Зависимость свойств неотверждаемых герметиков на основе бутилкаучука наполненых мелом от природы термопласта Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

УДК: 666.968.1/.2

М. С. Перова, Л. Р. Галимова, Ю. Н. Хакимуллин ЗАВИСИМОСТЬ СВОЙСТВ НЕОТВЕРЖДАЕМЫХ ГЕРМЕТИКОВ НА ОСНОВЕ БУТИЛКАУЧУКА НАПОЛНЕНЫХ МЕЛОМ ОТ ПРИРОДЫ ТЕРМОПЛАСТА

Ключевые слова: неотверждаемые композиции, бутилкаучук.

Изучено влияние дисперсности мела на свойства неотверждаемых композиций на основе бутилкаучука. Установлено, что определяющим моментом для проявления усиливающего эффекта мела является повышение полярности и дисперсности.

Keywords: incurable sealant, butyl rubber.

Influence of dispersion on the properties of chalk neotverzhdaemyh compositions based on butyl rubber. It is established that the determining factor for the manifestation of the multiplier effect is to increase the polarity of the Cretaceous and dispersion.

Одним из недостатков, существенно ограничивающих применение неотверждаемых композиций, является невысокая прочность по сравнению с отверждаемыми. Именно поэтому такие композиции усиливают дисперсными наполнителями. Известно, что усиление каучуков активными наполнителями происходят в результате образования межфазных слоев, в которых вблизи поверхности наполнителя происходит дополнительная ориентация макромолекул полимера, в результате чего происходит существенное повышение всего комплекса свойств [1]. Предполагается, что двумя основными факторами усиления является размер частиц или удельная поверхность наполнителя и связь полимер - наполнитель. Максимальные эффекты наблюдаются при определенном содержании наполнителя, зависящем от его природы и содержания. Эти эффекты коррелируют с размером частиц наполнителя и соответственно с развитостью их поверхностью - чем больше площадь контакта, чем сильнее физические взаимодействия и ориентирующие эффекты по отношению к макромолекулам, тем сильнее эффекты усиления. Эффекты усиления также наблюдаются в случае образования химических связей эластомеров с поверхностью наполнителя.

Известно, что мел ввиду его небольшой удельной поверхности, и отсутствия на его поверхности группировок способных образовать физические и химические связи с эластомерами относятся к неактивным наполнителям. Однако в связи с возможностью получения высокодисперсных сортов мела, вплоть до наноуровня существенно увеличивается площадь контакта, что переводит мел в разряд усиливающих наполнителей.

Содержание наполнителя, а также форма его частиц сильно влияют на вязкость композиций. При этом если в системе формируется коагуляционная структура, образованная частицами наполнителя, то ее реологические свойства в значительной мере определяются структурообразованием в полимерной среде частиц наполнителя и связыванием их друг с другом через адсорбированные на поверхности частиц молекулы полимера [3].

В работе были использованы следующие наполнители:

1) мел МТД-2 (средний размер частиц 20мкн);

2) мел ОшуаеагЬ 5Х (средний размер частиц 5мкн);

3) Мел ОшуаеагЬ 2Х (средний размер частиц 2мкн);

4) Мел '^ппоШ БРТ (средний размер частиц 0,05мкн).

Изучалось влияние дисперсности наполнителей и на физико-механические, реологические свойства наполненных композиций на основе бутилкаучука и термопластов различной природы (СЭВА, с содержанием ВА 28% и ПВД).

Влияние содержания и дисперсности наполнителей на композицию с неполярным термопластом, представлено на рис.1. Как и ожидалось, с увеличением дисперсности наполнителя когезионная прочность композиций в ряду МТД-2<O5X<O2X<W увеличивается. Повышение прочности при введении дисперсных наполнителей происходит благодаря образованию в результате взаимодействия частиц наполнителя друг с другом непрерывного армирующего каркаса. МТД-2 имея менее развитую поверхность, обладает меньшим усиливающим эффектом. Естественно, что со снижением размера частиц наполнителя эффекты усиления начинают проявляться при уменьшенном содержании наполнителя. В случае использования ультрадисперсных наполнителей с наноразмерными частицами усиливающие эффекты наблюдаются в области малых дозировок. Так максимальные значения прочности наблюдаются у композиций с Winnofll при содержании от 20 м.ч. до 100 м.ч., дальнейшее увеличение содержания мела не значительно увеличивает прочность по отношению к другим наполнителям.

Из рис. 2 видно, что на реологические свойства наполненных композиций влияет активность наполнителя. Введение в композицию на основе бутилкаучука нанонаполните-ля ^тпоШ) существенно повышает эффективную вязкость композиций уже в области малых дозировок. Данный факт объясняется тем, что увеличение степени дисперсности наполнителя (уменьшение размера его частиц), повышает способность к образованию более прочной структурной сетки. С увеличением размера частиц наполнителя эффективная вязкость композиций снижается.

Рис. 1 - Влияние содержания и дисперсности наполнителей на прочность композиций с неполярным термопластом (ПВД)

Рис. 2 - Влияние вязкости композиций с неполярным термопластом (ПВД) от содержания и дисперсности наполнителей

В случае композиций содержащих полярный термопласт наблюдается иная картина (рис.3).

С введением сополимера этилена и винилацетата (СЭВА) (содержание ВА 28%) и появлением в композиции полярных фрагментов усиливающих эффект от введения мела в таких композициях начинает проявляться сильнее, чем в случае композиций с неполярным термопластом (ПВД) (рис.1).

Рис. 3 - Влияние содержания и дисперсности наполнителей на прочность композиций с полярным термопластом (СЭВА)

Следует учесть, что все мела за исключением природного мела (МТД-2) гидрофоби-зированны, путем обработки поверхности стеариновой кислотой. Гидрофобизация мела производится в целях придания частицам водоотталкивающих свойств и сопровождается образованием карбоксильных групп на поверхности частиц мела, что приводит к уменьшению полярности наполнителя.

В композициях с полярными фрагментами эффект полярности оказал определяющее влияние на усиливающие свойства мела [2]. Это проявляется в том, что негидрофоби-зированный мел МТД-2, имеющий более полярную поверхность, проявил более усиливающий эффект, чем гидрофобизированный Omyacarb (5 мкн и 2мкн). Вместе с тем следует отметить, что наиболее сильно эффекты усиления проявляются в случае использования наномела (Winnofil). По-видимому, это связано с тем, что эффекты размера частиц и соответственно развитости поверхности перекрывают эффекты полярности.

Реологические свойства наполненных композиций с полярным термоэластопластом, представлены на рис 4.

В случае наномела (Winnofil) наблюдается наибольшая эффективная вязкость.

Гидрофобизированные наполнители (O2X, O5X) проявляет более низкую эффективную вязкость, по сравнению с МТД-2 и нанонаполнителем, что еще раз подтверждает недостаточную совместимость.

Существенно лучшие характеристики имеют композиции с СЭВА наполненные мелом Winnofil. Так как стоимость мела Winnofil в 6 раз дороже мела Omyacarb, было решено заменить часть мела WmnoШ в композиции гидрофобным мелом Omyacarb 5X. Исследовались разные соотношением мела Winnofil и мела Omyacarb 5X, наиболее эффективным оказалось соотношение 20:100 соответственно.

Рис. 4 - Влияние вязкости композиций с полярным термопластом (СЭВА) от содержание и дисперсности наполнителей

Таблица 1 - Основные характеристики композиции с частичной заменой мела '^ппо-Ш на ОшуаеагЬ 5Х (20:100)

Характеристики Мел ,^ппоА1 Мел ОшуасгЬ 5Х Мел '^ппоШ: мел ОшуасагЬ 5Х (20:100)

Твердость по Шору А 19 23 21

Эластичность по отскоку 10% 11% 11%

Адгезионная прочность к стеклу, МПа 0,35 0,3 0,33

Адгезионная прочность к дюралюминию, МПа 0,27 0,23 0,25

Когезионная прочность, МПа 0,4 0,29 0,37

Пенетрация, мм-1 22,2 28,5 25,2

Исходя из полученных результатов, можно заключить, что существенное влияние на свойства неотверждаемых герметиков оказывает не только дисперсность но и характер взаимодействия полимера и наполнителя на границе раздела фаз. Показано, что комбинация гидрофобизированных мелов разной дисперсноти позволяет получить герметики с высоким комплексом свойств.

Работа выполнена в рамках государственного контракта 02.552.11.7070 от 2.10.2009.

Литература

1. Липатов, Ю.С. Физическая химия наполненных полимеров / Ю.С. Липатов. - М.: «Химия», 1977.-304с.

2. Наполнители для полимерных композиционных мктериалов: Справочное пособие; Пер. с англ./Под ред. П.Г. Бабаевского. - М.: Химия, 1981. - 736 с., ил. - Нью - Йорк: Ван Ностранд Рейнолдс, 1978

3. Виноградов, Г.В. Реология полимеров / Г.В. Виноградов, А.Я. Малкин. — М.: Химия, 1977.— 444с.

© М. С. Перова - асп. каф. ХТПЭ КГТУ, [email protected]; Л. Р. Галимова - студ. той же кафедры; Ю. Н. Хакимуллин - д-р техн. наук, проф. той же кафедры, [email protected].