CC BY
46
ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ
УДК549.623.81; 678.844; 621.777.01
Г. В. Булидорова, А. А. Косарев
ВЛИЯНИЕ ГИДРОФОБИЗАЦИИ ПОВЕРХНОСТИ ЧАСТИЦ ТАЛЬКА
НА ПРЕССУЕМОСТЬ ПОРОШКА И ПРОЧНОСТЬ ПРЕССОВАННЫХ ИЗДЕЛИЙ
Ключевые слова: порошок талька, гидрофобизатор, гидрофобизация поверхности, прессуемость порошка, прочность прессованных изделий.
Исследована возможность использования метилсиликоната калия и составов софэксил-1520 А и Б для гидро-фобизации поверхности частиц талька. Оценено влияние гидрофобизации поверхности на прессуемость порошка и прочность прессованных изделий. Полученные результаты сопоставлены с данными по насыпной плотности и электрокинетическому потенциалу частиц.
Keywords: talc powder, waterproofing agent, surface hydrophobicity, powder compressibility, pressed products strength.
The possibility of using the potassium methylsiliconate аnd compositions «sofeksil-1520 А» аnd «sofeksil-1520 B» for talc particles waterproofing has been studied. The effect of talc surface waterproofing on the powder compressibility and the pressed products strength was examined. The obtained results were compared with the data on bulk density and zeta potential of the particles.
Введение
Тальк - уникальный природный минерал, который широко применяется в самых различных областях: в бумажной, лакокрасочной, резинотехнической, керамической, пищевой, косметической и фармацевтической промышленности [1-3].
При переработке и использовании порошок талька во многих случаях подвергается операциям пересыпания и прессования. С целью улучшения сыпучести порошка талька и снижения его слежи-ваемости в работах [4, 5] была предпринята попытка обработки поверхности частиц гидрофобизирую-щими составами. Было показано, что гидрофобиза-ция поверхности частиц позволяет повысить сыпучесть порошка, что подтверждается снижением угла естественного откоса и повышением скорости истечения порошков из калиброванного отверстия металлической воронки.
Установление связи между характеристиками поверхности порошкового материала и его прессуе-мостью представляет большой практический интерес.
Под прессуемостью обычно понимают комплекс характеристик порошка, связанных с его способностью к уплотнению под действием внешней нагрузки (уплотняемость), а также с прочностью прессованного изделия и его способностью сохранять форму (формуемость) [6].
На прессуемость порошковых материалов определяющее влияние оказывают такие факторы, как пластичность материала частиц, их размеры и форма, а также способность частиц порошка к когезии, то есть к взаимному притяжению. Обычно прессуе-мость материала тем лучше, чем более сложную форму имеют частицы порошка.
Процесс прессования обычно подразделяют на три стадии [6, 7]:
- стадия подпрессовки (или уплотнения), где начинается сближение частиц, но почти не происходит их деформация или разрушение; давления прессова-
ния на этой стадии мало;
- вторая стадия, соответствующая более высоким давлениям прессования, сопровождающаяся деформацией и частичным разрушением частиц, их взаимным обтеканием и формированием компактного прессованного объекта;
- третья стадия, на которой этот объект испытывает объемное сжатие, и которая при чрезмерном давлении может закончиться хрупким разрушением материала.
Четких границ между этими стадиями нет, однако следует отметить, что влияние характеристик поверхности, способности частиц к когезии начинает сказываться уже на стадии подпрессовки, когда суммарная контактная поверхность частиц возрастает, и между ними возникает механическое сцепление.
Для улучшения прессуемости в составы вводят ПАВ и другие низкоплавкие, скользящие и смазывающие вещества [6, 7].
В настоящей работе на примере талька оценивалось влияние гидрофобизации поверхности на прес-суемость порошка. Определялась зависимость плотности р прессованных изделий (таблеток) и их прочности ст от давления прессования.
Экспериментальная часть
В работе использовался порошок талька ТМО по ТУ 5727-003-46689024-2001 Шабровского талькового месторождения. В соответствии с ТУ остаток на сетке № 009 при просеивании порошка составляет не более 0,05 %; асбестообразующие минералы в порошке отсутствуют; рН водной вытяжки находится в пределах 6,5-8,5.
В качестве гидрофобизаторов применяли метил-силиконат калия (СН-Б1-ОК)п, где п = 1-2 (ТУ 2229-512-05763441-2007) производства Силикон Глобал Рус, поставляемый в виде 40% водного раствора и два товарных продукта производства СО-ФЭКС-Силикон (ТУ 2251-011-42942526-00 с изм. 138
4): софэксил-1520 марки А - 20% водно-масляную эмульсию полидиметил-силоксана и софэксил-1520 марки Б - водный раствор смеси блоксополимеров на основе этиленоксида и пропиленоксида, допущенные к применению в пищевом, фармацевтическом и косметическом производстве.
После обработки порошок сушился и просеивался через сито с размером ячейки 63 мкм. Эксперименты проводили при температуре 25°С.
Уплотняемость порошков характеризовали по диаграмме прессования, которая строилась в координатах «плотность - давление прессования». В пресс-форму с внутренним диаметром матрицы 11,6 мм засыпалась навеска порошка в количестве 2 г, которую далее прессовали при давлениях 80, 150, 250 МПа на пресс-машине ПГ-100. Для определения плотности полученных таблеток, измеряли с помощью микрометра их размеры и определяли объем. Масса таблетки определялась при помощи весов лабораторных ВСЛ- 400/1.
Механическая прочность прессовки определялась при помощи разрывной машины FM-500. Испытуемая таблетка сжималась между плунжером и неподвижным упором на корпусе. Давление, при котором происходит разрушение прессовки, фиксировалось. Прибор позволяет плавно изменять нагрузку и фиксирует величину ст в момент хрупкого разрушения прессовки. Показатель прочности таблетки равен отношению давления сжатия Р, при котором произошло разрушение таблетки к ее площади S:
ст = Р/S.
Результаты и обсуждение
Эксперименты показали, что кривые прессования р = f(P) для обработанного талька имеют сходный характер (рис. 1).
Р, МПа
Рис. 1 - Кривые прессования талька. 1 - исходный образец; 2-4 - тальк после гидрофобизации. Гид-рофобизатор: метилсиликонат калия 3% (2); со-фэксил-1520 Б 1,5% (3); софэксил-1520 А 1,5% (4)
В области относительно низких давлений плотность прессовки из исходного талька ниже, чем у прессовок из гидрофобизированных образцов. Можно предположить, что здесь сказывается различие в насыпной плотности порошков. Гидрофобизи-рованный тальк заполняет пресс-форму более рав-
номерно, частицы его изначально располагаются параллельно друг другу.
С ростом давления прессования плотность таблеток из необработанного талька резко возрастает, приближаясь при 250 МПа к предельным значениям - плотности самого материала. Плотность прессовок из талька, обработанного составами софэксил, не достигает этих значений. Даже при высоких давлениях прессования в этих образцах сохраняется довольно высокая пористость и не образуется непрерывной контактной поверхности между частицами. Это может быть связано с повышением прочности обработанных частиц, вследствие чего они меньше разрушаются при сжатии.
С практической точки зрения важно выявить связь между механической прочностью прессовок и давлением прессования. Спрессованные таблетки ис-пытывались на прочность на разрывной машине БМ-500. Полученные данные представлены на рис. 2.
40 30 20 10 кг/см2
50 100 150 200 250 Р, МПа Рис. 2 - Зависимость прочности прессовок от
давления прессования. 1 - исходный образец; 2-4 - тальк после гидрофобизации. Гидрофобизатор: метилсиликонат калия 3% (2); софэксил-1520 Б 1,5% (3); софэксил-1520 А 1,5% (4)
Интересно отметить, что, несмотря на более низкую плотность, прессовки из гидрофобизированного талька во всех случаях оказались прочнее, чем из исходного материала. Эту зависимость можно наглядно проследить на рис. 3.
а, кг/см2
о -1-'-"
2,1 2,3 2,5 2,7
р, г/см3
Рис. 3 - Зависимость прочности прессовок от их плотности. 1 - исходный образец; 2-4 - тальк после гидрофобизации. Гидрофобизатор: метилсиликонат калия 3% (2); софэксил-1520 Б 1,5% (3); софэксил-1520 А 1,5% (4)
Одним из возможных объяснений этого факта может быть следующее. Ранее [5] было показано, что гидрофобизированные образцы имеют меньшую насыпную плотность, то есть пластинки в них изначально упакованы параллельно друг другу, тогда как в исходном порошке они при пересыпании образуют структуры типа карточного домика. В последнем случае при прессовании происходит разрушение значительно большего числа частиц, что в итоге негативно сказывается на прочности прессованного изделия. Эти данные коррелируют и с результатами определения электрокинетического потенциала гид-рофобизированных частиц талька [5].
Выводы
Оценено влияние природы и концентрации гид-рофобизатора на прессуемость талька и прочность прессованных таблеток. Проанализирована связь прочности прессовок с насыпной плотностью порошка и электрокинетическим потенциалом частиц.
Показано, что гидрофобизация поверхности час-
тиц талька не только повышает сыпучесть порошка,
но и улучшает его прессуемость, а также повышает
прочностные характеристики прессовок.
Литература
1. ООО «Инфомайн» Обзор рынка талька в СНГ: URL: http://www.infomine.ru/research/9/74 (2014).
2. Г.С. Кац, Д.В. Милевский Наполнители для полимерных композиционных материалов М.: Химия, 1981. 736 с.
3. Слонов А. Л., Козлов Г. В., Заиков Г. Е., Микитаев А. К. Вестник Казанского технологического университета, 16, 20, 111-114 (2013).
4. Г.В. Булидорова, А. Л. Афанасьева Вестник Казанского технологического университета, 17, 8, 18-22 (2014).
5. Г.В. Булидорова, А. Л. Афанасьева Вестник Казанского технологического университета, 17, 9, 21-24 (2014).
6. А.М. Дальский Технология конструкционных материалов М., Машиностроение, 1977. 664 с.
7 В. А. Белоусов Основы дозирования и таблетирования лекарственных порошков М: Медицина, 1980. 216 с.
© Г. В. Булидорова - к.х.н., доц. каф. ФКХ КНИТУ, gal_d@list.ru; А. А. Косарев - к.т.н., доцент каф. ТТХВ КНИТУ, kosarev_aleks@mail.ru.
© G. V. Bulidorova - Ph.D., docent of department Ph.C.Ch. KNRTU, gal_d@list.ru; А. А. Kosarev - Ph.D, docent of department T.S.Ch.S. KNRTU; kosarev_aleks@mail.ru.
