Результат интеллектуальной деятельности: Способ вулканизации резиновой смеси на основе натурального каучука

Изобретение относится к способам вулканизации резиновых смесей на основе натурального каучука, предназначенных для производства автомобильных шин, полимерных напольных покрытий, промышленных шлангов, транспортеров, лент, ремней, разнообразных строительных материалов и т.д.

Известен способ вулканизации натурального каучука, заключающийся в добавлении к каучуку мочевины или ее алифатического производного и серы, и последующем нагревании полученой смеси [патент US №1503429, МПК С08K 5/00, опубл. 29.07.1924].

Недостатком способа является длительность процесса вулканизации каучука.

Известен способ вулканизации резиновых смесей из натурального каучука с применением вулканизующей группы, состоящей из меркаптобензотиазола и 1-фенил-1-алкил-3-диметиламинопропанола-1 [патент SU №114204, МПК C08L 7/00, С08K 5/18, опубл. 1958].

Недостатком этого способа является то, что он не позволяет повысить деформационно-прочностные свойства вулканизатов.

Известен способ вулканизации резиновых смесей с применением органических ускорителей ряда бензотиазол-2-тиометилендиалкиламинов [патент SU №112941, МПК C08L 7/00, С08K 5/47, опубл. 1958].

Недостатком способа является длительность процесса вулканизации.

Наиболее близким является способ вулканизации натурального каучука, при котором в каучук добавляют выделенный из серума, оставшегося после коагуляции латекса муравьиной кислотой и отделения натурального каучука, ускоритель вулканизации в составе со стандартными ускорителями. При этом для получения выделения из серума ускорителя вулканизации серум подвергают центрифугированию для полного удаления остатков предельных и непредельных углеводородов, а из оставшегося раствора с помощью распылительной сушки или дополнительной коагуляции с помощью кислот выделяют ускоритель вулканизации - смесь аминокислот, выделенных из белково-фосфолипидного слоя - в виде смеси твердых веществ со средним размером частиц 10-100 микрон [патент US №4987196, МПК С08С 19/20, опубл. 22.01.1991]. Ускоритель вулканизации может быть выделен с помощью лиофильной сублимационной или распылительной сушки. В случае использования лиофильной или сублимационной сушки образуется осадок из крупноразмерных частиц ускорителя.

Недостатком данного способа является необходимость предварительного выделения некаучуковых материалов из серума, что ведет к необходимости использования дополнительного оборудования, дополнительным трудо- и энергозатратам.

Задачей данного технического решения является разработка простого способа вулканизации натурального каучука, обеспечивающего улучшенные деформационно-прочностные свойства вулканизата.

Техническим результатом является упрощение способа, увеличение скорости вулканизации.

Технический результат достигается в способе вулканизации резиновой смеси на основе натурального каучука, при котором в качестве вулканизующей группы используют стеариновую кислоту, оксид цинка, каптакс, серу и выделенную из натурального латекса аминокислотную смесь, при этом аминокислотную смесь выделяют из натурального латекса одновременно с выделением натурального каучука путем обработки натурального латекса 1% водным раствором полидиаллилдиметиламмоний хлорида.

Сущность способа заключается во введении в каучук ускорителей вулканизации в процессе выделения натурального каучука из латекса под действием полимерного коагулянта - полидиаллилдиметиламмоний хлорида (ПДАДМАХ). Полидиаллилдиметиламмоний хлорид разрушает эмульсионную систему и взаимодействует с эмульгатором (белково-фосфолипидным слоем), в результате чего в структуре каучука оказываются сразу «встроены» вулканизующие агенты, содержащиеся в натуральном латексе - смесь аминокислот природного происхождения.

В предлагаемом способе используется высокоаммиачный натуральный латекс ГОСТ 29081-91 и в качестве коагулянта полидиаллилдиметиламмоний хлорид (ПДАДМАХ) - полиэлектролит водорастворимый катионный марки ВПК-402 ТУ 2227-184-00203312-98 «Каустик». В качестве вулканизующей группы используют стандартные компоненты: стеариновую кислоту, оксид цинка, каптакс и серу.

Для подтверждения содержания в структуре каучука образованного полимерным коагулянтом полидиаллилдиметиламмоний хлоридом с анионами аминокислот нерастворимого и недиссоциирующего комплекса определяли содержание азота в выделенном натуральном каучуке. Содержание азота в каучуке определено на установке элементного анализа Elementar vario EL. Стандарт сравнения - натуральный каучук, выделенный из латекса по методу, описанному в прототипе, - с использованием в качестве коагулирующего агента органической кислоты.

Вязкость растворов полимеров для расчета средневязкостной молекулярной массы определяли по ГОСТ 18249-72. Средневязкостная молекулярная масса рассчитывается по уравнению Марка-Хаувинка-Куна [L. Scott and A. Magat, "The Viscosity-Molecular Weight Relation for Natural Rubber," vol. 50, no. 4, pp. 1480-1483, 1943], где K=5,02⋅10^-4 дл/г и α=0,667. Результаты исследований приведены в таблице 1.

Вулканизационные характеристики определяли по ГОСТ 12535-84. Результаты проведенных исследований приведены в таблице 2.

Из таблицы 2 видно, что заявленный способ позволяет ускорить вулканизацию выделенного каучука. А возможность выделения натурального каучука с включенными в его структуру аминокислотными агентами вулканизующей группы не требует их отдельного трудоемкого выделения и введения в состав вулканизующей группы, что упрощает способ вулканизации резиновой смеси. Кроме этого, включение аминокислотных агентов вулканизующей группы в каучук в процессе его выделения из латекса обеспечивает их равномерное распределение в структуре каучука.

Изобретение иллюстрируется следующим примером.

Пример. Натуральный латекс по ГОСТ 29081-91 (концентрат) разбавляют дистиллированной водой в массовом отношении латекс: вода, равном 1:2. К полученному раствору при перемешивании приливают 1% масс. водный раствор полимерного коагулянта ПДАДМАХ в массовом отношении раствор латекса: раствор коагулянта, равном 3:1. Выделенную крошку каучука с аминокислотными вулканизующими агентами отделяют от латексного раствора, промывают водой и высушивают при температуре 100-110°С в течение 3,5-4 часов. К 100 масс. ч. полученного каучука добавляют стандартную вулканизующую группу: 0,5 масс. ч. стеариновой кислоты, 5,0 масс. ч. оксида цинка, 0,7 масс. ч. каптакса и 3,0 масс .ч. серы. Полученную резиновую смесь вулканизуют на вальцах в течение 10 мин.

Таким образом, способ вулканизации резиновой смеси на основе натурального каучука, при котором в качестве вулканизующей группы используют стеариновую кислоту, оксид цинка, каптакс, серу и аминокислотную смесь, выделенную из натурального латекса одновременно с выделением натурального каучука путем обработки натурального латекса 1% водным раствором полидиаллилдиметиламмоний хлорида, является простым и обеспечивает увеличение скорости вулканизации.