Способ получения компонента резиновых смесей на основе лигнинной муки

 

Изобретение касается лигнинсодержащих продуктов, в частности получения компонента резиновых смесей на основе лигнинной муки. Цель - повышение температуростойкости и адгезии к корду резин при упрощении процесса. Последний ведут промывкой гидролизного лигнина и отжима его в гидролизаппарате после завершения гидролиза. Последующую сушку проводят в три стадии: в барабанной сушилке до влажности 35-40%, в трубе-сушилке до влажности 15% и далее в мельнице ударно-отражательного действия при 100-110°С до влажности 3-4% с одновременным размолом целевого продукта. В этом случае использование полученного продукта в резинах вместо белой сажи позволяет сохранить уровень физико-механических и пластоэластичных свойств, но одновременно улучшить температуростойкость при 100°С резин по условной прочности и относительному удлинению с 16,3 и 344 до 16,1 МПа и 393% соответственно, а также повысить прочность связи резины с кордом с 10 до 12,7 кН/м корда. 3 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (51)5 С 07 С 1/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4371853/31-04 (22) 26. 01. 88 (46) 15. 07. 90. Бюл. Ф 26 (71) Днепропетровский химико — технологический институт им. Ф.Э.Дэержинского (72) Н.И.Шишков, В.С.Партыка, В.И.Кравец, В.Ф.Антоненко, В.М.Бетанов, Ф.М.Цыган и А.M.Êàçàðíîâñêèé (53) 661.185.7 (088.:8) (56) Косенко В.А. и др. Производство лигнинной муки — ингредиента резиновых смесей. — Тезисы 6-й Всесоюзной конференции по химии и использованию лигнина рига: нЭикайте !, 1976, с. 23. (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОНЕНТА РЕЗИНОВЫХ СМЕСЕЙ НА ОСНОВЕ ЛИГНИННОЙ

МУКИ (57) Изобретение касается лигнинсодержащих продуктов, в част ности получения компонента резиновых смесей на основе лигнинной муки. Цель — по.Изобретение относится к способу переработки древесного сырья, в частности к способу получения нового компонента резиновых смесей на основе лигнинной муки, и может быть использована в шинной промышленности, Целью изобретения является упрощение процесса и повышение температуростойкости и адгеэии к корду резин.

Согласна пр<-.длагаемаму способу исходный лчгнии подвергают гидрали„„Я0„„1578134 А 1 вышение температуростс йкости и адгезии к корду резин при упрощении про-, цесса.. Последний ведут промывкой гидролизного лигнина и отжима его в гидролизаппарате после завершения гидролиза.. Последующую сушку проводят в три стадии: в барабанной сушилке до влажности 35-40%., в трубе-су- шилке до влажности 15% и далее в мельнице ударно-отражательного действия при 100-110 С до влажности

3-4% с одновременным раэмолом целевого продукта. В этом случае использование полученного продукта в . резинах вместо белой сажи позволяет сохранить уровень физико-механических и пластоэластичных свойств, но одновременно улучшить температуроо стойкость при 100 С резин при условной прочности и относительном удлйнении с 16,3 и 344 до 16,1 МПа и 393% соответственно, а также повысить прочность связи резины с кордом с 10 до 12,7 кН/м корда. 3 табл. зу, промывке и отжиму в гидролиэаппарате, а затем проводят сушку в три стадии: в барабанной сушилке да влажности 35-40%, в трубе-сушилке да влажности 15%, при температуре 100110 С до влажности 3-4% совместно с операциями размола и классификации в мельнице ударно-отражательного действия эа счет тепла, выделяющегося при ударе и истирании частиц лигнина.

П р и и е р. Способ получения лигниннай муки опробован в производственных условиях Бендерского биахими1578134 ческого завода. После завершения гидроииза в гидролизаппарат подавали промывную воду, отжим лигнина осуществляли технологическим паром, ис3 пользуемым для удаления лигнина из гидролизаппарата. Отжатый до 65% влажности гидролизный лигнин из сцежи гидролизаппарата. подавали ленточным транспортером через шнековый дозатор в барабанную сушилку, имеющую диаметр 2,2 м и длину 12 м, вращающуюся с частотой 3,2 мин . В барабанной сушилке лигнин высушивается до 35% влажности при температуре теп- 5* поносителя 470 С. Из барабанной сушилки при помощи шлюзового питателя лпгнин подавался в трубу †сушил диаметром 650 мм, где сушился до 17% влажности при 250 С отходящими дымо- 20 выми газами. Из трубы-сушилки лиг— нин, очищенный в разделительном и групповых циклонах от парогазовой, смеси, подавался шнековым транспортером через питатель в мельницу ударно- 25 отражательного действия, где д спергировался до фракции 80-100 чкм, высушивался до 3% влажности и п давался через осадительные циклоны на упаковочную машину. Параметры лигнинной муки, полученные по предлагаемому способу удовлетворяли требованиям ТУ оп-59-02?-32-85: влажность не более 5%, кислотность не более

0 03%, зольность 6%, дисперсность э ь

35 не- более 100 мкм. Полученная по предлагаемому способу лигнинная мука имела следующие параметры: влажность 3%, кислотность 0,02ã., зольность 4%, дисперсность 80 мкм (остаток на сите

К 008 составил 2%) .: При этом удельные энергозатраты составили 120 кВт,ч/т лигнинной муки.

Для сравнения полученных данных с известным способом на описанной

45 установке проводили сушку лигнина в две стадии до влажности 3%, после чего определяли зольнОсть лигнина.

Она составляла 15,2%, что значительно превышает требования ТУ оп-59-02232-85.

Проведение операций пРомывки и отжима лигнина непосредственно в гидролизаппарате исключает необходимость дополнительного применения сложного и громоздкого оборудования — репульпатора, насоса для перекачки пульпы, насоса для перекачки фильтрата, барабанного вакуум-фильтра, вакуум-насоса, за счет чего способ упропыется и сни— жаются энергозатратht па его осуществление.

Высушенный на первой ступени сушки до 35-40% влажности лигнин становится сыпучим и не комкуется, поэтому вторую стадию сушки проводят в трубе-сушилке как более эффективной по сравнению с барабанной сушил— кой.

Высушивание лигцина с 65% влажности до 35-40% на первой стадии и до влажности не ниже 15% на второй не изменяет его физико-химических свойств, так как при таких влажностях температура частиц лигнина не . превышает 100 С, т.е. температуры о кипения воды, и, следовательно, не приводит к обугливанию, т.е. к повышению зольности. Обильное выделение пара на первой и второй стадиях сушки практически исключает возможность за горания лигнина, а, сЛедовательно, и взрыва лигнинной пыли.

При уменьшении впажности лигнина на второй стадии сушки ниже 15% транспортирование влаги из центра частиц к их поверхности затрудняется, так как лигнин относится к капиллярно-пористым коллоидным материалам. Поверхность же частиц лигнина имеет влажность значительно более низкую, чем ее ядро. Поэтому при температуре сушки более 200 С (температура разложения лигнина) с поверхности частиц лигнин начинает разлагаться, в результате чего свойства высушенного лигнина изменяются (увеличивается зольность и снижает— ся химическая активность), а ухудшение качества лигнинной муки является следствием этого процесса.

Кроме того, пересушенная поверхность частиц лигнина при движении их под действием -потока газа в трубе-сушилке измельчается, за счет чего доля пыли увеличивается, а следователь— но, повышается взрывоопасность ве-. дения процесса сушки. При сушке лигнина на второй стадии до влажнос— ти выше 15% качество высушенного лигнина по сравнению с исходным не-изменяется. С целью подтверждения этого факта нами проводились сравнительные исследования по определению зольности лигнина, высушенного в трубе-сушилке по предлагаемому способу, и исходного, подвергавшегося сушке при

15

5 15781

100 " С. Различие в данных зольности того и другого лигнина наблюдалось в пределах погрешности метода определения (применен весовой метод определения зольности). Таким образом, 5 сушка лигнина на второй стадии до влажности не ниже 157 является не.обходимым условием получения высококачественной лигнинной муки. 1О

Проведение третьей стадии сушки при 100-110 С в мельнице ударноотражательного действия при одновременном диспергировании и классификации лигнина обеспечивает снижение энергоемкости способа и необходимое качество лигнинной муки. Применение самой экономичной мельницы ударно-.. отрпжлтельного действия позволяет снизи.ь удельные энергозатраты до 20

100-1 0 кВт.ч/т готового продукта; и так как у мельниц ударно-отражательного действия самый низкий износ рабочих элементов (удельный расход металла составляет 20 г/т готового 25 продукта), то зольность лигнинной муки практически не.изменяется по сравнению с исходным лигнином, чем обуславливается высокое качество лигнинной муки. Температурный режим 30 сушки на третьей ступени исключает термическое разложение лигнина, чем также обуславливается высокое качество лигнинной му*и. Кроме того, использование для сушки тепловой энергии, выделяемой при разрушении лигнина за счет удара и трения, повышает, эффективность мельницы и способа в целом. Процесс сушки лигнина на третьей стадии проис- 4р ходит следующим образом. Часть кинетической энергии частиц лигнина, полученной за счет размола их биль-. ным ротором, при ударе об отбойные поверхности превращается.в тепло. 45

Причем это тепло аккумулируется вядре частицы, что подтверждено .экс- . периментальными работами. Показано, что температура ядра полимерной частицы при ударном нагружении на

60-80 С выше температуры на ее поверхности, а последняя на 20-50 С выше температуры окружающей среды.

В результате этого в мельнице происходит интенсивный конвектинный теплообмен между фазами. Кроме того, образующееся в капиллярах частицы давление жидкости способствует ее быстрому разрушению при ударе.

34 6

При диспергировании сухого лигнина н мельнице ударно-отражательного действия для исключения его возгорания или раз.пожения необходимо было отводить тепло, а при измельчении влажного (более 152) лигнина необходимость отвода тепла отпала. Таким образом, применение мельницы ударно-отражательного действия поэФ воляет исключить расход тепла на третьей стадии сушки и утилизировать энергию, подводимую к мельнице. За счет этого коэффициент полезного действия мельницы нозрастает, а энергоемкость способа снижается.

В табл. 1 приведены данные, характеризующие влияние технологических параметров процесса получения лигнинной муки на ее качество.

Данные табл..1 показывают, что при отклонении технологических параметров процесса от параметрон по изобретению изменяются качественные показатели готовой продукции. Так, например, увеличение конечной влажности процесса сушки на первой ее стадии приводит к понышенному расходу удельной мощности (опыт 3). Уменьшение же этого .предела (опыт 4-6) приводит к повышенному содержанию эолы в целом про-. дукте и делает непригодным для, применения в шинной промышленности.

Лигнинная мука, полученная по предлагаемому способу, была опробована в производственных условиях Белоцерковского ПО .шин и РАИ в составе обобкладочных резин, применяемых для производства грузовых шин размера

260-508 P. Обкладочная резина приготовлялась на основе 100 мас.ч. СКИ-3 и 5 мас.ч. лигнинной муки взамен белой сажи БС-120 на резиносмесителе

РСВД 250-40/30 в две стадии. Лигнин" ная мука вводилась на первой стадии взамен белой сажи нместе с другими сыпучими ингредиентами.

При изготовлении смеси и обработке на вальцах отклонений от принятой технологии не выявлено.

Физико-механические показатели ре зиновых смесей, определенные по стандартным методикам, приведены в табл.2.

Данные табл.2 показывают, что физико-механические свойства резиновых. смесей с лигнинной мукой лежат в пределах требуемых норм.

Всего было выпущено 23 заправки опытных резиновых смесей. Результаты

1578134 расширенных физико-механических испытаний серийной и опь1тной резиновь1х смесей приведенЫ в табл.3.

Та блина 1

Качественные покаэателн готовой продукции

Режим получения лигнинной муки по стадиям

Удельный

2-я стадия

3-я стадия

Вл ажрН волной ны1-я сталия

Содержание

Дисперсность мкм

Остаток расход мощносность, мне. Е от просена на

Влаж- Темпе- Влаж- ТемпеВлаж- Темпети, кВт ч/т эолы, мас. 7. тяжки ность, ратумас,у. ра,"С ность, ратура, мас.X С ность, ратумас,у ра>"С сите, О! К,.2

65 ео

ВО

ВО

35 250 17 100

40 260 16 105

45 270 20 110

30 250 17 105

35 270 12 100

30 270 8 100

3,5

5 з

1,5

47п

3,5 з

6,5

17,2!

3

5

6.120

1!О

1!0

3,5

3,6

3,8

3,7

0,005 о,ио о,оо! о,оо

0,005

О,oo к

Продукт в опытах 1-3 соответствует ТУ оп-59-022-32-85,. в опытах 4-6 — не соответствует требованиям

ТУ по содержанию эолы. Т а б л и ц а 2

Нормы контроля

Смесь 21РУ-.407-65, й: заправок

Показатели

6513 6514 6515 6520 6525 6530

Условное напряжение при удлинении

300%, МПа

Условная прочность при растяжении, ИПа

Относительное удлинение, Ж

801209,1 80 10,7 100 103 101

20-25,5 23

21 22,2 21,8 21,4 20,9

405-650 520 570 570 540 490 435 Анализ данных табл.3 показывает, что уровень физико-механических и пластоэластичных свойств опытных и серийных резин одинаков. Однако опытные резины с лигнинной мукой превосходят серийные с белой сажей по температуростойкости., имеют более высокую степень вулканизации и высокую адгезию к корду..

Применение лигнинной муки в рецептурах шин и РТИ взамен белой сажи позволяет повысить зксплуатационные характеристики шин.

Таким образом, введение процесса .получения лигнинной муки по предлагаемому способу позволяет значительно упростить этот процесс, снизить удельные энергозатраты и обеспечить высокое качество готовой продукции. формула и з о б р е т е н и я

Способ получения компонента резиновых смесей на основе лигнинной муки путем промывки гидролизного лигнина, отжима, многостадийной сушки и размола, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью упрощения процесса, повышения температуростойкости и адгезии к корду резин, промывку и отжим гидролизного лигнина проводят в гидролизаппарате по за5 вершении процесса гидролиза, сушку проводят в три стадии: в барабанной сушилке до влажности 35-407э в тру— бе — сушилке до влажности 15Х, да— лее в мельнице ударно-отражательного действия при 100-110 С до влажности

3-47 с одновременным размолом целевого продукта.

1578134

Та блица 3

Серийная 21

РЦ-407-25 с

5 м.и.

БС-120

Опытная 21

РУ-407-65 с 5 м.и. лигнинной муки

Пока за тели по. Муни при 100 С, Вязкость

54

0,47

10,2

3,8

9,3

36,3

39,2

56

0,45

7,8

4,5

10,2

35,4

38,5 цел. ед.

Пластичность, усл. ед.

Реометрия Монсанто М, мил. ед.

155, 60 мин Т диапазон 100 Т 90

М 90

М„„„

Клейкость, МПа через 2 ч

24 ч

48 ч

Условное напряжение при удлинении 3007, МПа

Условная прочность при растяжении, МПа

Относительное удлинение, Е

Температуростойкость, 100 С по условной прочности, МПа по относительному удлинению, 7.

Сопротивление многократному растя жению при 1507 удл., тыс. циклов при 20 С

120 С х 124

Прочность связи резины с кордом. по Н-методу, кН/м корд 23 КНТС вЂ” н.у.

120 С

6,9

5,7

4,3

6,0

5,8

5,2 о 8

11,0

22,0

515

21,8

545

16,1

393

16,3

344

22

7,000

21,75

6,000

12,7

9,2

11,9

12,8

11,7

10,5 корд 22 в н.g

120 С

Теплообразование по Гудрич, Т пов.

Т нн

Т

Твердость, усл. ед.

Эластичность, 7

76

66

44

74

67

Составитель Н.Нарышкова

Редактор Т.Лазоренко Техред M.Õoäàíè÷. Корректор С. Черни

Заказ 1889 Тираж 304 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.Ужгород, ул. Гагарина, 101