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橡胶级氧化锌

橡胶轮胎行业中普通氧化锌与纳米氧化锌的对比实验

面对普通氧化锌价格爆涨，为帮助各轮胎企业减负，青岛纳卡森锌业科技有限公司，特与青岛化工技术研究院合作完成了推广使用纳米氧化锌的研究课题。现将研究试验分析报告如下：
      一、对比试验情况：
限于我们测试条件，我们只能采用对比试验法，即采用同样配方和工艺，只是一种配方选用的是普通氧化锌中含量最高的规格（含锌99.7%），另一种配方选用的纳米氧化锌96%，现将试验配方和测试物性分析下表：
试验配方和测试物性表
原材料名称
基本配方对比
物  性  测  试
99.7%氧化锌
96%纳米氧化锌
天然胶
100.0
100.0
硫化条件
项  目
1420C×10分钟
指标
硫黄
2.5
2.5
99.7%氧化锌
96%纳米氧化锌
普通氧化锌
6.0
—
硬度（邵A）
56
53
纳米氧化锌
—
4.0
300%定伸强度Mpa
5.5
5.5
硬脂酸
2.0
2.0
拉伸强度Mpa
27
27
促进剂
1.1
1.1
扯断伸长率100%
640
650
补强填充剂
42
42
 
 
 
防老剂
2.5
2.5
 
 
增粘剂
2.0
2.0
 
 
软化剂
4.0
4.0
 
 
合计
162.1
162.1
 
 
      从测试结果看，两种配方的物性都比较好，只是加纳米氧化锌的配方硬度略低，我们分析可能与氧化锌减量有关，我们把补强剂增加4分后，再试验效果很好，硬度300%定伸强度相应提高，完全与普通氧化锌一样，为此，我们又在胎面胶中使用纳米氧化锌试验，用量由原来的5份，减少为3.5份，也取得了同样的效果。
二、效果分析：氧化锌在胶料中的作用
      1、氧化锌在胶料中，主要起活性剂（即助促进剂）的作用。因加入橡胶中的氧化锌与促进剂反应生成锌盐络合物，含有空轨道的2n2+粒子极化能力较强，易促进硫黄环型分子裂解，以促进橡胶硫化。为什么要与硬脂酸配合使用，因加工过程中，氧化锌与橡胶分子都带正电荷，同性相斥，难于在橡胶中分散，当与硬脂酸一并加入，在混炼过程中，生成硬脂酸锌就易于分散了。
      2、氧化锌在橡胶中还是一种优良的导热剂和热容剂。氧化锌的导热性是炭黑的2.5倍，是橡胶的5倍；它的热容性是炭黑的2倍。为什么在翻胎的内胶（缓冲胶）、填洞胶和垫子胶中，氧化锌用量较大呢？这是因为内胶处于胎面与胎体之间，填洞胶处于胎体之中，衬垫胶位于衬垫与胎体内层之间。轮胎在高负荷高速持续行驶中，反复压缩、伸张、屈挠变形，必然要生热。为减少这些部位的热积累，必须尽量使这些部位的胶散热快，热容量要大，所以这些部位的胶中，氧化锌都较大。氧化锌还是一种补强、着色剂。
      3、纳米氧化锌与普通氧化锌的区别和特点：
      纳米氧化锌与普通氧化锌的差别：①它们生产方法不同。普通氧化锌的生产方法有：间接法、直接法和电热法。比如常用的间接法氧化锌，它是由电解锌锭经熔解后，在高温下锌蒸气经氧化面制成2Zn+O2   高温下2ZnO，而纳米氧化锌则是由碳酸锌经400℃焙烧分解获得ZnCO3 400℃ ZnO+CO2 ；②是它们的粒径和表面积大小不同，纳米氧化锌粒径小，表面积大，普通氧化锌的表面积多为3—5m2/g，而纳米氧化锌的表面积多为30—50 m2/g，相差10倍。
      纳米氧化锌的主要特点：①活性大，对硫化反应有较强的活化作用，因此，可减少用量或缩短硫化时间；②比重小，有害物质含量少（如Pb、Hg、Ge、Mn等）；③纳米氧化锌易与胶料混合，分散均匀，可提高胶料的粘性，因此纳米氧化锌用量较普通氧化锌少；④可提高压出制品形状的稳定性和导热性。
三、结语和建议
      通过对比试验证实：青岛纳卡森锌业科技有限公司生产纳米氧化锌完全可代替现用普通氧化锌，其胶料质量基本不受影响，还可以获得好的企业效益和社会效益。同时可减少用量，增加4—6份价格较低的补强填料，又是一笔节约。
      减少氧化锌用量，不仅可为国家节约锌资源，而且对环保也很有好处。锌含量大的废弃物会污染境，世界上的发达国家正在研究在轮胎中，用其它金属氧化物代替氧化锌。
      因此，我们认为应积极推广使用纳米氧化锌，使用量为普通氧化锌的70—80%左右为宜。