氧化鋅在橡膠制品中的作用

氧化鋅在橡膠中的作用主要包括作為硫化活性劑、補強劑、防老化劑以及著色劑。?

?硫化活性劑?：氧化鋅能夠加速硫化過程，提高交聯度，從而增強橡膠的硬度和耐磨性。它通過促進橡膠交聯密度的提高，確保各項物理機械性能的獲得，如耐撕裂性、耐磨性和彈性。

?補強劑?：氧化鋅能夠增強橡膠的硬度和耐磨性，提高橡膠制品的耐撕裂性和使用壽命。

防老化劑?：通過阻止霉菌微生物或紫外線對橡膠的侵蝕，氧化鋅能夠延長橡膠制品的使用壽命。

?著色劑?：在白色膠料中，氧化鋅還起到著色作用，為產品賦予所需的顏色。

此外，氧化鋅在橡膠輪胎行業中也有著廣泛的應用，它可以提高輪胎的導熱性能、耐磨性能、抗撕裂性能和拉伸強度等多項指標，從而延長輪胎的使用壽命，保證行車安全。在透明橡膠及食品用橡膠制品中，氧化鋅作為必不可少的無機活性劑，能夠賦予橡膠制品新的性能，如高速耐磨、防日光老化等。

氧化鋅的作用機理

在硫化過程中，氧化鋅與促進劑、硫磺、硬脂酸、橡膠大分子鏈以及相應的中間產物都能發生反應，說明氧化鋅所具有的活化促進作用復雜。但大量的試驗結果表明，氧化鋅作為硫化活性劑，主要是對硫化過程中化學聯建的形成速度、交聯鍵類型和數量產生重要的影響，從而提高硫化膠的交聯程度。

由于氧化鋅對電子的親和能大，吸附促進劑的能力強，在硬脂酸的作用下生成可溶于膠料的促進劑鋅鹽，從而提高其溶解度，并與胺或脂肪酸形成一種鋅的絡合物，使促進劑更加活潑。硫磺加入絡合物中，通過誘導活化作用形成很強的硫化劑。在此過程中氧化鋅粒子表面不斷地發生反應，粒徑不斷減小，并消耗氧化鋅直到膠料充分硫化。

傳統用量5份是基于某一特定的氧化鋅粒徑而使硫化充分活化的最大用量。隨著氧化鋅粒徑的變化，其比表面積和結構性決定著對硫化的活化作用。

橡膠配合中硬脂酸和氧化鋅的作用

在一定程度上硬脂酸鋅可以部分代替硬脂酸和氧化鋅，但是橡膠中硬脂酸和氧化鋅不能完全反應且都有各自的作用。

氧化鋅和硬脂酸在硫磺硫化體系中組成了活化體系，其主要功能如下：

1、活化硫化體系：

ZnO和SA作用生成鋅皂，提高了ZnO在橡膠中的溶解度，并與促進劑作用形成在橡膠中溶解性良好的絡合物，活化了促進劑和硫磺，提高了硫化效率。

2、提高硫化膠的交聯密度：

ZnO和SA生成可溶性鋅鹽，鋅鹽與交聯鍵螯合，保護了弱鍵，使硫化生成短的交聯鍵，并增加了新的交聯鍵，提高了交聯密度。

3、提高硫化膠的耐老化性能：

硫化膠在使用過程中，多硫鍵斷裂，生成的硫化氫會加速橡膠的老化，但ZnO與硫化氫作用生成硫化鋅，消耗硫化氫，減少了硫化氫對交聯網絡的催化分解；另外，ZnO能縫合斷開的硫鍵，對交聯鍵起穩定作用。

4、反映機理各異：

在不同的硫化配合體系中，不同硫化促進劑的作用機理有很大差別，ZnO和SA反應形成硬脂酸鋅中間體的作用和單獨使用硬脂酸鋅的作用機理也不相同。

因此，在配方設計中需要根據不同的設計思路選擇合適的配合。

橡膠加工過程中硬脂酸的作用

化學名：十八烷酸 又稱：十八酸；十八碳烷酸；

英文名稱：Stearic acid；Octadecanoic acid

分子式：C18H36O2；CH3（CH2）16COOH

硬脂酸是作為輔料加入的，添加的比例很小，通常每百份橡膠添加0。5－3份的硬脂酸，但是不可或缺的。作為植物油系脂肪酸，在橡膠（輪胎）的加工過程中，按一定比例添加后，歸納起來，有以下四個方面的作用：

1、 軟化和增塑作用；

2、 作為外部潤滑劑；

3、 有利炭黑、白炭黑和氧化鋅的充分擴散；

4、 和氧化鋅或堿性促進劑反應可促進其活性，還是主要的硫化促進助劑，可起到第二促進劑的作用。可使硬化加速。

它對膠料的影響較大，其作用與炭黑相反，它會顯著降低膠料粘度，改善工藝性能，可顯著提高膠料的可塑性。脂肪酸碳鏈的長短對其功效沒有影響，如月桂酸和油酸的軟化效果也很好。但油酸的不飽和度過高會干擾橡膠加工過程，油酸同時有增加橡膠老化的傾向。月桂酸的酸值很高，會大大延緩橡膠的硫化，工廠需要更改配方和調整工藝參數。受配方制約和某些參數的考慮，各家企業基本上是只用硬脂酸這個產品的。

硫化劑在橡膠配方中的作用

硫化劑，是自然界中一種常見的礦物質，是橡膠制品中常用硫化劑。

硫化劑的分類

在橡膠工業中使用的硫化劑有硫化劑粉、不溶性硫黃、膠體硫黃、沉淀硫黃、升華硫黃、脫酸硫黃和不結晶硫黃。其中前三種比較常用。

硫化劑粉：將硫黃塊粉碎篩選而得，是橡膠工業中使用最廣泛的一種硫化劑。

不溶性硫黃：硫的均聚物，又稱聚合硫。其最大的優點是制品不易噴霜，廣泛應用于高檔鋼絲子午線輪胎等橡膠制品中。

膠體硫黃：硫黃粉或沉降硫磺與分散劑一起研磨而制成的糊狀物。主要用于乳膠制品。

硫化劑在橡膠制品中的作用

傳統的橡膠要具有優良的使用性能，必須要從線型大分子鏈通過交聯作用形成三維網絡空間結構。交聯過程通常也被稱為橡膠的硫化，就是因為最初的交聯是用硫黃實現的。橡膠經過硫化之后，隨著結構發生改變，性能也發生了變化：橡膠受熱不再流動，不再溶于它的良溶劑，模量和硬度提高，力學性能提高，耐老化性能和化學穩定性提高。因此說，只有發現硫黃了之后，橡膠才成為了一種性能優良、應用廣泛的高分子材料。

當然，硫化劑在橡膠中形成硫化網絡還需要配合活性劑、促進劑等其他配合劑才能組成完整的硫化體系，而且隨著橡膠工業的發展，人們對橡膠制品的性能提出了更高的要求，因此，硫化劑的種類和替代品也在逐漸被研制和生產中。

普通硫化劑與不溶性硫磺的區別

硫化劑種類可分為普通硫化劑和不溶性硫磺。

普通硫化劑在橡膠中的溶解度為1%，用量超過其溶解度部分的普通硫磺在膠料冷卻后會噴出表面，即噴霜。噴霜將影響半成品部件之間的黏性，并對產品硫化均勻性帶來不利影響，所以在硫化劑需用較高時宜采用不溶性硫磺。

不溶性硫磺產品實際是指不溶性硫磺和可溶性硫磺（普通硫磺）的混合物。與普通硫磺相比，使用不溶性硫磺產品作為橡膠加工的硫化劑，可避免膠料半成品發生“噴霜”現象，使制品硫化均勻，硫化速度增快等。但是熱作用、堿性物質（特別是胺）的誘發、不合理的儲存時間及膠料的配合與加工都可導致不溶性硫磺過早地還原為普通低分子可溶性硫磺。溫度增高，轉化速度加快。

不溶性硫磺有如下優點：

1、 不溶性硫磺在橡膠中以分散狀態存在，使得膠料不噴霜，有良好的粘性，同時可保證淺色制品的外觀質量。

2、 不溶性硫磺在膠料中均勻分散，有效地抵制硫磺的聚集，減少膠料存放過程的焦燒傾向。

3、 不溶性硫磺使膠料在存放期內不噴霜，保持膠料組份性能均一。防止對制品和模具的污染，并去掉了為克服噴霜而增添的涂漿 工藝，為生產聯動化提供條件。

4、 不溶性硫磺使橡膠在相鄰膠層中無遷移現象。特別是在順膠和丁丁基膠的膠料中，而普通硫磺遷移速度很高，配加不溶性硫磺后則可避免。

5、 它能保持半成品部件間的黏性，有利于成型操作，而且確保產品硫化的均勻性，保證產品質量。

不溶性硫磺可用于制造輪胎、膠帶、膠管、膠鞋、工業制品和乳膠制品等，并已在橡膠與鋼絲的粘合中普遍采用。作為硫化劑使用時，不溶性硫磺可在混煉時直接加入膠料中，普通硫磺宜在開煉機冷輥上加入，最好在其他配合劑加完后再加。不溶性硫磺可在密煉機上加，但應在排膠前在溫度低于90度的條件下加入。在溫度高于90度時，時間過長會引起不溶性硫磺向普通硫磺轉化。

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