CC BY
98
УДК 678.049
О. А. Коробейникова, Т. Б. Минигалиев, В. П. Дорожкин
СТРУКТУРА РЕЗИН НА ОСНОВЕ ИЗОПРЕНОВОГО КАУЧУКА
Ключевые слова: резина, мягчитель, релаксация напряжения.
Изучена структура резин на основе изопренового каучка. Устновлено, что мягчитель КУБ-ПМ повышает подвижность сажекаучуковых структур.
Keywords: rubber, plasticizer, relaxation of effort.
Relaxation properties of rubber compounds contents polyisoprene with new processing oil KUB-PM have been studied.
В резиноых смесях применяются различные мягчители которые часто помимо улучшения их технологических свойств придают резнам на их основе ряд дополнительных полезных свойств [1].
На кафедре химической технологии разработана технология [2, 3] переработки изношенных шин в мягчитель резиновых смесей (КУБ-ПМ). Новый мягчитель характеризуется: плотностью 930 кг/м3, кинематической вязкостью при 100°С 3,29 мм2/с, температурой вспышки 115 °С и застывания минус 2 °С, содержанием летучих веществ при 150 °С 0,90 % мас., зольностью 0,04 % мас., средней молекулярной массой 350 г/моль, содержанием серы 0,61 %. В состав мягчителя входят следующие углеводороды: парафиновые 5,9 % мас., нафтеновые 29,2 % мас., ароматические 54,3 % мас., олефиновые 10,6 % мас.
Для оценки влияния нового мягчителя на структуру полиизопреновых резин были приготовлены модельные смеси следующего состава (мас.ч.): каучук СКИ-3 - 100; сера - 2,0; аль-такс - 3,0; цинковые белила - 5,0; стеариновая кислота - 1,5; технический углерод N330 - 30; мягчитель - 0; 1; 5; 10. КУБ-ПМ испытывался в сравнении с маслом ПН-6. Вулканизация проводилась при 150°С в течение 30 минут.
Оценка величины молекулярной массы между узлами сшивки проводилась методом равновесного набухания в гексане (рис.1).
Содержание мягчителей, мас.ч.
Рис. 1 - Зависимость молекулярной масса отрезка цепи между соседними узлами сшивки от содержания мягчителей в рецептуре (растворитель гексан): — ПН-6, — КУБ-ПМ
Релаксационные свойства изучали на релаксометре осевого растяжения. Деформация образца 50%, температура испытания 25°С.
Масла могут оказывать влияние на образующиеся сажекаучуковые структуры, что приводит к повышению совместимости технического углерода с каучуком, повышению подвижности сажекаучуковой структуры и снижению размеров частиц сажи [4].
При дозировках обоих мягчителей до 5 мас.ч. величина молекулярной массы между соседними узлами сшивки резины (Мс) сокращается (рис.1). Дальнейшее увеличение содержания масла ПН-6 мало влияет на Мс, а в случае КУБ-ПМ значение плотности сшивки увеличивается, что свидетельствует об участии мягчителя КУБ-ПМ в образовании вулканизационнной сетки.
Ранее [4] нами было показано, что введение мягчителей в состав изопреновых резин приводит к росту подвижности сажекуаучуковых структур, делая их менее крупными, что увеличивает вклад в падение напряжения этих новых структур. Область времён релаксации таких структур составляет несколько десятков тысяч секунд. На рисунке 2 представлены графические зависимости величины вклада таких структур в общее падение напряжения в образце при релаксации напряжения в случае одноосного растяжения.
Рис. 2 - Доля процесса релаксации с временами от 35000 до 50000с, отвечающих за релаксацию сажекаучуковых структур: — ПН-6, — КУБ-ПМ
Анализ этого рисунка показывает, что увеличение дозировки масла ПН-6 и КУБ-ПМ до 5,0 мас. частей на 100 мас. частей СКИ-3 закономерно увеличивает вклад образующихся более мелких сажекаучуковых структур в общее падение напряжения, что свидетельствует о росте их числа. Дальнейшее увеличение дозировки масла ПН-6 перестаёт оказывать вляние на появление мелких сажекаучуковых структур, а в случае мягчителя КУБ-ПМ это явление продолжается, хотя и не так резко как ранее. По-видимому, объяснение этим фактам следует искать в различной химической природе обоих мягчителей. Если масло ПН-6 является экстрактом селективной очистки минерального масла с содержанием ароматики в пределах 70-85%, то в мягчителе КУБ-ПМ содержание ароматических углеводородов снижено до 55% за счёт роста парафино-нафтеновой фракции до 35% и появления олефинов в количестве 10,6% мас. Оле-финовая фракция КУБ-ПМ содержится в олигомерной части мягчителя КУБ-ПМ, образую-
щейся при пиролизе отработанных шин [2]. По этой причине степень термодинамической совместимости мягчителя КУБ-ПМ с непредельным каучуком СКИ-3 намного выше, чем в случае ПН-6. По-видимому, этим объясняется рост плотности поперечных связей в серных вул-канизатах СКИ-3 с увеличением дозировки КУБ-ПМ (рис.1), так как ненасыщенные олигомеры способны образовывать сетчатую структуру при серной вулканизации.
Увеличение подвижности сажекаучуковых структур при введении КУБ-ПМ вместо масла ПН-6 способствует росту сопротивления раздиру резин на 4,3%. Этим же объясняется возрастание эластичности по отскоку с 45 до 48% у этих резин, содержащих КУБ-ПМ.
Литература
1. Донцов, А.А. Каучук-олигомерные композиции в производстве резиновых изделий / А.А. Донцов,
A.А.Канаузова, Т.В. Литвинова - М., Химия, 1986. - 216 с.
2. Пат. 2325409 Российская Федерация, МПК7 С 08 J 11/20, C 08 L 21/00. Способ получения мягчителя резиновой смеси / Т.Б. Минигалиев, В.П. Дорожкин, О.А. Сухова.; № 2006137258/04; заявл. 20.10.2006; опубл. 27.05.2008.
3. Минигалиев, Т.Б. Моделирование процесса пиролиза резин на основе нейросетей / Т.Б. Минигалиев,
B.П. Дорожкин, О.А. Коробейникова, С.Н. Гусев // Вестник Казан. технол. ун-та. - 2010. - № 11. -
C. 195-201.
4. Минигалиев, Т.Б. Влияние мягчителя РО на релаксационне и термомеханические характеристики резиновых смесей и резин / Т.Б. Минигалиев, В.П. Дорожкин, Р.С. Ильясов// Каучук и резина. - 2006. -№3. - C.27-30.
© О. А. Коробейникова - асп. каф. химической технологии НХТИ КНИТУ; Т. Б. Минигалиев - доц. той же кафедры minigaliev.tb@gmail.com; В. П. Дорожкин - д-р хим. наук, проф., зав. каф. химической технологии НХТИ КНИТУ, научный консультант ОАО«Нижнекамскшина».
