Введение к работе
Актуальность работы. Развитие строительных стандартов, материалов и технологий, возможность устройства сложнопрофильных и труднодоступных кровель создают необходимость в разработке легко наносимых, быстроотверждающихся наливных мастичных составов, образующих достаточно прочные и долговечные, термо- и атмосферостойкие покрытия.
Использование в качестве полимерной основы мастик бутилкаучука (БК), содержащего двойные связи в основной цепи, обуславливает умеренную атмосферостойкость композиций на его основе. Недостаточная долговечность покрытий ограничивает применение некондиционных бутилкаучуков с завышенной непредельностью. Более ценным сырьевым источником могли бы служить дешевые и доступные этиленпропилендиеновые каучуки (ЭПДК) и их отходы, поскольку атмосферостойкость ЭПДК не зависит от величины непредельности. С другой стороны привлечение отходов ЭПДК в производство, актуально для решения вопросов утилизации этого ранее маловостребовашюго сырья в промышленности синтетического каучука.
Однако, использование некристаллизующихся ЭПДК в покровных материалах сдерживается. низкой когезионной прочностью и термопластичностью невулканизованных покрытий. Частично упрочить их может холодная вулканизация, протекающая при температуре нанесения и эксплуатации покрытия. Низкотемпературная вулканизация бутилкаучуковой основы наливных двухкомпонентных полимер-битумных мастик реализована сшивающей системой, состоящей из и-хинондиоксима (ПХДО) и второго компонента - окислителя (МпОг), вводимого в композицию непосредственно перед применением. Сведения об использовании в подобных покрытиях ЭПДК и их отходов ограничены.
Кроме того, зависимость отечественных производителей двухкомпонентных покровных композиций от поставок из стран ближнего зарубежья окислителя - МпОг, подталкивает к поиску отечественных сырьевых источников. Это затрудняется отсутствием данных по влиянию природы окислителей и активаторов на механизм структурирования ПХДО и свойства получаемых материалов. Поэтому, с целью расширения сырьевой базы малонепредельных каучуков и окислителей хинондиоксимов, приобретают теоретическое и практическое значение работы по изучению низкотемпературного структурирования хинондиоксимом пленочных покрытий на основе ЭПДК в присутствии окислителей разной природы.
Цель работы. Создание наливных мастичных материалов гидроизоляционного и герметизирующего назначения на основе доступных ЭПДК и их отходов, превосходящих бутилкаучуковые аналоги по эксплуатационным свойствам и отверждаемых в полевых условиях хинондиоксимом с использованием различных окислителей и активаторов.
Научная новизна. Исходя из комплексной оценки свойств отходов ЭПДК (ОАО "Нижнекамскнефтехим) предложена методология определения направлений их последующей переработки и утилизации.
На примере композиций с низкой вязкостью уточнен механизм хинондиоксимной вулканизации и установлены- структурные особенности получаемых вулканизатов. Рассмотрено ашяние на свойства эластомерных пленок гетерогенных и гомогенных окислителей хинондиоксима: марганец-содержащей руды пиролюзит, хромового ангидрида, хлорида железа (III) 6-водного и гидропероксида изопропилбензола (ГП).
На примере упрочнения сшиванием ЭПДК в отливаемых из раствора пленках, показана важность соизмеримости продолжительности одновременно протекающих процессов гелеобразования и релаксации макромолекул сетчатого вулканизата при удалении растворителя. Опережение процессов релаксации макромолекул над гелеобразованием создает предпосьшки для максимизации ФМП и минимизации усадки пленок.
Установлены причины понижения прочности вулканизатов ЭПДК, структурированных хинондиоксимом в присутствии гетерогенных окислителей, и уменьшения скорости структурирования пленок, отливаемых из растворов на основе смесей высококипящих растворителей.
Уточнены закономерности влияния модифицирующих добавок хлорсодержащих эластомеров на низкотемпературное гелеобразование ЭПДК и физико-механические показатели (ФМП) пленок.
Для низкотемпературной сшивающей системы, состоящей из ПХДО, гомогенного окислителя (ГП) и активатора (соли поливалентных металлов), обнаружили:
'- продолжительный индукционный период гелеобразования, по сравнению с использованием гетерогенного MnOj;
- отсутствие аддитивного сшивания молекул ЭПДК в растворе по хинондиоксимному и пероксидному механизмам.
Практическая значимость. Применительно к наливным мастикам холодного отверждения сырьевая база атмосферостойких эластомеров дополнена ЭПДК с различными по природе третьими мономерами.
Показана возможность прямого, без предварительной переработки, использования некондиционного ЭПДК, в частности:
а) с завышенным остаточным содержанием влаги - в гидроизоляционных
кровельных составах при сшивании системами "ПХДО+гетерогенный
окислитель";
б) с заниженной вязкостью - в герметизирующих составах при сшивании
системами "ПХДО+гомогенный окислитель+активатор".
Для растворов ЭПДК разработаны рецептуры низкотемпературных сшивающих систем, позволяющие получать пленки вулканизатов превосходящие по техническим показателям аналога на основе БК.
В целях удешевления разрабатываемых материалов, использованы рецептуры с учетом тенденции импортозамещения и расширения сырьевой базы окислителей: МпСЬ заменен на руду пиролюзит или отечественный гидропероксид изопропилбензола в присутствии активаторов.
На основе изучения кинетики гелеобразования ЭПДК с третьим мономером дициклопентадиеном (ДЦПД) в присутствии гомогенного
окислителя ГП созданы предпосьики для полученіи отверждаемых однокомпонентних наливных мастичных гидроизоляционных или герметизирующих композиций с необходимой жизнеспособностью.
На основе ЭПДК созданы двухкомпонентные полимер-битумные мастики холодного отверждения, превосходящие по эксплуатационным показателям аналог - мастику "Вента-У". Проведены производственные испытания разработанной полимер-битумной кровельной мастики в условиях Старо-Оскольского ЗАО "Вента".
Апробация работы. Материалы диссертации отражены в 3 статьях и 8 тезисах докладов. Результаты работы докладывались на 5-ой конференции по интенсификации нефтехимических процессов в г. Нижнекамск (1999 г.), Международной научно-технической конференции в г. Минск (1998 г.), 2-ой Международной научно-технической конференции в г. Воронеж (1999 г.), Российской научно-практической конференции резинщиков в г. Москва (1997-1999 г.), Всероссийской научно-технической конференции по рациональному использованию ресурсного потенциала в г. Воронеж (1998 г.) и отчетной научной конференции Воронежской государственной технологической академии (1997 г.).
Структура работы. Диссертация состоит из введения, литературного обзора, описания объектов и методов исследования, глав экспериментальной части, выводов, списка использованых источников и приложений.