CC BY
79
С. И. Вольфсон, Н. А. Охотина, А. М. Андреев,
М. Е. Шалдыбина
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РАДИАЦИОННОГО РЕГЕНЕРАТА ИЗНОШЕННЫХ ДИАФРАГМ ИЗ БУТИЛКАУЧУКА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ГИДРОИЗОЛЯЦИОННОГО КРОВЕЛЬНОГО МАТЕРИАЛА НА ОСНОВЕ ЭТИЛЕНПРОПИЛЕНОВОГО ЭЛАСТОМЕРА И ПОЛИЭТИЛЕНА
Ключевые слова: этилен-пропиленовый каучук, бутилкаучук, полиэтилен, кровельные
материалы.
Проведена поисковая работа по замене каучука на регенерат бутилкау-чука в составе термоэластопластичных материалов на основе этиленпропи-ленового эластомера и полиэтилена.
Keywords: ethylene-propylene rubber, butyl rubber, polyethylene, roofing materials.
Exploratory work on replacing the rubber to regenerate in the thermoelastoplas-tics materials based on ethylene-propylene elastomer and polyethylene was performed.
Рулонные материалы на основе эластомеров получили широкое распространение благодаря своим высоким эксплуатационным свойствам [1-3]. Они позволяют заменить кровельные покрытия из 2-4 слоев битумных материалов на однослойные резиновые. Еще больший эффект дает замена недолговечных битумных материалов на эластомерные при устройстве гидроизоляции различных инженерных сооружений (мостов, тоннелей, резервуаров, хранилищ и т.п.). За рубежом в качестве гидроизоляционного кровельного материала интенсивно используются термоэластопласты (ТЭП), обладающие способностью в термосварке. Применение рулонных кровель позволяет исключить из технологического процесса покрытия крыши или гидроизоляции сооружения применение токсичных и пожароопасных клеев и мастик [4]. Еще одним достоинством кровельных материалов из тер-моэластопластов является возможность повторного использования отходов для изготовления нового материала и исключение энергоемкой стадии вулканизации.
Несмотря на это в отечественной строительной индустрии полимерные изоляционные покрытия используются ограниченно из-за более высокой стоимости. Для снижения стоимости рулонных материалов можно использовать отходы шинного производства, такие как измельченные вулканизованные отходы, регенерат и т.п. [5].
В настоящей работе проведены исследования по получению полимерной термоэла-стопластичной композиции на основе этиленпропиленового эластомера и полиэтилена -полимеров, наиболее устойчивых к атмосферным воздействиям, и радиационного регенерата изношенных диафрагм форматоров-вулканизаторов.
Сырьем для производства такого регенерата являются изношенные диафрагмы фор-маторов-вулканизаторов из смоляных вулканизатов бутилкаучука. Очень жесткие условия работы массивных диафрагм (значительные деформации в течение длительного (до одного часа) воздействия высоких температур (до 180 °С) и давлений) способствуют достаточно быстрому их выходу из строя. В промышленности для регенерации отработанных резин на
основе БК используются водонейтральный, термомеханический и радиационный способы [5]. Наибольший интерес представляет радиационная деструкция позволяющая, как известно, достаточно легко деструктировать изношенные диафрагмы на основе смоляных вулканизатов бутилкаучука и получать регенераты с максимальным уровнем свойств [б,7].
Нами использовался продукт радиационной деструкции - регенерат Р-5 с прочностью при разрыве не менее 7 МПа, относительным удлинением при разрыве не менее 300%, твердостью по Шору А не менее 5C ед. (ТУ №2511-0б2-С57-бб7б4-2СС4).
Бутиловый регенерат вводился в состав ТЭП на основе этиленпропиленового каучука СКЭПТ-30 или бутилкаучука БК-1б75Н и полиэтилена высокого давления ПЭВД со следующими свойствами:
- СКЭПТ-30 - ТУ 2294-022-05766801-94, вязкость по Муни МБ 1+4 (100°С) 44 ед., прочность при разрыве 18,8 МПа;
- БК-1675Н - ТУ 2294-034-05766801-2002, вязкость по Муни МБ 1+8 (125°С) 47-54 ед., прочность при разрыве не менее 20,0 МПа;
- ПЭВД - ГОСТ 16337-77, показатель текучести расплава 2,0 г/10 мин, прочность при разрыве не менее11,3 МПа.
Для изготовления композиций были использованы основные приемы технологии получения термоэластопластичных материалов на основе диеновых каучуков и термопластов, то есть смешение при температуре, близкой к температуре плавления термопласта. Смешение проводилось в смесительной камере пластикордера Брабендер, (начальная температура 130 °С, скорость вращения роторов 40 об/мин, общее время смешения 13-15 мин), затем смесь листовалась на микровальцах. Экструдирование композиций проводилось в лабораторном экструдере со щелевой профилирующей головкой (отношение длины червяка к диаметру 20, скорость вращения шнека 60 об/мин, температура по зонам от 140 до 170 °С). Из ленты экструдированных композиций затем изготавливались образцы для дальнейших испытаний.
На первом этапе исследовались термоэластопласты, получаемые при соотношении СКЭПТ: ПЭВД или БК: ПЭВД, равном 50 : 50, в которых каучуки полностью или частично заменялись на бутиловый регенерат Р-5 (10, 15, 25 и 50 мас. ч.). Свойства композиций с регенератом сравнивались со свойствами ТЭП, изготовленных на основе смеси каучуков СКЭПТ и БК-1675 в тех же соотношениях.
Физико-механические испытания смесевых термоэластопластов проводились на разрывной машине Тензометр-10 при скорости растяжения 100 мм/мин и определялись условная прочность при растяжении, относительное удлинение при разрыве, относительное остаточное удлинение после разрыва (ГОСТ 270-75) и сопротивление раздиру (ГОСТ 26279). Результаты испытаний представлены в табл. 1 - 3.
Таблица 1 - Физико-механические показатели композиций на основе смесей каучу-ков СКЭПТ и БК-1675
Содержание, % мас. Условная прочность при растяжении, МПа Относительное удлинение при разрыве, % Относительное остаточное удлинение, % Сопротивление раздиру, кН/м
СКЭПТ БК-1675 ПЭ
50 - 50 8,6 320 180 41,3
40 10 50 7,7 320 198 38,9
25 25 50 7,0 320 186 35,б
10 40 50 6,9 300 180 36,4
- 50 50 6,9 320 180 36,9
Как видно из табл. 1, свойства смесевых ТЭП на основе каучука СКЭПТ характеризуются более высокими значениями прочности и сопротивления раздиру по сравнению с композицией на основе только БК-1675.
Таблица 2 - Физико-механические показатели композиций на основе СКЭПТ и регенерата Р-5
Содержание, % мас. Условная прочность при растяжении, МПа Относительное удлинение при разрыве, % Относительное остаточное удлинение, % Сопротивление раз-диру, кН/м
СКЭПТ Р-5 ПЭ
50 - 50 8,6 320 180 41,3
40 10,0 50 6,7 538 322 34,9
25 15,0 50 6,0 520 313 33,6
10 25,0 50 6,9 500 306 34,4
- 50,0 50 6,8 510 308 36,8
Таблица 3 - Физико-механические показатели композиций на основе каучука БК 1675 и регенерата Р-5
Содержание, % мас. Условная прочность при растяжении, МПа Относительное удлинение при разрыве, % Относительное остаточное удлинение, % Сопротивление раздиру, кН/м
БК-1675 Р-5 ПЭ
50 - 50 6,9 320 180 36,9
40 10 50 6,4 310 195 36,5
35 15 50 6,7 312 179 35,1
10 40 50 6,9 315 191 36,9
- 50 50 6,8 510 338 36,8
Замена части каучука СКЭПТ (10, 15 и 25 %) на регенерат Р-5 в композициях на основе этого каучука, как следует из данных табл. 2, приводит к некоторому снижению прочностных показателей, но при этом почти существенно возрастает относительное удлинение, то есть улучшаются эластические свойства ТЭП. Достаточно высокий уровень свойств показывают смеси, полученные при полной замене каучука СКЭПТ на регенерат.
Испытания композиций на основе БК 1675 (табл. 3) показали, что, как и следовало ожидать, замена части БК на близкий ему по химической природе регенерат, незначительно отразилась на свойствах термоэластопластичных композиций, а при полной замене каучука на регенерат изменяются деформационные свойства.
Если сравнивать данные табл. 1 и 3, можно отметить, что равномассовая замена БК 1675 на регенерат Р-5 приводит к незначительному снижению прочностных показателей
при растяжении и не влияет на деформационные свойства. Дальнейшая отработка рецептуры композиций позволит достигнуть необходимого уровня свойств.
Очень важным показателем для гидроизоляционного материала является водопо-глощение. Для оценки этого свойства образцы композиций были подвергнуты набуханию в воде в течение 14 дней при 25 °С и в течение 7 дней при 70 °С. Водопоглощение оценивалось как изменение массы образца после набухания. Результаты представлены в табл. 4.
Из данных табл. 4 следует, что показатели водопоглощения мало изменяются при введении регенерата Р-5. В табл. 5 приведены данные по основным свойствам наиболее известного кровельного материала на основе каучука СКЭПТ «Кровтекс» (США) и полученных нами композиций.
Таблица 4 - Водопоглощение композиций
Содержание, % мас. Изменение массы образца после набухания (14 дней, 25 °С), % Изменение массы образца после набухания (7 дней, 70 °С), %
каучук Р-5 ПЭ
СКЭПТ 40 10 50 0,86 2,47
35 15 50 0,84 2,46
25 25 50 0,86 2,44
- 50 50 0,80 2,43
БК-1675 40 10 50 0,87 2,23
35 15 50 0,84 2,30
25 25 50 0,91 2,24
Таблица 5 - Сравнительные свойства термоэластопластичных композиций
Показатели Шифр смеси
Кровтекс СКЭПТ - 25; Р-5 - 25 ПЭ - 50 БК - 25; Р-5 - 25
Условная прочность при растяжении, МПа 9,0 6,9 6,9
Относительное удлинение при разрыве, % 350 510 315
Сопротивление раздиру, кН/м 30,6 36,8 36,9
Изменение массы образца после набухания (7 дней, 70 °С), % 4,0 2,4 2,2
Данные табл. 5 показывают, что при замене части каучуков на более дешевый регенерат бутиловых диафрагм можно получить материал, близкий по комплексу основных свойств зарубежному аналогу. Разработанные композиции переданы для проведения расширенных испытаний.
Поисковая научно-исследовательская работа проведена в рамках реализации ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009-2013 годы», государственный контракт № П866 от 25 мая 2010 года.
Литература
1.Gerdasch, R. Das Dachdecker / R Gerdasch // Handwerk.-1986.-Bd. 107.-N20.-S. 22-24.
2. Корбелли, Л. Методы гидроизоляции покрытий посредством мембраны ЭПДМ-Дутрал / Л.Корбелли // Материалы симпозиума. - Москва, 24.03.88.- С. 4-25
3. Кровельные и гидроизоляционных системы. Проспект фирмы «Кровтекс». - М., 1995.
4. Сокова, С.Д. Полимерные покрытия /С.Д. Сокова, Б.И. Штейман, Ю.Г. Крупник, Я . Н . Шудашева // Жилищное строительство.- 1994.- Т 6. - С. 26-28.
5. Дроздовский,В.Ф. Получение и применение бутилового, хлоропренового и бутадиен-нитрильного регенератов: Тем. обзор// В.Ф. Дроздовский, В.В. Михайлова, В. Ф. Сазонов. - М.: ЦНИИТЭхим. - 1973. - 102 с.
6. Хакимуллин, Ю.Н. Возможности использования радиационного регенерата бутилкау-чука в строительстве / Ю.Н. Хакимуллин, Р.Р. Вагизова, П. А. Степанов // Клеи, герметики и технологии. - 2007. - № 10. - С. 21-24.
7. Нигметзянова, Д.Р. Влияние природы поперечных связей на радиационную деструкцию резин на основе радиационного регенерата бутилкаучука / Д.Р. Нигметзянова, Р.Р. Вагизова, Ю.Н. Хакимуллин // Вестник Казан. технол. ун-та. - 2009. - № 1. - С. 41-44.
© С. И. Вольфсон - д-р техн. наук, проф., зав. каф. химии и технологии переработки эластомеров КГТУ; Н. А. Охотина - канд. техн. наук, доц. каф. химии и технологии переработки эластомеров КГТУ, okhna@mail.ru; А. М. Андреев - магистр КГТУ; М. С. Шалдыбина - магистр КГТУ.
