橡胶用氧化锌的分类及其在橡胶制品中的作用详解

橡胶用氧化锌在橡胶工业中扮演着重要的角色，其分类和作用多种多样。

氧化锌又称锌白，制造方法包括直接法、间接法、湿法和特殊法等。直接法是锌矿石经灼热产生锌蒸气，再经氧化的制造方法，又称美国法。间接法是金属锌在炉中加热使锌气化，再将锌蒸气进行氧化的制造方法，日本主要采用这种方法，又称法国法。湿法是在可溶性锌盐溶液中加入碳酸钠，以碱性碳酸锌沉淀出来，再经灼烧制得氧化锌的方法。特殊法多数是使锌矿石或镀锌铁板等的屑与盐酸或硫酸作用而溶出金属锌，再与碳酸钠作用使锌以碱性碳酸钠的形式沉淀后，于炉中焙烧制造氧化锌的方法。

通常的氧化锌根据其纯度、水分、水溶性、筛余分等，间接法氧化锌分为特号、1 号、2 号、3 号；直接法氧化锌分为 1 号、2 号。广泛用于橡胶的氧化锌是有电解锌制造的 1 号和有蒸馏锌制造的 3 号，但因 3 号氧化锌含铅稍多不适于带色制品。氧化锌为无毒、无味白色粉末，比重 5.47～5.61，粒度 0.3～0.7μ，熔点 1800℃，加热至 250℃以上时变黄，但冷却后恢复原来的白色，含有铅、镉、铁等杂质，溶于酸和强碱，FDA 合格品（安全物质），德国食品法认可用于与食物接触的橡胶制品。它广泛用于 NR、SBR、BR、IR、NBR、IIR 以及胶乳的促进助剂，与脂肪酸形成络合物，可提高促进剂的活性，对于氯丁橡胶和聚硫橡胶作为硫化剂使用，对橡胶的分散性好，用量多时起补强剂作用，引导热好可提高制品的耐热性。此外，也用作白色颜料，但着色力比二氧化钛差，硫化后有稍带黄色的倾向。特别当存在作为杂质的铅时，用于白色橡胶会损坏唇白度。

活性氧化锌为白色至淡黄色粉末，比重 5.4 左右，粒度 0.1μ 左右。Bayer 公司的产品分析值是，氧化锌含量 93～96%，硫酸盐含量 0.4% 以下，氯化物含量 0.1%，氧化铅含量 0.002%，铜含量 0.001% 以下，锰含量 0.002% 以下，灼烧减量 3～6%，平均粒径 50μm。德国食品法认可用于与食物接触的橡胶制品。它用于天然橡胶、合成橡胶和胶乳，因活性大而促进作用强，用量比普通氧化锌少，抗撕裂、定伸应力、耐磨耗性等均有提高。另外由于离子微细，配入胶乳等时不容易沉淀。因正硫化时间较长，所以未硫化和过硫化的危险性小。

表面处理氧化锌的性状依生产厂家与牌号而异。例如，有一种灰色粉末，纯度 91%，表观密度 2200g/L，稍具芳香味，因经表面处理能迅速成为糊状进行均匀分散，用于各种制造胶辊、密封、○形圈、海绵胶、擦胶胶料、模制品等弹性体。还有一种是 91% 的高质量氧化锌经由 9% 的特种湿润剂和分散剂进行表面处理的白色粉末，无味，表观密度 1000g/L，与普通氧化锌相比，分散快，温度上升也小，因此混炼胶的焦烧危险小。另外，还有一种由氧化锌 66.7% 和特种分散剂 33.3 组成的片状产品，熔点 55℃，比重 2.1，表观密度 1300g/L，因分散剂含量多可降低混炼胶的粘度，成为下工序的加工助剂，特别用于氯丁橡胶时，具有抑制混炼生热防止焦烧的作用。还有一种有效成分 80% 的颗粒状产品，密度 3.0，适用于 EPDM、EVA。

复合氧化锌日本的产品有几种牌号，如具有多层结构的白色粉末，最外层由氧化锌被覆，比重 3.7，比表面积 25㎡/g，PH 值 8.0，镉含量 0.00029%。这些复合氧化锌的用途与普通氧化锌相同，但活性大，折射率小，因此可给予橡胶以透明性。由于几乎不含重金属，因此难以产生橡胶的老化和色彩污浊现象，对操作者的健康也有利。

复合活性氧化锌是通过湿法处理使特殊结晶核表面用活性氧化锌覆盖的产品，具有多层结构的白色细粉末，真比重 3.3～3.8，平均粒径 0.25～0.3μ，比表面积 12～30㎡/g，PH 值 8.5。其用途与普通氧化锌相同，因比表面积大而氧化锌表面活性高，可改善橡胶特别是 EPDM 的压缩永久变形。由于比重小而粒子数多，所以分散性好，铅、镉等有害杂质含量非常少。

氧化锌在橡胶配方中的主要作用包括活化整个硫化体系、提高交联密度和提高硫化胶的耐老化性能。具体来说，氧化锌和硬脂酸一起形成锌皂，提高了氧化锌在胶料中的溶解度，并与促进剂形成了一种络合物，此种络合物特别活泼，它与硫磺反应生成一种很强的硫化剂。氧化锌和硬脂酸反应生成 zn 盐，它与含硫的橡胶促进剂侧挂基团螯合反应，使弱键处于稳定状态，改变硫磺键的裂解位置，使橡胶硫化生成较短的交联键，增加新的交联键，提高交联密度。在硫化和使用过程中，多硫键断裂，产生的 H2S 会加速橡胶裂解，氧化锌会与其反应形成新的交联键，稳定硫化网络，提高耐老化性能。

总之，氧化锌在橡胶制品中的作用主要有：在配方中起活化剂或促进剂的作用；作为吸酸剂，在胶料硫化时吸收某些硫化反应产生的酸性物质，如 HCl 等；可以提高胶料的热性能。

在橡胶轮胎行业中，氧化锌能提高产品的导热性能、耐磨性能、抗撕裂性能、拉伸强度等项指标，并可节省氧化锌用量 30% 左右。在橡胶制品中，活性氧化锌主要用作橡胶的补强剂，以使橡胶具有良好的耐腐蚀性、抗撕裂性和弹性、伸长率。它用于橡胶硫化工艺的促进剂，是多功能橡胶配合剂，主要用于天然胶、合成胶、胶乳的硫化活性剂兼补强剂。用作硫化活性剂时，在胶料中分布均匀，与硫化氢的接触面积大，进行界面反应机遇较大，再加上本活性氧化锌产品有活性物质的助催化作用，使氧化锌转化为硫化锌的转化率高。作为硫化氧化剂，其作用是提升促进剂活性，减少促进剂的用量，缩短硫化周期。能加快硫化速度，提高硫化胶的导热性，使硫化更彻底。在橡胶行业中，特别是透明橡胶制品生产中，活性氧化锌是极好的硫化活性剂。

在合成橡胶中，氧化锌作活化剂，硫化促进剂和补强剂，且有着色作用，促进橡胶的硫化、活化和补强、防老化作用，能加强硫化过程，提高橡胶制品耐撕裂性、耐磨性。在天然橡胶中，氧化锌作硫化活化剂，促进橡胶的硫化、活化和补强、防老化作用，能加强硫化过程，提高橡胶制品耐撕裂性、耐磨性。在天然乳胶中，氧化锌作活化剂，促进橡胶的硫化、活化和补强、防老化作用，能加强硫化过程，提高橡胶制品耐撕裂性、耐磨性。在白色乳胶中，氧化锌作着色剂和填充剂。在氯丁橡胶中，氧化锌作硫化剂及增加导热性能的配合剂。在制鞋业（橡胶鞋、雨靴、橡胶手套等劳保制品）中，氧化锌能提高耐磨性及防老化，延长使用寿命。在透明橡胶及食品用橡胶制品中，氧化锌是必不可少的无机活性剂。在透明和半透明橡胶中，氧化锌作硫化活性剂。在透明或有色橡胶制品中，氧化锌有着碳黑等传统活性剂不可替代的作用。

活性氧化锌在橡胶制品中的应用优势体现在哪些方面？