Композиция для получения мелового концентрата Российский патент 2025 года по МПК C08K3/26 C08K3/16 C08K5/09 C08L23/06 C08K13/04 B29B11/10 

Изобретение относится к химической технологии и может быть использовано в производстве меловых добавок для различных промышленных применений, включая производство пластиковых изделий, композитных и строительных материалов.

Существуют известные методы получения меловых добавок, однако использование комбинации карбоната кальция, гидрохлорида натрия, стеариновой кислоты, полимерных и восковых добавок в процессе экструзии для оптимизации свойств конечного продукта не описано в литературе.

Патенты FR 2787802B1, WO 00/39222A1 и US 2004/0020410A1 содержат методы получения карбонатных частиц с уникальной морфологией и увеличенной поверхностью, однако они имеют ряд недостатков по сравнению с нашими изобретениями. Во-первых, методы, основанные на использовании газообразного CO₂ и иных источников H₃O⁺, могут требовать сложного оборудования и условий контроля, что увеличивает производственные затраты и сложность процесса. Во-вторых, получение пористых карбонатных образований, несмотря на преимущества при небольшой массе бумаги, может не обеспечивать стабильность и прочность в других областях применения, таких как производство пластиковых или композитных материалов.

Кроме того, патенты WO 2004/083316А1 и WO 2005/121257А2 предлагают модификацию карбоната с использованием алюмосиликатов и жирных кислот, что может усложнять состав конечного продукта и снижать его универсальность. Эти добавки могут также включать дополнительные химические состояния, которые могут отрицательно сказаться на качестве конечного продукта.

Патент WO 2009/074492A1 уделяет внимание оптимизации процесса осаждения карбоната, однако условия осаждения синтетического карбоната могут не соответствовать средним требованиям в условиях эксплуатации. В результате этого могут возникнуть проблемы с качеством конечного продукта.

Также известна полипропиленовая композиция, содержащая от 60 до 90% по весу кристаллического полипропилена, выбранного из группы, состоящей из (a) блок-сополимера пропилена и этилена или бутена-1, имеющего индекс расплава от 0,1 до 8, (b) статистического сополимера пропилена и этилена или бутена-1, имеющего индекс расплава от 0,1 до 10 и (c) гомополимера пропилена, имеющего индекс расплава от 0,1 до 5, и от 40 до 10% по весу осажденного карбоната кальция, который был подвергнут поверхностной обработке с использованием диспергатора, выбранного из группы, состоящей из (a) стеариновой кислоты и ее солей металлов и (b) пальмитиновой кислоты и ее солей металлов, и имеет средний диаметр частиц от 0,1 до 0,3 мкм, а значение стандартного отклонения диаметра частиц указанного карбоната кальция составляет 0,05 мкм или менее (Патент US №4407986A, опубл. 04.10.1983). Недостатком является ограниченная термостойкость, так как максимальная температура, при которой композиция может функционировать без деформации, составляет около 75-95°C.

Известен способ получения воздухопроницаемой пленки, включающий следующие этапы: (a) получение неорганического наполнителя путем обработки частиц неорганического дисперсного материала, включающего соединение карбоната щелочноземельного металла, путем реакции с гидрофобизирующим агентом для обработки поверхности, включающим одну или несколько алифатических карбоновых кислот, имеющих по меньшей мере 10 углеродных атомов в цепи, для получения гидрофобного покрытия на частицах в таких условиях, что полученный неорганический наполнитель имеет общий уровень поверхностной влажности, включающий влагу, адсорбированную на частицах и захваченную внутри гидрофобного покрытия на них, не более 0,1% по весу в расчете на сухой вес неорганического дисперсного материала; (b) получение наполненной термопластичной композиции путем смешивания неорганического наполнителя, полученного на этапе (a), с нагретым термопластичным полимером; и (c) формование композиции, полученной на этапе (b), путем тепловой обработки для получения пленочного продукта (Патент EP №0998522B1, опубл. 03.12.2008). Недостатком способа получения воздухопроницаемой пленки является сложность контроля за уровнем влажности в процессе обработки неорганического наполнителя, что может привести к недостаточной гидрофобизации и, как следствие, снижению эффективности пленки при использовании в условиях высокой влажности; это также может повлиять на механические свойства конечного продукта, делая его менее устойчивым к внешним воздействиям и ухудшая его эксплуатационные характеристики.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является содержащий карбонат кальция наполнительный материал и пероксидный реагент для реакции полимерной смеси, включающей по меньшей мере один полиэтиленовый полимер и по меньшей мере один полипропиленовый полимер, где поверхностно-обработанный содержащий карбонат кальция наполнительный материал включает содержащий карбонат кальция наполнительный материал, имеющий медианное значение размера частиц в диапазоне от 0,03 мкм до 4. 0 мкм и величину верхнего среза 30 мкм или менее, и слой поверхностной обработки на по меньшей мере части поверхности указанного карбонатсодержащего наполнителя кальция, где слой поверхностной обработки включает по меньшей мере один моно- или дизамещенный янтарный ангидрид, включающий по меньшей мере один ненасыщенный углеродный мотив, и/или его соль, и/или его кислоту, и/или продукты его солевой реакции, для получения наполненной полимерной композиции. (Патент US №20230365812A1, опубл. 16.11.2023). Недостатком является применение поверхностной обработки с использованием моно- или дизамещенного янтарного ангидрида может ограничить совместимость с другими полимерными компонентами, такими как полиэтилен и полипропилен, что имеет низкую эффективность заполненной полимерной композиции.

Целью изобретения является улучшение физико-химических свойств мелового концентрата, что включает увеличение прочности, гидрофобности и термостабильности продукта, а также расширяет его применение в различных отраслях, таких как производство пластиковых, композитных и строительных материалов.

Поставленная цель достигается тем, что меловой концентрат состоит из следующих компонентов:

- Карбонат кальция (CaCO₃) - от 30 до 70 масс.%. Служит основным структурным элементом, обеспечивая механическую прочность и химическую стабильность мелового концентрата. Его кристаллическая решетка формирует матрицу, способствующую удержанию других компонентов.

- Хлорид натрия (NaCl) - от 10 до 25 масс.%. Ионизированный компонент, участвующий в процессе обмена ионов, который улучшает взаимодействие между частицами. Хлорид натрия также может влиять на термодинамические свойства системы.

- Стеариновая кислота (C₁₈H₃₆O₂) - от 10 до 20 масс.%. Обеспечивает улучшение гидрофобных свойств и дисперсии карбоната кальция в полимерной матрице. Используется для активации реакции с карбонатом кальция, способствуя образованию стеарата кальция.

- Полиэтилен (PE) - от 5 до 15 масс.%. В частности, могут использоваться марки полиэтилена низкого давления (ПНД), такие как ПНД 1000 и ПНД 5000, полиэтилен высокого давления (ПВД), например, ПВД 5000 и ПВД 6000, а также линейный полиэтилен низкой плотности (ЛПНД), такой как ЛПНД 3000, сочетает в себе свойства как ПНД, так и ПВД. Полимерные добавки способствуют улучшению механических характеристик, а также термостабильности конечного продукта, обеспечивая необходимую пластичность и устойчивость к деформациям при различных условиях эксплуатации.

- Восковая добавка - от 5 до 10 масс.%. Например, парафиновые воски, обеспечивают водоотталкивающие свойства и создают защитную пленку, микрокристаллические воски, улучшают адгезионные свойства и текстурные характеристики, повышая прочность и стабильность изделий, эмульсионные воски, способствуют созданию стабильных эмульсий для улучшения распределения компонентов в матрице, а также полиэтиленовые воски улучшают глянцевые свойства и снижают коэффициент трения. Улучшает текстуру и устойчивость мелового концентрата.

Способ производства мелового концентрата представляет собой комплексный технологический процесс, включающий несколько последовательно выполняемых этапов, каждый из которых играет критически важную роль в формировании конечного продукта с заданными физико-химическими характеристиками.

На первом этапе в специализированную реакционную емкость, обладающую необходимыми характеристиками для осуществления химических реакций, помещается карбонат кальция в количестве от 30 до 70 масс.%. Данный компонент служит основным структурным элементом, обеспечивающим прочность и жесткость конечного продукта. К нему добавляется хлорид натрия в диапазоне от 10 до 25 масс.%, который улучшает взаимодействие между частицами. После загрузки компонентов осуществляется механическое перемешивание полученной массы с использованием высокоэффективного миксера, который работает на оборотах от 300 до 600 об/мин в течение от 10 до 20 минут. Данный процесс обеспечивает гомогенизацию смеси и равномерное распределение реагентов, что критически важно для последующих реакционных этапов.

Следующим этапом является термическая обработка смеси. Полученная масса нагревается до температуры в диапазоне 60-80°C на протяжении от 30 до 60 минут. Нагревание активирует кинетические процессы, способствующие протеканию химических реакций между карбонатом кальция и хлоридом натрия, что приводит к улучшению взаимодействия между частицами.

По завершении термической обработки к нагретой смеси вводится стеариновая кислота в количестве от 10 до 20 масс.%, который выполняет функцию активатора реакции, способствуя образованию стеарата кальция и улучшая взаимодействие между компонентами. После добавления стеариновой кислоты смесь вновь подвергается перемешиванию при тех же оборотах миксера от 300 до 600 об/мин на протяжении от 10 до 15 минут для обеспечения однородности распределения данного компонента.

Далее осуществляется процесс охлаждения смеси до температуры около 30°C, который занимает от 15 до 30 минут. В ходе этого этапа параллельно добавляются полиэтилен в количестве от 5 до 15 масс.% и восковая добавка в диапазоне от 5 до 10 масс.%. Эти полимерные добавки способствуют улучшению пластичности, термостабильности и текстуры конечного продукта. Все компоненты перемешиваются еще от 5 до 10 минут для достижения полной гомогенности.

Затем полученная масса подается в экструдер, где происходит процесс экструзии при температуре от 150 до 200 °C на протяжении от 10 до 20 минут. Экструзия обеспечивает равномерное распределение всех компонентов и формирование мелового концентрата с улучшенными физико-химическими свойствами, такими как повышенная прочность и устойчивость к воздействию влаги.

После завершения экструзии меловой концентрат охлаждается до комнатной температуры в течение от 20 до 40 минут. На завершающем этапе продукт нарезается на гранулы или другие формы, которые подходят для дальнейшего использования в различных областях промышленности.

Для проведения физико-механических испытаний было подготовлено 5 образцов мелового концентрата. В таблице 1 указано соотношение компонентов, в таблице 2 – физико-механические характеристики.

Таблица 1 – Составы мелового концентрата

Компоненты Содержание, мас.% Образец 1 Образец 2 Образец 3 Образец 4 Образец 5 1 Карбонат кальция (CaCO₃) 30 40 50 60 70 2 Хлорид натрия (NaCl) 25 20 15 10 10 3 Стеариновая кислота (C₁₈H₃₆O₂) 20 15 15 10 10 4 Полиэтилен (PE)* 15 15 10 15 5 5 Восковая добавка 10 10 10 5 5

*В образце 1 используется ПНД 1000, в образце 2 – ПНД 5000, в образце 3 - ПВД 5000, в образце 4 – ПВД 6000, в образце 5 - ЛПНД 3000.

Таблица 2 – Физико-механические характеристики мелового концентрата

Свойства Показатели для состава Образец 1 Образец 2 Образец 3 Образец 4 Образец 5 Прочность на разрыве, МПа 31 34 35 38 42 Гидрофобность, % 93 94 97 97 98 Термостабильность, °C 310 315 325 345 380 Плотность, г/см³ 1,05 1,13 1,5 1,78 2,16

Изобретение относится к композиции для получения мелового концентрата и может быть использовано в производстве меловых добавок для различных промышленных применений, включая производство пластиковых изделий, композитных и строительных материалов. Композиция для получения мелового концентрата состоит из карбоната кальция от 30 до 70 мас.%, хлорида натрия от 10 до 25 мас.%, стеариновой кислоты от 10 до 20 мас.%, полиэтилена марок ПНД 1000 или ПНД 5000, или ПВД 5000, или ПВД 6000, или ЛПНД 3000 от 5 до 15 мас.% и восковой добавки от 5 до 10 мас.%. Технический результат изобретения заключается в улучшении физико-химических свойств мелового концентрата, что включает увеличение прочности, гидрофобности и термостабильности продукта, а также расширяет его применение в различных отраслях, таких как производство пластиковых, композитных и строительных материалов. 2 табл., 5 пр.

Композиция для получения мелового концентрата, состоящая из карбоната кальция от 30 до 70 масс.%, хлорида натрия от 10 до 25 масс.%, стеариновой кислоты от 10 до 20 масс.%, полиэтилена марок ПНД 1000 или ПНД 5000, или ПВД 5000, или ПВД 6000, или ЛПНД 3000 от 5 до 15 масс.% и восковой добавки от 5 до 10 масс.%.