Введение к работе
Актуальность проблемы. Повышение требований к эксплуатационным характеристикам эластомерных материалов, расширение областей их применения, увеличение производительности перерабатывающего оборудования, сокращение производственных расходов и снижение загрязненности окружающей среды, вызывает необходимость изыскания новых путей получения эластомерных материалов и изделий. Наибольшее влияние на изменение свойств 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 эластомерных материалов и изделий.
Промышленность технического углерода постоянно ориентируется на требования своего основного потребителя - шинную промышленность. В последнее 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/органосилан придает резинам более низкое сопротивление качению и одновременно улучшает сцепные свойства, но она дороже технического углерода и менее технологична. 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 углерода с целью улучшения его свойств, могут быть достаточно эффективны и иметь преимущества в сравнении с традиционными решениями по стоимости, технологичности и эксплуатационным характеристикам готовых изделий.
Следует отметить, что опытные образцы и некоторые серийные марки модифицированного техуглерода уже представили ведущие мировые производители активных наполнителей для эластомерных материалов такие как Кэбот (Cabot Corp. - США) и Дегусса (Degussa Corp. - Германия).
Определённый интерес для химической обработки поверхности технического углерода представляют некоторые олигомерные соединения с функциональными группами, например гидроксил-содержащие олигомеры. В большинстве своем гидроксил-содержащие олигомеры хорошо растворимы в воде и органических растворителях и проявляют свойства поверхностно-активных веществ, вследствие чего применение их в промышленном процессе изготовления техуглерода на стадии гранулирования представляет значительный интерес.
Таким 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 и определение влияния модифицированного технического углерода на технологические и физико-механические свойства эластомерных материалов.
Научная новизна. Изучено действие водорастворимых гидроксил-содержащих соединений лапрамола 294 (ДДТУ'.ТУ'-тетрагидроксипропил-этилендиамин - продукт взаимодействия окиси пропилена с этилендиами-ном) и полифурита (олигоокситетраметиленгликоль - продукт полимеризации тетрагидрофурана) в качестве модификаторов поверхности технического углерода, а также лапрамола 294 в качестве ингредиента в резиновых смесях и 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 углерода происходит образование функциональных групп на его поверхности, что подтверждено физико-химическими методами: ТГА, ДСК, методом определения относительной термодесорбции, измерением рН водной суспензии.
Определена взаимосвязь между изменением поверхности технического углерода в ходе предложенного процесса модификации и свойствами резиновых смесей и вулканизатов.
Показана возможность взаимодействия модифицированной поверхности технического углерода со связующим агентом (органосиланом), обеспечивающим дополнительную связь такого технического углерода с эластомер-ной матрицей.
Практическая значимость. Изучен процесс и предложены методы химической модификации поверхности технического углерода с применением в качестве 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, увеличенным сопротивлением 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); XI и XIII международных научно-практических конференциях
«Резиновая промышленность. Сырье, материалы, технологии» (Москва, 2005 и 2007); 14, 15, 16, 17 симпозиумах «Проблемы шин и резинокордных композитов» (Москва, 2003, 2004, 2005, 2006); 1-ой и 2-ой научно-технической конференции молодых учёных «Наукоемкие химические технологии» (Москва, МИТХТ, 2005, 2007); На всероссийской выставке научно-технического творчества молодёжи "НТТМ" (Москва, ВВЦ, 2007), работа отмечена дипломом.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 печатных работ, в том числе в журналах, аккредитованных ВАК 1 публикация и 1 находится в печати.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из Введения, литературного обзора, объектов и методов исследования, экспериментальной части, 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 исследования являлись: 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 - олигоокситетрамети-ленгликоль - продукт полимеризации тетрагидрофурана и лапрамол 294 -Д ДЛ^Л^-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 физико-химические методы, стандартные методы физико-механических испытаний эластомерных материалов, специально разработанные методики.
