Сажа с улучшенными свойствами для использования в обработке резины

Сажа с улучшенными свойствами для использования в обработке резины

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники

Настоящее изобретение относится к саже с улучшенными свойствами для использования в обработке каучука.

Уровень техники

Сажа является материалом, используемым в качестве наполнителя каучука и других полимеров для улучшения эксплуатационных свойств. Усиливающее действие сажи зависит от физического взаимодействия сажи и матрицы полимера. Улучшение эксплуатационных свойств, обеспечиваемое сажей, зависит в значительной степени от эффективности процесса, используемого для приготовления смеси сажи, полимера и других добавок.

Сажа добавляется в полимер, в основном в каучук, в смесителе с большими сдвиговыми усилиями таким образом, чтобы включить сажу в состав матрицы в виде неотделимой части резиновой смеси. В дополнение к саже, ряд различных химикатов и технологических добавок добавляются в полимер, чтобы снизить затраты времени и энергии, требуемые для переработки. Одной из обычно используемых технологических добавок является класс ароматических нефтяных масел, которые действуют в качестве смягчителя или пластификатора резиновой смеси, сажи и других компонентов, способствуя эффективному перемешиванию в смесителе для получения гомогенной смеси. Гомогенность смеси является очень важным условием обеспечения постоянства свойств конечного продукта, например шин, шлангов, резиновых профилей и т.п. Негомогенная смесь может привести к выходу из строя изделия во время его применения. Таким образом, используемые технологические масла служат в качестве основного компонента, определяющего качество конечного изделия, обеспечивая, кроме того, оптимальный и эффективный процесс смешивания.

Однако ароматические нефтяные масла, используемые при обработке каучука, обычно содержат большое количество по массе (до 85%) ароматических соединений, из которых 15% или более могут состоять из полициклических ароматических соединений. Известно, что полициклические ароматические соединения являются токсичными и, возможно, канцерогенными. Поэтому их использование регулируется в настоящее время во всем мире. Шины являются основным источником вредных полициклических ароматических соединений, которые вымываются в воздух и грунтовые воды из шин и компонентов шин, удаленных в отходы. Производители резиновых изделий рассматривают другие варианты минимизации использования технологических масел, содержащих полициклические ароматические соединения.

Используемые в настоящее время производителями резины альтернативы ароматическим технологическим маслам имеют нефтяное происхождение и поэтому состоят из невозобновляемого ресурса.

Кроме того, необходимость добавления технологического масла в резиновую смесь приводит к тому, что производитель резины должен поддерживать запасы масла, организовать процесс добавления масла в состав и равномерно смешивать масло с резиновым составом.

Кроме того, глобальной тенденцией является использование в больших количествах возобновляемых материалов во всех производимых товарах, т.е. минимизация использования невозобновляемых ресурсов, таких как нефть и продукты, являющиеся производными нефти.

Объекты изобретения

Поэтому объектом настоящего изобретения является предложение улучшенной сажи для использования в обработке каучука, что позволит избежать использования технологического масла в производстве резиновых изделий.

Другим объектом настоящего изобретения является предоставление улучшенной сажи, которая позволит получить такие же или лучшие свойства конечного резинового изделия, даже без добавления какого-либо технологического масла в резиновую смесь.

Дополнительным объектом настоящего изобретения является увеличение возобновляемого содержания резиновой смеси, т.е. части резиновой смеси, поступающей из возобновляемых ресурсов.

Еще одним объектом изобретения является использование сажи в качестве носителя химикатов, полезных при обработке резиновых смесей.

В то время как некоторые из этих целей могут быть достигнуты непосредственным добавлением возобновляемого технологического агента в резиновую смесь, намного лучшей альтернативой является использование добавки, включаемой в сажу, которая очень хорошо смешивается с каучуком, что обеспечивает хорошее смешивание добавки с каучуком, как само собой разумеющееся, и с выполнением минимальной работы.

Эти и другие аспекты изобретения будут очевидны при прочтении соответствующего описания.

Краткое описание изобретения

В соответствии с настоящим изобретением предоставляется улучшенная сажа для использования при изготовлении каучука.

В соответствии с настоящим изобретением сажа обрабатывается веществом ("обрабатывающим агентом"), получаемым из возобновляемого ресурса, для улучшения свойств сажи, и, таким образом, нет необходимости использовать технологическое масло во время процесса получения резиновой смеси. Обработанная сажа в соответствии с настоящим изобретением таким образом устраняет необходимость использования технологического масла, содержащего вредные полициклические ароматические соединения, или одно из них, происходящее из невозобновляемого ресурса, такого как нефть.

Обрабатывающий агент может состоять из любого вещества, обеспечивающего требуемые свойства смеси каучука, сажи и других химикатов. Обрабатывающий агент может предпочтительно иметь растительное происхождение и может быть представлен в любой форме - масел, волокон и т.п., и улучшает свойства сажи. В предпочтительном варианте воплощения сажа обрабатывается маслом природного происхождения, результатом чего является получение резиновой смеси со сравнимыми или лучшими свойствами по отношению к резиновой смеси, полученной при использовании стандартного технологического масла. Используемые масла могут относиться к пищевым или непищевым растительным маслам, таким как рисовое масло (Oryza sativa), масло из семян маргозы (Azadirachta indica), масло Karanjia (Milletia pinnata), пальмовое масло, мадуковое масло (Madhuca longifolia), масло из семян каучуконосов или другие общедоступные масла. Дополнительно является предпочтительным использовать масла с высоким содержанием линолевой и олеиновой кислоты для улучшения характеристик конечной резиновой смеси. Обрабатывающий агент может добавляться в количествах от 1% вес. до 50% вес. от сажи.

Пример 1

10 мл рисового масла были смешаны с 100 мл ацетона, который, в свою очередь, был тщательно смешан с 100 г сажи N220. Обработанная сажа была высушена в печи при температуре 70°C. Обработанная высушенная сажа затем была смешана с резиновой смесью с помощью стандартного рецепта и технологического способа в вальцовой мельнице без добавления какого-либо технологического масла с последующим испытанием свойств полученного в результате продукта.

Для сравнения, два дополнительных образца резиновой смеси были приготовлены с использованием 1) традиционной сажи и ароматического технологического масла и 2) традиционной сажи без технологического масла. Все три резиновые смеси были также подвергнуты старению при температуре 70°C в течение 72 часов и снова испытаны для определения ухудшения свойств вследствие старения.

Свойства резиновой смеси, полученной с использованием предпочтительного варианта воплощения (т.е. используя обработанную сажу без добавления ароматического технологического масла), подобны или лучше свойств резиновой смеси, полученной с использованием традиционной сажи и ароматического технологического масла. При сравнении резиновая смесь, приготовленная с использованием традиционной (необработанной) сажи без технологического масла, демонстрирует заметное ухудшение свойств. Дополнительно, свойства резиновой смеси, в которой используется сажа в соответствии с настоящим изобретением, были меньше подвержены ухудшению вследствие старения. Результаты сравнения показаны в Таблице 1.

Пример 2

10 мл рисового масла были смешаны с 100 мл ацетона, который, в свою очередь, был тщательно смешан с 100 г сажи N220. Обработанная сажа была высушена в печи при температуре 70°C.

Обработанная высушенная сажа затем была смешана с резиновой смесью с помощью стандартного рецепта и технологического способа в вальцовой мельнице без добавления какого-либо технологического масла с последующим испытанием свойств полученного в результате продукта. Для сравнения такая же процедура была выполнена для приготовления смеси с использованием традиционной сажи N220 и с использованием технологического масла.

Результаты сравнения двух резиновых смесей приведены в Таблице 2. Строка 1 показывает вязкость по Муни (важный параметр при обработке каучука) для двух смесей. Строки 2 и 3 показывают значения тангенса дельта и теплообразования, которые являются показателями энергетических потерь в резиновой смеси во время ее использования. Строки 4, 5 и 6 показывают, что другие важные свойства двух резиновых смесей в основном не меняются. В итоге, Таблица 2 показывает, что свойства смеси с использованием сажи в соответствии с изобретением, но без технологического масла, в основном такие же, как свойства смеси, приготовленной с использованием традиционной сажи и технологического масла. Это окончательно показывает, что сажа в соответствии с изобретением может использоваться в качестве заменителя традиционной сажи с технологическим маслом.

1. Композиция обработанной и высушенной сажи для использования при обработке резиновой смеси, включающая сажу и масло природного происхождения, включенное в нее.

2. Композиция сажи по п. 1, отличающаяся тем, что масло природного происхождения выбирается из пищевого и непищевого растительного масла.

3. Композиция сажи по любому из предшествующих пунктов, отличающаяся тем, что масло природного происхождения выбирается из рисового масла (Oryza sativa), масла из семян маргозы (Azadirachta indica), масла Karanjia (Milletia pinnata), пальмового масла, мадукового масла (Madhuca longifolia), масла из семян каучуконосов.

4. Композиция сажи по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что масло присутствует в количестве от 1 до 50 масс. % от сажи.

5. Композиция сажи по п. 3, отличающаяся тем, что масло присутствует в количестве от 1 до 50 масс. % от сажи.

6. Композиция сажи по п. 1, отличающаяся тем, что композицию сажи высушивают при температуре 70°C.

7. Композиция резиновой смеси, включающая резиновую смесь и композицию сажи по п. 1.

8. Композиция резиновой смеси по п. 7, отличающаяся тем, что масло для обработки каучука не контактирует с композицией в ходе стадии приготовления резиновой смеси.

9. Способ обработки сажи, предназначенной для применения при обработке резиновой смеси, включающий:a) обработку сажи маслом природного происхождения для получения обработанной сажи;b) высушивание обработанной сажи для получения высушенной обработанной сажи, содержащей указанное масло, включенное в нее.

10. Способ по п. 9, отличающийся тем, что масло природного происхождения выбирается из пищевого и непищевого растительного масла.

11. Способ по п. 9, отличающийся тем, что высушивание осуществляют при температуре 70°C.