Разработка модификаторов для полимерных материалов (диплом I степени)
Бесплатный доступ
Короткий адрес: https://sciup.org/14967684
IDR: 14967684
Текст обзорной статьи Разработка модификаторов для полимерных материалов (диплом I степени)
Научный руководитель – д-р техн. наук, проф. В.Ф. Каблов
Актуальность . При производстве анилина на ОАО «Волжский Оргсинтез» образуется значительное количество кубовых аминосодержащих отходов, которые в настоящее время сжигаются. Это наносит значительный вред окружающей среде и в конечном итоге губительно сказывается на жизнедеятельности живых организмов и здоровье человека. Утилизация этих отходов является актуальной экологической задачей для нашего региона.
Нами установлено, что эпоксидная смола ЭД-20 легко вступает во взаимодействие с отходами производства анилина (КА) с образованием аминосодержащих олигомерных продуктов. При изменении соотношения ЭД-20:КА от 100:10 до 100:90, температуры и времени отверждения образуются хрупкие стеклообразные или высоковязкие олигомеры линейного строения, хорошо растворимые в ацетоне.
Некоторые свойства полученных продуктов представлены на рисунках 1–4 и в таблице 1.
Рис. 1. Влияние содержания КА на температуру плавления АО
Сод. КА, %
Рис. 2. Влияние содержания КА на плотность АО
Рис. 3. Влияние содержания КА на водопоглощение АО
Рис. 4. Влияние содержания КА на термомеханические свойства АО
Таблица 1
Влияние соотношения смолы ЭД-20:КА на термодеструкцию аминосодержащих олигомеров
|
Содержание КА на 100 масс. ч. ЭД-20 |
Температура потери массы, °С |
|||
|
Т 20 |
Т 40 |
Т 60 |
Т 80 |
|
|
10 |
320 |
360 |
395 |
525 |
|
20 |
320 |
356 |
374 |
400 |
|
30 |
320 |
340 |
390 |
520 |
|
40 |
320 |
340 |
360 |
470 |
Данные термогравиметрического анализа полученных аминосодержащих олигомеров и возможная схема взаимодействия ЭД-20 с КА представлены в таблице 1 .
Исходя из того, что при отверждении эпоксидной смолы ЭД-20 кубовыми отходами производства анилина получаемые продукты имеют линейный характер и содержат в своем составе остаточные эпоксидные, гидроксильные группы, группировки ароматических аминов, нами предпринята попытка их использования в качестве модификаторов клеев на основе хлоропренового каучука. Наличие указанных группировок установлены данными элементарного анализа и ИК спектральных исследований.
Испытания показали, что применение промоторов адгезии повышает прочность клеевого крепления вулканизованных резин друг к другу на 40–50 % и к металлу на 50–80 %, в зависимости от типов промоторов (см.
табл. 2). По технологическим показателям предлагаемые клеевые составы соответствуют требованиям, предъявляемым к клеевым составам серии 88, выпускаемым в настоящее время в промышленности.
Указанные продукты могут быть использованы в качестве полифункциональ-ных модификаторов и противостарителей резиновых смесей на основе различных каучуков. Разработанные модификаторы позволяют улучшить сопротивление вулканизатов тепловому старению, повысить их адгезионные и другие технологические показатели (см. табл. 3, 4). Это происходит за счет увеличения содержания полярных функциональных групп в результате введения в состав резиновой смеси предлагаемого модификатора. Указанные функциональные группы диффундируют к поверхности вулканизата, где проявляют свои защитные и адгезионные свойства.
Таблица 2
Влияние различных типов промоторов адгезии на вязкость и прочность клеевого крепления вулканизированных резин и металла
|
Испытания |
Клей 88СА |
Клей 88САм |
|
1. Вязкость по ВЗ-1 |
30,8 |
32,4 |
|
2. Прочность при сдвиге, МПа СКИ-3 |
1,02 |
1,39 |
|
СКЭП-40 |
1,17 |
1,59 |
|
СКН-18 |
0,95 |
1,38 |
|
3. Прочность при равномерном отрыве, МПа СКИ-3 – Ст3 |
1,20 |
1,91 |
|
СКЭП-40 – Ст3 |
1,38 |
1,93 |
|
СКН-18 – Ст3 |
0,95 |
1,78 |
Таблица 3
Изменение показателей в зависимости от применения диафрена ФП и модификатора
|
Наименование показателей |
Диафен ФП |
Предлагаемый модификатор |
|
Температура плавления, °С |
71 |
77 |
|
Массовая доля летучих, % |
0,20 |
0,11 |
|
Массовая доля золы, %, |
0,25 |
0,20 |
Таблица 4
|
Наименование показателей |
Результаты испытаний композиций |
|||||
|
ХК |
ХКм |
СКЭП |
СКЭПТм |
СКИ |
СКИм |
|
|
Условная прочность, МПа |
14,8 |
14,6 |
18,0 |
20,0 |
25,0 |
27,0 |
|
Относительное удлинение, % |
398,0 |
353,0 |
150,0 |
240,0 |
500,0 |
650,0 |
|
Твердость, ед. ИСО |
58,0 |
64,0 |
82,0 |
85,0 |
70,0 |
75,0 |
|
Сопротивление раздиру, кН/м |
39,0 |
38,0 |
46,0 |
68,0 |
120,0 |
140,0 |
|
Изменение после старения ШРБ-4 (70 °С, 72 ч.), % усл. прочности при: - растяжении; |
–6,7 |
–8,2 |
–25,0 |
–4,4 |
–8,5 |
–9,4 |
|
- твердости; |
10,3 |
9,0 |
–60,0 |
–35,7 |
12,7 |
10,1 |
|
- сопротивлении раздиру |
–2,5 |
–1,6 |
–6,0 |
–5,8 |
–3,1 |
–2,2 |
|
Адгезия при клеевом креплении: - прочность при сдвиге, МПа; |
1,3 |
1,9 |
1,2 |
1,8 |
1,1 |
1,7 |
|
- прочность при равномерном отрыве, МПа |
1,2 |
1,6 |
1,8 |
2,1 |
1,3 |
1,8 |
Изменение показателей в зависимости от испытаний композиций
Предлагаемые модификаторы позволяют заменить дорогостоящий противостари-тель – диафен ФП.
Модифицированные клеевые составы могут применяться в качестве пропиточных составов для синтетических волокон с целью придания им улучшенных физико-механических показателей, повышенной адгезии к резиновым смесям и огнестойкости.
Нами установлено, что причиной повышения прочности связи текстильного корда с резиной на основе хлоропренового каучука является увеличение концентрации полярных групп при использовании в пропиточном составе кубовых отходов производства анили- на (КА). Указанные полярные группы, входящие в пропиточный состав, способны к химическому взаимодействию с полярными группами, содержащимися в макромолекулах волокон корда. Высокая прочность связи пропитанного корда с резиной на основе хлоропренового каучука объясняется также бифиль-ностью пропиточного состава и имеет высокую адгезию и к волокнам, и к резине (cм. табл. 5).
Доступность и дешевизна указанных отходов производства анилина позволит не только решить экологические проблемы, но и повысить эксплуатационные показатели полимерных материалов.
Таблица 5
Зависимость результатов испытаний от использования различных типов корда и пропиточных составов
|
Тип корда |
Тип пропиточного состава |
Испытание |
|||
|
Прочность при разрыве, кгс |
Удлинение, мм |
Прочность связи с резиной (Н-метод), кгс/см2 |
Горючесть |
||
|
Полиэфирный корд 20П |
Без пропитки |
17,0 |
20,0 |
6,0 |
горит |
|
Клей 88СА |
36,4 |
18,0 |
10,7 |
горит |
|
|
88СА+5 % КА |
30,0 |
15,0 |
15,2 |
самозатухает в течение 1 с |
|
|
88СА+10 % КА |
33,2 |
17,0 |
12,3 |
самозатухает в течение 5 с |
|
|
88СА+15 % КА |
25,4 |
16,0 |
11,5 |
горит |
|
|
Полиамидный корд 30А |
Без пропитки |
15,4 |
15,0 |
5,8 |
горит |
|
Клей 88СА |
27,0 |
21,0 |
9,8 |
горит |
|
|
88СА+5 % КА |
20,0 |
20,0 |
10,5 |
горит |
|
|
88СА+10 % КА |
23,4 |
20,0 |
14,0 |
самозатухает в течение 3 с |
|
|
88СА+15 % КА |
30,0 |
21,0 |
10,6 |
самозатухает в течение 5 с |
|
Внедрение разработанных технологий изготовления и применения аминосодержащих модификаторов в промышленных масштабах решит проблему утилизации кубовых отходов производства анилина, позволит улучшить экологическую обстановку вблизи объектов нефтехимического производства.
Использование современных научных подходов . Выявлены научные закономерности создания новых клеевых композиций на основе полихлоропрена, заключающиеся в модификации клеевых составов промоторами адгезии на основе эпоксисоединений и производных анилина.
Установлено, что при введении разработанных промоторов адгезии в клеевые составы на основе полихлоропрена происходит химическая модификация макромолекул полихлоропрена, приводящая к увеличению их гибкости и подвижности и, как следствие, к более глубокой диффузии во внутренние слои склеиваемых вулканизатов. Полученные результаты подтверждены с помощью локального зондового микроанализа.
Разработаны промоторы адгезии повышенной эффективности, полученные на основе эпоксидной смолы и кубовых отходов производства анилина, позволяющие значительно повысить прочностные показатели при склеивании изделий из вулканизатов на основе различных каучуков и при их креплении к металлу.
Уровень завершенности работы . По противостарителю и модификатору резиновых смесей проведены промышленные испытания, разработана техническая документация, выпущены опытные партии продуктов.
По результатам проведенных исследований получено 15 патентов на изобретения, 2 положительных решения на изобретения, подано 5 заявок на изобретения.
