有机锌替代间接法氧化锌在半钢/全钢子午线轮胎胎面胶中的应用

陈 慧

（江苏爱特恩高分子材料有限公司，江苏 常州 213164）

氧化锌作为橡胶活化剂组分，是橡胶工业重要的原材料之一。它不仅能加快硫化速度，还能提高橡胶的热传导性能，有助于轮胎散热[1]，对胶料的交联键类型、交联密度及物理性能等具有重要影响[2]。目前，常用的氧化锌生产方法有间接法、直接法及湿法，其中以间接法为主；间接法氧化锌综合性能最佳，环保等级最高。

研究表明[3]，氧化锌过量释放对人体、环境，尤其是对锌较为敏感的水生动植物造成不良影响。因此寻找氧化锌的替代品已是迫在眉睫。

有机锌作为低锌、高活性硫化活性助剂，可替代间接法氧化锌用于轮胎及其他橡胶制品。与间接法氧化锌相比，有机锌具有4个重要特性：（1）锌元素质量分数较小，锌污染性低；（2）重金属质量分数小，有效降低重金属污染；（3）分散性好，特殊的大分子插层包覆结构有利于在胶料中分散；（4）密度小，仅为间接法氧化锌的1/2，可降低胶料体积成本。

有机锌的微观结构完全不同于间接法氧化锌。间接法氧化锌为多个简单氧化锌分子聚集形成实心的细小状粉末，有效比表面积较小，硫化活性较低。有机锌微观结构为核壳结构，氧化锌纳米阵列包覆生长于流动性优良的层网状金属-有机分子框架中，从而形成的有效比表面积大幅增大，硫化活性大大增强。

本工作对有机锌与间接法氧化锌在半钢子午线轮胎天然橡胶（NR）/丁苯橡胶（SBR）/顺丁橡胶（BR）胎面胶和全钢子午线轮胎NR胎面胶中的应用进行对比研究。

1 实验

1.1 主要原材料

NR，RSS1，广州汇丰橡胶集团有限公司产品；SBR，牌号1500E，中国石油兰州石化公司产品；BR，牌号9000，中国石化北京燕山分公司产品；炭黑220、炭黑N330和芳烃油V500，宁波汉圣化工有限公司产品；环烷油，山东齐鲁石化工程有限公司产品；有机锌，江苏爱特恩高分子材料有限公司产品；间接法氧化锌，市售品。

1.2 试验配方

半钢子午线轮胎胎面胶配方：NR/SBR/BR 50/20/30，炭黑N220 50，间接法氧化锌或有机锌 3，硬脂酸 2.5，防老剂4020 1，防老剂RD 1.5，防护蜡 1，芳烃油 6，硫黄 1.3，促进剂NS 1.2。

全钢子午线轮胎胎面胶配方：NR 100，炭黑N330 45，间接法氧化锌或有机锌 4，硬脂酸 2，防老剂4020 1，防老剂RD 1.5，环烷油 4，硫黄 2.5，促进剂NS 0.7。

1.3 主要设备与仪器

1.7 L密炼机，捷克Buzuluk公司产品；XSK-160型开炼机，湖州橡胶机械厂产品；MV2000型门尼粘度仪和MDR2BE-MY-7100型硫化仪（有转子），美国阿尔法科技有限公司产品；LX-A型橡胶邵氏硬度计，江都市腾达试验仪器厂产品；WGJ-2500BⅡ型电子拉力机，广西师范大学秀峰电器厂产品；GT-7012-A型DIN磨耗试验机，中国台湾高铁检测仪器有限公司产品。

1.4 试样制备

胶料分两段混炼，均在1.7 L密炼机中进行。一段混炼转子转速为60 r·min-1，混炼工艺为：生胶→塑炼炭黑和小料→压压砣提压砣→ 清扫→压压砣提压砣→压压砣提压砣→ 压压砣排胶（温度为150 ℃）。二段混炼转子转速为40 r·min-1，混炼工艺为：一段混炼胶→硫黄和促进剂→压压砣提压砣→压压砣提压砣→压压砣提压砣→压压砣排 胶（温度为150 ℃）。

胶料在开炼机上下片。混炼胶停放24 h后在平板硫化机上硫化，硫化条件为145 ℃/12 MPa×25 min。

1.5 性能测试

胶料性能均按相应国家标准进行测试。

2 结果与讨论

2.1 理化性能

有机锌和间接法氧化锌的理化性能对比见表1。从表1可以看出：有机锌的密度约为间接法氧化锌的1/2，但氮吸附比表面积却约为间接法氧化锌的9倍，硫化活性大大提高；有机锌的铅、锰、铜等重金属质量分数明显小于间接法氧化锌，能有效降低胶料的重金属含量。

表1 有机锌和间接法氧化锌的理化性能对比

2.2 半钢/全钢子午线轮胎胎面胶硫化特性

有机锌和间接法氧化锌对半钢/全钢子午线轮胎胎面胶硫化特性的影响如表2所示。从表2可以看出，采用有机锌的半钢/全钢子午线轮胎胎面胶与采用间接法氧化锌的半钢/全钢子午线轮胎胎面胶硫化特性差异很小，表明有机锌与间接法氧化锌对半钢/全钢子午线轮胎胎面胶硫化特性的影响基本相同。

表2 有机锌和间接法氧化锌对半钢/全钢子午线轮胎胎面胶硫化特性（145 ℃）的影响

2.3 半钢/全钢子午线轮胎胎面胶物理性能

有机锌和间接法氧化锌对半钢/全钢子午线轮胎胎面胶物理性能的影响如表3所示。从表3可以看出，与采用间接法氧化锌的半钢/全钢子午线轮胎胎面胶相比，采用有机锌的半钢/全钢子午线轮胎胎面胶的密度、拉断永久变形和阿克隆磨耗量略小，邵尔A型硬度、拉伸强度、拉断伸长率、撕裂强度和回弹值略大，300%定伸应力和压缩疲劳性能相差不大，这表明采用有机锌的半钢/全钢子午线轮胎胎面胶的物理性能优于采用间接法氧化锌的半钢/全钢子午线轮胎胎面胶。

表3 有机锌和间接法氧化锌对半钢/全钢子午线轮胎胎面胶物理性能的影响

2.4 半钢/全钢子午线轮胎胎面胶耐热老化性能

有机锌和间接法氧化锌对半钢/全钢子午线轮胎面胶耐热老化性能的影响如表4所示。从表4可以看出，采用有机锌的半钢/全钢子午线轮胎胎面胶老化后邵尔A型硬度变化与采用间接法氧化锌的半钢/全钢子午线轮胎胎面胶相同，但拉伸强度下降率和拉断伸长下降率较小，说明采用有机锌的半钢/全钢子午线轮胎胎面胶耐热老化性能较好。

表4 有机锌和间接法氧化锌对半钢/全钢子午线轮胎胎面胶耐热老化性能的影响

3 结论

（1）有机锌和间接法氧化锌对半钢/全钢子午线轮胎胎面胶硫化特性的影响基本相同。

（2）采用有机锌的半钢/全钢子午线轮胎胎面胶的物理性能和耐热老化性能优于采用间接法氧化锌的半钢/全钢子午线轮胎胎面胶。