Разработка модификаторов для полимерных материалов (диплом i степени) Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

© Н.А. Кейбал, 2008-2009

НАПРАВЛЕНИЕ «ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ»

ДИПЛОМ I СТЕПЕНИ

РАЗРАБОТКА МОДИФИКАТОРОВ ДЛЯ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Н.А. Кейбал

Научный руководитель - д-р техн. наук, проф. В. Ф. Каблов

Актуальность. При производстве анилина на ОАО «Волжский Оргсинтез» образуется значительное количество кубовых аминосодержащих отходов, которые в настоящее время сжигаются. Это наносит значительный вред окружающей среде и в конечном итоге губительно сказывается на жизнедеятельности живых организмов и здоровье человека. Утилизация этих отходов является актуальной экологической задачей для нашего региона.

Нами установлено, что эпоксидная смола ЭД-20 легко вступает во взаимодействие с отходами производства анилина (КА) с образованием аминосодержащих олигомерных продуктов. При изменении соотношения ЭД-20 :КА от 100:10 до 100:90, температуры и времени отверждения образуются хрупкие стеклообразные или высоковязкие олигомеры линейного строения, хорошо растворимые в ацетоне.

Некоторые свойства полученных продуктов представлены на рисунках 1-4 ив таблице 1.

Сод. КА, %

Рис. 1. Влияние содержания КА на температуру плавления АО

Плотность, 2,8

г/см3 . е

2,6

2.4 2,2

2 1,8 1,6

1.4 1,2

1

80 100 Сод. КА, %

Рис. 2. Влияние содержания КА на плотность АО

Сод. КА, %

Рис. 3. Влияние содержания КА на водопоглощение АО

Рис. 4. Влияние содержания КА на термомеханические свойства АО

Таблица 1

Влияние соотношения смолы ЭД-20:КА на термодеструкцию аминосодержащих олигомеров

Содержание КА на 100 масс. ч. ЭД-20 Температура потери массы, С

Т20 Т40 Т60 Т80

10 320 360 395 525

20 320 356 374 400

30 320 340 390 520

40 320 340 360 470

Данные термогравиметрического анализа полученных аминосодержащих олигомеров и возможная схема взаимодействия ЭД-20 с КА представлены в таблице 1.

Исходя из того, что при отверждении эпоксидной смолы ЭД-20 кубовыми отходами производства анилина получаемые продукты имеют линейный характер и содержат в своем составе остаточные эпоксидные, гидроксильные группы, группировки ароматических аминов, нами предпринята попытка их использования в качестве модификаторов клеев на основе хлоропренового каучука. Наличие указанных группировок установлены данными элементарного анализа и ИК спектральных исследований.

Испытания показали, что применение промоторов адгезии повышает прочность клеевого крепления вулканизованных резин друг к другу на 40-50 % и к металлу на 50-80 %, в зависимости от типов промоторов (см.

табл. 2). По технологическим показателям предлагаемые клеевые составы соответствуют требованиям, предъявляемым к клеевым составам серии 88, выпускаемым в настоящее время в промышленности.

Указанные продукты могут быть использованы в качестве полифункциональ-ных модификаторов и противостарителей резиновых смесей на основе различных ка-учуков. Разработанные модификаторы позволяют улучшить сопротивление вулкани-затов тепловому старению, повысить их адгезионные и другие технологические показатели (см. табл. 3, 4). Это происходит за счет увеличения содержания полярных функциональных групп в результате введения в состав резиновой смеси предлагаемого модификатора. Указанные функциональные группы диффундируют к поверхности вулканизата, где проявляют свои защитные и адгезионные свойства.

Таблица 2

Влияние различных типов промоторов адгезии на вязкость и прочность клеевого крепления вулканизированных резин и металла

Испытания Клей 88СА Клей 88САм

1. Вязкость по ВЗ-1 30,8 32,4

2. Прочность при сдвиге, МПа СКИ-3 1,02 1,39

СКЭП-40 1,17 1,59

СКН-18 0,95 1,38

3. Прочность при равномерном отрыве, МПа СКИ-3 - Ст3 1,20 1,91

СКЭП-40 - Ст3 1,38 1,93

СКН-18 - Ст3 0,95 1,78

Таблица 3

Изменение показателей в зависимости от применения диафрена ФП и модификатора

Наименование показателей Диафен ФП Предлагаемый модификатор

Температура плавления, С 71 77

Массовая доля летучих, % 0,20 0,11

Массовая доля золы, %, 0,25 0,20

Таблица 4

Изменение показателей в зависимости от испытаний композиций

Наименование показателей Результаты испытаний композиций

ХК ХКм СКЭП СКЭПТм СКИ СКИм

Условная прочность, МПа 14,8 14,6 18,0 20,0 25,0 27,0

Относительное удлинение, % 398,0 353,0 150,0 240,0 500,0 650,0

Твердость, ед. ИСО 58,0 64,0 82,0 85,0 70,0 75,0

Сопротивление раздиру, кН/м 39,0 38,0 46,0 68,0 120,0 140,0

Изменение после старения ШРБ-4 (70 С, 72 ч.), % усл. прочности при: - растяжении; -6,7 -8,2 -25,0 -4,4 -8,5 -9,4

- твердости; 10,3 9,0 -60,0 -35,7 12,7 10,1

- сопротивлении раздиру -2,5 -1,6 -6,0 -5,8 -3,1 -2,2

Адгезия при клеевом креплении: - прочность при сдвиге, МПа; 1,3 1,9 1,2 1,8 1,1 1,7

- прочность при равномерном отрыве, МПа 1,2 1,6 1,8 2,1 1,3 1,8

Предлагаемые модификаторы позволяют заменить дорогостоящий противостари-тель - диафен ФП.

Модифицированные клеевые составы могут применяться в качестве пропиточных составов для синтетических волокон с целью придания им улучшенных физико-механических показателей, повышенной адгезии к резиновым смесям и огнестойкости.

Нами установлено, что причиной повышения прочности связи текстильного корда с резиной на основе хлоропренового каучука является увеличение концентрации полярных групп при использовании в пропиточном составе кубовых отходов производства анили-

на (КА). Указанные полярные группы, входящие в пропиточный состав, способны к химическому взаимодействию с полярными группами, содержащимися в макромолекулах волокон корда. Высокая прочность связи пропитанного корда с резиной на основе хлоропренового каучука объясняется также бифиль-ностью пропиточного состава и имеет высокую адгезию и к волокнам, и к резине (см. табл. 5).

Доступность и дешевизна указанных отходов производства анилина позволит не только решить экологические проблемы, но и повысить эксплуатационные показатели полимерных материалов.

Таблица 5

Зависимость результатов испытаний от использования различных типов корда и пропиточных составов

Тип корда Тип пропиточного состава Испытание

Прочность при разрыве, кгс Удлинение, мм Прочность связи с резиной (Н-метод), кгс/см2 Г орючесть

Полиэфирный корд 20П Без пропитки 17,0 20,0 6,0 горит

Клей 88СА 36,4 18,0 10,7 горит

88СА+5 % КА 30,0 15,0 15,2 самозатухает в течение 1 с

88СА+10 % КА 33,2 17,0 12,3 самозатухает в течение 5 с

88СА+15 % КА 25,4 16,0 11,5 горит

Полиамидный корд 30А Без пропитки 15,4 15,0 5,8 горит

Клей 88СА 27,0 21,0 9,8 горит

88СА+5 % КА 20,0 20,0 10,5 горит

88СА+10 % КА 23,4 20,0 14,0 самозатухает в течение 3 с

88СА+15 % КА 30,0 21,0 10,6 самозатухает в течение 5 с

Внедрение разработанных технологий изготовления и применения аминосодержащих модификаторов в промышленных масштабах решит проблему утилизации кубовых отходов производства анилина, позволит улучшить экологическую обстановку вблизи объектов нефтехимического производства.

Использование современных научных подходов. Выявлены научные закономерности создания новых клеевых композиций на основе полихлоропрена, заключающиеся в модификации клеевых составов промоторами адгезии на основе эпоксисоединений и производных анилина.

Установлено, что при введении разработанных промоторов адгезии в клеевые составы на основе полихлоропрена происходит химическая модификация макромолекул поли-хлоропрена, приводящая к увеличению их гибкости и подвижности и, как следствие, к более глубокой диффузии во внутренние слои

склеиваемых вулканизатов. Полученные результаты подтверждены с помощью локального зондового микроанализа.

Разработаны промоторы адгезии повышенной эффективности, полученные на основе эпоксидной смолы и кубовых отходов производства анилина, позволяющие значительно повысить прочностные показатели при склеивании изделий из вулканизатов на основе различных каучуков и при их креплении к металлу.

Уровень завершенности работы. По противостарителю и модификатору резиновых смесей проведены промышленные испытания, разработана техническая документация, выпущены опытные партии продуктов.

По результатам проведенных исследований получено 15 патентов на изобретения, 2 положительных решения на изобретения, подано 5 заявок на изобретения.