CC BY
74
АКТУАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ СОВРЕМЕННОСТИ
УДК 678.842
В. П. Архиреев, М. А. Ибрагимов, М. И. Демидова
СИЛОКСАНОВЫЕ РЕЗИНЫ, НАПОЛНЕННЫЕ СЛОИСТЫМИ СИЛИКАТАМИ
Ключевые слова: силоксановаярезина, органобентонит, монтмориллонит, слоистые силикаты.
Показано увеличение стойкости к термическому старению резин на основе силоксанового каучука при введении в них слоистых силикатов. Сравнивалось действие модифицированных слоистых силикатов, полученных в лабораторных и промышленных условиях.
Key words: siloxane rubber, organobentonite, montmorillonite, layered silicate.
The firmness increase to thermal ageing in elastomers on a basis silicone rubber is shown at introduction in them Jayered silicate. Action organobentonite was compared to action of other layered silicates.
В последние годы сильно возрос интерес к композиционным материалам на основе полимеров и слоистых силикатов [1]. Он связан со значительным улучшением физикомеханических, физико-химических и термических свойств полимерных материалов, содержащих небольшие количества слоистого силиката [2, 3].
Ранее [4] были сравнены слоистые силикаты с разным содержанием монтмориллонита и исследовано влияние состава на термостойкость силоксановых резин. Выводы исследования сводятся к тому, что применение органобентонита является оптимальным и с точки зрения физико-механических свойств, так и повышения термостойкости силоксано-вых резин. Модифицированные слоистые силикаты - органобентониты - представляют собой Na-бентонит, обработанный различными поверхностно активными веществами. Как правило, это четвертичные аммониевые соли [5].
Цель настоящей работы - сравнить действие модифицированных слоистых силикатов, полученных в лабораторных и промышленных условиях на физико-механические свойства силоксановых резин и оценить их влияние на стойкость к термическому старению.
Состав исследованных резиновых смесей приведен в таблице 1. В качестве контрольного образца был применен образец с термостабилизатором СДКО (стабилизирующая добавка кремнийорганическая). Образцы органобентонитов на основе бентонитов Саринского и Березовского месторождений были получены в лабораторных условиях. В работе исследованы полимерная добавка Cloisite производства Southern Clay prod. (США) и бентонит Universal HYG 220 компании MISWACO (США), применяемый для производства буровых растворов.
У композиций проверялись физико-механические после термостатирования в течение 4 ч при 200°С, твердость, стойкость к термическому старению в течение 24 ч при 300°С. Результаты приведены в таблице 2. Органобентонит на основе Саринского и Березовского месторождений предоставлен ФГУП «ЦНИИгеолнеруд». Образец бентонита Universal HYG 220 предоставлен компанией ООО «Волгаспецстрой».
Обсуждение результатов
Изученный органобентонит в работе [4] был получен на основе катамина-АБ, а содержащая его резина сравнивалась с образцами, содержащими природный бентонит и Ыа-бентонит. Причем получение органобентонита проведено в лабораторных условиях. В данном исследовании рассмотрены слоистые силикаты промышленного производства, которые обработаны различными ПАВ. Однако сравнение с органобентонитом на основе 2 месторождений является полезным.
Таблица 1 - Состав исследованных резиновых смесей (РС)
Компонент, м. ч. Контрольный образец Резина со слоистым силикатом
Каучук СКТВщ 100 100
Аэросил А-200 45 45
Продукт НД-8 10 10
СДКО 0,4
Органобентонит — 5
Cloisite 5
Universal HYG 220 5
2,4-дихлорбензоилпероксид 2 2
Из результатов физико-механических испытаний видно, что прочность образцов находится на одном уровне. Только контрольный образец проявляет менее высокое значение прочности. Образцы резин с Cloisite 15A и Cloisite 10A имеют более высокое значение относительного удлинения при разрыве, высокое остаточное удлинение и меньшее значение твердости. Связано это с тем, что ПАВ (его строение и концентрация) влияет на вулканизацию резин. Образцы резины с Cloisite 30B и Cloisite Na имеют схожие физикомеханические показатели с резинами на основе органобентонитов Саринского и Березовского месторождений. Однако они обработаны разным ПАВ: Cloisite 30B обработан метил-бис-2-гидроксиэтилалкиламмоний хлоридом, органобентониты - катамином-АБ (диметил-бензилалкиламмоний хлорид), а Cloisite Na - чистый монтмориллонит. В то время как образец с Cloisite 10А, у которого в качестве ПАВ диметилбензилалкиламмоний хлорид, имеет только близкое значение прочности. Cloisite 15A обработан диметилдиалкиламмо-ний хлоридом.
Результаты стойкости резин к термическому старению при 300°С в течение суток показывают, что образцы с органобентонитами сохранили свои физико-механические показатели после старения. Неплохие результаты показывают образцы резин с Cloisite 10A и Cloisite 15A. Остальные образцы имеют низкие физико-механические показатели после старения. Связано это с тем, что они имеют большое количество гидроксильных групп. В Cloisite 30B гидроксильные группы содержит ПАВ. Cloisite Na и Universal HYG 220 способны легко впитывать влагу воздуха. Наличие воды в резине способно ускорять процессы термодеструкции. Результатом является хрупкое разрушение.
Таблица 2 - Результаты физико-механических испытаний и стойкости к термическому старению силоксановых резин со слоистыми силикатами
Образец Термостатирование 4ч-200 Старение 1с-300°С
G МПа £ % о £ H ед. G МПа £ % о £ H ед.
Контрольный (СДКО) 6,7 350 0 57 0,9 20 0 82
Саринский органобентонит 8,8 500 0 47 3,8 210 0 52
(Оренбургская область)
Березовский органобентонит 8,1 600 2 46 4,3 260 2 53
(РТ)
Cl oi site 30B 8,5 560 2 50 2,0 46 0 72
Cloisite 15A 8,3 820 10 41 3,9 233 2 56
Cloisite 10A 8,6 820 12 43 4,1 163 2 64
Cloisite Na 8,7 530 2 47 1,2 13 0 84
Universal HYG 220 8,3 345 2 63 треснул
Примечание: О - условная порочность при растяжении, € - относительное удлинение при разрыве, о - остаточное удлинение после разрыва, Н - твердость по Шору А.
Концентрация ПАВ также могла повлиять на результаты после старения. Концентрация катамина-АБ в органобентоните ниже, чем в С1о1вке 10А. Не всегда большое количество ПАВ с объемными заместителями ведет к повышению термостойкости. Тем не менее, наличие объемных заместителей ведет к образованию большого числа связей, что обеспечивает сохранение свойств.
Экспериментальная часть
Смеси были приготовлены в лабораторном смесителе. Вулканизующий агент был введен на вальцах. Исходный природный бентониты был предварительно измельчен в виброистирателе. N8-бентонит готовился способом многоступенчатой пластической механоактивации в присутствии карбоната натрия. Образец органобентонита готовился путем обработки Na-бентонита катамином-АБ. Образцы для испытаний в форме пластин вулканизовали в прессе при 120°С, давлении не мене 3.5 МПа в течение 10 минут. Испытания физико-механических показателей и твердости проводились согласно ГОСТ 270-75 и ГОСТ 263-75 соответственно. Испытание образцов на стойкость к термическому старению проводилось согласно ГОСТ 9.709-83.
Заключение
Таким образом, можно сделать вывод о том, что применение органобентонита в резинах на основе силоксановых каучуков позволяет повысить их термостойкость, что выражается в сохранении физико-механических показателей после термического старения. Сравнение модифицированных слоистых силикатов отечественных месторождений, полученных в лабораторных условиях, с импортными образцами, выпускаемыми в промышленных масштабах, показало, что резины на основе отечественных силикатов превосходят по свойствам после старения: по прочности на 10%, по относительному удлинению на 40%.
Работа выполнена на основании Государственного контракта №02.552.11.7070 в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2012 годы» и на основании Государственного контракта №П478 в рамках федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России».
Литература
1. Giannelis, E. P. Silicate dispersion and mechanical reinforcement in polysiloxane/layered silicate nanocomposites / D. F. Schmidt, E. P. Giannelis // Chem. Mater. - 2010. - Vol. 22. - P. 167-174.
2. Burnside, S. D. Synthesis and properties of new poly(dimethylsiloxane) nanocomposites / S. D. Burnside, E. P. Giannelis // Chem. Mater. - 1995. - Vol. 7. - №9. - P. 1597-1600.
3. Wang, S. Synthesis and properties of silicone rubber/organomontmorillonite hybrid nanocomposites / S. Wang, C. Long, X. Wang, L. Qiang, Q. Zongneng // Journal of Applied Polymer Science. - 1998. -Vol. 69. - P. 1557-1561.
4. Ибрагимов, М. А. Влияние состава слоистых силикатов типа бентонитов на термостойкость резин из силоксанового каучука / В. П. Архиреев, М. А. Ибрагимов, Ф. А. Трофимова, М. И. Демидова // Вестник Казанского технол. ун-та. - 2009. - №2. - С. 60 - 64.
5. Герасин, В. А. Структура формирующихся на Na-монтмориллоните слоев поверхностноактивных веществ и совместимость модифицированной глины с полиолефинами / В. А. Герасин, Ф. Н. Бахов, Н. Д. Мерекалова, Ю. М. Королев, H. R. Fischer, Е. М. Антипов // Высокомолек. со-ед. - 2005. - T. 47А. - №9. - С. 1635-1651.
© В. П. Архиреев - д-р техн. наук, проф. каф. технологии синтетического каучука КГТУ, [email protected]; М. А. Ибрагимов - асп. каф. технологии синтетического каучука КГТУ, [email protected]; М. И. Демидова - мл. науч. сотр. ФГУП «ЦНИИгеолнеруд», [email protected].
