Размещено на http://www.allbest.ru/

24

Размещено на http://www.allbest.ru/

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Модификация поверхности технического углерода и её влияние на технологические и физико-механические свойства резин

Корнев Юрий Витальевич

Москва - 2007

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

технический углерод эластомерный материал

Актуальность проблемы. Повышение требований к эксплуатационным характеристикам эластомерных материалов, расширение областей их применения, увеличение производительности перерабатывающего оборудования, сокращение производственных расходов и снижение загрязненности окружающей среды, вызывает необходимость изыскания новых путей получения эластомерных материалов и изделий. Наибольшее влияние на изменение свойств эластомерных материалов оказывают наполнители и, в первую очередь, широко применяемый в резиновой промышленности технический углерод. В связи с этим, важное значение имеет получение новых типов технического углерода, направленных на улучшение технологических свойств резиновых смесей и обеспечение необходимого комплекса свойств эластомерных материалов и изделий.

Промышленность технического углерода постоянно ориентируется на требования своего основного потребителя - шинную промышленность. В последнее время внимание производителей шин уделяется снижению сопротивления качению, улучшению сцепных свойств с мокрой дорогой при сохранении износостойкости на высоком уровне. Сегодня для обеспечения высоких эксплуатационных характеристик шин в резинах, в качестве наполнителя применяется система кремнекислота/органосилан + технический углерод в определённых соотношениях. Система кремнекислота/органосилан придает резинам более низкое сопротивление качению и одновременно улучшает сцепные свойства, но она дороже технического углерода и менее технологична. В связи с этим, оптимизация состава резин с техническим углеродом в качестве наполнителя, а также применение процессов модификации (как химических, так и физических) поверхности технического углерода с целью улучшения его свойств, могут быть достаточно эффективны и иметь преимущества в сравнении с традиционными решениями по стоимости, технологичности и эксплуатационным характеристикам готовых изделий.

Следует отметить, что опытные образцы и некоторые серийные марки модифицированного техуглерода уже представили ведущие мировые производители активных наполнителей для эластомерных материалов такие как Кэбот (Cabot Corp. - США) и Дегусса (Degussa Сorp. - Германия).

Определённый интерес для химической обработки поверхности технического углерода представляют некоторые олигомерные соединения с функциональными группами, например гидроксил-содержащие олигомеры. В большинстве своем гидроксил-содержащие олигомеры хорошо растворимы в воде и органических растворителях и проявляют свойства поверхностно-активных веществ, вследствие чего применение их в промышленном процессе изготовления техуглерода на стадии гранулирования представляет значительный интерес.

Таким образом, одним из направлений для регулирования свойств наполненных эластомерных материалов является модификация поверхности технического углерода.

Цель работы. Целью работы является исследование химической модификации поверхности технического углерода гидроксил-содержащими химическими соединениями, разработка методов и условий процесса модификации и определение влияния модифицированного технического углерода на технологические и физико-механические свойства эластомерных материалов.

Научная новизна. Изучено действие водорастворимых гидроксил-содержащих соединений лапрамола 294 (N,N,N',N'-тетрагидроксипропил-этилендиамин - продукт взаимодействия окиси пропилена с этилендиамином) и полифурита (олигоокситетраметиленгликоль - продукт полимеризации тетрагидрофурана) в качестве модификаторов поверхности технического углерода, а также лапрамола 294 в качестве ингредиента в резиновых смесях и вулканизатах. Показано различие в действии лапрамола 294, взятого в равных количествах, в зависимости от условий его применения: в качестве самостоятельного ингредиента или в качестве модификатора технического углерода.

Установлено, что в ходе процесса модификации технического углерода происходит образование функциональных групп на его поверхности, что подтверждено физико-химическими методами: ТГА, ДСК, методом определения относительной термодесорбции, измерением рН водной суспензии. Определена взаимосвязь между изменением поверхности технического углерода в ходе предложенного процесса модификации и свойствами резиновых смесей и вулканизатов. Показана возможность взаимодействия модифицированной поверхности технического углерода со связующим агентом (органосиланом), обеспечивающим дополнительную связь такого технического углерода с эластомерной матрицей.

Практическая значимость. Изучен процесс и предложены методы химической модификации поверхности технического углерода с применением в качестве модификаторов двух соединений: полифурита и лапрамола 294. Получен модифицированный технический углерод на основе марки N220, резиновые смеси и вулканизаты с которым обладают рядом ценных специфических свойств: пониженной склонностью к подвулканизации, увеличенной прочностью, увеличенным относительным удлинением, увеличенным сопротивлением к действию ударных нагрузок, улучшенной усталостной выносливостью.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях, симпозиумах и выставках: международной конференции «International Rubber Conference» (Москва, 2004); ХI и ХIII международных научно-практических конференциях «Резиновая промышленность. Сырье, материалы, технологии» (Москва, 2005 и 2007); 14, 15, 16, 17 симпозиумах «Проблемы шин и резинокордных композитов» (Москва, 2003, 2004, 2005, 2006); 1-ой и 2-ой научно-технической конференции молодых учёных «Наукоемкие химические технологии» (Москва, МИТХТ, 2005, 2007); На всероссийской выставке научно-технического творчества молодёжи ”НТТМ” (Москва, ВВЦ, 2007), работа отмечена дипломом.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 печатных работ, в том числе в журналах, аккредитованных ВАК 1 публикация и 1 находится в печати.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из Введения, литературного обзора, объектов и методов исследования, экспериментальной части, заключения, выводов, списка цитируемой литературы (110 ссылок). Работа изложена на 140 страницах машинописного текста, содержит 27 таблиц и 32 рисунка.

Объекты и методы исследования. Основными объектами исследования являлись: бутадиен-стирольные каучуки эмульсионной полимеризации (СКС-30 АРК) и растворной полимеризации (SE-SLR 4400 - аналог ДССК), (SE-SLR 4601 - аналог ДССК), технический углерод марки N220 и соединения, взятые в качестве модификаторов: полифурит - олигоокситетраметиленгликоль - продукт полимеризации тетрагидрофурана и лапрамол 294 - N,N,N',N'-тетрагидроксипропилэтилендиамин - продукт взаимодействия окиси пропилена с этилендиамином, а также модельные резиновые смеси и резины, содержащие данные соединения. В работе были использованы следующие методы исследования: зондовая сканирующая микроскопия, ДСК (дифференциальная-сканирующая калориметрия), ТГА (термогравиметрия), метод относительной термодесорбции и адсорбции (часть метода КомпАС), измерение рН водной суспензии технического углерода и другие физико-химические методы, стандартные методы физико-механических испытаний эластомерных материалов, специально разработанные методики.

1. ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении и литературном обзоре обоснована актуальность темы диссертации, сформулирована цель работы, пути её реализации, научная новизна и практическая значимость.

Проведение процесса модификации технического углерода

В качестве исходного образца был выбран технический углерод марки N220. В качестве модификаторов использовали полифурит и лапрамол 294 (табл. 1). Процесс модификации проводили как по методике, разработанной в ООО «НТЦ «НИИШП», так и по методу, разработанному на кафедре ХТПЭ в МИТХТ. Техника проведения модификации поверхности технического углерода по методу ООО «НТЦ «НИИШП» заключалась в следующем: готовили водный раствор лапрамола 294 из расчёта 3 м. ч. лапрамола 294 на 100 м. ч. технического углерода, затем добавляли в водный раствор лапрамола 294 технический углерод и проводили процесс ультразвукового диспергирования суспензии технического углерода. После процесса диспергирования суспензию помещали в термошкаф и проводили процесс сушки в 2 стадии. Первую стадию сушки осуществляли при 150°С, на этой стадии из суспензии технического углерода испаряется вода и весь модификатор остаётся на поверхности технического углерода. Вторая стадия сушки представляет собой процесс термической обработки технического углерода с модификатором при температуре порядка 260^оС.

Метод, разработанный в МИТХТ, отличается тем, что водный раствор модификатора определённой концентрации впрыскивался в камеру турбулентного смесителя с исходным техническим углеродом в несколько приёмов с промежуточным размалыванием образующихся гранул в виброинерционной дробилке (для более равномерного распределения модификатора по поверхности технического углерода) и окончательной сушкой техуглерода в термостате.

Таблица 1. Некоторые физико-химические свойства полифурита и лапрамола 294

Данный способ модификации максимально приближен к одной из стадий промышленного производства технического углерода - гранулированию. В этом случае процесс модификации технического углерода также завершался термообработкой полученного продукта при температуре порядка 260^оС.

Процесс термической обработки и температура на стадии термической обработки были выбраны после исследования свойств модификаторов технического углерода с ростом температуры. В частности, нами было исследовано поведение соединения лапрамол 294 на воздухе с ростом температуры методом ТГА (термографический анализ) и методом определения температуры начала кипения по ГОСТ 2177. Метод определения температуры начала кипения по ГОСТ 2177 заключается в постепенном нагревании образца и определении температуры, при которой конденсируются пары в случае кипения исследуемого соединения. Что касается модификатора - лапрамола 294, то при проведении испытания по ГОСТ 2177 в диапазоне температур 170°С - 280°С конденсируются продукты распада модификатора, а не сам модификатор. Это подтверждает и метод ТГА, результаты которого показывают значительное падение массы для лапрамола 294 в данном диапазоне температур (рис.1).

Рисунок 1. Изменение массы лапрамола 294 с ростом температуры.

Исследование свойств модифицированного технического углерода.

На рис.2. показан тепловой поток, отнесённый к единице массы для различных видов техуглерода. Для техуглерода с нанесённым на поверхность модификатором, наблюдается экзотермический эффект по отношению к исходному образцу, в диапазоне температур 150 - 300°С. Мы связываем это с окислением модификатора на поверхности технического углерода.

Рисунок 2. Тепловой поток, отнесённый к единице массы, для различных видов технического углерода.

Методом относительной термодесорбции было определено общее количество десорбированных веществ как физически, так и химически связанных с поверхностью техуглерода (в относительных единицах). Для модифицированного двумя способами техуглерода этот показатель выше (рис. 3), чем для исходного техуглерода, что свидетельствует о появлении новых функциональных групп на его поверхности.

Рисунок 3. Количество десорбированных веществ с поверхности технического углерода при 800°С в среде гелия.

Таким образом, на стадии термической обработки в процессе модификации технического углерода происходит распад и окисление модификатора и взаимодействие продуктов его распада с поверхностью технического углерода, что приводит к образованию новых функциональных групп на поверхности наполнителя. Это подтверждается также изменением уровня рН водной суспензии модифицированного технического углерода по сравнению с исходным (табл. 2).

Таблица 2. Изменение рН водной суспензии технического углерода

после процесса его модификации полифуритом и лапрамолом 294

Обработанный технический углерод проходил те же стадии эксперимента, что и модифицированный технический углерод, но без добавления модификатора. Техуглерод с нанесённым на поверхность лапрамолом 294 имеет бьльшее значение рН, по сравнению с исходным техуглеродом, что связано с высоким уровнем рН самого лапрамола 294 (табл. 1).

2. Исследование свойств резиновых смесей и вулканизатов с модифицированным техническим углеродом в качестве наполнителя и лапрамолом 294 в качестве ингредиента

Модифицированный технический углерод и лапрамол 294 вводились в модельные резиновые смеси. Смеси изготавливали на основе бутадиен-стирольных каучуков как эмульсионной (СКС-30 АРК), так и растворной (SE SLR-4601 и SE SLR-4400 производства Dow Chemical Company) полимеризации. В основном проводились эксперименты с каучуками растворной полимеризации, т. к. они содержат меньше примесей, которые могут влиять на взаимодействие наполнитель - эластомерная матрица.

Результаты определения вулканизационных характеристик смесей с модифицированным техническим углеродом в качестве наполнителя приведены в табл. 3. Модификация в данном эксперименте проводилась по методу НИИШП, смешение проходило на вальцах при температуре не выше 70°С.

Таблица 3. Вулканизационные характеристики резиновых смесей с модифицированным техническим углеродом.

*Смеси на основе каучука SE SLR-4400.

**Смеси на основе каучука СКС-30 АРК.

Примечание: здесь и далее M_L - минимальный крутящий момент; t_s - время начала вулканизации; M_H - максимальный крутящий момент; t₉₀ оптимальное время вулканизации; V - скорость вулканизации, рассчитанная по наклону кривой в главном периоде; t₅ и t₃₅ - время начала подвулканизации, за которое вязкость по Муни превышает минимальное значение соответственно на 5 и на 35 усл. ед.

Из полученных данных (табл. 3) видно, что модифицированный лапрамолом 294 и полифуритом техуглерод сообщает резиновым смесям меньшую склонность к подвулканизации, несколько увеличивается индукционный период вулканизации, уменьшается вязкость смесей. В целом модифицированный техуглерод положительно влияет на технологические свойства резиновых смесей. В другой серии проводились испытания смесей с лапрамолом 294 в качестве одного из ингредиентов (табл. 4). Модификация в данном эксперименте проводилась по методу МИТХТ, смешение проходило при температуре 100°С.

Таблица 4. Вулканизационные характеристики резиновых смесей с модифицированным техническим углеродом и соединением лапрамол 294 (на основе каучука SE SLR-4400).

*Модификатор лапрамол 294 вводился на стадии смешения в качестве самостоятельного ингредиента.

**Модификатор лапрамол 294 предварительно нанесён на поверхность технического углерода, но без стадии термообработки.

Из полученных данных (табл. 4) видно, что вязкость смесей с лапрамолом 294 при температуре смешения 100°С несколько уменьшается по сравнению с исходной смесью. Отмечается также уменьшение индукционного периода вулканизации в смесях с лапрамолом 294 в качестве ингредиента вне зависимости от температуры смешения, несколько увеличивается скорость вулканизации. Эти изменения можно объяснить действием лапрамола 294, в том числе и как ускорителя вулканизации, что согласуется с литературными данными о действии аминов.

Было установлено, что если изготовление смеси с лапрамолом 294 в качестве ингредиента проходит при температуре порядка 150°С, то вязкость такой смеси увеличивается по сравнению с исходной смесью.

Таблица 5. Физико-механические характеристики вулканизатов с модифицированным техническим углеродом.

*Смеси на основе каучука SE SLR-4400.

**Смеси на основе каучука СКС-30 АРК.

Анализ результатов физико-механических испытаний вулканизатов выявил у резин с модифицированным техуглеродом снижение модулей, сохранении прочности, увеличение относительного удлинения при разрыве, увеличение сопротивления раздиру (табл. 5). Возросло сопротивление разрастанию трещин при динамической нагрузке, увеличилось сопротивление истиранию, отмечается также некоторое повышение твердости (табл. 6).

Для объяснения полученных результатов, кроме традиционных представлений, использовалась концепция существования потенциала взаимодействия между наполнителем и каучуковой матрицей, которая предполагает наличие вблизи поверхности активного наполнителя слоя макромолекул с ограниченной подвижностью.

Изменение свойств вулканизатов с модифицированным техуглеродом связано с изменением его взаимодействия с эластомерной матрицей, за счёт наличия новых функциональных групп на поверхности наполнителя. В литературе по усиливающему действию технического углерода встречаются противоречивые данные о роли функциональных групп во взаимодействии его поверхности с эластомерной матрицей. С одной стороны, возможно взаимодействие функциональных групп на поверхности техуглерода с радикалами каучука при смешении, с другой стороны, функциональные группы на поверхности техуглерода могут увеличить взаимодействие наполнитель-наполнитель за счёт увеличения полярности наполнителя. В нашем случае точно установить какой эффект является доминирующим довольно сложно. Однако, для резин с модифицированным техуглеродом характерно некоторое увеличение относительного гистерезиса (табл. 5, 6) и уменьшение удельного объёмного электрического сопротивления (табл. 6), что можно связать с увеличением взаимодействия наполнитель-наполнитель. В тоже время, учитывая концепцию существования потенциала взаимодействия, увеличение относительного гистерезиса может быть вызвано увеличением количества каучука, находящегося в переходной области от псевдостеклообразного состояния в высокоэластическое вблизи поверхности активного наполнителя, что в свою очередь может быть связано с улучшением взаимодействия наполнитель-эластомерная матрица. Уменьшение удельного объёмного электрического сопротивления в случае модифицированного углерода можно связать с уменьшением расстояний между агрегатами техуглерода, в этом случае проводимость обеспечивается туннельным механизмом (частицы техуглерода не соприкасаются друг с другом). Также следует отметить существенно меньший разброс показателя удельного объёмного электрического сопротивления для резин с модифицированным техуглеродом по сравнению с исходным техуглеродом. В целом, полученные данные, в том числе, говорят о несколько ином характере диспергирования модифицированного техуглерода по сравнению с исходным образцом, что видно на изображениях, полученных с помощью сканирующего зондового микроскопа (рис. 4) по специально разработанной методике.

Рисунок 4. Данные сканирующей зондовой микроскопии для вулканизатов (определяемый параметр - модуль упругости).

Функциональные группы на поверхности модифицированного технического углерода оказывают влияние также на кинетику вулканизации (табл. 3, 4), что согласуется с литературными данными.

Таблица 6. Физико-механические характеристики вулканизатов с модифицированным техническим углеродом и соединением лапрамол 294 (на основе каучука SE SLR-4400).

*Модификатор лапрамол 294 вводился на стадии смешения в качестве самостоятельного ингредиента.

**Модификатор лапрамол 294 предварительно нанесён на поверхность технического углерода, но без стадии термообработки.

В резинах с лапрамолом 294 в качестве ингредиента или с нанесенным на поверхность технического углерода (табл. 6) отмечается увеличение твёрдости, уменьшение эластичности при 20, 100⁰С, снижение модулей, также несколько увеличивается сопротивление раздиру. Сопротивление разрастанию трещин при динамической нагрузке тоже увеличивается, но в существенно меньшей степени, чем для резин с модифицированным техническим углеродом.

Таким образом, можно сделать вывод, что лапрамол 294 как самостоятельный ингредиент в резиновых смесях и вулканизатах выступает в основном в качестве ускорителя вулканизации, способствует развитию вулканизационной сетки, возможна его роль в качестве сшивающего агента. Исходя из химического строения лапрамола 294, можно предположить, что он выступает и в качестве превентивного противостарителя. Близкие результаты были получены и в резинах на основе каучука СКИ-3.

3. Исследование свойств резиновых смесей и вулканизатов с модифицированным техническим углеродом в качестве наполнителя в сочетании со связующим агентом

В литературе имеются данные о возможном взаимодействии функциональных групп технического углерода (при определённой их концентрации) со связующими агентами, например, такими соединениями как органосиланы. Это позволяет изменять количество химических связей на границе технический углерод-эластомерная матрица и тем самым направленно регулировать свойства вулканизатов. В предыдущем эксперименте было показано увеличение количества функциональных групп на поверхности модифицированного технического углерода, поэтому интересно было проследить действие связующего агента (органосилана - Struktol SCA 98 - аналог Si-69) в сочетании с модифицированным техническим углеродом.

Вначале было исследовано влияние связующего агента на вязкость смесей при температуре смешения 150°С по сравнению с температурой смешения 100°С. Аналогичные опыты проводились с канальным техническим углеродом, который отличается большим количеством функциональных групп на его поверхности.

Таблица 7. Вязкость, определённая на вискозиметре Муни (ед. Муни) на 4-ой минуте при 100⁰С для резиновых смесей на основе каучука SE SLR-4400 с модифицированным техническим углеродом и связующим агентом Struktol SCA 98.

Исходя из того, что связующий агент реакционно-способен по отношению к функциональным группам наполнителя при температурах порядка 150°С, мы предполагали, что повышение вязкости смесей со связующим агентом будет происходить при этой температуре смешения по отношению к смешению при 100°С.

Данное предположение, в целом, подтвердилось (табл. 7). Наблюдается увеличение вязкости при температуре смешения 150°С в смесях с модифицированным техническим углеродом со связующим агентом и канальным техническим углеродом со связующим агентом, по отношению к смешению при 100⁰С (табл. 7). В смесях без связующего агента с увеличением температуры смешения наблюдается, наоборот, некоторое уменьшение вязкости.

В то же время, проведённый нами эксперимент с добавлением связующего агента в смеси с исходным техническим углеродом показал уменьшение вязкости на вискозиметре Муни (табл. 8). Добавление связующего агента в смеси с наполнителем, содержащим большее количество функциональных групп (модифицированный технический углерод, канальный технический углерод), чем исходный технический углерод, как минимум не приводит к уменьшению вязкости при температуре смешения 150°С (табл. 7). А в случае с канальным техническим углеродом наблюдается увеличение вязкости.

Таблица 8. Вязкость, определённая на вискозиметре Муни (ед. Муни) на 4-ой минуте при 100⁰С для резиновых смесей на основе каучука SE SLR-4601 с техническим углеродом и связующим агентом Struktol SCA 98 (аналог Si-69).

Приведённые выше данные свидетельствуют о том, что связующий агент взаимодействует на стадии смешения при 150°С с модифицированным техническим углеродом и с канальным техническим углеродом. Возможно, данное взаимодействие отличается от взаимодействия связующего агента с кремнекислотой. Подробных исследований механизма протекания реакций взаимодействия связующего агента с модифицированным и с канальным техническим углеродом в данной работе не проводилось.

Далее приведены результаты испытаний вулканизационных характеристик резиновых смесей с модифицированным техническим углеродом и связующим агентом: смешение при температуре 150°С, модификация по методу МИТХТ (табл. 9).

В представленных результатах (табл. 9) можно отметить снижение стойкости к подвулканизации резиновых смесей со связующим агентом, также уменьшение скорости вулканизации, но большую степень сшивания (выше M_H), по сравнению с исходными смесями. Возможно, это связано с присутствием в составе связующего агента атомов серы.

Таблица 9. Вулканизационные характеристики резиновых смесей на основе каучука SE SLR-4400 с модифицированным техническим углеродом и связующим агентом Struktol SCA 98 (аналог Si-69).

Для вулканизатов со связующим агентом характерно некоторое увеличение модулей, небольшое снижение прочности, уменьшение относительного удлинения, снижение количества циклов при испытании на изгиб с проколом, увеличение сопротивления истиранию, по отношению к исходным смесям (с модифицированным техуглеродом и канальным техуглеродом) (табл. 10).

Так же можно отметить некоторое увеличение сопротивления раздиру в случае канального технического углерода со связующим агентом по отношению к исходной смеси (с канальным техуглеродом) (табл. 10). Удельное объёмное электрическое сопротивление для канального технического углерода практически не меняется, а для модифицированного технического углерода со связующим агентом данный показатель возрастает по отношению к смеси с модифицированным техуглеродом без связующего агента.

Относительный гистерезис в вулканизатах со связующим агентом уменьшается (табл. 10), как для канального, так и для модифицированного техуглерода. Однако, в случае с последним, относительный гистерезис снижается до уровня вулканизата с исходным техническим углеродом. Результаты данного опыта свидетельствуют несколько ином взаимодействии связующего агента с модифицированным техническим углеродом, чем с исходным техническим углеродом (табл. 10, 11).

Таблица 10. Результаты испытаний вулканизатов с модифицированным техническим углеродом и связующим агентом (на основе каучука SE SLR-4400, температура при смешении 150°С).

В целом, при использовании связующего агента с исходным (не модифицированным) техническим углеродом были получены несколько схожие данные, что и с модифицированным техуглеродом: увеличение модулей, близкие значения прочности, уменьшение относительных удлинений. Однако показатель относительного гистерезиса в случае применения связующего агента с исходным техническим углеродом увеличивается (табл. 11), а с модифицированным техническим углеродом - уменьшается (табл. 10), что указывает на различие в механизмах действия связующего агента в случае модифицированного и исходного технического углерода. Возможно, связующий агент в вулканизатах с исходным техническим углеродом действует за счёт изменения параметров вулканизационной сетки, некоторого изменения степени диспергирования технического углерода. В вулканизатах с модифицированным техническим углеродом и с канальным техническим углеродом, помимо указанных процессов, связующий агент, скорее всего, оказывает влияние на свойства эластомерной матрицы с ограниченной подвижностью вблизи поверхности наполнителя, изменяя баланс химических/физических связей наполнитель-эластомерная матрица. Косвенно об этом говорит равное значение относительного гистерезиса для резин с исходным и модифицированным техническим углеродом со связующим агентом при различных значениях удельного объёмного электрического сопротивления (табл. 10).

Таблица 11. Результаты испытаний вулканизатов с исходным техническим углеродом и связующим агентом (на основе каучука SE SLR-4601, температура при смешении 150°С).

ВЫВОДЫ

1. Проведено исследование по модификации поверхности печного технического углерода низкомолекулярными органическими соединениями и показано, что направленное изменение химии поверхности технического углерода оказывает влияние на его взаимодействие с эластомерной матрицей, что создаёт дополнительную возможность для регулирования технологических, физико-механических и эксплуатационных свойств эластомерных материалов.

2. Разработаны и предложены два метода модификации технического углерода (НИИШП и МИТХТ), независимо обеспечивающие эффект модификации, что свидетельствует о воспроизводимости и достаточной стабильности протекающих физико-химических процессов на поверхности технического углерода.

3. В ходе процесса модификации технического углерода происходит изменение химии его поверхности, что подтверждается физико-химическими методами исследования: ТГА, ДСК, методом определения относительной термодесорбции, измерением рН водной суспензии и др.

4. На примере соединения лапрамол 294 показано существенное различие в технологических и физико-механических свойствах вулканизатов, в зависимости от способа его использования: в качестве модификатора технического углерода или путём введения в смесь в качестве самостоятельного ингредиента, что также подтверждает изменение состояния химии поверхности технического углерода на стадии модификации.

5. При введении связующего агента (силана) в смесь с модифицированным техническим углеродом происходит взаимодействие связующего агента с этим наполнителем. Это обеспечивает снижение уровня гистерезисных потерь вулканизатов, по сравнению с вулканизатами с модифицированным техническим углеродом без силана. Показано отличие в действии связующего агента в сочетании с исходным и модифицированным техническим углеродом, что проявляется в различном изменении показателей относительного гистерезиса по сравнению с исходными образцами.

6. Показано, что только в результате термообработки на стадии модификации происходит изменение химии поверхности наполнителя, о чём свидетельствует различие в данных по технологическим и физико-механическим свойствам для резин с модифицированным техническим углеродом и техническим углеродом с нанесённым на поверхность модификатором, но без термообработки.

7. Показано, что в ходе процесса модификации может быть получен технический углерод по свойствам приближенный к канальному техническому углероду.

Автор выражает глубокую благодарность, искреннюю признательность за предоставленную возможность в проведении эксперимента и сотрудничество д.х.н., проф. Попову А.А., д.т.н., проф. Яновскому Ю.Г., к.ф._м.н., доц. Гамлицкому Ю.А., к.т.н., в.н.с. Швачич М.В., к.ф.-м.н., зав. лаб. Молчанову С.П., к.т.н., с.н.с. Эстрину Р.И.

Основное содержание работы изложено в следующих публикациях

1. Корнев Ю.В., Басс Ю.П., Гамлицкий Ю.А. Современные представления о структуре активных наполнителей и ее влиянии на свойства эластомерного нанокомпозита // Сборник докладов четырнадцатого симпозиума Проблемы шин и резинокордных композитов, Том 1, 2003, С. 230 - 244.

2. Корнев Ю.В., Басс Ю.П., Гамлицкий Ю.А. Современные представления о структуре активных наполнителей и ее роли в усилении эластомеров // Учёные записки МИТХТ, выпуск 10, 2004, С. 49-59.

3. Корнев Ю.В., Лыкин А.С., Швачич М.В., Гамлицкий Ю.А. Управление энергетикой поверхности технического углерода с помощью модификации // Тезисы докладов международной конференции по каучуку и резине, М., 2004, С. 125.

4. Корнев Ю.В., Лыкин А.С., Швачич М.В., Гамлицкий Ю.А. Влияние модификации поверхности технического углерода на свойства модельных резин // Сборник докладов пятнадцатого симпозиума Проблемы шин и резинокордных композитов, Том 1, 2004, С.196 - 208.

5. Буканов А. М., Гамлицкий Ю.А., Корнев Ю.В., Лыкин А.С., Швачич М.В. Влияние энергии поверхности активного наполнителя на свойства резин // Институт механики сплошных сред, Сборник тезисов докладов 14-ой Зимней Школы по Механике Сплошных Сред 2005., С. 45.

6. Корнев Ю.В., Лыкин А.С., Швачич М.В., Гамлицкий Ю.А., Буканов А.М. Влияние модификации технического углерода гидроксил-содержащими олигомерами на свойства эластомера // Учёные записки МИТХТ, Тезисы докладов 1-ой научно-технической конференции молодых учёных “Наукоемкие химические технологии”, МИТХТ им. Ломоносова, 2005, Том 2, стр. 54-56.

7. Гамлицкий Ю.А., Корнев Ю.В., Жогин В.А., Швачич М.В., Буканов А.М. Современные представления о механизме усиления и методы исследования // Тезисы докладов XI международной научно-практической конференции “Резиновая промышленность: сырьё, материалы, технологии”, 16-20 мая 2005г., стр. 141-144.

8. Жогин В.А., Валиев Х.Х., Корнев Ю.В., Карнет Ю.Н., Тимашев Р.Р., Гамлицкий Ю.А., Яновский Ю.Г. Использование Атомной силовой микроскопии при анализе структуры активных наполнителей // Тезисы докладов XI международной научно-практической конференции “Резиновая промышленность: сырьё, материалы, технологии”, 16-20 мая 2005г., стр. 144-147.

9. Корнев Ю.В., Гамлицкий Ю.А., Швачич М.В., Буканов А.М. Особенности современных методов модификации поверхности технического углерода // Сборник докладов шестнадцатого симпозиума “Проблемы шин и резинокордных композитов, 17-21 октября 2005 г., Том 1, стр. 209-217.

10. Корнев Ю.В., Жогин В.А., Швачич М.В., Гамлицкий Ю.А., Буканов А. М., Яновский Ю.Г. О влиянии гидроксилсодержащего соединения на свойства резиновых смесей и вулканизатов // Сборник докладов семнадцатого симпозиума “Проблемы шин и резинокордных композитов, 16-20 октября 2006 г., Том 1, стр. 140-147.

11. Корнев Ю.В., Лыкин А.С., Швачич М.В., Гамлицкий Ю.А., Буканов А.М. Модификация поверхности технического углерода гидроксил-содержащим олигомером // Журнал Каучук и резина, № 5, 2006 г., стр. 13-16.

12. Корнев Ю.В., Юмашев О.Б., Жогин В.А., Гамлицкий Ю.А., Швачич М.В., Буканов А.М. Исследование влияния модификации технического углерода на взаимодействие его поверхности с эластомерной матрицей, технологические и физико-механические свойства резин // Тезисы докладов XIII международной научно-практической конференции “Резиновая промышленность: сырьё, материалы, технологии”, 21-25 мая 2007г., стр. 121-124.

Размещено на Allbest.ru