6. Защитные добавки

Большинство резиновых изделий работают в условиях атмосферных воздействий: тепла, света, кислорода, озона, влаги воздуха, радиации, многократно повторяющихся деформаций. Под их влиянием происходит необратимое изменение структуры, приводящее к ухудшению свойств изделий и называемое старением и утомлением.

Для защиты резин от старения вводятся специальные добавки - противостарители (стабилизаторы) и противоутомители.

Особенно нуждаются в защитных добавках резины на основе ненасыщенных каучуков, поскольку окислительные процессы в них сопровождаются деструкцией основных цепей и поперечных связей.

Все каучуки, применяемые в резиновой промышленности, уже содержат около 1% стабилизатора для защиты от старения при хранении и переработке. Однако этого количества недостаточно для защиты резинового изделия в процессе эксплуатации, поэтому при изготовлении резиновых смесей дополнительно вводится 1-3 мас.ч. противостарителя на 100 мас. ч. каучука. Дозировка может быть повышена до 5 мас.ч. и более, если изделие эксплуатируется в жестких условиях, например в жарком климате.

По действию защитные добавки подразделяются на следующие группы: антиоксиданты, антиозонанты, термостабилизаторы, фотостабилизаторы. В ряде случаев защитные добавки проявляют комплексное действие.

Антиоксиданты предназначены для защиты резин от окисления кислородом воздуха, когда радикалыROOֹ, образующиеся при распаде полимерных гидропероксидовROOH, инициируют деструкцию основных цепей. Для дезактивации радикаловROOֹ необходимы соединения с подвижными атомами водорода, прежде всего ароматические моно- и диамины и замещенные фенолы.

Например, из моноаминов применяется N-фенил-2-нафтиламин (1) или нафтам Ф2 (неозон Д).

Самыми эффективными антиоксидантами являются производные пара-фенилендиамина (2), которые называются диафенами, например,N-фенил-N-изопропил-n-фенилендиамин (3) или диафен ФП (продукт 4010NА,IPPD):

Все аминные антиоксиданты претерпевают сложные превращения с образованием темноокрашенных продуктов, что ограничивает их применение - только в черных резинах. Поэтому для защиты светлых и цветных резин используют фенольные стабилизаторы, а именно замещенные монофенолы (алкофены) и бисфенолы (бисалкофены). Например, из монофенолов используют 2,6-дитретбутил-4-метил-фенол (4) или алкофен БП (ионол, агидол 1). Из бисфенолов используют продукты конденсации алкилфенолов с формальдегидом, например 2,2-метилен-бис-(4-метил-6-третбутилфенол) (5) или бисалкофен БП (агидол 2, антиоксидант 2246):

45

Антиозонанты предназначены для защиты резин от разрушительного воздействия озона, небольшие концентрации которого всегда находятся в воздухе, особенно весной и летом. Озон легко поглощается поверхностными слоями резин и вызывает окисление, приводящее к структурированию и образованию хрупкой пленки, легко разрушающейся при деформации. При этом образуются микротрещины, которые быстро разрастаются в глубь изделия и выводят его из строя.

Для защиты от озона применяют антиозонанты физического и химического действия. Антиозонантами физического действия являются различные воски, т.е. окисленные парафины С₂₆ и выше, которые выпотевают на поверхность изделий с образованием защитной пленки, поглощающей озон. При механическом повреждении пленки защита прекращается, поэтому во все покровные резины при изготовлении вводят дополнительно химические антиозонанты, чаще всего диафены. В шинной промышленности они применяются в комбинации с ацетонанилом Р или РС - продуктом конденсации ацетона с анилином.

Фотостабилизаторы,защищающие от действия света, в темных резинах не используются, а в светлых резинах их роль выполняет светлая окраска изделий, отражающая большую часть спектра света.

Термостабилизаторырекомендуется использовать для изделий, которые работают при температуре выше100ºС, когда обычные антиоксиданты быстро улетучиваются. Так, например, при 120ºС в течение 1 часа из изделия улетучивается около 80% диафена ФП. Поэтому в качестве термостабилизаторов используют антиоксиданты с низкой летучесть.

Добавки, называемые противоутомителями, предназначены для защиты от деструкции поперечных связей в вулканизатах. Специальных противоутомителей нет, и их роль выполняют комбинации противостарителей. Несмотря на применение эффективных противостарителей, наилучшим средством защиты резин от старения и утомления является создание вулканизационной сетки, устойчивой к режиму эксплуатации изделия.