Научная статья на тему 'СИНТЕЗ ВЫСОКОДИСПЕРСИОННОГО ОКСИДА КРЕМНИЯ (IV) НА БАЗЕ МЕСТНОГО СЫРЬЯ И ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ НА РЕЗИНОВЫЕ КОМПОЗИЦИИ'

СИНТЕЗ ВЫСОКОДИСПЕРСИОННОГО ОКСИДА КРЕМНИЯ (IV) НА БАЗЕ МЕСТНОГО СЫРЬЯ И ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ НА РЕЗИНОВЫЕ КОМПОЗИЦИИ Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

CC BY
46
10
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ОКСИД КРЕМНИЯ (IV) / РЕЗИНОВАЯ КОМПОЗИЦИЯ / ДОБАВКА / ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

Аннотация научной статьи по нанотехнологиям, автор научной работы — Бозоров Ахрор Тураевич, Каримов Масуд, Джалилов Абдулахат Туропович

Синтезирован оксид кремния (IV) на основе жидкого стекла и хлорида кальция. Полученный оксид кремния (IV) применен в качестве добавки для резиновой смеси. Исследованы физико-механические свойства полученной резины с добавлением синтезированного оксида кремния (IV).

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по нанотехнологиям , автор научной работы — Бозоров Ахрор Тураевич, Каримов Масуд, Джалилов Абдулахат Туропович

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

SYNTHESIS OF HIGHLY DISPERSION SILICON (IV) OXIDE BASED ON LOCAL RAW MATERIALS AND INVESTIGATION OF INFLUENCE ON RUBBER COMPOSITIONS

Silicon oxide (IV) based on liquid glass and calcium chloride has been synthesized. The resulting silicon oxide (IV) is used as an additive for the rubber compound. The physico-mechanical properties of the obtained rubber with the addition of synthesized silicon oxide (IV) have been studied.

Текст научной работы на тему «СИНТЕЗ ВЫСОКОДИСПЕРСИОННОГО ОКСИДА КРЕМНИЯ (IV) НА БАЗЕ МЕСТНОГО СЫРЬЯ И ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ НА РЕЗИНОВЫЕ КОМПОЗИЦИИ»

СИНТЕЗ ВЫСОКОДИСПЕРСИОННОГО ОКСИДА КРЕМНИЯ (IV) НА БАЗЕ МЕСТНОГО СЫРЬЯ И ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ НА РЕЗИНОВЫЕ КОМПОЗИЦИИ

Бозоров Ахрор Тураевич

докторант,

ООО Ташкентский научно-исследовательский химико-технологический институт,

Республика Узбекистан, Ибрат E-mail: ahror. bozorov. 0125@mail.ru

Каримов Масуд

замдиректора по науке, д-р техн. наук, ст. научн. сотр., ООО Ташкентский научно-исследовательский химико-технологический институт,

Республика Узбекистан, Ибрат

Джалилов Абдулахат Туропович

академик, директор

Ташкентского научно-исследовательского химико-технологического института,

Республика Узбекистан, Ибрат

SYNTHESIS OF HIGHLY DISPERSION SILICON (IV) OXIDE BASED ON LOCAL RAW MATERIALS AND INVESTIGATION OF INFLUENCE ON RUBBER COMPOSITIONS

Akhror Bozorov

Doctoral student

of "Tashkent Chemical Technology Research Institute " LLC,

Republic of Uzbekistan, Ibrat

Masud Karimov

Deputy Director for Science., Doctor of Technical Sciences, Senior Researcher, Tashkent Research Institute of Chemical Technology LLC,

Republic of Uzbekistan, Ibrat

Abdulakhat Jalilov

Director of Tashkent Scientific Research Institute of Chemical Technology,

Academician, Republic of Uzbekistan, Ibrat

АННОТАЦИЯ

Синтезирован оксид кремния (IV) на основе жидкого стекла и хлорида кальция. Полученный оксид кремния (IV) применен в качестве добавки для резиновой смеси. Исследованы физико-механические свойства полученной резины с добавлением синтезированного оксида кремния (IV).

ABSTRACT

Silicon oxide (IV) based on liquid glass and calcium chloride has been synthesized. The resulting silicon oxide (IV) is used as an additive for the rubber compound. The physico-mechanical properties of the obtained rubber with the addition of synthesized silicon oxide (IV) have been studied.

Ключевые слова: оксид кремния (IV), резиновая композиция, добавка, физико-механические свойства. Keywords: silicon (IV) oxide, rubber composition, additive, physical and mechanical properties.

Введение. Китай, Германия, Франция и Россия являются ведущими мировыми производителями высокодисперсного оксида кремния (IV). Существует несколько способов синтеза этого оксида, один из которых основан на золь-гель-технологии, которая представляет собой осаждение серной кислоты в жидком стекле для синтеза качественного оксида [3].

Оксид кремния (IV) является одним из наиболее важных среди кремниевых соединения. Оксид кремния (IV) обладает специфическими химическими и физико-механическими свойствами и широко применяется в производстве строительных материалов, полимеров, лакокрасочной и резинотехнической промышленности [4]. В настоящее время, помимо

Библиографическое описание: Бозоров А.Т., Каримов М., Джалилов А.Т. СИНТЕЗ ВЫСОКОДИСПЕРСИОННОГО ОКСИДА КРЕМНИЯ (IV) НА БАЗЕ МЕСТНОГО СЫРЬЯ И ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ НА РЕЗИНОВЫЕ КОМПОЗИЦИИ // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. 2022. 5(98). URL:

https://7universum.com/ru/tech/archive/item/13782

природных форм этого оксида, его синтезируют в химической промышленности синтетическими методами, включающими осаждение из раствора силиката натрия и гидролиз при высоких температурах. Исходными материалами для получения синтетического оксида кремния (IV) являются кварц, песок, силикаты металлов, галогениды кремния и другое кремнийсодержащее сырье [1]. Разработаны технологии получения оксида кремния (IV) в жидкой, газовой фазе. Кроме того, производство высокодисперсного оксида кремния (IV) осуществляется в разных фазах [2].

Различные активные наполнители (кремний IV, технический углерод), пластификаторы, антиокси-данты применяют в производстве резинотехнических изделий для повышения их физико-механических свойств, устойчивости к различным внешним воздействиям, солнечному свету, холоду и теплу, влаге, износу [5; 6]. На основании вышеуказанных источников исследований в Ташкентском научно-исследовательском институте химической технологии Республики Узбекистан проведены научно-практические работы по синтезу высокодисперсного оксида кремния (IV) на основе местного сырья.

Экспериментальная часть. Для синтеза высокодисперсного оксида кремния (IV) первым шагом является взятие жидкого стекла и растворение его в воде, затем добавление раствора хлорида кальция и постоянное перемешивание, после чего силикат кальция полностью высыхает при 60 °С. Полученный силикат кальция хорошо измельчают с помощью лабораторного измельчителя. Ниже показано уравнение

химической реакции взаимодействия жидкого стекла с хлоридом кальция:

N^510-3 + СаС 12 ^ Са^03 4 + 2NaCl.

На второй стадии хорошо измельченное силикатно-кальциевое сырье подвергают воздействию раствора соляной кислоты, в результате чего в водной среде выпадает высокодисперсный оксид кремния (IV), который четко разделяется на две среды, а затем фильтруют, через бумагу очищают от водорастворимых солей с помощью дистиллированной воды. Ниже показано уравнение химической реакции получения оксид кремния (IV):

СаБЮ3 + 2НС1 ^ СаС12 + БЮ24 + Н2 О.

Синтезированный высокодисперсный оксид кремния (IV) сушат в сушильном шкафу при 55 °С, высушенное сырье сушат в сушильном шкафу при 400 °С в течение 1 часа для испарения его примесей.

Обсуждение полученных результатов. Изучен элементный анализ синтезированного оксида кремния (IV). Целью проведения данного исследования является определение наличия элементов кремния и кислорода. Данный метод анализа позволил нам определить не только наличие элементов кремния и кислорода в полученном веществе, но и количественное соотношение этих элементов в массовом проценте. На рисунке 1 показан результат проведенного элементного анализа.

| Спектр 29 Вес.% о

О 52.3 0.: si 43.4 о.;

с з.б о.:

AI 0.7 0.(

I • I > I > |

5

1 < | • I ■ I • I ■ I • |

15 юВ

Рисунок 1. Элементный анализ синтезированного оксида кремния (IV)

Элементарный анализ показал, что высокодисперсный оксид кремния (IV), полученный из местного сырья, содержит 43,4% кремния и 52,3% кислорода. После этого была проведена

экспериментальная работа по стандартным техническим параметрам, которые приведены в таблице 1.

Таблица 1.

Результаты лабораторного химического анализа

№ Имена анализов Показатели Технический метод Показатели соответствия

Требуемая техническая норма Полученные

1 Потери при высоких температурах °С, % < 7.0 5.1 ISO-3262-19 Соответствует

2 Показатель pH 5.5-8 8.0 ISO 787-9 Соответствует

3 Влажность, % 4.0-8.0 5.2 ISO 787-2 Соответствует

4 Массовая доля водорастворимых веществ, % < 2 1.7 ISO-787-8 Соответствует

Когда результаты химического анализа синте- рецептура. Состав резиновой смеси на этой основе

зированного оксида кремния (IV) соответствовали приведен в таблице 2.

техническим требованиям, была выбрана стандартная

Таблица 2.

Состав стандартной резиновой смеси HT168

№ Наименование Количество

Основной рецепт Рецептура приготовлена с добавлением высокодисперсного оксида кремния (IV) на основе местного сырья

1 Синтетические каучуки 200 200

2 Диоксид кремния с высокой дисперсией 100 0

2.1 Высокодисперсный оксид кремния (IV), полученный на основе местного сырья 0 100

3 Ароматическое углеводородное масло (TDAE) 14 14

4 Сопряженный агент силана Si-75 8 8

5 Диспергатор белой сажи ST 3 3

6 Технический углерод (N234) 56 56

7 Стеариновая кислота 5 5

8 Противостарители 5 5

9 Микрокристаллический парафин WAX 3241 3 3

10 Окись цинка ZnO 5 5

11 Сера в порошке 3 3

12 Ускорители 5,5 5,5

Итого (г) 407,5 407,5

По этому стандартному рецепту в лабораторных условиях готовили небольшую массу резиновой смеси. Этот процесс осуществляют на вентильном устройстве при температуре 65-70 °С, в котором сначала пластифицируют каучуки и готовят резиновую смесь путем смешивания ингредиентов по порядку. 55 г приготовленной резиновой смеси

volcanic помещали в формы вулканизационного плоского пресса и обжигали при 150 °С в течение 15 минут при давлении 6-7 МПа. Резиновую смесь, приготовленную на вулканизирующем плоском прессе, охлаждали до комнатной температуры в течение 16 часов и отбирали образцы (рисунки 2 и 3) для проверки на прочность при растяжении.

Рисунок 2. Образцы, запеченные в пресс-форме Рисунок 3. Образцы, подготовленные для испытаний под давлением 6-7МПа в течение 15 минут на приборе электронной разрывной машины

при температуре 150 °С «АИ-7000»

По стандартной рецептуре исследовали физико-механические свойства резиновой смеси НТ168 с местным оксидом кремния (IV). Электронная разрывная машина «АИ-7000» дала такие показатели, как предел прочности, относительное удлинение при разрыве, эластичность, модуль упругости. Кинетику процесса вулканизации определяли на приборе «Роторный реометр (Вулканизационное устройство без ротора) М-3000А». Твердость изучали на приборе «Тверская твердость по берегу N14/1». Полученные результаты представлены в таблице 3.

Таблица 3.

Результаты физико-механических испытаний резиновой смеси НТ168 на основе местного высокодисперсного оксида кремния (IV)

№ Имена анализов Стандартные технические показатели Полученные показатели

Т30/э 48-66 56.79

1 Реометрический тест (процесс вулканизации) (185 °С*мин.) Т60/э 62-84 75.86

МШ№т 1,9-3,2 2.41

МИШт 8,0-15,0 9.95

2 Упругость, Муни МЦ1+4)100 °С 60-86 76.5

3 Период вулканизации, Муни t5 (127 °С) 12-24 15.51

4 Степен затвердевания (180 °С*6 мин.) 59-66 63

5 Плотность 1,168-1,188 1.178

23 °С (180 °С*6 мин.)

6 Относительное удлинение при растяжении % > 350 343

7 Прочность при растяжении, Мра 13 5.75

8 Модуль упругости М100% > 1,8 2.593

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

М300% > 8 5.32

Заключение. Результаты химического анализа сырья оксида кремния (IV) с высокой дисперсностью выявили соответствие всем техническим требованиям, а физико-механические испытания резиновой смеси, полученной на основе данного сырья, близки к нормам

нормативно-технических показателей. То есть из результатов испытаний видно, что технические свойства этого оксида улучшаются по сравнению с первыми синтезированными разработками.

Список литературы:

1. Ахметов Т.Г. Химическая технология неорганических веществ : учебн. пособие. 2-е изд., стер. - СПб. : Лань, 2019. - 414 с.

2. Кутищева Е.С., Усольцева И.О., Передерин Ю.В. Способы получения высокодисперсного диоксида кремния // Ползуновский вестник. - 2021. - № 2.

3. Мельников Б.И., Савченко М.О., Набибач В.М. Исследование кинетики поликонденсации кремниевых кислот в процессе сернокислотного метода осаждения высокодисперсного диоксида кремния // Вопросы химии и химической технологии. - 2008. - № 4. - С. 129-134.

4. Сахаров В.В. Кремния диоксид // Химическая энциклопедия: в 5 т. / гл. ред. И.Л. Кнунянц. - М. : Советская энциклопедия, 1990. - Т. 2: Даффа-Меди. - С. 517-518.

5. Nagomaya M.N., Myshlyavtsev A.V., Strizhak E.A. Effect of oxidized technical carbon on surface energy of rubber // Vopr. Materialoved. - 2019. - № 2 (98).

6. Synergistic effects of antioxidant and silica on enhancing thermo-oxidative resistance of natural rubber: Insights from experiments and molecular simulations / K. Luo [et al.] // Mater. Des. - 2019. - Vol. 181.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.