Модификатор резин и резиновая смесь на его основе

Модификатор резин и резиновая смесь на его основе

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области производства модификаторов для резиновых смесей и резинотехнических изделий на их основе.

Известно применение в качестве модификатора (наполнителя) для резины повышенной износостойкости (в частности, применяемой для изготовления шин) углеродной сажи [например, патент ЕР N 0159469, кл. В60С 1/00, 1985 г., ЕР N 0224184, кл. В60С 1/00, 1987 г.]. Добавление углеродной сажи в процессе вулканизации приводит к усилению каучуков, т.е. повышению прочности, износостойкости резины, т.к. частицы активных саж, соединяясь с каучуком, образуют дополнительную сетку, пронизывающую всю массу каучука в различных направлениях, т.е. сажа входит в пространственную сетку полимера. Однако прочность и износостойкость резины с наполнителем в виде углеродной сажи не отвечает современным требованиям.

Известен наполнитель для эластомеров на основе фуллерена [патент ЕР N 0716044, кл. С01В 31/02, 1996 г.], которым является амино- или гидроксифуллерен, например С₆₀(ОН)_х. При этом молекулы мономера или каучука связываются между собой молекулами фуллерена. Каучуки и резины, полученные с использованием указанного наполнителя, также не обладают достаточными прочностными свойствами, т.к. фуллерены не образуют достаточное количество связей в различных направлениях.

В качестве прототипа был выбран патент РФ №2151781 [Петрик Виктор Иванович, опубл. 27.06.2000]. Изобретение относится к области производства резин, синтетических каучуков и других эластомеров. Наполнитель для каучуков, резин и других эластомеров состоит из смеси фуллеренов и углеродной смеси, изготовленной из графита, обработанного хромовой кислотой при соотношении массы графита к массе кислоты от 1:0,3 путем резистивного нагрева, причем углеродная смесь составляет 80-95 мас. % наполнителя, фуллерены - остальное. Однако такой модификатор создает сложности в диспергировании и дальнейшем изготовлении готового изделия на основе полученной резиновой смеси.

Технической задачей настоящего изобретения является разработка комплексного модификатора для производства резиновых смесей и резинотехнических изделий на их основе с улучшенным комплексом физико-химических свойств. Для получения модификатора использовали следующие компоненты при соотношении, мас.%:

Смесь фуллеренов фракции С50-С92	0,033-0,094
Индолил-3-маслянная кислота	0,163-0,469
Метилбензол	31,269-32,616
Диметилкетон	62,569-65,232
Серная кислота	1,631-4,690
Параформ	0,326-0,938

К дополнительному взаимодействию в процессе вулканизации и, как правило, к усилению вулканизатов приводит использование в процессе вулканизации наполнителей. Использование разрабатываемого модификатора приводит к сшиванию цепей макромолекул в эластомерах молекулами фуллеренов и к образованию дополнительных поперечных связей. При этом появляется возможность снизить содержание вулканизующего агента.

Техническая задача изобретения решается тем, что модификатор на основе смеси углеродных фуллеренов для РТИ синтезируется следующим образом:

- на первом этапе смешиваются растворы индолил-3-масляной или индолилуксусной кислот и параформа в диметилкетоне и смеси фуллеренов фракции С₅₀-С₉₂ в метилбензоле,

- указанная смесь растворов подогревается при постоянном перемешивании до температуры проведения реакции в диапазоне температур 58-60°C. Синтез проводится при постоянном возврате растворителей через обратный холодильник, охлаждаемый проточной водой до начала снижения температуры реакционной среды ниже указанного интервала,

- далее по каплям в реакционную смесь добавляется катализатор (концентрированная серная кислота плотностью 1,84 г/см³) до полного прекращения выделения газов из реакционной смеси. Окончание реакции сопровождается изменением цвета системы и образованием темно-красной непрозрачной устойчивой коллоидной системы смеси продуктов синтеза.

Для осуществления синтеза были подготовлены три состава реагентов, что представлено в таблице 1.

Выход продуктов синтеза определяли по величине коэффициента пропускания видимого света полученного цветного раствора при помощи однолучевого спектрофотометра КФК-ЗКМ в фотометрическом диапазоне измерения. При длине волны видимого света равной 620 нм эта величина составила 11,25%; 9,22%; 10,56% соответственно для составов №1, №2 и №3. Минимальное значение величины коэффициента пропускания соответствует наибольшей степени конверсии исходных веществ, что наблюдалось при осуществлении реакции с соотношением реагентов по составу №2.

Для получения модификатора образующаяся в результате реакции смесь продуктов синтеза соединяется с наполнителем в массовом соотношении 10:100 путем механического перемешивания, где в качестве наполнителя используется волластонит при следующем соотношении, мас.%:

Смесь фуллеренов фракции С50-С92	0,003-0,009
Производные индола	0,016-0,047
Метилбензол	3,262-3,127
Диметилкетон	6,523-6,257
Серная кислота	0,163-0,469
Параформ	0,033-0,094
Волластонит	90-90,185

Примеры состава модификаторов представлены в таблице 2.

Исходя из величины степени конверсии продуктов синтеза оптимальными свойствами обладает модификатор, соответствующий составу №2. На основе полученного модификатора была изготовлена резиновая смесь, которая состояла из тройного этилен-пропилен-диенового каучука (СКЭПТ), масла вазелинового, окиси цинка, кислоты олеиновой, волластонита, пероксимона F40, разработанного модификатора и пигмента фталоцианинового при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:

Каучук СКЭПТ	59,269-65,959
Масло вазелиновое	3,958-4,742
Окись цинка	1,979-2,963
Кислота олеиновая	1,319-2,371
Волластонит	26,383-29,635
Пероксимон F40	0,329-0,889
Модификатор	0,007-0,012
Пигмент фталоцианиновый	0,067-0,119

Способ приготовления резиновой смеси осуществляется следующим образом. На технических весах взвешивают каучук и остальные ингредиенты. На технических весах взвешивают каучук и остальные ингредиенты. На предварительно подогретых до 50±5°C вальцах вальцуют каучук, затем последовательно добавляют ингредиенты; смесь готовят в течение 20 минут и снимают в виде листа при температуре не выше 100°C; полученный резиновый лист охлаждают на воздухе до 30°C и перестилают чистой прокладкой.

Использование в рецептуре разработанного модификатора позволяет получить резиновую смесь с высокими физико-механическими показателями вулканизатов. Разработанная резиновая смесь на основе модификатора обладает хорошими технологическими свойствами, легко перерабатывается на существующем оборудовании, готовые изделия будут отличаться высокой стойкостью к кислородному старению, улучшенными физико-химическими показателями.

В качестве примеров в таблице 3 представлены составы резиновых смесей на основе полученных модификаторов.

Готовые резиновые смеси анализировали и определили: условная прочность при растяжении, относительное удлинение при разрыве (ГОСТ 21751), твердость (ГОСТ 263-75), эластичность по отскоку (ГОСТ 27110-86). Данные анализа представлены в таблице 4.

Как следует из данных таблицы 4, оптимальными свойствами обладает резиновая смесь, изготовленная по примеру 2, с применением модификатора состава №2 в количестве 0,009 мас.%. Предложенная резиновая смесь обладает наилучшими показателями и позволяет улучшить эксплуатационные свойства готового резинотехнического изделия на ее основе.

1. Модификатор для резин, характеризующийся продуктом взаимодействия фуллеренов фракции С₅₀-С₉₂, индолил-3-маслянной кислоты, метилбензола, диметилкетона, серной кислоты, параформа и волластонита в качестве наполнителя при следующем соотношении компонентов, мас.%:

смесь фуллереновая фракции С50-С92	0,003-0,009
индолил-3-масляная кислота	0,016-0,047
метилбензол	3,262-3,127
диметилкетон	6,523-6,257
серная кислота	0,163-0,469
параформ	0,033-0,094
волластонит	90,0-90,185

2. Резиновая смесь на основе каучука СКЭПТ, включающая масло вазелиновое, окись цинка, кислоту олеиновую, волластонит, пероксимон F40, модификатор, изготовленный по п. 1, пигмент фталоцианиновый при следующем соотношении компонентов, мас.%:

каучук СКЭПТ	59,269-65,959
масло вазелиновое	3,958-4,742
окись цинка	1,979-2,963
кислота олеиновая	1,319-2,371
волластонит	26,383-29,635
пероксимон F40	0,329-0,889
модификатор	0,007-0,012
пигмент фталоцианиновый	0,067-0,119