Регистрация / Вход
Прислать материал

Инновационная технология механохимической модификации каучуков

Общие сведения
Тематическое направление
Рациональное природопользование
Название доклада
Инновационная технология механохимической модификации каучуков
Название программы
-
Исполнитель проекта
Институт биохимической физики им. Н.М. Эмануэля РАН
Название проекта
-
Номер контракта
-
Докладчик (участник)
Участник
Сухарева Ксения
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Основная цель данного исследования – разработка и последующее внедрение новой технологии модификации каучука с целью его применения при создании материалов для шинной и резинотехнической промышленности.
В рамках данного исследования были поставлены следующие задачи:
- Изучение механизма механохимической галоидной модификации.
- Оптимизация технологических режимов получения галогенсодержащих каучуков.
- Создание опытных образцов и изделий на основе полученных галоидмодифицированных эластомеров и изучение их свойств.
- Применение полученных галогенсодержащих каучуков в элементах шин и резинотехнических изделий.
Актуальность и новизна исследования
Существующие в настоящее время технологии получения модифицированных (хлорированных, фторированных) каучуков являются сложным многостадийным химическим производством, основанным на хлорировании полимера в растворе с использованием газообразных агентов (галогенов). В основу предлагаемой технологии модификации каучуков положен принципиально новых подход, основанный на механохимическом инициировании процесса. Ранее модификация каучуков, а именно их галогенирование, проводилась в основном только стандартным растворным способом.
Метод механохимической модификации не применялся другими исследовательскими группами для галогенирования эластомеров. Предлагаемая нами технология отличается от существующих технологий по следующим пунктам:
‐Сокращение количества стадий (с 6 применяемых в настоящее время до 1)
-Отпадает необходимость применения газообразных галогенов, являющимися агрессивными компонентами (повышение экологической безопасности производственного процесса)
‐Значительный экономический эффект (модифицированные каучуки в 7 раз дешевле).
‐Получаемый по данной технологии продукт характеризуется новыми специфическими свойствами и возможна его более высокая
степень модификации, чем у выпускаемых аналогов (более высокое содержание галогена (хлора, фтора, брома).
Описание исследования

В результате проведенных работ были исследованы процессы, протекающие при термомеханохимической переработке каучуков общего назначения (ЭПК, БК, ЭПДК, СКИ-3, СКС, СКМС, СКД), в отсутствие галоидсодержащего модификатора с целью определения температурно-временных диапазонов их обработки,оказывающих влияние на интенсивность протекания механодеструкционных процессов. Было  проведено изучение влияния этих процессов, проявляющихся в изменении молекулярной массы и содержания гель-фракции каучуков, на свойства резиновых смесей и резин, полученных на их основе с привлечением стандартных методик для определения этих характеристик. На основании результатов, полученных при осуществлении первого этапа, была проведена галоидная механохимическая модификация эластомеров с различными по химической структуре галогенсодержащими модификаторами с применением двухроторного резиносмесителя закрытого типа. 
 

С помощью современных физико-химических методов были проведены  исследования хлорсодержащих каучуков, полученных посредством механохимической модификации. Для этой цели были  привлечены следующие методы: 

-Структурные характеристики образцов (ИК-Фурье спектроскопия, ИК-Фурье спектрометр Spectrum 100, Perkin Elmer)

- Теплофизические характеристики образцов (дифференциальный сканирующий калориметр DSC polyma - 214);

- Термогравиметрический анализ (дериватографе NETZSCH TG -209 F 1 Iris);

- Спектроскопия электронного парамагнитного резонанса (метод парамагнитного зонда (ЕМХ Bruker))

- Количественное определение содержания хлора и брома методом Шенигера (меркуриметрическим методом) и методом электронно-зондового микроанализа 

- Количественное определение фтора методом масс-спектрометрии.

Полученные эластомерные композиции были далее исследованы с целью  установления их физико-механических и эксплуатационных параметров. Были  определены реологические, пластоэластические вулканизационные характеристики резиновых смесей, а также воздействие температуры, агрессивных газовых и жидких сред, включая кислород, озон, воду, водные растворы кислот, щелочей, органических растворителей и воздействие микроорганизмов.

Для данных работ было использовано следующее оборудование: 

- Пластограф типа «Brabender» - для получения смесевых композиций; 
- Обогреваемые полимерные вальцы ВК-6 - для получения смесевых композиций; 
- Двухшнековый микроэкструдер Rheoscam, Scamex - для получения смесевых композиций методом экструзии; 
- Ручной гидравлический пресс ПРГ-10 с электронным блоком для нагрева плит - для получения пленочных образцов композиций; 
- Аналитические весы KERN ALT 220-4M; 
- Разрывная машина GPU-0,5 DLC- для определения механических характеристик образцов;

На заключительном этапе была проведена отработка технологических режимов проведения механохимической галоидной модификации, при которых достигаются оптимальные свойства эластомерных композиционных материалов на основе галоидмодифицированных каучуков. 

Результаты исследования

На данный момент в мировой литературе отсутствуют какие‐либо значимые сведения о механохимической галоидной модификации эластомеров. Основные исследования направлены на улучшение применяемой в настоящее время технологии галогенирования растворов эластомеров с применением газообразных галогенов. (RU 2148589, RU 2468037, RU 2468038, RU 2177952).

В настоящее время потребность в резиновых материалах, которые обладают сложным комплексом специфических свойств, постоянно растёт и выпускаемые в настоящее время каучуки просто не могут ее удовлетворить. В связи с этим возрастает и потребность в освоении новых технологий их производства связи с тем что в ближайшее время не возможно производства каучуков с принципиально новыми свойствами, то основным направлением в области синтеза свойств становится химическая модификация серийно выпускаемых каучуков. Анализ показал, что на данный момент наметился рост производства и потребления модифицированных каучуков в мировой промышленности. Исходя из того, что исходное сырье в виде синтетических каучуков в основном является импортируемым сырьем, то удешевление производства хлорированных каучуков, а так же резин и резиновых составов на их основе при применение используемой сейчас технологии не представляется возможным. Таким образом наша технология способна не только удешевить весь процесс производства, но так же и улучшить свойства конечных изделий из каучуков, полученных по нашей технологии модификации.

Проведение данного исследования обеспечивается научно‐техническим потенциалом проекта, высококвалифицированными и опытными сотрудниками, участвующими при реализации проекта, а также высоким уровнем материально‐технической базой, соответствующей современным международным стандартам.

На данным в качестве результата данного исследования имеется  научный задел в виде публикаций, а так же патентов по данной тематике.

1. Патент РФ №2215750 «Способ получения хлорсодержащего эластомера»

2. Патент РФ №236502 «Озоностойкая резиновая смесь для боковин радиальных шин»

3. Sukhareva K.V., Mikhailov I.А., Andriasyan Yu.О., Popov A.A. Thermomechanochemische Modifikation des Butylkautschuks in Anwesenheit von chlorhaltigen Reagenzien., GAK , https://www.gupta‐verlag.de/zeitschriften/gak‐ gummi‐fasern‐kunststoffe/06‐2016

4. Andriasyan, Y.O., Mikhaylov, I.A., Popov, A.A., Belousova, A.L., Kornev, A.E., Moskalev, Y.G. The new polyolefin chlorine‐containing cauotchoucs, obtained by solid‐ phase halide modification of tire rubber formula (2013) Research in Novel Materials, pp. 69‐76. 

5. Andriasyan, Y.O., Mikhailov, I.A., Dvoryashina, T.N., Karpova, S.G., Popov, A.A., Moskalev, Y.G.Studying the properties of elastomeric composites of SKI‐3 isoprene rubber and chlorine‐containing butyl rubber (2011) International Polymer Science and Technology, 38 (5), pp. 15‐18. 

6. Сухарева К.В., Андриасян Ю.О., Михайлов И.А., Попов А.А. Защитные покрытия на основе синтетических каучуков. // Пластические массы, 2015, №11‐12, с.57‐64  и др.

В рамках выполнения настоящего исследования было  проведено комплексное исследование, направленное как на выявление фундаментальных закономерностей реакций механохимического галоидирования, так и на экспериментальную проработку технологии с целью создания материалов для шинной промышленности и резинотехнических изделий.

 

Практическая значимость исследования
1)Сокращение количества стадий (с 6 применяемых в настоящее время до 1)
2)Себестоимость 1 тонны хлорированного каучука (ХБК), полученного по предлагаемой технологии составляет 50 000 тыс. руб, что в сравнении с 1 тонной хлорированного ХБК фирмы ExxonMobil (350 000 тыс. руб) в 7 раза ниже.
3) Простота технологического цикла и доступность исходного сырья и необходимого оборудования
4) При применении каучуков ХБК‐2,5 и ХЭПДК‐2 (полученных по предлагаемой технологии) в деталях пневматических шин повышается: сопротивление истиранию в 3 раза динамическую выносливость в 2 раза коэффициент сцепления с мокрым дорожным покрытием на 20% газонепроницаемость герметизирующего слоя озоностойкость динамическую выносливость сопротивление разрастанию трещин.
Впервые при производстве не используется газообразные галогены и органические растворители, во всех аналогичных технологиях по хлорированию и фторированию каучуков эти компоненты обязательно используются.