甲硫氨酸稀土盐对天然橡胶硫化性能影响的研究

作     者：李帅 

作者单位：内蒙古科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：柳召刚;郝伟

授予年度：2021年

学科分类：082903[工学-林产化学加工工程] 08[工学] 0829[工学-林业工程] 

主      题：稀土 甲硫氨酸 硫化 模拟 热氧老化 

摘      要：以甲硫氨酸、氯化镧、氯化铈合成了甲硫氨酸镧、甲硫氨酸铈、甲硫氨酸镧铈三种稀土盐。经过红外光谱分析、热分析、元素分析等表征手段确定分子式分别为La Cl(CHNOS)·2HO、Ce Cl(CHNOS)·2HO、LaCeCl(CHNOS)·2HO。将三种甲硫氨酸稀土盐作为硫化促进剂以0、0.25、0.5、0.75、1.0份加入橡胶,在180℃下使用无转子硫化仪硫化10min。通过对比五组硫化曲线和硫化数据进行对比发现,甲硫氨酸稀土盐的加入可以延长硫化橡胶的焦烧时间T,缩短正硫化时间T,热硫化阶段硫化速率大幅提高;甲硫氨酸稀土盐可以促进硫化橡胶的交联,交联密度得到提高;甲硫氨酸稀土盐可以减小硫化反应阶段的活化能,使得硫化反应更容易进行。甲硫氨酸可以替代部分活性剂和硫化剂,降低其使用量的同时维持原有性能。甲硫氨酸镧铈作为硫化促进剂等质量替代传统促进剂M时,各加工助剂的质量比为氧化锌:硬脂酸:甲硫氨酸镧铈:促进剂DM:硫磺=5:4:0.3:1.6:2.3。此时最大模量M和焦烧时间T基本保持不变,正工艺时间T缩短。当添加一份甲硫氨酸镧铈取代10%重量比的其他加工助剂时,最大模量M由空白胶的0.455 N·m增加至0.478 N·m,焦烧时间T由1.22min增加至1.45min,正工艺时间T由2.53min降低至2.47min。各加工助剂的添加比例为氧化锌:硬脂酸:促进剂M:促进剂DM:硫磺:甲硫氨酸镧铈=4.5:3.6:0.27:1.44:2.07:1。甲硫氨酸稀土盐不仅具有促进剂、活性剂的作用,还有防老剂作用。用热分析仪研究空白硫化胶和分别添加三种甲硫氨酸稀土盐的硫化胶的热氧分解的过程,使用Kissinger法和FWO法对曲线进行计算,发现甲硫氨酸稀土盐的加入可以提高硫化橡胶的抗热氧老化能力,其中甲硫氨酸镧铈的效果最佳。空白橡胶的热氧降解活化能E=76.03 k J/mol,添加甲硫氨酸镧铈的橡胶热氧降解活化能E=89.79 k J/mol。相较于空白橡胶,添加甲硫氨酸稀土盐的橡胶拥有更大的热氧降解活化能,更高的热氧降解特征温度,证明甲硫氨酸稀土盐具有良好的热氧防护性能,其中甲硫氨酸镧铈的防护能力最为出众。