Состав сажевой пасты

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз. СоветскиаСоцивлистичесмиаРеспублик(22) Заявлено 221 280 (21) 3216149/23-05 р 11 М.К.э с присоединением заявки Нов(23) Приоритет -С 09 О 17/00 Государственный комитет СССР по дедам изобретений и открытий.2(088.8) Опубликовано 3001,83 Бюллетень йо 4Дата опубликования описания ЗЙО 1.83(54) СОСТАВ САЖЕВОЙ ПАСТЫ Изобретение относится к производству технического углерода, а именно к получению сажевых паст, которые предназначены для использования в производстве лаков, красок, наполненных пластических масс резины, а также в полиграфии, текстильной, целлюлозно-бумажной, кожевенной и легкой отраслях промьааленнос- тиеВажнейшими техническими эадачамн в технологии изготовления сажевых паст являются повышение концентрации сажи и снижение вязкости пасты, что повышает возможности их использования. Известен состав (1сажевой пасты,содержащей, мас.ч.; сажа 100, вазелиновое масло 250-500,Однако данный состав имеет высокую вязкость (10 + 10 сП при 25 С),что объясняется склонностью мелкихчастиц сажи к накоплению статическихэлектрических зарйдов, способствующих агрегированию частиц в неполярной среде с потерей текучести пасты.Эта склонность тем выше, чемболее вязка дисперсионная среда,Высокая вязкость системы сажамасло не позволяет получать достаточно концентрированные сажевые пасты (выше 20 мас.В), что затрудняетпрактическое их использование,Известно, что при изготовлениикомпозиций, включающих лиофильныесвязующие и сажу, используют грану лнрованный технический. углерод 2 ).Однако недостатками его использования являются плохая диспергируемость технического углерода в полимерах и органических растворителях,а также неудовлетворительные санитарно-гигиенические условия труда,Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому эффекту является состав (.3сажевой пасты, включающий сажу, днсперсионную среду (нелетучий углеводород, например ксилол) и диспергатор (карбодинмндную смолу).В пересчете на массовые части известный состав содержит: пигмент 109, дисперснонная среда 100-3000 и диспергатор 200-3000.Указанный состав может содержать эначительные количества сажи - до 25-40 мас.Ф.В случае применения э качестведисперсионной среды сухого ксилолакарбодиимидная смола является удовлетворительным диспергатором сажевой пасты. Однако в случае наличияостаточной влаги (свыше 0,3 мас,Ъ)в ксилоле наблюдается резкое повышение вязкости сажевой пасты,В случае использования в сажевойпасте более вязких жидких углеводородов, чем ксилол, например минеральных масел, недостаточная дис"пергирующая способность карбодиимид"ной смолы проявляется уже в случаеналичия в них следов влаги.Практически не удается при применении технических минеральных масел снизить вязкость 1 пасты с содержанием сажи 25-40 мас.Ъ ниже 10 сПпри комнатной температуреКроме того, укаэанный состав ха.рактеризуется недостаточной агрегативной устойчивостью пасты, что,как следствие, вызывает нежелательное осаждение пигмента на технологическом оборудовании,Цель изобретения - снижение вязкости и повышение агрегативной устойчивости состава.Поставленная цель достигаетсятем, что состав сажевой пасты,включающий сажу, дисперсионную среду идиспергатор, в.качестве диспергатора содержит сополимер бутадиенаи винилового мономера, выбранногоиэ группы, содержащей акриловуюкислоту, метакриловую кислоту, иитрил акриловой или метакриловой кислот, смесь нитрила акриловой кислотыс метакриловой кислотой, с.молекулярной массой 3000-30000 и содержа;нием винилового мономера 5-40 мас.Ъпри следующем соотношении компо,нентов, мас,ч.:Сажа 100Дисперсионная среда 150-300Сополимер бутадиенаи винилового моно"мера 0 1"10Состав сажевой пасты в количестве дисперсионной среды содержитпреимущественно минеральное масло.В качестве минерального маслаиспользуют индустриальные, веретенное, ваэелиновое и трансформаторноемасла.Однако состав может содержатьмасло растительного или животногопроисхождения,. например льняное иликасторовое, а также жидкие углеводороды, например ксилол,В качестве саж могут быть использованы газовые канальные, термичес"кие или печные сажи с удельной поверхностью 10-1000 м /г, напримерймарок ТГ, ПМН, ПГМНПИН, ПМ"75 Н ПМПМНуПМОН, ДГили их смеси. уменьшение количества диспергатора ниже 0,1 мас.ч. не приводит к разрушению агломерационных структур при приготовлении пасты и, следовательно, к снижению ее вязкости, а увеличение количества более 10 мас.ч, не улучшает реологические характеристики пасты, в то же время вызывая ее удорожание.Применение сополимеров с молекулярной массой менее 3000 вызывает понижение агрегативной устойчивости пасты, а увеличение молекулярной массы выше 30000 приводит к уменьшению растворимости сополимера в минеральном масле и ухудшению свойств пасты. Применение сополимеров с содержанием винилового мономера менее5 мас.Ъ повышает вязкость пасты, а 20 более 40 мас.Ъ технически невозможно из"эа трудности его получения.Состав сажевой пасты получаютследующим образом.В аппарат с перемешивающим высокоскоростным устройством загружаютдисперсионную среду и диспергатор.При 40-80 С растворяют диспергаторв дисперсионной среде в течение 1560 мин до его полного растворения,Эатем к полученной системе при перемешивании добавляют сажуПолученную смесь диспергируютпри скорости вращения мешалки 10001500 об/мин, при 80-100 С в течение2"8 ч до получения пасты со степенью З 56 дисперсности 30-70 мкм и перетираютпасту до степени дисперсности 510 мкм известными способами.Полученную сажевую пасту приведенного выше состава анализируют 4 О по величине вязкости на внскозиметреГепплера при 25-125 ОС и определяютее агрегативную устойчивость при25 СП р и м е р 1, В реактор ем костью,З л, снабженный рубашкой имешалкой, имеющей скорость вращения1000 об/мин, загружают 750 г индустриального масла Р 20 и 50 г сополимера бутадиена и акрилонитрила с 50 содержанием акрилонитрила 18 мас,Ъ,имеющего молекулярную массу 15000.Нагревают смесь до 80 С прн перемешивании в течение 15 мин до растворения сополимера в индустриальноммасле, затем вводят 500 г печнойсажи марки ПМ"101 Н, Полученную смесьдиспергируют при скорости вращенивмешалки 1000 об/мин при температурй100 фС в течение 2 ч до полученияпасты со степенью дисперсности30 мкм. Полученную сажевую паступосле охлаждения до комнатной температуры перетирают на краскотеркедо степени дисперсности 7 мкм. Готовая паста имеет состав, мас,ч, са" 65 жа 100, индустриальное масло 9 20150, сополимер бутадиена и нитрнлаакриловой кислоты 10. Вязкость пасты, измеренная но вискоэиметру Гепплера при 25 С, ссставляет 0,3 ь 10 сП.Для сравнения готовят аналогич-ную смесь с заменой сополимера бутадиена н винилового мономера на карбодинмидную смолу - продукт взаимодействия гексаметилендиамина с фталевьвгангидридом. Получают сажевуюпасту с вязкостью 1,310 сП. 10Опыт повторяют, но вместо 750 гзагружают 1500 г масла индустриального М 20. Получают состав, мас,ч.гсажа 100, индустриальное масло 300,сополимер бутадиена и нитрила акри1 ловой кислоты 10 с вязкостью0,5 104 сП. Аналогичный состав скарбодиимидной смолой имеет вязкость6,3 104 сП.П р и м е р 2, Составы сажевых 20паст готовят аналогично примеру 1,но используют сополимер бутаднена иакриловой кислоты с молекулярноймассой 10000 в количестве .0,1 мас,ч,н содержанием акриловой кислоты всополнмере 5 мас.Ъ и вместо индустриального масла В 20 вазелиновоемасло. Получают состав с вязкостью0,3510 5 сП. Состав сажевой пасты,полученной изветньм способом, имеет З 0вязкость 1,3.10 сП.П р и м е р 3. Составы сажевыхпаст готовят аналогично примеру 1,но используют сонолимер бутадиенаи метакриловой кислоты с молекулярной масссй 12000 н содержанием метакриловой кислоты 5 мас.Ъ и трансФорматорное масло, Получают сажевуюпасту с вязкостью 0,42 10 сП, Состав сажевой пасты, полученный известным способом имеет вязкость1,3.106 сП.П р и м е р 4, Состав сажевойпасты готовят аналогично примеруно используют сополнмер бутадиена иметакрилонитрила 10 мас.Ъ. Получают 45состав с вязкостью О,б 10 сП,П р и м е р 5, Состав сажевойпасты готовят аналогично примеру 1,но используют сополимер бутадиена,акрилонитрила и метакриловой кислоты 50с молекулярной массой 8000 и содержанием акрилонитрила 26 мас,% и метакриловой кислоты 5 маС.В. Получаютсостав с вязкостью 1,1.10 сП,5Н р и м е р б. В реактор емкостью 3 л, снабженный рубашкой для подогрева илиохлаждения и мешалкой, загружают 750 г ксилола с содержанием остаточной влаги, 0,8 вес.Ъ, 25 г сополимера бутадиена и акрило- . ннтрила с молекулярной массой 20000 и .содержанием акрилонитрила 40 вес,Ъ, ггагревают смесь до ВООС при перемешиэании в течение 15 мин, затем вводят 500 г печной сажи марки ПГМН, 65Агрегативная устойчивость составамьаеюеаав ааПредлагаемого Известного Пример 0,5 16 2 .04 22 3, 0 3 40,6 5 0,5 б 12 ббЮАгрегативная устойчивость предлагаемых составов сажевых паст за" висит от молекулярной массы применяемых сополнмеров.олекулярная масса :Агрегативная уссополнмера тойчивость2800 В3000 О,б10000 0 520000 Ор 430000- ,0,335000ШДанные по агрегативной устойчивости приведены для сажевых паст состава, мас.чг сажа 100, масло ин" дустриальное 9 20 200, сополимер бутадиена и акрилонитрила 5 (содержание акрилонитрила 26 мас.Ф), Применяются сополимеры различной молекулярной массы,В табл.2 приведены данные по изменению вязкости сажевой пасты на основе печной сажи ПГМ-ЭЗ Н, .индустриального масла В 20, сополимера Полученную смесь диспергирувт при 100 фС .в течение 2 ч до получения пасты со стенейью диспергнроваиия 50 мкм. Полученную сажевув пасту после охлаждения перетирают в бисерной мельнице до степени дисперсности 10 мкм, Готовая паста имеет состав, мас.ч. на 100 мас,ч. сажиг сажа 100, ксилол 150, сополимер бута диена и акрилоннтрила 5 и величину вязкости 8 410+ сП.Для сравнения готовят аналогичный состав по прототипу, но вместо сополимера используют кврбодмимиднуе смолу. Получают сажевую пасту с вязкостью 1,4105 сй.В табл.1 приведена агрегативная устойчивостьполучаемых составов сажевых паст, которую оценивают цр количеству осевшей на дно цилиндра (емкостью 100 мл) сажи в процентном отношении к общему количеству сажевой пасты, загружаемой в цилиндр (50 г) и выдержанной 100 сут,Таблице 1992555 бутадиена и акрилонитрила с мОлекУ- лярной массоЯ 15000 и содержанием акрилонитрила в сополимере 18 мас.% состава, мас.ч.сажа 100, масло индустриальное 9 20 150, количество сополимера переменное.В табл.Э приведены данные по изменению вязкости состава на основе печной сажи ПГМН, индустриального масла 9 20 и сополимера бутадиена и акрилонитрила с молекулярной массой 15000 и различным содержанием акрилонитрила состава, мас.ч. .сажа 100, масло индустриальное 9 20 150, сополимер бутадиена и акрилонитрила 5. В табл, 4 представлены данные пофизико-механическим свойствам резиновых смесей на основе каучука СКМСАРК при введении в нйх предлагаемой и известной сажевых паст.Смеси перемешивают на вальцах,вулканиэуют в 2 мм пластинках 60 мин при 143 С.Состав предлагаемой сажевой пастыобладает высокой агрегативноЯ устоЯ чивостью до 1 г при 20-50 фС, чтов 5-50 раз выше, чем у известного, а его вязкость в 5"10 раэ ниже по сравнению с известным.Составы .обладают высокой техноло гичностью.2Таблица Степень дисперсности состава,мкм Вязкость составапри 25 фс, сп 4,5 106 0,08 1 310 О 810 ф О,б 10 0,3 10 О,Э 10 0,1 7 10 Таблица 3 е Е ею Й Степень дис"персности состава, мкм Вязкосвь получаемого состава, сП 1,5 10 1,5 105 0,15 10 0,1 ИР 10 10 20 10 30 40 10 Таблица 4 Свойства Прочность на разрыв, кгс/смфОтносительное удлинение, Ъ 290 580 710 Плошадь недиспергированныхагломератов сажи в резиновыхсмесях, мкм 16 Когезионная прочность рези"новой смеси., кг 5,8 3,5 Сополимер бутадиенас акрилонитрилом,мас.ч Содержание акрилонитрилав сополимере, мас,Ф Известная Предлагаемая10 992555 Формула изобретения Составитель О. ОболонскаяРедактор Ю. Ковач ТехредМ.Надь КорректорУ. Пономаренко . Заказ 367/30 Тираж 637 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, З, Раушская наб., д. 4/5филиал ппп патентф, г. Ужгород, Ул. проектная, 4 1. Состав сажевой пасты, включающий сажу, дисперсионную среду и диспергатор, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью снижения вязкости и повышения агрегативной устойчивости состава, он содержит в качестве диспергатора сополимер бутадиена и винилового мономера, выбранного из группы, содержащей акриловую кислоту, метакриловую кислоту, нитрил акриловой или метакриловой кислот, смесь нитрила акриловой кислоты с метакриловой кислотой с молекулярной массой 3000-30000 и содержайием ви" нилового мономера 5-40 мас.% при следующем соотношении компонентов, мас.ч,: Сажа 100Днсперсионная среда 150-300Сополимер бутадненаи винилового мономера 0,1-1052. Состав по п. 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что в качестве дисперсионной среды он содержит минеральное масло.Источники информации,10принятые во внимание при экспертизе1. Каргин В,А, и др, О механических свойствах смесей углеродных сажс вазелиновым маслом, Доклады АНСССР, т. 105., 1955, В 5, с. 1007,2. Углерод технический. ГОСТ 788515 77.3. Патент Франции М 2258439,кл, С 09 0 17/00, опублик. 1975