DE10030703A1 - Ruß - Google Patents

Ruß

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DE10030703A1
DE10030703A1 DE2000130703 DE10030703A DE10030703A1 DE 10030703 A1 DE10030703 A1 DE 10030703A1 DE 2000130703 DE2000130703 DE 2000130703 DE 10030703 A DE10030703 A DE 10030703A DE 10030703 A1 DE10030703 A1 DE 10030703A1
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DE
Germany
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carbon black
organic groups
rubber
bitumen
pigment
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DE2000130703
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English (en)
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Klaus Bergemann
Alfons Karl
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Evonik Operations GmbH
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Degussa GmbH
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Publication date
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K9/00—Use of pretreated ingredients
    • C08K9/04—Ingredients treated with organic substances
    • C08K9/06—Ingredients treated with organic substances with silicon-containing compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K9/00—Use of pretreated ingredients
    • C08K9/04—Ingredients treated with organic substances
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09C—TREATMENT OF INORGANIC MATERIALS, OTHER THAN FIBROUS FILLERS, TO ENHANCE THEIR PIGMENTING OR FILLING PROPERTIES ; PREPARATION OF CARBON BLACK  ; PREPARATION OF INORGANIC MATERIALS WHICH ARE NO SINGLE CHEMICAL COMPOUNDS AND WHICH ARE MAINLY USED AS PIGMENTS OR FILLERS
    • C09C1/00—Treatment of specific inorganic materials other than fibrous fillers; Preparation of carbon black
    • C09C1/44—Carbon
    • C09C1/48—Carbon black
    • C09C1/56—Treatment of carbon black ; Purification

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Abstract

Ruß mit organischen Gruppen, wobei die organischen Gruppen über mindestens ein sekundäres und/oder tertiäres Amin mit dem Ruß verbunden sind und die organischen Gruppen Silicium enthalten. DOLLAR A Ferner wird ein Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Rußes beschrieben, wobei Ruß und Verbindungen der allgemeinen Formel R-N¶3¶ umgesetzt werden. DOLLAR A Die erfindungsgemäßen Ruße als Füllstoff, UV-Stabilisator, Leifähigkeitsruß und Pigment verwendet werden.

Description

Die Erfindung betrifft einen Ruß, ein Verfahren zu seiner Herstellung sowie seine Verwendung.
Es ist bekannt, Ruß mit funktionellen Gruppen zu versehen, indem man die funktionellen Gruppen mittels eines Azid- basierenden Radikalinitiator erzeugt (JP 11323177).
Aus DE 21 65 198 ist ein abriebfestes Vulkanisat aus Kautschuk, einem feinteiligen verstärkenden Kieselerde- Pigment und einem Azidoformiat bekannt. Ferner sind Stickstoff enthaltende Silane der Formel
aus US 3,697,551 bekannt. Die Silane werden zur Verbesserung der Adhäsion von Polymeren auf Si-haltigen Stoffen, Metallen, Metalloxide und anderen Polymeren verwendet.
Die Verwendung von p-Aminobenzolsulfonylazid als Ruß- Kautschuk-Kupplungsmittel ist aus L. Gonzáles, A. Rodriguez, J. L. de Benito und A. Marcos, GAK 2, Jahrgang 51 (1998), Seite 116-199 bekannt. Das Azid wird einem Ruß-haltigen Masterbatch zugesetzt, wobei die Azidgruppe mit dem Polymer und die Amingruppe mit der Rußoberfläche reagiert.
Die bekannten Verfahren haben die Nachteile, daß die Reaktion des Silans nicht mit Ruß stattfindet oder die Reaktion unkontrolliert in der Gummimischung abläuft.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Ruß mit organischen Gruppen zur Verfügung zu stellen, wobei der erfindungsgemäße Ruß reaktive Substituenten zur Verfügung stellt, um weitere Reaktionen zu ermöglichen.
Gegenstand der Erfindung ist ein Ruß mit organischen Gruppen, welcher dadurch gekennzeichnet ist, daß die organischen Gruppen über mindestens ein sekundäres und/oder tertiäres Amin mit dem Ruß verbunden sind und die organischen Gruppen Silicium enthalten.
Der Ruß mit organischen Gruppen kann die Formel Ruß=N-R und/oder Ruß-NH-R besitzen, wobei R eine siliciumhaltige Gruppe ist.
In einer Ausführungsform kann R = -(CH2)n-SiR1R2R3 sein, wobei R1, R2, R3 gleich oder verschieden sein können und aus C1- bis C8-Alkyl, C1- bis C8-Alkoxy, H oder Halogenid bestehen, und n eine Zahl von 1 bis 10 ist. Besonders bevorzugt ist R = -(CH2)3-Si(OC2H5)3.
Als Ruß können Furnaceruß, Gasruß, Channelruß, Flammruß, Thermalruß, Acetylenruß, Plasmaruß, Inversionsruße, bekannt aus DE 195 21 565, Si-haltige Ruße, bekannt aus WO 98/45361 oder DE 196 13 796, oder metallhaltige Ruße, bekannt aus WO 98/42778, Lichtbogenruß und Ruße, die Nebenprodukte chemischer Produktionsprozesse sind, verwendet werden. Der Ruß kann durch vorgelagerte Reaktionen aktiviert werden.
Es können Ruße, die als Verstärkerfüllstoff in Kautschukmischungen verwendet werden, eingesetzt werden.
Es können Farbruße eingesetzt werden.
Weitere Ruße können sein: Leitfähigkeitsruß, Ruß zur UV- Stabilisierung, Ruß als Füllstoff in anderen Systemem als Kautschuk, wie zum Beispiel in Bitumen, Kunststoff, Ruß als Reduktionsmittel, in der Metallurgie.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Ruß mit organischen Gruppen, welcher dadurch gekennzeichnet ist, dass dieser erhältlich ist durch Umsetzung von organischen Verbindungen der allgemeinen Formel R-N3, wobei R eine siliciumhaltige Gruppe ist, mit Ruß.
Die primär aufgebrachten Gruppen können durch Folgereaktionen weiter modifiziert werden.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Rußes, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß man Ruß und Verbindungen der allgemeinen Formel R-N3, wobei R die oben angeführte Bedeutung hat, umsetzt.
Als Verbindungen der allgemeinen Formel R-N3 können Verbindungen eingesetzt werden, die unter Radikalbildung Stickstoff abspalten.
In einer bevorzugten Ausführungsform können Azidosilane, bevorzugt Azidosilane der allgemeinen Formel I
R1R2R3Si-(CH2)n-N3 (I)
wobei R1, R2, R3 gleich oder verschieden sein können und aus C1- bis C8-Alkyl, C1- bis C8-Alkoxy, H oder Halogenid bestehen, und n eine Zahl von 1 bis 10 ist.
Besonders bevorzugt kann 3-Azidopropyltriethoxysilan der allgemeinen Formel II
(H5C2O)3Si-(CH2)3-N3 (II)
verwendet werden.
Die Verbindung mit der allgemeinen Formel R-N3 kann auf den Ruß aufgebracht werden durch Einmischen Aufsprühen oder in Rußsuspensionen mit anschließender Abdestillation des Lösungsmittels. Die Verbindung mit der allgemeinen Formel R-N3 kann als Pulver oder Lösung aufgebracht werden.
Besonders vorteilhaft kann die Aufbringung der Verbindung während der Rußherstellung sein, wobei die Zugabe der Verbindung an einem Ort erfolgt, der die notwendige Temperatur aufweist.
Die Reaktion zur Modifizierung des Rußes kann lösungsmittelfrei oder in einem Lösungsmittel, vorzugsweise leicht flüchtigen organischen Lösungsmittel, wie beispielsweise Aceton, durchgeführt werden.
Die Reaktion zur Modifizierung des Rußes kann durch Temperung oder UV-Strahlung erfolgen.
Die Reaktion zur Modifizierung des Rußes kann bei Temperaturen von 0°-400°C, vorzugsweise 200°-300°C, durchgeführt werden.
Die erfindungsgemäßen Ruße mit organischen Gruppen können sowohl als Füllstoff, Verstärkerfüllstoff, UV-Stabilisator, Leitfähigkeitsruß, als auch als Pigment in Kautschuk, Kunststoff, Druckfarben, Tinten, Inkjet-Tinten, Lacken, Farben, Bitumen, Beton, anderen Baustoffen und Papier eingesetzt werden. Ferner kann der erfindungsgemäße Ruß als Reduktionsmittel in der Metallurgie verwendet werden.
Die erfindungsgemäßen Ruße weisen den Vorteil auf, dass Ruße mit weiterhin reaktiven Substituenten zur Kopplung und Vernetzung in Systemen (zum Beispiel Kautschuk) genutzt werden können.
Die erfindungsgemäßen Ruße können dabei arm an Nebenprodukten, Salzen, Säuren und Feuchtigkeit hergestellt werden.
Beispiel
2 ml des Silans Si 250 gemäß Formel III
(H5C2O)3Si-(CH2)3-N3 (III)
werden in einem 500 ml Kolben mit 150 ml Aceton gemischt und 10 g Farbruß FW 1 zugegeben. Das Lösungsmittel wird im Vakuum abdestilliert (Rotationsverdampfer) und der Rückstand anschließend gemahlen. Die Mischung wird über zwei Stunden bei 250°C in einem Muffelofen getempert. Nach Abkühlung wird der Ruß eine Stunde mit 150 ml Aceton bei Raumtemperatur gerührt. Anschließend wird der Ruß abgesaugt und im Trockenschrank bei 100°C acht Stunden getrocknet.
Der Farbruß FW 1 und das Silan Si 250 sind Handelsprodukte der Firma Degussa-Hüls.

Claims (6)

1. Ruß mit organischen Gruppen, dadurch gekennzeichnet, daß die organischen Gruppen über mindestens ein sekundäres und/oder tertiäres Amin mit dem Ruß verbunden sind und die organischen Gruppen Silicium enthalten.
2. Ruß mit organischen Gruppen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß diese die Formel Ruß-NH-R und/oder Ruß=N-R besitzen, wobei R eine siliciumhaltige Gruppe ist.
3. Ruß mit organischen Gruppen, dadurch gekennzeichnet, daß dieser erhältlich ist durch Umsetzung von organischen Verbindungen der allgemeinen Formel R-N3, wobei R eine siliciumhaltige Gruppe ist, mit Ruß.
4. Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Rußes, dadurch gekennzeichnet, daß man Ruß und Verbindungen der allgemeinen Formel R-N3, wobei R die oben angeführte Bedeutung hat, umsetzt.
5. Verfahren zur Herstellung des Rußes nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man die Modifizierung in einem Lösungsmittel oder ohne Lösungsmittel durchführt.
6. Verwendung des Rußes nach Anspruch 1-3 als Füllstoffe, Verstärkerfüllstoff, Leitfähigkeitsruß, Pigment und UV- Stabilisator in Kautschuk, Tinten, Farben, Inkjet- Tinten, Druckfarben, Lacken, Beton, Kunststoffen, Baustoffen, Papier und Bitumen.
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