Минеральные наполнители

1.

Вохмянин М.А.

2.

Кремнекислотные наполнители:
Коллоидная кремнекислота, оксид
кремния, «силика»
Пирогенный способ
получения
«Мокрый» способ
получения
Пирогенная
кремнекислота, аэросил
Осажденная
кремнекислота

3.

Аэросилы:
Аэросил – высокодисперсный, аморфный,
малогидратированный, особо чистый оксид
кремния
SiCl4 + 2H2O = SiO2 + 4HCl
Тонкодисперсный пылящий порошок белого цвета
Высокая стоимость, в основном используется в резинах
на основе СКТ

4.

Аэросилы - получение:
Получают гидролизом тетрахлорида кремния в токе
кислородоводородного пламени при Т ≈ 1100 – 1400 С

5.

Аэросилы - структура:
На первой стадии образуются
практически идеальные
сферические частицы (7 – 40 нм)
Затем происходит образование
агрегатов и агломератов с удельной
площадью поверхности
50 – 380 м2/г

6.

Аэросилы - структура:
На поверхности частиц локализуются SiОН-группы, что придает
гидрофильность поверхности
Высокая вязкость, плохое распределение в большинстве каучуков
(неполярных)
Производство гидрофобных
аэросилов

7.

Белая сажа:
Осажденные кремнекислотные наполнители («белая
сажа» - в России, «силика» - за рубежом) –
гидратированные кремнекислоты – nSiO2 mH2O
По структуре аналогичны ТУ: содержат
первичные частицы, агрегаты,
агломераты
После смешения резины происходит
реагломерация структур
Более широко распространены

8.

Белая сажа - производство:
Щелочной силикат (жидкое стекло,
натриевая и/или калиевая соль
кремниевой кислоты)
фильтрование
Кислота (серная),
двуокись углерода
Осаждение
кремнезема
фильтрование
Морфология и структура
поверхности зависит от Т,
рН, концентрации, …
фильтрование

9.

Ассортимент:
Показатель
Содержание SiO2, % не менее
Влажность, %
Потери при прокаливании, %
Содержание растворимых солей, %
рН водной суспензии
Тип кремнекислотного
наполнителя
HDS
SD
С
98
6,5 – 7,5
10 - 11
2,0
6,5 – 7,5
7 - 10
-
5 -7
5,5 - 10
Удельная поверхность по БЭТ, м2/г
100 - 200 100 - 200
50 - 190
Внешняя удельная поверхность ЦТАБ, 95 - 105
м2/г
Адсорбция ДБФ, г/100 г
Более 200 180 - 200 Менее 180
C (conventional) – обычные;
SD (semi-dispersible) – среднедиспергируемые;
HDS (highly-dispersible) - высокодиспергируемые

10.

Мировые производители:
Гидратированные кремнекислотные
наполнители НS (hydrated silica):
активные, усиливающие (НS-100)
среднеусиливающие (НS-200)
полуактивные (НS-300)
малоактивные (НS-400)

11.

Мировые производители:
Гидратированные кремнекислотные
наполнители НS (hydrated silica):
Класс
Диаметр, нм
Торговая марка
Характеристики
НS-100
11-19
Vulkasil S, Zeosil Р45,
Наиболее
Ultrasil VN 3
активные наполнители
Hisil 210, Hisil 215,
Наполнители средней
Vulkasil С, БС-120
активности
НS-200
20-25
НS-300
26-30
Ultrasil VN 2
НS-400
31-39
Hisil ЕР
Малоактивные
наполнители

12.

Белая сажа - особенности:
Особенности смесей, содержащих
«силику»:
Активная поверхность –
адсорбция компонентов
вулканизующей группы
Полярность, гидрофильность
– затрудненное распределение
наполнителя в углеводородных
каучуках
Увеличение дозировок
ингредиентов
Введение модификаторов
(серусодержащих
органосиланов)

13.

Кремнекислотные модификаторы:
Модификаторы – бифункциональные силаны
(связующие агенты, каплинг (coupling)-агенты,
агенты сочетания)
Силанизация – взаимодействие
с поверхностью наполнителя в
процессе смешения
участие в реакциях
вулканизации
(RO)3-Si-(CH2)n-X

14.

Кремнекислотные модификаторы:
H3C
H3C
H3C
O
O Si
O
(CH2)3 SH
3-меркаптопропилтриметоксисилан
(MPS-M)
C2H5
C2H5
O
O
C2H5 O Si (CH2)3 S S S S (H2C)3 Si O C2H5
O
O
C2H5
C2H5
Бис(триэтоксисилилпропил)тетрасульфид
(ТЕSPТ, Si-69)

15.

Механизм:
Si
Si
OH
Si
OH
Si
OH
O
O
C 2H 5
Si
(CH2)3 S
Si
O
O
Si
S
O
C 2H 5
O
S
+
Si
- C2H5OH
C 2H 5
C 2 H5
O
Si
Si
C 2 H5
C H
O 2 5
O
C2H5 O Si (CH2)3 S S S S (H2C)3 Si O C2H 5
O
O
S
2
Si
O
Si
O
Si
O
C 2 H5
O
Si (CH2)3 S
S
Si
S
S
O
C 2H 5

16.

Силика – особенности переработки:
Особые режимы смешения и
конструкция резиносмесителей
Сильное падение вязкости в процессе
смешения
Повышенная усадка смесей
Важность температурного интервала
переработки

17.

Сравнение с ТУ:
Технический углерод:
+
Модуль
Белая сажа:
+
Твердость
Прочность
Эластичность
Износостойкость
Удлинение
Более дешевый
Сопротивление раздиру
Меньшее влияние на
вулканизацию
Теплостойкость
Адгезия резин к металлу
Более легкое
распределение
Цветные резины

18.

Шинное производство:
«Магический» треугольник:
Сцепление с (мокрой) дорогой
Износостойкость
Сопротивление качению

19.

«Зеленые» шины:
Сцепление с
(мокрой) дорогой
СКС + ТУ
Износостойкость
Сопротивление
качению
Сцепление с
(мокрой) дорогой
ДССК +
силика
Износостойкость
Сопротивление
качению

20.

«Силика» в протекторных резинах:
Значительное снижение сопротивления качению
Значительное повышение сцепления с дорогой на
снежных и обледенелых покрытиях
Повышение сцепления с дорогой
Сохранение износостойкости

21.

Комбинированные наполнители:

22.

Комбинированные наполнители:
Совмещение ТУ и SiO2 на стадии
формирования
Кремнеземный двухфазный
наполнитель «EcoBlack»:
Сочетание достоинств ТУ (износостойкость) и силики

23.

Природный мел:
Диаметр частиц, мкм
Сферические частицы различных
размеров, содержащие 97 – 98 % СаСО3
20
20
15
10
5
0
8
5
0,4
0,04

24.

Природный мел:
Доступный и дешевый наполнитель:
Улучшает технологические свойства
Снижает прочность и эластичность
кристаллизующихся каучуков
Не оказывает усиливающего действия в резинах
на основе некристаллизующихся каучуков
Часто используется как антиадгезив

25.

Каолин, тальк:
Каолин –
порошкообразный
минеральный продукт
общей формулы
Al2O3·2SiO2·2H2O
Тальк –
порошкообразный
минеральный продукт
общей формулы
3MgO·4SiO2·H2O
Пластинчатая структура – придает анизотропию,
улучшает диспергируемость ингредиентов
Обладает полуусиливающим действием
Повышает диэлектрические свойства,
маслобензостойкость, кислотостойкость

26.

Минеральные наполнители:
Минерал
Барит
Волластонит
Состав
Особенности применения
BaSO4
Инертный наполнитель кислото- и
щелочестойких резин. Утяжелитель
СaSiO3
Полуусиливающий наполнитель.
Игольчатые кристаллы. Нетоксичен.
Бентонит
Слюда
Полуусиливающее действие
Алюмосиликаты
Диатомит
Пемза
Гипс
Диэлектрик, агрессивостойкость
Дешевый наполнитель
SiO2 CaO BaO
В стирательных резинках
CaO
Связывание влаги в резине,
предотвращение порообразования
CaSO4