Ускоритель вулканизации резины
Вулканизация, как ключевой этап в производстве резины，непосредственно влияет на обработку и производительность резиновых изделий. По сравнению с одной серой, наличие небольшого количества ускорителя вместе с серой позволяет значительно улучшить свойства конечного вулканизата. Однако, нынешние ускорители, как правило, представляют потенциальную опасность для здоровья человека и окружающей среды.，и страдают от их низкой эффективности и единственной функции. Следовательно, разработка нового зеленого ускорителя, который не является ядовитым, добавлен свободный или низкий уровень содержания оксида цинка，высокоэффективный и многофункциональный, имеет решающее значение для резиновой промышленности. Этот обзор кратко знакомит с развитием резины.，и последние достижения в области ускорителей, включая ускорители ионных жидкостей., новый бис( дитиокарбимат) цинк( II) ускорители，ускоритель вулканизации редкоземельных элементов и новые вторичные ускорители. Кроме,предложена перспектива углубленного изучения механизма вулканизации и разработки нового ускорителя вулканизации.
Уже в 15 веке, когда Колумб открыл Новый Свет в Америке, каучук был обнаружен, которые могут производить большие деформации под действием небольших внешних сил в определенном диапазоне температур, и может быстро восстанавливать свою первоначальную форму после снятия внешних сил, демонстрируя отличную эластичность. Однако, Невулканизированная резина имела недостаток: она становилась мягкой летом и твердой зимой., и сопровождался раздражающим запахом, так что практической прикладной ценности он долгое время не имел.
В 1894, Британский химик Вебер доказал, что в процессе вулканизации между желтой серой и каучуком образуется химическая связь.. В настоящий момент, годовое мировое производство каучука превышает 17 млн тонн, занимающий очень важное место в народном хозяйстве и повседневной жизни.
Он широко используется во многих областях, таких как шины, ленты, туфли, уплотнительные изделия, изделия из латекса, игрушки, повседневные нужды, и тканевые покрытия. Вулканизация - это процесс преобразования макромолекул с линейной цепью в макромолекулы с трехмерной сетью посредством химического сшивания., который превращает натуральный или синтетический каучук в ценный вулканизированный каучук. Процесс вулканизации значительно улучшает физические и химические свойства резиновых изделий, такие как высокая эластичность и прочность.. Хотя резина может быть вулканизирована оксидами металлов, перекиси, оксимы хинона, амины, и т.п., и даже некоторая резина может быть вулканизирована без вулканизирующих агентов (например, вулканизация гамма-излучением), вулканизация — древнейший и наиболее экономичный метод улучшения физико-механических свойств резины., использование недорогого и доступного сырья.
Сшивающий агент доминирует на рынке. Для систем серно-желтой вулканизации, необходимы ускорители и активаторы вулканизации. Они могут уменьшить количество желтой серы, сократить время вулканизации, понизить температуру вулканизации, и в то же время улучшить степень вулканизации и физико-химические свойства вулканизированной резины. Первый ускоритель, анилин, была открыта компанией Ornsco и дала мощный толчок развитию технологии ускорителей каучука.. 1918 увидел открытие дитиокарбонатных ускорителей, который, в свою очередь, может окисляться с образованием тетраметилтиурамдисульфида. (ТМТД). В этот же период широко применялись гуанидиновые и тиомочевинные ускорители., но сейчас их в основном используют как сопромоутеров. В то же время, Установлено, что оксид цинка и стеариновая кислота активируют реакцию вулканизации при вулканизации дитиокарбаматов и тетраметилтиурамдисульфидных ускорителей., которые могут реагировать с ускорителем вулканизации с образованием более реакционноспособных соединений цинка..
сложный. Вехой в истории ускорителей вулканизации является открытие 2-меркаптобензотиазола. (ОБТ) ускоритель типа и его производный гипосульфидный ускоритель фирмы Bedford, Себрелл и др. 1930. Эти ускорители недорогие, имеют хорошие характеристики в изделиях из вулканизированной резины и высокую безопасность при вулканизации, и в настоящее время являются наиболее широко используемыми ускорителями. Вулканизация каучука представляет собой очень сложный физико-химический процесс реакции., а сшитая структура, созданная после вулканизации, делает вулканизированный каучук нерастворимым в растворителях, что затрудняет понимание механизма реакции вулканизации каучука обычными методами исследования.. Следовательно, фундаментальные исследования механизма реакции вулканизации, вызванной ускорителем, отставали от развития технологии вулканизации до 1960-х годов., когда медленно начинались исследования механизма реакции вулканизации, но до сегодняшнего дня механизм реакции вулканизации все еще не завершен.
Механизм реакции вулканизации до сих пор до конца не ясен.. Общепринятый в настоящее время механизм реакции вулканизации показан на рис. 1. Первый, сульфид (серно-желтый) реагирует с ускорителем с образованием активного соединения с высоким содержанием серы, точный процесс которого варьируется в зависимости от сульфидной системы. Это нестабильное богатое серой соединение затем реагирует с аллильным водородом ненасыщенного полидиолефина с образованием сшивающего предшественника. .
Затем сшитый предшественник комбинируют с другими предшественниками.. Сшитый предшественник затем реагирует с другими углеродными цепями с образованием исходной сшитой связи., которую также называют полисульфидной связью, потому что она содержит слишком много атомов серы. Некоторые из этих полисульфидных связей подвергаются ряду реакций разложения или модификации, и в конечном итоге сшитые связи укорачиваются, образуя двойные или одинарные связи серы с определенной картиной распределения.. Прочность на растяжение, прочность на разрыв, остаточная деформация при сжатии и изгибные свойства резины также значительно улучшаются. В большинстве систем вулканизации желтой серы, добавление цинка играет очень важную роль, либо в форме оксида цинка, либо соединений цинка (например. дитиокарбамат цинка, бензотиазол цинка) или оба. Ньювенхуизен и др.. продемонстрировали, что ТМТД легко реагирует с оксидом цинка с образованием дитиокарбамата цинка. (ZDMC), который является важным путем образования ZDMC в этой системе реакции вулканизации.. Широко используемые в промышленности ускорители вулканизации можно разделить на три серии.: (1) ускорители на основе гуанидина, такие как дифенилгуанидин (ДПГ); (2) ускорители на основе дитиокарбаминовой кислоты, такие как ТМТД; а также (3) 2-ускорители на основе меркаптобензотиазола, такие как МБТС. Ускорители, при улучшении физико-механических свойств резины, также производят канцерогенные нитрозамины, которые создают серьезные проблемы для здоровья человека и окружающей среды. Нитрозамины в основном образуются в результате реакции вторичных аминов в структуре ускорителя. (например, диметиламин (канал 3 ) 2Северная Каролина) с оксидами азота, выделяющимися из других добавок в воздух. Современные промоторы сульфуризации, содержащие в своей молекулярной структуре вторичные амины, включают: гуанидины, тиазолы, гипосульфаниламиды, тиурамы, и диаминодисульфиды. Этот вторичный амин может продуцировать нитрозамины., которые высвобождаются в процессе смешивания резины и процесса вулканизации и, таким образом, оказывают токсическое побочное воздействие на оператора. Он также может быть выпущен во время использования, угроза здоровью пользователя. Например, канцерогенные нитрозамины были впервые обнаружены в детских пустышках из-за присутствия нитрозаминов и их соединений-предшественников.. Эпидемиологические исследования установили, что у рабочих, занятых в производстве резиновых изделий, вероятность развития рака выше среднего.. При быстром росте мирового спроса на резиновые изделия, вопросы безопасности и охраны окружающей среды, связанные с ускорителями вулканизации каучука, становятся все более заметными., и многие страны постановили, что производство и использование некоторых ускорителей, которые являются канцерогенными или предположительно канцерогенными, должны быть прекращены.. О генерации нитрозосоединений, влияние новых ускорителей и неканцерогенных исследований стало одной из горячих точек в области ускорителей вулканизации каучука. Например, тетрабианилтиурам дисульфид (ТБзТД) эффективный зеленый ускоритель, синтезированный компанией Monsanto Chemical Company., который имеет характеристики высокой молекулярной массы, высокая температура плавления, низкая летучесть и неразлагаемость, и поэтому не производит канцерогенных N-нитрозаминов, и широко используется в натуральном каучуке, бутадиеновом каучуке, нитриловом каучуке.. С другой стороны, большинство широко используемых ускорителей вулканизации на основе солей металлов представляют собой соединения переходных или щелочноземельных металлов., которые имеют недостатки плохой растворимости, плохая вулканизационная стабильность и легкое подгорание в процессе использования. Следовательно, разработка ускорителей вулканизации на основе солей металлов может продлить время обжига и повысить эффективность продвижения вулканизации (Например, снижение температуры вулканизации., сокращение времени вулканизации, улучшение противовозвратных свойств). Следовательно, важно разработать ускорители вулканизации, которые могут продлить время коксования и повысить эффективность ускорения вулканизации. (Например, снижение температуры вулканизации., сокращение времени вулканизации, улучшение антиреверсионных свойств, улучшение физико-механических свойств вулканизированной резины), и в то же время, нетоксичны и экологически безопасны.
Разработка новых нетоксичных ускорителей, экологически чистый, высокоэффективный, энергонезависимой и со специальными функциями является важным вопросом для будущего развития резиновой промышленности. Ключом к разработке новых систем ускорителей вулканизации каучука является введение групп замещения со специальными функциями на основе исходной структуры ускорителя вулканизации., модулировать металлический центр, допинг с редкоземельными элементами, и выберите новых суб-промоутеров. В то же время, Китай обладает большим количеством редкоземельных ресурсов, на которые приходится более 60% мирового производства ежегодно и являются важными стратегическими ресурсами в современных высокотехнологичных отраслях и международной конкуренции.. Хотя исследования ускорителей вулканизации редкоземельных элементов только начались, Богатые функции редкоземельных элементов открыли широкие возможности для разработки эффективных и многофункциональных ускорителей вулканизации..
С развитием вычислительной химии, Компьютерное моделирование систем ускорителей вулканизации, содержащих переходные металлы, и анализ взаимосвязи между их структурой и реакционной способностью придали новый импульс изучению механизмов реакции вулканизации каучука.. Сочетание методов вычислительной химии, мы стремимся раскрыть механизм ускорения вулканизации каучуковых ускорителей вулканизации и построить зависимости структура-активность для ускорителей., такие как конформационные отношения между размером связи Zn-S и ускорительной активностью. Установленные взаимосвязи структура-активность могут быть использованы для прогнозирования активности неизвестных соединений, способствующей вулканизации., таким образом предоставляя руководство по модификации молекул ускорителя вулканизации для улучшения характеристик вулканизации и открывая новые идеи для разработки и синтеза новых многофункциональных систем ускорителей вулканизации каучука..
