橡胶制品是以橡胶为原料, 在加入一些添加剂后经过处理加工制成。随着社会经济不断发展, 橡胶制成品在日常生活中是必不可少的一部分, 因此人们对橡胶制成品的需求量越来越大。在橡胶产业不断扩大的同时, 我们不得不考虑橡胶老化的问题。
橡胶老化是因为橡胶原料中含有烯烃分子, 烯烃是由碳链结构组成的, 碳链结构中包括饱和键和不饱和键。在碳链不饱和的情况下会比饱和情况下更容易发生橡胶老化的现象。烯烃分子链中含有双键结构, 容易导致橡胶原料长时间在空气中放置与氧气反应引起氧化反应, 从而导致烯烃的链式分子结构造成破坏, 引起橡胶发生老化。
橡胶老化的引发阶段或者是初级阶段, 橡胶自动催化氧化反应是在各种因素的影响下所发生的, 橡胶原料的烯烃结构链受到分子链空间结构和临近基因的影响, 使R—H或R—R键之间的键能降低, 形成橡胶烃自由基从而导致分子链之间容易断裂。橡胶老化的第二阶段是因为游离基与空气中的氧气发生氧化反应生成烃过氧化物。过氧化物中的自由基能进一步攻击橡胶原料的烯烃分子链, 生成的分子链过氧化物和游离基与氧进行反复氧化反应, 产生更多的游离基, 从而加快了橡胶的老化现象。第三阶段是反应终止阶段, 在这一阶段中游离基和自由基结合生成了较稳定的非游离基产物, 使橡胶原料分子链断裂或结合, 若断裂反应大于结合反应则橡胶制成品会出现软化和发黏的情况, 反之则橡胶制成品会出现硬化、脆化的情况。
通过对橡胶老化机理的了解, 若想减缓橡胶老化的速度, 必须阻断橡胶老化第二阶段的链增长反应。在橡胶生产过程中需要根据橡胶的种类和使用环境, 在基体中加入相应的防老剂, 因为橡胶原料分子链的断裂方式不同, 因此要加入不同类型的防老剂。防老剂分为自由基捕捉型防老剂和防护型防老剂, 自由基捕捉型防老剂是通过阻止游离基的连锁反应从而阻断链增长反应。而防护型防老剂是抑制游离基的形成。下面针对两种类型的防老剂进行具体分析。
自由基捕捉型防老剂主要捕捉橡胶在氧化反应过程中产生的烃过氧化物自由基。自由基的捕捉方式分为氢原子给予体、游离基捕获体以及电子给予体。在橡胶制造工业中应用最广泛的是氢原子给予体捕捉方式, 例如与橡胶分子链被反复攻击比较薄弱的部位比较相似的氨类防老剂, 防老剂的自由基能捕捉到橡胶分子链经过氧化反应产生的活性过氧化物, 并能与过氧化物结合生成稳定的化合物, 从而在一定程度上降低了橡胶老化的速度。
防护型防老剂主要包含硫酯类长链脂肪烃、硫醇类化合物等类型, 其中应用最广泛的是亚磷酸盐, 简称TNPP。这种防老剂是通过与橡胶原料的烯烃的氢过氧化物发生反应, 从而生成抑制自催化氧化反应发生的自由基, 延缓橡胶的自动催化反应过程.
影响防老剂防护效果主要包括内部因素和外部因素.内部因素是橡胶原料自身的分子结构、挥发性以及自身的抗氧化性。外部因素主要包括橡胶原料的结构以及使用情况等外界环境的干扰。下面从防老剂的结构、防老剂的损耗速度以及防老剂的浓度三方面进行简单分析。
防老剂延缓橡胶老化的速度, 其中防老剂中的取代基对延缓橡胶老化的速度有着至关重要的作用。取代基能明显降低氢游离基的脱离能, 当取代基的电子基因和电负性比较小时, 能够增强防老剂的抗老效果。当取代基的电子基因和电负性较大时能提高氢游离基的脱离能, 从而使防老剂的抗老化能力降低。相关研究表明N-H键的解离在胺类防老剂中对橡胶的老化速度有着至关重要的作用。当分子链中含有可降低N-H键取代基的防老剂, 能在橡胶制成品老化的过程中通过控制橡胶原料的吸氧量, 延缓橡胶的氧化反应。
橡胶的耐老性能与防老剂的耗损速度相关联。当防老剂与橡胶原料中的过氧化物自由基进行反应时, 橡胶所处的环境以及橡胶的种类决定了防老剂的损耗速度, 橡胶中分子链含有的不饱和键数量越多, 则防老剂的耗损速度越快。并且研究表明防老剂的含量和抗老化性能与橡胶所处环境的温度有关, 当温度越高时抗老性能越低, 从而防老剂在高温情况下挥发。使防老剂的浓度减小, 导致防老剂的抗老化性能降低。在高温情况下防老剂能与橡胶中的过氧化物发生氧化反应, 使防老剂自身被消耗, 从而加快了防老剂的消耗速度。
当橡胶中加入防老剂的浓度过低时对橡胶的抗老化性能起不到任何影响。随着防老剂浓度升高, 增强氧化反应, 能够提高防老剂的性能。为了使防老剂发挥抗老性能, 防老剂的浓度要在一定的界线内, 当浓度达到最高极限时抗老性能不会提高。
防老剂作为橡胶制品生产中的一种助剂, 它能在一定程度上提升橡胶的抗老化性能, 并且能延长橡胶制成品的使用年限, 但目前的橡胶制造业中仍存在着或多或少的问题, 因此橡胶制造生产的技术有待完善。
摘要：随着社会不断发展, 橡胶制成品在日常生活中应用比较广泛, 为了能保证橡胶制成品的质量, 因此在橡胶制成品生产过程中的要求不断提高。就目前来说, 我国对橡胶制成品使用需求越来越大, 因此做好相应的措施才能保证橡胶制成品的质量, 延缓橡胶制成品老化的速度。本文简要介绍了橡胶老化的机理, 并针对防老剂的防护机理和影响防老剂的因素进行简单叙述。
关键词：橡胶防老剂,防护机理,防护效果影响因素
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