增塑剂TP-95用量对丙烯酸酯橡胶性能的影响
资讯类型:行业资讯    加入时间:2018年3月2日10:46
 
             增塑剂TP-95用量对丙烯酸酯橡胶性能的影响
               朱宝莉1,2,邹 华1,2,张立群1,2
    (1.北京化工大学北京市新型高分子材料制备及加工重点实验室,北京 100029;2.北京化工大学有机无机复合材料国家重点实验室,北京 100029)
  摘要:研究醚酯类增塑剂TP-95用量对丙烯酸酯橡胶(ACM)性能的影响,并与增塑剂DOP进行对比。结果表明:增塑剂TP-95的增塑效果优于增塑剂DOP,增塑剂TP-95增塑ACM 硫化胶的耐热老化性能较好,耐油性能相当;随着增塑剂TP-95用量的增大,ACM 胶料的门尼粘度下降,硫化胶的硬度、100%定伸应力和拉伸强度减小,压缩永久变形无明显变化,耐低温性能和耐油性能显著提高。
  关键词:丙烯酸酯橡胶;增塑剂;耐低温性能;耐油性能
  中图分类号:TQ333.97;TQ330.38+4  文献标志码:A  文章编号:1000-890X(2015)01-0027-04
    醚酯类增塑剂TP-95[己二酸二(丁氧基乙氧基乙)酯]是一种新型环保增塑剂,与传统邻苯类增塑剂DOP相比,增塑剂TP-95具有耐高低温性能好、无毒性、对环境无污染等优点[1-2]。由于分子中不仅含有强极性酯基,同时还含有弱极性醚基,因此,增塑剂TP-95与极性高聚物具有良好的相容性[2]。
    丙烯酸酯橡胶(ACM)是以丙烯酸酯烷基酯为主要单体的特种合成橡胶,具有性价比高、耐热、耐高温、耐油、耐臭氧性能好等优点,广泛应用于耐高温、耐油汽车密封件制品中[3]。但由于ACM 中极性酯基的存在,其耐低温性能较差,影响了其进一步的应用,通过添加一定量的增塑剂可以改善胶料的加工性能和耐低温性能。本工作研究增塑剂TP-95用量对ACM 胶料性能的影响,并与增塑剂DOP进行对比。
    1·实验
    1.1 主要原材料
    ACM,牌号AR801,日本Tohpe公司产品;硫化剂TCY、增塑剂TP-95和DOP,广州金昌盛科技有限公司产品;炭黑N550,卡博特化工(天津)有限公司产品。
    1.2 试验配方
    ACM 100,炭黑N550 50,硬脂酸 1,防老剂445 2,防焦剂CTP 0.5,硫化剂TCY 1,促进剂BZ 2,增塑剂 变品种、变量。
    1.3 试样制备
    将ACM 生胶置于辊距为1mm 的开炼机上,塑炼包辊后依次加入硬脂酸、防老剂和防焦剂等,混炼均匀后加入炭黑和增塑剂,待炭黑吃料完全后进行割胶翻炼,最后再添加促进剂和硫化剂,混匀后打三角包5次后下片。混炼胶停放24h后返炼,打三角包4次后,将辊距调为2mm过辊下片。
一段硫化在平板硫化机上进行,硫化条件为180℃×t90;二段硫化在鼓风干燥箱中进行,硫化条件为180℃×3h。
    1.4 测试分析
    1.4.1 硫化特性
    胶料的硫化特性采用无转子硫化仪按照GB/T 9869—1996《橡胶胶料硫化特性的测定(圆盘振荡硫化仪法)》进行测试,试验温度为180℃。
    1.4.2 物理性能
    硫化胶的邵尔A型硬度按照GB/T 531.1—2008《硫化橡胶或热塑性橡胶第1部分:邵氏硬度计法(邵尔硬度)》进行测试;拉伸性能和撕裂性能采用万能材料试验机(深圳新三思材料检测有限公司产品)分别按照GB/T 528—2009《硫化橡胶或热塑性橡胶拉伸应力应变性能的测定》和GB/T 529—2008《硫化橡胶或热塑性橡胶撕裂强度的测定》进行测试,撕裂强度采用直角形试样;压缩永久变形按照GB/T 7759—1996《硫化橡胶、热塑性橡胶常温、高温和低温下压缩永久变形测定(B法)》进行测试,试验条件为150℃×70h,压缩率25%。
    1.4.3 耐热老化性能
    硫化胶的耐热老化性能按照GB/T 3512—2001《硫化橡胶或热塑性橡胶热空气加速老化和耐热试验》进行测试,试验条件为150℃×70h。
    1.4.4 耐油性能
    硫化胶的耐油性能按照GB/T 1690—2006《硫化橡胶或热塑性橡胶耐液体试验方法》进行测试,介质为IRM 903# 油,试验温度为150℃,浸泡时间为70h。
    1.4.5 脆性温度
    硫化胶的脆性温度按照GB/T 1682—1994《硫化橡胶低温脆性的测定单试样法》进行测试。
    2·结果与讨论
    2.1 硫化特性
    增塑剂TP-95用量对ACM 胶料硫化特性的影响如表1所示。

    从表1可以看出,随着增塑剂TP-95用量的增大,ACM 胶料的门尼粘度降低。分析认为,增塑剂TP-95进入橡胶内部后,增塑剂分子中的醚酯基团与ACM 橡胶分子中的酯基作用,降低了分子间的相互作用力,同时增塑剂TP-95分子中的直链烷基增大了橡胶分子间的距离,对极性分子有屏蔽作用,削弱了分子间作用力,分子链柔性增加,容易产生滑移,故胶料的门尼粘度下降,塑性提高。从表1还可以看出,随着增塑剂TP-95用量的增大,ACM 胶料的正硫化时间略有延长,最大转矩、最小转矩和最大与最小转矩之差逐渐减小,说明增塑剂TP-95能改善ACM 胶料的塑性,对胶料有延迟硫化的作用。
    2.2 物理性能
  表2所示为增塑剂TP-95和DOP对ACM硫化胶物理性能的影响。

    从表2可以看出,随着增塑剂TP-95用量的增大,ACM 硫化胶的邵尔A 型硬度、100%定伸应力和拉伸强度减小,拉断伸长率呈整体增大的趋势。分析认为,增塑剂TP-95与ACM 具有良好的相容性,增塑剂进入橡胶内部后使橡胶分子间的相互作用力降低,分子链更容易滑移,炭黑与橡胶之间的作用力降低,从而导致ACM 硫化胶的物理性能下降。此外,与未增塑硫化胶相比,增塑剂TP-95增塑ACM 硫化胶的压缩永久变形无显著变化。
    从表2还可以看出,当增塑剂用量相同时,与增塑剂TP-95相比,增塑剂DOP增塑ACM 硫化胶100%定伸应力、拉伸强度和撕裂强度较大,拉断伸长率较小。
    2.3 耐热性能
    图1所示为未增塑和添加5份增塑剂DOP以及TP-95增塑ACM 硫化胶的耐热老化性能。从图1可以看出,与未增塑硫化胶相比,增塑剂DOP和TP-95增塑ACM 硫化胶的拉伸强度变化率没有明显变化。分析原因是增塑剂TP-95和DOP的相对分子质量较大,沸点较高,在高温老化过程中挥发程度较小,因此老化后ACM 硫化胶的拉伸强度变化率较小。增塑剂DOP 和TP-95增塑ACM 硫化胶的拉断伸长率变化率较大,其中增塑剂DOP增塑硫化胶拉断伸长率变化率更大。即增塑剂TP-95增塑硫化胶的耐热老化性能优于增塑剂DOP。

    表3所示为增塑剂TP-95用量对ACM 硫化胶耐热老化性能的影响。

从表3可以看出,随着增塑剂TP-95用量的增大,ACM 硫化胶的拉伸强度变化率和拉断伸长率变化率逐渐增大,这可能是由于随着增塑剂用量的增大,在老化的过程中有部分增塑剂TP-95受热挥发,硫化胶中增塑剂的含量降低,对胶料的增塑作用降低所致。
    2.4 脆性温度
    经测试,未增塑ACM 硫化胶的脆性温度为-12℃,5份增塑剂TP-95和DOP增塑ACM 硫化胶的脆性温度为别为-18和-16 ℃,表明增塑剂TP-95对ACM 硫化胶耐寒性能改善效果略优于增塑剂DOP。分析认为:增塑剂TP-95分子中含有醚基和酯基,C—O 键的键长比C—C键大,分子柔顺性较好;增塑剂TP-95分子中含有直链烷基,位阻较小,分子中的酯基提高了增塑剂TP-95与ACM 的相容性,故增塑效果较好,硫化胶的脆性温度下降明显;增塑剂DOP分子中含有刚性苯环,柔性差,空间位阻较大,故增塑剂DOP增塑ACM 硫化胶的脆性温度相对较高。
    图2所示为增塑剂TP-95用量对ACM 硫化胶脆性温度的影响。

    从图2可以看出,随着增塑剂TP-95用量的增大,ACM 硫化胶的脆性温度几乎呈直线下降;15份增塑剂TP-95增塑ACM 硫化胶比未增塑硫化胶下降了20℃,胶料使用温度范围达到了耐寒级别要求,明显改善了胶料的耐低温性能。分析认为,随着增塑剂TP-95用量的增大,增塑剂与橡胶基体之间的作用力增强,增塑剂TP-95分子中的醚基和酯基与ACM 分子中的极性基团相互作用,降低了ACM 分子链间的作用力,增塑剂TP-95分子中的直链烷基也对橡胶分子链上极性基团有屏蔽作用,增大了橡胶分子中的自由体积,使ACM 分子链段活动性和滑移能力提高,改善了分子的柔顺性,因此硫化胶的脆性温度下降,耐寒性能提高。
    2.5 耐油性能
  表4所示为增塑剂TP-95用量对ACM 硫化胶耐油性能的影响。

    从表4可以看出:与未增塑ACM 硫化胶相比,增塑剂TP-95和DOP增塑ACM 硫化胶的硬度变化、体积变化率和质量变化率减小,拉伸强度保持率增大。这是因为增塑剂TP-95和DOP含有极性基团,与极性ACM 具有很好的相容性,当增塑剂进入到橡胶内部时,增塑剂的极性部分与橡胶分子作用,增塑剂分子中的非极性部分对橡胶极性基团起到了屏蔽作用,使得极性较强的IRM 903# 油难以进入橡胶内部,因此体积变化率和质量变化率下降。
    从表4还可以看出,随着增塑剂TP-95用量的增大,ACM 硫化胶的邵尔A型硬度变化减小,拉断伸长率变化率增大,体积变化率和质量变化率减小。分析认为:增塑剂TP-95进入到硫化胶内部后,分子中的极性基团与ACM 分子上的酯基相互作用,增塑剂与橡胶分子具有很好的相容性,不易被油抽出;同时,增塑剂TP-95分子中的直链烷基穿插在ACM 分子链之间,非极性基团降低了橡胶与极性IRM 903# 油分子之间的作用力,使IRM903# 油分子难以进入橡胶内部,因此,随着增塑剂TP-95用量的增大,硫化胶的溶胀程度下降,耐油性能提高。
    3·结论
    (1)随着增塑剂TP-95用量的增大,ACM 胶料的门尼粘度明显下降,加工性能显著改善;ACM 硫化胶的硬度、100%定伸应力和拉伸强度减小,压缩永久变形无显著变化。
    (2)当增塑剂用量相同时,增塑剂TP-95的增塑效果优于DOP,增塑剂TP-95增塑ACM 硫化胶的耐热老化性能较好,耐油性能相当。
    (3)随着增塑剂TP-95用量的增大,ACM 硫化胶热老化后的拉伸强度变化率和拉断伸长率变化率增大,脆性温度下降,耐油性能显著提高。
参考文献:
[1]樊晓娜,魏明勇,陈朝晖,等.增塑剂TP-95和TP-90B对丁腈橡胶性能的影响[J].特种橡胶制品,2008,29(4):8-11.
[2]林新花,李幸,陈朝晖.环保醚酯型增塑剂TP-95在PVC中的应用[J].塑料科技,2010(5):84-88.
[3]焦书科.丙烯酸酯橡胶生产技术及其发展[J].合成橡胶工业,1991,14(5):313-317.
文章来自:中国燃料电池网
文章作者:佚名
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