Способ получения окисленной сажи для полимерных композиций

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

< >767823

Г (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 30.12.74 (21) 2088333/23-26 с присоединением заявки ¹â€” (23) Приоритет (51)М. Кл 3

С 09 С 1/56

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий

Опубликовано 300980. Бюллетень №- 36 (53) УДК661. 666 4 (088.8) Дата опубликования описания 30,0980 (72) Авттдры. изобретения

В.Е.Гильман, И.М.Сафронова и С.В.Тетерена опть (71) Заявитель

4583,38ГалЯ (54) CfIOCOH ПОЛУЧЕНИЯ ОКИСЛЕННОЙ САЖИ ДЛЯ

ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИЙ

Изобретение относится к нефте химической промышленности, в част ности к обработке саж, широко применяемых .в качестве наполнителей в полимерных композициях для иэготов- .5 ления шин и резинотехнических изделий.

Известен спдсоб окисления сажи при температуре ниже 230оС, например, 5-50%-ным водным раствором азот-10 ной кислоты с последующей сушкой окис. ленной сажи (1). При окислении сажи укаэанным способом возможно получение хинонных группировок на поверхности сажи, но окисление азот- 15 ной кислотой зйачительно меняет удельную адсорбционнУю поверхность сажи, что затрудняет ее переработку в резиновых смесях; снижает рН водной суспензии сажи, тем самым ухудшая фи- 20 эико-механические и технологические свойства резиновых смесей и, наконец, вызывает коррозию аппаратуры, что требует дополнительных затрат на изготовление аппаратуры иэ специаль- 25 ных сталей.

Известен способ окисления, сажи воздухом на нагретых до 200-400 С о вальцах с последующим охлаждением на воздухе (2). Данный способ не при-30

11 годен в силу того, что он предложен для малоактивных саж, применяемых в электроугольной промышленности, так как при окислеиии активной сажи кислородом воздуха наряду с увеличением хинонов эиачительно возрастает адсорбционная удельная поверхность за счет выгорания части активных центров на йоверхности сажевой частицы. Это приводит к увеличению микропористс.сти ,сажевых частиц и, как следствие, к ухудшению ее усиливающей активности.

Известен также способ получения окисленной сажи для полимерных композиций, включающий обработку слоя гранулированной сажи в псевдоожиженном слое кислородсодержащим газом со скоростью подачи 0,5 м/с, с содержанием кислорода 15-30 об. В в две и более стадий и последующим охлаждением обработанной сажи в инертной газовой среде f3); Такая обработка приводит к получению окисленной ñàжи с повышенной удельной, поверхностью и более низким рН водной суспензии сажи по сравнению с исходной, что ухудшает физико-механические характеристики полимерных композиций (модуль при 300%-ном удлинении, разрывную прочность и т.д. ) и не обеспе767823

3 чивает в достаточной степени увелйчения времени начала подвулканизации.

Целью изобретения является повышеййе времейи начала подвулканизации полимерных композиций (резиновых смесей) и улучшение Физико-механических характеристик полимерных композиций (вулканизатов) .

Указанная цель достигается за счет того, что через слой гранулированной сажи в течение 30-60.:Ьян при 20-100 C 10 продувают. кислородсодержащий газ с содержанием кислорода 2,5-10 об.Ъ со скоростью 0,1-0,2 и/с, затеи обрабатывают при 250-450 С в течение 60- 120 мин и охлаждают кислородсодеряащйм газом. Скорость прохождения. кислородсодержащего газа при обработке и охлаждении 0 1-0,2 м/с.

Отличие предлагаемого способа зак лючается в том, что предварительно щ() через слой гранул сажи продувают кислородсодержащий газ при 20-100 С в течение 30-60 мин.со скоростью пода.чи 0,1-0,2 и/с> дополнйтельное отличие — в том, что кислородсодержа-. щий газ имеет содержание кислорода

2,5-10 об.Ъ, охлаждение обрабатываемой сажи ведут кислородсодержащим" .газом, а обработку и охлаждение ведут при скорости подачи кислород- содержащего газа, равной 0,1-0,2 м/с. Ç()

Указанные режимы, а также предварительная продувка и охлаждение гранул саяи кислородсодержащим газом обусловлены следующими соображениями.

Проведенные нами исследования показали, что предварительное: насыщение стационарного слоя сажи кислородсодеряащим газом через некоторыйпромежуток времени создает среду, которая (при увеличении температуры 40 до заданного уровня) способствует протеканию процесса окисления в нужном -направлении;охлаждение в токе окисляющего газа способствует продолжению процесса мягкого окиcления до хинонных4 группировок, в противном случае уменьшается содержание хинонных групп.

При сравнительно невысокой скорости прохождения газа (0,1-0,2,м/с) сохраняется стационарный слой сажй, где происходит окисление до хинонных группировок беэ изменения гебметрии поверхности частиц. Увеличение потока приводит к более интенсивному окислению до образования карбоксильных групп и резкому увеличению хинонных групп, а также к росту шероховатости поверхности, Пример . 1. В кварцевый реактор эааыпают навеску сажи Вулкан-6 (тип ПМ-100) массой 30 r, с диаметром гранул 0,5-2,0 мм, продувают кислородсбдеряащим газом, имеющим содержание кислорода (. Ъ 0 )-10 об.Ъ, со скоростью (иди ) — 0,2 м/с, в течение (< „ х ) — 60 мин, температура кислородсодержащего газа (t„c )

20 С. Затем кварцевый реактор помео щают в трубчатую печь, нагретую до емпературы (Фойер. ) 250ОС! Время обработки при такой температур@ (дар. )

120 мин.

По истечений указанного времени реактор вынимают из трубчатой печи и охлаядают до комнатной.температуры.

Пример 2. Тояе, чтоипо примеру 1, но иох.= 30 мин, ц@ =

=l 00oС, t z@ = 45 ОоС, L p, "- 120 мин, Ъ О 10 об. %, Читан,"- 0,1 м/с.

Пример 3. То яе, что и по примеру l, но "Сикх= 40 мин, .Ьисх=

%0оС, 4о р =350оС, * Йфр= 60 мин, Ъ О = 2,5об. Ъ,. Читан» 0,2 м/с.

Пример 4 (оптимум) . To же, что и по примеру 1, но Фисх,= 60 мин, ЬдсХ= 20оС, tOSp .= 350оС, оБр = 120мин, Ъ Dg"-.10 об. Ъ, амин =. 0,2 м/с.

Н р и и е р 5. То же, что и по примеру 4, но в качестве окисляемого . образца взята ПМ-100 Волгоградского

Завода Технического Углерода (ПМ-100 ВЗТУ).

Пример 6, (по прототипу).0кис ление сажи IIM-100 ВЗТУ: продувка инертным газом (азотом) Гд ху60 мин, . температура инертного газа цех= 20 С, о

Ъ 01-15 об %, Мщн = 0,5 м/с. оБр= 60 мин, Ь<Д = 400оС

Физико-химические характеристики образцов саж, полученных по режимам, перечисленным в примерах 1-6, пред ставлены в табл. 1.

7678.23

Таалица 1

Наименование образцо

Сажа Вулкан-б неокисленная

0,12 1,75

103

1,05 О, 14

6,6 2 08

114

Сажа ПМ-100

ВЗТУ неокисленная

6,4

0,18

0,044 0,77

2,3

1,75

Пример 1

Пример 2

Пример 3

0,18

6,4

130

0,89

2,01

1,61

1 97 0,02

1,73 0,17

0,08

0,09

132

1,27 1,17 0,18

0 14 0,18

0,12 0,97 .

124

Пример 4

3,36 3,23

0,17

104

6,2

130

6,5

Пример 5, Пример 6

3,06 3,04 0,41

0,06 0,64

4,8 3,13

1,23

0,03 1,68

112

1,15

Наименование показателей

ПМ-100 ВЗТУ не окисленная

600

610

Твердость Дефо

17

27,4

22,3

26,7

540

548

10,1

12,2

11,9

110

120

114

Как следует из представленных в табл. 1 данных, увеличение хинонных группировок наблюдается во всех примерах. Особенно значительный рост, как хинонных группировок, так и общего содержания кислорода, имеет; место в примерах 4 и 5, при этом физико-химические характеристики (масляное число, удельная, адсорбционная поверхность и рН водной суспензии) изменяются незначительно. В то же время окисление по прототипу (пример

6) «приводит к увеличению адсорбциСклонность к подвулканизации Фц„„+5 (мин), 130оС

Сопротивление разрыву, МПа

Относительное удлине.ние, Ъ

Напряжение при 300%-ном удлинении, МПа

Сопротивление раздиру, кН/м онной удельной поверхности и уменьшению рН водной суспензии и, как следствие, к значительному увеличе-"

3$ нию содержания кислорода в виде карбоксильных и лактонных групп, что в дальнейшем отразилось на свойствах полимерных композиций.

В табл. 2 представлены результатЫ

40 испытаний образцов сажи ПМ-100 ВЗТу, не обработанной и обработанной по предлагаемому и противопоставляемому способам, в резинах стандартного состава на основе СКИ-З.

Таблица 2

Пример 5 Пример 6

767823

Формула изобретения

Составитель Т.Ильинская

Редактор Т.Пйлипенко Техред A. Щепанская

Корректор С.Жекмар

Заказ 7209/48 Тираж 465

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Рецейт резиновой смеси, масс.ч.

СКИ-3 100

Стеарин 3

Окись цинка 5,5

Сера 2,5

Сантокюр 0,9

Неозон Д 1,0

Сажа 50

Как следует иэ табл. 2, для сажи

FN-100 ВЭТУ, окисленной пО противопоставляемому способу (прототипу), характерно увеличение адсорбционной удельной поверхности, снижение рН водной суспенэии и уменьшение содержания хинонных группировок (см.табл.

1, пример 6) Резины с этой сажей ймеют худшие физико-механические пока-15 затели сопротивление разрыву, раэдиру и напряжение при ЗООВ-ном удлинении, а также меньшее время начала подвулканизации (табл.2, пример 6).

Резины с сажей, окисленной по 20 предлагаемому способу, имеют лучшие технологические и,прочностные характеристики по сравнению с необработанной и окисленной по прототипу (табл.2, :пример 5) .

Таким образом, предлагаемый способ окисления сажевых частиц позволяет йолучать сажи .с преимущественным содержанием хинонных группировок без иэмейения ее физикЬ-химических свойств, причем такие сажи замедляют""скорость вулканизации резиновых смесей с некоторым улучшением физикомеханических показателей вулканиэатов. Кроме того, по сравнению с используемыми в настоящее время

35 способами предлагаемый способ отличается простотой аппаратурного оформления, легкостью регулировки техиологйческого процесса и использованием при разработке более дешевых 40 материалов и поэтому может быть легко реализован в промышленных условиях, l, Способ получения окисленной сажи для полимерных кбмпозиций, включающий обработку слоя гранулиро. ванной сажи кислородсодержащим газом при 250-450 С и последующее ее охлаждение, отличающийся тем, что, с целью повышения времени начала подвулканизации и улучшения физико-механических характеристик полимерных композиций, предварительно через слой гранулированной сажи продувают кислородсодержащий гаэ при 20-100 С s течение 30-60 мин о со скоростью 0,1-0,2 м/с, 2. Способ по п.l, о т л .и ч аю шийся тем, что используют кислородсодержащий гаэ с содержанием кислорода 2,5-10 об.Ъ

3. Способ по пп. 1 и 2, о т л ич а ю rq и и с я тем, что охлаждение обработанной сажи проводят кислородсодержащии газом.

4.Способ по пп. 1,2 и 3, о т л ич а ю шийся теи, что обработку при 250-450оC и охлаждение ведут при скорости подачи кислородсодержащего газа 0,1-0,2 м/с.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент СИЖ Р 35665657, кл. С 09 С 1(50/106-307),опублик.

23.02.71.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 445679, кл. С 09 С 1/56, 26,0571, 3. Патент Великобритании 91083482, кл. С 09 С 1(56/C1A), опублик.

130967 (прототип) .