RU2023664C1

RU2023664C1 - Method for manufacture of precipitated silica filler

Info

Publication number: RU2023664C1
Authority: RU
Inventors: В.В. Деревянко; В.Ф. Соболев; Е.П. Попляков; Ю.Н. Зверев; В.М. Балабанов
Original assignee: Соболев Валентин Федорович
Priority date: 1991-09-23
Filing date: 1991-09-23
Publication date: 1994-11-30

Abstract

FIELD: chemical and mechanical engineering. SUBSTANCE: this method prescribes carrying out such steps as carbonization of water glass using carbon dioxide, neutralization, hydromechanical treatment of resulting suspension in hydrodynamic acoustic apparatus having rotary radiator at suspension flow rate of 1 to 2 m/s, filtration, washing-off and drying of resultant precipitate. EFFECT: more sophisticated technique. 1 tbl

Description

Изобретение относится к способам получения кремнеземного наполнителя, предназначенного для использования в производстве резиновых композиций, а также других отраслях промышленности. The invention relates to methods for producing a silica filler intended for use in the manufacture of rubber compositions, as well as other industries.

Известен способ получения тонкодисперсной кремниевой кислоты путем ее осаждения из раствора жидкого стекла, фильтрации, нейтрализации и гидромеханической обработки в течение 2-3 мин в дисковой мешалке [1]. A known method of producing finely divided silicic acid by its deposition from a solution of water glass, filtration, neutralization and hydromechanical treatment for 2-3 minutes in a disk mixer [1].

Недостаток способа: большие энергозатраты и сложность процесса, кроме этого гидромеханическая обработка суспензии после стадии нейтрализации не дает возможности получать наполнитель, придающий высокие усиливающие свойства композициям, так как длительная гидромеханическая обработка после стадии нейтрализации способствует нарушению связи между первичными коллоидными частицами и при разжижении суспензии в кислой среде происходит полное замещение ионов гидроксильных групп ОН^- на анион кислоты, который трудно удалить при дальнейшей очистке суспензии, что приводит к ухудшению качества резин (сопротивление разрыву - 123 кгс/см², склонность к подвулканизации 9, пластичность по Карреру 0,31, твердость по Шору 0,37).The disadvantage of this method is the high energy consumption and complexity of the process, in addition, the hydromechanical treatment of the suspension after the neutralization stage does not make it possible to obtain a filler that imparts high reinforcing properties to the compositions, since prolonged hydromechanical treatment after the neutralization stage helps to disrupt the connection between the primary colloidal particles and when the suspension is diluted in acidic environment there is a complete substitution of hydroxyl ions OH groups ^- in anion of an acid which is difficult to remove during further cleaning the slurry, which leads to deterioration of rubber (Tensile strength - 123 kgf / cm ^2, the tendency to scorch 9, ductility Karrer 0.31 0.37 Shore A hardness).

Целью изобретения является упрощение процесса и повышение усиливающих свойств композиций при использовании осажденного кремнеземного наполнителя. The aim of the invention is to simplify the process and increase the reinforcing properties of the compositions when using precipitated silica filler.

Цель достигается тем, что суспензию после карбонизации подвергают гидродинамической активации в аппарате проходного типа со скоростью 1-2 м/c. The goal is achieved in that the suspension after carbonization is subjected to hydrodynamic activation in a continuous type apparatus at a speed of 1-2 m / s.

Отличительным признаком способа является то, что гидродинамической активации подвергают щелочную суспензию после карбонизации со скоростью 1-2 м/c. A distinctive feature of the method is that the alkaline suspension is subjected to hydrodynamic activation after carbonization at a speed of 1-2 m / s.

Это отличие позволяет получать осажденный кремнеземный наполнитель, при использовании которого в качестве наполнителя и вулканизующего агента в резинотехнической промышленности достигается повышение качества резин по сопротивлению разрыву (241 кгс/см²) и вулканизующим свойствам.This difference makes it possible to obtain a precipitated silica filler, when used as a filler and a vulcanizing agent in the rubber industry, an increase in the quality of rubbers in terms of tensile strength (241 kgf / cm ² ) and vulcanizing properties is achieved.

Способ осуществляют следующим образом. The method is as follows.

В карбонизатор закачивают раствор жидкого стекла в количестве 20 м³ с плотностью 1,06-1,09 г/см³ и проводят карбонизацию углекислым газом с содержанием СО₂ 17-25 об.% при температуре жидкого стекла 78-82^оС. Процесс ведут до достижения рН 9-10,5. Полученную суспензию подвергают гидродинамической активации в аппарате проходного типа ГАРТ-Пр со скоростью 1-2 м/c.The carbonation is pumped into the water glass solution in an amount of ³ to 20 m at a density of 1,06-1,09 g / cm ³ and carbonation with carbon dioxide is carried out with a CO ₂ content of 17-25 vol.% At a temperature of waterglass ^about 78-82 C. The process lead to a pH of 9-10.5. The resulting suspension is subjected to hydrodynamic activation in the apparatus of the GART-Pr type through passage with a speed of 1-2 m / s.

Затем суспензию двуокиси кремния подвергают нейтрализации серной кислотой. Then the suspension of silicon dioxide is subjected to neutralization with sulfuric acid.

Нейтрализация серной кислотой проводится до рН 5-8,5 с выдержкой в реакторе не менее 10 мин. Из реактора нейтрализованная суспензия насосами подается на фильтр-прессы, где осадок двуокиси кремния отфильтровывается от маточника и промывается горячей водой при 25-60^оС в течение 30-60 мин.Neutralization with sulfuric acid is carried out to a pH of 5-8.5 with holding in the reactor for at least 10 minutes. Neutralized slurry from the reactor is pumped to filter presses, where the silicon dioxide precipitate is filtered from the mother liquor and washed with hot water at 25-60 ^{° C} for 30-60 min.

Очищенная суспензия поступает в сборник, затем на диск распылительного механизма, где за счет центробежной силы происходит ее распыление и сушка в сушильной камере при до 750^оС. Высушенный продукт с влажностью не более 6,5% затаривают и складируют.Purified suspension enters the collector, then on the drive mechanism of the spray, where due to the centrifugal force occurs spraying and drying it in an oven at 750 ^C. The dried product with a moisture content of not more than 6.5% zatarivatsya and warehoused.

Гидродинамическая активация щелочной суспензии в аппарате проходного типа со скоростью 1-2 м/c дает возможность стабилизировать размеры пор и получить однородный по своей структуре наполнитель, что способствует улучшению качественных показателей резины при использовании его в композициях. The hydrodynamic activation of an alkaline suspension in a flow-through apparatus with a speed of 1-2 m / s makes it possible to stabilize pore sizes and obtain a filler uniform in structure, which helps to improve the quality of rubber when used in compositions.

П р и м е р 1. В карбонизатор закачивают раствор жидкого стекла в количестве 20 м³ с плотностью 1,08 г/см³ и проводят карбонизацию при температуре жидкого стекла 80±2^оС углекислым газом с содержанием 19 об.% СО₂. Процесс ведут до достижения рН 10.EXAMPLE EXAMPLE 1 The carbonation pumped waterglass solution in an amount of ³ to 20 m with a density of 1.08 g / cm ³ and the carbonization is performed at a temperature of liquid glass 80 ± 2 ^{° C} with carbon dioxide gas content 19 vol.% CO ₂ . The process is carried out until a pH of 10 is reached.

Полученную суспензию подвергают гидродинамической активации в аппарате проходного типа ГАРТ-Пр со скоростью 1 м/c. The resulting suspension is subjected to hydrodynamic activation in an apparatus of the GART-Pr type through passage at a speed of 1 m / s.

Затем суспензию диоксида кремния нейтрализуют серной кислотой до рН 7,5 с выдержкой в реакторе в течение 12 мин. Then the suspension of silicon dioxide is neutralized with sulfuric acid to a pH of 7.5 with holding in the reactor for 12 minutes.

Из реактора нейтрализованную суспензию подают на фильтр-прессы, фильтруют, осадок промывают горячей водой с температурой 40^оС в течение 30 мин.From the neutralized slurry reactor is fed to a filter press, filtered, washed with hot water at 40 ^{° C} for 30 min.

Очищенная суспензия поступает в сборник, затем на распылительную сушку. Высушенный продукт с влажностью не более 6,5% затаривают и складируют. The purified suspension enters the collector, then to spray drying. The dried product with a moisture content of not more than 6.5% is packaged and stored.

При использовании этого продукта в резиновой композиции получены следующие качественные показатели при испытании резины: сопротивление разрыву 241 кгс/см²; пластичность по Карреру 0,521; склонность к подвулканизации 22,1, твердость по Шору 64.When using this product in a rubber composition, the following quality indicators were obtained when testing rubber: tensile strength 241 kgf / cm ² ; Carrer plasticity 0.521; tendency to vulcanization 22.1, Shore hardness 64.

П р и м е р 2. Процесс ведут по примеру 1, но со скоростью гидродинамической активации щелочной суспензии 1,5 м/c. PRI me R 2. The process is carried out as in example 1, but with a rate of hydrodynamic activation of an alkaline suspension of 1.5 m / s.

П р и м е р 3. Процесс ведут по примеру 1, но со скоростью гидродинамической активации щелочной суспензии 2 м/с. PRI me R 3. The process is carried out as in example 1, but with a rate of hydrodynamic activation of an alkaline suspension of 2 m / s.

П р и м е р 4. Процесс ведут по примеру 1, но со скоростью гидродинамической активации щелочной суспензии 0,9 м/c. PRI me R 4. The process is carried out as in example 1, but with a rate of hydrodynamic activation of an alkaline suspension of 0.9 m / s.

П р и м е р 5. Процесс ведут по примеру 1, но со скоростью гидродинамической активации щелочной суспензии 2,1 м/c. PRI me R 5. The process is carried out as in example 1, but with a speed of hydrodynamic activation of an alkaline suspension of 2.1 m / s.

П р и м е р 6. Процесс ведут по примеру 1, но без гидродинамической активации щелочной суспензии. PRI me R 6. The process is carried out as in example 1, but without hydrodynamic activation of an alkaline suspension.

П р и м е р 7. Процесс ведут по примеру 1, но с гидродинамической активацией нейтрализованной суспензии со скоростью 1 м/c. PRI me R 7. The process is carried out as in example 1, but with hydrodynamic activation of the neutralized suspension at a speed of 1 m / s.

П р и м е р 8. Процесс ведут по примеру 1, но с гидродинамической активацией нейтрализованной суспензии со скоростью 2 м/c. PRI me R 8. The process is carried out as in example 1, but with hydrodynamic activation of the neutralized suspension at a speed of 2 m / s.

П р и м е р 9 - прототип, по а.с. N 1321676. PRI me R 9 - prototype, as.with. N 1321676.

П р и м е р 10 - аналог, по а.с. N 1341159. PRI me R 10 - analogue, and.with. N, 1341159.

П р и м е р 11 - аналог, по а.с. N 801467. PRI me R 11 - analogue, and.with. N 801467.

Результаты эффективности осажденного кремнеземного наполнителя, полученного предлагаемым и известными способами, приведены в таблице. The effectiveness results of the precipitated silica filler obtained by the proposed and known methods are shown in the table.

Примеры 1, 2, 3 демонстрируют, что можно достичь высоких показателей качества резины, используя в качестве наполнителя осажденный кремнеземный наполнитель, полученный по предлагаемому способу. Examples 1, 2, 3 demonstrate that it is possible to achieve high quality indicators of rubber, using as a filler precipitated silica filler obtained by the proposed method.

П р и м е р 4 демонстрирует, что при снижении скорости гидродинамической активации суспензии менее 1 м/c эффективность кремнеземного наполнителя снижается, первичные частицы собираются в укрупненные агрегаты, что влияет на величину пор целевого продукта. PRI me R 4 demonstrates that when the rate of hydrodynamic activation of the suspension is reduced to less than 1 m / s, the effectiveness of the silica filler decreases, the primary particles are collected in aggregated aggregates, which affects the pore size of the target product.

П р и м е р 5 демонстрирует, что гидродинамическая активация суспензии со скоростью более 2 м/c приводит к снижению эффективности кремнеземного наполнителя (наблюдается проскок агрегированных частиц, что приводит к неоднородности наполнителя). Кроме этого увеличение скорости приводит к увеличению энергозатрат, так как требуется установка насоса большой производительности, поэтому делать это нецелесообразно. PRI me R 5 demonstrates that the hydrodynamic activation of a suspension with a speed of more than 2 m / s leads to a decrease in the effectiveness of the silica filler (there is a slip of aggregated particles, which leads to heterogeneity of the filler). In addition, an increase in speed leads to an increase in energy consumption, since it requires the installation of a high-capacity pump, so doing this is impractical.

П р и м е р 6 демонстрирует, что без гидродинамической активации суспензии невозможно достигнуть высокой эффективности кремнеземного наполнителя. Качественные показатели получаемой резины низкие. PRI me R 6 demonstrates that without hydrodynamic activation of the suspension it is impossible to achieve high efficiency silica filler. Quality indicators of the resulting rubber are low.

П р и м е р ы 7, 8 демонстрируют, что гидродинамическая активация нейтрализованной суспензии не дает возможности достигнуть высокой эффективности наполнителя по сравнению с щелочной. Гидромеханическая обработка после стадии нейтрализации способствует нарушению связи между первичными коллоидными частицами и при разжижении суспензии в кислой среде происходит более полное замещение ионов гидроксильных групп на анион кислоты, который трудно удалить при дальнейшей очистке суспензии, что снижает эффективность наполнителя. При гидродинамической активации щелочной суспензии связи между первичными частицами не разрушаются, размеры пор стабилизируются. Легко происходит замещение катиона соли на анион кислоты, который легко удаляется при дальнейшей очистке суспензии, и наполнитель получается однородный по своей структуре с высокими эффективными свойствами, что способствует улучшению качественных показателей резины при использовании его в композициях. EXAMPLES 7, 8 demonstrate that the hydrodynamic activation of a neutralized suspension does not make it possible to achieve high filler efficiency compared to alkaline. Hydromechanical treatment after the stage of neutralization helps to break the bond between the primary colloidal particles and, when the suspension is diluted in an acidic medium, more complete replacement of hydroxyl group ions by the acid anion occurs, which is difficult to remove during further purification of the suspension, which reduces the efficiency of the filler. During hydrodynamic activation of an alkaline suspension, the bonds between the primary particles are not destroyed, and the pore sizes are stabilized. The salt cation is easily replaced by an acid anion, which is easily removed during further purification of the suspension, and the filler is uniform in structure with high effective properties, which helps to improve the quality of rubber when used in compositions.

П р и м е р ы 9, 10, 11 (прототип и аналоги) демонстрируют, что получаемый этими способами осажденный кремнеземный наполнитель значительно менее эффективен, как наполнитель и вулканизующий агент в резине. EXAMPLES 9, 10, 11 (prototype and analogues) demonstrate that the precipitated silica filler obtained by these methods is much less effective as a filler and a vulcanizing agent in rubber.

Таким образом, только используя осажденный кремнеземный наполнитель, полученный по заявленному способу, можно достигнуть высоких показателей качества резин. Thus, only using precipitated silica filler obtained by the claimed method, it is possible to achieve high quality rubber.

При получении осажденного кремнеземного наполнителя по предлагаемому способу: улучшается качество резин; упрощается технологический процесс так как не требуется возврата суспензии на гидродинамическую активацию, и сокращается время на обработку; сокращаются энергозатраты; расход воды на репульпацию и промывку осадка от химических примесей, объемы сточных вод и загрязнение водного бассейна; достигается непрерывность технологического процесса. Upon receipt of precipitated silica filler by the proposed method: improves the quality of rubber; the process is simplified since it is not necessary to return the suspension to hydrodynamic activation, and processing time is reduced; energy costs are reduced; water consumption for repulpation and washing of sludge from chemical impurities, wastewater volumes and pollution of the water basin; process continuity is achieved.

Claims

METHOD FOR PRODUCING A DEPOSITED SILICA FILLER, including carbonization of a liquid glass solution with carbon dioxide, neutralization, hydromechanical treatment of the resulting suspension, filtration, washing and drying of the precipitate, characterized in that the hydromechanical treatment is carried out in a hydrodynamic acoustic apparatus with a rotor speed of 2 /with.