НАПОЛНИТЕЛЬ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ЭЛАСТОМЕРОВ
FILLER FOR PRODUCING ELASTOMERS

Изобретение относится к области создания усиливающего наполнителя эластомеров, получаемого из шунгитовых пород месторождения «Бакырчик» Восточно-Казахстанской области (далее по тексту - шунгитовый концентрат), и может быть использовано в производстве резинотехнических изделий (РТИ), а также в качестве углеродного наполнителя композиционных материалов - пластмасса, полиэтилен, полипропилен и т.д.
6
Известно использование шунгита в различных направлениях водохозяйственной, медицинской и других видов деятельности, например в устройствах для очистки и кондиционирования воды (патент 2135258 РФ, МПК C02F 1/42, опубл. 27.08.99, бюл. №24), для получения искусственно минерализованной воды (патент 2140274 РФ, МПК A61K 35/08, C02F 1/68, 1/28, опубл. 27.10.99, бюл. №30).
Известно использование казахстанских шунгитовых пород в керамической массе для изготовления кирпича (патент РК №341, МПК С04В 33/00, опубл. 15.03.94, бюл. №1).
Известно, что усиливающее действие на свойства резин оказывают бинарные наполнители на основе технического углерода и тонкодисперсных природных материалов, близких по составу шунгитовым породам (Шнайдер В.И., Зыкова А.П. Усиливающая активность углерод-минеральных наполнителей // Адсорбция и хроматография макромолекул эластомеров: Материалы второго Всесоюзного семинара по адсорбции и жидкостной хроматографии эластомеров, 8-10 августа, 1988 г. - М., 1989. - Ч. 2. - С. 27-33).
Недостатком применения бинарных наполнителей является использование дефицитного технического углерода, содержание которого, в основном, и определяет такие показатели, как напряжение при удлинении 300%, относительное удлинение, твердость и эластичность; влияние же природных материалов на эти свойства резин незначительно.
Известно повышение прочностных свойств саженаполненных резин за счет введения добавки грубодисперсного шлама, состав которого представлен в основном суммой оксидов фосфора, кальция, кремния и железа (Девикина Л.И., Смирнова Л.А., Цыпкина И.М. и др. Исследование влияния добавок грубодисперсного шлама на свойства резин, наполненных техническим углеродом // Химия и технология переработки эластомеров. - Л., 1989. - С. 49-57).
Недостатком изобретения является то, что сам грубодисперсный шлам - малоактивный наполнитель, особенно в случае наполнения резин низкоактивными марками сажи.
Основным из известных усиливающих наполнителей резин является технический углерод, близкий по структуре и свойствам к заявляемому (Фиалков А.С. Углерод, межслоевые соединения и композиты на его основе. - М., 1997. - С. 78), главным недостатком использования технического углерода являются дороговизна и экологические проблемы, возникающие при его производстве.
6
Наиболее близким к заявляемому является использование шунгитовых пород в качестве наполнителя резиновых смесей (предварительный патент РК №6281 МПК С08К 3/04, В29D 30/04, опубл. 15.06.1998 г., бюл. №5). В рамках изобретения предлагается использование в качестве наполнителя резиновых смесей природной шунгитовой руды, измельченной до фракции минус 30 мкм.
Недостатком данного наполнителя является, то что шунгитовые породы, залегающие в рудном теле, непостоянны по своему химическому составу. Этот факт ограничивает его использование, т.к. ингредиенты, используемые в технологическом переделе, должны иметь постоянный химический и гранулометрический состав, в противном случае необходимо постоянное корректирование рецептуры и условий проведения технологического процесса.
Изобретение относится к области использования нового усиливающего наполнителя в производстве эластомеров (резинотехнических изделий и композиционных материалов).
Технический результат - расширение области использования шунгитовых пород и арсенала усиливающих наполнителей эластомеров, в частности резинотехнических изделий и композиционных материалов - пластмассы, полиэтилена, полипропилена и т.д.
Технический результат достигается применением шунгитового концентрата, измельченного до фракции минус 8-10 мкм, месторождения «Бакырчик» Восточно-Казахстанской области с содержанием углерода 13,0-62,0% в качестве усиливающего наполнителя для производства эластомеров - резинотехнических изделий и композиционных материалов - пластмасс на основе полиэтилена.
Новизной предлагаемого изобретения является использование шунгитового концентрата с содержанием углерода 13,0-62,0%, т.е. с постоянным химическим и гранулометрическим составом, при производстве эластомеров - резинотехнических изделий и композиционных материалов - пластмасс на основе полиэтилена.
Структурные особенности и физико-химические свойства шунгитовых пород месторождения «Бакырчик» Восточно-Казахстанской области позволяют применять их в качестве усиливающего наполнителя в производстве эластомеров - резинотехнических изделий и композиционных материалов - пластмасс на основе полиэтилена.
Применение усиливающего наполнителя с постоянным химическим и гранулометрическим составом в производстве эластомеров - резинотехнических изделий и композиционных материалов - пластмасс на основе полиэтилена достигается путем замены в рецептуре активного технического углерода и инертного каолина на шунгитовый концентрат, содержание углерода в концентрате от 13,0 до 62,0%, в зависимости от требований технологического режима и упругопрочностных характеристик получаемых изделий.
В качестве подтверждения использования шунгитового концентрата как усиливающего наполнителя ниже приводятся его химический состав и состав исходной руды, а также физико-химические характеристики самого шунгитового концентрата. Состав исходной руды сильно отличается, т.к. это природные толщи.
Таблица 1 - Химический состав шунгитовых пород и концентратов
№
С
SiO<sub>2</sub>
TiO<sub>2</sub>
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
FeO
MgO
CaO
Na<sub>2</sub>O
K<sub>2</sub>O
1**
45,00
33,2
0,56
6,09
4,09
2,05
1,76
1,90
2,18
1,80
2**
35,00
29,5
0,92
11,76
6,72
1,20
3,93
7,48
0,24
3,20
3*
6,30
59,6
0,76
12,05
5,67
0,34
3,69
3,39
0,76
2,60
5**
24,20
54,71
0,38
9,77
1,22
0,34
0,60
1,12
0,20
1,8
6*
19,70
55,31
0,34
10,40
2,31
3,49
2,31
3,66
0,37
1,98
7*
8,00
57,70
0,16
23,06
1,82
1,88
1,35
0,84
1.34
3,73
8*
12,80
52,30
1,08
22,30
3,11
1,90
0,90
2,28
0,64
4,45
9
20,88
41,19
0,63
12,25
2,79
4,30
1,26
1,75
3,67
2,44
10**
60,60
18,21
0,47
5,59
1,44
2,35
0,93
1,61
0,38
1,93
11*
3,90
60,36
0,73
16,81
1,22
5,20
1,71
1.30
1,22
2,65
* Шунгитовые породы.** Концентраты шунгитовых пород.
Таблица 2 - Физико-химические свойства шунгитового концентрата (содержание углерода 45,0%)
Диаметр частиц, мкм
Адсорбция ДБФ
Насыпной вес, кг/м<sup>3</sup>
pH
Влага адсорбционная
Структурность
Удельная поверхность, м<sup>2</sup>/г, адсорбцион.
10-5
28-32
580
6,5
0,9
Низкоструктурная, соответствует маркам тех. угл. марок: Т-900, П-803
27-33
Преимущество использования шунгитового концентрата в качестве усиливающего наполнителя заключается в снижении себестоимости конечного продукта и расширении арсенала углеродных наполнителей эластомеров.
Для получения усиливающего наполнителя шунгитовую породу месторождения «Бакырчик» Восточно-Казахстанской области измельчают до размера частиц минус 75 мкм, проводят стадию обогащения пенной флотацией по углероду, в процессе обогащения отбирают концентрат, время отбора зависит от заданного содержания углерода, концентрат измельчают до фракции минус 8-10 мкм, который используют в качестве усиливающего наполнителя эластомеров - резинотехнических изделий и композиционных материалов - пластмасс на основе полиэтилена. Замена технического углерода на шунгитовый концентрат проводится с учетом количественного содержания углерода в усиливающем наполнителе в зависимости от требований, предъявляемых к изделию.
Использование шунгитового концентрата в качестве усиливающего наполнителя в производстве резин иллюстрируется следующими примерами.
Пример 1. Резина при смешении компонентов (мас. ч. на 100 мас. ч. каучука)
Пример 2. Резина при смешении компонентов (мас. ч.)
Пример 3. Резина при смешении компонентов (мас. ч. на 100 мас. ч. каучука)
Технология получения резин при замене технического углерода на шунгитовый концентрат не меняется, возможны незначительные изменения в составе резиновых смесей.
Использование шунгитового концентрата в качестве углеродного наполнителя композиционных материалов - пластмасс на основе полиэтилена - иллюстрируется следующими примерами.
Пример 4. Полиэтилен при смешении компонентов (мас. ч. на 100 мас. ч. полиэтилена)
Пример 5. Пластмасса при смешении компонентов (мас. ч. на 100 мас. ч. полиэтилена)
Технология получения высокомолекулярных изделий при использовании в качестве наполнителя шунгитового концентрата не меняется, возможны незначительные изменения в составе резиновых смесей.