Введение к работе
Актуальность работы. Несмотря на то, что оксид цинка признан лучшим активатором вулканизации, сейчас возникает все больше беспокойств по его влиянию на окружающую среду и организм человека. Это связано с тем, что в процессе производства, в течение использования резиновых изделий (в том числе шин), в процессе утилизации, например, через выщелачивание в участках закапывания мусора происходит выброс оксида цинка в окружающую среду. Пока не найдено вещество способное полностью заменить собой оксид цинка, при этом имеющее такие же свойства, как и оксид цинка.
С учетом развитых ранее представлений об адсорбцо-хемосорбционных свойствах оксида цинка в качестве активатора [Шершнев В.А. и сотр.] распада дисульфидов и комплексных соединений серы с ускорителями и последующими реакциями сшивания эластомеров [Донцов А.А., Коран О.Дж. и др.], был опробован в этом качестве шунгит. Не являясь оксидом металла, это соединение, состоящее из сложной по структурной организации комбинации SiO2 и углерода, обладает адсорбционной активностью по отношению к многим соединениям органической природы и достаточно широко используется в технологии эластомеров в качестве наполнителя средней активности. На примерах галогенсодержащих полимеров (ПХП, ХБК) было показано [Потапов Е.Э и сотр.], сшивающее действие шунгита, как самостоятельно, так и в составах обычных вулканизующих групп этих эластомеров. Таким образом, в силу особенностей химической и физической структуры шунгита можно было ожидать возможность его активирующего действия в составах серных вулканизующих групп, что ранее было показано на нескольких примерах (БСК, СКЭПТ).
В этой связи актуальным представляется рассмотреть шунгит в новом качестве, как возможного активатора серной вулканизации в резинах из полярных бутадиен-нитрильных каучуков и композиций на их основе.
Цель работы. Разработка новых вулканизующих систем для резин из бутадиен-нитрильных каучуков и композиций на их основе, с использованием природного углеродсодержащего минерального соединения — шунгита, позволяющего решить ряд технических, технологических, экономических и экологических проблем.
В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи: 1. Изучение действия шунгита при вулканизации бутадиен-нитрильных каучуков с различным содержанием акрилонитрила, выявление роли нитрильных групп в формировании сетчатой структуры эластомеров в присутствии шунгита.
Сравнение действия шунгита и оксида цинка в качестве активаторов серной вулканизации в модельных композициях на основе бутадиен- нитрильных каучуков различных марок.
Исследование адсорбционных свойств шунгита и оксида цинка в связи с их ролью как активаторов серной вулканизации.
Опробование шунгита в качестве активатора вулканизации в практически значимых маслостойких резинах на основе бутадиен-нитрильных каучуков.
Изучение роли шунгита при вулканизации композиций бутадиен- нитрильных каучуков с поливинилхлоридом.
Научная новизна.
-
Впервые показано, что природный минерал шунгит может быть применен в качестве активатора серной вулканизации резин на основе бутадиен-нитрильных каучуков.
-
В системах где активность шунгита в качестве активатора ниже по сравнению с оксидом цинка, его действие может быть компенсировано введением шунгита совместно с резко уменьшенным количеством оксида цинка (1м.ч. вместо 5м.ч.).
-
Впервые проведена сравнительная оценка адсорбционных характеристик оксида цинка и шунгита и показана их сопоставимость, в т.ч. по адсорбции серы.
-
Учитывая известное взаимодействие нитрилов с галоген-алканами, впервые показано значительное повышение активирующего действия шунгита при серной вулканизации композиций бутадиен- нитрильных каучуков с поливинилхлоридом.
-
Экспериментально показана существенная роль физических межмолекулярных связей в вулканизатах бутадиен-нитрильных каучуков с шунгитом.
Практическая значимость. Показана возможность пятикратного и более снижения содержания оксида цинка в рецептурах реально используемых резин на основе СКН-18 с улучшением кинетических характеристик вулканизации и сохранением или улучшением физико-механических показателей, что зафиксировано в акте опробования конкретных производственных рецептур.
Показано сохранение прочностных и эластических свойств опытных резин с шунгитом в качестве активатора по термостойкости и стойкости к тепловому старению.
В итоге получено большое количество экспериментальных данных, показавших возможность замены оксида цинка шунгитом, или существенного снижения содержания оксида цинка за счет введения шунгита, в составах активирующих групп серной вулканизации резин из бутадиен-нитрильных каучуков. Это имеет существенное экономическое и экологическое значение.
Личный вклад автора. Все исследования проводились автором лично или при непосредственном его участии.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на: научно-технической конференции «Каучук и резина - 2010» (Москва, 2010); научно-технической конференции молодых ученых «Наукоемкие химические технологии» (Москва, 2011); научно-технической конференции «Наукоемкие химические технологии - 2012» (Тула, 2012).
Публикации. По материалам работы опубликовано две статьи в журнале «Каучук и резина», одна статья в журнале «Вестник МИТХТ», рекомендованных ВАК РФ для размещения материалов диссертаций, и 3 тезисов докладов на конференциях.
Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 160 страницах и включает разделы: введение, литературный обзор, объекты и методы исследования, экспериментальная часть, обсуждение результатов, выводы, список литературы, приложения. Работа содержит 23 таблицы, 75 рисунков и список литературы из 115 ссылок.
Похожие диссертации на Новые вулканизующие системы для композиций на основе бутадиен-нитрильных каучуков
