过氧化物硫化体系——常用有机过氧化物交联剂

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有机过氧化物是否适合作为交联剂与有机过氧化物的半衰期及分解产生的自由基类型有关。

    受橡胶加工温度和硫化温度的限制,作为交联剂的有机过氧化物其半衰期应在适合的范围内。即半衰期不能太短,以免在混炼阶段造成焦烧;半衰期也不能太长,以免硫化温度过高或硫化时间过长。其次分解后形成的自由基应具有较高的反应活性,如烷氧基自由基等,具有很高的形成交联键的效率。

    从种类上讲,烷基过氧化物是最主要也是最常见的作为交联剂使用的有机过氧化物,此外缩酮类和二酰基类过氧化物也有应用。




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二烷基过氧化物

  • 二烷基过氧化物通常具有较高的交联效率,同时需要较高的硫化温度。常见的二烷基过氧化物有过氧化二异丙苯,二(叔丁基过氧化异丙基)苯及2,5-二甲基-2,5-双(叔丁基过氧)己烷等。

  • 过氧化二异丙苯

    过氧化二异丙苯,又称DCP,是年消耗量最多的有机过氧化物。DCP的优点是交联效率高,且价格较低,具有成本优势。其最主要的缺点是硫化后制品的气味大且刺鼻。气味的来源是DCP分解后形成的分解产物---苯乙酮所致。

        苯乙酮的形成历程:

       

  • 二(叔丁基过氧化异丙基)苯

    二(叔丁基过氧化异丙基)苯主要的缺点是可能造成制品喷霜问题。喷霜的原因主要是BIPB的分解产物---双(2-羟基异丙基)苯在部分橡胶中的溶解度较小造成。其形成的喷霜多为白色或暗白色针状结晶。解决喷霜问题,可以通过并用其他过氧化物等方式来降低BIPB的用量,也可以通过添加助剂提高分解产物在橡胶中的溶解度。此外,有些助剂也会影响喷霜,如硬脂酸会促进迁移,进而促进喷霜,因此配方中应尽量避免使用硬脂酸。

    二(叔丁基过氧化异丙基)苯,俗称BIPB或“无味DCP”。由于具有双官能团,活性氧含量高,所以BIPB的交联效率较高。经验上讲,1份的BIPB相当于1.6份的DCP。BIPB需要的硫化温度稍高于DCP,通常比使用DCP配方的硫化温度高约5度较为适宜。

  • 2,5-二甲基-2,5-(叔丁基过氧)己烷

    2,5-二甲基-2,5-双(叔丁基过氧)己烷,俗称双二五或101,主要用于硅橡胶的硫化,也可以用于有机橡胶的硫化,如EPDM,CM等。

    使用双二五做交联剂,尤其是使用纯品,应注意以下几点:一是其挥发性,工艺波动可能造成制品的交联密度不稳定,应尽量保持工艺稳定,如混炼时间,排胶温度,停放时间等;二是安全性,双二五纯品不适合于密炼机加料,以免在封闭空间出现爆燃的现象;三是双二五纯品为液体,操作上不如固体方便,且熔点在6度左右,在冬季尤其是北方,使用纯品需要注意保温,以免出现‘结冰’的现象。


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过氧化缩酮  peroxyketal

  • 相比于二烷基过氧化物,缩酮类过氧化物通常在较低的温度下即可引发交联,常用于需要低温交联的制品中。

  • 1,1-双(叔丁基过氧)-3,3,5-三甲基环己烷

    1,1-双(叔丁基过氧)-3,3,5-三甲基环己烷是常见的过氧化缩酮类交联剂,俗称3M。此过氧化物特点是硫化温度低,非常适合有低温硫化需求的情况。主要的缺点是硫化效率稍低,尤其是在饱和橡胶中,所以用量偏大;且有焦烧倾向。




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二酰基过氧化物

  • 相比于二烷基过氧化物,二酰基过氧化物有明显的焦烧倾向,使其难以满足多数橡胶的加工需求,且产生的自由基活性较弱,加上二酰基过氧化物易受炭黑的影响,使得二酰基过氧化物仅用于硅橡胶的交联。

  • 过氧化二(2,4-二氯苯甲酰)


    过氧化二(2,4-二氯苯甲酰) 是常用的二酰基过氧化物,又称双二四,常用于硅橡胶的热空气硫化,制造挤出成型的制品。

    双二四硫化硅橡胶也有喷霜的问题,喷出物为双二四的分解产物---2,4-二氯苯甲酸。防止喷霜问题主要有两种手段:一是二段硫化,二是使用防霜剂。

    除了喷霜外,环境问题是双二四的又一限制因素。最主要的问题是其在硫化过程中,可能会形成痕迹量的多氯联苯,又称PCBs。


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