如何設計環保的橡膠配方(一(yī)些環保型橡膠材料)
2020-12-28
環保型橡膠制品材料
要求生(shēng)産的橡膠制品不含有超過限制值的危險物(wù)質,而且不使用禁用的危險物(wù)質,以免危害人類健康。
1. 重金屬
橡膠制品原材料的型号、品級都會影響重金屬的含量。因此,要注意避免或減量使用含鉻和鎳的原材料(例如鋅鉻黃含六價鉻,防老劑NBC含鎳)。模具和骨架的鍍鉻層也會将鉻元素帶到膠料中(zhōng)來,因此要開(kāi)發以三價鉻替代六價鉻的鍍鉻新技術。膠鞋行業要注意紡織物(wù)和皮革染料的重金屬限制值,限用含銅、鉻、鎳的金屬絡合染料,避免我(wǒ)國鞋在2005年底因被檢出含有較高水平的鎳和偶氮染料而遭到意大(dà)利“有毒”調查的困擾。
橡膠制品中(zhōng)重金屬的含量并不隻來源于一(yī)種或兩種重點的原材料,是所有的原材料(包括生(shēng)膠)重金屬含量的總和。有些原材料雖然重金屬含量極微(如白(bái)炭黑和高嶺土),但亦要留意“積少成多”。
由于歐盟ELV指令和EEE RoHS指令已實施,橡膠制品的配方設計和生(shēng)産工(gōng)藝實現“無鉛化”就成爲重要課題。
① 采用無鉛硫化體(tǐ)系
硫化劑TCY(2,4,6-三巯基均三嗪)和Ca/Mg吸酸穩定劑組成的體(tǐ)系、噻二唑硫化劑/BaCO3吸酸劑組成的體(tǐ)系、硫化劑XL-21(2,3)-二巯基氨基甲酸鹽甲基喹啉)/Ca(OH)2吸酸劑組成的體(tǐ)系,都是氯醚橡膠的無鉛硫化體(tǐ)系,已取代NA-22/Pb304或“二鹽”的有鉛硫化體(tǐ)系在汽車(chē)燃油膠管中(zhōng)應用。另外(wài),氯磺化聚乙烯橡膠(CSM)的一(yī)氧化鉛硫化體(tǐ)系存在嚴重的環保問題,可用無鉛硫化體(tǐ)系(如季戊四醇)代替,或在生(shēng)産中(zhōng)用氯化聚乙烯橡膠(CM)取代CSM。
② 取消膠管包鉛硫化工(gōng)藝
用包塑工(gōng)藝替代包TPX樹(shù)脂(聚-4-甲基-1-戊烯)、尼龍、聚丙烯或尼龍/聚丙烯。早在1972年,國際癌症研究中(zhōng)心(IARC)的專題論文集第1卷中(zhōng)就已确定鉛和鉛化合物(wù)的緻癌性,歐共體(tǐ)的兩個指令(67/548/EEC和76/769/EEC)也将鉛和鉛化合物(wù)劃入危險物(wù)質并規定了限制值。當時,歐洲的膠管生(shēng)産廠即将摒棄包鉛機組,而恰恰此時,我(wǒ)國膠管行業掀起了引進連續包鉛機組的熱潮,先後從歐洲引進多條生(shēng)産線,有些生(shēng)産線目前仍在運轉。而且當時電(diàn)纜行業也在推廣應用,并研制了國産包鉛機組。這是由于當時環保意識和信息的缺乏造成的決策失誤,要引以爲戒。
③ 使用環保粘合劑
某些橡膠/金屬熱硫化粘合劑(如開(kāi)姆洛克220、250、252)的組分(fēn)中(zhōng)含有鉛化合物(wù),會造成制品鉛超标。目前已開(kāi)發出英國西邦的cilbond 24C屬于符合國際原材料資(zī)料系統(IMDS)要求,不含鉛,無毒性溶劑型的高性能膠粘劑。用于各類橡膠與金屬,塑料及其他硬質基材之間的熱硫化粘接。
2. 溴類阻燃劑
按照歐盟有關指令,多溴聯苯(PBB)和多溴二苯醚(PBDE)屬于禁/限用之列。雖然因爲橡塑行業目前難以找到可代替十溴二苯醚的有效阻燃劑,消防部門也提出異議,歐盟委員(yuán)會于2005年10月13日通過決議,決定豁免“在聚合物(wù)應用中(zhōng)的十溴二苯醚”。這似乎暫時給予了十溴二苯醚的合法身份。但是,一(yī)些國外(wài)的電(diàn)氣電(diàn)子設備生(shēng)産商(shāng)至今仍堅持對“一(yī)溴“至”十溴“二苯醚的禁/限用。原因有二:限用五溴二苯醚和八溴二苯醚的指令EU-D-2003/11/EC)仍然有效,它們未被豁免;在十溴二苯醚的合成過程中(zhōng),帶有2%的副産品——八溴二苯醚和九溴二苯醚。
另一(yī)種常用的阻燃劑四溴雙酚A,歐盟也正在進行“危險評估”。
因此,開(kāi)發和應用無鹵阻燃劑特别是無溴阻燃劑,是橡膠助劑生(shēng)産廠和橡膠制品廠共同的迫切任務。
3. 多環芳烴
目前歐盟和其他國家限制的多環芳烴(PAHs)共有16種,首要的PAH便是衆所周知(zhī)的苯并(α)芘。近幾年,我(wǒ)國出口的電(diàn)氣電(diàn)子産品屢遭歐洲國家退貨,有些是與其中(zhōng)的橡塑制品PAHs超标有關。
在橡塑制品中(zhōng)檢出的PAHs究競是哪些原材料帶來的 這一(yī)直是困擾企業的一(yī)大(dà)難題,筆者雖着力查閱文獻資(zī)料,尚未能完全闡明,隻是初步認爲煤焦油和石油是可能的疑點,相應主要可疑原材料是炭黑和加工(gōng)油。
① 炭黑
炭黑的原料油主要有澄清油、乙烯焦油和煤焦油,我(wǒ)國的炭黑原料油主要是煤焦油。煤焦油是極其複雜(zá)的混合物(wù),主要組分(fēn)是芳烴化合物(wù)和雜(zá)環化合物(wù),有幾千種之多,從中(zhōng)分(fēn)離(lí)并經鑒定的就有500多種。對炭黑反應爐的各部位原料油反應的中(zhōng)間産物(wù)作色譜分(fēn)析,發現有多種PAHs存在,其中(zhōng)含量較多的幾種爲芘、苯并(a)芘、苯并(c)芘等。乙烯焦油也含有一(yī)定數量的PAHs。試驗表明,目前廣泛應用的國産油爐法炭黑,即使在膠料配方中(zhōng)用量不大(dà),也會使PAHs超标。
目前炭黑廠都沒有向橡膠制品廠提供PAHs含量的檢測報告或控制指标,這也是讓橡膠制品生(shēng)産企業十分(fēn)困惑的問題。
② 加工(gōng)油
橡膠加工(gōng)油包括芳烴油、石蠟油和環烷油。芳烴油因含有大(dà)量的PAHs而不能用于有環保要求的橡膠制品,這也限制了充高芳烴油的充油橡膠(如SBRl712等)的應用。雖然我(wǒ)們已開(kāi)發出較低PAHs含量的充油橡膠(如SBRl723),但它們所含的PAHs的種類和數量均未見報道,能否符合歐盟環保要求尚未可知(zhī)。石蠟油和環烷油中(zhōng),因産地和加工(gōng)工(gōng)藝不同,其PAHs的含量也大(dà)有差别。迄今爲止,筆者未見國内外(wài)生(shēng)産橡膠加工(gōng)油的企業出示的PAHs數據,難以對各種油品作出環保評價。
目前,我(wǒ)們對原材料中(zhōng)PAHs的來源尚很不明了,除炭黑和加工(gōng)油外(wài),可能還有其他許多使PAHs超标的原材料,需要加緊進行篩選、确定。否則,一(yī)旦歐盟對PAHs正式立法,我(wǒ)們将處于一(yī)個十分(fēn)難堪的局面。
4. 特定胺
歐盟指令2002/61/EC和生(shēng)态紡織品标準《Oeko-Tex-Standard 100》限制了危險物(wù)質偶氮染料的銷售和使用。所謂“特定胺”是指在特定(即還原)條件下(xià)從偶氮染料中(zhōng)分(fēn)解産生(shēng)的可緻癌的芳胺,共有24種。
偶氮染料主要涉及紡織品和皮革用的染料,但是現在采購方也要求檢測橡膠制品中(zhōng)的特定胺。分(fēn)析認爲,膠料中(zhōng)的某些有機顔科(着色劑),特别是偶氮類着色劑,可能含有這些特定胺,如大(dà)紅粉和金光紅、油溶燭紅、橡膠大(dà)紅LG等着色劑含有二氯聯苯胺。
鞋類産品要特别注意使用的布料和革料是否有禁用染料,現在已有300多種環保型染料可供選擇。
5. N-亞硝胺
某些具有仲胺結構的橡膠助劑與亞硝化劑(氮氧化物(wù)NOx)反應會生(shēng)成具有緻癌性的N-亞硝胺。德國法規TRGS552(1988年1月生(shēng)效)規定了禁用12種緻癌的N-亞硝胺,涉及多種目前國内廣泛應用的橡膠助劑。特别是歐盟發表的《未來化學品政策戰略白(bái)皮書(shū)》,将硫化劑DTDM和某些秋蘭姆類促進劑(如TMTD等)列入限期淘汰的化學品,不僅對橡膠制品生(shēng)産企業,而且對輪胎行業都有威脅。因此,我(wǒ)們應采用安全的環保型助劑,例如國内輪胎廠正在用促進劑NS替代NOBS。
注:BZ-二丁基二硫代氨基甲酸鋅;
CBBS-N-環己基-雙(2-苯并噻唑)次磺酰胺;
CBSA→CBBS;
CDD-二甲基二硫代氨基甲酸銅;
CKD-二乙基二硫代氨基甲酸镉;
CTP-N-環己基硫代鄰苯二甲酰亞胺;
CZ-N-環己基-2-苯并噻唑次磺酰胺;
DBZ→ZBEC;
DCBZ→DZ;
DIBS-N,N-二異丙基-2-苯并噻唑次磺酰胺;
DPTI-六硫化雙五亞甲基秋蘭姆;
DTDC-二硫化-N,N′-二己内酰胺;
ESVE→CBSA;
EZ-二乙基二硫代氨基甲酸鋅;
IT-二硫化四異丁基秋蘭姆;
IU-一(yī)硫化四異丁基秋蘭姆;
IZ-二異丁基二硫代氨基甲酸鋅;
MDB-2-(4-嗎(ma)啡啉基二硫代)苯并噻唑;
NA-N-亞硝基二苯胺;
NOBS-N-氧聯二亞乙基-1-苯并噻唑次磺酰胺;
NS-N-叔丁基-2-苯并噻唑次磺酰胺;
OTOS-N-氧聯二亞乙基硫代氨基甲酰-N′-氧聯二亞乙基次磺酰胺;
OTTBS-N-氧聯二亞乙基硫代氨基甲酰-N′-叔丁基次磺酰胺;
OTTOS→OTTBS;
PPD-N-五亞甲基二硫代氨基甲酸哌啶;
PVI+CTP;
PX-乙基苯基二硫代氨基甲酸鋅;
PZ-二甲基二硫代氨基甲酸鋅;
SDC-二乙基二硫代氨基甲酸鈉;
TATD-烷基化三亞乙基四胺二硫化秋蘭姆;
TBSI-N-叔丁基-2-雙苯并噻唑次璜酰胺;
TBBS→NS;
TBTD-二硫化四丁基秋蘭姆;
TBzTD-二硫化四苄基秋蘭姆;
TETD-二硫化四乙基秋蘭姆;
TL-二乙基二硫代氨基甲酸碲;
TMTD-二硫化四甲基秋蘭姆;
TMTM-一(yī)硫化四甲基秋蘭姆;
TTCU-二甲基二硫代氨基甲酸銅;
TTDM-三硫化二嗎(ma)啡啉;
TTTE-二甲基二硫代氨基甲酸鐵;
ZBDC-ZBEC;
ZBEC-二苄基二硫代氨基甲酸鋅;
ZDBC→BZ;
ZDC→EZ;
ZDEC→EZ;
ZDMC→PZ;
ZDTP-二烷基二硫代磷酸鋅;
ZEPC→PX;
ZMPC-甲基苯基二硫代氨基甲酸鋅;
ZP-亞戊基二硫代氨基甲酸鋅
——文章來源: 橡膠技術網
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