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

Дьячковская Т.К.¹, Слепцов А.А.¹, Пересторонина З.А.²

¹Северо-Восточный федеральный университет им. М.К.Аммосова, Якутск; ²ФГУП «НИИСК» им. С.В.Лебедева, г. С-Петербург, Россия

Влияние состава динамического термоэластопласта на основе пропиленоксидного каучука и полипропилена на его механические свойства

Специфика климатических особенностей Крайнего Севера связана с разработкой новых видов динамических термоэластопластов с уникальными эксплуатационными свойствами. Для создания материалов с требуемым комплексом свойств необходимо экспериментальное изучение свойств смесей в некотором диапазоне составов.

Целью работы является изучение влияния состава динамического термоэластопласта на основе морозостойкого пропиленоксидного каучука (СКПО) и полипропилена (ПП) на его механические свойства.

В ходе данной работы было определено влияние высокодисперсной добавки - цеолитовой пасты на механические свойства ДТЭП, а также изучена модификация его свойств путем введения полифункциональных добавок, таких как атактический полипропилен и сэвилен.

Ранее в лабораторных условиях нами была разработана и выбрана технология изготовления, а также разработана рецептура ДТЭП на основе СКПО и ПП. Анализ полученных результатов показал, что для двух показателей – условной прочности при растяжении и остаточной деформации сжатия – наблюдается экстремальная зависимость от состава смеси, оптимальным соотношением СКПО и ПП является соотношение 60 и 40 мас.ч., поскольку обладает более высокой эластичностью, чем остальные композиции, при приемлемом уровне других свойств [1]. Все композиции были получены в пластикордере резиносмесителя Brabhender PL-2200 при температуре 190 ⁰С и скорости вращения ротора 50 об./мин.

Физико-механические свойства исследованы на разрывной машине UTS-2 (Германия), оснащенной персональным компьютером и позволяющей проводить статистическую обработку результатов. Для каждого образца получены зависимости «нагрузка-удлинение» и определены следующие показатели: условная прочность при растяжении f_р, относительное удлинение при разрыве e_р, остаточное удлинение J и степень набухания Q.

Одним из эффективных способов модификации свойств полимерных материалов – введение наполнителей, которые, равномерно распределяясь в объеме композиции, образуют четко выраженную границу раздела с полимерной средой. Введение наполнителей способствует улучшению физико-механических и технологических свойств полимеров, а также увеличению объема материала (разбавление полимера), т.е. снижению его стоимости. Введение наполнителей в меньшей степени оказывает влияние на свойства ДТЭП, чем в традиционных резинах [2]. Поэтому их можно вводить в больших количествах (введение сажи до 40 мас.ч.), тем самым значительно снижая себестоимость термопластичных вулканизаторов [3].

Немаловажное значение в связи с ростом цен на сырье нефтяного происхождения имеет стоимость применяемых наполнителей. В связи с этим особое внимание уделяется наполнителям природного происхождения. Нами исследовано влияние на механические свойства ДТЭП пасты на основе природных цеолитов и ди-2-бутоксиэтиладипината (ДБЭА). Паста была получена в планетарной мельнице АГО-2С методом механохимического синтеза. Цеолиты в процессе измельчения в среде пластификатора подвергались интенсивным сдвиговым воздействиям, что приводило к интенсивному увеличению степени дисперсности. Данные динамического светорассеяния показали, что активированные в течение 3 минут цеолиты можно рассматривать как ультрадисперсный наполнитель - основная часть цеолитов представляет собой микрочастицы с размерами 1300 нм.

В целях уточнения оптимального содержания пасты на основе природного цеолита получили пять смесей с различным содержанием цеолитовой пасты (1 мас.ч, 3 мас.ч, 5 мас.ч, 10 мас.ч, 15 мас.ч).

Анализ полученных данных показал оптимальное количество цеолитовой пасты, которое составило 10 мас.ч. ДТЭП, с введенной цеолитовой пастой в количестве 10 массовых частей, обладает более высокой износостойкостью (0,06±0.03см³, увеличение в 2 раза) и малой степенью набухания в нефтяных средах (11±3%, снижение в 2 раза) при условной прочности до 5,8 МПа. Присутствие пластификатора в пасте должно приводить к снижению степени агрегации порошка, а также к улучшению взаимодействия между полимерами и другими ингредиентами, что, как предполагается, положительно влияет на прочность. Для сравнения - при введении в смесь сажи, обладающей дисперсностью и структурностью и являющейся основным усиливающим наполнителем для резин, в соотношении 10 мас.ч. показатель условной прочности достигает 4,7 МПа.

Для улучшения свойств ДТЭП применяются добавки, способствующие повышению технологической совместимости (ДСС), особенно блок сополимеров или привитых сополимеров с блоками идентичной природы полимерам смеси [4]. Повышение технологической совместимости и уменьшения размера частиц вулканизованного каучука композиции на основе термодинамически несовместимых полимеров (пропиленоксидного каучука и полипропилена), может быть достигнуто с помощью атактического полипропилена и сэвилена.

Атактический полипропилен (АПП) имеет уникальное строение, и значительно улучшенные физико-химические свойства, является полифункциональной добавкой, проявляющий повышенные адгезионные свойства из-за наличия в структуре макромолекулы полярных функциональных групп (карбонильных и гидроксильных) и двойных углерод-углеродных связей [4]. Вводя данный ингредиент в ДТЭП на основе СКПО и ПП, а также сэвилен (СЭВА), обладающий высокими адгезионными свойствами и хорошей совмещаемостью с другими полимерами, представляется возможным получить материал с высокими эластическими свойствами. табл.

Таблица. Механические показатели ДТЭП с введенными добавками (АПП и СЭВА) в зависимости от количества вулканизующих агентов.

Соотношение СКПО : ПП 60:40	fр, условная прочность при растяжении, МПа	eр, относительное удлинение, %	J, остаточное удлинение, %
Исходная	4,8 ± 0,2	66, ± 2,5	6,9 ± 0,3
АПП+СЭВА с S-2,5 мас.ч.	3,0 ± 0,2	158, ± 4,9	15,0 ± 0,9
АПП+СЭВА с S-1,5 мас.ч.	3,2 ± 0,1	70, ± 3,2	5,0 ± 0,2

Нами исследовано, что введение АПП и СЭВА приводит к увеличению пластичности - отн. удлинение при растяжении до 158 % (с серой 2,5 мас.ч) и 70 % при введении серы 1,5 мас.ч. Показано, что введение АПП и СЭВа улучшает пластические показатели, но не оказывает заметного влияния на условную прочность (ухудшается по сравнению с исходной композицией), что свидетельствует о проявлении влияния химического строения на деформационно-прочностные свойства полимеров. В зависимости от состава макромолекулярных характеристик полимеров могут проявляться как синергические, так и антогонические эффекты (совместимость – несовместимость). Эти эффекты проявляются в том, что упруго-прочностные характеристики композиций превышают аддитивные значения в случае синергизма компонентов и принимают значения меньшие аддитивных в случае антогонизма. Синергические эффекты –совмещение - известны в смесях сэвиленов с полиэтиленами [5], предполагалось, что введение сэвилена в смесь с полипропиленом также может улучшить упруго-прочностные показатели исходного ДТЭП.

Таким образом, была показана перспективность применения СКПО для получения динамических термоэластопластов, а также предложены приемы по улучшению физико-механических показателей ДТЭП на основе СКПО И ПП. Необходимо продолжение данных исследований с целью увеличения эластичности, прочности и морозостойкости композиций путем регулирования комбинацией вводимых добавок.

Литература:

1. Дьячковская Т.К. Динамические термоэластопласты на основе полипропилена и пропиленоксидного каучука// сб. мат. межд. конф. «Создание новых материалов для эксплуатации в экстремальных условиях», посвященной 75 –летию высшего образования Якутии. Якутск. 16-19 ноября 2009 г.

2. Сoran A.Y., Petel R.P. Thermoplasche Compositions. Pert II: NBR-Nylon thermoplastic Elastomeric Compositions// Rubb. Chem. And technal. – 1980. –v.53. -№4. –р. 181-794.

3. Канаузова А.А., Юмашев М.А., Донцов А.А. Получение термопластичных резин методом «динамической» вулканизации и их свойства// Тем. Обзор. –М.: ЦНИИТЭЭнефтехим. -1985. -64с.

4. Вольфсон С.И., Набиуллин Р.Р., Самуилов Я.Д. Модификация полипропилена для улучшения совместимости смешиваемых фаз, при получении маслобензостойких динамических термопластов. // Депонир. ВИНИТИ. -1999. -№2705-В99.

5. Новокшенов В.В., Мусин И.Н., Кимельблат В.И. Оптимизация свойств маслостойких термопластичных эластомерных композиций// Пласт. массы, 2009. -№3. –с.24-27.