полимерная композиция

Формула изобретения

Полимерная композиция, включающая полимерную основу: каучук изопреновый, синтетический каучук бутадиеновый, немаслонаполненный бутадиенстирольный каучук, синтетический каучук этиленпропиленовый тройной сополимер, вулканизующие агенты, такие как белила цинковые, кислота стеариновая, тетраметилтиурамдисульфид, дифенилгуанидин, сера; наполнители, такие как кремнекислота, технический углерод N330; вспомогательные ингредиенты, такие как мягчитель нефтяной, модификатор - смесь фуллеренов фракции C₅₀-C₉₂ при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:

каучук изопреновый	26,98-41,57
немаслонаполненный бутадиенстирольный каучук	12,41-17,97
каучук этиленпропиленовый тройной сополимер	4,96-6,00
бутадиеновый каучук	3,10-8,98
белила цинковые	1,86-3,00
кислота стеариновая	1,24-1,79
мягчитель нефтяной	1,24-3,00
кремнекислота	5,99-15,52
углерод технический N330	15,52-23,98
смесь фуллеренов фракции C50-C92	0,0009-0,0018
тетраметилтиурамдисульфид	0,0991-0,1482
дифенилгуанидин	0,49-0,93
сера	1,55-1,67

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к химической промышленности, в частности к производству резиновых смесей, предназначенных для использования в производстве шин легкового и грузового производства.

Известны полимерные композиции для боковины шин, которые содержат в своем составе комбинацию натурального изопренового каучука с каучуками специального назначения [Зинченко Н.П., Буйко Г.Н., Андреева B.C., Фролова Б.В. Разработка рецептур белой боковины легковых шин // Производство шин, РТИ и АТИ. - 1968. - № 2. - С.1-4; Заявка 58-34834. Япония, МКИ⁴ C98L 9/00, В60С 1/00. Резиновые смеси для белых боковин шин/ Мирзумото Ясухиро, Куродзава Масахиро, Кодзима Масатоси, Татоно Нориаки. Заявлено 27.08.82. Опубл. 01.03.83].

Недостатком этих материалов являются низкая морозостойкость, недостаточная стойкость к атмосферному старению и недостаточная усталостная выносливость при динамическом погружении.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является полимерная композиция с улучшенными характеристиками [патент РФ № 2355719, МПК C08L 9/00, C08L 9/06, C08K 3/04, C08K 3/06, C08K 3/22, C08K 3/24, C08K 3/36, C08K 5/31, C08K 5/40, Полимерная композиция, Попов Г.В., Игуменова Т.И., Клейменова Н.Л, опубл. 20.05.2009, бюл. № 14, дата приоритета 27.11.2007], включающая в себя изопреновый каучук, бутадиеновый каучук, немаслонаполпенный бутадиенстирольный каучук, белила цинковые, кислоту стеариновую, серу полимерную, фуллерентехнический углерод (ФТУ), кремнекислоту, тетраметилтиурамсульфид в указанных количествах.

Недостатком этого материала также является недостаточная морозостойкость, низкая стойкость к атмосферному старению и невысокая усталостная выносливость при динамическом нагружении.

Техническая задача изобретения - разработка рецептуры полимерной композиции, позволяющей обеспечить требуемые физико-механические показатели изделий, устойчивость к воздействию тепла и атмосферных факторов, морозостойкость, а также усталостную выносливость вулканизатов при динамическом нагружении.

Для решения поставленной технической задачи изобретения предложена полимерная композиция, включающая полимерную основу: каучук изопреновый, синтетический каучук бутадиеновый, немаслонаполненный бутадиенстирольный каучук, синтетический каучук этиленпропиленовый тройной сополимер, вулканизующие агенты, такие как белила цинковые, кислота стеариновая, тетраметилтиурамдисульфид, дифенилгуанидин, сера; наполнители, такие как кремнекислота, технический углерод; вспомогательные ингредиенты, такие как мягчитель нефтяной, модификатор - смесь фуллеренов фракции C₅₀ -С₉₂, при следующем выборе соотношения ингредиентов, мас.%:

каучук изопреновый	41,57-26,98
немаслонаполненный бутадиенстирольный каучук	12,41-17,97
каучук этиленпрониленовый тройной сополимер	4,96-6,00
бутадиеновый каучук	3,10-8,98
белила цинковые	1,86-3,00
кислота стеариновая	1,24-1,79
мягчитель нефтяной	1,24-3,00
кремнекислота	15,52-5,99
углерод технический N330	15,52-23,98
смесь фуллеренов С50-С92	0,0009-0,0018
тетраметилтиурамдисульфид	0,0991-0,1482
дифенилгуанидин	0,93-0,49
сера	1,55-1,67

Технический результат изобретения заключается в повышении устойчивости к воздействию низких температур, к атмосферному и тепловому старению с сохранением необходимого уровня физико-механических показателей, повышении сопротивления усталостной выносливости.

Применение предложенной комбинации каучуков обусловлено следующими предпосылками: изопреновый каучук обеспечивает необходимый уровень прочности полимерной композиции, каучук этиленпропиленовый тройной сополимер обеспечивает озоностойкость и атмосферостойкость композиции, немаслонаполненный бутадиенстирольный каучук придает полимерной композиции дополнительную устойчивость к воздействию тепла и усталостную выносливость вулканизатов при динамическом нагружении, бутадиеновый каучук обеспечивает необходимый уровень морозостойкости.

Использование в рецептуре смеси фуллеренов С ₅₀-С₉₂ [Акатов Е.С., Игуменова Т.И., Гудков М.А. Анализ взаимодействия фуллерен-наполнитель при динамическом нагружении резин. Сборник докладов XXI симпозиума «Проблемы шин и резинокордных композитов», ООО НТЦ «НИИШП», Москва, 2010, т.1, с.156-159] позволяет получить высокий уровень физико-механических показателей вулканизатов за счет своего комплексного функционального воздействия на полимерную матрицу, также смесь фуллеренов обеспечивает повышение теплостойкости полимерной композиции как акцептор свободных радикалов и отщепляющегося при старении водорода и за счет влияния на процессы кристаллизации каучуков при низких температурах обеспечивает дополнительное повышение морозостойкости резиновых смесей как модификатор.

Разработанная полимерная композиция обладает хорошими технологическими свойствами, легко перерабатывается на существующем оборудовании и не требует переналадки, готовые изделия не токсичны и экологически безопасны.

Полимерные композиции, изготовленные по предлагаемой рецептуре, могут применяться как самостоятельно для изготовления резиновых изделий различного хозяйственного назначения, так и для создания конструкционных изделий вместе с резинами на основе каучуков общего назначения, в частности шин легкового и грузового ассортимента.

Способ приготовления цветной полимерной композиции осуществляется следующим образом.

На технических весах взвешивают каучук и остальные ингредиенты. На предварительно подогретых до 65±5°С вальцах смешивают вместе каучуки (изопреновый каучук, каучук этиленпропиленовый тройной сополимер, синтетический каучук бутадиеновый, немаслонаполненный бутадиенстирольный каучук), затем последовательно добавляют ингредиенты: технический углерод N 330, цинковые белила, стеариновую кислоту, мягчитель нефтяной, кремнекислота, смесь фуллеренов С₅₀-С₉₂, тетраметилтиурамдисульфид, дифенилгуанидин, сера; смесь готовят в течение 20 минут и снимают в виде листа при температуре не выше 100°С; полученную резиновую смесь охлаждают на воздухе до 25-30°С и перестилают чистой прокладкой.

Полимерную композицию готовят при следующем выборе соотношения ингредиентов, мас.%:

каучук изопреновый	41,57-26,98
немаслонанолненный бутадиенстирольный каучук	12,41-17,97
каучук этиленпропиленовый тройной сополимер	4,96-6,00
бутадиеновый каучук	3,10-8,98
белила цинковые	1,86-3,00
кислота стеариновая	1,24-1,79
мягчитель нефтяной	1,24-3,00
кремнекислота	15,52-5,99
углерод технический N330	15,52-23,98
смесь фуллеренов С50-С92	0,0009-0,0018
тетрамстилтиурамдисульфид	0,0991-0,1482
дифенилгуанидин	0,93-0,49
сера	1,55-1,67

Способ поясняется следующими примерами.

Пример 1 (прототип).

Образцы готовят на вальцах при температуре валков 65±5°С в течение 20 минут при следующем соотношении компонентов, мас.%: изопреновый каучук 39,65; бутадиеновый каучук 15,84; немаслонаполненный бутадиеновый каучук 23,77; белила цинковые 3,96; кислота стеариновая 1,58; сера полимерная 1,58; фуллерентехнический углерод 0,79; кремнекислота 11,88; тетраметилтиурамдисульфид 0,16; дифенилгуанидин 0,79. Сначала вальцуют все каучуки в течение 3 мин, затем поочередно добавляют все ингредиенты, кроме серы, тетраметилтиурамдисульфида и дифенилгуанидина, вальцуют 13 мин; после этого срезают с вальцов половину смеси (до малого запаса) и в оставшуюся половину вводят серу, тетраметилтиурамдисульфид и дифенилгуанидин, вальцуют 1 мин и добавляют вторую половину срезанной маточной смеси. Перемешивают на вальцах еще 3 мин. Общая продолжительность смешения составляет 20 минут. Полученную в виде листа резиновую смесь охлаждают на воздухе до 25-30°С и перестилают чистой прокладкой.

Пример 2.

Для приготовления 1 кг (100.000 мас.%) резиновой смеси на технических весах взвешивают 0.2698 кг (26.98 мас.%) каучука изопренового, 0.1797 кг (17.97 мас.%) немаслонаполненного бутадиенового каучука, 0.060 кг (6 мас.%) каучука этиленпропиленового тройного, 0.0898 кг (8.98 мас.%) бутадиенового каучука, 0.03 кг (3 мас.%) белил цинковых, 0.0179 кг (1.79 мас.%) кислоты стеариновой, 0.03 кг (3 мас.%) мягчителя нефтяного, 0.0599 кг (5.99 мас.%) кремнекислоты, 0.2398 кг (23.98 мас.%) углерода технического N 330, 0.000018 кг (0.0018 мас.%) смеси фуллеренов С₅₀ -С₉₂, 0.0167 кг (1.67 мас.%) серы, 0.0015 кг (0.1482 мас.%) тетраметилтиурамдисульфида, 0.0049 кг (0.49 мас.%) дифенилгуанидина. Полимерную композицию готовят па вальцах при температуре 55°С и зазоре между валками 2 мм. Сначала вальцуют вместе все каучуки в течение 3 мин, затем поочередно добавляют все ингредиенты, кроме серы, тетраметилтиурамдисульфида и дифенилгуанидина, вальцуют 13 мни; после этого срезают с вальцов половину смеси (до малого запаса) и в оставшуюся половину вводят серу, тетраметилтиурамдисульфид и дифенилгуанидин, вальцуют 1 мин. и добавляют вторую половину срезанной маточной смеси. Перемешивают на вальцах еще 3 мин. Общая продолжительность смешения составляет 20 минут. Полученную в виде листа резиновую смесь охлаждаю г на воздухе до 25-30°С и перестилают чистой прокладкой.

Готовую резиновую смесь анализируют и определяют: условную прочность при растяжении, относительное удлинение при разрыве (ГОСТ 21751), эластичность (ГОСТ 108), усталостная прочность резин при многократном растяжении (ГОСТ 261), тепловое старение (ГОСТ 9.024-74). Данные анализа представлены в таблице.

Пример 3.

Приготовление полимерной композиции аналогично примеру 2 при следующем соотношении используемых ингредиентов: для приготовления 1 кг (100.000 мас.%) резиновой смеси на технических весах взвешивают 0.4157 кг (41.57 мас.%) каучука изопренового, 0.1241 кг (12.41 мас.%) немаслонаполненного бутадиенового каучука, 0.0496 кг (4.96 мас.%) каучука этиленпропиленового тройного, 0.031 кг (3.1 мас.%) бутадиенового каучука, 0.0186 кг (1.86 мас.%) белил цинковых, 0.0124 кг (1.24 мас.%) кислоты стеариновой, 0.0124 кг (1.24 мас.%) мягчителя нефтяного, 0.1552 кг (15.52 мас.%) кремнекислоты, 0.1552 кг (15.52 мас.%) углерода технического N 330, 0.000009 кг (0.0009 мас.%) смеси фуллеренов С₅₀-С₉₂, 0.0155 кг (1.55 мас.%) серы, 0.000991 кг (0.0991 мас.%) тетраметилтиурамдисульфида, 0.0093 кг (0.93 мас.%) дифенилгуанидина. Полимерную композицию готовят на вальцах при температуре 55°С и зазоре между валками 2 мм. Сначала вальцуют вместе все каучуки в течение 3 мин, затем поочередно добавляют все ингредиенты, кроме серы, тетраметилтиурамдисульфида и днфенилгуанидина, вальцуют 13 мин; после этого срезают с вальцов половину смеси (до малого запаса) и в оставшуюся половину вводят серу, тетраметилтиурамдисульфид и дифенилгуанидин, вальцуют 1 мин и добавляют вторую половину срезанной маточной смеси. Перемешивают на вальцах еще 3 мин. Общая продолжительность смешения составляет 20 минут. Полученную в виде листа резиновую смесь охлаждают на воздухе до 25-30°С и перестилают чистой прокладкой.

Готовую резиновую смесь анализируют аналогично примеру 1. Анализ представлен в таблице.

Таблица
Показатель	Прототип	Данные анализа по примерам
1	2
Условная прочность при растяжении, МПа	18.2-20.1	18.5	22.4
Относительное удлинение при разрыве, %	450-460	460	540
Твердость по Шору, у.e.	70-71	69	72
Эластичность но отскоку, %	57-63	54	50
Температура хрупкости, °С	-58	-72	-69
Коэффициент по прочности после теплового старения 100°С, 72 часа	0.54-0.56	0.78	0.82
Усталостная выносливость при многократном растяжении, тыс.цикл.	2.5-3.0	8.3	12,7

Как видно из таблицы, предложенная полимерная композиция не уступает но физико-механическим свойствам прототипу, имеет более низкую температуру хрупкости, что говорит об улучшенной морозостойкости в сравнении с прототипом, а также повышенные показатели коэффициента прочности после теплового старения и усталостной выносливости при многократном растяжении.

Если из рецептуры данной полимерной композиции исключить смесь фуллеренов С₅₀-С₉₂, она будет иметь более низкие физико-механические показатели, недостаточную морозостойкость и более низкую сопротивляемость к динамическим нагрузкам, что не отвечает технической задаче изобретения.

Предложенная полимерная композиция позволяет изготавливать шины и резинотехнические изделия с повышенными эксплуатационными характеристиками, а также расширить температурную область их применения.