Сажевая суспензия и способ ее изготовления

Авторы патента:

Владельцы патента RU 2288926:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Воронежская государственная технологическая академия (RU)

Изобретение относится к химической промышленности и может быть использовано в производстве синтетических каучуков для изготовления шин и других резинотехнических изделий. Способ получения сажевой суспензии включает диспергирование в течение 60-70 минут сажи с компонентом, содержащим лейканол и воду, в качестве которого используют сточную воду - серум производства бутадиен-стирольного каучука, дополнительно включающий калиевые мыла диспропорционированной канифоли и жирных кислот. Получают грубую дисперсию сажи. Стабилизируют ее в течение 5-10 минут с использованием высокоскоростной мешалки и добавлением щелочи для достижения рН 9-10. Полученная сажевая суспензия содержит, мас.%: сажу - 15,0-40,0; калиевые мыла диспропорционированной канифоли и жирных кислот - 0,75-1,25; лейканол - 0,5-0,7; щелочь - 0,03-0,05; воду - 58,00-83,72. Изобретение позволяет уменьшить загрязнение окружающей среды и снизить себестоимость сажевой суспензии. 2 н. и 1 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к производству синтетических каучуков, в частности к производству саже(масло)наполненных каучуков, используемых в шинной, резинотехнической и других промышленностях.

Известен состав сажевой суспензии (А.с. СССР 493121, С 09 С 1/58; C 08 D 7/02; B 01 F 17/50, бюл. №11, опубл. 23.03.81. - Состав) для получения саже- и сажемаслонаполненных каучуков растворной полимеризации, содержащий водную дисперсию сажи, стабилизатор - калиевое мыло диспропорционированной канифоли, щелочь и лигносульфонат щелочного металла в строгом соотношении компонентов.

Из этого же источника известна и технология получения состава водной сажевой дисперсии, в которой в качестве стабилизатора используют бинарную смесь диспропорциональной канифоли (КМДК) с лигносульфатом калия (ЛСК). При этом для образования устойчивой водной сажевой дисперсии исходные компоненты берут в следующем составе, мас.ч.:

Сажа ПМ-100	100
КМДК	3-5
ЛСК	2-4
Калиевая щелочь	0,3-0,6
Вода	500-600

К недостаткам данных технических решений следует отнести использование в большом количестве дефицитного стабилизатора природного происхождения - калиевого мыла диспропорционированной канифоли, а также недостаточную седиментационную устойчивость.

Наиболее близкой к заявляемой по технической сущности является сажевая дисперсия (А.с. СССР 1263699 А1, С 09 С 1/56, бюл. №38, опубл. 15.10.86 г.), включающая сажу, диспергатор-лейканол и воду и обладающая по сравнению с известными повышенной тиксотропией и седиментационной устойчивостью при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Сажа	- 15-40
Лейканол	- 2-5
Остальное	- Вода

Известен из этого же источника и способ получения сажевой суспензии, заключающийся в диспергировании сажи в воде с диспергатором НФ-лейканолом при рН 6 среды, при котором в бисерную мельницу емкостью 2 л с числом оборотов 1400 об/мин загружают 725 г воды, 25 г диспергатора НФ(А)-лейканола и 250 г сажи. Затем заготовленную смесь диспергируют в течение 6 мин и получают суспензию с дисперсностью менее 10 мкм.

Недостатком известных решений является образование сточных вод с высоким содержанием биологически неокисляемого лейканола в процессе жидкофазного наполнения синтетических каучуков сажевой суспензией. Такие сточные воды не могут быть обезврежены на биологических очистных сооружениях. Высокое содержание диспергатора-лейканола в сажевой суспензии требует дополнительного расхода коагулирующих агентов при совмещении с латексными системами. Кроме того, необходимо использовать при приготовлении суспензии сажи из фенольного сырья с упорядоченной структурой и содержанием кислорода 3-4%.

Технической задачей данного способа является устранение недостатков прототипа.

Поставленная задача решается путем создания нового состава сажевой суспензии и нового способа его получения на основе вторичных ресурсов - смеси калиевых мыл диспропорционированной канифоли и синтетических жирных кислот, а также лейканола, извлекаемых сажей из сточных вод узла коагуляции эмульсионных каучуков с последующим ее концентрированием, диспергированием и подщелачиванием.

Технический результат - снижение загрязнения окружающей среды путем полезного исключения из высокозагрязненных сточных вод вредных примесей и снижение себестоимости изготовления сажевой суспензии достигается за счет того, что в качестве исходных компонентов для ее получения используют сточную воду - серум как отход производства бутадиен-стирольного каучука, который ранее сбрасывался в химико-загрязненную канализацию.

Сущность предлагаемого изобретения состоит в том, что в серуме содержатся смоляные и жирные кислоты, а также лейканол, которые технологически извлекаются из раствора путем адсорбции их на саже с получением сажевой суспензии при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Техуглерод	15,0-40,0
Калиевые мыла диспропорционированной
канифоли и жирных кислот	0,75-1,25
Лейканол	0,5-0,7
Щелочь	0,03-0,05
Вода	58,20-83,70

Таким образом, в составе сажевой суспензии дополнительно имеются калиевые мыла диспропорционированной канифоли и синтетических жирных кислот и щелочь для создания рН 9-10.

Способ получения сажевой суспензии реализуется следующим образом.

Техуглерод (сажа) ПМ-100 подается в закрытую емкость, наполненную сточной водой - серумом с узла коагуляции бутадиен-стирольного каучука, и с помощью мешалки подвергается диспергированию. Затем полученную смесь подают на узел центрифугирования, где получают грубую дисперсию сажи с концентрацией 15-40 мас.% в пересчете на техуглерод. После чего сажевую суспензию подвергают стабилизации в емкости с высокоскоростной мешалкой и добавлением щелочи для доведения среды до рН 10.

В примерах конкретной реализации способа показаны необходимые параметры исходных компонентов и получаемые результаты.

Пример 1.

Техуглерод (сажа) ПМ-100 в количестве 100 г подают в закрытую емкость объемом 12,5 дм³, наполненную на 80% сточной водой (серум, содержащий смоляные и жирные кислоты 403 мг/дм³, а также лейканол - 298 мг/дм³, при рН 3,4) с узла коагуляции бутадиен-стирольного каучука и в течение 1,0 часа перемешивают с помощью мешалки. Затем подают на узел центрифугирования, где получают грубую дисперсию сажи с концентрацией - 25 мас.% в пересчете на техуглерод. Стабилизацию сажевой суспензии проводят в течение 5-10 мин в емкости с высокоскоростной мешалкой, куда подают грубую дисперсию сажи и щелочь для доведения рН 10.

Большая часть - 97,1 мас.% сточной воды, очищенной от калиевых мыл диспропорционированной канифоли и жирных кислот (степень извлечения 99,2 мас.%), а также от лейканола (степень извлечения 84 мас.%), после узла центрифугирования сбрасывают в химико-загрязненную канализацию.

В процессе концентрирования сажевой суспензии на центрифуге получают состав при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Техуглерод	25,00
Калиевое мыло диспропорционированной
канифоли и жирных кислот	1,00
Лейканол	0,50
Щелочь	0,04
Вода	73,46

Пример 2. Далее эксперименты выполнены по примеру 1 за исключением того, что подают сточную воду с содержанием смоляных и жирных кислот - 504 мг/дм³, а лейканола - 392 мг/дм³. В процессе концентрирования сбрасывают большую часть - 94,4 мас.% сточной воды и получают сажевую суспензию при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Техуглерод	15,00
Калиевое мыло диспропорционированной
канифоли и жирных кислот	0,75
Лейканол	0,50
Щелочь	0,05
Вода	83,70

Полученная сажевая суспензия технологична, легко стабилизируется щелочью при перемешивании высокоскоростной мешалкой при 2000 об/мин, размер частиц сажи составляет менее 5 мкм, но низкоконцентрированную суспензию нецелесообразно использовать и хранить.

Пример 3. Далее эксперименты выполнены по примеру 1 за исключением того, что подают сточную воду с содержанием смоляных и жирных кислот - 323 мг/дм³, а лейканола - 226 мг/дм³. В процессе концентрирования сбрасывают большую часть - 98,55 мас.% сточной воды и получают сажевую суспензию при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Техуглерод	40,00
Калиевое мыло диспропорционированной
канифоли и жирных кислот	1,25
Лейканол	0,70
Щелочь	0,05
Вода	58,00

Полученная сажевая суспензия нетехнологична, стабилизируется щелочью при перемешивании высокоскоростной мешалкой свыше 3000 об/мин, размер частиц сажи составляет менее 10 мкм.

Пример 4. Далее эксперименты выполнены по примеру 1 за исключением того, что используют сажу марки ПМ-75 (степень извлечения мыл смоляных и жирных кислот составляет - 79,6 мас.%, а лейканола - 68,0 мас.%) и в процессе концентрирования сажевой суспензии на центрифуге получают состав при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Техуглерод	25,00
Калиевое мыло диспропорционированной
канифоли и жирных кислот	0,8
Лейканол	0,5
Щелочь	0,05
Вода	73,65

Полученная сажевая суспензия технологична, стабилизируется щелочью при перемешивании высокоскоростной мешалкой свыше 2000 об/мин, размер частиц сажи составляет порядка 10 мкм.

Пример 5. Далее эксперименты выполнены по примеру 1 за исключением того, что используют сажу марки ПМ-50 (степень извлечения мыл смоляных и жирных кислот составляет - 47,2 мас.%, а лейканола - 34,0 мас.%) и в процессе концентрирования сажевой суспензии на центрифуге получают состав при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Техуглерод	25,00
Калиевое мыло диспропорционированной
канифоли и жирных кислот	0,49
Лейканол	0,25
Щелочь	0,03
Вода	74,23

Полученная сажевая суспензия технологична, стабилизируется щелочью при перемешивании высокоскоростной мешалкой свыше 2000 об/мин, размер частиц сажи составляет свыше 15 мкм.

Таким образом, повышение концентрации сажевой суспензии свыше 40 мас.% и использование сажи с удельной поверхностью менее 75 м²/г нецелесообразно, т.к. они уступают прототипу, т.е. размер частиц сажи в суспензии отмечается свыше 10 мкм.

Применение предлагаемых изобретений позволяет:

а) снижать загрязненность, в частности, биологически неокисляемым стабилизатором-лейканолом сточных вод производства бутадиен-стирольных каучуков;

б) извлекать и утилизировать, в частности, при производстве эмульсионных бутадиен-стирольных каучуков смесь эмульгаторов - калиевых мыл диспропорционированной канифоли и жирных кислот, а также стабилизатора-лейканола;

в) использовать вторичные ресурсы при создании сажевой суспензии с с высокой тиксотропией и сендиментационной устойчивостью;

г) уменьшать расход свежей воды за счет приготовления суспензии сажи на основе сточной воды;

д) удешевить получение состава дисперсии сажи.

1. Сажевая суспензия, включающая сажу, диспергатор-лейканол и воду, отличающаяся тем, что в ее состав введены калиевые мыла диспропорционированной канифоли и жирных кислот, а также щелочь при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Сажа	15,0-40,0
Калиевые мыла диспропорционированной
канифоли и жирных кислот	0,75-1,25
Лейканол	0,5-0,7
Щелочь	0,03-0,05
Вода	58,00-83,72

2. Способ получения сажевой суспензии, включающий диспергирование сажи с компонентом, содержащим лейканол и воду, отличающийся тем, что в качестве указанного компонента используют сточную воду - серум производства бутадиен-стирольного каучука, дополнительно включающий калиевые мыла диспропорционированной канифоли и жирных кислот, диспергирование осуществляют в течение 60-70 мин с получением грубой дисперсии сажи, после чего ее стабилизируют в течение 5-10 мин с использованием высокоскоростной мешалки и добавлением в суспензию щелочи для достижения рН=9-10.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что стабилизацию сажевой суспензии производят со скоростью вращения мешалки свыше 3000 об/мин.

Изобретение относится к области углеродных материалов и их производства, преимущественно к гранулированным углеродным материалам и способам их получения. .

Углеродная сажа с обработанной поверхностью, обладающая улучшенной диспергируемостью в каучуке // 2272055

Способ очистки сажи от механических примесей // 2241013

Изобретение относится к производству сажи (технического углерода) и может быть использовано при очистке сажи от механических примесей. .

Многофазный наполнитель, содержащий углерод, и способы его получения // 2220176

Изобретение относится к получению наполнителя. .

Сажа, подвергнутая взаимодействию с диазониевыми солями, и продукты // 2211230

Изобретение относится к химической промышленности и может быть использовано при получении наполнителей для пластмасс, бумаги, резиновых смесей, волокон и текстильных композиций.

Способ получения сажи, продукт сажи и его использование // 2173326

Термообработка углеродных материалов // 2163247

Изобретение относится к способу термообработки углеродных материалов, и в особенности сажи, в плазменном процессе для увеличения упорядоченности наноструктуры, то есть для увеличения степени графитизации в частицах сажи.

Водные чернила и покрытия, содержащие модифицированные углеродные продукты // 2157394

Способ получения продукта из углерода и продукт // 2155707

Гелевая композиция, содержащая углеродистое соединение // 2154077

Изобретение относится к новым гелевым композициям. .

Исходные огнеупорные материалы, способ их производства и огнеупоры с их использованием // 2294945

Способ получения пористого углеродного материала // 2303568

Изобретение относится к получению углеродных материалов и может найти применение в нефтехимической и химической промышленности для получения углеродных носителей катализаторов и сорбентов

Композиции с высоким удельным сопротивлением // 2408041

Изобретение относится к черной матрице, применяемой в цветных дисплеях для улучшения контраста изображения

Углеродистый материал // 2421489

Газовые сажи с низким содержанием пау и способы их производства // 2450039

Способ получения гранулированной модифицированной сажи, сажа для высокомодульных полимерных композиций и полимерные композиции с ее использованием // 2563504

Изобретение может быть использовано при получении высокомодульных полимерных композиций, обладающих улучшенной перерабатываемостью и повышенной усиливающей способностью. Сначала смешивают порошок сажи с водным раствором первичного ароматического амина, в качестве которого используют предварительно приготовленный концентрированный раствор метафенилендиамина или метатолуилендиамина в химочищенной воде, подкисленной до pH от 3 до 6,5. Перед введением в гранулятор разбавляют его химочищенной водой до рабочей концентрации от 0,5 до 2,0, предпочтительно от 0,5 до 1,2 масс.ч. в расчете на 100 масс.ч. сажи, и вводят через форсунки гранулятора в поток пылящей сажи. Соотношение «сажа: раствор» составляет 1:1. Полученные мокрые гранулы сажи сушат при 220-260°C и доступе воздуха. Гранулированная модифицированная сажа содержит от 0,15 до 0,40% связанного азота, в том числе от 36 до 58% в аминной форме, кислорода не менее 0,6%. Полимерная композиция включает следующие компоненты, вес. %: синтетический или натуральный каучук 40-65; гранулированная модифицированная сажа, полученная вышеописанным способом, 25-40; целевые добавки 1-10; технологические добавки - остальное. Полимерные композиции на основе указанной сажи сочетают высокую износостойкость с пониженными гистерезисными потерями. 3 н.п. ф-лы, 15 табл., 24 пр.

Установка для получения гранулированного технического углерода // 2575035

Цель изобретения - снижение затрат на получение гранулированного технического углерода, повышение качества целевого продукта и эффективности очистки отходящих газов производства. Изобретение представляет собой установку для получения гранулированного технического углерода, включающую реактор для термического разложения углеводородного сырья и образования аэрозоля, дисперсного углерода, воздухоподогреватель, циклон-концентратор для осаждения дисперсного углерода из аэрозольного потока с патрубками для ввода аэрозоля и для вывода уловленного целевого продукта и аэрозольного потока, аппарат для очистки дисперсного углерода от посторонних включений, вентилятор для подачи аэрозоля из циклона-концентратора в циклон газотранспорта с патрубками для ввода и вывода аэрозоля, вентилятор для подачи аэрозоля из циклона газотранспорта в циклон-концентратор, промежуточную емкость для дисперсного углерода со шлюзовым питателем, смеситель-гранулятор, аппарат для сушки гранул и улавливания дисперсного углерода, соединенный входными патрубками с циклоном-концентратором для осаждения дисперсного углерода из аэрозольного потока и со смесителем-гранулятором и снабженный патрубками для вывода гранул и очищенных от дисперсных аэрозольных частиц газообразных продуктов реакции. В аппарате для сушки гранул и улавливания дисперсного углерода установлены вертикально две параллельные газопроницаемые перегородки, по периметру присоединенные к корпусу аппарата, расстояние между перегородками 150-200 мм. Установка также содержит пневмоподъемник гранул и уловленного дисперсного углерода, который соединен в зоне загрузки материала через смеситель с патрубком для ввода потока аэрозоля из циклона-концентратора и патрубком для ввода потока высушенных гранул с уловленным дисперсным углеродом, подаваемым в него шлюзовым питателем из аппарата для сушки влажных гранул и улавливания дисперсного углерода, а в зоне разделения потока аэрозоля дисперсного углерода от сухих гранул соединен шлюзовым питателем с бункером готового продукта и газоходом со входным патрубком циклона-концентратора. 1 табл., 1 ил.

Сажа с улучшенными свойствами для использования в обработке резины // 2575463

Изобретение относится к саже с улучшенными свойствами для использования в обработке каучука и может быть использовано при приготовлении резиновой смеси. Композиция обработанной и высушенной сажи включает сажу и масло природного происхождения, включенное в нее. Количество масла может составлять от 1 до 50 мас.% от сажи. Изобретение позволяет снизить до минимума использование невозобновляемого ресурса, в частности нефти и производных нефти, улучшить экологию при использовании природных масел. 3 н. и 8 з.п. ф-лы, 2 табл., 2 пр.

Способ получения порошка технического углерода с пониженным содержанием серы // 2635808

Изобретение может быть использовано в химической, металлургической, резинотехнической промышленности или косметологии при изготовлении шин, электродов, пигментов, косметики, пластмасс, красок. Сначала технический углерод с содержанием серы 1-2% подвергают взаимодействию со щелочным металлом, например натрием, при непрерывном перемешивании в течение 1-3 ч в жидкой среде при температуре 50-500°C и давлении 68,95-3447,38 кПа. Получают реакционную смесь, содержащую производное щелочного сульфида и порошок технического углерода. Жидкая среда состоит из по меньшей мере одного соединения, выбранного из группы, состоящей из толуола, ксилола, гексана, гептана, бензина, керосина, сырой нефти, остаточной нефти, аммиака, газообразного водорода и газообразного азота. Затем из смеси выделяют производное щелочного сульфида посредством обработки водой при температуре 30-100°C. Получают порошок технического углерода с содержанием серы менее 0,07%. Изобретение позволяет снизить содержание серы, вследствие чего обеспечивается десульфуризация, равная 96%. 8 з.п. ф-лы, 1 табл., 6 пр.

Смесь меркаптосилана с сажей // 2637024

Изобретение относится к химической промышленности и может быть использовано при изготовлении резиновых смесей, формованных изделий, шин, покрытий валков, конвейерных лент, амортизирующих и виброгасящих элементов. Смесь содержит сажу и 20 мас. % меркаптосилана общей формулы I или смеси меркаптосиланов общей формулы I, и/или продуктов гидролиза, и/или конденсации меркаптосилана общей формулы I где R1 -O-(R5-O)m-R6, R5 имеют одинаковые или разные значения и представляют собой разветвленную либо неразветвленную, насыщенную либо ненасыщенную, алифатическую углеводородную группу с двумя связями и с C1-C30, m составляет от 1 до 30, R6 представляет собой незамещенную либо замещенную, разветвленную либо неразветвленную алкильную, алкенильную, арильную или аралкильную группу с одной связью, R2 имеют одинаковые или разные значения и представляют собой R1-группу, C1-C12алкильную группу или R7O-группу, где R7 представляет собой Н, метил, этил, пропил, разветвленную либо неразветвленную алкильную, алкенильную, арильную, аралкильную группу с одной связью и с C9-C30 или (R8)3Si-группу, где R8 представляет собой разветвленную либо неразветвленную алкильную или алкенильную группу с C1-C30, R3 обозначает разветвленную либо неразветвленную, насыщенную либо ненасыщенную, алифатическую, ароматическую либо смешанно алифатическую/ароматическую углеводородную группу с двумя связями и с C1-C30, R4 обозначает H, CN или (C=O)-R9, где R9 представляет собой разветвленную либо неразветвленную, насыщенную либо ненасыщенную, алифатическую, ароматическую либо смешанно алифатическую/ароматическую углеводородную группу с одной связью и с C1-C30, причем содержание железа менее 9 ч./млн. Резиновая смесь содержит каучук или смесь каучуков, (Б) наполнитель и по меньшей мере одну указанную смесь меркаптосилана с сажей. Изобретение обеспечивает стабильность при хранении. 7 н. и 2 з.п. ф-лы, 6 табл., 3 пр.