Рецептурно-технологические решения по управлению морфологической структурой вспененных эластомерных материалов на основе СКЭПТ
https://doi.org/10.20914/2310-1202-2026-1-
Аннотация
Исследовано влияние рецептурно-технологических параметров на формирование морфологической структуры открытопористых эластомерных материалов (ОПЭМ) на основе этилен-пропилен-диенового каучука (СКЭПТ), предназначенных для сорбции нефтепродуктов. В качестве ключевого подхода использована двухстадийная технология вспенивания, обеспечивающая температурное и временное разделение процессов газовыделения и вулканизации. На первой стадии при 120 °C и избыточном давлении происходило разложение низкотемпературного порообразователя (бикарбонат натрия, БКН), что закладывало основу открытой макропористой структуры. На второй стадии при 180 °C и атмосферном давлении осуществлялся основной рост пор за счет разложения высокотемпературного порообразователя (азодикарбонамида) и фиксация структуры вулканизационной сетки. Установлено, что морфология материала (от квазисферической до стохастически-трабекулярной) и доля открытых пор (от 1 до 91%) определяются концентрацией БКН (2–10 масс.ч.) и длительностью первой стадии (5–9 мин). Показано, что трабекулярная структура с высокой извилистостью поровых каналов демонстрирует максимальную сорбционную емкость (до 17.5 г/г для масла 15W40) и эффективно удерживает сорбат за счет капиллярных сил. Выявлена склонность материала к набуханию в углеводородах, что ограничивает его ресурс при многократных циклах «сорбция-отжим». Разработанное решение открывает путь к целенаправленному проектированию структуры ОПЭМ с заданными сорбционными свойствами.
При поддержке: ГавариГрупп
Об авторе
Алексей Михайлович Толстов
Московский государственный технический университет радиотехники, электроники и автоматики (МГТУ МИРЭА)
Россия
Россия
Аспирант, Кафедра химии и технологии переработки эластомеров имени Ф.Ф. Кошелева
Список литературы
1. Лисичкин Г. В., Кулакова И. И. Ликвидация аварийных разливов нефти: состояние и проблемы (обзор) // Журнал прикладной химии. 2022. Т. 95, № 9. С. 1082-1110. doi:: 10.31857/S0044461822090018.
2. Скирдин К. В., Казьмина О. В. Анализ нефтесорбентов: виды, свойства и эффективность применения // Нефтехимия. 2022. Т. 62, № 6. С. 797-815. doi: 10.31857/S002824212206003X.
3. Толстов А. М., Наумова Ю. А. О перспективах применения полимерных материалов для сорбентов, предназначенных для очистки воды от нефтепродуктов // Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий. 2023. Т. 85. № 1. С. 240-248. doi::10.20914/2310-1202-2023-1-240-248.
4. Бакирова И. Н., Зенитова Л. А. Газонаполненные полимеры: учебное пособие. Казань: КГТУ, 2009. 105 c.
5. Клочков В. И., Рыжков В. Л. Производство пористых изделий из эластомеров. Ленинград: Химия, 1984. 96 с.
6. Жансакова, К. С. Пористые теплоизоляционные резины на основе бутадиен-метилстирольного каучука: специальность 05.16.09 "Материаловедение": диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. 2022. 128 с.
7. Rostami-Tapeh-esmaeil E., Rodrigue D., Vahidifar A., Esmizadeh E. Chemistry, processing, properties, and applications of rubber foams// Polymers. 2021. vol. 13, no. 10. p. 1565. doi:: 10.3390/polym13101565.
8. Толстов A. M., Наумова Ю. A., Поповских E. Г., Худякова И. П. Роль технологических факторов в формировании структуры открытопористых вспененных материалов на основе этилен-пропилен-диеновых сополимеров путем компрессионного формования // Polymer Science, Series D. 2025. Т. 18, №. 1. С. 164-168. doi:: 10.1134/S1995421224702058.
9. Авдин В. В., Кириллов В. В., Лымарь А. А. Термолиз карбоната и гидрокарбоната аммония как твёрдых охладителей продуктов сгорания топлива // Вестник Южно-Уральского государственного университета. 2011. Т. 229. № 12. С. 36-40.
10. Petchwattana N., Covavisaruch S. Influences of Modified Chemical Blowing Agents on Foaming of Wood Plastic Composites Prepared from Poly(Vinyl Chloride) and Rice Hull // Advanced Materials Research. 2011. vol. 32 no. 5. p. 2844-2850. doi:: 10.1016/j.matdes.2010.12.044.
11. Luo D., Pei X., Fu H., Yang X., Long S., Zhang L., Gong W. Modification of sodium bicarbonate and its effect on foaming behavior of polypropylene // e-Polymers. 2021. vol. 21, No 1. p. 366-367. doi:: 10.1515/epoly-2021-0032.
12. Harnnarongchai W, Chaochanchaikul K. Effect of Blowing Agent on Cell Morphology and Acoustic Absorption of Natural Rubber Foam // Applied Mechanics and Materials. 2015. vol. 804. p. 25-29. doi:: 10.4028/www.scientific.net/AMM.804.25.
13. Yao S.J., Zhou Z.F., Ye F., Tian Z., Wang S.M. Modifying Sodium Bicarbonate for Foaming Polymers // Advanced Materials Research. 2014. vol. 940. p. 59–62. doi:: 10.4028/www.scientific.net/AMR.940.59.
14. Патент № 5225107 United States. Nucleating agents (pore regulators) for the preparation of directly gassed thermoplastic foams : № 950101 : заявл. 23/09/1992 : опубл. 06/07/1993 / Gunther Kretzschmann, Dieter ScholzKarl-Heinz Hilgert – 8 с.
15. Zepnik S., Hendriks S., Kabasci S., Radusch H.J. Foam extrusion behavior, morphology, and physical foam properties of organic cellulose ester // Journal of Materials Research. 2013. vol. 28. no. 17. p. 2394–2400. doi::10.1557/jmr.2013.141
16. Wypych G. Handbook of Polymer Processing Additives. Toronto: ChemTec Publishing, 2023. 120 p.
17. Li H. Z., Zhang J., Chen S. J. Effects of carbon blacks with various structures on vulcanization and reinforcement of filled ethylene-propylene-diene rubber // Express Polymer Letters. 2008. vol. 2 no. 10 p. 695-704. doi:.;10.3144/expresspolymlett.2008.83.
18. Марков А. В., Саки Т. А., Токарева Е. В. Влияние процесса разложения порофора азодикарбонамида на процесс вспенивания полимерных композиций // Пластические массы. 2020. № 9-10. С. 35-39. doi: 10.35164/0554-2901-2020-9-10-35-39.
19. Wypych G. Handbook of Foaming and Blowing Agents. Toronto: ChemTec Publishing, 2017. 250 p.
20. Цвайфель Х., Маер Р.Д., Шиллер М. Добавки к полимерам. Справочник. пер.6-го англ.изд. (Plastics Additives Handbook). Санкт-Петербург: ЦОП Профессия, 2010. 1144 c.
21. Krutko I., Danylo I., Kaulin V. Kinetics of azodicarbonamide decomposition in the presence of an initiator for obtaining solid foams // Issues of Chemistry and Chemical Technology. 2019. no. 1. p. 26-34. doi:: 10.32434/0321-4095-2019-122-1-26-34.
22. Vahidifar A., Khorasani S.N., Park C.B., Naguib H.E. Fabrication and Characterization of Closed-Cell Rubber Foams Based on Natural Rubber/Carbon Black by One-Step Foam Processing // Industrial & Engineering Chemistry Research. 2016. vol. 55 no. 8. p. 2407-2416. doi:: 10.1021/acs.iecr.5b04448
23. Шуваева А. В., Горденко Д. Р., Люсова Л. Р., Наумова Ю. А. Реометрические исследования процессов вулканизации и порообразования вспененных эластомерных материалов // Каучук и резина. 2017. Т. 76. № 3. С. 166-171.
24. Толстов А. М. Наумова Ю. А., Трусов А. С. Исследование синергических эффектов, реализуемых системами порофор – активатор в закрытопористых материалах на основе СКЭПТ // Южно-Сибирский научный вестник. 2025. Т. 61. № 3. С. 78-83. doi: 10.25699/SSSB.2025.61.3.008.
25. Корнев А. Е, Буканов А. М., Шевердяев О. Н. Технология эластомерных материалов. Москва: Истек, 2009. 502 с.
26. Аверко-Антонович Ю.О., Омельченко Р.Я., Охотина Н.А, Эбич Ю.Р. Технология резиновых изделий. Ленинград: Химия, 1991. 352 с.
27. Дик Дж. С. Технология резины: рецептуростроение и испытания. Санкт-Петербург: Научные основы и технологии, 2010. 620 с.
28. Choi D., Kader M.A., Cho B.H., Huh Y.I., Nah C. Vulcanization kinetics of nitrile rubber/layered clay nanocomposites // Journal of Applied Polymer Science. 2005. Vol 98. no. 4. p. 1688–1696. doi:: 10.1002/app.22341
29. Ghosh p., Katare S., Patkar p., Caruthers J.M., Venkatasubramanian V., Walker K.A. Sulfur vulcanization of natural rubber for benzothiazole accelerated formulations: From reaction mechanisms to a rational kinetic model // Rubber Chemistry and Technology. 2003. Vol 76. No 3. p. 592–693. doi:: 10.5254/1.3547762
30. Charoeythornkhajhornchai p., Samthong C., Boonkerd K., Somwangthanaroj A.Effect of azodicarbonamide on microstructure, cure kinetics and physical properties of natural rubber foam // Journal of Cellular Plastics. 2017. vol. 53. no. 3 p. 287 - 303. doi:: 10.1177/0021955X16652101
31. Wang X., Feng N., Suqin Chang S. Effect of precured degrees on morphology, thermal, and mechanical properties of BR/SBR/NR foam // Polymer Composites. 2013. Vol 34. No. 6. p. 849-859. doi:: 10.1002/pc.22489.
32. Киченко А.А. Перестройка структуры губчатой костной ткани: математическое моделирование, Российский журнал биомеханики, vol. 23, no. 3, 2019, pp. 336-358, DOI: 10.15593/RZhBiomeh/2019.3.02
33. Киченко А.А., Тверье В.М., Няшин Ю.И., Заборских А.А. Экспериментальное определение тензора структуры трабекулярной костной ткани // Российский журнал биомеханики. – 2011. – Т. 15, № 4. – С. 78–93.
34. Киченко, А. А. Математическое моделирование структуры губчатой костной ткани с использованием тензора структуры / А. А. Киченко, В. М. Тверье, А. В. Сотин // Математические методы в технологиях и технике. – 2023. – № 9. – С. 41-44. – DOI 10.52348/2712-8873_MMTT_2023_9_41.
35. Bayat, H., Fasihi, M., Zare, Y. and Rhee, K. An experimental study on one-step and two-step foaming of natural rubber/silica nanocomposites. Nanotechnology Reviews, 2020, Vol. 9 (Issue 1), pp. 427-435. https://doi.org/10.1515/ntrev-2020-0032
36. ГОСТ 8.586.5-2005. Государственная система обеспечения единства измерений. Измерение расхода и количества жидкостей и газов с помощью стандартных сужающих устройств. М.: Стандартинформ, 2007. 143 c.
37. Lopez-Gonzalez E., Saiz-Arroyo C., Rodriguez-Perez M.A. Low-density open-cell flexible polyolefin foams as efficient materials for oil absorption: influence of tortuosity on oil absorption. International Journal of Environmental Science and Technology. 2020. vol. 17. pp. 1663-1674. doi: 10.1007/s13762–019–02576–0
38. Lim, T.T., & Huang, X. Evaluation of kapok (Ceiba pentandra (L.) Gaertn.) as a natural hollow hydrophobic-oleophilic fibrous sorbent for oil spill cleanup. Chemosphere, 2007, 66 5, 955-63. DOI:10.1016/J.CHEMOSPHERE.2006.05.062
39. Choi HM, Moreau JP. Oil sorption behavior of various sorbents studied by sorption capacity measurement and environmental scanning electron microscopy. Microsc Res Tech. 1993 Aug;25(5-6):447-55. doi: 10.1002/jemt.1070250516. PMID: 8400439.
Рецензия
Для цитирования:
Толстов А.М. Рецептурно-технологические решения по управлению морфологической структурой вспененных эластомерных материалов на основе СКЭПТ. Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий. 2026;88(1):250-266. https://doi.org/10.20914/2310-1202-2026-1-
Просмотров:
40
JATS XML
Послать статью по эл. почте 
Оставить комментарий 
