Gumárská zmes na prípravu vulkanizátov so zlepšenými mechanickými a dynamicko-mechanickými vlastnosťami

Je ešte 2 strany.

Pozerať všetko strany alebo stiahnuť PDF súbor.

Zhrnutie / Anotácia

Gumárská zmes obsahuje okrem ostatných bežne používaných aditív prírodný nemodifikovaný škrob získaný z rastlín produkujúcich škrob, ako sú kukurica, zemiaky, amarant, ryža, tapioka a pod., spolu so zrážaným oxidom kremičitým v množstve 5 až 25 % objemových, pričom množstvo oxidu kremičitého v zmesi týchto plnív je 5 až 99 % objemových.

Text

Pozerať všetko

Vynález sa týka gumárskych zmesí, v ktorých je aplikovaná zmes anorganických a organických hydrofilných plnív. Gumárske zmesi obsahujúce hydrofilné anorganické plnivo oxid kremičitý a organické prírodné plnivo škrob, vykazujú výrazné zlepšenie výsledných vlastností vulkanizátov, ak sa obe plnivá dávkujú vo vhodnom vzájomnom pomere, pričom nie je nutné aplikovať ďalšie väzbové činidlá, ako napríklad silány.Doteraj ší stav technikyUS 5 672 639 (EPO 795 581) sa zaoberá kaučukovou zmesou obsahujúcou kompozit škrob/plastifrkátor. Takéto zmesi sú určené na rôzne aplikácie, autoplášte nevynímajúc. Tento kompozit pozostáva zo škrobu a plastifrkátora, ktorým je napríklad poly(etylénvinyl alkohol) a/alebo acetát celulózy, alebo iný vhodný plastifrkátor, ktorého výsledkom je kompozit škrob/plastiñkátor, ktorý má teplom topenia pod teplotou topenia samotného škrobu, najmä pod 160 °C. Kombinácia takéhoto škrobového kompozitu s inými rôznymi plnivami, najmä stužujúcimi, určenými do gumárskych zmesi, ako sú napríklad sadzc, oxid ltremičitý, gumová drvina, krátke vlákna, kaolín, Sľuda, ale aj mastenec, oxid títaničitý alebo vápenec je predmetom niekoľkých patentov, ako napríklad US 5 374 671, US 5258430, US 4900361. Prednostne sa v kombinácii so škrobovým kompozitom aplikujú plnivá ako sadzc a/alebo oxid lqemičitý, hlavne zrážaný oxid kremičitý.Pod pojmom škrob sa rozumie zmes lineárneho polyméru amylóza a vetveného polyméru amylopektin. Typický škrob sa skladá približne z 25 amylózy a 75 amylopektínu, pričom tento pomer môže byť rôzny, čo závisí predovšetkým od rastliného pôvodu škrobu. Typické komerčné zdroje škrobu sú kukurica, zemiaky, ryža a pšenica, ale môže sa získavať aj z iných rastlín, produkujúcich škrob. Škrob ako zmes dvoch spomínaných polysacharidov predstavuje v závislosti od pomeru oboch zložiek viac alebo menej kryštalický polymér, ktorého teplota topenia je približne 170 °C alebo vyššia. Pretože teploty spracovania gumárskych zmesí spravidla neprekročía 150 až 160 °C, nie je predpoklad, aby sa takýto škrob v zmesi s elastomérom tavil a ďalej spracovával v termoplastickom stave. Z uvedených dôvodov škrob vytvára v elastomémej matrici vlastné tvrdé domény a nie spojitú fázu. S cieľom znížiť veľkosť častíc škrobu, resp. uľahčiť jeho termoplastické spracovanie počas prípravy gurnárskej zmesi, modíñkuje sa prídavkom plastiñkátorov/zmäkčovadiel ešte pred jeho samotným primiešaním do gumárskej zmesi. Takéto zmesi, ako sú napríklad opísané v patente US 5672639, sa nazývajú kompozit škrob-zmäkčovadlo, alebo jednoducho plastifikovaný škrob. Prídavok zmäkčovadla, ktorým je spravidla nízkomolekulová látka obsahujúca hydroxylovć skupiny, ako napriklad glycerín, spôsobuje rozrušenie kryštalických štruktúr škrobu, znižuje jeho teplotu topenia a umožňuje tak jeho termoplastickć spracovanie.Viaceré patenty opisujú aplikáciu takéhoto plastiñkovaného šlcrobu v gumárskych zmesiach najmä v kombinácii s oxidom kremičitým a väzbovým činidlom. Tak napríklad patent EP 1544243 A 1 opisuje aplikáciu zmesi sójový olej plastifrkovaný škrob v kombinácii so sadzami a/alebo oxidom kremičitým, pričom ako zmäkčovadlo pre škrob sa použil EVOH kopolymér. Ako väzbové činidlá sú aplikované silány. V medzinárodnej patentovej prihláške W 0 2004/072118 A 2 použili autori škrob ako zložku multikonrponentného plniva bridlica-šlçrob-kvapalný polyester-vápenec-oxid kremičitý. Plastiñkovaný škrob v kombinácii so silikou uvádzajú autori patentu EP 1388567 A 1 spolu s maleinovaným polybutadiénom ako väzbovým činidlom. Patent EP 1302337 A 2 opisuje aplikáciu plastifikovaného škrobu v kombinácii so sadzami a oxidom kremíčitým a silánom ako väzbovýrn činidlom na výrobu gumárskych zmesí na bočnicu a behúň autoplášťa.Všetky patenty, venované aplikácii škrobu ako plniva do gumárskych zmesí kombinujú tento materiál v plastifikovanej forme s oxidom kremičítým a/alebo sadzami, pričom sa vždy zároveň aplikuje aj väzbové činidlo, najčastejšie silány. Aplikácia silánov je odporúčaná najmä z dôvodov hydrofobizácie silne hydrofilných aditív, ako je oxid kremičitý a takisto škrob. Vychádza sa pritom z predstavy, že chemicky reaktívne silány sú schopne reagovať s hydroxylovými skupinami oxidu lcremičitého, čím zlepšujú jednak jeho kompatibilitu s relatívne málo polárnou kaučukovou matricou a takisto eliminujú silné OH - OH interakcie v samotnom oxide krerničitom, čím sa zlepšuje jeho dispergovateľnosť v elastomémej matrici. Podobný mechanizmus pôsobenia silánov alebo iných väzbových činidiel sa predpokladá aj v prípade aplikácie škrobu, pretože z pohľadu prítomnosti OH skupín v jeho štruktúre je veľmi podobný oxidu kremičitému. Silanizácia v procese výroby gumárskych zmesí však so sebou prináša značne technické problémy z dôvodu nutnosti dodržania precízneho teplotného režimu prípravy gumárskej zmesi a takisto z dôvodu odvodu prchavých reakčných produktov z priestoru hnetača, ktoré navyše zaťažujú pracovné a životné prostredie.Hlavnými nevýhodami doterajšieho stavu riešenia aplikácie škrobu do gumárskych zmesí je jeho aplikácia v plastiñkovanej forme súčasne s prídavkom väzbových činidiel, najčastejšie silánov. Plastiñkácia škrobu a najmä pridávanie väzbových činidiel typu silánov do zmesi technologicky komplikuje proces prípravy gumárskych zmesí a zvyšuje cenu ñnálnych výrobkov. Uvedeným problémom je možné predísť riešením podľapredkladaného vynálezu, pričom nie je potrebné škrob pred použitím plastiñkovať, ani aplikovať do zmesi väzbové činidlá.Riešenie podľa vynálezu umožňuje pripraviť gumárske zmesi plnené zmesnýrn plnivom oxid kremičitýškrob bez ďalších plnív alebo v kombinácii s ďalšími plnivami, pričom nie je potrebné škrob vopred plastiñkovat a takisto nie je potrebné použit väzbovć činidlá a tým nedochádza k uvoľňovaniu prchavých produktov počas hnetenia. Výsledné zmesi vykazujú výrazný synergický účinok vzhľadom na mechanické vlastnosti vulkanizátov, ak sa zvolí vhodný pomer silika - škrob. Výsledné vulkanizáty majú výrazne lepšie fyzikálnomechanické Vlastnosti v porovnaní s vlastnosťami Vulkanizátov obsahujúcich V rovnakej koncentrácii samotný škrob alebo samotný oxid kremičitý. Takisto je možne vzájomným pomerom oxid kremičitý - natívny škrob modifikovať dynamicko-mechanické vlastnosti vulkanizátov.Gumárska zmes na prípravu vulkanizátov so zlepšenými mechanickými a dynamicko-mechanickými vlastnosťami, najmä na výrobu behúňov autoplášťov na báze kaučuku, ktorá okrem ďalších plnív, ako sú sadze a aditív bežne používaných do gurnárskych zmesí, obsahuje ako stužujúce plnivá škrob a oxid kremičitý. Podstatou zmesi podľa tohto vynálezu je, že škrob vo forme prírodného nemodiñkovaného škrobu bez plastiñkátora a oxid kremičitý sú prítomné v objemovom zastúpení 5 až 25 objemových, kde objemové sú vztiahnuté na objem zmesi kaučuku s uvedenými plnivami, pričom množstvo oxidu kremičitého v zmesi so škrobom je 5 až 99 objemových pri 5 -nom objemovom plnení kaučukovej zmesi alebo 25 až 99 objemových oxidu kremičítého pri 25 -nom objemovom plnení kaučukovej zmesi uvedenými plnivarni, pričom zmes neobsahuje väzbové čínidlo.Prírodný nemodifikovaný škrob môže byt získaný bežným priemyselným postupom z rastlín produkujúcich škrob, ako sú napríklad kukurica, zemiaky, pšenica, amarant, ryža, tapioka a pod.Ako oxid kremičitý možno použiť v gumárskej zmesi pripravenej podľa tohto vynálezu priemyselne vyrábaný oxid kremičitý.Riešenie podľa vynálezu umožňuje vyrábať gumárske zmesi s veľmi dobrými mechanickými vlastnosťami a modifikovať dynamicko - mechanické vlastnosti vulkanizátov, pričom nie je nutné aplikovat zmäkčevadlá škrobu a takisto nie je nutná silanizácia počas prípravy gurnárskej zmesi ani aplikácia ďalších väzbových činidiel. Podstata vynálezu spočíva v tom, že sa stanoví výhodný koncentračný pomer medzi týmito dvoma zložkami (škrob a oxid kremičitý), ktorý zabezpečí vzájomné Odblokovanie hydrofilných OH skupín škrobu a oxidu kremičitého. Dochádza tak k efektu podobnému ako pri silanizácii. Olqem toho prítomnost škrobu ovplyvňuje dynamicko mechanické vlastnosti vulkanizátov. K synergickým efektom a teda k výrazněmu zlepšeniu mechanických a dynamicko - mechanických vlastností dochádza v závislosti od vzájomného objemového pomeru škrobu a oxidu kremičitého, ako aj od pomeru objemového množstva zmesi týchto plnív k objemu použitého kaučuku.Prehľad obrázkov na výkresochNa priloženom obrázku l sú znázomené závislosti tangensu stratového uhla tg(ô) od teploty pomocou DMTA analýzy pre vzorky l až 4.Na obr. 2 a a 2 b je znázomená závislost pevnosti V ťahu pri pretrhnutí (TSb) a relatívneho predĺženia pri pretrhnutí (Eb) od obsahu oxidu kremičitého (Ultrasil 7000 GR) v zmesi plnív oxid kremičitý/škrob pri celkovom objemovom plnení zmesi 5 obj. Ako škrob bol použitý Meritena 100.Na obr. 3 a a 3 h je znázornená závislosť pevnosti v ťahu pri pretrhnutí (TSb) a relatívneho predĺženia pri pretrhnutí (Eb) od obsahu oxidu kremičitého (Ultrasil VN 3) v zmesi plnív oxid kremičitý/škrob pri celkovom objemovom plnení zmesi 25 obj. Ako škrob bol použitý Meritena 100.Príklad 1 Na prípravu zmesí prírodného kaučuku (NR) sa použil zrážaný oxid kremičitý s komerčným označením ULTRASIL VN 3, natívny kukuričný škrob s komerčným označením MERITENA 100.(dsk znamená hmotnostné diely zložky na 100 hmotnostných dielov kaučuku)Zložky zmesi Zmes č. | 1 2 3 Ť Kaučuk SMR 20 100 100 100 100 Plnívá Ultrasil VN 3 0 41,6 52 69,4 Meritena 100 51,1 20,4 12,8 0 Síra 3,5 3,5 3,5 3,5 Vulkanizačný ZnO 5 5 5 5 systém Sulfenax CBS 3,5 3,5 3,5 Stearín III 2 2 5 Následne sa pripravili vulkanizáty a zmerali sa ich fyzikálno - mechanické vlastnosti ťahovou skúškoupodľa normy STN ISO 37. Hodnoty pevnosti v ťahu pri pretrhnutí (TSb) relatívneho predĺženia pri pretrhnutí(Eb) pre vzorky laž 4 sú spolu s objemovými koncentráciami plnív uvedené v tabuľke 2.Tabuľka 2. Obj emové koncentrácie plnív V zmesi a vlastnosti vulkanizátovCelkove objemové plnenie zmesí bolo 25 . Pomocou DMTA analýzy sa pre všetky štyri vzorky stanovili závislosti tangensu stratového uhla tg(ô) od teploty (obr. 1).15 Z merania mechanických vlastnosti vulkanizátov je vidieť, že samotný nativny škrob nemá dostatočný stužujúci účinok. Samotný oxid lcremíčitý poskytuje vulkanizáty s podstatne lepšími mechanickými vlastnosťami, ale jednoduchá kombinácia týchto dvoch plnív vo vhodnom pomere zabezpečí ďalšie zlepšenie vlastností vulkanizátov bez potreby plastiñkácie škrobu, resp. aplikácie väzbových čínidíel. Vzorka 2, ktorá v sumámej koncentrácii plnív 25 obj. obsahuje 15 oxidu kremičitého a 10 škrobu vykazuje porovnateľnú20 pevnosť v ťahu ako vzorka 4 (25 obj. oxidu kremičitého bez škrobu), ale podstatne vyššiu hodnotu predĺženia pri pretrhnutí. Vzorka 3, ktorá v celkovom objeme plnív 25 obj. obsahuje 18.7 oxidu kremičitého a 6,3 škrobu už dosahuje podstatne lepšie hodnoty pevnosti v ťahu a takisto podstatne lepšie hodnoty predĺženia pri pretrhnutí ako vzorka 4. Všetky vzorky obsahujúce škrob vykazujú významne vyššie hodnoty tg ô pri 0 °C, čo indikuje zlepšenie adhćzie k mokrým povrchom a za studena a zároveň pokles hodnôt tg ô pri25 zvýšených teplotách, čo indikuje pokles valivćho odporu.Príklad 2 Na prípravu zmesí NR sa použil zrážaný oxid kremičitý s komerčným označení ULTRASIL 7000 GR,nativny kukuričný škrob s komerčným označením MERITENA 100. 30 Tabuľka 3. Zloženie zmesi 5 až 7 V dskZložk zmesi Zmes č. 5 6 7 plnivá Ultrasil 7000 GR 31,2 41,6 100 Meritena 100 28 1 20 4Vulkanizačný ZnO systém Sulfenax CBS Stearín IIINásledne sa pripravili vulkanizáty a zmerali sa ich fyzikálno - mechanické vlastnosti ťahovou skúškou 35 podľa normy STN ISO 37. Hodnoty pevnosti v ťahu pri pretrhnutí (TSb) relativneho predlženia pri pretrhnutí(Eb) pre vzorky 5 až 7 sú spolu s objemovými koncentráciami plnív uvedené v tabuľke 4.Tabuľka 4. Objemovć koncentrácie plnív v zmesi a vlastnosti vulkanizátovobj. Meriteny 100 TSb MPa EbCelkové objemové plnenie zmesí bolo 25 .Príklad 3 Na prípravu zmesí NR sa použil zrážaný oxid kremičitý s komerčným označením ULTRASIL 7000 GR anatívny amarantový škrob s označením AS 2.Zložk zmesi Zmes č. 11 Kaučuk SMR 20 100 Plnivá Ultrasil 7000 GR 69,3Síra 3,5 Vulkanizačný ZnO 5 systém Sulfenax CBS 3,5Následne sa pripravili vulkanízáty a zmerali sa ich fyzikálne - mechanické vlastnosti ťahovou skúškou podľa normy STN ISO 37. Hodnoty pevnosti v ťahu pri pretrhnutí (TSb) relatívneho predlženia pri pretrhnutí(Eb) pre vzorky 8 až 11 sú spolu s objemovými koncentráciami plnív uvedené v tabuľke 6.Tabuľka 6. Objemové koncentrácie plnív v zmesi a vlastnosti vulkanizátovCelkové objemové plnenie zmesí bolo 25Príklad 4 Na prípravu zmesí SBR sa použil zrážaný oxid ldemjčitý s komerčným označení ULTRASIL 7000 GR anatívny amarantový škrob s označením AS 2.Zložky zmesi Zmes č. 12 13 14 Kaučuk Kralcx 1500 100 100 100 plnivá Ultrasil 7000 GR 0 61,1 67,9 ASl 50 5,0 Osystém Sulfenax CBS 3,5 3,5 3,5 Stearín III 2 2Následne sa pripravili vulkanizáty a zmerali sa ich fyzikálno - mechanické vlastnosti ťahovou skúškou podľa normy STN ISO 37. Hodnoty pevnosti v ťahu pri pretrhnutí (TSb) relatívneho predlženia pri pretrhnutí(Eb) pre vzorky 12 až 14 sú spolu s objemovými koncentráciamí plnív uvedené v tabuľke 8.

MPK / Značky

MPK: C08L 3/00, C08K 5/00, C08K 3/00, C08L 7/00, C01B 33/00

Značky: vlastnosťami, dynamicko-mechanickými, zlepšenými, vulkanizátov, mechanickými, přípravu, gumárská

Odkaz

<a href="http://skpatents.com/10-287149-gumarska-zmes-na-pripravu-vulkanizatov-so-zlepsenymi-mechanickymi-a-dynamicko-mechanickymi-vlastnostami.html" rel="bookmark" title="Databáza patentov Slovenska">Gumárská zmes na prípravu vulkanizátov so zlepšenými mechanickými a dynamicko-mechanickými vlastnosťami</a>

Podobne patenty