Модификация поверхности технического углерода и её влияние на технологические и физико-механические свойства резин

На правах рукописиКорнев Юрий ВитальевичМОДИФИКАЦИЯ ПОВЕРХНОСТИ ТЕХНИЧЕСКОГО УГЛЕРОДА ИЕЁ ВЛИЯНИЕ НА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ И ФИЗИКОМЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА РЕЗИН05.17.06 – технология и переработка полимеров и композитовАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата технических наукМосква – 2007www.mitht.ru/e-libraryРабота выполнена в Московской государственной академии тонкойхимической технологии имени М.В.

Ломоносова на кафедре Химии и технологии переработки эластомеров и ООО “Научно-технический центр “НИИШП”.Научный руководитель:кандидат технических наук, профессорБуканов Александр МихайловичОфициальные оппоненты:доктор технических наук, профессорМорозов Юрий Львовичдоктор технических наукАльтзицер Владимир СоломоновичВедущая организация:ЗАО “Московский шинный завод - М”Защита состоится 24 декабря 2007 года в 16 часов на заседании Диссертационного совета Д 212.120.07 в Московской государственной академии тонкойхимической технологии имени М.В.Ломоносова по адресу 119831, Москва,ул.

Малая Пироговская, д.1С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московской государственной академии тонкой химической технологии имени М.В.ЛомоносоваОтзывы на автореферат направлять по адресу: 119571, Москва, пр. Вернадского, 86, МИТХТ им. М.В. Ломоносова, учёному секретарю диссертационного советаАвтореферат разослан ____ ноября 2007 г.Автореферат размещен на сайте www.mitht.ruУченый секретарь Диссертационного советадоктор физико-математических наук,профессор2www.mitht.ru/e-libraryВ.В. Шевелев.ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность проблемы. Повышение требований к эксплуатационнымхарактеристикам эластомерных материалов, расширение областей их применения, увеличение производительности перерабатывающего оборудования,сокращение производственных расходов и снижение загрязненности окружающей среды, вызывает необходимость изыскания новых путей полученияэластомерных материалов и изделий.

Наибольшее влияние на изменениесвойств эластомерных материалов оказывают наполнители и, в первую очередь, широко применяемый в резиновой промышленности технический углерод. В связи с этим, важное значение имеет получение новых типов технического углерода, направленных на улучшение технологических свойств резиновых смесей и обеспечение необходимого комплекса свойств эластомерныхматериалов и изделий.Промышленность технического углерода постоянно ориентируется натребования своего основного потребителя – шинную промышленность. Впоследнее время внимание производителей шин уделяется снижению сопротивления качению, улучшению сцепных свойств с мокрой дорогой при сохранении износостойкости на высоком уровне. Сегодня для обеспечения высоких эксплуатационных характеристик шин в резинах, в качестве наполнителя применяется система кремнекислота/органосилан + технический углерод в определённых соотношениях.

Система кремнекислота/органосиланпридает резинам более низкое сопротивление качению и одновременноулучшает сцепные свойства, но она дороже технического углерода и менеетехнологична. В связи с этим, оптимизация состава резин с техническим углеродом в качестве наполнителя, а также применение процессов модификации (как химических, так и физических) поверхности технического углеродас целью улучшения его свойств, могут быть достаточно эффективны и иметьпреимущества в сравнении с традиционными решениями по стоимости, технологичности и эксплуатационным характеристикам готовых изделий.Следует отметить, что опытные образцы и некоторые серийные маркимодифицированного техуглерода уже представили ведущие мировые производители активных наполнителей для эластомерных материалов такие какКэбот (Cabot Corp.

- США) и Дегусса (Degussa Сorp. - Германия).Определённый интерес для химической обработки поверхности технического углерода представляют некоторые олигомерные соединения с функциональными группами, например гидроксил-содержащие олигомеры. Вбольшинстве своем гидроксил-содержащие олигомеры хорошо растворимыв воде и органических растворителях и проявляют свойства поверхностноактивных веществ, вследствие чего применение их в промышленном процессе изготовления техуглерода на стадии гранулирования представляет значительный интерес.3www.mitht.ru/e-libraryТаким образом, одним из направлений для регулирования свойств наполненных эластомерных материалов является модификация поверхности технического углерода.Цель работы.

Целью работы является исследование химической модификации поверхности технического углерода гидроксил-содержащими химическими соединениями, разработка методов и условий процесса модификации иопределение влияния модифицированного технического углерода на технологические и физико-механические свойства эластомерных материалов.Научная новизна. Изучено действие водорастворимых гидроксилсодержащих соединений лапрамола 294 (N,N,N',N'-тетрагидроксипропилэтилендиамин – продукт взаимодействия окиси пропилена с этилендиамином) и полифурита (олигоокситетраметиленгликоль – продукт полимеризации тетрагидрофурана) в качестве модификаторов поверхности техническогоуглерода, а также лапрамола 294 в качестве ингредиента в резиновых смесяхи вулканизатах. Показано различие в действии лапрамола 294, взятого в равных количествах, в зависимости от условий его применения: в качестве самостоятельного ингредиента или в качестве модификатора технического углерода.Установлено, что в ходе процесса модификации технического углеродапроисходит образование функциональных групп на его поверхности, чтоподтверждено физико-химическими методами: ТГА, ДСК, методом определения относительной термодесорбции, измерением рН водной суспензии.Определена взаимосвязь между изменением поверхности техническогоуглерода в ходе предложенного процесса модификации и свойствами резиновых смесей и вулканизатов.Показана возможность взаимодействия модифицированной поверхноститехнического углерода со связующим агентом (органосиланом), обеспечивающим дополнительную связь такого технического углерода с эластомерной матрицей.Практическая значимость.

Изучен процесс и предложены методы химической модификации поверхности технического углерода с применением вкачестве модификаторов двух соединений: полифурита и лапрамола 294.Получен модифицированный технический углерод на основе марки N220,резиновые смеси и вулканизаты с которым обладают рядом ценных специфических свойств: пониженной склонностью к подвулканизации, увеличенной прочностью, увеличенным относительным удлинением, увеличеннымсопротивлением к действию ударных нагрузок, улучшенной усталостной выносливостью.Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях, симпозиумах и выставках: международной конференции «International Rubber Conference» (Москва, 2004); ХI и ХIII международных научно-практических конференциях4www.mitht.ru/e-library«Резиновая промышленность.

Сырье, материалы, технологии» (Москва, 2005и 2007); 14, 15, 16, 17 симпозиумах «Проблемы шин и резинокордных композитов» (Москва, 2003, 2004, 2005, 2006); 1-ой и 2-ой научно-техническойконференции молодых учёных «Наукоемкие химические технологии» (Москва, МИТХТ, 2005, 2007); На всероссийской выставке научно-техническоготворчества молодёжи ”НТТМ” (Москва, ВВЦ, 2007), работа отмечена дипломом.Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 печатных работ, втом числе в журналах, аккредитованных ВАК 1 публикация и 1 находится впечати.Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из Введения,литературного обзора, объектов и методов исследования, экспериментальнойчасти, заключения, выводов, списка цитируемой литературы (110 ссылок).Работа изложена на 140 страницах машинописного текста, содержит 27 таблиц и 32 рисунка.Объекты и методы исследования.

Основными объектами исследованияявлялись: бутадиен-стирольные каучуки эмульсионной полимеризации(СКС-30 АРК) и растворной полимеризации (SE-SLR 4400 - аналог ДССК),(SE-SLR 4601 - аналог ДССК), технический углерод марки N220 и соединения, взятые в качестве модификаторов: полифурит – олигоокситетраметиленгликоль – продукт полимеризации тетрагидрофурана и лапрамол 294 –N,N,N',N'-тетрагидроксипропилэтилендиамин – продукт взаимодействия окиси пропилена с этилендиамином, а также модельные резиновые смеси и резины, содержащие данные соединения. В работе были использованы следующие методы исследования: зондовая сканирующая микроскопия, ДСК(дифференциальная-сканирующая калориметрия), ТГА (термогравиметрия),метод относительной термодесорбции и адсорбции (часть метода КомпАС),измерение рН водной суспензии технического углерода и другие физикохимические методы, стандартные методы физико-механических испытанийэластомерных материалов, специально разработанные методики.ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВо введении и литературном обзоре обоснована актуальность темы диссертации, сформулирована цель работы, пути её реализации, научная новизнаи практическая значимость.Проведение процесса модификации технического углерода.В качестве исходного образца был выбран технический углерод маркиN220.

В качестве модификаторов использовали полифурит и лапрамол 294(табл. 1). Процесс модификации проводили как по методике, разработанной вООО «НТЦ «НИИШП», так и по методу, разработанному на кафедре ХТПЭ вМИТХТ.5www.mitht.ru/e-libraryТехника проведения модификации поверхности технического углерода пометоду ООО «НТЦ «НИИШП» заключалась в следующем: готовили водныйраствор лапрамола 294 из расчёта 3 м. ч. лапрамола 294 на 100 м. ч. технического углерода, затем добавляли в водный раствор лапрамола 294 технический углерод и проводили процесс ультразвукового диспергирования суспензии технического углерода. После процесса диспергирования суспензию помещали в термошкаф и проводили процесс сушки в 2 стадии. Первую стадиюсушки осуществляли при 150°С, на этой стадии из суспензии техническогоуглерода испаряется вода и весь модификатор остаётся на поверхности технического углерода.