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论配合胶乳的硫化

(2021-12-17 06:10:14)

     自从1837年美国工人査而斯.固特异,以他好学和不断钻研橡胶应用的努力,终于发现橡胶交联的奥秘,从此在橡胶领域进行了革命性的创新,在橡胶的史册中,出现了Vulcanization这一名词,中文翻译成"硫化",既是名词也有动词含义,表征橡胶与硫或硫化物起反应的过程。自从有了硫化工艺,橡胶工业从此一日千里的在发展,硫化的方法也多种多样,涵盖了冷硫化,室溫硫化,热硫化和辐射硫化,并一直沿传至今。

    在橡胶范畴中,有固体橡胶[也就是常说的干胶],还有以橡胶粒子分散在水介质中形成稳定的胶体水分散体,人们定义它为胶乳[天然或合成或人造]。在使用胶乳制造各种产品时,也和干胶一样,需要有交联反应,才有使用价值,也需要有硫化工艺。不过胶乳的硫化从机理和交联过程及体态表现与干胶不竟相同,可以说非常奇妙。众所周知,干胶制品在硫化前必须通过机械剪切,辊压,将各种助剂[含硫化助剂]利用开炼机的剪切和不同辊距的压合;或密炼机的转子揑合,将配合助剂分散于胶料中,形成混炼胶,再经过挤出圧片成型,装入模具,在较高的既定温度和设计的压力和时间下完成硫化历程,做出产品。而用胶乳生产制品其硫化历程则不同。首先要对配料胶乳先单独进行预硫化,将作用于橡胶烃性能的硫化体系助剂和作用于工艺流程的胶乳工艺助剂,以水分散体的形式加入,而后在常压和常温或稍高于常温[50摄氏度]下进行,根据产品工艺要求,配制成不同硫化程度的预硫化胶乳。人们称之为硫化胶乳或半硫化胶乳及配合胶乳。

  从事橡胶工业的人们都知道,干胶制品经硫化后,橡胶分子形成了立体网状结构,它的分子链作为一个整体都被交联结合起来;而配合胶乳在经过硫化后,交联結构只是在毎个橡胶粒子内部形成,粒子本身仍保持良好的布朗运动,并不互相接触,可以把配合胶乳的硫化历程描述成四个阶段:一,配合剂粒子与橡胶粒子碰撞和吸附。二,配合剂通过胶乳粒子表面保护层向橡胶相扩散,三,配合剂在胶粒內的橡胶相中均匀分散,四,配合胶乳在一定温度下产生硫化反应。

 配合 胶乳的硫化机理,至今还在讨论之中。有学者认为,当硫化助剂加入到胶乳后,先吸附在橡胶粒子的表面上,然后再向橡胶粒子內部扩散,但由于硫化速度大于扩散速度,当配合助剂扩散至橡胶相时,在温度的作用下,很快便发生硫化反应。因此,扩散主要在橡胶粒子表面层进行,而配合胶乳的硫化反应实际也是在胶乳粒子的表面层,那么胶粒的中心部位又是如何硫化的呢?这是因为在配合胶乳硫化时,橡胶粒子表面形成交联结构后,由于橡胶粒子内部橡胶分子的激烈运动,会逐渐从表面层移向橡胶粒子的中心部位,当另一组硫化助剂扩散到橡胶相时,将在新的橡胶分子链段产生新的交联结构。再由橡胶粒子表面逐渐分布于粒子中心部位。这一过程并不因硫化结束而停止,配合胶乳硫化后交联结构的运动还继续进行。配合胶乳硫化是在运动中进行和实现的。

   硫化胶乳交联结构为什么具有运动性呢?其原因是:1,胶乳的橡胶分子链具有良好的柔曲性及活动性,特别在胶乳状态下,橡胶分子运动的激烈程度远远大于胶膜及干胶状态。[这已为核磁共振试验所证明]2]配合胶乳在硫化处理中达到正硫化时,橡胶分子中两个交联点的分子量,即交联密度是很稀的,它对分子运动并不会产生決定姓的限制。3]硫化时较高温度的作用能提高橡胶分子的活动性,而且胶乳硫化发生于表层,并非整体硫化,不致阻止橡胶分子的运动。4]配合胶乳在硫化时所形成的交联键为多硫键,此多硫键性质更加有助于交联结构的运动。因为硫键中含硫量愈多,其键能愈弱,对橡胶分子链运动的影响也愈小。

  利用以上的硫化机理的见解,可以解释一些生产中出现的一些问题。如:配合胶乳在硫化完毕后,一般都需要进行停放一段时间,其成品性能才较稳定。这是因为配合胶乳硫化后,橡胶粒子内部的交联结构运动,将使粒子内部分散均匀,从而使成型胶膜性能得到改善。如耐热性方面有明显提高。而且经硫化处理的配合胶乳在停放过程中,还存在交联结构中由粒子内部部份重分布于粒子之间的过程。硫化胶乳所用的促进剂都是超促进剂,可是硫化胶乳并没有过硫和焦焼现象,胶乳硫化曲线始终比较平坦,这是由于配合胶乳在硫化时,不是助剂先扩散均匀后再硫化,而是扩散与硫化同时产生。配合胶乳硫化的速度不仅与促进剂的活性有关,更重要的是与橡胶粒子内部交联结构的运动有关,而后者的速度比较稳定,因而胶乳硫化速度比较平坦。这与固体[干胶]橡胶的硫化烔然不同,这是因为配合胶乳硫化后,橡胶粒子内部的交联结构运动还在不断进行,因之残余的助剂将有可能继续进入橡胶粒子内部,产生硫化反应。

  在胶乳制品生产工艺流程中,要把配合胶乳先进行不同硫化程度的预硫化胶乳,有其一定特点,如流动性好,浸渍时胶乳液面结皮较少,这在安全套生产中可明显体现,同时因其剩余配合剂可以去除,能使产品具有良好的透明性。因为胶乳粒子已部分硫化,当胶膜干燥受热时,易显著加深硫化,故产品脫模时粘折现象可减少。硫化胶乳稳定性高,可配入较多填充剂或其它特殊助剂,赋予制品良好的耐热和耐寒性。

  在明白了配合胶乳硫化机理和先期要对配合胶乳进行硫化处理后,就要在实践生产中,根据不同制品生产过程所要求的硫化程度去选择。判定配合胶乳的硫化程度方法很多,有氯仿值法,有机溶剂溶胀法,松弛模数法,预硫化松弛模数法,及改进溶胀法。各有千秋。但方便块捷的还是氯仿值法,分四级九等,生产现场使用方便。

  配合胶乳的硫化机理博大精深,且众家纷说不一,从业者要认真去试验研究,在实践中去摸索总结,才能在胶乳世界中,从必然王国进入自由王国。

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