二烷基二硫代磷酸锌发展现状与趋势.pdf

无亚硝胺烷基二硫代磷酸锌促进剂发展现状与前景一、背景随着科技和经济的突飞猛进的发展进步，人们对生活品质要求也越来越高，绿色环保思想理念逐步深入人心，各项各业也逐步向着这方面前进其中化工生产及化工产品与人们的生活息息相关，“绿色化工”被人们高度关注绿色化工是八十年代欧美发达国家提出的一个新概念，来源于“最佳环境保护、绿色目标”汽车的出行安全和乘坐舒适性被推向高峰浪潮 法国 Michelin 公司率先推出“绿色轮胎” ，车辆配用这种轮胎，不仅能大大节省染料油， 而且显著减少废气排放量，对保护环境的贡献有很大作用这与生产轮胎用的橡胶助剂有直接相关， 也就是所谓的“绿色助剂” ，主要含义是助剂生产和使用过程中不会对环境产生污染，对人体不会产生毒害，安全环保橡胶助剂大体分为硫化、防护、 加工及填充补强等四大体系其中在轮胎高温生产加工过程中有道橡胶助剂会产生有毒有害的物质，其中亚硝胺致癌问题是被人们关注的重中之重，在四十年代末的英国就发生了因防老剂D 致癌事件，为此这家橡胶助剂公司关门倒闭能产生亚硝胺的橡胶助剂有很多种类，如防老剂甲、秋兰姆类的TMTD、氨基甲酸盐类的BZ、二苯胍类的DPG 以及次磺酰胺类的NOBS等。

产生亚硝胺的原因是橡胶助剂分子结构中含有仲胺结构基团，消除产生亚硝胺的途径有两种，第一种是改变分子结构，将小分子结构更换成大分子结构， 如 TMTD 分子结构中的二甲胺基由于分子量小，容易产生亚硝胺致癌物质，经过调整分子结构基团，更换成二苄胺基团结构，生成 TBzTD就不会产生亚硝胺致癌物质了如将 NOBS分子结构中的吗啉基团更换成叔丁胺基团变成了NS或 TBSI ，也不会产生亚硝胺致癌物质了，所以，NOBS 已经命令禁止使用；第二种就是使用另外无安全不一样的物质，如用烷基苯酚二硫化物替代TMTD 用于硫化丁基胶，完全消除了亚硝胺的影响今天我们说的烷基二硫代磷酸锌盐最早它是作为润滑油中抗氧剂使用，因其分子结构中没有能产生致癌的基团，促正逐步被开发利用到轮胎生产当中来，进剂就一种新型硫化促进剂白炭黑、硅烷偶联剂加DPG 的胎面配方对轮胎产品在低滚动阻力、抗湿滑和耐磨性方有着较好作用， 因此被巨形胎、载重胎及乘用胎广泛应用，这些年产量一直比较稳定可喜的是，近些年来橡胶轮胎及助剂的科技工作者对替代DPG 的绿色环保助剂进行了卓有成效的研究，其中烷基二硫代磷酸锌盐成为DPG的最佳助剂替代产品二、现状1、烷基二硫代磷酸盐结构及分类根据金属离子不同分为烷基二硫代磷酸碱金属盐、烷基二硫代磷酸锌、烷基二硫代磷酸钙、烷基二硫代磷酸稀土金属盐等，另外一种特殊的是烷基二硫代磷酸胺。

根据烷基取代基不同分为芳胺基二硫代磷酸锌ZADTP和烃烷基二硫代磷酸盐ZDDP 根据成盐酸碱性不同，可分为碱式ZDDP和中性 ZDDP ， 其实，碱性和中性没有绝对之分，所谓碱性 ZDDP只是分子含有羟基含量在50%以上， 中性 ZDDP分子中的羟基含量在20%-30%而烷基中又有伯仲及长、短碳链之分， 它们因碳链长短不同、 结构不同而具备不同性能特点目前，我国有中性辛丁基硫磷酸锌盐、中性辛基硫磷酸锌盐和不同烷基硫磷酸锌盐、其中中性硫磷酸锌盐抗氧性能更好2、生产工艺现状2.1 ZDDP生产工艺现状磷酸化反应根据美国专利报道，在此过程中把五硫化二磷溶解在惰性烃类溶剂中（轻质矿物油） 成为浆状， 然后慢慢加入脂肪醇或烷基醇，在 50-150℃惰性气体保护环境中反应3-5 小时， 醇与五硫化二磷物质的量比为4.1-4.5:1，等到不再产生硫化氢气体后，在惰性气体中用挥发性溶剂（醇）蒸发提馏，然后过滤未反应的杂质即可得到2.2 皂化反应将锌的氧化物或氢氧化物和惰性溶剂加入反应器中搅拌成浆状，然后再加入DDP，在100℃左右的惰性环境中反应10 小时， 锌化合物与DDP的物质的量比为1.05-1.25：2，生成的水通过惰性气体蒸发除去，过滤、沉降除杂即可得到ZDDP。

2.2 ZADTP 2.3 在橡胶中使用的产品硫代磷酸盐类是德国拜尔公司于1997 年前后率先在橡胶行业中当作作安全、环保的促进剂使用目前在橡胶轮胎和制品行业中使用的烷基二硫代磷酸盐的产品基本有二-正丁基二硫代磷酸锌（ZBTP或 ZBPD ） ，辛，丁 -基二硫代磷酸锌（ZDTP或 ZDDP） ，二烷基芳胺基二硫代磷酸锌（ ZADTP ）三大类，二 -辛基二硫代磷酸锌比较少见应用报道，也有报道稀土金属的二烷基二硫代磷酸盐应用报道其中商业化产品有莱茵化学（青岛）有限公司的TP/S 和ZDT/S 以及一些以姆胶粒形式出售的产品，如ZDDT-50、TP-50、ZADT-50（烷基硫代磷酸锌和活性剂）、 ADT-50（烷基二硫代磷酸胺）ZBOP-50、ZDT-50、ZAT-70（氨基二硫代磷酸锌）和 AP7/8， AP7/8 是烷基磷酸锌盐与秋兰姆或噻唑类等促进剂复配福莱克斯的VOCOL ZBPD ，有液体和 75%二氧化硅吸附的粉末两种形式的产品出售在网上销售的产品能够查得到CAS号的烷基二硫代磷酸锌盐促进剂有四种物质，一种CAS号为 68649-42-3 的 ZDDP （辛，丁基-二硫代磷酸锌） ，一种 CAS号为 6990-43-8 的 ZBPD （二 -丁基二硫代磷酸锌） ，一种 CAS号为28629-66-5 的 ZDDP（二 -异辛基二硫代磷酸锌） ，最后一种CAS号为 4563-56-8（二（ O,O）-二（十二烷基）二硫代磷酸锌）。

这物质要么是液体形式出售，为了使用方便，要么是以二氧化硅吸附后的粉末出售在橡胶中使用有二-丁基二硫代磷酸锌和辛，丁基二硫代磷酸锌两种产品 烷基硫代磷酸锌一般不单独使用，要与噻唑类、 秋兰姆类或次磺酰胺类促进作为副促进剂并用2.4 产品功能简介不管是二硫代磷酸盐还是二硫代膦酸盐，反应中心官能团为，其活性受与官能团相邻的原子和基团的影响，诸如金属离子的特性、烷烃取代基的大小及结构在二硫代磷酸盐化合物中，按金属离子对硫化速率的影响大小次序排列为：Co＞Ni＞ Zn＞Sn＞Pb＞K＞Ba，能生成螯合物金属离子的烷基硫代磷酸盐促进作用效率由于碱金属或碱土族金属樊晓娜等人研究了不同二辛基二硫代磷酸金属配合物对NR性能的影响，认为稀土配合物的正硫化时间介于锌配合物与钾配合物之间，但抗返原性能与锌配合物相当，但比钾配合物好林新花等人研究了二丁基二硫代磷酸稀土配合物的橡胶硫化促进系能的研究，并与锌配合物进行了对比，认为硫化活性与金属配体有关系，锌为 d 区过渡元素， 稀土元素与 d 区过渡元素的区别在于大多数稀土离子含有为充满的4f 电子，配位效应减弱，离子性增强， 促进活性更高；而在稀土元素当中，配位最稳定的物质不易离解出酸性配位体，所以促进剂活性强。

抗硫化返原性能与二烷基二硫代磷酸根含量的多少有关，二烷基二硫代磷酸锌是二配位体， 二烷基二硫代磷酸稀土为三配位体，其中的二烷基二硫代磷酸根含量相对较少， 故稀土配合物硫化胶的交联密度低于锌配位体的胶料，耐热老化力学性能优于锌配位体，因为稀土元素大量的空轨道具有很强的与游离基结合的能力，使得链式反应终止，从而有效抑制自动氧化的继续进行以芳香基取代烷基时导致橡胶交联度的下降，同时交联速率加快，在硫化活化阶段及硫化平坦阶段返原速率也增加林新花研究了烷基取代基对硫代磷酸镧促进NR 硫化的影响，得出以下结论：除辛基外，NR 胶料的硫化速率、交联密度和多硫键数量均随烷基取代基中烷链的增长而增大， 除异丙基外， NR 胶料的抗硫化返原率随烷链碳原子数量的增大而增大异丁基异辛基二硫代磷酸锌与其它有机促进剂并用时，胶料的大部份硫化特性及硫化胶的物理机械性能具有协同效应或半协同效应NR 胶料硫化返原程度与硫化期间放出的胺类物质有关，某些能释放胺类物质的促进剂会加速返原而二烷基二硫代磷酸锌在使用过程中不产生胺类物质，抗返原机理与Si69 一致，具有协同作用偶联剂SI69作为具有偶联作用的硫化剂，高温条件下不均匀裂解成又双（ 3- 三乙氧基甲硅烷基丙基）二硫化物和双（3- 三乙氧基甲硅烷基丙基）多硫化物所组成的混合物， 补偿了因硫化返原导致的交联密度下降，属于补偿型抗硫化返原助剂，通过抗硫化返原的复配应用，能够协同改善硫化胶的抗返原性和使用性能。

二烷基二硫代磷酸锌属于过氧化物分解型抗氧剂，可使氧化过程中产生的过氧基分解，是氧化反应终止，二辛基二硫代磷酸锌比丁基辛基二硫代磷酸锌的热稳定性好，与酚类或胺类抗氧剂具有协同作用所谓中性盐一般指产品PH 在 5.5-6 ，Zn/P在 1.08-1.12（理论值）；为提高ZDDP的高温稳定性能，研制出碱性B-ZDDP ，其特点是PH ＞6，Zn/P在 1.15-1.4，有较好的热稳定性及水解稳定性，配伍性能好 合成原料醇的结构和烷基大小对ZDDP 的性能显著实际使用以伯醇产品为主，性能较好，价格便宜；以低碳醇C3-5为原料生产ZDDP ，其产品单位重量重有效成分（PS）高热稳定性差，使用高C7-9时，单位重量有效成分少，热分解温度高，抗水解能力强，，因而一般以混合醇为原料生产ZDDP ZDDP 分解后的产物起到抗氧作用，因此ZDDP分解温度要有一定的范围，太高是不宜分解，太低是过早分解，芳烃 ZDDP热分解温度远比烷基的高，烷基ZDDP随着烷基碳链的增长，热稳定性增加，伯醇比仲醇好2.5、轮胎工业面临的严峻环境形势2.5.1 国外对中国轮胎因价格问题的制裁中国的轮胎工业水平相对发达国家的水平存在一定的差距，造成了轮胎使用性能达不到或不能完全达到国外的标准要求，加上国内同行业无序的盲目跟风扩张和恶意竞争，如价格战导致企业利润低下，为了在低价格下获得利润，使用低劣原材料生产地质低价产品，形成恶性循环， 这是一个重要的原因。

另外中国以前的劳动成本、原材料及其它因素，这也是中国轮胎价格低的另一原因要想改变这一不利的局面，必须从源头抓起，提高国内轮胎行业整体研发、 制造和应用科技水平，在同等水下提高国内外竞争力和附加值，不让国外找到技术壁垒来制裁中国轮胎的借口2015 年 6 月 12 日，美国商务部对中国产轮胎存在倾销和补贴行为的终裁，相关中国厂商将被征收14.35%至 87.99%的反倾销税和20.73%至 100.77%的反补贴税 作为中国轮胎的重要进口国，美国双反案这一结果将对国内轮胎行业带来巨大冲击 7 月 14 日，美国国际贸易委员会就从中国进口的乘用车及轻卡轮胎“双反”对美国产业是否造成实质性损害进行了投票，最终表决视为肯定行裁决至此， 中国轮胎行业已经先后遭到澳大利亚、巴西、秘鲁、埃及、阿根廷、土耳其、南非、墨西哥、印度和美国等10多个欧美和亚非国家发起的“ 双反 ” 调查2.5.2 轮胎生产和使用的安全环保随着科学技术的快速发展和经济水平提高，人们对汽车的乘坐舒适性、安全性及经济性 要求提高到了一个更高层次的水平，因此，世界各国特是发的国家更为重视欧盟于 2010 年 1 月 1 日开始实行新的轮胎环保法案，要求为了减少环境污染和对人体健康的危害， 将限制轮胎中多环芳烃（一种具有致癌性的橡胶软化添加剂）含量，规定轮胎中使用的多环芳烃含量应小于轮胎质量的0.1%(即 1000mg/kg) 。

目前，世界各国正在酝酿或已经实施轮胎标签法规欧盟和韩国已经实施强制性轮胎标签法规日本从2010 年开始实行了自愿的轮胎标签制度美国早在六年前就已经通过了包含轮胎标签规定的法律，目前行业团体和监管机构正对这一法律进行最后修改巴西正酝酿制定类似的轮胎标签法规欧盟将根据燃油消耗和湿滑路面抓地力，将轮胎分为A~G 七个等级： A 代表性能最高，G 代表性能最差另外，还将对轮胎的噪音排放进行分级韩国的新轮胎标签中，轮胎的滚 动阻力和湿滑路面抓地力将被分为1~5 五个等级日本的轮胎标签也将主要标示轮胎的滚动阻力和湿滑路面抓地力等级美国尚未做出具体决定，但很有可能会根据轮胎的燃油效率、牵引性能和胎面磨耗对轮胎进行分级这些标签法规。