海南大橡胶工艺原理教案04软化剂与增塑剂

PAGEPAGE1章第四章软化剂与增塑剂课时5节教学目的软化与增塑体系是一类基本的配合剂，通过本章的学习能掌握软化剂，增塑剂的作用及主要品种类型，理解其对橡胶的增塑原理及如何选用。教学重点重点阐明各类软化剂，增塑剂的常用品种及使用特点。教学难点软化剂的选择。相关素材（参考资料、指导学生阅读材料等）：1．邓本诚主编.橡胶工艺原理.北京：化学工业出版社，19942．陈耀庭主编.橡胶加工工艺.北京：化学工业出版社，19853．橡胶工业手册（一二三册）.北京：化学工业出版社，20014．王贵恒主编.高分子材料成型加工原理.北京：化学工业出版社，19965.杨清芝主编.现代橡胶工艺学.北京：中国石化出版社，20036.山西省化工研究所编.塑料橡胶加工助剂.北京：化学工业出版社，19937.王作龄编译.最新橡胶工艺原理（一）～（三十）.世界橡胶工业.2002～20058.谢忠麟，杨敏芳编.橡胶制品实用配方大全（第二版）.北京：化学工业出版社，2003教学过程教师授课思路、设问及讲解要点一、引言在橡胶加工中，为了改善橡胶的加工性和成型性，常要在生胶中配入一些增加橡胶塑性的物质。这些能起增加橡胶塑性作用的物质通常称为软化剂或增塑剂。本章将介绍软化剂、增塑剂的品种、特性及其选择。二、教学内容正文（含讲课内容、提问设计、课堂练习等）概述一、定义能起增加橡胶塑性作用的物质称为软化剂或增塑剂。二、软化剂、增塑剂在胶料中的作用1.增加塑性、流动性、粘着性，便于加工2.降低混炼温度和胶料的粘度，有利于配合剂分散达到节能目的3.使硫化胶伸长率、回弹性高，低温性能好，生热小三、应用上的差异1.软化剂为非极性物质，来源于天然物质，常用于非极性橡胶中。2.增塑剂为极性物质，多数是人工合成产物，多半用于极性橡胶和塑料中。四、作用机理的差异增塑剂按作用机理分为物理增塑剂和化学增塑剂。1.物理增塑剂：即软化剂。通过物理的作用来使橡胶增加塑性，即对橡胶起润滑作用，增大分子间的距离，降低分子间的作用力，从而使胶料的塑性增加。（600多种）内增塑剂：在聚合物聚合过程中所引入能增加分子链柔软性的单体。外增塑剂：在加工中添加入的能起增塑作用的低分子物质。2.化学增塑剂——塑解剂，指通过化学塑解作用来使橡胶增加塑性（即加速橡胶分子在塑炼时的断链作用）。大多为含硫化合物，如噻唑类、胍类、亚硝基化合物等。五、类型按其来源不同分为：石油系、动植物油系、煤焦油、合成酯类几液体聚合物等。

教学过程第一节石油系软化剂石油系软化剂为橡胶工业上用量最大者，是石油加工过程中所得产品。其特点是：软化效果好，来源丰富，成本低廉，适于各种通用型橡胶使用。一、操作油及其类似物1.操作油的组成和结构操作油主要是由分子量在300～600左右含20个或20个以上碳原子的烃类化合物所组成。其中的结构烃有链烷烃、环烷烃和芳香烃。2.操作油的品种包括链烷油、环烷油和芳烃油3.评价油品性能的指标（操作油的性能指标分类）（1）按化学性质——罗斯特来分类法沥青质；氮碱；第一类硫酸亲和物（第一类酸物、第一组不饱和烃）；第二类硫酸亲和物（第二组不饱和烃，第二亲酸物）；石油烃（饱和烃，包括链烷烃、环烷烃）（3）物理性质①比重（密度）比重大小排列：芳香烃油＞环烷烃油＞链烷烃油②粘度最好使用分子量为320以上的操作油。③苯胺点一般说来，操作油苯胺点在35～115℃范围内最合适。④粘度比重常数（VGC）4.操作油对橡胶性能的影响因各种品种的组成不同，它们对橡胶性能的影响不同。（1）对降低粘度，有利于混炼及促进硫化的影响表现为：芳香油（良好软化效果）＞环烷油＞链烷油（2）对有利于挤出操作的影响链烷油＞环烷油＞芳香油（3）对硫化胶性能的影响定伸、硬度随VGC↑而减少，低温性能以粘度低和VGC低为好，生热性以粘低的芳香油类较低。5.用途操作油为通用的软化剂，但随组成不同，其用途也不同。（1）作为加工操作助剂：链烷油为主，用量为5份左右，量大则降低物机性能。教学过程（2）作一般的软化剂：环烷油、芳烃油均可，用量为10～15份。（3）作增粘剂：以芳烃油为主，15份以上。（4）作增容剂：20～50份，有时可多些。（5）软化增塑剂＜30份链烷油和环烷油通常用于非极性橡胶而芳香油除用于非极性橡胶外，也可用于极性橡胶中。6.操作油的类似物①机械油：工艺性能好，量多易喷出，影响附着力，特适用于BR，无污染。②锭子油：低温性能较好，适于浅色制品，其它性能同上。③软化重油：通用软化剂，色深，不适于浅色制品。④变压器油：常用软化剂，耐氧化，有较好耐寒性及绝缘性，主要用于绝缘制品。⑤三线油、五线油：工艺性能较好，能提高耐磨性和屈挠性。二、其它石油系软化剂1.凡士林浅黄色膏状物，由液体和固体的饱和烃所组成，性能与链烷油接近。功用：与橡胶互溶性差，主要作为润滑性的软化剂使用。也可作为物理防老剂使用，无污染，一般适于浅色制品，2.石蜡白色结晶体，其成分为饱和烃（链烷烃）。功用：与橡胶相容性差，对橡胶有润滑作用，可作加工助剂使用，由于易喷出表面，起隔离氧的作用，又作为物理防老剂，提高成品的耐O3、耐水和耐日光老化等性能。3.沥青及矿质橡胶（石油沥青）为各种烃组成的混合物，呈固体状或半固体状。软化点低（70～120℃）称为沥青，软化点高（120～150℃）称为矿质橡胶。功用：能提高胶料的粘着性和塑性，对橡胶制品兼有一定的补强作用，但有迟延硫化的作用。配方例子：绿色海绵拖鞋底NR100；松香5；ZnO5；210树脂25；硬脂酸7；酞青绿2.1；防D1；醇溶黄0.75；石蜡7；发泡剂H6.5；陶土37；促M1.15；MgCO340；促DM1.15；立德粉15；硫黄3.5；凡士林5；白矿油1.5教学过程第二节动植物油系软化剂一、松香松香能增加胶料的塑性和粘着性，因含大量双键和不饱和成分，易与硫黄作用，能促使胶料老化，并有迟延硫化的作用，因此不宜多用，主要用于擦布胶（帘布胶）及胶浆中。二、岐化松香（氢化松香）本品能增加NR和SR的粘着性，促使填料均匀分散，耐老化，无迟延硫化的作用，特别适用于SBR。三、松焦油与橡胶互溶性好，工艺性能较好，有利于配合剂的分散和硫黄的溶解，可提高制品的耐寒性，有补强性，低温下有迟延硫化防止焦烧的作用，因含不饱和成分较多，故会加速橡胶的老化。应用：主要用于NR和SBR（工艺性能好），也是再生胶的软化剂。四、妥尔油（松浆油）性能与松焦油相近，是优良的橡胶再生软化剂（再生过程需软化剂与活性剂），该品也可作为一般橡胶的增塑剂，用量4～5份。五、油膏又称硫化油膏，包括黑油膏和白油膏。油膏为良好的加工操作助剂和增容剂，故可防止喷硫，防止日光老化龟裂。广泛用于模型制品，也可用于各种橡胶中，用量不超过10份。含灰分40%的白油膏主要用于擦字橡皮中。六、硬脂酸与橡胶有很好的互溶性，能促使炭黑、氧化锌等粉状配合剂在胶料中均匀分散。本品还是主要的硫化活性剂。七、油酸对生胶有很好的软化作用，并可使ZnO活化，故可作为软化剂及活性剂，但有增加橡胶老化的倾向。铅笔用擦字橡皮NR100；氧化锌21；氧化镁6；轻质碳酸钙380；立德粉171；白油膏915；促M10；促TT13.7；合计1616.7第三节煤焦油系软化剂这类软化剂包括煤焦油、古马隆树脂以及煤焦沥青。常使用古马隆树脂。古马隆树脂的性能：1.与各种橡胶的互溶性好，用于极性或非极性橡胶中。2.工艺性能好。3.液体古马隆有很好的增粘性能，可用于制备胶浆及半成品粘合。4.固体古马隆补强性大，且对胶料的硫化及耐老化性能基本无影响。5.古马隆适用于NR及SR中，用量不超15份。例：几种软化剂性能的比较物机性能固体古马隆沥青松焦油重柴油拉伸强度/MPa23.520.319.319.6伸长率/%664754667537硬度（邵尔A）/度63616562300%定伸应力/MPa7.44.85.78.8撕裂强度/（KN/m）1319810277第四节酯类增塑剂一、邻苯二甲酸酯类结构通式：主要品种：邻苯二甲酸二辛酯DOP；邻苯二甲酸二丁酯DBP功用：极性橡胶通用型增塑剂。配方例子：骨架油封胶料NBR-26100；防4010 1；DBP10；防D 1；ZnO10；硫黄0.1；硬脂酸 1；SRF 60；促CZ4；HAF20；促TT2二、磷酸酯类结构通式：（RO）3P＝O1.磷酸三甲苯酯（TCP）本品为橡胶阻燃性增塑剂，具有良好的耐燃、耐热、耐磨、耐霉菌、耐油及电绝缘性，但耐寒性差。2.磷酸三辛酯（TOP）本品为乙烯基树脂、纤维素和合成橡胶的阻燃性增塑剂，性能与TCP相似，耐寒性较好，但耐油性差，加工性能不及TCP。三、脂肪族二烷基酸酯类1.癸二酸二辛酯（DOS）功用：优良的耐寒增塑剂，既具有优良的耐寒性，又有较好的耐热性、耐光性和电绝缘性。2.己二酸二辛酯（DOA）功用：NR、SR、树脂等用的增塑剂、软化剂，不影响硫化。耐寒性优越，但耐油性不够好。制品可用于包装食物。四、脂肪酸酯类常用：油酸丁酯BO具有优越的耐寒性和耐水性，但耐候性及耐油性差。五、聚酯类分子量较大，一般在1000～8000范围内，其挥发性和迁移性小，耐热性和耐油性良好。特别适用于NBR、IIR和CR。教学过程第五节软化剂、增塑剂的作用机理一、作用机理1.软化剂（对非极性橡胶）的作用2.增塑剂（对极性橡胶）的作用二、判断互溶性的基本原则1.溶解度参数相近相溶溶解度参数δ（简称S.P.）是表示物质互溶能力的参数，可表示物质极性的大小。一般来说：（δ1－δ2）→0时，互溶性最好；（δ1－δ2）<1.2时，能互溶2.相似相溶或同类相溶即结构相似的物质能够相溶。这即是“同类相溶”原理3.溶剂化效应（1）概念：由于软化剂和增塑剂分子与橡胶分子之间产生分子间吸引力，而引起橡胶分子链分离的作用。（2）两种物质间产生溶剂化的条件①两者之间能形成氢键②两者之间能产生亲电亲核作用三、溶剂型与非溶剂型软化增塑剂1.溶剂型软化剂、增塑剂2.非溶剂型软化剂、增塑剂第六节软化剂和增塑剂的选择一、与橡胶的互溶性二、对胶料加工性能的影响1.对填料分散的影响2.对胶料粘着性的影响3.对于压延、挤出工艺三、对硫化胶物机性能和老化性能的影响四、对橡胶的污染性五、对制品成本的影响教学过程三、总结与巩固1.小结1.石油系软化剂的品种类型及使用特性2.动植物油和煤焦油系软化剂：品种类型及使用特性。3.酯类增塑剂：品种类型及使用特性。4.软化剂和增塑剂的作用原理：溶解度参数判断互溶性原理、溶剂化效应等。5.软化剂和增塑剂的选择：选择时应注意的几方面（与橡胶的互溶性，对填料分散的影响，对胶料加工性能和粘着性的影响等）2.考核知识点2.考核知识点2.1石油系软化剂的品种类型2.2动植物油和煤焦油系软化剂2.3软化剂和增塑剂的作用原理3.考核要求3.1石油系软化剂的品种类