疗用的透明橡胶制品。
胍类代表产品是D。这类促进剂碱性大,硫化速度中等,一般不单独用,而是和噻唑类并用,起到活化作用。
选促进剂不是越快越好,要结合具体的产品和工艺来定。首先看硫化速度需求。做薄制品追求效率,可以选秋兰姆类或者氨基甲酸盐类;做厚壁制品比如轮胎,要选次磺酰胺类,保证胶料有足够的操作时间。
其次看焦烧安全性。夏天温度高或者胶料要存放运输的,尽量选防焦性能好的品种,必要时再加点防焦剂。第三看环保要求。传统的促进剂M、DM在生产中会产生亚硝胺隐患,现在出口欧盟的产品很多改用环保型品种,比如促进剂NS、TBzTD这些不含亚硝胺风险的替代品。
另外,促进剂很少单独使用,实际生产中经常是两种或三种并用。比如噻唑类加秋兰姆类,主促进剂加副促进剂搭配,取长补短,效果比单用好得多。搭配的比例要靠试验来验证,看硫化曲线和产品性能再确定。
用量要控制好。促进剂不是加得越多越好,加多了容易焦烧、喷霜,还会影响产品的耐老化性能。一般配合硫磺的用量在0.5到2份之间,具体看配方体系。
储存要注意。促进剂大多要放在阴凉干燥的地方,避免阳光直射和受潮,远离热源。有些品种粉末细,称量时注意通风,戴好口罩手套,避免吸入和接触皮肤。
随着环保要求越来越严,硫磺促进剂也在往绿色化方向发展。无亚硝胺、无重金属的环保型产品是主流趋势,水性分散体和颗粒化产品也越来越多,方便自动称量,减少粉尘污染。
总的来说,硫磺促进剂是橡胶工业里的小角色大作用。选对了促进剂,硫化又快又稳,产品质量上一个台阶;选错了,轻则效率低,重则整批料报废。搞橡胶的朋友,把这个基础知识吃透,配方设计就成功了一大半。