Способ получения карбонатсодержащего наполнителя для композиционных материалов и резиновых смесей Российский патент 2023 года по МПК C09C1/02 C08K3/26 C09C3/04 C09C3/06 B01J19/10 

Изобретение относится к производству композиционных материалов и резиновых смесей, касается разработки нового наполнителя из возобновляемого сырья, технологии его получения, а также композиции с его содержанием и может быть использовано для производства изделий инженерно-технического назначения в строительной и мебельной промышленности, сельскохозяйственном и автомобильном машиностроении, товарах народного потребления и других отраслях.

Карбонат кальция находит широкое применение как наполнитель в полимерных композиционных материалах, резиновых смесях благодаря ряду ценных свойств: нетоксичность, белый цвет и низкий показатель преломления, широкий интервал размеров частиц, простота регулирования распределения частиц наполнителя в большинстве полимеров и т.д. Природными источниками карбоната кальция являются мрамор, известковый шпат, яична скорлупа, горные породы, панцири моллюсков, кораллы.

Известные способы получения карбоната кальция из природного сырья включают следующие основные стадии технологического процесса: дробление больших кусков до частиц размером 75 мм, измельчение, флотация для удаления примесей, последующее мокрое или сухое измельчение или тонкий помол, фракционирование.

Известен способ получения карбонатсодержащего наполнителя из кальцита путем дробления его до частиц размером до 80 мм, сушки при 300-350°С, охлаждении до 115-130°С, измельчении, фракционировании, охлаждении до 70-90°С и классификации (авт.св. N 1700025, кл. С09С 1/2; 1991).

К недостаткам известного способа следует отнести достаточно сложную технологию получения наполнителя, дефицитность природного сырья.

Известно применение карбонатсодержащего наполнителя из природного сырья - озерного ила (сапрогеля) (Патент РФ N 2107077, кл. C08K 3/26, C08L 9/00, C09J 109/00; 1998). Однако технология получения карбонатсодержащего наполнителя характеризуется многостадийностью и сложностью аппаратурного исполнения.

Технической задачей изобретения является устранение перечисленных недостатков, упрощение технологии получения наполнителя, а также использование более дешевого возобновляемого природного сырья, что приводит к снижению его стоимости и стоимости получаемой композиции.

Технический результат при использовании изобретения выражается в расширении сырьевых ресурсов для получения карбонатсодержащего наполнителя, снижении его себестоимости и стоимости изделий с сохранением качества выпускаемой продукции.

Указанный технический результат достигается благодаря использованию в качестве сырьевого источника карбонатсодержащего наполнителя - муки из скорлупы яиц, подвергнутой обработке.

Обработку сырья осуществляют следующим образом. Скорлупу промывают водой, 5%-ным раствором гидроксида натрия, обрабатывают ультразвуковым аппаратом в течение 2 часов для удаления органических веществ с поверхности наполнителя. Затем снова промывают водой до нейтральной среды. Сушат до необходимой влажности.

Для использования в составе композиционных материалов и резиновых смесях наполнитель измельчают до гранулометрического состава 0-200 мкм, затем смешивают с стеариновой кислотой и вновь обрабатывают ультразвуковым аппаратом в течение 2 часов.

Проведенная обработка наполнителя обеспечивает лучшее диспергирование наполнителя в композиции, что приводит к получению необходимых характеристик готового изделия.

Представленные примеры иллюстрируют изобретение в отношении карбонатсодержащего наполнителя, полученного на основе обработанной скорлупы яиц, а также иллюстрируют свойства наполнителя при использовании его в резиновых смесях, полимерных композиционных материалах. Характеристики полученного продукта приведены в таблице 1.

Пример 1.

Скорлупу яиц складируют в траншее-накопителе. Скорлупу очищают, очистку осуществляют водой, промывают раствором гидроксида натрия (5% раствор). Затем сырье обрабатывают ультразвуковым аппаратом в течение 2 часов, промывают водой до нейтральной среды, после чего разравнивают слоем 0,2-0,4 м на бетонной производственной площадке и сушат при естественных условиях с периодическим ворошением бульдозером до влажности 60 мас. %. После сушки при естественных условиях измельчают до размера 10 мм и окончательно сушат при температуре 46°С в ленточной сушилке до влажности 10 мас. %, после чего его дробят в дробилке до фракции менее 200 мкм, сепарируют на вибросепараторе и расфасовывают в бумажные мешки по 30 л.

Для использования в качестве наполнителя смешивают с стеариновой кислотой и вновь обрабатывают ультразвуковым аппаратом в течение 2 часов.

Пример 2.

Скорлупу складируют на производственной площадке. Далее проводят подготовку сырья: промывают водой и 5% раствором гидроксида натрия, обрабатывают ультразвуковым аппаратом в течение 2 часов, промывают водой до нейтральной среды. Затем скорлупу сушат на производственной площадке при естественных условиях до влажности 40 мас. % и перемещают для временного хранения в склад сырья. Из склада подают в барабанные сушилки, где окончательно сушат до влажности 1,5 мас. % при 250-300°С. Высушенную скорлупу дробят в дробилке до 1 мм, после чего сепарируют на сепараторе и фракцию менее 500 мкм измельчают на мельнице до фракции не более 50 мкм, готовый продукт расфасовывают и упаковывают.

Для использования в качестве наполнителя смешивают с стеариновой кислотой и вновь обрабатывают ультразвуковым аппаратом в течение 2 часов.

Наполнитель согласно изобретению вводили в качестве компонента в полимерные композиционные материалы, резиновые смеси (таблицы 2, 3).

Использование в качестве наполнителя из скорлупы яиц позволяет обеспечить экологическую безопасность материалов и изделий с содержанием данной добавки, снизить себестоимость получаемого материала, расширить сырьевые ресурсы для изготовления композиций с сохранением физико-механических, эксплуатационных и технологических характеристик получаемой композиции. Физико-механические, эксплуатационные и технологические свойства композиций и материала зависят от соотношения компонентов.

Преимуществом карбонатсодержащего наполнителя согласно изобретению является доступность, возобновляемость, экологическая чистота, простота технологии получения. Осуществляемая обработка позволяет достичь необходимого уровня показателей готового изделия.

Изобретение может быть использовано в строительной и мебельной промышленности, сельскохозяйственном и автомобильном машиностроении. Способ получения карбонатсодержащего наполнителя из возобновляемого сырья включает предварительную подготовку природного сырья и окончательную сушку. В качестве возобновляемого природного источника сырья используют скорлупу яиц, которую промывают водой, 5%-ным раствором гидроксида натрия, обрабатывают ультразвуком в течение 2 ч, промывают водой до нейтральной среды, сушат. После сушки скорлупу измельчают до фракции менее 200 мкм, обрабатывают стеариновой кислотой и вновь обрабатывают ультразвуковым аппаратом в течение 2 ч. Изобретение позволяет повысить экологическую безопасность при изготовлении полимерных композиций и резиновых смесей при сохранении их физико-механических, эксплуатационных и технологических характеристик. 3 табл., 2 пр.

Способ получения карбонатсодержащего наполнителя из возобновляемого сырья, включающий предварительную подготовку природного сырья и окончательную сушку, отличающийся тем, что в качестве возобновляемого природного источника сырья используют скорлупу яиц, которую промывают водой, 5%-ным раствором гидроксида натрия, обрабатывают ультразвуком в течение 2 ч, промывают водой до нейтральной среды, сушат, измельчают до фракции менее 200 мкм, обрабатывают стеариновой кислотой и вновь обрабатывают ультразвуковым аппаратом в течение 2 ч.