КОМПОЗИЦИЯ НА ОСНОВЕ БИТУМА И НЕФТЕПОЛИМЕРНОЙ СМОЛЫ ДЛЯ РЕЗИНОВЫХ СМЕСЕЙ
COMPOSITION BASED ON BITUMEN AND POLYMERIC PETROLEUM RESIN FOR RUBBER MIXTURES

Изобретение относится к композициям высокомолекулярных соединений, а именно битуминозных материалов, применяемых в резинотехнической промышленности в качестве мягчителя (пластификатора) для резиновых смесей.
Композиция представляет собой смесь битума и нефтеполимерной смолы. Соотношение компонентов, мас.%: битум - 30-70, нефтеполимерная смола - 70-30. Технический результат данной разработки состоит в улучшении физико-механических свойств пластификатора путем модифицирования битума нефтеполимерными смолами и улучшении эксплуатационных свойств резиновых смесей, изготовленных на их основе. Композиции использовались в резиновых смесях для изготовления каркаса, брекера легковых шин, грузовых и сельскохозяйственных шин и протектора высокоскоростных шин.
Результаты лабораторных испытаний влияния пластификаторов на свойства резиновых смесей представлены в таблице.
Известны аналоги мягчителей, используемых для приготовления резиновых смесей, такие как нефтяные битумы; нефтеполимерные, кумарон-инденовые смолы.
Известно применение нефтеполимерной смолы (Нефтеполимерные смолы. / Под ред. Ю.В.Думского) в качестве мягчителя резиновых смесей в количестве 10 мас.%. При этом улучшаются технологические свойства резин, повышается их морозостойкость, термостойкость, значительно сокращается время вулканизации, улучшается обрабатываемость резиновой смеси. Недостатком использования нефтеполимерной смолы в том, что под действием температуры и давления пластификатор легко улетучивается и свойства резин радикально ухудшаются:
- эластичность резин падает в 1,5-3 раза, разрывное удлинение уменьшается со 150-300% до 50-80%;
- твердость резин увеличивается на 15-20 единиц по Шору А - с 70 до 85-90 единиц;
- линейные размеры резиновых деталей уменьшаются на 8-12%;
- температуростойкость, то есть прочность и разрывное удлинение резин при температурах 150°С и выше, резко уменьшается;
- динамическая выносливость при многократном растяжении и изгибе падает в десятки раз. Кроме того, улетучивание или вымывание мягчителя сопровождается уменьшением «молекулярной подвижности» каучуковых цепей в резинах, что приводит к ускорению термических процессов структурирования резин, то есть к ускоренной потере резинами эластических свойств.
Известно применение битумов в качестве пластификаторов. Наиболее близким аналогом является битум марки БН 90/10 (ГОСТ 6617-76). Использование битума БН 90/10 в производстве резиновых смесей в количестве 10 мас.% позволяет повысить прочностные характеристики: сопротивление раздиру, динамическую выносливость, температуростойкость.
Увеличение содержания битума марки БН 90/10 (ГОСТ 6617-76) до 15 мас.% позволяет получить резиновые смеси с оптимальными эксплуатационными характеристиками, позволяющими использовать резиновые смеси при температурах 100-170°С. Недостатками использования битума в качестве мягчителя являются дополнительные технологические операции подготовки битума к применению в резиновых смесях; низкая термодинамическая стабильность.
Предлагаемая композиция на основе битума и нефтеполимерной смолы представлена в различных соотношениях, что позволяет варьировать технологические свойства получаемых резиновых смесей, в зависимости от предъявляемых к ним требований. При изготовлении композиций использовались битумы нефтяные с температурой размягчения в пределах 50-60°С, 70-80°С, 90-100°С, соответствующие действующим стандартам;
общеизвестные нефтеполимерные смолы, описанные в литературе (Нефтеполимерные смолы./Под ред. Ю.В. Думского) на основе пиролизных С5, С9 фракций углеводородов с температурой размягчения от 80-100°С.
Наиболее близким аналогом по отношению к заявляемому изобретению является композиция на основе битума (Пат.2169161 Российская Федерация, МПК 7 C08L 95/00, C08L 9/06, Способ изготовления композиции битуминозного материала;
патентообладатель Общество с ограниченной ответственностью «ПроектСтрой» - №2000120991/04; заявл. 28.07.2000; опубл. 20.06.2001) с добавлением пластифицирующего компонента.
Известно применение битума и нефтеполимерной смолы совместно при изготовлении резиновой смеси. При этом наблюдаются значительные улучшения свойств вулканизата. Недостатком такого применения битума и нефтеполимерной смолы является повышение стоимости продукта.
Преимущество использования предлагаемого изобретения заключается в том, что данная композиция идентична вышеперечисленным аналогам по функциональности и превосходит по ряду требований, предъявляемых к мягчителям: низкая летучесть - 0.5 мас.%; слабый запах; устойчивость к экстракции из полимера жидкими средами; термодинамическая стабильность с полимером.
Композиция на основе битума и нефтеполимерной смолы имеет преимущества перед представленными аналогами в том, что она сочетает в себе функции, способные получать резиновую смесь с более высокой адгезией, стойкую к динамическим нагрузкам.
Композиция на основе битума и нефтеполимерной смолы, используемая в качестве пластификатора для резиновых смесей в соотношении:
битум - 30 мас.%;
смола нефтеполимерная - 70 мас.%,
с температурой размягчения не менее 100°С, в количестве 10 мас.%, обладает наилучшей совместимостью с каучуком. В случае применения данной композиции значительно сокращается время вулканизации, снижается температура процесса приготовления вулканизатов, в сравнении с представленными аналогами. Увеличивается степень диспергирования технического углерода и технологические свойства при шприцевании. За счет преимущественного содержания нефтеполимерной смолы в композиции, получаемые резиновые смеси обладают более высокой адгезией, клейкостью.
Композиция на основе битума и нефтеполимерной смолы, используемая в качестве пластификатора для резиновых смесей в соотношении:
битум - 50 мас.%;
смола нефтеполимерная - 50 мас.%,
с температурой размягчения не менее 95°С в количестве 10 мас.%, позволяет улучшить термоустойчивость резиновых смесей, повысить их адгезию, сопротивление к раздиру.
Композиция на основе битума и нефтеполимерной смолы, используемая в качестве пластификатора для резиновых смесей в соотношении:
битум - 70 мас.%;
смола нефтеполимерная - 30 мас.%,
с температурой размягчения не менее 90°С, в количестве 10 мас.%, позволяет улучшить термоустойчивость резиновых смесей.
Преимущество предлагаемых композиций на основе битума и нефтеполимерной смолы перед представленными аналогами в том, что такие пластификаторы более устойчивы к экстракции из полимера жидкими средами, обладают высокой термодинамической стабильностью с полимером, сравнительно лучше способствуют диспергированию ингредиентов смеси; требуется меньшее количество пластификатора для достижения оптимальных эксплуатационных характеристик резиновых смесей.
Преимущество использования данной композиции перед битумом в том, что сокращается количество технологического оборудования, снижается энергоемкость технологических процессов при производстве резиновых смесей, за счет улучшенной товарной формы предлагаемой композиции (гранулы, чешуйки, порошок, более удобные в использовании в составе резиновых смесей).
Композиция на основе битума и нефтеполимерной смолы готова к применению без дополнительной подготовки.
Предлагаемое изобретение расширяет рынок пластификаторов резиновых смесей.
Результаты лабораторных испытаний влияния пластификаторов на свойства резиновых смесей представлены в таблице.
Испытания резиновых смесей проводились на приборе MDR-2000 - безроторный вибрационный сдвиговый вискозиметр, предназначенный для оценки вулканизационных свойств резиновых смесей в соответствии с ГОСТ 12535-84. Позволяет определить величину крутящего (сдвигового) момента в любой момент времени, а также минимальный и максимальный моменты. По этим величинам находят временные (от слова время) показатели, скорость вулканизации, время реверсии.
2
2
2
Определение показателя клейкости резиновых смесей проводилось по методу Телль-Так, основанному на измерении усилия, требуемого для разделения двух контактируемых поверхностей образцов резиновой смеси с постоянной скоростью в направлении, перпендикулярном поверхности контакта, осуществляемого предварительным действием заданной контактной нагрузки в течение установленного времени. Клейкость представляет собой силу склеивания двух образцов (в кг), приходящуюся на единицу контактной площади (см); выражается в кгс/см с пересчетом в МПа при умножении на коэффициент перевода 0,098066 (например, 1,07 кгс/см×0,098066=0,10493 МПа (0,105 МПа). В показателе клейкость значения, указанные через дробь, подразумевают время дублирования - время контакта (склеивания) образцов. Время дублирования задается от 0,1 до 6 минут (в зависимости от требований заказчика). В данном случае испытания образцов резиновых смесей на клейкость проводились при 6 секундах и при 15 секундах. Значения, полученные при 6 секундах и при 15 секундах, наглядно показывают, как изменяется клейкость резиновой смеси при различной длительности воздействия нагрузки на нее.
Свойства вулканизованных смесей при 155°С проводились при нормальных условиях, показатели «твердость по Шору» и «эластичность по отскоку» проводились при температуре 23°С согласно ГОСТ 263-75 и ГОСТ 27110-86 соответственно, и при 100°С - максимальная температура эксплуатации резиновых смесей.
По результатам лабораторных испытаний видно, что использование композиции на основе битума и нефтеполимерной смолы повышает когезионную прочность, клейкость, выносливость при динамической нагрузке, твердость, в сравнении при использовании нефтеполимерной смолы и битума по отдельности. При сравнении резиновых смесей, приготовленных с применением предлагаемых композиций на основе битума и нефтеполимерной смолы (образцы 7, 8, 9) и резиновых смесей с использованием битума и нефтеполимерной смолы (образцы 4, 5, 6), можно сделать положительное заключение в пользу предлагаемого изобретения: улучшаются технологические показатели резиновых смесей.