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L'invention concerne un procédé pour le traitement de la suie en vue de modifier les propriétés de celle-ci, en particulier son activité envers le caoutchouc et autres matières.
On connait lestraitements les plus différents pour influencer et améliorer, sous divers points de vue, les propriétés de la suie.
Les procédés connus jusqu'ici tendent, en particulier, à améliorer ' les suies colorantes en augmentant leur pouvoir colorant ou leur profondeur de coloration., la fluidité des détrempes de suie ou leur aptitude à être Introduites dans les substances les plus di- .verses. Semblables procédés tendent aussi à l'utilisation de suies pour des usages déterminés, par exemple à l'emploi de qualités basses comme suies colorantes. Spécialement en vue de son activa- tion, la suie est, par exemple, exposée à haute température à l'influence d'oxydants comme l'aire, l'oxygène ou l'acide nitrique
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ce qui provoque une diminution importante de la teneur en carbone.
Ces procédés, pour autant qu'ily.soit fait emploi de l'acide nitri- que comme oxydant, présentent, outre la grande perte au feu déjà mentionnée, certaines difficultés au point de vue appareillage et ce à cause de l'aggressivité de l'acide nitrique chauffé à haute température. A plus faible température, on a déjà laissé agir sur la suie des oxydants, et surtout l'acide nitrique, en mélan- geant la suie, pour en obtenir une pâte, avec de l'acide nitrique dilué dans l'eau., l'acide nitrique étant alors éliminé en chauffant légèrement .
Outre le traitement à l'air ou à l'acide nitrique en phase gazeuse respectivement vaporeuse, il a déjà été proposé de chauffer la suie sous pression en présence de liquides, l'eau par exemple, à des températures de 150 environ, ,.lors qu'on ajoutait 1 cas échéant des matières qui comme le nitrite d'ammonium, se décemposent en dégageant de l'azote. Ces procédés se sont avérés particulièrement bons pour améliorer le.. suies colorantes; toute- fois, le travail dans un liquide offre, dans certains cas, quelques inconvénients en raison du danger qu'il y a que les particules de sur forment grumeaux.
Selon la présente invention, on expose des suies de nature quelconque à l'action de vapeur d'eau surchauffée, ce qui fait qu'il se produit une transformation purement chimique du carbone et de la vapeur d'eau avec formation d'oxyde de carbone respecti- vement de bioxyde de carbone avec de l'hydrogène, de nombreuses propriétés de la suie se modifiantdans une mesure étonnante. On peut voir, dans le fait que la perte au feu, rapportée à la teneur en carbone, atteint en général à peine 5% et qu'ainsi la perte rente beaucoup plus faible qu'avec les méthodes connues de l'oxy- dation à l'acide nitrique ou à l'air en phase vaporeuse respective- ment gazeuse, un avantage particulier du procédé.
Par contre, comme il a été dit, ce traitement modifie la suie de façon tra- orlinsirement profonde de sorte que le procédé qui fait l'objet
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de l'invention donne,, outre la perte au feu relativement faible, un rendement élevé inattendu,
Selon l'invention, le traitement de la suie se fait à la vapeur d'eau surchauffée, entre 150 et 400 , de préférence entre
220 et 350 . Le rapport vapeur d'eau/suie peut varier largement ; il faut toutefois au moins une partie de vapeur d'eau pour une par- tie de suie. En général, on travaille avec un rapport suie/vapeur d'eau égalà 1 :1 à 5 et on obtient d'excellents résultats en main- tenant ce rapport à 1 : 2.
Selon une autre forme d'exécution, la vapeur d'eau peut aussi être coupée, dans une certaine mesure,, avec de l'air; la proportion d'air ne peut toutefois pas dépasser 40% de la quantité de vapeur- d'eau. En général, pour un rapport suie/vapeur d'eau égal à 1:2, on emploie 0,5 partie d'air c'est-à-dire 25% de la quantité totale de vapeur d'eau.
Le procédé de l'invention se distingue surtout par son exé- cution extrcordinairement simple et réunit en outre tous les avan- tages d'une méthode continue. Il s'est avéré convenir très bien de procéder au traitement en un tube rotatif chauffé par l'extérieur; il y a de même avantage à maintenir la suie en mouvement pendant quon utilise la vapeur d'eau. On peut aussi traiter la suie à l'état précomprimé, de préférence perlé, et, le cas échéant, tra- vailler en procédé-cyclone.
L'addition d'agents exerçant, lors de la transformation du carbone et de la désagrégation de la suie, une influence catalysante, comme l'ammoniaque, l'acide chlorhydrique ou autres acides organiques voire même le chlore en petites quanti tés, fournit un moyen simple de conduire le processus comme on le désire et de modifier, en les sélectionnant, des propriétés déter- minées. Les additions mentionnées sont efficaces en très petites quantités déjà et n'ont pas, en général, à dépasser 1% de la quan- tité de vapeur d'eau .
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Il s'est avéré que la suie traitée d'après le procédé de l'invention absorbe avidement de leau pendant et aussi après le refroidissement de sorte que le procédé convient très bien pour charger les suies de gaz. On peut, par exemple charger la suie de gaz inertes comme l'azote ou l'hydrogène et provoquer, surtout dans le dernier cas, des modifications intéressantes des propriétés pour ce qui concerne l'emploi en technique du caoutchouc.
La surface totale des suies traitées à la vapeur d'eau aug- mente considérablement aussi par rapport à celle de la matière de départ, comme le montre le tableau suivant établi diaprés des mesurages selon la méthode d'absorption d'iode.
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<tb> Suie <SEP> teintures <SEP> traitée <SEP> selon <SEP> l'invention <SEP> 190 <SEP> 36
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Les chiffres démontrent que la surface des particules de suie augmente considérablement, indépendamment d'un calcinage pré- alable,
quand la suie est soumise à l'influence de la vapeur d'eau surchauffée selon le procédé de l'invention, ce qui permet entre autres d'augmenter fortement l'activité. Naturellement, il y aura avec semblables suies, par exemple pour les détrempes à lthuile, des besoins en huile plus importants. La fluidité de semblables pâtes est toutefois sensiblement améliorée et augmente de près de 100%. Avec cette amélioration va de pair un comportement favorable lors de la dispersion étant donné que les suies traitées se répar- tirsent facilement tant dans l'eau que dans des liquides organiques et accusent un pouvoir d'humectation très élevé .
Même les suies d'arc qui, normalement ne peuvent pas du tout être humectées avec de l'eau, non seulement peuvent l'être très bien après qu'elles ont subi l'influence de la vapeur d'eau surchauffée mais-se dispersent aussi colloïdalement moyennant certaines précautions,
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Une autre caractéristique essentielle des suies traitées selon l'invention est la facilité de régler à volonté leur teneur en matières volatiles entre 2 et 20% selon la qualité de la suie, le rapport vapeur d'eau/suie et la température de réaction .
Il y a lieu de mentionner enfin que la teneur en empyreume peut, le cas échéant, être abaissée Jusqu'à 0 pratiquemenet, même si on part de suies qui accusent en empyreume des teneurs très élevées, Jusqu'à 17% environ. Il peut y avoir là, pour les diffé- rents usages, des avantages considérables.
Comme indiqué, l'emploi du procédé qui fait l'objet de l'in- vention n'est pas limité à certaines qualités de suie; ce procédé convient de même pour les suies de gaz, de flammes, de fours, d'arc et d'explosions.
Eu égard aux modifications variées des propriétés, les suies traitées peuvent, grâce à leur activité extraordinairement forte, être employées avec succès dans l'industrie du caoutchouc pour ren- forcer ou aussi teinter le caoutchouc naturel ou artificiel et les matières du genre caoutchouc. A cause de leur bonne aptitude à la dispersion, elles peuvent être employées comme suies colorantes tant dans l'industrie des vernis que dans l'industrie des teintures.
Elles conviennent également, enfin, comme colorants ou agents de matage dans l'industrie des matières synthétiques, par exemple pour être incorporées au chlorure de polynvinyle et à d'autres résines synthétiques.
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The invention relates to a process for the treatment of soot with a view to modifying the properties thereof, in particular its activity towards rubber and other materials.
We know the most different treatments to influence and improve, from various points of view, the properties of soot.
The methods known hitherto tend, in particular, to improve the coloring soot by increasing their coloring power or their color depth, the fluidity of the sooty soils or their aptitude to be introduced into the most diverse substances. . Similar methods also tend to the use of soot for specific uses, for example the use of low qualities as coloring soot. Especially with a view to its activation, the soot is, for example, exposed at high temperature to the influence of oxidants such as air, oxygen or nitric acid.
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which causes a significant decrease in the carbon content.
These processes, in so far as nitric acid is used as an oxidant, present, in addition to the great loss on ignition already mentioned, certain difficulties from an apparatus point of view, because of the aggressiveness of the Nitric acid heated to high temperature. At a lower temperature, oxidants, and especially nitric acid, have already been allowed to act on the soot, by mixing the soot to obtain a paste with nitric acid diluted in water. nitric acid then being removed by heating slightly.
In addition to the treatment with air or with nitric acid in the gaseous respectively vaporous phase, it has already been proposed to heat the soot under pressure in the presence of liquids, for example water, to temperatures of approximately 150,,. when one added 1 if necessary materials which, such as ammonium nitrite, decemposize giving off nitrogen. These methods have been found to be particularly good at improving coloring soot; however, working in a liquid in some cases offers some drawbacks due to the danger of the overspeed particles forming lumps.
According to the present invention, soot of any kind is exposed to the action of superheated water vapor, which causes a purely chemical transformation of the carbon and of the water vapor with the formation of carbon dioxide to take place. carbon respectively carbon dioxide with hydrogen, many properties of soot changing to an amazing extent. It can be seen from the fact that the loss on ignition, related to the carbon content, generally reaches barely 5% and that therefore the loss is much lower than with the known methods of oxidation with nitric acid or air in vapor phase respectively gaseous, a particular advantage of the process.
On the other hand, as has been said, this treatment modifies the soot in a tra- orlinsically deep manner so that the process which is the object
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of the invention gives, in addition to the relatively low loss on ignition, an unexpected high efficiency,
According to the invention, the soot is treated with superheated steam, between 150 and 400, preferably between
220 and 350. The water vapor / soot ratio can vary widely; however, at least part of water vapor is required for part of soot. In general, one works with a soot / water vapor ratio of 1: 1 to 5 and excellent results are obtained by keeping this ratio at 1: 2.
According to another embodiment, the water vapor can also be cut off, to a certain extent, with air; however, the proportion of air may not exceed 40% of the amount of water vapor. In general, for a soot / water vapor ratio equal to 1: 2, 0.5 part of air is used, that is to say 25% of the total amount of water vapor.
The process of the invention is distinguished above all by its extraordinarily simple execution and furthermore combines all the advantages of a continuous method. It has been found to be very suitable to carry out the treatment in an externally heated rotating tube; it is also advantageous to keep the soot moving while using the water vapor. It is also possible to treat the soot in the precompressed state, preferably pearled, and, if necessary, to work in a cyclone process.
The addition of agents exerting, during the transformation of carbon and the disintegration of soot, a catalyzing influence, such as ammonia, hydrochloric acid or other organic acids or even chlorine in small quantities, provides a simple way to conduct the process as desired and to modify, by selecting them, certain properties. The additions mentioned are effective in very small quantities already and generally do not have to exceed 1% of the amount of water vapor.
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It has been found that soot treated according to the process of the invention eagerly absorbs water during and also after cooling, so that the process is very suitable for charging soot with gas. It is possible, for example, to charge the soot with inert gases such as nitrogen or hydrogen and, especially in the latter case, cause interesting modifications of the properties with regard to the use in rubber technology.
The total surface area of the soot treated with water vapor also increases considerably in relation to that of the starting material, as shown in the following table established after measurements according to the iodine absorption method.
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Quality <SEP> of <SEP> the <SEP> soot <SEP> Surface <SEP> in <SEP> m2 / g
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<tb> Soot <SEP> dyes <SEP> treated <SEP> according to <SEP> invention <SEP> 190 <SEP> 36
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The figures show that the surface area of soot particles increases considerably, independent of prior calcining,
when the soot is subjected to the influence of superheated water vapor according to the process of the invention, which allows among other things to greatly increase the activity. Naturally, with such soot, for example in oil soot, there will be a greater oil requirement. The fluidity of such pastes is, however, significantly improved and increases by almost 100%. This improvement goes hand in hand with a favorable behavior during dispersion, since the treated soot is easily distributed both in water and in organic liquids and has a very high wetting power.
Even arc soot which normally cannot be wetted with water at all, not only can be wetted very well after being influenced by the superheated water vapor but also disperses. also colloidally with certain precautions,
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Another essential characteristic of the soot treated according to the invention is the ease of adjusting their volatile matter content at will between 2 and 20% depending on the quality of the soot, the water vapor / soot ratio and the reaction temperature.
Finally, it should be mentioned that the empyreume content can, if necessary, be lowered to 0 practically, even if we start with soot which shows very high empyreume contents, up to about 17%. There may be considerable advantages for the different uses.
As indicated, the use of the process which is the object of the invention is not limited to certain qualities of soot; this process is also suitable for soot from gases, flames, furnaces, arcs and explosions.
In view of the various changes in properties, the treated soot can, by virtue of its extraordinarily strong activity, be used successfully in the rubber industry to strengthen or also tint natural or artificial rubber and rubber-like materials. Because of their good dispersibility, they can be used as coloring soot both in the varnish industry and in the dye industry.
Finally, they are also suitable as dyes or matting agents in the plastics industry, for example to be incorporated into polynvinyl chloride and other synthetic resins.