Kauczuki nitrylowe typu “Low Mould Fouling” (LMF)

Zanieczyszczenia form pozostałościami zwulkanizowanego kauczuku (mould fouling) jest jednym z powszechnie obserwowanych, niekorzystnych zjawisk w przemyśle gumowym. W czasie wulkanizacji pewna warstwa materiału przywiera do powierzchni formy, warstwa ta narasta przy każdym, kolejnym cyklu produkcyjnym.

Obecność takiej warstwy pogarsza wymianę ciepła pomiędzy formą a polimerem, jest źródłem problemów przy wyjmowaniu wyrobu z formy i może powodować uszkodzenia powierzchni wyrobu. Ponadto zanieczyszczenie formy powoduje straty materiałowe, konieczność regularnego czyszczenia form oraz stosowania odpowiednich środków antyadhezyjnych do form – wszystko to w konsekwencji powoduje wzrost kosztów produkcji. Wymienione negatywne efekty szczególnie nasilają się w przypadku produkcji wyrobów gumowych metoda wtrysku (injection moulding).

W celu zminimalizowania zanieczyszczenia form proponowane są różnorodne środki pomocnicze wprowadzane do mieszanek gumowych takie (m.in. talk, tiosiarczan sodu, woski lub olej silikonowy). Jednakże te środki są często mało efektywne w zastosowaniu do zwykłych kauczuków nitrylowych.

W celu ograniczenia lub wyeliminowania niekorzystnych efektów (zjawisk) występujących podczas formowania wyrobów większość producentów kauczuku nitrylowego opracowała specjalne gatunki kauczuku przeznaczone do formowania metodą wtrysku lub wytłaczania – kauczuki te określane są jako ‘low mould fouling’ (LMF) czyli powodujące małe zanieczyszczenia formy. W nazwach handlowych takich kauczuków występują nazwy ‘green’, ‘GRN’ lub ‘clean’ . W Tabeli 1 przedstawiono przykładowy asortyment dostępnych kauczuków nitrylowych typu LMF.
Aktualnie polski producent kauczuków nitrylowych nie ma w ofercie tego rodzaju kauczuków. Celem podjętych badań było sprawdzenie możliwości produkowania w Polsce kauczuków nitrylowych typu LMF.

Analiza właściwości kauczuków typu LMF
Wykonane zostały badania mające na celu określenie różnic pomiędzy dostępnymi w handlu kauczukami nitrylowymi typu LMF a produkowanymi w Polsce kauczukami nitrylowymi. Do badań wykorzystano kauczuki Europrene N 3330 GRN, Europrene N 3345 GRN produkcji firmy Enichem Elastomeri oraz kauczuk KER N-33 produkcji Firmy Chemicznej „Dwory” SA . Podstawowe (katalogowe) właściwości tych kauczuków przedstawiono w Tabeli 2.
Badania przebiegu wulkanizacji mieszanek przeprowadzono za pomocą wulkametru MDR 2000 Firmy Monsanto (temperatura badania 160°C, kąt oscylacji 0,5°). zgodnie z normą PN-ISO 293:1999. Wyniki badań przedstawiono w Tabeli 3.
Właściwości wytrzymałościowe oznaczano przy użyciu maszyny wytrzymałościowej T2000. zgodnie z normą (PN-ISO 37:1998 ). Otrzymane wyniki przedstawiono w Tabeli 4.
W ramach analizy chemicznej wykonano badania składu chemicznego metodą spektroskopii w podczerwieni, wykonano analizy zawartości azotu, popiołów, oznaczania rozkładu ciężarów cząsteczkowych oraz oznaczanie zawartości kwasów i mydeł. W pracy przedstawiona została jedynie wybrana część uzyskanych wyników.
Oznaczanie rozkładu ciężarów cząsteczkowych wykonano metodą chromatografii żelowej.

W badaniach stosowano chromatograf firmy Knauer, detektorów (refraktometryczny i wiskozymetryczny) firmy Viscotek oraz układu kolumn TSK gel firmy TosoHaas. Oznaczanie zawartości kwasów i mydeł - prowadzono zgodnie z normą PN-82/C-04298.

Uzyskane wyniki przedstawiono w Tabeli 5.

Wykonane badania nie wykazały istotnych różnic we właściwościach technologicznych badanych kauczuków.
Pewne różnice zaobserwowano natomiast w wyniku analizy chemicznej kauczuków, na podstawie tych różnic w składzie chemicznym przyjęto dwa kierunki działań laboratoryjnych:
1) modyfikacje w procesie polimeryzacji kauczuku;
2) modyfikacje w procesie wydzielania kauczuku.

Prace laboratoryjne
W ramach prac laboratoryjnych wykonano syntezy lateksów kauczuków nitrylowych oraz przeprowadzono modyfikowane procesy wydzielania kauczuku z lateksów.

Na rys.1 przedstawiono reaktor laboratoryjny wykorzystany do syntez. Jest to reaktor ze stali nierdzewnej, ciśnieniowy, pojemności 7 dm3, zaopatrzony w mieszadło ramowe, szklany dozownik ciśnieniowy do dozowania surowców, zawory do przedmuchiwania azotem oraz pobierania próbek, podstawowe przyrządy pomiarowe i płaszcz grzewczo-chłodzący. Temperaturę procesu regulowano przy pomocy kriostatu KB30C-10. Czynnik chłodzący stanowił izopropanol.
Na rys.2 przedstawiono etap koagulacji, po wydzieleniu kauczuk jest płukany (rys.3) a następnie suszony (rys.4). W procesach laboratoryjnych uzyskuje się kauczuk w postaci rozdrobnionej (rys.5)
Wykonano kilkadziesiąt eksperymentalnych syntez. W Tabeli 6 przedstawiono wyniki oznaczania ciężarów cząsteczkowych trzech kauczuków laboratoryjnych. Kauczuki te charakteryzują się zbliżonymi do wzorcowych rozkładami ciężarów cząsteczkowych (w tym wypadku za wzorcowe uznaliśmy kauczuki Europrene GRN).
W wyniku modyfikacji procesów wydzielania uzyskano różne zawartości kwasów i mydeł w kauczukach. W tabeli 7 przedstawiono wybrane wyniki oznaczania zawartości kwasów i mydeł w kauczukach.
Dla oceny efektów prac badawczych opracowano test przydatności bazujący na metodzie wielokrotnej wulkanizacji opisywanej w patentach amerykańskich który umożliwia wstępną, przybliżoną ocenę właściwości technologicznych kauczuku.
Testy wykonywano przy użyciu prasy hydraulicznej Carver Laboratory Press z ogrzewaniem elektrycznym.
Po wykonaniu każdych pięciu cykli wulkanizacji rozbierano formę i fotografowano gniazda formy. Na rysunkach 6 i 7. przedstawiono zdjęcia elementów formy, w której wykonywano wulkanizacje mieszanek z kauczukami, w których modyfikowano jedynie sposób wydzielania. Jak widać gniazda, w których wulkanizowano kauczuk GK-8 po 25 cyklach wulkanizacji są zdecydowanie mniej zanieczyszczone niż gniazda, w których wulkanizowano kauczuk N-33.

Na rysunkach 8 i 9. przedstawiono zdjęcia elementów formy, w której wykonywano wulkanizacje mieszanek z kauczukami, w których modyfikowano zarówno sposób wydzielania jak i sposób polimeryzacji. W tym wypadku stosunkowo dobre efekty po 30 cyklach wulkanizacji zaobserwowano dla kauczuków GK-50 i GK-51. 

Podsumowanie
Uzyskane wyniki nie są oczywiście rewelacyjne, nie mniej jednak obserwowane zmniejszenie zanieczyszczenia gniazd formy przy zastosowaniu modyfikowanych kauczuków wskazuje na prawidłowy kierunek podjętych badań.

Pozytywne wyniki badań laboratoryjnych pozwalają przypuszczać, że przy odpowiednio zaplanowanych i zrealizowanych pracach badawczych możliwe jest opracowanie technologii otrzymywania nitrylowych kauczuków LMF atrakcyjnej dla polskiego przemysłu chemicznego.

Autor reprezentuje Ośrodek Badawczo-Rozwojowy
Kauczuków i Tworzyw Winylowych w Oświęcimiu,
tarniowyc@interia.pl Najświeższe informacje w kanale RSS (jak używać)

Zawartość numeru:

• Rubber Review:
  • Najszybsi i najsprawniejsi w branży gumowej
  • Nowe oblicze branży gumowej
  • Kryteria oceny części gumowych w pojazdach samochodowych
  • Kauczuki nitrylowe typu “Low Mould Fouling” (LMF)
  • Formy wulkanizacyjne – eksploatacja, metody czyszczenia
  • Samooptymalizująca się wtryskarka Maplan ergo 280
  • "Biełszina" – opony po białorusku

Zobacz pozostałe numery Rubber Review »