Rješenje problema kamenca gumenog kalupa

U industriji prerade gume, kamenac je uobičajena pojava. Tijekom procesa stvrdnjavanja, sloj sedimenta stvorio se na stijenci kalupa i postupno nakupljao u sljedećem proizvodnom ciklusu. Prethodna literatura raspravljala je o utjecaju različitih čimbenika koji uzrokuju stvaranje kamenca od plijesni. Sada je utvrđeno da je za razne sulfide (i cinkov oksid) sadržane u smjesi polimerne gume, cinkov sulfid najneugodniji nusprodukt reakcije koji uzrokuje stvaranje kamenca tijekom procesa stvrdnjavanja. Nikakvo polutrajno sredstvo za odvajanje ili trajni (metalni) premaz ne može izbjeći ovu vrstu taloženja. Zaključak je da je kamenac u početku uzrokovan cinkovim sulfidom (anorganskim naslagama) pričvršćenim za plijesan i stvara sivi sloj naslaga. Kao funkcija temperature, komponente niske molekularne težine u smjesi vežu se za mikrokristale cink sulfida i uzrokuju drugu fazu taloženja (organsko taloženje). Produkti oksidacije nastaju unutar određenog vremena i uzrokuju taloženje ugljika.
Razumijevanjem uzroka stvaranja kamenca u kalupu i unutarnjeg mehanizma stvaranja mikrokristala cink sulfida na metalnoj površini kalupa, moguće je proizvesti metodu prikladnu za trenutni proces obrade kako bi se smanjilo stvaranje cinkovog sulfida i spriječilo stvaranje kamenca u kalupu . Vrlo je moguće smanjiti ovu pojavu proučavanjem uzroka kamenca.
Dva su moguća rješenja za sprječavanje ili smanjenje stvaranja prljavštine: promjena sastava smjese ili poboljšanje površine kalupa.
Promijenite sastav smjese kako biste smanjili naslage plijesni
Kamenac plijesni uzrokovan cinkovim oksidom ili vulkanizacijom mora se smanjiti ili ukloniti. Većina naslaga povezana je s visokim sadržajem sulfida i cinkovog oksida, koji se obično koriste u proizvodima od gume. Po obujmu, guma je najveći proizvod od gume na svijetu (do 75 posto). Stoga se većina eksperimenata provodi s mješavinom spoja NR/BR i SBR spoja koji se obično koristi u proizvodnji guma. S aspekta smanjenja kamenca plijesni promjenom sastava smjese istraživan je utjecaj cinkovog sulfida, kratkotrajni pokus vulkanizacije i utjecaj sastava smjese.
◆ Određivanje cink sulfida
Ova studija počinje istraživanjem stvaranja cinkovog sulfida, koji je izvor izvorne prljavštine. Eksperiment vulkanizacije pokazao je da se na metalnoj površini stvorio cinkov sulfid. Otkrijte naslage umetka mikroskopom s 1000-strukim povećanjem kako biste odredili vidljivu početnu mikrokristaliniju, a zatim je analizirajte RMA metodom (Rontgenova mikroanaliza), kao što je prikazano na slici 1. RMA analiza elemenata otkrila je prisutnost cink i sumpor. Prema detektiranom omjeru sumpora i cinka zaključuje se da se mikrokristali uglavnom sastoje od netopljivog cinkovog sulfida (slika 2). Da bi se utvrdilo postojanje cink sulfida, koristi se metoda fizikalne analize (AP-TPR) kojom se analizira sadržaj H2S u smjesi nakon vulkanizacije (indirektna metoda). Pokus vulkanizacije kalupljenja koristi se za određivanje procesa stvaranja cinkovog sulfida u prisutnosti željeza. Eksperiment se provodi u zatvorenom cjevovodu na 200 stupnjeva i bez kisika. Epruveta sadrži izotriakontan, cinkov oksid, sumpor i element željeza velike površine. U ovom pokusu, RMA je također detektirao cinkov sulfid. Kao što se i očekivalo, oba su pokusa pokazala stvaranje cinkovog sulfida. Međutim, nema dokaza da se cinkov sulfid stvara na granici između smjese i kalupa ili da ZnS nastaje kao nusprodukt reakcije cinka i sumpora tijekom procesa otvrdnjavanja.
Za određivanje sadržaja cink sulfida u gumenoj smjesi primijenjena je druga metoda. Oblikovana guma se melje na niskoj temperaturi i pravi u male čestice, koje se ekstrahiraju acetonom i tretiraju mješavinom klorovodične i octene kiseline. Metalni sulfid se razgrađuje. Nastali sumporovodik apsorbira puferska otopina kadmij acetata, a nastali kadmij sulfid se određuje jodometrijom. Osim toga, ekstrahirana guma se hidrolizira u sumpornoj i dušičnoj kiselini u mikrovalnoj pećnici. Hidrolizat je skeniran pomoću ICP-ES.
Iz ovih rezultata može se zaključiti da cinkov sulfid nastaje kao produkt reakcije cinkovog oksida i sumpora. U proizvodnji vulkanizacije, ovaj produkt reakcije je dostupan i koristan za stvaranje mikrokristala cinkovog sulfida između gumenih proizvoda i površina kalupa.
Najprihvatljivija pretpostavka je da cinkov sulfid nastaje kao produkt reakcije cinkovog oksida i sumpora. Ova uobičajena kemijska reakcija opisana je u raznim priručnicima za gumu. Pojednostavljeni mehanizam reakcije je:
2RH plus Sx plus ZnO plus (katalizator) RS (x-1) - R plus ZnS plus H2O
Većina mješavina za gume sadrži 5 dijelova cinkovog oksida i oko 2 dijela sumpora na 100 dijelova. Za mješavinu gume može se izračunati da formula koja se temelji na 100 dijelova gume (ukupno oko 175 dijelova) sadrži 2,8 posto (težinski) cinkovog oksida i 1,1 posto (težinski) sumpora. Iz reakcijske formule može se izračunati da će se oko 0,6 grama cinkovog sulfida generirati za svaki gram cinkovog oksida. Očito se može proizvesti znatna količina cinkovog sulfida. Zapravo, samo je cinkov sulfid u gornjem sloju gume mikrokristalni cinkov sulfid (vjerojatno uzrokovan metalnom površinom). Prije nego što se kalup mora očistiti, može se izvesti oko 500 puta kalupljenja.
◆ Eksperimentirajte
Poznato je da se umetak (mali metalni list) koji se koristi kao površina kalupa može, u načelu, lako analizirati sadrži li mikrokristale cinkovog sulfida metodom RMA, ali to je vrlo skup test. Stoga je razvijena jednostavna ispitna metoda za određivanje početnih (vidljivih) mikrokristala na umetku. Uz pomoć optičkog mikroskopa s povećanjem od 500 mogu se vidjeti pojedinačni mikrokristali od 0,5 do 1 mikrona. Kako bi se proizveli mikrokristali, provedeni su pokusi vulkanizacije s različitim smjesama, različitim temperaturama i različitim vremenima. Odabrane su dvije mješavine koje su prikazane u tablici 1, uključujući mješavinu na bazi s-SBR gaznog sloja i međusmjesu na bazi NR/BR smjese. Obje se smjese koriste kao osnovni spoj za razne pokuse vulkanizacije.
Kako bi se proveo pokus vulkanizacije, proizveden je jednostavan kalup za prešanje, koji je prikladan za do 8 umetaka. Ovaj kalup za prešu proizveden je za kratkotrajni eksperiment do 20 ciklusa. Vizualno pregledajte umetak nakon svakih 5 uzastopnih ciklusa. Na taj način se mogu detektirati različiti parametri, kao što su parametri mješavine različitih aditiva, ili parametri vezani za umetke, kao što su izbor metala, hrapavost ili premaz. Preliminarni pokusi provedeni su na dvije osnovne mješavine guma. Mješavina gume je vulkanizirana na 160 stupnjeva 20 minuta i na 200 stupnjeva 2 minute (podaci su izračunati iz krivulje reometra). Rezultati su pokazali da nije bilo razlike u broju mikrokristala cink sulfida pronađenih vizualnim pregledom. Kako bi se vrijeme sažimalo, svi daljnji eksperimenti izvedeni su na 200 stupnjeva. Nakon 20 pokusa vulkanizacije u kratkom vremenu, provode se daljnji pokusi uz pomoć injekcijskog prešanja, do 500 vulkanizacija.
◆ Utjecaj sastava smjese
▲ Izbor cinka
Provedeni su pokusi na sastavu smjese. Kao što je pokazano, cinkov sulfid nastaje kao proizvod reakcije cinkovog oksida (ili komponente koja sadrži cink) i sumpora. Nije lako ukloniti sumpor ili cink sulfid iz formule. Zato što su ove dvije komponente neophodne u formuli gume. Prirodni sumpor može poboljšati mehaničku čvrstoću i vezivanje, dok cinkov oksid može aktivirati sustav stvrdnjavanja.
Pokus s reometrom pokazuje da se bez promjene maksimalnog zakretnog momenta reometra razina cinkovog oksida može smanjiti s 5 dijelova na 3 dijela (svakih 100 dijelova gume), što se može gotovo smanjiti za faktor 2 puta. Međutim, čak i uz smanjenje ove razine, depozit cinkovog sulfida još uvijek nema očite promjene (tablica 2). Slično tome, nema očite razlike između upotrebe cinkovog oksida (RS) i zamjene cinkovog oksida manjom veličinom čestica.
Međutim, upotrebom 0.25 dijelova nano-cinkovog oksida umjesto cinkovog oksida s veličinom čestica od 40 nm (maksimalna vrijednost istog reometra), razina cinkovog oksida može se smanjiti 20 puta i razlika u sedimentu je očita. U kratkotrajnom vulkanizacijskom eksperimentu s nano-cinkovim oksidom, matrica je korištena do 20 ciklusa i nije bilo taloženja cinkovog sulfida.