НАПОЛНИТЕЛЬ РЕЗИНЫ
RUBBER FILLER

Изобретение относится к химической промышленности, в частности к производству наполнителей для резиновых смесей на основе углерода, порошков диоксида кремния. В производстве резины широко применяются различные наполнители, улучшающие свойства резин и придающие им специфические свойства. В качестве наполнителей применяют сажу, технический углерод, фуллерены, нафталин, антрацен, фенантрен, ароматические углеводороды, предварительно нанесенные на поверхность технического углерода; аморфный кремнезем, кремнекислотные соединения, тальк и др. (см. Кошелев Ф.Ф. и др. Общая технология резины, 4-е изд. М., 1978. Федюкин Д.Л., Махлис Ф.А. Технические и технологические свойства резин, М., 1985).
2
2
3
Известно (см. Справочник резинщика. Материалы резинового производства, М.,1971 г.; ГОСТ 7885-86. Углерод технический для производства резины), что углерод различных модификаций наиболее широко применяют в качестве наполнителя в резинах. Это сажи (технический углерод) разных марок (канальная, печная, термическая), получаемые при 1100-1900°С, например, П-234, П-702, П-803, К-354 с удельной поверхностью 10-300 м/г, размером первичных частиц 10-50 нм и хлопьев 40-140 мкм. Технический углерод содержит некоторое количество примесей, мас.%: серы (до 1,1), хемосорбированных водорода, азота, кислорода, минеральных примесей (до 0,45), окалины (FeO до 0,5). Примеси значительно ухудшают показатели качества резин, поэтому сажи очищают от минеральных примесей и окалины; рН водной суспензии технического углерода 7,5-9,5. Сажи - это сильно пылящие порошки, которые легко агломерируются и сегрегируют в процессе замешивания в каучук. Полученные резины в процессе истирания, например, при эксплуатации автомобильных шин истираются с выделением сажи в атмосферу. Для устранения этих недостатков сажу плакируют силанами для улучшения взаимодействия с каучуком, а затем агломерируют в гранулы размером 0,5-1,5 мм. Однако, создавая гранулы, уменьшается поверхность взаимодействия сажи с каучуком, что снижает усиливающий эффект от введения.
2
2
4
Известно использование в резинах аморфного диоксида кремния (осажденного из раствора силиката натрия) марок БС-У-333, БС-120, БС-150/300 («белая сажа») с удельной поверхностью 30-50 и 150 м/г, соответственно, диаметром частиц 5-40 нм и диоксида кремния марки «Аэросил», осажденного из газовой фазы SiCl, с удельной поверхностью 300-400 м/г, диаметром первичных частиц 2-10 нм. (См. сайт http://www.74rif.ru/saga-rez.html; пат. РФ №2421484 от 20.06.2011 «Вещества для улучшения технологических свойств для эластомерных смесей»).
4
Осаждение из раствора силиката ведут путем воздействия на него кислотой при комнатной температуре с последующей многократной промывкой обессоленной водой; осаждение из газовой фазы происходит при сжигании SiCl в смеси водорода и кислорода при 600-800°С. Использование таких порошков дает заметный эффект в улучшении технологического процесса приготовления смесей - при замешивании резин снижается прилипаемость резины к валкам; облегчается каландрирование; возрастают некоторые характеристики резин - твердость и прочность, но требуется вводить больше серы; снижается усадка резины; увеличивается адгезия к тканям.
Недостатками являются: повышение стоимости резины вследствие более высокой цены диоксида кремния по сравнению с сажей; снижение сопротивления истиранию резины вследствие невысокой адгезии частиц порошка диоксида кремния с каучуком.
2
5
3
2
2
2
x
2
2
2
2
5
3
Поэтому предпринимаются попытки модифицировать поверхность диоксида кремния или нанести на нее особые вещества с высоким сродством с каучуком, например кремнийорганическое соединение бис-3-(триэтоксисилилпропил)-тетрасульфан(CHO)-Si-СН-СН-СН-S-СН-CH-CH-Si-(OCH). Добавляют также смесь силана (72%) и силиката кальция (28%) (см. пат. РФ №2421484, опубл. 20.06.2011 г.). Указанные вещества химически взаимодействуют с силанольными группами поверхности частиц диоксида кремния; в результате поверхность покрывается привитыми молекулами модификатора и меняются свойства поверхности (повышается гидрофобность). При замешивании в каучук снижается вязкость смесей, так как молекулы модификатора взаимодействуют сначала с серой и далее с молекулами каучука. В результате повышаются прочность, снижается истираемость резин, улучшается сцепление автомобильных шин с дорогой (cм. http://www.Polymtry.ru/letter.).
2
2
2
Недостатком такого наполнителя является высокая стоимость. Известно применение искусственной смеси SiO+C. При этом частицы SiO имеет удельную поверхность 20-80, углерод 80-130 м/г. Указанную смесь получают методом гидролиза силиката натрия в суспензии технического углерода, (см. сайт www.shinaplus.ru; сайт http://www.74rif.ru/saga-rez.html).
Недостатком этого метода является то, что сложно управлять составом и получить заданное значение диоксида кремния и углерода в порошке.
2
3
2
2
3
3
Известен минеральный наполнитель к резинам, содержащий SiO и другие оксиды - СаСО+MgO+Mg(ОН)+SiO+Fe(ОН)+Al(ОН), получаемый из шлама, образующегося при известковании и коагуляции сырой воды на водоподготовительных установках тепловых электростанций (см. пат. РФ 2425848 от 27.10.2009. «Минеральный наполнитель к резинам на основе винилсилоксанового каучука, бутадиен-нитрильного синтетического каучука и бутадиен-α-метилстирольного каучука»).
Недостатком такого наполнителя является незначительное содержание диоксида кремния (1-5%) и потому невысокая усиливающая способность.
2
2
2
2
3
2
3
3
Наиболее близким по составу является наполнитель, получаемый из рисовой лузги состава, мас.%: SiO(85-90)+С(10-15) с примесями оксидов NaO, KO, CaO, MgO, FeO, AlO - до 5%. Продукт имеет абсорбцию дибутилфталата 100-110 см/100 г, что равно саже с высоким уровнем структурности, йодное число равно 54-58 г/кг, что равно техническому углероду со средней степенью дисперсности. Полученные порошки опробованы в качестве наполнителя резины (заменяя белые сажи БС-120, БС-100 и технический углерод П-154). В полученном углеродно-оксидном порошке углерод играет роль модификатора поверхности диоксида кремния, считает автор (см. Ефремова С. В. Научные основы и технология получения новых углерод- и кремнийсодержащих материалов из техногенного сырья. Дис. на соиск. уч. ст.д.т.н., Респ. Казахстан, Шымкент, 2009).
2
3
Недостатками данного наполнителя резин являются: 1) большое количество примесей оксидов (до 5%), в том числе FeO (0,7-0,9%, из которых 0,3-0,4% остаются от лузги, а остальное - это окалина от стенок оборудования), так как процесс ведут в парогазовой смеси в стальной печи при 600-650°С; 2) содержание углерода при данной температуре процесса ограничивается 10-15%; 3) невысокая удельная поверхность; 4) порошок является пылящим; 5) резиновые смеси с данным наполнителем имеют высокое внутренне трение и тепловыделение при многократных деформациях; усиливающие свойства наполнителя недостаточны.
2
2
3
2
2
2
3
Целью настоящего изобретения является наполнитель резины из рисовой лузги, состоящий из базового порошка SiO+С + примеси оксидов FeO, NaO, KO, СаО, MgO, AlO и плакирующего каучукового покрытия.
2
2
3
2
2
2
3
2
3
Наполнитель имеет состав, мас.%: SiO(26-98)+С(0,5-66) + примесь FeO(0,2-0,3) + примеси оксидов KO, NaO, СаО, MgO, AlO - остальное + сверх 100% каучук (1,2-7,8) + примесь S (0,05-0,23) (в составе SO, SO).
2
2
3
При этом базовый порошок представляет собой композиционный природно-гомогенный порошок, состоящий из нанокристаллического диоксида кремния в фазе (5-кристобалита с размером частиц диаметром 6-10, длиной 100-400 нм и углерода в виде аморфного углеподобного вещества, угля или сажеподобного вещества (в зависимости от температуры получения). Удельная поверхность базового порошка составляет 150-290 м/г. Плакирующим покрытием является каучук с примесью серы (в составе SO, SO).
Вторая цель изобретения - устранение пыления порошка наполнителя резины, улучшение санитарных условий работы и снижение потерь.
2
Третья цель изобретения - улучшение качества резины (повышение предела прочности резины, снижение внутреннего трения и температуровыделения при замесе резины, снижение истираемости) за счет улучшения адгезии наполнителя с каучуковой матрицей посредством плакирования порошка каучуком, улучшения связей SiO-каучук, С-каучук.
Поставленные цели достигаются тем, что: рисовую лузгу обжигают в печи из жаростойкой стали с постоянным перемешиванием при температуре 380-800°С в течение 20-30 минут; раствор каучука готовят путем экстракции из растений-каучуконосов (из ряда: одуванчик, кок-сагыз, крым-сагыз, тау-сагыз, василек) кипячением в 2-3%-ном водном растворе серной кислоты в течение 30-45 минут; порошок и экстракт смешивают, высушивают при 120-130°С с постоянным перемешиванием; протирают через сито 014. Получают наполнитель резины гранулированный, непылящий.
При этом получаемый наполнитель резины, в зависимости от температуры получения базового порошка, приобретает разные химические составы и физические свойства, и потому объективно разделяется на наполнители трех типов:
2
а) наполнитель на основе черного базового порошка, получаемого при 380-490°С и содержащий аморфный углеподобный углерод в количестве 66-28 мас.%. Частицы SiO в фазе β-кристобалита, сформированные из кремниевой кислоты, находящейся в лузге, равномерно распределены в углеродной матрице и поэтому полученный порошок следует считать композиционным природно-гомогенным материалом;
б) наполнитель на основе серого базового порошка, получаемого при 500-690°С, и содержащий углерод в виде угля (аналог древесного угля, получаемого при 600°С с недостатком воздуха) в количестве 6-27%;
в) наполнитель на основе белого базового порошка, получаемого при 700-800°С, и содержащий углерод аморфный сажеподобный в количестве 0,5-5,0%.
2
2
При этом все три типа базового композиционного природно-гомогенного порошка состоят из частиц SiO, являющихся кристаллами β-кристобалита с размерами 6-10 нм в поперечнике и 100-400 нм длиной, образуя конгломераты размером 0,1-0,5 мкм; в порошках типов «а» и «б» поверхность кристаллов и поровые пространства конгломератов заполнены углеродом, который образуется в виде частиц аморфного вещества, состоящего из неупорядоченных углеродных кластеров графенов с размером частиц 5-20 нм, с фрагментами СН, СН (то есть углерод входит в состав несгоревших тяжелых нелетучих углеродистых продуктов и летучих углеродсодержащих веществ, адсорбированных на поверхности нелетучих); порошок типа «в» белого цвета состоит из белых кристаллов β-кристобалита с размерами: диаметр 6-10 нм, длина 100-400 нм и включений черных частиц сажеподобного углерода диаметром 0,1-10 мкм.
2
2
3
2
2
2
3
Наполнитель типа «а» черного цвета получают на основе базового порошка SiO(26-66)+С(66-28) + примеси FeO, (0,2-0,3) и оксидов NaO, KO, СаО, MgO, AlO - остальное, полученного из рисовой лузги путем обжига при 380-490°С.; углерод - углеподобное вещество.
2
2
3
2
2
2
3
Наполнитель типа «б» серого цвета получают на основе базового порошка SiO(68,8-88)+С(6-27) + примеси FeO, (0,25-0,27) и оксидов NaO, KO, СаО, MgO, AlO - остальное, полученного из рисовой лузги путем обжига при температуре 500-690°С; углерод в виде угля.
2
2
3
2
2
2
3
Наполнитель типа «в» белого цвета получают на основе базового порошка SiO(92-98,4)+С(0,5-3,0) + примеси FeO (0,28-0,3) и оксидов NaO, KO, CaO, MgO, AlO - остальное, полученного из рисовой лузги путем обжига при температуре 700-800°С; углерод в виде сажеподобного вещества.
2
3
2
2
2
3
2
3
Каучуксодержащий экстракт получают, например из одуванчика, путем кипячения в 2-3%-ном водном растворе серной кислоты в течение 30-45 минут. В получаемом водно-кислотном экстракте содержится, мас.%: вода - 80, растворенные и взвешенные вещества - 20, в том числе остатки серной кислоты; после просушки в сухом веществе содержится, мас.%: каучук 64-75, сахар 4-6, белок 3-5, смолы 0,5-2, клетчатка 5-6, S 0,4-0,6 (в составе SO, SO), оксиды КО, NaO, СаО, MgO, FeO, AlO в сумме 0,5-0,6.
2
При добавлении экстракта в порошок и выпаривании вместе с каучуком на поверхности частиц оседают и указанные выше вещества, а серная кислота воздействует не только на неорганические вещества, но и обугливает углеводороды (сахар, белок) и частично окисляет углерод до CO, тем самым способствует увеличению удельной поверхности.
2
Технический результат. При введении 40 мас.ч. полученного наполнителя в бутадиен-метилстирольный каучук марки СКМС-ЗОАРК снижаются модуль внутреннего трения в 2-3 раза, температуровыделение на 6-15°С, истираемость на 9-50%, повышаются предел прочности на растяжение на 10-28%, удлинение на 8-21% по сравнению с резинами, содержащими только технический углерод или механическую смесь порошка диоксида кремния и технического углерода БС-120 50%+П-154 50%, или содержащими порошок SiO+С, полученного из рисовой лузги, но без плакирования каучуком.
Определение содержания Si, Na, К, Са, Mg, Fe, Al выполняют атомно-абсорбционным методом и по ТУ41-07-014-86 с последующим пересчетом на оксиды. Содержание серы - по ГОСТ 2059-95. Удельную поверхность определяют методом БЭТ.
Примеры выполнения технологических процессов
2
А. Приготовление базового порошка SiO+С из рисовой лузги
2
2
3
2
2
1. Берут просеянную рисовую лузгу, обжигают при 300°С на воздухе при постоянном перемешивании и равномерном подъеме температуры; выдерживают с перемешиванием при данной температуре 25 минут; размалывают; просеивают через сито 008. Получают черный порошок, содержащий, мас.%: SiO 15,5, С 80, примеси оксидов 5,5, в том числе примесь FeO 0,4; SiO находится в аморфной фазе; углерод является углеподобным аморфным веществом, удельная поверхность полученного порошка 200 м/г. В продукции содержится много недогоревших частиц лузги. См. табл.1.
2
2
3
2
2
2. Просеянную рисовую лузгу обжигают на воздухе при 350°С в течение 25 минут с постоянным перемешиванием. Получают черный порошок, содержащий, мас.%: SiO 22, С 70, примеси оксидов 5,0, в том числе FeO 0,4; SiO находится в фазе β-кристобалита с размерами: диаметр 6, длина 100 нм, образующие конгломераты, которые имеют размер 0,1-0,5 мкм; углерод является аморфным углеподобным веществом с размером частиц 5-10 нм, удельная поверхность полученного базового порошка 220 м/г. В порошке содержится много недогоревших частиц лузги.
2
2
3
2
2
3. Просеянную рисовую лузгу, обжигают на воздухе при 380°С с постоянным перемешиванием в течение 10 минут. Получают черный порошок, содержащий, мас.%: SiO 24, С 68, примесей оксидов 5,0, в том числе FeO 0,4. SiO находится в фазе β-кристобалита с размерами: диаметр 6, длина 100 нм, образующие конгломераты с размером 0,1-0,5 мкм; углерод является аморфным углеподобным веществом с размером частиц 5-10 нм, удельная поверхность полученного базового порошка 260 м/г. В продукции встречаются жесткие недогоревшие частицы лузги.
2
2
3
2
2
4. Обжиг лузги ведут при 380°С; выдерживают с перемешиванием 20 мин. Получают черный порошок, содержащий, мас.%: SiO 26, С 66, примеси оксидов 5,0, в том числе FeO 0,3; SiO находится в фазе β-кристобалита с размерами кристаллов: диаметр 6, длина 100 нм, образующие конгломераты с размером 0,1-0,5 мкм; углерод является аморфным углеподобным веществом с размером частиц 5-10 нм, удельная поверхность полученного композиционного порошка 290 м/г. Базовый порошок состоит из равномерно обгоревших частиц лузги.
2
2
3
2
2
5. Обжиг лузги ведут при 380°С; выдерживают с перемешиванием 25 мин. Получают черный порошок, содержащий, мас.%: SiO 26, С 66, примеси оксидов 5,0, в том числе FeO 0,3; SiO находится в фазе β-кристобалита с размерами кристаллов: диаметр 6, длина 100 нм, образующие конгломераты с размером 0,1-0,5 мкм; углерод является аморфным углеподобным веществом с размером частиц 5-10 нм, удельная поверхность полученного композиционного порошка 290 м/г. Базовый порошок состоит из равномерно обгоревших частиц лузги.
2
2
3
2
2
6. Обжиг лузги ведут при 380°С; выдерживают с перемешиванием 30 мин. Получают черный порошок, содержащий, мас.%: SiO 28, С 64, примеси оксидов 5,0, в том числе FeO 0,3; SiO находится в фазе β-кристобалита с размерами кристаллов: диаметр 6, длина 100 нм, образующие конгломераты с размером 0,1-0,5 мкм; углерод является аморфным углеподобным веществом с размером частиц 5-10 нм, удельная поверхность полученного композиционного порошка 270 м/г. Базовый порошок состоит из равномерно обгоревших частиц лузги.
2
2
3
2
2
7. Обжиг лузги ведут при 380°С; выдерживают с перемешиванием 40 мин. Получают черный порошок, содержащий, мас.%: SiO 28, С 64, примеси оксидов 5,0, в том числе FeO 0,3; SiO находится в фазе β-кристобалита с размерами кристаллов: диаметр 6, длина 100 нм, образующие конгломераты с размером 0,1-0,5 мкм; углерод является аморфным углеподобным веществом с размером частиц 5-10 нм, удельная поверхность полученного композиционного порошка 270 м/г. Базовый порошок состоит из равномерно обгоревших частиц лузги.
2
2
3
2
2
8. Обжиг лузги ведут при 400°С; выдерживают с перемешиванием 20 мин. Получают черный порошок, содержащий, мас.%: SiO 26, С 66, примеси оксидов 4,0, в том числе FeO 0,2; SiO находится в фазе β-кристобалита с размерами кристаллов: диаметр 6, длина 100 нм, образующие конгломераты с размером 0,1-0,5 мкм; углерод является аморфным углеподобным веществом с размером частиц 5-10 нм, удельная поверхность полученного композиционного порошка 280 м/г. Базовый порошок состоит из равномерно обгоревших частиц лузги.
2
2
3
2
2
9. Обжиг лузги ведут при 400°С; выдерживают с перемешиванием 30 мин. Получают черный порошок, содержащий, мас.%: SiO 30, С 62, примеси оксидов 4,0, в том числе FeO 0,2; SiO находится в фазе β-кристобалита с размерами кристаллов: диаметр 6, длина 100 нм, образующие конгломераты с размером 0,1-0,5 мкм; углерод является аморфным углеподобным веществом с размером частиц 5-10 нм, удельная поверхность полученного композиционного порошка 260 м/г. Базовый порошок состоит из равномерно обгоревших частиц лузги.
2
2
3
2
2
10. Обжиг лузги ведут при 450°С; выдерживают с перемешиванием 20 минут. Получают черный порошок, содержащий SiO 37, С 61, примеси оксидов 4,0, в том числе FeO 0,2; SiO находится в фазе β-кристобалита с размерами кристаллов: диаметр 6, длина 100 нм, образующие конгломераты с размером 0,1-0,5 мкм; углерод является аморфным углеподобным веществом с размером частиц 5-10 нм, удельная поверхность полученного композиционного порошка 290 м/г. Базовый порошок состоит из равномерно обгоревших частиц лузги.
2
2
3
2
2
11. Обжиг лузги ведут при 450°С; выдерживают с перемешиванием 30 мин. Получают черный порошок, содержащий, мас.%: SiO 40, С 58, примеси оксидов 4,0, в том числе FeO 0,2; SiO находится в фазе β-кристобалита с размерами кристаллов: диаметр 6, длина 100 нм, образующие конгломераты с размером 0,1-0,5 мкм; углерод является аморфным углеподобным веществом с размером частиц 5-10 нм, удельная поверхность полученного композиционного порошка 220 м/г. Базовый порошок состоит из равномерно обгоревших частиц лузги.
2
2
3
2
2
12. Обжиг лузги ведут при 490°С; выдерживают с перемешиванием 10 мин. Получают черный порошок, содержащий, мас.%: SiO 55, С 39, примеси оксидов 4,0, в том числе FeO 0,2; SiO находится в фазе β-кристобалита с размерами кристаллов: диаметр 6, длина 100 нм, образующие конгломераты с размером 0,1-0,5 мкм; углерод является аморфным углеподобным веществом с размером частиц 5-10 нм, удельная поверхность полученного композиционного порошка 200 м/г. Базовый порошок состоит из равномерно обгоревших частиц лузги.
2
2
3
2
2
13. Обжиг лузги ведут при 490°С; выдерживают с перемешиванием 20 минут. Получают черный порошок, содержащий, мас.%: SiO 61, С 35, примеси оксидов 4,0, в том числе FeO 0,2; SiO находится в фазе β-кристобалита с размерами кристаллов: диаметр 6, длина 100 нм, образующие конгломераты с размером 0,1-0,5 мкм; углерод является аморфным углеподобным веществом с размером частиц 5-10 нм, удельная поверхность полученного композиционного порошка 200 м/г. Базовый порошок состоит из равномерно обгоревших частиц лузги.
2
2
3
2
2
14. Обжиг лузги ведут при 490°С; выдерживают с перемешиванием 25 мин. Получают черный порошок, содержащий, мас.%: SiO 66, С 30, примеси оксидов 4,0, в том числе FeO 0,2; SiO находится в фазе β-кристобалита с размерами кристаллов: диаметр 6, длина 100 нм, образующие конгломераты с размером 0,1-0,5 мкм; углерод является аморфным углеподобным веществом с размером частиц 5-10 нм, удельная поверхность полученного композиционного порошка 190 м/г. Базовый порошок состоит из равномерно обгоревших частиц лузги.
2
2
3
2
2
15. Обжиг лузги ведут при 490°С; выдерживают с перемешиванием 30 мин. Получают черный порошок, содержащий, мас.%: SiO 68, С 28, примеси оксидов 4,0, в том числе FeO 0,2%; SiO находится в фазе β-кристобалита с размерами кристаллов: диаметр 6, длина 100 нм, образующие конгломераты с размером 0,1-0,5 мкм; углерод является аморфным углеподобным веществом с размером частиц 5-10 нм, удельная поверхность полученного композиционного порошка 180 м/г. Базовый порошок состоит из равномерно обгоревших частиц лузги.
2
2
3
2
2
16. Обжиг лузги ведут при 490°С; выдерживают с перемешиванием 40 минут. Получают черный порошок, содержащий, мас.%: SiO 68, С 28, примеси оксидов 4,0, в том числе FeO 0,2; SiO находится в фазе β-кристобалита с размерами кристаллов: диаметр 6, длина 100 нм, образующие конгломераты с размером 0,1-0,5 мкм; углерод является аморфным углеподобным веществом с размером частиц 5-10 нм, удельная поверхность полученного композиционного порошка 180 м/г. Базовый порошок состоит из равномерно обгоревших частиц лузги.
2
2
3
2
2
17. Обжиг лузги ведут при 500°С; выдерживают с перемешиванием 10 минут. Получают темно-серый порошок, содержащий, мас.%: SiO 68, С 28, примеси оксидов 3,8, в том числе FeO 0,25; SiO находится в фазе β-кристобалита с размерами кристаллов: диаметр 6, длина 100 нм, образующие конгломераты с размером 0,1-0,5 мкм; углерод содержится в угле и является аморфным с размером частиц 5-10 нм, удельная поверхность полученного композиционного порошка 170 м/г. Базовый порошок состоит из равномерно обгоревших частиц лузги.
2
2
3
2
2
18. Обжиг лузги ведут при 500°С; выдерживают с перемешиванием 20 минут. Получают серый порошок, содержащий, мас.%: SiO 68,8, С 27, примеси оксидов 3,8, в том числе FeO 0,25; SiO находится в фазе β-кристобалита с размерами кристаллов: диаметр 6, длина 100 нм, образующие конгломераты с размером 0,1-0,5 мкм; углерод содержится в угле и является аморфным с размером частиц 5-10 нм, удельная поверхность полученного композиционного порошка 190 м/г. Базовый порошок состоит из равномерно обгоревших частиц лузги.
2
2
3
2
2
19. Обжиг лузги ведут при 500°С; выдерживают с перемешиванием 25 минут. Получают серый порошок, содержащий, мас.%: SiO 70,2, С 26, примеси оксидов 3,8, в том числе FeO 0,25; SiO находится в фазе β-кристобалита с размерами кристаллов: диаметр 6, длина 100 нм, образующие конгломераты с размером 0,1-0,5 мкм; углерод содержится в угле и является аморфным с размером частиц 5-10 нм, удельная поверхность полученного композиционного порошка 180 м/г. Базовый порошок состоит из равномерно обгоревших частиц лузги.
2
2
3
2
2
20. Обжиг лузги ведут при 500°С; выдерживают с перемешиванием 30 минут. Получают серый порошок, содержащий, мас.%: SiO 74,0, С 24, примеси оксидов 3,8, в том числе FeO 0,25; SiO находится в фазе β-кристобалита с размерами кристаллов: диаметр 6, длина 100 нм, образующие конгломераты с размером 0,1-0,5 мкм; углерод содержится в угле и является аморфным с размером частиц 5-10 нм, удельная поверхность полученного композиционного порошка 170 м/г. Базовый порошок состоит из равномерно обгоревших частиц лузги.
2
2
3
2
2
21. Обжиг лузги ведут при 500°С; выдерживают с перемешиванием 40 минут. Получают серый порошок, содержащий, мас.%: SiO 74,0, С 24, примеси оксидов 3,8, в том числе FeO 0,25; SiO находится в фазе β-кристобалита с размерами кристаллов: диаметр 6, длина 100 нм, образующие конгломераты с размером 0,1-0,5 мкм; углерод содержится в угле и является аморфным с размером частиц 5-10 нм, удельная поверхность полученного композиционного порошка 170 м/г. Базовый порошок состоит из равномерно обгоревших частиц лузги.
2
2
3
2
2
22. Обжиг лузги ведут при 600°С; выдерживают с перемешиванием 20 минут. Получают серый порошок, содержащий, мас.%: SiO 86,3, С 14, примеси оксидов 3,7, в том числе FeO 0,27; SiO находится в фазе β-кристобалита с размерами кристаллов; диаметр 6, длина 100 нм, образующие конгломераты с размером 0,1-0,5 мкм; углерод содержится в угле и является аморфным с размером частиц 5-10 нм, удельная поверхность полученного композиционного порошка 190 м/г. Базовый порошок состоит из равномерно обгоревших частиц лузги.
2
2
3
2
2
23. Обжиг лузги ведут при 600°С; выдерживают с перемешиванием 30 минут. Получают серый порошок, содержащий, мас.%: SiO 84,3, С 10, примеси оксидов 3,7, в том числе FeO 0,27; SiO находится в фазе β-кристобалита с размерами кристаллов: диаметр 6, длина 100 нм, образующие конгломераты с размером 0,1-0,5 мкм; углерод содержится в угле и является аморфным с размером частиц 5-10 нм, удельная поверхность полученного композиционного порошка 170 м/г. Базовый порошок состоит из равномерно обгоревших частиц лузги.
2
2
3
2
2
24. Обжиг лузги ведут при 690°С; выдерживают с перемешиванием 10 минут. Получают серый порошок, содержащий, мас.%: SiO 81,4, С 9, примеси оксидов 3,6, в том числе FeO 0,27; SiO находится в фазе β-кристобалита с размерами кристаллов: диаметр 6, длина 100 нм, образующие конгломераты с размером 0,1-0,5 мкм; углерод содержится в угле и является аморфным с размером частиц 5-10 нм, удельная поверхность полученного композиционного порошка 180 м/г. Базовый порошок состоит из равномерно обгоревших частиц лузги.
2
2
3
2
2
25. Обжиг лузги ведут при 690°С; выдерживают с перемешиванием 20 минут. Получают серый порошок, содержащий, мас.%: SiO 88, С 8, примеси оксидов 3,6, в том числе FeO 0,27; SiO находится в фазе β-кристобалита с размерами кристаллов: диаметр 6, длина 100 нм, образующие конгломераты с размером 0,1-0,5 мкм; углерод содержится в угле и является аморфным с размером частиц 5-10 нм, удельная поверхность полученного композиционного порошка 170 м/г. Базовый порошок состоит из равномерно обгоревших частиц лузги.
2
2
3
2
2
26. Обжиг лузги ведут при 690°С; выдерживают с перемешиванием 30 минут. Получают серый порошок, содержащий, мас.%: SiO 89,4, С 6, примеси оксидов 3,6, в том числе FeO 0,27; SiO находится в фазе β-кристобалита с размерами кристаллов: диаметр 6, длина 100 нм, образующие конгломераты с размером 0,1-0,5 мкм; углерод содержится в угле и является аморфным с размером частиц 5-10 нм, удельная поверхность полученного композиционного порошка 180 м/г. Базовый порошок состоит из равномерно обгоревших частиц лузги.
2
2
3
2
2
27. Обжиг лузги ведут при 690°С; выдерживают с перемешиванием 40 минут. Получают светло-серый порошок, содержащий, мас.%: SiO 89,4, С 6, примеси оксидов 3,6, в том числе FeO 0,27; SiO находится в фазе β-кристобалита с размерами кристаллов: диаметр 6, длина 100 нм, образующие конгломераты с размером 0,1-0,5 мкм; углерод содержится в угле и является аморфным с размером частиц 5-10 нм, удельная поверхность полученного композиционного порошка 180 м/г. Базовый порошок состоит из равномерно обгоревших частиц лузги.
2
2
3
2
2
2
28. Обжиг лузги ведут при 700°С; выдерживают с перемешиванием 10 минут. Получают серовато-белый порошок, содержащий, мас.%: SiO 91,4, С 5,5, примеси оксидов 3,6, в том числе FeO 0,28; SiO находится в фазе β-кристобалита с размерами кристаллов: диаметр 6, длина 100 нм, образующие конгломераты с размером 0,1-0,5 мкм; углерод находится в сажеподобном аморфном состоянии с размером частиц 5-10 нм. Удельная поверхность полученного базового порошка 160 м/г; порошок состоит в основном из белых частиц SiO с примесью частиц сажеподобного углерода.
2
2
3
2
2
2
29. Обжиг лузги ведут при 700°С; выдерживают с перемешиванием 20 минут. Получают белый порошок, содержащий, мас. %: SiO 91,5, С 5,0, примеси оксидов 3,6, в том числе FeO 0,28; SiO находится в фазе β-кристобалита с размерами кристаллов: диаметр 6, длина 100 нм, образующие конгломераты с размером 0,1-0,5 мкм; углерод находится в сажеподобном аморфном состоянии с размером частиц 5-10 нм. Удельная поверхность полученного базового порошка 160 м/г; порошок состоит в основном из белых частиц SiO с примесью черных частиц сажеподобного углерода.
2
2
3
2
2
30. Обжиг лузги ведут при 700°С; выдерживают с перемешиванием 30 минут. Получают белый порошок, содержащий, мас.%: SiO 92,0, С 3,0, примеси оксидов 3,6, в том числе FeO 0,28; SiO находится в фазе β-кристобалита с размерами кристаллов: диаметр 6, длина 100 нм, образующие конгломераты с размером 0,1-0,5 мкм; углерод находится в сажеподобном аморфным состоянии с размером частиц 5-10 нм. Удельная поверхность полученного базового порошка 170 м/г; порошок состоит в основном из белого диоксида кремния с включениями черных частиц сажеподобного углерода.
2
2
3
2
2
31. Обжиг лузги ведут при 700°С; выдерживают с перемешиванием 40 минут. Получают белый порошок, содержащий, мас.%: SiO 93,0, С 3,0, примеси оксидов 3,6, в том числе FeO 0,28; SiO находится в фазе β-кристобалита с размерами кристаллов: диаметр 6, длина 100 нм, образующие конгломераты с размером 0,1-0,5 мкм; углерод находится в сажеподобном аморфным состоянии с размером частиц 5-10 нм. Удельная поверхность полученного базового порошка 170 м/г; порошок состоит в основном из белого диоксида кремния с включениями черных частиц сажеподобного углерода.
2
2
3
2
2
2
32. Обжиг лузги ведут при 800°С; выдерживают с перемешиванием 10 минут. Получают белый порошок, содержащий, мас.%: SiO 95,0, С 1,0, примеси оксидов 3,5, в том числе FeO 0,3; SiO находится в фазе β-кристобалита с размерами кристаллов: диаметр 6, длина 100 нм, образующие конгломераты с размером 0,1-0,5 мкм; углерод находится в виде сажеподобного аморфного вещества с размером частиц 5-10 нм. Удельная поверхность полученного базового порошка 160 м/г; порошок состоит практически из белого SiO с включениями черных частиц сажеподобного углерода.
2
2
3
2
2
2
33. Обжиг лузги ведут при 800°С; выдерживают с перемешиванием 20 минут. Получают белый порошок, содержащий, мас.%: SiO 96,0, С 0,8, примеси оксидов 3,5, в том числе FeO 0,3; SiO находится в фазе β-кристобалита с размерами кристаллов: диаметр 6, длина 100 нм, образующие конгломераты с размером 0,1-0,5 мкм; углерод находится в виде сажеподобного аморфного вещества с размером частиц 5-10 нм. Удельная поверхность полученного базового порошка 160 м/г; порошок состоит практически из белого SiO с включениями черных частиц сажеподобного углерода.
2
2
3
2
2
2
34. Обжиг лузги ведут при 800°С; выдерживают с перемешиванием 30 минут. Получают белый порошок, содержащий, мас.%: SiO 98,0, С 0,5, примеси оксидов 3,5, в том числе FeO 0,3; SiO находится в фазе β-кристобалита с размерами кристаллов: диаметр 6, длина 100 нм, образующие конгломераты с размером 0,1-0,5 мкм; углерод находится в виде сажеподобного аморфного вещества с размером частиц 5-10 нм. Удельная поверхность полученного базового порошка 150 м/г; порошок состоит практически из белого SiO с включениями черных частиц сажеподобного углерода.
2
2
3
2
2
2
35. Обжиг лузги ведут при 800°С; выдерживают с перемешиванием 40 минут. Получают белый порошок, содержащий, мас.%: SiO 98,0, С 0,5, примеси оксидов 3,5, в том числе FeO 0,3; SiO находится в фазе β-кристобалита с размерами кристаллов: диаметр 6, длина 100 нм, образующие конгломераты с размером 0,1-0,5 мкм; углерод находится в виде сажеподобного аморфного вещества с размером частиц 5-10 нм. Удельная поверхность полученного базового порошка 150 м/г; порошок состоит практически из белого SiO с включениями черных частиц сажеподобного углерода.
2
2
3
2
2
2
3
2
Согласно полученным результатам, ориентируясь на высокую удельную поверхность и высокое содержание диоксида кремния, приемлемыми режимами получения черного порошка типа «а» следует считать опыты №№4-15 - температура обжига 380-490°С, выдержка при заданной температуре 20-30 минут. Получают порошок состава, мас.%: SiO(26-66)+С(30-66)+FeO(0,2-0,3) + оксиды СаО, NaO, KO, MgO, AlO - остальное; удельная поверхность 190-290 м/г.
Таблица 1
Технологические режимы получения композиционногобазового порошка SiO<sub>2</sub>+C и его свойства
№опыта
Темпер. обжига, °С
Выдержка, мин
Сод. С,%
Вид углеродной фазы; содерж. прим. оксидов (в т.ч. Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>), мас.%
Сод. SiO<sub>2</sub>, %
Удельная поверхность, м<sup>2</sup>/г
1
300
25
80
Много недогоревших частиц лузги; 5,5 (0,4)
15,5
200
2
350
25
70
То же; 5,0 (0,4)
22
220
3
380
10
68
Встречаются жесткие недогоревшие частицы лузги; 5,0 (0,4)
24
260
4
380
20
66
Равномерно обугленные черные частицы лузги; 5,0 (0,3)
26
290
5
380
25
66
То же
26
290
6
380
30
64
То же
28
270
7
380
40
64
То же
28
270
8
400
20
66
Равномерно обугленные черные частицы лузги; 4,0 (0,2)
26
280
9
400
30
62
То же
30
260
10
450
20
61
Равномерно обугленные черные частицы лузги; 4,0 (0,2)
37
290
11
450
30
58
То же
40
220
12
490
10
39
Равномерно обугленные черные частицы лузги; 4,0 (0,2)
55
200
13
490
20
35
Равномерно обугленные черные частицы лузги; 4,0 (0,2)
61
200
14
490
25
30
То же
66
190
15
490
30
28
То же
68
180
16
490
40
28
То же
68
180
17
500
10
28
Равномерно темно-серый порош; 3,8 (0,25)
68
170
18
500
20
27
То же
68,8
190
19
500
25
26
То же
70,2
180
20
500
30
24
То же
74,0
170
21
500
40
24
То же
74,0
170
22
600
20
14
Светло-серый порошок; 3,7 (0,27)
86,3
190
23
600
30
10
То же
84,3
170
24
690
10
9
Светло-серый пор. с включениями черных частиц; 3,6 (0,27)
81,4
180
25
690
20
8
То же
88,0
170
26
690
30
6
То же
89,4
180
27
690
40
6
То же
89,4
180
28
700
10
5,5
Серо-белый пор. с включ. черн. частиц; 3,6 (0,28)
91,4
160
29
700
20
5
То же
91,5
160
30
700
30
3
То же
92,0
170
31
700
40
3
То же
93,0
170
Продолжение таблицы 1
№опыта
Температура обжига, °С
Выдержка, мин
Сод. С, %
Вид углеродной фазы; содерж. примесей окс. (в т.ч. Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>), мас.%
Сод.SiO<sub>2</sub>, %
Удельн.Поверхность, м<sup>2</sup>/г
32
800
10
1,0
Бежево-белый порошок с включ. черных частиц; 3,5 (0,3).
95
160
33
800
20
0,8
Бежево-белый порошок с редкими включ. черных частиц; 3,5 (0,3)
96
160
34
800
30
0,5
Бежево-белый порошок; 3,5 (0,3).
98
150
35
800
40
0,5
То же
98
150
2
2
3
2
2
2
3
2
Оптимальными режимами получения серого порошка типа «б» следует считать опыты №№18-26 - температура 500-690°С, выдержка 20-30 минут; получают порошок состава, мас.%: SiO(68,8-88,0)+C(6-27)+FeO(0,25-0,2) + оксиды CaO, NaO, KO, MqO, AlO - остальное; удельная поверхность 180-190 м/г.
2
2
3
2
2
2
3
2
Оптимальными режимами получения белого порошка типа «в» следует считать №30-33 - температура 700-800°С, выдержка 20-30 мин.; получают порошок состава, мас.%: SiO(92-98)+С(0,5-3,0)+FeO(0,28-0,3) + оксиды CaO, NaO, KO, MqO, AlO - остальное; удельная поверхность 150-170 м/г.
Б. Опыты по получению каучуксодержащего экстракта
1. Берут, например, сырые корни одуванчика (или кок-сагыза, василька, крым-сагыза, тау-сагыза), вливают однопроцентный водный раствор серной кислоты в соотношении жидкость: твердое = 5:1, кипятят в течение 10 минут. Получают экстракт, содержащий каучук в количестве 5 мас.%, см. табл. 2. Если берут сухие корни, то соотношение жидкость: твердое = 7:1.
2. Опыт ведут, как в п.1, но кипятят в течение 20 минут. Получают экстракт с 8% каучука.
3. Опыт ведут, как в п.1, но кипятят в течение 30 минут. Получают экстракт с 10% каучука.
4. Опыт ведут, как в п.1, но кипятят в течение 45 минут. Получают экстракт с 12% каучука.
5. Опыт ведут, как в п.1, но кипятят в течение 60 минут. Получают экстракт с 14% каучука.
6. Опыт ведут, как в п.1, но концентрация серной кислоты составляет 2% и кипятят в течение 10 минут. Получают экстракт с 8% каучука.
7. Опыт ведут, как в п.6, но кипятят в течение 20 минут. Получают экстракт с 11% каучука.
8. Опыт ведут, как в п.6, но кипятят в течение 30 минут. Получают экстракт с 13% каучука.
9. Опыт ведут, как в п.6, но кипятят в течение 45 минут. Получают экстракт с 15% каучука.
10. Опыт ведут, как в п.6, но кипятят в течение 60 минут. Получают экстракт с 15% каучука.
11. Опыт ведут, как в п.1, но концентрация серной кислоты составляет 3% и кипятят в течение 10 минут. Получают экстракт с 10% каучука.
12. Опыт ведут, как в п.11, но кипятят в течение 20 минут. Получают экстракт с 12% каучука.
13. Опыт ведут, как в п.11, но кипятят в течение 30 минут. Получают экстракт с 14% каучука.
14. Опыт ведут, как в п.11, но кипятят в течение 45 минут. Получают экстракт с 15% каучука.
15. Опыт ведут, как в п.11, но кипятят в течение 60 минут. Получают экстракт с 15% каучука.
16. Опыт ведут, как в п.1, но концентрация серной кислоты составляет 5% и кипятят в течение 10 минут. Получают экстракт с 12% каучука.
17. Опыт ведут, как в п.16, но кипятят в течение 20 минут. Получают экстракт с 14% каучука.
18. Опыт ведут, как в п.16, но кипятят в течение 30 минут. Получают экстракт с 15% каучука.
19. Опыт ведут, как в п.16, но кипятят в течение 45 минут. Получают экстракт с 15% каучука.
20. Опыт ведут, как в п.16, но кипятят в течение 60 минут. Получают экстракт с 15% каучука.
Из представленных результатов следует, что оптимальными режимами приготовления экстракта являются опыты №9, 13, 14 - концентрация кислоты 2-3%, продолжительность кипячения 30-45 минут; получают экстракт с 14-15% каучука. В дальнейших опытах применяют экстракт с 15% каучука.
Таблица 2
Технологические параметры экстрагирования и содержание каучука в экстракте
№опыта
Концентрация H<sub>2</sub>SO<sub>4</sub> в воде, %
Продолжит. кипения, мин
Сод. каучука в экстракте, %
1
1
10
5
2
1
20
8
3
1
30
10
4
1
45
12
5
1
60
14
6
2
10
8
7
2
20
11
8
2
30
13
9
2
45
15
10
2
60
15
11
3
10
10
12
3
20
12
13
3
30
14
14
3
45
15
15
5
60
15
16
5
10
12
17
5
20
14
18
5
30
15
19
5
45
15
20
5
60
15
2
В. Приготовление наполнителя (композиционного природно-гомогенного непылящего порошка SiO+С + каучук).
2
2
В нижеследующих четырех опытах используют базовый порошок типа «а» состава, мас.%: SiO 26 + С 66; удельная поверхность 290 м/г (опыт №4, табл.1).
2
3
2
2
2
3
2
2
2
3
1. Берут указанный базовый порошок, приливают экстракт с 15% каучука в количестве 50 г на 100 г порошка, высушивают на воздухе при 120-130°С при постоянном перемешивании, протирают через сито 014. На порошок равномерно осаждаются каучук и сера (в составе SO, SO), связывая все частицы углерода и SiO; поэтому плакированный порошок не пылит. Получают природно-гомогенную порошковую композицию состава, мас.%: SiO - 26; С - 6; примеси FeO - 0,4; примеси оксидов CaO, NaO, KO, MqO, AlO - остальное и сверх 100% каучук - 1,4, S - 0,04. См. табл.3.
2
2. Подготовку и проведение опыта выполняют, как в п.1, а экстракт приливают в количестве 100 г на 100 г порошка. Получают композиционный непылящий порошок с содержанием, мас.%: SiO 26, С 66, примеси указанных выше оксидов в том же количестве и сверх 100% каучук - 3,0, S - 0,085. См. табл.3.
2
3. Подготовку и проведение опыта выполняют как в п.1, а экстракт приливают в количестве 150 г на 100 г порошка. Получают композиционный непылящий порошок с содержанием, мас.%: SiO 26, С 66, примеси указанных выше оксидов в том же количестве и сверх 100% каучук - 5,4, сера - 0,12.
2
4. Подготовку опыта и процесс ведут, как в п.1, а экстракт приливают в количестве 200 г на 100 г порошка. Получают композиционный непылящий порошок с содержанием, мас.%: SiO 26, С 66, примеси указанных выше оксидов в том же количестве и сверх 100% каучук 6,8 и сера 0,16.
2
2
3
2
2
2
3
2
В нижеследующих четырех опытах используют базовый порошок типа «а» состава, мас.%: SiO 37, С 61, примеси FeO 0,2, оксиды СаО, NaO, КО, MqO, AlO - остальное; удельная поверхность 290 м/г.
2
5. Берут указанный базовый порошок, приливают экстракт с содержанием каучука 15% в количестве 50 г на 100 г порошка, высушивают на воздухе при 120-130°С при постоянном перемешивании, протирают через сито 014. Получают композиционный непылящий порошок состава, мас.%: SiO 37, С 61, примеси указанных выше оксидов в том же количестве и сверх 100% каучук - 2, сера - 0,055.
2
6. Подготовку опыта и процесс выполняют, как в п.5, а экстракт приливают в количестве 100 г на 100 г порошка. Получают композиционный непылящий порошок состава, мас.%: SiO 37, С 61, примеси оксиды указанных выше оксидов в том же количестве и сверх 100% каучук - 4, сера - 0,11.
2
7. Подготовку опыта и процесс ведут, как в п.5, а экстракт приливают в количестве 150 г на 100 г порошка. Получают композиционный непылящий порошок состава, мас.%: SiO - 37, С - 61, примеси оксиды указанных выше оксидов в том же количестве и сверх 100% каучук - 6, сера - 0,16.
2
8. Подготовку опыта и процесс ведут как в п.5, а экстракт приливают в количестве 200 г на 100 г порошка. Получают композиционный непылящий порошок состава, мас.%: SiO 37, С 61, примеси указанных выше оксидов в том же количестве и сверх 100% каучук - 8, сера - 0,2.
2
2
3
2
2
2
3
2
В нижеследующих четырех опытах используют базовый порошок типа «а» состава, мас.%: SiO 61, С 35, примеси: FeO 0,2, оксиды СаО, NaO, KO, MgO, AlO - остальное; удельная поверхность 200 м/г.
2
9. Берут указанный базовый порошок, приливают экстракт, содержащий 15% каучука в количестве 50 г на 100 г порошка, высушивают на воздухе при 120-130°С при постоянном перемешивании, протирают через сито 014. Получают композиционный непылящий порошок состава, мас.%: SiO 61, С 35, примеси указанных выше оксидов в том же количестве и сверх 100% каучук - 2, сера - 0,06.
2
10. Подготовку и проведение опыта выполняют, как в п.9, а экстракт приливают в количестве 100 г на 100 г порошка. Получают композиционный непылящий порошок состава, мас.%: SiO 61, С 35, примеси указанных выше оксидов в том же количестве и сверх 100% каучук - 4, сера - 0,12.
2
11. Подготовку опыта и процесс ведут, как в п.9, а экстракт приливают в количестве 150 г на 100 г порошка. Получают композиционный непылящий порошок состава, мас.%: SiO 61, С 35, примеси указанных выше оксидов в том же количестве и сверх 100% каучук - 5,8, сера - 0,16.
2
12. Подготовку опыта и процесс ведут, как в п.9, а экстракт приливают в количестве 200 г на 100 г порошка. Получают композиционный непылящий порошок состава, мас.%: SiO 61, С 35, примеси указанных выше оксидов в том же количестве и сверх 100% каучук - 7,0, сера - 0,2.
2
2
3
2
2
2
3
2
В нижеследующих четырех опытах используют базовый порошок типа «б» состава, мас.%: SiO 74, С 24, примеси: FeO 0,25, оксиды СаО, NaO, КО, MgO, AlO - остальное; удельная поверхность 170 м/г.
2
13. Берут указанный базовый порошок, приливают экстракт, содержащий 15% каучука в количестве 50 г на 100 г порошка, высушивают на воздухе при 120-130°С при постоянном перемешивании, протирают через сито 014. Получают композиционный непылящий порошок состава, мас.%: SiO 74, С 24, примеси указанных выше оксидов в том же количестве и сверх 100% каучук - 1,5, сера - 0,06.
2
14. Подготовку и выполнение опыта выполняют, как в п.13, а экстракт приливают в количестве 100 г на 100 г порошка. Получают композиционный непылящий порошок состава, мас.%: SiO 74, С 24, примеси указанных выше оксидов в том же количестве и сверх 100% каучук - 2,0 сера - 0,08.
2
15. Подготовку опыта и процесс ведут, как в п.13, а экстракт приливают в количестве 150 г на 100 г порошка. Получают композиционный непылящий порошок состава, мас.%: SiO 74, С 24, примеси указанных выше оксидов в том же количестве и сверх 100% каучук - 3,0, сера - 0,13.
2
16. Подготовку опыта и процесс ведут, как в п.13, а экстракт приливают в количестве 200 г на 100 г порошка. Получают композиционный непылящий порошок состава, мас.%: SiO 74, С 24, примеси указанных выше оксидов в том же количестве и сверх 100% каучук - 3,0, сера - 0,13.
2
2
3
2
2
2
3
2
В нижеследующих четырех опытах используют базовый порошок типа «б» состава, мас.%: SiO 84,3, С 10, примеси: FeO - 0,27, оксиды CaO, NaO, KO, MgO, AlO - остальное; удельная поверхность 170 м/г.
2
17. Берут указанный базовый порошок, приливают экстракт, содержащий 15% каучука в количестве 50 г на 100 г порошка, высушивают на воздухе при 120-130°С при постоянном перемешивании, протирают через сито 014. Получают композиционный непылящий порошок состава, мас.%: SiO 84,3, С 10, примеси указанных выше оксидов в том же количестве и сверх 100% каучук - 1,5, сера - 0,08.
2
18. Подготовку опыта и процесс ведут, как в п.17, а экстракт приливают в количестве 100 г на 100 г порошка. Получают композиционный непылящий порошок состава, мас.%: SiO 84,3, С 10, примеси указанных выше оксидов в том же количестве и сверх 100% каучук - 2,0, сера - 0,12.
2
19. Подготовку опыта и процесс ведут, как в п.17, а экстракт приливают в количестве 150 г на 100 г порошка. Получают композиционный непылящий порошок состава, мас.%: SiO 84,3, С 10, примеси указанных выше оксидов в том же количестве и сверх 100% каучук - 3,0, сера - 0,16.
2
20. Подготовку опыта и процесс ведут, как в п.17, а экстракт приливают в количестве 200 г на 100 г порошка. Получают композиционный непылящий порошок состава, мас.%: SiO 84,3, С 10, примеси указанных выше оксидов в том же количестве и сверх 100% каучук - 4,0, сера - 0,24.
2
2
3
2
2
2
3
2
В нижеследующих четырех опытах используют базовый порошок типа «б» состава, мас.%: SiO 89,4, С 6, примесь FeO 0,27, примеси оксидов CaO, NaO, KO, MgO, AlO - остальное; удельная поверхность 180 м/г.
2
2
3
2
2
2
3
21. Берут указанный базовый порошок, приливают экстракт, содержащий 15% каучука в количестве 50 г на 100 г порошка, высушивают на воздухе при 120-130°С при постоянном перемешивании, протирают через сито 014. Получают композиционный непылящий порошок состава, мас.%: SiO 89,4, С 6, примесь FeO 0,27, примеси оксидов CaO, NaO, КО, MgO, AlO - остальное и сверх 100% каучук - 1,3, сера - 0,06.
2
2
3
2
2
2
3
22. Подготовку опыта и процесс ведут, как в п.21, а экстракт приливают в количестве 100 г на 100 г порошка. Получают композиционный непылящий порошок состава, мас.%: SiO 89,4, С 6, примесь FeO - 0,27, примеси оксидов CaO, NaO, KO, MgO, AlO - остальное и сверх 100% каучук - 2,6, сера - 0,12.
2
2
3
2
2
2
3
23. Подготовку опыта и процесс ведут, как в п.21, а экстракт приливают в количестве 150 г на 100 г порошка. Получают композиционный непылящий порошок состава, мас.%: SiO 89,4, С 6, примесь FeO - 0,27, примеси оксидов CaO, NaO, KO, MgO, AlO - остальное и сверх 100% каучук - 2,6, сера - 0,12.
2
2
3
2
2
2
3
24. Подготовку опыта и процесс ведут, как в п.21, а экстракт приливают в количестве 200 г на 100 г порошка. Получают композиционный непылящий порошок состава, мас.%: SiO 89,4, С 6, примесь FeO - 0,27, примеси оксидов CaO, NaO, KO, MgO, AlO- остальное и сверх 100% каучук - 5,1, сера - 0,22.
2
2
3
2
2
2
3
2
В нижеследующих четырех опытах используют базовый порошок типа «в» состава, мас.%: SiO 92, С 3, примесь FeO 0,28, примеси оксидов CaO, NaO, KO, MgO, AlO - остальное; удельная поверхность 170 м/г.
2
2
3
2
2
2
3
25. Берут указанный базовый порошок, приливают экстракт, содержащий 15% каучука в количестве 50 г на 100 г порошка, высушивают на воздухе при 120-130°С при постоянном перемешивании, протирают через сито 014. Получают композиционный непылящий порошок состава, мас.%: SiO 92, С 3, примесь FeO 0,28, примеси оксидов CaO, NaO, KO, MgO, AlO - остальное и сверх 100% каучук 0,9, сера - 0,04.
2
2
3
2
2
2
3
26. Подготовку опыта и процесс ведут, как в п.25, а экстракт приливают в количестве 100 г на 100 г порошка. Получают композиционный непылящий порошок состава, мас.%: SiO 92, С 3, примесь FeO - 0,28, примеси оксидов CaO, NaO, KO, MgO, AlO - остальное и сверх 100% каучук - 1,8, сера - 0,08.
2
2
3
2
2
2
3
27. Подготовку опыта и процесс ведут, как в п.25, а экстракт приливают в количестве 150 г на 100 г порошка. Получают композиционный непылящий порошок состава, мас.%: SiO 92, С 3, примесь FeO- 0,28, примеси оксидов CaO, NaO, КО, MgO, AlO - остальное и сверх 100% каучук - 2,5, сера - 0,12.
2
2
3
2
2
2
3
28. Подготовку опыта и процесс ведут, как в п.25, а экстракт приливают в количестве 200 г на 100 г порошка. Получают композиционный непылящий порошок состава, мас.%: SiO 92, С 3, примесь FeO- 0,28, примеси оксидов CaO, NaO, КО, MgO, AlO - остальное и сверх 100% каучук - 3,5, сера - 0,15.
2
2
3
2
2
2
3
2
В нижеследующих четырех опытах используют базовый порошок типа «в» состава, мас.%: SiO 98, С 0,5, примесь FeO 0,3, примеси оксидов CaO, NaO, KO, MgO, AlO - остальное; удельная поверхность 150 м/г.
2
2
3
2
2
2
3
29. Берут указанный базовый порошок, приливают экстракт, содержащий 15% каучука в количестве 50 г на 100 г порошка, высушивают на воздухе при 120-130°С при постоянном перемешивании, протирают через сито 14. Получают композиционный непылящий порошок состава, мас.%: SiO 98, С 0,5, примесь FeO 0,3, примеси оксидов CaO, NaO, KO, MgO, AlO - остальное и сверх 100% каучук - 0,7, сера - 0,03.
2
2
3
2
2
2
3
30. Подготовку опыта и процесс ведут, как в п.29, а экстракт приливают в количестве 100 г на 100 г порошка. Получают композиционный непылящий порошок состава, мас.%: SiO 98, С 0,5, примесь FeO 0,3, примеси оксидов CaO, NaO, KO, MgO, AlO - остальное и сверх 100% каучук - 1,2, сера - 0,07.
2
2
3
2
2
2
3
31. Подготовку опыта и процесс ведут, как в п.29, а экстракт приливают в количестве 150 г на 100 г порошка. Получают композиционный непылящий порошок состава, мас.%: SiO - 98, С - 0,5, примесь FeO - 0,3, примеси оксидов CaO, NaO, KO, MgO, AlO - остальное и сверх 100% каучук - 1,8, сера - 0,07.
2
2
3
2
2
2
3
32. Подготовку опыта и процесс ведут, как в п.29, а экстракт приливают в количестве 200 г на 100 г порошка. Получают композиционный непылящий порошок состава, мас.%: SiO 98, С 0,5, примесь FeO 0,3, примеси оксидов CaO, NaO, KO, MgO, AlO - остальное и сверх 100% каучук - 2,1, сера - 0,09.
2
3
2
3
2
2
2
3
Из представленных результатов следует, что каучук осаждается в большей степени на порошках, имеющих большее количество углерода и удельной поверхности базового порошка; такая же зависимость наблюдается и с осаждением примеси серы (в составе SO, SO); дополнительного увеличения примеси FeO и оксидов CaO, NaO, KO, MgO, AlO не наблюдается (см. табл.3).
Таблица 3
Технологические параметры получения и состав наполнителя (композиционного природно-гомогенного непылящего порошка SiO<sub>2</sub>+C, плакированного каучуком)
Опыт
Базовый порошок, состав, %; температ.получ.,°С; уд. поверхн., м<sup>2</sup>/г
Колич. экстракта на 100 г порошка
Состав наполнителя, мас.% сверх 100%.
Каучук
Сера
1
SiO<sub>2</sub>26+C66; 380; 290 (опыт 4 табл.1)
50
1,4
0,04
2
То же
100
3,0
0,085
3
То же
150
5,4
0,12
4
То же
200
6,8
0,16
5
SiO<sub>2</sub>37+C61; 450; 290 (опыт 10 табл. 1)
50
2,0
0,055
6
То же
100
4,0
0,11
7
То же
150
6,0
0,16
8
То же
200
8,0
0,2
9
SiO<sub>2 </sub>61+C35; 490; 200 (опыт 13 табл. 1)
50
2,0
0,06
10
То же
100
4,0
0,12
11
То же
150
5,8
0,16
12
То же
200
7,0
0,20
13
SiO<sub>2 </sub>74,0+C24; 500; 170 (on.20 табл. 1)
50
1,5
0,06
14
То же
100
2,0
0,08
15
То же
150
3,0
0,13
16
То же
200
4,0
0,16
17
SiO<sub>2 </sub>84,3+C10; 600; 170 (оп.23 табл. 1)
50
1,5
0,08
18
То же
100
2,0
0,12
19
То же
150
3,0
0,16
20
То же
200
4,0
0,24
21
SiO<sub>28 </sub>9,4+C6; 690; 180 (опыт 26 табл. 1)
50
1,3
0,06
22
То же
100
2,6
0,12
23
То же
150
3,9
0,16
24
То же
200
5,1
0,22
25
SiO 92+C3; 700; 170 (опыт 30 табл. 1)
50
0,9
0,04
26
То же
100
1,8
0,08
27
То же
150
2,5
0,12
28
То же
200
3,5
0,15
29
SiO<sub>2 </sub>98,0+CO,5; 800; 150 (оп.34 табл.1)
50
0,7
0,03
30
То же
100
1,2
0,07
31
То же
150
1,8
0,07
32
То же
200
2,1
0,09
Г. Получение резин
Резиновые смеси готовят на основе каучука СКМС-ЗОАРК: базовый состав резиновой смеси, мас.ч.: каучук - 100, стеарин - 2, ZnO - 5, S-2 (далее обозначается БС - базовая смесь).
В первой контрольной группе резиновых смесей (оп.1-3, табл.4) добавляют стандартные наполнители в количестве 40 мас.ч.: технический углерод марки П-154; диоксид кремния марки БС-120; механическую смесь, указанных выше наполнителей П-154 50%+БС-120 50%.
Во второй контрольной группе смесей (опыты 4-11, табл.4) добавляют природно-гомогенный порошок из рисовой лузги без покрытия каучуком (условное обозначение ПРЛ) следующих составов, мас.%:
2
2
2
с порошками типа «a»: SiO26+C 66, условное обозначение (ПРЛ-26-66); SiO37+C 61 - (ПРЛ-37-61); SiO61+С 35 - (ПРЛ-61-35);
2
2
2
с порошками типа «б»: SiO74+С 24-(ПРЛ-74-24); SiO84,3+С 10-(ПРЛ-84-10); SiO89,4+С6 - (ПРЛ-89-6);
2
2
с порошками типа «в»: SiO92+С 3 - (ПРЛ-92-3); SiO98+С0,5 - (ПРЛ-98-0,5).
В третьей группе смесей (опыты 12-35) добавляют новый, патентуемый порошок ПРЛ с добавками каучука, мас.%:
2
2
2
с порошком типа «а»: SiO 26+С 66 + каучук 1,4, условное обозначение (ПРЛ-26-66-1,4); SiO 26+С 66 + каучук 3, условное обозначение (ПРЛ-26-66-3); SiO 26+С 66 + каучук 6,8, условное обозначение (ПРЛ-26-66-6,8);
2
2
2
с порошком типа «а»: SiO 37+С 61 + каучук 2 - (ПРЛ-37-61-2);, SiO 37+С61 + каучук 4 - (ПРЛ-37-61-4); SiO 37+С 61 + каучук 8 - (ПРЛ-37-61-8);
2
2
2
с порошком типа «а»: SiO 61+С35 + каучук 2 - (ПРЛ-61-35-2); SiO 61+С35 + каучук 4 - (ПРЛ-61-35-4); SiO 61+С35 + каучук 7 -(ПРЛ-61-35-7).
2
2
2
с порошком типа «б»: SiO 74+С24 + каучук 1,5 - (ПРЛ-74-24-1,5); SiO 74+С24 + каучук 3 - (ПРЛ-74-24-3); SiO 74 + С24 + каучук 4 -(ПРЛ-74-24-4);
2
2
2
с порошком типа «б»: SiO 84+С10 + каучук 1,5 - (ПРЛ-84-10-1,5); SiO 84+С10 + каучук 3 - (ПРЛ-84-10-3); SiO 84+С10 + каучук 4 - (ПРЛ-84-10-4);
2
2
2
с порошком типа «б»: SiO 89,4+С6 + каучук 1,3 - (ПРЛ-89-6-1,3); SiO 89,4+С6 + каучук 2,6 - (ПРЛ-89-6-2,6); SiO 89,4+С6 + каучук 5,1- (ПРЛ-89-6-5,1);
2
2
2
с порошком типа «в»: SiO 92+С3 + каучук 0,9 - (ПРЛ-92-3-0,9); SiO92+С3 + каучук 1,8 - (ПРЛ-92-3-1,8); SiO 92+С3 + каучук 3,5 - (ПРЛ-92-3-3,5);
2
2
2
с порошком типа «в»: SiO 98+С0,5 + каучук 0,7 - (ПРЛ-98-0,5-0,7); SiO 98+С0.5 + каучук 1,2 - (ПРЛ-98-0,5-1,2); SiO 98+С0.5 + каучук 2,1 - (ПРЛ-98-0,5-2,1);
Все наполнители вводят в количестве 40 мас.ч.
3
Резиновые смеси готовят на лабораторном смесителе ВН-4003А с объемом загрузки 1500 см при скорости вращения ротора 60 об/мин и продолжительности смешивания 10 минут; температура валков 50°С. Данный режим выдерживали для всех смесей, чтобы уровень деформации сдвига резиновой смеси был во всех случаях одинаковым; после замешивания определяли температуру смеси и по ней оценивали температуровыделение. Определение предела прочности и относительного удлинения при разрыве определяли по ГОСТ 270-75; определение истираемости - по ГОСТ 426-77 на установке МИ-2 при давлении 26 Н по шкурке П8Г44А8НМ; модуль внутреннего трения - по ГОСТ 10828-75. Результаты испытаний представлены в таблице 4.
Из анализа результатов следует, что введение каучука в патентуемые базовые порошки положительно влияет на все характеристики резин в сравнении с резинами, в которых аналогичные наполнители были без каучука.
2
А. Модуль внутреннего трения. 1) патентуемый наполнитель снижает модуль внутреннего трения в резинах (опыты №№12-26) по сравнению с резинами в которых использовались стандартные наполнители П-154, БС-120 (опыты №1, 2) с 4,1-4,8 до 1,6 МПа; 2) модуль снижается в резинах с патентуемым наполнителем (опыты №12-35) по сравнению с контрольным наполнителем (базовый порошок без покрытия каучуком, опыты №4-11) на 10-50%; 3) с увеличением содержания SiO в патентуемом наполнителе модуль внутреннего трения возрастает.
2
Б. Температуровыделение. 1) в резинах с патентуемым наполнителем температуровыделение при замесе резин снижается во всех смесях, например, в составе БС-ПРЛ-61-35 (опыт №6), с 74 до 58°С в составе БС-ПРЛ-61-35-7; в других составах снижение наблюдается на 6-13°С; 2) с увеличением содержания SiO в патентуемом наполнителе температуровыделение возрастает, но не превышает уровень контрольных наполнителей.
Таблица 4
Состав резиновых смесей и свойства резин
Опыт№
Резина, состав
Модуль внутр. трения, МПа
Температура смеси после замеса, °С
Предел  прочн. при раст., МПа
Удлинение, %
Истираемость,  м<sup>3</sup>/ТДж
1
БС+П-154
4,1
72
13,5
600
14
2
БС+БС-120
4,8
74
13,0
550
16
3
БС+(БС-120 50%+П-154 50%)
4,4
72
13,0
550
14
4
БС+ПРЛ-26-66
4,4
70
15,0
600
13
5
БС+ПРЛ-37-61
4,5
72
14,5
590
12
6
БС+ПРЛ-61-35
4,6
74
14,0
580
12
7
БС+ПРЛ-74-24
4,7
78
13,5
560
11
8
БС+ПРЛ-84-10
4,8
82
13,0
570
11
9
БС+ПРЛ-89-6
5,4
92
12,0
520
14
10
БС+ПРЛ-92-3
3,0
64
16,5
500
16
11
БС+ПРЛ-98-0,5
6,0
93
14,0
450
17
12
БС+ПРЛ-26-66-1,4
2,4
62
16,0
620
7
13
БС+ПРЛ-26-66-3
2,3
61
17,0
640
6
14
БС+ПРЛ-26-66-6,8
2,2
60
18,0
660
7
15
БС+ПРЛ-37-61-2
1,8
59
15,0
630
6
16
БС+ПРЛ-37-61-4
1,7
58
16,5
650
5
17
БС+ПРЛ-37-61-8
1,6
57
18,0
660
6
18
БС+ПРЛ-61-35-2
3,8
60
15,0
600
11
19
БС+ПРЛ-61-35-4
3,6
59
16,0
620
10
20
БС+ПРЛ-61-35-7
3,4
58
17,0
650
11
21
БС+ПРЛ-74-24-1,5
3,2
70
14,5
580
10
22
БС+ПРЛ-74-24-3
3,1
68
16,0
590
9
23
БС+ПРЛ-74-24-4
3,0
66
18,0
600
10
24
БС+ПРЛ-84-10-1,5
4,1
82
14,0
580
13
25
БС+ПРЛ-84-10-3
3,8
80
15,0
590
12
26
БС+ПРЛ-84-10-4
3,4
78
16,0
600
13
27
БС+ПРЛ-89-6-1,3
4,9
79
15,0
530
14
28
БС+ПРЛ-89-6-2,6
4,6
77
15,5
540
13
29
БС+ПРЛ-89-6-5,1
4,4
75
16,0
550
14
30
БС+ПРЛ-92-3-0,9
5,4
92
16,5
500
15
31
БС+ПРЛ-92-3-1,8
5,2
90
17,0
510
14
32
БС+ПРЛ-92-3-3,5
5,0
88
17,5
520
15
33
БС+ПРЛ-98-0,5-0,7
5,5
92
14,0
450
16
34
БС+ПРЛ-98-0,5-1,2
5,3
91
14,5
460
15
35
БС+ПРЛ-98-0,5-2,1
5,4
90
15,0
470
16
В. Предел прочности при растяжении. 1) в резинах с патентуемым наполнителем наблюдается повышение предела прочности, например, в составе БС-ПРЛ-26-66, с 15,0 до 18,0 МПа в составе БС-ПРЛ-26-66-6,8; в других составах увеличение происходит на 10-28%; 2) наибольший прирост прочности наблюдается в резинах, в которых наполнитель имел наибольшее количество каучукового покрытия (например, опыты №№12-14, 15-17, 27-29).
Г. Удлинение. 1) в резинах с патентуемым наполнителем наблюдается увеличение удлинения по сравнению с контрольными наполнителями, например, в составе БС-ПРЛ-61-35, с 580 до 650% в составе БС-ПРЛ-61-35-7; в других составах увеличение наблюдается на 8-21%; 2) удлинение снижается с уменьшением количества углерода в наполнителе (опыты №№33-35).
3
Д. Истираемость. В резинах с патентуемым наполнителем наблюдается уменьшение истираемости практически во всех составах резин, например в составе БС-ПРЛ-37-61, с 12 до 5 м/ТДж в составе БС-ПРЛ-37-61-4; в других составах снижение наблюдается на 9-50%.
При использовании наполнителя типа «а» резины получаются черного цвета, при использовании наполнителя типа «б» - темно-серого цвета, при использовании наполнителя типа «в» - светло-серого цвета.