Диссертация (Создание высоконаполненных эластомерных композиционных материалов на основе латексов нк и шунгита (карелита)), страница 5

Наибольшее загущениелатексных композиций происходит при применении технического углерода ибелой сажи. По этой причине дозировки технического углерода в латексныхкомпозициях не должны превышать 5-12 массовых частей на 100 массовыхчастей полимера латекса [1].Мел состоит в основном из CaCO3 (97-99 %) и примесей (песок, оксидыжелезаиалюминия).КаолинприродныйимеетобщуюформулуAl2O3*2SiO2*2H2O + примеси, которые удаляются методом отмучивания в воде[9].Мел и каолин вводят в латексные композиции, главным образом, дляснижения их стоимости.

При этом наблюдается снижение прочности иотносительногоудлиненияприразрывеполимеровлатексовприодновременном увеличении модуля и жесткости. При изготовлении изделий,для которых прочностные показатели не имеют существенного значения,дозировки мела и каолина в латексных композициях могут быть доведены до 20массовых частей на 100 массовых частей полимера латекса [34]. В отличие от 23большинства других ингредиентов латексных композиций мел и каолин могутбыть введены в латекс без предварительного приготовления дисперсий.Мел в латекс возможно ввести в виде нанокарбоната кальция.

Такиеработы проводились с целью изучения влияния нанокарбоната кальция насвойства латексных пленок. Нанокарбонат кальция добавляли в различномколичествевпредварительновулканизованныйнатуральныйлатекс.Установлено, что время вулканизации снижалось с увеличением дозировкинаполнителя из-за увеличения взаимодействия между наполнителем икаучуковой матрицей. Модули упругости при удлинениях 100 и 300%возрастали с увеличением дозировки наполнителя. Сопротивление разрыву иотносительное удлинение увеличивались до дозировки наполнителя 10 мас.ч. изатем снижались.

Пленки, подвергнутые старению, имели повышенныемеханические свойства по сравнению с пленками, которые не старили. [35].Двуокись титана применяется в латексных композициях, главнымобразом, как пигмент, придавая изделиям белый цвет. Вводится двуокисьтитана в количествее примерно 0,2 масс. ч. на 100 масс. ч. каучука [1].Бентонит относится к алюмосиликатам (монтморилонитам). Природныйбентонит под действием воды распадается на отдельные частички размером 150- 300 мкм.Бентонит, в основном, применяется при изготовлении водныхдисперсий сыпучих ингредиентов латексных композиций. В водной средебентонит образует цепочечные структуры, увеличивая вязкость системы.Благодаря этому свойству, бентонит препятствует оседанию ингредиентов вдисперсиях и в латексной композиции [36].В последние годы много исследовательских работ проводится пополучению полимерных композитов со слоистыми силикатами из латексанатурального каучука.

Модифицированный природный натриевый бентонитвводили в латекс с дозировкой от 1 до 5 мас. ч. на 100 мас. ч. каучука.Проводилсяседиментационный,элементныйполученных композиций. 24идругиевидыанализовБыло установлено, что у пленок, наполненных бентонитом, наблюдалосьнекоторое увеличение прочностных свойств при относительно небольшихдозировках наполнителя (до 5 %). Дальнейшее увеличение количестванаполнителя приводило к снижению относительного удлинения и разрывнойпрочности. Модификация бентонита катионным ПАВ также не привела кулучшению прочностных характеристик пленок.

Разбавление суспензиибентонита, напротив, привело к улучшению некоторых прочностных свойств.Связано это с лучшим распределением частиц бентонита в полимерной матрицеза счет лучшего диспергирования слоистого силиката на индивидуальныенаночастицы [37].Такжепроводятсяработыповведениювнатуральныйилибутадиенстирольный латекс суспензии предварительно набухшего в воденемодифицированного монтмориллонита. При подвулканизации полученнойлатексной смеси образуется эластичный гель с улучшенными упругопрочностными свойствами и повышенной термостойкостью [38].Смешение натурального латекса с водной дисперсией монтмориллонитаприумеренныхнапряженияхсдвига,приводитквысокойстепенидиспергирования наполнителя и ориентацию его частиц. Смеси обладаютвысокимимеханическимирастворителейблагодарясвойствамиадгезииикаучукастойкостьюкквоздействиюпластинкамнаполнителя.Набухание смесей имеет ярко выраженный анизотропный характер [39].2.4 Шунгит – строение, свойства и области примененияШунгитовые породы являются уникальными по составу, структуреисвойствам образованиями.

Они представляют собой необычный по структуреприродныйкомпозит–равномерноераспределениевысокодисперсныхкристаллических силикатных частиц в аморфной углеродной матрице. Междуобеими компонентами существует прочная связь. Средний размер силикатныхчастиц составляет порядка 1 мкм. Средний состав пород месторождения – 30% 25углерода и 70% силикатов. Порода характеризуется высокой плотностью,химической стойкостью и электропроводностью[40].Такая структура и состав пород сообщают шунгитовым материалам ряднеобычных физических, химических, физико-химических и технологическихсвойств.

Частицы шунгитового порошка даже микронных размеров содержатразные по полярности фазы. Благодаря биполярности порошки шунгитовыхпород смешиваются со всеми известными веществами (водными суспензиями ифторопластами, каучуками, смолами и цементами и др.). Следствием высокойсовместимости шунгитов со связующими является способность создаватьвысоконаполненные композиции, в т.ч. на основе каучуков [40].Согласно современным представлениям, шунгит является микрогетерогеннымкомпозиционным материалом, содержащим тонкодисперсные фазы углерода вскрытокристаллической графитированной форме, диоксид кремния, микроэлементыв составе силикатов и других соединений, небольшое количество органическихвеществ и воду [32].Основнымструктурнымэлементомшунгитовявляютсяглобулы,представляющие собой сферические или эллипсоидальные образования размером всреднем 10 нм, внутри которых было установлено наличие пустот.

Кромевнутренних пустот отмечено также наличие межглобулярных пустот (или пор).Объем закрытых пор составляет ~95% от общего рассеивающего объема пор [41].Шунгиты существуют в нескольких разновидностях, различающихсясодержанием углерода и минеральной части.До сих пор шунгитовые породы, содержащие углеродное веществоопределенной, присущей им структуры – так называемый шунгитовый углерод,обнаружены только в Карелии. По содержанию шунгитового углерода ониизменяются от долей до 80%. Считая эту характеристику одной из основных,шунгитовые породы классифицируются на следующие разновидности: II (3580%), III (20-35%); IV (10-20%), V (менее 10%).

26Самыми изученными являются шунгитовые породы III-ей разновидностис содержанием углерода ~ 30%. По сравнению с другими шунгитами ониобладаютнаиболееподходящимипараметрами:высокойудельнойповерхностью (20 мг/г и выше) и высоким суммарным объемом пор (0,05-0,15см3/см3) при эффективном радиусе 30-100А. Для получения тонкодисперсногошунгитового порошка (ТШП) для резиновой промышленности используютшунгитовые породы III-ей разновидности.Они состоят ~ на 30% из глобулярного, рентгено-аморфного иметастабильного шунгитового углерода и ~ на 70% из высокодисперсныхсиликатныхчастиц[42].Шунгитовыйуглеродпорентгеновскимхарактеристикам представляет собой некристаллическую форму углерода сграфитоподобной структурой. Вместе с тем в шунгите отсутствует строгорегулярная графитовая структура. По сравнению с графитовым монослоемполиконденсированнаяароматическаясеткашунгитадефектна,сильнодеформирована и характеризуется увеличенными межатомными расстояниями.По данным электронной микроскопии высокого разрешения графитоподобныеслои углерода длиной 4-6 нм сблокированы в пачки с количеством слоев от 3 до8 (рис.

1) [42]. Пачки создают глобулярные образования размером 10-20 нм слуковичной структурой, которые определяются как фуллереноподобные.Рис. 1 Надмолекулярная структура углерода шунгитов Зажогинскогоместорождения 27Фуллереноподобная структура шунгитового углерода обладает высокойдефектностью, что подтверждается высокой концентрацией парамагнитныхцентров (1012 спин/г) и обуславливает его высокую активность в окислительновосстановительных реакциях.

В шунгитовых породах шунгитовый углерод приего содержании более 20% образует матрицу, в которой равномернораспределены зерна силикатных минералов с размером 0,5-10 мкм (рис. 2) [42].Рис. 2 Распределение высокодисперсных силикатов в углеродной матрицешунгитов Зажогинского месторожденияПо данным электронной микроскопии (рис.