Композиционный материал для совмещения резиновой крошки с ингредиентами резиновых смесей
Изобретение относится к качественному и количественному составу композиционных материалов для совмещения резиновой крошки, которую получают измельчением отходов резины, с прочими ингредиентами таких резиновых смесей, которые предназначены для формования новых резинотехнических изделий. Композиционный материал для совмещения резиновой крошки с ингредиентами резиновых смесей содержит по меньшей мере один пригодный для вулканизации каучукоподобный ингредиент и по меньшей мере одну пригодную для вулканизации низкомолекулярную добавку. Каучукоподобным ингредиентом служит по меньшей мере один жидкий при комнатной температуре олигосополимер, который выбран из группы, состоящей из олигосополимера бутадиена и акрилонитрила и эпоксидированного олигосополимера бутадиена и пиперилена. Низкомолекулярной добавкой служит по меньшей мере один сложный эфир, который выбран из группы, состоящей из три(оксиэтилен)-,
-диметакрилата, триметакрилата триэтаноламина,
,
-диметакрилат-(бисэтилгликоль)фталата,
,
-диметакрилат-(бисдиэтиленгликоль)фталата, олигоуретанакрилата, который получен взаимодействием бисхлоругольных эфиров гликолей и 2-фениламиноэтилметакрилата и олигоуретанакрилата, который получен взаимодействием бисхлоругольных эфиров бисфенолов и 2-фениламиноэтилметакрилата. Указанные ингредиенты композиционного материала взяты в соотношении, маc.%: олигосополимер 15-50, сложный эфир 50-85. Композиционный материал позволяет расширить потребление поверхностно активированной резиновой крошки в производстве крупнотоннажных резинотехнических изделий с соблюдением самых жестких современных требований к санитарной и экологической безопасности и повысить долю крошки в массе таких изделий сверх 50%. 4 з.п.ф-лы, 2 табл.
Изобретение относится к качественному и количественному составу композиционных материалов для совмещения резиновой крошки, которую получают измельчением отходов резины, с прочими ингредиентами таких резиновых смесей, которые предназначены для формования новых резинотехнических изделий.
Проблема утилизации изношенных резинотехнических изделий и получения из отходов резины новых изделий промышленного и бытового назначения ощущается тем острее, чем более развита экономически какая-либо страна и чем меньше ее территория. Так, общеизвестно, что шины пневматических колес транспортных средств являются одним из серьезных загрязнителей природной среды и одновременно источником ценных вторичных материальных ресурсов. Только в США ежегодно изнашиваются около 250 миллионов шин, а их общее количество на свалках этой страны превышает 3


либо экзотической жидкокристаллической легирующей присадкой, которая получена из переработанной биомассы (RU 2129128 С1),
либо ультрадисперсным порошком оксида меди (RU 2129129 С1),
либо ультрадисперсным порошком твердого смазочного материала, который выбран из группы, состоящей из диселенида вольфрама, диселенида молибдена, дисульфида вольфрама и дисульфида молибдена (RU 2129130 С1),
с последующей сушкой крошки до удаления растворителя и ее термообработкой при температуре вулканизации в течение 40-60 мин. Поэтому подходящие "активаторы-совместители" обычно выбирают
либо из химических средств девулканизации резин путем разрушения серных мостиков между макромолекулами вулканизованного каучука,
либо из свежих (не вулканизованных) каучуков и иных материалов, которые могут присоединяться к поверхности частиц резиновой крошки с раскрытием остаточных двойных связей в вулканизованной резине. Примером химических средств девулканизации может служить композиция, известная из ЕР 0690091 А1. Она включает по меньшей мере одно из таких соединений:
а) тиокарбаматы цинка типа диметилдитио-, диэтилдитио-, дипропилдитио-, дибутилдитио- и дибензилдитиокарбамата;
б) 2-меркаптобензотиазол или такие его производные, как цинковая соль или бензотиазилдисульфид;
в) сульфенамиды типа N-циклогексил-2-бензотиазолсульфенамида и N-трет-бутил-2-бензотиазолсульфенамида,
г) ускорители вулканизации резин на основе азотосодержащих соединений типа гуанидина, N'N'-дифенилгуанидина, ди-орто-толилгуанидина и 4',4'-дитиоморфолина. Возможно и использование только одного иэ указанных соединений в сочетании с добавкой серы, а именно 2-меркаптобензтиазола (RU 2129130 С1). Однако поверхностная девулканизация резиновой крошки разрушением серных мостиков не обеспечивает ее прочное соединение в "монолитные" изделия при переработке. Соответственно активированная указанными средствами резиновая крошка пригодна преимущественно в производстве малоответственных изделий типа электроизоляционных ковриков, амортизационных прокладок в упаковках и т. п. Поэтому все большее применение в практике утилизации резиновой крошки находят "свежие" каучуки и их аналоги. Например, в RU 2061711 С1 для изготовления новых резинотехнических изделий предложено использовать только резиновую крошку с добавкой 10-20 мас.% синтетического олигопипериленового каучука. Однако даже при максимальном (около 20%) расходе этот каучук, взятый сам по себе, служит преимущественно связующим, а не активирующим агентом. Поэтому из крошки удается получать лишь малоответственные резинотехнические изделия. Из числа более эффективных средств активации поверхности частиц вулканизованной резины к предлагаемому наиболее близок композиционный материал для совмещения резиновой крошки с ингредиентами резиновых смесей согласно US 4481335. Он представляет собою связующее, которое содержит
по меньшей мере один каучукоподобный пригодный для вулканизации ингредиент, которым в известном связующем служит высокомолекулярный синтетический каучук, например сополимер 1,4-бутадиена и стирола или сополимер 1,4-бутадиена и акрилонитрила, или 1,2-полибутадиен, и
по меньшей мере одну также пригодную для вулканизации низкомолекулярную добавку, которой в известном связующем служит жидкий мономер с двойной связью. Этот мономер выбран из группы, состоящей из стирола и акрилонитрила. При интенсивном смешивании такого материала с серой и резиновой крошкой в подходящем смесителе при температуре преимущественно 60-93oС удается получать весьма гомогенные пластичные смеси, в которых вулканизованные частицы крошки покрыты вязким полимерным связующим и вулканизующим агентом. Эти смеси устойчивы при хранении при комнатной температуре, хорошо вулканизуются при нагреве в интервале температур преимущественно 134-177oС и под давлением до 34,5 МПа и позволяют получать довольно прочные (с пределом прочности при разрыве до 7 МПа) и эластичные (с удлинением при разрыве до 140%) резинотехнические изделия. К сожалению, стирол и акрилонитрил весьма токсичны и летучи даже при комнатной температуре. Поэтому их применение требует особых мер по охране труда и предупреждению выбросов в атмосферу. В частности, связующее, то есть один из указанных сополимеров и один из указанных мономеров, предварительно тщательно перемешивают с примерно равным количеством серы или смеси серы с такими агентами вулканизации, как N-трет-бутил-2-бензотиазолсульфенамид или тетраметилтиурамдисульфид. Далее эту массу, обычно в количестве от 6 до 8%, перемешивают с резиновой крошкой. Но и в этом случае некоторое количество мономера может оставаться химически не связанным. Поэтому хранение и переработка активированной резиновой крошки также требуют осторожности. Кроме того, при расходе связующего менее 6% от массы исходной резиновой крошки прочность и эластичность получаемых из нее изделий заметно снижаются. И, наконец, активированную известным связующим крошку целесообразно вводить как наполнитель в свежие резиновые смеси для изготовления изделий типа новых автомобильных шин в количестве не более 30% от их общей массы. В основу изобретения положена задача усовершенствованием качественного состава и соотношения ингредиентов создать такой композиционный материал для совмещения резиновой крошки с иными возможными ингредиентами резиновых смесей, который
во-первых, обеспечивал бы безопасное в санитарно-гигиеническом и экологическом аспектах химическое активирование поверхности резиновой крошки и,
во-вторых, позволял изготовлять высокопрочные резинотехнические изделия, в которых количество активированной крошки существенно превышало бы 30 мас. %. Поставленная задача решена тем, что в композиционном материале для совмещения резиновой крошки с ингредиентами резиновых смесей, содержащем по меньшей мере один пригодный для вулканизации каучукоподобный ингредиент и по меньшей мере одну пригодную для вулканизации низкомолекулярную добавку согласно изобретению:
а) каучукоподобным ингредиентом служит по меньшей мере один жидкий при комнатной температуре олигосополимер, который выбран из группы, состоящей из олигосополимера бутадиена и акрилонитрила и эпоксидированного олигосополимера бутадиена и пиперилена;
б) низкомолекулярной добавкой служит по меньшей мере один сложный эфир, который выбран из группы, состоящей из три(оксиэтилен)-






в) указанные ингредиенты взяты в соотношении, мас.%:
Олигосополимер - 15-50
Сложный эфир - 50-85
Даже из этого краткого описания видно, что
во-первых, все выше указанные ингредиенты нелетучи и практически нетоксичны и потому пригодны для совершенно безопасного в санитарно-гигиеническом и экологическом аспектах химического активирования поверхности резиновой крошки и,
во-вторых, в зависимости от количества остаточных двойных связей в вулканизованной резине, из которой была изготовлена крошка, возможен весьма точный выбор таких конкретных соотношений олигосополимеров и сложных эфиров, который позволит получать высокопрочные резинотехнические изделия с концентрацией активированной крошки существенно более 30% (а предпочтительно более 60%) по массе. Действительно, при переработке крошки, которая получена измельчением, например такой высокоэластичной исходной резины, как резина противогазовых масок, доля олигосополимера в композиционном материале может быть близка к указанному минимуму, а доля по меньшей мере одного из сложных эфиров доведена до максимума. Соответственно при переработке крошки, которая получена измельчением, например, такой упругой и слабо растяжимой исходной резины, как резина конвейерных лент, шлангов или кабельных оболочек, доля олигосополимера будет близка к указанному максимуму, а доля по меньшей мере одного из сложных эфиров доведена до минимума. Первое дополнительное отличие состоит в том, что каучукоподобным ингредиентом служит олигосополимер бутадиена и акрилонитрила, а низкомолекулярной добавкой - такой сложный эфир, как три(оксиэтилен)-




перечнем ингредиентов композиционного материала согласно изобретению и рекомендациями по их выбору для конкретных случаев поверхностной активации резиновой крошки, полученной из разных источников;
описанием способа изготовления и конкретными примерами составов этого материала, которые были использованы для переработки резиновой крошки;
описанием способа совмещения резиновой крошки с прочими ингредиентами резиновых смесей и рекомендациями по изготовлению и переработке таких смесей и
результатами испытаний стандартных образцов, которые были изготовлены только из поверхностно активированной резиновой крошки. Полный перечень ингредиентов композиционного материала согласно изобретению и их количественные соотношения даны в таблице 1. Конкретные примеры составов этого материала, которые были использованы для изготовления стандартных образцов, и результаты испытаний этих образцов для определения предела прочности при разрыве (










дозирование выбранных жидких ингредиентов и
их предварительное смешивание до гомогенизации для последующего использования полученной смеси в процессах поверхностного активирования резиновой крошки. Однако не исключено (и даже предпочтительно) непосредственное введение предварительно отмеренных доз или непрерывное дозированное введение всех выбранных жидких ингредиентов вместе с активируемой резиновой крошкой в подходящий смеситель. В реальные композиционные материалы согласно изобретению и соответственно в активированную ими крошку могут быть введены в достаточных количествах (обычно в сумме не более 5% сверх общей массы материала согласно изобретению) такие противостарительные добавки, как свето- и/или термо-, и/или теплостабилизаторы, антиоксиданты и т.д. Эти добавки - с учетом условий изготовления и использования резинотехнических изделий из активированной резиновой крошки - могут быть без труда выбраны специалистами из числа доступных на рынке. Для экспериментов по поверхностному активированию в большинстве случаев (примеры 1-13 и 15, таблица 2) использовали резиновую крошку, которая была получена
отмывкой от механических примесей типа песка и/или глины и иных минеральных частиц и сушкой изношенных автомобильных шин,
механическим измельчением таких шин,
отделением от массы измельченной резины металлического и текстильного корда и классификацией очищенной крошки по размерам. В частности, для изготовления образцов для испытаний использовали резиновую крошку, которая имела частицы размером менее 1,5 мм и содержала не более 0,1% примеси металлического корда, не более 3% примеси текстильного корда и не более 1% примеси минеральных частиц. Специалистам понятно, что чем чище крошка, тем больший максимальный размер могут иметь ее частицы. Следует заметить, что при указанных нормативах концентраций примесей можно применять резиновую крошку с максимальными размерами до 4,0 мм при сохранении механических свойств вулканизатов примерно на одном и том же уровне. В примере 14 (таблица 2) использовали свободную от механических примесей крошку, полученную на шероховальном станке из эластичной резины, которая была изготовлена на основе хлоропренового каучука. Размер частиц этой крошки также был менее 1,5 мм. Вулканизующим агентом в экспериментах служила только сера, хотя специалистам понятно, что вместе с нею (а в некоторых случаях - вместо нее) могли быть применены такие общеизвестные вулканизующие агенты, как
тиурамы (тетраметилтиурамдисульфид, тетраэтилтиурамдисульфид, дипентаметилен-тиурамдисульфид и пр.),
тиокарбаматы (диметилтио- или диэтилдитиокарбамат селена или теллура и пр.),
алкилфенолсульфидные или алкилфенолдисульфидные смолы и многие другие. В частности, для обеспечения сопоставимости результатов испытаний количество серы в расчете на 100 г указанной крошки в большинстве примеров составляло 2,0 г. Однако понятно, что - в зависимости от требуемой эластичности (или жесткости) вулканизата или от присутствия других вулканизующих агентов, в частности, полиэтиленполиамина (ПЭПА), как в примере 13 из таблицы 2 - расход серы может быть больше или меньше. Как видно из таблицы 2, для изготовления образцов применяли только крошку, которая была поверхностно активирована соответствующими композиционными материалами согласно изобретению без каких бы то ни было добавок свежих каучуков или иных известных связующих. В качестве вулканизующего агента в примерах 1-12 и 14, 15 использовали только серу, а в примере 13 - серу с добавкой полиэтиленполиамина. Резиновую крошку обрабатывали композиционными материалами и вулканизующими агентами согласно таблице 2 при комнатной температуре в вихревом горизонтальном смесителе непрерывного действия модели АМС-1000, который изготовлен Научно-производственной фирмой 000 "ЭНТАР" (город Иваново Российской Федерации) согласно RU Patent 2024398. Этот смеситель имеет
корпус с окнами для впуска смешиваемых ингредиентов и выпуска смеси,
камеру смешения, которая расположена внутри корпуса,
патрубки для непрерывной подачи смешиваемых ингредиентов в камеру смешения, которые расположены с одной торцевой стороны корпуса,
тангенциальный патрубок для непрерывного выпуска смеси, который расположен с другой торцевой стороны корпуса,
ротор, который расположен внутри камеры смешения и имеет
- вал, подключенный к приводу вращения,
- по меньшей мере две перегородки в виде дисков, которые закреплены на валу с радиальным зазором относительно корпуса, разделяют камеру смешения на секции и имеют перепускные окна,
- основные смесительные радиальные лопатки, которые с помощью ступиц и продольных реек закреплены на валу в промежутках между указанными перегородками и снабжены дополнительными смесительными радиальными лопатками, и
- выгребные радиальные лопатки, закрепленные на валу в зоне выпускного окна. Все ингредиенты, то есть резиновую крошку и выбранные в соответствии с конкретным примером олигосополимер(ы), сложный эфир (эфиры) и вулканизующий агент, подавали в камеру смешения указанного смесителя непрерывно и одновременно. Длительность интенсивного перемешивания указанных ингредиентов не превышала 15 с. Резиновая крошка, поверхностность которой активирована таким путем, может храниться при комнатной температуре по меньшей мере в течение 6 месяцев, то есть достаточно долго для того, чтобы ее можно было транспортировать на другие предприятия для переработки в желаемые резинотехнические изделия. Из каждой смеси согласно таблице 2 вулканизацией в течение 15 минут при давлении 5 МПа и температуре 155-165oС были изготовлены стандартные образцы в количестве 3х5 штук для определения механических свойств вулканизатов, а именно:
образцы в виде лопаток согласно ГОСТ 279-75 (ISO 37) - для определения предела прочности при разрыве и для определения относительного удлинения при разрыве и
образцы в виде пластин длиной 60 мм, шириной 10 мм и толщиной 3 мм согласно ГОСТ 422-75 - для определения устойчивости к многократному изгибу. Предел прочности и удлинение образцов при разрыве определяли на стандартной разрывной машине при скорости нагружения 500

Формула изобретения






Олигосополимер - 15-50
Сложный эфир - 50-85
2. Композиционный материал по п. 1, отличающийся тем, что каучукоподобным ингредиентом служит олигосополимер бутадиена и акрилонитрила, а низкомолекулярной добавкой - такой сложный эфир, как три(оксиэтилен)-




РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2