Композиция для изготовления нашпальных резиновых прокладок

Изобретение относится к резиновой промышленности и может быть использовано для получения эластомерных композиций для нашпальных прокладок, применяемых в железнодорожной отрасли. Композиция включает бутадиен-стирольный каучук СКС-30-АРМ, продукт вторичной переработки резины и целевые добавки: серу, альтакс, оксид цинка, стеариновую кислоту и пластификатор. Причем в качестве продукта вторичной переработки резины композиция содержит модифицированную измельченную резиновую крошку, полученную в результате измельчения резины в присутствии 0,0'-бис-(1,3,5-три-третбутилциклогексадиен-2,5-он-4-ил)-2-метил-5-изо-пропил-n-бензохинон-диоксима при следующем соотношении компонентов, мас.ч: бутадиен-стирольный каучук СКС-30-АРМ 100; модифицированная резиновая крошка 20,0-50,0; сера 0,5-1,5; альтакс 0,5-1,0; оксид цинка 0,5-1,0; стеариновая кислота 0,5-1,0; пластификатор 3,0-5,0. Технический результат состоит в повышении физико-механических характеристик композиции и улучшении экологии. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

 

Изобретение относится к резиновой промышленности, может быть использовано для получения эластомерных композиций для нашпальных прокладок, применяемых в железнодорожной отрасли.

Известна композиция для изготовления нашпальных резиновых прокладок, состоящая из каучука, регенерата, вулканизующих агентов и других целевых добавок [ТУ 32 ЦП - 816-95], включающая, мас.ч.: бутадиен-стирольный каучук СКС - 30-АРМ - 100,0; регенерат - 25,0-50,0; серу - 3,0; альтакс - 0,5; оксид цинка - 1,0; стеариновую кислоту - 1,0; пластификатор - 5,0 - аналог 1.

Недостатком данной композиции является использование в качестве ее компонента регенерата, производство которого как в России, так и за рубежом в последние годы продолжает сокращаться. Сокращение производства регенерата обусловлено более строгим законодательством по охране окружающей среды [Rubb. a. Plast. News. 1991. V.21. N 10. P.9, Europ. Rubb. J. 1991. V.23. N 1. P.26]. Возникают также проблемы, связанные с высокой температурой технологических процессов производства регенератов, применением агрессивных химикатов [H.Schwenke. Kautsch; Gummi u. Kunstst. 1992. Bd. 45. N 1. S.60-67], расходом энергии [U.Schmidt, E.Kreipe. Kautsch. Gummi u. Kunstst. 1995. Bd. 48. N 4. S.244-253]. Все это приводит к тому, что с экономической точки зрения использование регенерата из резин является нерентабельным, и не удешевляет изделия [Elastomerics, 1991, v.123, N 12, p.11]. Кроме того, применение регенерата ухудшает механические свойства резин [Jacek Marguta. Polim. Twors. Wielkoczasteczk. 1993. V.38. N 3. S.132-135].

Известно, что взамен регенерата в качестве эластичного наполнителя в резиновых композициях можно использовать резиновую крошку, полученную измельчением отработанных резиновых изделий. Измельчение, как способ утилизации отработанных резиновых изделий, является в настоящее время наиболее перспективным. Во-первых, это выгоднее экономически - затраты на осуществление измельчения на 30-50% меньше, чем на производство регенерата [Е.М.Соловьев в кн. "Вторичное использование полимерных материалов" под ред. Е.Г.Любешкиной. М.: Химия, 1985, с.135] и, во-вторых, экологически безопаснее.

Известна резиновая композиция для изготовления резиновых деталей для железнодорожных переездов, включающая помимо каучука и вулканизующих агентов измельченную резиновую крошку, полученную измельчением шероховки протекторов [Е.М.Соловьев в кн. "Вторичное использование полимерных материалов" под ред. Е.Г.Любешкиной, М.: Химия, 1985, с.135].

Недостатком данной известной композиции являются низкие физико-механические характеристики.

Большой проблемой является замена и утилизация изношенных нашпальных резиновых прокладок (ежегодно приходится заменять около 3500 штук/км), которые до сих пор выбрасывают или сжигают, что приводит к загрязнению окружающей среды. Таким образом, измельчение и повторное использование отработавших свой срок нашпальных резиновых прокладок приведет к существенному их удешевлению и улучшению экологической ситуации.

Известна резиновая композиция для изготовления нашпальных резиновых прокладок, включающая бутадиен-стирольный каучук СКС-30-АРМ - 100,0, продукт вторичной переработки резины и целевые добавки: серу - 0,5-1,5, альтакс - 0,5-1,0, оксид цинка - 0,5-1,0, стеариновую кислоту - 0,5-1,0 и пластификатор - 3,0-5,0 мас.ч. Смесь вместо регенерата в качестве продукта вторичной переработки резины содержит измельченную резиновую крошку 5,0-20,0 мас.ч. [Патент RU 2147026 С1] - аналог 2.

По технической сущности и достигаемому результату наиболее близкой к заявляемому решению являются композиция, содержащая модифицированную резиновую крошку (15.0-35,0 мас.ч.), полученную в результате измельчения резины в присутствии химически активного модификатора, выбранного из группы: нитрол-N(2-метил-2-нитрозопропил)-n-4-нитрозоанилин, метафениленбисмалеинимид, резорцин-уротропин [Патент RU 2147025 С1] - прототип.

Недостатком данных технических решений является использование в композициях резиновой крошки с ограниченной степенью дисперсности (менее 2 мм) в количестве, не более 20,0 и 35,0 мас.ч., что не приводит к заметному экономическому результату по сравнению со смесью (ТУ 32 ЦП - 816-95), содержащей 50,0 мас.ч. регенерата.

Изобретение решает задачу создания эластомерной композиции для изготовления нашпальной прокладки, обладающей высокими физико-механическими характеристиками и позволяющей утилизировать изношенные нашпальные резиновые прокладки и другие резиновые изделия и повторно использовать в составе композиций.

Техническим результатом предлагаемого решения является расширение ассортимента модификаторов утилизации отработанных резиновых изделий и резиновых отходов. Измельчение и повторное использование отработавших свой срок нашпальных прокладок в составе композиций приведет к существенному их удешевлению и улучшению экологической ситуации.

Указанный технический результат достигается тем, что в состав эластомерной композиции, предназначенной для изготовления нашпальной прокладки, в качестве продукта вторичной переработки резины водят модифицированную резиновую крошку, полученную в результате измельчения резины в присутствии модификатора - хинолового эфира ЭХ-10 (0,0'-бис-(1,3,5-три-трет.бутилциклогексадиен-2,5-он-4-ил)-2-метил-5-изо-пропил-n-бензохинон-диоксима), при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

бутадиен-стирольный каучук СКС30-АРМ	100,0
модифицированная резиновая крошка	20,0-50,0
сера	0,5-1,5
альтакс	0,5-1,0
оксид цинка	0,5-1,0
стеариновая кислота	0,5-1,0
пластификатор (масло ПН-6)	3,0-5,0

Применяемые каучуки и входящие в резиновые смеси ингредиенты широко используются в резиновой промышленности.

Модифицированную резиновую крошку дисперностью до 4,0 мм получают измельчением отработанных изношенных нашпальных прокладок или других резиновых изделий роторным, валковым или упругодеформационным методом в присутствии хинолового эфира ЭХ-10 (ТУ 6-09-5041-83).

В отличие от прототипа предлагаемая эластомерная композиция может включать до 50 мас.ч. модифицированной хиноловым эфиром ЭХ-10, резиновой крошки, дисперсностью до 4,0 мм, без ухудшения физико-механических показателей. Доказательством служит отсутствие в литературе, включая патентную, сведений о применении хинолового эфира ЭХ-10 для модификации резиновой крошки и применении данной модифицированной крошки в заявляемом соотношении для изготовления композиций, предназначенных для нашпальных резиновых прокладок.

Введение в эластомерную композицию модифицированной хиноловым эфиром резиновой крошки, полученной измельчением отработанных изношенных нашпальных прокладок или других резиновых изделий, в заявленном соотношении и количестве позволяет повысить механические показатели получаемых резин, снизить их стоимость, решить вопрос утилизации изношенных резиновых изделий.

Известно, что на механическое поведение композиций, содержащих резиновую крошку, в значительной степени влияют характер и реакционная способность ее поверхности. Поверхностная обработка (модификация) резиновой крошки позволяет значительно улучшить свойства материалов по сравнению с аналогичными материалами, содержащими необработанную крошку [Е.М.Соловьев в кн. "Вторичное использование полимерных материалов" под ред. Е.Г.Любешкиной. М.: Химия, 1983, с.135, Т.М.Абалихина и др. Кожевенно-обувная промышленность. 1989. N 6, с.40-42, Elastomerics, 1992, v.124, N 1, р.9]. При использовании модифицированной крошки повышается ее адгезия к каучуку, что позволяет увеличить содержание резиновой крошки в эластомерных композициях, тем самым приводит к экономии сырья - каучуков и ингредиентов.

Возможности достижения положительного эффекта при осуществлении изобретения иллюстрируют примеры 1-12 таблицы 1.

Пример 1

Композицию состава, мас.ч.:

каучук СКМС-30АРМ	100
сера	1,5
альтакс (дибензтиазолилдисульфид)	1,0
оксид цинка	1,0
стеариновая кислота	0,5
пластификатор (масло ПН-6)	5,0
модифицированная резиновая крошка дисперсностью 3 мм	25,0

готовят на вальцах или в резиносмесителе. Время смешения 25 мин. Из композиции готовят стандартные образцы и вулканизуют в прессе при температуре 143°C в течение 20 мин.

Модифицированную резиновую крошку получают измельчением отработанных изношенных нашпальных прокладок роторным, валковым или упругодеформационным методом в присутствии хинолового эфира ЭХ-10.

Испытания механических свойств резин проводят согласно ГОСТ 270-75, ГОСТ 263-75. Измеряют условную прочность при растяжении (σ, МПа), относительное удлинение при разрыве (ε, %), твердость по Шору (Н, усл.ед.). Согласно ТУ 32 ЦП - 816-95 требования к этим характеристикам резин для нашпальных прокладок следующие: σ=7,3 МПа, ε=200%, Н=57-72 усл.ед.

Согласно приведенному в примере 1 способу готовят резиновые смеси составов, представленных в примерах 2-8. Состав резиновых смесей и результаты испытаний полученных резин приведены в таблице 1.

Как видно из таблицы, механические характеристики предлагаемой композиции (пример 1) превосходят соответствующие показатели известной композиции (аналога 1, пример 9) [ТУ 32 ЦП - 815-95] и практически находятся на уровне показателей композиций, изготовленных с применением немодифицированной (пример 10) и известной модифицированной (пример 11) крошки.

Из результатов испытаний резин, приведенных в таблице, видно, что получаемые в данном примере показатели входят в диапазон показателей резин, требуемых по ТУ 32 ЦП - 816-95 для резиновых нашпальных прокладок.

Примеры 2-4 включают средние дозировки ингредиентов и модифицированной крошки дисперсностью от 2 до 4 мм.

Как видно из таблицы, механические характеристики композиций (примеры 2-4) превосходят соответствующие показатели известной композиции (аналога 1 - пример 9) [ТУ 32 ЦП - 815-95] и практически находятся на уровне показателей композиций, изготовленных с применением немодифицированной (аналог 2 - пример 10) и известной модифицированной (пример 11) крошки.

Повышение размера модифицированной хиноловым эфиром ЭХ-1 резиновой крошки до 4 мм (пример 2), по сравнению с 2 мм - для смеси, приведеной в примере 10, не приводит к заметному ухудшению физико-механических показателей получаемых резин.

Результаты испытаний резин показали, что полученные в данных примерах показатели входят в диапазон показателей резин, требуемых по ТУ 32 ЦП - 816-95 для резиновых нашпальных прокладок.

В примерах 5, 6 приведены составы и свойства резиновых смесей и резин, включающие граничные дозировки ингредиентов и модифицированной крошки, дисперсностью 2,0 и 4,0 мм.

В примерах 7 и 8 приведены состав и свойства резиновых смесей и резин с запредельными дозировками ингредиентов и дисперсностью модифицированной крошки 5,0 мм (пример 8), превышающей дисперсность, заявляемую в изобретении.

Для сравнения готовят и испытывают композиции: с 50 мас.ч. регенерата (пример 9) - аналог 1, с немодифицированной измельченной резиновой крошкой (ИРК) дисперсностью 2 мм, полученной измельчением прокладок нашпальных, (пример 10) - аналог 2 и с 35 мас.ч. измельченной резиновой крошки, дисперсностью 2,0 мм, модифицированной нитрол-N(2-метил-2-нитрозопропил)-п-4-нитрозоанилином (мод. ИРК) (пример 11) - прототип.

Результаты испытаний резин показали, что полученные в примерах 5 и 6 показатели входят в диапазон показателей резин, требуемых по ТУ 32 ЦП - 816-95 для резиновых нашпальных прокладок.

При этом максимальное содержание модифицированной хиноловым эфиром ЭХ-10 резиновой крошки в составе эластомерных композиций (50,0 мас.ч. на 100,0 мас.ч. каучука - пример 6) превосходит содержание модифицированной крошки (35 мас.ч.) в смеси-прототипе (пример 11). Повышение содержания модифицированной резиновой крошки в составе эластомерной композиции до 60,0 мас.ч. (пример 7) приводит к ухудшению физико-механических показателей резин. Получаемые в данном примере показатели не входят в диапазон показателей резин, требуемых по ТУ 32 ЦП - 816-95.

Увеличение размера модифицированной хиноловым эфиром ЭХ-10 резиновой крошки до 4 мм (по сравнению с 2 мм - для смеси-прототипа) не приводит к заметному ухудшению физико-механических показателей получаемых резин (примеры 2 и 6). Однако при использовании крошки размером 5 мм (пример 8) наблюдается заметное снижение показателей прочности и относительного удлинения, и повышение твердости резин. Получаемые в данном примере показатели не входят в диапазон показателей резин, требуемых по ТУ 32 ЦП - 816-95.

Пример 12

Согласно приведенному в примере 1 способу готовят резиновые смеси состава, приведенного в примере 12 таблицы 1.

Модифицированную резиновую крошку для данного примера получают измельчением резиновых выпрессовок, образующихся при вулканизации резинотехнических изделий, в присутствии хинолового эфира ЭХ-10.

Результаты испытаний резины показали, что полученные в примере 12 показатели входят в диапазон показателей резин, требуемых по ТУ 32 ЦП - 816-95 для резиновых нашпальных прокладок.

Таким образом, анализ полученных данных показал, что предлагаемая эластомерная композиция для нашпальных резиновых прокладок может включать до 50 мас.ч. модифицированной хиноловым эфиром ЭХ-10 резиновой крошки, дисперсностью до 4,0 мм без ухудшения физико-механических показателей, что приводит к экономии сырья - каучуков и ингредиентов.

Введение в эластомерную композицию модифицированной хиноловым эфиром резиновой крошки, полученной измельчением отработанных изношенных нашпальных прокладок или других резиновых изделий, позволяет повысить механические показатели получаемых резин, снизить их стоимость, решить вопрос утилизации изношенных резиновых изделий.

1. Композиция для изготовления нашпальных резиновых прокладок, включающая бутадиен-стирольный каучук СКС-30-АРМ, продукт вторичной переработки резины и целевые добавки: серу, альтакс, оксид цинка, стеариновую кислоту и пластификатор, отличающаяся тем, что в качестве продукта вторичной переработки резины она содержит модифицированную измельченную резиновую крошку, полученную в результате измельчения резины в присутствии 0,0'-бис-(1,3,5-три-третбутилциклогексадиен-2,5-он-4-ил)-2-метил-5-изо-пропил-n-бензохинон-диоксима при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

Бутадиен-стирольный каучук СКС-30-АРМ	100
Модифицированная резиновая крошка	20,0-50,0
Сера	0,5-1,5
Альтакс	0,5-1,0
Оксид цинка	0,5-1,0
Стеариновая кислота	0,5-1,0
Пластификатор	3,0-5,0

2. Композиция по п.1, отличающаяся тем, что в качестве продукта вторичной переработки резины она содержит модифицированную резиновую крошку, полученную измельчением изношенных нашпальных резиновых прокладок.