Введение к работе
Актуальность работы
В настоящее время потребность в эластомерных материалах, которые обладают сложным комплексом специфических свойств, обеспечивающих их работоспособность в экстремальных условиях, постоянно возрастает. В связи с этим возрастает и потребность в освоении новых технологий их производства в различных отраслях промышленности. Потребность различных отраслей промышленности в новых материалах настолько велика, что полимеры (эластомеры), выпускаемые в настоящее время не могут ее удовлетворить. В связи с тем, что в ближайшее время не планируется производства материалов с принципиально новыми свойствами, основным направлением в области синтеза полимерных материалов с новым комплексом свойств становится химическая модификация выпускаемых полимеров, производство которых технологически отлажено.
Как известно, одним из интенсивно развивающихся направлений в области получения эластомерных материалов, обладающих новым комплексом свойств, является галоидная модификация (ГМ). На основе галогенсодержащих каучуков удается получать эластомерные материалы и композиты с широким комплексом новых специфических свойств: высокой адгезией, огне-, тепло-, бензо-, масло- и озоностойкостью, стойкостью к воздействию агрессивных сред и микроорганизмов, негорючестью, высокой прочностью, газонепроницаемостью и др.
Расширение производства хлорсодержащих полимеров, получаемых посредством ГМ, продиктовано также и экономическими соображениями. В настоящее время в мировом производстве хлор является достаточно доступным и дешевым сырьем, имеющим крупнотоннажное производство, выпуск которого ежегодно возрастает.
Существующее в настоящее время промышленное производство галоидсодержащих эластомеров представляет собой сложный процесс, состоящий из нескольких стадий:
растворение исходного полимера;
галоидная модификация полученного раствора;
выделение основного продукта;
регенерация растворителя и нейтрализация агрессивных отходов производства. В качестве галоидмодифицирующего компонента в таких процессах, как правило,
используют газообразный хлор или бром.
В настоящее время выпуск хлорсодержащих полимеров постоянно растет, несмотря на достаточно сложный процесс их получения. Это свидетельствует о большой потребности мировой экономики в таких материалах. Нахождение новой технологии модификации полимеров, удовлетворяющей современным стандартам по экологической безопасности и упрощающей процесс получения галоидсодержащих продуктов, является актуальным. С этой целью наиболее целесообразно использование твердофазной механохимической галоидной модификации, т. к. данный метод не требует применения растворителей, газообразного галогена или летучих галогенсодержащих реагентов и проводится на стандартном смесительном оборудовании в одну стадию, что существенно упрощает и удешевляет процесс получения галоид модифицированных полимеров.
Цель работы
Создание хлор, бром и фторсодержащих каучуков по новой технологии механохимической галоидной модификации, основанной на термомеханическом инициировании полимера, совмещенного с галоидсодержащим модификатором. Изучение структуры и свойств полученных галогенсодержащих каучуков и эластомерных композиций на их основе. Применение хлорсодержащих каучуков в действующих рабочих рецептурах резин в производстве пневматических шин. Объектами исследования выбраны наиболее распространенные в шинном производстве каучуки: натуральный каучук (НК), бутилкаучук (БК) и этилен-пропилен-диеновый каучук (ЭПДК).
Научная новизна работы
Изучен процесс термомеханохимическах превращений натурального каучука. Определены области преимущественного протекания механоактивационных и механодеструкционных процессов.
Впервые методом механохимической галоидной модификации получен натуральный каучук с низким содержанием хлора (~1%). Впервые осуществлена механохимическая галоидная модификация натурального каучука и бутилкаучука бром и фторсодержащими модификаторами, изучено влияние введения брома и фтора в макромолекулярную структуру каучуков на свойства эластомерных композиций на основе галоидсодержащих каучуков. Показано что введение фтора в структуру натурального и бутилкаучука в два раза увеличивает скорость вулканизации, а также повышает прочность и твердость вулканизатов.
Изучены свойства совмещенных систем на основе хлорсодержащих натурального каучука (ХНК), бутилкаучука (ХБК-2,5) и этилен-пропилен-диенового каучука (ХЭПДК-2) полученных по технологии механохимической галоидной модификации с другими каучуками в рамках рабочих рецептур шинного производства. Установлено, что применение хлорсодержащего натурального каучука дает возможность расширить диапазон совмещений с хлорсодержащими бутилкаучуками для резин герметизирующего слоя пневматических шин, что позволяет снизить газопроницаемость при лучших физико-механических свойствах; введение хлорированного бутилкаучука в эластомерную группу протекторных резин позволяет повысить коэффициент сцепления с мокрым дорожным покрытием, повышает сопротивление истиранию и улучшает динамическую выносливость протекторных резин; введение хлорированного этилен-пропилен-диенового каучука в эластомерную группу резин для боковины пневматической шины улучшает физико-механические свойства, динамическую выносливость и озоностойкость данных резин.
Практическая значимость
Полученные с помощью механохимической модификации хлорсодержащие эластомеры, применены в действующих рабочих рецептурах резин в производстве пневматических шин. В частности, хлорсодержащий натуральный каучук и хлорсодержащий бутилкаучук - в рецептуре резин герметизирующего слоя радиальных шин бескамерной конструкции, хлорсодержащий бутилкаучук - в рецептуре резин для производства протектора пневматических шин и хлорсодержащий этилен-пропилен-диеновый каучук - в рецептуре резин для производства озоностойких боковин пневматических шин. Результаты работы позволяют рекомендовать вышеприведенные хлорсодержащие каучуки для улучшения качества шин и повышения конкурентоспособности отечественной продукции. В частности применение каучука ХБК-2,5 в рецептуре протекторных резин позволяет повысить сопротивление истиранию резин в три раза, динамическую выносливость в два раза, коэффициент сцепления с мокрой дорогой на 20%.
Личный вклад автора: все результаты, представленные в работе, получены автором лично, либо в соавторстве при его непосредственном участии в постановке и проведении экспериментов, а также анализе и трактовке полученного экспериментального материала, формулировании положений и выводов работы.
Апробация работы: Основные результаты работы в виде стендовых и устных докладов были представлены на следующих конференциях: VII, VIII, IX, X, XI Ежегодная молодежная конференция ИБХФ РАН-ВУЗЫ "Биохимическая Физика" (Москва, 2007, 2008, 2009, 2010, 2011); 7-я, 8-я Украинская международная научно-техническая конференция «Эластомеры: материалы, технология, оборудование, изделия» (Днепропетровск, 2008, 2009); XIV, XV, XVI, XVII Международная научно-практическая конференция «Резиновая промышленность, сырьё, материалы, технологии» (Москва, 2008, 2009, 2010,2011); XXI, XXII международный симпозиум «Проблемы шин и резинокордных композитов» » (Москва, 2010,2011)
Защищаемые положения
Закономерности механохимических превращений натурального каучука при его механохимической переработке в двухроторном резиносмесителе закрытого типа.
Влияние механоактивационного и механодеструкционного фактора наблюдаемых в процессе переработки НК на характер протекания механохимической галоидной модификации.
3. Создание эластомерных композиций шинного назначения с повышенной
газонепроницаемостью, сопротивлением истиранию, динамической выносливостью и
коэффициентом сцепления с дорожным покрытием.
Публикации
По материалам диссертации опубликовано 35 печатных работ, в том числе 5 статей в отечественных журналах (4 статьи входят в перечень журналов, рекомендованных ВАК) и 30 публикаций тезисов в трудах научных конференций.
Структура и объем работы
Диссертация изложена на 162 страницах, содержит 37 рисунков и 48 таблиц. Работа состоит из введения, 5 глав, заключения (выводов) и списка литературы, включающего 189 наименования.
