CC BY
52
УДК 678.048
диспрактол ею - ингредиент, уменьшающий абразивный износ резин и защищающий их от старения
А.Ф. ПУЧКОВ, канд. тех. наук, доцент, М.П. СПИРИДОНОВА, канд. тех. наук, доцент, Волжский политехнический институт (филиал) ГБОУ ВПО Волгоградский государственный технический университет, (Россия, 404121, г. Волжский, ул. Энгельса, 42 а) С.Д. ТЕРЕХОВА, начальник тех. отдела Волжский научно-технический комплекс (филиал) ВолгГТУ, (Россия, 404103 , г. Волжский, Волгоградская область, ул. Александрова, 67) Н.А. ТРЕТЬЯКОВА, канд. тех. наук, зав. отделом, НТЦ «Прогресс», (Россия, 644018, г. Омск, ул. 5-Кордная, 4) Е.С. ОСИПОВА, магистрант Волжский политехнический институт (филиал) ГБОУ ВПО Волгоградский государственный технический университет, (Россия, 404121, г. Волжский, ул. Энгельса, 42 а)
Е-mail: [email protected] Анализируются данные производственной апробации комплексного соединения — диспрактола СК^1. Подтверждается синергизм в защитном действии противостарителей комплекса. Приведены данные термоокислительного старения резин и их абразивного износа.
Ключевые слова: противостаритель, старение резин, износ, вулканизация.
Название «диспрактолы» происходит от объединения сокращеных названий продуктов — диспергато-ров ингредиентов эластомерных композиций, проти-востарителей и активаторов процесса вулканизации. Не является исключением и диспрактол СО (ТУ), производимый ООО «Эластохим».
Насколько выражены у диспрактола СО вышеназванные свойства и в какой степени он может быть универсальным — задача настоящих исследований. Положительный опыт, полученный от использования диспрактола СКЛ [1], позволил расширить область его применения. Стало возможным его использование в резинах, как на основе каучуков общего, так и специального назначений. Из материалов [1] следует, что продукт представлен комплексной солью стеарата цинка, внутренняя сфера которой содержит е-капролактам и ^изопропил-^фенил-п-фени-лендиамин (IPPD). Два последних компонента комплекса способны проявлять синергизм в защитных
действиях при термоокислительном старении резин [2]. «Жирный» углеводородный остаток стерата цинка обеспечивает удовлетворительные товарные свойства продукту — он не пылит и не слеживается при хранении. Причём, последнее свойство заслуживает особого внимания, так как во избежание комкования многие лактамсодержащие комплексные соединения приходится капсулировать. В случае диспрактола СКЛ не только отпадает необходимость капсулирования, но и становится возможным без ущерба для сохранения товарных качеств усилить его функциональные свойства увеличением противостарительной группы на 1015%. В таком случае диспрактол СКЛ-1 [1] способен проявить дополнительные защитные функции, например, повысить сопротивление резин абразивному износу.
Ниже представлены результаты производственной апробации диспрактола СКЛ и диспрактола СКЛ-1 в резинах для производства рукавов на основе каучуков специального назначения — это смесь 1 и общего —
Таблица 1
Составы опытных резиновых смесей
Ингредиенты Содержание ингредиентов, мас.ч. на 100 мас.ч. каучука
Серийные Опытные
1 2 3 1 2 3
Каучук СКИ-3 — 35,00 70,00 — 35,00 70,00
Каучук СКД — 30,00 30,00 — 30,00 30,00
Каучук БНКС-18 АМН 50,00 — — 50,00 — —
Каучук ХПК S-40 50,00 — — 50,00 — —
Каучук НК 1RSS — 35,00 — — 35,00 —
Стеарин 1,00 3,00 2,00 — 2,00 —
IPPD 1,50 1,00 1,20 1,50 1,00 —
Ацетонанил Р 1,00 1,50 1,00 — — 1,00
Диспрактол СКЛ — — — — 2,00 2,00
Диспрактол СКЛ-1 — — — 2,00 — —
Таблица 2
Свойства вулканизатов
Вулканизаты смесей
Показатели Контрольные Опытные
1 2 3 1 2 3
Условная прочность при растяжении, МПа 12,7 18,3 20,3 13,2 19,6 20,6
Относительное удлинение при разрыве, % 260 350 520 280 340 470
Изменение показателей после термоокислительного старения, 24 ч х 100°С:
относительного удлинения при разрыве, % -13,2 -13,0 -26,9 0,19/-14,8 -11,4 -23,4
массы образца после воздействия СЖР-3,% (при норме от 0 до 15%) 4,1 8,0/7,5
Примечание. В знаменателе приведены данные с использованием CKJ-1.
смеси 2 и 3. Состав смесей приведён в табл. 1. В составах указаны только каучуки и ингредиенты, подлежащие замене.
В резиновых смесях была проведена частичная или полная замена одного из противостарителей и стеарина на диспрактол С^ — опытные составы 2 и 3, или на диспрактол СК^1 — опытный состав 1 (табл. 2).
В табл. 2 представлены свойства вулканизатов, их изменение при старении и набухании в углеводородной жидкой среде (СЖР-3). Для рукавных изделий приведены только значения нормируемых показателей. Прежде всего, можно отметить вполне удовлетворительные показатели свойств как исходных, так и состаренных резин на основе каучуков общего назначения, содержащих диспрактола СК^ Но необходимо указать также на небольшое отставание в защитных функциях диспрактола С^ от комбинации ацето-нанила с IPPD в случае его использования в резинах полярных каучуков — нитрильного (БНКС- 18АМН) и хлоропренового (ХПК^40). Однако, диспрактол СЮ-1, напротив, обеспечивает этим резинам вполне приемлемые свойства.
Таблица 3
Результаты абразивного износа вулканизатов
Не менее важны результаты испытаний протекторных резин, содержащих диспрактол СК^1, в условиях абразивного износа. Использовались резиновые смеси на основе СКИ-3: контрольная, содержащая на 100 мас.ч. каучука 1 мас.ч. IPPD (состав 26-1) и опытные — составы 26-2; 26-3 и 26-4, содержащие 1, 2 и 3 мас.ч. диспрактола СК^1 соответственно.
Данные, полученные поэтапным истиранием образцов на машине МИР-2, позволяют несколько дополнить механизм износа, принимая во внимание указанные выше и вполне определённые особенности физико-химических свойств диспрактола СК^1 (табл. 3).
Процесс абразивного износа рассматривается как отделение частиц резины от истираемого образца в результате «катастрофического» раздира поверхностных слоев острыми выступами контртела (в данном случае острыми гранями частиц абразива на шкурке, соответствующей ГОСТ 344-74) [3]. В этой же монографии [3, с. 234] конечный результат износа посредством скатывания представляют в виде скаток, отделяющихся от поверхности резинового образца. В случае испытания образцов на машине МИР-2 могут иметь место оба вида износа. На рисунке, изношенная резина представлена частицами анизотропной формы, близкой к форме скаток.
Вполне вероятно, что формирование скаток происходит за счёт микроблоков из надмолекулярных структур или отдельных макромолекул, между которыми существуют границы раздела самой разной «величины» и плотностью упаковки макромолекул в них. Можно представить, что не все граничные области в равной степени доступны для противостарителя и не все претерпевают структурные изменения под действием тепла и кислорода. Прежде всего, наиболее глубоких изменений следует ожидать в граничных областях с наименьшнй концентрацией противостарителя. В случае с IPPD, такие дислокации вполне вероятны. Как известно [4], его выкристаллизация на поверхности вулканизованных неполярных каучуков протекает крупными очагами. В таком случае, появление даже небольшого количества граничных областей, где концентрация противостарителя незначительна и вследствие этого, возможны глубокие изменения сетки пространственных связей, должно вызвать образование крупных скаток при истирании образца. Действительно, этот факт можно констатировать, сравнивая
Вулканизаты резиновых смесей Этапы Число оборотов, суммарное число оборотов Работа трения, Дж Показатель истираемости, а, м3/ТДж
1 400 9094 89
26-1 2 200,600 8672 101
3 400,1000 7195 105
4 400, 1400 6984 92
1 400 7722 90
26-2 2 200,600 5929 104
3 400,1000 7301 88
4 400, 1400 7300 77
1 400 7406 80
26-3 2 200,600 5929 95
3 400,1000 6984 76
4 400, 1400 6984 79
1 400 8461 89
26-4 2 200,600 6457 86
3 400,1000 6984 77
4 400, 1400 6984 85
скатки образцов с IPPD и диспрактолом CKJ-1 (см. рисунок). Количество золя в крупных скатках с IPPD, отобранных после начальных этапов испытаний (табл. 4, 600 оборотов диска) мало, по сравнению со скатками, содержащими диспрактол CKJ-1.
Таблица 4
Данные золь-гель анализа
Золь-гель анализ проводили с отобранными после испытаний скатками. Для этого их взвешивали с точностью до четвёртого знака, заливали 20 см3 толуола, оставляли на 5 сут, сливали толуол, а затем взвешивали до постоянной массы. Золь определяли по убыли экстрагируемой толуолом низкомолекулярной фракции.
Впрочем, для для образования крупных скаток затрачивается и относительно большая работа трения (см. табл. 3) Затем, по мере удаления от поверхности образца количесво золя в скатках с IPPD увеличивается (см. табл. 4) с одновременным уменьшением работы трения (см. табл. 3) или, косвенно, работы на формирование скаток. Эти факторы ещё раз свидетельствуют о том, что массив образца, в отличие от его поверхности, значительно обеднён IPPD.
Как следует из данных табл. 3, на первом этапе испытаний IPPD не уступает диспрактолу CKJ-1 в обеспечении резинам сопротивления износу. Практически для всех резин после 400 оборотов диска показатель истираемости (a) составляет порядка 80-90 м3/ТДж. Однако, продолжая истирание для резин, содержащих IPPD, можно наблюдать тенденцию к увеличению износа, а для резин с диспрактолом CKJ-1 — к уменьшению. Эти данные подтверждают высокую диффузионную активность IPPD, его весьма ограниченную растворимость в неполярных каучуках и, как результат, повышенную концентрацию в поверхностных слоях резин, где и наблюдается в начале испытаний наиболее существенное сопротивление абразивному износу. Напротив, можно предположить, что стерические затруднения препятствуют миграции исследуемого комплекса к поверхности образца. При этом, диспрактол CKJ, относительно равномерно распределяясь во всем объеме каучука, не приводит к снижению стойкости к абразивному износу резины во всех ее слоях, если эти слои в достаточной степени обогащены диспрактолом. Так, 1 мас.ч. (состав 26-2) диспрактола CKJ оказывается недостаточно, чтобы получить сравнимые с IPPD значения показателей истираемости для верхпего слоя образца (см. табл. 3). Оптимальная дозировка дис-практола CKJ-1, равная 2 мас.ч. на 100 мас.ч. каучука в этом виде испытаний и, такая же, — в приведённых выше рукавных резинах, может оказываться вполне приемлемой для комплексной защиты резин.
В итоге, следует подчеркнуть насколько существенна превентивная роль e-капролактама и его синергизм в защитном действии с IPPD, принимая во внимание, что общее их содержание в резине состава 26-3 составляет 60% от содержания IPPD в контрольной смеси (смесь состава 26-1).
Составы резиновых смесей Число оборотов диска машины МИ-2 Количество золя, % мас.
26-1 600 0,47
1000 4,35
26-2 600 2,65
1000 4,44
26-3 600 1,62
1000 3,95
26-4 600 2,35
1000 4,73
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Пучков А.Ф., Лагутин ПА., Каблов В.Ф., Боброва И.И. Получение, свойства и применение ди-е-капролактамдисте-арата цинка // Промышленное производство и использование эластомеров. — 2013. — № 3. — С. 11-14.
2. Пучков А.Ф., Киба АА., Спиридонова М.П. О возможности использования молекулярного комплекса капролактам-^изпропил-^фенил-п-фенилендиамин для стабилизации
резин // Известия ВолгГТУ. Серия «Химия и технология элементоорганических мономеров и полимерных материалов». — 2015. — № 4 (159). — С. 66-69.
3. Мур Д. Трение и смазка эластомеров. Пер. сангл.— М.: Химия, 1977.
4. Пучков А.Ф., Спиридонова М.П., Каблов В.Ф., Казна-чеева ВА. Новый технологический прием для получения противостарителей пролонгирующего действия // Каучук и резина. — 2012. — № 3. — С. 24-27.
DISPRAKTOL CKJ - THE INGREDIENT REDUCING ABRASIVE WEAR OF RUBBERS AND PROTECTING THEM FROM AGING
Pouchkov A.F., Cand.Sci.(Tech.), Docent, Volzhsky Polytechnic Institute (branch) of Volgograd State Technical University (42a, Engels st., Volzhsky, Volgograd Region, 404121, Russian Federation)
Spiridonova M.P., Cand.Sci.(Tech.)., Docent, Volzhsky Polytechnic Institute (branch) of Volgograd State Technical University (42a, Engels st., Volzhsky, Volgograd Region, 404121, Russian Federation)
Terehova S.D., Head of the Tech. Department, Volzhskiy research and technology complex (branch office) of Volgograd State Technical University (67, Aleksandrova ul., Volzhsky, Volgograd Region, 404103, Russian Federation)
Tretyakova N.A., Cand.Sci.(Tech.)., Head of the department, research and technology center «Progress» (4, 5-Kordnaya ul., Omsk, 644018, Russian Federation)
Osipova E.S., undergraduate, Volzhsky Polytechnic Institute (branch) of Volgograd State Technical University (42a, Engels st., Volzhsky, Volgograd Region, 404121, Russian Federation)
ABSTRACT
Analyzed data production testing of complex compound — dispraktol SKJ-1. Confirmed synergies in the protective effect of antioxidants complex. The data thermooxidative aging of rubber and abrasion.
Eeywords: antiagers, wear resistance, abrasive wear.
REFERENCES
1. Puchkov A.F., Lagutin P.A., Kozlov V.F., Bobrova I.I. Promyshlennoyeproizvodstvo i ispol'zovaniye elastmerov, 2013, no. 3, pp. 11-14. (In Russian).
2. Puchkov A.F., Kiba A.A., Spiridonova M.P. Izvestiya VolgGTU. Ser. Khimiya i tekhnologiya elementoorganicheskikh monomerov ipolimernykh materialov, 2015, no.4 (159), pp. 66-69.
3. Mur D. Treniye i smazka elastomerov [Friction and lubrication of elastomers]. Trans. from English. Moscow, Khimiya Publ., 1977.
4. Puchkov A.F., Spiridonova M.P., Kablov V.F., Kaznacheyeva V.A.. Kauchuk i rezina, 2012, no. 3, pp. 24-27. (In Russian).
XX МЕНДЕЛЕЕВСКИЙ СЪЕЗД ПО ОБЩЕЙ И ПРИКЛАДНОЙ ХИМИИ
26-30 сентября 2016 года Екатеринбург, Россия
Уважаемые коллеги!
Приглашаем Вас принять участие в работе XX Менделеевского съезда по общей и прикладной химии, который состоится с 26 по 30 сентября 2016 года в г. Екатеринбурге.
В рамках съезда традиционно демонстрируются достижения мировой и отечественной химической науки в таких областях, как методология химического синтеза (включая синтез новых сверхтяжелых элементов с высокой стабильностью и химических веществ с необычной структурой и перспективными свойствами), наноматериалы и нанотехноло-гии, конструкционные и функциональные материалы, биомолекулярная химия и биотехнология (в том числе биокатализ и биосенсорный анализ), молекулярная электроника, супрамолекулярная химия, электрохимическая энергетика, альтернативные энергоносители и моторные топлива из растительного сырья, новые методы и приборы для изучения химических процессов и анализа веществ, а также другие. Оргкомитет XX Менделеевского съезда Контактная информация:
Организационный комитет XX Менделеевского съезда (ученые секретари): Доктор химических наук, профессор Горбунова Юлия Германовна
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН
119991, Москва, Россия, Ленинский проспект 31, корп. 4
тел: +7 495 955 48 74
E-mail: [email protected]
Кандидат химических наук Кузнецова Ольга Александровна
Федеральное государственное бюджетное учреждение «Уральское отделение Российской академии наук»
620990, Екатеринбург, Россия, Первомайская 91
тел: +7 343 374 34 77
E-mail: [email protected]
Web-site: www.mendeleev2016.uran.ru
