Снижение техногенного воздействия на природу базируется на комплексном подходе использования сырья и материалов, включающее переработку отходов и побочных продуктов нефтехимических и других производств.
В работах [5,6] была показана возможность применения стиролсодержащего низкомолекулярного сополимера (СНС) на основе кубового остатка ректификации толуола (КОРТ) производства полибутадиена, в резинотехнических композициях на основе диеновых каучуков. При этом, практически во всех случаях ввод сополимеров проводился на вальцах в процессе изготовления резиновых смесей. Достичь в данном случае хорошего, равномерного распределения СНС на основе КОРТ во всем объеме резиновой смеси весьма затруднительно. Наилучшее распределение наполнителя в объеме каучука может быть достигнуто при введении его в каучуковый латекс перед стадией коагуляции. Для этого СНС на основе КОРТ целесообразно в начале диспергировать в воде в присутствии эмульгаторов для получения стабильной водной дисперсии, и лишь потом осуществить его смешение с латексом БСК. Смешение двух жидкофазных компонентов позволит получить однородную латексную смесь, а после ее коагуляции - композицию, с хорошим равномерным распределением СНС в каучуковой матрице, что должно в дальнейшем положительно отразиться на свойствах изготовленных резинотехнических изделий.
В работах [7,8] были изучены способы ввода волокнистого наполнителя и его влияние на процесс выделения каучука из латекса. Показано, что дополнительное введение волокнистого наполнителя в латекс перед коагуляцией позволяет достичь не только равномерного распределения волокна в получаемом коагулюме, но и повысить некоторые показатели вулканизатов [9-11].
В предыдущих исследованиях в качестве наполнителей БСК вводили низкомолекулярные полимерные материалы на основе отходов нефтехимии. Поэтому интересно было бы оценить влияние совместного ввода низкомолекулярных полимерных материалов с волокнистыми наполнителями на процесс выделения каучука из латекса, свойства каучуков, резиновых смесей и вулканизатов.
Целью настоящего исследования явилось изучение влияния на процесс выделения каучука из латекса водноволокно-олигомерноантиоксидантной дисперсии на основе стиролсодержащего низкомолекулярного полимерного материала - сополимера на основе кубового остатка ректификации толуола (КОРТ) производства бутадиенового каучука, и волокнистого наполнителя (хлопок, капрон, вискоза).
Первым этапом исследований было определение условий получения стабильной воднополимерной дисперсии, заключающихся в подборе дозировки эмульгирующих компонентов.
Стабильная дисперсия на основе СНС была получена в присутствии эмульгаторов на установке оборудованной высокоскоростной мешалкой.
Предварительные исследования показали, что применение для диспергирования в водной фазе СНС без растворителя не привело к получению стабильной дисперсии. Это связано с тем, что данные продукты обладали повышенной вязкостью, и для хорошего их диспергирования необходимо было бы применять более специфичное оборудование. Для получения дисперсии обладающей стабильностью в СНС на основе КОРТ вводили 20 % растворителя - толуола.
Диспергирование проводили следующим образом.
В емкость для диспергирования загружали 20 г продукта и вводили 50 г водной фазы, содержащей канифольное мыло и лейканол. Гомогенизацию (диспергирование) проводили при постоянном перемешивании в присутствии эмульгаторов в течение 3-5 часов при температуре 50-60 0С. Из полученной эмульсии под вакуумом отгоняли растворитель. Сухой остаток по данным гравиметрического анализа составлял 32-39 %.
Установлено, что такая эмульсия с достаточной однородностью и удовлетворительной устойчивостью к расслоению может быть получена при содержании эмульгатора - канифольного мыла ~ 6,0 %, лейканола ~ 0,5 % на дисперсную фазу.
Для дальнейших исследований волокноводнополимерная дисперсия готовилась аналогично воднополимерной (см. выше), только волокнистый наполнитель вводился и дополнительно диспергировался в СНС на основе КОРТ до смешения с водной фазой.
Базируясь на полученных выше положительных результатах, была приготовлена с применением вышеприведенной рецептуры волокноводнополимерноантиоксидантная дисперсия (ВВПАД) с использованием антиоксидантов аминного или фенольного типа. То есть сначала готовилась смесь, состоящая из СНС на основе КОРТ, волокнистого наполнителя (хлопок, капрон, вискоза), растворителя и антиоксиданта, с последующим приготовлением на их основе стабильной ВВПАД и введением в латекс БСК.
Далее приготовленная ВВПАД смешивалась с каучуковым латексом СКС-30 АРК, и полученная смесь подвергалась коагуляции по общепринятой методике [12] с использованием в качестве коагулирующего агента 24 % водного раствора хлорида натрия и подкисляющего агента 1,0-2,0 % водного раствора серной кислоты. Дозировка волокнистого наполнителя (хлопок, капрон и вискоза) выдерживалась 0,5 % на каучук, а длина 2-5 мм. Расход подкисляющего агента выдерживался постоянным - 15 кг/т каучука. Коагуляцию проводили при температуре 60-65 0С. Образующийся коагулюм отделяли от серума, промывали теплой водой и обезвоживали в сушильном шкафу при температуре 75-80 0С до постоянной величины потери массы.
Содержание СНС на основе КОРТ в каучуковой матрице выдерживалось - 2,0; 4,0; 6,0 % на каучук, а антиоксидантов - согласно требованиям ГОСТ 15627-79.
В табл. 1-3 представлены данные по влиянию дозировки ВВПАД и расхода хлорида натрия на массу образующегося коагулюма.
Таблица 1. Влияние добавок на полноту выделения каучука из латекса в присутствии волокнистого наполнителя, при различных расходах хлорида натрия
|
Расход хлорида натрия, кг/т каучука |
Выход каучука, % мас. |
||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
|
25 |
15,8 |
16,4 |
18,0 |
20,1 |
19,0 |
|
50 |
28,8 |
32,4 |
34,6 |
37,5 |
36,0 |
|
75 |
60,1 |
64,6 |
66,0 |
68,8 |
67,1 |
|
100 |
84,5 |
86,2 |
87,5 |
90,2 |
89,2 |
|
125 |
91,2 |
92,0 |
93,0 |
96,0 |
95,1 |
|
150 |
93,4 |
94,5 |
95,4 |
97,0 |
96,0 |
Примечание: 1 - стандартный (без наполнения); 2 - с добавлением воднополимерной дисперсии; 3 - с добавлением воднополимерной дисперсии, содержащей хлопковое волокно; 4 - с добавлением вводнополимерной дисперсии, содержащей капроновое волокно; 5 - с добавлением воднополимерной дисперсии, содержащей вискозное волокно. Дозировка СНС на основе КОРТ - 2 % на каучук.
Анализ экспериментальных данных показал, что дополнительное использование ВВПАД приводит к увеличению выхода коагулюма, что может быть связано как с дополнительным захватом образующейся каучуковой крошкой СНС на основе КОРТ и волокнистого наполнителя, так и за счет уменьшения потерь крошки каучука.
Таблица 2. Влияние добавок на полноту выделения каучука из латекса в присутствии волокнистого наполнителя, при различных расходах хлорида натрия
|
Расход хлорида натрия, кг/т каучука |
Выход каучука, % мас. |
||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
|
25 |
15,8 |
17,3 |
19,3 |
21,0 |
20,3 |
|
50 |
28,8 |
35,6 |
36,2 |
38,2 |
37,5 |
|
75 |
60,1 |
35,2 |
67,5 |
71,0 |
69,2 |
|
100 |
84,5 |
86,2 |
89,7 |
90,5 |
91,0 |
|
125 |
91,2 |
92,6 |
94,8 |
96,0 |
95,5 |
|
150 |
93,4 |
94,6 |
96,0 |
97,2 |
96,5 |
Примечание: см. примечание к табл. 1. Дозировка СНС на основе КОРТ - 4 % на каучук.
Таблица 3. Влияние добавок на полноту выделения каучука из латекса в присутствии волокнистого наполнителя, при различных расходах хлорида натрия
|
Расход хлорида натрия, кг/т каучука |
Выход каучука, % мас. |
||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
|
25 |
15,8 |
18,2 |
19,8 |
22,1 |
21,0 |
|
50 |
28,8 |
38,6 |
40,3 |
42,3 |
41,6 |
|
75 |
60,1 |
68,8 |
71,3 |
73,6 |
73,0 |
|
100 |
84,5 |
86,2 |
89,6 |
92,0 |
91,3 |
|
125 |
91,2 |
93,2 |
95,2 |
96,8 |
96,3 |
|
150 |
93,4 |
95,2 |
96,6 |
97,5 |
97,1 |
Примечание: см. примечание к табл. 1. Дозировка СНС на основе КОРТ - 6 % на каучук.
Волокнистый наполнитель равномерно распределяется в каучуковой матрице, что оценивали по срезам образующегося коагулюма.
Таким образом, на основе проведенных исследований можно сделать вывод, что волокнистый наполнитель целесообразно вводить непосредственно в низкомолекулярный продукт, с последующим приготовлением на его основе волокноводнополимерно-антиоксидантной дисперсии, с последующим введением ее в латекс, что положительно отражается на процессе выделения каучука из латекса и должно оказать положительное влияние на свойствах получаемых вулканизатов. Кроме того дополнительное использование в технологии производства эмульсионных каучуков полимерных материалов на основе отходов нефтехимии и волокнистых отходов позволит увеличить производительность процесса и снизить себестоимость продукции, расширить ассортимент выпускаемых образцов.
Список литературы
- Еркова Л.Н., Чечик О.С. Латексы.- Л.: Химия, 1983.- 224 с.
- Елисеева В.И., Иванчев С.С., Кучанов С.И., Лебедев А.В. Эмульсион-ная полимеризация и ее применение в промышленности.- М.: Химия, 1976.- 240 с.
- Кирпичников П.А., Аверко-Антонович Л.А., Аверко-Антонович Ю.О. Химия и технология синтетического каучука.- Л.: Химия, 1987.- 424 с.
- Башкатов Т.В., Жигалин Я.Л. Технология синтетических каучуков.- Л.: Химия, 1987.- 360 с.
- Никулин С.С., Глазков С.С., Дмитренков А.И. Модификация шинных резин сополимерами на основе отходов производства СК. Четв. симп. «Проблемы шин и резинокордных композитов. Экология и ресурсы сбережения». Тез. докл. - М., 1992. - С. 58-63.
- Никулин С.С., Глазков С.С., Маликов Б.Ф. Модификация полимерных композиций соолигомерами бутадиена // Производство и использование эластомеров, ЦНИИТЭнефтехим, 1995 - № 2. - С. 3-8.
- Акатова И.Н., Никулин С.С., Корыстин С.И. Влияние капронового волокна на процесс выделения бутадиен-стирольного каучука из латекса // Производство и использование эластомеров, ЦНИИТЭнефтехим, 2003 -№ 1.-С.7-11.
- Акатова И.Н., Никулин С.С. Хлопковое волокно в производстве эмульсионных каучуков // Успехи современного естествознания, Москва, № 2.- 2003. - С.31 - 35.
- Акатова И.Н., Никулин С.С. Применение текстильных отходов в производстве эмульсионных каучуков // Успехи современного естествознания, Москва, № 4.- 2003. - С.83.
- Акатова И.Н., С.С. Никулин, Н.А. Кондратьева, С.И. Корыстин Влияние капронового волокна на свойства вулканизатов при введении его на стадии латекса. // Резиновая промышленность. Сырье, материалы, технология. Х Юб. науч.-практ. конференция. - Москва, 2003. - С. 297-299.
- Акатова И.Н., Никулин С.С., Кондратьева Н.А. // Производство и использование эластомеров, 2003. - № 3. - С. 6-10.
- Лазарев С.Я., Рейсхфельд В.О., Еркова Л.Н. Лабораторный практикум по синтетическим каучукам. // Л.: Химия, 1986, 224 с.