Использование отходов резиновой промышленности для создания новых резинотехнических изделий

УДК 678.065.004.8

Р. М. Долинская, вед. науч. сотрудник; Т. Д. Свидерская, мл. науч. сотрудник;

Е. И. Щербина, профессор; Н. Р. Прокопчук, член-кор. НАН Беларуси, профессор;

Е. И. Цыбульская, студентка

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ОТХОДОВ РЕЗИНОВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ ДЛЯ СОЗДАНИЯ НОВЫХ РЕЗИНОТЕХНИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ

This article is aimed at researching possible use of rubber industrial scrap, i.e. rubber crump, residue of panels and rubber reclaim. The paper has examined possible manufacture of polymeric composite materials for colour floor standing fryers with rubber reclaim and crump to be used as polymeric matrix. Elastomeric and compound materials manufactured on the basis of secondary raw polymers has been used as a research object of this work. It has been demonstrated that it is required to produce colour floor standing fryers from thin (~2 mm) color elastomer layer (with rubber content of ~10-15% of total amount of polymer and rubber reclaim and crump in the remainder) and black solid made out of waste-contained polymeric composition. It is necessary to replicate two layers: colour elastomer layer and solid. The colour floor standing fryers obtained can be used as floors in production facilities and as surface of coating of athletic fields.

Введение. Переработка вторичных материальных ресурсов, в частности вышедших из эксплуатации шин и других резиновых изделий, имеет большое технико-экономическое и экологическое значение. Рост потребности в природном сырье, становящемся все более дефицитным и дорогостоящим, требует изыскания путей его экономии. Одним из таких путей является переработка и использование вторичного сырья. Вопросу экономии материалов и использования вторичных ресурсов в настоящее время уделяют большое внимание. Поэтому важной задачей промышленности является максимально полное использование отходов в качестве вторичных материальных ресурсов как источника получения сырья и энергии, а также вместо первичного сырья в резиновой промышленности для изготовления деталей технологического назначения, изделий ширпотреба, хозяйственного обихода.

В связи с этим исследования по созданию новых материалов и изделий на основе отходов резинотехнических производств и утильных резин являются важными и актуальными. Представило интерес исследовать возможность полного исключения из состава эластомерных композиций каучука, создания на основе резиновой крошки полимерных композиций для изготовления резинотехнических изделий общего назначения [1-4].

Основная часть. Целью проводимой работы является создание и отработка рецептуры новых материалов с использованием отходов производств. В качестве объектов исследования использовались эластомерные композиционные материалы, изготовленные на основе вторичного полимерного сырья.

В работе исследовалась возможность полностью исключить из состава эластомерных композиций каучук, создать на основе резиновой крошки полимерные композиции для изготовления резинотехнических изделий общего назначения. В результате ранее проведенных иссле-

дований была разработана рецептура эластомер-ного материала и технология изготовления плит напольных черного цвета, а также были изготовлены и испытаны опытные образцы плит [3].

Далее была поставлена задача изготовления полимерных композиционных материалов для плит напольных цветных, в которых бы в качестве полимерной матрицы использовались регенерат и резиновая крошка.

Исследования совместимости полимерной фазы и пигментов показали, что пигменты хорошо совмещаются с полимерной матрицей. Однако полимерные композиции с использованием голубого (фталоцианинового) пигмента, представляющего собой органический краситель, нерастворимый в воде и органических растворителях (молекулярная масса - 576; плотность -1600 кг/см), не имели яркого и однородного цвета. Происходило выпотевание пигментов.

На данном этапе проводимой работы было принято решение изготавливать композиции для плит напольных цветных по другой технологии.

По разработанной новой технологии плиты напольные цветные следует изготавливать из тонкого эластомерного слоя и массива черного цвета. Для исследований использовали следующие ингредиенты:

- каучук этиленпропиленовый (СКЭПТ-60) - сополимер этилена с пропиленом, структурная формула:

[-СН2 -СН2 -]т-[-СН2 -СН(СН2)-]„ (содержание пропилена 25-55% мас., молекулярная масса 80 000-250 000, температура стеклования от -58 до -62°С, плотность 850870 кг/м3);

- каучук бутадиенстирольный (СКС-30-АРКМ-15) - сополимер бутадиена и стирола, структурная формула:

[-СН2-СН=СН-СН2-]т-[-СН2-СН(С6Н5)-] (молекулярная масса 200 000-250 000, плотность 904-980 кг/м3);

- регенерат - пластичный продукт переработки резины (отработавших шин и резиновых технических изделий, вулканизованных отходов), способный к повторной вулканизации;

- резиновую крошку - отходы механической переработки каучуксодержащих материалов размером 0,5 или 1 мм;

- наполнители - технический углерод марки П-803, доломитовая мука и сажа белая БС-100, отходы панелей (наполнители добавляют для улучшения технологических свойств резиновых смесей и снижения стоимости);

- нефтяной пластификатор ПН-6ш. В результате добавления пластификаторов снижается вязкость и возрастает пластичность, уменьшаются теплообразование и затраты энергии на изготовление и переработку резиновых смесей, повышается их сопротивление преждевременной вулканизации и снижается стоимость;

- мягчители - битум нефтяной БН 90/10 (улучшает технологические свойства резиновых смесей - снижает эластическое восстановление, повышает каркасность; снижает стоимость резиновых смесей), инден-кумароновую смолу, ангидрид фталевый;

- пигмент зеленый фталоцианиновый - органический краситель, нерастворимый в воде и органических растворителях, молекулярная масса 1093,0; плотность 1990 кг/см3.

Изготовление исследуемых композиций осуществляли на вальцах ЛВ 320 160/160.

Вулканизацию проводили серосодержащей вулканизующей группой, в состав которой входят также: К,К-дитиодиморфолин - вулканизующее вещество замедленного действия; N циклогексил-2-бензтиозолилсульфенамид (суль-фенамид Ц - ускоритель вулканизации); тетра-метилтиурамдисульфид (ТМТД) - Тиурам Д -вулканизующее вещество и ускоритель высокой активности; полимеризованный 2,2,4-триметил-

1,2-дигидрохинолин (ацетонанил Р) - защищает эластомерные композиции от теплового старения; 2-меркаптобензтиазол (Каптакс) - ускоритель средней активности, обеспечивает широкое плато вулканизации.

Вулканизацию образцов осуществляли на гидравлическом прессе в пресс-формах при температурах (130-170 ± 3)оС.

Условную прочность при растяжении, относительное удлинение при разрыве, относительную остаточную деформацию после разрыва определяли по ГОСТ 270-75, твердость по Шору - по ГОСТ 263-75, температурный предел хрупкости - по ГОСТ 791274) [1-6].

По разработанной новой технологии плиты напольные цветные следует изготавливать из тонкого эластомерного слоя и массива черного цвета.

Эластомерный цветной слой сдублировали с массивом. Результаты проведенных исследований сведены в табл. 1, 2.

Анализируя полученные результаты (табл. 1), можно сделать вывод, что наилучшее сочетание физико-механических свойств установлено для образца 3.

В табл. 2 приведены физико-механические свойства образцов 6-12. Анализируя полученные результаты (табл. 2), можно сделать вывод, что наилучшее сочетание физико-механических свойств установлено для образца 8.

Проведенные исследования показали, что плиты напольные цветные необходимо изготавливать из двух композиций.

Верхний цветной слой (толщиной 1-2 мм) изготавливали на основе рецептур, физикомеханические свойства которых приведены в табл. 3.

Массив черного цвета изготовлен из полимерных композиций, физико-механические свойства которых приведены в табл. 4.

Таблица 1

Физико-механические показатели композиций для изготовления массива

Показатель Образцы

1 2 3 4 5

Условная прочность при растяжении, МПа 1,6 1,8 2,4 2,0 1,9

Относительное удлинение при разрыве, % 80 75 69 58 50

Твердость по Шору А, ед. Шора 70 75 80 80 80

Таблица 2

Физико-механические свойства композиций для изготовления цветного слоя

Показатель Образцы

6 7 8 9 10 11 12

Условная прочность при растяжении, МПа 5,9 6,3 6,8 6,9 7,0 7,2 7,5

Относительное удлинение при разрыве, % 350 340 320 310 300 290 280

Твердость по Шору А, ед. Шора 55 60 65 67 67 68 70

Сопротивление истиранию, Дж/мм3 2,5 2,1 1,8 1,6 1,2 0,9 0,9

Таблица 3

Физико-механические свойства композиции цветного слоя

Показатель Величина

Условная прочность при растяжении, МПа 6,8-7,5

Относительное удлинение при разрыве, % 300-320

Твердость по Шору А, ед. Шора 65-70

Сопротивление истиранию, Дж/мм3 1,8-2,3

Таблица 4

Физико-механические свойства композиции для массива

Показатель Величина

Условная прочность при растяжении, МПа 2,4-3,5

Относительное удлинение при разрыве, % 69-75

Твердость по Шору А, ед. Шора 65-80

Литература

1. Корнев, А. Е. Технология эластомерных материалов / А. Е. Корнев, А. М. Буканов, О. Н. Шевердяев. - М.: Химия, 2000. - 288 с.

2. Шутилин, Ю. Ф. Справочное пособие по

применению эластомеров / Ю. Ф. Шутилин. -Воронеж: Воронеж. гос. технол. акад.,

2003. - 871 с.

3. Разработка технологии использования отходов резиновой промышленности с целью получения новых изделий / Н. Р. Прокопчук [и др.] // Труды БГТУ. Сер. IV, Химия и технология орган. в-в. - 2007. - Вып. XV. - С. 121.

4. Донцов, А. А. Процессы структурирования эластомеров / А. А. Донцов. - М.: Химия, 1978. - 287 с.

5. Лабораторный практикум по технологии резины / под ред. Н. Д. Захарова. - М.: Химия, 1988. - 264 с.

6. Новаков, И. А. Методы оценки и регулирования пластоэластических и вулканизационных свойств эластомеров и композиций на их основе / И. А. Новаков, О. М. Новопольцева, М. А. Кракшин. - М.: Химия, 2000. - 239 с.

По результатам проведенных экспериментальных исследований на ОАО «Беларусьрезино-техника» в 2007 г. были изготовлены опытные образцы изделий плит напольных черного цвета в количестве 20 шт., которые в настоящее время успешно используются в качестве полов в цехах и как покрытия на спортивных площадках и стадионах. Опытные образцы изделий плит напольных цветных переданы потребителю для проведения натурных испытаний. Настил из плит обеспечивает хорошее сцепление, не скользит, на спортивных дорожках смягчает удар от падения. Дорожка экологически безопасна.

Заключение. Таким образом, на основании проведенных исследований можно заключить, что плиты напольные цветные необходимо изготавливать из тонкого (—2 мм) эластомерного цветного слоя, в состав которого входит каучук, который составлял —10-15% от всего количества полимера, остальное - регенерат и резиновая крошка, и массива черного цвета, изготовленного из полимерной композиции с использованием отходов производства. Два слоя - эластомерный цветной и массив - нужно сдублировать.