Способ получения осажденного кремнеземного наполнителя

 

Изобретение относится к способам получения осажденных кремнеземных наполнителей резиновых композиций. Сущность изобретения: проводят карбонизацию жидкого стекла углекислым газом, нейтрализацию, гидромеханическую обработку образовавшейся суспензии в гидродинамическом акустическом аппарате с роторным излучателем при скорости движения суспензии 1 - 2 м/с, фильтрацию, промывку и сушку осадка. 1 табл.

Изобретение относится к способам получения кремнеземного наполнителя, предназначенного для использования в производстве резиновых композиций, а также других отраслях промышленности.

Известен способ получения тонкодисперсной кремниевой кислоты путем ее осаждения из раствора жидкого стекла, фильтрации, нейтрализации и гидромеханической обработки в течение 2-3 мин в дисковой мешалке [1].

Недостаток способа: большие энергозатраты и сложность процесса, кроме этого гидромеханическая обработка суспензии после стадии нейтрализации не дает возможности получать наполнитель, придающий высокие усиливающие свойства композициям, так как длительная гидромеханическая обработка после стадии нейтрализации способствует нарушению связи между первичными коллоидными частицами и при разжижении суспензии в кислой среде происходит полное замещение ионов гидроксильных групп ОН^- на анион кислоты, который трудно удалить при дальнейшей очистке суспензии, что приводит к ухудшению качества резин (сопротивление разрыву - 123 кгс/см², склонность к подвулканизации 9, пластичность по Карреру 0,31, твердость по Шору 0,37).

Целью изобретения является упрощение процесса и повышение усиливающих свойств композиций при использовании осажденного кремнеземного наполнителя.

Цель достигается тем, что суспензию после карбонизации подвергают гидродинамической активации в аппарате проходного типа со скоростью 1-2 м/c.

Отличительным признаком способа является то, что гидродинамической активации подвергают щелочную суспензию после карбонизации со скоростью 1-2 м/c.

Это отличие позволяет получать осажденный кремнеземный наполнитель, при использовании которого в качестве наполнителя и вулканизующего агента в резинотехнической промышленности достигается повышение качества резин по сопротивлению разрыву (241 кгс/см²) и вулканизующим свойствам.

Способ осуществляют следующим образом.

В карбонизатор закачивают раствор жидкого стекла в количестве 20 м³ с плотностью 1,06-1,09 г/см³ и проводят карбонизацию углекислым газом с содержанием СО₂ 17-25 об.% при температуре жидкого стекла 78-82^оС. Процесс ведут до достижения рН 9-10,5. Полученную суспензию подвергают гидродинамической активации в аппарате проходного типа ГАРТ-Пр со скоростью 1-2 м/c.

Затем суспензию двуокиси кремния подвергают нейтрализации серной кислотой.

Нейтрализация серной кислотой проводится до рН 5-8,5 с выдержкой в реакторе не менее 10 мин. Из реактора нейтрализованная суспензия насосами подается на фильтр-прессы, где осадок двуокиси кремния отфильтровывается от маточника и промывается горячей водой при 25-60^оС в течение 30-60 мин.

Очищенная суспензия поступает в сборник, затем на диск распылительного механизма, где за счет центробежной силы происходит ее распыление и сушка в сушильной камере при до 750^оС. Высушенный продукт с влажностью не более 6,5% затаривают и складируют.

Гидродинамическая активация щелочной суспензии в аппарате проходного типа со скоростью 1-2 м/c дает возможность стабилизировать размеры пор и получить однородный по своей структуре наполнитель, что способствует улучшению качественных показателей резины при использовании его в композициях.

П р и м е р 1. В карбонизатор закачивают раствор жидкого стекла в количестве 20 м³ с плотностью 1,08 г/см³ и проводят карбонизацию при температуре жидкого стекла 802^оС углекислым газом с содержанием 19 об.% СО₂. Процесс ведут до достижения рН 10.

Полученную суспензию подвергают гидродинамической активации в аппарате проходного типа ГАРТ-Пр со скоростью 1 м/c.

Затем суспензию диоксида кремния нейтрализуют серной кислотой до рН 7,5 с выдержкой в реакторе в течение 12 мин.

Из реактора нейтрализованную суспензию подают на фильтр-прессы, фильтруют, осадок промывают горячей водой с температурой 40^оС в течение 30 мин.

Очищенная суспензия поступает в сборник, затем на распылительную сушку. Высушенный продукт с влажностью не более 6,5% затаривают и складируют.

При использовании этого продукта в резиновой композиции получены следующие качественные показатели при испытании резины: сопротивление разрыву 241 кгс/см²; пластичность по Карреру 0,521; склонность к подвулканизации 22,1, твердость по Шору 64.

П р и м е р 2. Процесс ведут по примеру 1, но со скоростью гидродинамической активации щелочной суспензии 1,5 м/c.

П р и м е р 3. Процесс ведут по примеру 1, но со скоростью гидродинамической активации щелочной суспензии 2 м/с.

П р и м е р 4. Процесс ведут по примеру 1, но со скоростью гидродинамической активации щелочной суспензии 0,9 м/c.

П р и м е р 5. Процесс ведут по примеру 1, но со скоростью гидродинамической активации щелочной суспензии 2,1 м/c.

П р и м е р 6. Процесс ведут по примеру 1, но без гидродинамической активации щелочной суспензии.

П р и м е р 7. Процесс ведут по примеру 1, но с гидродинамической активацией нейтрализованной суспензии со скоростью 1 м/c.

П р и м е р 8. Процесс ведут по примеру 1, но с гидродинамической активацией нейтрализованной суспензии со скоростью 2 м/c.

П р и м е р 9 - прототип, по а.с. N 1321676.

П р и м е р 10 - аналог, по а.с. N 1341159.

П р и м е р 11 - аналог, по а.с. N 801467.

Результаты эффективности осажденного кремнеземного наполнителя, полученного предлагаемым и известными способами, приведены в таблице.

Примеры 1, 2, 3 демонстрируют, что можно достичь высоких показателей качества резины, используя в качестве наполнителя осажденный кремнеземный наполнитель, полученный по предлагаемому способу.

П р и м е р 4 демонстрирует, что при снижении скорости гидродинамической активации суспензии менее 1 м/c эффективность кремнеземного наполнителя снижается, первичные частицы собираются в укрупненные агрегаты, что влияет на величину пор целевого продукта.

П р и м е р 5 демонстрирует, что гидродинамическая активация суспензии со скоростью более 2 м/c приводит к снижению эффективности кремнеземного наполнителя (наблюдается проскок агрегированных частиц, что приводит к неоднородности наполнителя). Кроме этого увеличение скорости приводит к увеличению энергозатрат, так как требуется установка насоса большой производительности, поэтому делать это нецелесообразно.

П р и м е р 6 демонстрирует, что без гидродинамической активации суспензии невозможно достигнуть высокой эффективности кремнеземного наполнителя. Качественные показатели получаемой резины низкие.

П р и м е р ы 7, 8 демонстрируют, что гидродинамическая активация нейтрализованной суспензии не дает возможности достигнуть высокой эффективности наполнителя по сравнению с щелочной. Гидромеханическая обработка после стадии нейтрализации способствует нарушению связи между первичными коллоидными частицами и при разжижении суспензии в кислой среде происходит более полное замещение ионов гидроксильных групп на анион кислоты, который трудно удалить при дальнейшей очистке суспензии, что снижает эффективность наполнителя. При гидродинамической активации щелочной суспензии связи между первичными частицами не разрушаются, размеры пор стабилизируются. Легко происходит замещение катиона соли на анион кислоты, который легко удаляется при дальнейшей очистке суспензии, и наполнитель получается однородный по своей структуре с высокими эффективными свойствами, что способствует улучшению качественных показателей резины при использовании его в композициях.

П р и м е р ы 9, 10, 11 (прототип и аналоги) демонстрируют, что получаемый этими способами осажденный кремнеземный наполнитель значительно менее эффективен, как наполнитель и вулканизующий агент в резине.

Таким образом, только используя осажденный кремнеземный наполнитель, полученный по заявленному способу, можно достигнуть высоких показателей качества резин.

При получении осажденного кремнеземного наполнителя по предлагаемому способу: улучшается качество резин; упрощается технологический процесс так как не требуется возврата суспензии на гидродинамическую активацию, и сокращается время на обработку; сокращаются энергозатраты; расход воды на репульпацию и промывку осадка от химических примесей, объемы сточных вод и загрязнение водного бассейна; достигается непрерывность технологического процесса.

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ОСАЖДЕННОГО КРЕМНЕЗЕМНОГО НАПОЛНИТЕЛЯ, включающий карбонизацию раствора жидкого стекла углекислым газом, нейтрализацию, гидромеханическую обработку образовавшейся суспензии, фильтрацию, промывку и сушку осадка, отличающийся тем, что гидромеханическую обработку осуществляют в гидродинамическом акустическом аппарате с роторным излучателем при скорости движения суспензии 1 - 2 м/с.

РИСУНКИ

Рисунок 1