Полимерная композиция
Владельцы патента RU 2519402:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный университет инженерных технологий"(ФГБОУ ВПО "ВГУИТ") (RU)
Изобретение относится к химической промышленности, в частности, к производству резиновых смесей, предназначенных для использования в производстве резинотехнических изделий. Полимерная композиция может использоваться для изготовления резиновых изделий различного хозяйственного назначения, работающих в контакте с агрессивными средами, при повышенных температурах, так и для создания конструкционных изделий вместе с резинами на основе каучуков общего назначения. Полимерная композиция содержит бутадиен-нитрильный каучук СКН-40, серу, альтакс, дифенилгуанидин, белила цинковые, кислоту стеариновую, дибутилфталат, модификатор - смесь фуллеренов фракции С50 - С92 и противостарители - ацетонанил Р и диафен ФП и наполнитель смесь технического углерода П-234 и мела ММО. Техническим результатом изобретения является разработка рецептуры полимерной композиции с улучшенными технологическими свойствами, повышенной прочностью и стойкостью к воздействию агрессивных сред. 2 табл., 3 пр.
Изобретение относится к химической промышленности, в частности, к производству резиновых смесей, и может быть использовано в производстве резинотехнических изделий.
Известна полимерная композиция для изготовления уплотнительных и других изделий, работающих в контакте с маслами и топливами, которые содержат в своем составе комбинацию ингредиентов, включающую каучук бутадиен-нитрильный парафинатный БНКС-18А(АН), каучук бутадиен-нитрильный парафинатный БНКС-40А(АН), серу, N-N'-дитиодиморфолин, N-циклогексил-2-бензтиазолилсульфенамид, тетраметилтиурамдисульфид, оксид цинка, поли-2,2,4,-триметил-1,2-дигидрохинолин, N-фенил-N'-изопропил-п-фенилендеамин, парафин нефтяной, углерод технический П-803, углерод технический П-324, дибутилсебацинат, стеариновую кислоту, N-нитрозодифениламин [Патент РФ №2165440 «Полимерная композиция» Архиреева С.Н., Карнаухов Ю.Г., Летова Л.Н., Потапова С.А., Николаева Н.С., Шарипова Р.А., опубл. 20.04.2001].
Недостатком вышеописанной резиновой смеси является относительно невысокая стойкость к топливам и маслам вулканизатов, полученных на ее основе, и недостаточная прочность при разрыве.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту является полимерная композиция с улучшенными характеристиками, включающая бутадиен-нитрильный каучук СКН-18, серу, альтакс, дифенилгуанидин, оксид цинка, стеариновую кислоту, технический углерод П-803, дибутилфталат [ТУ 2512-046-00152081-2003].
Недостатком этой полимерной композиции является относительно невысокая стойкость к маслам вулканизатов, полученных на ее основе, смесь отличается невысокая скорость вулканизации, применимая только, для массивных изделий и невысокая производительность процесса для изделий массового потребления.
Технической задачей изобретения является разработка рецептуры полимерной композиции с повышенной прочностью и стойкостью к воздействию агрессивных сред.
Поставленная техническая задача изобретения достигается тем, что в полимерной композиции, характеризующейся тем, что она включает бутадиен-нитрильный каучук СКН-40, модификатор - смесь фуллеренов фракции C50-C92 и противостарители - ацетонанил P и диафен ФП, наполнитель - смесь технического углерода П-234 и мела ММО при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:
| бутадиен-нитрильный каучук СKH-40 | 56,295-55,273 |
| сера | 2,030-2,210 |
| альтакс | 1,410-1,380 |
| дифенилгуанидин | 0,169-0,166 |
| белила цинковые | 2,820-2,760 |
| кислота стеариновая | 1,130-1,100 |
| дибутилфталат | 5,630-7,180 |
| углерод технический П-234 | 11,300-11,050 |
| мел ММО | 16,900-16,570 |
| смесь фуллеренов C50-C92 | 0,056-0,111 |
| ацетонанил P | 1,100-1,130 |
| диафен ФП | 1,100-1,130, |
полученную полимерную композицию используют для изготовления резин и резинотехнических изделий, клеев и масло-бензостойких композиционных материалов и т.д.
Технический результат изобретения заключается в повышении устойчивости к воздействию агрессивных сред, повышении прочности и улучшении технологических свойств композиции, в экологической безопасности и малой токсичности готовых изделий.
Способ приготовления полимерной композиции осуществляется следующим образом.
На технических весах взвешивают каучук и остальные ингредиенты. На предварительно подогретых до 50±5°С вальцах вальцуют бутадиен-нитрильный каучук СКН-40, затем последовательно добавляют ингредиенты: технический углерод П-234, оксид цинка, стеариновую кислоту, мел ММО, дибутилфталат, ацетонанил Р, диафен ФП, смесь фуллеренов С50-С92, альтакс, дифенилгуанидин, серу; смесь готовят в течение 20 минут и снимают в виде листа при температуре не выше 100°С; полученную резиновый лист охлаждают на воздухе до 30°С и перестилают чистой прокладкой.
Полимерную композицию готовят при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:
| бутадиен-нитрильный каучук СКН-40 | 56,295-55,273 |
| сера | 2,030-2,210 |
| альтакс2,5 | 1,410-1,380 |
| дифенилгуанидин | 0,169-0,166 |
| белила цинковые | 2,820-2,760 |
| кислота стеариновая | 1,130-1,100 |
| дибутилфталат | 5,630-7,180 |
| углерод технический П-234 | 11,300-11,050 |
| мел ММО | 16,900-16,570 |
| смесь фуллеренов С50-С92 | 0,056-0,111 |
| ацетонанил Р | 1,100-1,130 |
| диафен ФП | 1,100-1,130 |
Использование в рецептуре смеси фуллеренов С50-С92 позволяет получить полимерную композицию с высокими физико-механическими показателями вулканизатов, кроме того, смесь фуллеренов обеспечивает повышение устойчивости полимерной композиции к воздействию агрессивных сред, в частности углеводородов за счет образования дополнительных химических связей в композите. Использование каучука СКН-40 позволяет частично улучшить маслобензостойкость композиции за счет повышенного содержания в каучуке нитрилакриловых групп, при этом технологические свойства композиции обеспечиваются сочетанием активного технического углерода П-234 и минерального наполнителя мела ММО в сочетании с оптимальной дозировкой вспомогательного компонента дибутилфталата. Ацетонам ил P и диафен ФП в комбинации с фуллеренами обеспечивают необходимый уровень сопротивление тепловому и усталостному старению композиции.
Разработанная полимерная композиция обладает хорошими технологическими свойствами, легко перерабатывается на существующем оборудовании, готовые изделия нетоксичны и экологически безопасны.
Полимерные композиции, изготовленные по предлагаемой рецептуре, могут применяться как самостоятельно для изготовления резиновых изделий различного хозяйственного назначения, работающих в контакте с агрессивными средами, при повышенных температурах, так и для создания конструкционных изделий вместе с резинами на основе каучуков общего назначения.
Способ поясняется следующими примерами.
Пример 1. (прототип).
Для приготовления 1 кг (100.000 мас.%) резиновой смеси на технических весах взвешивают 0.56295 кг (56.295 мас.%) каучука бутадиен-нитрильного СКН-18, 0.02820 кг (2.820 мас.%) оксида цинка, 0.01130 кг (1.130 мас.%) кислоты стеариновой, 0.05630 кг (5.630 мас.%) дибутилфталата, 0.16900 кг (16.900 мас.%) мела ММО, 0.11300 кг (11.300 мас.%) углерода технического П-234, 0.02030 кг (2.030 мас.%) серы, 0.01410 кг (1.410 мас.%) альтакса, 0.00169 кг (0.169 мас.%) дифенилгуанидина. Полимерную композицию готовят на вальцах при температуре 55°C и зазоре между валками 2 мм. Сначала вальцуют каучук в течение 3 мин., зачем поочередно добавляют все ингредиенты, кроме серы, альтакса и дифенилгуанидина, вальцуют 10 мин; после этого вводят серу, альтакс и дифенилгуанидин, вальцуют 1 мин. Общая продолжительность смешения составляет 14 минут.Полученную в виде листа резиновую смесь охлаждают на воздухе до 30°С и перестилают чистой прокладкой.
Готовую резиновую смесь анализируют и определяют: условную прочность при растяжении, относительное удлинение при разрыве (ГОСТ 21751), твердость (ГОСТ 263-75), температуру хрупкости (ГОСТ 7912-74), изменение массы в стандартных средах (ГОСТ 9.030-74), тепловое старение (ГОСТ 9.024-74). Данные анализа представлены в таблице 1.
Пример 2. Для приготовления 1 кг (100.000 мас.%) резиновой смеси на технических весах взвешивают 0.56295 кг (56.295 мас.%) каучука бутадиен-нитрильного СКН-40, 0.02820 кг (2.820 мас.%) оксида цинка, 0.01130 кг (1.130 мас.%) кислоты стеариновой, 0.05630 кг (5.630 мас.%) дибутилфталата, 0.16900 кг (16.900 мас.%) мела ММО, 0.11300 кг (11.300 мас.%) углерода технического П-234, 0.00056 кг (0.056 мас.%) смеси фуллеренов С50-С92, 0.02030 кг (2.030 мас.%) серы, 0.01410 кг (1.410 мас.%) альтакса, 0.00169 кг (0.169 мас.%) дифенилгуанидина, 0.01130 кг (1.130 мас.%) ацетонанила Р, 0.01130 кг (1.130 мас.%) диафена ФП. Полимерную композицию готовят на вальцах при температуре 55°С и зазоре между валками 2 мм. Сначала вальцуют каучук в течение 3 мин., затем поочередно добавляют все ингредиенты, кроме серы, альтакса и дифенилгуанидина, вальцуют 10 мин; после этого вводят серу, альтакс и дифенилгуанидин, вальцуют 1 мин. Общая продолжительность смешения составляет 14 минут.Полученную в виде листа резиновую смесь охлаждают на воздухе до 30°С и перестилают чистой прокладкой.
Готовую резиновую смесь анализируют и определяют: условную прочность при растяжении, относительное удлинение при разрыве (ГОСТ 21751), твердость (ГОСТ 263-75), температуру хрупкости (ГОСТ 7912-74), изменение массы в стандартных средах (ГОСТ 9.030-74), тепловое старение (ГОСТ 9.024-74). Данные анализа представлены в таблице 1.
Пример 3. Для приготовления 1 кг (100.000 мас.%) резиновой смеси на технических весах взвешивают 0.55273 кг (55.273 мас.%) каучука бутадиен-нитрильного СКН-40, 0.02760 кг (2.760 мас.%) оксида цинка, 0.01100 кг (1.100 мас.%) кислоты стеариновой, 0.07180 кг (7.180 мас.%) дибутилфталата, 0.16570 кг (16.570 мас.%) мела ММО, 0.11050 кг (11.050 мас.%) углерода технического П-234, 0.00111 кг (0.111 мас.%) смеси фуллеренов С50-С92, 0.02210 кг (2.210 мас.%) серы, 0.01380 кг (1.380 мас.%) альтакса, 0.00166 кг (0.166 мас.%) дифенилгуанидина, 0.01100 кг (1.100 мас.%) ацетонанила Р, 0.01100 кг (1.100 мас.%) диафена ФП. Полимерную композицию готовят на вальцах при температуре 55°С и зазоре между валками 2 мм. Сначала вальцуют каучук в течение 3 мин., затем поочередно добавляют все ингредиенты, кроме серы, альтакса и дифенилгуанидина, вальцуют 10 мин; после этого вводят серу, альтакс и дифенилгуанидин, вальцуют 1 мин. Общая продолжительность смешения составляет 14 минут.Полученную в виде листа резиновую смесь охлаждают на воздухе до 30°С и перестилают чистой прокладкой.
Готовую резиновую смесь анализируют аналогично примеру 2. Данные анализа представлены в таблице 1.
Таблица 1
| Показатель | Прототип | Данные анализа по примерам | |
| 1 | 2 | ||
| Условная прочность при растяжении, МПа | 9,0 | 9,6 | 11,0 |
| Относительное удлинение при разрыве, % | 290 | 250 | 220 |
| Твердость по Шору А, у.е. | 66 | 74 | 79 |
| Изменение массы после воздействия (72 ч, нормальные условия), % | |||
| - изооктан /толуол (7:3) | 23,5 | 19,5 | 16,8 |
| - толуол /гексан (1:1) | 57 | 42 | 40 |
| - нефть | 6,7 | 5,1 | 4,9 |
| Нижний предел хрупкости, (С | - 45 | - 45 | - 45 |
| Старение при 100°С в течение 72 ч | |||
| - коэффициент старения по условной прочности, % | 21,9 | 22,3 | 22,5 |
| - коэффициент старения по относительному удлинению, % | 27,6 | 48,6 | 51,8 |
Как видно из таблицы 1, при внесении в полимерную композицию бутадиен-нитрильного каучука СКН-40, смеси фуллеренов С50 - С92 количестве 0,056-0,111 мас.%, мела ММО, противостарителей, ацетонанила Р и диафена ФП, свойства резин на основе каучука СКН-40 улучшаются по сравнению с ранее предложенными: относительное удлинение при разрыве и изменение массы после воздействия уменьшаются, прочность при разрыве, твердость по Шору, коэффициенты старения по условной прочности и относительному удлинению увеличиваются.
При внесении в полимерную композицию бутадиен-нитрильного каучука СКН-40, смеси фуллеренов С50-С92 в количестве менее 0,056 мас.%, мела ММО менее 16,900, ацетонанила Р менее 1,100, диафена ФП менее 1,100 свойства резин на основе каучука СКН-40 не изменяются, а смеси фуллеренов С50-С92 в количестве более 0,111 мас.%, мела ММО более 16,570 ацетонанила Р более 1,130, диафена ФП более 1,130 свойства резин на основе каучука СКН-40 ухудшаются.
Предложенная полимерная композиция позволяет: улучшить физико-механические свойства резин, обеспечить устойчивость полимерной композиции к воздействию агрессивных сред, получить экологически безопасное и малотоксичное готовое изделие.
Полимерная композиция, характеризующаяся тем, что она включает бутадиен-нитрильный каучук СКН-40, модификатор - смесь фуллеренов фракции C50 - C92 и противостарители - ацетонанил P и диафен ФП, наполнитель - смесь технического углерода П-234 и мела ММО при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:
| бутадиен-нитрильный каучук СКН-40 | 56,295-55,273 |
| сера | 2,030-2,210 |
| альтакс | 1,410-1,380 |
| дифенилгуанидин | 0,169-0,166 |
| белила цинковые | 2,820-2,760 |
| кислота стеариновая | 1,130-1,100 |
| дибутилфталат | 5,630-7,180 |
| углерод технический П-234 | 11,300-11,050 |
| мел ММО | 16,900-16,570 |
| смесь фуллеренов C50-C92 | 0,056-0,111 |
| ацетонанил P | 1,100-1,130 |
| диафен ФП | 1,100-1,130. |
