Penyelesaian kepada masalah penskalaan acuan getah

Dalam industri pemprosesan getah, penskalaan acuan adalah fenomena biasa. Semasa proses pengawetan, lapisan sedimen terbentuk pada dinding acuan dan secara beransur-ansur terkumpul dalam kitaran pengeluaran berikutnya. Literatur terdahulu telah membincangkan pengaruh pelbagai faktor yang menyebabkan penskalaan acuan. Kini didapati bahawa untuk pelbagai sulfida (dan zink oksida) yang terkandung dalam campuran getah polimer, zink sulfida adalah hasil sampingan tindak balas yang paling menjengkelkan yang menyebabkan penskalaan semasa proses pengawetan. Tiada agen pelepas separa kekal atau salutan kekal (logam) boleh mengelakkan pemendapan jenis ini. Kesimpulannya ialah penskalaan pada mulanya disebabkan oleh zink sulfida (mendapan tak organik) yang melekat pada acuan dan membentuk lapisan mendapan kelabu. Sebagai fungsi suhu, komponen berat molekul rendah dalam campuran melekat pada mikrokristal zink sulfida dan menyebabkan pemendapan peringkat kedua (pemendapan organik). Hasil pengoksidaan terbentuk dalam tempoh masa tertentu dan menyebabkan pemendapan karbon.
Dengan memahami punca penskalaan acuan dan mekanisme dalaman pembentukan mikrokristal zink sulfida pada permukaan logam acuan, adalah mungkin untuk menghasilkan kaedah yang sesuai untuk proses pemprosesan semasa untuk mengurangkan pembentukan zink sulfida dan mencegah penskalaan acuan . Sangat mungkin untuk mengurangkan fenomena ini dengan mengkaji punca penskalaan.
Terdapat dua penyelesaian yang mungkin untuk mencegah atau mengurangkan pembentukan kotoran: menukar komposisi campuran atau memperbaiki permukaan acuan.
Tukar komposisi campuran untuk mengurangkan skala acuan
Skala acuan yang disebabkan oleh zink oksida atau pemvulkanan mesti dikurangkan atau dihapuskan. Kebanyakan deposit berkaitan dengan kandungan sulfida dan zink oksida yang tinggi, yang biasanya digunakan dalam produk getah tayar. Mengikut jumlah, tayar adalah produk getah terbesar di dunia (sehingga 75 peratus). Oleh itu, kebanyakan eksperimen dijalankan dengan campuran kompaun NR/BR dan kompaun SBR yang biasa digunakan dalam pengeluaran tayar. Dalam aspek pengurangan skala acuan dengan mengubah komposisi campuran, pengaruh zink sulfida, eksperimen pemvulkanan jangka pendek dan pengaruh komposisi sebatian telah disiasat.
◆ Penentuan zink sulfida
Kajian ini dimulakan dengan penyiasatan pembentukan zink sulfida, yang merupakan sumber kotoran asal. Eksperimen pemvulkanan menunjukkan zink sulfida terbentuk pada permukaan logam. Kesan mendapan sisipan dengan 1000-mikroskop pembesaran lipatan untuk menentukan mikrohablur awal yang boleh dilihat, dan kemudian menganalisisnya dengan kaedah RMA (mikroanalisis Rontgen), seperti ditunjukkan dalam Rajah 1. Analisis unsur RMA mengesan kehadiran zink dan sulfur. Mengikut nisbah sulfur dan zink yang dikesan, disimpulkan bahawa mikrokristal terutamanya terdiri daripada zink sulfida yang tidak larut (Rajah 2). Bagi menentukan kewujudan zink sulfida, kaedah analisis fizikal (AP-TPR) digunakan untuk menganalisis kandungan H2S dalam campuran selepas pemvulkanan (kaedah tidak langsung). Eksperimen pemvulkanan acuan digunakan untuk menentukan proses pembentukan zink sulfida dengan kehadiran besi. Eksperimen dijalankan dalam saluran paip tertutup pada 200 darjah dan tanpa oksigen. Tabung uji mengandungi isotriacontane, zink oksida, sulfur dan unsur besi dengan luas permukaan tinggi. Dalam eksperimen ini, zink sulfida juga dikesan oleh RMA. Seperti yang dijangkakan, kedua-dua eksperimen menunjukkan pembentukan zink sulfida. Walau bagaimanapun, tiada bukti bahawa zink sulfida terbentuk pada antara muka antara campuran dan acuan, atau ZnS terbentuk sebagai hasil sampingan tindak balas zink dan sulfur semasa proses pengawetan.
Untuk menentukan kandungan zink sulfida dalam campuran getah, kaedah lain telah digunakan. Getah acuan dikisar pada suhu rendah dan dijadikan zarah kecil, yang diekstrak dengan aseton dan dirawat dengan campuran asid hidroklorik dan asid asetik. Logam sulfida terurai. Hidrogen sulfida yang dihasilkan diserap oleh larutan penimbal kadmium asetat, dan kadmium sulfida yang terbentuk ditentukan oleh iodometri. Selain itu, getah yang diekstrak dihidrolisiskan dalam asid sulfurik dan asid nitrik dalam ketuhar gelombang mikro. Hidrolisis telah diimbas oleh ICP-ES.
Daripada keputusan ini, dapat disimpulkan bahawa zink sulfida terbentuk sebagai hasil tindak balas zink oksida dan sulfur. Dalam pengeluaran pemvulkanan, produk tindak balas ini tersedia dan berguna untuk pembentukan zink sulfida mikrokristal antara produk getah dan permukaan acuan.
Andaian yang paling boleh diterima ialah zink sulfida terbentuk sebagai hasil tindak balas zink oksida dan sulfur. Tindak balas kimia biasa ini diterangkan dalam pelbagai manual getah. Mekanisme tindak balas yang dipermudahkan ialah:
2RH tambah Sx tambah ZnO tambah (mangkin) RS (x-1) - R tambah ZnS tambah H2O
Kebanyakan campuran tayar mengandungi 5 bahagian zink oksida dan kira-kira 2 bahagian sulfur setiap 100 bahagian. Untuk campuran tayar, boleh dikira bahawa formula berasaskan 100 bahagian getah (kira-kira 175 bahagian keseluruhannya) mengandungi 2.8 peratus (berat) zink oksida dan 1.1 peratus (berat) sulfur. Daripada formula tindak balas, boleh dikira bahawa kira-kira 0.6 gram zink sulfida akan dihasilkan untuk setiap gram zink oksida. Jelas sekali, sejumlah besar zink sulfida boleh dihasilkan. Malah, hanya zink sulfida di lapisan atas tayar adalah zink sulfida mikrokristalin (mungkin disebabkan oleh permukaan logam). Sebelum acuan mesti dibersihkan, kira-kira 500 kali acuan boleh dilakukan.
◆ Eksperimen
Telah diketahui bahawa sisipan (lembaran logam kecil) yang digunakan sebagai permukaan acuan boleh, pada dasarnya, mudah menganalisis sama ada ia mengandungi mikrokristal zink sulfida melalui kaedah RMA, tetapi ini adalah ujian yang sangat mahal. Oleh itu, kaedah ujian mudah telah dibangunkan untuk menentukan mikrokristal awal (kelihatan) pada sisipan. Dengan bantuan mikroskop optik dengan pembesaran 500, mikrohablur tunggal 0.5 hingga 1 mikron boleh dilihat. Untuk menghasilkan mikrokristal, eksperimen pemvulkanan telah dijalankan dengan campuran yang berbeza, suhu yang berbeza dan masa yang berbeza. Dua campuran telah dipilih dan ditunjukkan dalam Jadual 1, termasuk campuran berdasarkan bunga s-SBR dan campuran perantaraan berdasarkan campuran NR/BR. Kedua-dua campuran digunakan sebagai sebatian asas untuk pelbagai eksperimen pemvulkanan.
Untuk menjalankan eksperimen pemvulkanan, acuan penekan mudah dihasilkan, yang sesuai untuk sehingga 8 sisipan. Acuan akhbar ini dihasilkan untuk percubaan jangka pendek sehingga 20 kitaran. Periksa sisipan secara visual selepas setiap 5 kitaran berturut-turut. Dengan cara ini, pelbagai parameter, seperti parameter campuran bahan tambahan yang berbeza, atau parameter yang berkaitan dengan sisipan, seperti pemilihan logam, kekasaran atau salutan, boleh dikesan. Eksperimen awal telah dijalankan ke atas dua campuran asas tayar. Campuran tayar telah tervulkan pada 160 darjah selama 20 minit dan pada 200 darjah selama 2 minit (data dikira dari lengkung rheometer). Keputusan menunjukkan bahawa tidak terdapat perbezaan dalam bilangan mikrokristal zink sulfida yang ditemui melalui pemeriksaan visual. Untuk memampatkan masa, semua eksperimen lanjut telah dijalankan pada 200 darjah . Selepas 20 eksperimen pemvulkanan dalam masa yang singkat, eksperimen selanjutnya dijalankan dengan bantuan pengacuan suntikan, sehingga 500 pemvulkanan.
◆ Pengaruh komposisi campuran
▲ Pemilihan zink
Eksperimen telah dijalankan ke atas komposisi campuran. Seperti yang telah ditunjukkan, zink sulfida terbentuk sebagai hasil tindak balas zink oksida (atau komponen yang mengandungi zink) dan sulfur. Tidak mudah untuk mengeluarkan sulfur atau zink sulfida daripada formula. Kerana kedua-dua komponen ini diperlukan dalam formula getah. Sulfur semulajadi boleh meningkatkan kekuatan mekanikal dan ikatan, manakala zink oksida boleh mengaktifkan sistem pengawetan.
Eksperimen rheometer menunjukkan bahawa tanpa mengubah tork maksimum rheometer, tahap zink oksida boleh dikurangkan daripada 5 bahagian kepada 3 bahagian (setiap 100 bahagian getah), yang boleh dikurangkan hampir sebanyak 2 kali ganda. Walau bagaimanapun, walaupun dengan penurunan tahap ini, deposit zink sulfida masih tidak mempunyai perubahan yang jelas (Jadual 2). Begitu juga, tiada perbezaan yang jelas antara penggunaan zink oksida (RS) dan penggantian zink oksida dengan saiz zarah yang lebih kecil.
Walau bagaimanapun, menggunakan 0.25 bahagian nano-zink oksida dan bukannya zink oksida dengan saiz zarah 40 nm (nilai maksimum rheometer yang sama), tahap zink oksida boleh dikurangkan sebanyak 20 kali ganda dan perbezaan dalam sedimen adalah jelas. Dalam eksperimen pemvulkanan jangka pendek dengan nano-zink oksida, bilangan kali die digunakan sehingga 20 kitaran, dan tiada pemendapan zink sulfida.