Исследование влияния мочевин и их серо- и селенсодержащих аналогов на вулканизацию и термоокислительную стойкость эластомеров на основе бутадиен-нитрильного каучука

   Цели. Исследование влияния мочевин и их серо- и селенсодержащих аналогов на вулканизацию эластомерных материалов на основе бутадиен-нитрильного каучука и на их стойкость термоокислительному старению.

   Методы. Квантово-химическими методами молекулярной механики ММ+ и с помощью полуэмпирического метода PM3 проведен расчет исследуемых молекул мочевины и ее аналогов в программном комплексе HyperChem 8.0. Вулканизацию резин и оценку общей плотности сшивки изучали методом безроторной вулканометрии на реометре MonTech MDR 3000 Professional. Исследование динамических характеристик вулканизованных резин проводили в соответствии с ASTM D6601-02 и D5992-96. Эффективность исследуемых противостарителей к термоокислительному старению проводили по ГОСТ 9.024-74. Инфракрасные (ИК) спектры образцов получены на ИК-Фурье спектрометре ФТ-801 (Россия) методом нарушенного полного внутреннего отражения.

   Результаты. Впервые проведено исследование эффективности действия 1-(3-хлорфенил)-3-фенил мочевины, 1-(3-хлор фенил)-3-фенил тиомочевины и 1-(3-фторфенил)-3-фенил селеномочевины в качестве антиоксидантов для эластомеров в условиях термоокислительного старения. Изучено влияние указанных соединений на вулканизационные характеристики и общую плотность сшивки материалов на основе бутадиен-нитрильного каучука.

   Выводы. Установлено, что значения энергии сродства к электрону и ее знак позволяют прогнозировать возможность использования отдельных молекул в качестве ускорителей процесса вулканизации или антиоксидантов. Показано, что при изменении энергии сродства к электрону от 0.051 (мочевина) до −1.115 (тиомочевина) и −1.365 эВ (селеномочевина) время до начала вулканизации изменяется от 15 до 3 и 2 мин соответственно. В результате термоокислительного старения резин на основе каучука БНКС-28 АН без стабилизатора с 1-(3-хлорфенил)-3-фенил мочевиной, 1-(3-хлорфенил)-3-фенил тиомочевиной и 1-(3-фтор-фенил)-3-фенил селеномочевиной значение общей плотности сшивки изменяется в ряду 33 %, 23 %, 25 % и 29 % соответственно. В этой связи сделан вывод, что применение 1-(3-хлорфенил)-3-фенил мочевины несколько улучшает стабильность резин при термоокислительном старении, а 1-(3-хлорфенил)-3-фенил тиомочевина и 1-(3-фторфенил)-3-фенил селеномочевина не ухудшают данный показатель при введении в резиновую смесь.

1. Гайдадин А.Н., Петрюк И.П., Костерин Д.В. Оценка кинетических параметров высокотемпературного старения резин на основе этиленпропиленового каучука. Вестник Казанского технологического университета. 2014;17(1):169–171.

2. Khankishiyeva R.F. The improvement of physical and mechanical properties of sealers based on nitrile-butadiene rubber and combination of nano-metal oxides. SOCAR Proceedings. 2020;3:174–182. doi: 10.5510/OGP20200300459

3. Дорофеев А.Н., Земский Д.Н. Оксипропилированные ароматические диамины – стабилизаторы шинных резин. Каучук и резина. 2016;5:30–33.

4. Ахмадуллин Р.М., Каримов И.А., Ахметшин И.Ф., Котырев Е.А., Алиманов Д.В., Наделяев К.Л. Исследование стабилизирующей эффективности термостабилизаторов бисфенол-5 и вулканокс BKF при производстве бутадиен-нитрильного каучука. Каучук и резина. 2017;76(4):210–213.

5. Чиркова Ю.Н., Дорофеев А.Н., Гайфетдинов Р.Р. Влияние стабилизаторов класса N-фенил, N′-оксиалкил-п-фенилендиамин на стойкость резин к термоокислительному и озонному старению. Вестник Технологического университета. 2018;21(3):98–102.

6. Мартынова Ю.З., Хайруллина В.Р., Насретдинова Р.Н., Гарифуллина Г.Г., Мицукова Д.С., Герчиков А.Я., Мустафин А.Г. Определение констант скорости обрыва цепи радикально-цепного окисления органических соединений на молекулах антиоксидантов методом QSPR. Известия Академии наук. Серия химическая. 2020;9:1679–1691.

7. Вернигора А.А., Нилидин Д.А., Давиденко А.В., Фан Нгок Ту, Губин С.Г., Губина Е.В., Ваниев М.А., Новаков И.А. Влияние анилов D,L-камфоры на термоокислительную стойкость резины на основе бутадиеннитрильного каучука. Известия ВолгГТУ. 2021;252(5):47–52. doi: 10.35211/1990-5297-2021-5-252-47-52

8. Хольшин С.В., Ягунов С.Е., Кандалинцева Н.В., Просенко А.Е. Синтез новых селенсодержащих аналогов фенозан-кислоты. Известия Академии наук. Серия химическая. 2019;(12):2374–2376.

9. Аверина А.Е., Лаптев А.Б., Нестеров А.С., Сарваева Г.А., Николаев Е.В. Применение квантово-химических расчетов для оценки процессов старения полиэтилентерефталата при воздействии климата. Авиационные материалы и технологии. 2020;3(60):47–56. doi: 10.18577/2071-9140-2020-0-3-47-56

10. Valiev H.H., Vorobyev V.V., Karnet Yu.N., Kornev Yu.V., Yumaschev O.B. Application of quantum-chemical modeling results in experimental investigations of silicone composites. Mater. Phys. Mechan. 2017;32(3):293–297.

11. Siddique M.U.M., McCann G.J.P., Sonawane V., Horley N., Williams I.S., Joshi P., Chaudhuri B. Biphenyl urea derivatives as selective CYP1B1 inhibitors. Org. Biomol. Chem. 2016;14(38):8931–8936. doi: 10.1039/C6OB01506A

12. Serrano J.L., Soeiro P.F., Reis M.A., Boto R.E.F., Silvestre S., Almeida P. Synthesis and process optimization of symmetric and unsymmetric barbiturates C5-coupled with 2,1-benzisoxazoles. Mol. Diver. 2020;24(1):155–166. doi: 10.1007/s11030-019-09937-4

13. Кузнецов Я.П., Рассказова Е.В., Питушкин Д.А., Ештуков А.В., Васипов В.В., Бурмистров В.В., Бутов Г.М. Синтез и свойства 1,3-дизамещенных мочевин и их изостерических аналогов, содержащих полициклические фрагменты: XI. 1-[(Адамантан-1-ил)алкил]-3-арил селено-мочевины. Журн. орган. химии. 2021;57(7):929–941. doi: 10.31857/S0514749221070028

14. Резниченко С.В., Морозов Ю.Л. (ред.). Большой справочник резинщика : в 2-х ч. Ч. 1. Каучуки и ингредиенты. М.: ООО «Издательский центр «Техинформ» МАИ; 2012. С. 209.

15. Blume A., Kiesewetter J. Determination of the crosslink density of tire tread compounds by different analytical methods. Kautschuk Gummi Kunststoffe. 2019;72(9):33–42.

16. Sperling L.H. Introduction to Physical Polymer Science. Hoboken, New Jersey: John Wiley & Sons Inc.; 2006. Р. 504.

17. Литвинов И.А., Бурмистров В.В., Файзуллин Р.Р. Строение некоторых адамантилсодержащих мочевин и водородные связи в их кристаллах. Журн. структурн. химии. 2022;63(8):96114. doi: 10.26902/JSC_id96114

18. Ворончихин В.Д., Сороченко О.В., Семиколенов С.В., Иванов Д.П., Бабушкин Д.Э., Дубков К.А. Влияние олигомерного ненасыщенного поликетона на вулканизацию эластомерных композиций в присутствии сульфенамида Ц. Известия Академии наук. Серия химическая. 2020;11:2171–2176.uss.).]