Вулканизуемая резиновая смесь на основе карбоцепного каучука Советский патент 1985 года по МПК C08L9/00 C08K5/01 

ТШ

СО

-.t JSii

- ntmif 1 Изобретение относится к вулканизуемым, реэиновьЕи смесям на основе карбоцепных каучуков я может быть использовано в тинной реэино-технической и других каучукоперерабатываюпщх отраслях промьппенности. Известны вулканизуемые резиновы г смеси на основе карбоцепных каучуков и газовой канальной сажи lj . Вулканизаты смесей обладают высоким прочностньми свойствами, но имеют неудовлетворительную износостойкост Кроме того, газовая канальная сажа является дорогим и дефицитным продуктом, так как производится малоэфективным морально устаревшим способом. Известны также вулканизуемая резиновая смесь на основе карбоцеп- ных каучуков или их комбинаций и активной печной сажи, состоящей из агрегатовсросшихся сферических частиц диаметром 110-600 А с числом частиц в агрегате от 20 жл 600 и степенью г& срастания 0,1 и более 2 Указанная смесь наиболее близка зая ляемой и взята за прототип. Однако вулканизаты этой смеси не удовлетво ряют все возрастающим требованиям шинной и резинотехнической промьш ленности по износостойкости и прочностным свойствам. Цель изобретения - повышение изн состойкости и прочностных свойств вулканизатов смеси. Цель достигается тем, что в изве стной вулканизуемой резиновой смеси активная печная сажа имеет степень срастания частиц в агрегате 0,030,09 при следующем соотношении компонентов, мае.ч.: каучук 100,0; активная печная сажа 40-100. И 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 агре raj по отношению к макромолекулам полимерной среды. Существующие методики определени открытости агрегата сажи основаны на статической связи формы плоского 92 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. г-рнг 3k|i t2k|i ГШ-г|зУп - 2рГ л .n(V3kf5 + 2icft ; 1 где М - показатель абсорбции дибутил- фталата, определяемый по ГОСТ 7885-77; . м удельная внешняя (доступная для взаимодействия с полимером) поверхность, учитывающая потерю части площади на контакты, которые определяется по адсорбции цетилтримпетиламмонийбромида (ЦТАБ) по ТУ 3811562-77; Р -. удельная поверхность, определяемая с помощью электронного микроскопа; - среднее число контактов для одной частицы; f - средняя степень срастанид частиц в агрегате; h - 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 типов печной сажи (ПМ-ЗОВ, ПМ-50, ПМ-75, ПМ-ЮО, ПМ-1Х)ОВ и др. ), уступающих саже в .предлагаемой смеси по усиливающим свойствам. В качестве каучука в предлагаемой вулканизуемой резиновой смеси могут быть использованы натуральный и синтетическийкаучуки - 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 too мае.ч. на 100 мае.ч. каучука, в зависимости от назначения смеси и дисперсности сажи. В резиновой смеси для каркаса шины оно составляет 30-50 мае.ч. иа 100 мае каучуков, так как при меньшем количестве сажи не обеепечиваетея требуемая прочноеть резин, а при более выеоких количествах резко енижаются динамические свойства резин. Б рези новой смеси для протектора пшны е целью повьшения изноеоетойкоети резин применяют высокодисперензто сажу е размером чаетиц 110-ЗООА и количеетво сажи увеличивают до 60-70 мае.ч. на 100 мае.ч. каучука При количествах еажи выше или ниже указанной нормы износостойкость резин падает. В резиновой смеси для некоторыхрезинотехничееких изделий применяют еажу средней дисперсности (с размером частиц 400-600А) и содержание еажи доводят до 100 мае.ч на 100 мае.ч. каучука. Кроме каучука и еажи, в состав вулканизуемой резиновой смеси входят ускорители и активаторы вулкани зации (альтакс, еульфенамиды, окись цинка и др.)„ сера, плаетифи194кагоры (масло ПН-бШ, дибутилфталат и др.), наполнители, противоетарители 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+ +6 С готовят вулканизуемую резиновую смесь следующего состава, мае.ч.: бутадиен-метилстирольный каучук СКМС-ЗОАРК-100, стеарин-1, окись цинка-5, альтакс-2, еера-2 и сажа П-225М- 40. Сажа П-225Мполучена из смеси антраценового масла с термогозойлем в соотношении 90:10 по усовершенствованной технологии печного процесса, имеет д 1аметр частиц 215А, удельную поверхность по ЦТАБ 99 , абсорбцию дибутилфталата 99 мл/100 г, среднее число контактов для одной частицы 2,73 и етепекь ерастания частиц в агрегате 0,080. Одновременно готовят контрольную резиновую смесь с таким же количеством серийной печной сажи ПМ-ШО, которая имеет диаметр частиц 221А, удельную поверхность по ЦТАБ 98 , абсорбцию дибутилфтала 102.ьш/100 г, среднее число контактов для одной частицы 3,16 и степень срастания частицы в агрегату 0,11. Образцы для испытания вулканиз тот в процессе при температуре 143 С в течение 80 мин. Результаты испытаний опытной.и контрольной резиновых смесей и их вул(санизатов приведены в табл. 1.

-

vO

1 40

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

см

LO

о ш

я

0)

о

(U

г о

CS

1Л

(О

ю f- о

s о

5

«ч

1О

ш

n

Э

1

О

«J

до Н о

о m О И S

S &

3-S и

cijHiO

жЕГО о) со

0)Ж S

О.Л р,

м« с 7 Пример 2. Вулканизуемую резиновую смесь готовят по примеру 1, но применяют печную сажу П-136М в количестве 50 вес.ч. на 100 вес. каучука марки П-136 М. Сажа П-136М имеет диаметр частиц 158А, удельну поверхность по ЦТАБ 119 , абсо цию дибутилфталата 114 мл/100 г, среднее число контактов для одной частицы 2,70 и степень срастания частиц в агрегате 0,065. В контрол ной смеси применяют известную печную сажу марки ПМ-120В с диаметром чаЬтиц 162А, удельной поверхностью по ЦТАБ 124 , абсорбцией дибутилфталата 118 мл/100 г, средним ч лом контактов для одной частицы 4,15 и степенью срастания частиц в агрегате 0,13. Результаты испыта ния смесей и их вулканизаторв прив дены в табл. 1. Пример 3. Вулканизуемую ре зиновую смесь готовят по примеру 1 но применяют печную сажу маоки 11-226 М в количестве 50 вес.ч. на 100 Bec.tj. каучука. Сажа П-226М имеет диаметр частиц 220А,удельную поверхность по ЦТАБ 100 , абсорбцию дибутилфталата 102 мл/100 г среднее число контактов для одной частицы 2,15 и среднюю степень срас тания частиц в агрегате 0,03. В контрольной смеси применяют известную печную сажу марки ПМ-1ООВ (ТУ 3811516-71) с диаметром частиц 218А, удельной поверхностью по ЦТАБ 101 , абсорбцией дибутилфталата 112 мл/100 г, средним число контактов для одной частицы 3,68 и средней степенью срастания частиц в агрегате 0,124. Результаты испытаний смесей и их вулканизатов приведены в табл. 1. Цример 4.В лабораторном резиносмесителе при загрузке каучука 1900 г готовят вулканизуемую резиновую смесь для протектора шины следующего состава, вес.ч.: изопреновый каучук СКИ-3-20, цисполибутадиен СКД-40, бутадинен-ме198тилстирольный каучук СКМС-ЗОАРКМ-27-40. олеиновая кислота-2, канифоль- 1 , спецбитум-2, масло ПН-6111-15, окись цинка-3, сульфенамид Ц-0,8, противостаритель 4010NA-1- сантофлекс AW-1, сера - 1,6 и активная печная сажа ПМ-105-65. Сажа ПМ-105 имеет диаметр частиц 206А, удельную поверхность по ЦТАБ 102 , абсорбцию дибутилфталата 103 мл/100 г, среднее число контактов для одной частицы 2,90 и средннио степень срастания частиц в агрегате 0,09. В контрольной смеси такого же состава применяют печную сажу ПМ-ЮО, физикохимическая характеристика которой указана в примере 1. Результаты испытания смесей и их вулканизатов приведены в табл. 1. . Пример 5. На лабораторных вальцах готовят вулканизуемую резиновую смесь следующего состава, вес.ч. бутадиен-метилстирольный каучук СКМС-ЗОАРК-100, стеарин-2, окись цинка - 5, альтакс-2, масло ПН-бШ 10, сера-2 и активная печная сажа П-506М - 100. Сажа П-506М имеет диаметр частиц 480А, удельную поверхность по ЦТАБ 52 , абсорбцию дибутилфталата 101 мл/100 г, 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 ПМ-50 с диаметром частиц 470А, удельной поверхностью по ЦТАБ 52 , абсорбцией дибутилфталата 101 мл/100 г, средним числом контактов для одной частицы 3,35 и средней степенью срастания 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%.