PL102583B1 - Sposob modyfikacji sadzy - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób modyfikacji sadzy, stosowanej jako wypelniacz w mieszan¬ kach gumowych dajacych sie wulkanizowac, przy czym produkty gumowe otrzymane z zastosowa¬ niem w mieszance gumowej sadzy modyfikowanej, wyteaizuja korzystne wlasnosci (uzytkowe, jak wy¬ soka wytrzymalosc na rozerwanie i rozciaganie oraz duza odpornosc na scieranie wyrobów gu¬ mowych, na przyklad opon samochodowych.

Dotychczas stosowane do sporzadzania miesza¬ nek gumowych sadze, ze wzgledu na ich sklon¬ nosci do pylenia i trudnosci zwiazane z wprowa¬ dzeniem ich bezposrednio do mieszanek gumowych, poddaje sie wstepnej obróbce, polegajacej na two¬ rzeniu przedmieiszek, wzglednie nadajac im po¬ stac granulek* Dopiero przedmieszki wzglednie granulki sadzy, wprowadza sie jako wypelniacze dajace sie homogenizowac do mieszanek gumo¬ wych.

Znane sa równiez procesy mokrej obróbki sadzy, które umozliwiaja uzyskiwanie jednorodnych mie¬ szanek gumowych, dzieki wprowadzeniu wypelnia¬ czy sadzy w postaci emulsji wodnych lub past do urzadzen homogenizujacych.

Modyfikowanie sadzy przez tworzenie emulsji wodnych znane, jest na przyklad z patentu NRD nr 119427. W procesie tym sadze przeznaczone dla przemyslu kauczukowego przeprowadza sie w dy¬ spersje wodne w sklad których wchodza alkilo- aminoalkilany oraz emulgatory w kompozycji z metyloceluloza i/lub alkali poliakrylanami.

Emulgowanie przeprowadza sie w szybkoobroto¬ wych mieszalnikach do których kolejno wprowa¬ dza sie 24 kg sadzy ISAF w 295 kg wody oraz 0,88 kg laurylo-amino-etero-poliglikolu posiadajace¬ go 10 grup etoksy w czasteczce i 0,12 kg wyso- komolekularnej metylocelulozy.

Emulsje tak wytworzone wprowadza sie dwu¬ stopniowo do mieszanek gumowych, w pierwszym stopniu w postaci dyspersji wodnych zawieraja¬ cych emulgator zas w drugim stopniu w postaci suspensji wodnych nie zawierajacych emulgatora.

W rozwiazaniu znanym z patentu PRL nr 88679, modyfikowanie sadzy, w kierunku uzyskania pro¬ duktu dajacego sie wprowadzic bezposrednio do mieszanek gumowych, prowadzi sie na drodze od¬ powiednio ukierunkowanego sposobu wytwarzania sadzy, prowadzacego do nowego asortymentu sadzy.

W procesie tym wytwarza sie sadze piecowa z weglowodorów, które wtryskuje sie poprzecznie z obszaru perferyjnego do strumienia gazów spa¬ linowych w postaci pojedynczego lub wielu ko¬ herentnych strumieni, przenikajacych do wewnetrz¬ nych obszarów strumienia gazów spalinowych.

Ilosci stosowanego surowca dobiera sie w sto¬ sunku do ilosci uzytego paliwa i utleniacza tak .aby uzyskac calkowity procent spalania rzedu 12— —65%, korzystnie 20—50%. Po krótkim okresie reakcji wynoszacym 1—100 milisekund, wyplywa¬ jace gazy, zawierajace zawieszone w nich sadze, 102 583102S 3 kierowane sa zgodnie z kierunkiem przeplywu do dowolnego urzadzenia chlodzacego i rozdzielajace- go,w którym uzyskuje sie produkt.

Tak uzyskane sadze wprowadzone do mieszan¬ ki w ilosci 10—250 czesci wagowych na 100 czesci 5 wagowych kauczuku, nadaja produktom ulepszone wlasciwosci uzytkowe, poprawiaja wytrzymalosc na rozciaganie i modul zuzycia bieznika opony.

Wprowadzanie nowej sadzy do mieszanki odbywa sie w sposób mechaniczny, na przyklad kauczuk 10 i sadze miesza sie dokladnie, w celu zapewnienia odpowiedniej dyspersji, przy uzyciu konwencjonal¬ nych urzadzen, jak mieszalników typu „Banbury" i/lub walcarek.

Z patentu St. Zjedn. Am. nr 3536512 znana jest 15 obróbka sadzy za pomoca amoniaku. W procesie tym sadze po utleniajacej obróbce kwasami nie¬ organicznymi lub bezwodnikami kwasowymi jak tlenkami azotu lub siarki, kwasem azotowym, kwasem siarkowym wzglednie ich mieszaninami, 20 neutralizuje sie gazowym amoniakiem lub amonia¬ kiem w roztworze wodnym, az do uzyskania pH w granicy 3,0—7,0.

W procesie stosuje sie sadze pylista albo granu¬ lowana. Po obróbce kwasowej i amoniakalnej sa- 25 dze poddaje sie obróbce desorpcyjnej droga ogrze¬ wania jej w zamknietej strefie. Analogiczny spo¬ sób postepowania jak w patencie St. Zjedn. Am. nr 3536512 opublikowano w patencie Wielkiej Bry¬ tanii nr 1226529. 30 Znany jest z patentu St. Zjedn. Am. nr 3498814 sposób nadawania okreslonej postaci sadzy ISAF.

Rozwiazanie polega na dzialaniu na sadze pylista czynnikiem oleistym, tworzeniu cienkiej warstewki olejowej na powierzchni sadzy, granulowaniu mie- 35 szaniny i prasowaniu granulek pod cisnieniem, az do uzyskania sadzy w postaci sprasowanej. W pro¬ cesie stosuje sie w roli czynnika olejowego pro¬ dukt o nazwie handlowej „Oil Dutrex 726", lub olej firmy Sun OiL Company wystepujacy na 40 rynku pod nazwa „Circosol 2XH". Ilosc oleju na¬ noszonego na powierzchnie sadzy wynosi 2—9 czesci.

W patencie Wielkiej Brytanii nr 1090765 podano metode zageszczania sadzy, polegajaca na zrasza- 45 niu luznych granulek sadzy ogrzanym czynnikiem olejowym w postaci mgly. W procesie tym zrasza sie ruchome zloze sadzy rozpylonym olejem stosu¬ jac 7—15 czesci wagowych oleju na 100 czesci wa¬ gowych sadzy. Jako olej stosuje sie oleje mine- 50 ralne wystepujace pod nazwa handlowa „Suns EE Lengthener OiL" oraz „Gulf Paragon 30".

Sadza wytworzona ta metoda stosowana jest glównie do wyrobu atramentów i tuszy. Mody¬ fikowanie sadzy pylistej przez obróbke jej oleja- 55 mi, a przeznaczonej do sporzadzania mieszanek z elastomerami znane jest równiez z patentu Wielkiej Brytanii nr 1056994. W sposobie tym sa¬ dze pylista traktuje sie czynnikami oleistymi o ni¬ skiej zawartosci czesci olejowych, np. kwasem 60 stearynowym lub kwasem laurowym. Po obrób¬ ce otrzymuje sie ta metoda sadze granulowana* skladajaca sie z 85—99 czesci wagowych sadzy oraz 1—15 czesci wagowych czynnika olejowego.

Celem niniejszego wynalazku bylo wyeliminowa- ^ 4 nie niedogodnosci zwiazanych z duzymi sklon¬ nosciami do pylenia produkowanych sadz pieco¬ wych i kanalowych, utrudniajacych ich pakowanie oraz stosowanie u odbiorców, zwlaszcza w prze¬ mysle gumowym.

Metoda wedlug wynalazku prowadzi sie modyfi¬ kacje sadzy, polegajaca na obróbce mechaniczno- chemicznej powierzchni sadzy dazac do uzyskania takiej postaci sadzy, która pozwalalaby na wyeli¬ minowanie dotychczasowej jej obróbki wstepnej na drodze mokrej lub suchej prowadzonej w prze¬ mysle sadzowym.

Istota sposobu modyfikacji sadzy wedlug wyna¬ lazku jest obróbka powierzchniowa sadzy, pole¬ gajaca na blokowaniu centrów aktywnych sadzy, to jest neutralizacji grup kwasowych zwiazanych chemicznie w strukturze czasteczek, znajdujacych sie na powierzchni sadzy. Obróbka chemiczna po¬ lega na traktowaniu sadzy w podwyzszonej tem¬ peraturze mieszanina powietrza z amoniakiem.

Neutralizacja grup kwasowych na powierzchni sa¬ dzy ulatwia zwilzalnosc sadzy za pomoca stoso¬ wanej do modyfikacji kompozycji weglowodorowej.

Mechaniczna obróbka sadzy polega na doklad¬ nym zdyspergowaniu jej w mieszalnikach o du¬ zych silach scinajacych wraz z ogrzana miesza¬ nina weglowodorowa, dzieki czemu kompozycja rozprowadzana jest i nanoszona w sposób równo¬ mierny na powierzchni czastek sadzy uaktywnio¬ nej oddzialywaniem gazowego NH3.

Natomiast dobierajac odpowiednio sklad jakos¬ ciowy i ilosciowy kompozycji modyfikujacej, na¬ daje sie sadzy potrzebne wlasnosci fizyczne od których zalezne sa wlasciwosci wyrobów gumo¬ wych, jak ich scieralnosc i wytrzymalosc na ro¬ zerwanie. Calosc operacji wedlug wynalazku po¬ zwala na uzyskanie sadzy o malej sklonnosci do pylenia, latwej do pakowania i transportu o wla¬ snosciach umozliwiajacych bezposrednie i szybsze wprowadzanie ich do mieszane*k gumowych w roli wypelniaczy.

W sposobie modyfikacji sadzy wedlug wynalazku stosuje sie sadze aktywne, pólaktywne lub ich mieszaniny o stosunku wagowym sadzy aktywnej do pólaktywnej w zakresie 1:0,5—1, oddzielone za pomoca cyklonów lub elektrofiltrów z miesza¬ niny pochodzacej z procesu wytwarzania sadzy z oleju antracenowego i gazu koksowniczego, me¬ toda kanalowa lub piecowa. Sadze te ogrzewa sie do temperatury 35—45°C i poddaje^ obróbce me¬ chaniczno-chemicznej, nadajac im jednorodna po¬ stac przez intensywne mieszanie ich w urzadzeniu z mieszadlem slimakowym przez które przepuszcza sie powietrze w mieszaninie z czynnikiem neutra¬ lizujacym, to jest zawierajacej 0,01—0,03% obje¬ tosciowych gazowego amoniaku. Jednoczesnie do reaktora z sadza wprowadza sie dozujac stopnio¬ wo, ogrzana wstepnie w oddzielnym mieszalniku do temperatury 40—80°C kompozycje olejowa skla¬ dajaca sie z weglowodorów naftenowych, weglo¬ wodorów aromatycznych, zwiazków terpenowych i kwasów tluszczowych, jak naftolenu, oleju talo¬ wego, sulfonowanego oleju rycynowego oraz kwa¬ su stearynowego.

W zaleznosci od rodzaju zastosowanych sklad-5 102 583 6 ników w kompozycji dobiera sie temperature do jakiej potrzeba ogrzac mieszanine w zakresie 40— 80°C, uwarunkowanej gestoscia kompozycji. Na¬ stepnie ogrzana wstepnie kompozycje wdozowuje sie do mieszalnika z sadza i ogrzewa calosc do temperatury w granicy 80—120°C mieszajac i utrzymuje w tej temperaturze w ciagu 20—30 minut.

Homogenizowanie mieszaniny prowadzi sie w atmosferze powietrza zawierajacego 0,01—0,03% objetosciowych amoniaku, w roli czynnika inten¬ syfikujacego nanoszenie oleju na powierzchni sa¬ dzy. Panujaca w reaktorze temperatura umozliwia dzieki zmniejszeniu sie lepkosci kompozycji olejo¬ wej, oraz intensywnych sil scinajacych mieszadla, na uzyskanie jednorodnej granulacji sadzy i rów¬ nomierne powleczenie powierzchni poszczególnych granulek sadzy kompozycja olejowa.

W sklad stosowanej kompozycji wchodzi 75—90 czesci wagowych naftolenu, 3—5 czesci wagowych oleju talowego, 4—5 czesci wagowych sulfonowa¬ nego oleju rycynowego i/lub 4—6 czesci wagowych kwasu stearynowego.

Ilosc kompozycji dobiera sie tak, by w 100 czesciach wagowych sadzy modyfikowanej znajdo¬ walo sie 5—50 czesci wagowych skladników ole¬ jowych, oraz 50—95 czesci wagowych sadzy. Sze¬ roki zakres uzytego do modyfikowania skladnika olejowego w kompozycji wedlug wynalazku, uwa¬ runkowany jest wymogami odbiorcy sadzy, które okresla sie w oparciu o dane fizyko-chemiczne go¬ towych wyrobów.- Sredni ciezar drobinowy mieszaniny olejowej stosowanej do modyfikacji wynosi powyzej 185.

Stosowany jako podstawowy skladnik kompozy¬ cji naftolen, ulatwia dyspergowanie sadzy w kau¬ czuku, w wyniku czego skraca sie czas przygoto¬ wania mieszanek gumowych. Wystepujacy w kom¬ pozycji dodatek sulfonowanego oleju rycynowego dzieki posiadaniu grup detergentowych ulatwia zwilzalnosc sadzy i przyczepnosc oleju do po¬ wierzchni, co wplywa na lepsze homogenizowanie produktu. Olej talowy w kompozycji spelnia po¬ dobna funkcje jak sulfonowany olej rycynowy, przy czym oddzialywanie jego w kompozycji obok sulfonowanego oleju rycynowego jest efektywniej¬ sze.

Obecnosc kwasu stearynowego w kompozycji, po zastosowaniu jej w mieszankach gumowych sprzy¬ ja procesowi przetwórstwa poprawiajac wytlaczal- nosc gumy. Stwierdzono, ze kompozycja olejowa zawierajaca naftolen, olej talowy, sulfonowany olej rycynowy i kwas stearynowy, posiada korzystniej¬ sze wlasnosci uzytkowe w zastosowaniu w prze¬ mysle gumowym niz sam naftolen i kazdy ze skladników oddzielnie.

Synergizm w oddzialywaniu wspólnym kompo¬ nentów ulatwia proces homogenizowania podczas wytwarzania sadzy modyfikowanej sposobem we¬ dlug wynalazku, a jednoczesnie ulatwia wprowa¬ dzanie sadzy do mieszanek gumowych. Stosujac kompozycje otrzymana wedlug wynalazku w mie¬ szankach gumowych mozna uzyskac skrócenie czasu mieszania o 10—30%, w odniesieniu do za¬ stosowania samego naftolenu, przy zachowaniu ta¬ kich samych wlasnosci wytrzymalosciowych wul- kanizatów.

Dla porównania przygotowano sadze modyfikowa¬ na z zastosowaniem samego naftolenu w roli czynni- ka eliminujacego pylenie sadzy i ulatwiajacego tran¬ sport. Przy uzyciu naftolenu dziala sie 15—25 czes- * ciami wagowymi naftolenu na 75—85 czesci wa¬ gowych sadzy kanalowej ogrzanej do temperatu¬ ry 35-^5°C.

Naftolen ogrzewa sie w oddzielnym mieszalniku do temperatury w granicy 65—75°C i wprowadza stopniowo do reaktora zawierajacego sadze, w atmosferze powietrza zawierajacego 0,01—0,03% objetosciowych amoniaku gazowego.

Po wprowadzeniu naftolenu ogrzewa sie miesza¬ nine energicznie mieszajac do uzyskania tempera¬ tury 80°C, po czym homogenizuje sie zawartosc reaktora przez intensywne mieszanie w ciagu minut w temperaturze 80°C, nastepnie produkt chlodzi sie i pakuje do zbiorników. Uzyskany pro¬ dukt po modyfikacji jest sypki i stabilny w cza¬ sie. Podczas magazynowania i transportu osadzo¬ na na powierzchni sadzy kompozycja olejowa nie ulega rozkladowi a sadza modyfikowana nie pyli.

Otrzymana sadza modyfikowana posiada wysoki ciezar nasypowy, wynoszacy powyzej 350 g/dcm3.

Kompozycja zastosowana do sporzadzania miesza¬ nek kauczukowych pozwala na skrócenie dotych¬ czas potrzebnego czasu homogenizowania mieszan¬ ki gumowej o okolo 1/3. Inna korzyscia wynika¬ jaca z zastosowania jako wypelniacza w przemy¬ sle gumowym sadzy modyfikowanej uzyskanej sposobem wedlug wynalazku jest skrócenie czasu wulkanizacji mieszanek o okolo 10%. Wlasnosci fizyko-mechaniczne produktów gumowych odpowia¬ daja obowiazujacym normom.

Przyklad 1. Do mieszalnika slimakowego wprowadza sie ze zbiornika zaworem sluzowym 40 czesci wagowych sadzy aktywnej kanalowej — SAO oraz 30 czesci wagowych sadzy pólaktywnej i miesza ogrzewajac mieszalnik do uzyskania temperatury mieszaniny sadzy 40°C. Oddzielnie w mieszalniku drugim sporzadza sie kompozycje weglowodorowa wprowadzajac z ogrzanych zbior¬ ników 5 czesci wagowych oleju talowego, 20 czesci wagowych naftolenu oraz 5 czesci wagowych kwa¬ su stearynowego, calosc ogrzewa sie ciagle miesza¬ jac do temperatury 60°C. Nastepnie ogrzana kom¬ pozycje olejowa wdozowuje sie do mieszalnika zawierajacego sadze, calosc ogrzewa sie do tempe¬ ratury 120°C i utrzymuje ciagle mieszajac w tej temperaturze w czasie 30 minut. Jednoczesnie pod¬ czas trwania procesu tloczy sie w sposób ciagly do reaktora wentylatorem powietrze, do którego z butli wprowadza sie gazowy amoniak w takiej ilosci by mieszanina powietrza z amoniakiem za¬ wierala 0,02% objetosciowych NH3.

W trakcie procesu modyfikacji gazy odlotowe oczyszcza sie od resztek sadzy na filtrach. Tak otrzymany produkt w postaci sypkiej i nie pylacej chlodzi sie do temperatury otoczenia w chlodnicy bebnowej.

Przyklad 2. Próbe przeprowadza sie podob¬ nie jak w przykladzie 1 wprowadzajac do mie- 40 45 50 55 60102 583 szalnika zawierajacego 80 czesci wagowych sadzy aktywnej kanalowej SAO ogrzanej do 40°C, czesci wagowych naftolenu ogrzanego wstepnie do temperatury 70°C. Calosc homogenizuje sie w mieszalniku slimakowym w czasie 20 minut w temperaturze 80°C w atmosferze powietrza za¬ wierajacego 0,003% objetosciowych amoniaku.

W efekcie tego otrzymuje sie sadze modyfikowana niezbrylajaca sie, niepylaca, o wysokim ciezarze nasypowym. Sadza taka stosowana jest bezpo¬ srednio do sporzadzania mieszanek gumowych wykazujacych odpornosc na scieranie, modul, twardosc, wydluzenie wzgledne i trwale wg obo¬ wiazujacych wymagan.' Tak zmodyfikowana sadza pozwala na skrócenie czasu mieszania o 10% i zmniejszenie pecznienia po wytlaczaniu. 8 reaktora ogrzana do 90°C kompozycje olejowa zlo¬ zona z 20 czesci wagowych nattolenu oraz 5 czesci wagowych oleju talowego i 5 czesci wagowych sul¬ fonowanego oleju rycynowego. Calosc homogenizu¬ je sie w czasie 25 minut w temperaturze 120°C w obecnosci powietrza zawierajacego 0,02% obje¬ tosciowych amoniaku.

Otrzymany produkt jest sypki i daje sie latwo pakowac do worków z uwagi na niskie pylenie.

Po wprowadzeniu do mieszanki gumowej tego pro¬ duktu guma uzyskuje duza elastycznosc i wzrost modulu o 300% oraz wzrost wydluzenia wzgled¬ nego wulkanizatów o 22%.

Claims (4)

Zastrzezenie patentowe

1. Przyklad 3. Do modyfikowania stosuje sie sadze piecowa aktywna w ilosci 80 czesci wago¬ wych ogrzana wstepnie do temperatury 40°C, któ¬ ra miesza sie w urzadzeniu slimakowym z 20 cze¬ sciami wagowymi naftolenu ogrzanego wstepnie do temperatury 70°C.

2. Mieszanine ogrzewa sie do temperatury 90°C i miesza w ciagu 20 minut. Proces modyfikacji prowadzi sie w atmosferze powietrza o zawartosci 0,03% objetosciowych amoniaku. W efekcie otrzy¬ muje sie sadze niezbrylajaca sie i niepylaca da¬ jaca sie bez wstepnej obróbki zastosowac w ty¬ powych urzadzeniach stosowanych w przemysle gumowym do sporzadzania mieszanek gumowych do wulkanizacji.

3. Przyklad

4. Sporzadza sie mieszanine skla¬ dajaca sie z 40 czesci wagowych sadzy kanalowej aktywnej SAO i 30 czesci wagowych sadzy pie¬ cowej pólaktywnej SAPEX-20, która ogrzewa sie do tempertury 80°C podczas mieszania w urzadze¬ niu slimakowym. Nastepnie wprowadza sie do 25 30 35 Sposób modyfikacji sadzy, stosowanej jako wy¬ pelniacz w mieszankach gumowych dajacych sie wulkanizowac, przez obróbke jej czynnikami ole¬ jowymi w obecnosci amoniaku, znamienny tym, ze do 50—95 czesci wagowych sadzy aktywnej, pólaktywnej wzglednie mieszaniny o stosunku wa¬ gowym sadzy aktywnej do pólaktywnej wynosza¬ cym 1,0:0,5—1,0, ogrzanej wstepnie do temperatu¬ ry 35—45°C wprowadza sie mieszajac w atmosfe¬ rze powietrza zawierajacego 0,01—0,03% objetoscio¬ wych gazowego amoniaku, 5—50 czesci wagowych kompozycji olejowej skladajacej sie z 75—90 cze¬ sci wagowych naftolenu, 3—5- czesci wagowych oleju talowego, 4—5 czesci wagowych sulfonowa¬ nego oleju rycynowego i/lub 4—6 czesci wagowych kwasu stearynowego, ogrzanej w oddzielnym mie¬ szalniku do temperatury 40—80°C, calosc dopro¬ wadza sie do temperatury w granicy 80—120°C i homogenizuje przy intensywnym mieszaniu w tym zakresie temperatury w ciagu 20—30 minut, po czym produkt powoli chlodzi sie do temperatury otoczenia i konfekcjonuje. PZGraf. Koszalin D-254 95 egz. A-4 Cena 45 zl