交聯(lián)溴化丁基橡膠與聚乙烯的共混研究

周 毅

(湖北工程學院 化學與材料科學學院，湖北 孝感 432000)

溴化丁基橡膠是鹵化丁基橡膠之一，由丁基橡膠與溴元素反應而制得。溴化丁基橡膠保留了丁基橡膠的低透氣性、高減震性、耐侯耐老化、耐臭氧、耐化學品腐蝕以及易于硫化等性能[1]。此外，還具備普通丁基橡膠所不具備的諸多特性[2-4]，例如：硫化速度快，與天然橡膠、丁苯橡膠的相容性和粘接性較好，可單獨用氧化鋅硫化，硫化方式多種多樣，耐熱性良好等。因此，溴化丁基橡膠被廣泛應用于醫(yī)藥包裝、輪胎等行業(yè)[5- 6]。因其應用廣泛，產(chǎn)生的邊角料和廢膠也較多，若不回收利用，既造成資源浪費，又會導致污染環(huán)境[7]。對這些可資源化的高分子材料的再生利用，已引起世界各國的廣泛關注[8-11]。本文對交聯(lián)溴化丁基橡膠與聚乙烯的共混條件進行了研究，期望獲得綜合性能較優(yōu)的共混膠料，從而解決交聯(lián)溴化丁基橡膠的回收利用問題。

1 實驗

1.1 原料

交聯(lián)溴化丁基橡膠邊角料來自應城市恒天藥業(yè)包裝有限公司；聚乙烯來自中石油化工股份有限公司武漢分公司；氯化聚乙烯來自三義化工。

1.2交聯(lián)溴化丁基橡膠的開煉

將交聯(lián)溴化丁基橡膠置于開煉機上煉制4 min，前后輥溫度分別為70 ℃和60 ℃，輥間距為0.6 mm，使廢橡膠變成小顆粒或者粉碎狀，以便與聚乙烯均勻混合。

1 : 3交聯(lián)溴化丁基橡膠粉與聚乙烯的共混

分別稱取一定量的聚乙烯和經(jīng)過煉制的交聯(lián)溴化丁基橡膠，二者混合后在一定的輥溫、輥間距下混煉，并不斷對膠料進行剪切打包。在開煉4 min后加入相容劑，再煉制一定時間后出片。

1.4 共混膠的硫化壓片

稱取一定量的共混膠料放入模具中，在平板硫化機上低壓預熱5 min，其間排氣3次，再加壓至12 MPa，保溫硫化一定時間，冷壓10 min，取出板材，用沖片機將板材切成啞鈴型樣條，放置24 h以上再測其性能。

1.5共混膠的力學性能測試

根據(jù)GB/T 2941的要求測定，用螺旋測厚儀分別在啞鈴型樣條上三個不同位置測出厚度及寬度，取平均值。在樣條上畫出間距為2.5 cm的夾具標線。開啟電子拉力機，設置好拉伸參數(shù)，計算機清零，運行并記錄計算拉伸強度和斷裂伸長率。

2 結果與討論

本文研究共混溫度、橡塑比、共混時間、相容劑用量，以及硫化溫度等因素對橡塑共混物拉伸性能的影響，實驗結果分述如下。

2.1 共混溫度對橡塑共混物力學性能的影響

為考查共混溫度對橡塑共混物力學性能的影響，本文在五個不同的溫度下進行共混實驗，再測橡塑共混物的拉伸性能，其結果如圖1所示。

圖1 混煉溫度對橡塑共混物拉伸性能影響注：CPE用量=7%，m塑/m橡=1 : 6 ，t混=10 min，T硫化=175 ℃，t硫化=15 min

由圖1可以看出：當混煉溫度小于120 ℃時共混物的力學性能隨共混溫度的升高而升高；當混煉溫度大于120 ℃時，隨溫度升高其性能反而下降。這是因為聚乙烯從112 ℃開始熔融，其熔融溫度的范圍較寬，隨著共混溫度的升高，聚乙烯熔融程度不斷提高，與交聯(lián)溴化丁基橡膠混合越來越均勻，能顯著提高材料的性能；當混煉溫度大于120 ℃時，盡管升高混煉溫度能增加共混膠的均勻程度，雖然共混膠的均勻程度增加，但剪切摩擦作用可能導致局部高溫，使高分子的主鏈發(fā)生部分斷裂，使材料的性能反而下降。另外，由于廢橡膠中或多或少存在一些小低分子物質，這些低分子物質會導致增容劑氯化聚乙烯的分解溫度的降低，進而又產(chǎn)生一些小分子。這些小分子成為高分子間的潤滑劑和阻隔劑，使共混膠的力學性能下降。因此，在混煉溫度高于120 ℃以后，共混膠的性能隨共混溫度的升高而下降。

2.2 共混比對橡塑共混物拉伸性能的影響

改變交聯(lián)溴化丁基橡膠中聚乙烯的用量，探討共混比對橡塑共混物拉伸性能的影響，結果如圖2所示。

由圖2可以看出，隨著橡塑共混物中聚乙烯比例的增加，共混物的拉伸強度逐步增加，斷裂伸長率不斷下降。這是因為聚乙烯為結晶型聚合物，其強度高，斷裂伸長率小，而交聯(lián)溴化丁基橡膠具有彈性模量高，斷裂伸長率大的特點。兩條線的交點大約在m塑/m橡=1 : 6處。當m塑/m橡=1:7時斷裂伸長率大，而m塑/m橡=1 : 5時拉伸強度大。考慮到拉伸強度是更重要的力學性能，建議采用m塑/m橡=1 : 5的橡塑比進行共混。

圖2 橡塑共混比對橡塑共混物拉伸性能影響注：CPE用量=7%，T混=130 ℃，t混=10 min，T硫化=175 ℃，t硫=15 min

2.3 相容劑氯化聚乙烯的用量對橡塑共混物拉伸性能的影響

進行交聯(lián)溴化丁基橡膠與聚乙烯共混時，使用不同量的相容劑氯化聚乙烯，以探索相容劑用量對橡塑共混物拉伸性能的影響，實驗結果如圖3所示。

圖3 相容劑用量對橡塑共混物拉伸性能影響注： m塑/m橡=1 : 5，T混=120 ℃，t混=10 min，T硫化=175 ℃, t硫=15 min

由圖3可看出，在一定的橡塑比、混煉溫度和時間條件下，隨著相容劑氯化聚乙烯用量的增加，橡塑共混物的拉伸強度、斷裂伸長率均先增加后下降。由于氯化聚乙烯是高密度聚乙烯(HDPE)分子結構中碳原子上的氫原子經(jīng)氯原子取代后得到的一種高分子氯化物。氯化聚乙烯的結構與PVC和PE的嵌段共聚物類似。由于PE是部分結晶的高聚物，進行氯化反應時，反應主要發(fā)生在非晶區(qū)，PE非晶區(qū)氯化產(chǎn)物結構同PVC相似，而晶區(qū)未氯化部分仍為PE。氯化的非晶區(qū)與溴化丁基橡膠的相容性較好，未氯化的晶區(qū)則與聚乙烯的相容性較好。因此，隨著氯化聚乙烯用量的增加，橡膠與聚乙烯的相容性增加，共混物的性能也不斷提高。在本實驗條件下，當相容劑氯化聚乙烯用量為橡塑總質量的7%時，共混物的性能達到最高值。當相容劑用量大于7%時，氯化聚乙烯用量過多反而充當了阻隔劑和潤滑劑，其用量增加會導致共混物性能降低。

2.4 共混時間對橡塑共混物拉伸性能的影響

共混時間的長短對橡塑共混物力學性能的影響結果如圖4所示。

圖4 共混時間對橡塑共混物力學性能影響注：CPE用量=7%；m塑/m橡 =1 : 5；T混=120 ℃；T硫化=175 ℃；t硫化=15 min

由圖4中可以看出，隨著共混時間的增加，橡塑共混物拉伸性能先增加后減小。當共混時間為8 min時，其拉伸性能達到峰值，隨后呈下降趨勢。此時，膠料也趨于均勻，但共混時間過長會導致硫化助劑和相容劑的急速分解。另外，共混物長時間處于較高溫度下可能引起主鏈部分斷裂，導致橡塑共混物的拉伸性能大幅度下降。

2.5 硫化溫度對橡塑共混物拉伸性能的影響

硫化溫度的高低也會對共混物拉伸性能產(chǎn)生影響，其結果如圖5所示。

由圖5的實驗結果可以看出，當硫化溫度低于175 ℃時，橡塑共混物的拉伸性能隨溫度的升高而增加。這是由于隨著溫度的升高，橡塑共混物的流動性也隨之增加，所壓出的板材更加緊密，氣泡較少，所得共混物的拉伸性能隨溫度的增加而增加。當硫化溫度高于175 ℃時，隨著硫化溫度的繼續(xù)升高，共混物中的硫化助劑和氯化聚乙烯的分解速度加快，分解時產(chǎn)生的氣體形成小氣泡留在共混物中。隨著小氣泡的增加，共混物的拉伸性能隨之下降。

圖5 硫化溫度對橡塑共混物拉伸性能影響CPE用量=7%，m塑/m橡=1 : 5，T混=120 ℃，t混=8 min，t硫化=15 min

3 結論

對交聯(lián)溴化丁基橡膠與聚乙烯共混影響因素進行了研究。結果表明，當開煉溫度為120 ℃，開煉時間為8 min，聚乙烯與橡膠的共混比為1 : 6, 氯化聚乙烯用量為7%，硫化溫度為175 ℃時，所制得的橡塑共混物的力學性能最好，其拉伸強度為4.7 MPa，斷裂伸長率為218%。對交聯(lián)溴化丁基橡膠與聚乙烯共混物力學性能影響最大的因素是共混比，增加塑料的用量有利于拉伸強度的提高，而增加橡膠的用量有利于斷裂伸長率的提高。相容劑的用量、共混溫度、反應時間以及硫化溫度對橡塑共混物的性能影響規(guī)律大致相同，均存在相應的最佳值。

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