Большую актуальность приобретает рациональное и эффективное использование сырьевых ресурсов и отходов производства. К новым сырьевым ресурсам относится – шунгит – тонкодисперсный минерал природного происхождения, к отходам производства – обработанные золоотходы от сжигания твердого топлива на ТЭС. В составе шунгита преобладают оксид кремния – 57 %, углерод  – 30 %. Кроме того, в нем присутствуют в небольших количествах оксиды алюминия, железа и магния, кальция, а также сера [2, с.68].

В целом исследования и опытное опробование шунгитов в резиновых смесях выявило следующие эффекты:

1. Возможность замены шунгитом белой сажи.
2. Возможность замены шунгитом малоактивного и полуактивного техуглерода.
3. Улучшение технологических свойств резиновых смесей РТИ (вязкость по Муни, стойкость к преждевременной поовулканизации.
4. Улучшение способности резиновых смесей к переработке (снижение шубления на вальцах в сравнении с техуглеродом и белой сажей).
5. Шунгит наполненные резины обладают улучшенными динамическими свойствами – сопротивлением росту трещин при изгибе с проколом, пониженным теплообразованием при знакопеременном изгибе, динамической выносливостью при угловом вращении.
6. Наполнение резин шунгитом значительно увеличивает их термостойкость.
7. Применение шунгита позволяет создать высоконаполненные (400масс.ч. шунгита на 100 масс.ч. каучука) РТИ с необычными свойствами-высокой твердостью и ударопрочностью, электропроводностью.[3, с. 17; 4, с.89] .

Существует вулканизуемая резиновая смесь на основе ПДИ-1к в которой в качестве наполнителя используют мел, однако при добавлении данного наполнителя не обеспечиваются высокие физико-механические показатели.

С целью улучшения физико-механических и технологических параметров резин на основе олигомера ПДИ-1к нами был рекомендован шунгит. Также был подобран пластификатор, который обеспечивает нормальные литьевые свойства композиции и увеличить содержание шунгита в смеси, что позволяет снизить содержание олигомера, при этом не ухудшая физико-механические показатели.

Таблица 1 – Рецептуры композиций

Таблица 2 – Свойства физико-механических показателей композиций

Доказано экспериментально, что шунгит можно использовать для приготовления смесей на основе ПДИ-1к. Показано улучшение физико-механических свойств композитов при использовании шунгита: заметно существенное увеличение прочности практически в 2 раза, относительного удлинения, показатели твердости практически не изменились. Подобрано оптимальное количество шунгита, вводимое в состав композиции,  которая составила 60 мас. частей. Шунгитовый наполнитель мало пылит, что позволяет улучшить санитарно-гигиеническую обстановку на предприятии, соответственно в производственном процессе упрощается система вентиляции и улучшаются условия труда, также он позволяет сократить выбросы в атмосферу,  легко вводится в процессе смешения и требует меньших энергетических затрат для распределения в каучуке.

Таким образом, сравнение физико-механических свойств рекомендуемых резин с наполнителями мела и шунгита, показывает, что содержащие в качестве наполнителя шунгитовую породу, обладают рядом преимуществ, позволяющих расширить области их применения и создать высоконаполненные резины на основе ПДИ-1к.

Поэтому остро стоит вопрос разработки соответствующего вида меловой массы, которая позволит использовать контейнер-дозатор и избежать непосредственного контакта всей массы (П) с зубной щеткой. Основной проблемой является плохая сыпучесть (П), что не позволяет относительно легко засыпать его в контейнер и высыпать его на зубную щетку. Это связано с тем, что частицы химически чистого карбоната кальция могут обладать электрическим зарядом в результате диссоциации молекул CaCO₃, находящихся в поверхностном слое, при этом, приобретая как отрицательный, так и положительный заряд. Другим путем образования заряда у частиц (П) является механическая диссоциация в процессе диспергирования материала, в результате которой на вновь образующихся поверхностях возникают разноименные заряды. Следует отметить и тот факт, что мел, кроме карбоната кальция, в небольшом количестве содержит глинистые минералы, которые распределены равномерно ,образуя коллоидные пленки на поверхности зерен карбоната и внутри них. Такие пленки несут отрицательный заряд. При получении осадочного мела небольшая доля их может попадать в (П) для косметических целей [4]. Также следует отметить, что при увлажнении прочность мела начинает повышаться, и уже при влажности 20-30% прочность на сжатие увеличивается в 2-3 раза, проявляя вязко-пластические свойства. Это связано с налипанием мела на элементы упаковочного материала. Это  проявляется при упаковке мела в коробки и окунании в него влажной зубной щетки.

Относительно слабый дезодорирующий эффект зубных порошков связан с невысокой адсорбционной активностью мела, поэтому добавление белой, либо голубых глин с определенной дисперсностью обеспечивает удержание эфирных масел и, как следствие, увеличение дезодорирующих свойств. Сложность введения в их состав лечебно-профилактических добавок связана со специфическими свойствами мела. С одной стороны, это наличие электрического заряда, что является препятствием для равномерного смешивания, с другой, разница в удельных массах и размерах частиц мела и добавок. По нашему мнению, наиболее реальный, в данном случае, технологический прием -введение связывающего вещества и получение зубного порошка в виде гранул. Одновременно это позволит изменить качество и вид упаковки, уменьшить до минимума летучесть мела, возможность вдыхания его маленькими детьми при чистке зубов. При проведении данной части исследования был использован мел  фирмы Provencale.66600.espira de laglu- Franci. имеющий дисперсность менее 20 мкм., что позволяет уменьшить величину индекса RDA. Твердые материалы и реактивы, приведенные в табл. 1, прошли предварительную обработку путем измельчения на роторном измельчителе с  получением   фракций с размером, близким к вышеуказанному.

Таблица 1. Реологические свойства использованных материалов и реактивов

Исходя из полученных данных, все использованные материалы и реактивы обладают весьма низкой величиной сыпучести, что затрудняет их упаковку в насыпные контейнеры. Повышение ее в результате получения гранулированного продукта позволит создать другой вариант упаковки. При изучении возможности грануляции мела в качестве связывающих веществ были использованы растворы картофельного и маисового крахмалов, желатины, спирт, Na карбоксиметилцеллюлозы, основываясь на обычных методиках работы с этими веществами. В качестве определяющих параметров качества получаемых гранулятов были использованы внешний вид гранул, их прочность, сыпучесть, угол естественного откоса и т.п. Во всех экспериментах варьировалось соотношение (П): гранулирующий реагент. Данные, приводимые в табл. 2, соответствуют результатам, полученным в оптимальных условиях. В случае применения Na карбоксиметилцелюлозы использовался ее 1% раствор в соотношении полимер: (П)=1:200. Только в этом случае удается получить гранулы с удовлетворительным внешним видом и прочностью. Гранулы белого цвета круглой и в определённой степени конусной формы, обладающие достаточной величиной сыпучести и углом естественного откоса α^о.

Таблица 2. Основные реологические параметры полученных гранул

При изучении оптимального режима получения гранул, при применении Na карбоксиметилцелюлозы, исследовались следующие параметры: величина концентрации полимера в водном растворе, соотношение полимер: (П), величина температуры гранулирования (табл. 3, 4).

Таблица 3. Основные реологические параметры полученных гранул (температура при перемешивание 60^о)

Примечание. При использование  1% раствора  полимера гранулы получаются более мелкие и с более высоким коэффициентом распадаемости при вращение их в упаковочном контейнере, порядка  30-35%. В случае использования 2-4% растворов полимера коэффициент распадаемости не превышает 8-10%.

Исходя из полученных данных, при использовании раствора Na карбоксиметилцеллюлозы с концентрацией выше 0,5%, получаются гранулы хорошего внешнего вида и качества, обладающие достаточно высокой степенью сыпучести. Учитывая, что сам (П) практически не обладает сыпучестью, появляется возможность использования получаемых гранул для разработки новых видов (П). Оптимальной концентрацией раствора Na карбоксилметилцелюлозы следует считать 2%-ую, которая позволяет получать гранулы с высокой сыпучестью. Дальнейшее увеличение концентрации практически не оказывает значительного эффекта, но повышает стоимость продукта. Соотношения массы полимера к массе (П) во всех случаях целесообразно поддерживать на уровне =1:200 .

Данные по влиянию температурного режима приводятся в табл.4

Табл. 4. Влияние температурного режима смешивания

Полученные данные (табл. 2-4) позволяют выбрать оптимальный режим гранулирования: 2% водный раствор Na карбоксиметилцелюлозы, соотношение полимер: (П)=1:200 , температура грануляции до 60^о.

Становится возможной, благодаря достаточно высокой сыпучести, фасовка гранул в контейнеры, из которых они легко выделяются самотеком, и появляется возможность дозирования (П). Наиболее простой вариант – плоский контейнер из пищевой пластмассы, на верхней поверхности которого имеется легко открывающаяся заслонка на разное  расстояние. Зубная щетка смачивается водой, открывается заслонка, и (П) высыпается на щетку и набухает. Второй вариант – (П) в необходимом количестве высыпается в отдельную посуду ( прилагаемую в наборе) и берется мокрой щеткой. Таким образом, нет непосредственного контакта всей массы (П) с зубной щеткой, и отсутствует возможность микробного заражения. Следует учитывать, что в процессе грануляции, в конце процесса  возникает возможность введения в полученную массу  активных антиоксидантов- отдушек, как, например, масло чайного дерева, мандарина либо апельсина. Это позволяет повысить антимикробные свойства (П).

Учитывая специфические особенности очистки зубов и десен от остатков пищи, разработаны несколько вариантов подобного (П).

1. 98-99 % карбоната кальция, 0,5-1,0 % смеси масел листьев мандарина и апельсина, смешанных в эквивалентном количестве. 2. 95% карбоната кальция , 0,5 -1,0% смеси масел листьев мандарина и апельсина, смешанных в эквивалентном количеств , 3% бентонитовой либо голубой глины , соответствующей степени помола и очистки. Наличие столь активного сорбента в (П) позволяет, как изменять, в случае необходимости, рН ротовой полости, так и дополнительно удалять токсичные остатки пищи. 3. 93% карбоната кальция , 0,5-1,0% смеси масел листьев мандарина и апельсина, смешанных в эквивалентном количестве, 3% бентонитовой либо голубой  глины  соответствующей степени помола и очистки, 2% пищевой соды.

Все три предложенных вариантов рецептуры гранулировались в присутствии раствора Na карбоксилметилцеллюлозы. При этом получены следующие результаты. Рецептура 1. Сыпучесть 9,90 (см³/с), угол естественного откоса 34^о , насыпная масса 0, 52 (г/см³), объёмная плотность 0,71(г/см³). Рецептура 2. Сыпучесть 9,25(см³/с), угол естественного откоса 34^о, насыпная масса 0, 58 (г/см³), объёмная плотность 0, 76 (г/см³). Рецептура 3. Сыпучесть 9,05 (см³/с), угол естественного откоса 35^о, насыпная масса 0, 6 (г/см³), объёмная плотность 0, 78 (г/см³). Во всех случаях по внешнему виду и прочности гранулы практически не отличаются от продукта непосредственной грануляции (П).

Технология получения гранулированного продукта заключается в следующем. В реактор с перемешивающим устройством помещают определённый объем воды обессоленной, нагретой до 50-60°С, затем, при перемешивании, в воду постепенно вносят необходимое количество натриевой соли Na карбоксиметилцеллюлозы, полученную смесь перемешивают до получения 2%-го однородного раствора полимерной массы.
Гранулирование осуществляют в грануляторе при постоянном перемешивании. В гранулятор, нагретый до температуры 50-60°С, помещают 5 кг карбоната кальция с массовой долей воды 0,5%, добавляют 2%-ый раствор связующей добавки до достижения соотношения связующей добавки и карбоната кальция 1:200, на сухое вещество и перемешивают. Туда же добавляются определенные количества различных добавок, в зависимости от рецептуры приготавливаемого зубного порошка. Смесь гранулируют до получения продукта с размером частиц основной фракции 0,05-0,25 мм и сушат при температуре  40-50°, гранулированный продукт фасуется в специальные контейнеры.