Модификатор резин и резиновая смесь на его основе
Владельцы патента RU 2625856:
Игуменова Татьяна Ивановна (RU)
Смирнов Андрей Николаевич (RU)
Чичварин Александр Валерьевич (RU)
Смирнов Виталий Петрович (RU)
Изобретение относится к области производства модификаторов для резиновых смесей и резинотехнических изделий на их основе. Модификатор получают путем взаимодействия фуллеренов фракции С50-С92, индолил-3-масляной кислоты, метилбензола, диметилкетона, серной кислоты, параформа. Полученная смесь продуктов синтеза соединяется с волластонитом в массовом соотношении 10:100 путем механического перемешивания. Полученный модификатор используют для изготовления резиновых смесей. Резиновая смесь содержит каучук СКЭПТ, масло вазелиновое, окись цинка, кислоту олеиновую, волластонит, пероксимон F40, модификатор и пигмент фталоцианиновый. Изобретение позволяет улучшить комплекс физико-механических свойств резиновой смеси. 2 н.п. ф-лы, 5 табл.
Изобретение относится к области производства модификаторов для резиновых смесей и резинотехнических изделий на их основе.
Известно применение в качестве модификатора (наполнителя) для резины повышенной износостойкости (в частности, применяемой для изготовления шин) углеродной сажи [например, патент ЕР N 0159469, кл. В60С 1/00, 1985 г., ЕР N 0224184, кл. В60С 1/00, 1987 г.]. Добавление углеродной сажи в процессе вулканизации приводит к усилению каучуков, т.е. повышению прочности, износостойкости резины, т.к. частицы активных саж, соединяясь с каучуком, образуют дополнительную сетку, пронизывающую всю массу каучука в различных направлениях, т.е. сажа входит в пространственную сетку полимера. Однако прочность и износостойкость резины с наполнителем в виде углеродной сажи не отвечает современным требованиям.
Известен наполнитель для эластомеров на основе фуллерена [патент ЕР N 0716044, кл. С01В 31/02, 1996 г.], которым является амино- или гидроксифуллерен, например С60(ОН)х. При этом молекулы мономера или каучука связываются между собой молекулами фуллерена. Каучуки и резины, полученные с использованием указанного наполнителя, также не обладают достаточными прочностными свойствами, т.к. фуллерены не образуют достаточное количество связей в различных направлениях.
В качестве прототипа был выбран патент РФ №2151781 [Петрик Виктор Иванович, опубл. 27.06.2000]. Изобретение относится к области производства резин, синтетических каучуков и других эластомеров. Наполнитель для каучуков, резин и других эластомеров состоит из смеси фуллеренов и углеродной смеси, изготовленной из графита, обработанного хромовой кислотой при соотношении массы графита к массе кислоты от 1:0,3 путем резистивного нагрева, причем углеродная смесь составляет 80-95 мас. % наполнителя, фуллерены - остальное. Однако такой модификатор создает сложности в диспергировании и дальнейшем изготовлении готового изделия на основе полученной резиновой смеси.
Технической задачей настоящего изобретения является разработка комплексного модификатора для производства резиновых смесей и резинотехнических изделий на их основе с улучшенным комплексом физико-химических свойств. Для получения модификатора использовали следующие компоненты при соотношении, мас.%:
| Смесь фуллеренов фракции С50-С92 | 0,033-0,094 |
| Индолил-3-маслянная кислота | 0,163-0,469 |
| Метилбензол | 31,269-32,616 |
| Диметилкетон | 62,569-65,232 |
| Серная кислота | 1,631-4,690 |
| Параформ | 0,326-0,938 |
К дополнительному взаимодействию в процессе вулканизации и, как правило, к усилению вулканизатов приводит использование в процессе вулканизации наполнителей. Использование разрабатываемого модификатора приводит к сшиванию цепей макромолекул в эластомерах молекулами фуллеренов и к образованию дополнительных поперечных связей. При этом появляется возможность снизить содержание вулканизующего агента.
Техническая задача изобретения решается тем, что модификатор на основе смеси углеродных фуллеренов для РТИ синтезируется следующим образом:
- на первом этапе смешиваются растворы индолил-3-масляной или индолилуксусной кислот и параформа в диметилкетоне и смеси фуллеренов фракции С50-С92 в метилбензоле,
- указанная смесь растворов подогревается при постоянном перемешивании до температуры проведения реакции в диапазоне температур 58-60°C. Синтез проводится при постоянном возврате растворителей через обратный холодильник, охлаждаемый проточной водой до начала снижения температуры реакционной среды ниже указанного интервала,
- далее по каплям в реакционную смесь добавляется катализатор (концентрированная серная кислота плотностью 1,84 г/см3) до полного прекращения выделения газов из реакционной смеси. Окончание реакции сопровождается изменением цвета системы и образованием темно-красной непрозрачной устойчивой коллоидной системы смеси продуктов синтеза.
Для осуществления синтеза были подготовлены три состава реагентов, что представлено в таблице 1.
Выход продуктов синтеза определяли по величине коэффициента пропускания видимого света полученного цветного раствора при помощи однолучевого спектрофотометра КФК-ЗКМ в фотометрическом диапазоне измерения. При длине волны видимого света равной 620 нм эта величина составила 11,25%; 9,22%; 10,56% соответственно для составов №1, №2 и №3. Минимальное значение величины коэффициента пропускания соответствует наибольшей степени конверсии исходных веществ, что наблюдалось при осуществлении реакции с соотношением реагентов по составу №2.
Для получения модификатора образующаяся в результате реакции смесь продуктов синтеза соединяется с наполнителем в массовом соотношении 10:100 путем механического перемешивания, где в качестве наполнителя используется волластонит при следующем соотношении, мас.%:
| Смесь фуллеренов фракции С50-С92 | 0,003-0,009 |
| Производные индола | 0,016-0,047 |
| Метилбензол | 3,262-3,127 |
| Диметилкетон | 6,523-6,257 |
| Серная кислота | 0,163-0,469 |
| Параформ | 0,033-0,094 |
| Волластонит | 90-90,185 |
Примеры состава модификаторов представлены в таблице 2.
Исходя из величины степени конверсии продуктов синтеза оптимальными свойствами обладает модификатор, соответствующий составу №2. На основе полученного модификатора была изготовлена резиновая смесь, которая состояла из тройного этилен-пропилен-диенового каучука (СКЭПТ), масла вазелинового, окиси цинка, кислоты олеиновой, волластонита, пероксимона F40, разработанного модификатора и пигмента фталоцианинового при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:
| Каучук СКЭПТ | 59,269-65,959 |
| Масло вазелиновое | 3,958-4,742 |
| Окись цинка | 1,979-2,963 |
| Кислота олеиновая | 1,319-2,371 |
| Волластонит | 26,383-29,635 |
| Пероксимон F40 | 0,329-0,889 |
| Модификатор | 0,007-0,012 |
| Пигмент фталоцианиновый | 0,067-0,119 |
Способ приготовления резиновой смеси осуществляется следующим образом. На технических весах взвешивают каучук и остальные ингредиенты. На технических весах взвешивают каучук и остальные ингредиенты. На предварительно подогретых до 50±5°C вальцах вальцуют каучук, затем последовательно добавляют ингредиенты; смесь готовят в течение 20 минут и снимают в виде листа при температуре не выше 100°C; полученный резиновый лист охлаждают на воздухе до 30°C и перестилают чистой прокладкой.
Использование в рецептуре разработанного модификатора позволяет получить резиновую смесь с высокими физико-механическими показателями вулканизатов. Разработанная резиновая смесь на основе модификатора обладает хорошими технологическими свойствами, легко перерабатывается на существующем оборудовании, готовые изделия будут отличаться высокой стойкостью к кислородному старению, улучшенными физико-химическими показателями.
В качестве примеров в таблице 3 представлены составы резиновых смесей на основе полученных модификаторов.
Готовые резиновые смеси анализировали и определили: условная прочность при растяжении, относительное удлинение при разрыве (ГОСТ 21751), твердость (ГОСТ 263-75), эластичность по отскоку (ГОСТ 27110-86). Данные анализа представлены в таблице 4.
Как следует из данных таблицы 4, оптимальными свойствами обладает резиновая смесь, изготовленная по примеру 2, с применением модификатора состава №2 в количестве 0,009 мас.%. Предложенная резиновая смесь обладает наилучшими показателями и позволяет улучшить эксплуатационные свойства готового резинотехнического изделия на ее основе.
1. Модификатор для резин, характеризующийся продуктом взаимодействия фуллеренов фракции С50-С92, индолил-3-маслянной кислоты, метилбензола, диметилкетона, серной кислоты, параформа и волластонита в качестве наполнителя при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| смесь фуллереновая фракции С50-С92 | 0,003-0,009 |
| индолил-3-масляная кислота | 0,016-0,047 |
| метилбензол | 3,262-3,127 |
| диметилкетон | 6,523-6,257 |
| серная кислота | 0,163-0,469 |
| параформ | 0,033-0,094 |
| волластонит | 90,0-90,185 |
2. Резиновая смесь на основе каучука СКЭПТ, включающая масло вазелиновое, окись цинка, кислоту олеиновую, волластонит, пероксимон F40, модификатор, изготовленный по п. 1, пигмент фталоцианиновый при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| каучук СКЭПТ | 59,269-65,959 |
| масло вазелиновое | 3,958-4,742 |
| окись цинка | 1,979-2,963 |
| кислота олеиновая | 1,319-2,371 |
| волластонит | 26,383-29,635 |
| пероксимон F40 | 0,329-0,889 |
| модификатор | 0,007-0,012 |
| пигмент фталоцианиновый | 0,067-0,119 |
