CS259935B1

CS259935B1 - Dolomitic filler for plastics

Info

Publication number: CS259935B1
Application number: CS87746A
Authority: CS
Inventors: Tomas Sverak; Karel Vesely; Eduard Poloucek; Jaroslav Petruj; Milan Pleva; Ladislav Nemcic
Original assignee: Tomas Sverak; Karel Vesely; Eduard Poloucek; Jaroslav Petruj; Milan Pleva; Ladislav Nemcic
Priority date: 1987-02-05
Filing date: 1987-02-05
Publication date: 1988-11-15
Also published as: CS74687A1

Abstract

Vynález se týká práškového plniva pro plasty vyrobeného kaloinací dolomitu při teplotě 650 až 800 °C a hydrataei. Plnivo obsahuje 15 až 48 % hydroxidu hořečnatého, 52 až 85 » hmotnostních uhličitanu vápenatého a maximálně 1 % hmotnostní hydroxidu vápenatého a dává kompozitní materiály s vysokou pevností a nehořlavostí.The invention relates to a powdered filler for plastics produced by calcining dolomite at a temperature of 650 to 800 ° C and hydration. The filler contains 15 to 48% magnesium hydroxide, 52 to 85% by weight calcium carbonate and a maximum of 1% by weight calcium hydroxide and gives composite materials with high strength and non-flammability.

Description

Vynález se týká plniv určených pro plnění plastů. Funkce běžných práškových plniv v polymerní matrici, zlepšujících mechanické, zpracovatelské a užitné vlastnosti kompozitů, je všeobecně známá, podobně jako jsou známy přídavné efekty tepelné nestabilních plniv, například hydroxidu hořečnatého nebo hlinitého, které umožňují potlačovat hoření kompozitů. Přestože tato tepelně nestabilní plniva by v plastech nalezla uplatnění v nejrůznějších odvětvích lidské činnosti, cenové bariéry omezují a i v budoucnu budou omezovat jejich použití ve velkotonážních aplikacích především ve stavebnictví a ve strojírenství.The invention relates to fillers intended for filling plastics. The function of conventional powder fillers in the polymer matrix to improve the mechanical, process, and performance properties of composites is generally known, as are the additional effects of thermally unstable fillers, such as magnesium or aluminum hydroxide, that allow burning of composites. Although these thermally unstable fillers would find use in plastics in various sectors of human activity, price barriers limit and will continue to limit their use in large-scale applications, particularly in the construction and engineering industries.

Kompromisním hledáním jsou směsná plniva, obsahující jak složku tepelně nestabilní - zhášivou, tak složku nosnou, pomocí kterých lze dosáhnout při vyšších stupních plnění požadovaného stupně požární bezpečnosti - samozhášivosti kompozitů, avšak za nižší cenu. Typickým příkladem takového směsného plniva je plnivo vyráběné mícháním nebo společným mletím uhličitanu vápenatého a hydroxidu hořečnatého podle čs AO 241 640 a čs AO 238 193 nebo plnivo vyráběné hydratací kalcinovaného dolomitu, kde nosnou složkou, tedy složkou z hlediska možnosti dosažení samozhášivosti kompozitů nevyužívanou, je hydroxid vápenatý, nebo případně směs hydroxidu a uhličitanu vápenatého popsané v Čs AO 249 337. U první skupiny směsných plniv, vyráběných mícháním nebo společným mletím komponent, zůstává problémem dosažení vysokého stupně homogenity, který je pro samozhášivost kompozitů nezbytný, poněvadž každá nehomogenity směsného plniva se velmi výrazně projeví na poklesu samozhášivosti.Compromise searches are mixed fillers containing both a thermally unstable component - a flame retardant and a carrier component, which can achieve the flame retardancy of the composites at higher degrees of performance, but at a lower cost. A typical example of such a mixed filler is a filler produced by mixing or co-grinding calcium carbonate and magnesium hydroxide according to CS AO 241 640 and CS AO 238 193 or a filler produced by hydrating calcined dolomite, In the first group of mixed fillers produced by mixing or co-milling the components, the problem of achieving a high degree of homogeneity, which is essential for the flame retardancy of the composites, remains a problem, since each inhomogeneity of the mixed filler is very will significantly affect the decrease of flame retardancy.

U druhé skupiny směsných plniv je vysoká homogenita samozhášivé složky dána krystalografií dolomitu, avšak sumární složení plniva Ca^OH^ MgťOH^ případně CaíOH^ · CaCO^ . Mg(OH se díky přítomnosti hydroxidu vápenatého odráží na silné bazicitě tohoto plniva, která způsobuje vznik pevných agregátů a omezuje dispergovatelnost plniv v polymerní matricí.In the second group of mixed fillers, the high homogeneity of the flame retardant component is given by the crystallography of dolomite, but the aggregate composition of the filler Ca 2 OH 4 Mg 3 OH 4 or Ca 2 OH 4 · CaCO 3. Mg (OH), due to the presence of calcium hydroxide, is reflected in the strong basicity of the filler, which causes the formation of solid aggregates and limits the dispersibility of the fillers in the polymer matrix.

To se projevuje snížením houževnatosti kompozitů i omezenou možností vyššího stupně jejich plnění. Výše uvedené nedostatky odstraňuje plnivo dle tohoto vynálezu.This results in a reduction in the toughness of the composites as well as a limited possibility of a higher degree of filling. The above drawbacks are overcome by the filler of the present invention.

Předmětem vynálezu je dolomitické plnivo na bázi kalcinovaného a hydratovaného dolomitu, které obsahuje 15 až 48 % hmotnostních hydroxidu hořečnatého, 52 až 85 % hmotnostních uhličitanu vápenatého a maximálně 1 % hmotnostní hydroxidu vápenatého.The present invention provides a dolomitic filler based on calcined and hydrated dolomite, which contains 15 to 48% by weight magnesium hydroxide, 52 to 85% by weight calcium carbonate and a maximum of 1% by weight calcium hydroxide.

Složení plniva dle vynálezu se dosáhne z dolomitů, jejichž suma uhličitanů je větší než 97 % hmotnostních, jejich polopálením, tedy kalcinaci v rozmezí 650 až 800 °C a následnou hydratací. Tímto způsobem se dolomitická struktura převádí na celkovou strukturu CaCO^ · Mg(OH)2* Výběrem dolomitické suroviny, volbou způsobu manipulace s touto surovinou i zpracující technologie s teplotou výpalu, která je volena z výše uvedeného rozsahu s ohledem na použitou surovinu a délku tepelné expozice tak, aby dále byl zpracováván pouze polopálený dolomit, jehož celkový obsah nečistot je snížena na minimální mez.The filler composition according to the invention is obtained from dolomites whose sum of carbonates is greater than 97% by weight, by their semi-firing, that is, by calcination in the range of 650 to 800 ° C and subsequent hydration. In this way, the dolomitic structure is converted to the overall structure of CaCO2 · Mg (OH) 2 * By selecting the dolomitic raw material, choosing the way of handling the raw material and processing technology with a firing temperature that is selected from the above range with respect to the raw material used and exposure so that only half-burned dolomite is further processed, whose total impurity content is reduced to a minimum limit.

Finální produkt nesmí obsahovat mimo výše uvedenou strukturu více než 15 % hmotnostních nečistot, jako jsou alumosilikáty, kysličníky a další uhličitany a hydroxidy a zejména maximálně 1 % hmotnostní hydroxidu vápenatého. Vzniklá struktura uhličitanu vápenatého a hydroxidu hořečnatého kopírující původní krystalickou mřížku dolomitu s charakteristickým rozměrem a = 6,361 .10 m je téměř ideální směsí nosného a tepelně nestabilního samozhášivého plniva, která se prakticky neovlivní ani následným domíláním a tříděním, kterému je plnivo po hydrataci a-povrchové úpravě podrobeno.In addition to the above structure, the final product shall not contain more than 15% by weight of impurities such as alumosilicates, oxides and other carbonates and hydroxides and in particular not more than 1% by weight of calcium hydroxide. The resulting structure of calcium carbonate and magnesium hydroxide following the original crystalline lattice of dolomite with a characteristic dimension of a = 6,361.10 m is almost an ideal mixture of carrier and thermally unstable flame retardant, which is virtually unaffected by subsequent aging and sorting, subject to adjustment.

Acidobazická struktura povrchu směsi uhličitanu vápenatého a hydroxidu hořečnatého ve hmotnostním poměru 1,7:1, kterou polopálený hydratovaný dolomit poskytuje, je natolik příznivá, že dolomitické polopálené hydratované plnivo s běžnou povrchovou úpravou lze při plnění plastů využít do vysokého stupně kompozitu.The acid-base structure of the 1.7: 1 weight ratio of calcium carbonate and magnesium hydroxide provided by the half-burned hydrated dolomite is so favorable that the dolomitic half-burned hydrated filler with a conventional surface finish can be used to fill plastics to a high degree of composite.

Vynález osvětlí následující příklady. % v příkladech uváděná jsou hmotnostní.The following examples illustrate the invention. % in the examples given are by weight.

Dolomit z lokality Varin o analýze 46,3 % ztráta žíháním, 31,7 i CaO, 21,6 % MgO 0,2 % alumosilikáty, byl kalcinován v rotační poloprovozní mazutové peci v granulometrii 8 až 12 ^um při teplotě 100 °C po dobu 4 h. Materiál, který průchodem kladivovým mlýnem získal granulometrii 0,1 až 3,5 mm byl v mísiči Papenmeier 203 KGU hydratován při otáčkách 120 min ⁴ po dobu 70 min v rozsahu teplot 50 až 160 °C při stechiometrickém přebytku vody 1,3, kde hydratační voda obsahovala 2,5 S stearátu amonného. Po dosušení materiálu ve stejném zařízení při konečné teplotě hydratace, tj. 160 °C a době zdržení 120 min byl materiál domlet na kulovém mlýně na granulometrii d 97 = 28 ^um a po průchodu na třídiči Alpíne 132 MP byla získána frakce s d 97 = 8 ^um, konečný produkt dolomitického polopáleného hydratovaného plniva o obsahu 63,7 % CaCOj, 24,1 % Mg(OH)₂, 0,45 % Ca(OH)₂·Dolomite from the Varin site of 46.3% loss on ignition, 31.7% CaO, 21.6% MgO 0.2% alumosilicates, was calcined in a rotary pilot oil furnace in a granulometry of 8 to 12 µm at 100 ° C after for 4 h. the material which passage hammer mill obtained granulometry from 0.1 to 3.5 mm in the Papenmeier mixer 203, the BGM is hydrated at 120 rpm for ⁴ min 70 min in the temperature range from 50 to 160 ° C with a stoichiometric excess of water 1 3, wherein the hydration water contained 2.5 S ammonium stearate. After drying of the material in the same apparatus at a final hydration temperature of 160 ° C and a residence time of 120 min, the material was ground in a ball mill with a d 97 = 28 µm granulometry and passed through an Alpine 132 MP screen to obtain fraction sd 97 = 8 um µm, end product of dolomitic semi-burnt hydrated filler with 63.7% CaCO 3, 24.1% Mg (OH) ₂ , 0.45% Ca (OH) ₂ ·

Toto polopálené hydratované plnivo bylo zahněteno na hnětáku Brabender v množství 60 ΐ do standardní polypropylenové matrice Mosten 55 212 CHZ ČSSP Litvínov. Naměřené hodnoty na takto získaném kompozitním materiálu jsou uvedeny v následujícím příkladu společně s hodnotami naměřenými na srovnatelných kompozitních materiálech se stejnou polymerní matricí a stejným procentem plnění.This semi-burnt hydrated filler was kneaded on a Brabender mixer in an amount of 60 ΐ into a standard polypropylene matrix Mosten 55 212 CHZ ČSSP Litvínov. The measured values on the thus obtained composite material are shown in the following example together with the values measured on comparable composite materials with the same polymer matrix and the same percent fill.

Plnivo Filler Mez kluzu ak /MPa/ Yield strength ak / MPa / Vrubová houževnatost VH /kJ/m²/Notch toughness VH / kJ / m ² / Kyslíkové číslo /»/ Oxygen number / »/ uhličitan vápenatý (Durcal 2 fy Omya) calcium carbonate (Durcal 2 by Omya) 16,0 16.0 5,9 5.9 21,7 21.7 hydroxid hořečnatý magnesium hydroxide (Morton Thiokol) Real name of Morton Thiokol is Morton Thiokol 15,2 15.2 3,2 3.2 29,2 29.2 směsné plnivo s 25 % mixed filler with 25% hydroxidu hořečnatého (dle AO 241 640) magnesium hydroxide (according to AO 241 640) 15,8 15.8 4,0 4.0 23,0 23.0 dolomitické hydratované dolomitic hydrated plnivo (dle AO 249 337) filler (according to AO 249 337) 16,5 16.5 1,9 1.9 23,0 23.0 dolomitická polopálené hydratované plnivo dolomitic semi-burnt hydrated filler 15,8 15.8 9,0 9.0 23,5 23.5

Jak je zřejmé z příkladu, z dolomitického polopáleného hydratovaného plniva jako z jediného lze připravit kompozit nejen o vysoké hodnotě požární bezpečnosti, dané kyslíkovým číslem 23,0, ale též o vysokých mechanických hodnotách daných především hodnotou vrubové houževnatosti.As is evident from the example, a composite having a high fire safety value given by an oxygen number of 23.0, but also a high mechanical value given primarily by the notch toughness value, can be prepared from the dolomitic semi-burnt hydrated filler.

Podobné velmi dobré výsledky lze prezentovat i u kompozitů na bázi polyetylénu, polyamidu i jiných plastů.Similar very good results can be presented for composites based on polyethylene, polyamide and other plastics.

Claims

Dolomitic filler for calcined and hydrated dolomite plastics, characterized in that the filler contains 15 to 48% by weight magnesium hydroxide, 52 to 85% by weight calcium carbonate and a maximum of 1% by weight calcium hydroxide.