Способ получения гранулированной сажи для полимерных композиций

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскккСоциалистическмкРеспубттик(23) Приоритет но делам изобретений н отнрытнйОпубликовано 25.04.80. Бюллетень 15Дата опубли кованкя описания 27. 0 4.80(72) Авторы изобретения Всесоюзный научно-исследовательский институт технического углерода(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГРАНУЛИРОВАННОЙ САЖИ ДЛЯ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПСОИЦИЙ Изобретение относится к промышленности технического углерода, а именно,к способу получения гранулированной сажи. Печные сажи, полученные по такому способу, используются как наполнители для каучу 5 ков общего и специального назначения.Известен способ получения гранулированной сажи, при котором после фильтрации аэрозоля и его предварительного уплотнения в уплотнитель в качестве зародышей образования гранул вводится гранулированная сажа 1.Такой способ производства гранулированной сажи характеризуется низкой производительностью аппарата грануляпии, так как 50% перерабатываемой сажи представляет собой гранулированную сажу, идущую как затравка для образования гранул пылящей сажи. Гранулят имеет низкий насыпной вес и незначительную 2 О прочность гранул.Известна добавка полиэтилена с молекулярной массой 5.10 - 6.10 дляакоагуляции сажи из углеводородных жидкостей. При температуре плавления или выше полиэтилен растворяют в соответствующей жидкости, содержащей взвешенные частицы, с дальнейшим резким охлаждением системы что влечет за собой выпадение полиэтилена иэ раствора вместе со взвешенными нерастворимыми в данной ждкости частицами 2. В этом случае каждая взвешенная частица, извлекаемая полиэтиленом из жидкости, будет полностью закрыта пленкой или монослоем полиэтилена, что имеет сущест венное отличие от механизма образования гранул в предлагаемом нами способе, В случае наличия полиэтилена на поверхности сажевых гранул при их транспортчровке за счет теплоты трения полиэтилен расплавляется, что может привести к слипанию частиц сажи.Известен способ получения гранултрованной сажи для полимерных композиций включающий введение гранулирующей д бавки - . -капролактама в сажегаэовыеопродукты при 180-250 С в количестве0,5-5 вес.ч, на 100 вес,ч. сажи, фильтрацию сажегазовых продуктов, уплотнение сажи и последующую ее грануляцию. При грануляции также могут добавлять в качестве гранулирующей дооавки - .- капролактам в виде водного раствора при 60-95 С 3.При введении-капролактама в аэрозоль в виде порошка или в пылящую сажу в виде водного раствора улучшаются 10 физико-механические показатели гранулята. Но при этом способе производительность процессов коагуляции и фильтрации аэрозоля, а также грануляции остаются на низком уровне."1С ажа, обработанная -кацролактамом, при смешении с каучуком имеет недостаточно высокую скорость диспергирования в каучуках, оцениваемую пс времени смешения сажи с каучуком, недостаточную И каркасность смеси, высоку:о усапку при ,пприцеван ии.Цель изобретения - интенсификация процесса (стадии коагуляции. фильтрации аэрозоля и грануляции пыляшей сажи). а -акже улучшение технологических свойств, рес ."овых смесей, приготовленных с примене".:ием такой сажи.Зто обеспечивается тем, что предлагаемый способ включает введение поли:=-. этилена в сажегазовые продукты при 180-250 С, фильтрацию сажегазовых продуктов с отделением скоагулированной полиэтиленом сажи. уплотнение сажи и последующую грануляцию сажи в грану.-. 5 ляционном барабане с добавкой полиэти-.О лена в виде порошка при 130-250 С с молекулярной массой 1,5.10 -1,4.10 и введение его в сажегазовые продукты и при грануляции в соотноц.внии 95.;5" 5:95 по весу в количестве 0,05-5 вес,ч, на 100 вес.ч. сажи. Выбор полиэтилена для применения в качестве связующей добавки объясняет= - ся рядом его важных достоинств. Поли-. этилен представляет собой тонкодисперсный порошок с плотностью от 0,92-.до 0,96 г/см, температурой размягче 3ния от 105-135 С с молекулярной мас=: сой от 15000 до 140000. Удобная выпускная форма полиэтилена позволяет легко транспортировать его по трубопроводам с помошью воздуха или газа, легко вводить в трубопровод с сажегазовым аэрозолем, в грануляционный барабан и добиваться при этом хорошего смешения с пылящей сажей, что исключает необкодимость приготовления каких-либо растворов или водных дисперсий связующего.,Важным достоинством полиэтилена,повлиявшим на выбор его в качестве связуюшего, является способность повышатьскорость диспергирования сажи в каучукежесткость и каркасность резиновых смесей, скорость шприцевания, уменьшатьусадку при переработке смесей по сравнению с сажей, гранулированной в присутствии капролактамаМаксимальное увеличение производительности процессов коагуляции, фильтрации, гранулирования достигается при введении полиэтилена в количестве 0,055 вес,ч. на 100 вес,ч. сажи в аэрозольи сажу, извлеченную из аэрозоля, в весо-вом соотношении 95:5 до 5;95.Изменение соотношения полиэтилена,подаваемого на стадию коагуляции и грануляции пылящей сажи определяется дисперсностью и структурностью сажи. Максичальная весовая доля полиэтилена95 вес. единиц вводится в аэрозоль припроизводстве высокодисперсных саж снизкой структурностью. При увеличенииструктурности и уменьшенид дисперсностисажи соответственно уменьшается доляполиэтилена, подаваемого в аэрозоль иувеличивается доля полиэтилена, подаваемого на грануляцию.Стклонение от указанных пределов ввесовом соотношении полиэтилена, подаваемого в аэрозоль на стадию грануляции,нежелательно, так как эффективностьодной из стадии получения гранулированиой сажи не улучшается,Температурные интервалы введенияполиэтилена в процесс производства гранулированной сажи 130-150 оС. При.30 С начинают плавиться все промышоленные марки полиэтилена и поэтомуввод полиэтилена в процесс при температуре ниже 130 С нежелателен. Вводитьполиэтилен выше температуры 250 Снецелесообразно, так как возможно частичное разложение полиэтилена на продукты типа восков.На чертеже изображена установка, осуществляющая предлагаемый способ получения гранулированной сажи в присутствиидобавки полиэтилена.Она содержит бункер 1 для приемкиполиэтилена, шлюзовой затвор 2 для дозировки и подачи полиэтилена в трубопровод сажегазового аэрозоля, рукавныйфильтр (ФР) 3, шлюзовой затвор 4для подачи отфильтрованной сажи с пми7292 10 15 этиленом в уплотнитель, бункер 5 сошлюзовым затвором для приемки полиэтилена и подачи его в уплотнитель, уплотнитель 6 сажи, винтовой конвейер 7,барабан-гранулятор 8,5П р и м е р. В бункер 1 загружаютпорошкообразный полиэтилен с плотностью 0,92 г/смй и молекулярной массой2,6.104. Из бункера 1 при атмосферномдавлении и температуре окружающейсреды полиэтилен поступает в трубопровод сажегазовой смеси, соединенный среактором, где при неполном сгоранииуглеводородного сырья (например, зеленого масла и термогазойля в весовомсоотношении 1:1) образуется смесь состава:водяной пар 40-50%, двуокись углерода 4-5%, окись углерода 10-15%,азота 10-15%, водорода 10-15%, сажи50-70 г. на 1 нм сажегазовой смеси. 20ОТемпература сажегазовой смеси 180 С,скорость потока сажегазовой смеси 20 м/с.Производительность реактора 50 кг/ сажи в 1 ч, Полиэтилен в виде порошкаподают в сажегазовую смесь в количестве 25125 г/ч в трубопровод равномерно, чтосоставляет 0,25 вес.ч. полиэтилена на100 вес.ч. сажи. После смешения полиэтилена с сажей он переходит в вязкотекучее состояние, вызывая сильную коагуляцию сажи в аэрозоле. Скоагулированный сажевый аэрозоль далее идет на фильтрацию в рукавный фильтр 3 при 180 С. 23 6В рукавном фильтре газы отделяются от сажи и поступают на дожиг, а сажа через шлюзовой затвор 4 поступает в уплотнитель 6. В уплотнитель 6 из бункера 5 через шлюзовой затвор в сажу подается 125 г полиэтилена, что составляет 0,25 вес.ч. полиэтилена на 100 вес.ч. сажи при 130 С. Уплотнитель представляет собой цилиндрический аппарат с мешалкой и коническим днищем объемом 0,8 м. Число оборотов мешалки 5,8 об/мин. Из уплотнителя при помощи винтового конвейера 7 сажа с полиэтиленом поступает в барабан-гранулятор 8 диаметром 1 м и числом оборотов 25 об/мин, где гранулируется в течение 2 ч с образованием гранул. Из барабана-гранулятора сажа поступает в систему упаковки.Опыт повторили, изменяя соотношение полиэтилена, подаваемого из бункеров 1 и 5. Для сравнения опыт повторили, применив в качестве связывающей добавки порошок Я -капролактама (согласно прототипа).В табл. 1 приведены данные по оценке качества коагуляции сажегазового аэрозоля, скорости фильтрации и производительности грануляционного барабана при применении в качестве добавки полиэтилена в сравнении с теми же показателями при применении в качестве связующей добавки Я -капролактама (по прототипу).729223 а сс11 т 1 ОООООО О О О О О аО с аО -- уЩИ о о М . о ао Э Ю б Я ," Ь ОООО О Г- -О" ОО Я еэ",о О Ж О аО оо яц) ц)а О а д а Яд о33 очоо 3 рЮ Ф Ф щ ф а ее ооо ае ва а 1 О ц10 (Д ц)О ОО О О О О О О Я 0 О О О О д 1 дно ,ж а Е"оа ф Ал о вор,ойф о фб 2 иа 24 а Щр4 ьо Ям а а аФ(у2а 33 мЗ ар К 2 домаймвхву333,о 3оэЦД Д оо Л. с3 ООИо6с Зо аа а с 3 с 4 с 4 р с 4 Й сс ся с р 3 с 0729223 9 метилстирольным каучуком по рецепту смешения (вес.ч, на 100 вес.ч. каучуке) каучук, стеарин - 2, сера - 2, альтакс - 2, окись цинка - 5, сажа -.50, 5 В табл. 2 приведены данные по времени введения сажи в каучук (оценка скорости диспергирования), жесткости смесей, скорости их шприцевания и усадке (сажей ПМгранулировали в присутст вии полиэтилена и Я -капропактама 2 вес.ч. добавки на 100 вес.ч. сажи). Таблица 2. Время введения сажив каучук, мин Вязкость по Муни,усл. ед. Жесткость по Дефо,гс 750 890 Скорость шприцевания,м/мин 4,9 Как следует из табл. 2 предлагаемая по данному способу сажа по сравнению с известной сажей с -капролактамом быстрее диспергируется в каучуке, придает резиновой смеси бопее высокую жесткость, скорость шприцевания, лучший 35 внешний вид и меньшую усадку при переработке.Способ производства гранулированной сажи позволяет улучшить коагуляцию сажегазового аэрозоля увеличить скоростьф его фипьтрации в 1,3 раза, понизить содержание сажи в отходящих газах, повысить эффективность фильтрации и грачули- рования, улучшить технологические свойства резиновых смесей и уменьшить45 теппообразование при смешении,Данные табл. 1 показывают, что весовое содержание сажи с размером частей меньше 5 мкм в аэрозоле после введения полиэтилена (характеристика процессакоагуляции) меньше чем при введении капролактама, соответственно скорость фильтрации и производительность барабана-гранулятора выше,Сажа ПМ, полученная по примеру 1, в присутствии полиэтилена и капролактама была испытана в смесях с бутадиенУсадка при шприцевании,% 62 Формула изобретения 1. Способ получения гранулированной 50 сажи дпя полимерных композиций, включающий введение гранулирующей добавки в сажегазовые продукты,при 180 250 С в количестве 0,05-5 вес.ч. на 100 вес,ч. сажи, фильтрацию сажегазовых продуктов,уплотнение сажи и последующую гранупяциюсажи в гранупяционном барабане с гранулируюшей добавкой, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью интенсификациипроцесса и улучшения технологическихсвойств попимерных композиций, в качестве гранупирующей добавки используютполиэтилен с молекулярной массой 1,5.1 М1,4,10 о и вводят полиэтилен в сажегазовые продукты и при грануляции в состношении от 95:5 до 5:95 по весу,2. Способ по п. 1, о т л и ч а ющ и и с я тем, что полиэтилен вводятпригранляции в виде порошка при 130250 С.Источники информации,принятые во внимание.при экспертизе1. Патент США2695837,кл. 23 314, опублик. 30.11.54,2. Патент США Мо 3563885,кл, С 10 С 11/00, опублик. 16.02.71.3. Авторское свидетельство СССРпо заявке Мо 2 д 70930/26, кл. С 09 С 1/56,заявл, 09.06.76 (прототип).729223 Составитель Т, ИльинскаяЛ. Гребенникова ТехредМ. Петко Корректор М. Пожо Ок Зак набд. 4 1 роектная, 4 илиал П 11 П Патент,1910/24 Тираж 728 ИНИИ 11 И Государственного по делам изобретений 113035, Москва, Ж, Подписикомитета СССРи открытийаушская