RU2798168C1

RU2798168C1 - Method for producing carbonate-containing filler for composite materials and rbber compounds

Info

Publication number: RU2798168C1
Application number: RU2022117264A
Authority: RU
Inventors: Ирина Николаевна Вихарева; Алия Карамовна Мазитова; Ильназ Ильгизович Зарипов
Filing date: 2022-06-24
Publication date: 2023-06-16

Abstract

FIELD: construction and furniture industries; agricultural and automotive engineering.

SUBSTANCE: method for producing carbonate-containing filler from renewable raw materials includes preliminary preparation of natural raw materials and final drying. As a renewable natural source of raw materials, egg shells are used, which are washed with water, 5% sodium hydroxide solution, sonicated for 2 hours, washed with water until neutral, and dried. After drying, the shell is crushed to a fraction of less than 200 microns, treated with stearic acid and again sonicated for 2 hours.

EFFECT: invention improves environmental safety in manufacturing polymer compositions and rubber compounds while maintaining their physical, mechanical, operational and technological characteristics.

1 cl, 3 tbl, 2 ex

Description

Изобретение относится к производству композиционных материалов и резиновых смесей, касается разработки нового наполнителя из возобновляемого сырья, технологии его получения, а также композиции с его содержанием и может быть использовано для производства изделий инженерно-технического назначения в строительной и мебельной промышленности, сельскохозяйственном и автомобильном машиностроении, товарах народного потребления и других отраслях.The invention relates to the production of composite materials and rubber compounds, for the development of a new filler from renewable raw materials, technology for its production, as well as compositions with its content and can be used for the production of engineering products in the construction and furniture industries, agricultural and automotive engineering, consumer goods and other industries.

Карбонат кальция находит широкое применение как наполнитель в полимерных композиционных материалах, резиновых смесях благодаря ряду ценных свойств: нетоксичность, белый цвет и низкий показатель преломления, широкий интервал размеров частиц, простота регулирования распределения частиц наполнителя в большинстве полимеров и т.д. Природными источниками карбоната кальция являются мрамор, известковый шпат, яична скорлупа, горные породы, панцири моллюсков, кораллы.Calcium carbonate is widely used as a filler in polymer composite materials, rubber compounds due to a number of valuable properties: non-toxicity, white color and low refractive index, a wide range of particle sizes, ease of controlling the distribution of filler particles in most polymers, etc. Natural sources of calcium carbonate are marble, calcareous spar, eggshells, rocks, mollusk shells, corals.

Известные способы получения карбоната кальция из природного сырья включают следующие основные стадии технологического процесса: дробление больших кусков до частиц размером 75 мм, измельчение, флотация для удаления примесей, последующее мокрое или сухое измельчение или тонкий помол, фракционирование.Known methods for producing calcium carbonate from natural raw materials include the following main stages of the technological process: crushing large pieces to 75 mm particles, grinding, flotation to remove impurities, subsequent wet or dry grinding or fine grinding, fractionation.

Известен способ получения карбонатсодержащего наполнителя из кальцита путем дробления его до частиц размером до 80 мм, сушки при 300-350°С, охлаждении до 115-130°С, измельчении, фракционировании, охлаждении до 70-90°С и классификации (авт.св. N 1700025, кл. С09С 1/2; 1991).A known method for producing carbonate-containing filler from calcite by crushing it to particles up to 80 mm in size, drying at 300-350°C, cooling to 115-130°C, grinding, fractionation, cooling to 70-90°C and classification (ed.st. No. 1700025, class C09C 1/2, 1991).

К недостаткам известного способа следует отнести достаточно сложную технологию получения наполнителя, дефицитность природного сырья.The disadvantages of the known method include a rather complicated technology for obtaining a filler, a scarcity of natural raw materials.

Известно применение карбонатсодержащего наполнителя из природного сырья - озерного ила (сапрогеля) (Патент РФ N 2107077, кл. C08K 3/26, C08L 9/00, C09J 109/00; 1998). Однако технология получения карбонатсодержащего наполнителя характеризуется многостадийностью и сложностью аппаратурного исполнения.It is known to use a carbonate-containing filler from natural raw materials - lake silt (saprogel) (RF Patent N 2107077, class C08K 3/26, C08L 9/00, C09J 109/00; 1998). However, the technology for obtaining a carbonate-containing filler is characterized by a multi-stage and complex hardware design.

Технической задачей изобретения является устранение перечисленных недостатков, упрощение технологии получения наполнителя, а также использование более дешевого возобновляемого природного сырья, что приводит к снижению его стоимости и стоимости получаемой композиции.The technical objective of the invention is to eliminate the above disadvantages, simplify the technology for obtaining a filler, as well as the use of cheaper renewable natural raw materials, which leads to a decrease in its cost and the cost of the resulting composition.

Технический результат при использовании изобретения выражается в расширении сырьевых ресурсов для получения карбонатсодержащего наполнителя, снижении его себестоимости и стоимости изделий с сохранением качества выпускаемой продукции.The technical result when using the invention is expressed in the expansion of raw materials for the production of carbonate-containing filler, reducing its cost and the cost of products while maintaining the quality of the products.

Указанный технический результат достигается благодаря использованию в качестве сырьевого источника карбонатсодержащего наполнителя - муки из скорлупы яиц, подвергнутой обработке.The specified technical result is achieved due to the use of a carbonate-containing filler - flour from egg shells subjected to processing as a raw material source.

Обработку сырья осуществляют следующим образом. Скорлупу промывают водой, 5%-ным раствором гидроксида натрия, обрабатывают ультразвуковым аппаратом в течение 2 часов для удаления органических веществ с поверхности наполнителя. Затем снова промывают водой до нейтральной среды. Сушат до необходимой влажности.The processing of raw materials is carried out as follows. The shell is washed with water, 5% sodium hydroxide solution, treated with an ultrasonic device for 2 hours to remove organic substances from the surface of the filler. Then again washed with water until neutral. Dry to the required moisture content.

Для использования в составе композиционных материалов и резиновых смесях наполнитель измельчают до гранулометрического состава 0-200 мкм, затем смешивают с стеариновой кислотой и вновь обрабатывают ультразвуковым аппаратом в течение 2 часов.For use in composite materials and rubber mixtures, the filler is crushed to a particle size distribution of 0-200 microns, then mixed with stearic acid and again treated with an ultrasonic device for 2 hours.

Проведенная обработка наполнителя обеспечивает лучшее диспергирование наполнителя в композиции, что приводит к получению необходимых характеристик готового изделия.The performed processing of the filler provides better dispersion of the filler in the composition, which leads to obtaining the necessary characteristics of the finished product.

Представленные примеры иллюстрируют изобретение в отношении карбонатсодержащего наполнителя, полученного на основе обработанной скорлупы яиц, а также иллюстрируют свойства наполнителя при использовании его в резиновых смесях, полимерных композиционных материалах. Характеристики полученного продукта приведены в таблице 1.The presented examples illustrate the invention in relation to a carbonate-containing filler obtained on the basis of processed egg shells, and also illustrate the properties of the filler when used in rubber compounds, polymer composite materials. The characteristics of the resulting product are shown in table 1.

Пример 1.Example 1

Скорлупу яиц складируют в траншее-накопителе. Скорлупу очищают, очистку осуществляют водой, промывают раствором гидроксида натрия (5% раствор). Затем сырье обрабатывают ультразвуковым аппаратом в течение 2 часов, промывают водой до нейтральной среды, после чего разравнивают слоем 0,2-0,4 м на бетонной производственной площадке и сушат при естественных условиях с периодическим ворошением бульдозером до влажности 60 мас. %. После сушки при естественных условиях измельчают до размера 10 мм и окончательно сушат при температуре 46°С в ленточной сушилке до влажности 10 мас. %, после чего его дробят в дробилке до фракции менее 200 мкм, сепарируют на вибросепараторе и расфасовывают в бумажные мешки по 30 л.Egg shells are stored in a storage trench. The shell is cleaned, cleaning is carried out with water, washed with sodium hydroxide solution (5% solution). Then the raw material is treated with an ultrasonic apparatus for 2 hours, washed with water to a neutral environment, after which it is leveled with a layer of 0.2-0.4 m on a concrete production site and dried under natural conditions with periodic tedding with a bulldozer to a moisture content of 60 wt. %. After drying under natural conditions, crushed to a size of 10 mm and finally dried at a temperature of 46°C in a belt dryer to a moisture content of 10 wt. %, after which it is crushed in a crusher to a fraction of less than 200 microns, separated on a vibrating separator and packaged in paper bags of 30 liters.

Для использования в качестве наполнителя смешивают с стеариновой кислотой и вновь обрабатывают ультразвуковым аппаратом в течение 2 часов.For use as a filler, mix with stearic acid and sonicate again for 2 hours.

Пример 2.Example 2

Скорлупу складируют на производственной площадке. Далее проводят подготовку сырья: промывают водой и 5% раствором гидроксида натрия, обрабатывают ультразвуковым аппаратом в течение 2 часов, промывают водой до нейтральной среды. Затем скорлупу сушат на производственной площадке при естественных условиях до влажности 40 мас. % и перемещают для временного хранения в склад сырья. Из склада подают в барабанные сушилки, где окончательно сушат до влажности 1,5 мас. % при 250-300°С. Высушенную скорлупу дробят в дробилке до 1 мм, после чего сепарируют на сепараторе и фракцию менее 500 мкм измельчают на мельнице до фракции не более 50 мкм, готовый продукт расфасовывают и упаковывают.The shell is stored at the production site. Next, the raw materials are prepared: washed with water and 5% sodium hydroxide solution, treated with an ultrasonic apparatus for 2 hours, washed with water until a neutral environment. Then the shell is dried on the production site under natural conditions to a moisture content of 40 wt. % and moved for temporary storage in the warehouse of raw materials. From the warehouse served in a drum dryer, where it is finally dried to a moisture content of 1.5 wt. % at 250-300°C. The dried shell is crushed in a crusher to 1 mm, after which it is separated on a separator and a fraction of less than 500 microns is ground in a mill to a fraction of not more than 50 microns, the finished product is packaged and packaged.

Наполнитель согласно изобретению вводили в качестве компонента в полимерные композиционные материалы, резиновые смеси (таблицы 2, 3).The filler according to the invention was introduced as a component in polymer composite materials, rubber compounds (tables 2, 3).

Использование в качестве наполнителя из скорлупы яиц позволяет обеспечить экологическую безопасность материалов и изделий с содержанием данной добавки, снизить себестоимость получаемого материала, расширить сырьевые ресурсы для изготовления композиций с сохранением физико-механических, эксплуатационных и технологических характеристик получаемой композиции. Физико-механические, эксплуатационные и технологические свойства композиций и материала зависят от соотношения компонентов.The use of egg shells as a filler makes it possible to ensure the environmental safety of materials and products containing this additive, reduce the cost of the resulting material, expand raw materials for the manufacture of compositions while maintaining the physical, mechanical, operational and technological characteristics of the resulting composition. Physical-mechanical, operational and technological properties of compositions and material depend on the ratio of components.

Преимуществом карбонатсодержащего наполнителя согласно изобретению является доступность, возобновляемость, экологическая чистота, простота технологии получения. Осуществляемая обработка позволяет достичь необходимого уровня показателей готового изделия.The advantage of the carbonate-containing filler according to the invention is the availability, renewability, environmental friendliness, ease of production technology. The processing carried out allows to achieve the required level of indicators of the finished product.

Claims

A method for producing a carbonate-containing filler from renewable raw materials, including preliminary preparation of natural raw materials and final drying, characterized in that egg shells are used as a renewable natural source of raw materials, which are washed with water, 5% sodium hydroxide solution, treated with ultrasound for 2 hours, washed with water to a neutral medium, dried, crushed to a fraction of less than 200 microns, treated with stearic acid and again treated with an ultrasonic apparatus for 2 hours.