Бинарные промоторы взаимодействия белой сажи с каучуком

На правах рукописиМясникова Наталья СергеевнаБИНАРНЫЕ ПРОМОТОРЫ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯБЕЛОЙ САЖИ С КАУЧУКОМСпециальность 05.17.06 – «Технология и переработка полимеров и композитов».АВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата технических наукМосква, 2012Работа выполнена на кафедре Химии и физики полимеров и полимерныхматериаловФедеральногогосударственногоучреждениявысшегопрофессиональногогосударственныйуниверситеттонкихбюджетногообразовательногообразованияхимических«Московскийтехнологийим.М.В.Ломоносова» (МИТХТ им. М.В.

Ломоносова).Научный руководитель:к.х.н., доцентКандырин Кирилл ЛеонидовичОфициальные оппоненты:д.т.н., профессорМорозов Юрий Львовичк.т.н., профессорБуканов Александр МихайловичВедущая организация:ООО НТЦ «НИИШП»Защита состоится «27» февраля 2012 года в 15 часов на заседанииДиссертационного совета Д 212.120.07 при МИТХТ им. М.В. Ломоносова по адресу:119831, г. Москва, ул. Малая Пироговская, д.1Отзывы на автореферат, заверенные печатью, направлять по адресу: 119571, г.Москва, Пр. Вернадского, д.

86, МИТХТ им. М.В. Ломоносова ученому секретарюдиссертационного совета.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МИТХТ им. М.В.Ломоносова.Автореферат размещен на официальном сайте МИТХТ им. М.В. Ломоносова:http://www.mitht.ruАвтореферат разослан «26» января 2012 г.Ученый секретарьдиссертационного советаД 212.120.07, д.ф.-м.н., профессор2В.В. ШевелевОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность работы. Высокий комплекс технологических свойств резиновыхсмесей, наполненных белой сажей, и упруго-гистерезисных показателей ихвулканизатов достигается только при введении специальных добавок – промотороввзаимодействия белой сажи с каучуком (агентов сочетания). Наиболее широкоеприменение в этом качестве нашел продукт TESPT. Особенности технологииприготовления смесей, содержащих белую сажу, предъявляют специфическиетребования к составу и структуре промотора взаимодействия.

Во-первых, он долженобеспечивать силанизацию наполнителя, что улучшает технологические свойстварезиновой смеси. Этот процесс протекает наиболее эффективно во времяприготовления резиновых смесей при температурах свыше 145 ºС. Второй егоролью является химическое сшивание эластомера с наполнителем, протеканиекоторого не желательно до начала вулканизации.

Однако втемпературных интервалов силанизации и сшиваниясилу близостиэти процессы могутпроисходить одновременно, в том числе и во время изготовления резиновых смесей.Поскольку при этом переработка резиновых смесей станет невозможной, напрактике стараются избежать преждевременного сшивания, обычно, в ущербпроцессу силанизации.

При использовании традиционных агентов сочетаниятребуется строго соблюдать температурные режимы приготовления смесей и частьагента сочетания не участвует в процессе вулканизации. Ведущие производителиагентов сочетания разрабатывают новые продукты, позволяющие расширитьтемпературные пределы их использования, но полностью эта проблема пока нерешена.Целью данной работы является разработка нового подхода к выборупромоторов взаимодействия белой сажи с каучуком, полностью исключающеготехнологические противоречия приготовления резиновых смесей.Научная новизна работы: Предлагаемый нами бинарный подход к созданиюагентов сочетания предусматривает переход от однокомпонентного продукта кдвух- и более компонентному с разделением введения силанизирующего (компонент3А) и сшивающего (компонент Б) компонентов по стадиям приготовления резиновыхсмесей.

Основным требованием к выбору компонентов А и Б бинарной системы,является возможность их взаимодействия друг с другом в процессе вулканизации.На защиту выносятся следующие положения:1. Бинарный подход к созданию промоторов взаимодействия белой сажи скаучуком: разделение сшивающейи силанизирующей функции засчетиспользования комбинации веществ, вводимых на разных стадиях приготовлениярезиновых смесей (таблица 1).2. Изучение влияния бинарных агентов сочетания различного химическогостроенияна основной комплекс свойств модельных резин на основе каучуковразличного типа, наполненных белой сажей.3.

Изучение влияния условий приготовления (температуры приготовлениярезиновых смесей, времени введения оксида цинка) на основной комплекс свойствпротекторных резин, содержащих белую сажу и TESPT (Si-69).4. Сформулированы принципы подбора компонентов А и Б для резиновыхсмесей различного состава и назначения.Практическая значимость.При использовании разработанных бинарных систем показано существенноеулучшение технологических свойств резиновых смесей при сохранении комплексаупруго-гистерезисных показателей их вулканизатов на уровне эталона (TESPT).Использованиебинарных агентов сочетания позволяет полностью исключитьфактор риска подвулканизации в технологическом процессе приготовлениярезиновых смесей, наполненных белой сажей, а также исключить токсичныйускоритель ДФГ из рецептуры, введение которого является необходимым приработе с TESPT.Принцип разделения функции агента сочетания белой сажи с каучуком на два иболеевеществапозволяетсущественнорасширитьвозможностьвыборамодификатора в зависимости от типа используемых каучуков, белой сажи дляобеспечения4предъявляемыхконкретныхтребованийктехнологическимпоказателям смесей и упруго-прочностным и гистерезисным свойствам резиновогоизделия.Объекты и методы исследования.

В таблице 1 приведены основныеиспользуемые комбинации бинарных систем агентов сочетания,относящиеся ктрем различным по механизмам действия типам, которые в дальнейшем будутрассмотрены подробнее.ВыборсиланизирующегокомпонентаАобусловленустойчивостьюобразующихся межфазных связей к гидролизу в процессе вулканизации иэксплуатации шины. Вода всегда присутствует в резинах, наполненных БС, аразогрев шины вследствие гистерезисных потерь при качении может вызватьразрушение нестойких межфазных связей.Среди связей, образуемых атомом кремния, только силоксановые связи ≡Si—O—Si≡, достаточно устойчивы к гидролизу в условиях, реализуемых привулканизациииэксплуатациишин.Силоксановыесвязиобразуютсяпривзаимодействии силанольной группы с алкоксисиланами, по схеме:≡Si—O–H + (H5C2O)3SiR —> ≡Si—O—Si(OC2H5)2R + C2H5OHТакимобразом,кремнийорганическуюсиланизирующиеприроду.ВсекомпонентыдолжнысиланизирующиеиметькомпонентыАпредставленных в таблице 1 бинарных систем АС являются известными икоммерчески доступными кремнийорганическими соединениями.Вторымтребованиемфункциональныхгрупп,квыборуспособныхккомпонентаАвзаимодействиюявляетсясналичиекомпонентомБ(желательно, во время вулканизации).Наиболее трудной задачей был поиск веществ для компонента Б, поскольку нанего возложена сшивающая функция, то есть обеспечение взаимодействия частицнаполнителя, покрытого слоем привитого к нему компонента А, с матрицей каучука(в традиционных АС эту роль выполняют атомы серы).Резиновые смеси изготавливали в три стадии: I и II в резиносмесителе притемпературе 155°С; III – на вальцах при температуре 40°С.5Таблица 1.

Бинарные промоторы взаимодействия белой сажи с каучуком.Силанизирующийкомпонент А с активным центром:OC 2H5CH2NH2OC2H5OSiП-822HCH2H3CO7OC2H5OC2H5H3COCH3CH2SiSi3Сшивающийкомпонент Б:CH2CH2NCH2H3COClNCH2HH3COSiCH2CH2H3COCH2NClГексахлорпараксилол(ГХПК)HCH2ClCl3-2-аминоэтил-аминопропилтриметоксисилан(Z-6020)H3COCCClHClNCH2CH2H(N)-бензиламиноэтиламинопропилтриметоксисилан(Z-6028)OCH3OCH2OCHCH2CH2CH2CH2SiOCH3OCH34,4 –диаминодифенилметан (ДДМ)+Cl3-(2,3эпоксипропокси)пропилтриметоксисилан (Z-6040)ClCClClCClClгексахлорпараксилол (ГХПК)6OCH3H2CSiCHCH3OCH3OCH3CH3CH3SiSiSiCH3OCH3OH nвинилтриметоксисилан(BTMO)C8H17CH3CH3SiOmCH3Полиметил(метилоктил)гидридсилоксан с содержаниемактивного водорода не менее 1%(П-808А)OCH3CH3H2CCCH2OCH2CCH2SiOCH3CH3OCH3CH3Oгаммаметакрилоксипропилтриметоксисилан(Z-6030)CH3CH3CH3SiOSiOnSiCH3CH3HПолиметилгидридсилоксанc содержанием активного водорода1,7% (П-804)Достоверность результатов исследования обеспечивается применениемсовременного испытательного оборудования и методов исследования, а такжеапробированных методик со статистической обработкой результатов.

Все этообеспечивает высокий уровень точности измерений.Личный вклад автора. Автором разработаны принципы построения работы,результаты получены самостоятельно либо при непосредственном ее участии. Авторпринимал активное участие в освоении нового оборудования (RPA 2000),разработке методик исследования и обработке полученных результатов.Апробация работы.

По материалам диссертации опубликованы 2 статьи вжурналах входящих в перечень ВАК, подана 1 заявка на изобретение, 2 статьи всборниках и трудах конференций, 8 тезисов конференций.Основные положения работы и отдельные ее положения докладывались на: Х,XII, XIII XV-XVII Российских научно-практических конференциях «Резиноваяпромышленность. Сырье, материалы, технология» (Москва, 2003, 2006, 2007, 2009,72010, 2011), 16 и 21 Симпозиумах «Проблемы шин и резинокордных композитов»(Москва, 2005, 2010), Второй Всероссийской научно-технической конференции«Каучук и резина – 2010» (Москва, 2010).Основные результаты работы получены в рамках госбюджетной темы 1Б-22362 «Межфазное взаимодействие, как основа создания эластомерных материаловвключая нанокомпозиты».Структура и объем работы.