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近年来对邻苯二甲酸酯类增塑剂的毒性和生产过程中的污染问题关注度日益增高,使用由绿色合成工艺生产的环保高效增塑剂是橡塑工业的发展趋势。本文合成了分子结构中含有醚键和酯基的环保二元醇醚酯增塑剂,研究了增塑剂量对丁腈橡胶(NBR)和丙烯酸酯橡胶(ACM)各项性能的影响。主要研究工作如下:
本文以无毒的二丙二醇单丁醚、己二酸为原料,以反应后易分离的固体超强酸为催化剂,经酯化反应合成二丙二醇单丁醚己二酸酯(DBPPA)。采用FT-IR、GC-MS等测试方法对其结构进行了表征。
考察了DBPPA用量对NBR门尼粘度、硫化特性、力学性能、老化性能、压缩永久变形、低温性能、耐油性能的影响。DBPPA分子结构中既含有高极性的酯基又含有低极性的二丙二醇单丁醚基,与丁腈橡胶相容性良好。测试结果表明,DBPPA的增塑效果明显,与无增塑剂时相比,添加25份DBPPA胶料的门尼粘度、最大弹性转矩、硬度分别下降了70%、66%、21度;拉断伸长率、回弹性分别增加了36%、40%。DSC、DMA和低温脆性测试表明,DBPPA明显提高了NBR的耐寒性,添加25份DBPPA硫化胶的Tg、tanδ峰值对应温度、脆性温度分别降低了14.3℃、16.4℃、15℃。
探讨了相同用量下DBPPA与常用增塑剂对NBR性能的影响。与含苯环分子刚性较大的邻苯二甲酸酯类增塑剂DOP相比,含直链二元脂肪酸酯和醚键的DBPPA,分子链柔顺性更好,增塑和耐寒性更佳。用量均为15份时,含DBPPA胶料的门尼黏度与烷基脂肪族二元酸酯增塑剂DOA、DOS以及分子结构相似的二乙二醇单丁醚己二酸酯(TP95)相近,明显低于DOP;硫化胶的Tg和tanδ峰值对应温度下降幅度的次序为:TP95>DOS>DBPPA>DOA>DOP; DBPPA的分子量为490,高于其它四种增塑剂,挥发性小,表现出优良的热稳定性和耐热氧老化性能,TGA测试表明,增塑剂挥发对应的最大失重速率温度由高至低依次为:DBPPA>TP95>DOS>DOA>DOP;添加DBPPA硫化胶的拉伸强度、压缩永久变形、耐ASTM1#油和ASTM3#油性能与TP95接近。
考察了DBPPA用量及不同种类增塑剂对ACM性能的影响,变化规律与在NBR中相近。DBPPA、TP95与ACM相容性较好,而相容性较差的DOA和DOS较易喷出,DOP有轻微喷出。