Исследование эффективности действия термостабилизаторов силоксановых резин

В. П. Архиреев, М. А. Ибрагимов, М. И. Демидова

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ДЕЙСТВИЯ ТЕРМОСТАБИЛИЗАТОРОВ СИЛОКСАНОВЫХ РЕЗИН

Ключевые слова: силоксановая резина, термостабилизатор, органобентонит, монтмориллонит. silicone rubber, heat stabilizer, organobentonit, montmorillonite

Показано увеличение стойкости к термическому старению в резинах на основе силоксанового каучука при введении в них органобентонита. Действие органобентонита сравнивалось с действием известных термостабилизаторов.

The firmness increase to thermal ageing in elastomers on a basis silicone rubber is shown at introduction in them organobentonite. Action organobentonite was compared to action of known thermo stabilizers.

Увеличение термостойкости силоксановых каучуков и резин на их основе по-прежнему является важной задачей. Наиболее эффективным способом повышения термостойкости является использование различных термостабилизаторов. В настоящее время предложен достаточный круг стабилизаторов [1]. Чаще всего для придания стойкости к термическому старению используют различные оксиды или комплексные соединения металлов переменной валентности [2,3]. Однако их применение не всегда оказывается выгодным ввиду сложности производства или высокой стоимости.

Глинистые полиминеральные образования (алюмосиликаты), основным минеральным компонентом которых является монтмориллонит (ММ), называются бентонитами. Благодаря свойствам ММ спектр использования бентонитов достаточно широк. В народном хозяйстве их применяют в горнодобывающей промышленности - для приготовления буровых растворов; в черной металлургии - в производстве железорудных окатышей; в машиностроении - в литейном производстве; в тонкой керамике - в производстве художественного и хозяйственного фарфора, электро- и радиокерамике; в строительстве - в производстве водонепроницаемого бетона, гидроизоляции инженерных сооружений; в пищевой промышленности - для очистки масел, жиров, питьевой воды; в медицине и фармакологии - как наполнитель при изготовлении лекарств и т. д. [4]. Природный бентонит Саринского месторождения для повышения активной поверхности способом пластической активации в присутствии химических реагентов был переведен в Na-форму. Далее было проведено модифицирование алкилбензилдиметиламмонийхлоридом (катамин-АБ), в результате чего получен органобентонит, обладающий гидрофобными, олеофильными свойствами.

Цель настоящей работы - показать возможность применения органобентонита в качестве добавки для силоксановых резин, повышающей термостойкость.

Состав исследованных резиновых смесей приведен в таблице 1.

Для сравнения были изготовлены контрольные образцы с редоксайдом, ПКФ (по-ликупрофосфорсилоксан) и образец без термостабилизатора.

У композиций проверялись физико-механические после термостатирования в течение 4 ч при 200°С, твердость, стойкость к термическому старению в течение 24 и 72 ч при 250°С и 300°С. Результаты приведены в таблице 2. Органобентонит предоставлен ФГУП «ЦНИИгеолнеруд».

Таблица 1 - Состав исследованных резиновых смесей

Компонент, м. ч. Контрольная РС РС с органобентонитом РС с ПКФ РС с редоксайдом

Каучук СКТВщ 100 100 100 100

Аэросил А-200 45 45 45 45

Силоксандиол НД-8 10 10 10 10

Белая сажа У-333 5 — 5 5

Органобентонит — 5 — —

Цинковые белила 5 5 5 5

ПКФ — — 0.4 —

редоксайд — — — 5

2,4- дихлорбензоилпероксид 2 2 2 2

Таблица 2 - Результаты физико-механических испытаний и стойкости к термическому старению резин на основе силоксанового каучука с разными термостабилизаторами

Образец Термостатирование 4ч-200°С Старение 3суток-250°С Старение 1сутки-300°С Старение 3суток-300°С

о, МПа є, % ^ „о н, ед. о, МПа є, % н, ед. о, МПа є, % н, ед. о, МПа є, % н, ед.

Контроль ный 7.7 422 4 62 6.6 232 2 69 треснул треснул

ПКФ 7.6 406 2 60 6.9 242 2 66 4.7 142 2 66 3.3 36 0 80

Редок- 7.6 464 2 54 7.1 288 2 61 5.7 260 2 60 4.9 148 2 69

сайд Органо- бентонит 8.5 588 2 49 6.8 358 2 57 5.4 317 2 52 3.2 37 0 87

Примечание: а - условная порочность при растяжении, 8 - относительное удлинение при разрыве, о - остаточное удлинение после разрыва, Н - твердость по Шору А.

Обсуждение результатов

После термостатирования вулканизаты резиновой смеси, содержащей органобентонит, имеют более высокие физико-механические показатели, чем контрольные образцы резин, у которых практически одинаковая прочность (табл. 2). У образца с органобентонитом стоит отметить более высокое относительное удлинение и наименьшую твердость.

Для оценки термостойкости можно использовать методы ДТА или ДСК, но реальную способность выдерживать высокие температуры в течение продолжительного времени может показать только термическое старение. После выдержки при 250°С в течение 3 суток у всех образцов наблюдается почти одинаковая прочность. Однако если судить по значению относительного удлинения, то лучше всех эту температуру выдержал образец с органобентонитом, причем по сравнению с образцом без термостабилизатора разница составляет более 100%.

По результатам выдержки при 300°С в течение суток наибольшее значение прочности имеет образец с редоксайдом. Образец, содержащий органобентонит, имеет более высокое относительное удлинение, чем контрольные, следовательно, способен сохранять эластичность при более высоких температурах. Образец без термостабилизатора разрушается при этой температуре. После трехсуточного старения лучшие показатели наблюдаются у образца с редоксайдом. Этот термостабилизатор является распространенным и применяется уже давно. Но даже его небольшое количество способно окрасить резину в красный цвет. Применение органобентонита позволяет варьировать цвет композиций.

Экспериментальная часть

Смеси были приготовлены в лабораторном смесителе. Вулканизующий агент был введен на вальцах. Исходный природный бентониты был предварительно измельчен в виброистирате-ле. Натрий-бентопорошок готовился способом многоступенчатой пластической механоактивации в присутствии карбоната натрия. Образец органобентонита готовился путем обработки на-трий-бентопорошков катамином-АБ. Образцы для испытаний в форме пластин вулканизовали в прессе при 120°С, давлении не мене 3.5 МПа в течение 10 минут. Испытания физикомеханических показателей и твердости проводились согласно ГОСТ 270-75 и ГОСТ 263-75 соответственно. Испытание образцов на стойкость к термическому старению проводилось согласно ГОСТ 9.709-83.

Заключение

Таким образом, можно сделать вывод о том, что применение органобентонита в резинах на основе силоксановых каучуков позволяет повысить их термостойкость, что выражается в хороших физико-механических показателях после термического старения. Расширяется ассортимент добавок, повышающих термостойкость данного вида резиновых смесей.

Работа выполнена на основании государственного контракта №02.552.11.7070 в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2012 годы».

Литература

1. Гринблат, М.П. Силоксановые каучуки и резиновые смеси на их основе / М.П.Гринблат, Н.Ф. Деминская, Н.М. Кузьминова. - М.: Издательство ЦНИИТЭнефтехим, 1979. -56 с.

2. Меткин, И.А. Диалкилдитиокарбаматы металлов в качестве термостабилизаторов полисилокса-нов / И.А.Меткин [и др.]; под ред. В. О. Рейхсфельда.// Кремнийорганические соединения и материалы на их основе - Л.: Наука, 1984. -296 с.

3. Островский, В.В. Термостабилизация полиорганосилоксанов силикатами и оксидами в инертной и окислительной средах / Островский, В. В., Глебова, И. Б, Харитонов, Н. П.; под ред. В.О. Рейхсфельда // Кремнийорганические соединения и материалы на их основе - Л.: Наука, 1984. -296 с.

4. Куколев, Г.В. Химия кремния и физическая химия силикатов / Г.В. Куколев. - М.: Изд-во «Высшая школа», 1966. - 463 с.

© В. П. Архиреев - д-р техн. наук, проф. каф. технологии синтетического каучука КГТУ, proroman202@mail.ru; М. А. Ибрагимов - асп. той же кафедры, ibragimovmarat2008@yandex.ru; М. И. Демидова - мл. науч. сотр. НИИ Геолнеруд, ibragimovmarat2008@yandex.ru.