Влияние модифицированного ангренского каолина на кинетику вулканизации эластомерных композиций

Структурные изменения, происходящие при переработке резиновых смесей и эксплуатации резинотехнических изделий, позволяют выбрать наиболее рациональные пути улучшения их качества с помощью модификации наполнителей. Модификация наполнителей является наиболее перспективным направлением при создании многофункционального наполнителя, наполненных композиционных эластомерных материалов и изделий на их основе со специфическими свойствами [1; 3].

В связи с этим целью данного исследования является модификация ангренского каолина с насыщенным абсорбентом первичной переработки нефти и газа и его влияние на кинетику вулканизации каучуков, технологические и физико-механические показатели резин.

Для проведения данного исследования был использован СКМС-30АРКМ-15. Резиновые смеси на основе стандартного рецепта готовили на лабораторных вальцах при температуре 50-55^оС, вулканизовывали на прессе. В качестве вулканизующего агента, активатора и наполнителя использовали модифицированный обогащенный каолин Ангренского месторождения. Технологические свойства резиновых смесей изучали по соответствующим ГОСТам, кинетику вулканизации стандартных резиновых смесей изучали на приборе реометр Mоnsanto 100-4L

На основе проведенных [2] исследований и экспериментальных результатов установлено, что ангренский каолин непосредственно без предварительной обработки и соответствующих физико-химических модификаций не может быть использован в производстве композиционных эластомерных материалов. Ангренский каолин содержит до 2-3% оксида железа, который отрицательно влияет на комплекс свойств эластомерных композиций и изделий из них (табл. 1). Основным требованием, предъявляемым к минеральным наполнителям в производстве композиционных эластомерных материалов, является содержание оксида железа не более 0,3%. 

Таблица 1.

Химический состав ангренского каолина

В результате проведенных экспериментальных исследований была установлена возможность модификации обогащенного ангренского каолина с насыщенным абсорбентом первичной переработки нефти и газа, который представляет собой суспензию желтого цвета и имеет температуру кипения 541К.

Модификация ангренского каолина осуществлялась следующим образом. Обогащенный каолин модифицировали жидкими модификаторами и высушивали при температуре 373±5^оС до постоянной массы. Проведенные исследования позволяют предположить, что вулканизация эластомеров со сложноэфирными группами, осуществляемая путем омыления гидроксидом кальция, в вулканизационной структуре резин обнаружена наряду с ионными и поперечными сложноэфирными связями. Их образование связано с тем, что активатор солевой вулканизации одновременно участвует в побочной реакции переэтерификации с функциональными группами эластомера. Установлено, что триэтаноламин является вулканизующим агентом эластомеров, которые структурируются со сложноэфирными группами эластомера при температуре не ниже 180^оС только в присутствии активатора гидроксида трехвалентного железа.

Для изучения влияний модифицированного ангренского каолина на комплекс свойств композиционных эластомерных материалов выбрали стандартные рецептуры, разработанные на основе синтетического бутадиен-стирольного каучука. В стандартных рецептурах удаляются активатор, вулканизующий агент и технический углерод.

Кинетические кривые образования поперечных связей свидетельствуют (рис. 1) том, что вулканизация резиновых смесей модифицированным ангренским каолином происходит достаточно интенсивно.

Рисунок 1. Зависимость кинетики вулканизации резиновых смесей на основе каучука СКН-26, содержащих 40 масс.ч. модифицированного ангренского каолина (содержание модификатора 5%-1; 10%-2; 15%-3)

Показано, что ангренский каолин способствует максимальному поглощению молекулы модификатора, оказывая тем самым активацию с помощью оксидов железа на образование более совершенных упорядоченных вулканизационных структур. Данный эффект указывает на то, что модифицированный каолин не только активирует, но и ускоряет процессы структурирования. Важным преимуществом модифицированного ангренского каолина является то, что он одновременно играет роль полуусиливающего наполнителя, вулканизующего агента и активатора, который влияет на природу числа поперечных связей и свойства эластомерных композиций (табл. 2).

Таблица 2.

Влияние модифицированного каолина на структуру вулканизационной сетки резин на основе каучука СКН-26

В результате вулканизации эластомера, наполненного модифицированным каолином, установлено, что он характеризуется рядом существенных преимуществ по сравнению с исходным вулканизующим агентом (S+ZnO), повышается стойкость резиновых смесей к подвулканизации, резины обладают улучшенными техническими и физико-механическими характеристиками, остаточной деформацией сжатия, водостойкостью и особенно морозостойкостью (табл. 3). 

Таблица 3.

Технологические и физико-механические свойства резин на основе каучука СКН-26, наполненных модифицированным ангренским каолином

В состав вулканизующей системы могут быть введены дополнительные сшивающие агенты, в частности пероксиды, обеспечивающие дальнейшее улучшение свойств резин, остаточную деформацию сжатия и водостойкость.

Рассмотренные вулканизующие системы могут быть эффективно использованы для изготовления маслобензостойких изделий различного профиля методом котловой вулканизации. При этом вследствие существенного повышения скорости реакции вулканизации резиновых смесей на основе синтетического бутадиен-нитрильного каучука, содержащих модифицированный ангренский каолин, можно проводить при более низкой температуре (150^оС).