废白土在天然橡胶中的应用研究

废白土在天然橡胶中的应用研究

活性高的固产土是经处理、加工、加工而成的活性吸附剂，广泛应用于油行业的去除过程中。经脱色的白土失去了活性,不能再作脱色剂,成为一种深褐色粉状固渣,有时还黏结成块,称为废白土。脱色废白土就是植物油脂精炼过程产生的下脚料,是油脂加工厂的一种副产品,其中含有20%～40%的油脂,大小为80～100目,废白土的主要成分为SiO2、Al2O3、Fe2O3、MgO、Na2O、CaO、K2O、中性油脂、非水化磷脂、天然色素、脂肪酸和维生素等,是一种宝贵的资源,但废白土如果不及时处理,会污染环境。目前,大部分油厂采用焚烧或地坑掩埋,一般作为废弃物处理,导致资源白白浪费。在提倡资源高效循环利用、科学发展的今天,若对废白土回收及综合利用,既可保护环境又能创造效益。据德国《油世界》报道,全球17种油脂产量2006年为1.48亿吨,2007年为1.527亿吨,而生产20吨油脂,就产生1吨废白土,2006年每年全球产生废白土740万吨,2007年每年全球产生废白土763.5万吨,废白土产生量每年递增3.2%。估计到2012年全球全年产生废白土近1110万吨。如此庞大的产生量应引起高度重视,若只靠焚烧或地坑掩埋,不仅导致资源白白浪费,而且污染环境。本实验研究废白土在天然橡胶中的应用,一方面可降低生产成本;另一方面可运用废白土的宝贵性能提高天然橡胶制品的综合性能。1实验部分1.1废白土和同份数陶土制备的芳烃油实验采用天然橡胶典型基本配方进行,即天然橡胶RSS3100份,氧化锌5份,硬脂酸3份,硫磺2.5份,促进剂DM0.7份,防老剂D1.0份,废白土15～75份(将不同份数废白土与同份数陶土并用3份芳烃油做对比,即陶土15～75份并用3份芳烃油)。1.2上海某国主要化学成分开发中心天然橡胶,牌号为RSS3,云南丁苯胶产业有限公司产品;氧化锌,河南省固始县鹏鑫锌化有限公司产品;陶土,青岛秦洋圣化工有限公司产品;废白土,丰益(上海)生物技术研发中心有限公司提供产品;硫磺,浙江黄岩浙东橡胶助剂有限公司产品;芳烃油,山东济南炼油厂产品;促进剂DM,硬脂酸,防老剂D均为中国石化南京化工厂产品。1.3实验仪器66O-1型单刀切胶机,X(S)K-160开炼机,QLB-500/Q平板硫化机,均为无锡市第一橡塑机械有限公司产品;GT-AI-7000-GD高低温拉力实验机,GT-7016-AR气压式自动切片机,GT-M2000-A无转子硫化仪,DAL-63N80(A)YF26可冲片机,均为高铁科技股份有限公司产品;邵尔氏LX-A橡胶硬度计,WHT-10A测厚仪,均为江都市真威实验机械有限公司产品;NW-97,门尼黏度仪,华昆电子厂产品;401B老化箱为江都市真威实验机械有限公司产品。1.4实验过程和工艺要求1.4.1实验过程的图本次实验的工艺流程图如图1所示。1.4.2重测试方法见表1(1)废白土干燥。将废白土在70～100℃下烘干24～96h,使含水率≤3%,含油率为28%～30%,备用。(2)废白土含油率测定。第一种方法为马弗炉烘干法(静态法),温度400℃,时间0.5h,烘干量5g;第二种方法为热重分析法(动态法),温度设置为40～600℃;烘干量5g;升温速率为5～10℃/min。热重分析测试结果见图2。从图2中可分析出,在200℃以下主要是一些轻质油分的分解,含量约为2.884%;200～400℃为重质油分,含量约为26.882%,400℃以后主要是一些无机填料。(3)配料。按比例和质量分数称量天然橡胶、氧化锌、硬脂酸和防老剂D、硫磺、促进剂、废白土、陶土、芳烃油等各种原料。(4)生胶塑炼。采用开炼机薄通塑炼法:辊距0.5～1.0mm,辊温45～50℃,薄通8～10次。(5)母炼胶混炼。将氧化锌、硬脂酸、防老剂D和塑炼过的生胶在开炼机上进行混炼;混炼工艺条件为:辊距2.5～3.5mm,前辊温55～65℃、后辊温50～55℃,下片厚度3.0～5.0mm,下片存放4～48h。(6)生胶混炼。将废白土(或陶土、芳烃油)、硫磺、促进剂与经步骤(4)所得的母炼胶进行混炼;混炼工艺条件为:辊距2.5～3.5mm;前辊温55～65℃、后辊温50～55℃,下片厚度3.0～4.0mm,下片存放4～72h,得生胶胶料。(7)硫化。将生胶胶料进行硫化得成品胶料。硫化条件为145℃、7.5～12.5MPa,时间根据T100数据而定。1.5性能测试测试本次实验主要测试废白土作填充剂和软化剂的天然胶料及同份数陶土作填充剂并用3份芳烃油作软化剂的天然胶料的各项基本性能,并进行对比。主要分析和测试项目包括:门尼黏度、硫化特性、各种物理力学性能如硬度、密度、冲击弹性、拉伸强度、伸长率、100%定伸应力、300%定伸应力、扯断永久变形、撕裂强度、阿克隆磨耗、老化性能等。参照GB/T1232.1—2000标准进行混炼胶门尼黏度测试;参照GB/T16584—1996标准进行橡胶硫化特性测试;硫化胶试样的常规物理力学性能测试参照相关国家标准进行。2结果与讨论2.1废白土份数对胶料流动性的影响以陶土和废白土作填料的胶料的门尼黏度值如表1所示。由表1可以看出:(1)以陶土作填料的胶料的门尼黏度值和最大门尼黏度值均随陶土份数的增加呈上升趋势,说明以陶土作填料的胶料随陶土份数的增加胶料流动性降低;以废白土作填料的胶料的门尼黏度值和最大门尼黏度值则随废白土份数的增加而呈下降趋势,说明以废白土作填料的胶料随废白土份数的增加胶料流动性提高。(2)与等份量的陶土相比较,以废白土作填料的胶料的门尼黏度值较小,这说明以废白土作填料的胶料流动性要优于以陶土作为填料的胶料流动性。2.2填料胶料的最小扭矩值、最大扭矩值各个配方的硫化特性值如表2所示。由表2可知:(1)以陶土作填料的胶料的最小转矩值、最大转矩值整体均呈上升趋势,以废白土作填料的胶料的最小转矩值、最大转矩值整体均呈下降趋势;(2)与等份量的陶土相比,以废白土作填料的胶料的最小转矩值、最大转矩值比以陶土作填料的胶料的最小转矩值相对较小;(3)以陶土和以废白土作填料的胶料的焦烧时间、工艺正硫化时间、理论正硫化时间值均随陶土份数的增加均呈下降趋势;(4)与等份量的陶土相比,以废白土作填料的胶料的焦烧时间比以陶土作填料的胶料短些,而工艺正硫化时间、理论正硫化时间均长些。2.3物理力学性能分析各个配方的物理力学性能测试结果如表3所示。2.3.1拉伸性能测试由表3可知胶料老化性能变化分析如下。(1)胶料试片经在100℃×24h条件下老化后,拉伸强度、伸长率、100%定伸应力、300%定伸应力性能均下降。(2)以陶土作填料的胶料与以废白土作填料的胶料进行老化系数对比,整体情况来看以废白土作填料的胶料老化系数绝对值小于以陶土作填料的胶料老化系数绝对值,说明以废白土作填料的胶料耐老化性能好。2.3.2填料胶料的密度和冲击弹性由表3可知胶料基本性能变化分析如下。(1)以陶土和废白土为填料的胶料的密度值均随填料份数的增加呈上升趋势。(2)与等份量的陶土相比,以废白土作填料的胶料的密度值比以陶土作填料的胶料的密度值小。(3)以陶土为填料的胶料的硬度值随陶土份数的增加呈上升趋势,而以废白土为填料的胶料的硬度值随废白土份数的增加也呈下降趋势,但变化很小。(4)与等份量的陶土相比,以废白土作填料的胶料的硬度值比以陶土作填料的胶料的硬度值小。(5)以陶土和废白土为填料的胶料的冲击弹性值均随填料份数的增加呈下降趋势。(6)与等份量的陶土相比,以废白土作填料的胶料的冲击弹性值比以陶土作填料的胶料的冲击弹性值大。2.3.3陶土份数对填料胶料拉伸、应力的影响以陶土和废白土作填料的胶料力学性能测试值变化趋势如图3～图7所示。由表3可知胶料力学性能变化分析如下:(1)以陶土和以废白土为填料的胶料的拉伸强度值均随填料份数的增加呈下降趋势;(2)与等分数的陶土相比,以废白土作填料的胶料的拉伸强度值比以废白土作填料的胶料的拉伸强度值小;(3)以陶土为填料的胶料的伸长率值随陶土份数的增加呈下降趋势,以废白土为填料的胶料在填料为30～60等份间伸长率值较高,其它区间值均随份数的增加呈下降趋势;(4)与等份量的陶土相比,以废白土作填料的胶料的伸长率值比以陶土作填料的胶料的伸长率值大;(5)以陶土为填料的胶料的100%和300%定伸应力值均随陶土份数的增加呈上升趋势,而以废白土为填料的胶料的100%和300%定伸应力值均随废白土份数的增加变化不大;(6)与等份量的陶土相比,以废白土作填料的胶料的100%和300%定伸应力值均比以陶土作填料的胶料的定伸应力值小;(7)以陶土和以废白土为填料的胶料的扯断永久变形值随填料份数的增加呈上升趋势;(8)与等份量的陶土相比,以废白土作填料的胶料的扯断永久变形值比以陶土作填料的胶料的扯断永久变形值小;(9)以陶土为填料的胶料的撕裂强度值随陶土份数的增加呈上升趋势,而以废白土为填料的胶料的撕裂强度值则随废白土份数的增加呈下降趋势;(10)与等份量的陶土相比,以废白土作填料的胶料的撕裂强度值比以陶土作填料的胶料的撕裂强度值小。2.3.4填料份数对磨耗体积值的影响由表3可知胶料磨耗性能变化分析如下。(1)以陶土和以废白土为填料的胶料的磨耗体积值均随填料份数的增加呈上升趋势;(2)与等份量的陶土相比,以废白土作填料的胶料的磨耗体积值比以陶土作填料的胶料的磨耗体积值小,这说明以废白土作填料的胶料耐磨性优于以陶土作填料的胶料。2.4在胶料拉伸和拉伸过程中,分子之间作用产生以上结果的原因分析如下:由于废白土中含有约30%的油分,油分进入天然橡胶(非极性物质)分子链之间,使橡胶分子间距增大,分子之间作用力减小,降低了胶料的拉伸强度和撕裂强度,但增加了橡胶的可塑性、流动性、改善了硫化胶的某些物理力学性能,如降低了硬度和定伸应力,赋予了较高的弹性和较低的生热、较小的永久变形。另外由于油分多呈酸性,油分溶解和吸附了部分促进剂