蜡的组成特性与选择.ppt

蜡的组成特性与选择大气中的臭氧会对天然及合成橡胶的双键作用，造成胶品龟裂。裂缝以一定速率增大，其速率与臭氧浓度成正比关系。空气中臭氧浓度达到10pphm（10×10-8），就有上述效应。橡胶用保护性化合物如石油蜡，即在减少或防止臭氧对主链上双键的作用。石油蜡掺入橡胶配料过程，在硫化温度下溶解于橡胶中。配料冷却后，蜡渐渐移动（Migrate）至硫化胶表面，形成数μm厚，抗化学性且看不见的薄膜，阻绝橡胶表面与空气中的臭氧接触。一、石油蜡之组成：1.石蜡（Paraffin）为原油萃取份中，使用最广而化学组成最简单的蜡。其组成大部分是直链烷类，小部分是短支链烷类；化学式CnH2n+2，n值为18至50左右。因此，石蜡本身为不同碳数碳氢化物的混合结晶物，其碳数分布可以高温GLC测得。随碳数分布的不同，石蜡混合物对溶剂的溶解性也不同。其中，溶剂最易溶解者为52/54蜡（熔点范围52～54℃，碳数18～36）。最不易溶解的部分为66/68蜡，碳数22至50。其他溶解度介于这两种品级之上市石蜡，如54/56，56/58，58/60。溶解度范围不同的石蜡组成相互重叠，石蜡之支链烷属烃分子易于紧密排列，导致其拥有大晶粒结晶特性。2.非结晶non-crystalline或微晶蜡Microcrystalline：原油萃取份中，较高沸点的部分为碳数较多的蜡。此类蜡大多有支链，也混有环烷烃类，其碳数34至70以上。比起直链石蜡，此类有较高的平均分子量，且支链多，较臃肿，无法使分子紧密排列而形成结晶状态。因此，大部分以非结晶或微结晶形态存在。此类非结晶或微结晶蜡因移动（Migration）速率太慢，无法单独使用。通常以～15%之量，配置橡胶用蜡，适用于橡胶之长期防护。3.半微晶蜡（Semi-Microcrystalline）：俗称中间蜡IntermediateWax半微晶蜡介于石蜡与微晶蜡之间。这种蜡主要是直链烷属烃，但含有相当多的低至中分子量有支链烷烃。通常，其烷烃有无支链之比，由3:1至1:3，其支链含量可以分子筛法测定。（支链烷烃或称为非正构烷烃）二、移动特性（migrationcharacteristics）：蜡在硫化胶中的移动特性，主要决定于蜡的分子结构。低分子量且分子结构简单的石蜡，比有支链的微晶蜡有较高的移动性。而微晶蜡在橡胶表面形成的保护膜，孔隙度poresity最小，对臭氧的保护效果最好。因此，通常将微晶蜡以几百分点之少量掺入石蜡中，因后者有较高的移动速率。三、蜡所造成吐霜（bloom）的机构：与空气接触之硫化胶表面的含量，主要取决于蜡在硫化胶中的溶解度，与蜡的过饱和度（Supersaturation）。溶解度越低，保护膜形成速率越高。在加工硫化温度下，蜡完全溶于硫化胶中，但冷却后形成过饱和蜡溶液，而在橡胶内部与表面间形成浓度差效应，导致内部高浓度蜡逐渐移动至表面，并经凝集amalgamation作用形成薄膜。移动现象持续至蜡达到当时温度下的溶解度。蜡造成之吐霜速率，受蜡在硫化胶中的溶解度，过饱和度及扩散特性等的影响。当然，这些效应与胶料种类、填充料种类用量，以及蜡的特性等有关。另外，温度对蜡的移动动力学及防护品质，一向有较大的影响力。温度对吐霜之影响：橡胶表面蜡膜形成速率，与蜡在橡胶中的扩散速率及溶解度有关；而两者均随温度上升而增大。针对不同蜡及胶料都有其移动速率最大的特定温度。如：0℃时碳数C18～C20蜡有较好的扩散速率，在橡胶表面形成蜡膜，温度升至50℃时，低碳数蜡完全溶于橡胶本体中，而有利于较高碳数C33以上的蜡成膜。橡胶表面蜡的碳数分布，可以GLC分析橡胶表面萃取分。分析结果显示，在低温下，橡胶表面之少量蜡大部分为低碳数者；在室温范围内，蜡量增加碳数大多为26～33，更高温时，低碳数（C19～C24）蜡几乎完全溶于橡胶本体中，橡胶表面大多为高碳数蜡膜。四、温度范围内防护蜡之选择：橡胶表面的蜡，在不同温度下的抗臭氧效果不同。图为含某典型蜡成分之橡胶样品拉伸后的臭氧侵蚀敏感性（Sensitivitytoozoneattack）与温度的关系曲线。在室温附近时，橡胶内蜡整体的移动性最佳，臭氧侵蚀性最低；温度较高时，臭氧的活性升高，且低碳数蜡在橡胶中的溶解度增加，使其在橡胶表面缺少佔高比例的低碳数蜡，因此侵蚀性升高。在更高温时，臭氧开始裂解成氧气，因此在50℃以上时，曲线又往下降。在0℃附近时，各种蜡的移动性减低，低碳数蜡无法形成致密的保护膜，臭氧侵蚀性升至最高。更低温时，臭氧对双键的化学