CC BY
207
А. П. Рахматуллина, А. Г. Лиакумович, Р. А. Ахмедьянова,
Е. Г. Мохнаткина
КОМПОЗИЦИИ НА ОСНОВЕ СТЕАРАТОВ И ОЛЕАТОВ ЦИНКА -ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ АКТИВНЫЕ ДОБАВКИ ДЛЯ РЕЗИНОВЫХ СМЕСЕЙ
Ключевые слова: технологические активные добавки, композиции карбоксилатов цинка,
резиновые смеси.
Разработаны эффективные технологические активные добавки на основе композиций стеаратов и олеатов цинка (ЦАД-1) для резиновых смесей. Установлено, что ЦАД-1 обеспечивают более высокий уровень технологических и эксплуатационных свойств протекторных резин по сравнению с используемой в промышленности технологической добавкой Цинол КЦ.
Key words: processing а^ive admixtures, compositions of carboxylates of zinc, rubber
compounds.
The effective processing active admixtures based on the composition of zinc stearates and oleates (CAD-1) for rubber compounds developed. Established that CAD-1 provide a higher level of technological and operational properties of tread rubber compared with those used in industrial processing aid Cinol KC.
Эффективность влияния тех или иных веществ на перерабатываемость резиновых смесей определяется их способностью концентрироваться и понижать поверхностное натяжение на различных границах раздела фаз, присутствующих в резиновых смесях [1]. К таким веществам относятся жирные и смоляные кислоты; их эфиры и соли, а также неионогенные поверхностно-активные вещества (ПАВ). Для того, чтобы выполнять в резиновых смесях одновременно разнообразные функции - диспергатора, гомогенизатора, луб-риканта и др., промышленные технологические активные добавки (ТАД) должны быть, как правило, смесевыми синергическими системами [1].
В шинной промышленности используются ТАД как зарубежных (например, Струк-тол (EF-44, A-50P и др.), Технол, ТДЕ), так и отечественных производителей (например, Цинол), представляющих собой цинковые и/или кальциевые соли насыщенных высших жирных кислот, жирных кислот таллового масла, их смесей и др.
В основу разрабатываемой нами технологии получения ТАД легли установленные ранее факты:
- синергический эффект смеси стеариновой и олеиновой кислот в области состава 40 : 60 %, мас., соответственно, на технологические, вулканизационные и динамические свойства резиновых смесей и их вулканизатов [2];
- экстремумный характер зависимости поверхностного натяжения композиций стеариновой и олеиновой кислот от их состава с максимумом в области 40 : 60 %, мас., соответственно [3];
- снижение энергозатрат при получении резиновых смесей, содержащих карбокси-латы цинка или кальция на основе композиции стеариновой (40 %, мас.) и олеиновой (60 %, мас.) кислот [4];
- молекулярно-массовое распределение межузловых цепей резины со смесью стеариновой (40 %, мас.) и олеиновой (60 %, мас.) кислот при изотермическом [5] и градиентном [6] режимах вулканизации является более равномерным и однородным, что обеспечивает более высокий уровень физико-механических свойств композиционных материалов.
- образование однородных и наиболее плотноупакованных на супрамолекулярном уровне монослоев в композициях стеариновой и олеиновой кислот составов 40:60 и 50:50 (%, мол.) [7].
На основе композиций стеариновой и олеиновой кислот разработаны оптимальные условия получения ТАД и их состав в соответствии с требованиями технологов шинных производств (содержание цинка - не более 5,2 %, мас., содержание влаги - не более 1 %, мас., температура каплепадения - 90^105 оС).
Содержание цинка в полученных добавках варьируется в пределах 4,66 - 5,11 %, мас., содержание летучих - 0,06 - 0,47 %, мас., что удовлетворяет предъявляемым требованиям. ТАД на основе композиций стеариновой и олеиновой кислот в области составов (35-70)^(65-30) %, мас., соответственно, имеют необходимую температуру каплепадения. Однако, учитывая полученные ранее данные по максимальному снижению энергозатрат при получении резиновых смесей [4] в качестве оптимального состава для получения ТАД выбрано соотношение стеариновой и олеиновой кислот, равное 40 : 60 %, мас., соответственно.
Таким образом, технологическая активная добавка ЦАД-1 (ТУ № 2432-00374584703-2006) представляет собой цинковые соли композиции стеариновой и олеиновой кислот в области состава 40 : 60 %, мас., соответственно и содержит до 50 %, мас. наполнителя (карбоната кальция). Результаты опытно-промышленных испытаний ЦАД-1 по сравнению с применяемой в промышленности технологической добавкой Цинол КЦ показали более качественное диспергирование ингредиентов резиновой смеси, что приводит к улучшению ряда важнейших для протекторных резин показателей: снижению гистерезис-ных потерь, увеличению износостойкости и динамических свойств вулканизатов (таблица). Полученные данные свидетельствуют о более высокой эффективности действия разработанного продукта.
Добавка ЦАД-1 используется в серийном производстве грузовых шин в ОАО «Нижнекамскшина» с экономическим эффектом 1,5 млн. руб. в год (табл. 1).
Таблица 1 - Свойства резиновых смесей и их вулканизатов для протектора грузовых шин
Наименование показателей Без ТАД ТАД
Цинол КЦ ЦАД-1
Свойства резиновых смесей
Пластичность G,32 G,37 G,38
Эластическое восстановление G,65 G,58 G,7G
Вязкость, ед. Муни 7G,G 65,G 63,G
Время начала подвулканизации при 130 оС, мин. 2G,G 2G,5 17,5
Условная когезионная прочность, МПа G,28 G,26 G,25
Клейкость по Тель-Так, МПа время дублирования, с, 6/15 G,G6/G,G8 G,G7/G,G8 G,G8/G,1G
Вулканизационные свойства
Крутящий момент, дН-м минимальный максимальный 3,2б 2G,9G 2,92 18,5G 3,G8 19,94
Время начала подвулканизации, мин. 3,58 4,18 3,52
Время достижения 90 % степени вулканизации, мин. 8,2G 8,39 8,2G
Тангенс угла механических потерь G,G8 G,G8 G,G6
Rev 99 %, мин. 17,G8 17,1 б 18,22
Свойства вулканизатов
Условное напряжение при 300 % удлинении, МПа 9,7 8,5 9,б
Условная прочность при растяжении, МПа Коэффициент теплостойкости (100 оС) Коэффициент термостойкости (после старения при 100 оС х 72 ч) 18,4 G,56 G,75 2G,G G,6G G,79 2G,5 G,55 G,75
Относительное удлинение при разрыве, % 48G 575 5GG
Сопротивление раздиру, кН/м 99 12G 1G3
Усталостная выносливость при многократном растяжении на 100 %, тыс. циклов 1G9,1 118,2 132,9
Коэффициент старения по ползучести G,86 G,81 1,G3
Твердость по Шору, усл.ед., 23 оС/100 оС б4/59 б2/5б б3/59
Эластичность по отскоку, %, 23 оС/100 оС 35/47 37/5G 39/49
Истираемость на МИР-1, м3/ТДж б9,5 72,2 б8,5
Гистерезисные потери, К/Е, 23 оС/100 оС G,41/G,31 G,4G/G,34 G,33/G,3G
Работа выполнена в рамках реализации ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 г, ГК№П478.
б78
Литература
1. Гришин, Б.С. Материалы резиновой промышленности (информационно-аналитическая база данных): монография. Ч.І. / Б.С. Гришин. - Казань: Федер. агентство по образованию, Казан. гос. технол. ун-т., 2010. - 506 с.
2. Рахматуллина, А.П. О влиянии степени ненасыщенности жирных кислот на свойства резин/ А.П. Рахматуллина, Л.А. Заварихина, Р.А. Ахмедьянова, А.Г. Лиакумович // Каучук и резина. -2001. - №6. - С.44-45.
3. Рахматуллина, А.П. Влияние композиций высших жирных кислот на межфазные характеристики и физико-механические свойства резин / А.П. Рахматуллина, Л.А. Заварихина, О.Г. Мохнат-кина, И.Л. Михайлова, С.А. Богданова, Р.А. Ахмедьянова, А.Г. Лиакумович // Журнал прикладной химии. - 2003. - Т.76. - Вып.4. - С. 680-684.
4. Рахматуллина, А.П. Технологические активные добавки на основе цинковых и кальциевых солей стеариновой и олеиновой кислот и их смесей / А.П. Рахматуллина, Р.А. Ахмедьянова, Ц.Б. Портной, А.Г. Лиакумович, Е.Г. Мохнаткина, Р.И. Ильясов // Каучук и резина. - 2004. - № 3.
- С.31-35.
5. Рахматуллина, А.П. Влияние стеариновой и олеиновой кислот на молекулярно-топологическое строение резин на основе бутадиен-а-метилстирольного каучука / А.П. Рахматуллина, Ю.А. Ольхов, Р.А. Ахмедьянова, А.Г. Лиакумович // Каучук и резина. - 2005. - №3. - С.17-22.
6. Рахматуллина, А.П. Термомеханическая спектроскопия градиентно-вулканизованных резин на основе бутадиен-метилстирольного каучука с использованием стеариновой, олеиновой кислот и их смеси / А.П. Рахматуллина, Ю.А. Ольхов, Р.А. Ахмедьянова, А.Г. Лиакумович // Вестник Казанского технологического университета. - 2005. - №1. - С.322-331.
7. Рахматуллина, А.П. Свойства смешанных монослоев стеариновой и олеиновой кислот на поверхности воды и на водном растворе сульфата цинка / А.П. Рахматуллина, Н.Б. Мельникова, А.А. Волков, Р.А. Ахмедьянова, А.Г. Лиакумович // Сб. трудов VI Всерос. конф. «Химия растительных веществ и органический синтез», Сыктывкар, 2009. - С.104-108.
© А. П. Рахматуллина - д-р техн. наук, проф. каф. технологии синтетического каучука КГТУ; [email protected]; А. Г. Лиакумович - д-р техн. наук, проф. той же кафедры; Р. А. Ахмедьянова - д-р техн. наук, проф. той же кафедры; Е. Г. Мохнаткина - канд. техн. наук, гл. технолог - начальник управления РСМ ООО «НТЦ» Кама».
