Главная страница
Сведения об авторах

КРЕМНЕУГЛЕРОДНЫЙ НАПОЛНИТЕЛЬ ЭЛАСТОМЕРОВ НА ОСНОВЕ ЛИГНИНА РИСОВОЙ ШЕЛУХИ

Ефремова С. В., Сухарников Ю. И., Бунчук Л. В., Национальный центр по комплексной переработке минерального сырья Республики Казахстан, Алматы, Казахстан

Упругоэластичные композиционные материалы (резинотехнические изделия, шины), благодаря большому разнообразию выполняемых ими эксплуатационных задач, широко используются в промышленности и быту. Важная роль в их производстве принадлежит активным наполнителям, способствующим усилению прочностных и улучшению специфических свойств резиновых смесей и вулканизатов. Наиболее эффективными из них являются технический углерод и белая сажа. Ввиду дороговизны последних, энерго- и материалоемкости промышленных процессов их получения на протяжении всего периода развития технологии композиционных материалов ведется поиск новых ингредиентов, в последнее время в условиях сближения экономических и экологических целей, как правило, на базе вторичного сырья.
Настоящая работа посвящена изучению возможности получения усиливающего наполнителя эластомеров на основе лигнина рисовой шелухи, лишенного указанных выше недостатков, и оценке перспективы его использования в производстве эластомеров.
Сухой лигнин из отхода рисопереработки выделяли известными способами: концентрированной серной кислотой, слабым раствором серной кислоты в автоклаве, поэтапной обработкой щелочью. Так как в состав рисовой шелухи входит кремнезем (~ 13—15% масс), то в процессе ее гидролиза осуществлялось совместное выделение лигнина и диоксида кремния: после обработки гидролизного материала кислотой SiO₂ присутствовал в лигнинном остатке, а при подкислении щелочного варочного раствора имело место соосаждение лигнина и SiO₂. Содержание диоксида кремния в лигнине достигало ~ 32—35% масс.
Полученный материал подвергали термической обработке без доступа воздуха при 700°С в течение 30 мин. В результате был получен кремнеуглеродный продукт (выход 60%), представляющий собой гомогенную смесь углерода (~ 45% масс.) и диоксида кремния (~ 55% масс.), присутствующих в активной аморфной форме.
Функции наполнителя в резиновых смесях обусловливаются его физико-химическими характеристиками. Так, основными усиливающими свойствами технического углерода считаются дисперсность (размер частиц), структурность (наличие первичных агрегатов) и химический состав поверхности частиц.
Наиболее важно влияние дисперсности активного углеродного наполнителя на прочностные свойства вулканизатов. Чем больше дисперсность сажи, тем выше предел прочности при растяжении, сопротивление разрыву и износостойкость, а также жесткость и твердость резин. Однако с ростом дисперсности техуглерода затрудняется его диспергирование в резиновой смеси, увеличивается вязкость последней, уменьшается скорость шприцевания и несколько увеличивается усадка, уменьшается эластичность вулканизатов и увеличивается теплообразование при динамическом режиме работы резинового изделия за счет роста внутреннего трения.
Напротив, чем выше структурность сажи, тем легче ее смешение с каучуком. Сажи с повышенным уровнем структурности улучшают технологические свойства резиновых смесей. Смеси, содержащие такие сажи, шприцуются быстрее и, что очень важно, имеют меньшую усадку, хотя при этом увеличивается их вязкость и расход энергии на смешение ингредиентов. Структурность сажи оказывает влияние и на свойства вулканизатов, например: М-300 и твердость резины с ростом структурности увеличиваются, а эластичность и остаточная деформация, напротив, уменьшаются.
В таблице представлены результаты исследования физико-химических показателей полученного кремнеуглеродного наполнителя в сравнении с различными марками саж.

Таблица

Физико-химические показатели наполнителей резин

Приведенные данные позволяют заключить, что кремнеуглерод по йодному числу (81,2 г/кг), выступающему в качестве показателя удельной поверхности, соответствует техническому углероду со средней степенью дисперсности, например, активному П 324 (84 ± 6 г/кг). По величине абсорбции дибутилфталата (109,00 см³/100 г), характеризующей структурность технического углерода, изучаемый материал превосходит сажи со средней величиной этого показателя, такие, как П 324 (100 ± 5 см³/100 г), П 514 (101 ±4 см³/100г), а подобно П 705 (ПО ± 5см³/100г) отвечает маркам с высоким уровнем структурности. Показатель рН показывает, что кремнеуглерод, подобно большинству печных саж (П 324 — 7—9; П 514 — 6—8; П 705 — 7,5—9,5), носит слабо щелочной характер, и при изготовлении резиновых изделий его можно использовать с ускорителями вулканизации щелочного характера.
Как наполнитель резин со средним показателем дисперсности и высоким показателем структурности кремнеуглерод, полученный из лигнина рисовой шелухи, будет легко диспергироваться в матрице каучука, облегчая их смешение и улучшая технологические свойства резиновых смесей. Его применение при оптимальном подборе ингредиентов будет способствовать усилению прочностных и увеличению пластоэластических свойств вулканизатов. Присутствие в рассматриваемом наполнителе аморфного диоксида кремния улучшит адгезионные свойства резиновых смесей, повысит прочность связи с металлическим корпусом.
Таким образом, на основании вышесказанного и с учетом уникальности строения кремне-углеродный материал можно рекомендовать к апробации в качестве заменителя технического углерода, белой сажи и их смесей при производстве резинотехнических изделий. Его использование с традиционными усиливающими наполнителями даст возможность регулировать свойства получаемых резин и производить резинотехнические изделия с заданными свойствами. При этом полная и даже частичная замена классических усиливающих наполнителей обеспечит снижение себестоимости изделий резиновой и шинной промышленностей за счет относительно невысокой стоимости кремнеуглеродного наполнителя (по сравнению с техническим углеродом и белой сажей), производимого из дешевого антропогенного сырья.

SILICA-CARBON ELASTOMER EXTENDER BASED ON LIGNINE OF RICE HUSKS

Yefremova S. V., Sukharnikov Yu. I., Bounchouk L. V., National Center for Mineral Raw Materials Complex Processing of the RK, Almaty, Kazakhstan

The silica-carbon additive for elastomers has been produced during the pyrolytic decomposition of the rice-husk lignin, which is the homogeneous mixture of carbon (~ 45 mass percent) and silicon dioxide (~55 mass percent) present in the active amorphous form. The basic physicochemical properties of this silica-carbon additive have been studied. The study results indicate that the silica-carbon (as the additive for compounded rubber with the mean granulation factor and high structure factor) would be easily dispersed in the rubber resin matrix improving the technological properties of the rubber compounds and the strength characteristics of vulcanizates. The use of this silica-carbon additive in various combinations with carbon black and carbon white will enable to produce general mechanical rubber goods with the specified properties.

Главная страница

Сведения об авторах

Ефремова Светлана Владимировна, к. х. н., зав. лабораторией кремнеуглеродных композитов, РГП «Национальный центр по комплексной переработке минерального сырья РК», ул. Жандосова, 67, к. 314, Алматы, 050036, Казахстан. Тел. (3272) 59-00-70, доб. 1-36, факс (3272) 59-00-75. E-mail: scc04dogmail.ru

Сухарников Юрий Иванович, д. т. н., проф., г. н. с., лаборатория кремнеуглеродных композитов, РГП «Национальный центр по комплексной переработке минерального сырья РК», ул. Жандосова, 67, к. 314, Алматы, 050036, Казахстан. Тел. (3272) 590070, доб. 1-36, факс (3272) 59-00-75. E-mail: scc04dogmail.ru

Бунчук Лара Владимировна, к. т. н., с. н. с, лаборатория кремнеуглеродных композитов, РГП «Национальный центр по комплексной переработке минерального сырья РК», ул. Жандосова, 67, к. 314, Алма-ты, 050036, Казахстан. Тел. (3272) 59-00-70, доб. 136, факс (3272) 59-00-75. E-mail: scc04dogmail.ru

© Независимое агентство экологической информации

Последние изменения внесены 24.04.07