CC BY
23
УДК 66.049.6 : 655.222.323
И. С. Баязитова, Л. Х. Корнева, Э. А. Мухутдинов ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАВИСИМОСТИ СУБЛИМАЦИИ УСКОРИТЕЛЕЙ СЕРНОЙ ВУЛКАНИЗАЦИИ ЭЛАСТОМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИЙ ОТ МОЛЬНОГО ОБЪЕМА МОЛЕКУЛ
Ключевые слова: Ускорители вулканизации, сублимация, летучесть, экологическая безопасность, вулканизация.
Изучена сублимация ускорителей серной вулканизации эластомерных композиций - тетраметилтиурамди-сульфида, N-циклогексил-2-бензтиазолилсульфенамида, дибензтиазолилдисульфида и NN'-дифенилгуанидина. Определено, что летучесть ингредиентов серной вулканизации прямо пропорциональна мольному объему молекул.
Keywords: Sublimation, volatility, ecological safety, vulcanization.
Research of accelerators of sulfuric vulcanization proves that the sublimation is characteristic for molecules of TMTD, CBS, DBTD, DPG. It influences ecological safety ofproduction of rubber tires very negatively. The volatility of ingredients of sulfuric curing is directly proportional to the molar volume of molecules.
В шинной промышленности существенное влияние на состояние окружающей среды оказывает процесс вулканизации резиновых смесей. При вулканизации повышаются прочностные характеристики резиновых изделий, их твёрдость, эластичность, тепло- и морозостойкость, снижаются степень набухания и растворимость в органических растворителях [1].
В большинстве случаев каучуки общего назначения вулканизуют, нагревая их с элементарной серой при 140-160 °С. Однако при использовании одной серы для создания трехмерной сетки из макромолекул каучука доминируют побочные процессы вулканизации [2]. Существенное улучшение эксплуатационных свойств изделий удается достичь при использовании активаторов серной вулканизации (чаще всего окиси цинка). Серная вулканизация может быть ускорена добавлением небольших количеств органических соединений, так называемых ускорителей вулканизации [3].
Известно, что ускорители серной вулканизации в большинстве своем представляют собой токсичные и пылящие вещества, для которых характерна сублимация молекул (процесс отрыва молекул с поверхности кристаллического вещества с последующим улетучиванием в атмосферу даже без нагревания) [4].
В данной работе проведены исследования сублимации широко применяемых ускорителей серной вулканизации эластомерных композиций: тетраме-тилтиурамдисульфида (ТМТД, тиурам), N циклогексил-2-бензтиазолилсульфенамида (ЦБС, сульфенамид Ц), дибензтиазолилдисульфида (ДБТД, альтакс), К,№- дифенилгуанидина (ДФГ). Цель работы - проанализировать проявление сублимации у различных ускорителей серной вулканизации в условиях хранения, максимально приближенных к промышленным. Исследования проводились на базе аккредитованной лаборатории с использованием аналитических весов высокой точности. Индивидуальные вещества (ТМТД, ЦБС, ДБТД и ДФГ) в порошкообразном виде при комнатной температуре без попадания атмосферных осадков подвергались взвешиванию через каждые 7 дней в течение 4 недель. Изменения массы веществ с тече-
нием времени приведены в таблице 1.
Таблица 1 - Динамика изменений значений массы индивидуальных ускорителей серной вулканизации с течением времени
Время Масса ускорителя, грамм
ДФГ ДБТД ТМТД ЦБС
0 дней 1,00000 1,00000 1,00000 1,00000
7 дней 1,00025 0,99830 0,99980 0,99935
14 дней 0,99865 0,99630 0,99965 0,99850
21 день 0,99760 0,99580 0,99935 0,99830
28 дней 0,99765 0,99555 0,99920 0,99830
По данным, приведенным в таблице 1, построены зависимости массы вещества от времени.
1,00100 1
1,00000
0,99900
0,99600
Вещество №1 ДФГ
,00025 1,00000\ 0,99865
-ДФГ
♦ 0,99765
0 12 3 4 время, недели
Рис. 1 - Зависимость изменения массы ДФГ от времени
Масса навески ДФГ по прошествии первой и четвертой недель, согласно графика на рисунке 1, характеризуется увеличением. Данное обстоятельство может быть связано с поглощением влаги молекулами ДФГ, которые имеют в своем строении три гидрофильные группы -КН.
В структуре молекул ЦБС, ТМТД, ДБТД присутствуют гидрофобные (-СН3, ароматические) группы, в связи с чем масса навесок ЦБС, ТМТД, ДБТД убывает на всех стадиях взвешивания (рис. 2, 3, 4).
По данным таблицы 1 можно определить потерю массы и летучесть каждого вещества (табл. 2).
Веще!.-!™ №2 ДБТД
0,99400 0,99300
время, недели
Рис. 2 - Зависимость изменения массы ДБТД от времени
Вещество Ж ТМТД
ерем?., недели
Рис. 3 - Зависимость изменения массы ТМТД от времени
Вещество № 4 ЦБС
0,99830
время, недели
Рис. 4 - Зависимость изменения массы ЦБС от времени
Таблица 2 - Потеря массы и летучесть индивидуальных ускорителей серной вулканизации
Веще- Масса вещества, гр. Потеря Ле-
ство исход- мини- массы ту-
ное зна- мальное чест
чение значение ь L, %
ДФГ 1,00000 0,99760 0,00240 0,24
ДБТД 1,00000 0,99555 0,00445 0,44
ТМТД 1,00000 0,99920 0,00080 0,08
ЦБС 1,00000 0,99830 0,00170 0,17
Наибольшей летучестью обладает ДБТД, наименьшей - молекула ТМТД. Известно, что значения мольного объема и летучести прямо пропорциональны [5]. Данное обстоятельство объясняется большим значением поверхности для сублимации молекул. Ускорители серной вулканизации в зависимости от мольного объема от большего к меньшему располагаются в ряд: ДБТД>ЦБС>ТМТД>ДФГ. Согласно проведенному исследованию, максимальное значение летучести имеет молекула ДБТД (0,44%), минимальное -ТМТД (0,08%), ДФГ и ЦБС занимают промежуточные положения (0,24% и 0,17% соответственно).
В данном случае концепции о прямопропорцио-нальности значений мольного объема и летучести веществ противоречит только молекула ДФГ, имеющая минимальную молярную массу (211 г/моль) и вторую по величине летучесть (0,24%), что может быть связано с пылением мелкодисперсных частиц ДФГ в ходе исследования.
Проведенные исследования ускорителей серной вулканизации доказывают, что для молекул тетра-метилтиурамдисульфида, М-циклогексил-2-
бензтиазолилсульфенамида, дибензти-
азолилдисульфида, дифенилгуанидина харак-
терна сублимация, отрицательно влияющая на экологическую безопасность производства резиновых шин. Полученные результаты показывают, что чем больше мольный объем, тем больше летучесть ингредиентов серной вулканизации.
Литература
1. Ф.Ф. Кошелев, А.Е. Корнев, Н.С. Климов, Общая технология резины, Химия, М., 1968. 560 с.
2. Л.Х. Махмутова, Э.А. Мухутдинов, А.А. Мухутдинов, Вестник Казанского технологического университета, 19, 160-162 (2013).
3. Э.З. Закиева, Э.А. Мухутдинов, Р.Р. Байбеков, А.А. Мухутдинов, Вестник Казанского технологического университета, 2, 155-161 (2011).
4. А.А. Мухутдинов, А.А. Нелюбин, Р.С. Ильясов, Г.М. Ищенко, В.Н. Зеленова, Экологические аспекты модификации ингредиентов и технологии производства шин, Казань, 1999. 400 с.
5. О.А. Сольяшинова, И.С. Баязитова, Э.А. Мухутдинов, А.А. Мухутдинов, Вестник Казанского технологического университета, 19, 170-173 (2013).
© И. С. Баязитова - аспирант кафедры инженерной экологии Казанского Национального Исследовательского Технологического Университета, irinabayazitova@mail.ru, Л. Х. Корнева - аспирант той же кафедры, liliya2707@yandex.ru, Э.А. Мухутдинов - д.х.н., профессор кафедры процессов и аппаратов химической технологии КНИТУ.
© 1 S. Bayazitova - graduate student, Department of engineering ecology of KNRTU, irinabayazitova@mail.ru; L. Kh. Korneva -graduate student, Department of engineering ecology of KNRTU, liliya2707@yandex.ru; E. A. Mukhutdinov - full doctor, professor, Department of Processes and devices of chemical technology of KNRTU.
