Модифікатор адгезії

Винахід належить до модифікаторів адгезії, які вводяться до гумових сумішей і складаються з неорганічних, низькомолекулярних органічних речовин та їх композицій, і може бути використаний у шинній та гумотехнічній промисловості. Відомо модифікатор адгезії, який містить гексаметилентетрамін та алкилрезорцин [Кабина Т.С., Потапов Е.Є. та ін. "Структурні властивості молекулярних комплексів алкилрезорцинів і гексаметилентетраміну", вид. ВУЗів, серія "Хімія і хімічна технологія", 1974р., №8, cтop. 1185-1187]. До причин, які є перепонами досягнення технічного результату, відносяться ті, що відомий модифікатор адгезії отримують багатостадійним способом, енергоємним і тривалим; у процесі отримання модифікатора виділяються легко-леткі шкідливі речовини і утворюються екологічно небезпечні стічні води. Крім того, алкилрезоцин, що входить до його складу - гостродефіцитна імпортна сировина, яка дорого коштує. Відомо модифікатор адгезії, який містить карбамід і дифенилолпропан у такому співвідношенні 1,0-(0,1-1,0) [Патент України на винахід №23217А "Модифікатор адгезії" МПК 5 С08L9/00, публ. 31.08.98р., бюл. №4]. Використання відомого модифікатора адгезії у гумових сумішах дає достатньо хороші характеристики як гумових сумішей, так і готових виробів, однак дифенилолпропан - імпортна сировина, яка дорого коштує. Відомо модифікатор адгезії на основі гексаметилентетраміну, що містить у якості двохатомного фенолу резорцин [Патент ФРН №1228799, кл. 39 В5/18, 1958 р.]. До причин, які є перепонами досягнення вказаного технічного результату, відносяться ті, що відомий модифікатор адгезії поряд з високими адгезійними властивостями при експлуатації виділяє з'єднання, що містять азот, які кородують поверхню металокорду, знижуючи міцність зв'язку гуми з кордом і, як наслідок, знижується якість шин. Крім того, резорцин - також імпортна сировина, яка дорого коштує. Найбільш близьким до заявленого винаходу складом того ж призначення за сукупністю ознак є модифікатор адгезії, який включає карбамід і гексаметилентетрамін при співвідношенні компонентів у відсотках за масою: 17,05-29,12 і 82,95-70,88 [Патент України на винахід № 2298 "Спосіб отримання модифікатора армованих гум на основі гексаметилентетраміну", МКІ 5 С07Д487/18, публ. 26.12.94р. бюл. №5-1, прийнято за прототип]. До причин, які є перепонами досягнення потрібного технічного результату, відносять ті, що при використанні відомого модифікатора виділяється вільний аміак, який при експлуатації готових виробів сприяє деструкції та корозії матеріалів, які застосовуються сумісно (наприклад, металокордів різного складу). Присутність у складі відомого модифікатора кислих каталізаторів погіршує його експлуатаційні властивості за рахунок підвищення вологості, злеглості навіть при нетривалому зберіганні, і, як наслідок, незадовільне розподілення у гумовій суміші, що призводить до погіршення міцності зв'язку. Суть винаходу полягає у такому. Модифікація - введення в макромолекулу полімеру, зокрема, каучуку, малих кількостей фрагментів іншої природи (модифікатора), що дозволяє отримати вироби з властивостями, які програмуються. Направлена зміна властивостей матеріалів за допомогою модифікаторів широко застосовується у шинній та гумотехнічній промисловості з метою підвищення міцності і хімічної стійкості готових виробів, а також поліпшення адгезії взаємодії матеріалів, які сумісно застосовуються. Через велику кількість каучуків і гумових сумішей, що використовуються у промисловості, та залежності від їхнього складу, призначення та вимог до властивостей готових виробів потрібно постійне розширення асортименту модифікаторів. Задача полягає у створенні нового модифікатора адгезії з покращеними модифікуючими властивостями з використанням переважно вітчизняної сировини і отримання технічного результату - підвищення адгезії (міцності зв'язку) модифікованих гум до матеріалів, які використовуються сумісно, та стійкості адгезійного зв'язку до зовнішніх впливів, а також покращенні випускної форми модифікатора адгезії як товарного продукту. Вказаний технічний результат при здійсненні винаходу досягається тим, що модифікатор адгезії, який містить карбамід і гексаметилентетрамін, додатково містить борну кислоту і колоїдну кремнекислоту при такому співвідношенні компонентів, у відсотках за масою: карбамід 70,0-65,5 гексаметилентетрамін 24,2-23,1 борна кислота 3,4-3,4 колоїдна кремнекислота 2,4-8,0. Дослідження заявленого модифікатора адгезії показали, що фізико-механічні показники гумових сумішей з використанням заявленого модифікатора - міцність зв'язку, опір роздиру та ін., наведені у таблиці 3, значно вищі за рахунок кращого розподілення, аніж ті ж показники аналогічних гумових сумішей, виготовлених з використанням модифікатора адгезії по прототипу; міцність зв'язку гум з армованими матеріалами в готових виробах також вище, чим підтверджується досягнення технічного результату у частині покращення модифікуючих властивостей. Борна кислота, додатково введена до складу відомого модифікуючого комплексу карбамідгексаметилентетрамін у заявленому співвідношенні, зв'язує леткі компоненти, зокрема, вільний аміак, кількість якого знижується також за рахунок факту зменшення вмісту гексаметилентетраміну з введенням додаткових компонентів. Борна кислота сприяє взаємній активації компонентів модифікатора адгезії при його виготовленні і на пізній стадії вулканізації гумових сумішей, що при майже повній відсутності вільного аміаку га інших летких з'єднань підвищує міцність зв'язку і адгезію до матеріалів, псі використовуються сумісно (наприклад, кордів різного складу), їх стійкість до зовнішніх впливів (температури, вологості і таке інше), знижує деструкцію і корозію, що значно підвищує якість готових виробів (шин). Особливий вплив на підвищення якості випускної форми продукту, що заявляється, який представляє собою дрібнодисперсний порошок, який має схильність до злипання та злягання, надають обволокуючі властивості колодної кремнекислоти (білої сажі), які забезпечують гомогенізацію модифікатора адгезії, чинячи перепони злежуванню, і, як наслідок, сприяють кращому розподіленню у гумових сумішах. Заявник вважає, що використання борної кислоти і колоїдної кремнекислоти у межах нижче заявленої кількості не дозволяє досягти потрібного технічного результату, а вище заявленої - економічно не доцільно і практично не змінює модифікуючі властивості; тобто, кількісний і якісний склад, який заявляється, є оптимальним, при цьому значно зменшуються витрати сировини, яка дорого коштує - гексаметилентетраміну. Винахід не засновано на зміні тільки кількісних ознак; заявляється новий склад модифікатора адгезії з покращеними властивостями. Таким чином, наведені у формулі ознаки, що характеризують якісний і кількісний склад модифікатора адгезії, необхідні і достатні для досягнення потрібного технічного результату. Дані, які підтверджують можливість здійснення винаходу, полягають у такому. Заявлений модифікатор адгезії - це композиція на основі карбаміду і гексаметилентетраміну, що додатково містить борну кислоту і колоїдну кремнекислоту, має такий склад, у відсотках за масою: карбамід 70,0-65,5 гексаметилентетрамін 24,2-23,1 борна кислота 3,4-3,4 колоїдна кремнекислота 2,4-8,0 і представляє собою білий дрібнодисперсний порошок однорідного складу з дисперсністю 5-10мм. Виробництво модифікатора адгезії здійснюють використанням простих механо-хімічних технологій, наприклад, перемішуванням компонентів у змішувачі і наступним диспергуванням у мікромлині. При сумісному диспергуванні відбувається активація компонентів одне до одного, отримується продукт більш активної форми. Процес ведуть при нормальних умовах на стандартному обладнанні. Технічний результат у частині додаткової активації компонентів модифікатора адгезії на більш пізній стадії вулканізації гумових сумішей і стійкості адгезійних зв'язків до зовнішнього впливу досягається у споживача, тому можливість здійснення винаходу ілюструється також на прикладах каркасних гумових сумішей, які найбільше використовуються: гумова суміш 1 у даному випадку - це суміш, яка застосовується при виготовленні шин для легкових автомобілів, гумова суміш 2 - при виготовленні шин для вантажних автомобілів. Наведені у заявці дані отримані при випробуванні модифікатора адгезії, який заявляється, в умовах діючого виробництва згідно з чинним регламентом і у порівнянні з модифікатором адгезії по прототипу в аналогічних умовах і з аналогічними гумовими сумішами. Розрахунок ведеться на 100 масових частин (далі мас.ч) основного інгредієнта - каучуку. Приклад 1 Інгредієнти модифікатора адгезії (див. табл. 1) - карбамід, гексаметилентетрамін, борну кислоту і колоїдну кремнекислоту (білу сажу) у співвідношенні 70,0:24,2:3,4:2,4 у відсотках за масою відповідно перемішують у змішувачі, потім суміш піддають сумісному диспергуванню у мікромлині до отримання дрібнодисперсного порошку. Сумісним диспергуванням досягають взаємної активації інгредієнтів відносно одне до одного. Готовий продукт розфасовують у тару. Приготування гумової суміші, призначеної для виготовлення каркасів шин легкових автомобілів (далі гумова суміш 1), її вулканізацію і випробування проводять в умовах діючого виробництва згідно з чинним регламентом. Фізико-механічні показники (див. табл. 3): умовна напруга при подовженні 300%,МПа 15,6, умовна міцність при розтягуванні, МПа 25,0, відносне подовження при розриві, % 520, опір роздиру, кН/м 109, міцність зв'язку по Н-методу с 13А, кН/м при нормальних умовах 12,1 після старіння 99,6. Показник міцності по Н-методу, що характеризує модифікуючі властивості та стійкість адгезійного зв'язку, визначений при нормальних умовах і після старіння гумової суміші з використанням модифікатора адгезії, який заявляється, вище, аніж аналогічного зразку з використанням модифікатора за прототипом. Вище й інші фізикомеханічні показники, що визначають якість готових виробів. Приклад 2 Інгредієнти модифікатора адгезії - карбамід, гексаметилентетрамін, борну кислоту і колоїдну кремнекислоту (білу сажу) у співвідношенні 67,4:23,6:3,4:5,6 відповідно, обробляють за прикладом 1. Отриманий модифікатор адгезії вводять до гумової суміші 1, суміш піддають вулканізації. Фізико-механічні показники зразків вулканізації гумової суміші: умовна напруга при подовженні 300%,МПа 16,3, умовна міцність при розтягуванні, МПа 26,4, відносне подовження при розриві, % 530, опір роздиру, кН/м 110, міцність зв'язку по Н-методу с 13А, кН/м при нормальних умовах 14,1 після старіння 10,7. Показники, які характеризують модифікуючі властивості, стійкість до зовнішніх впливів, а також показники, які визначають міцністні характеристики готових виробів вище, аніж у зразків за прототипом. Приклад 3 Інгредієнти модифікатора адгезії - карбамід, гексаметилентетрамін, борну кислоту і колоїдну кремнекислоту (білу сажу) у співвідношенні 65,5:23,1:3,4:8,0 відповідно, обробляють за прикладом 1. Отриманий модифікатор адгезії додають до гумової суміші 1, суміш піддають вулканізації. Фізико-механічні показники зразків з використанням модифікатора, який заявляється, також вищі у порівнянні зразків за прототипом. Приклад 4. Інгредієнти модифікатора адгезії за прикладом 1 перемішують у мікромлині, піддають сумісному диспергуванню. Отриманий модифікатор адгезії додають до гумової суміші, призначеної для виготовлення каркасів шин вантажного автотранспорту (надалі гумова суміш 2). Приготування гумової суміші 2, вулканізацію та випробування проводять в умовах діючого виробництва і у відповідності з чинним регламентом. Фізико-механічні показники зразків вулканізації гумової суміші: умовна напруга при подовженні 300%,МПа 11,3, умовна міцність при розтягуванні, МПа 24,2, відносне подовження при розриві, % 515, опір роздиру, кН/м -99, міцність зв'язку по Н-методу с 13А, кН/м при нормальних умовах 11,3 після старіння 10,0. Приклади 5 та 6 Модифікатор адгезії готують аналогічно прикладам 2 і 3 відповідно, додають до складу гумової суміші 2, зразки піддають вулканізації, випробовують у відповідності із вимогами регламенту діючого виробництва. Фізико-механічні показники, наведені у таблиці 3, для гумових сумішей з використанням модифікатора адгезії, який заявляється, вище, аніж для зразків за прототипом. Таким чином, викладені дані свідчать про виконання при використанні модифікатора адгезії, що заявляється, такої сукупності умов: модифікатор адгезії, який втілює заявлену речовину, при його здійсненні призначено для використання у промисловості, а саме, при виготовленні гумових сумішей, зокрема, для виробництва шин; для модифікатора адгезії, який заявляється, у тому вигляді, як він охарактеризований у незалежному пункті формули винаходу, підтверджено можливість його здійснення за допомогою наведених в опису винаходу методів. Перевага модифікатора адгезії, що заявляється, полягає у покращенні його модифікуючих властивостей, збільшенні міцності зв'язку за Н-методом до 13-15кН/м, стійкості адгезійних зв'язків до зовнішніх впливів, поліпшенні випускної форми продукту з одночасним покращенням його розподілення в резинових сумішах і, як наслідок, підвищення якості готових виробів та їх терміну використання. Виробництво модифікатора адгезії, що заявляється, економічно, продукт дешевший як при виготовленні, так і при використанні. Таблиця 1 Склади модифікатора у відсотках за масою Склад 1 Склад 2 Склад 3 Карбамід 70,0 67,4 65,5 Гексаметилентетрамін 24,2 23,6 23,1 Борна кислота 3,4 3,4 3,4 Колоїдна кремнекислота 2,4 5,6 8,0 Інгредієнти Таблиця 2 відомо CKI-3-01 Сірка мелена Сульфенамід С Біліла цинкові Стеарат технік. Гексол ЗВІ Сантогард РУІ Діафен ФП Каніфоль сосн. СИС Масло ПН-6Ш ТУ-514 ТУП-234 Модифікатор МК-2 Карбамід Гексаметилентетрамін Борна кислота Колоїдна кремнекислота 100,0 1,8 1,0 5,0 1,5 1,2 0,3 0,7 2,0 4,0 6,0 40,0 15,0 1,0 Склади гумовик сумішей по прикладам, мас.ч гумова суміш 1 гумова суміш 2 1 2 3 4 5 6 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 1,8 1,8 1,8 1,8 1,8 1,8 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 5,05 5,0 5,0 5,0 5,0 5,0 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,2 1,2 1,2 1,2 1,2 1,2 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 0,7 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 4,0 4,0 4,0 4,0 4,0 4,0 6,0 6,0 6,0 6,0 6,0 6,0 40,0 40,0 40,0 40,0 40,0 40,0 15,0 15,0 15,0 15,0 15,0 15,0 1,0 ì70,0 ì67,4 ì65,5 ì70,0 ì67,4 ì65,5 ï ï ï ï ï ï ï24,2 ï23,6 ï 23,1 ï24,2 ï23,6 ï 23,1 í í í í í í ï 3,4 ï 3,4 ï 3,4 ï 3,4 ï 3,4 ï 3,4 ï 2,4 ï 5,6 ï 8,0 ï 2,4 ï 5,6 ï 8,0 î î î î î î Таблиця 3 Умовна напруга при подовженні 300%, МПа Фізико-механічні показники гумових сумішей за прикладами відомо 1 2 3 відомо 4 5 6 14,1 15,6 16,3 16,5 10,4 11,3 12,5 12,9 Умовна міцність при розтягуванні, МПа 25,0 25,0 26,4 25,8 Відносне подовження при розриві, % 520 520 530 520 Опір роздиру, кН/м 102 109 110 111 Міцність зв'язку по Н-методу с 13А,кН/м при нормальних умовах 8,8 12,1 14,1 14,3 після старіння 8,0 9,6 10,7 11,9 22,5 500 99 24,2 515 99 23,3 510 110 24,6 513 110 9,0 8,5 11,3 10,0 12,3 10,5 13,1 11,1