Способ получения окисленной сажи для полимерных композиций

Союз Советских Социалистических РеспубликОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ п 767823(22) Заявлено 30.12.74 (21) 2088333/23-26с присоединением заявки Нов(51)М, Кл.3 С 09 С 1/56 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытийДата опубликования описания 30,0980(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОКИСЛЕННОЙ САЖИ ДЛЯ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИЙИзобретение относится к нефтехимической промышленности, в част ности к обработке саж, широко применяемых в качестве наполнителей в полимерных композициях для иэготбв ления шин и резинотехнических изделий.Известен спдсоб окисления сажи при температуре ниже 230 оС, например, 5-50-ным водным раствором азотО ной кислоты с последующей сушкой окис ленной сажи (1). При окислении сажи укаэанным способом возможно получение хинонных группировок на поверхности сажи, но окисление азот ной кислотой зйачительноменяет удельную адсорбционную поверхность сажи, что затрудняет ее переработку в резиновых смесях; снижает рН водной суспензии сажи, тем самым ухудшая фи эико-механические и технологические свойства резиновых смесей и, наконец, вызывает коррозию аппаратуры, что требует дополнительных затрат на изготовление аппаратуры иэ специаль ных сталей.Известен способ окисления, сажи воздухом на нагретых до 200-400 Со вальцах с последующим охлаждением на воздухе 2). Данный способ не при 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 две и более стадий и последующим охлаждением обработанной сажи в инертной газовой среде (3); Такая обработка приводит к получению окисленной сажи с повышенной удельной, поверхностью и более низким рН водной суспензии ф сажи по сравнению с исходной, чтоухудшает физико-механические характеристики полимерных композиций (модуль при 300-ном удлинении, разрывную прочность и т.д,) и не обеспе-.767823 3чивает в достаточной степени увелйчениявремени начала подвулканизации.Целью изобретения является повышеййевремейиначала подвулканизацииполимерных композиций (резиновых смесей) и улучшение Физико-механических характеристик полимерных композиций (вулканизатов),Указанная цельдостигается за счеттого, что через слой гранулированнойсажи в течение 36-60.:мин .при 20-100 оС 10продувают, кислородсодержащий газ ссодержанием кислорода 2,5-10 об. соскоростью 0,1-0,2 и/с, затеи обрабатывают при 250-450 С в течение 60-120 мин и охлаждают кислородсодеряащйм газом. Скорость прохождениякислородсодержащего газа при обработке и охлаждении 0,1-0,2 м/с.Отличие предлагаемого способа заключается в том, что предварительно щочерез слой гранул сажи продуваюткислородсодержащий газ при 20-100 Св течение 30-60 мин со скоростью подачи 0,1-0,2 М/с дополнйтеЛьное отличие - в том, что кислородсодержа-,щий газ имеет содержание кислорода2,5-10 об., охлаждение обрабатываемой сажи ведут кислородсодержащим".газом, а обработку и охлаждение ведут при скорости подачи кислород-содержащего газа, равной 0,1-0,2 м/с. 30Указанные режимы, а также предварительная продувка й охлаждение гранул саяи кислородсодержащим газомобусловлены следующими соображениями.Проведенные нами исследования показали, что предварительное, насыщениестационарного слоя сажи кислородсодеряащим газом через некоторый .промежуток времени создает среду,которая (при увеличении температуры 40до заданного уровня) способствуетпротеканию процесса окисленияв нуж"ном -направлениифохлаждение в токе окисляющего газа способствует продолжениюпроцесса мягкого окисления до хинонных 4группировок, в противном случае уменьшается содержание хинонных групп.При сравнительно невысокой скоростипрохождения газа (0,1-0,2.м/с) сохраняется стационарный слой сажй,где происходит окисление до хинонныхгруппировок без изменения геометрииповерхности частиц.Увеличение потока приводит к более интенсивному окислению до образования карбоксильных групп и резкому увеличению хинонных групп, а также к росту шероховатости поверхности,П р и м е р 1. В кварцевый реактор засыпают навеску сажи Вулкан-б(тип ПМ) массой 30 г, с диаметромгранул 0,5-2,0 мм, продувают кислородсодеряащим газом, имеющим содержание кислорода (.0)-10 об., соскоростью (мин ) - 0,.2 м/с, в течение (сх ) - 60 мин, температуракислородсодержащего газа (1 су, )20 С, Затем кварцевый реактор помеощают в трубчатую печь, нагретую дотемпературы (ФОЙЕР. ) 2500 С время обработки притакой температуРЕ (оЯр.120 мин.По истечений указанного времениреактор вынимают из трубчатой печии охлаядают до комнатной.температуры.П р и м е р 2, То яе, что и попримеру 1, но исх.= 30 мин, 1 цсХ:.Н р и и е р 5. То же, что и попримеру 4, но в качестве окисляемого .образца взята ПМ"100 ВолгоградскогоЗавода Технического Углерода7678.23 Таалица 1 Наименование образц Сажа Вулкан-б неокисленная 1,05 О,1, 7 6 , 6 3 11 0 ажа ПМ ЗТУ неоисленная 6,4 2 0,1 4 0,77 0,89,2 0,03 1,68 имер ример б ПМВЗТне окисленная име аименовани оказателей 0 0 вердость Д 5 тивлени разрыву,о П 27,4 б,длине ительн От .ни 0 300-ном ение п нии, М пр 10,1,9 дир ивлен опр Н/м Как табл. группир мерах. как хин щего со место в вико-хи ляное ч поверхн изменяю время о 6) при следует из представленных в данных, увеличение хинонныховок наблюдается во всех приОсобенно значительный рост, онных группировок, так и обдержания кислорода, имеет; примерах 4 и 5, при этом фимические характеристики (масколо, удельная, адсорбционная ость и рН водной суспензии) тся незначительно. В то же кисление по прототипу (пример одит к увеличению адсорбциСклснность к подвулканизации Ф+5 (мин),130 оС лнной удельной поверхности и уменьшению рН водной суспензии и, какследствие, к значительному увеличе-"нию содержания кислорода в видекарбоксильных и лактонных групп, чтов дальнейшем отразилось на свойствахполимерных композиций,В табл. 2 представлены результать 1испытаний образцов сажи ПМВЗТу,не обработанной и обработанной попредлагаемому и противопоставляемомуспособам, в резинах стандартногосостава на основе СКИ-З.Таблица 2767823 формула изобретения Составитель Т.ИльинскаяРедактор Т.Пйлипенко Техред А. Щепанская Корректор С,Жекмар Заказ 7209/48Тираж 465 ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5Подпи с ное филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Рецейт резиновой смеси, масс.ч,СКИ100Стеарин 3Окись цинка 5,5Сера 2,5Сантокюр 0,9Неозон Д 1,05Сажа 50Как следует иэ табл. 2, для сажи НИВЭТУ, окисленной пО противопоставляемому способу (прототипу), характерно увеличение адсорбционной 10 удельной поверхности, снижение рН 1 водной суспенэии и уменьшение содержания хинонных группировок (см.табл, 1, пример б), Резины с этой сажей ймеют худшие Физико-механические показатели сопротивление разрыву, раэдиру и напряжение при 300-ном удлинении, а также .меньшее время начала подвулканизации (табл.2, пример 6).Резины с сажей, окисленной по 2 О предлагаемому способу, имеют лучшие технологические и,прочностные характеристикипо 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 безизменения ее ФизикЬ-химических " свойств, причем такие сажи замедляютскорость вулканизации резиновых смесей с некоторым улучшением физико- механических показателей вулканиэатов. Кроме того, по сравнению сиспользуемыми в настоящее время35 способами предлагаемый способ отличается простотой аппаратурного оформления, легкостью регулировки технологйческого процесса и использованием при разработке более дешевых 40 материалов и поэтому может быть легко реализован в промышленных условиях,1, Способ получения окисленнойсажи для полимерных кбмпозиций,включающий обработку слоя гранулированной сажи кислородсодержащим газом при 250-450 фС и последующее ееохлаждение, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью повышения времениначала подвулканизации и улучшенияфизико-механических характеристикполимерных композиций, предварительно через слой гранулированной сажипродувают кислородсодержащий гаэпри 20-100 С в течение 30-60 миносо скоростью 0,1-0,2 м/с,2. Способ по п.1, о т л .и ч аю щ и й с я тем, что используюткислородсодержащий гаэ с содержанием кислорода 2,5-10 об.3. Способ по пп. 1 и 2, о т л ич а ю щ и й с я тем, что охлаждениеобработанной сажи проводяткислородсодержащии газом.4.Способ по пп. 1,2 и 3, о т л ич а ю щ и й с я теи, что обработку при 250-450 оС и охлаждение ведутпри скорости подачи кислородсодержащего газа 0,1-0,2 м/с. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Патент СИЖ 9 35665657,кл. С 09 С 1(50/106-307),опублик.23,02.71.2, Авторское свидетельство СССР9 445679, кл. С 09 С 1/56, 26,05.71,3. Патент Великобритании 91083482,кл. С 09 С 1(56/С 1 А), опублик.130967 (прототип),