納米氧化鋅應(yīng)用到橡膠中的好處
氧化鋅除具有硫化活性劑的作用外，還具有硫化、補(bǔ)強(qiáng)相容的作用。采用納米氧化鋅（VK-J30,VK-J50,VK-J30H,VK-J50H,VK-J50L）可以降低氧化鋅用量，并保證有較高的活性.對節(jié)約我國鋅資源具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
1.氧化鋅在橡膠中的作用機(jī)理
氧化鋅對許多促進(jìn)劑都有增強(qiáng)促進(jìn)的作用。在硫化過程中，氧化鋅與促進(jìn)劑、硫黃硬脂酸、橡膠大分子鏈以及相應(yīng)的中間產(chǎn)物都能發(fā)生反應(yīng),說明氧化鋅所具有的活化促進(jìn)作用復(fù)雜。但大量試驗(yàn)結(jié)果表明，氧化鋅作為硫化活性劑主要是對硫化過程中化學(xué)交聯(lián)鍵的形成速度、交聯(lián)鍵類型和數(shù)量產(chǎn)生重要的影響，從而提高硫化膠的交聯(lián)程度。在橡膠配合體系中,有機(jī)配合劑能溶解于膠料中只是各配合劑的溶解度不同。隨著溫度和配合劑用量的變化，部分配合劑會出現(xiàn)結(jié)晶或噴出現(xiàn)象。無機(jī)配合劑一般以分散的狀態(tài)存在于膠料中。因此可以認(rèn)為在硫化過程中氧化鋅作為活性劑，與有機(jī)促進(jìn)劑、硬脂酸硫黃等的反應(yīng)發(fā)生在氧化鋅粒子的表面。由于氧化鋅對電子的親合能大，吸附促進(jìn)劑的能力強(qiáng),在硬脂酸的作用下生成可溶于膠料的促進(jìn)劑鋅鹽從而提高其溶解度,并與胺或脂肪酸形成-種鋅的絡(luò)合物，使促進(jìn)劑更加活潑。硫黃加入絡(luò)合物中，通過誘導(dǎo)活化作用形成很強(qiáng)的硫化劑。在此過程中氧化鋅粒子表面不斷地發(fā)生反應(yīng)粒徑不斷減小,并消耗氧化鋅直到膠料充分硫化。隨著氧化鋅粒徑的變化,其比表面積和結(jié)構(gòu)性決定著對硫化的活化作用。
2. 納米氧化鋅（VK-J30,VK-J50,VK-J30H,VK-J50H,VK-J50L）對膠料性能的影響
我國的納米氧化鋅技術(shù)是在20世紀(jì)80年代中后期發(fā)展起來的。通過化學(xué)法生產(chǎn)的納米氧化鋅（VK-J30,VK-J50,VK-J30H,VK-J50H,VK-J50L）其粒徑約為10~80 nm。隨著氧化鋅粒的進(jìn)一步減小，其表面結(jié)構(gòu)發(fā)生變化表現(xiàn)出小尺寸效應(yīng)界面效應(yīng)和量子隧道效應(yīng)。
2.1對膠料工藝性能的影響
氧化鋅的基本性質(zhì)主要有粒子比表面積和結(jié)構(gòu)性對橡膠加工過程產(chǎn)生較大的影響,特別是對混煉和硫化等工藝。氧化鋅在橡膠中的混入時(shí)間與其比表面積和結(jié)構(gòu)性密切相關(guān)。混煉時(shí)雖然極易混入,但分散困難或易產(chǎn)生膠料凝膠。
納米氧化鋅（VK-J30,VK-J50,VK-J30H,VK-J50H,VK-J50L）因具有大比表面積和界面效應(yīng)等而使其高活性的表面極易凝聚結(jié)團(tuán)，這必然影響其分散性。杭州萬景新材料有限公司對納米氧化鋅進(jìn)行表面改性處理,以提高其在膠料中的分散性。另外,使用者也應(yīng)合理優(yōu)化混煉工藝，在制備母煉膠和加料順序等方面加以改進(jìn)以充分提高納米氧化鋅（VK-J30,VK-J50,VK-J30H,VK-J50H,VK-J50L）的分散性。以納米氧化鋅等量替代間接法氧化鋅,可不同程度地提高膠料的門尼粘度和最小轉(zhuǎn)矩。試驗(yàn)報(bào)告顯示,與間接法氧化鋅相比，杭州萬景新材料有限公司生產(chǎn)的納米氧化鋅（VK-J30,VK-J50,VK-J30H,VK-J50H,VK-J50L）膠料的整體后移，這種延遲作用隨著膠料配方中硫化體系的不同而不同。將納米氧化鋅與間接法氧化鋅用于胎面膠中進(jìn)行小配合試驗(yàn)對比,其硫化特性也顯示類似的結(jié)果.如表1所示。
由表1可見，由于納米氧化鋅（VK-J30,VK-J50,VK-J30H,VK-J50H,VK-J50L）的粒徑小、比表面積大，對次磺酰胺類促進(jìn)劑的吸附作用大，因此對膠料的焦燒硫化起步延遲，提高了膠料的加工安全性。納米氧化鋅的加入遲滯了橡膠大分子鏈的運(yùn)動(dòng)性，降低了大分子鏈與硫化體系的反應(yīng)能力，表現(xiàn)為19m延長。
2.2對硫化膠物理性能的影響
一般來說，氧化鋅對硫化體系的活化作用主要取決于其比表面積。而納米氧化鋅（VK-J30,VK-J50,VK-J30H,VK-J50H,VK-J50L）所具有的小尺寸效應(yīng)界面效應(yīng)和隧道效應(yīng)可使其活化效率顯著提高，從而對硫化膠的物理性能產(chǎn)生較大影響。不同比表面積的納米氧化鋅在載重斜交輪胎胎面膠配方中的試驗(yàn)結(jié)果如表2所示
從表2可以看出，納米氧化鋅（VK-J30,VK-J50,VK-J30H,VK-J50H,VK-J50L）硫化膠的物理性能與其比表面積之間存在著很強(qiáng)的相關(guān)性，尤其是硫化膠的300 %定伸應(yīng)力、耐磨性、壓縮永久變形、壓縮疲勞溫升等性能均比間接法氧化鋅膠料顯著提高。說明納米氧化鋅（VK-J30,VK-J50,VK-J30H,VK-J50H,VK-J50L）隨著比表面積的增大，對電子的親合能力提高吸附促進(jìn)劑，特別是次磺酰胺類促進(jìn)劑的能力逐漸增強(qiáng)。在膠料中形成的鋅鹽絡(luò)合物的含量增大,使交聯(lián)鍵中多硫鍵減少單硫鍵和雙硫鍵增多，交聯(lián)鍵的結(jié)構(gòu)形式發(fā)生了變化，交聯(lián)密度增大。隨著所使用的納米氧化鋅比表面積的增大,硫化膠達(dá)到一定變形所消耗的能量提高，反之消耗同樣能量硫化膠所產(chǎn)生的變形減小, 因此硫化膠的300 %定伸應(yīng)力和耐磨性提高。此外，隨著納米氧化鋅（VK-J30,VK-J50,VK-J30H,VK-J50H,VK-J50L）比表面積的增大，硫化膠的熱空氣老化性能保持率提高。
2.3納米氧化鋅（VK-J30,VK-J50,VK-J30H,VK-J50H,VK-J50L）減量對硫化膠性能的影響
隨著氧化鋅粒徑的減小、比表面積的增大,減小納米氧化鋅用量仍能滿足對硫化活化的要求。不同用量納米氧化鋅(比表面積為60m2/ g)與5份間接法氧化鋅對硫化膠物理性能的影響對比如表3所示。從表3可以看出，納米氧化鋅減量后(除減量80 %外)與未減量時(shí)的硫化膠相比，硫化膠的強(qiáng)伸性能相近，耐磨性有所提高。與間接法氧化鋅硫化膠相比，納米氧化鋅硫化膠的強(qiáng)伸性能顯著提高,這充分說明氧化鋅參與反應(yīng)是在粒子的表面進(jìn)行。氧化鋅比表面積只要達(dá)到一定程度就能保證對硫化的活化作用,說明納米氧化鋅（VK-J30,VK-J50,VK-J30H,VK-J50H,VK-J50L）減量使用具有很強(qiáng)的可行性。
（1）定伸應(yīng)力耐磨性及耐熱老化性能減小壓縮永久變形,降低壓縮疲勞溫升，適用于受力形式為定負(fù)荷變形的橡膠制品。
(2)與普通間接法氧化鋅相比，納米氧化鋅（VK-J30,VK-J50,VK-J30H,VK-J50H,VK-J50L）的分散性相對較差，還應(yīng)從其表面改性，造粒等方面加以改進(jìn)。
(3)納米氧化鋅減量50 %使用，可保證硫化膠的性能要求。
