Композиции на основе олеохимических поверхностно-активных веществ в технологиях синтеза и переработки карбоцепных эластомеров тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.17.06, доктор технических наук Рахматуллина, Алевтина Петровна

• Рахматуллина, Алевтина Петровна
• доктор технических наук
• 2009

Оглавление диссертации доктор технических наук Рахматуллина, Алевтина Петровна

ПРИНЯТЫЕ СОКРАЩЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1 Роль ПАВ в процессах вулканизации каучуков и резиновых смесей

1.2 Действие ПАВ на физико-механические свойства резин

1.3 Влияние ПАВ на диспергирование технического углерода и других ингредиентов резиновых смесей

1.4 Использование ПАВ в качестве пластифицирующих агентов в резинах

1.5 Влияние природы высших жирных кислот на свойства резин

1.5.1 Влияние длины углеводородного радикала жирных кислот на свойства резин

1.5.2 Влияние ненасыщенных высших жирных кислот на свойства резин

1.6 Анализ использования карбоксилатов металлов (Са, Zn, Со) в процессах получения резиновых смесей

1.6.1 Промоторы адгезии резин к латунированному металлокорду

1.6.2 Технологические активные добавки

1.7 Эмульгаторы в процессах эмульсионной полимеризации непредельных мономеров

Глава 2 МЕТОДИКИ ЭКСПЕРИМЕНТОВ

2.1 Характеристика исходных веществ

2.2 Методы исследований

Глава 3 СМЕСИ ВЫСШИХ ЖИРНЫХ КИСЛОТ, ВЫДЕЛЕННЫЕ ИЗ РАЗЛИЧНОГО РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ, В КАЧЕСТВЕ

ИНГРЕДИЕНТОВ РЕЗИНОВЫХ СМЕСЕЙ

3.1 Влияние ненасыщенных жирных кислот, полученных из различных растительных масел, на вулканизационные и физико-механические свойства резин

3.2 Оценка возможности использования вторичного продукта перера- 139 ботки хлопкового масла в рецептурах шинных резин

3.3 Влияние ненасыщенности жирных кислот на плотность химически связанных цепей сетки резин

Глава 4 ОБЪЕМНЫЕ И ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫЕ СВОЙСТВА КОМПОЗИЦИЙ СТЕАРИНОВОЙ И ОЛЕИНОВОЙ КИСЛОТ

4.1 Объемные свойства композиций стеариновой и олеиновой кислот

4.2 Поверхностно-активные свойства композиций стеариновой и олеиновой кислот

Глава 5 ВЛИЯНИЕ КОМПОЗИЦИЙ СТЕАРИНОВОЙ И ОЛЕИНОВОЙ КИСЛОТ И СОЛЕЙ НА ИХ ОСНОВЕ НА ФОРМИРОВАНИЕ МОЛЕКУЛЯРНО-ТОПОЛОГИЧЕСКОЙ СТРУКТУРЫ РЕЗИН И ИХ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

5.1 Молекулярно-топологическое строение резин

5.2 Физико-механические свойства резиновых смесей и их вулканиза-тов, содержащих олеохимические ПАВ - композиции на основе стеариновой и олеиновой кислот различного состава и их соли

5.2.1 Влияние композиций стеариновой и олеиновой кислот на физико-механические свойства резин

5.2.2 Композиции олеатов и стеаратов цинка и кальция - технологические активные добавки для резиновых смесей

5.2.3 Композиции стеаратов и олеатов кобальта — промоторы адгезии резино-металлокордной системы

Глава 6. СОЛИ ЩЕЛОЧНЫХ МЕТАЛЛОВ КОМПОЗИЦИЙ ВЫСШИХ ЖИРНЫХ КИСЛОТ - ЭФФЕКТИВНЫЕ

ЭМУЛЬГАТОРЫ

6.1 Эмульгаторы на основе композиций стеариновой и олеиновой кислот в процессах эмульсионной (со)полимеризации непредельных мономеров

6.2 Битумные эмульсии на основе композиций анионактивных ПАВ

ВЫВОДЫ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Композиции на основе олеохимических поверхностно-активных веществ в технологиях синтеза и переработки карбоцепных эластомеров»

Актуальность проблемы. Существующие в настоящее время подходы к рецептуростроению полимерных композиций не в полной мере соответствуют современным требованиям повышения качества изделий, основываясь, в основном, на эмпирическом подходе.

При формировании рецептур полимерных композиционных материалов (ПКМ) необходимым и обоснованным является учет взаимодействий между компонентами композиций, о чем свидетельствует возрастающее количество публикаций по данному направлению. Это, например, создание синергических композиций антиоксидантов и других типов добавок для полимеров (Н.М. Эмануэль) [1-2]; динамических термоэластопластов [3] (С.И. Вольфсон); эвтектических смесей и молекулярных комплексов для структурирования эластомеров [4-5] (А.А. Мухутдинов).

Огромное значение при создании рецептур ПКМ играют поверхностно-активные вещества (ПАВ), с помощью которых достигаются эффекты диспергирования, пластификации, структурирования, регулирования реологических свойств и т.д.

Одними из самых распространенных и ярких представителей ионогенных ПАВ являются ПАВ на основе насыщенных и ненасыщенных высших карбоно-вых кислот (ВКК). В полимерной химии они используются в качестве активаторов ускорителей вулканизации резиновых смесей, промоторов адгезии рези-но-металлокордных систем, технологических активных добавок для резин, эмульгаторов в процессах эмульсионной полимеризации непредельных мономеров, антиагломераторов в процессах получения синтетических каучуков, ан-тиадгезивов для маточных резиновых смесей и т.д.

В последнее годы прослеживается тенденция к использованию олеохими-ческих или так называемых «зеленых» ПАВ, получаемых из растительного сырья, в основном из растительных масел. Они имеют доступную возобновляемую сырьевую базу и являются более дешевыми продуктами по сравнению с синтетическими ПАВ.

Крупнейшим потребителем олеохимических ПАВ — жирных кислот и их солей — является шинная промышленность, где наибольшее применение в резинах получила стеариновая (Ст) кислота. Использование олеиновой (Ол) кислоты крайне ограничено в связи со сложившимся представлением о ней как паллиативе, ухудшающем технологические свойства резиновых смесей и некоторые эксплуатационные показатели вулканизатов.

В литературе имеется достаточно данных по исследованию влияния предельных жирных кислот на свойства резин, в частности, работы Б.С. Гришина [6-10], В. Шееле [11], Д. Крейга [12], А.К. Юрьевой [13-14], З.Н. Тарасовой [1516] и др., но практически отсутствуют публикации, связанные с исследованием воздействия непредельных кислот.

Различие в структурах предельной Ст и непредельной Ол кислот предполагает неодинаковое их влияние как на процессы приготовления и вулканизации резиновых смесей, так и свойства вулканизатов. Это может быть обусловлено наличием двойной связи в олеиновой кислоте, что определяет ее потенциальную возможность: во-первых, участвовать в реакции совулканизации и в результате этого иммобилизоваться в полимерную матрицу; во-вторых, возможность взаимодействовать с каучуковой матрицей с образованием тс-тт связей. Кроме того, Ол кислота обладает лучшей совместимостью с каучуком за счет сродства с его непредельной частью.

Особый интерес вызывают композиции, содержащие два и более ПАВ [9, 17-21], поскольку в данном случае можно ожидать формирования неаддитивных эффектов при их использовании.

Научно-обоснованные подходы к использованию композиций на основе предельных и непредельных высших жирных кислот и их солей в процессах синтеза и переработки эластомеров отсутствуют. Это определяет актуальность настоящего исследования.

Цель исследования. Разработка физико-химических основ формирования композиций олеохимических поверхностно-активных веществ, обладающих высокой эффективностью их действия на межфазных границах и в процессах мицеллообразования и способных оптимизировать технологические параметры синтеза и переработки карбоцепных эластомеров.

Для решения поставленной цели решались следующие задачи:

• исследование объемных и поверхностных свойств композиций на основе предельных и непредельных ВКК и их солей;

• оценка влияния полной или частичной замены Ст кислоты на Ол кислоту в таких системах, где явления на поверхности раздела фаз и мицелло-образование способны привести к изменениям и улучшениям технологических характеристик синтеза и переработки карбоцепных эластомеров;

• исследование молекулярно-топологической структуры резин, содержащих индивидуальные ВКК и их композиции;

• исследование эмульсионной (со-)полимеризации непредельных мономеров, где существенное влияние на ход (со-)полимеризации и свойства (со-) полимеров оказывают явления на границе водной фазы и органической микрофазы (мицеллы);

• определение взаимосвязи коллоидно-химических свойств бинарных композиций ПАВ и физико-механических характеристик эластомерных композиций, изготовленных с их применением, и использование полученных закономерностей для создания полимерных композиционных материалов с улучшенным комплексом эксплуатационных свойств.

Научная новизна и значимость работы.

Впервые на основе комплексного исследования олеохимических ПАВ установлено образование однородных и наиболее плотноупакованных на супра-молекулярном уровне монослоев в композициях Ст и Ол кислот состава 40:60 и 50:50 (%, мол.), соответственно, которые, действуя на поверхности раздела фаз и в процессах мицеллообразования, приводят к сверхаддитивным изменениям и улучшениям ряда свойств и технологических характеристик синтеза и переработки эластомеров.

С использованием методов квантовой химии установлено, что стабильной для Ст кислоты является вытянутая конформация, а для Ол - «сложенная» Сообразная конформация. В результате соответствия линейных размеров двух ди-меров Ст кислоты и трех димеров Ол кислоты происходит формирование двумерного варианта изоморфного замещения в межфазном слое ПАВ одной кислоты другой кислотой в соотношении 4:6, что обеспечивает его однородность и бездефектность.

Впервые обнаружен экстремумный характер зависимости поверхностного натяжения от состава композиций Ст и Ол кислот, усиливающийся с ростом температуры.

Установлено, что композиции Ст и Ол кислот в области состава 40 : 60 %, мае. приводят к получению более однородных и долговечных композиционных эластомерных материалов, что обусловлено более равномерными распределениями технического углерода в полимерной матрице и отрезков цепи эластомера между узлами сшивки. Такая сетка обеспечивает более высокие прочностные свойства материалов.

Установлено, что явления сверхаддитивизма характерны не только для композиций Ст и Ол кислот, но и солей на их основе. Показано, что промоторы адгезии резино-металлокордных систем — Со-соли композиции Ст и Ол кислот в области состава 40 : 60 %, мае. — значительно улучшают адгезионные свойства брекерных резин практически при всех видах старения. Выявлено, что состав технологических активных добавок композиций Zn или Са-солей Ст и Ол кислот в области 40 : 60 %, мае., способствует максимальному снижению энергоемкости при получении резиновых смесей.

Впервые установлено, что К-соли композиции Ст и Ол кислот в области состава 40:60 %, мае., соответственно, используемые в качестве эмульгаторов, оказывают сверхаддитивное влияние на технологические параметры процесса эмульсионной (со-)полимеризации непредельных мономеров и некоторые свойства получаемых полимеров и материалов на их основе. Показано, что эффективность действия данных ПАВ обусловлена усилением их поверхностно-активных свойств и наибольшей солюбилизирующей способностью.

Практическая ценность результатов работы состоит в разработке эффективных композиций на основе олеохимических ПАВ, использование которых в технологиях получения и переработки карбоцепных эластомеров приводит к улучшению технологических параметров их синтеза и сверхаддитивному повышению ряда эксплуатационных свойств полимерных композиционных материалов на их основе.

Экономический эффект от внедрения разработанных композиций на основе смесей Ст и Ол кислот в области состава 40:60 %, мае. (активаторов ускорителей вулканизации и технологических активных добавок) и пеногасителей на Российских предприятиях химической промышленности (ОАО «Нижнекам-скшина, ООО «Тольяттикаучук») составляет около 7 млн. руб. в год.

Настоящая работа является частью научных исследований, проводимых на кафедре технологии синтетического каучука КГТУ в соответствии с Программой РТ «Разработка и внедрение химикатов-добавок для шинной и резиновой промышленности Республики Татарстан на 1999-2000 гг» от 14.01.1999 г.; с Президентской Программой развития нефтегазохимического комплекса РТ на 2004-2008 гг., предусматривающей развитие малотоннажной химии для внутреннего самообеспечения; с грантом АН РТ (№ 07-7.5-230/20042005 (Ф)) по направлению «Фундаментальные основы химии и разработка новых высоких химических технологий». Работа поддержана инвестиционно-венчурным фондом содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере (грант «Старт 06», № гос.контракта 4172р/6569 от 26.06.2006 г.).

Автор защищает: создание теоретических основ формирования эффективных композиций на основе олеохимических ПАВ для применения их в технологиях синтеза и переработки карбоцепных эластомеров.

Личное участие автора заключается в определяющем вкладе проведенных исследований лично или при непосредственном участии. Автору принадлежит решающая роль в постановке цели и задач исследования, обобщении и интерпретации представленных результатов и формулировке научных выводов.

В ходе выполнения диссертационной работы при соруководстве автора защищены три кандидатские диссертации: Мохнаткина О.Г. (2003 г.), Нетфул-лова Л.Ш. (Сибгатуллина Л.Ш.) (2005 г.), Султанова Г.И. (2007 г.).

Автор выражает глубокую благодарность д.пин. Р.А. Ахмедьяновой и д.пин. В.Г. Хозину за участие в обсуждении результатов, д.х.п. Н.Б. Мельниковой за помощь в исследовании свойств мономолекулярных слоев композиций на основе стеариновой и олеиновой кислот, а также работникам ЦЗЛ ОАО «Нижнекамскшина» и ЦЗЛ ООО «Тольяттикаучук» за поддержку при выполнении работы.

Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались на XVII и XVIII Менделеевских съездах по общей и прикладной химии (Казань, 2003; Москва, 2007); III и IV Всероссийских Каргинской конф. «Полимеры-2004, 2007» (Москва, 2004, 2007); VI-XI Российских научно-практических конф. резинщиков «Резиновая промышленность. Сырье. Материалы. Технология» (Москва, 1999-2004); конф. с международным участием «Резиновая промышленность. Продукция. Материалы. Технология. Инвестиции» (Москва, 2005); Международной конф. по каучуку и резине (Москва, 2004); V Международной конф. по интенсификации нефтехимических процессов «Нефтехимия-99» (Нижнекамск, 1999); I Всероссийской конф. по каучуку и резине (Москва, 2002); XII Международной конф. молодых ученых по химии и химической технологии «МКХТ-98» (Москва, 1998); Российской конф. «Актуальные проблемы нефтехимии» (Москва, 2001); I-III Кирпичниковских чтениях

Казань, 2000, 2001, 2003); V Конгрессе нефтегазопереработчиков России (Казань, 2004); Региональном научно-практическом семинаре РФФИ «Пути коммерциализации фундаментальных исследований в области химии для отечественной промышленности» (Казань, 2002); III Международной научно-технической конф. «Надежность и долговечность строительных материалов и конструкций» (Волгоград, 2003); IX, XI, XIV Всероссийских конф. «Структура и динамика молекулярных систем» (Москва-Иошкар-Ола-Казань-Уфа, 2002, 2004, 2007); VIII Международной научно-практической конф. «Промышленные и бытовые отходы: проблемы хранения, захоронения, утилизации, контроля» (Пенза, 2004); Всероссийской конф. «Использование отходов промышленности и местных сырьевых ресурсов регионов при получении строительных материалов и изделий» (Саранск, 2004); II Всероссийской конф. «Химия и технология растительных веществ» (Казань, 2002); научно-практической конф. «Состояние и перспективы развития ОАО «Казанский завод синтетического каучука» (Казань, 2001); Вторых Воскресенских чтениях «Полимеры в строительстве» (Казань, 2004) и др.

Публикации. По результатам исследований, изложенных в диссертации, опубликовано более 80 работ, важнейшие из которых указаны в автореферате, в том числе 14 статей в рекомендованных ВАК изданиях и 5 патентов РФ на изобретения.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 6 глав, выводов, списка использованной литературы из 387 наименований, приложений и изложена на 309 стр., включающих 65 таблиц, 77 рисунков.

Заключение диссертации по теме «Технология и переработка полимеров и композитов», Рахматуллина, Алевтина Петровна

ВЫВОДЫ

1. Впервые обнаружено, что композиции на основе стеариновой и олеиновой кислот в области состава 40:60 %, мае., соответственно, оказывают сверхаддитивное влияние на технологические параметры синтеза и переработки эластомеров и ряд их свойств. Показано, что эти эффекты обусловлены усилением поверхностно-активных свойств смесевых ПАВ и связаны с фундаментальными характеристиками (геометрия, включая конформационный аспект, энергетическая выгодность того или иного конформера) этих кислот, не зависящими от природы полимерных систем и измеряемых технологических параметров.

2. Впервые установлено, что поверхностное натяжение композиций Ст и Ол кислот ниже аддитивных значений и имеет экстремум в области состава Ст кислота : Ол кислота, равном (33 - 40)^(67 - 60) %, мае. На композициях Ол кислоты с рядом кислот предельного ряда: пальмитиновой, лауриновой, каприловой выявлен общий характер явления.

3. Установлено, что свойства монослоя Ол кислоты на поверхности воды существенно отличаются от свойств монослоя Ст кислоты. Изотерма сжатия монослоя Ол кислоты имеет основной участок, характеризующий конденсированную пленку, и второй участок, типичный для пленок дуплексной структуры, а площадь Ао, занимаемая одной молекулой Ол кислоты в монослое, в 1,5 раза больше А0 Ст кислоты. При молярных соотношениях Ст и Ол кислот от 40:60 до 60:40 % состояние смешанных монослоев на поверхности воды идентично состоянию смешанной пленки состава 50:50, эффективная молекулярная площадь Ао постоянна и равна 0,270 нм . Наиболее однородные плотноупакованные на супрамолекулярном уровне монослои образуют смесевые пленки Ст и Ол кислот составов 40:60 и 50:50 (%, мол.), соответственно.

4. Впервые обнаружено сверхаддитивное влияние композиции Ст и Ол кислот в области состава 40:60 %, мае., соответственно, на технологические, пласто-эластические и динамические свойства протекторных резин.

Показано, что стойкость к тепловому старению резин, содержащих композицию Ст и Ол кислот в области состава 40:60 %, мае., выше, чем у резин, содержащих индивидуальные кислоты.

5. В резине с композицией Ст и Ол кислот состава 40:60 %, мае., согласно данным ММР межузловых цепей, наблюдается более равномерное распределение по размеру отрезков цепи эластомера между узлами сшивки, что обеспечивает более высокие прочностные свойства материалов.

6. Установлено, что Со-соль композиции Ст и Ол кислот в области состава 40:60 %, мае. улучшает пласто-эластические свойства резиновых смесей и повышает прочность связи резино-металлокордной системы брекерных резин.

7. Найдено, что композиции цинковых (кальциевых) солей стеариновой (40 %, мае.) и олеиновой (60 %, мае.) кислот в наибольшей степени снижают энергозатраты на первой стадии смешения резиновых смесей.

8. Впервые установлено, что при использовании в качестве эмульгаторов К-солей композиции Ст и Ол кислот в области состава 40:60 %, мае., соответственно, в процессах эмульсионной полимеризации стирола и сополимеризации стирола с а-метилстиролом выход и средневязкостная молекулярная масса полученных полимеров достигают максимальных значений.

9. Выявлено, что латекс СКС-85, полученный в присутствии в качестве эмульгатора К-солей композиции стеариновой и олеиновой кислот в области состава 40:60 %, мае., характеризуется большим размером латексных частиц и более высокой механической устойчивостью, при сохранении высокой суммарной конверсии бутадиена и стирола в процессе эмульсионной сополимеризации.

Впервые обнаружено, что наибольшей солюбилизирующей способностью по отношению к стиролу обладают К-соли композиции Ст и Ол кислот в области состава 40:60 %, мае., что коррелирует со сверхаддитивными значениями радиуса мицелл и мицеллярной массы.

10. Обнаружен синергизм эмульгирующего действия смеси двух анионоактивных ПАВ на основе Na-солей высших жирных кислот — вторичных продуктов переработки растительных масел при получении битумно-водных эмульсий. При соотношении ПАВ-1/ПАВ-2, представляющих собой смеси на основе монокарбоновых, ди-, три- и полимерных кислот, равном 70 / 30 %, мае., образуется наиболее устойчивая и тонкодисперсная эмульсия с максимальной вязкостью и однородностью.

11. Разработанные композиции на основе Ст и Ол кислот в области состава 40:60 %, мае. (вторичные активаторы вулканизации, технологические активные добавки, эмульгаторы) и пеногасители в опытно-промышленных испытаниях получили положительную оценку технологов соответствующих производств. Экономический эффект от внедрения разработанных композиций на основе олеохимических ПАВ составляет около 7 млн. руб. в год.

Заключение

Литературные данные, представленные в обзоре, свидетельствуют о неуклонном интересе исследователей к созданию композиционных добавок полифункционального действия для полимерных конструкционных материалов. В качестве исходных веществ используются различные соединения, в том числе поверхностно-активные вещества. В последние годы прослеживается тенденция по использованию олеохимических ПАВ, т.е. полученных из различного растительного сырья и представляющих собой смеси высших карбоновых кислот, в том числе предельных и непредельных.

Выбор олеохимических ПАВ обусловлен доступностью, воспроизводимостью, экологической чистотой и относительной дешевизной растительного сырья. Но научно-обоснованные подходы к использованию композиций на основе предельных и непредельных высших жирных кислот и их солей в процессах синтеза и переработки эластомеров отсутствуют.

Поэтому целью данного исследования является разработка физико-химических основ формирования композиций олеохимических поверхностно-активных веществ, обладающих высокой эффективностью их действия на межфазных границах и в процессах мицеллообразования и способных оптимизировать технологические параметры синтеза и переработки карбоцепных эластомеров.

ГЛАВА 2 МЕТОДИКИ ЭКСПЕРИМЕНТОВ 2.1 Характеристика исходных веществ

1. Стеариновая кислота (ГОСТ 6484-64) CH3(CH2)i6COOH Порошок белого, серого или светло-коричневого цвета, d = 0,84 - 0,99 г/см3, Тпл=52 - 75°С, йодное число 0-31 г J2/100 г продукта, кислотное число 190 -220 мг КОН/ г продукта.

2. Олеиновая кислота (ТУ 9145-012-00336444-96) СН3(СН2)7СН=СН(СН2)7СООН-*<ис

Маслянистая жидкость слабо-желтого цвета со слабым запахом жиров, d = 0,89 - 0,91 г/см3, Тпл= 8-10 °С, йодное число 80 - 120 г J2/100 г продукта, кислотное число 191 - 210 мг КОН/ г продукта, Ткип=285 н-286°С.

3. Пальмитиновая кислота (ТУ 6-09-4132-75) СН3(СН2)14СООН Бесцветные иглы. Тпл=64 °С, Ткип=339-356 °С, р=0,8527 г/см . Практически не растворяется в воде. Входит в состав глицеридов всех животных жиров и растительных масел, в состав некоторых восков, стеарина и соответствующих фракций СЖК.

4. Лауриновая кислота (ТУ 6-09-612-76) СН3(СН2)юСООН Бесцветные иглы. Т„л=44,5 °С, Ткип=298,9 °С. Практически не растворяется в воде, растворяется в этаноле, ацетоне, бензоле. Может быть получена омылением природных жиров и масел с последующим фракционированием содержащихся во фракциях Сю-Сп и Сю-С^ СЖК.

5. Каприловая кислота (ТУ 6-09-529-75) СН3(СН2)6СООН Маслянистая жидкость светло-желтого цвета. Тпл=16 °С, Ткип=237 °С, Тзаст=16,5 °С. Растворяется в бензоле, ацетоне, хлороформе. Входит в состав триглицери-дов молочных жиров, пальмового, кокосового масел.

6. Изопреновый каучук (СКИ-3) ГОСТ 14925-79

Непредельность 94 - 98%, Тст= -68 - -70°С, р=910- 920 кг/м3. Вязкость по Му-ни 55 + 75, пластичность 0,3 - 0,48. Содержание звеньев: цис-1,4, - 92 + 99 %, транс-1,4, -0 + 4 %, транс-1,2, - 0 + 2%, транс-3,4 -1+3 %.

7. Натуральный каучук (НК) (сертификат) Тст= -70 + -72°С, р=910 - 930 кг/м3.

При обычной температуре жесткий и эластичный материал. Натуральный каучук — природный материал, который состоит на 90% из полимера изопрена, остальные 10% составляет смесь Сахаров, белков, смол и других веществ. Молекулы НК имеют строго определенное, регулярно повторяющееся расположение звеньев изопрена в пространстве. Натуральный каучук по эластическим свойствам превосходит все известные синтетические каучуки. В рецептуре шинных резин чаще всего применяется в пластифицированном виде.

8. Бутадиен-а-метилстирольный каучук (СКМС-30 АРКМ-15) (ГОСТ 11138-78)

СКМС - продукт сополимеризации бутадиена с а-метилстиролом. Вязкость по Муни при 100°С (4 мин) = 32 + 58, р = 0,9288 г/см3, Тст= -52°С. Каучук СКМС-30 АРКМ-15 получается низкотемпературной полимеризацией (буква А), с регулированной молекулярной массой (буква Р), в присутствии мыл кислот канифоли (буква К), маслонаполненный (буква М) с содержанием масла 15 %.

9. Сера техническая (ГОСТ 127-93)

Серо-желтый или зеленоватый порошок. Т11Л=114°С, d=2, р=3070 кг/м3. Сера — вулканизующий агент.

10. Полимерная сера Crystex ОТ-33 (сертификат)

Нерастворимая сера, полученная по особой технологии. Полимерная сера не выцветает на поверхность резиновых полуфабрикатов, даже при увеличенных дозировках сохраняются клейкость изделий и высокая прочность связи между деталями в вулканизованном виде. Полимерная сера нерастворима в каучуке и органических растворителях.

11. Сульфенамид М (Ы-оксадиэтилен-2-бензтиазолилсульфенамид) ТУ-14-756-78

ТПЛ=103°С, Тпоспл=140°С, Тсам0воспл=305 °С. Не растворяется в воде; растворяется в бензине, бензоле. Ускоритель серной вулканизации.

12. Сульфенамид Ц (ТЧ-циклогексил-2-бензтиазолилсульфенамид) ТУ 113-00-05761637-02-95

ТПЛ=103°С, Тпоспл=140°С, Тсамовоспл=305 °С. Не растворяется в воде; растворяется в бензине, бензоле. Ускоритель серной вулканизации.

13. Оксид цинка (ГОСТ 202-84) ZnO

Белый порошок. ТПЛ=1800°С, d=5,47-^5,66 г/см3, размер частиц 0,11-^0,30 мк, чистота 99,8%.

14. Неозон "Д" (фенил- р -нафтиламин) ГОСТ 39-66

Порошок от светло-коричневого до серого цвета; выпускается также в виде чешуек; d=l,23 г/см3; Тпл=-104 - 108 °С. Нерастворим в воде, легко растворяется в бензоле, толуоле. Растворяется в каучуке в количестве 1,5 %, мае.

15. Технический углерод П 245 (ГОСТ 7885-86). Высокодисперсное вещество. Средний диаметр частиц от 19 до 25 нм.

16. N, N' - Дифенилгуанидин (ДФГ) (ТУ 2491-001-43220031-2001) (C6HsNH)2C=NH

Белый порошок без запаха; d=l,19 г/см ; ТПЛ=147°С. Растворим в спирте, хлороформе, бензоле; нерастворим в воде. Растворимость в каучуке около 2 %.

17. Сантогард PVI (сертификат)

Замедлитель подвулканизации. Порошок светло-кремового света с ТПЛ=70-85°С.

18. Диафен ФП (ТУ 2492-002-05761637-99) C15H18N2 Противостаритель химического действия с ТПЛ=75°С.

19. Масло ПН-бш (ТУ 38.1011217-89)

Тзасгыв=40°С, ТВС11ыШки=230оС, р=0,940-0,970 г/см3, п=1,5150-1,5350. Мягчитель, изготовленный на основе нефтяного сырья.

20. Канифоль сосновая (ТУ 19113-84)

Тразм=66 - 69 °С, кислотное число 166-169 мг КОН/г продукта. Мягчитель растительного происхождения.

21. Альтакс (2,2' дибензтиазолдисульфид) (ГОСТ 7087-75)

ТПЛ=162-170°С. Ускоритель вулканизации.

22. Битум нефтяной (ГОСТ 21822-87)

ТРазм=1 Ю-135 °С, ТВС11=240-260 °С. Пластификатор, продукт перегонки нефти.

23. Манобонд 680С (сертификат)

Борсодержащий ацилат кобальта - промотор адгезии резин к латунированному металлокорду. Содержание кобальта - 22,5 %, мае.

24. Хлорид кобальта, 6 водный (ГОСТ 4525-77) СоС12-6Н20

М= 237,93; Тпл =735 °С; Ткип =1049 °С, кристаллы красного цвета, растворимы в воде.

25. Кальций хлористый, 2-водный (ТУ 6-09-5077-83 (ч)) СаС12 -2Н20

ТГ1Л = 772°С, ТКИ1[ = 1960 °С; растворим в воде, спирте, ацетоне, метаноле. Содержание примесей: нерастворимые в воде вещества 0,05%; сульфат 0,005%; железо 0,004%; магний 0,005%; калия и натрия 0,2%; тяжелый металл (РЬ) 0,001%.

26. Цинк сернокислый, 7-водный (ГОСТ 4174-77 ) ZnS04-7H20 Показатели качества: основное вещество > 98%; рН 5%-ного раствора 4,4-6; максимальное содержание примесей: нерастворимые в воде вещества 0,01%; нитрат 0,005%; хлорид 0,005%; аммонийная соль 0,02%; железо 0,00.1%; медь 0,005%; мышьяк 0,0003%; тяжелый металл (РЬ) 0,005%.

27. Карбонат кобальта (II) (ГОСТ 5407-68) СоС03

Красные кристаллы; Тразл 400 °С; не растворяется в воде и органических растворителях. В природе — минерал сферокобальтит. Получается взаимодействием растворов Co(N03)2 с NaHC03.

Применен для получения других соединений Со, кобальтовых ферритов.

28. Стирол (ТУ 6-09-3999-78) С6Н5 - СН=СН2

Бесцветная прозрачная жидкость с приятным сладковатым запахом. Смешивается со спиртами, с кетонами, простыми и сложными эфирами, алифатическими, ароматическими и хлорированными углеводородами, сероуглеродом. Тпл= -30,63 °С, Ткип= 145,2 °С, р= 0,906 г/см3, молекулярная масса 104,14, растворимость в воде 0,05 %.

29. а-метилстирол (ТУ 6-01-10-46-81) С6Н5 - С(СН3)=СН2

Бесцветная прозрачная жидкость с резким специфическим запахом. Смешивается во всех отношениях с ацетоном, хлорированными углеводородами, гептаном и со спиртами. Т„л=-23,2 °С, Ткип= 165,38 °С, р= 0,9106 г/см3, молекулярная масса 118,17, растворимость в воде 0,01 %. При хранении на воздухе окисляется до ацетофенона и формальдегида.

30. Бутадиен - 1,3 (ТУ 38.103658-88) Н2С=СН-СН=СН2

Бесцветный газ со специфическим запахом, растворяется в эфирах, бензоле, плохо - в спиртах. Тпл= -108,92 °С, Ткип= -4,47 °С, р= 0,62 г/см , молекулярная масса 54,09, растворимость в воде 0,13 %.

31. Гидроксид калия (ГОСТ 24363-80) КОН

Сильное основание поглощает С02 и Н20 из воздуха, растворяется в воде, этаноле, метаноле. Тпл= 404 °С, Ткип= 1324 °С. Разлагает материалы органического происхождения; водные растворы корродируют стекло, расплавы - фарфор, платину.

32. Персульфат калия (ГОСТ 4146-65) K2S2Os

Порошок белого цвета с мелкими триклиническими призмами. При нагревании уже ниже 100 °С начинает выделять кислород. Молекулярная масса 270,33, р= 2,48 г/см3, растворимость в воде 4,49 %. Является окислителем, инициатором полимеризации.

33. Гидропероксид изопропилбензола (ТУ38.402-62-121-90) С6Н5С(СН3)2ООН Бесцветная маслянистая жидкость, хорошо растворимая в органических растворителях, мало растворима в воде. Ткип= 60 °С, Тразл= 74 °С, р= 1,062 г/см , молекулярная масса 152,2.

34. Формальдегидсульфоксилат натрия (ронгалит) (ТУ 6-14-61 -79) NaHS02CH20

Бесцветные гигроскопичные кристаллы, хорошо растворимые в воде, Тпл= 64°С. При нагревании выше 120 °С разлагается.

35. Динатриевая соль этилендиаминтетрауксусной кислоты (Трилон Б) (ТУ 2484-005-22657427-99) C10HI4O8N2Na2-2H2O

Кристаллическое вещество белого цвета, не растворяется в органических растворителях, растворимость в воде 10,8 %.

36. Железо сернокислое семиводное (ГОСТ 4148-78) FeS04*7H20 Голубавато-зеленое моноклинное вещество. Тпл= 64 °С, р= 1,898 г/см3, молекулярная масса 278,01.

37. Натриевая соль продукта конденсации 3-нафталинсульфокислоты с формальдегидом (лейканол) (ГОСТ 6848-79)

Жидкость коричневого цвета. Массовая доля активного вещества в перерасчете на сухой продукт 23 %, массовая доля воды 68 %, р= 1,115 г/см3.

38. Сода кальцинированная (ГОСТ 5100-85) Na2C03

Мелкодисперсный порошок белого цвета, хорошо растворим в воде, не растворим в этаноле. Тпл= 853 °С, молекулярная масса 106.

39. Толуол (ГОСТ 5789-78) С6Н5-СН3

Жидкость прозрачного цвета, со специфическим запахом. Т„л= -95 °С, Ткип=110,6 °С, растворимость в воде 0,014 %, смешивается со спиртами, эфира-ми, углеводородами, является растворителем для полимеров.

40. Агидол-1 (технический) (ТУ 38.5901237-90) Ci5H240

Белый кристаллический порошок. Растворим в маслах, толуоле, ацетоне, хло-рорганических растворителях. Нерастворим в воде. Является термостабилизатором. Тпл= 70,0 °С, Ткрист= 69,0 °С.

41. Глицерин дистиллированный марки Д-98 (ГОСТ 6824-96) СН2ОНСНОНСН2ОН л

Прозрачная жидкость без запаха, р=1,259 г/см , массовая доля чистого глицерина 98,0 %.

42. ОП 7 и ОП 10 (ГОСТ 8433-81)

Прозрачная маслоподобная жидкость, массовая доля основного вещества 80-88 %, массовая доля воды 0,3 %.

43. Этиленгликоль (ГОСТ 10164-75) СН2ОНСН2ОН

Бесцветная жидкость, р=1,1155 г/см3, Ткип=197,85 °С, Тпл= -12,6 °С, Твсп=120 °С.

44. Полиэтилен низкомолекулярный (ТУ 2211-042-05742686-2003)

СН2-СН2~)П

Бесцветная жидкость без механических примесей, Тзаст= 5-30 °С, массовая доля воды - не более 0,01 % мае.

45. Полиметилсилоксан ПМС-200 (ГОСТ 13032-77) (~SiHCH3-0~)n Бесцветная прозрачная жидкость, Тзаст= -62 °С, массовая доля воды - не более 0,004 % мае., кинематическая вязкость - 192-208 сСт.

46. Нефтяной битум марки БНД-90/130 (ГОСТ 22245-90)

Групповой состав битума (% масс.): асфальтены — 17,8; смолы — 28,47; масла насыщенные - 7,18; масла ароматические - 46,38.

47. Сера сополимерная СПСМ-Д (ТУ 2112-048-05766764-01).

Массовая доля общей серы — 65%. Вулканизующий агент для обкладочных резиновых смесей, обеспечивающий сохранение конфекционной клейкости заготовок раскроенного обрезиненного металлокорда при вылежке.

48. Мел природный, дисперсный (ТУ 21-020350-06-92)

Содержание углекислого кальция и углекислого магния (СаСОз + MgCOa) -96,6 %, содержание влаги - 0,15 %, остаток на сите 014 - 0,65 %.

49. Эмульгаторы. Для получения эмульгаторов для битумных эмульсий использовались вторичные продукты переработки хлопкового масла (ВППХМ) и флотогудрон (ФГ) - отход ОАО «Нэфис Косметике» — визуально оба продукта представляют собой пастообразную массу коричневого цвета, которая при нагревании до 50°С - 60°С переходит в жидкое состояние. ВППХМ является кубовым остатком дистилляции жирных кислот хлопкового масла (соапстока), а ФГ - кубовым остатком дистилляции жирных кислот рапсового, подсолнечного и других масел.

Жирнокислотный состав и основные характеристики ВППХМ, ФГ и олеиновой кислоты, которые использовались для получения эмульгаторов для битумных эмульсий, представлены в табл. 2.1 -2.2.

Список литературы диссертационного исследования доктор технических наук Рахматуллина, Алевтина Петровна, 2009 год

1. Эмануэль, Н.М. Химическая физика и стабилизация полимеров / Н.М. Эмануэль, A.JL Бучаченко. — М.: Наука, 1982. 360 с.

2. Карпухина, Г.В. Классификация синергических смесей антиоксидантов и механизмов синергизма / Г.В. Карпухина, Н.М. Эмануэль // Докл. АН СССР.-1984.-Т. 276.-С. 1163-1167.

3. Вольфсон, С.И. Динамические вулканизованные термоэластопласты: получение, переработка, свойства / С.И. Вольфсон. М.: Наука, 2004. — 173с.

4. Экологические аспекты модификации ингредиентов и технологии производства шин / А.А. Мухутдинов и др.. Казань: ФЭН, 1999. - 400 с.

5. Мухутдинов, А.А. Модификация компонентов серных вулканизующих систем и их влияние на свойства резин: дис. . докт. хим. наук / А. А. Мухутдинов. Казань, 1993. - 307 с.

6. Гришин, Б.С. Исследование закономерностей диффузии и растворимости твердых низкомолекулярных веществ в полимерах: автореф. дис.канд. хим. наук / Б.С. Гришин. М., 1973.

7. Гришин, Б.С. Исследование структуры растворов жирных кислот и их цинковых солей в эластомерах диффузионным методом / Б.С. Гришин и др. // Коллоидный журн. 1976. - Т.38. - № 6. - С. 1173-1175.

8. Гришин, Б.С. Применение поверхностно-активных веществ для улучшения перерабатываемости резиновых смесей / Б.С. Гришин, Е.А. Елыпев-ская, Т.И. Писаренко // Тем. обзор. М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1987. - 56 с.

9. Влияние ПАВ на диспергирование технического углерода в резиновых смесях / Б.С. Гришин и др. // Каучук и резина. 1988г. - № 10. - С.16-18.

10. Влияние ПАВ на реологические свойства резиновых смесей на основе каучука СКИ-3 / Б.С. Гришин и др.. // Каучук и резина. 1987. — № 9. -С.17.

11. Sheele, W. / W. Sheele, H.F. Toussaint // Kautschuk u. Gummi. 1957. -Bd.10. -№ 3. -P.51.

12. Craig, D. // Rubb.Chem. Technol. 1957. - № 30. - P. 1291.

13. Юрьева, A.K. Влияние длины углеводородного радикала жирной кислоты на характер вулканизационных структур / А.К. Юрьева, М.А. Поляк, Д.П. Емельянов // Каучук и резина. 1974. - № 11. — С.14-15.

14. Юрьева, А.К. Исследование влияния некоторых органических кислот на вулканизацию и свойства резин: дис. . канд. хим. наук / А.К. Юрьева. — Ярославль, 1975. 260 с.

15. Ходжаева, И.Д. Влияние поверхностно-активных веществ на процесс вулканизации пленок из водных дисперсий изопреновых каучуков и резиновых смесей на их основе / И.Д. Ходжаева, З.Н. Тарасова, Г.В. Инсарова//Каучук и резина. 1975. — № 6.-С. 16-19.

16. Некоторые коллоидно-химические аспекты процесса вулканизации каучуков серой с ускорителями / З.Н. Тарасова и др. // Каучук и резина. — 1977.-№ 6.-С. 18-23.

17. Иванова, Н.И. Взаимодействие неполярных поверхностей в растворах смесей катионного и неионогенного поверхностно-активных веществ / Н.И. Иванова, A.M. Парфенова, Е.А. Амелина // Вестн. Моск. Ун-та. -Сер.2. Химия. - 2007. - Т.48. - № 3. - С. 182-187.

18. Смирнова, Н.А. Фазовое поведение и формы самоорганизации растворов смесей поверхностно-активных веществ / Н.А. Смирнова // Успехи химии. 2005. - Т.74. - Вып. 2. - С. 138-154.

19. Акопян, JI.A. Особенности действия ПАВ на усталостную выносливость резин / JI.A. Акопян, Н.А. Овруцкая, М.М. Плехоткина // Каучук и резина. 1979. -№ 10. - С.36-38.

20. Tanaka, Y. Structure and Role of Linked and mixed fatty acids in Natural Rubber / Y. Tanaka a.o. // Proc. Int. Rubb. Conf. Kobe, 1995. - P. 31-34.21.