Способ переработки кремнийорганических отходов

 

Использование: при производстве резиновых смесей и компаундов. Сущность изобретения: отходы кремнийорганических каучуков, кремнийорганических резиновых смесей, обрабатывают при 140 - 190^oC смесью, содержащей гидроокись щелочного металла и воду в присутствии катализатора, представляющего собой смесь гидроокиси алюминия и диметилформамида при массовом соотношении 10 : 0,5 - 2. 3 табл.

Изобретение относится к способам переработки отходов производства кремнийорганических каучуков, резиновых смесей, компаундов и их вулканизатов и может быть использовано при получении различных резиновых смесей и компаундов.

Известен способ обработки полисилоксановых полимеров с молекулярной массой более 100000 (патент ВНР N 149701, кл. 39c (C 08 G 1) от 31.12.62) в автоклаве при 200-300^oC парами воды с целью понижения их молекулярной массы до 30000-80000. Данный способ может быть использован для переработки отходов низкомолекулярных силоксановых каучуков, однако, он не позволяет перерабатывать отходы резиновых смесей, компаундов, а тем более их вулканизаты. Другим недостатком указанного способа является необходимость использования оборудования, выдерживающего давление более 100 кг/см².

Известен способ переработки отходов диметилсилоксановых каучуков (авт. св. СССР N 952895, кл. C 08 L 83/04, 1980), заключающийся в измельчении их и обработке раствором тетраэтоксисилана в ароматическом растворителе с последующим удалением растворителя. Применение указанного способа не требует аппаратуры, выдерживающей высокое давление, однако его также нельзя использовать для переработки отходов резиновых смесей и их вулканизатов. Кроме того использование данного способа связано с большим расходом ароматического растворителя, что в свою очередь приводит к ухудшению экологической обстановки. Переработанные указанным способом отходы могут быть применимы в крайне ограниченном круге рецептур резиновых смесей в незначительном количестве.

Наиболее близким по достигаемому результату является способ переработки отходов производства кремнийорганических каучуков, резиновых смесей, компаундов и их вулканизатов (авт. свид. N 1623995, кл. C 08 J 11/04, C 08 L 83/04 приор. 03.06.88), заключающийся в обработке измельченных до размеров частиц не более 3 см отходов смесью, содержащей тетраэтоксисилан, воду и гидроокись калия. Реакционная смесь включает 40-50 мас.% отходов, 48,3-58,3 мас.% тетраэтоксисилана, 0,6-0,7 мас.% воды и 0,9-1,0 мас.% гидроокиси калия. Обработку проводят при 60-70^oC в течение 3-8 ч с последующей фильтрацией смеси. Причем загрузку отходов проводят в три приема в равных количествах от общей загрузки. Получаемые в соответствии с данными способом переработки продукты регенерации кремнийорганических отходов предназначены для использования в качестве одного из ингредиентов резиностеклотканевого материала РЭТСЛР и не способны использоваться в большинстве серийновыпускаемых резиновых смесях, так как замена даже небольшой части силоксанового каучука на продукты регенерации приводит к ухудшению свойств резины. Введение лишь 10 мас.% регенерированных указанным способом кремнийорганических отходов вместо каучука СКТВ в резиновую смесь К-69 приводит к снижению условной прочности вулканизатов до 5,7 МПа при норме не менее 6,4 МПа.

Следует также отметить, что данный способ требует использования большого количества пожароопасного тетраэтоксисилана (1:1 на количество отходов).

Это вызывает усложнение технологического оформления процесса, требует специальных мер по технике безопасности и охраны окружающей среды.

Целью предлагаемого технического решения является разработка способа, позволяющего расширить область использования перерабатываемых отходов, увеличить долю замены силоксановых каучуков в резиновых смесях и компаундах на продукты переработки кремнийорганических отходов и упростить процесс переработки.

Поставленная цель достигается тем, что кремнийорганические отходы подвергаются обработке реакционной смесью, содержащей на 100 мас.ч. отходов 25-100 мас. ч. воды, 0,1-0,5 мас.ч. гидроокиси щелочного металла и 0,2-1,0 мас. ч. катализатора, представляющего собой смесь гидроокиси алюминия и диметилформамида в массовом соотношении 10 : 0,5 - 2 при 140-190^oC.

Сущность предлагаемого способа заключается в том, что в аппарат, снабженный перемешивающим устройством загружаются кремнийорганические отходы, после чего из расчета на 100 мас.ч. отходов заливается вода - 25-100 мас.ч., загружается 0,1-0,5 мас. ч. гидроокиси щелочного металла и 0,2-1,0 мас.ч. катализатора. Реакционная смесь нагревается при 140-190^oC в течение 0,5-2 ч. После охлаждения продукты переработки отходов выгружают и используют для приготовления различных резиновых смесей и компаундов.

В качестве кремнийорганических отходов могут быть использованы отходы производства непосредственно силоксановых каучуков, например СКТ, каучука СКТН, каучука СКТВ, отходы производства резиновых смесей и их вулканизатов, например, смеси К-69, К-2741, ИРП-1265, отходов производства герметиков, например, герметика ВТО-1, КЛС и т.п. В качестве гидроокиси щелочного металла может быть использована гидроокись калия (ГОСТ 24363-80) или гидроокись натрия (ГОСТ 2263-79). В состав катализатора входит гидроокись алюминия (ТУ 6-18-2253-86) и диметилформамид (ГОСТ 20289-74), которые могут быть смешаны непосредственно перед процессом или загружают поочередно в аппарат, где и происходит смешение. Гидроокись алюминия и диметилформамид используют в массовом соотношении 10 : 0,5 - 2 соответственно.

Пример 1. В реактор объемом 0,5 л, снабженный экранированным электродвигателем с мешалкой, загружают 60 г отходов резиновой смеси К-69, затем заливают 60 мл воды и добавляют 0,06 г NaOH, 0,55 г Al(OH)₃ и 0,05 г (CH₃)₂NCOH. Реактор нагревают при включенной мешалке до 140^oC и выдерживают при этой температуре в течение 1 ч. После этого реактор охлаждают и выгружают реакционную массу. Выход регенерированного продукта - 59,7 г по сухому остатку. Регенерат используют для приготовления резиновой смеси К-69 параллельно с регенератом, полученным по способу прототипу (см. пример 2).

Состав резиновой смеси (ТУ 38.103693-90), мас.ч.: Каучук СКТВ-90 - (ТУ 38.103675-89) Продукты регенерации Аэросил А-175 - 45 (ГОСТ 14922-77) Продукт НД-8 - 10 (СТП 38.1440-90) Сажа белая У-333 - 5 (ТУ 6-18-184-87) Белила цинковые - 5 (ГОСТ 202-84) Паста 21,4 ДХБ - 1,8 Резиновую смесь готовят в резиносмесителе, а затем вулканизуют в прессе при 120^oC - пластины в течение 15 мин, шайбы в течение 30 мин, затем термостатируют при 200^oC - пластины в течение 6 ч, шайбы в течение 24 ч.

Пример 2 (контрольный). В реактор объемом 0,5 л, снабженный экранированным электродвигателем с мешалкой загружают 20 г отходов резиновой смеси К-69, измельченных до размера частиц менее 3 мм. Затем заливают 78 г тетраэтоксисилана, 1,0 г воды и загружают 1,5 г гидроокиси калия. Реактор при включенной мешалке нагревают до 70^oC и выдерживают при этой температуре в течение 3 ч, после чего загружают еще 20 г измельченных отходов и греют реакционную смесь при 70^oC еще 3 ч, после чего загружают еще 20 г отходов и реакцию ведут еще 3 ч, после чего раствор отфильтровывается и регенерат используется для приготовления резиновой смеси К-69. Выход продукта регенерации составляет 58,4 г. Для наглядности параметры процессов по примерам 1 и 2 и свойства вулканизатов резиновых смесей, полученных с использованием переработанных отходов приведены в табл. 1.

Примеры 3-10. По методике, описанной в примере 1, перерабатываются отходы производства различных кремнийорганических каучуков, резиновых смесей, компаундов и их вулканизатов.

В табл. 2 приведены основные параметры процесса в соответствие с примерами 1 и 3-10, а в табл. 3 - свойства вулканизатов, полученных с использованием переработанных отходов Как следует из данных, приведенных в таблицах, предлагаемый способ дает возможность значительно расширить область применения кремнийорганических отходов, так как позволяет использовать переработанные отходы в различных рецептурах резиновых смесей и компаундов, при этом доля силоксанового полимера, заменяемого на переработанные отходы, может достигать 50-65 мас.% без опасности ухудшения свойств вулканизатов.

Формула изобретения

Способ переработки кремнийорганических отходов, выбранных из группы, включающей отходы кремнийорганических каучуков, кремнийорганических резиновых смесей или вулканизатов кремнийорганических резиновых смесей, включающий их обработку при повышенной температуре смесью, содержащей гидроокись щелочного металла и воду, отличающийся тем, что процесс проводят при 140 - 190^oС в присутствии катализатора, представляющего собой смесь гидроокиси алюминия и диметилформамида в массовом соотношении 10 : 0,5 - 2 соответственно, при следующем соотношении компонентов в реакционной смеси, мас.ч.:
Кремнийорганические отходы - 100
Вода - 25 - 100
Гидроокись щелочного металла - 0,1 - 0,5
Катализатор - 0,2 - 1,0

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3