Технологическая добавка для резиновых смесей на основе карбоцепных каучуков
Владельцы патента RU 2339657:
Общество с ограниченной ответственностью "СОВТЕХ" (RU)
Изобретение относится к технологической добавке для резиновых смесей, содержащей в качестве компонентов продукт реакции 100 мас.ч. органоминеральных отходов производства растительных масел (подсолнечного, рапсового, кукурузного) и 5,0-30,0 мас.ч. цинковых белил, в присутствии алканолов - 2,0-3,0 мас.ч. и триэтаноламина - 3,0 мас.ч., дополнительно - стабилизатора ионол - 1-2 мас.ч. и парафин - 20,0-20,0 мас.ч. Резиновые смеси и их вулканизаты, содержащие данную технологическую добавку, характеризуются большей однородностью, меньшим временем начала вулканизации, улучшенными прочностью при растяжении и напряжением при удлинении, что свидетельствует о активирующем и структурирующем влиянии заявленной технологической добавки. При использовании заявленной технологической добавки также решается задача утилизации углеродно-минеральных отходов, образованных при производстве растительных масел, а также снижается доля или исключается из состава резиновой смеси дефицитное сырье, благодаря чему происходит удешевление резиновой смеси. 4 табл.
Изобретение относится к резиновой промышленности, а именно области производства технологических добавок для резиновых смесей на основе карбоцепных каучуков.
Известны технологические добавки на основе цинковых солей синтетических жирных кислот фракции С7-С9 и оксиэтилированных спиртов фракции С7-С15 со степенью оксиэтилирования 15 (SU 1214687 А, 28.02.1986), а также диспергаторы на основе цинковых солей жирных кислот фракции С10-С25 и жирных кислот фракции С10-С25 в соотношении 50-60:40-50 или цинковых солей жирных кислот фракции С16-С21 со степенью оксиэтилирования 15-20 в соотношении 50-60:30-40:10-20 (RU 2054016 С1 10.02.1996).
Известен также диспергатор на основе цинковых солей ненасыщенных жирных и смоляных кислот таллового масла (20-60 мас.ч. и 30-65 мас.ч. соответственно), причем содержание солей цинка в пересчете на оксид цинка составляет 6-20 мас.ч. В состав диспергатора входит до 50 мас.ч. наполнителей - мела, каолина, воска (PL 108454 А. 1996). Технологическая добавка на основе стеариновой кислоты и жирных кислот таллового масла содержит оксид цинка в качестве солеобразующего агента в соотношении 1,2-8,6:1 (по массе) и карбонат кальция. При этом композиция может содержать 10-40 мас.ч. мелкодисперсного наполнителя, а также воск, антиоксидант и др. (US 6147147 A, 14.11.2000).
Использование таких добавок позволяет улучшить переработку резиновых смесей при сохранении или улучшении ряда показателей резин. Однако такие добавки, как правило, изготавливаются на основе дефицитного сырья нефтяного происхождения, характеризуются высоким содержанием минеральной части, что снижает активирующее и структурирующее их влияние; наличие в составе смоляных кислот может приводить к ухудшению запаха, затрудняющего возможность их использования в резиновых смесях.
Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому изобретению является охарактеризованная в SU 1175941 А (30.08.1985) добавка к резиновой смеси на основе ненасыщенных каучуков, представляющая собой бентонитовую глину, получаемую как отход отбелки и фильтрации растительных масел бентонитовой глиной, содержащая 60-75% собственно бентонитовой глины и 25-40% растительных жиров с перекисным числом веществ, извлекаемых хлороформом, не более 0,75% и кислотным числом веществ, извлекаемых хлороформом, не более 4,0 мг КОН. Недостатком данной технологической добавки является не принимаемый во внимание факт ограниченного срока использования ввиду быстрого окисления растительных жиров на поверхности бентонита и, как следствие, увеличение содержания перекисных соединений, негативно влияющих на свойства большинства резиновых смесей и их вулканизатов. Кроме того, указанная добавка имеет ограниченную область применения - для повышения прочности крепления резин к тканям.
Технической задачей является рациональное использование крупнотоннажных органо-минеральных отходов производства растительных масел, образующихся на стадии вымораживания, улучшение экологии окружающей среды за счет переработки отходов пищевых производств, улучшение технологических свойств резиновой смеси, повышение активирующего и структурирующего действия технологической добавки, снижение доли или исключение в составе резиновой смеси дефицитного сырья и удешевление резиновой смеси.
Поставленная цель достигается за счет того, что в резиновой смеси на основе карбоцепного каучука применяется технологическая добавка, отличающаяся тем, что в качестве технологической добавки используют продукт реакции отходов производства растительных масел (подсолнечного, рапсового, кукурузного) со стадии вымораживания и цинковых белил в присутствии алканолов и триэтаноламина, которая дополнительно стабилизирована ионолом и парафином. Отход представляет собой диоксид кремния с адсорбированными на нем растительными маслами и сопутствующими им веществами (содержание органической составляющей по литературным данным может достигать 70%).
Сущность изобретения состоит в том, что технологическая добавка состоит из продукта реакции отходов производств растительных масел со стадии вымораживания и цинковых белил в присутствии алканов и триэтаноламина в количестве от 2,0 до 3,0 мас.ч., дополнительно содержит ионол 1-2 мас.ч. и парафин 20,0-30,0 мас.ч.
Пример 1. В реактор, снабженный рубашкой обогрева, мешалкой и термометром, загружают 100 мас.ч. отходов производства растительных масел; разогревают их до температуры 70°С, вводят 2-3 мас.ч. этилового/изопропилового спирта, 2,0 мас.ч. ионола; при перемешивании добавляют 5 мас.ч. оксида цинка и 3,0 мас.ч. триэтаноламина. Реакцию ведут 60-90 минут при температуре 90-100°С, затем прибавляют 20,0 мас.ч. парафина и выливают расплав продукта для охлаждения.
Пример 2. В реактор, снабженный рубашкой обогрева, мешалкой и термометром загружают 100 мас.ч. отходов производства растительных масел, разогревают их до температуры 70°С, вводят 2-3 мас.ч. этилового/изопропилового спирта, 1,5 мас.ч. ионола; при перемешивании добавляют 15,0 мас.ч. оксида цинка и 3,0 мас.ч. триэтаноламина. Реакцию ведут 60-90 минут при температуре 90-100°С, затем прибавляют 22,0 мас.ч. парафина и выливают расплав продукта для охлаждения.
Пример 3. В реактор, снабженный рубашкой обогрева, мешалкой и термометром загружают 100 мас.ч. отходов производства растительных масел, разогревают их до температуры 70°С, вводят 2-3 мас.ч. этилового/изопропилового спирта, 1,2 мас.ч. ионола; при перемешивании добавляют 20,0 мас.ч. оксида цинка и 3,0 мас.ч. триэтаноламина. Реакцию ведут 60-90 минут при температуре 90-100°С, затем прибавляют 25,0 мас.ч. парафина и выливают расплав продукта для охлаждения.
Пример 4. В реактор, снабженный рубашкой обогрева, мешалкой и термометром, загружают 100 мас.ч. отходов производства растительных масел, разогревают их до температуры 70°С, вводят 2-3 мас.ч. этилового/изопропилового спирта, 1,0 мас.ч. ионола; при перемешивании добавляют 30,0 мас.ч. оксида цинка и 3,0 мас.ч. триэтаноламина. Реакцию ведут 60-90 минут при температуре 90-100°С, затем прибавляют 30,0 мас.ч. парафина и выливают расплав продукта для охлаждения.
Техническим результатом является рациональное использование крупнотоннажного органоминерального отхода производств растительных масел со стадии вымораживания и тем самым улучшение экологии окружающей среды, расширение на основе ежегодно возобновляемого сырья круга активирующих технологических добавок резиновых смесей, улучшение технологических свойств резиновых смесей и снижение их себестоимости.
Физико-химические показатели технологической добавки ВЦ приведены в табл.1.
| Таблица 1 | ||||
| Физико-химические показатели технологической добавки ВЦ | ||||
| Наименование | Зольность, % | Плотность, кг/м3 | Массовая доля оксида цинка, % | Внешний вид |
| Технологическая добавка ВЦ | 30,0-47,0 | 1230-1450 | 3,0-30,0 | Светло-бежевые пастилки |
Изготавливали резиновые смеси на основе карбоцепных каучуков, в состав которых вводили технологические добавки ВЦ. Резиновые смеси готовили на лабораторных вальцах и вулканизовали в гидравлическом прессе при температуре 140-170°С в течение 40-60 мин.
Примеры 5-7. Изготавливали резиновые смеси на основе бутадиен-стирольного каучука, в мас.ч.: СКС-30АРКП - 100, сера - 2, альтакс - 3,0, стеарин технический - 1,5, белила цинковые - 5,0, технический углерод П234 - 40,0, технологическую добавку ВЦ изменяли в пределах 1-15 мас.ч. Результаты испытаний по примерам 5-7 приведены в табл.2.
Примеры 8-10. Изготавливали резиновые смеси на основе хлоропренового каучука, в мас.ч.: Chloroprene PS-40A - 100, сера - 1, стеарин технический - 0,5, белила цинковые - 5,0, магнезия жженая - 7,0, технический углерод П701 - 40,0, технологическая добавка ВЦ в пределах 1,0-15,0 мас.ч. Результаты испытаний по примерам 8-10 приведены в табл.3.
| Таблица 2 | ||||||
| Результаты испытаний резин на основе СКС-ЗОАРКП, содержащих технологическую добавку ВЦ, по примерам 5-7 | ||||||
| Наименование показателей | Пример 5 | Пример 6 | Пример 7 | |||
| ВЦ, 1,0 | прототип | ВЦ, 7,0 | прототип | ВЦ, 15,0 | прототип | |
| Вязкость по Муни при 100°С | 50 | 53 | 48 | 50 | 45 | 48 |
| Начало вулканизации при 163°С, мин | 2,2 | 2,50 | 1,9 | 2,58 | 1,85 | 2,4 |
| Оптимум вулканизации при 163°С, мин | 10,5 | 11,2 | 9,25 | 10,90 | 6,8 | 9,67 |
| Условное напряжение при удлинении 300%, МПа | 19,4 | 19,1 | 19,6 | 18,7 | 17,4 | 16,2 |
| Условная прочность при растяжении, МПа | 24,8 | 24,6 | 24,0 | 23,5 | 22,6 | 19,8 |
| Дисперсия по прочности | 0,22 | 0,31 | 0,045 | 0,06 | 0,012 | 0,23 |
| Относительное удлинение при разрыве, % | 345 | 356 | 370 | 365 | 375 | 369 |
| Твердость по Шору А, усл. ед. | 75 | 74 | 73 | 73 | 72 | 71 |
| Эластичность по отскоку, %, | 33 | 34 | 34 | 34 | 30 | 30 |
| Таблица 3 | ||||||
| Результаты испытаний резин на основе хлоропренового каучука, содержащих технологическую добавку ВЦ, по примерам 8-10 | ||||||
| Наименование показателей | Пример 8 | Пример 9 | Пример 10 | |||
| ВЦ, 1,0 | прототип | ВЦ 7,0 | прототип | ВЦ, 15,0 | прототип | |
| Вязкость по Муни при 100°С | 73 | 76 | 72 | 77 | 71 | 75 |
| Начало вулканизации при 160°С, мин | 2,12 | 2,23 | 1,18 | 2,1 | 1,11 | 1,8 |
| Оптимум вулканизации при 151°С, мин | 12,24 | 14,24 | 10,53 | 13,45 | 9,44 | 12,44 |
| Условное напряжение при удлинении 300%, МПа | 13,9 | 14,24 | 10,53 | 13,45 | 9,44 | 12,44 |
| Условная прочность при растяжении, МПа | 15,3 | 15,0 | 21,2 | 19,6 | 20,0 | 19,1 |
| Дисперсия по прочности | 0,20 | 0,25 | 0,14 | 0,21 | 0,12 | 0,17 |
| Относительное удлинение при разрыве, % | 400 | 380 | 330 | 320 | 360 | 350 |
| Изменение массы после набухания в | 0,76 | 0,5 | 0,68 | 0,58 | 0,67 | 0,6 |
| СЖР-3 при 25°С в течение 24 ч, % | ||||||
| Твердость по Шору А, усл. ед. | 75 | 76 | 76 | 75 | 73 | 74 |
| Эластичность по отскоку, % | 42 | 44 | 36 | 40 | 35 | 40 |
Примеры 11-13. Изготавливали резиновые смеси на основе бутадиен-нитрильного каучука, в мас.ч.: БНКС-40АМН - 100, сера - 1,5, каптакс - 0,8, стеарин технический - 1,5, белила цинковые - 5,0, технический углерод К354 - 45,0, технологическую добавку ВЦ изменяли в пределах 1-15 мас.ч. Результаты испытаний по примерам 11-13 приведены в табл.4.
| Таблица 4 | ||||||
| Результаты испытаний резин на основе БНКС-40, содержащих технологическую добавку ВЦ, по примерам 11-13 | ||||||
| Наименование показателей | Пример 11 | Пример 12 | Пример 13 | |||
| ВЦ, 1,0 | прототип | ВЦ 7,0 | прототип | ВЦ, 15,0 | прототип | |
| Вязкость по Муни при 100°С | 60 | 61 | 48 | 54 | 44 | 46 |
| Начало вулканизации при 151°С, мин | 2,44 | 2,45 | 2,35 | 2,45 | 2,24 | 3,00 |
| Оптимум вулканизации при 151° С, мин | 15,34 | 15,45 | 14,45 | 16,0 | 16,78 | 17,3 |
| Условное напряжение при удлинении 300%, МПа | 5,5 | 11,0 | 4,7 | 4,5 | 4,6 | 4,4 |
| Условная прочность при растяжении, МПа | 19,0 | 19,0 | 20,7 | 19,6 | 17,9 | 15,8 |
| Дисперсия по прочности | 0,045 | 0,07 | 0,023 | 0,03 | 0,14 | 0,23 |
| Относительное удлинение при разрыве, % | 770 | 550 | 760 | 750 | 700 | 680 |
| Изменение массы после набухания в СЖР-3 (25°С × 24 ч), % | 0,55 | 0,9 | 0,76 | 1,0 | 1,04 | 1,2 |
| Твердость по Шору А, усл.ед. | 70 | 68 | 69 | 67 | 64 | 63 |
| Эластичность по отскоку, %, | 14 | 14 | 15 | 16 | 14 | 14 |
Из табл.2-4 видно, что резиновые смеси и их вулканизаты, содержащие технологическую добавку ВЦ, характеризуются большей однородностью, меньшим временем начала вулканизации, а смеси на основе хлоропреновых каучуков - снижением оптимума вулканизации, что свидетельствует о активирующем и структурирующем влиянии технологических добавок ВЦ. Резины при введении технологических добавок ВЦ имеют показатели, сравнимые с показателями вулканизатов по прототипу, а по условному напряжению при удлинении их превосходят.
Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет создать технологическую добавку на основе цинковых солей жирных кислот растительного происхождения для резиновых смесей на основе карбоцепных каучуков, рационально использовать сопутствующие продукты пищевых производств в технологии эластомерных материалов.
Технологическая добавка для резиновых смесей, содержащая органоминеральные отходы производства растительных масел, отличающаяся тем, что в качестве компонентов содержит продукт реакции 100 мас.ч. отходов производства растительных масел (подсолнечного, рапсового, кукурузного) и 5,0-30,0 мас.ч. цинковых белил в присутствии алканолов 2,0-3 мас.ч. и триэтаноламина 3 мас.ч., дополнительно стабилизатора ионол 1,0-2,0 мас.ч. и парафин 20,0-30,0 мас.ч.
