32. Особенности физико-химической модификации порошкообразных ингредиентов

Прогресс в области синтеза и применения ингредиентов происходил преимущественно в направлении повышения эф­фективности их действия и совершенствования состава вулка­низующих систем. В то же время выпускные формы ком­понентов не всегда удовлетворяли и удовлетворяют условиям повышения их экологической безопасности, ставшей особенно актуальной для современной резиновой промышленности. Се­ра и многие ускорители выпускаются в виде порошков или не­качественных гранул, в результате чего они сильно пылят в подготовительных процессах производства резиновых смесей и ухудшают условия труда. Пыль ингредиентов и обра­зующиеся при вулканизации газообразные вещества в составе вентиляционных выбросов попадают в окружающую природ­ную среду и наносят вред флоре и фауне.

В процессах приготовления резиновых смесей введение компонентов серных вулканизующих систем в резиновые сме­си в виде индивидуальных порошков и гранул характеризуется следующими недостатками:

- не всегда достигается высокая степень диспергирова­ния компонентов в высоковязкой среде каучука, а в случае их применения в виде гранул, нерасплавляющихся при темпера­турах приготовления резиновых смесей, неразрушенные части гранул образуют твердые включения, что особенно нежела­тельно в производстве тонкостенных изделий. Поэтому, для улучшения распределения гранулированных компонентов в резиновых смесях, необходимо повышение температуры сме­шения и величин усилий сдвига, что вызывает дополни­тельные энергозатраты по сравнению с приготовлением рези­новых смесей с применением порошкообразных компонентов. Независимо от степени диспергирования, введение индивиду­альных порошкообразных или гранулированных компонентов в резиновые смеси приводит к их выкристаллизации на по­верхность невулканизованных заготовок. Это требует приме­нения бензина для удаления выкристаллизованных компонен­тов с поверхности заготовок перед конфекционной сборкой изделий. Пары бензина ухудшают условия труда и в составе вентиляционных выбросов попадают в окружающую среду [15], снижая экологическую безопасность производства;

- синергизм ускорителей, повышающий скорость и сте­пень вулканизации резиновых смесей и физико-механические показатели резин, проявляется в меньшей степени, чем при их введении в резиновые смеси в виде предварительно приготов­ленных композиций;

- затрудняется создание непрерывных процессов приго­товления резиновых смесей вследствие необходимости подачи в смесительное оборудование большого числа порошкообраз­ных или гранулированных компонентов.

Устранения перечисленных недостатков, связанных с вве­дением в резиновые смеси индивидуальных порошкообразных или в виде легкоразрушающихся гранул компонентов, можно достичь различными способами их модификации, в том числе капсулированием в микрокапсулы из аминсодержащих высокомолекулярных соединений, добавлением в резино­вую смесь поверхностно-активных веществ бетаинового типа в количестве 0,3-20 мас. ч., предварительным смешением всех компонентов серных вулканизующих систем (кроме техуглерода) и последующим гранулированием этой смеси, приготовлением предварительно диспергированных пастооб­разных композиций на основе одного или нескольких порош­кообразных компонентов, и применением в виде ком­позиций с полимерным связующим, позволяющим повысить стабильность компонентов при хранении и снизить их дозировки за счет улучшения диспергирования в процессе приготовления резиновых смесей. Кроме того, применение по­лимерных дисперсий компонентов серных вулканизующих систем в гранулированном виде дает возможность уменьшить количество отходов, сократить затраты энергии в процессе приготовления резиновых смесей и исключить контакт рабо­тающего персонала с пылящими компонентами. Примене­ние компонентов серных вулканизующих систем, модифици­рованных полимерными связующими, целесообразно в произ­водстве резиновых технических изделий, характеризующихся небольшим объемом потребления.

Из вышеизложенного следует, что модификация компо­нентов серных вулканизующих систем включает вопросы со­вершенствования выпускных форм порошкообразных компо­нентов с целью устранения их пыления, наибольшего прояв­ления синергического эффекта, улучшения диспергируемости в резиновых смесях и резинах, уменьшения или устранения вы­цветания на поверхность невулканизованных заготовок и ми­грации из готовых изделий в процессе эксплуатации.

Важным аспектом модификации компонентов серных вулканизующих систем является получение на основе двух и более порошкообразных компонентов легко гранулируемых эвтектических смесей, твердых растворов и молекулярных комплексов с достижением проявления их синергизма в наибольшей степени. При этом большое значение имеет выяв­ление взаимосвязи физических и химических явлений, проте­кающих в процессах модификации в бинарных и сложных сме­сях компонентов серных вулканизующих систем и влияния этих явлений на кинетику вулканизации резиновых смесей и на структуру и свойства резин.

Превращение компонентов серных вулканизующих сис­тем в эвтектические смеси, твердые растворы и молекулярные комплексы до сих пор мало изучено, несмотря на то, что все кристаллические ускорители, сера и жирные кислоты являются молекулярными кристаллами и их смешение друг с другом со­провождается образованием эвтектических смесей, твердых растворов и молекулярных комплексов. Значительный интерес представляет возможность гранулирования эвтектиче­ских расплавов без введения связующих веществ с полу­чением сыпучих, прочных и легкоплавких гранул.

Одним из способов модификации кристаллических ком­понентов серных вулканизующих систем следует считать ком­бинирование двух и более ускорителей с достижением синергического эффекта в процессах приготовления и вулканизации резиновых смесей. Согласно авторам работ би­нарные комбинации ускорителей по их действию в резиновых смесях на основе натурального каучука подразделяются на сис­темы с взаимной активацией обоих ускорителей, с активацией одного ускорителя и с аддитивным их действием. При этом си­нергизм ускорителей объясняется их химическим взаимодейст­вием с образованием активного комплекса или новых химиче­ских соединений, интенсивно взаимодействующих с серой и макромолекулами каучука.

Кемперманн полагает, что комбинация ускорителей, близких по химическому строению, не обладает синергическим эффектом. Между тем, проведенные исследования пока­зывают значительное повышение эффективности би­нарных систем ускорителей благодаря уменьшению их темпе­ратуры плавления и улучшению диспергирования в резиновых смесях в расплавленном состоянии.

Ряд авторов считает, что поиск оптимальных соче­таний, дозировок и способов введения комбинаций ускорите­лей является одним из путей регулирования индукционного периода и увеличения скорости вулканизации резиновых сме­сей при сохранении или улучшении у вулканизатов физико- механических свойств, стойкости к реверсии и тепловому ста­рению. Кроме того, совершенствование способов введения сер­ных вулканизующих систем в резиновые смеси позволяет уст­ранить выделение пыли порошкообразных компонентов в процессах смешения и уменьшить выцветание серы, ускорителей и повысить экологическую безопасность процессов приготовления резиновых смесей.