5.2. Пептизаторы

Как уже было сказано выше, эффективность процесса пластикации увеличивается с использованием пептизаторов (рeptizers) – технологических добавок, ускоряющих деструкцию полимерных цепей во время переработки. Их можно разделить на химические и физические пептизаторы.

Химические пептизаторы обладают высокой реакционной способностью. К химическим пептизаторам тносятся многие соединения (дисульфиды, меркаптаны и их соли цинка, тиокарбоновая кислота и ее соли, нитрозосоединения, сульфенамиды, гидразины, перекиси и металлические комплексы). Ниже (Рисунок 18) сопоставлены технологические параметры механической пластикации и пластикации в присутствии химического пептизатора. Видно, что уменьшается время пластикации и энергопотребление, а также снижается температура пластикации [].

Рисунок 18. Механическая пластикация по сравнению с химической пептизацией

Механизм действия химических пептизаторов заключается в:

• облегчении образования первичных радикалов;

• ускорении разложения образующихся гидроперекисей.

Для оптимизации действия химических пептизаторов, их можно соединять с ускорителями пластикации или катализаторами окисления. Ускорители пластикации являются акцепторами свободных радикалов, и их действие сводится к стабилизации полимерных радикалов, образующихся в процессе деструкции. Это предотвращает рекомбинацию радикалов и их взаимодействие с молекулами полимера. Катализаторы окисления ускоряют разложение гидроперекисей на свободные радикалы. Установлено, что активированные таким образом пептизаторы начинают работать при более низких температурах пластикации [, ].

Ниже (Рисунок 19) сопоставляются эффективность непосредственного и долговременного воздействия пептизатора и сочетания пептизатор/ускоритель. Видно, что наблюдается сильное падение вязкости, около 33 % при использовании только пептизатора, и еще более сильное при использовании пептизатора с ускорителем.

Рисунок 19. Вязкость в зависимости от времени хранения

Химические пептизаторы чаще всего используются в очень небольших (гомеопатических) концентрациях: от 0,05 до 0,3 %. Поэтому важную роль играют точность дозирования, быстрое и эффективное диспергирование и распределение добавки [].

Точность дозирования может быть увеличена за счет использования добавки с низким содержанием активного вещества, например 8 – 10 %. В связи с этим его можно дозировать при соответствующих более высоких концентрациях. Это позволяет повысить точность развески, и благодаря большей навеске обеспечивается более однородное распределение пептизатора.

Для быстрого и эффективного диспергирования и распределения пептизатора можно сочетать химические пептизаторы с физическими пептизаторами. Последние, как правило, обладают более высокой совместимостью с каучуком по сравнению с химическими пептизаторами при гораздо меньшей реакционной способностью в отношении главных цепей макромолекул. Прежде всего, они обеспечивают значительно более быстрое включение, диспергирование и распределение химического пептизатора в объеме каучука. Их использование позволяет избежать проблемы “горячих точек”, когда из-за плохого диспергирования и распределеления пептизатора остаются не диспергированные частицы пептизатора. Полимерные цепи, прилегающие к таким частицам, характеризуются более низкой молекулярной массой, чем в объеме смеси. Эти области становятся липкими [, ].

Физическими пептизаторами являются, например, смеси солей цинка жирных кислот с молекулярной массой от средней до высокой. Они обеспечивают значительно более быстрое включение и лучшее распределение пептизатора, облегчая дисперсию химического пептизатора, помогая преодолеть проблему образования горячих точек, а также повышая однородности смеси от заправки к заправке.

Действие пептизаторов может тормозиться воздействием других ингредиентов резиновых смесей, в частности серой, ускорителями вулканизации, оксидом цинка, противостарителями. В присутствии подобных ингредиентов действие пептизаторов практически ингибируется. По этой причине предпочтительно добавлять пептизатор к каучуку на очень ранней стадии производства для того, чтобы быстро разрушить цепи каучука в ходе пластикации.

Вместе с тем эффективность действия пептизаторов и их ускорителей очень сильно может зависеть от присутствия сажи. Эффект ускорителей снижается даже при низком содержании углерода. Поэтому при одностадийном смешении для максимального пептизирующего действия необходимо в первую очередь вводить каучук и комбинацию пептизатор/ускоритель, а затем, например, после смешения в течение 60 секунд – сажу, оксид цинка, стеариновую кислоту и другие ингредиенты.

Недостатком использования пептизаторов является то, что их остатки могут вызывать нежелательное ускорение процессов старения в вулканизатах. Поэтому одним из требований к химическим веществам, играющим роль пептизаторов, является отсутствие отрицательного побочного воздействия, такого как преждевременное старение или нарушение отверждения.

Как уже указывалось выше, основным направлением действия пептизатора является снижение вязкости резиновых смесей для облегчения их дальнейшей обработки. Также к данным добавкам предъявляются требования отсутствия нежелательных воздействий, о которых говорилось выше. Ниже (Рисунок 20) приведены сравнительные данные по оценке влияния пептизаторов ведущих мировых производителей: марки «Struktol A50» фирмы «Struktol Co. of America» и «Promix 100LS» фирмы «Flow Polymers, LLC» на свойства смесей для протекторов грузовых шин на основе натурального каучука []:

Рисунок 20. Сравнительное действие пептизаторов «Struktol A50» (ф. «Struktol Co. of America») и «Promix 100LS» (ф. «Flow Polymers, LLC»)

Влияние аналогичных добавок на кинетику процессов вулканизации и физико-механические свойства вулканизатов приведено ниже (Рисунок 21, Рисунок 22).

Рисунок 21. Примеры влияния пептизаторов «Struktol A50» (ф. «Struktol Co. of America») и «Promix 100LS» (ф. «Flow Polymers, LLC») на процессы вулканизации

Рисунок 22. Примеры влияния пептизаторов «Struktol A50» (ф. «Struktol Co. of America») и «Promix 100LS» (ф. «Flow Polymers, LLC») на физико-механические свойства вулканизатов

Подробнее влияние данных добавок на свойства резин как на основе натурального, так и синтетического каучуков приведено в [].