橡胶(轮胎、胶带、胶管、密封件)的硫化(交联)需要在硫化剂(硫磺、过氧化物)和硫化活性剂(氧化锌、硬脂酸、氧化镁、氧化钙)的共同作用下完成。氧化锌(ZnO)是应用最广的硫化活性剂(与硬脂酸形成硬脂酸锌,促进硫磺与橡胶分子链的交联),每100份橡胶(重量份)添加3-5份氧化锌。活性氧化锌(比表面积大、粒径细)的硫化活性更高,可减少用量(2-3份)。生石灰在活性氧化锌生产中用作沉淀剂(将锌盐转化为氢氧化锌),是间接法(锌盐-石灰沉淀-煅烧)制备活性氧化锌的关键辅料。此外,生石灰经纳米化后可直接作为纳米氧化钙(吸酸剂)用于氯丁橡胶、氟橡胶的硫化。没有石灰,活性氧化锌的生产成本将大幅提高(采用纯碱沉淀Na₂CO₃、烧碱沉淀NaOH成本高)。
活性氧化锌(ZnO)的“石灰沉淀-煅烧”生产工艺:锌原料(锌灰、锌渣、锌焙砂,含Zn 50%-80%,ZnO 10%-30%,ZnCO₃ 5%-20%,Pb、Cd、Fe等杂质)用稀硫酸(10%-20% H₂SO₄)或盐酸(15%-20% HCl)溶解(80-90℃,2-4小时),过滤,滤液(含ZnSO₄ 100-200g/L,杂质Fe²⁺、Fe³⁺、Cu²⁺、Cd²⁺、Pb²⁺)进入净化段(加锌粉置换除Cu、Cd,加双氧水(H₂O₂)氧化Fe²⁺为Fe³⁺,加石灰乳调pH至5.0-5.5沉淀Fe(OH)₃)。净化后的硫酸锌溶液(ZnSO₄,Zn 80-120g/L,杂质<10ppm)泵入沉淀釜,在搅拌下加入石灰乳(10%-20% Ca(OH)₂),控制pH7.0-8.0(50-60℃),生成Zn(OH)₂(或碱式碳酸锌)沉淀:ZnSO₄ + Ca(OH)₂ → Zn(OH)₂↓ + CaSO₄↓。沉淀浆料经过滤(板框压滤),滤饼(Zn(OH)₂、CaSO₄)用清水洗涤(去除Ca²⁺、SO₄²⁻),洗涤后的滤饼(Zn(OH)₂含量60%-80%)送入回转窑(或马弗炉、闪蒸干燥机),在500-700℃下煅烧1-2小时:Zn(OH)₂ → ZnO + H₂O↑。煅烧产物经粉碎(气流磨或球磨)、过筛(325目),得到活性氧化锌(ZnO≥98%,比表面积10-50m²/g,粒径0.1-1.0μm)。石灰沉淀法的优点:石灰廉价(沉淀剂成本为纯碱的1/3-1/2),沉淀物(Zn(OH)₂)易于过滤洗涤(相比ZnCO₃(碱式碳酸锌)),煅烧温度低(Zn(OH)₂ 500-600℃,碱式碳酸锌600-700℃)。缺点是:沉淀物中含有CaSO₄(石膏),需多次洗涤去除(否则产品中钙含量高(CaO>0.5%),影响橡胶硫化活性(CaO吸收硬脂酸,降低氧化锌的活性))。工业上采用“石灰-纯碱联合沉淀”:先用石灰中和至pH5.0-5.5(沉淀Fe³⁺、Al³⁺),滤液用纯碱(Na₂CO₃)沉淀锌(生成碱式碳酸锌),煅烧得氧化锌(钙含量低,CaO<0.1%)。但纯碱成本高。

硬脂酸锌(橡胶润滑剂、脱模剂、硫化活性助剂)的生产:硬脂酸(C₁₇H₃₅COOH)与氧化锌(或氢氧化锌、石灰乳)在熔融状态下皂化(120-150℃),生成硬脂酸锌和水。若用石灰乳(Ca(OH)₂)替代氧化锌,则生成硬脂酸钙(橡胶增塑剂、脱模剂),不是硬脂酸锌。因此,石灰在硬脂酸锌生产中仅用于中和游离酸(调节pH),不直接参与皂化(避免生成硬脂酸钙杂质)。某些低档硬脂酸锌(填充型)会掺入硬脂酸钙(降低成本),石灰(通过Ca(OH)₂)是硬脂酸钙的原料。
纳米氧化钙(纳米CaO,粒径50-200nm)用作氯丁橡胶(CR,Chloroprene Rubber)和氟橡胶(FKM,Fluoroelastomer)的硫化活性剂和吸酸剂(吸收硫化过程中产生的HCl、HF),防止酸催化橡胶降解。纳米氧化钙的制备:将高纯生石灰(CaO≥98%,Fe<0.05%,Mg<0.5%)用高能球磨(行星磨、搅拌磨)或气流粉碎(蒸汽气流磨)粉碎至纳米级(D50(中位粒径)≤200nm),再用硅烷偶联剂(或脂肪酸)进行表面改性(疏水化),防止团聚,提高在橡胶中的分散性。纳米氧化钙的吸酸活性高于微米级氧化钙(比表面积大),用量可减少50%-70%(每100份橡胶添加1-2份)。纳米氧化钙还用于轮胎气密层(丁基橡胶)和硫化胶囊(丁基橡胶)的吸酸剂(吸收硫化产生的卤化氢)。

生石灰在轮胎(橡胶)硫化活性剂生产中的应用,是“钙-锌-镁”活性剂体系的组成部分。橡胶配方师常论:“氧化锌活性需高比面,石灰沉淀制备不难;纳米氧化钙吸酸好,氯丁氟胶防焦烧。”——生石灰为橡胶硫化活性剂提供低成本、高性能的制备路径。