Способ изготовления резины и резинового изделия

(51) 08 13/00 (2006.01) 01 33/025 (2006.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ Технический результат изобретения - повышение механических свойств и снижение стоимости резиновых изделий за счет использования в качестве минерального наполнителя пыли газоочистки отхода электроплавки кремния. В предлагаемом способе технический результат изобретения достигается путем использования в качестве минерального наполнителя пыли газоочистки, образующейся при электроплавке кремния с использованием в шихте в качестве восстановителя карбонизата Рексил.(76) Ким Василий Анатольевич Ким Сергей Васильевич Иващук Иван Иванович(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ РЕЗИНЫ И РЕЗИНОВОГО ИЗДЕЛИЯ(57) Изобретение относится к области резиновой промышленности, а именно, к технологии изготовления различных типов резин и резиновых изделий. Изобретение относится к резиновой промышленности, а именно, к технологии изготовления различных типов резин и резиновых изделий. Известен способ изготовления резин и резиновых изделий с применением синтетических минеральных наполнителей, например, коллоидной кремнекислоты - высокодисперсного оксида кремния, полученного пирогенным процессом,путем разложения четыреххлористого кремния в среде перегретого пара при температуре выше 1000 С. Содержание основной компоненты 2 в коллоидной кремнекислоте-аэросиле достигает 99,8 (Технология синтетических минеральных наполнителей, адсорбентов и коагулянтов. Сборник статей НИОХИМ под ред. М.Б. Зеликина. Л.,Химия, 1970.) Недостатком аналога является сложный энергозатратный синтез коллоидной кремнекислоты, сопряженный с проведением энергоемкого технологического процесса в среде перегретого пара при температуре более 1000 С, что обуславливает высокую стоимость аэросила и резиновых изделий с его применением. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ изготовления резиновых изделий с применением минерального наполнителя в виде коллоидной кремнекислоты, полученной мокрым способом,путем осаждения оксида кремния из водного раствора силиката натрия диоксидом углерода, либо водными растворами кислот. Содержание 2 в наполнителе достигает 86,0. (Ф.Ф. Когиелев,А.Е. Корнев, Буканов. Общая технология резины. Москва, Химия, 1978, с.528). Минеральные наполнители, как ингредиенты резиновых смесей, широко применяются в резиновой промышленности. Хотя они и изменяют физические свойства резин, придавая им ряд положительных свойств, но однако основной целью их применения является снижение стоимости резиновых изделий. По сравнению с аналогом использование синтетической коллоидной кремнекислоты,полученной мокрым способом, удешевляет стоимость резиновых изделий. Однако, из-за низкой концентрации в наполнителе базовой компоненты коллоидной(содержание 2 составляет 75,0-86,0), большого содержания хлоридов, сульфидов и щелочей, а также оксидов побочных металлов (например, в аэросилах марки Б-30 - Б-100 суммарное содержание их достигает 7,0) при использовании данного вида наполнителя не обеспечиваются высокие и качественные показатели резиновых изделий, например, таких основных свойств как условная прочность на разрыв, относительное удлинение на разрыв. Задачей изобретения является устранение указанных в прототипе недостатков и разработка более дешевого способа получения резины и резинового изделия с применением активного минерального наполнителя на основе отхода промышленного производства кремния. Техническим результатом изобретения является повышение физических свойств резинового изделия,а именно, увеличение условной прочности на разрыв и величины относительного удлинения на разрыв. Помимо указанного технологического результата изобретения достигается также существенное удешевление резинового изделия из-за различия,более чем на порядок, стоимости синтетического минерального наполнителя, полученного мокрым способом и отхода производства -пыли газоочистки. Технический результат достигается путем использования в качестве синтетического наполнителя отхода производства технического кремния -пыли газоочистки, образующегося в рудно-термической печи при электроплавке кремния с применением заменителя древесного угля-карбонизатарексил. На основе результатов промышленных испытаний установлено, что в технологии выплавки высокомарочных сортов технического кремния(содержание кремния более 99,0) с успехом может быть использован заменитель древесного угля карбонизат Рексил,получаемый методом термоокислительной карбонизации из минерального угольного сырья. Карбонизат Рексил обладает высокоразвитой изотропной структурой и низким содержанием остаточных летучих веществ, равным 1-2. В отличие от него древесный уголь характеризуется анизотропной структурой(неравномерностью свойств в объме материала) и высоким содержанием остаточных летучих веществ, равным 15-20. По этой причине при использовании в шихте в качестве восстановителя карбонизата Рексил в системе газоочистки (вне электропечи) накапливается пыль с более высоким содержанием 2,пониженным содержанием хлоридов,сульфидов и щелочей, а также оксидов побочных металлов. Состав образующейся пыли по качественным параметрам соизмерим, а по отдельным показателям даже превосходит минеральные наполнители, полученные мокрым способом, см. таблицу 1. Таблица 1 Характеристика белой сажи Б-120, и пыли газоочистки электропечи. Ингридиенты наполнителя и пыли Массовая доля аморфного 2,2 Коллоидная кислота, полученная Пыль газоочистки, образующаяся при мокрым способом - белая сажа плавке кремния с карбонизатом Рексил Б-120 86,0 93,1 Ингридиенты наполнителя и пыли Массовая доля оксидов побочных металлов А 23,23,СаО,Массовая доля хлоридов,Массовая доля сульфатов,Массовая доля щелочей,Насыпная плотность, г/см 3 Массовая доля остатка на сите с сеткой 0,14 К по ГОСТ 6613, Коллоидная кислота, полученная Пыль газоочистки, образующаяся при мокрым способом - белая сажа плавке кремния с карбонизатом Рексил Б-120 В процессе электроплавки кремния заметная часть кремния (до 15-30) теряется в газовую фазу в виде газообразного оксида кремния -газа. Образование и возгонка газа обусловленыспецификой поэтапного восстановления кремния, в промежуточном этапе которого образуется газообразныйсубоксид кремния. Использование в составе шихты углеродного восстановителя с развитой изотропной структурой карбонизата Рексил сопровождается повышением ассимилирующей, т.е. улавливающей способности верхнего колошникового слоя в печи, в результате чего здесь накапливается более значительная часть тонкодисперсной пыли с высоким содержанием побочных конденсированных продуктов восстановления рудного сырья, таких как оксиды металлов, хлориды, сульфаты, щелочи. При этом газообразные компоненты восстановительной электроплавки кремния такие, как газообразный 2 газ, не улавливаются колошниковым слоем,покидают слой шихты и конденсируются в системе газоочистки. Таким образом, при использовании в шихте карбонизата Рексил повышение концентрации О 2 в пыли газоочистки вызвано ростом ассимилирующей способности колошникового слоя шихты в электропечи. Основной причиной изменения ассимилирующей способности шихты является использование твердого углеродистого восстановителя с изотропной поровой структурой, в данном случае Рексила(ориентация и распределение пор в объеме материала произвольны и равномерны), что обеспечивает высокую способность шихты улавливать тонкодисперсную пыль. Напротив,применение углеродистого восстановителя с анизотропной структурой, в частности, древесного угля, (с неравномерным распределением пор в объеме материала) сопровождается низкой ассимилирующей способностью колошникового слоя печи, т.к. в процессах фильтрационного взаимодействия может участвовать только определенная часть суммарной внутренней поверхности пор древесного угля, по отдельным данным не более 13-15. По этой причине значительная часть побочных конденсированных продуктов восстановления (не содержащих оксид кремния) не улавливается колошниковым слоем в печи и, покидая печь,накапливается в пыли газоочистки. По качественным параметрам, таким как содержание аморфного 2, количество вредных примесных компонентов, остаток на сите с сеткой 014 К по ГОСТ 6613 и др. пыль газоочистки производства технического кремния с применением в шихте Рексила в заметной мере превосходит аэросил Б-120. В силу отмеченных особенностей пыль газоочистки, образующаяся при выплавке кремния с использованием Рексила, может быть успешно использована в качестве усиливающего минерального наполнителя резин на основе каучуков общего и специального назначения. Изобретение демонстрируется следующим примером. Для проведения испытаний использованы пыль газоочистки,образующаяся при выплавке технического кремния с использованием карбонизата Рексил на ТОО Силициум Казахстан, а также синтетический минеральный наполнитель в виде коллоидной кремнекислоты,полученной мокрым способом - белая сажа марки Б-120 (прототип), таблица 1. Испытания проведены на ТОО СКЭП при производстве резиновых изделий - резиновых плит для футеровки шаровых мельниц (бронеплит), для которых важной характеристикой свойств являются условная прочность на разрыв, кг/см 2 и относительное удлинение на разрыв, . Контрольный состав резиновой смеси был изготовлен без применения минеральных наполнителей на основе каучука марки СКИ-3 (60) и технического углерода марки ТУ-245 (40). В опытных составах была произведена частичная замена технического углерода различными наполнителями (доля замещения 40), при этом содержание остальных компонентов не изменялось. Результаты испытаний резиновых изделий приведены в таблице 2. Таблица 2 Результаты испытаний резиновых изделий приведены в таблице 2. Варианты Состав резиновых смесей Компоненты смеси Содержание,2 Каучук СКИ-3 Технический углерод ТУ-245 Каучук СКИ-3 Технический углерод ТУ-245 Белая сажа Б-120 Каучук СКИ-3 Технический углерод ТУ-245 Пыль газоочистки плавки кремния с рексилом Из приведенных данных следует, что замена белой сажи Б-120 (вариант 2, прототип) пылью газоочистки, образующейся при выплавке кремния с применением карбонизата Рексил (вариант 3),сопровождается ростом условной прочности на разрыв резинового изделия с 217,0 до 269,0 кг/см 2 и относительного удлинения на разрыв с 610,0 до 870,0. Наряду с улучшением механических свойств применение указанной пыли, являющейся отходом кремниевого производства, позволяет снизить стоимость резинового изделия, а также получать цветную резину на основе некристаллизующихся каучуков. Таким образом, преимуществом изобретения в отличие от прототипа является достижение высоких Относительное удлинение на разрыв, 5 500,0 механических свойств резинового изделия и получение резиновой продукции с более низкой стоимостью. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Способ изготовления резины и резинового изделия, включающий использование в составе резиновой смеси минерального наполнителя,отличающийся тем, что в качестве минерального наполнителя применяют пыль газоочистки,образующуюся при электроплавке кремния с использованием в шихте карбонизата Рексил. Условная прочность на разрыв, кг/см 2 4 199,0