Вулканизуемая резиновая смесь на основе карбоцепного каучука

 

ВУЛКАНИЗУЕМАЯ РЕЗИНОВАЯ СМЕСЬ НА ОСНОВЕ КАРБОЦЕПНОГО КАУЧУКА, включакяцая активную печную сажу в виде агрегатов сросшихся сферических частиц диаметром 110-600 А, отличающаяся тем, что, с целью повышения износостойкости и прочности полученных на ее основе вулканизатов , сажа имеетстепень с эастания частиц в агрегате 0,030 ,09 при следующем соотношении компонентов , мас.ч. Каучук100 Активная печная сажа.40-100о (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

AO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 2813868/23-05 (22) 10.09.79 (46) 30..03.85. Бюл. ¹ 12 (72) В.Ф. Суровикин, А.В. Рогов, Г.В. Сажин, Г.Л. Горюнов, В.Г. Шуплецов, М.М. Медников, С.В. Орехов и 10.Н. Никитин (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт технического углерода (53) 678.046.2(088 ° 8) (56) 1. Печковская А.К. Сажа как усилитель каучука. М., "Химия", 1968, с. 64.

2. Ильин А.Н. и др. сб. Пути развития промышленности технического углерода. N. 1976, с. 28-36 (прототип).

„„SU, 7 ÙЩ A

1с50 С 08 L 9 00 С 08 К 5/01 (54) (57) ВУЛКАНИЗУЕИАЯ РЕЗИНОВАЯ

СМЕСЬ НА ОСНОВЕ КАРБОЦЕПНОГО КАУЧУКА, включающая активную печную сажу в виде агрегатов. сросшихся сферических частиц диаметром 110-600 А, о т л и— чающая с я тем, что, с целью повышения износостойкости и прочности полученных на ее основе вулканиэатов, сажа имеет степень срастания частиц в агрегате 0,03О, 09 при следующем соотношении компонентов, мас.ч. .

Каучук 100

Активная печная сажа 40-10О

Существующие методики определения открытости агрегата сажи основаны на статической связи формы плоского

1 7 f01

Изобретение относится к вулканизуемым, резиновым смесям на основе карбоценных каучуков и может быть использовано в шинной.резино-технической и других каучукоперерабатывающих отраслях промышенности.

Известны вулканизуемые резиновые смеси на основе карбоцепных каучуков и газовой канальной сажи (1) .

Вулканизаты смесей обладают высокими 16 прочностными свойствами, но имеют неудовлетворительную износостойкость.

Кроме того, газовая канальная сажа является дорогим и дефицитным продуктом, так как ЛРоизводится мало- g5 эфективным морально устаревшим способом.

Известны также вулканизуемая резиновая смесь на основе карбоцепных каучуков или их комбинаций и 2п активной печной сажи, состоящей из агрегатов сросшихся сферических частиц диаметром 110-600 А с числом частиц в агрегате от 20 жл 600 и степенью их срастания 0,1 и более (2) ° 25

Указанная смесь наиболее близка заявляемой и взята за прототип. Однако вулканизаты этой смеси не удовлетворяют все возрастающим требованиям шинной и резинотехнической промышленности по износостойкости и прочностным свойствам, Цель изобретения — повышение износостойкости и прочностных свойств вулканизатов смеси.

Цель достигается тем, что в известной вулканизуемой резиновой смеси активная печная сажа имеет степень срастания частиц в агрегате 0,030,09 при следующем соотношении компонентов, мас.ч.: каучук 100,0; активная печная сажа 40-100.

Й основе предлагаемого изобретения лежит установленный неожиданный эффект, заключающийся в том, что износостойкость и прочностные свойства вулканизатов резиной смеси зависит от степени срастания частиц в агрегатах сажи при равных значениях ее дисперсности, структурности и химии поверхности. Иными словами, свойства резин зависит от того, какую степень открытости имеет агрегат по отношению к макромолекулам полимерной среды.

19 2 изображения агрегата на,электронной микрофотографии с объемом пустот в агрегате. Они предусматривают определенную взаимосвязь между известными физико-химическими свойствами сажи и величинами ее агрегатов,выражающуюся системой двух уравнений. где 9 — покаsàòåëü абсорбции дибутилфталата, определяемый по

ГОСТ 7Еа5-77;

„- удельная внешняя (доступная для взаимодействия с полимером) поверхность, учитывающая нотерю части площади на контакты, которые определяется по адсорбции цетилтримпетиламмонийбромида (ЦТАБ) по ТУ 3811562-77; †. удельная поверхность, опре-, деляемая с помощью электронного микроскопа; — среднее число контактов для одной частицы; — средняя степень срастания частиц в агрегате;

11 — среднее число частиц в агрегате, определяемое по методике Медалина.

Степень срастания частиц в агрегате определяется решением системы двух уравнений с двумя неизвестными в отношении.

Сажа, применяющаяся в предлагаемой вулканизуемой резиновой смеси, имеет степень срастания частиц в агрегате в пределах 0,03-0,09.

Агрегаты со степенью срастания частиц ниже 0,03 имеют очень низкую механическую прочность, разрушаются при грануляции и смешении с каучуком, что затрудняет процесс диспергирования такой сажи и ухудшает прочностные свойства резки. При повышении степени срастания агрегатов выше 0,09 уменьшается открытость их поверхности для полимера, что характерно для всех существующих тинов печной сажи (ПИ-308, ON-50, ПИ-75, ПИ-100, ПФ -1008 и др. ), уступающих саже в .предлагаемой смеси по усиливающим свойствам.

7701

3

В качестве каучука в предлагаемой вулканизуемой резиновой смеси могут быть использованы натуральный и синтетический-каучуки — изопреновый, бутадиеновый, сополимеры бутадиена со стиролом или акрилонитрилом, бутилкаучук, а также различные двойные и тройные комбинации каучуков..Содержание активной печной сажи с уменьшенной степенью срастания частиц колеблется от 30 до 100 мас.ч. на 100 мас.ч. каучу.— ка, в зависимости от назначения смеси и дисперсности сажи. В резиновой смеси для каркаса шины оно 15 составляет 30-50 мас.ч. на 100 мас.ч. каучуков, так как при меньшем количестве сажи не обеспечивается требуемая прочность резин, а при более высоких количествах резко снижаются 2О динамические свойства резин. В резиновой смеси для протектора шины с целью повышения иэносостойкости резин применяют высокодисперсную сажу с размером частиц 110-300À и количество сажи увеличивают до

60-70 мас.ч. на 100 мас.ч. каучука.

При количествах сажи выше или ниже указанной нормы износостойкость резин падает. В.резиновой смеси для некоторых резинотехнических изделий применяют сажу средней дисперсности (с размером частиц 400-6001) и содержание сажи доводят до 100 мас.ч, на 100 мыс.ч. каучука.

Кроме каучука и сажи, в состав

35 вулканиэуемой резиновой смеси входят ускорители и активаторы вулканизации (альтакс, сульфенамиды, окись цинка и др.), сера, пластифи19 4 каторы (масло ПН вЂ” 6Ш, дибутилфталат и др.), наполнители, противостарители и другие целевых добавки. Приготовление вулканизуемой резиновой смеси осуществляют на обычном смесительном оборудовании (вальцы, резиносмесители) по известным режимам.

Пример 1. На лабораторных вальцах при температуре валков 50+ о

+6 С готовят вулканиэуемую резиновую смесь следующего состава, мас.ч.: бутадиен-метилстирольный каучук

СКИС-ЗОАРК-100, стеарин-1, окись цинка-5, альтакс-2, сера-2 и сажа

П-225М- 40. Сажа П-225 M получена из смеси антраценового масла с термогозойлем в соотношении 90: 10 по усовершенствованной технологии печного процесса, имеет днаметр частиц 215А, удельную поверхность по ЦТАБ gg м /г, абсорбцию дибутилфталата 99 мл/100 r, среднее число контактов для одной частицы

2,73 и степень срастания частиц в агрегате 0,080. Одновременно готовят контрольную резиновую смесь с таким же количеством серийной печной сажи ПИ-100, которая имеет диаметр частиц 221А, удельную поверхность по ЦТАБ 98 м /r, абсорбцию дибутилфтала 102.мл/100 г, среднее число контактов для одной частицы

3,16 и степень срастания частицы в агрегате 0,11. Образцы для испытания вулканиз ют в процессе при темо пературе 143 С в течение 80 мин. Результаты испытаний опытной и контрольной резиновых смесей и их вулканиэатов приведены в табл.

770119 х »

ОО о m о л о

lfl с 4 сч л с 4 м о о а> î о О с1 а- Л

Т

» — CV м

° х о

ОО ф»

Ill хИ о а л о о

О сЧ О

1 М

СО

I !

I о . 1 л л — сЧ О О

С4 х о

ОО ф»»

СО trl СО СО О м о сч e О с> с4 о

>и

Ц >О

Э с4

0 х !х

>х

Э

О

0l

И

О о сч о со л о с!> л . м о сч л

Ф х !

»

О

>х о х

С3

» х сс!

E» C>

О с 4 ф ч х хЖ о î e m co о м >о л с !

И о д

О й

I !

I !

° Е

Ц О

tf м ф»

C4 I

И М

С4 О О e a CO

ΠΠ— с1 О о> с4

> х ь. о

ОО

Q)»вЂ”

О О сЧ а с4 сО сЧ вЂ” М сО О

С 4 >O сч

Я с 4

Ф о !х !

» д

О Е о о .D

М о о Z м

Х О

Д !» !

4! х х х х х х

K Ф х х

Л;. х

Ф

Р

Э

Р

О

>х о х

СР

„"т, О о

Е о

0 о х

Й о м

Ь

С4 о

Х

С3 х о х ж

>х

Э

О

Э

Х

О с! л

ld х (->

О

>х о х с4 с:( ж х О ! > о а и до

I- D

o оЫ

Л й! ( > с>! ц х о х и

Э О

И с>!

r o х Ро

cd м с0 э х х

О,Ф а

Э х х сч

Ф Е

Ц О

Р О о ы

Рю

I» а о

o m

Э о х д ! ф

E а

О Э о х х х

dI о х

Э о х

Ф о м

В

Ф а

f" Э

О Х о х

< п à О, о а Ц а о

U! х !»

О о д о w х е» х о са сс!

6 ц о, х

О Р» Х

Ф Э

Ia u X

С>Ъ H О

77Q

ВИИИПИ Заказ 1704/4 Тираж 475 Подписное

Фнлиал ППП "Патеит", r. Ужгород,ул.Проектная, 4

П р и и е р 2. Вулканиэуемую резиновую смесь готовят по примеру

1, но применяют печную сажу П-136И в количестве 50 вес.ч. на 100 вес.ч. каучука марки П-136 M. Сажа П-136М имеет диаметр частиц 158А, удельную поверхность по ЦТАБ 119 м2/г, абсорбцию дибутилфталата 114 мл/100 г, среднее число контактов для одной частицы 2,70 и степень срастания 10 частиц в агрегате 0,065. В контрольной смеси применяют известную печ.— ную сажу марки ПИ-120В с диаметром частиц 162А, удельной поверхностью по ЦТАБ 124 м /г, абсорбцией дибутилфталата 118 мл/ 100 г, средним числом контактов для одной частицы

4,15 и степенью срастания частиц в агрегате 0,13. Результаты испыта< ния смесей и их вулканизаторв приве- 2б дены в табл.

Пример 3. Вулканиэуемую ре.зиновую смесь готовят по примеру 1, но поименяют печнчю сажу маоки

П-226 И в количестве 50 вес.ч. на 25

100 вес.ч. каучука. Сажа П-226М имеет диаметр частиц 220A,удельную поверхность по ЦТАБ 100 м /г, абсорбцию дибутилфталата 102 мл/100 г, среднее число контактов для одной частицы 2,15 и среднюю степень срастания частиц в агрегате 0,03. В контрольной смеси применяют известную печную сажу марки ПИ-100В (ТУ 3811516-71) с диаметром частиц

218А, удельной поверхностью по

ЦТАБ 101 м2 /г, абсорбцией дибутилфталата 112 мл/ 100 г, средним числом контактов для одной частицы 3,68 и средней степенью срастания частиц в агрегате 0,124. Результаты испытаний смесей и их вулканиэатов приведены в табл. 1.

Пример 4. В лабораторном резиносмесителе при загрузке каучука 1 900 г готовят вулканиэуемую резиновую смесь для протектора шины следующего состава, вес.ч.: изопреновый каучук СКИ-3-20, цисполибутадиен СКД-40, бутадинен-ме119 8 тилстирольный каучук СКИС вЂ” ЗОАРКИ-27-40. олеиновая кислота-2, канифоль-1, спецбитум — 2, масло ПН-6Ш-15, окись цинка-3, сульфенамид Ц-0,8, противостаритель 4010NA-1 в сантофлекс AW-1, сера — 1,6 и активная печная сажа ПИ-105 †. Сажа IIM-105 имеет диаметр частиц 206А, удельную поверхность по ЦТАБ 102 и /г, абсорбцию дибутилфталата 103 мл/100 г1 среднее число контактов для одной частицы 2,90 и среднюю степень срастания частиц в агрегате 0,09. В конт— рольной смеси такого же состава применяют печную сажу ПИ-100, физикохимическая характеристика которой указана в примере 1. Результаты испытания смесей и их вулканизатов приведены в табл. 1.

Пример 5. На лабораторных вальцах готовят вулканиэуемую резиновую смесь следующего состава, вес.ч. бутадиен-метилстирольный каучук

CKMC-30APK-1О0, стеарин-2, окись цинка — 5, альтакс-2, масло ПН-6Ш—

10, сера-2 и активная печная сажа

П-506M — 100. Сажа П вЂ 50 имеет диаметр частиц 480А, удельную поверхность по ЦТАБ 52 м /г, абсорбцию дибутилфталата 101 мл/ 100 r, среднее число контактов для одной частицы

2,44 и среднюю степень срастания частиц в агрегате 0,06. В контрольной смеси такого же состава применяют известную печную сажу ПИ-50 с диаметром частиц 470А, удельной поверхностью по ЦТАБ 52 м /г, абсорбцией дибутилфталата 101 мл/100 r, средним числом контактов для одной частицы 3,35 и средней степенью срас тания частиц в агрегате 0,109. Результаты испытания смесей и их вулканизатов приведены в табл. 1.

Таким образом вулканизаты предлагаемой резиновой смеси превосходят известные резины по напряжению,при

300 удлинения на 4-7%, по прочности на 6-9 и по износостойкости на 4-10%.