SU937492A1

SU937492A1 - Process for producing modified pelletized carbon black

Info

Publication number: SU937492A1
Application number: SU792737302A
Authority: SU
Inventors: Марк Михайлович Медников; Юрий Николаевич Никитин; Сергей Васильевич Орехов; Владимир Васильевич Устинов; Александр Васильевич Шкарупа; Эльза Николаевна Вавина; Алексей Иванович Марей; Галина Евгеньевна Новикова; Игорь Алексеевич Ильин; Петр Иванович Червяков; Людмила Александровна Ризаева; Николай Александрович Жовнер; Владимир Петрович Хрипунов
Original assignee: Всесоюзный Научно-Исследовательский Институт Технического Углерода
Priority date: 1979-03-14
Filing date: 1979-03-14
Publication date: 1982-06-23

Description

(S), СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МОДИФИЦИРОВАННОЙ (S) A METHOD FOR OBTAINING A MODIFIED

Изобретение относитс к промышленности технического углерода, а именно к способу получени модифицированной ,гранулированной сажи, примен емой в качестве усиливающего наполнител дл каучуков общего и специального назначени .The invention relates to the carbon black industry, namely to a method for producing modified, granular carbon black, used as a reinforcing filler for general and specialty rubbers.

Известен способ получени модифицированной гранулированной сажи, включающий обработку пыл щей сажи 0, водным раствором этоксилированной жирной кислоты с молекул рной массой 500-1000 1.A method of producing modified granulated carbon black is known, which includes the treatment of dusty carbon black with an aqueous solution of an ethoxylated fatty acid with a molecular weight of 500-1000 1.

Получаема по этому способу сажа характеризуетс хорошими физико-механическими показател ми, но резиновые смеси, приготовленные с ее применением , имеют низкую скорость вулканизации , что отрицательно вли ет на произ води тел ьност ь вулка низа ционного оборудовани , уменьшает съем изделий с единицы производственной площади, повышает их себестоимость. ГРАНУЛИРОВАННОЙ САЖИThe soot obtained by this method is characterized by good physicomechanical indicators, but the rubber compounds prepared with its use have a low vulcanization rate, which negatively affects the production of low-voltage equipment, reduces the removal of products from a unit of production area, raises their cost. GRANULAR SOUGHT

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому вл етс способ получени модифицированной гранулированной сажи, включающий смещение пыл щей сажи с 0, водным раствором этоксилированных алкилоламидов жирных кислот (продукт Синтамид 5) при весовом соотношении сажи к раствору 1:0,9-1,3 и последующую сушку влажных гранул 2.The closest in technical essence to the present invention is a method for producing modified granulated carbon black, comprising displacing the dusty carbon black with 0, an aqueous solution of ethoxylated fatty acid alkylolamides (product Sintamide 5) at a weight ratio of carbon black to a solution of 1: 0.9-1.3 and subsequent drying of the wet granules 2.

10ten

Резиновые смеси, содержащие такую сажу, имеют высокую скорость вулканизации , однако гранулы сажи харак теризуютс неудовлетворительными фи15 зико-мехжическими свойствами, по насыщенной прочности и прочности к компованию , что затрудн ет их транспортирование , автоматическую развеску и подачу в резиносмесители у потреби20 тел .Rubber mixtures containing such soot have a high rate of vulcanization, but soot granules are characterized by unsatisfactory physical and mechanical properties that are rich in strength and compaction strength, which makes them difficult to transport, automatically weigh and feed them to consumer rubber bodies.

Цель изобретени - повышение насыпной плотности и прочности к комкованию гранул сажи.The purpose of the invention is to increase the bulk density and clumping strength of soot granules.

Поставленна цель достигаетс тем что пыл щую сажу смешивают с 0, водным раствором продукта взаимодействи алкилоламидов жирных кислот с мочевиной общей формулы R-CONH-R O (CH,j -CH20)nHJxThis goal is achieved by mixing the dusty soot with 0, an aqueous solution of the product of the interaction of fatty acid alkylolamides with urea of the general formula R-CONH-R O (CH, j-CH20) nHJx

(),(0,7-0,8)m , где R - углеводородный остаток жирных кислот фракции метиловый, пропиловый, этиловый или бутиловый радикал; п - равно 1-7;(), (0.7-0.8) m, where R is the hydrocarbon residue of the fatty acid fraction of the methyl, propyl, ethyl or butyl radical; n is 1-7;

m - число атомов углерода, азота и кислорода в главной структурной цепи этоксилированного алкилоламида жирной кислоты , в весовом соотношении сажи к раствору 1:0,9-1,3 и затем сушат влажные гранулы .m is the number of carbon atoms, nitrogen and oxygen in the main structural chain of the ethoxylated fatty acid alkylolamide, in a weight ratio of carbon black to a solution of 1: 0.9-1.3, and then the wet granules are dried.

О тличие предложенного способа заключаетс в том, что в качестве производного амидов жирных кислот используют продукт взаимодействи этоксилированных алкилоламидов жирных кислот с мочевиной вышеуказанной общей формулы.The principle of the proposed method is that the fatty acid amide derivative uses the product of the reaction of ethoxylated fatty acid alkylolamides with urea of the above general formula.

Указанный продукт, выпускаемый отечественной промышленностью под техжческим названием Сиптак, вл етс поверхностно-активный веществом хорошо раствор етс в воде. Водные растворы сиптака имеют невысокую в зкость и хорошо смачивают пыл щую сажу по всему объему. Наличие активных атомов водорода у амидной и двух аминных групп в молекуле сиптака делает ее высокореакционноспособной по отношению к поверхности сажи. Получаема , при этом модифицированна гранулированна сажа характеризуетс более высокой насыпной плотностью и прочностью массы сухих гранул к комкованию, а также более узким фракционным составом по сравнению с известной сажей.Said product manufactured by the domestic industry under the technical name Siptak is a surfactant that is highly soluble in water. Aqueous solutions of siptak have low viscosity and well moisten dusty soot in the whole volume. The presence of active hydrogen atoms in the amide and two amine groups in the siptak molecule makes it highly reactive with respect to the soot surface. The resulting, modified granulated soot is characterized by a higher bulk density and mass resistance of dry granules to lumping, as well as a narrower fractional composition compared to the known soot.

В качестве R-радикала в указанном соединении примш етс углеводородный остаток карбоновых кислот с количеством углеродных атомов .As the R-radical in this compound, the hydrocarbon residue of the carboxylic acids is added with the number of carbon atoms.

В случае использовани остатка кислот с 1 углеродными атомами (например , олеиновой) , начинаетс падение растворимости вещества в воде, что приводит к трудност м при приготовлении их водных растворов. При применении R-радикала с числом углеродных атомов меньше 10, наблюдаетс повышение величины поверхностногсIn the case of the use of the residue of acids with 1 carbon atoms (for example, oleic), the solubility of the substance in water begins to fall, which leads to difficulties in the preparation of their aqueous solutions. When using an R-radical with a number of carbon atoms less than 10, an increase in the surface area is observed.

нат жени 0,5%-ного водного раствора продукта, падает его поверхностна активностьtensioning a 0.5% aqueous solution of the product, its surface activity decreases

В качестве R -радикала в указанном соединении используютс радикальные остатки спиртов: метилового, этилового , бутилового и пропилового. При использовании в этом случае высших спиртов наблюдаютс технологические трудности, св занные с выходом готового продукта, поэтому их применение нецелесообразно.As the R-radical in this compound, radical residues of alcohols: methyl, ethyl, butyl and propyl are used. When using higher alcohols in this case, there are technological difficulties associated with the yield of the finished product, so their use is impractical.

Особое внимание необходимо уделить группам остаткам окиси этилена. Согласно способу в примен емом дл гранул ции-модификации вещества количество п измен етс от 1 до 7. Повышение количества п повышает поверхностную активность вещества, но св зано со значительными трудност ми при процессе этоксилировани и со значительными энергозатратами, что вызывает его удорожание.Particular attention should be paid to groups of residues of ethylene oxide. According to the method used in granulation-modification of the substance, the quantity n varies from 1 to 7. Increasing the quantity n increases the surface activity of the substance, but is associated with considerable difficulties in the ethoxylation process and with considerable energy consumption, which makes it more expensive.

Величина m в соединении измен етс от 8 до 29 в зависимости от изменени п, R. ,The value of m in the compound varies from 8 to 29 depending on the change in n, R.,

Интервалы примен емого коэффициента нестехиометрии (0,7-0,8) определ ют то оптимальное соотношение мочевины и алкилоламида жирной кислоты при получении продукта, имеющего наивысшее поверхностно-активные свойства , которые оценивают по величине поверхностного нат жени П,5 -ного водного раствора.The intervals of the applied nonstoichiometry coefficient (0.7-0.8) determine the optimal ratio of urea and fatty acid alkylolamide in the preparation of a product having the highest surface-active properties, which are estimated by the magnitude of the surface tension of the P, 5% aqueous solution.

Поскольку показана необходимость применени в качестве R остатки жирных кислот С. 3 промышленное производство выпускает продукт со смесью таких фракций, величина m определ ет количество атомов углерода, кислорода, азота только в основной цепи этоксилированного алкилоламида. Поверхностное нат жение 0,5%-ного водного раствора сиптака имеет величину ниже 35 дин/см (услови наилучшего смачивани водой углеродных поверхностей и углеводородных систем) находитс в пределах коэффициента нестехиометрйи 0,7-0,8.Since the necessity to use residues of fatty acids C as R is shown. 3 Industrial production produces a product with a mixture of such fractions, the value of m determines the number of carbon atoms, oxygen, and nitrogen only in the main chain of the ethoxylated alkylolamide. The surface tension of a 0.5% aqueous solution of siptak has a value below 35 dyn / cm (conditions for the best wetting of carbon surfaces and hydrocarbon systems with water) is within the nonstoichiometry ratio of 0.7-0.8.

Наилучшие результаты получены при смешении пыл щей сажи с водным раствором сиПтака в соотношении 1:0,9-1 При уменьшении доли сажи ниже нижнего предела затрудн етс процесс гранулообразовани вследствие перехода получаемой смеси в пастоподобное состо ние , а при уменьшении доли растеpa - увеличиваетс количество мелких гранул (менее 0,25 мм) и пыли в фрак ционном составе сажи, Пример. В емкость на 600 мл заливают 300 мл дистиллированной воды , в которой раствор ют 3 г сиптака (, коэффициент нестехиометрии 0,72), получа 1%-ный водный раствор. Далее в лабораторный смеситель-гранул тор, снабженный рубашкой дл обогрева и оборудованны пальцевым ротором, пальцы которого расположены в виде двухзаход+ой винтовой линии (длина гранул тора 420 мм диаметр 120 мм), загружают 300 г пыл щей сажи ПМ-50, туда же добавл ют 300 мл приготовленного раствора св зующей добавки (соотношение пыл щей сажи и 1%-ного водного раствора синтака 1:1). В смесителе-гранул торе за счет вращени пальцев ротора со скоростью 380 об/мин при температуре в те чение 2 мин образуютс влажные грану лы, которые сушат затем в атмосфере воздуха при нормальном давлении и те пературе до остаточной влаги не более 10,5. Опыт повтор ют, измен соотношение пыл щей сажи и 1%-ного водного раствора сиптака на 1:0,9 и 1:1,3. Дл сравнени получают известную модифицированную гранулированную сажу путем смешени пыл щей сажи ПМ-50 с 1%-ным водным раствором этоксилированного этаноламида синтетических жирных кислот фракции (син2« тамид 5) в соотношении 1:1. Опреде л ют насыпную плотность полученных гранул тов по ГОСТ 7885-77, а также производ т их рассев на фракции с помощью набора сит. Прочность гранул к комкованию определ ют на приборе конструкции ВНИИТУ, принцип действи которого основан на способности гранул к уплотнению под действием определенной нагрузки. Анализируемую пробу гранул загружают в стакан прибора до полного заполнени и сжимают с помощью пневмоцилиндра. Если сажа не спрессовалась , после сжати она вываливаетс из цилиндра, и опыт повтор ют с более высоким давлением. За показатель прочности принимают наименьшую сжимающую нагрузку в кг, при которой в стакане образуетс мостик из спрессованных гранул. С применением полученных гранул тов готов т стандартные резиновые смеси состава, мае.ч.: бутадиен-метилстирольный каучук 100; стеаринова кислота 2; окись цинка 5; алтакс 2; сера 2 и модифицированна сажа До. Смеси испытывают на вискозиметре Муни при температуре по ГОСТ 10722-76 и вулканизуют в прессе при температуре в течение бОмин, Вулканизаты смесей испытывают по ГОСТ 270-75. Результаты испытани гранулированных саж, а также полученных с их применением резиновых смесей и вулканизатов приведены в таблице.The best results were obtained when mixing the dusty soot with an aqueous solution of siphta in the ratio of 1: 0.9-1. When the fraction of soot decreases below the lower limit, the process of granule formation is difficult due to the resulting mixture becoming paste-like, and the amount of small granules (less than 0.25 mm) and dust in the soot fractional composition, Example. 300 ml of distilled water is poured into a 600 ml container in which 3 g of siptak is dissolved (nonstoichiometry factor of 0.72) to obtain a 1% aqueous solution. Next, a laboratory rotor-granulator equipped with a heating jacket and equipped with a finger-rotor, whose fingers are arranged as a double-entry + helix (granulator length 420 mm and diameter 120 mm), load 300 g of PM-50 dusty soot 300 ml of the prepared binder additive solution are added (the ratio of dusty soot and 1% aqueous solution of synthac 1: 1). In the granulator mixer, by rotating the rotor fingers at a speed of 380 rpm at a temperature of 2 minutes, wet granules are formed, which are then dried in an atmosphere of air at normal pressure and temperature to a residual moisture of not more than 10.5. The experiment was repeated, changing the ratio of dusty soot and 1% aqueous siptak to 1: 0.9 and 1: 1.3. For comparison, a well-known modified granulated carbon black is obtained by mixing PM-50 dust soot with a 1% aqueous solution of an ethoxylated ethanolamide synthetic fatty acid fraction (syn2 "tamide 5) in a 1: 1 ratio. The bulk density of the obtained granules according to GOST 7885-77 is determined, as well as their sieving into fractions using a set of sieves. The strength of clumping of the granules is determined on the device of the VNIITU design, the principle of action of which is based on the ability of the granules to compact under the action of a certain load. The analyzed pellet sample is loaded into the instrument beaker until it is completely filled and compressed using a pneumatic cylinder. If the soot is not compressed, after compression it falls out of the cylinder, and the experiment is repeated with a higher pressure. The strength indicator is the smallest compressive load in kg, at which a bridge of compressed granules forms in a glass. Using the obtained granules, standard rubber mixtures of the composition are prepared, by weight: butadiene-methyl styrene rubber 100; stearic acid 2; zinc oxide 5; altax 2; sulfur 2 and modified carbon black Do. The mixtures are tested on a Mooney viscometer at a temperature according to GOST 10722-76 and are vulcanized in a press at a temperature for about 13 min. Vulcanizates of the mixtures are tested according to GOST 270-75. The results of testing granulated carbon blacks, as well as rubber mixtures and vulcanizates obtained with their use are shown in the table.

Свойства сажSoot properties

Насыпна плотность, г/1000 смBulk density, g / 1000 cm

Прочность массы сухих гранул к комкованию, The strength of the mass of dry granules to lumping,

Количество фракции с размером гранул, %: Менее 0,25 ммAmount of fraction with the size of granules,%: Less than 0.25 mm

0,5-1 мм 1-1,5 мм0.5-1 mm 1-1.5 mm

tis 395tis 395

352352

15,615.6

21,8 18,921.8 18.9

6,36.3

3, +,8 3, +, 8

52,8 60,3 58,1 T2,i. 21,8 17,652.8 60.3 58.1 T2, i. 21.8 17.6

Свойства резиновых смесей и вулканизатовProperties of rubber compounds and vulcanizates

Врем начала вулканизации смеси, мин, The start time of the vulcanization of the mixture, min

Скорость подвулканизацииScorch speed

смеси, мин,mixtures, min,

Напр жение при 300%Voltage at 300%

удлинении,, кг с/см lengthening ,, kg s / cm

Прочность при разрывеBreaking strength

8 Продолжение таблицы8 Continuation of the table

М4M4

UU

9 1659 165

99

162162

Claims

Claim

A method for producing modified granular soot, comprising mixing dusting soot with a 0.1-5% aqueous ⁴⁵ % solution of an ethoxylated derivative of fatty acid amides with a weight ratio of soot and solution of 1: 0.9 ”1.3 and subsequent drying of the wet granules, characterized in that ⁵⁰ , in order to increase the bulk density and clumping strength of zero, the product of the interaction of ethoxylated fatty acid alkylamides with urea of the general formula [R-CONH-R ₁ O (CH _Q _-CH _a O ) _n N]> - (0.7-0.8) u where R is carbohydrate the homogeneous fatty acid residue of the C ^ -C ^ fraction;

R ^ is a methyl, propyl, ethyl or butyl radical; η is 1-7, m is the number of carbon, nitrogen and oxygen atoms in. the main structural chain of ethoxylated fatty acid alkylolamide.