交聯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藥包裝、輪胎等行業[5- 6]。因其應用廣泛，產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的共混膠料，從而解決交聯溴化丁基橡膠的回收利用問題。

1 實驗

1.1 原料

交聯溴化丁基橡膠邊角料來自應城市恒天藥業包裝有限公司；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交聯溴化丁基橡膠的開煉

將交聯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?；蛘叻鬯闋?，以便與聚乙烯均勻混合。

1 : 3交聯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過煉制的交聯溴化丁基橡膠，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，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?？紤]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，反應主要發生在非晶區，PE非晶區氯化產物結構同PVC相似，而晶區未氯化部分仍為PE。氯化的非晶區與溴化丁基橡膠的相容性較好，未氯化的晶區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律大致相同，均存在相應的最佳值。

[參 考 文 獻]

[1] 韓秀山.丁基橡膠功能化品種[J].四川化工與腐蝕控制,2002,5(3):53-55.

[2] 錢寒東.溴化丁基橡膠的性能研究[J].世界橡膠工業,2004,31(12):6-11.

[3] 劉旭.交聯溴化丁基橡膠的再生研究[J].科技創業月刊,2012(4):147-148.

[4] 陳文青,黃承亞,方曉波.用常溫塑化法再生氯化丁基橡膠[J].合成橡膠工業,2008, 31(4):305-307.

[5] 李華峰.三元乙丙再生橡膠在丁基橡膠/三元乙丙橡膠內胎膠中的應用[J].橡膠科技市場, 2012,(8):15-18.

[6] 高云芝,田恒水,張新軍.溴化丁基橡膠的應用研究及市場分析[J].橡膠科技市場,2007 (2):4-7.

[7] 錢寒冬.溴化丁基橡膠的再生性研究[J].橡膠資源利用,2005,4(2):9-12.

[8] 周建剛,張忠海,周亞洲. 廢丁基橡膠的再生及應用[J]. 再生資源與循環經濟,2008,1(3):32-35.

[9] Fukumori K. Recyclingy of tire rubber[J].JSAF Review,2002,3(23):259-264.

[10] Puskas J E,Wilds C L.Kinetics of the epoxidation of butyl rubber:Development of a high pon-almethod for unsaturation measurement[J].Rubb Chem Technol,1994,67(2):329-341.

[11] 邱賢華,曹群,孫鴻，等.廢橡膠膠粉利用現狀及發展趨勢[J].江西科學,2006,24(3):262-264.