Mechano-kémiai diszpergálás h mérsékletének hatása

ahol, td a termikus degradálás id tartama (30-150 perc), TV a viszkozitás mérés mérséklete (K), a viszkozitás (mPas), W a Lambert féle W függvény,

)

Technológiai peremfeltételek: 90 perc termikus degradálási, 20+10 perc mechano-kémiai diszpergálási id tartam, és BTn+60^oC mechano-kémiai diszpergálási h mérséklet, továbbá ugyanazon alapanyagok, összetétel használata (5.107. táblázat - 5.11 melléklet).

Összességében a termikus degradáció id tartam hatás-vizsgálatakor a klasszikus bitumenvizsgálati módszereket alapul véve megállapítottam, hogy a 60 perces degradálás kevésnek bizonyult a depolimerizációs és devulkanizációs folyamatok kell mérték lejátszódására. A 150 perces termikus kezelés pedig már túl hosszú lehetett, és így a gumi szemcsék túlságosan roncsolódtak, ezáltal leromlott a végtermék hidegoldali viselkedése is. A degradációs id szempontjából ideális tartománynak tehát a 90 és a 120 perc közötti id tartam tekinthet . Az el állított minták tulajdonságai mindkét esetben közel azonosnak adódtak, így az optimális id kiválasztásánál a gazdaságossági paraméterek lehetnek meghatározóak.

2.5.3 MECHANO-KÉMIAI DISZPERGÁLÁS H MÉRSÉKLETÉNEK HATÁSA

A technológia második lépése intenzív mechanikai nyírással járó, kb. 6000 fordulat/perces keverést jelent, melyet ipari méretekben kolloid malommal valósítanak meg. El kísérleti tapasztalataink szerint gondosan kell megválasztani a nyírás mérsékletét, mivel ebben a részlépésben van lehet ség stabilisabb szerkezet kialakítására. Elképzeléseink szerint a termikus degradációs részlépés során felszabaduló kén részvételével történ újravulkanizálás ekkor történik. Az általunk alkalmazott h mérséklet tartomány kiválasztásánál gumiipari cégek gyakorlatából [Bartha 1998], valamint a nedves eljárásokban általában alkalmazott

hogy az intenzív mechanikai nyírást abban a tartományban célszer elvégezni, ahol a nyíróberendezés még nem károsodik, de a termék viszkozitása kell en nagy, ezzel is el segítve az aprítás hatékonyságát.

A2.14. táblázat adataiból kiderül, hogy a vizsgálati minták lágyuláspontjaira és penetrációjára a mechano-kémiai diszpergálás h mérséklete nem volt számottev hatással, bár BTn+90^oC felett enyhe lágyuláspont-csökkenést tapasztaltam (ami ugyancsak enyhe penetráció-növekedéssel párosult). Ennek az lehetett az oka, hogy ilyen h mérsékleten már újra depolimerizációs-degradációs reakciók játszódtak le annak ellenére, hogy csak 20+10 percig tartott a mechanikai nyírás. A Fraass töréspontok a BTn+80^oC-nál nagyobb m veleti h mérséklet alkalmazása esetén szintén csökkenést mutattak. Ilyen körülmények között már nemcsak a gumi aprózódott, hanem valószín leg a bitumenek intenzívebb öregedésével bekövetkez csoportösszetétel-változása is hatással volt a végtermékek tulajdonságaira. Az oxidált bitumeneknek ugyanis közismerten nagyobb a töréspontjuk. A nyújthatóságra a h mérséklet növelése nem volt hatással, ellenben a rugalmas visszaalakulást vizsgálva BTn+60^oC-nál optimumot találtam. Ezt az az elterjedt ipari gyakorlat is alátámasztja, miszerint a használt gumitermékek (f ként rlemények) újrahasznosításkor a revulkanizációs folyamatok elvégzésére ezt a h mérsékletet javasolják [Bartha 1988]. A viszkozitások összességében csökken tendenciájából kit nt a mechano-kémiailag BTn+60^oC-on diszpergált minta nagyobb mért értéke, amit szintén a sikeres újravulkanizáció hatásának tartottam. BTn+60^oC-on tehát valószín leg revulkanizációs, valamint a bisz-szukcinimid adalék részvételével polimerizációs reakciók is lejátszódtak. Ezt az ülepedési stabilitás növekedése is valószín síti. BTn+90^oC felett már nemcsak a mechano-kémiai diszpergálás, hanem a termikus degradálódás hatása is érvényesült, ez a 925-926-os minták közötti nagy viszkozitás-eséssel jól nyomon követhet . Az öregített minták az el ekhez hasonlóan mindenféle el írást teljesítettek (5.12.1 és 5.12.3 mellékletek), de tulajdonság-változási tendencia most sem volt megfigyelhet .

2.14. táblázatMechano-kémiai diszpergálás h mérsékletének hatása.

Minta jele 922 923 924 925 926 927

Mechano-kémiai diszpergálás h m.,^oC BTn+50 BTn+60 BTn+70 BTn+80 BTn+90 BTn+100

Lágyuláspont,^oC 67 68 67 68 64 65

Penetráció 25^oC-on, 0,1 mm 55 53 60 59 56 64

Töréspont, Fraass szerint,^oC -21 -22 -23 -19 -18 -15

Duktilitás 25^oC-on, cm 12 9 8 10 11 11,5

Rugalmas visszaalakulás 25^oC-on, % 66 78 74 73 70 68

Din. Viszkozitás 135^oC-on, mPas 6450 6850 5030 4970 4135 3920 Din. Viszkozitás 180^oC-on, mPas 1425 860 730 740 660 500 Tárolási stab.; Fels rész lp.-ja,^oC 64 68 66 65 64 63 Tárolási stab.; Alsó rész lp.-ja,^oC 72 72 70 73 72 69

T,^oC 8 4 4 8 8 6

RTFOT, tömegváltozás, % -0,45 -0,14 -0,02 -0,10 -0,21 -0,35 RTFOT, penetráció az eredeti %-ában 76,0 61,7 68,8 69,2 75,5 70,2

RTFOT, lágyuláspontnövekedés, °C +6 +4 +7 +7 +9 +11

A reprodukciós hibahatár figyelembevételével különböz matematikai közelítéseket alkalmaztam a mechano-kémiai diszpergálás h mérsékletének hatására bekövetkez tulajdonságváltozások leírására és kimutattam, hogy a meghatározott egyenletekkel jól becsülhet k a tanulmányozott tartományon belüli tulajdonságok, illetve azok változásai (5.4.1 melléklet).

A BTn+60^oC-on intenzív mechanikai nyírással kezelt mintánál mértem a legnagyobb kezdeti feszültséget a nyíróer kkel szembeni viselkedés vizsgálatakor és a relaxációs id k is ebben az esetben lettek a legnagyobbak . A relaxációs id k változása viszont nem tendenciaszer en alakult (5.46. táblázat - 5.4.2 melléklet), a 923-as minta esetén enyhén nagyobb értéket határoztam meg a Maxwell modellel. Gyakorlati szempontból a folyáshatárok, azaz a kezdeti feszültség értékek alapján a BTn +60-BTn+70^oC-os m veleti h mérséklet tartomány értékelhet kedvez nek.

A logaritmizált viszkozitás h mérséklet karakterisztikára illesztett egyenes iránytangensének abszolút értéke, mely a legnagyobb volt a sorozat tagjai közül (7,71) ugyancsak azt támasztotta alá, hogy a BTn+60^oC-nak kiemelt h mérsékletnek kell lennie a mechanikai nyírás és ezáltal a KSGB végtermékek jellemz i szempontjából (5.47. táblázat - 5.4.3 melléklet). 110^oC-on ugyanis a 923-as mintának volt a legnagyobb viszkozitása, ám ez a különbség, a h mérséklet növekedésével a többi mintához viszonyítva fokozatosan csökkent.

Az Arrhenius egyenlet együtthatóit ábrázolva a mechano-kémiai diszpergálás mérsékletének függvényében, a 2.9., illetve 2.11. egyenletek kidolgozásával analóg

módon kaptam a 2.16. összefüggést azzal a különbséggel, hogy ebben az esetben a különböz h mérsékleteken mért viszkozitás a mechano-kémiai diszpergálás mérsékletének ismeretében volt becsülhet , az optimalizált állandók felhasználásával 0,96-os korrelációs együtthatóval (az eredetileg számított állandók esetén az R²=0,74 volt) (5.48. táblázat - 5.4.3 melléklet).

TV

) e) -(T d (c exp -) T exp(-b a

2 n

n (2.16.)

ahol, a viszkozitás (mPas), Tn a mechano-kémiai diszpergálás h mérséklete (K), TV a viszkozitás-mérés h mérséklete (K), a, b c, d, e pedig állandók (5.48. táblázat - 5.4.3 melléklet).

Technológiai peremfeltételek: termikus degradálás: BTd+100^oC, 90 perc, mechano-kémiai diszpergálás: 20+10 perc, továbbá azonos alapanyag-összetétel (5.108. táblázat - 5.11 melléklet).

Az el állításkor szükséges mechano-kémiai diszpergálás h mérsékletének becslésére a 2.16. egyenletet átrendeztem, de egzakt megoldásként másodfokú egyenletet kaptam (5.21. egyenlet - 5.4.3 melléklet), mely két megoldása közül a peremfeltételek alapján nem volt kizárható egyik sem. Ezért ebben az esetben is táblázatosan közöltem a számított eredményeket (5.50-5.51. táblázatok - 5.4.3 melléklet).

A folyásgörbék vizsgálatakor megállapítottam, hogy enyhe plasztikusságot mutattak a sorozat tagjai, de közöttük szignifikáns különbséget nem tapasztaltam. A 110^oC-os vizsgálati h mérsékleten a BTn+60^oC-on nyírt mintának volt a legnagyobb a szerkezeti viszkozitása. A mechano-kémiai diszpergálás h mérsékletének BTn+50^oC-ról BTn+60^oC-ra való emelésének hatására mind a 0, mind pedig a deformáció sebességhez tartozó viszkozitások parabola-szer en változtak, így a folyási tulajdonságok szempontjából optimumot a BTn+70 - BTn+90^oC-os tartományban találtam (5.37. ábra - 5.4.4 melléklet).

Összességében a mechano-kémiai diszpergálás h mérsékletének tanulmányozása során megállapítottam, hogy a BTn+60^oC optimális h mérséklet a KSGB-ek kedvez felhasználási tulajdonságainak szempontjából. A reológiai vizsgálatok arra mutattak rá, hogy BTn+60^oC-on végzett mechano-kémiai diszpergálás

esetén stabilisabb, különböz intermolekuláris kölcsönhatások révén is létrejöv szerkezetet valószín síthetünk. Az ugyancsak kedvez nek talált BTn+70 - BTn+90^oC-os diszpergálási tartomány alkalmazását, gazdasági megfontolásokból nem alkalmaztam, illetve a Cross modellben alkalmazott extrapolációkból következ pontatlanságok miatt sem vettem azt figyelembe.