SU1754744A1 - Способ получени компонента резиновых смесей - Google Patents

Abstract

Сущность изобретени : лигнинную муку смешивают с 8-12 мас.% св зующего - стеариновой кислотой или маслом НП-6 на основе смесей остаточных и дистилл тных экстрактов фенольной очистки масел, смесь гранулируют прессованием при давлении 35-45 МПа 4 табл

Description

Изобретение относитс  к способам переработки отхода гидролизного производства - лигнина, в частности к способу получени  нового компонента резиновых смесей, и может быть использовано в шинной промышленности.

Известен способ получени  компонента резиновых смесей на основе лигнинной муки , включающий промывку и отжим гидролизного лигнина в гидролизаппарате по завершению процесса гидролиза, сушку в три стадии: в барабанной сушилке до влажности 35-40%, в трубе-сушилке до влажности 15%, далее в мельнице ударно-отражательного действи  при 100- 110°С до влажности 3-4% с одновременным размолом целевого продукта.

Полученный по этому способу компонент резиновых смесей (лигнинна  мука) используетс  в резинах взамен белой сажи. Его использование позвол ет сохранить уровень пластоэластичных свойств и одновременно повысить температуростойкость резин при 100°С, их условную прочность, относительное удлинение и прочность св зи резин с кордом.

Недостатками данного способа  вл ютс  нетехнологичность конечного продукта и неэффективность его использовани  в качестве компонента резин из-за склонности к агломерации в среде каучука и повышенного порообразовани .

Известен также гранулированный орга- ницеский материал, примен емый в качестве наполнител  синтетических смол и каучуков, получаемый путем смешени  гидролизного лигнина или продукта его переработки со св зующим с последующим гранулированием методом окатывани  или экструдировани . В качестве св зующего примен ют ниэкомйлекул рный полиоле- фин или парафин в количестве 2-60 мас.%.

Способ позвол ет улучшить технологические свойства компонента резиновых смесей. Улучшение состоит в следующем: отсутствие пылени , слеживани  и сводооб- разовани ; возможность подачи компонента по пневмотранспорту и автоматическое его дозирование; исключение взрыво- и пожароопасных смесей.

Основным недостатком известного гранулированного органического материала

S

ё

VI ел

Јь

g

 вл етс  невозможность, при его использо- взании как компонента резиновых смесей, получени  резин С высоким уровнем физико-механических свойств, таких как прочность при раст жении, сопротивление 5 раздиру и многократному раст жению. Этот недостаток обусловлен тем, что дл  получени  известного гранулированного органического материала используютс  св зующие и методы гранулировани , пред- 1,0 определ ющие низкие физико-механические свойства резин.

Гранулирование продукта методом окатывани  или экструдировани  не позвол ет получать компонент ресиновых смесей на 15 основе лигнинной муки нужного качества по следующим причинам: при небольшом содержании св зующего гранулы отличаютс  излишней прочностью и, следовательно, плохой делимостью в каучуке; 5олъшрегсо- 20 держание Св зующего (более 15%), подрыва  всю поверхность части } лиг нйнн ой муки, блокирует ее активные центры и функциональные группы, не позвол   мм контактировать с актив шми функциональными труп нами каучука; независимо от содержа- 25 ни  св зующего, резины, включающие лиг- нинную муку, гранулированную методом окатывани  или экструдировани , имеют низкие физико-механические свойства.

Цель изобретени  - повышение прочно- 30 сти резин при раст жении, повышение их сопротивлени  раздиру и многократному раст жению.

Указанна  цель д остигаетс  тем, что компонент резиновых смесей, полученный 35 путем смешени  лигнин ной муки со йв зую щим, вз тым в количестве 8-12 мас.% и гранулировани , содержит в качестве св зующего стеариновую кислоту или масло ПН-6 на основе Смесей остаточных и Дистилл т- 40 ных экстрактов фенолъной очистки масел, а гранулирование осуществл ют прессованием при давлении 35-45 МПа. При количестве св зующего в лиг нин ной-муИеменёе8 мае % его оказываетс  45

s недостаточно дл  устранени  гигроскопичности , лйгнинной муки. Кроме ToW, введение св зующего менее 8 мас.% не позвол ет создать в гранулах временные св зи. Гранулы, изготовленные с малым ко- 50 личеством св зующего, отличаютс  нерав номерной плотностью и прочностью и, как следствие, легко разрушаютс  nptf транспортировке в ваг онах-хоппера х и в транс- - портных системах заводов-потребителей, 55 Дл  достижени  однородной плотности и прочности гранул, содержащих небольшое количество св зующего, необходимо приложить повышенное Давление прессовани 

Гранулы лигнинной муки, полученный при повышенном давлении прессовани , обладают неудовлетворительной делимостью - плохо диспергируютс  на исходные мелкодисперсные частицы в каучуке и, следовательно , снимают прочность вулканизатов.

Введение св зующего более 12 мас.% снижает химическую активность частиц лигнинной муки. В результате чего она становитс  инертным компрнентом резиновых смесей и повышени  уровн  физико меха- нических свойств резин не наблюдаетс . Таким образом, оптимальным содержанием св зующего следует считать 8-12 мас.%, при котором обеспечиваетс  повышение уровн  физико-механических свойств резин .

Выбор типа св зующего определ етс  тем, что оно должно способствовать хорошему диспергированию гранул лигнинной муки в среде каучука; обладать совместимостью с каучуком; не ухудшать физико-химические свойства лигнинной муки; не ухудшать физико-механические свойства резин,

Из множества типов св зующих (стеаринова  кислота, ма сло ПН-6, воск ЗВ-1, полипропиленовый ROCK, иден-кумаринова  смола, канифоль, парафин, спецбитум, СЖК, аминовоск и др.) выбраны масло ПН-6 (ОСТ38.01132-77) и стеаринова  кислота (ГОСТ 6484-89). Эти вещества  вл ютс  компонентами реальных резиновых смесей, совместимы с каучуками и не ухудшают фи- зико-меха нические свойства резин,

Стеаринова  кислота и масло ПН-б  вл ютс  хорошими св зующими с точки зрени  процесса гранулировани  и одновременно способствуют хорошему диспергированию гранул в каучуке, улучшают физико-химические свойства лигнинной муки , устран   ее гигроскопичность.

Выбор метода гранулировани  компонента резиновых смесей не в меньшей мере вли ет на достижение поставленной цели, чем выбор св зующего. Существует несколько методов гранулировани  порошкообразных материалов, примен емых в качестве компонентов резиновых смесей: окатывание, формование, экструдирование и прессование.

Дл  гранулировани  методом окатыва- ни тфим ен ют водные растворы или легко- плаЪкие ингредиенты резиновых смесей, например парафин или стеариновую кислоту .

, Если компонент резиновой смеси содержит лигнинную муку, то гранулирование его методом окатывани  нецелесообразно, так как водные растворы снижают активность компонента, что приводит к ухудшению физико-механических свойств резин, а применение легкоплавких ингредиентов требует большого их количества из-за высокой пористости частиц лигнинной муки, которое превышает положенное по рецептуре.

Гранулирование компонента резиновой смеси методом формовани   вл етс  непригодным, так как суть метода состоит в продавливании компонента через кольце- вые или плоские матрицы посредством валков или бегунов.

Так как отверсти  матрицы располага- ютс  на определенном рассто нии друг от друга, то в пространстве между отверсти - ми компонент резиновой смеси перепрес- совываетс , т.е. приобретает прочные временные, св зи, что приводит к неоднородности гранул. В процессе смешени  компонента с каучуком гранулы лигнинной муки с повышенными временными св з ми не разрушаютс . Отдельные твердые комочки вызывают неоднородность резиновых смесей и снижение уровн  свойств вулкани- затов.,

Непригодным дл  получени  гранул компонента резиновых смесей на основе лигнинной муки с указанным содержанием св зующего  вл етс  также и метод экстру- дировани  в св зи с тем, что сухой лигнин обладает высоким коэффициентом трени , равным 0,77-0,80. Высокий коэффициент трени  лигнина обуславли вает повышенный расход энергии на гранулирование, а также боль шое тепловыделение в головке экструдера, что приводит к снижению активности функциональных групп лигнина, а, следовательно, к снижению физико-механических свойств резин.

Метод прессовани  компонента рези- Новых смесей на основе лигнинной муки  вл етс  единственно приемлемым дл  получени  гранулированного продукта, так как исключает недостатки, присущие перечисленным выше методам, и позвол ет пол- учать гранулы улучшенной делимости при смешении их с каучуком. Отсутствие влаги, улучшенна  делимость гранул компонента резиновой смеси в каучуке при сохранении высокой активности функциональных групп лигнинной муки обеспечивают однородность резиновых смесей и повышенные физико-механические свойства резин.

Прочность гранул компонента резиновой смеси на основе лигнинной муки, его физико-химические свойства и давление прессовани  тесно св заны между собой. Дл  определени  оптимального давлени  прессовани , обеспечивающего высокие

технологические свойства гранул и высокие физико-механические свойства резин, были проведены многочисленные эксперименты, в результате которых установлены пределы давлени  прессовани  - 35-45 МПа.

При низких давлени х прессовани  (до 35 МПа) происходит разрушение гранул в процессе их транспортировки на мелкодисперсные частицы. Вспедствие этого технологические свойства компонента не улучшаютс , а т а к - же не повышаютс  физико-механические показатели резин.

Увеличение давлени  прессовани  более 35 МПа позвол ет получить прочные гранулы, неразрушающиес  в процессе транспортных операций. Однако повышение давлени  более 45 МПа приводит к резкому ухудшению физико-механических свойств резин. Это обуславливаетс  следующими причинами: повышение давлени  прессовани  ведет к взаимодействию активных функциональных групп (-ОН, -СООН) частиц лигнинной муки между собой, что в свою очередь снижает активность компонента и, следовательно, физико-механические свойства резин; чрезмерно прочна  структура гранул не позвол ет им диспергироватьс  в каучуке, затрудн ет процесс смешени , что приводит к неоднородности резиновой смеси и, соответственно, к ухудшению свойств вулканизатов.

Кроме того, повышенное давление прессовани  требует увеличени  энергозат- рат на гранулирование компонента.

Таким образом, получение компонента резиновых смесей по предлагаемому способу позвол ет улучшить технологические свойства лигнинной муки и повысить прочностные свойства резин при нормальной и повышенной температурах, их сопротивление многократному раст жению и раздиру при нормальных услови х и после теплового старени .

Пример. Способ получени  компонента резиновой смеси опробован в производственных услови х. В лигнинную муку, полученную на Бендерском биохимическом заводе, соответствующей ТУ оп 64-11-123- 89 марки Ш-100, вводили различные св зующие - масло ПН-6, стеариновую кислоту, канифоль, полипропиленовый воск, воск ЗВ-1, парафин и смешивали при 65 ± 1°С. Смесь подвергали гранулированию методом прессовани  при различных давлени х и известным методом окатывани . Испытани  образцов компонентов резиновых смесей , полученных различными способами, проводили в резинах на ПО Белоцерковши- на и ПО Днепрошина в услови х ЦЗЛ

шинных заводов в рецептурах каркасных резин, предназначенных дл  изготовлени  шин.

Изготовление резиновых смесей проводили в лабораторном смесителе с рабочим объемом камеры 2,2 л по двухстадийному режиме смешени : перва  стади  - при скорости вращени  роторов смесител  40 , времени смешени  5 мин итемпературе выгрузки смеси 140°С; втора  стади  - вве- дение полимерной серы, модификатора РУ- 1 и ускорителей при скорости вращени  роторов 30 , температуре выгрузки 110°С и времени смешени  3 мин. Опытные продукты вводили в каучуковую матрицу на первой стадии процесса смешени , Использованы композиции, включающие 8; 10: 12 16,7; 20 мас.% св зующего.

Рецептура каркасных резин приведена в табл. 1.

В табл. 2 приведены среднестатистические данные по механическим показател м каркасных резин на основе каучука СКИ-3 с гранулированной и негранулированной лигнинной мукой в зависимости от количе- ства св зующего.

Анализ данных табл. 2 показывает, что применение гранулированной лигнинной муки, содержащей 8-12 мас.% св зующего, значительно улучшает свойства резин по сравнению с негранулированной лигнинной мукой и гранулированной по известному методу окатывани .

Данные табл. 3 показывают, что если прочность вулканизатов, наполненных гра- нулированной методом окатывани  и методом прессовани  лигнинной мукой с

парафином, одинакова, то после теплового старени  преимуществом отличаетс  резина с лигнинной мукой, гранулированной методом прессовани . Прослеживаетс  преимущество лигнинной муки, гранулированной прессованием, и по другим параметрам , например по вли нию на динамическую выносливость.

Из табл. 3 также следует, что наиболее высокими физико-механическими показател ми обладают каркасные резины с лигнинной мукой, гранулированной со св зующими - маслом ПН-б и стеариновой кислотой.

В табл. 4 представлены физико-механические показатели каркасных резин с гранулированным компонентом (10 мас.% масла ПН-6) при различном давлении прессовани . Наиболее высокими показател ми обладают каркасные резины, в состав которых вводили гранулы, полученные при давлении прессовани  35-45 МПа.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Способ получени  компонента резиновых смесей путем смешени  лигнинной муки со св зующим, вз тым в количестве 8-12 мас.%, и гранулировани  смеси, отличающийс  тем, что, с целью повышени  прочности резин, повышени  их сопротивлени  раздиру и многократному раст жению , в качестве св зующего используют стеариновую кислоту или масло ПН-6 на основе смесей остаточных и дистилл тных экстрактов фенольной очистки масел и гранулирование осуществл ют прессованием при давлении 35-45 МПа.

   Таблица I

   Рецептура резиновой смеси с лигнинной мукой Бендерского биохимического завода (негранулированной и гранулированной )

   Физико-механические показатели каркасных резин на основе каучука СКИ-3 с лигнинной мукой негранулированной и гранулированной

   Условна  прочность при раст жении,НПа

   Сопротивление многократному раст жению при 150%-ном удлинении, тыс.циклов при 25 С

   после старени  ( ч)

   26,225,625,624,126,026,825,825,325,2

   П,812,011,511,312,513,012,810,911,0

   99,597,594,092,698,510298,198,096,8

   32,932,729,328,532,635,432,431,528,8

   -j ел л

   2

   i

   21,0423,723,65 23,54 23,3 22,8 23,1 26,1 24,1 23,6 18,8

   12,917,117,8 17,5 15,5 10,3 17,1 16,8 16,8 16,6 13,2

   го

   Физико-механические показатели каркасных резин с лигнинной мукой негранулированной и гранулированной резинами методами с различным св зующим

   Условна  прочность при раст жении, МПа при 254

   при 1 00и С

   Сопротивление раздиру, кН/м

   при 25fC

   после теплового старени  (120 CxJ2 ч)

   Сопротивление многократному раст жению при 150%-ном удлинении, тыс.циклов

   при 25 С

   после теплового старени  (120- Сх12 ч)

   21,04 « 25,00

   12,9

   15,47

   26,0.7 23,65 i 25,27 25,08 24,9

   -

   1Z,1 - J М7.,8 - 16,0 ; 15,415,2

   Таблица1

   Физико-механические показатели каркасных резин на основе каучука СКИ-J с гранулированным компонентом (10 нас. масла ПН-6) при различной давлении прессовани