Резиновая смесь на основе ненасыщенного карбоцепного каучука

Резиновая смесь на основе ненасыщенного карбоцепного каучука

Реферат

Изобретение относится к резиновой промышленности, в частности к составу резиновой смеси на основе гомополимера в виде ненасыщенного карбоцепного каучука, и может быть использовано для изготовления резинотехнических изделий в различных отраслях промышленности.

Известна резиновая смесь на основе ненасыщенного карбоцепного каучука, включающая вулканизующую группу, наполнитель, оксид цинка и стеарин технический и противостаритель [патент РФ 2009152 С1, 15.03.1994], выбранная в качестве прототипа.

Недостатками данной резиновой смеси являются малая эффективность противостарителя в качестве замедлителя преждевременной вулканизации резиновых смесей.

Известна резиновая смесь на основе ненасыщенного карбоцепного каучука, включающая вулканизующую группу, наполнитель, оксид цинка и стеарин технический [см. Корнев А.Е. Технология эластомерных материалов: Учеб. для вузов / Корнев А.Е., Буканов А.М., Шевердяев О.Н. - М.: «Эксим», 2000. - 288 с.стр.28-34].

В данной резиновой смеси в качестве замедлителя преждевременной вулканизации используют N-нитрозодифениламин, который не является стабилизатором окисления, т.е. не защищает каучуки и вулканизаты резиновых смесей от окисления. Его также нельзя применять для изготовления светлых изделий, так как он вызывает сравнительно сильное окрашивание резин. N-нитрозодифениламин при изготовлении резиновых смесей может разлагаться, что приводит к получению пористых вулканизатов.

Перед разработчиками была поставлена задача: создать резиновую смесь, в том числе светлую, обеспечивающую вулканизатам высокую стойкость к окислению, а также обладающую высокой стойкостью к преждевременной вулканизации в процессе изготовления. В качестве добавок необходимо использовать доступные ингредиенты резиновых смесей, обеспечивающие расширение сырьевой базы резиновой промышленности.

Цель изобретения - повышение стойкости вулканизатов резиновых смесей к окислению.

Цель достигается путем использования резиновой смеси на основе ненасыщенного карбоцепного каучука, включающей вулканизующую группу, наполнитель, оксид цинка, стеарин технический, стабилизатор окисления и замедлитель преждевременной вулканизации, отличающейся тем, что в качестве ненасыщенного карбоцепного каучука она содержит натуральный или бутадиен-метилстирольный каучук, в качестве вулканизующей группы - серу и тиурам или серу, каптакс и дифенилгуанидин, в качестве наполнителя - технический углерод или мел, в качестве стабилизатора окисления и замедлителя преждевременной вулканизации - имид 2-сульфобензойной кислоты при следующем соотношении компонентов резиновой смеси, мас.ч.: ненасыщенный карбоцепной каучук 100,0; вулканизующая группа 2,4-4,0; наполнитель 40,0-50,0; оксид цинка 5,0-30,0; стеарин технический 1,0-1,5; имид 2-сульфобензойной кислоты 0,5-2,0.

Введение имида 2-сульфобензойной кислоты в резиновую смесь на основе ненасыщенного карбоцепного каучука повышает стойкость вулканизатов, в том числе светлых, к окислению, кроме того, снижает скорость преждевременной вулканизации резиновых смесей.

Имид 2-сульфобензойной кислоты известен как сульфобензимид или сахарин.

По предлагаемому решению была изготовлена резиновая смесь на основе ненасыщенного карбоцепного каучука, включающая вулканизующую группу, наполнитель, оксид цинка, стеарин технический, стабилизатор окисления и замедлитель преждевременной вулканизации, при этом в качестве стабилизатора окисления и замедлителя преждевременной вулканизации в резиновую смесь вводят имид 2-сульфобензойной кислоты.

В качестве ненасыщенного карбоцепного каучука используют бутадиенметилстирольный каучук или натуральный каучук.

В качестве вулканизующей группы используют серу и тиурам или серу, каптакс и дифенилгуанидин в определенных соотношениях.

В качестве наполнителя используют технический углерод П514 или мел технический.

Пример 1. На вальцах обычным способом готовят резиновую смесь, в которой в качестве ненасыщенного карбоцепного каучука используют бутадиенметилстирольный каучук или натуральный каучук. Состав смесей приведен в табл.1, смесь 1 - по прототипу, смеси 2-14 - по предлагаемому техническому решению.

Определение способности к преждевременной вулканизации производили на сдвиговом ротационном вискозиметре типа Муни в соответствии с ГОСТ 10722-76, для резиновых смесей определялись время начала преждевременной вулканизации (τ₅) и скорость преждевременной вулканизации (Δτ).

Смеси 1-2 вулканизовали при температуре 143°С в течение 30 минут, смеси 3-14 в течение 10 минут. Физико-механические свойства определяли в соответствии с ГОСТ 270-75.

Испытание резин на ускоренное тепловое старение в воздушной среде проводили в соответствии с ГОСТ 9.0224-74 при температуре 125°С в течение 24 часов для резин 1-8 и при температуре 100°С в течение 24 часов для резин 9-14.

Свойства резиновых смесей и вулканизатов приведены в табл.2.

Таблица 1
Состав резиновых смесей
Ингредиент	Состав, мас.ч.
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14
Каучук СКМС-30 АРКМ-15	95,0	95,0	100,0	100,0	100,0	100,0	100,0	100,0	-	-	-	-	-	-
Каучук СКД	5,0	5,0	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
Каучук натуральный	-	-	-	-	-	-	-	-	100,0	100,0	100,0	100,0	100,0	100,0
Стеарин технический	1,5	1,5	1,5	1,5	1,5	1,5	1,5	1,5	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0
Оксид цинка	5,0	5,0	5,0	5,0	5,0	5,0	5,0	5,0	30,0	30,0	30,0	30,0	30,0	30,0
Технический углерод П514	85,0	85,0	50,0	50,0	50,0	50,0	50,0	50,0	-	-	-	-	-	-
Мел технический	-	-	-	-	-	-	-	-	40,0	40,0	40,0	40,0	40,0	40,0
Тиурам	-	-	-	-	-	-	-	-	0,4	0,4	0,4	0,4	0,4	0,4
Каптакс	1,5	1,5	1,5	1,5	1,5	1,5	1,5	1,5	-	-	-	-	-	-
Дифенилгуанидин	0,5	0,5	0,5	0,5	0,5	0,5	0,5	0,5	-	-	-	-		-
Сера	2,0	2,0	2,0	2,0	2,0	2,0	2,0	2,0	2,0	2,0	2,0	2,0	2,0	2,0
N-нитрозодифениламин	0,5	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
Парафин	2,0	2,0	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
Ионол	1,0	-	1,5	-	-	-	-	-	1,5	-	-	-	-	-
Имид 2-сульфобензойной кислоты	-	1,5	-	0,2	0,5	1,0	2,0	3,0	-	0,2	0,5	1,0	2,0	3,0

Таблица 2
Свойства резиновых смесей и вулканизатов
Показатель	Смесь
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14
Стойкость к подвулканизации при 130°С, мин	τ5	11,0	12,0	6,0	6,0	9,0	10,0	13,5	23,0	-	-	-	-	-	-
	Δτ	7,5	7,5	2,5	1,5	2,5	4,5	4,5	5,0	-	-	-	-	-	-
Стойкость к подвулканизации при 110°С, мин	τ5	-	-	-	-	-	-	-	-	17,0	17,0	19,0	21,0	25,0	43,0
	Δτ	-	-	-	-	-	-	-	-	2,0	2,0	3,0	4,0	6,0	6,0
Напряжение при удлинении 100%, МПа	5,1	3,9	3,6	3,7	3,4	3,4	3,1	Смесь не вулканизовалась	0,6	0,6	0,7	0,6	0,5	Смесь не вулканизовалась
Напряжение при удлинении 300%, МПа	-	-	16,7	16,4	15,3	15,6	13,9	1,9	1,8	2,0	1,9	1,7
Условная прочность при растяжении, МПа	14,5	12,2	18,6	18,2	18,9	17,8	17,3	11,3	11,2	11,9	11,8	11,5
Относительное удлинение при разрыве, %	210	250	380	390	480	480	490	660	650	660	660	670
Остаточное удлинение, %	5	10	14	14	14	14	15	26	32	30	30	33
Коэффициент теплового старения по прочности при 100°С в течение 24 ч.	-	-	-	-	-	-	-	0,58	0,62	0,59	0,55	0,56
Коэффициент теплового старения по прочности при 125°С в течение 24 ч.	0,20	0,05	0,14	0,17	0,06	0,06	0,05	-	-	-	-	-

По данным табл.2 видно, что предлагаемые резиновые смеси более стойки к преждевременной вулканизации, а вулканизаты на их основе более стойки к ускоренному тепловому старению, чем известные.

Вводить предлагаемую добавку менее 0,5 мас.ч. на 100 мас.ч. каучука нецелесообразно, так как у резиновых смесей с меньшей дозировкой предлагаемой добавки нет преимуществ по сравнению с известными. Вводить предлагаемую добавку более 2,0 мас.ч. на 100 мас.ч. каучука нецелесообразно, так как резиновые смеси с большей дозировкой не вулканизуются.

Пример 2. На вальцах обычным способом в каучук СКМС-30 АРК вводят имид 2-сульфобензойной кислоты. Параллельно готовят смесь с известным стабилизатором ионолом. Добавки стабилизаторов вводят в количестве 1 мас.ч. на 100 мас.ч. каучука.

Эффективность добавки в качестве стабилизатора оценивают по смещению экзотермического пика дифференциального термического анализа (ДТА) в сторону больших температур. Исследования проводят на дериватографе типа Паулик-Паулик-Эрдей при скорости нагрева 10°С в минуту. Результаты исследования приведены в табл.3.

Таблица 3
Температура, соответствующая экзотермическому пику на кривой ДТА
Каучук	Без добавки	Добавка
Ионол (известная)	Имид 2-сульфобензойной кислоты (предлагаемая)
СКМС-30 АРК	172	191	196

По данным табл.3 видно, что введение предлагаемой добавки в каучук приводит к более значительному смещению экзотермического пика в сторону больших температур, чем известной, следовательно, предлагаемая добавка более эффективна в качестве стабилизатора, чем известная.

Таким образом, в решении использован доступный ингредиент резиновых смесей, обеспечивающий расширение сырьевой базы резиновой промышленности, введение которого в резиновую смесь придает вулканизатам высокую стойкость к окислению и обеспечивает высокую стойкость резиновой смеси к преждевременной вулканизации в процессе изготовления.

Резиновая смесь на основе ненасыщенного карбоцепного каучука, включающая вулканизующую группу, наполнитель, оксид цинка, стеарин технический, стабилизатор окисления и замедлитель преждевременной вулканизации, отличающаяся тем, что в качестве ненасыщенного карбоцепного каучука она содержит натуральный или бутадиен-метилстирольный каучук, в качестве вулканизующей группы - серу и тиурам или серу, каптакс и дифенилгуанидин, в качестве наполнителя - технический углерод или мел, в качестве стабилизатора окисления и замедлителя преждевременной вулканизации - имид 2-сульфобензойной кислоты при следующем соотношении компонентов резиновой смеси, мас.ч.:

ненасыщенный карбоцепной каучук	100
вулканизующая группа	2,4-4,0
наполнитель	40-50
оксид цинка	5-30
стеарин технический	1,0-1,5
имид 2-сульфобензойной кислоты	0,5-2,0