Резиновая смесь
Владельцы патента RU 2327713:
Ярославский государственный технический университет (RU)
Изобретением является резиновая смесь, имеющая в своем составе битумное вяжущее и регенерат на основе резиновой крошки, отличающийся тем, что получаемая смесь дополнительно содержит в своем составе шинный регенерат, серу, сульфенамид Ц, каолин, фенолформальдегидную смолу СФП-011Л, а битумное вяжущее получено на основе кислого гудрона и продукта термодеструкции резинокордных отходов в количестве (5-20)% и, возможно, 10% серы, при следующем соотношении компонентов, мас.ч.: шинный регенерат 50; регенерат на основе резиновой крошки 50; сера 4; сульфенамид Ц (САЦ) 2,5; каолин 40; фенолформальдегидная смола СФП-011Л 20; вышеуказанное битумное вяжущее 20. Полученные композиции могут быть использованы для изготовления напольных покрытий. Особенностью их является применение в качестве основных исходных компонентов исключительно продуктов переработки отходов различных производств. 5 табл.
Изобретение относится к резиновой промышленности и может быть использовано в производстве плит двухслойной конструкции для полов спортивных сооружений.
Известна резиновая смесь для создания твердых резин, которая имеет в своем составе цис-изопреновый каучук СКИ-3 100, тиурам 1,5-2,0, альтакс 1,5-2,0, каптакс 1,2-1,5, противостаритель Нафтам-21,2-1,5, оксид цинка 10-12, стеариновую кислоту 1,5-2,0, технический углерод Т 900 12-20 (патент РФ №2258718. Резиновая смесь для изготовления акустического слоя покрытия, C08L 9/00, авт. Алексеев А.Г., Старостин А.П., 2005 г.). Но данная резиновая смесь состоит из товарных продуктов, имеющих высокую стоимость.
Наиболее близким по технической сущности является рецептура резиновой смеси - твердых резин для производства изделий, комплектующих грузовые транспортные механизмы и другие, имеющая в своем составе битумное вяжущее и регенерат на основе резиновой крошки (патент BY №2172750. Вулканизуемая резиновая смесь для получения твердых резин, C08L 17/00, авт. Стебунов Ю.П., Забашта А.И. и др. 2001 г.).
Задача изобретения - получение резиновой смеси для производства плит двухслойной конструкции для полов спортивных сооружений с повышенным уровнем твердости для верхнего и нижнего слоя, при этом с использованием в качестве полимерных компонентов вторичных материалов.
Поставленная задача решается путем использования в составе резиновой смеси шинного регенерата, общешинной резиновой крошки, битума на основе кислого гудрона (КГ) и продукта термодеструкции резинокордных отходов, полученного автоклавным способом (ПТРКО).
Состав резиновой смеси разрабатывался с учетом требования использования в качестве полимерных компонентов вторичных материалов. Для полимерной основы была выбрана комбинация шинного регенерата и общешинной резиновой крошки.
Использование такой комбинации логично, т.к. шинный регенерат и крошка получены из резин на основе каучуков общего назначения, т.е. имеют высокое термодинамическое сродство друг к другу.
Регенерат является продуктом девулканизации резины. Он получен термомеханическим способом. Комплекс свойств регенерата: достаточная пластичность, способность смешиваться с ингредиентами резиновых смесей, приемлемые деформационно-прочностные свойства после повторной вулканизации и т.д. - позволяет использовать его в качестве связующего. Пластоэластические свойства регенерата, приближающиеся к пластоэластическим свойствам резиновых смесей, обусловлены достаточно высоким содержанием в нем золь-фракции, которую ориентировочно можно оценить по массовой доле толуольного экстракта, и малой степенью сшивания геля (таблица 1). Роль второго полимерного компонента выполняет резиновая крошка. Согласно экспериментальным данным она характеризуется более высокой степенью сшивания и распределяется в матрице регенерата с образованием дисперсной фазы. Соотношение регенерата и крошки было выбрано, равным 1:1 по массе.
| Таблица 1 | |||
| Характеристика измельченных вулканизатов | |||
| Показатель | Вид отхода | ||
| Резиновая крошка (ОШ) ТУ 3810436 -87 | Регенерат шинный-термомеханический | Продукт термодеструкции резинокордных отходов (ПТРКО) | |
| Массовая доля толуольного экстракта, % | 20,4 | 30,0 | 10,2 |
| Степень набухания, % | 460 | 680 | 411 |
| Содержание свободной серы, % | 0,088 | 0,000 | 0,001 |
| Максимальный размер частиц фракции, мм | 0,21 | - | - |
| Среднечисленный размер частиц, мм | 0,034 | - | - |
В формировании межфазной переходной области «регенерат-измельченный вулканизат» участвует, прежде всего, золь-фракция этих составляющих, характеризующаяся повышенной диффузионной способностью. С целью повышения степени сшивания полимерных компонентов внутри фаз и на границе раздела была использована вулканизующая группа - сульфенамид Ц.
Для улучшения свойств композиций на стадии переработки и повышения модуля и соответственно твердости в вулканизованном состоянии в составе разрабатываемых материалов было опробовано битумное вяжущее на основе кислого гудрона (КГ), полученное согласно патент РФ 2005106623. Способ получения битума из кислого гудрона электрохимическим способом. Кл. С10С 3/04, 2006 г. В качестве модифицирующих добавок при получении этого продукта были использованы:
- сера;
- продукт термодеструкции резинокордных отходов (ПТРКО).
Низкомолекулярные фракции вяжущего выступают в роли пластификатора. ПТРКО, полученный автоклавным способом, способствует повышению модуля композита за счет присутствия высокомодульного термопластичного полимера - полиамида. Свободная сера действует как структурирующий агент.
Методика процесса получения продукта термодеструкции резинокордных отходов (ПТРКО) автоклавным способом:
1. Смешение измельченных резинокордных отходов (РКО) с агентом набухания в соотношениях 1:1 или 1:0,75.
2. Введение в смесь активатора регенерации. Набухание смеси в агентах набухания при 110°С в течение 3 часов в термостате (характеристика агентов набухания представлена в таблице 2).
3. Регенерирование РКО при прогреве автоклава в масляной рубашке в течение 6 часов, температура регенерирования 185°С.
Полученный продукт термодеструкции резинокордных отходов оценивался по хлороформенному экстракту, по количеству летучих компонентов, так же определялась зольность.
| Таблица 2 | ||
| Характеристика отработанного масла - агент набухания | ||
| Показатель | Отработанное масло (ОАО "Автодизель") | ГОСТ 21046-86 |
| Вязкость условная при 20°С | 58 | >40 |
| Кинематическая при 50°С | 47 | >65 |
| Температура вспышки в открытом тигле, °С, не ниже | 134 | 120 |
| Содержание фракций, выкипающих до 340°С | 10 | 10 |
| Температура застывания фракций | -10 | -10 |
| Массовая доля механических примесей, %, не более | 1,1 | 1,0 |
| Массовая доля воды, %, не более | 0,4 | 2,0 |
В таблице 3 приведены данные хлороформенного экстракта ПТРКО, полученного с данным агентом набухания (температура регенерации 185°С, время 6 часов)
| Таблица 3 | ||
| Хлороформенный экстракт (%) ПТРКО, полученного автоклавным (а/к) способом с применением данных агентов набухания | ||
| № | Наименование мягчителя | ПТРКО (а/к) |
| 1 | Отработанное масло 1:1 | 25 |
| 2 | Отработанное масло 1:0,75 | 31 |
Поскольку содержание резинокордной составляющей и серы в исследуемых продуктах достаточно низкое, нелогично было бы ожидать их эффективного воздействия на твердость. Поэтому сочтено целесообразным одновременное использование фенолформальдегидной смолы СФП-011Л (ТУ 6-05-1370-90).
Изготовление смесей проводили на лабораторных вальцах Лб 320 160/160. В таблице 4 приведен режим приготовления резиновой смеси.
| Таблица 4 | |||
| Режим приготовления резиновой смеси | |||
| № п/п | Наименование компонентов | Начало операции введения компонентов, мин | Продолжительность операции, мин |
| 1 | Регенерат | 0 | 3 |
| 2 | Крошка | 3 | 1 |
| 3 | Каолин | 4 | 1 |
| 4 | Смола СФП-011Л | 5 | 1 |
| 5 | Битумное вяжущее на основе КГ | 6 | 1 |
| 6 | Сера | 7 | 1 |
| 7 | Сульфенамид Ц | 8 | 1 |
| Итого | 9 | 9 |
После смешения проводим вулканизацию при температуре 180°С и давлении 120 кгс в течение 5 минут для пластин и 10 минут для шайб. Вулканизацию смесей осуществляли в электропрессе типа 250-600.
Физико-механические показатели резин приведены в таблице 5.
| Таблица 5 | ||||||
| Свойства резин на основе крошки и регенерата с добавлением композиций на основе нефтеполимерных вяжущих | ||||||
| Показатель | Состав композиции, мас.ч. | |||||
| Регенерат - 50; Резиновая крошка - 50; Сера - 4,0; САЦ - 2,5; Каолин - 40; Смола - 20 | ||||||
| - | 80%КГ+20%ПТРКО | 85%Kг+10%S+5%ПТРКО | 70%Kг+10%S+20%ПТРКО | НОРМА | ||
| Твердость, усл. ед. | - | 63 | 75 | 70 | 75 | |
| 1 час 150°С | 73 | 78 | 83 | 81 | 70-85 | |
| Эластичность, % | - | 54 | 47 | 43 | 51 | |
| 1 час 150°С | 49 | 45 | 38 | 38 | 40-55 | |
| Условная прочность fp, МПа | 7,8 | 3,6 | 4,3 | 5,7 | 3-6 | |
| Относительное удлинение εp, % | 20 | 25 | 35 | 25 | 20-40 | |
| Истинная прочность σр, МПа | 9,3 | 4,5 | 5,8 | 7,2 | 4-8 | |
| Остаточное удлинение θ, % | 4 | 6 | 2 | 4 | 2-6 |
Как видно, наиболее эффективным является использование в резиновых смесях битумных вяжущих на основе кислого гудрона, содержащих серу или резинокордные отходы в комбинации со смолой. При этом повышается твердость резин.
Поскольку процессы конденсации смолы протекают в течение достаточно длительного времени, требовалось оценить степень их завершенности при выбранном режиме вулканизации. Для этого образцы прогревали в термостате при температуре 150°С в течение 60 минут с последующим измерением показателя твердости. Обнаружено, что после прогрева твердость образцов возросла и достигла требуемого значения 80 усл.ед.
Опыты однофакторного дисперсионного анализа показали что введение битумных вяжущих на основе кислого гудрона в композиции на основе регенерата и крошки значимо влияют на твердость резин.
Обобщая полученные данные, можно заключить, что полученные композиции могут быть использованы для изготовления напольных покрытий. Особенностью их является применение в качестве основных исходных компонентов исключительно продуктов переработки отходов различных производств. Итак, полученные резиновые смеси удовлетворяют требуемым нормативам.
Резиновая смесь, имеющая в своем составе битумное вяжущее и регенерат на основе резиновой крошки, отличающаяся тем, что получаемая смесь дополнительно содержит в своем составе шинный регенерат, серу, сульфенамид Ц, каолин, фенолформальдегидную смолу СФП-О11Л, а битумное вяжущее получено на основе кислого гудрона и продукта термодеструкции резинокордных отходов в количестве 5-20% и, возможно, 10% серы при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
| Шинный регенерат | 50 |
| Регенерат на основе резиновой крошки | 50 |
| Сера | 4 |
| Сульфенамид Ц (САЦ) | 2,5 |
| Каолин | 40 |
| Фенолформальдегидная смола СФП-011Л | 20 |
| Вышеуказанное битумное вяжущее | 20 |
