ВУЛКАНИЗУЕМАЯ РЕЗИНОВАЯ СМЕСЬ НА ОСНОВЕ КАРБОЦЕПНОГО КАУЧУКА Российский патент 1998 года по МПК C08L9/00 C08K13/02 C08K13/02 C08K3/04 

Изобретение относится к вулканизуемым резиновым смесям на основе карбоцепных каучуков и может быть использована в шинной, резинотехнической и других отраслях промышленности.

Известны вулканизуемые резиновые смеси на основе карбоцепных каучуков и газовой канальной сажи (А.К. Печковская. Сажа как усилитель каучука, М, Химия, 1968, с. 64). Вулканизаты смесей обладают высокими прочностными свойствами, но имеют неудовлетворительную износостойкость. Кроме того, газовая канальная сажа производится по морально устаревшей технологии.

Известна также вулканизуемая резиновая смесь на основе карбоцепных каучуков или их комбинаций и печной сажи, состоящей из агрегатов сросшихся частиц диаметром 110-600 с числом частиц в агрегате от 20 до 600 и степенью срастания от 0,03 до 0,09 (SU, авторское свидетельство 770119, кл. C 08 L 9/00, 1985). Указанная смесь наиболее близка к заявляемой и взята за прототип. Однако вулканизаты этой смеси уже не удовлетворяют все возрастающим требованиям промышленности.

Цель данного изобретения - повышение износостойкости и прочностных свойств вулканизатов. Указанная цель достигается тем, что в известной вулканизуемой резиновой смеси печная сажа имеет степень срастания частиц в агрегате в пределах 0,005-0,025 при следующем соотношении компонентов, мас.ч.: карбоцепной каучук 100, сажа 40-100.

В основе предлагаемого изобретения лежит установленный неожиданный эффект, что изностостойкость и прочность вулканизатов зависят не только от основных характеристик сажи: дисперсности, структурности и химии поверхности, но и от формы агрегата, его раскрытости, степени срастания его частиц.

Существующие методики определения открытости агрегата сажи основаны на статистической связи формы плоского изображения агрегата на электронной микрофотографии с объемом пустот в агрегате. Они предусматривают определенную взаимосвязь между известными физико-химическими свойствами сажи и величиной ее агрегатов, выраженную системой двух уравнений.

где M - показатель абсорбции дибутилфталата;
S - удельная внешняя поверхность по методу ЦТАБ;
S_m - удельная поверхность по электронной микроскопии;
k - среднее число контактов для основной частицы;
β - средняя степень срастания частиц в агрегате;
n - число частиц в агрегате по Медалиа.

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 0,005-0,025. Агрегаты сажb со степенью срастания частиц ниже 0,005 имеют всегда значительное количество углеводородов на своей поверхности, которые остались от неразложившегося сырья, и их использование в качестве наполнителя затруднено, а увеличение степени срастания выше 0,025 приводит к вулканизуемым смесям, показатели которых не отличаются от таковых по прототипу.

В качестве карбоцепных каучуков в предлагаемой вулканизуемой резиновой смеси могут быть использованы натуральный и синтетические каучуки - изопреновый, бутадиеновый, различные сополимеры бутадиена со стиролом, акрилонитрилом, метакриловой кислотой: бутилкаучук, тройной сополимер СКЭПТ, а также двойные и тройные комбинации карбоцепных каучуков.

Содержание сажи зависит от типа карбоцепного каучука и назначения смеси. В резиновой смеси для каркаса оно составляет 40-50 мас.ч., на 100 мас.ч. каучуков, для протектора шин - 55-60.

В резиновых смесях для некоторых резинотехнических изделий содержание сажи доходит до 100 мас.ч. Кроме карбоцепного каучука и сажи в состав вулканизуемой смеси входят ускорители и активаторы вулканизации, сера, пластификаторы, наполнители, противостарители и др. целевые добавки. Приготовление смеси осуществляют на обычном смесительном оборудовании с известными режимами. Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. На лабораторных вальцах при температуре валков 52^oC готовят вулканизуемую резиновую смесь следующего состава (мас.ч.): бутадиен-метилстирольный каучук СКМС-30АРК 100, стеарин 2, окись цинка 5, сера 2, сажа П-224 40. Сажа П-224 получена из смеси антраценового масла 60% и тяжелого газойля 40% по усовершенствованной технологии и имеет размер частиц 210 , удельную поверхность по ЦТАБ 100 м²/г, масляное число 100 мл/100 г, среднее число контактов для одной частицы 2,08 и степень срастания частиц в агрегате 0,025. Одновременно готовят контрольную резиновую смесь с таким же количеством сажи по прототипу П-225М, она имеет диаметр частиц 215 , удельную поверхность по ЦТАБ 99 м²/г, масляное число 99 мл/100 г, среднее число контактов 2,73, степень срастания частиц в агрегате 0,08. Образцы для испытания вулканизуют в прессе при 143^oC в течение 80 мин. Данные испытаний приведены в таблице.

Пример 2. Вулканизуемую резиновую смесь готовят по примеру 1, но применяют печную сажу П-200 в количестве 50 мас.ч. на 100 мас.ч. каучука. Сажа П-200 имеет диаметр частиц 161 , удельную поверхность по ЦТАБ 119 м²/г, масляное число 113 мл/100 г, среднее число контактов 2,01 и степень срастания частиц в агрегате 0,022. В контрольной смеси применяют сажу по прототипу П136М, размер частиц 158 , удельная поверхность по ЦТАБ 119 м²/г, масляное число 114 мл/100 г, среднее число контактов 2,7, степень срастания частиц в агрегате 0,065.

Результаты испытаний приведены в таблице.

Пример 3. Вулканизуемую резиновую смесь готовят по примеру 1, но применяют печную сажу П-230 в количестве 50 мас.ч. Сажа П-230 имеет размер частиц 218 , масляное число 101 мл/100 г, удельную поверхность по ЦТАБ-100 м²/г, среднее число контактов 1,92, среднюю степень срастания 0,015. Одновременно готовят и аналогичную смесь, используя сажу по прототипу П-226М. Сажа имеет размер частиц 220 , удельную поверхность по ЦТАБ 100 м²/г, масляное число 102 мл/100 г, число контактов 2,15, степень срастания частиц в агрегате 0,03.

Данные испытаний приведены в таблице.

Пример 4. В лабораторный резиносмеситель при загрузке каучука 1990 г готовят вулканизуемую резиновую смесь для проектора шин следующего состава (мас. ч.): изопреновый каучук СКИ-3 20, цисполибутадиен СКД 40, бутадиен-метилстирольный каучук СКМС-30-АРКМ-27 40, олеиновая кислота 2, канифоль 1, спецбитум 2, масло 4010NA 1, сантофлекс 1, сера 1,6, активная печная сажа 220 65. Сажа 220 имеет диаметр частиц 204 , удельную поверхность по ЦТАБ 100 м²/г, масляное число 99 мл/100 г, среднее число контактов для одной частицы 2,0. Средняя степень срастания 0,023. В контрольной смеси такого же состава применяют известную сажу по прототипу ПМ-105, имеющую диаметр частиц 206 , удельную поверхность по ЦТАБ 102 м²/г, масляное число 103 мл/100 г, среднее число контактов 2,9. Среднюю степень срастания частиц 0,09. Данные испытаний приведены в таблице.

Пример 5. На лабораторных вальцах готовят вулканизуемую резиновую смесь следующего состава, мас.ч.: бутадиен-метилстирольный каучук СКСМ-30АКР 100, стеарин 2, окись цинка 5, альтакс 2, масло И-30А 10, сера 2, активная печная сажа П-500 100. Сажа П-500 имеет диаметр частиц 475 , удельную поверхность по ЦТАБ-51 м²/г, масляное число 100 мл/100 г, среднее число контактов 2, среднюю степень срастания частиц 0,015. Готовят аналогичную контрольную смесь, но используют сажу по прототипу П-506М.

Сажа П-506М имеет диаметр частиц 480 , удельную поверхность по ЦТАБ 52 м²/г, масляное число 101 мл/100 г, среднее число контактов 2,44, среднюю степень срастания частиц 0,06.

Пример 6. На лабораторных вальцах готовят вулканизуемую резиновую смесь следующего состава, мас.ч.: бутадиен-метилстирольный каучук СКМС-30АРК 100, стеарин 2, окись цинка 5, альтакс 2, масло И-30А 10, сера 2, активная печная сажа N121 40. Сажа имеет диаметр частиц 110 , удельную поверхность по ЦТАБ 106 м²/г, масляное число 113 мл/100 г, среднее число контактов 4,1, среднюю степень срастания 0,024. Готовят аналогичную контрольную смесь, но используют сажу П-130В. Сажа имеет диаметр частиц 125 , удельную поверхность 126 м²/г, масляное число 115 мл/100 г, среднее число контактов 3,64, степень срастания 0,038. Данные испытаний приведены в таблице.

Пример 7. На лабораторных вальцах готовят вулканизуемую резиновую смесь следующего состава, мас.ч.: бутадиен-метилстирольный каучук СКМС-30АК 100, стеарин 2, окись цинка 5, альтакс 2, масло И-30А 10, сера 2, печная сажа N 754 100. Сажа N 754 имеет диаметр частиц 600 , удельную поверхность 29 м²/г, масляное число 50 мл/100 г, среднее число контактов 1,5, среднюю степень срастания 0,005. Готовят аналогичную контрольную смесь, но используют сажу по прототипу П-701.

Данные испытаний приведены в таблице.

Как следует из анализа данных таблицы, предлагаемые вулканизуемые резиновые смеси имеют значение показателя "напряжение при 300% удлинения" на 10-20 кгс/см² выше, чем у вулканизуемых резиновых смесей, полученных по прототипу, сопротивление разрыву - на 20-30 кгс/см² выше, истираемость на 8-12% ниже, чем у смесей, полученных по прототипу. Смеси согласно изобретению имеют повышенные показатели по эластичности и твердости. Таким образом, сажа, имеющая степень срастания частиц в агрегате в пределах 0,005-0,025, в вулканизуемых резиновых смесях превосходит по усиливающим свойствам сажу, применяемую в вулканизуемых резиновых смесях по прототипу.

Изобретение относится к вулканизируемой резиновой смеси на основе карбоцепного каучука. Может быть использовано в шинной, резинотехнической и других отраслях промышленности. Вулканизируемая резиновая смесь на основе карбоцепного каучука содержит печную сажу в виде агрегатов сросшихся частиц диаметром 110 - 600 со степенью срастания частиц в агрегате, равной 0,005 - 0,025, при соотношении компонентов, мас.ч.: каучук 100, сажа 40 - 100. В качестве каучука смесь может содержать натуральный и синтетический каучуки. Кроме каучука и сажи смесь содержит ускорители и активаторы вулканизации, серу, пластификаторы, наполнители, противостарители и другие целевые добавки. Смешение осуществляют по известным режимам. Истираемость резины 191 - 347 см³/кВт • ч, сопротивление разрыву 139 - 324 кгс/см³. Предлагаемые смеси имеют повышенные показатели по эластичности и твердости. 1 табл.

Вулканизуемая резиновая смесь на основе карбоцепного каучука, включающая печную сажу в виде агрегатов сросшихся частиц диаметром 100-600 , отличающаяся тем, что смесь содержит в качестве указанной печной сажи печную сажу со степенью срастания частиц в агрегате, равной 0,005-0,025, при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
Карбоцепной каучук - 100
Указанная цепная сажа - 40 - 100