Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 5
ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 8
I. Силикаты и их применение в технологии эластомеров 8
1.1. Краткие сведения о строении и химии силикатов кальция 9
1.2 Минеральные наполнители и их использование в 16
технологии переработки полимеров 16
1.3 Возможности использования минеральных наполнителей в
технологии переработки эластомеров 17
1.3 1 Основные положения теории усиления 17
1.3.2 Основные подходы к активации поверхности 20
неорганических наполнителей 20
II. Использование неорганических наполнителей 26
в технологии переработки эластомеров 26
11.1. Силикатосодержащие наполнители 29
и перспективы их использования в шинной промышленности 29
11.2. Порошкообразные композиции на основе 32
минеральных наполнителей 32
И.З. Новые пути повышения адгезионной связи в системе «резина-
латунированный металлокорд» 34
III. Выводы по литобзору 36
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 39
3.1. Объекты исследования 39
Каучуки 39
Ингредиенты резиновых смесей 40
Армирующие материалы 41
Компоненты модифицирующих систем 41
Рецептура резиновых смесей 44
Синтез комбинированных промоторов адгезии 47
3.2 Методы исследования 48
3.2 1. Стандартные методы исследования 48
3.2 2. Дифференциальный термический анализ 49
3.2.3. Рентгеновская дифракция 49
3.2 4. Электронная микроскопия 49
3.2.5. Оптическая микроскопия 50
3.2 6. Рамановская спектроскопия 50
3.2.7. Инфракрасная Фурье-спектроскопия 51
3 2 8. Количественная оценка степени взаимодействия тиокола и
наполнителей 51
3 2.9. Седиментационный анализ 52
3.2.10. Определение реакционно-способных групп на поверхности
гидросиликата ионным обменом, с гидроксидом натрия 53
4. ПОЛУЧЕННЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ 55
4.1. Исследование состава и структуры синтетического гидросиликата
кальция 55
Изучение общих закономерностей влияющих на усиливающие свойства гидросиликата кальция 66
Повышение усиливающих свойств гидросиликатов 68
4.3.1 Поверхностная модификация частиц гидросиликата кальция 68
4.4. Изучение механизма взаимодействия неорганических носителей с
органическими функциональными соединениями 82
4.4.1.Изучение механизма взаимодействия неорганических носителей с
бифункциональными органосиланами 83
4.4.2. Изучение механизма взаимодействия неорганических носителей с
органическими полисульфидами 91
4.5. Использование гидросиликата кальция в качестве носителя для
различных жидких ингредиентов резин 96
4
4 6. Изучение влияния гидросиликатов кобальта и никеля на прочность
связи резин с латунированном металлокордом 104
Оценка влияния рецептурного фактора на прочность связи резины с латунированным металлокордом ИЗ
Исследование влияния смесей органических и неорганических солей металлов переменной валентности на прочность связи резин с
металлокордом 117
4.7. Разработка комбинированных промоторов адгезии на основе
органических солей никеля 119
4 8. Использование гидро сили катов двухвалентных металлов в качестве
носителя для комбинированных промотирующих систем 122
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 138
ВЫВОДЫ 141
ЛИТЕРАТУРА 143
Введение к работе
Наполнители вводят в полимеры с целью: создания новых полимерных материалов с комплексом ценных эксплуатационных свойств; улучшения технологических свойств и перерабатываемое наполненных полимеров; удешевления материалов; утилизации отходов и решения экологических задач; расширения сырьевой базы и ассортимента наполнителей. Разнообразие свойств наполненных полимерных материалов заключается в многочисленных сочетаниях наполнителей различной природы, размеров и формы частиц с полимерами.
Наполнители - один из важнейших типов ингредиентов резиновых смесей, они очень сильно влияют на свойства, как исходных композиций, так и готовых резин. Наряду с кремнекислотными наполнителями, природные и синтетические наполнители неорганической природы можно рассматривать, как наполнители будущего [1]. Это связано, прежде всего, с возрастающим дефицитом нефтяного сырья, экологическими и энергетическими факторами получения и использования технического углерода - традиционно используемого наполнителя. Для природных наполнителей существенным обстоятельством является их относительная дешевизна.
Увеличение ассортимента минеральных наполнителей для резин, улучшение их качества - важнейшая экономическая, техническая и экологическая проблема на современном этапе.
В природе минералы редко встречаются свободными от примесей, количество и состав которых может оказывать как положительный так и отрицательный эффект на свойства конечного продукта.
Синтетические минеральные наполнители в отличие от природных характеризуются высокой степенью дисперсности, однородностью по составу и строению, низким содержанием примесей. Кроме того, получение
синтетических минеральных наполнителей, например, таких как волластонит и гидросиликат кальция из техногенного сырья, в еще большей степени повышает экономическую целесообразность их использования. Следовательно, задача поиска новых типов наполнителей для резин различного назначения, более дешевых и простых в получении по сравнению с белой сажей, является актуальной.
Наиболее активным направлением совершенствования свойств наполнителей является модификация их поверхности. В зависимости от типа модификатора можно получить продукты с широким спектром свойств. Основными целями модификации поверхности неорганических наполнителей являются повышение совместимости наполнителя с полимером (изменение гидрофильности поверхности), изменение усиливающих свойств, активирование взаимодействия на границе раздела фаз наполнитель-полимер [2].
Для достижения оптимального комплекса свойств резиновых смесей и вулканизатов необходимо равномерное диспергирование различных ингредиентов в матрице полимера Использование жидких ингредиентов при изготовление резиновых смесей вызывает определенные технологические сложности. В настоящее время ведутся многочисленные исследования по созданию порошкообразных композиций, в которых в качестве носителя используют в основном белую сажу [3]. Вследствие своей химически активной поверхности она достаточно легко адсорбирует, в том числе и химически, различные вещества. По этой же причине в процессе изготовления резиновой смеси или в процессе вулканизации затрудняется десорбция целевого компонента в резину. Создание различных порошкообразных композиций на основе минеральных наполнителей, высокоразвитая поверхность которых имеет иную природу, позволит решить ряд вышеописанных проблем.
Помимо этого, возможно создание материалов, обладающих специфическими свойствами, например, промотирование и стабилизация соединения типа HRH для обкладочных шинных резин [4].
В настоящее время основным типом практически используемых промоторов адгезии являются органические соли металлов переменной валентности, в первую очередь, кобальта, возможно также никеля [5]. Тем не менее, использование органических солей металлов переменной валентности оказывает негативное воздействие на комплекс технологических и физико-механических свойств резин. Так же следует отметить, что кобальт является редким элементом, а его основные производители страны с нестабильной политической ситуацией, что в свою очередь приводит к периодическим значительным колебаниям цены на кобальт, за период 2002-2004 гг мировые цены на кобальт изменились более чем в 4 раза. Подобная ситуация приводит к периодически возникающему дефициту данных материалов для нужд шинной промышленности.
Проводятся активные исследования по созданию новых типов промотирующих систем, в частности, неорганической природы. Характерной особенностью неорганических промоторов адгезии является их способность медленно выделять ионы металла, что может положительно сказаться на эффективности крепления резин к латунированному металлу при эксплуатации. В связи с этим, разработку новых типов промотирующих систем, повышающих адгезию резины к металлокорду в условиях повышенной температуры и влажности, со сниженным содержанием кобальта, можно считать перспективной.
Таким образом, задачей данного исследования является выявление потенциальных возможностей использования синтетических силикатов в качестве ингредиентов резин различного назначения.
