在SMM举办的2023年SMM锌业大会上，国家橡胶助剂工程技术研究中心副主任李云峰讲解了氧化锌系列产品在轮胎橡胶配方中的应用现状和发展趋势。他表示，氧化锌减量是橡胶配方的一个趋势，目前还没有完全能够等效替代氧化锌的产品，氧化锌的减量及替代应用，很大程度上取决于法规的强制执行力与政策的导向，不管是直接将氧化锌用量降低还是使用纳米氧化锌或者低锌产品等进行替代，都需要对配方性能侧重和制品使用场景有清晰的侧重和筛选，不可以点概面、以一概全。

【资料图】

ZnO在橡胶工业中的应用现状

氧化锌在橡胶配方中应用方向：

直接加入到配方中使用；二次加工后再加入配方；氧化锌制备预分散氧化锌母胶粒；制备锌皂类加工助剂等等.......

氧化锌粉末直接应用于胶料配方中：

作为硫黄硫化体系的活化剂；

通用配方氧化锌用量：3phr-5phr；

与镀铜钢帘线粘合配方氧化锌用量：5phr-10phr；

作为丁基、氯丁橡胶等的交联剂；

作为过氧化物硫化的助交联剂。

制备预分散氧化锌母胶粒应用于橡胶配方：

此外，氧化锌还可用于制备锌皂类加工助剂。

氧化锌在橡胶配方中的作用

正硫化阶段：活化硫化体系

①在硫化条件及脂肪酸存在下，氧化锌先与XSH作用生成促进剂锌盐

②促进剂锌盐与S8作用生成多硫锌盐

③多硫锌盐和橡胶反应生成交联预先躯体XSnR

④交联预先躯体XSSmR再与橡胶分子作用完成交联

后硫化及老化阶段：

①与多硫hua氢基作用，避免交联键的减少和环化结构的生成。

②与H₂S作用，防止多硫键的断裂。

③与多硫交联键作用，生成较少硫原子的交联键，键能更高，提高热稳定性。

从反应机理来看，氧化锌主要对于多硫键有极好的防护作用。结合不同橡胶结构和不同硫磺硫化体系特点，决定了氧化锌的减量潜力应该主要集中在合成橡胶和有效及半有效配方场景中。

ZnO在橡胶工业中的发展趋势

橡胶中的锌残留

当锌被释放到环境中，进入溪流、河流和海洋中时，某些锌的合会毒害微生物和水生生物。

户外橡胶材料是环境中锌污染的主要来源。

欧盟2003/105/EC法则已将氧化锌列入对环境有害的物质清单中；

欧盟委员会2004/73/EC法规中也严格划定了氧化锌为重点关注污染物；

2016年3月末，美国加利福尼亚州提出一项法案（SB1260）:限制在轮胎中使用锌或者氧化锌，同时其可能禁止销售含有一定锌的轮胎产品 。

从资源角度和环保角度看，橡胶配方中氧化锌的减量都成为趋势。但是从目前来看，需要走的路还很长。

氧化锌减量方案

通过配方优化设计，直接减少配方中氧化锌含量

通过产品升级替代达到减锌效果：活性氧化锌替代氧化锌；纳米氧化锌替代氧化锌；有机锌替代氧化锌；脂肪酸酯类等润滑分散剂替代锌皂类加工助剂；其他在研方案。

配方优化设计，减少氧化锌用量

配方中氧化锌减量的实践，需要结合综合配方比例和性能以及制品应用实况，常温静态使用的配方可能会有较大空间。

纳米氧化锌替代氧化锌

①减量是相对于氧化锌的传统用量5phr而言的

②理论上可行：

纳米氧化锌主要成分与普通氧化锌相同，但由粒径细到100nm以下，其表现出的小尺寸效应、界面效应和量子隧道效应等会使材料出现质的飞跃。

③应用上可能的问题：

纳米级粉体的巨大的表面能和活性，易发生团聚，分散困难，而失去纳米材料的优势。

适应新的组分混合工艺

①合成胶液相混炼技术

②天然胶湿法混炼技术

适应新的可持续概念需求

①可再生与可持续：欧美发起的ISCC认证等

②基于生物基材料的螯合氧化锌

总结

①氧化锌减量是橡胶配方的一个趋势；

②目前还没有完全能够等效替代氧化锌的产品；

③氧化锌的减量及替代应用，很大程度上取决于法规的强制执行力与政策的导向；

④不管是直接将氧化锌用量降低还是使用纳米氧化锌或者低锌产品等进行替代，都需要对配方性能侧重和制品使用场景有清晰的侧重和筛选，不可以点概面、以一概全。

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