ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ РЕГЕНЕРАТНЫХ ПРОДУКТОВ В КАЧЕСТВЕ ВТОРИЧНОГО СЫРЬЯ В СОСТАВЕ РЕЗИНОВЫХ СМЕСЕЙ

АННОТАЦИЯ

В данной научной статье, в целях обеспечения ресурсосбережения и сокращения количества объемов, образующих выбросы возвратных отходов, а также в рамках выполнения природоохранных мероприятий по защите окружающей среды с достижением снижения себестоимости и расширения готовой товарной продукции, освещены и описаны основные пути ориентационных направлений создания новых видов дополнительных источников запасов сырьевых эластополимерных ресурсов. На основе разработанных технологий переработки термопластичных композиций в производственном цикле апробированы опытные составы получения образцов резинотехнических изделий.

ABSTRACT

In this scientific article, in order to ensure resource conservation and reduce the amount of volumes of waste forming emissions, as well as within the framework of environmental protection measures to protect the environment with the achievement of cost reduction and expansion of finished products, the main ways of orientation directions for the creation of new types of additional sources of reserves of raw elastopolymer resources are highlighted and described. Based on the developed technologies for processing thermoplastic compositions in the production cycle, pilot compositions for obtaining samples of rubber products are tested.

Ключевые слова: отход, резина, регенерат, вулканизат, смесь, литье, термоэластопласт.

Keywords: waste, rubber, regenerate, vulcanizate, mixture, casting, thermoplastic elastomer.

Введение. В современных условиях основное внимание и активное участие в исследованиях ученых и специалистов разных профессий всего мира пристально сосредоточены на решении проблемных задач в рамках направления совместного научно-технического сотрудничества в смежных отраслях промышленности, связанных с вопросами обеспечения глобальной экологической безопасности в планах оздоровления и предотвращения стихийных последствий суровых климатических катаклизмов [4, c. 874].

Отныне жизнедеятельность общества невозможно представить без каких-либо полимеров и их атрибутов, а также комплектующих деталей на их основе, выпускаемых в масштабе разных агрегатных состояний, объемы и темпы производства которых, все больше набирая ускорения, постоянно увеличиваются [5, c. 187–209]. В этом аспекте, для получения разного рода назначения синтетических и искусственных эластополимерных материалов используются различные компоненты и ингредиенты – вещества органического и неорганического происхождения, например, каучуки, резина, пластмассы, модификаторы, связующие, пленкообразующие вещества, пластикат-смолы и их модификации, наполнители, вулканизующие агенты и их ускорители, пластификаторы, мягчители, стабилизаторы, порообразователи, активаторы, антиоксиданты, растворители, пигмент-красители, которые занимают особое место, благодаря ценному сочетанию необходимых им специфических характеристик и сравнительных стабильных свойств (доступность, дешевизна исходного сырья, легкость переработки, придание волокнообразующим материалам на тканевой основе пористой структуры и т.д. и т.п. [3, c. 70–75].

Настоящее высокоскоростное развитие ключевых отраслей экономики, к числу которых относятся нефтехимическая отрасль и резиновая промышленность располагают достаточными базами запасов разных типов и модификаций каучуков и полимерных материалов. Благодаря специфическим качественным характеристикам вышеупомянутые материалы способны формировать новые преобразования готовых изделий, обладающих дополнительными свойствами [4, c. 107–114].

Целью исследования является проведение опытно-производственного анализа испытаний по переработке и рациональному использованию эластополимерных выброс-отходов в качестве регенератного вторичного сырья резиновых смесей.

В основе результатов анализа научно-технических разработок по применению изношенных резин и отработанных эластополимеров с последующим получением на их основе новых видов разного рода товаров, экологически безопасных конструкционных деталей и комплектующих материалов – в итоге, даст обеспечение экономии сырья, а также выполнения природоохранных мероприятий по защите окружающей среды. Весь цикл процессов переработки полимеров в порошкообразное состояние с получением связующего продукта, наподобие резиновой муки, протекает при атмосферном давлении и с высокой производительностью агрегата-гранулятора. Причем, варьируя соотношения компонентов в составе смеси, особенно регенерата, используемого в качестве связующего заполнителя, можно достичь повторной, а иногда даже и многократной переработки эластополимерных материалов.

Объектами исследования являются, полимерные основы с синтетическим происхождениям – каучуки общего и специального назначения и их разные типы и модификации такие как, бутадиеновые (дивинил, СКД) – (-CH₂-CH=CH-CH₂-)_n ; цис-1,4 – полиизопреновые (СКИ-3) – (-CH₂-C(CH₃)=CH-CH₂-)_n ; бутадиен-(метил) стирольные – СК(М)С-30 (АРКМ-15) – (-CH₂-CH=CH-CH₂-CH₂-CH(СН₃C₆H₅))_n ; бутиловые (СКБ), этиленпропиленовые – (СКЭПТ – тройного типа), а также - специальные - бутадиен-нитрильные (СКН-18, 26 и 40) – (-CH₂-CH=CH-CH₂-CH₂-CH(CN))_n ; полихлоропреновые (ХПК) – «Наирит» – (-CH₂-CCl=CH-CH₂-)_n , по мере обстоятельств заказов могут применяться – изобутиленовые, силиконовые, полисульфидные, полиуретановые, выпускаемые на производственных предприятиях России и поставляемые ООО «Ташкент-Резина» и «EURO RUBBER SYSTEM».

Ниже приводится стандартная рецептура резиновых смесей с учетом основных технических характеристик и физических свойств сегмент-классов промышленных образцов синтетических каучуков, находящихся в широком распространении в различных отраслях сферы производства (табл. 1).

Таблица 1.

Стандартные рецепты резиновых смесей, используемых для определения технической характеристики различных каучуков

Экспериментальная часть. Контроль процессов смещения осуществляется также и по характеру качества смеси, путем определения пластичности, кольцевого модуля, плотности, а в ряде случаев установлением физико-механических показателей вулканизатов. Резиновые смеси, особенно, предназначенные для получения заготовок легких (пористых) и кожеподобных композит материалов, должны иметь пластичность около 0,25÷0,40 усл. ед., которая достигается главным образом благодаря пластичности исходного каучука и проведения процесса смешения строго по регламенту, а также правильного выполнения всех нормативных показателей последовательности введения компонентов и ингредиентов в состав смеси.

Результаты и их обсуждение. Путем термомеханической обработки смеси, то есть пластикацией листованных сырых резин было достигнуто широкое распределение молекулярной массы каучуков разных типов. В некоторых случаях даже наблюдалось повышение молекулярной массы за счет превалирования процессов структурирования над деструкцией материалов.

Текучесть расплава смеси определяли на капиллярном вискозиметре при прогреве каучуков в течение 10 мин. при температуре 100°С с выдавливанием образца материала под давлением 50 кг/см². Ниже в таблице 2 приведены результаты экспериментов, полученных при определении текучести (мм³/мин) расплава резиновых смесей на основе различных типов промышленных образцов каучуков с использованием в составе смеси регенератных продуктов при одинаковых условиях их переработки.

Таблица 2.

Зависимость показателя текучести расплава различных типов каучуков от термических режимов переработки композитов

Данные в таблице 2 свидетельствуют о высокой текучести изопренового каучука типа СКИ-3, по сравнению с широко распространенной бутадиен-стирольной маркой (СКС) и бутадиен-нитрильным (акрилатным) (СКН) его предшественником. Ориентировочно можно говорить о положительном влиянии на текучесть смеси, наполнении их маслом и пластикации резин на вальцах.

Ниже в таблице 3 приведены результаты данных по определению текучести расплава эластополимерных смесей на основе различных типов каучуков, с учетом влияния их типа и марок на длительность заполнения пресс-формы литьевого агрегата при соблюдении следующих технологических условий переработки: смесь содержит 60 масс. ч. – белой сажи, объем формы – 130 см³, давление 500 кг/см², температура смеси – 80±2°С).

Таблица 3.

Длительность заполнения формы во время текучести эластополимерных смесей на основе различного типа каучуков

Из результатов данных, приведенных в таблицах 2 и 3, следует, что наилучшей текучестью среди промышленных типов каучуков обладают СКИ и СКД. За счет пластикацией каучуков можно обеспечивать сокращение времени продолжительности вулканизации и литья эластополимерной смеси.

Определены значение степени сшивки и показателей текучести расплава в зависимости от соотношения компонентов и ингредиентов, в том числе количественным содержанием концентрации регенератного продукта и связующих добавок с варьированным их объемом в составе реакционной смеси (табл. 4).

Таблица 4.

Зависимость концентрации связующих вспомогательных добавок на изменение величины значений характеристических параметров в составе смеси термопластичной резины

Примечание: * - ТИРП; ** - госсиполовая смола, использованное в качестве стабилизатора смеси.

Экспериментальные данные, доказывая, подтверждают эффективность добавок регенератных продуктов и связующих стабилизаторов в составе рецептуры термопластичных резин, которые действительно положительно отражаются на достижении высокой реакционной способности смеси в процессах заготовки разного рода резинотехнических изделий на их основе. Из литературных источников и результатов ранее проведенных исследований, известны физико-химические параметры ИК-спектроскопических методов анализа, в котором первоначально, сняты спектры фрагмент-снимков изображений (рис. 1 и 2) исходных полимеров, то есть каучуков разных типов и марок, а также продуктов их модификаций.

В ИК-спектрах использованных исходных полимеров, которыми являются цис-1,4-полиизопрен и высокотемпературный каучук марки СКС-30 –обнаружены характеристические полосы поглощения (табл. 5).

Таблица 5.

Частоты (см^-1) полос поглощений в ИК-спектрах каучуков

Из данных анализов ИК-спектров исходных каучуков и резин, а также полученных продуктов, совместной модификацией их с термоэластопласт сополимерами – мета-акрилатными производными можно сделать следующие обобщенные выводы:

- интенсивность полосы поглощения, относящиеся к валентным и деформационным колебаниям связей в продуктах взаимодействия каучуков с регенератом, наблюдается гораздо больше, чем в исходных смесях, то есть появление обнаружения новых пик сигналов означают, что макромолекулярные цепочки каучуков покрыты над вулканизатом с функциональными активными группами обоих звеньев;

- валентные колебания  связей в каучуках проявляют активный характер, между тем, после процесса горячей вулканизации резиновой смеси их интенсивность усиливаются за счет преобладания сшитой структуры в макромолекулярной цепочке, о чем свидетельствует сравнительное увеличение количества относительно подобных связей;

- интенсивность валентных колебаний  связей в продукте вулканизатов существенно ослаблена, чем исходное состояние каучуковой матки. По мере повышения температуры смеси и объемов загрузки постепенно происходит разрыв кратных связей в макромолекулах полимерного продукта за счет влияния вулканизующих агентов и их ускорителей, особенно, при использовании в составе смеси эластополимерных резиновых композитов Тиурам (ТМТДС) и/или Неозон-Д. Следовательно, за счет влияния вулканизующих агентов в процессах структурообразования со сшитой поверхностью участвуют и большинство звеньев двойных связей в макромолекулярной цепочке каучуков, соответственно образуя сшитую структуру монолитного продукта.

Ниже приводятся фрагменты изображений ИК-спектров термоэластопласт композитов с участием каучуков марки СКИ-3 и СКС-30 с регенератом типа ТИРП (рис. 3).

Рисунок 3. Фрагменты ИК-спектров: каучука СКИ (а); термоэластопласт акрилаты на основе - СКИ (б) и высокотемпературных СКС-30 (в)

Результаты проведенных исследований лабораторных анализов и ИК-спектроскопических методов анализа доказывают и подтверждают действительность образования сшитого продукта с добавленным регенератом в составе резиновой смеси [5, c. 26], на основе закономерностей научных предпосылок о реакционной способности компонентов и ингредиентов при участии их в образовании сшитой структуры готового продукта. На базе разработанного технологического регламента, процессы получения опытных образцов апробированы в производственных условиях с оптимальным составом и техническими критерий-параметрами соответствующих видов оборудования и агрегат-установок.

Выводы. Таким образом, в целях освоения эффективностей научно-технических разработок в приоритетных направлениях энергоемких технологий, основанных решением реформ в русле создания «Зеленой экономики», а также в рамках своевременного выполнения природоохранных мероприятий по защите окружающей среды и обеспечения экологической безопасности в целом, внедрены циклы экономии материальных и сырьевых ресурсов в производство резинотехнических изделий.

В лабораторных условиях из отходов эластополимерных выбросов изношенных резин, путем их термомеханической обработки получены тонко(мелко)дисперсные резиновые порошки, которые повторно (вторично), а иногда, многократно использованы в качестве регенератных связующих продуктов в составе рецептур резинотехнических изделий. Выпущены разного рода конструкции товаров и их комплект-деталей, путем модификации их с волокнообразующими слоистыми адгезивными композитами, применяя доступные клеевые термопластичные смеси высокополимеров. По результатам опытно-производственных испытаний разработаны научно-технические рекомендации к выпуску опытной партии продукции с приложением технологического регламента.

Список литературы:

1. Ибрагимов А.Т., Каримов Б.Б., Каримов С.Х. Сравнение реологических свойств синтезированных эластополимерных композитов // Доклады АН РУз. – №4. – 2024. – Ташкент. – С. 70–75.
2. Ибрагимов А.Т., Каримов Б.Б., Каримов С.Х. Эластополимерные адгезивы для формирования слоистых композиционных материалов с использованием регенератного вторичного сырья. – 2024. – Ч. 35. – Т.1. –Лучшие интеллектуальные исследования. – С. 107–114. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://scientific-jl.org/luch/article/view/6028. web-journal.ru. (дата обращения: 16.01.2025).
3. Киселева Т.С. Реологические и механические свойства композитов на основе (со)полимеров бутилметакрилата с пористыми наполнителями: автореф. дисс. ... канд. хим. наук. – Нижний Новгород: Нижн. Новгор. гос. ун-т, 2013. – 26 с.
4. Biron M. Thermoplastics and thermoplastic composites: Technical information for plastic users. – Elsevier Science, 2007. – 874 p.
5. Handbook of engineering and specialty thermoplastics. In 4 volumes. V. 1. Polyolefin’s and styrenes / Ed. by J.K. Fink. – Scrivener Publishing, John Wiley & Sons, 2010. – Pр. 187–209.