Способ получения кремнеземного наполнителя с вулканизующими свойствами

 

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КРЕМНЕЗЕМНОГО НАПОЛНИТЕЛЯ С ВУЛКАНИЗУЮЩИМИ СВОЙСТВАМИ, включающий обработку дисперсного кремнезема цинкеодержащим соединением с последующей термообработкой , отличающийся тем,, что,-с целью повышения вулканизующей способности наполнителя, в качестве цинксодержащего соединения используют водный раствор цинката аммония, а термообработку проводят при 200-400с. 2. Способ по П.1, отличающийся тем, что цинкат аммония используют при соотношении ZnOiSiOq в осадке, равном

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСГ1УБЛИН аю ol) А

3(Я) С 01 В 33/18

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3502037/23-26 (22) 19.10.82 (46) 15.10.84. Бкл. 9 38 (72) С.Н.Свешников, В.М.Богатырев, Г.В.Сандул и А.А.Чуйко (71) Специальное конструкторскотехнологическое бюро с экспериментальным производством Института физической химии им Л.В.Писаржевского

1 и Институт физической химии им.Л.В.Писаржевского (53) 546.28(088.8) (56) 1. Патент США Ф 4207377, кл. 428-404, 1980.

2. Авторское свидетельство СССР

Ф 798039,. кл. С 01 В 33/193., 1981., (54) (57) 1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КРЕМНЕЗЕМНОГО НАПОЛНИТЕЦЯ С ВУЛКАНИЗУ10ЩИМИ

СВОЙСТВАМИ, включающий обработку дисперсного кремнезема цинксодержащим соединением с последующей термообработкой, отличающийся тем,. что,.с целью повышения вулканизующей способности наполнителя, в качестве цинксодержащего соединения используют водный раствор цинката аммония, а термообработку проводят при 200-400 С.

2. Способ по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что цинкат аммония используют при соотношении ZnO:SiÎ в осадке, равном (2-10): 100. I

f 11186

Изобретение относится к технологии получения кремнеэемного наполнителя с высокой степенью дисперсности, содержащего окись цинка, который может быть использован в качестве активного наполнителя резиновых смесей, обладающе о вулканизующим действием.

Известен способ получения дисперсных минеральных наполнителей, за- 19 ключающийся в том, что двуокись кремния смешивают с раствором двойного карбоната цинка и аммиаком при

30-90 С и давлении 455 мм рт.ст. Пульо пу фильтруют, осадок сушат при »ООС 11 затем кальцинируют в течение 1 ч при

800 С для превращения основного карбоната цинка в окись цинка, далее продукт измельчают. Полученный наполнитель представляет собой ядро 2п инертного пигмента (кремнезем, глина, тальк, мел), на поверхность которого нанесены пластинчатые кристаллы окиси цинка. Продукт может быть использован как усиливающий наполнитель и активатор вулканизации резиновых смесей j1) .

Однако технологический процесс получения наполнителя предусматривает высокотемпературную обработку при 800 С для обеспечения повышенной степени чистоты конечного продукта, что обусловлено основным его назначением — фотопроводника для электростатической печати. Кроме того, содержание окиси цинка в получаемом иаполнителе достаточно велико (45-65 мас.%), что приводит к повышению его стоимости.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ получения минерального наполнителя на основе

SiO2, включающий карбонизацию раствора силиката натрия, фильтрацию по- 45 лученной суспензии, репульпацию в воде осадка, представляющего собой смесь Na + SiO< и обработку его водной суспензией окиси цинка при

70-80 С в течение 1-1,5 ч с послео дующей фильтрацией и сушкой осадка при 100-110 С. Отношение ZnO : 8 0 при этом .составляет 1:(1,S-S). Получаемый продукт представляет собой молекулярную смесь SiO>, ZnSiO и ZnO и сочетает в себе свойства усиливающего наполнителя и вулкавикзующего вещества(2) .

Однако известный способ не позво ляет получать наполнитель с высокими вулканиэующими свойствами. Кроме того, значительное содержание окиси цинка (16,7-40 мас.%) приводит к удорожанию конечного продукта.

Целью изобретения является повышение вулканиэующей способности наполнителя.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу получения кремнеземного наполнителя с вулканизующими свойствами, включающему обработку дисперсного кремнезема цинксодержащим соединением с последующей термообработкой, в качестве цинксодержащего соединения используют водный раствор цинката аммония, а термообработку проводят при 200400 С.

Кроме того, цинкат аммония используют при соотношении Zn0 : SiO< в осадке, равном (2-10):100.

Пример 1. К 50,5 r высокодисперсного кремнезема БС-1?0 добавляют

250 мл раствора цинката аммония, полученного растворением 4,04 r окиси цинка в 1 л 25%-ного водного раст.— вора аммиака. Смесь перемешивают при 100+10 С до удаления аммиака и о

50% воды. Полученную гелеобразную массу подвергают термообработке при

300 С в течение 1 ч. о

Весовым анализом установлено, что выход продукта 96 мас.%, а отношение ZnG:Я О составляет 2: 100.

Пример 2. 10,25 г высокодисперсного кремнезема БС-120 смешивают со 150 мл приготовленного раствора цинката аммония. Смесь нагревают, пео ремешивают при 100+10 С до образования- гелеобраэной массы, которую термо. статируют при 270 С в течение 1,5 ч.

Результаты весового анализа показывают, что выход целевого продукта—

99 мас.%, а отношение ZnO: $ 02 составляет 6: 100. !

Пример 3. Готовят суспензию

10,10 г высокодисперсного кремнезема

БС-120 в 250 мл раствора цинката аммония, которую нагревают, перемешивая при 100+10 С с целью удаления аммиака и избытка воды. Гелеобраэную массу нагревают при 250 С в течение 2-х ч. о

Выход продукта по данным весового анализа — 97 мас.%, а отношение

ZnO к Si02 составляет 10:100.

Таблица 1 рН водной вытяжки

Плотность, г/см

Удельная поверхность, м 2/r

Отношение

ZnO к SiO в целевом продукте

Способ

9,5

2. 60

1 :5

Из вестный

9,6

2,66

1:4

2,80

9,3

1:1,5

Предлагаемый

2,50

8,8

2: 100

6: 100

8,8

2.60

10: 100

9,1

2,70 з : 11186

В табл.1 приведены физико-химические характеристики минеральных наполнителей на основе SiO2, содержащих окись цинка, полученных по известному и предлагаемому способам. 5

Как видно из табл.1, наполнитель, получаемый по предлагаемому способу, . обладает более высокой удельной поверхностью, что способствует повышению его усиливающей и вулканизующей активности в резиновых смесях. Способ требует значительно меньшего расхода окиси цинка, чем известный.

В табл.2 и 3 приведены составы и свойства резин на основе бутадиенметилстирального каучука с различным соотношением ZnO:SiOZ.

Как видно из табл.1 и 2,.при введении в резиновую смесь наполннтеля с соотношением ZnO:SiO = 1,8:100

2 (ниже минимального заявляемого предела), резко увеличивается склонность к подвулканизации (уменьшается величина индукционного периода) и снижа- 25 ются основные физико-механические показатели (прочность, относительное удлинение) вулканизатов. Введение наполнителя с соотношением ZnO:SiO=

=12: 100 (выше верхнего заявляемого предела) нецелесообразно, так как изменения в свойствах наполненных резин незначительны при большем расходе окиси цинка.

12 4

В табл.4 приведены свойства резин состава 3 (табл.2) с наполнитеI лем, полученным согласно предлагаемому способу при различных режимах термообработки.

Как видно из табл.4, при 200 С (пример 7) смесь отличается хорошими .вулканизующими свойствами— высокой скоростью вулканизации (10 мин) и достаточно большим индукционным периодом (22 мин) при одно- временном снижении расхода окиси цинка. При снижении температуры обрабоки (150 С) увеличивается склонность

0 смеси к подвулканизации в 1,4-1,8 раза (т.е. вулканизация начинается преждевременно), а также уменьшается прочность вулканизатов. Термообработка наполнителя при 400 С позволяd ет получать смеси с высокой скорчингоустойчивостью (большим индукционным периодом), вулканизаты на основе таких смесей обладают наиболее высокой прочностью (см.табл.3) Дальнейшее повышение температуры обработки наполнителя нецелесообразно, так как не приводит к повышению технологических свойств смеси.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет получать наполнитель с повышенной вулканизующей способностью при невысоком расходе окиси цин.ха, 1118612

Таблица 2

Компоненты

Контрольная смесь

Опытные составы

2 3 ) Каучук СКМСЗОАРКПН

100

2 2 2

Стеарин

Белая сажа

БС-120

25

45

45

1,5

Каптакс

Сера

Всего

Белая сажа

БС-120, обработанная водной суспензией окиси цинка (Zn0: SI0 = 1:4)

2 (по прототипу) Белая сажа

БС-120 обработанная водным раствором цин-ката аммония

ZnO:Si0=1,8-:100,300 С

2:100, 250 С

6: 1ОО, 300 С

10: 100, 300 С

12:100, 300 С

Содержание окиси цинка в пересчете на 100 мас.ч. каучука (4 ) 5

100 100 100 100 100

1,5 1 5 1,5 1,5 1,5

2 2 2 2

150 5 150 5 150 5 150 5 150 5 150 5

Ов8 Ов9 2â 7 4э5 5э4

1118612

Т аблица 3

Опытные составы

Показатели

Контрольная смесь

Склонность к подвулканизации смеси при 130 С, мин

13 21

35

Скорость вулканизации, мин

51 85 12

16

Режим вулканиэации при 155 С, мин

30 30

60

Предел прочности при растяжении, МПа

10,5

Относительное удлинение, 7

933

Остаточное удлинение, Х

37 38 44

45

Твердость по TM-2 усл. ед.

Та блиц аТ

Показатели

l I

28

22

12

50

40

30

12,0

12,5

11,3 11,5

820

904

890

822 836 27 30

48 56

42

54

50

ВНИКНИ Заказ 7361/16 Тираж 463 Иолписыое

Филиал ППП 1 Патеиг, r.óêãîðîä, ул.Проектная, 4

Склонность к подвулканизации резиновой смеси при 130 С, мин

Скорость вулканизации, мин

Режим вулканизации при 155оС, мин

Предел прочности при растяжении, МПа

Относительное удлинение, 7.

Остаточное удлинение, X

Твердость по ТМ-2, усл. ед.

2 3 " 4 5

9,5 14,2 11,5 10,5 10,2

700 755 904 985 980

65 62 52 49 47

Zn0 : Бз02 = 6 : 100 (2,7 мас.ч. ZnO на 100 мас.ч. каучука

Термообработка, С о

150 .200 300 400 450