Short review devoted to prediction of phase morphologies of heterogeneous polymer blends with the aim of the development of novel composite polymeric materials. The works discussed are performed mainly at the department of chemistry and physics of polymers and polymeric materials.Целью настоящей работы было изучение влияния различных технологических добавок на свойства резиновых смесей на основе растворного бутадиен-стирольного каучука в системах с разными типами наполнителей, выбор наиболее эффективных добавок, обеспечивающих сочетание хороших технологических и физико-механических свойств эластомерных материалов

A. Bukanov M.

D. Sitnikova V.

А. Буканов М.

Д. Ситникова В.

Russian

D. V. Sitnikova

A. M. Bukanov

Д. В. Ситникова

А. М. Буканов

Fine Chemical Technologies (E-Journal) / Тонкие химические технологии

Вестник МИТХТ, 2010, т. 6, № 5  143К 300-ЛЕТИЮ М.В. ЛОМОНОСОВА УДК 678.4 ВЛИЯНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ДОБАВОК НА СВОЙСТВА РЕЗИН НА ОСНОВЕ  РАСТВОРНОГО БУТАДИЕН-СТИРОЛЬНОГО КАУЧУКАД.В. Ситникова, аспирант, А.М. Буканов, профессор  кафедры Химии и технологии переработки эластомеров им. Ф.Ф. Кошелева  МИТХТ им. М.В. Ломоносова e-mail: darsit@rambler.ru  К  елью настоящей работы было изучение влияния различных технологических добавок на свойства резиновых смесей  на основе растворного бутадиен-стирольного каучука в системах с разными типами наполнителей, выбор наиболее эффективных добавок, обеспечивающих сочетание хороших технологических и физико-механических свойств эластомерных материалов. Short review devoted to prediction of phase morphologies of heterogeneous polymer blends with the aim of the development of novel composite polymeric materials. The works discussed are performed mainly at the department of chemistry and physics of polymers and polymeric materials. Ключевые слова: технологически активные добавки, ТАД, бутадиен-стирольный каучук, перерабатываемость.  Key words: processing additives, styrene-butadiene rubber, processability.  Введение  Проблемы смешения и перерабатываемости резиновых смесей за всю историю резиновой про-мышленности были и остаются предметом пос-тоянного интереса. В современной технологии изготовления резины для решения указанных проблем широко используются технологически активные добавки (ТАД). С середины ХХ века технологические добавки выделились в  самостоя-тельную группу ингредиентов резиновых смесей, и им отведено существенное место в рецеп-туростроении наряду с полимерами, наполни-телями, вулканизующей и стабилизирующей группами [1]. В резиновых смесях технологические активные добавки могут выполнять функции молекулярных и структурных пластификаторов, диспергаторов и гомогенизаторов ингредиентов, вторичных акти-ваторов. В наибольшей степени этим требованиям отвечают жирные и смоляные кислоты, эфиры и соли растительных и жирных кислот и неионо-генные поверхностно-активные вещества На сегодняшний день на рынке ТАД предс-тавлены в основном иностранными компаниями, что в свою очередь означает достаточно высокие цены. В качестве таких продуктов используются: «Struktol» (смесь цинковых солей ненасыщенных жирных кислот), «Ultra-lube» (смесь амидов, эфи-ров и солей металлов), «Ultra-flow» (цинковые соли жирных кислот). Из отечественных марок наиболее широко распространены: «Цинол» (смесь цинковых, кальциевых солей жирных и смоляных кислот), «Технол» (смесь цинковой соли жирной кислоты и простого олигоэфира), «Диспактол» (композиция стеарата цинка с синтетической жирной кислотой), «Оксанол» (смесь полиэфиров синтетических спиртов) [2]. В настоящее время бутадиен-стирольные каучуки растворной полимеризации позицио-нируются как основные каучуки для протекторных резин легковых шин, которые в сочетании с другими новыми рецептурно-технологическими решениями обеспечивают наиболее благоприятное сочетание потребительских характеристик лег-ковых шин: потерь на качение, сцепления с дорож-ным покрытием и износостойкости [1]. Раствор-ные каучуки экологически более чистые по сравнению с эмульсионными: в составе раствор-ного каучука содержится не более 1%  некаучу-ковых компонентов, в то время как эмульсионные каучуки имеют до 7%  примесей эмульгаторов [3] в виде жирных или смоляных кислот, которые остаются при выделении каучука.  Для формирования комплексного подхода к производству и применению технологических добавок полифункционального действия, в том числе в растворных бутадиен-стирольных каучу-ках, важно знать влияние каждого компонента такой добавки. Целью настоящей работы было изучение влияния различных технологических добавок на свойства резиновых смесей  на основе растворного бутадиен-стирольного каучука в системах с разными типами наполнителей.   Объекты и методы исследования  Исследованы добавки: стеариновая кислота (St), олеиновая кислота (Ol), этаноламид стеариновой кислоты (StA), этаноламид олеиновой кислоты (OlA), стеарат цинка (ZnSt2), олеат цинка (ZnOl2). Влияние технологических добавок изучали в резиновых смесях на основе ДССК 2545, в одном случае, наполненных 60 масс.ч технического углерода марки N-339, во втором случае, напол-ненных 55 масс.ч. кремнекислотного наполнителя – Zeosil 1165. Технологические добавки вводились в количестве от 1 до 7.5 масс.ч. на 100 масс.ч. кау-чука. Резиновые смеси изготавливались в лабораторном резиносмесителе со свободным объемом 100 см3; вулканизация резиновых смесей проводилась в прессе с электрическим индукцион-ным обогревом при температуре 155оС. Оценка технологических свойств осуществлялась на анализаторе технологического процесса RPA2000 (динамический реометр), физико-механические свойства определялись согласно стандартным методам.   Результаты и их обсуждение  Вязкость резиновой смеси измерялась на приборе RPA 2000 при 100оС, скорости сдвига Ц Вестник МИТХТ, 2011, т. 6, № 5  1441.5с-1. Как и ожидалось, введение технологических добавок приводит к уменьшению вязкости рези-новых смесей, причем, в смесях, наполненных техническим углеродом, все добавки, кроме олеата цинка, оказались эффективнее стеариновой кислоты. В тоже время в смесях с кремнекислотным наполнителем введение добавок также обеспечиает  снижение вязкости резиновых смесей, однако наиболее эффективными являются стеариновая кислота и этаноламиды жирных кислот.  При изучении кинетики вулканизации уста-новлено, что в смесях, наполненных техническим углеродом, значительно понизился индукционный период вулканизации при введении амидов жирных кислот. При введении стеариновой кис-лоты и солей жирных кислот индукционный период увеличивается. В смесях, наполненных коллоидной кремнекислотой, наоборот, четко прослеживается тенденция увеличения индук-ционного периода вулканизации с увеличением содержания добавки для всех типов ТАД, что соответствует литературными данным [1]. Полученные результаты позволяют предположить, что в условиях производства использование данных добавок даст возможность снизить риски подвулканизации резиновых смесей.                                            а) ТУ N 339                                                         б) Zeosil 1165 Рис. 1. Зависимость вязкости резиновых смесей на основе ДССК 2545 от содержания ТАД:  1 – St, 2 – StA, 3 – Ol, 4 – OlA, 5 – ZnSt2, 6 – ZnOl2.  Таблица 1. Физико-механические свойства резин, наполненных технических углеродом,  с различными технологическими добавками. Добавка Показатель Без ТАД St StA Ol OlA ZnSt2 ZnOl2 Условное напряжение, МПа при удлинении 100 %1 масс.ч.  5.1  4.6  5.2  5.7  5.3  5.6 2.5 масс.ч. 5.5 4.7 4.7 5.5 5.5 5.7 5 масс.ч. 5.7 4.6 5.1 4.5 5.7 5.4 7.5 масс.ч.  5.0 5.6 4.2 4.6 2.8 5.7 3.9 Условная прочность при растяжении, МПа 1 масс.ч.  23.3  21.8  23.2  22.7  23.1  23.9 2.5 масс.ч. 23.8 22.3 20.9 23.4 23.4 23.5 5 масс.ч. 22.0 23.0 22.1 20.4 23.1 22.0                            7.5 масс.ч. 26.0 20.6 20.0 21.4 20.5 19.7 20.2 Относительное удлинение при разрыве, % 1 масс.ч.  319  378  339  303  318  328 2.5 масс.ч. 308 358 328 313 311 313 5 масс.ч. 275 347 312 336 300 322                               7.5 масс.ч.   363 265 297 309 398 257 284 Остаточное удлинение, % 1 масс.ч.  9  11  13  11  9  11 2.5 масс.ч. 10 13 12 10 10 10 5 масс.ч. 10 13 9 13 11 9                           7.5 масс.ч.  10 10 12 9 13 10 9 Тангенс угла механических потерь  tgδ  1 масс.ч. 0.205 0.197 0.194 0.202 0.179 0.192 2.5 масс.ч. 0.181 0.199 0.204 0.188 0.174 0.186 5 масс.ч. 0.194 0.216 0.180 0.206 0.176 0.181                            7.5 масс.ч. 0.193 0.192 0.217 0.184 0.206 0.185 0.182  Вестник МИТХТ, 2010, т. 6, № 5  145Можно видеть, что в саженаполненных смесях ТАД оказывают большее влияние на снижение вязкос-ти, чем смесях с кремнекислотным наполнителем. Анализ влияния добавок в смесях, наполнен-ных техническим углеродом, на физико-механи-ческие показатели резин (табл. 1) показал, что напряжение при удлинении 100% меняется в пределах ошибки при введении добавки до 5 масс.ч., условная прочность при растяжении уменьшается тем больше, чем больше содержание добавки в резиновой смеси. В смесях, наполненных коллоидной кремне-кислотой (табл. 2), условное напряжение при удлинении 100% уменьшается при введении ТАД, наименьшим образом этот показатель изменяется при введении этаноламида стеариновой кислоты и солей жирных кислот. Относительное удлинение при разрыве  при введении добавки возрастает до 35% по сравнению со смесями, не содержащими добавки. Условная прочность при растяжении возрастает при введении производных олеиновой кислоты, а также стеарата цинка.  Таблица 2. Физико-механические свойства резин, наполненных коллоидной кремнекислотой,  с различными технологическими добавками. Добавка Показатель Без ТАД St StA Ol OlA ZnSt2 ZnOl2 Условное напряжение, МПа при удлинении 100% 2 масс.ч. 4.3 4.7 4.0 4.3 4.6 4.8 4 масс.ч. 3.7 4.2 3.3 3.5 3.9 3.5 6 масс.ч. 4.8 4.0 4.3 4.2 4.1 3.9 3.5 Условная прочность при растяжении, МПа 2 масс.ч. 21.6 20.4 24.4 25.7 23.0 25.1 4 масс.ч. 22 21.4 23.7 24.9 23.6 24.4 6 масс.ч. 23.3 20.8 21.1 23.3 20.3 22.9 21.2 Относительное удлинение при разрыве, % 2 масс.ч. 319 275 402 435 325 360 4 масс.ч. 333 316 410 433 358 364 6 масс.ч. 295 330 311 378 333 346 370 Остаточное удлинение , % 2 масс.ч. 11 8 14 17 11 14 4 масс.ч. 14 12 14 16 11 12 6 масс.ч. 10 14 10 13 10 10 12 Тангенс угла механических потерь  tg δ  2 масс.ч. 0.179 0.164 0.184 0.166 0.165 0.173 4 масс.ч. 0.164 0.148 0.190 0.168 0.164 0.178 6 масс.ч. 0.172 0.144 0.145 0.205 0.170 0.152 0.180    Сравнивая влияние добавок на физико-механические показатели резин в смесях с наполнителями разной природы можно отметить незначительное влияние добавок в случае саженаполненных смесей и некоторое улучшение показателей прочности и напряжения при введении отдельных добавок в смеси с кремнекислотным наполнителем. Оценка гистерезисных свойств проводилась с помощью прибора RPA 2000 при температуре 60○С, частоте 10 Гц и деформации 10%. Для смесей с техническим углеродом снижение зна-чения тангенса угла механических потерь наблюдается при введении цинковых солей стеариновой и олеиновой кислот. В смесях же с кремнекислотой показатель tgδ также уменьшается при введении цинковых мыл, а кроме этого, производных стеариновой кислоты (этаноламид стеариновой кислоты, стеариновая кислота).  Заключение Согласно исследованию комплекса техноло-гических и упруго-прочностных свойств эласто-мерных материалов установлено различное пове-дение добавок в резиновых смесях на основе ДССК, наполненных разными типами наполнителей, что, вероятно, связано в первую очередь с различием природы и поверхности полярного кремнекислот-ного наполнителя и неполярного технического углерода. Установлено, что в резиновых смесях с техническим углеродом наиболее эффективны добавки стеарата и олеата цинка, в то время как в смесях с кремнекислотным наполнителем – добав-ки этаноламида стеариновой кислоты и стеарата цинка. Дальнейший интерес представляет изуче-ние влияния комбинаций указанных соединений с целью установления возможного синергического эффекта на свойства резин и вулканизатов, а также проверка действия данных добавок на динами-ческие и другие свойства резин. ЛИТЕРАТУРА: 1. Гришин Б.С. Материалы резиновой промышленности (инф.-аналит. база данных): в 2 ч. – Казань: КГТУ, 2010. Ч. 1. 506 с. 2. Карманова О.В. Технологические активные добавки на основе сопутствующих продуктов производства растительного масла // Каучук и резина. 2009. № 5. С. 18–21. 3. Осошник И.А. Производство резиновых технических изделий. – Воронеж: ВГТА, 2007. 972 с.  

Влияние технологических добавок на свойства резин на основе  растворного бутадиен-стирольного каучука

https://www.finechem-mirea.ru/jour/article/download/803/849

Влияние технологических добавок на свойства резин на основе растворного бутадиен-стирольного каучука

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Fine Chemical Technologies (E-Journal) / Тонкие химические технологии