力化学脱硫胶粉制备高性能低成本热塑性硫化胶的研究.doc

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1、基金项目：国家自然科学基金项目（51073108）*联系人：卢灿辉(Email:canhuilu@263.net)力化学脱硫胶粉制备高性能低成本热塑性硫化胶的研究田东，张新星，卢灿辉*高分子材料工程国家重点实验室四川大学高分子研究所成都610065摘要：本文采用经力化学脱硫的废旧EPDM胶粉大量替代EPDM生胶，经动态硫化制备得到高性能、低成本的热塑性硫化胶(TPV)，研究了动态硫化过程中胶粉含量、硫化剂和软化剂用量对共混物性能的影响。结果表明，采用脱硫胶粉替换70%生胶，硫磺含量1.5phr，石蜡油含量40phr时，共混物具有较佳的综合力学

2、性能；所制得的TPV拉伸强度为9.5Mpa，断裂伸长率487。0%，硬度83A。采用脱硫胶粉制备TPV，拓展了传统胶粉的应用领域，为废旧橡胶的高值化利用提供了新途径。关键词：废旧橡胶，力化学脱硫，热塑性硫化胶，动态硫化基金项目：国家自然科学基金项目（51073108）*联系人：卢灿辉(Email:canhuilu@263.net)力化学脱硫胶粉制备高性能低成本热塑性硫化胶的研究田东，张新星，卢灿辉*高分子材料工程国家重点实验室四川大学高分子研究所成都610065关键词：废旧橡胶力化学脱硫热塑性硫化胶动态硫化热塑性硫化胶（TPV）是采用动态全硫

3、化技术制备的一种新型弹性体，兼具有常温下显示橡胶弹性，高温下又能塑化成型的优异性能，被称之为“第三代橡胶”。传统TPV由于成本大都高于同类热固性硫化橡胶且动态硫化工艺复杂，其应用受到限制。采用脱硫胶粉全部或部分代替生胶制备TPV，并研究与之相配合的动态硫化工艺，对于回收废胶橡胶和推广TPV的实际应用都具有重要意义。力化学技术回收废弃高分子材料具有工艺简单、成本低、绿色无污染等显著优势。本文在自主开发的固相力化学反应器可有效实现废旧橡胶的脱硫并已产业化的基础上[1-4]，选取三元乙丙（EPDM）脱硫胶粉替代大部分EPDM生胶，与聚丙烯（PP）动

4、态硫化制备TPV，研究了胶粉含量、硫化剂和软化剂用量对TPV力学性能的影响，为制备高性能、低成本的TPV提供技术依据。Fig.1为采用废旧EPDM橡胶制备TPV的工艺流程图，试验配方：PP30份，EPDM总量70份，硫磺1.5份，其他助剂适量。EPDM胶粉经力化学脱硫后，恢复了部分塑性和再硫化性能。采用脱硫EPDM胶粉(dEPDM)大部分代替生胶后，制得的TPV力学性能如Fig.2所示。当胶粉替代量在80%以下时，共混体系具有较好的加工流动性，可均匀分散在PP基体中，所制备的TPV具有优良的力学性能。但当胶粉含量超过80%后，共混体系的拉伸强

5、度和伸长率急剧下降，这是由于脱硫胶粉门尼粘度较大，与PP的表观粘度不再匹配，形成较弱的界面层，应力作用下裂纹沿着两相界面层迅速扩展，使得力学性能下降。综合力学性能、加工性及经济效益考虑，脱硫胶粉替代生胶量以70%为宜。Fig.2EffectofthecontentofdevulcanizedEPDMpowdersontensilestrengthandelongationatbreakofTPVsFig.1SchematicdiagramofprocessingprocedureofdevulcanizedEPDMpowder-basedTP

6、Vs硫磺硫化体系能有效抑制高温高剪切下PP的降解，所得TPV具有弹性好、强度高等优点而得到广泛应用。实验考察了在胶粉替代量70%，石蜡油40phr条件下，硫化剂含量对共混体系力学性能的影响（Fig.3），结果表明随着硫磺用量增加，所得TPV拉伸强度、扯断伸长率均呈现先增大、后减小的趋势。硫化剂用量过少，导致橡胶相粒子未能充分交联，橡胶相难以均匀分散在PP基体中，共混体系力学性能较差。当硫磺用量在1.5phr时，拉伸强度和断裂伸长率出现峰值，此时充分交联的橡胶相粒子以微米级尺寸分布在PP基体中，形成均匀的海-岛结构。当硫磺用量过大时，双螺杆剪切

7、速率跟不上EPDM橡胶相的交联速率，硫化速度过快并出现大量多硫键，使橡胶相粒子团聚，突显应力集中点，力学性能急剧恶化。因此，硫磺用量1.5phr时所得TPV力学性能最佳。Fig.3EffectofsulfurcontentontensilestrengthandelongationatbreakofTPVsFig.4MechanicalpropertiesofdevulcanizedEPDMpowder-basedTPVsatdifferentparaffinicoilcontent为了制备低硬度级别的TPV，通常加入软化剂与基体树脂和橡胶共

8、混。石蜡油与EPDM相容性良好，为常用的外增塑剂，可降低EPDM的门尼粘度从而与PP表观粘度匹配，改善熔融共混时橡塑共混体系的流动性，并有助于胶料充分混合分散。如F