ITTO970533A1 - Composizione di cariche isolanti per mescolanze di gomma, procedimento per la loro preparazione e impiego. - Google Patents

Description

Descrizione dell'invenzione industriale dal titolo: "Composizione di cariche isolanti per mescolanze di gomma, procedimento per la loro preparazione e impiego"

La presente invenzione si riferisce ad una nuova composizione di cariche isolanti per l'industria della gomma, ottenute dal trattamento di fanghi da lavorazioni cartarie; l'invenzione si riferisce 'altresì ad un procedimento per la preparazione di tale composizione di cariche e al suo impiego in·mescolanze .di gomma.

Alla base dell'invenzione è il problema tecnico relativo allo smaltimento dei fanghi da lavorazioni cartarie. Durante le operazioni di produzione della carta vengono utilizzate notevoli quantità di acqua che,‘all'uscita dei processi produttivi contengono in sospensione componenti della carta quali cellulosa, caolini, carbonati ed altri additivi generalmente utilizzati nella produzione della carta stessa. Questi effluenti liquidi vengono trattati con flocculanti e purificati prima di essere rimessi nell'ambiente: i fanghi fluidi cosi generati vengono ispessiti mediante filtropresse o nastropresse e costituiscono uno dei principali residui della produzione cartaria,generalmente denominati "fanghi cartari" o "paper muds".

I fanghi cartari contengono forti quantità d'acqua (mediamente 50-80% in peso) e comprendono una componente organica (circa 10-30% in peso) e una componente inorganica (10-30%.in peso).

La frazione organica è costituita prevalentemente da cellulosa e può includere anche amidi, pectine, idrocarburi ed oli. La frazione inorganica tipicamente comprende prevalentemente caolino (circa 30-60% in peso) òssido di alluminio (circa 5-60% in peso, particolarmente'5-40(% in peso) carbonato di calcio (circa 5-40% in peso), con presenza di ossidi di ferro e di ossidi di piombo in tracce.

Lo smaltimento dei fanghi,cartari rappresenta un notevole problema in ogni parte del mondo, principalmente a causa dei notevoli quantitativi dei residui prodotti; si tratta, infatti .di residui pressoché privi di pericolosità, ma che possono creare notevoli problemi in caso di avvio del processo di decomposizione batterica. Questi fanghi vengono utilizzati dall'industria dei laterizi come combustibile povero ed agente di alleggerimento, ma trovano anche impiego in alcune applicazioni ceramiche. In bibliografia sono citati processi per la valorizzazione della frazione organica del residuo, sia còme materiale termoisolante e fonoisolante sia come materiale,fibroso rinforzante e come base per polimeri modificati: Sono state inoltre proposte sperimentazioni per il rimpiego dei fanghi stessi nei processi produttivi di materiali cartari di- basso pregio, come ad esempio alcune tipologie di cartoni.

Lo scopo primario della presente invenzione è quello .di fornire un nuovo ed economico impiego dei fanghi cartari, al fine di risolvere i problemi connessi con il loro smaltimento.

A tal fine, la richiedente-ha ora trovato che mediante; essiccazione, calcinazione'e macinazione dei fanghi cartari è possibile ottenere una carica minerale che conferisce alle mescolanze in gomma caratteristiche di resistività elettrica isolanti mantenendo nel contempo caratteristiche di resistenza meccanica, analoghe o anche migliori di quelle ottenibili con l'impiego delle cariche convenzionalmente utilizzate nella gomma.

Costltuisce quindi un oggetto dell'invenzione

l'impiego,di fanghi cartari, essiccati, calcinati e

macinati come ;carica ·minerale per mescolanze di

gomma, e particolarmente come carica minerale con

proprietà* isolanti.

Le composizioni di fanghi cartari ottenute per

essiccazione, calcinazione e macinazione ad una

granulometria. , inferiore. a 500 micron e

preferibilmente inferiore a 70 micron, sono nuove

composizioni e costituiscono un altro oggetto

dell 'invenzione.

Come è noto, le mescolanze di gomma possiedono

càiattéristiche fisico-meccaniche che derivano dalla

tipblogiavdi polimero impiegata; nelle mescolanze di

gómma le càriche minerali sono utilizzate al fine di

migliorare le caratteristiche di . un determinato

polimero l riducendo nel contempo i suoi costi di

produzione .Ad esempio, il "carbon black" migliora

e ne incrementa la durabilità; càriche ‘a base di . silice sono altrésì utilizzate per incrementare la

.capacità di allungamento della gomma SBR e la.sua

resistenza meccanica.

Per migliorare le proprietà di. isolamento elettrico di mescolanze in gomma è noto l'impiego come cariche di particolari caolini calcinati è macinati fino ad una finezza inferiore ai 40 micron. Con l'impiego di questi tipi di caolini si può ottenere un incremento di oltre 10 volte della resistività elettrica superficiale e di volume delle mescolanze rispetto ad altre cariche per gómma come il carbonato di calcio.. Queste differenze sono evidenziate dall'immersione in acqua delle mescolanze prima della prova: dopo sette giorni di immersione la resistività elettrica superficiale è di volume risultano oltre.20 volte superiori nelle mescolanze a base di caolini calcinati rispetto a quelle a base di carbonato di calcio.

.E' tuttavia; altresì-noto ·che le mescolanze prodotte con - caolino calcinato possiedono caratteristiche di resistenza meccanica nèttamente inferiori a quelle ottenibili con la silice e ciò preclude il loro impiego in numerose applicazioni.

Sorprendentemente è stato scoperto che composizioni di carica ottenute da essiccazione, calcinazione e macinazione dei _fanghi cartari consentono di ottenere in mescolanze di gomma caratteristiche di resistività elettrica analoghe a quelle ottenibili con caolini calcinati unitamente a buone caratteristiche di resistenza meccanica che risultano pressoché analoghe a quelle ottenibili con cariche a base di silice.

Preferibilmente, i fanghi utilizzabili ai fini della presente invenzione posseggono la seguente composizione espressa in peso, sul totale della massa essiccata a 100°C e calcinata a 600°C fino a peso costante:

- caolino·> 25%

- ossido di alluminio > 1%

- carbonato di calcio > 1%

- ossido di alluminio carbonato di calcio > 5%.

I·fanghi- utilizzabili possono avere qualsiasi contenuto di acqua, ma è preferibile che vengano inizialmente pressoi iltrati· o.nastrofiltràti fino a raggiungere un contenuto di acqua minore del 70% in .peso. Il contenuto di materiale organico nei fanghi non è vincolante, anche se è preferibile che il rapportò tra la frazione organica e quella inorganica sia compreso tra 3:7 e 7:3'.

Il procedimento di preparazione' della composizione di cariche, che costituisce un altro oggetto dell'invenzione comprende le fasi di:

- disidratazione e essiccazione dei fanghi sino a raggiungere un contenuto di acqua non supériore al 5% in peso sulla sostanza secca;

- calcinazione dei fanghi a temperatura compresa tra 400°C e 1300°C sino alla combustione di almeno il 95% della frazione organica presente inizialmente nei fanghi;

macinazione del materiale calcinato sino a raggiungere una granulometria inferiore a 500 micron e preferibilmente inferiore a 40 micron.

'La ..fase di disidratazione può essere condotta con qualsiasi macchinario (stufa termostatica, essiccatore rotante, turboessiccatore, evaporatore sotto vuoto, essiccatore a spruzzo, essiccatore flash e ’ simili) ma preferibilmente con un essiccatore rotante alimentato a metano o altro combustibile.

La fase di calcinazione può essere condotta in qualsiasi macchinario (forno statico, forno.rotante, forno a letto fluido e simili), ma preferibilmente ih un forno a letto fluido, preferibilmente alimentato a metano. In questa,fase 'la frazione organica presente inizialmente nei fanghi viene bruciata, contribuendo cosi a ridurre il fabbisogno di combustibili.

La temperatura massima raggiunta durante questa fase deve essere compresa tra, 400 e 1300°C, preferibilmente tra 500 e 700°C, la durata del processo di. calcinazione deve consentire di eliminare .almeno il 95%· della frazione organica inizialmente presente.

La fase di macinazione può essere condotta in un qualsiasi tipo di mulino (a martelli, a pioli, a palle, a. getto d'aria), ma preferibilmente è condotta in un mulino a getto d'aria fino a raggiungere la granulometria sopracitata.

La composizione preferibile per la composizione di carica in polvere, espressa in percentuale in peso, è.la seguente:

60% > caolino .> 35%

- 60% > ossidi di alluminio > 5%

- 40% > carbonato di calcio > 5%

- ossido di alluminio 'carbonato di calcio > 40%.

Le composizioni di carica oggetto dèli'invenzione possono essere utilizzate in tutte le mescolanze di gomma in cui vengono convenzionalmente utilizzate cariche a base di silice e/o caolino. In particolare nelle mescolanze di gomma gli elastomeri comprendono gommesnaturali e gomme sintetiche quali stirene-butadiene, polibutadiene, neoprene e simili.

Le mescolanze di ;gomma in cui sono utilizzate le cariche oggetto dell'invenzione comprendono i convenzionali ingredienti i quali:

- agenti vulcanizzanti (in particolare zolfo);

- attivatori del processo di vulcanizzazione (quali acido stearico ed ossido di zinco);

- acceleranti del processo di vulcanizzazione (ad esempio -TBBS);

- ulteriori cariche minerali come carbon black e usuali additivi quali antidegràdanti e, antiossidanti, pigmenti, ritardanti della propagazione di fiamma.

Il processo di lavorazione delle mescolanze di gomma non differisce dai procedimenti convenzionali e comprènde le operazioni di depolimerizzazione e di mescola, effettuate generalmente in mescolatori a cilindri riscaldati o in mescolatori Banbury, le operazioni di . formatura e l'operazione di vulcanizzazione.

Tipicamente, le mescolanze.. vulcanizzate prodotte con cariche rispondenti alla composizione preferita sopracitata possiedono una resistività elettrica superficiale e una resistività elettrica di volume comprese tra 0/5 e i,5 volte quelle di mescolanze a composizione analoga prodotte con caolini calcinati; inoltre, tali mescolanze possiedono una resistenza meccanica a trazione compresa tra 1,5 e 3 volte quella di mescolanze a composizione analoga prodotte con caolini calcinati.

Nelle tabelle che seguono sono riportati alcuni esempi illustrativi, ma non limitativi, di formulazione di mescolanze di gomma ottenute con l'impiego delle cariche secondo l'invenzione e delle loro proprietà meccaniche e caratteristiche elettriche·. -Gli esempi 1-3 sono esempi comparativi di mescolanze in cui sono utilizzati come cariche caolini calcinati commerciali;

gli esempi 4-8 sono esempi di formulazioni che utilizzano fanghi cartari calcinati e macinati, secondò l'invenzione;

gli esempi 9 è 10 sono esèmpi in cui unitamente a caolino, carbonato di calcio e ossido di alluminio derivanti da fanghi cartari calcinati è utilizzato come carica anche un caolino calcinato commerciale;

gli esempi 11-12 sono esempi conformi all'invenzione in cui nelle formulazioni oltre ai componenti derivanti dai fanghi cartari sono utilizzati ossido di alluminio e carbonato di calcio commerciale, al fine di simulare una variazione del contenuto totale di ossido di alluminio e carbonato di calcio nelle composizioni.

Negli esempi sono stati utilizzati come materiali fanghi cartari aventi la seguente composizione in percentuale in peso:

umidità 61,50%

ceneri a 600° 22,05%

sostanza organica 16,45%

analisi delle ceneri:

caolino 45%

ossido di alluminio . 33%

carbonato di calcio 20%

ossidi di ferro(Fe203) 2%

I fanghi sono stati essiccati in stufa termostatica a 105°C sino a peso costante e quindi calcinati a differenti temperature in.forno rotativo da laboratorio. Dopo la calcinazione, il contenuto di sostanza organica era sempre pari a 0,5% sul peso totale. del campione. Il materiale calcinato è stato quindi sottoposto a macinazione in uri mulino a martellio e, portato ad una finezza interamente inferiore a 0,5 mm. Da questo - -materiale macinato, mediante vagliatura .è stato estratto un campione a granulometria interamente inferiore .a 0, 063 irai, con cui sono state fatte le prove di seguito riportate.

Le altre cariche minerali usate per le mescolanze sono 3 differenti tipi di caolini calcinati, un tipo di ossido di alluminio e un tipo di’ carbonato di calcio: si tratta di prodotti commerciali.' normalmente impiegati nell'industria della gomma

I caolini calcinati sono stati testati per avère un termine di confronto con le propriétà delle nuove tipologie di cariche per simulare una modifica del contenuto di caolino nei fanghi; gli ossidi di alluminio e il carbonato di calcio sono invece stati utilizzati solo per simulare un differente contenuto rispettivamente di alluminio e calcio nei fanghi cartari

Le mescolanze sono state testate dopo vulcanizzazione a 160°C; le. caratteristiche di vulcanizzazione sono state determinate ai sensi della norma UNI 8342; la durezza secondo la norma UNI 4916 su .provini di spessore di. 6mm; le caratteristiche a trazione secondo UNI 6065 (provini. di tipo 1);ilà resistività elettrica superficiale e di volume (tal quale: dopo immersione in acqua) secondo metodica standardizzata, cerisie .

(·) Esempio comparativo

Claims (9)

1. RIVENDICAZIONI 1. Composizione di carica minerale per mescolanze di gommay caratterizzata dal fatto che comprende fanghi cartari essiccati, calcinati e macinati ad una granulometria inferiore a 500 micron.
2. 2. Composizione secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che è ottenibile mediante essiccazione, calcinazione e macinazione di fanghi cartari aventi, con riferimento alla loro massa totale essiccata a 100°C e oalcinata-\a 600°C la seguente composizione espressa in percentuale in peso : - caolino > 25% - ossidi di alluminio > 1% - carbonato di calcio > 1% - ossido di alluminio carbonato di calcio > 5%.
3. 3. Composizione secondo le rivendicazioni 1 o.2, in cui i suddetti fanghi cartari, tal quali, presentano un 'rapporto tra frazione organica ed
4. 4. Composizione secondo unar qualsiasi delle . ivendicazioni precedenti caratterizzata , di fatto che comprende in percentuale in peso.: - 60% > caolino > 35% - 60% > ossidi di alluminio > 5% - 40% > carbonato di calcio > 5% - ossido di alluminio carbonato di calcio > 40%.
5. 5. Composizione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 a 4 avente una .granulometria inferiore a.40 micron.
6. 6. Procedimento per la preparazione di una composizione di cariche secondo,una qualsiasi 'delle rivendicazioni 1 a 4, caratterizzato dal fatto che comprende le operazioni·di: - disidratazione ed essiccazione dei fanghi sino a raggiungere un contenuto di acqua non superiore al 5% in peso sulla sostanza secca; - calcinazione dei fanghi a temperatura compresa tra 400 e 1300°C sino alla combustione di almeno il 95% della .frazione organica presente inizialmente nei fanghi; - macinazione del materiale calcinato sino a raggiungere una granulometria inferiore a 500 micron.
7. 7. Procedimento secondo la rivendicazione 6, in cui la temperatura di calcinazione è compresa tra 500 e 700°C.
8. 8. Impiego: di ..una composizione secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 a 5, còme,carica minerale isolante in mescolanze di gomma·
9. 9. Mescolanze di gomma comprendente cariche minerali con proprietà isolanti secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 a 5.