W010699 Отчет по практике Систематизация и анализ литературных данных об ингредиентах и эластомерах, применяющихся для производства манжет стиральной машины

Оглавление

1. Бутилкаучук-1675Н 6

1.1 Мономеры БК 7

1.2 Свойства БК 8

1.3 Вулканизация БК 10

1.4 Свойства вулканизатов 11

1.5 Технология производства 13

2. Ингредиенты 15

2.1 Стеариновая кислота 15

2.2 Оксид цинка 15

2.3 Каптакс 16

2.4 Тиурам 17

2.4 Диафен ФП 18

2.5 Белая сажа 19

2.6 Каолин 20

2.7 Сера 21

2.8 Дитиокарбамат цинка 22

3. Список литературы 23

1. Бутилкаучук-1675Н

БК-1675Н – продукт совместной суспензионной полимеризации изобутилена и изопрена. Суть суспензионного метода заключается в гетерофазной сополимеризации изобутилена и небольшого количества изопрена, которую проводят в присутствии трихлорида алюминия AlCl3 в среде хлористого метила при температуре -95 ÷ -100 °С. Из-за того, что образующийся бутилкаучук не растворяется в метилхлориде, вязкость супензии невысока. Изопрен не образует микроблоков, а статически распределяется по длине цепи в транс-1,4-положении. Наличие примесей, присутствующих в исходных мономерах (микропримеси воды, хлоороводорода, бутилхлорида и др.) при определенных концентрациях повышает активность AlCl3, значит и повысится скорость реакции, что в свою очередь приведет к снижению молекулярной массы каучука.

Соотношение изопрена и изобутилена определяет непредельность полимера в % (мол.) количество изопреновых звеньев, приходящихся на 100 звеньев сополимера. Непредельность БК-1675Н составляет 1,6 % (мол.), а вязкость по Муни 45 единиц. В марке также имеется буквенный индекс, указывающий на тип противостарителя: Н – нетемнеющий фенольный.

Бутилкаучук, полученный в присутствии катализатора AlCl3 в среде метилхлорида, имеет линейное строение макромолекул (рисунок 1), относительно узкое молекулярно-массовое распределение. Изопреновые звенья статически распределены по всей макромолекуле бутилкаучука.

Рисунок 1 - Структурная формула макромолекулы бутилкаучука

1.1 Мономеры БК

Мономерами для получения БК являются изопрен и изобутилен, структурные формулы которых изображены на рисунках 2 и 3 соответственно.

Рисунок 2 - Структурна формула изопрена

Изопрен (2-метилбутадиен-1,3) - непредельный углеводород алифатического ряда, бесцветная, подвижная, легколетучая, горючая жидкость с характерным запахом; tпл - 145,95  ̊С, tkип - 34,067  ̊С, tвсп - 48  ̊С, плотность 0,681 г/см3 (20  ̊С), теплота полимеризации - 74,9 кдж/моль (-17,9 ккал/моль). Нерастворим в воде, хорошо растворим в большинстве углеводородных растворителей; образует двойные азеотропные смеси с метиловым или этиловым спиртом, ацетоном, диэтиловым эфиром, сероуглеродом и др., а также тройные, например, с ацетоном и водой. И легко присоединяет по двойным связям водород, галогены, галогеноводороды, первичные и вторичные амины и др.

Основные промышленные методы получения:

1) реакцией изобутилена с формальдегидом через 4,4-диметилдиоксан-1,3 с его последующим каталитическим разложением (диоксановый метод);

2) каталитическим дегидрированием изопентана или изоамиленов;

3) димеризацией пропилена с образованием 2-метилпентена-1, последующей его изомеризацией в 2-метилпентен-2 и пиролизом (650 - 800 °С) последнего.

Рисунок 3 - Структурная формула изобутилена

Изобутилен - ненасыщенный углеводород, бесцветный газ, tkип - 6,9  ̊С, плотность 0,6266 г/см3 ( -6,6  ̊С). Растворим в спиртах, эфире, углеводородах. Плохо растворим в воде. Изобутилен обладает всеми химическими свойствами олефинов. Легко полимеризуется под действием кислот Льюиса, катализаторов Циглера-Натта в полиизобутилен. Сополимеризуется с 1 - 5% изопрена с образованием бутилкаучука. В промышленности получают дегидрированием изобутана на окисных катализаторах (например, Cr3O3 на Al2O3) при 500 – 600  ̊С или дегидратацией изобутилового спирта или как побочный продукт производства бензинов или этилена каталитическим и термическим крекингом, либо пиролизом жидких нефтепродуктов и нефтяных газов; изобутилен применяют также для алкилирования ароматических соединений и изобутана с целью получения изооктана.

1.2 Свойства БК

Особенностью бутилкаучука является низкая газо- и влагонепроницаемость. По первому показателю он превосходит все известные каучуки, за исключением этиленпропиленового каучука вследствие высокой плотности упаковки макромолекул. Низкая газо- и влагонепроницаемость обусловлена большим числом стерических препятствий в виде метильных групп и малой подвижностью основной макромолекулярной цепи полимера из-за малого количества двойных связей. Также бутилкаучук имеет ряд особенностей:

1. Не совулканизуется с каучуками общего назначения из-за существенного различия в вулканизационной активности.

2. Технологически совмещается и совулканизуется с галобутилкаучуками, хлоропреновыми каучуками,полиихобутиленом.

3. При комнатной и повышенной температурах не пластицируется, только при высокой 170 – 180  ̊C в присутствии пептизаторов.

4. Повышенная склонность к хладотекучести, из-за малой термпопластичности бутилкаучука.  

5. Смеси на основе бутилкаучука легко поддаются формованию и имеют удовлетворительную конфекционную клейкость.

Бутилкаучук сохраняет аморфное состояние в широком интервале температур, процесс кристализации протекает очень медленно. Из-за сильного влияния на крисстализацию напряжения, она может происходит при больших степенях растяжения (свыше 500%) при комнатной и более высоких температурах. Кристаллизация в большей мере определяется содержанием изопрена в цепи - при содержании до 1% (мол.) двойных связей возможна кристаллизация без растяжения, при увеличении ненасыщенности способность к кристаллизации уменьшается.

Таблица 1 - Основные показатели БК-1675Н

Показатель БК-1675Н

Вязкость по Муни при 125 °С 46 - 56

Непредельность, % (мол.) 1,6 ± 0,2

Потеря массы при сушке, % 0,3

Содержание антиоксиданта, % масс. 0,05 - 0,2

Наличие посторонних включений Отсутствуют

Содержание золы, % не более 0,40

Содержание железа, % не более 0,02

Содержание стеарата кальция, % не более  1,2

Бутилкаучук достаточно стоек к действию кислорода, озона и других окислителей, из-за малой непредельности каучука. Под действием УФ-лучей, ионизирующих излучений и механических воздействий бутилкаучук подвергается деструкции, но стоек к действию воды, кислот. Бутилкаучук легко реагирует с галогенами на свету, при этом реакция сопровождается уменьшением молекулярной массы.

Каучук имеет высокие диэлектрические свойства, которые не меняются из-за малой сорбции каучуком воды (сорбционная способность БК в 3 - 4 раза меньше способности натурального каучука). Бутилкаучук хорошо растворим в алифатических углеводородах, хлороформе, четыреххлористом углероде.

1.3 Вулканизация БК

В вулканизации бутилкаучука обычно применяется сера, при температурах не ниже 160 °С (при более низких температурах прочность вулканизатов на основе БК резко понижается) с использованием тиазольных, тиурамных, дитиокарбаматных ускорителей или ультраускорителей. Также вулканизацию можно проводить с применением диоксимов и динитрозосоединений, а также n-хинондиоксима в присутствии окислителей (PbO2, PbO3). Применение последней системы способствует быстрой вулканизации, но смеси будут иметь повышенную склонность к подвулканизации.

Для бутилкаучука с непредельностью 1,6 % (масс.) - БК-1675 применяются феноло-формальдегидные смолы. В качестве активаторов смоляной вулканизации используются хлористое олово или железо, галогенсодержащие полимеры, такие как полихлоропрен.

Ненаполненные вулканизаты на основе БК обладают высокими показателями по механическим свойствам, из-за способности каучука кристаллизоваться. При введении усиливающих наполнителей значительного повышения прочности не наступает, но увеличиваются показатели: напряжение при деформации, твердость, сопротивление раздиру и истиранию.

Резиновую смесь готовят на вальцах при температуре валков 40-50 °С, при продолжительности смешения 30 минут. Вулканизацию проводят при температуре 143 ± 1 °С в течение 30-50 минут.

Таблица 2 - Количество ингредиентов (масс. ч.) в резиновой смеси на основе БК-1675Н в соответствии с техническими требованиями

Бутилкаучук-1675Н 100

Сера техническая молотая, сорт 9995 или 9990, 1 и 2 класса (ГОСТ 127) 2,0

2 – меркаптобензтиазол, сорт 1, порошок (ГОСТ 127) 0,65

Тиурам Д (ГОСТ 740)1 1,30

Белила цинковые БЦО – М (ГОСТ 202) 5,0

Кислота стеариновая техническая (стеарин) Т – 10 (ГОСТ 6484) в чешуйках, хлопьях или порошке 1,0

Техуглерод К 354 (ГОСТ 7885) 50

1.4 Свойства вулканизатов

Резины на основе бутилкаучука обладают высокой тепло- и озоностойкостью, газонепроницаемостью, стойкостью к агрессивным средам и набуханию в воде. Главным недостатком вулканизатов является малая эластичность, высокие гистерезисные потери при динамических воздействиях, низкая адгезия к металлу.

Свойства наполненного вулканизата (вулканизация 30 - 40 мин при 143 ̊С) бутилкаучук с вязкостью по Муни 75 и ненасыщенностью 1,6% (БК-1675):