CC BY
12УДК 678.049.2
М.В. Мешалкин, О.Ю. Соловьева, О.П. Филиппова, Е.К. Никифорова, Е.М. Соловьев
ПОЛУЧЕНИЕ И ПРИМЕНЕНИЕ НЕФТЕПОЛИМЕРНОГО ВЯЖУЩЕГО НА ОСНОВЕ КИСЛОГО ГУДРОНА И ИЗМЕЛЬЧЕННЫХ РЕЗИНОКОРДНЫХ ОТХОДОВ
(Ярославский государственный технический университет) E-mail: me_s@mail.ru
Предложен способ получения нефтеполимерного вяжущего путем электрохимического окисления смеси кислого гудрона и измельченных резинокордных отходов, подвергнутых предварительной термопластификации (регенерации) в автоклаве. Проведено опробование применения полученного продукта в составе резиновой смеси шинного назначения взамен строительного битума.
Необходимость утилизации таких массовых видов отходов, как кислые гудроны (КГ) и резинокордные отходы (РКО), очевидна, прежде всего, в связи с возможностью улучшения экологической обстановки и получения вторичных продуктов, пригодных для замены первичных сырьевых материалов в составе полимерных композитов различного назначения. При том, что в нашей стране ежегодно образуется около 200 тысяч тонн КГ и отработанной серной кислоты, уровень их переработки продолжает оставаться чрезвычайно низким. В то же время известно [1], что из КГ могут быть получены битумоподобные продукты, свойства которых можно варьировать путем введения модифицирующих добавок. В связи с этим представляло интерес изучение возможности использования для модификации получаемых из КГ нефтеполимерных вяжущих РКО, образующихся в процессе утилизации амортизованных автошин. Предполагалось, что резиновая составляющая РКО будет оказывать эластифицирующее действие, а жесткоцепной полимер волокна или его фрагменты будут выполнять армирующую функцию.
Объектами исследования явились продукты совместной переработки прудового КГ Ярославского НПЗ им. Д.И. Менделеева и РКО с Чеховского регенератного завода. Технология получения продуктов заключалась в следующем. Навеска РКО подвергалась набуханию в маслоотра-ботке, являющейся технологически неизбежным отходом на ОАО «Автодизель», в течение 24 ч при комнатной температуре, а затем в термостате при температуре 110 °С в течение 3 ч. После извлечения из масла и удаления его избытка путем отжима набухший продукт помещался в автоклав для девулканизации, которая осуществлялась под давлением 14 кгс/см при температуре 190 °С в течение 6 ч. Полученный регенерат представлял собой пастообразный продукт с массовой долей хлороформенного экстракта 25 %. Далее осущест-
влялось электрохимическое окисление смеси КГ и регенерата. Использование электропроводящих свойств КГ позволило отказаться от введения в него нейтрализующего агента и проводить его разогрев, выпаривание воды, нейтрализацию и окисление в одном аппарате. Реактор представляет собой керамический сосуд, снабжённый кольцевым электродом (анод). В центре реактора расположен электрод из нержавеющей стали (катод), который помещается непосредственно в массу КГ. Параметры процесса: напряжение - 50 В, сила тока - 12-25 А, температура - 98 °С. Пастообразный регенерат вводили после того, как сырье достигало температуры 60 С. В результате был получен образец с массовой долей пастообразного регенерата 30 % (табл. 1).
Таблица 1
Свойства битумных материалов из кислого гудрона, модифицированных регенератом из отходов резиновой промышленности Table 1. Properties of bitumen materials from the acid
tar modified by the reclaim of rubber industry.
Показатель Битумное вяжущее на основе КГ и регенерата РКО Норма по ГОСТ 6617-76
битум БН 70/30 битум БН 90/10
Температура размягчения по КиШ, °С 87 70 90
Глубина проникания иглы, х 0,1 мм 24 21 - 40 ~10
Массовая доля воды, % Следы
Массовая доля водорастворимых соединений, % 0,5 < 3 < 3
Растяжимость, см 11 3 2
Проведено опробование применения синтезированного продукта в качестве пластификатора в рецептуре серийной резиновой смеси, предназначенной для изоляции бортовой проволоки автошин. Выбор этой рецептуры обоснован высо-
кой дозировкой в ней битумного компонента, составляющей около 30 мас. ч. на 100 мас. ч. каучука. Объектом сравнения служила смесь, содержащая битум строительный марки БН 90/10. По сравнению с серийной смесь с новым продуктом характеризуется пониженной пластичностью при более высокой вязкости и когезионной прочности (табл. 2). По вулканизационным характеристикам, определенным на виброреометре МогааиЬо при температуре 138°С, смеси близки, хотя можно отметить некоторое сокращение индукционного периода и некоторое повышение скорости вулканизации экспериментальной композиции. Эталонная и экспериментальная резины (табл. 3) имеют практически одинаковые значения массовой доли ацетонового и толуольного экстрактов, доли каучука в набухшем вулканизате, что свидетельствует о близкой степени их сшивания. Однако условное напряжение при 100 и 300 % удлинения, условная прочность при растяжении выше у резины с новым продуктом, причем, согласно результатам однофакторного дисперсионного анализа эти различия значимы. По стойкости к термоокислительному старению резины близки. Экспериментальная резина по сравнению с эталонной обнаруживает несколько меньшую прочность связи с бортовой проволокой, но это различие незначимо как при нормальных условиях, так и при температуре испытания 100°С.
Таблица2
Влияние типа битумного компонента на пласто-эластические и вулканизационные характеристики резиновых смесей
Table 2. The influence of bitumen component kind on plastic-elastic and curing characteristics of rubber mixtures
В целом, резюмируя полученные результаты, можно сделать вывод о пригодности продукта, полученного путем совместной переработки КГ и измельченных РКО, для использования в качестве битумного компонента в составе резиновой смеси, предназначенной для обрезинки бортовых колец автошин.
Таблица 3
Влияние типа битумного компонента на структуру
и свойства резины Table 3. The influence of bitumen component kind on
Показатель Тип битумного компонента
Битум БН 90/10 Продукт на основе КГ и 30 % регенерата РКО
Пластичность по ГОСТ 415-73 0,39 0,34
Вязкость, ед. по Муни 71,2 89,2
Когезионная прочность, МПа 0,68 0,80
Время начала вулканизации, мин 14,9 14,5
Скорость вулканизации, %/мин 2,7 2,9
the structure and property of rubber
Тип битумного компонента
Показатель Битум БН 90/10 Продукт на основе КГ и 30 %
регенерата РКО
Массовая доля ацетонового экстракта 0,138 0,139
Массовая доля толуольного экстракта 0,027 0,027
Доля каучука в набухшем вул -канизате 0,149 0,148
Условное напряжение, МПа, при удлинении 100 % 300 % 1,44 3,37 1,94 4,08
Условная прочность при растяжении, МПа 7,64 8,56
Относительное удлинение при разрыве, % 380 340
Относительное остаточное удлинение, % 27 21
Твердость при 23°С, усл. ед. 80 80
Эластичность при 23°С, % 22 26
Коэффициент изменения в про-
цессе старения (100°С х 24 ч)
- условной прочности при растяжении 0,32 0,34
- относительного удлинения при разрыве 0,52 0,54
Прочность связи с бортовой про-
волокой, Н, при температуре
испытания 23 ± 2°С 88 81
100°С 51 39
ЛИТЕРАТУРА
1. Filippova O.P., Jamanina N.S., Makarov V.M. Ekologia i technika. 2005. Vol. XIII. N 2. Р. 82-85.
Кафедра химии и технологии переработки эластомеров
