Эластомерная композиция на основе натурального каучука
Владельцы патента RU 2664070:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Волгоградский государственный технический университет" (ВолгГТУ) (RU)
Изобретение относится к полимерной промышленности и может быть использовано для производства автомобильных шин, напольных покрытий, промышленных шлангов, транспортеров, лент, ремней, строительных материалов. Эластомерная композиция на основе натурального каучука включает компоненты при следующем соотношении, мас.ч.: натуральный каучук 100; стеариновая кислота 0,5; оксид цинка 5,0; каптакс 0,7; сера 3,0. Натуральный каучук выделен из натурального латекса полимерным коагулянтом полидиаллилдиметиламмоний хлоридом. Обеспечивается повышение деформационно-прочностных свойств за счет увеличения средневязкостной массы каучука. 3 табл., 1 пр.
Изобретение относится к области эластомерных композиций на основе натурального каучука, предназначенных для производства автомобильных шин, полимерных напольных покрытий, промышленных шлангов, транспортеров, лент, ремней, разнообразных строительных материалов и т.д.
Известна вулканизуемая эластомерная композиция на основе натурального каучука, включающая серу или серусодержащий отверждающий агент и органический источник радикалов, выбранный из рядов непредельных или пероксидных соединений [патент US №2909584, МПК С08К 5/14, опубл. 20.10.1959].
Недостатком данной вулканизуемой композиции является образование побочных продуктов, которые остаются в составе вулканизата и придают ему неприятный запах.
Известна композиция на основе натурального каучука, содержащая серу в качестве вулканизирующего агента, ускоритель вулканизации и активатор вулканизации, выбранный из ряда карбамат аммония [патент US №2635124, МПК С08К 5/00, опубл. 14.04.1953].
Недостатком данной композиции является неусточивость при переработке используемых карбаматов аммония, так как при высокой температуре они быстро распадаются на диоксид углерода и аминосоединение.
Наиболее близкой является ненаполненная эластомерная композиция на основе натурального каучука, на 100 мас.ч. каучука содержащая вулканизующую систему в составе 0,5 мас.ч. стеариновой кислоты, 0,7 мас.ч. 2-меркаптотиазола (каптакса), 5,0 мас.ч. оксида цинка и 3,0 мас.ч. серы. Каучук, используемый в композиции выделяют из натурального латекса стандартным способом, посредством муравьиной кислоты [Большой справочник резинщика. Ч. 1. Каучуки и ингредиенты. / Под ред. С.В. Резниченко, Ю.Л. Морозова. - М.: ООО «Издательский центр «Техинформ» МАИ», 2012. - 744 с. - стр. 106, 110].
Недостатком данной композиции является загрязнение промышленных сточных вод, низкое значение рН за счет использование кислоты в процессе коагуляции, создание неприятного запаха от разложения белков и липидов в кислотной среде.
Задачей данного технического решения является разработка эластомерной композиции, обеспечивающей оптимальную густоту сшивок в вулканизате.
Техническим результатом является получение из эластомерной композиции на основе натурального каучука вулканизатов с повышенными деформационно-прочностными свойствами.
Технический результат достигается при использовании эластомерной композиции на основе натурального каучука, выделенного из натурального латекса, включающей стеариновую кислоту, оксид цинка, каптакс и серу, при этом композиция содержит натуральный каучук, выделенный путем обработки натурального латекса полимерным коагулянтом полидиаллилдиметиламмоний хлоридом, при следующем соотношении компонентов композиции, мас.ч.: натуральный каучук 100, стеариновая кислота 0,5, оксид цинка 5,0, каптакс 0,7, сера 3,0.
Сущностью изобретения является использование качественно другого натурального каучука, выделенного из раствора стандартного высокоаммиачного натурального латекса ГОСТ 29081-91 с помощью полимерного коагулянта полидиаллилдиметиламмоний хлорида (ПДАДМАХ), который разрушая эмульсионную систему латекса, взаимодействует с эмульгатором (белково-фофолипидным слоем) с образованием нерастворимого и недиссоциирующего комплекса с аминокислотами:
,
который остается в структуре каучука (подтверждается большим содержанием азота в каучуке). В результате качественного изменения каучука увеличивается его средневязкостная молекулярная масса, что обеспечивает улучшение деформационно-прочностных характеристик вулканизатов, полученных из эластомерных композиций на его основе.
Для выделения каучука использовался полиэлектролит водорастворимый катионный - полидиаллилдиметиламмоний хлорид (ПДАДМАХ) марки ВПК-402 ТУ 2227-184-00203312-98 «Каустик».
Составы эластомерных композиций на основе натурального каучука приведены в таблице 1.
Содержание азота в каучуке определено на установке элементного анализа Elementar vario EL. Вязкость растворов полимеров для расчета средневязкостной молекулярной массы определяли по ГОСТ 18249-72. Средневязкостная молекулярная масса рассчитывается по уравнению Марка-Хаувинка-Куна [L. Scott and A. Magat, "The Viscosity-Molecular Weight Relation for Natural Rubber," vol. 50, no. 4, pp. 1480-1483, 1943], где K=5,02⋅10-4 дл/г и α=0,667. Результаты исследований приведены в таблице 2.
Деформационно-прочностные свойства вулканизатов, полученных из эластомерных композиций на основе натуральных каучуков, представленные в таблице 3, определяли по ГОСТ 270-75.
Из таблиц 2 и 3 видно, что использование натурального каучука, полученного с помощью полимерного коагулянта и образование комплекса последнего с эмульгатором позволяет повысить молекулярную массу каучука и плотность сшивки в вулканизате (MH-ML - показатель плотности сшивки), в результате чего эластомерная композиция по примеру имеет повышенные деформационно-прочностные показатели.
Изобретение иллюстрируется следующим примером.
Пример. В емкость с 140 г латекса (с содержанием каучука 61%) прилили дистиллированной воды (1 мас.ч. натурального латекса по ГОСТ 29081-91 на 2 мас.ч. воды). В разбавленный латекс при перемешивании ввели 1 мас.% водный раствор полимерного коагулянта ПДАДМАХ дозировкой 5 кг/т каучука (42 г раствора). Время коагуляции составляло в диапазоне 6-10 часов. Полноту коагуляции оценивали визуально по прозрачности серума (латексного раствора) или гравиметрическим методом. Выделенную крошку каучука отделяли от серума, промывали водой и высушивали при температуре 100-110°С в течение 3,5-4 часов.
Выход натурального каучука составил 95,5%.
Вулканизат из эластомерной композиции на основе полученного натурального каучука, в соответствии с составом, указанным в таблице 1, был получен на вальцах в течение 10 мин.
Таким образом, использование эластомерной композиции на основе натурального каучука, выделенного из натурального латекса путем его обработки полимерным коагулянтом полидиаллилдиметиламмоний хлоридом, включающей стеариновую кислоту, оксид цинка, каптакс и серу, при заявленном соотношении компонентов позволяет получить вулканизаты с повышенными деформационно-прочностными свойствами.
Эластомерная композиция на основе натурального каучука, выделенного из натурального латекса, включающая стеариновую кислоту, оксид цинка, каптакс и серу, отличающаяся тем, что композиция содержит натуральный каучук, выделенный путем обработки натурального латекса полимерным коагулянтом полидиаллилдиметиламмоний хлоридом при следующем соотношении компонентов композиции, мас.ч.:
| Натуральный каучук | 100 |
| Стеариновая кислота | 0,5 |
| Оксид цинка | 5,0 |
| Каптакс | 0,7 |
| Сера | 3,0 |
