Свойства композиций на основе эмульсионных каучуков, содержащих анизотропные добавки (стр. 1 )

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИНЖЕНЕРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

На правах рукописи

КОРНЕХО ТУЭРОС ХОСЕ ВЛАДИМИР

СВОЙСТВА КОМПОЗИЦИЙ НА ОСНОВЕ ЭМУЛЬСИОННЫХ КАУЧУКОВ, СОДЕРЖАЩИХ АНИЗОТРОПНЫЕ ДОБАВКИ

05.17.06 – Технология и переработка полимеров и композитов

Диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель

д. т.н., проф.

Воронеж 2014

СОДЕРЖАНИЕ

Введение ……………………………………………………………………..5

Глава 1. Современное состояние вопроса. Цели и задачи…………...……9

1.1  Перспектива применения соединений, содержащих азот в

промышленности синтетического каучука.…….…………….….10

1.2 Применение в технологии производства эмульсионных

каучуков четвертичных солей аммония ….……………………….11

1.3 Коагуляция латексов низкомолекулярными катионными

реагентами ……………………………………………………….......12

1.4 Выделение каучуков из латексов высокомолекулярными

азотсодержащими органическими реагентами …………………….18

1.5 Механизм и закономерности коагуляции (флокуляции)

латексов органическими катионными реагентами ………………...23

1.6 Современное состояние вопроса использования волокнистых

наполнителей ……………………………………………….………….27

1.6.1 Типы наполнителей ……………………………………….………....28

1.6.2 Виды и характеристики волокнистых материалов ………..………32

1.6.2.1 Виды и свойства волокон природного происхождения ………...32

Заключение ………………………………………………………………...35

Глава 2. Экспериментальная часть ……………………………………….38

2.1 Объекты исследования ……………………………………………..38

2.2 Методы исследования ……………………………………………...39

2.2.1 Определение сухого остатка латекса………………………….39

2.2.2 Определение поверхностного натяжения …………………….40

2.2.3 Размер частиц латекса ………………………………………….40

2.2.4 Методика проведения коагуляции ……………………………41

2.2.5 Приготовление резиновых смесей ……………………………42

2.2.6 Испытание резиновых смесей и вулканизатов …………….43

Глава 3. Применение четвертичных солей аммония в технологии

выделения бутадиен-стирольного каучука из латекса …………….47

3.1 Выделение каучука из латекса с применением

диметил-диаллиламмоний хлорида ……………………………….47

3.2 Исследование процесса выделения бутадиен-стирольного

каучука из латекса диметил-диаллиламмоний

хлоридом с применением планирования эксперимента …………..51

3.3 Выделение каучука из латекса полидиметилдиаллиламмоний

хлоридом …………………………………………………………….55

3.4 Исследование процесса выделения бутадиен-стирольного

каучука из латекса полидиметил-диаллиламмоний хлоридом

с применением планирования эксперимен..………………...………58

3.5 Применение сополимера диметилдиаллиламмоний хлорида с

оксидом серы для выдедения каучуков из латексов……………...61

3.6 Влияние возвратного серума на процесс выделения каучука из

латекса в присутствии четвертичных солей аммония …………..65

3.7 Влияние расхода коагулирующего агента на молекулярную массу

каучука в выделяемых фракциях …………………………………..68

Глава 4 Особенности выделения каучука из латекса бинарным

коагулянтом состоящим из четвертичных солей аммония

и волокон различной природы …………………………………….78

4.1 Выделения каучука из латекса бинарным коагулянтом-

димитилдиаллиламмоний хлорид и хлопковое волокно …………78

4.2 Выделения каучука из латекса бинарным коагулянтом -

полидиметилдиаллиламмоний хлорид и хлопковое волокно ……..84

4.3 Выделения каучука из латекса бинарным коагулянтом -

сополимер диметилдиаллиламмонийхлорида с оксидом

серы и хлопковое волокно ……………………………………………89

4.4 Выделения каучука из латекса бинарным коагулянтом -

диметилдиаллиламмонийхлорид в сочетании с капроновым

волокном ……………………………………………………………….94

4.5 Выделения каучука из латекса бинарным коагулянтом-

полидиметилдиаллиламмоний хлорид - капроновое волокно……98

4.6 Выделения каучука из латекса бинарным коагулянтом –

сополимер диметилдиаллиламмоний хлорид с оксидом серы-и

капроновое волокно ….…….………………………………………100

4.7 Применение в технологии выделения каучука из латекса

четвертичных солей аммония в сочетании с серумом и

волокнистыми добавками …………………………………………...103

Глава 5. Сравнительная оценка показателей резиновых

смесей и вулканизатов на основе каучука, выделенного

из латекса четвертичными солями аммония ……………………….107

5.1 Приготовление резиновых смесей………………………………...107

5.2 Результаты испытаний резиновых смесей и вулканизатов

на основе каучука СКС-30 АРК ………………………………….109

Выводы……………………………………………………………………118

Список используемых источников……………………………………...119

Приложение ………………………………………………………………134

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. Композиционные материалы в настоящее время находят широкое применение. Поэтому разработка новых композитов, совершенствование известных технологий по их получению имеет важное значение и во многих случаях связано с решением экологических проблем.

В настоящее время на предприятиях легкой промышленности образуются и накапливаются волокнистые отходы различной природы которые и до настоящего времени не находят своего применения и вывозятся в отвал. В тоже время волокна различной природы находят широкое применение в производстве резинотехнических изделий различного назначения. В промышленных масштабах волокнистые наполнители вводятся на вальцах в процессе приготовления резиновых смесей. Данный способ введение не обеспечивает равномерного распределения волокнистой добавки в объеме резиновой смеси, что в дальнейшем отрицательно сказывается на физико-механических показателях резинотехнических изделий.

Цель работы: изучение свойств композиций на основе эмульсионных каучуков, содержащих анизотропные добавки с оценкой влияния их на процесс выделения каучука из латекса четвертичными солями аммония и свойства получаемых композитов.

Поставленная цель определила необходимость решения следующих задач, основными из которых являются:

1. Сравнительная оценка влияния низко - и высокомолекулярных четвертичных солей аммония (ЧСА) на процесс выделения каучука из латекса с использованием планирования эксперимента.

2. изучение влияния способа ввода волокнистой добавки на процесс выделения каучука из латекса при использовании в качестве коагулирующих агентов ЧСА аммония;

3. установление влияния природы коагулирующего агента и волокнистых добавок на свойства получаемых каучуков, резиновых смесей и вулканизатов.

Научная новизна.

1. На основе комплексного изучения поведения латексных систем в присутствии катионных электролитов установлено, что на агрегативную устойчивость латекса оказывают влияние расходы ЧСА, введение возвратной водной фазы (серума) и объясняется нейтрализационным механизмом коагуляции в присутствии катионных электролитов и дополнительным усилением данного процесса в случаем применения полимерных катионных электролитов за счет протекания мостичного механизма коагуляции.

2. С использованием полного факторного эксперимента получена математическая модель описывающая влияние расхода коагулирующего агента, концентрации дисперсной фазы, катионного электролита и температуры на процесс выделения каучука из латекса. Получены регрессионные уравнения описание данный процесс.

3. Образование на поверхности волокнистой добавки комплекса между ЧСА и волокном позволяет снизить расход коагулирующих агентов и получить однородные композиты

4. Выявлено повышение прочности на раздир и устойчивости к старению экспериментальных вулканизатов, что объясняется присутствием волокон с развитой удельной поверхностью способных адсорбировать противостаритель и последующей его десорбцией в ходе эксплуатации изделия.

Практическая значимость

1. Установлено, что из рассмотренных способов совмещения волокнистых добавок с латексом бутадиен-стирольного каучука (смоченного водой; растворами ПАВ, коагулирующего агента, подкисляющего агента, серумом) ввод его с подкисляющим, коагулирующим агентами и серумом на является наилучшим.

2. Разработанный способ ввода волокнистой добавки позволяет достичь равномерного её распределения в каучуковой матрице и снизить количество образующейся мелкодисперсной крошки каучука и её потери с водной фазой.

3. Предложенный способ ввода волокнистых добавок в каучук позволяет получить вулканизаты со свойствами, не уступающими стандартным образцам.

Апробация работы

Основные результаты работ доложены и обсуждены на: Материалы международной конференции «Проблемы экологического мониторинга». Италия (Рим). 2011; Материалы VII науч.-практ. конф. «Экологические проблемы города Воронежа и перспективы их решения». Воронеж. 2011, 2013; 5 Всерос. науч.-практ. конф. с международ. участием «Экологические проблемы промышленных городов». Саратов.- 2011, 2013.

Достоверность результатов полученных в работе, обоснована достаточным объемом теоретических и экспериментальных исследований, применением современных инструментальных и физико-химических методов анализа с использованием стандартных методов испытаний и апробацией в лабораторных условиях.

Публикации.

По теме работы опубликовано 14 работ в виде статей и тезисов докладов. Получено 1 патент РФ на изобретение.

Структура и объем работы.

Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов, списка литературы, включающего 118 наименований. Общий объем диссертации изложен на 144 страницах. Работа содержит 4 рисунка, 57 таблиц и 10 приложений.

1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ

Нефтехимическая промышленность – это одна из активно развивающихся отраслей во всем мире. К ней относится и производство синтетических каучуков, которое активно развивается и совершенствуется. В промышленных масштабах внедряются новые каталитические системы, совершенствуются технологии, оборудование, установки и контрольно-измерительные приборы и др. В настоящее время повышенное внимание отводится каучукам, получаемым эмульсионной (со)полимеризацией. Каучуки, изготовленные эмульсионным способом, обладают комплексом положительных свойств и находят широкое применение в шинной и резинотехнической промышленности [1]. Одной из основных стадий в технологии производства эмульсионных каучуков является стадия их выделения из латекса. Данный процесс является одним из самых энергоемких и загрязняющих окружающую среду. Это связано с тем, что в технологии выделения каучуков из латексов и до настоящего времени активно используются водные растворы минеральных солей (хлориды натрия, магния, кальция и др.), расход которых на выделение 1 тонны каучука из латекса составляет десятки и сотни килограмм. Образующийся водносолевой поток из цехов выделения сбрасывается на очистные сооружения. На очистных сооружениях не происходит очистка сточных вод от неорганических солей и этот водносолевой поток после очистных сооружений сбрасывается в природные водоемы, нанося непоправимый ущерб экологии. Поэтому совершенствование технологии выделения каучуков из латексов, снижение или исключение применения солевых компонентов важная и актуальная задача. Предлагаемые технические и технологические решения описаны в ряде работ [2,3].