Способ получения гранулированной сажи для полимерных композиций

 

ОПИСЛНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ ВИДЕ ТЕЛЬ СТВУ

Союз Советсккк

Социалистическмк

Респубттмк (729223

* с ,г!

7

1 (6l ) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено 20.10.76 (21) 2413086/23-26 (51)М. Кл.

С 09 С 1/60 с присоединением заявки №

Государственный комитет (23) Приоритет но делам изобретений н отнрытнй

Опубликовано 25.04.80. Бюллетень №15

Дата опубли кованив описания 27. 0 4.80 (53) УДК, 661. .666.4(088. 8) М. М. Медников, Д. И. Рябинков, С. В. Орехов, Ю. Н. Никитин, В. М. Осипов, И. Г. Зайдман, В. М. Шопин и Г. Н. Садовничук (72) Авторы изобретения

Всесоюзный научно-исследовательский институт технического углерода (7l) Заявитель (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГРАНУЛИРОВАННОЙ

САЖИ ДЛЯ ПОЛИМЕРНЫХ КОМПСОИЦИЙ

Изобретение относится к промышленности технического углерода, а именно,к способу получения гранулированной сажи. Печные сажи, полученные по такому способу, используются как наполнители для каучу5 ков общего и специального назначения.

Известен способ получения гранулированной сажи, при котором после фильтрации аэрозоля и его предварительного уплотнения в уплотнитель в качестве зародышей образования гранул вводится гранулированная сажа 1 .

Такой способ производства гранулированной сажи характеризуется низкой производительностью аппарата грануляпии, так как 50% перерабатываемой ñàжи представляет собой гранулированную сажу, идущую как затравка для образования гранул пылящей сажи. Гранулят имеет низкий насыпной вес и незначительную 20 прочность гранул.

Известна добавка полиэтилена с молекулярной массой 5. 10 — 6. 10 для а коагуляции сажи из углеводородных жидкостей. При температуре плавления или выше полиэтилен растворяют в соответствующей жидкости, содержащей взвешенные частицы, с дальнейшим резким охлаждением системы, что влечет за собой выпадение полиэтилена из раствора вместе со взвешенными нерастворимыми в данной ж..дкости частицами f2/. В этом случае каждая взвешенная частица, извлекаемая полиэтиленом из жидкости, будет полностью закрыта пленкой или монослоем полиэтилена, что имеет сушест» венное отличие от механизма образования гранул в предлагаемом нами способе.

В случае наличия полиэтилена на поверхности сажевых гранул при их транспортчровке за счет теплоты трения полиэтилен расплавляется, что может привести к слипанию частиц сажи.

Известен способ получения гранулированной сажи для полимерных композиций включающий введение гранулирующей доо» бавки - е. -капролактама в сажегазовые о продукты при 180-250 С в количестве

729223

0,5-5 вес.ч. íà 100 вес.ч. сажи, фильтрацию сажегазовых продуктов, уплотнение сажи и последующую ее грануляцию.

При грануляции также могут добавлять в качестве гранулирующей добавки — .калролактам в виде водного раствора при 60-95 С 3 .

При введении g -капролактама в аэрозоль в виде порошка или в пылящую сажу в виде водного раствора улучшаются физико-механические показатели гранулята. Но при этом способе производительность процессов коагуляции и фильтрации аэрозоля, а также грануляции. остаются на низком уровне;

1.

Сажа, обработанная Я, -капролактамом, при смешении с каучуком имеет недостаточно высокую скорость диспергирования в каучуках, оцениваемую пс времени смешения сажи с каучуком, недостаточную каркасность смеси, высоку:о усатику при ,пприцеван ии.

Пель изобретения — интенсификация процесса { стадии коагуляции„фильтрации аэрозоля и грануляции пылящей сажи) „. а -акже улучшение технологических свой-.тг, рес .".овых смесей, приготовленных с примене:":лием такой сажи.

Зто обеспечивается тем,. что предлагаемый способ включает вне:,å.íëå поли:=этилена в сажегазовые продукты при

180-250 С, фильтрацию сажегазовых продуктов с отделением скоагулированной полиэтиленом сажи. уплотнение сажи и последующую грануляиию сажи в грану.ляционном барабане с добавкой полиэти=

О лена в виде порошка при 130-250 С с молекулярной массой 1,5.10 -1,4.1 О

5 и введение его в сажегазовые продукты и при грануляции в соотноп.внии 95.;5-5:95 по весу в ксиичестве 0,05-5 вес.ч. на 100 вес.ч. сажи.

Выбор полиэтилена для применения в качестве связующей дооавки обьясняет=- ""- ся рядом его важных достоинств. Поли= этипен представляет собой тонкодисперсный порошок с плотностью от 0,92-до 0,96 г/см, температурой размягче3 ния от 105-135 С с молекулярной мас=: сой от 15000 до 140000. Удобная выпускная форма полиэтилена позволяет легко транспортировать его по трубопроводам с помошью воздуха или газа, легко вводить в трубопровод с сажегазовым аэрозолем, в грануляционный барабан и добиваться при этом хорошего смешения с пылящей сажей, что исключает необкодимость приготовления каких-либо растворов или водных дисперсий связующего., Важным достоинством полиэтилена, повлиявшим на выбор его в качестве связующего, является способность повышать скорость диспергирования сажи в каучуке

J жесткость и каркасность резиновых смесей, скорость шприцевания, уменьшать усадку при переработке смесей по сравнению с сажей, гранулированной в присутствии капролактама.

Максимальное увеличение производительности процессов коагуляции, фильтрации, гранулирования достигается при введении полиэтилена в количестве 0,055 вес.ч. на 100 вес.ч. сажи в аэрозоль и сажу, извлеченную из аэрозоля, в весовом соотношении 95:5 до 5;95.

Изменение соотношения полиэтилена, подаваемого на стадию коагуляции и грануляции пылящей сажи, определяется дисперсностью и структурностью сажи. МаксиМальная весовая доля полиэтилена

95 вес. единиц вводится в аэрозоль при производстве высокодисперсных саж с низкой структурностью. При увеличении структурности и уменьшещал дисперсности сажи соответственно уменьшается доля полиэтилена, подаваемого в аэрозоль и увеличивается доля полиэтилена, подаваемого на грануляцию.

Стклонение от указанных пределов в весовом соотношении полиэтилена, подаваемого в аэрозоль на стадию грануляции, нежелательно, так как эффективность одной из стадии получения гранулированной сажи не улучшается.

Температурные интервалы введения полиэтилена в процесс производства гранулированной сажи 130-150 С. При

30 С начинают плавиться все промышО ленные марки полиэтилена и поэтому ввод полиэтилена в процесс при температуре ниже 130 С нежелателен. Вводить полиэтилен выше температуры 250 С нецелесообразно, так как возможно частичное разложение полиэтилена на продукты типа восков.

На чертеже изображена установка, осуществляющая предлагаемый способ получения гранулированной сажи в присутствии добавки полиэтилена.

Она содержит бункер 1 для приемки полиэтилена, шлюзовой затвор 2 для до зировки и подачи полиэтилена в трубопровод сажегазового аэрозоля, рукавный фильтр (ФР-58 ) 3, шлюзовой затвор 4 для подачи отфильтрованной сажи с и .

7292 этиленом в уплотнитель, бункер 5 со шлюзовым затвором для приемки полиэтилена и подачи его в уплотнитель, уплотнитель 6 сажи, винтовой конвейер 7, барабан-гранулятор 8.

Пример. В бункер 1 загружают порошкообразный полиэтилен с плотностью 0,92 г/смй и молекулярной массой

2,6.104. Из бункера 1 при атмосферном давлении и температуре окружающей среды полиэтилен поступает в трубопровод сажегазовой смеси, соединенный с реактором, где при неполном сгорании углеводородного сырья (например, зеленого масла и термогазойля в весовом соотношении 1:1) образуется смесь состава:водяной пар 40-50%, двуокись углерода 4-5%, окись углерода 10-15%, азота 10-15%, водорода 10-15%, сажи

50-70 г. на 1 нм сажегазовой смеси. 20

О

Температура сажегазовой смеси 180 С, скорость потока сажегазовой смеси 20 м/с.

Производительность реактора 50 кг/ сажи в 1 ч. Полиэтилен в виде порошка подают в сажегазовую смесь в количестве

125 r/÷ в трубопровод равномерно, что составляет 0,25 вес.ч. полиэтилена на

100 вес.ч. сажи. После смешения полиэтилена с сажей он переходит в вязкотекучее состояние, вызывая сильную коагуляцию сажи в аэрозоле. Скоагулированный сажевый аэрозоль далее идет на фильтрацию в рукавный фильтр 3 при 180©С.

23 6

В рукавном фильтре газы отделяются от сажи и поступают на дожиг, а сажа через шлюзовой затвор 4 поступает в уплотнитель 6. В уплотнитель 6 из бункера 5 через шлюзовой затвор в сажу подается 125 г полиэтилена, что составляет 0,25 вес.ч. полиэтилена на 100 вес.ч. сажи при 130 С. Уплотнитель представляет собой цилиндрический аппарат с мешалкой и коническим днищем объемом 0,8 м . Число оборотов мешалки

5,8 об/мин. Из уплотнителя при помощи винтового конвейера 7 сажа с полиэтиленом поступает в барабан-гранулятор 8 диаметром 1 м и числом оборотов

25 об/мин, где гранулируется в течение 2 ч с образованием гранул. Из барабана-гранулятора сажа поступает в систему упаковки.

Опыт повторили, изменяя соотношение полиэтилена, подаваемого из бункеров 1 и 5. Для сравнения опыт повторили, применив в качестве связывающей добавки порошок Я -капролактама (согласно прототипа) .

В табл. 1 приведены данные по оценке качества коагуляции сажегазового аэрозоля, скорости фильтрации и производительности грануляционного барабана при применении в качестве добавки полиэтилена в сравнении с теми же показателями при применении в качестве связующей добавки Я -капролактама (по прототипу).

729223

h а г- г- г- г.- г- г „г- г- г- r с3 с! с! (! с! A + Q с! с! (! о о с!т с9

Т-т т-» а со а о о! т!т (0 (О Го„о о о о о

О" О О" О 0 O

Я

O O

ОО О О 00 О

О О O О».т

o z о л о о

O г- - "(g

Щ (9

v о М о ао (»» ф с0 ц х о о о о о о„

Г т-» () O Q (0 О о

-»»0

Р (0 О (0 Е О»0

Я»0 Г- (0 (0 с (0 I »0»0 <0 (0 (О

»0»0 O»0 (0 (0 О»0 +»0 (0 (0 а г- (0 cq (0 а Г- (0 с,» (0 ж г- О» (О х! k $ < (х о

"о (»»ох> (p ((» ф Я (»» Ю

° a ооо ае в ((» Й (О (0

»0 (0»0 (0 (0 О О г0

О О О О. О (О (0 (0 (0 (О О О О х!д! дно,„х»o о а

А о 3 о Р, v

Х о д

Д: и (4g Ф

3 аБ(0! (»т

vga х а, а а

Ф х (»»

2 !» х д

F4 g g h а К -в. »!

Иг д о х х ах х (»» х (»»

g ((»

383<х

»(» х ф >ъ

v э сс» х х х((»

»о о (). с(8 O" O"

И о

9 ! з д (О г0

F4 с0 Я г

Ю (!

I 0 (О ! - I Ф" а"

Т» т(т-т

»0 (0 (с» (0 сО ст » ст1 (0»0 . (0 (тт с .» ст,т

О О О" О О O O 0 0

729223

10 метилстирольным каучуком по рецепту смешения (вес.ч. на 100 вес.ч. каучуке) каучук-100, стеарин — 2, сера — 2, альтакс — 2, окись цинка — 5, сажа -.50.

В табл. 2 приведены данные по времени введения сажи в каучук (оценка скорости диспергирования), жесткости смесей, скорости их шприцевания и усадке (сажей ПМ-50 гранулировали в присутст10 вии полиэтилена и Я -капропактама2 вес.ч. добавки на 100 вес.ч. сажи).

Таблица 2.

Время введения сажи в каучук, мин

5,5

Вязкость по Муни, усл. ед.

Жесткость по Дефо, rc

750

890

Скорость шприцевания, м/мин

4,9

Как следует из табл. 2 предлагаемая по данному способу сажа по сравнению с известной сажей с -капролактамом быстрее диспергируется в каучуке, придает резиновой смеси бопее высокую жесткость, скорость шприцевания, лучший 35 внешний вид и меньшую усадку при переработке.

Способ производства гранулированной сажи позволяет улучшить коагуляцию сажегазового аэрозоля, увеличить скорость о его фипьтрации в 1,3 раза, понизить содержание сажи в отходящих газах, повысить эффективность фильтрации и грачулирования, улучшить технологические свойства резиновых смесей и уменьшить

45 теппообразование при смешении.

Данные табл. 1 показывают, что весовое содержание сажи с размером частей меньше 5 мкм в аэрозоле после введения полиэтилена (характеристика процесса

\ коагуляции) меньше чем при введении капролактама, соответственно скорость фильтрации и производительность барабана-гранулятора выше.

Сажа ПМ-50, полученная по примеру

1, в присутствии полиэтилена и капролактама была испытана в смесях с бутадиенУсадка при шприцевании, % 62

Формула изобретения

1. Способ получения гранулированной 5О сажи дпя полимерных композиций, включающий введение гранулирующей добавки

О в сажегазовые продукты, при 180 250 C в количестве 0,05-5 вес.ч. на 100 вес.ч. сажи, фильтрацию сажегазовых продуктов, уплотнение сажи и последующую гранупяцик1 сажи в гранупяционном барабане с гранупирующей добавкой, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью интенсификации процесса и улучшения технологических свойств попимерных композиций, в качестве гранупирующей добавки используют полиэтилен с молекулярной массой 1,5. 1М

l,4.10о и вводят полиэтилен в сажегазовые продукты и при грануляции в сост ношении от 95 5 до 5:95 по весу.

2. Способпоп. 1, отличающ и и с я тем, что полиэтилен вводятпри грануляции в виде порошка при 130«

250 С.

Источники информации, принятые во внимание.при экспертизе

1. Патент США N, 2695837, кл. 23 314, опублик. 30.11.54.

2. Патент США No 3563885, кл. С 10 С 11/00, опублик. 16.02.71.

3. Авторское свидетельство СССР по заявке Мо 2570930/26, кл. С 09 С 1/56, заявл. 09.06.76 (прототип).

72922

Составитель Т. Ильинская

Редактор Л. Гребенникова Техред М. Петко Корректор М. Пожо

Заказ 1910/24 Тираж 725 Подписное

ПНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, r. ужгород, ул. Проектная, 4