Химия и химические технологии/1. Пластмассы, полимерные и синтетические материалы, каучуки, резино-технические изделия, шины и их производство

Макаров Т.В., Шастин Д.А., Вольфсон С.И.

Казанский государственный технологический университет, Россия

Исследования структуры силанольно-сшитого каучука

СКЭПТ-70 ЭНБ методом золь-гель-анализа

Бифункциональные органосиланы, обладая органической и неорганической функциональностью, являются эффективными модифицирующими агентами полимеров. Силаны с винильной функциональностью известны как модификаторы полиолефинов, образующие в структуре поперечную сшивку, увеличивающие адгезию полимеров к неорганическим субстратам и улучшающие совместимость с наполнителями. Широкое применение в промышленности материалов на основе этилен-пропилен-диеновых эластомеров (СКЭПТ) обусловлено высокой стойкостью к озонному и тепловому старению композиций на его основе, но при этом имеющие низкие адгезионные показатели, что существенно ограничивает области использования материалов на основе СКЭПТ. В связи с этим представляет интерес модификация СКЭПТ бифункциональными органосиланами с целью повышения значений адгезионных показателей.

Для определения наличия силанольной сшивки в структуре каучука использовали метод золь-гель анализа. Количество геля в системе, молекулярную массу отрезка цепи между соседними узлами сшивки и густоту сетки модифицированного каучука СКЭПТ, рассчитывали по данным равновесного набухания образцов силанольносшитого СКЭПТ в толуоле по уравнению Флори-Ренера. Кроме того, с помощью этого метода определяли эффективность образования силанольной связи в структуре СКЭПТ в зависимости от количества введенного винилтриэтоксисилана, для чего в композиции этиленпропилендиенового каучука с содержанием пероксида дикумила в количестве 0,2 масс.ч. на 100 масс.ч. каучука последовательно вводили винилтриэтоксисилан в количестве от 1масс.ч. до 5 масс.ч. Условия проведения силанольной сшивки были приняты следующие: время гидролиза – 24 часа, время конденсации – 3 часов. Результаты представлены на рисунке 1

Рис. 1 Влияние количества силана в системе на плотность химически сшитых цепей вулканизационной сетки.

Из рисунка 1 видно, что с увеличением количества силана в системе от 1 масс.ч. до 2 масс.ч. заметно увеличивается плотность химически сшитых цепей сетки (υ_хим) и уменьшается молекулярная масса между соседними узлами сетки (М_с), что свидетельствует об увеличении густоты поперечной сетки при данных концентрациях силана в смеси. При дальнейшем увеличении количества силана в системе значения показателей М_с и υ_хим практически не изменяются. Таким образом можно сделать вывод о нецелесообразности применения органосилана выше 2 масс.ч. на 100 масс.ч. каучука.

Кинетику силанольной сшивки каучука исследовали по изменению величины процентного содержания гель-фракции в образце, в зависимости от времени гидролиза. Процесс гидролиза осуществляли в водной среде при температуре 80°С. Процесс каталитической конденсации для всех образцов проводили в термошкафу при температуре 80°С под вакуумом в течение 3 часов. Кинетику отверждения композиции исследовали по данным золь-гель анализа. Результаты представлены на рисунке 2.

Рис. 2 Кинетика процесса силанольной сшивки СКЭПТ.

Из данных рис. 2 видно, что увеличение геля в системе прекращается после 5 часов отверждения. Содержание геля в системе при отверждении в течении 5 часов составило 28,2 %.

Таким образом, в представленной работе были проведены исследования влияния рецептурно-технологических параметров на структуру вулканизационной сетки силанольно-модфицированных композиций на основе каучука СКЭПТ-70 ЭНБ. Определены оптимальные условия получения композиции и дозировки основных компонентов

Поисковая научно-исследовательская работа была проведена в рамках реализации ФЦП «научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009-2013 годы», государственный контракт №866 от 25 мая 2010 года.