CC BY
7ИЗВЕСТИЯ ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ
Т 48 (2) ХИМИЯ И ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ 2005
УДК 691.175
В. М. СМИРНОВ, Ю.К. ОВЧИННИКОВ, С.В. ЧАШИН, О. Р. КЛЮЧНИКОВ
ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ МИНЕРАЛЬНЫХ НАПОЛНИТЕЛЕЙ НА РЕОЛОГИЧЕСКИЕ И ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ УРЕТАНОВОЙ МАСТИКИ
(Московский университет потребительской кооперации)
Изучено влияние минеральных наполнителей на реологические и физико-механические характеристики уретановой мастики.
Уретансодержащие композиции широко применяются для изготовления клеевых составов, износостойких защитно-декоративных покрытий и мастик [1-3]. Перспективными к широкому внедрению являются составы на основе тоннажно производимого, сравнительно дешевого промышленного сырья, к которым можно отнести полидиеновый каучук с концевыми гидроксильными группами ПДИ-1К, многоатомный спирт - глицерин, полиизоцианат (ПИЦ) и природные неорганические наполнители.
Целью настоящего исследования являлось изучение влияния минеральных наполнителей на реологические и физико-механические характеристики уретановой мастики, оптимизация технологических свойств исследуемых заливочных композиций.
Для изучения влияния количества наполнителя на реологические характеристики (вязкость) готовились образцы мастики состава: ПДИ-1К - 100 в.ч., глицерин - 2,5 в.ч., наполнители (тальк, мел, или каолин по 23 в.ч., 35 в.ч., 60 в.ч., 94 в.ч.) и ПИЦ 15 в.ч. Вязкость замеряли на ротационном вискозиметре РВС.
В результате измерений установлен пропорциональный рост вязкости при увеличении доли наполнителя.
При этих же соотношениях компонентов готовились образцы для определения физико-механических характеристик. Образцы готовили путем смешения компонентов мастики в смесителе объемом 0,5 л при вакуумировании в течение 30 мин. Приготовленную смесь заливали в формы для получения образцов толщиной 2 и 6 мм. Образцы отверждали при комнатной температуре в течение 7 суток. У отвержденных образцов оценивали физико-механические характеристики, прочность при растяжении, относительное удлинение,
твердость, эластичность по отскоку, сопротивление раздиру. Результаты представлены на рис. 1-3. Как следует из полученных данных, с увеличением содержания наполнителя в композиции увеличиваются значения прочности при растяжении, сопротивление раздиру, твердость композиции (рис. 1, 2) и снижается величина относительного удлинения и эластичность по отскоку (рис.3).
50 45 40 35 Ч 30
s
-S 25 о
s2 20 15 10 5 0
Количество наполнителя на 100в.ч. ПДИ-1К, в.ч.
Рис. 1. Зависимость прочности при растяжении покрытия от типа и содержания наполнителя.
40
30
20
10
£
80
60
40
20
0 23 35 59 94
Количество наполнителя на 100в.ч. ПДИ-1К, в.ч.
Рис. 2. Зависимость твердости и прочности покрытия на раздир от типа и содержания наполнителя.
0
0
Количество наполнителя на 100в.ч. ГДИТК, в.ч -■-тальк -*-мея каолин
Рис.3. Зависимость деформационных характеристик от типа и содержания наполнителя.
При наполнении 94 в.ч. на 100 в.ч. каучука величина относительного удлинения имеет довольно высокий уровень 90-110%, а эластичность по отскоку изменяется в пределах 45-62%.
Из анализа представленной зависимости следует, что механические свойства покрытия зависят от природы наполнителя. Полученные данные показывают, что из исследованных наполнителей предпочтительней использовать тальк. Более высокое значение прочности на разрыв образцов наполненных тальком объясняется нами его составом - Mg3(Si4O10)(OH)2, содержанием двух гидроксигрупп. Как видно из рис. 1, прочность при растяжении композита на основе каолина, при соотношении наполнитель - каучук до 60%, превосходит аналогичные значения композитов на основе талька и мела. Очевидно, данный факт связан с составом каолина - Л1^205(0Н)4, содержащем четыре гидроксильных группы, вступающих во взаимодействие с изоцианатными группами ПИЦ. Увеличение наполнения каолином до 94% приводит к снижению прочности на разрыв, что объясняется нами отклонением от оптимального соотношения гидрокси и изоцианатных групп в реакционной массе.
Но как было показано выше, высоконапол-ненная смесь высоковязкая и по этой причине не технологична. Улучшение технологических свойств полимерных композиций может быть достигнуто за счет применения пластификаторов.
Наибольшее применение в качестве пластификаторов получили сложные эфиры на основе различных спиртов и кислот (фталевой, фосфорной, адипиновой, себациновой и др.)
Из широкодоступных пластификаторов в производстве резинотехнических, гидроизоляционных и кровельных покрытий применяются ди-бутилфталат и диоктилфталат. Эти пластификато-
ры обладают удачным сочетанием свойств и удовлетворяют многим требованиям, предъявляемым к пластификаторам. Они хорошо совмещаются с каучуками и придают покрытиям хорошие прочностные, низкотемпературные и диэлектрические свойства. Кроме того, они достаточно доступны и сравнительно дешевы. При разработке покрытия в качестве пластификатора нами использовался ди-октилфталат (ДОФ).
Для изучения влияния качества пластификатора на реологические ФХМ покрытия были изготовлены образцы на основе ПДИ-1К 100 в.ч., глицерина 2,5 в.ч., талька 94 в.ч., ПИЦ 15 в.ч. и ДОФ 11, 20, 42 и 64 в.ч.
В результате испытаний установлено, что ввод в композицию 11 в.ч. ДОФ на 100 в.ч. каучука приводит к снижению вязкости мастики в 2 раза. При увеличении доли пластификатора вязкость мастики снижается практически линейно и при содержании ДОФ 64 в.ч. на 100 в.ч. каучука вязкость составляет 80 пуаз. При таком значении вязкости мастика технологична, имеет хорошую растекаемость.
Для оценки влияния содержания ДОФ на эксплуатационные характеристики изготовлены отвержденные образцы покрытия при разном содержании ДОФ, у которых после отверждения определены ФМХ при растяжении, эластичность по отскоку, твердость по Шору А.
Установленные зависимости показывают, что ввод в композицию пластификатора приводит к резкому снижению прочности при растяжении и к увеличению деформации. Так, при содержании ДОФ от 0 до 64 в.ч. на 100 в.ч. ПДИ-1К прочность композиции изменяется от 46 до 19 кгс/см2, а деформация увеличивается со 110 до 150%. Наличие пластификатора снижает твердость покрытия, сопротивление раздиру и эластичность по отскоку. Таким образом уменьшая вязкость композиции и улучшая ее эксплуатационные характеристики, оставаясь в пределах, предъявляемых требований к покрытию, например твердость в пределах 45-50 усл. ед., эластичность по отскоку 40-50%, прочность при растяжении не менее 10 кгс/см2, деформация не менее 90%, можно предложить оптимальную для данного состава долю пластификатора ДОФ, составляющую 40-50 в.ч. на 100 в.ч. каучука ПДИ-1К.
Проведенные исследования позволяют предложить для последующего использования следующий состав мастики на основе промыш-ленно доступного сырья: ПДИ-1К 100 в.ч. (40%), глицерин 2,5 в.ч. (1%), ДОФ 40 в.ч. (16%), тальк 94 в.ч. (37%), ПИЦ 15 в.ч. (6%).
ЛИТЕРАТУРА 1. Композиционные материалы на основе полиуретанов. Пер. с англ./Под ред. Шутова Ф.А. М.: Химия. 1982. С. 240.
2. Райт П., Камминг А. Полиуретановые эластомеры. Пер. с англ. Л.:Химия. 1973. 304 с.
3. Байболов С.М. Специальные материалы для спортивного строительства. Казахстан. Алма-Ата. 1980. 128 с.
Кафедра товароведения непродовольственных товаров
УДК 661.621.35.678:661.183
С.И.ВАРЛАМОВА
ОБЕЗВРЕЖИВАНИЕ РАСТВОРОВ СЕРНОКИСЛОГО КАДМИРОВАНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КАТИОНИТА КУ-2-8
(Ульяновский государственный университет, E-mail: [email protected])
Экспериментально исследовано насыщение катионита КУ-2-8 ионами кадмия из рабочих растворов сернокислого кадмирования. Установлено, что поглотительная способность катионита составляет 70 г/дм3 смолы и мало зависит от скорости фильтрации.
Ионообменный метод является одним из наиболее перспективных для очистки сточных вод от ионов кадмия и других тяжелых металлов. Для этих целей по своим механическим и физико-химическим свойствам наиболее пригоден сильнокислотный катионит КУ-2-8 [1].
Имеющиеся в литературе сведения не позволяют определить оптимальные параметры ионообменной промышленной установки для очистки промывных вод сернокислого кадмирования.
В данной работе исследована сорбция ионов кадмия, из рабочих растворов сернокислого кадмирования, на катионите КУ-2-8 и определена поглотительная способность катионита.
В работе использовали товарный катионит КУ-2-8, который предварительно очищали фракционированием на ситах. Фракцию (0,5-1,0 мм) переносили в колонки, обрабатывали насыщенным раствором хлорида натрия и 2 н раствором соляной кислоты, промывали водой. Высота столба смолы в колонке составляла 0,4-0,8 м, свободный объем над смолой 0,4 м, диаметр колонки - 10-80 мм.
Лабораторная установка для исследований состояла из сменной колонки с краном, емкостей, снабженных штуцерами, для рабочего раствора, фильтрата и чистой воды.
При сернокислом кадмировании, с использованием различных схем промывки, содержание ионов кадмия в промывных водах составляет от 0,015 до 1 г/л. Для исследований по насыщению КУ-2-8 ионами кадмия, в пределах этих концентраций готовились рабочие растворы сернокислого кадмирования с концен-
трацией серной кислоты 0,5- 0,008 г/л.
Рабочий раствор объемом 500 мл из емкости поступал в ионообменную колонку. Над смолой с помощью штуцеров поддерживался постоянный напор воды, что позволяло вести фильтрование с постоянной скоростью. Скорость фильтрации определяли объемным способом. В ходе опытов она менялась от 0,5 до 3,0 м/ч. Через каждые 50 мл из емкости для фильтрата отбирались пробы, которые анализировались на содержание кадмия по стандартным методикам. Фильтрацию прекращали после насыщения смолы, когда концентрация кадмия на входе и выходе из колонки переставала изменяться.
Опытные данные обрабатывали в координатах: «объем отфильтрованного рабочего раствора (промывной воды) - концентрация кадмия в фильтрате» при разных скоростях фильтрации.
На рисунке приведена одна из зависимостей сорбции ионов кадмия при концентрации ионов кадмия в рабочем растворе 0,4 г/л.
0 100 200 300 400
Объем отфильтрованной воды, мл
Рис. 1. Выходные кривые сорбции ионов кадмия при различных скоростях фильтрации: 1- 1,5; 2- 2; 3- 2,5 м/ч.
