Способ определения оптимальной дозировки вулканизующего агента или ускорителя Советский патент 1981 года по МПК G01N33/44 

{S) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОПТИМАЛЬНОЙ ДОЗИРОВКИ ВУЛКАНИЗУЮЩЕГО АГЕНТА И УСКОРИТЕЛЯ

I

Изобретение относится к резиновой промышленности и касается способа определения оптимальной дозировки вулканизукядего агента и ускорителя.

Известен способ определения оптимальной дозировки вулканизующего агента и ускорителя для каучуколигомерных композиций определением прочности вулканизатов с различными дозировками вулканизующего агента и ускорителя методом планирования эксперимента 1.

Однако данный метод требует проведения большого числа экспериментов, а сам -способ характеризуется сложностью последующей обработки и выявления оптимальной дозировки исследуемых ингредиентов.

Цель изобретения - упрощение процесса и сокращение числа экспериментов.

Поставленная цель достигается тем, что в способе определения

оптимальной дозировки вулканизующего агента или ускорителя для каучук-олигомерных композиций определением прочности вулканизатов с различными дозировками вулканизующего агента и ускорителя, сначала вычисляют по прочности вулканизатов оптимальную дозировку вулканизующего агента и ускорителя и соответствующую им степень сшивки для каучука,

10 затем вычисляют по максимальной проч нести и соответствующей степени сшивки вулканизатов дозировку вулканизующего агента или ускорителя для олигомера, с последующим вычислением

ts оптимальной дозировки вулканизующего агента или ускорителя для каучуколигомерных композиций по формуле

--()

W

Ко

20

где WQ - оптимальная дозировка вулканизующего агента (ускорителя) для каучук-олигомерной композиции, мае.ч. W., - оптимальная дозировка вулка низующего агента (ускорителя) для каучука, мае.ч. Wg - дозировка вулканизующего агента (ускорителя) для оли гомера, мае.ч. - массовая доля каучука и оли гомера в связующем. S), - суммарное количество каучука и олигомера в композиции мае.ч. Пример 1. Для каучук-олигоме ной композиции следующего состава, мас.м.: комбинация бутадиеннитрильного каучука СКН-26 и олигомера СКН-1-100; стеарин 1,5; окись цинка 10,0, технический углерод ПМ-75 S,G определяют оптимальные дозировки вулканизующего агента (серы) и ускорителя (каптакса), соот8етствую1цие следующим дозировкам олигомера - кар боксил содержаще го бутадиеннитрильного каучука СКН-1: 1 , 2,5; 5 7,5} 10-, 12-,5-, 15i 20; 25, 305 35-, «Oi 50; 60-, 70} 80; 90 И ЭЭ% при режиме вулканизации х 1800 с. Определение производят следующим образом. Методом контурно-графического пла нирования эксперимента при заданном для каучук-олигомерной композиции температурно-временном режиме вулка.низации, определяют оптимальную дозировку серы и каптакса для исходного каучука СКН-26, т.е. для вышеуказанной смеси, но не содержащей олигомера СКН-1, Оптимальная дозиров ка серы и каптакса составляет 1,5 и 0,8 мас.м. на 100 мае.ч. каучука СКН-26, соответственно. Одним из известных способов, например по равновесной степени набухания в растворителе , определяют степень сшитости (сшивки) каучука СКМ-26 при оптимальной дозировке серы и каптакса. Найденный показатель, характеризующий оптимальную степень сшитости каучука СКН-26, принимается в качест ве основного показателя для олигомерного вулканизата. Методом контурно-графического планирования эксперимента, при том ж температурно-временном режиме вулканизации, определяют дозировку серы и каптакса для исходного олигомера СКН-1, т.е. для вышеуказанной смеси, но не содержащей каучук СКН-26, обес печивающую получение максимальной прочности вулканизата из олигомера 8 . 4 СКН-1, при степени сшитости олигомера, равной оптимальной степени сшитоети каучука СКН-26. Вышеуказанные условия достигаются при дозировке серы - 10,0 мае.ч. каптакеа 10,5 мае.ч.- на 100 мае.ч. олигомера СКН-1, Полученные значения подетавляют в раечетную формулу и.определяют оптимальные дозировки серы и каптакеа для каучук-олигомерной композиции СКН-26-СКН-1, еодержащей различные дозировки олигомера СКН-1. В табл.1 предетавлены данные, полученные предлагаемым способом и с использованием метода контурнографического планирования эксперимента (метод контурных графиков). Как видно из табл.1 предлагаемый способ обладает высокой точностью, т.е. дает те же значения оптимальных дозировок серы и каптакса, что и метод контурно-графического планирования эксперимента. При этом, для получения полного набора результатов по предлагаемому способу, необходимо прибегать к эксперименту только дважды (при исследовании каучука и олигомера), что в 9 раз меньше, чем в случае использования метода контурных графиков, при котором необходимо проводить исследования при каждой дозировке ояигомера, т.е. 18 раз. Более того, при замене одного олигомера другим, в случае использования метода контурных графиков, необходимо вновь проводить все исследования, а при использовании предлагаемого способа необходимо провести исследование только для вновь вводимого олигомера„ Пример2, В каучук-олигомерной композиции, приведенного в примере 1 состава, заменяют олигомер СКН-1 на карбоксилсодержащий |й бутадиеновый каучук СКД-1 и определяют оптимальные дозировки вулканизуюи его агента (серы) и ускорителя (каптакса) для того же температурно-временного режима вулканизации и тех же дозировок олигомера. Определение производят следующим образом. ;Из примера 1 известно, что оптимальная степень сшитости принимается в качестве основного показателя для олигомерного вулканизата. Методом контурно-графического планирования эксперимента определяют

дозировку серы и каптакса, обеспечивающие получение максимальной прочности вулканизата из олигомера СКД-1, при степени сшитости олигомера,равной оптимальной степени сшитости каучука СКН-26.

Вышеназванные условия достигаются при дозировке серы 11,0 мае.ч., каптакса ,11 ,8 мае.ч. на 100 мае.ч. олигомера СКД-1.

Полученные значения подставляют в рассчетную формулу и определяют оптимальные дозировки .серы и каптакса для каучук-олигомерной композиции СКН-26-СКД-1, содержащей различные дозировки олигомера СКД-1. Результаты определений представлены в табл.2 о

Как видно из табл.2 предлагаемый способ обладает высокой точностью. Кроме того, для получения полного набора результатов по предлагаемому способу (в данном случае) необходимо прибегать к эксперименту только один раз (при исследовании олигомера СКД-1), что в 18 раз меньше, чем при использовании метода контурно-графического планирования эксперимента.

П р и м е р 3 . Для каучук-олигомерной композиции следующего состава, мае.ч.: изопреновый каучук СКИ-3 100, стеарин 1,5, окись цинка 10,0, неозон Д 0,6, технический углерод ПМ-75 5,0, определяют оптимальные дозировки вулканизующего агента (серы и ускорителей (альтакса и дефенилгуанидина - ДФГ), еоответетвующие следующим дозировкам олигомера СКН-1: : 1-, 2,5; 5; 7,5-, 10; 12,5; 15,0; 20; 25; 30; 40; 50; 60; 70; ВО; 90 и 100 мае.ч, на 100 мае.ч. СКИ-3, при режиме вулканизации К х 1800с

Определение производят следующим образом.

Определенная методом математического планирования эксперимента, при заданном для каучук-олигомерной композиции температурно-временном режиме вулканизации, оптимальная дозировка ееры, альтакеа и ДФГ для вышеуказанной смеси, содержащей 100 мае.ч. СКИ-3 и не еодержащей олигомер СКН-1, еоставляет 1,0; О ,k и 2,0 мае. еоответственно.

Степень сшитоети каучука СКИ-3, содержащего оптимальную дозировку серы, альтакса и ДФГ, принимают в качестве основного -показателя для олигомерного вулканизата.

Методом математического планирования эксперимента, при том же температурно-временном режиме вулканизации, определяют дозировку серы, альтакса и ДФГ для исходного олигомера СКН-1, т.е. вышеуказанной смеси, содержащей 100 мае.ч. СКН-1, но не содержащей каучук СКИ-3, обеспечивающую получение максимальной прочности вулканизата на основе оли-, гомера СКН-1, при степени ешитоети, равной оптимальной степени сшитоети каучука СКИ-3.

Вышеуказанные уеловия доетигаютея. при дозировке серы 7,0 мае.ч., альтакеа 7, мае.ч., ДФГ-2,0 на 100 мае. олигомера СКН-1.

Полученные значения подставляют в раечетную формулу и определяют оптимальные дозировки ееры, альтакса и ДФГ.

В табл.3 представлены данные, полученные предлагаемым способом.

П р и м е р 4. Для каучук-олигомерной композиции следующего еоетава, мае.ч.: комбинация диенового каучука СКД и олигомера СКН-1 100,0, стеарин 2,0; окись цинка 10,0; технический углерод ПМ 75 определяют оптимальные дозировки вулканизующего агента (серы) и ускорителя (еульфенамида ц), еоответетвующие еледуймцим дозировкам олигомера СКН-1 i 1, 2,5; 5-, 7,5V 10; 12,5; 15; 20-, 25; 30; 35; 0-, 50; 60; 70; ВО ,ЭО и 99%, при режиме вулканизации х 1800 е.

Определение проводят еледующим образом.

Определенная методом коитурнографичеекого планирования эксперимента, при заданном для каучук-олигомерной композиции температурно-временном режиме вулканизации, оптимальная дозировка ееры и сульфенамида Ц для вышеуказанной смеси, содержащей 100% СКД и не содержащей олигомер СКН-1, составляет 2,0 и 0,8 мае,ч., еоответственно. Степень сшитоети каучука СКД, содержащего оптимальную дозировку ееры и еульфенамида Ц, принимают в качеетве оеновного показателя для олигомерного вулканизата.

Методом контурно-графического планирования экеперимента, при том же температурно-временном режиме вулканизации, определяют дозировку ееры и сульфенамида Ц для исходного олигомера ГЖН-1, т.е. для вышеуказанно смеси, содержащей 100 СКН-1, но н содержащей каучук СКД, обеспечивающую получение максимальной прочности вулканизата на основе олигомера СКН-1, при заданной степени сшитости. Вышеназванные условия достигаются при дозировке серы 10,0 мае.ч., сульфенамида Ц 10,0 мае.ч, на 100 нас.ч. олигомера CKH-J, Полученные значения подставляют в расчетную формулу и определяют оп тимальные дозировки серы и сульфенамида Ц при заданных дозировок олиг гомера СКН-1. Результаты определений представлены s табл k. Примерз. Для каучук-олигомерной композиции следующего состава, мае.ч.: комбинация каучука .СКМС-ЗОАРК и олигомера СКН-1 100,0; стеарин 1,5 окись цинка 10,0, технический углерод ПМ-75 5,0 определяют оптимальные дозировки вулканизующего агента (ееры) и ускорителя (альтакса), еоответетвующие следующим дозировкам олигомера СКН-1: 1; 2,5; 5; 7,5; Ю; 12,5; 15; 20; 25} 30, 0; 50; 60; 70; 80; 90 и ЭЭ% г1ри режиме вулканизации 16°К X 1800 с. Определение проводят следующим о разом. Определенная методом контурнографического планирования эксперимента при заданном для каучук-олиго мерной композиции температурно-временном режиме вулканизации, оптимал ная дозировка серы и альтакса для вы шеуказанной смеси, содержащей 100% СКМС-ЗОАРК и не содержащей олигомер СКН-1, составляет 2,0 и 2,0 масс.ч. еоотеетственно. Степень сшитости каучука СКМС-ЗОАРК, соответствующую оптимальной дозировке серы и альтакеа, принимают в качестве основно го показателя для олигомерного вулканизата. Методом контурно-графического пл нирования эксперимента, при том же температурно-временном режиме вулканизации, определяют дозировку серы и альтакса для исходного олигомера СКН-1, т.е. для вышеуказанной смеси, содержащей 100 СКН-1, но не содержащей каучук СКМС-ЗОАРК, обеспечивающую получение максимальной прочности вулканизата на- основе олигомераСКН-1, при степени сшитости олигомерного вулканизата, равной оптимальной степени сшитости каучука СКМС-ЗОАРК. Вышеназванные условия достигаются при дозировке серы 10,0 мае.ч., альтакса 20,0 мае.ч. на 100 мае«ч. олигомера СКН-1. Полученные значения подетавляют в расчетную формулу и определяет оптимальные дозировки ееры и , альтакеа для заданных дозировок олигомера СКН-1. Результаты определений предетавлены в табл.5. Как видно из представленных примеров, использование предлагаемого епособа позволяет быстро и точно определять оптимальные дозировки вулканизующего агента и ускорителя для различных каучук-олигомерных композиций. Более того, для реализации предлагаемого способа требуетсй проводить экспериментальные работы только при изучении ёходящих в каучук-олигомерную композицию каучука и олигомера. При замене же одного олигомера другим такие исследования необходимо проводить только для вновь вводимого олигомера. Использовйние предлагаемого епособа позволяет производить определение оптимальных дозировок вулканизующего агента и ускорителя практически для всех дозировок олигомера, что, 8 еравнении е иепользуемыми в наетоящее время методами, приводит к еокращению чиела экспериментов в 9-18 раз е сохранением высокой точности определения. К доетоинетвам метода следует также отнеети возможность прогнозирования оптимальных дозировок вулканизующего агента и уекорителя для еамых разнообразных каучук-олигомерных композиций путем раеечета по предлагаемой математичеекой зависимости.

та и s с; Ю та

01

D

3

s с: ю

(О

сэ «м

k

сг

о

-

оо о

vO

о

00

vO

чО

о

о

40

о

«м

-:Г

«

lf

О

о 00

1Г ГО

ГОО. 0)

о -dсэ гл

о

I О

1Л IS

V

о

О vO

fNl

ГЛ

о м

1Л

ГЛ

сэ

«ч

гг

о

00

«k

tM

о

V0

«i 01

о

LA

-3СЧ

о см

Сч|

00

о

о см

оо

о

о

-СГ

-:Г

оо

чО

о чО

о

л

CD

о оо

со

см

vi

о о

ч)

О Сх

о

см

т

1Г1

«Э СО

о

fr

со

О

о

-S-4О

о

1Л

сэ

vO

о о

о чО

ri

1Л

о

о сч

Гх

гл

о о

ил см

о оо

00

А

см

о

1Л

v

ГЛ

см

сг

м

«м

1Л

-

ъ

«м оо

ч см

(D

а

(U

о

га о

X 0

(- л

17 формула изобретения

Способ определения оптимальной дозировки вулканизующего агента ил ускорителя -для каучук-олигомерных композиций определением прочности вулканизатов с различными дозировками вулканизующего агента и ускорителя, отличающийся тем, что, с целью упрощения процесса и сокращения числа экспериментов, сначала вычисляют по прочности вулканизатов оптимальную дозировку вулканизующего агента или ускорителя и соответствующую им степень сшивки для каучука, затем .вычисляют по максимальной прочности и соответствующей степени сшивки вулканизатов дозировку вулканизующего агента или ускорителя для олигомера, с последующим вычислением оптимальной дозировки вулканизующего агента или ускорителя для каучук-олигомерных композиций по формуле

9156818

Ч

Ко к к оЧ-о;-.

где WjjQ- оптимальная дозировка вулканизующего агента (уско5 рителя для каучук-олигомерной композиции, мае.ч, WK - оптимальная дозировка вулканизующего агента (ускорителя) для каучука, мае.ч. WQ - дозировка вулканизующего

to агента (ускорителя) для олигомера, мае.ч. Чк.0 массовая доля каучука и олитомера в связующем. 21 суммарное количество каучу15 . ка и олигомера в композиции,

мае.ч. Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе 20 1. Планирование эксперимента и применение вычислительной техники в про.цесее синтеза резины. Сб. Статей под ред. В.Ф.Евстратора и А,Г.Шварца, М., Химия, с. kO-ЭЭ, 100-111, 193-207 (прототип).