Свойства композиций на основе эмульсионных каучуков, содержащих анизотропные добавки (стр. 6 )

В работе [86] были проведены исследования по применению лигнина (отхода гидролизной промышленности) в качестве наполнителя в рецептурном составе для низа клееной обуви.

По химической природе хлопковая и древесная целлюлоза относится к природным полисахаридам, состоящих из остатков b-Д-глюкозы. Связь между остатками молекул Д-глюкозы осуществляется за счет гликозидного гидроксила одной молекулы и гидроксила, стоящего у четвертого атома углерода другой молекулы. Молекулярная масса целлюлозы составляет 1,5-2 млн.

В зависимости от молекулярной массы различают a-, b-, g - целлюлозу. В составе целлюлозы, являющейся основой хлопкового волокна, содержатся функциональные группы, такие как альдегидные, карбоксильные, гидроксильные [87].

Особенности строения и состава хлопкового волокна обуславливают его хорошие механические свойства, умеренную гигроскопичность. Высокая развитость поверхности хлопка, так же как и шерсти [88, 89], обеспечивают хорошую прочность связи с резиной за счет увеличения площади контакта.

Наряду с применением хлопкового волокна в качестве ингредиента резиновых смесей можно применять различные отходы хлопко-перерабатывающей промышленности. В работе [90] показана возможность применения в качестве ингредиента резиновых смесей одного из отходов масложировой промышленности, который получается при переработке хлопковых семян - смолы госсиполовой (ГС) взамен традиционных мягчителей и веществ, повышающих клейкость резин.

Применение натуральных (особенно шелка и шерсти) волокон в резиновой промышленности в настоящее время очень ограничено. Причиной этого является создание большого ассортимента химических волокон, обладающих более высоким комплексом физико-механических свойств и превосходящих натуральные волокна по прочностным, деформационным и усталостным свойствам, а также по теплостойкости. Однако хлопчатобумажные и шерстяные очесы по-прежнему находят свое применение в резинотехнических композициях.

Волокна нерегенерированной древесной целлюлозы являются основой разработанного в США наполнителя с торговой маркой «Сантовеб»[91- 94]. Введение в резины «Сантовеба» повышает их механические свойства, динамическую выносливость, анизотропию модулей и прочности. «Сантовеб» предлагают применять в приводных ремнях, также как и в шинах, для частичной замены усиливающих слоев, в клиновых ремнях [95,96].

Развиваются исследования, направленные на применение коротких целлюлозных волокон в конструкциях для поглощения энергии – пружин, набивок, амортизаторов, бамперов, гибких автомобильных щитов, подвесок.

В [97] показана возможность использования в резинах коротких джутовых волокон. Волокна джута получают из стеблей тропических однолетних растений. Поверхность их характеризуется высокой степенью развитости. Применение волокон джута обеспечивает высокую эффективность армирования за счет повышенной прочности на границе раздела волокно - резиновая матрица.

К природным волокнам минерального происхождения относят асбест – минерал, способный расщепляться на тонкие эластичные и очень прочные волокна. Основу асбеста составляют водные силикаты магния, кальция, натрия и железа сложного состава. По химическому строению асбест может быть отнесен к неорганическому полимеру, основным элементарным звеном которого является сочетание орто - и метасиликатов магния [98].

Благодаря волокнистой структуре природный минерал асбест обладает армирующим действием и с эластомерными и смоляными связующими применяется в производстве фрикционных и теплостойких изделий. Для защиты эластомеров от кратковременного воздействия пламени в них вводят 3-80 мас. ч. асбестового волокна вместе с 1,25-25 мас. ч. окиси хрома. Имеются сведения [99], что мелкоизмельченный асбест повышает износостойкость протектора.

По данным [100], применение асбестового волокна в качестве наполнителя резин по сравнению с техническим углеродом не дает преимуществ. Оно может применяться в основном для удешевления смеси. С этой целью асбест рекомендуют использовать в качестве наполнителя фторсодержащих эластомеров [101]. Отмечается плохая способность асбестового волокна смешиваться с эластомерами по сравнению с другими типами волокон.

Более подробно свойства природных волокон освещены в табл.3.

1.7 Заключение

Имеющихся литературные данные свидетельствуют о перспективности применения в технологии выделения эмульсионных каучуков из латексов низко– и высокомолекулярных азотсодержащих органических и неорганических соединений. Неорганические соли аммония и низкомолекулярные четвертичные соли аммония, характеризующиеся значительно более высоким коагулирующим действием и меньшим расходом при выделении каучука, чем применяемый в существующей технологии хлорид натрия. Наибольший прикладной и теоретический интерес представляют процессы выделения каучуков путем флокуляции латексов действием высокомолекулярных полиэлектролитов природного (белки) и синтетического происхождения (полимерные четвертичные соли аммония). Их характеризует высокая эффективность, весьма низкий удельный расход, в некоторых случаях – улучшение свойств каучуков и вулканизатов на их

Таблица 3

Свойства природных волокон

Волокно	Основное вещество	Плот-ность, г/см3	Влажность, %	Длина (средняя), мм	Толщина (средняя), мкм	Фактор формы L/D
Хлопок	Целлюлоза	1,52	7-9	25-45	20-25	1250-1800
Лен (техническое волокно)	Целлюлоза	1,50	12	400-1250	40-85	10000-14000
Шерсть - грубая	Кератин	1,32	15-17	50-200	35-63	1429-3175
Асбест	Силикат магния	2,5	0,5	9-20	2*10-5 (у одиночн. крист.)	-

основе. Представляет интерес дальнейшее развитие представлений о механизме флокуляции латексов высокомолекулярными реагентами, выяснение относительной роли нейтрализационного и мостичного вкладов в процесс связывания частиц при выделении каучука из латекса.

Перспективно применение в технологии выделения каучуков из латексов бинарных коагулянтов, включающих солевой компонент в сочетании с волокнами различной природы. Дополнительное включение в состав коагулирующего агента волокон различной природы позволяет снизить расход солевого компонента, получить композит с равномерным распределением волокна в получаемой каучуковой матрице и повысить показатели вулканизатов. Однако, сведения о применение бинарного коагулирующего агента на основе четвертичных солей аммония, как низкомолекулярных, так и высокомолекулярных, в литературных источниках отсутствуют. Поэтому проведение исследований в данном направлении является важной и актуальной задачей.

2. Экспериментальная часть

2.1 Объекты исследования

В проводимой исследовательской работе использовали латекс бутадиен-стирольного каучука СКС-30 АРК, синтезированный на по следующей рецептуре (масс. ч. на 100 мас. ч. мономеров):

Бутадиен - 70

Стирол - 30

Смесь калиевых солей диспропорционированной

талового масла и канифоли - 4,5

Гидропероксид пинана - 0,08

Пирофосфат калия - 0,18

Сульфат железа (II) - 0,16

Трилон Б - 0,01

Тринатрийфосфат - 0,5

Даксад - 0,15

Трет-додецилмеркаптан - 0,18

Вода - 200

Латекс получен низкотемпературной сополимеризацией бутадиена со стиролом и представляет собой эмульсию каучука в воде белого цвета, не горюч. Степень адсорбционной насыщенности бутадиен-стирольных латексов составляет около 80 %. Средневязкостная молекулярная масса товарных каучуков находится в пределах от 150000 до 400000. Они относятся к аморфным полимерам, не способным к кристаллизации.

В качестве коагулирующего агента использовали четвертичные соли аммония: N, N-диметил-N, N-диаллиламмонийхлорид (ДМДААХ), поли- N, N-диметил-N, N-диаллиламмонийхлорид (ПДМДААХ) и сополимер N, N-диметил-N, N-диаллиламмонийхлорида с SO2 (CДМДААХОС), выпускаемые в промышленных масштабах и имеющих следующее строение:

1.  ДМДААХ выпускается по ТУ 6-01-00203312-125-92. Хорошо растворим в воде и смешивается с ней во всех отношениях.

2.  ПДМДААХ выпускается под торговой маркой ВПК-402 по ТУ 2227-184-00203312-12-98. Хорошо растворим в воде и смешивается с ней во всех отношениях.

3.  СПДМДААХОС выпускается под торговой маркой ВПК-10 по ТУ 42-82-033-992092095-99. Хорошо растворим в воде и смешивается с ней во всех отношениях.

4.  В качестве добавок использовали хлопковое (ГОСТ 8402-89) и полиамидное (ГОСТ22693-98) волокна.

Для исследования процесса выделения каучука из латекса на основе данных катионных электролитов готовили рабочие водный раствор с концентрацией ~ 2 % для полимерных пеолиэлектролитов и ~ 5 % для низкомолекулярной (мономерной) соли аммония

В качестве подкисляющего агента использовали водный раствор серной кислоты с концентрацией ~ 2 %.

2.2 Методы исследования

2.2.1 Определение сухого остатка латекса.

Содержание сухого остатка в латексе (концентрации дисперсной фазы) определяли по методике, описанной в работе [102].

На аналитических весах взвешивали 3 часовых стекла, вносили в них по 0,7-1,0 мл латекса СКС-30 АРК и проводили повторное взвешивание. Часовое стекло с внесенным в него латексом СКС-30 АРК сушили в сушильном шкафу при 75-85 оС до постоянной массы. Сухой остаток выражали в массовых % по отношению к взятому количеству латекса и рассчитывали по формуле:

С. О. = mсухого остатка / mлатекса. 100 %

2.2.2 Определение поверхностного натяжения

Определение поверхностного натяжения проводили методом отрыва кольца на приборе Дю-Нуи. Метод [102] основан на измерении усилия, необходимого для отрыва платинового кольца от поверхности жидкости.

Сила поверхностного натяжения (Fσ), действующая по периметру кольца радиусом R, равна: