Научная электронная библиотека

Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания

Композиционные материалы на основе бутадиен-стирольных каучуков

Никулин С. С., Пугачева И. Н., Черных О. Н.,

1. Типы наполнителей

Решение проблемы переработки и использования отходов неразрывно связано с защитой окружающей среды от загрязнения, комплексным использованием сырья и материалов.

Нефтехимическая промышленность - одна из самых развивающихся отраслей современности. Переработка нефти и последующее использование полученных продуктов в производстве полимерных материалов приводит к образованию и накоплению значительных количеств отходов и побочных продуктов, многие из которых и до настоящего времени не нашли своего достойного применения. Примером может служить производство полибутадиена, где в качестве таких побочных продуктов образуются димеры, тримеры бутадиена и другие низкомолекулярные производные. Сополимеризацией их со стиролом в 80-90 годах ХХ века был освоен в промышленных масштабах выпуск низкомолекулярного полимерного материала, который использовался в производстве лакокрасочных составах.

В последнее время все больший интерес вызывает проблема применения в резинах в качестве наполнителей волокон различного происхождения. Годовой объём отходов, содержащих природные волокна и нити, составляет десятки тысяч тонн. Использование их в латексных и каучуковых изделиях могло бы обеспечить достижение значительного экономического и природоохранного эффекта за счет дополнительного выпуска продукции и защиты окружающей среды.

В тоже время сырьевые источники для получения волокнистых наполнителей почти безграничны. Большое количество волокон и волокнистых материалов в качестве отходов образуются на текстильных предприятиях, швейных мастерских и других. Поэтому поиск наиболее перспективных направлений по их применению является важной актуальной задачей.

В промышленных масштабах волокнистые наполнители вводятся на вальцах в процессе приготовления резиновых смесей. При введении в резиновые смеси волокнистые отходы придают им требуемую жесткость, улучшают прочностные показатели. Однако введение на вальцах волокнистого наполнителя не позволяет достичь равномерного их распределения в объеме резиновой смеси, это в свою очередь отражается в дальнейшем на физико-механических показателях вулканизатов.

На основе выше изложенного можно сделать вывод, что перспективными будут те направления в исследованиях, которые позволят достичь равномерного распределения волокнистого наполнителя в объеме полимерной композиции с минимальными затратами. Одним из таких направлений является введение волокнистого наполнителя в полимер на стадии латекса при производстве эмульсионных каучуков.

Интенсивное развитие резиновой промышленности, увеличение выпуска существующих и создание новых типов резиновых изделий требуют постоянного совершенствования сырьевой базы. В последнее время все больший интерес вызывает проблема применения в резинах наполнителей различного происхождения.

К наполнителям относятся вещества различных классов, которые вводятся в полимеры для получения материалов с определенными свойствами.

Наполнители делятся на активные и неактивные. Активными наполнителями принято считать такие, которые позволяют получить композиционный материал с более высокими физико-механическими свойствами, чем исходный полимер. Неактивные наполнители вводятся в композиции для придания им технологических и специфических свойств.

Наполнители могут быть органического и минерального происхождения (рис. 1). Все минеральные наполнители представляют собой неорганические дисперсные вещества различного химического состава.

Минеральные наполнители подразделяются  на естественно-дисперсные и искусственно-дисперсные минеральные продукты, которые могут, имея одну химическую природу, резко различаться по форме и физическим свойствам.

Различают природные (мел, коалин, туф, диатомит, барит, гипс, тальк, пемза и др.) и синтетические (коллоидная кремнекислота, химически осажденный мел, оксиды титана, цинка, магния, кальция, силикаты кальция и алюминия, фторид кальция и др.) минеральные наполнители [1].

Авторами [2] предлагается использовать в качестве наполнителя волластонитовый концентрат (ВК) и высокоочищенный тонкоизмельченный волластонит (ВТВ) Койташского месторождения. Анализ результатов исследований показал, что применение исследуемого наполнителя увеличивает относительную остаточную деформацию и твердость, снижает эластичность. Технологические и физико-механические свойства вулканизатов, содержащих ВТВ, не уступают композициям, наполненным Еленинским коалином. Следовательно, использование высокоочищенного тонкоизмельченного волластонита в рецептурах резиновых смесей для производства резинотехнических изделий целесообразно и перспективно.

Отдельную группу представляют наполнители, являющиеся отходами различных химических производств и горнодобывающей промышленности: фосфогипс, коалиновая пыль, отходы флотационного обогащения металлических руд, электрофильтровая зола и пыль, молотый сланец и др.

В работе [3] предложено использовать в качестве малоактивного наполнителя сепарированный феррохромовый шлак (СФШ), получаемый из отходов металлургического производства. В ходе исследования было отмечено, что новый наполнитель равномерно распределялся в резиновых смесях, не вызывал затруднений при изготовлении резин на вальцах и в резиносмесителях. Из полученных данных можно сделать вывод, что физико-механические свойства резин, содержащих в качестве наполнителя СФШ, соответствуют требованиям нормативной документации и находятся на одном уровне со свойствами смесей, содержащих мел и коалин.

Сопротивление истиранию, эластичность, сопротивление раздиру и стойкость к термическому старению опытных резин не ухудшаются.

Таким образом, применение минеральных наполнителей в производстве резин и увеличение их ассортимента способствует достижению необходимых технологических свойств, технических характеристик (повышение теплостойкости, теплопроводности и др.); экологических требований (применение отходов различных производств).

В то же время наряду с минеральными наполнителями в производстве резинотехнических изделий широко применяются волокнистые наполнители, основную часть которых составляют отходы текстильной промышленности.

Классифицировать текстильные отходы можно по различным признакам:

• 1) по химической природе волокна: хлопковые, шерстяные, химические и т.д.;
• 2) по технологии производства и вида текстильных материалов: отходы тканей, трикотажа, нетканых материалов и их комбинации;
• 3) по стадии производства текстильных материалов: волокнистые отходы, путанка и концы пряжи, лоскут и обрезки полотен;
• 4) по цвету: белые отходы, светлые (окрашенные в светлые тона: бежевый, светло-желтый, их комбинации) и разноцветные;
• 5) по чистоте: неочищенные и очищенные (подвергшиеся стирке, химчистке, дезинфекции и другим способам чистки).

Некоторая часть образующихся текстильных отходов используется в различных отраслях промышленности. Например, сильно засоренными хлопчатобумажными волокнистыми отходами тампонируют нефтяные скважины при бурении. Часть лоскутов и обрезков могут быть использованы в производстве толя и рубероида. Трудноутилизируемые подкладочные материалы подвергаются разволокнению и используются в виде ват как наполнители в производстве строительных материалов, в качестве тепло- и звукоизолирующей основы под линолеум [4].

К основным видам отходов из природных и химических волокон и нитей, образующихся в трикотажной, швейной и шелковой отраслях, относятся: путанки, концы пряжи и нити, лоскут, срывы, очесы, обрезы и ворс от стрижки искусственного меха и др.

Классификация волокон представлена на рис. 2.

Природные и химические волокна и нити перерабатываются в пряжу, ткани и другие текстильные изделия. Отходы образуются при ведении следующих технологических процессов:

- при разрыхлении и трепании - окрайки и подбор, пух трепальный, подвальный, трубный и фильтров, волокно, рвань холстов;

- при чесании - очес шляпочный, очески с главного и съемного барабанов, пух, рвань холстов; при утонении чесальной ленты - рвань ленты и ровницы, пух с чистителей;

- при прядении - мычка, рвань ровницы, колечки с верхних и чистильных валиков, пух с чистителей, путанка подметь.

В крутильном производстве образуются отходы в виде путанки одиночной трощеной и крученой пряжи и нитей, испытательных моточков нити, подмети отбраковок химических одиночных и крученых нитей.

В ткацком производстве образуются следующие отходы:

- при перематывании и сновании пряжи и нитей - путанки пряжи и нитей; шлихтовании и ткачестве - концы основ, отбраковка крученых нитей, волокнистые отходы в виде отрезанной кромки;

- при отделке и разбраковке - весовой лоскут, лоскут "лапша", волокно с ворсовальных и стригальных машин, отходы окрашенных нитей.

Использование массовых видов отходов, таких как путанка, лапша, кромочная обрезь, отходы крашеных нитей в условиях предприятий шелковой промышленности из-за отсутствия оборудования, необходимого для их разрыхления (разволокнения) затруднено. Поэтому значительное количество этих отходов реализуется на сторону, где применяется не всегда рационально. Поиск наиболее перспективных направлений по их применению является важной актуальной задачей [6].