Резиновая смесь
Владельцы патента RU 2296783:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Воронежская государственная технологическая академия (RU)
Изобретение относится к резиновой смеси и может быть использовано при производстве резинотехнических изделий и строительных материалов, например, в качестве эластичной добавки в различных покрытиях. Резиновая смесь содержит, мас.ч.: каучук СКС-30АРКМ-15 - 100, серу - 2,0-4,5, альтакс - 2-4, окись цинка - 5-7, стеарин - 1,5-5,0, углеродсодержащий наполнитель - 50-100. Углеродсодержащим наполнителем является отработанный активированный уголь с зольностью менее 3,1 мас.% и удельной поверхностью свыше 150 м2/г. Техническим результатом является утилизация углеродсодержащих отходов водо- и газоочистки, расширение круга наполнителей резиновых смесей, улучшение физико-механических показателей полученных высоконаполненных резиновых смесей и снижение себестоимости. 4 табл.
Изобретение относится к области охраны окружающей среды, а именно к изысканию источников вторичных ресурсов. Оно позволяет расширить круг углеродосодержащих наполнителей при использовании отходов водо- и газоочистки и может быть использовано при производстве резинотехнических изделий и строительных материалов, например, в качестве эластичной добавки в различных покрытиях.
Известна резиновая смесь (Патент РФ №2149165, дата публ. 20.05.00 г., С08L 9/00; С08L 9/02; С08L 9/06; С08К 13/02 - Резиновая смесь), включающая карбоцепной каучук, серу, ускоритель вулканизации, оксид цинка, технический углерод, пластификатор, противостаритель и шлак феррохромовый саморассыпающийся. Отход производства может быть использован в качестве дешевого саморазрыхляющегося наполнителя.
К недостаткам данной резиновой смеси следует отнести использование наполнителя, имеющего в своем составе металлы переменной валентности, которые оказывают каталитическое действие на процессы термоокислительной деструкции полимерной фазы в процессе получения и переработки резиновой смеси.
Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой является резиновая смесь (А.с. 509621 А, C08L 7/00, С08К 3/04, бюл. № 13, опубл. 01.06.77 г. СССР - Резиновая смесь) на основе карбоцепного каучука, включающая углеродосодержащий наполнитель - порошок графитовой руды с зольностью 20-25 мас.% и удельной поверхностью 50-100 м2/г в количестве 50-200 мас.ч. на 100 мас.ч. каучука, при этом выдерживают состав резиновой смеси (мас.ч.): каучук СКМС-30АРКМ-15 - 100; сера 2,0; альтакс - 2,0; окись цинка - 5,0; стеарин - 1,5; наполнитель - 50,0.
Недостатки данной резиновой смеси следующие:
а) высокая зольность, которая обусловлена наличием металлов, в том числе переменной валентности, что способствуют снижению физико-механических показателей и термоокислительной деструкции в процессе приготовления и оказывает сильное влияние на эксплуатационные характеристики резино-технических изделий;
б) наличие энергоемкой стадии измельчения и диспергирования графитовой руды;
в) недостаточная удельная поверхность графитовой руды;
г) графитовая руда непостоянна по составу и содержанию полезного вещества.
Технической задачей является утилизация отработанного активированного угля, применение малозольного углеродосодержащего наполнителя, получение высоконаполненной резиновой смеси, использование наполнителя с высокой удельной поверхностью и удешевление резиновой смеси.
Поставленная цель достигается за счет того, что в резиновой смеси на основе карбоцепного каучука СКС-30АРКМ-15, включающей серу, альтакс, окись цинка, стеарин и углеродсодержащий наполнитель, новым является то, что в качестве углеродсодержащего наполнителя она содержит отработанный активированный уголь с зольностью менее 3,1% (мас.) и удельной поверхностью свыше 150 м2/г при следующем соотношении компонентов смеси, мас.ч.: каучук СКС-30АРКМ-15 - 100,0; сера - 2,0÷4,5; альтакс - 2,0÷4,0; окись цинка - 5,0÷7,0; стеарин - 1,5÷5,0; наполнитель - 50,0÷100,0.
Техническим результатом является утилизация отхода водо- и газоочистки - отработанного активированного угля в качестве малозольного углеродсодержащего наполнителя с высокой удельной поверхностью, снижение себестоимости и улучшение физико-механических показателей полученных высоконаполненных резиновых смесей.
Отработанный активированный уголь марок АГ-3 и СКТ представляет собой отход водоподготовки и водо- и газоочистки, а также отход производственного потребления. Уголь АГ-3 применяется на стадии концентрирования бутадиена и установки очистки воздушных выбросов путем озонирования в производстве синтетического каучука. Уголь СКТ-3 применяется для очистки воды от нефтепродуктов в системе котельных и тепловых станций (табл.1).
Отработанный активированный уголь предварительно измельчался на шаровой мельнице, а затем на дезинтеграторе типа 1А27 Рижского объединения «ЭКС» с производительностью 2,0 кг/ч и числом вращения ротора 8000 об/мин, что позволяло получать углеродсодержащий наполнитель с размером агломератов частиц порядка 5-40 мкм.
Удельная поверхность измельченных активированных углей, определенная по методу БЭТ, представлена в таблице 2. Согласно литературным данным (Смирнов А.Д. Сорбционная очистка воды [Текст] / А.Д.Смирнов. - Л.: Химия, 1982. - 168 с., с.10), верхняя граница удельной поверхности активированного угля БАУ может достигать 915 м2/г.
Технические результаты иллюстрируются примерами №1-7, представленными в виде табличных данных (см. табл.3). Опытные резиновые смеси изготавливали на лабораторных вальцах в соответствии с рецептурой, приведенной в табл.3, и вулканизовали в гидравлическом прессе при температуре 145±5°С в течение 45 мин.
Физико-механические показатели вулканизатов с использованием в качестве наполнителя отработанных активированных углей АГ-3 и СКТ-3 приведены в таблице 4. Физико-механические показатели вулканизатов контрольных образцов соответствуют данным прототипа.
Из таблицы 4 видно, что по примерам 1,3-6 показатели опытных образцов вулканизатов на основе каучука СКС-30АРКМ-5, наполненного отработанными активированными углями АГ-3 и СКТ-3, превосходят известные показатели по модулю при 300% удлинении, условной прочности при растяжении и сопротивлению раздиру.
| Таблица 1 | ||
| Наименование показателей | Нормы | |
| АГ-3 (ГОСТ 2044-75) | СКТ (ТУ № Д2ГУ-937-66) | |
| Размер гранул: | ||
| свыше 3,6 мм, %, не более | 0,4 | 2,0 |
| от 3,6 до 2,8 мм, %, не более | 3,0 | 8,0 |
| от 2,8 до 1,5 мм, %, не более | 86,0 | не регламентируется |
| от 1,5 до 1,0 мм, %, не более | 10,0 | 80 |
| Прочность на истирание, %, не менее | 75,0 | 65,0 |
| Содержание влаги, %, не более | 5,0 | 5,0 |
| Суммарный объем пор по воде, см3/г | 0,8-1,0 | Фиксируется |
| Динамическая активность по бензолу, мин, не менее | 40,0 | 50 |
| Таблица 2 | ||
| Тип измельченного активированного угля | Удельная поверхность, м2/г | |
| АГ-3 | 680 | |
| отработанный АГ-3 со стадии очистки бутадиена | 156-324 | |
| отработанный АГ-3 с установки озонирования | 253-495 | |
| СКТ | 810 | |
| отработанный СКТ с ТЭЦ-1 (г.Воронеж) | 320-590 | |
| отработанный СКТ с котельной УТЭСиК (г.Нововоронеж) | 340-635 |
| Таблица 3 | ||||||||
| Ингредиенты | Контрольный образец | Номер примера | ||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | ||
| Бутадиен-стирольный каучук СКС-30АРКМ-15 | 100,0 | 100,0 | 100,0 | 100,0 | 100,0 | 100,0 | 100,0 | 100,0 |
| Сера | 2,0 | 2,0 | 1,5 | 2,0 | 3,0 | 4,5 | 4,5 | 5,0 |
| Альтакс | 2,0 | 2,0 | 1,5 | 2,0 | 3,0 | 4,0 | 4,0 | 4,5 |
| Оксид цинка | 5,0 | 5,0 | 4,0 | 5,0 | 6,0 | 7,0 | 7,0 | 7,5 |
| Стеарин | 1,5 | 1,5 | 1,5 | 1,5 | 3,0 | 5,0 | 5,0 | 5,5 |
| Графитовый наполнитель (ГН-7) | 50,0 | - | - | - | - | - | - | - |
| АГ-3 отработанный | - | 50,0 | 50,0 | - | 75,0 | 100,0 | - | 120,0 |
| СКТ-3 отработанный | - | - | - | 50,0 | - | - | 100,0 | - |
| Таблица 4 | ||||||||
| Наименование показателя | Контрольный образец | Номер примера | ||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | ||
| Модуль при 300%-ном удлинения, МПа | 3,4 | 5,1 | 3,3 | 5,3 | 5,6 | 5,2 | 5,1 | 3,3 |
| Условная прочность при растяжении, МПа | 122,2 | 128,0 | 108,5 | 132,0 | 126,9 | 123,1 | 124,3 | 93 |
| Относительное удлинение при разрыве, % | 847 | 730 | 810 | 710 | 705 | 665 | 650 | 430 |
| Остаточное удлинение | 18 | 17 | 29 | 15 | 14 | 12 | 11 | 6 |
| Сопротивление раздиру, кН/м | 36 | 40 | 31 | 40 | 40 | 37 | 38 | 29 |
Резиновая смесь на основе карбоцепного каучука СКС-30АРКМ-15, включающая серу, альтакс, окись цинка, стеарин и углеродсодержащий наполнитель, отличающаяся тем, что в качестве углеродсодержащего наполнителя она содержит отработанный активированный уголь с зольностью менее 3,1 мас.% и удельной поверхностью свыше 150 м2/г при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:
| Каучук СКС-30АРКМ-15 | 100 |
| Сера | 2,0-4,5 |
| Альтакс | 2-4 |
| Окись цинка | 5-7 |
| Стеарин | 1,5-5,0 |
| Указанный углеродсодержащий наполнитель | 50-100 |
