Научный журнал

Фундаментальные исследования

ISSN 1812-7339

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 1,674

• Авторы
• Резюме
• Файлы
• Ключевые слова
• Литература

Пугачева И.Н. 1

---

1 ФГБОУ ВПО «Воронежская государственная технологическая академия», Воронеж

В работе рассматривается возможность получения органических порошкообразных наполнителей на основе целлюлозосодержащих отходов, образующихся на текстильных предприятиях. В результате эксперимента получены кислый и нейтральный органический порошкообразные наполнители. Исследованы способы ввода изготовленных, содержащих целлюлозу порошкообразных наполнителей и микрокристаллической целлюлозы в состав бутадиен-стирольного каучука на стадии его производства. Установлено, что органический кислый порошкообразный наполнитель целесообразно вводить в латекс бутадиен-стирольного каучука совместно с водным раствором коагулирующих агентов, а микрокристаллическую целлюлозу и нейтральный наполнитель – сухими в латекс непосредственно перед подачей на коагуляцию. Проведена оценка влияния порошкообразных органических наполнителей, полученных из целлюлозосодержащего волокна, на процесс выделения бутадиен-стирольного каучука из латекса и свойства получаемых композитов. Установлено, что применение кислого и нейтрального наполнителей позволяет снизить расход коагулирующего агента. Введение органических порошкообразных наполнителей в технологический процесс производства бутадиен-стирольного каучука позволяет достичь их равномерного распределения в каучуковой матрице.

Статья в формате PDF

291 KB

текстильные отходы

переработка

наполнение

коагуляция

каучук

вулканизаты

1. Никулин С.С., Пугачева И.Н., Черных О.Н. Композиционные материалы на основе бутадиен-стирольных каучуков. – М.: Академия Естествознания, 2008. – 145 с.

2. Никулин С.С., Акатова И.Н. Хлопковое волокно в производстве эмульсионных каучуков // Успехи современного естествознания. – 2003. – №2 – С. 31–35.

3. Пугачева И.Н., Никулин С.С. Применение в производстве эмульсионных каучуков порошкообразного наполнителя на основе целлюлозы // Современные наукоемкие технологии. – 2010. – №5. – С. 52–56.

4. Пугачева И.Н., Никулин С.С. Применение порошкообразных наполнителей в производстве эмульсионных каучуков // Промышленное производство и использование эластомеров. – 2010. – Вып. 1. – С. 25–28.

5. Корнев А.Е. Технология эластомерных материалов / А.Е. Корнев, А.М. Буканов, О.Н. Шевердяев: учеб. для вузов. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: НППА «Исток», 2009. – 504 с.

В настоящее время в композиционных составах различного назначения, широко используются волокнистые и порошкообразные наполнители различной природы. Достичь равномерного распределения волокнистого наполнителя в объеме каучуковой матрицы возможно при введении его на одной из стадий производства каучуков, получаемых эмульсионной полимеризацией [1]. Количество волокнистого наполнителя, введенного данным способом, не превышало 1 % мас. на каучук [2]. Интерес к целлюлозе как наполнителю полимеров базируется на том, что она легко может быть превращена в порошок. В связи с этим практический интерес представляет перевод целлюлозного волокна в порошкообразное состояние с последующим изучением влияния его на свойства получаемых композитов.

Цель работы: изучить влияние органических порошкообразных наполнителей на основе целлюлозосодержащего волокна и микрокристаллической целлюлозы (МКЦ) на процесс коагуляции латекса бутадиен-стирольного каучука и свойства получаемых композитов.

Материалы и методы исследования

Для получения порошкообразных наполнителей использовали хлопковое волокно, полученное из текстильных отходов. На первом этапе волокна измельчали до размера 1-2 см. В дальнейшем измельченные волокна загружали в реактор и при перемешивании обрабатывали раствором серной кислоты. Реакционную смесь нагревали до 60-80 °С и выдерживали при этой температуре 1,5-2,0 ч. Образовавшуюся кашеобразную массу (волокна + раствор серной кислоты) фильтровали и осадок обезвоживали 1-2 часа в сушильном шкафу. После завершения сушки порошкообразную массу дополнительно измельчали до более мелкодисперсного состояния. Получаемый таким образом кислый органический порошкообразный наполнитель содержал остатки серной кислоты. Однако этот недостаток превращается в преимущество в случае использования данного наполнителя в производстве эмульсионных каучуков, где осуществляется подкисление системы на стадии выделения каучука из латекса. Для получения нейтрального органического порошкообразного наполнителя кислый органический порошкообразный наполнитель обрабатывали раствором (1-2 % мас.) гидроксида натрия. Основная фракция кислого органического порошкообразного наполнителя имела размер 500 мкм, нейтрального органического порошкообразного наполнителя и МКЦ - 40 мкм [3].

Процесс выделения каучука из латекса изучали на лабораторной установке, представляющей собой емкость, снабженную перемешивающим устройством, и помещённую в термостат для поддержания заданной температуры. В коагулятор загружали 20 мл латекса (сухой остаток ~ 18 % мас.), термостатировали при заданной температуре 10-15 минут. В эксперименте использованы дозировки МКЦ, кислого органического и нейтрального органического порошкообразного наполнителя на основе целлюлозы 1, 3, 5, 10 % мас. на каучук.

Во всех рассматриваемых способах порошкообразные наполнители вводили в образующуюся крошку каучука на стадии выделения из латекса, с использованием в качестве коагулирующего агента водного раствора хлорида натрия (концентрация 24 % мас.) и подкисляющего агента - водного раствора серной кислоты с концентрацией 1-2 % мас.

Органические порошкообразные наполнители вводили следующими способами: в сухом виде непосредственно в латекс перед подачей его на коагуляцию; в сухом виде в латекс, содержащий коагулирующий агент; совместно с водным раствором коагулирующего агента в латекс; с серумом на завершающей стадии выделения каучука из латекса.

Результаты исследования и их обсуждение

Анализируя полученные данные, можно сделать вывод, что ввод кислого органического порошкообразного наполнителя целесообразно проводить с коагулирующим агентом, а МКЦ и нейтрального органического порошкообразного наполнителя - сухим непосредственно в латекс перед подачей его на коагуляцию [4]. Количество порошкообразных наполнителей, вошедших в крошку каучука, составляло 90-95 % мас. При дозировке кислого органического порошкообразного наполнителя 5-10 % мас. на каучук полнота выделения каучука из латекса достигается без дополнительного введения подкисляющего агента - раствора серной кислоты, что является важным с практической точки зрения.

Для оценки свойств полимерных композитов на основе полученных образцов каучука СКС-30 АРК, содержащего порошкообразные наполнители, были приготовлены резиновые смеси и проведено исследование их физико-механических свойств. Резиновые смеси готовили согласно общепринятым методикам с использованием состава и ингредиентов стандартной резиновой смеси [5]. Дозировку порошкообразных наполнителей выдерживали 1; 3; 5; 10 % мас. на каучук. Физико-механические показатели наполненных вулканизатов представлены в табл. 1. Кинетические характеристики вулканизации представлены в табл. 2. Анализ полученных данных показал, что введение порошкообразных наполнителей не оказывает существенного влияния на процесс вулканизации и физико-механические показатели резин и вулканизатов.

Таблица 1

Свойства резиновых смесей и вулканизатов на основе каучука СКС-30 АРК,
наполненных различными наполнителями

Таблица 2

Характеристики процесса вулканизации резиновых смесей на основе каучука СКС-30 АРК, наполненного различными наполнителями

Выводы

Таким образом, на основании проведенных исследований можно сделать выводы, что текстильные отходы можно использовать для получения как волокнистых, так и порошкообразных органических наполнителей. Применение кислого порошкообразного органического наполнителя на основе целлюлозосодержащего волокна в процессе коагуляции позволяет снизить расход подкисляющего агента, вплоть до его исключения из процесса выделения каучука из латекса. Порошкообразные органические наполнители на основе целлюлозосодержащего волокна и МКЦ не оказывают существенного влияния на свойства получаемых композитов, что свидетельствует о том, что не требуется дополнительная корректировка компонентного состава резиновой смеси.

Рецензенты:

Котов В.В., д.х.н., профессор, профессор кафедры химии ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный аграрный университет им. Императора Петра I», г. Воронеж;

Рудаков О.Б., д.х.н., профессор, профессор ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный архитектурно-строительный университет», г. Воронеж.

Работа поступила в редакцию 03.10.2011.

Библиографическая ссылка