徐 辉，李文博

（青岛科技大学 高分子科学与工程学院，山东 青岛 266042）

目前，市场上销售的橡胶制品，如汽车轮胎、胶管和输送带等难以降解回收，而其含有的有机填料在焚烧或高温裂解时会释放出有毒气体。因此，对废旧橡胶进行回收再利用既经济又环保，引起了社会的广泛关注。关于将废旧胶粉作为填料与橡胶或热塑性塑料共混或用于改性混凝土和沥青的研究已有报道[1]，包括废旧胶粉对天然橡胶或丁苯橡胶等加工性能、硫化性能和物理性能的影响[2-3]。本工作在前人研究的基础上，将废旧三元乙丙橡胶（EPDM）胶粉作为填料与氯化聚乙烯橡胶（CM）共混发泡，研究废旧EPDM胶粉改性对共混发泡材料性能的影响。

1 实验

1.1 主要原材料

废旧EPDM胶粉，粒径0.165 mm，江苏美亚塑胶科技有限公司产品；CM，牌号135B，青岛海晶化工集团有限公司产品；活化剂420，山东新东岳再生资源科技有限公司产品；发泡剂AC，潍坊亚星化学股份有限公司产品；交联剂DCP，上海高桥石化精细化工有限公司产品；增塑剂DOP，济南创世化工有限公司产品。

1.2 配方

CM 100，氧化锌 2.8，硬脂酸锌 5.6，复合铅盐 2，增塑剂DOP 28，发泡剂AC 5.6，交联剂DCP 3.5，废旧EPDM胶粉（或改性废旧EPDM胶粉） 变量。

1.3 主要设备和仪器

X（S）K-160B型两辊开炼机，上海双翼橡塑机械有限公司产品；XLB型平板硫化机，青岛亚东橡机有限公司产品；UR-2030型发泡硫化特性仪，优肯科技有限公司产品；EKT-2000M型门尼粘度仪，晔中科技股份有限公司产品；GT-AJ7000S电子拉力机，中国台湾高铁科技有限公司产品；LX-C型橡塑微孔硬度计，上海六菱仪器厂产品；GTXB320M型密度计，高铁检测仪器（东莞）有限公司产品。

1.4 试样制备

1.4.1 废旧EPDM胶粉的活化改性

将100份废旧EPDM胶粉置于50 ℃烘箱内干燥2 h，再与1份活化剂420、10份增塑剂DOP在转矩流变仪中剪切，温度为180 ℃，转速为40 r·min-1，时间为15 min，得到改性废旧EPDM胶粉（通风停放48 h后方可使用）。

1.4.2 CM/废旧EPDM胶粉共混发泡材料制备

将100份的CM粉料与2份复合铅盐稳定剂在两辊开炼机上塑炼，温度为80～100 ℃；再按照配方加料，每次加料后薄通5～6次，最后调节辊距下片，停放16 h后进行门尼粘度和硫化发泡曲线的测定。采用跳模发泡法发泡，压力为10 MPa，共混发泡材料停放72 h后待用。

1.5 性能测试

胶料各项性能按相应国家标准进行测试。

2 结果与讨论

2.1 门尼粘度

表1示出了改性前后废旧EPDM胶粉用量对CM/废旧EPDM胶粉共混发泡材料门尼粘度[ML（1＋4）100 ℃]的影响。

表1 废旧EPDM胶粉用量对共混发泡材料门尼粘度的影响

从表1可以看出，未加入胶粉的共混发泡材料门尼粘度最小，随着废旧EPDM胶粉用量的增大，共混发泡材料的门尼粘度随之增大。这是由于废旧EPDM胶粉中的分子链高度聚集、缠结紧密，致使胶粉与CM基体间出现空位体积，当CM受到吸留作用时阻碍了大分子链的运动，从而导致门尼粘度增大[4]。通过线性拟合，可以得出共混发泡材料的门尼粘度和胶粉质量分数相关性的二次方程：

式中M

f—— 含有胶粉的共混发泡材料的门尼粘度；

Mg—— 不添加胶粉的CM发泡材料的门尼粘度；

w——胶粉的质量分数。

从表1还可以看出，是否对废旧EPDM胶粉进行活化改性对共混发泡材料的门尼粘度影响不大，这是因为在100 ℃下，脱硫胶粉与CM基体间未发生化学反应，主要以物理吸附作用为主。

2.2 硫化特性

表2示出了改性前后废旧EPDM胶粉用量对CM/废旧EPDM胶粉共混发泡材料硫化特性的影响。

表2 废旧EPDM胶粉用量对共混发泡材料硫化特性的影响

从表2可以看出：随着废旧EPDM胶粉用量的增大，共混发泡材料的ML不断升高，与门尼粘度的变化趋势相同；MH则先降低后升高；t90呈延长趋势，这是由于废旧EPDM胶粉作为填料分散在CM基体中，胶粉表面各种含氧基团会导致其表面呈酸性，对硫化有一定阻碍作用；且少量的硫化剂在硫化过程中会向胶粉内部迁移，影响硫化效率[5]。共混发泡材料的tm变化趋势与t90一致，呈增大趋势，表明硫化速率与发泡速率相匹配，发泡工艺条件合理。

从表2还可以看出，废旧EPDM胶粉改性后，共混发泡材料的MH－ML值有所增大，这是因为改性废旧EPDM胶粉表面的活化官能团与CM基体发生了化学反应，从而使得交联密度有所增大。随着改性废旧EPDM胶粉用量的增大，共混发泡材料的t90延长。这可能是因为活化剂420诱导胶粉表面生成新的自由基，交联密度的增大需要更长的反应时间，也可能是因为改性胶粉内残留的活化剂420影响了交联速度。废旧EPDM胶粉的改性对共混发泡材料的tm影响不大，但CM/改性废旧EPDM胶粉共混发泡材料的t90和tm更接近，表明硫化发泡速率匹配得更好。

2.3 发泡和物理性能

表3示出了改性前后废旧EPDM胶粉用量对CM/废旧EPDM胶粉共混发泡材料发泡和物理性能的影响。

表3 废旧EPDM胶粉用量对共混发泡材料发泡和物理性能的影响

从表3可以看出，随着废旧EPDM胶粉用量的增大，共混发泡材料的发泡收缩率不断减小，发泡倍率则先增大后减小。这是由于在发泡过程中，废旧EPDM胶粉作为填料本身并未发泡，也不会收缩，因此胶粉用量越大，发泡收缩率越小；少量废旧EPDM胶粉（20份以内）分散在CM基体当中却可以起到发泡成核点的作用，有助于发泡剂AC的释放，增大了发泡倍率，而随着废旧EPDM胶粉用量的增大，CM所占比例减小，发泡倍率随之减小。

此外，随着废旧EPDM胶粉用量的增大，共混发泡材料的邵尔C型硬度越来越低，拉伸强度先提高后降低。这是因为硬度的大小由发泡材料的孔壁厚度决定，随着废旧EPDM胶粉用量的增大，孔壁越来越薄，硬度越来越低。废旧EPDM胶粉用量为10份时，拉伸强度最高，用量为30份时拉断伸长率最高，但用量超过40份时急剧下降。这是因为少量的废旧EPDM胶粉对CM基体有补强的作用，而废旧EPDM胶粉用量进一步增大后既减小了孔壁厚度，又破坏了基体的海相结构，导致物理性能急剧下降。

压缩强度测试结果表明，随着废旧EPDM胶粉用量的增大，共混发泡材料在压缩率为25%和40%时的压缩强度均呈减小趋势，这也是受到共混发泡材料孔壁变薄的影响。然而，当废旧EPDM胶粉用量大于30份后再进一步增大用量，压缩率为40%时的压缩强度变化不大，表明大变形情况下，除CM基体承受部分压力之外，废旧EPDM胶粉也承受了一定压力。

从表3还可以看出，改性废旧EPDM胶粉可以明显改善共混发泡材料的发泡收缩率，增强泡孔的稳定性，但发泡倍率稍有减小。这是因为改性废旧EPDM表面部分交联键发生断裂产生新的自由基，在发泡硫化的过程中，胶粉表面与基体也产生了交联，同时界面间的相容性增大，使整个泡体和交联网络结构更均匀，因此收缩率降低[6]。

2.4 泡孔结构

图1和2分别示出了CM/废旧EPDM胶粉和CM/改性废旧EPDM胶粉共混发泡材料的显微镜照片。

对比图1和2可知，CM/废旧EPDM胶粉共混发泡材料有少量的破孔和穿孔现象，而CM/改性废旧EPDM胶粉共混发泡材料泡孔均匀密实，没有破孔和穿孔现象。

图1 CM/废旧EPDM胶粉共混发泡材料显微镜照片

与CM/废旧EPDM胶粉共混发泡材料相比，胶粉用量较小（30份以内）时，CM/改性废旧EPDM胶粉共混发泡材料的发泡倍率变化不大；但随着胶粉用量的增大，CM/改性废旧EPDM胶粉共混发泡材料的发泡倍率降低，胶粉用量为60份时，CM/改性废旧EPDM胶粉共混发泡材料的泡孔结构更密实也更完整。这可能是因为改性废旧EPDM胶粉表面与基体间的化学作用束缚了其周围CM基体的自由膨胀，影响了发泡倍率。

图2 CM/改性废旧EPDM胶粉共混发泡材料显微镜照片

此外，CM/改性废旧EPDM胶粉共混发泡材料的物理性能得到改善，如硬度、拉伸强度、拉断伸长率和压缩强度都有所提高。这说明胶粉与CM基体间界面的粘接强度、泡孔结构的均匀完整性以及孔壁的厚度、尺寸的稳定性都是发泡制品性能优良与否的决定性因素，同时也体现了本试验方法的可行性和研究价值。

3 结论

将废旧EPDM胶粉与CM共混发泡，并采用活化剂420等对废旧EPDM胶粉进行活化改性，考察废旧EPDM胶粉改性对共混发泡材料的影响。结果表明：随着废旧EPDM胶粉用量的增大，共混发泡材料的门尼粘度增大，邵尔C型硬度减小，发泡倍率先增大后减小，发泡收缩率减小；废旧EPDM胶粉改性后，共混发泡材料的门尼粘度变化不大，MH－ML值增大，发泡倍率略有减小，但物理性能和发泡收缩率改善，硬度、拉伸强度、拉断伸长率和压缩强度都有所提高，泡孔结构更密实、更完整。将废旧EPDM胶粉与CM共混发泡为废旧胶粉再回收利用提供了一种新途径。