Аналогично всем остальным проблемам экологии, ключевыми направлениями для отрасли шин являются: срок службы, ремонт и восстановление протектора. Другие способы – снижение уровня содержания цинка или отказ от этого вещества, при этом необходимо убедиться, что «лекарство не усугубит болезнь»…

Какие есть возможные способы обойти опасности, связанные с оксидом цинка?

На нижеприведенном рисунке «Некоторые способы сократить использование цинка» схематично приводятся некоторые методы, связанные с уменьшением или отказом от оксида цинка, который является главным источником цинкового загрязнения. Кратко говоря, основные возможности заключаются в том, чтобы попробовать использовать более активные физические и химические формы цинковых дериватов, для которых требуется более низкое содержание цинка, или заменить оксид цинка или иные дериваты цинка другими более экологичными химикатами.

Поддерживаемый ЕС проект под названием «Ecozinc» (полное название «Сокращение использования цинка в каучуковых изделиях для улучшения окружающей среды») был запущен с целью определения пределов сокращения, или устранения, химикатов на основе цинка, в особенности оксида цинка, которые содержатся в самых различных каучуковых изделиях, в том числе в шинах и продуктах, производимых из латекса.

 
Некоторые способы сократить использование цинка.

Эффект от снижения уровня содержания оксида цинка: ответ со многими нюансами

Общего ответа не существует вследствие многообразия эластомеров и методов сшивания. На следующем рисунке «ZnO и Вулканизация», согласно данным A.ЧЕПМЕНА (IRC 2006), отображается противоположное поведение трех составов диенового каучука.

100%-Модуль-против-уровня ZnO

Группа A.ЧЕПМЕНА (IRC 2005 и 2006) и BRUGGEMANN CHEMICAL (brueggemann.com) утверждают, что:

- Содержание ZnO можно уменьшить до 0.5% в составах на основе раствора SBR (бутадиен-стирольный каучук) и сплавов, содержащих полибутадиеновый каучук (BR)

- Содержание ZnO можно уменьшить до 2.5% в составах на основе природного каучука или нитрилового каучука (NR)

- Содержание ZnO невозможно уменьшить до уровня менее 2% в составах на основе природного каучука, EPDM (каучук на основе сополимера этилена, пропилена и диенового мономера) или эмульсии SBR

- Двуокись кремния и эластомеры, содержащие углеродную сажу демонстрируют очень различные реакции на снижение уровня ZnO.

Группа Л. Пыскло (журнал «Kautschuk Gummi Kunststoffe», Вып. 59, № 6, 2006, стр.328) исследовала снижение содержания ZnO до уровня 1% в составе SBR/NR/BR, который используется для восстановления протектора на шинах грузовиков. Характеристики вулканизации изменились незначительно, а показатели прочности на растяжение и удлинения при разрыве немного улучшились.

Оксид цинка и оксид цинка

Оксид цинка может создаваться с самой различной площадью поверхности. Например, группа ХАМЕДА Г.Р. (162è Meeting Division Caoutchouc (ACS), Pittsburgh, Communication n°121) изучает три сорта оксида цинка с площадью поверхности 0.5 – 35 м2/г для вулканизации карбоксилатного нитрилового каучука (XNBR).

Чтобы получить достаточный изгибающий момент во время проведения реометрии отверждения очень важно использовать достаточное количество ZnO:

- 1.5 доли для сортов с сильно развитой поверхностью, период отверждения – несколько минут

- 3 доли для сортов со среднеразвитой поверхностью, период отверждения – несколько десятков минут

- 3 доли для сортов со слаборазвитой поверхностью, период отверждения – несколько сотен минут.

Два последних случая неприемлемы по экономическим и экологическим причинам вследствие слишком высокого энергопотребления.

При серном отверждении в оксиде цинка с сильно развитой поверхностью минимальное количество цинка снижается незначительно.

Другие дериваты цинка

Нижеприведенные формулировки, выведенные в зависимости от того, какой состав испытывался, не являются правилами, применяемыми ко всем случаями. Пригодность к использованию необходимо проверять:

- Карбонат цинка содержит 56-60% цинка против примерно 80% в оксиде цинка.

Площадь поверхности может достигать 60-90 м2/гр. Карбонат цинка используется в качестве активатора в прозрачных каучуковых изделиях.

- Сульфид цинка приносит противоречивые результаты. Некоторые авторы утверждают, что оксид цинка можно заменить небольшим количеством, возможно, 0.5 – 1%, сульфида цинка, но другие заявляют, что полученный коэффициент сшивания слишком низок.

Мыло на основе цинка: Группа ХАЙДЕМАНА Г. (журнал «Kautschuk Gummi Kunststoffe», Вып. 59, № 4, 2006, стр. 178) заявляет, что использование стеарата цинка, даже в сочетании с небольшим количеством оксида цинка, не представляет интерес, так как глицеролат цинка приводит к высокому коэффициенту сшивания, но при этом к слишком короткой задержке подвулканизации. Этилгексаноат цинка представляет интерес, он вызывает более длительную задержку подвулканизации, а коэффициент сшивание немного ниже, чем у традиционного состава. Ожидается, что внимательное исследование мыла на основе цинка позволит уменьшить содержание цинка.

Борат цинка демонстрирует характеристики отверждения, сравнимые с показателями традиционной смеси. Смесь цинка и глины, изготовленная из монтмориллонитовой глины и содержащая Zn++, переданный ей в процессе ионообмена, изучается группой ХАЙДЕМАНА Г. (164è Meeting Division Caoutchouc (ACS), Cleveland, Communication n°22). Она утверждает, что определенные смеси цинка и глины, создают примерно те же свойства, что характерны для смесей, активированных оксидом цинка, но в других составах и/или с определенными сортами Zn-глины. Полученные результаты не впечатляют. Тем не менее, можно надеяться, что этот способ станет перспективным после оптимизации активаторов и составов.

Усиленный оксид цинка

Эффективность оксида цинка может быть повышена следующим образом:
- Другие металлооксиды. Например, STRUKTOL® ZIMAG 29/43 на 29% состоит из оксида цинка, на 43% - из оксида магния и на 28% - увлажняющего и диспергирующего агента. Он используется в качестве активатора для сшивания полихлорпрена. Предполагаемые дозировки в зависимости от требуемой плотности сшивания составляют 4-8%, то есть 0.6 - 1.2% цинка в смеси, усиленной на 50%.

- Антивосстанавливающие агенты, например AKTIVATOR 73 (мыло на основе цинка) и PERKALINK 900 (biscitraconimide), позволяют создать материалы для производства шин грузовиков, в которых содержание цинка составляет менее 1%.
- Сочетание малата цетилтриметиламмония и анивосстанавливающего агента позволяет создавать смеси с содержанием цинка менее 0.6%.

Замена цинка

Проводится изучение возможности заменить оксид цинка оксидами магния, бария и кальция в процессе серной вулканизации SBR. CaO и MgO, возможно, сумеют заменить ZnO, несмотря на более низкую скорость отверждения и некоторые различия, связанные с состоянием отверждения.

Практически во всех областях применения каучука требуется осуществлять вулканизацию для получения нужных функций. Самым распространенным активатором является оксид цинка, однако цинк считается опасным элементом, и на его использование налагаются ограничения, направленные на запрет или жестко ограниченное использование. К сожалению, его замена или значительное снижение используемого количества зависят от эластомеров, армирующих наполнителей и других добавок, которые не позволяют дать универсальный ответ.

Согласно недавним исследованиям, исследуются некоторые направления, от умеренного снижения используемого количества этого элемента без базового изменения состава до замены цинка другими добавками с существенным изменением состава. Различным образом можно использовать более активные сорта оксида цинка, карбоната цинка, мыла на основе цинка, бората цинка, смесей цинка и глины, CaO и MgO. Оксид цинка также можно усилить минеральными или органическими веществами.

Очевидно, что необходимо изучить эти направления, чтобы оптимизировать решения в соответствии с техническими требованиями, экономическими ограничениями и экологическим балансом. При этом некоторые методики окажутся неприемлемыми вследствие слишком высокого энергопотребления.

http://www.newchemistry.ru