МОРОЗОСТОЙКАЯ РЕЗИНА НА ОСНОВЕ ПРОПИЛЕНОКСИДНОГО КАУЧУКА И ПРИРОДНЫХ БЕНТОНИТОВ Российский патент 2013 года по МПК C08L71/02 C08K13/02 C08K3/06 C08K5/09 C08K5/372 C08K5/10 

Изобретение относится к резиновой промышленности, в частности к разработке эластомерных материалов уплотнительного назначения с высоким уровнем морозостойкости и низким значением остаточной деформации сжатия. Разработанные резины могут быть использованы для изготовления резиновых деталей, применяемых в различных видах уплотнительных узлов машин и механизмов и в других областях применения, например, для изготовления уплотнений для стеклопакетов в регионах с холодным климатом.

Наиболее перспективным материалом для эксплуатации в условиях Крайнего Севера являются резины на основе пропиленоксидного каучука (СКПО), который характеризуется морозо-, озоно- и термостойкостью. Недостатком его являются высокие значения остаточной деформации сжатия (1. Говорова О.А. и др. Разработка атмосферостойких резин с улучшенными низкотемпературными и адгезионными свойства / Каучук и резина. - М.: - 1999. №2, с.18-20; 2. Говорова О.А. и др. Использование добавок эпихлоргидриновых и пропиленоксидных каучуков для расширения температурного интервала работоспособности резины на основе бутадиен-нитрильных каучуков / Каучук и резина. - М.: -2000. №4, с.18-20).

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к заявляемой композиции является морозостойкая резиновая смесь на основе СКПО, содержащая серу, тиурамдисульфид, стеариновую кислоту, оксид цинка, 2-меркаптобензтиазол, технический углерод П-803, природные цеолиты и дибутилфталат, подвергнутые совместной механоактивации в планетарной мельнице АГО-2 с в соотношении 70:30 (3. Петрова Н.Н., Портнягина В.В., Биклибаева Р.Ф. Морозостойкая смесь на основе пропиленоксидного каучука /Патент РФ №2294341. - М.: - 2007). Природные цеолиты представляют собой каркасные алюмосиликаты, обладающие высокой адсорбционной способностью (4. Новгородов П.Г. Актуальные проблемы освоения цеолитового сырья месторождения Хонгуруу. /Матер, науч. чтений, посвященных памяти первооткрывателя месторожения цеолитов Якутии К.Е. Колодезникова. - Якутск: Изд-во ЯНЦ СО РАН. - 2005. - 124 с.). К недостаткам указанных резин следует отнести высокое значение остаточной деформации сжатия, сложную технологию производства, связанную с приготовлением пасты на основе цеолитов и пластификатора, кроме того для надежной эксплуатации деталей из данных резин желательно дальнейшее повышение коэффициента морозостойкости при -50°С.

Технической задачей изобретения является снижение остаточной деформации сжатия при улучшении низкотемпературных показателей резиновой смеси на основе СКПО за счет введения новых минеральных наполнителей в эластомерную матрицу.

Используемый наполнитель - природные бентониты (4. Лыгина Т.З., Сабитов А.А., Трофимова Ф.А. и др. Бентониты и бентонитоподобные глины. Классификация, особенности состава, физико-химические и технологические свойства. - Казань: ФГУП «ЦНИИгеолнеруд». - 2005. - 72 с.) представляют собой слоистые алюмосиликаты. Остальную часть природных бентонитов составляют минералы, содержащие макро, микро и ультрамикроэлементы. Состав минерала может быть представлен химической формулой:

M_x(Al_4-xMg_x)Si₈O₂₀(OH)₄, где М - катион щелочных или щелочно-земельных металлов, х - степень изоморфного замещения (0,5-1,3).

Известно положительное воздействие природных бентонитов на структуру и эксплуатационные свойства некоторых каучуков. Так, в работах Туторского И.А. и Покидько Б.В. по модификации бутадиен-нитрильного и изопренового каучуков (5. Туторский И.А., Альтзицер Б.В., Покидько В.В.

Термостойкие нанокомпозиты со слоистыми силикатами на основе бутадиен-нитрильного каучука /Каучук и резина. - М.: - 2007. №2, с.16; 6. Туторский, И.А., Кузин B.C., Покидько Б.В. Полимерные композиты со слоистыми силикатами на основе изопренового каучука / Каучук и резина. - М.: - 2009. №4, с.18) показано, что в композитах происходит улучшение физико-механических и динамических свойств, понижается газопроницаемость, происходит повышение термостойкости за счет образования эксфолиированной структуры, когда слоистые силикаты при диспергировании полностью расслаиваются в полимерной матрице до индивидуальных пластинчатых частиц с нанометровой толщиной. Влияние на морозостойкость резин слоистых алюмосиликатов, в отличие от каркасных алюмосиликатов, в настоящее время не исследовано.

Поставленная задача достигается тем, что резиновая смесь, включающая пропиленоксидный каучук, серу, тиурамдисульфид, стеариновую кислоту, оксид цинка, технический углерод П-803, вместо пасты на основе природных цеолитов и пластификатора дибутилфталата, полученной совместной обработкой в планетарной мельнице АГО-2С, содержит порошок природных бентонитов. Пластификатор в смеси также присутствует, но вводится в резиновую смесь на стадии смешения каучука и ингредиентов. Вместо традиционного дибутилфталата использован пластификатор дибутоксиэтиладипинат (ДБЭА, ТУ 2497-127-55778270-2002), который характеризуется высокой совместимостью с полярными каучуками и низкой летучестью по сравнению с дибутилфталатом, при его применении получают резины с более высокой морозостойкостью. Также в данной резиновой смеси в качестве вулканизующего агента вместо каптакса использован альтакс (дибензотиазолдисульфид), ускоритель класса тиазолов средней активности (7. Кошелев Ф.Ф., Корнев А.Е., Буканов A.M. Общая технология резины. 4-е изд. М.: Химия, 1978, с.164). Смесь содержит дополнительно фенил-(3-нафтиламин (неозон Д), который является противостарителем аминного типа (8. Кошелев Ф.Ф., Корнев А.Е., Буканов A.M. Общая технология резины. 4-е изд. М.: Химия, 1978, с.198). Состав резин приведен в таблице 1.

Резиновую смесь по предложенной рецептуре готовят на стандартном оборудовании при следующей последовательности введения ингредиентов:

пропиленоксидный каучук, стеариновая кислота, оксид цинка, дибензотиазолдисульфид, тиурамдисульфид, бентониты, фенил-(3-нафтиламин, технический углерод, дибутоксиэтиладипинат, сера. Вулканизацию резиновой смеси проводят при 150°С, давлении 12,0 МПа в течение 30 мин. Выдержка вулканизатов до испытаний не менее 6 ч.

Физико-механические показатели вулканизатов определяют по ГОСТ 270-84, остаточную деформацию сжатия (ОДС) по ГОСТ 9.029-74, объемный износ по ГОСТ 25509-79, коэффициент морозостойкости при растяжении (Км) по ГОСТ 408-78. Свойства вулканизатов приведены в таблице 2.

Применение резиновой смеси заявляемого состава, повысит ресурс работы резиновых уплотнений при их эксплуатации в составе герметизирующих устройств, поскольку данный материал обладает высокой морозостойкостью и низким значением остаточной деформации сжатия, а также получен по более простой по сравнению с прототипом технологии приготовления, исключающей стадию совместной механоактивации цеолита и дибутилфталата.

Таблица 1 Состав резин Ингредиент Прототип По изобретению Контрольные 1 2 3 4 5 6 7 СКПО 100 100 100 100 100 100 100 100 Стеариновая кислота 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 Оксид цинка 5,0 5,0 5,0 5,0 5,0 5,0 5,0 5,0 Дибензотиазолдисульфид - 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 2-Меркаптобензтиазол 2,0 - - - - - - - Тиурамдисульфид 2,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 Фенил-р-нафтиламин - 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 Технический углерод П-803 60,0 60,0 60,0 60,0 60,0 60,0 60,0 60,0 Сера 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 Паста на основе природных цеолитов и дибутилфталата 15 - - - - - - - Природные бентониты - 0,5 1,0 3,0 5,0 10,0 0 20,0 Дибутоксиэтиладипинат - 10,0 10,0 10,0 10,0 10,0 10,0 10,0

Таблица 2 Свойства резин Показатель Прототип По изобретению Контрольные     1 2 3 4 5 6 7 Условная прочность при растяжении, 12,4 7,8 7,5 7,0 7,4 7,1 7,0 6,8 МПа                 Относительное 242               удлинение при   165 161 134 143 118 192 104 разрыве, %                 Условное 4,8               напряжение при   4,2 4,2 4,1 4,1 4,6 4,9 2,9 удлинении 100%,                 МПа                 Коэффициент                 морозостойкости при 0,83 0,94 0,93 0,93 0,92 0,90 0,89 0,86 растяжении при -50                 °С 0,66 0,88 0,87 0,86 0,85 0,84 0,78 0,84 при сжатии при -35                 °С                 Остаточная 56,5               деформация сжатия   38,2 45,8 48,6 40,5 44,3 57,3 47,6 (100°С, 72 ч),%                

Изобретение относится к резиновой промышленности, в частности к разработке эластомерных материалов уплотнительного назначения с высоким уровнем морозостойкости и низким значением остаточной деформации сжатия. Разработанные резиновые смеси могут быть использованы для изготовления резиновых деталей, применяемых в различных видах уплотнительных узлов машин и механизмов и в других областях применения, например, для изготовления уплотнений для стеклопакетов в регионах с холодным климатом. Резиновая смесь содержит, мас.ч.: пропиленоксидный каучук СКПО - 100,0; серу - 1,5; стеариновую кислоту - 1,0; оксид цинка - 5,0; тиурамдисульфид - 1,0; дибензотиазолдисульфид (альтакс) - 1,5; дибутоксиэтиладипинат - 10,0; технический углерод П-803 - 60,0; фенил-β-нафтиламин (неозон Д) - 2,0; и природные бентониты - 0,5; 1,0; 3,0; 5,0; 10,0. Технический результат - высокий уровень морозостойкости и низкие значения остаточной деформации сжатия резиновых уплотнений, изготовленных из резиновой смеси. 2 табл.

Резиновая смесь на основе пропиленоксидного каучука СКПО, включающая серу, стеариновую кислоту, оксид цинка, тиурамдисульфид, технический углерод П-803, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит природные бентониты, пластификатор дибутоксиэтиладипинат, дибензотиазолдисульфид (альтакс), фенил-β-нафтиламин (неозон Д) при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
Пропиленоксидный каучук СКПО 100,0 Сера 1,5 Стеариновая кислота 1,0 Оксид цинка 5,0 Дибензотиазолдисульфид 1,5 Тиурамдисульфид 1,0 Фенил-β-нафтиламин 2,0 Технический углерод П-803 60,0 Природные бентониты 0,5; 1,0;   3,0; 5,0; 10,0 Дибутоксиэтиладипинат 10,0