Guminio pelėsio mastelio problemos sprendimas

Gumos perdirbimo pramonėje pelėsio pleiskanojimas yra dažnas reiškinys. Kietėjimo metu ant pelėsio sienelės susidarė nuosėdų sluoksnis, kuris palaipsniui kaupiasi tolesniame gamybos cikle. Ankstesnėje literatūroje buvo aptarta įvairių veiksnių, sukeliančių pelėsių pleiskanojimą, įtaka. Dabar nustatyta, kad įvairių sulfidų (ir cinko oksido), esančių polimerinės gumos mišinyje, atveju cinko sulfidas yra labiausiai erzinantis šalutinis reakcijos produktas, sukeliantis nuosėdų susidarymą kietėjimo proceso metu. Jokia pusiau nuolatinė atskyrimo priemonė arba nuolatinė (metalinė) danga negali išvengti tokio nusėdimo. Daroma išvada, kad pleiskanojimą iš pradžių sukelia cinko sulfidas (neorganinės nuosėdos), prisitvirtinęs prie pelėsio ir suformuojantis pilką nuosėdų sluoksnį. Kaip temperatūros funkcija, mažos molekulinės masės komponentai mišinyje prisijungia prie cinko sulfido mikrokristalų ir sukelia antrąjį nusodinimo etapą (organinį nusodinimą). Oksidacijos produktai susidaro per tam tikrą laiką ir sukelia anglies nusėdimą.
Suvokus pelėsių susidarymo priežastis ir vidinį cinko sulfido mikrokristalų susidarymo ant pelėsių metalinio paviršiaus mechanizmą, galima sukurti dabartiniam apdorojimo procesui tinkamą metodą, siekiant sumažinti cinko sulfido susidarymą ir užkirsti kelią pelėsių susidarymui. . Sumažinti šį reiškinį labai įmanoma tiriant pleiskanojimo priežastis.
Galimi du sprendimai, kaip išvengti arba sumažinti nešvarumų susidarymą: mišinio sudėties keitimas arba formos paviršiaus pagerinimas.
Pakeiskite mišinio sudėtį, kad sumažintumėte pelėsių nuosėdas
Dėl cinko oksido arba vulkanizavimo atsiradusios pelėsių apnašos turi būti sumažintos arba visiškai pašalintos. Dauguma nuosėdų yra susijusios su dideliu sulfido ir cinko oksido kiekiu, kurie dažniausiai naudojami padangų gumos gaminiuose. Pagal tūrį padanga yra didžiausias gumos gaminys pasaulyje (iki 75 proc.). Todėl dauguma eksperimentų atliekami su NR/BR mišiniu ir SBR mišiniu, dažniausiai naudojamu padangų gamyboje. Pelėsių apnašų mažinimo, keičiant mišinio sudėtį, aspektu ištirta cinko sulfido įtaka, trumpalaikis vulkanizacijos eksperimentas ir junginių sudėties įtaka.
◆ Cinko sulfido nustatymas
Šis tyrimas prasideda nuo cinko sulfido, kuris yra pirminio nešvarumų šaltinis, susidarymo tyrimu. Vulkanizacijos eksperimentas parodė, kad ant metalo paviršiaus susidarė cinko sulfidas. Aptikkite įdėklo nuosėdas 1000-karto padidinimo mikroskopu, kad nustatytumėte matomą pradinį mikrokristalumą, tada išanalizuokite jį RMA metodu (Rongeno mikroanalizė), kaip parodyta 1 paveiksle. RMA elementų analizė aptiko, kad yra cinko ir sieros. Pagal aptiktą sieros ir cinko santykį daroma išvada, kad mikrokristalus daugiausia sudaro netirpus cinko sulfidas (2 pav.). Cinko sulfido buvimui nustatyti naudojamas fizikinės analizės metodas (AP-TPR) H2S kiekiui mišinyje analizuoti po vulkanizacijos (netiesioginis metodas). Formavimo vulkanizavimo eksperimentas naudojamas cinko sulfido susidarymo procesui, kai yra geležis, nustatyti. Eksperimentas atliekamas uždarame vamzdyne 200 laipsnių temperatūroje ir be deguonies. Mėgintuvėlyje yra izotriakontano, cinko oksido, sieros ir didelio paviršiaus elemento geležies. Šiame eksperimente cinko sulfidą taip pat aptiko RMA. Kaip ir tikėtasi, abu eksperimentai parodė cinko sulfido susidarymą. Tačiau nėra įrodymų, kad mišinio ir formos sąsajoje susidaro cinko sulfidas arba kad ZnS susidaro kaip cinko ir sieros reakcijos šalutinis produktas kietėjimo proceso metu.
Cinko sulfido kiekiui gumos mišinyje nustatyti taikytas kitas metodas. Formuota guma žemoje temperatūroje sumalama ir padaroma smulkiomis dalelėmis, kurios ekstrahuojamos acetonu ir apdorojamos druskos rūgšties ir acto rūgšties mišiniu. Metalo sulfidas suyra. Susidaręs vandenilio sulfidas absorbuojamas kadmio acetato buferiniu tirpalu, o susidaręs kadmio sulfidas nustatomas jodometrija. Be to, išgautas kaučiukas hidrolizuojamas sieros rūgštyje ir azoto rūgštyje mikrobangų krosnelėje. Hidrolizatas buvo nuskaitytas ICP-ES.
Iš šių rezultatų galima daryti išvadą, kad cinko sulfidas susidaro kaip cinko oksido ir sieros reakcijos produktas. Vulkanizavimo gamyboje šis reakcijos produktas yra prieinamas ir naudingas cinko sulfido mikrokristalams susidaryti tarp gumos gaminių ir pelėsių paviršių.
Labiausiai priimtina prielaida, kad cinko sulfidas susidaro kaip cinko oksido ir sieros reakcijos produktas. Ši įprasta cheminė reakcija aprašyta įvairiuose guminiuose vadovuose. Supaprastintas reakcijos mechanizmas yra:
2RH plius Sx plius ZnO plius (katalizatorius) RS (x-1) - R plius ZnS ir H2O
Daugumoje padangų mišinių yra 5 dalys cinko oksido ir maždaug 2 dalys sieros 100 dalių. Padangų mišiniui galima apskaičiuoti, kad formulėje, sudarytoje iš 100 dalių gumos (iš viso apie 175 dalys), yra 2,8 procento (masės) cinko oksido ir 1,1 procento (masės) sieros. Iš reakcijos formulės galima apskaičiuoti, kad kiekvienam cinko oksido gramui susidarys apie 0,6 gramo cinko sulfido. Akivaizdu, kad galima pagaminti nemažą kiekį cinko sulfido. Tiesą sakant, tik viršutiniame padangos sluoksnyje esantis cinko sulfidas yra mikrokristalinis cinko sulfidas (galbūt jį sukelia metalinis paviršius). Prieš nuvalant formą, galima atlikti apie 500 formavimo kartų.
◆ Eksperimentuokite
Buvo žinoma, kad įdėklas (mažas metalo lakštas), naudojamas kaip formos paviršius, RMA metodu iš esmės gali lengvai išanalizuoti, ar jame nėra cinko sulfido mikrokristalų, tačiau tai labai brangus bandymas. Todėl pradiniams (matomiems) mikrokristalams ant įdėklo nustatyti buvo sukurtas paprastas tyrimo metodas. Naudojant optinį mikroskopą, kurio padidinimas yra 500, galima pamatyti pavienius 0,5–1 mikrono mikrokristalus. Norint pagaminti mikrokristalus, buvo atlikti vulkanizacijos eksperimentai su skirtingais mišiniais, skirtingomis temperatūromis ir skirtingu laiku. Buvo atrinkti du mišiniai ir parodyti 1 lentelėje, įskaitant mišinį s-SBR protektoriaus pagrindu ir tarpinį mišinį NR/BR mišinio pagrindu. Abu mišiniai naudojami kaip pagrindinis junginys įvairiems vulkanizavimo eksperimentams.
Vulkanizavimo eksperimentui atlikti gaminama paprasta presinė forma, kurioje galima įdėti iki 8 įdėklų. Ši presavimo forma gaminama trumpalaikiam eksperimentui iki 20 ciklų. Apžiūrėkite įdėklą kas 5 ciklus iš eilės. Tokiu būdu galima aptikti įvairius parametrus, tokius kaip skirtingų priedų mišinio parametrai arba parametrai, susiję su įdėklais, pavyzdžiui, metalo parinkimas, šiurkštumas ar danga. Preliminarūs eksperimentai buvo atlikti su dviem pagrindiniais padangų mišiniais. Padangų mišinys buvo vulkanizuojamas 160 laipsnių temperatūroje 20 minučių ir 200 laipsnių temperatūroje 2 minutes (duomenys apskaičiuoti pagal reometro kreivę). Rezultatai parodė, kad vizualiai apžiūrint cinko sulfido mikrokristalų skaičius nesiskyrė. Siekiant sutrumpinti laiką, visi tolesni eksperimentai buvo atlikti 200 laipsnių kampu. Per trumpą laiką atlikus 20 vulkanizavimo eksperimentų, tolesni eksperimentai atliekami liejimo būdu, iki 500 vulkanizacijų.
◆ Mišinio sudėties įtaka
▲ Cinko pasirinkimas
Buvo atlikti mišinio sudėties eksperimentai. Kaip parodyta, cinko sulfidas susidaro kaip cinko oksido (arba cinko turinčio komponento) ir sieros reakcijos produktas. Sierą ar cinko sulfidą pašalinti iš formulės nėra lengva. Kadangi šie du komponentai yra būtini gumos formulėje. Natūrali siera gali pagerinti mechaninį stiprumą ir sukibimą, o cinko oksidas gali suaktyvinti kietėjimo sistemą.
Reometro eksperimentas rodo, kad nekeičiant maksimalaus reometro sukimo momento, cinko oksido lygį galima sumažinti nuo 5 dalių iki 3 dalių (kas 100 dalių gumos), kurią galima sumažinti beveik 2 kartus. Tačiau net ir sumažėjus šiam lygiui, cinko sulfido nuosėdos vis tiek neturi akivaizdžių pokyčių (2 lentelė). Panašiai nėra jokio akivaizdaus skirtumo tarp cinko oksido (RS) naudojimo ir cinko oksido pakeitimo mažesnio dydžio dalelėmis.
Tačiau vietoj cinko oksido, kurio dalelių dydis yra 40 nm (didžiausia to paties reometro vertė) naudojant 0.25 nanocinko oksido dalis, cinko oksido lygis gali būti sumažintas 20 kartų ir nuosėdų skirtumas akivaizdus. Atliekant trumpalaikį vulkanizavimo eksperimentą su nano-cinko oksidu, štampas buvo panaudotas iki 20 ciklų, o cinko sulfido nusodinimo nebuvo.