Исследование диспрактола К-16 в качестве ускорителя вулканизации обувных резин

ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ

УДК 678.762.2-134.532

О. И. Борисова, Н. Ф. Ушмарин, С. И. Сандалов, Д. О. Гнездилов, Н. И. Кольцов

ИССЛЕДОВАНИЕ ДИСПРАКТОЛА К-16 В КАЧЕСТВЕ УСКОРИТЕЛЯ ВУЛКАНИЗАЦИИ

ОБУВНЫХ РЕЗИН

Ключевые слова: ускоритель вулканизации резин, 2-меркаптобензотиазол, диспрактол К-16, резина, вулканизаты,

реометрические и физико-механические свойства..

Исследована возможность использования в качестве ускорителя вулканизации диспрактола К-16 взамен 2-меркаптобензотиазола в обувных резинах.

Keywords: vulcanization accelerator of rubbers, 2-mercaptobenzothiazole, dispraktol K-16, rubber vulcanizates, rheometric and

physicomechanical properties.

Possibility of using as a vulcanization accelerator dispraktol K-16 instead of 2-mercaptobenzothiazole in shoe rubber was investigated.

Введение

В работах [1-3] нами исследовано влияние различных технологических добавок на технологические свойства резиновых смесей и физико-механические свойства вулканизатов на их основе. Наряду с технологическими добавками, на свойства резин оказывают влияние и другие ингредиенты, среди которых следует выделить ускорители, повышающие скорость вулканизации и понижающие температуру структурирования каучуков. Применение ускорителей позволяет уменьшить количество вулканизующего агента и устранить его выцветание на поверхность резиновых изделий, уменьшить возможность перевулканизации, повысить сопротивление старению, а также улучшить физико-механические свойства резин. Выбором различных ускорителей можно также влиять на реометрические и физико-механические показатели резин. Поэтому исследование новых ускорителей, удовлетворяющих этим требованиям, является актуальной задачей. В настоящее время в качестве ускорителей серной вулканизации резиновых смесей используются 2-меркаптобензотиазол и 2,2'-дитиобисбензтиазол [4]. В последнее время на рынке сырья для резинотехнической и шинной промышленности в качестве ускорителя предлагается диспрактола К-16 [5], который выпускается ООО «Эластохим» г. Волжский в виде крошки от светлого до ярко-желтого цвета с размерами частиц не более 0,25 мм. Диспрактол К-16 получают диспергированием оксида цинка в бинарном расплаве е-капролактам -стеариновая кислота [6]. В [6] изучено его влияние на свойства резиновых смесей и вулканизатов. Показана возможность его использования вместо 2-меркаптобензотиазола в паронитовых и фрикционных резино-технических изделиях, а также вместо 2,2'-дитиобисбензтиазола в боковине протектора сельхозшин. В [7] установлена возможность замены 2-меркаптобензотиазола и его

комбинации с 2,2'-дитиобисбензтиазолом на диспрактол К-16 в резине на основе бутадиен-нитрильного каучука, применяемой для изготовления маслобензостойких деталей скважин нефтедобывающего оборудования. В связи с этим нами исследовалась возможность использования в качестве ускорителя вулканизации диспрактола К-16 [4] взамен 2-меркаптобензотиазола в обувных резинах.

Экспериментальная часть

Исследования проводились для резиновых смесей марок 81-330 и 81-550 с серной вулканизующей системой на основе каучуков СКИ-3 и СКМС-30АРКМ-15, используемых для изготовления переда и подошвы резиновой обуви. В их составы кроме каучуков входят сера, нафтам-2, цинковые белила, стеарин, технический углерод, канифоль, каолин и др. ингредиенты. Резиновые смеси готовили на лабораторных вальцах ЛБ 320 150/150. Стандартные образцы резиновых смесей вулканизовали при 150°С в течение 30 мин в двухэтажном электрическом прессе марки 100-400-2Э. Для резиновых смесей исследовались реометрические свойства (вязкость и склонность к преждевременной вулканизации) на реометре MDR 3000 фирмы «Mon Tech» по ГОСТ 12535-84, а также проводился термогравичетрический анализ на приборе Perkin Elmer STA6000. Для вулканизатов по стандартным методикам определялись: физико-механические свойства (ГОСТ 270-75); твёрдость по ШОРу А (ГОСТ 263-75); истираемость (ГОСТ 12251-77); сопротивление раздиру (ГОСТ 262-79).

Результаты и их обсуждение

В табл. 1 приведены варианты первой резиновой смеси с применением ускорителей (в мас. ч. на 100,00 мас. ч. каучука) и результаты исследования влияния ускорителей на

реометрические и физико-механические свойства вулканизатов на ее основе.

Таблица 1 - Влияние ускорителей на свойства первой резиновой смеси

Ускорители/Показатели НТД Варианты

1 2

2-меркаптобензотиазол, мас. ч. - 2,30 -

Диспрактол К-16, мас. ч. - - 2,76

Реометрические свойства резиновой смеси при 150°С

15, мин - 2,73 2,45

190, мин - 3,80 3,35

1/(190 - 18), мин-1 - 0,93 1,11

8'тах, дН*м - 13,92 14,80

Свойства вулканизатов

1р, МПа > 9,8 11,6 11,5

ер, % > 350 500 490

Н, ед. ШОР А - 72 74

И, м3/Дж - 144 153

Сопротивление раздиру, В, кН/м - 65 67

Из данных табл. 1 следует, что для второго варианта резиновой смеси, содержащего диспрактол К-16, по сравнению с первым вариантом характерны меньшие величины времен начала (У и оптимума (190) подвулканизации. При этом для второго варианта резиновой смеси значения скорости подвулканизации (1/(190 - У) и крутящего момента (8'тах) достигают больших величин по сравнению с первым вариантом, содержащим 2-меркаптобензотиазол. Таким образом, диспрактол К-16 по эффективности ускорения процесса вулканизации резиновой смеси не уступает 2-меркаптобензотиазолу. Из данных табл. 1 видно, что вулканизаты обоих вариантов резиновой смеси удовлетворяют требованиям научно-технической документации (НТД), предъявляемым по упруго-прочностным свойствам к исследуемой резине. Значения предела прочности при растяжении, относительного удлинения при разрыве и твердости для вулканизатов обоих вариантов резиновой смеси отличаются незначительно. Резина, содержащая оба ускорителя вулканизации, характеризуется хорошим сопротивлением к истиранию и раздиру.

На рис. 1 представлены термограммы ТГА для первой резиновой смеси.

Как видно из рис.1, при температурах свыше 170°С за счет начавшегося процесса термодеструкции наблюдается резкое падение массы образцов резиновых смесей, причем, потеря начальной массы на 10% для обоих вариантов резиновой смеси происходит при температуре 345°С.

\

\

\

Рис. 1 - Термограммы ТГА первой резиновой смеси

В дальнейшем исследовалось влияние диспрактола К-16 в сопоставлении с 2-меркаптобензотиазолом на свойства второй резиновой смеси. В табл. 2 приведены варианты, а также результаты исследования реометрических и физико-механических свойств этой резиновой смеси.

Таблица 2 - Влияние ускорителей на свойства второй резиновой смеси

Ускорители/Показатели НТД Варианты

1 2

2-меркаптобензотиазол, мас. ч. - 1,50 -

Диспрактол К-16, мас. ч. - - 1,50

Реометрические свойства резиновой смеси при 170°С

15, мин - 1,22 1,20

190, мин - 3,49 3,25

1/(190 - У, мин-1 - 0,44 0,49

8'тах, дН*м - 16,16 17,02

Свойства вулканизатов

1р, МПа >9,8 12,0 12,2

ер, % >300 450 470

Н, ед. ШОР А - 68 68

И, м3/Дж <220 65 67

Сопротивление раздиру, В, кН/м - 49 45

Из табл. 2 следует, что вариант резиновой смеси, содержащий диспрактол К-16, по сравнению с вариантом с 2-меркаптобензотиазолом обладает меньшими величинами времен начала и оптимума подвулканизации и большими значениями скорости подвулканизации и крутящего момента. Вулканизат второго варианта резиновой смеси по упруго-прочностным свойствам не уступает вулканизату первого варианта. Следовательно, как и для первой резиновой смеси, диспрактол К-16 может быть

использован в качестве ускорителя вулканизации для второй резиновой смеси.

На рис. 2 представлены термограммы ТГА второй резиновой смеси. Как видно, при температуре свыше 170°С за счет начавшегося процесса термодеструкции наблюдается падение массы образцов резиновых смесей. Причем, потеря начальной массы на 10% для первого варианта резиновой смеси происходит при достижении температуры 320°С, а для второго варианта при 330°С. При достижении температуры 390°С наблюдается интенсивная деструкция

образовавшихся из резиновой смеси вулканизатов.

Рис. 2 - Термограммы ТГА первой резиновой смеси

Таким образом, диспрактол К-16 может быть использован вместо 2-меркаптобензотиазола в

качестве ускорителя серной вулканизации обувных резин.

Основные условные обозначения

ts - времена начала подвулканизации; t90 - времена оптимума подвулканизации; 1/(t90 - ts) - скорость подвулканизации; fp - предел прочности при растяжении; ер - относительное удлинение при разрыве; Н - твёрдость; И - истираемость; В - сопротивление раздиру.

Литература

1. Н.И. Кольцов, Н.Ф. Ушмарин, С.А. Иссакова, С.С. Виногорова, Н.А. Чернова, С.М. Верхунов, Н.Н. Петрова, Вестник Казан. технол. ун-та, 15, 2, 41-44 (2012).

2. Ю.В. Васильева, А.И. Хасанов, Н.Ф. Ушмарин, Н.И. Кольцов, Вестник Казан. технол. ун-та, 16, 18, 154157 (2013).

3. Е.М. Портнова, Н.Ф. Ушмарин, С.И. Сандалов, Д.О. Гнездилов, Н.И. Кольцов, Вестник Казан. технол. унта, 2014 (в печати).

4. Дж.С. Дик, Технология резины: рецептуростроение и испытания. НОТ, С.-Петерб., 2010. 617 с.

5. ТУ 2494-005-98528460-09. Активатор-ускоритель диспрактол К-16.

6. Е.В. Талби. Автореф. дисс. канд. техн. наук, ВолгГТУ, Волгоград, 2009. 22 с.

7. Н.О. Герасимова, Н.А. Чернова, Н.Ф. Ушмарин, Н.И. Кольцов, XIII Междунар. конф. молодых ученых, студентов, аспирантов «Синтез, исследование свойств, модификация и переработка ВМС - V Кирпичниковские чтения» (Казань, 9-10 декабря 2009). Тезисы докладов. Казань, 2009. С. 278.

© О. И. Борисова - маг. каф. физической химии и ВМС ЧувГУ, Н. Ф. Ушмарин - канд. техн. наук, нач. ТО по РТИ АО «ЧПО им. В.И. Чапаева»; С. И. Сандалов - нач. производства РТИ АО «ЧПО им. В.И. Чапаева», sandalov-1963@yandex.ru; Д. О. Гнездилов - асп. каф. технологии синтетического каучука КНИТУ; Н. И. Кольцов - д-р хим. наук, проф. каф. физической химии и ВМС ЧувГУ, koltsovni@mail.ru.

© O. I. Borisova - graduate student of physical chemistry and macromolecular compounds department, Chuvash State University; N. F. Ushmarin - Ph.D., head of the technical department mechanical rubber goods, JSC «Cheboksary Production Association named after V.I. Chapaev»; S. I. Sandalov - head of production mechanical rubber goods, JSC «Cheboksary Production Association named after V.I. Chapaev»; sandalov-1963@yandex.ru; D. O. Gnezdilov - graduate student of synthetic rubber technology department KNITU; N. I. Koltsov - doctor of chemistry, professor, managing chair of physical chemistry and macromolecular compounds department, Chuvash State University, koltsovni@mail.ru.