Исследование влияния технологических добавок на пласто-эластические, вулканизационные характеристики резиновых смесей и физико-механические показатели вулканизатов
Бабич Оксана Дмитриевна, преподаватель специальных дисциплин;
Савельева Екатерина Александровна, студент
Поволжский колледж технологий и менеджмента (г. Балаково)
Целевые добавки, которые при добавлении к резиновым смесям в небольших количествах, улучшают их технологические свойства – называются технологическими добавками.
Ингредиенты, улучшающие перерабатываемость резиновых смесей, давно использовались в резиновой промышленности. Однако, оказывая положительное действие натехнологические свойства смесей, они отрицательно влияют на эксплуатационные характеристики резин.
Для решения этих проблем и используются нетрадиционные вещества -технологические добавки, позволяющие направленно регулировать технологические свойства резиновых смесей. За рубежом такие добавки широко применяются. Добавки позволяют не только направленно регулировать свойства готовой продукции и улучшить переработку полимерных композиций, но и повысить срок службы и атмосферостойкость изделий, получать изделия с декоративной поверхностью, имитирующей природные материалы, улучшить адгезионную связь с армирующими материалами.
Технологические добавки должны удовлетворять комплексу требований: хорошо совмещаться с эластомерами и наполнителями; оказывать положительное влияние на текучесть смесей; положительно влиять на вулканизационные свойства смесей; сопротивляться воздействию света и озона, и легко вводиться в смесь; независимость действия от температуры смешения или шприцевания; автоматически дозироваться.
Механизм действия технологических добавок зависит от их совместимости с полимером. По совместимости с полимером технологические добавки можно разделить на три основные группы:
1) ограниченно совместимые с каучуком вещества. Технологические добавки выдавливаются на поверхность резиновой смеси и играют роль внешней смазки на поверхности резина-металл;
2) средне совместимые с каучуком вещества. Ниже критической концентрации добавка действует как "внутренняя смазка" между элементарными объемами, участвующими в процессе течения. При концентрации выше критической добавка этого типа действует по первому механизму;
3) хорошо совместимые с каучуком вещества. Добавки этого типа не мигрируют к поверхности раздела и действуют как модификатор вязкости всей массы системы по одному из нижеприведенных механизмов:
- межмолекулярный уменьшает взаимодействие между макромолекулами полимеров;
- внутримолекулярный - способствует набуханию макромолекулы и её ''смягчению".
По химической природе технологические добавки классифицируются на:жирные кислоты и их производные (соли и эфиры), эмульсионные пластификаторы, высококипящие полигликоли, смолы (смоляные кислоты и их производные).
В резиновой промышленности, в основном за рубежом, применяются производные жирных кислот (ПЖК) полифункционального действия. При смешении каучуков с такими добавками образуются композиции, применение которых позволяет в сильной степени изменить свойства, как резиновых смесей, так и полученных из них резин. Возможность использования полифункциональных добавок связана с их химическим строением, агрегатным состоянием и влиянием на структуру эластомерных композиций. Правильный подбор и введение добавок в резиновую смесь может облегчать ее переработку (эффект пластификации), изменять клейкость, когезионную прочность, параметры вулканизации и многие другие характеристики. В зависимости от химического строения и количества полифункциональных добавок существенно изменяются и свойства резин, полученных из таких композиций (эластичность, морозостойкость и теплостойкость, прочность, динамические и усталостные характеристики, твердость и сопротивление истиранию и т.д.).
Среди них выделяют шесть основных типов:
1) аддукты полиэтиленоксида (ПЭО) и полипропиленоксида (ППО) с амидами жирных кислот;
2) маслорастворимые мыла;
3) водорастворимые мыла;
4) нитрилы жирных кислот;
5) четвертичные соединения;
6) серосодержащие производные жирных кислот.
ПЖК этих типов применяют при полимеризации каучуков, вулканизации резиновых смесей и регенерации старых резин в качестве эмульгаторов, ПАВ, диспергаторов, мягчителей, пластификаторов, пептизаторов, вулканизующих веществ, активаторов, антиоксидантов, антиозонантов, антискорчингов, регуляторов молекулярной массы, добавок для повышения адгезии.
В состав резиновых смесей могут входить и фактисы - продукты реакции смешивания растительных и животных масел с серой (5-10 мас.ч. на 100 мас.ч. каучука). Они облегчают введение большого количества наполнителей и улучшают стабильность размеров экструдированных заготовок.
Влияние добавки на пластичность и вязкость смеси незначительно, при этом значительно улучшается шприцуемость смесей. Резины без стеариновой кислоты и твердых мягчителей, содержащие Диспактол М, характеризуются пониженными гистерезисными потерями и повышенной износостойкостью.
Изучение эффективности пластификатора - диспергатора эмульфина К показало, что с его добавлением улучшаются технологические свойства резиновых смесей: шприцуемость, каландруемость, литьевые свойства и др. при сохранении прочностных свойств вулканизатов. Эмульфин К представляет собой композицию, состоящую из полиэтиленгликолевого (ПЭГ-400) эфира стеариновой кислоты - 40 %, парафина - 32 % и каолина - 28 %. Способствует снижению вязкости по Муни резиновых смесей. Способствует лучшему диспергированию наполнителя и других ингредиентов, снижает прилипание смесей к вальцам, увеличивает скорость шприцевания резиновых смесей. Эмульфин КС — синтетическая жирная кислота фракции С17-С20 и многоатомных спиртов (глицерина и полиэтиленгликоля). По комплексу пластоэластических, прочностных свойств, тепло- и морозостойкости резины с эмульфином-КС аналогичны резинам с эмульфином-К, что позволит высвободить стеариновую кислоту (пищевое сырье), применяемую для технических целей.
При взаимодействии высших карбоновых (жирных) кислот со спиртами образуются эфиры, широко применяемые при производстве резин, пластмасс, лаков и красок. Эфиры ЖКТМ отличаются хорошей смачивающей способностью и совместимостью с большинством пленкообразующих веществ, в том числе с водными эмульсиями, латексами. Пентаэритритовые эфиры талового масла имеют ряд преимуществ по сравнению с глицериновыми (большая вязкость и т.д.).
Эфиры алифатических карбоновых кислот широко применяются для получения резин с повышенной морозостойкостью. Наибольшее распространение получили эфиры адипиновой и себациновой кислот и одноатомных спиртов (от н-бутилового до изодецилового).
Самым эффективным пластификатором, значительно повышающим морозостойкость резин, является дибутилсебацинат (ДБС). Он хорошо совмещается с каучуками и пластмассами, имеет низкие вязкость, летучесть, высокую стойкость к экстрагированию водой, мылами и моющими средствами. ДБС склонен к экстрагированию углеводородами, что исключает возможность его применения в изделиях, контактирующими с такими средами. Он применяется для изготовления резин на основе хлоропренового и бутадиен-нитрильного каучуков с морозостойкостью до -60°С.
Для улучшения технологических свойств резиновых смесей при смешении, вальцевании, экструзии разработан продукт РА-1109, представляющий собой смесь эфиров органических кислот с парафином и мелом (карбонат кальция). Введение продукта в резиновую смесь способствует снижению вязкости по Муни, понижению гистерезисных потерь, повышению динамического модуля, повышению степени диспергирования технического углерода, что улучшает динамические свойства. Введение вместо РА-1109 каждого из компонентов дает худшие результаты. Оптимальная дозировка — 3 мас. ч.
Перспективным направлением в области разработки новых целевых добавок является их синтез на основе синтетических жирных монокарбоновых кислот (СЖК) разного фракционного состава, полученных в крупнотоннажном масштабе при окислении парафиновых углеводородов нефти. На базе СЖК фракции С5-С9 и диэтиленгликоля был создан новый пластификатор, названный «эфир Л3-7». Важной особенностью пластификатора эфира ЛЗ-7 является небольшое по сравнению с другими сложноэфирными пластификаторами изменение его вязкости с температурой. Эффективность повышения морозостойкости резин на основе полярных каучуков при введении сложноэфирного пластификатора тем больше, чем меньше возрастает его вязкость с понижением температуры. Это согласуется с результатами испытания конкретных резин с эфиром ЛЗ-7, из которых следует, что по влиянию на морозостойкость резин эфир ЛЗ-7 значительно превосходит дибутилфталат и приближается к дибутилсебацинату.
Следует отметить, что ассортимент смесевых продуктов в качестве технологических добавок постоянно возрастает. Зарубежные фирмы предлагают их для улучшения технологических свойств СК общего назначения (StrukturolHT 204), для улучшения экструзии и активации вулканизации (StrakturolHT 266) и другие.
В настоящее время в резиновой промышленности, в основном за рубежом, широко используются продукты растительного и животного происхождения в качестве ингредиентов различного назначения. Эти продукты - надежный, возобновляемый в больших количествах, недорогой, нетоксичный источник сырья.
Показана эффективность компонентов полифункционального действия полученных из сопутствующих продуктов производств растительных жиров в качестве целевых добавок резиновых смесей.
