Способ определения параметров вулканизации на начальном этапе процесса
Владельцы патента RU 2330283:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Воронежская государственная технологическая академия (RU)
Изобретение относится к технологии резины, а именно к измерению и контролю параметров процесса вулканизации резиновых смесей, и может быть использовано в лабораторной практике и научных исследованиях в соответствующей технико-технологической области промышленности. Способ характеризуется тем, осуществляют подготовку проб к анализу в течение процесса вулканизации, для чего к точной навеске пробы добавляют толуол объемом 25 см3 с последующим выдерживанием системы резиновая смесь - толуол в течение 4 часов, после чего проводят гель-золь анализ. Для проведения гель-золь анализа полученную систему фильтруют, осадок сушат до получения постоянной по величине массы, рассчитывают содержание геля в системе и концентрацию полимера в фильтрате и определяют его характеристическую вязкость. Строят графики в координатах характеристическая вязкость - время вулканизации и содержание геля - время вулканизации и по характеру полученной графической зависимости определяют параметры процесса вулканизации. На графической зависимости характеристической вязкости растворов от времени вулканизации пробы выделяют два участка. На первом участке характеристическая вязкость возрастает в течение времени вулканизации пробы в соответствии с зависимостью, близкой к прямолинейной, при этом система не содержит геля, что свидетельствует о том, что в этот период не образуется достаточного для формирования пространственной структуры в пробе количества межмолекулярных поперечных связей, а рост характеристической вязкости обусловлен только изменением длины макромолекул каучука. О начале процесса вулканизации свидетельствует увеличение характеристической вязкости исследуемого раствора на 5% относительно ее минимальной величины. На втором участке содержание геля увеличивается от 0 до 100%. В точке с содержанием геля 90% проба полностью нерастворима в толуоле. Техническая задача изобретения - повышение точности и эффективности определения параметров вулканизации на начальном этапе процесса. 3 ил.
Изобретение относится к технологии резины, а именно к измерению и контролю параметров процесса вулканизации резиновых смесей, и может быть использовано в лабораторной практике и научных исследованиях в соответствующей технико-технологической области промышленности.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ определения характеристической вязкости толуольных растворов каучуков, который позволяет оценивать величину молекулярной массы каучуков [Практическое руководство по синтезу и исследованию свойств полимеров. ФРГ. 1971. Пер. с нем. Под. ред. докт. хим. наук. В.П.Зубова. М.: Химия, 1976. - 286 с.].
Недостатком известного способа является то, что он имеет относительно низкую точность и эффективность определения параметров частично сшитых и/или заструктурированных полимеров.
Техническая задача изобретения - повышение точности и эффективности определения параметров вулканизации на начальном этапе процесса.
Техническая задача достигается тем, что способ определения параметров вулканизации на начальном этапе процесса, характеризующийся тем, что он предусматривает процесс вулканизации резиновой смеси, отбор проб в течение осуществления процесса, подготовку проб к анализу, для чего к точной навеске пробы добавляют толуол объемом 25,0 см3 с последующим выдерживанием системы резиновая смесь - толуол в течение 4,0 часов, после чего проводят гель-золь анализ, для этого полученную систему фильтруют, осадок сушат до получения постоянной по величине массы, рассчитывают содержание геля в системе и концентрацию полимера в фильтрате и определяют его характеристическую вязкость, после чего строят графики в координатах характеристическая вязкость - время вулканизации и содержание геля - время вулканизации и по характеру полученной графической зависимости определяют параметры процесса вулканизации, на графической зависимости характеристической вязкости растворов от времени вулканизации пробы выделяют два участка, на первом участке характеристическая вязкость возрастает в течение времени вулканизации пробы в соответствии с зависимостью, близкой к прямолинейной, но при этом система не содержит геля, что свидетельствует о том, что в этот период не образуется достаточного для формирования пространственной структуры в пробе количества межмолекулярных поперечных связей, а рост характеристической вязкости обусловлен только изменением длины макромолекул каучука, причем о начале процесса вулканизации свидетельствует увеличение характеристической вязкости исследуемого раствора на 5,0% относительно ее минимальной величины, на втором участке содержание геля увеличивается от 0,0 до 100,0%, при этом идет интенсивное образование поперечных связей и зависимость характеристической вязкости раствора от времени вулканизации пробы не прямолинейная, в точке, в которой содержание геля составляет 90,0±3,0%, проба полностью нерастворима в толуоле, и образование пространственной структуры в пробе завершено.
Технический результат заключается в повышении точности и эффективности определения параметров вулканизации на начальном этапе процесса.
Резиновую смесь, подвергаемую исследованию, загружают в предварительно прогретую до рабочей температуры пресс-форму, которую затем помещают в пресс и смыкают плиты. Периодически плиты размыкают и отбирают пробы резиновой смеси. Интервал отбора проб 1,0±0,3 минуты, масса образца 1,5±0,5 г. Отобранные для исследования образцы резиновой смеси готовят к анализу по следующей методике: в чистую сухую мерную колбу с пришлифованной пробкой помещают взвешенную на аналитических весах с точностью ±0,0002 г навеску резиновой смеси, масса навески - 0,03±0,005 г, затем пипеткой приливается 25,0 см3 толуола. После этого растворы оставляют на 4,0 ч, для лучшего растворения проб и гомогенизации системы целесообразно помещать колбы на вибровстряхиватель.
После отстаивания системы резиновая смесь - толуол проводят гель-золь анализ, для этого композицию фильтруют и нерастворившуюся часть резиновой смеси сушат в эксикаторе при комнатной температуре до постоянной массы. Массовую долю геля ω определяют по формуле:
где mc - масса полностью высохшего геля, г,
m0 - исходная навеска резиновой смеси, г.
Концентрацию раствора полимера (г/дл) определяют по формуле:
Характеристическая вязкость фильтрата исследуемых образцов резиновой смеси определяется по следующей методике: в капиллярный вискозиметр типа ВПЖ заливается чистый толуол и измеряется время его истечения через капилляр t0, с. Затем в вискозиметр заливается исследуемый раствор и измеряется время его истечения t, сек. Измерения времени истечения проводят при температуре 30,0°С.
Характеристическую вязкость каждого раствора рассчитывают по формуле Шульца-Блашке:
где ηуд - удельная вязкость, 
или 
где t - время истечения раствора полимера, с; t0 - время истечения растворителя, с; Кη=0,28 константа.
По результатам эксперимента строят графики в координатах содержание геля - время вулканизации и характеристическая вязкость - время вулканизации.
На фиг.1, 2 представлены, для примера, графические зависимости характеристическая вязкость - время вулканизации и на фиг.3 - содержание геля - время вулканизации для резиновых смесей на основе каучуков общего назначения.
На основе анализа графических зависимостей характеристической вязкости растворов от времени вулканизации, полученных для каучуков общего назначения на кривой (фиг.1-3), выделяют два участка, I участок - от начала координат до точки гелеобразования (tГ), II участок - от точки гелеобразования (tГ) до точки tХ. На участке I резиновая смесь не содержит геля, а о начале процесса вулканизации свидетельствует увеличение характеристической вязкости исследуемого раствора на 5,0% (точка t0) относительно ее минимальной величины (точка t) с последующим возрастанием до 70,0±2,0% (точка tГ), и в этот период не образуется количество межмолекулярных поперечных связей, достаточное для формирования пространственной структуры в образце, а изменение вязкости обусловлено только изменением длины макромолекул. На участке II (фиг.3) в резиновой смеси присутствует гель и его содержание меняется от 0,0% до 100,0%, то есть на участке II идет интенсивное образование межмолекулярных связей при вулканизации. В точке, в которой содержание геля составляет 90,0±3,0%, проба полностью нерастворима в толуоле, и образование пространственной структуры в пробе завершено.
Из анализа графической зависимости (фиг.1-3) определяют показатели:
t - время вулканизации, соответствующее минимальному значению характеристической вязкости (промежуток времени, соответствующий индукционному периоду вулканизации), мин;
t0 - время вулканизации, соответствующее увеличению вязкости на 5,0%, - начало реакции вулканизации, мин;
tГ - время вулканизации, соответствующее увеличению вязкости на 70,0±2,0%, - точка гелеобразования, мин;
tХ - время вулканизации, соответствующее полной потере растворимости образцов (содержание геля 90,0±3,0%), - формирование пространственной сетки, мин.
Определение параметров процесса вулканизации осуществляется посредством периодического отбора проб вулканизуемой резиновой смеси и последующим определением характеристической вязкости комбинированным с гель-золь анализом их растворов. Метод можно применять для оценки вулканизационных свойств смесей на основе каучуков общего назначения.
Предложенный способ определения параметров вулканизации на начальном этапе процесса позволяет повысить точность и эффективность определения вулканизационных свойств резиновой смеси.
Способ определения параметров вулканизации на начальном этапе процесса, характеризующийся тем, что он предусматривает процесс вулканизации резиновой смеси, отбор проб в течение осуществления процесса, подготовку проб к анализу, для чего к точной навеске пробы добавляют толуол объемом 25 см3 с последующим выдерживанием системы резиновая смесь - толуол в течение 4 ч, после чего проводят гель-золь анализ, для этого полученную систему фильтруют, осадок сушат до получения постоянной по величине массы, рассчитывают содержание геля в системе и концентрацию полимера в фильтрате и определяют его характеристическую вязкость, после чего строят графики в координатах характеристическая вязкость - время вулканизации и содержание геля - время вулканизации, и по характеру полученной графической зависимости определяют параметры процесса вулканизации, на графической зависимости характеристической вязкости растворов от времени вулканизации пробы выделяют два участка, на первом участке характеристическая вязкость возрастает в течение времени вулканизации пробы в соответствие с зависимостью, близкой к прямолинейной, но при этом система не содержит геля, что свидетельствует о том, что в этот период не образуется достаточного для формирования пространственной структуры в пробе количества межмолекулярных поперечных связей, а рост характеристической вязкости обусловлен только изменением длины макромолекул каучука, причем о начале процесса вулканизации свидетельствует увеличение характеристической вязкости исследуемого раствора на 5% относительно ее минимальной величины, на втором участке содержание геля увеличивается от 0 до 100%, при этом идет интенсивное образование поперечных связей и зависимость характеристической вязкости раствора от времени вулканизации пробы не прямолинейная, в точке, в которой содержание геля составляет 90±3%, проба полностью нерастворима в толуоле и образование пространственной структуры в пробе завершено.
