Содержание к диссертации
Стр.
ВВЕДЕНИЕ 6
I. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 9
1.1. Наполнение и наполнители 9
1.2. Наполнители, применяемые для эластомерных
материалов 11
1.3. Высокодисперсные порошки минеральных
наполнителей 23
1.4. Получение, свойства и применение порошков алмаза 27
П. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 37
Объекты исследования 3 7
Методы исследования 38 III. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ 41
3.1. Исследование алмазосодержащего порошка 41
3.1.1. Определение оксидов металлов 41
3.1.2. Электронно-микроскопические исследования
(определение формы и размера частиц) 41
Изучение влияния наноразмерного алмазосодержащего порошка на пластоэластические свойства модельных резиновых смесей и физико-механические свойства резин на основе бутадиен-стирольного СКМС-30 АРКМ-15, бутадиен-нитрильного СКН-26 каучуков 42
Изучение влияния наноразмерного алмазосодержащего порошка на пластоэластические свойства резиновых смесей и физико-механические свойства производственных протекторных резин для легковых и грузовых радиальных автопокрышек 44
Изучение влияния наноразмерного алмазосодержащего
порошка на пластоэластические свойства резиновых
смесей и физико-механические свойства производственных
резин для изготовления резино-технических изделий 56
3.5. Получение и физико-химические свойства
высокодисперсных порошков шунгита, золоотходов от
сжигания каменного угля на ТЭС 64
3.5.1. Химический состав и физико-химические свойства
высокодисперсных шунгита, золоотходов от сжигания
каменного угля на ТЭС 64
3.5.2. Электронно-микроскопические исследования
(определение формы и размера частиц) высокодисперсных
шунгита, золоотходов от сжигания каменного угля на ТЭС 65
3.5.3. ИК-спектроскопические исследования
высокодисперсных шунгита, золоотходов от сжигания
каменного угля на ТЭС. Термостабильность
высокодисперсных шунгита, золоотходов от сжигания
каменного угля на ТЭС 67
3.5.4. Термогравиметрический анализ высокодисперсных
шунгита, золоотходов от сжигания каменного угля на ТЭС.
Влияние температуры на изменение цвета
высокодисперсных шунгита, золоотходов от сжигания
каменного угля на ТЭС 71
3.6. Изучение влияния высокодисперсных шунгита,
золоотходов от сжигания каменного угля на ТЭС на
пластоэластические свойства модельных резиновых смесей
и физико-механические свойства резин на основе бутадиен-
стирол ьного СКМС-30 АРКМ-15, бутадиен - нитрильного
СКН-26 каучуков 74
3.7. Изучение влияния высокодисперсных шунгита и
золоотходов от сжигания каменного угля на ТЭС,
модифицированных поверхностно-активными веществами, на свойства модельных резиновых смесей и резин на основе каучуков СКМС-30 АРКМ-15, СКН-26
3.8. Пластоэластические свойства резиновых смесей и
физико-механические свойства шинных резин, содержащих
высокодисперсные шунгит и золоотходы от сжигания
каменного угля на ТЭС
Пластоэластические свойства резиновых смесей и физико-механические свойства протекторных резин для легковых радиальных автопокрышек, содержащих высокодисперсные шунгит и золоотходы от сжигания каменного угля на ТЭС, вместо белой сажи
Пластоэластические свойства резиновых смесей и физико-механические свойства протекторных резин для грузовых радиальных автопокрышек, резин для обкладки металлокордного брекера и текстильного корда легковых радиальных автопокрышек, содержащих высокодисперсные шунгит и золоотходы от сжигания каменного угля на ТЭС вместе с техническим углеродом П 234
Пластоэластические свойства резиновых смесей и физико-механические свойства протекторных резин для грузовых радиальных автопокрышек, резин для обкладки металлокордного брекера и текстильного корда легковых радиальных автопокрышек, содержащих высокодисперсные шунгит и золоотходы от сжигания каменного угля на ТЭС вместе с техническим углеродом N339
3.9. Пластоэластические свойства резиновых смесей и
физико-механические свойства резин для
резинотехнических изделий, содержащих
высокодисперсные шунгит и золоотходы от сжигания
каменного угля на ТЭС 142
3.10. Производственные испытания наноразмерного
алмазосодержащего порошка, высокодисперсных
шунгита, золоотходов в производственных рецептурах
шинных резин на ЗАО «МШЗ - М». 143
3.11. Технологический процесс превращения
утилизируемых исходных золоотходов от сжигания
твердого топлива на ТЭС в новый высокодисперсный
минеральный наполнитель. Экологическая безопасность
высокодисперсных золоотходов от сжигания твердого
топлива на ТЭС и шунгита 152
IV. ВЫВОДЫ 156
V. СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 159
VI. ПРИЛОЖЕНИЯ 180
Приложение 1. Заключение о проведении испытаний
наноразмерного алмазосодержащего порошка в модельных
и производственных шинных резинах (ЗАО «Московский шинный завод - М», 2008)
Приложение 2. Заключение о возможности применения
новых высокодисперсных минеральных наполнителей
шунгит и золоотходы от сжигания твердого топлива на ТЭС
в производственных рецептурах шинных резиновых смесей
(ЗАО «Московский шинный завод - М», 2008)
Приложение 3. Протокол токсикологической оценки
(Федеральное государственное учреждение
здравоохранения «Центр гигиены и эпидемиологии в городе Москве»)
Введение к работе
Известно, что эффективным способом формирования необходимого комплекса технологических и физико-механических свойств полимерных материалов является их наполнение ультра- и высокодисперсными наполнителями органического или неорганического происхождения. Поэтому получение новых наноразмерных (синтез веществ) и высокодисперсных (дезинтеграцией микровеществ) наполнителей для создания эластомерных материалов с улучшенными эксплуатационными свойствами является важной экономической, технологической и экологической проблемой для промышленности эластомерных материалов.
К новым наноразмерным веществам относятся синтетические алмазы. Основой получения синтетических наноразмерных алмазов являются необратимые фазовые превращения в углероде, происходящие при высоких давлениях и температурах, приводящие к формированию мелкозернистого строения поликристаллического материала [1,2].
Высокодисперсные порошки минеральных наполнителей образуются
при их диспергировании в новом измельчительном оборудовании —
планетарных мельницах. При этом происходит их активация
(механоактивация) и поэтому метод уменьшения размера зерен рассматривается как эффективный метод влияния на изменение свойств материала [3-7].
В настоящей диссертационной работе изучено влияние наноразмерного алмазосодержащего порошка и высокодисперсных минеральных наполнителей - шунгита и золоотходов от сжигания твердого топлива на ТЭС на свойства эластомерных материалов с целью получения композиционных эластомерных материалов с улучшенными свойствами.
Научная новизна. Впервые установлена связь между содержанием алмаза в алмазосодержащем порошке и свойствами резиновых смесей и резин на основе широко применяемых в шинной и резино-технической
промышленности каучуков. Впервые получены высокодисперсные шунгит и
золоотходы, изучен их химический состав и физико-химические свойства и
показано, что они соответствуют требованиям, предъявляемым к
минеральным наполнителям для композиционных эластомерных материалов.
Разработаны новые рецептуры для резин, содержащие высокодисперсные
шунгит и золоотходы определенного химического состава и установлено,
что их введение позволяет получать ком-позиционные эластомерные
материалы с необходимыми пластоэластическими и вулканизационными
свойствами и значительно улучшенными физико-механическими
показателями, по сравнению с эластомерными материалами, содержащими
серийные минеральные наполнители (мел, каолин), или шунгит и золоотходы
с размерами частиц 500 нм; их применение не вызывает технологических
трудностей. Изучено влияние поверхностно-активных веществ на свойства
резиновых смесей на основе каучуков СКМС-30 АРКМ-15 и СКН-26 с
высокодисперсными шунгитом и золоотходами и установлено, что введение
ионогенных ПАВ приводит к значительному повышению модуля и
прочности резин, по сравнению с эластомерными материалами,
содержащими шунгит и золоотходы с размерами частиц 500 нм, что
обусловлено увеличением взаимодействия на границе раздела полимер —
высокодисперсный наполнитель. Впервые изучена возможность замены
белой сажи БС - 120 на высоко дисперсные шунгит и золоотходы в рецептуре
протекторных резин и установлено, что они обеспечивают необходимый
уровень пластоэластических свойств резиновых смесей, физико-
механических и эксплуатационных свойств резин.
Практическая ценность. Предложены наноразмерный
алмазосодержащий порошок и новые высокодисперсные минеральные наполнители шунгит (месторождение Карелия) и золоотходы ТЭС для композиционных эластомерных материалов. На ЗАО «Московский шинный завод - М» проведены опытные испытания резин с алмазосодержащим порошком, шунгитом и золоотходами при их дополнительном введении в
шинные резины разного назначения (протектор, брекер) и установлено значительное улучшение важных эксплуатационных свойств. Подтвержденный годовой экономический эффект ЗАО «Московский шинный завод - М» от применения высокодисперсных золоотходов в промышленной рецептуре изделий составляет 2,5 млн. руб. Проведены испытания резин с высокодисперсными наполнителями шунгитом, золоотходами вместо серийного минерального наполнителя каолин для изготовления формовых и неформовых изделий и установлено улучшение основных физико-механических свойств.
Диссертационная работа выполнена в соответствии с
перечнем перспективных технологий РФ до 2010г., принятым 20.03.2002г. на заседании Президиума Госсовета, Совета Безопасности и Совета при Президенте по науке и технологиям - «Переработка и утилизация техногенных образований и отходов»;
Федеральной целевой научно - технической программой «Исследования и разработка по приоритетным направлениям развития науки и техники на 2002 - 2006 гг.».
