DE112013001250T5

DE112013001250T5 - Modifizierte Ruße mit niedrigen PAK-Mengen und Elastomere enthaltend dieselbigen

Info

Publication number: DE112013001250T5
Application number: DE112013001250.2T
Authority: DE
Inventors: Frederick H. Rumpf; Michael D. Morris; James A. Belmont
Original assignee: Cabot Corp
Current assignee: Cabot Corp
Priority date: 2012-03-02
Filing date: 2013-02-28
Publication date: 2014-11-27
Anticipated expiration: 2033-03-01
Also published as: GB201414405D0; CO7131386A2; RU2014139831A; CL2014002305A1; JP6247231B2; JP2017036436A; RO130244A2; FR2987625A1; MX2014010496A; PL410484A1; MY173227A; PL233772B1; DE112013001250B4; FR2987625B1; WO2013130772A1; MX360166B; KR101664639B1; ES2514290B2; RU2627877C2; CZ2014562A3

Abstract

Modifizierte Ruße, wie beispielsweise Gummiruße mit einer niedrigen PAK-Konzentration, werden beschrieben. Weiterhin sind Elastomer- oder Gummizusammensetzungen, enthaltend den modifizierten Ruß der vorliegenden Erfindung, weiter beschrieben sowie Verfahren zum Herstellen von modifizierten Rußen mit einer niedrigen PAK-Konzentration.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft modifizierte Ruße, Zusammensetzungen enthaltend die modifizierten Ruße, wie beispielsweise Elastomer- oder Gummizusammensetzungen, Verfahren zum Herstellen der modifizierten Ruße sowie Verfahren zur Verwendung der modifizierten Ruße.
Industriell gefertigte Ruße (Carbon Blacks) werden durch Pyrolyse von Kohlenwasserstoffen bei hohen Temperaturen unter kontrollierten Prozessbedingungen hergestellt. Unter diesen Bedingungen bilden sich auf der Rußoberfläche Spuren von polyaromatischen Kohlenwasserstoffen, auch als PAKs bekannt.
Einige PAKs haben das Potential, ungünstige gesundheitliche Wirkungen hervorzurufen. Obwohl diese PAKs, die an den Rußen anhaften, nicht ohne weiteres für die menschliche Aussetzung verfügbar sind, wurden von sowohl den EU-Behörden als auch den Kunden Anstrengungen unternommen, die Konzentration an PAKs in Rußen zu reduzieren (siehe Borm PJ, et al., Formation of PAH-DNA adducts after in vivo and vitro exposure of rats and lung cells to different commercial carbon blacks, Toxicology and Applied Pharmacology, 2005 1. Juni; 205(2): 157–1657). Neuere Beispiele beinhalten:

– Die Verkündigung der EU Richtlinie 2007/19/EC, welche die Regeln für Kunststoffmaterialien und -artikeln, welche dazu vorgesehen sind in Kontakt mit Lebensmitteln zu kommen, harmonisiert. Die Richtlinie führt für Benzo(a)pyren einen Gehalt von 0,25 mg/kg in Rußen ein. Vor dieser Richtlinie existierte kein PAK-Grenzwert für Ruße.
– Verkündigung der EU Richtlinie 2005/69/EC, welche den Gehalt an PAKs in Streckungsölen (extender oil), die für die Herstellung von Reifen verwendet werden, reguliert. Diese Richtlinie reguliert nicht unmittelbar den Gehalt an PAKs in Rußen; stattdessen hat die EU sich dafür entschieden, den Gehalt an PAKs in Streckungsölen und Elends, die zur Produktion von Reifen verwendet werden, einzuschränken, um die gesamte jährliche Emission an PAKs zu reduzieren, wie es im 1998er Protokoll zum 1979er Abkommen über langfristige grenzüberschreitende Luftverschmutzung durch langlebige organische Schadstoffe gefordert wird.

Die oben aufgeführten Beispiele zeigen den wachsenden Trend zu niedrigen PAK-Rußen.
Frühere Verfahren haben Ruße mit niedrigeren PAKs hergestellt. Beispielsweise beschreibt US-Patent Nr. 8,034,316 niedrige PAK-Konzentrationen in Rußen. Wie in der Patentschrift beschrieben, kann der Ruß aus einer Gasphase in einem Rußherstellungsverfahren bei einer Temperatur von 260°C bis ungefähr 950°C abgetrennt werden, so dass die PAK in Gasform entfernt werden kann, und diese Temperatur ist niedrig genug, dass weder die Oberfläche des Rußes getempert oder abgebaut wird und die Verstärkung der Leistung der niedrigen PAK-Ruße beeinträchtigt. In einer weiteren Beschreibung in diesem Patent kann der Ruß während der Herstellung des Rußes gebildet werden, wobei das Verfahren das Entfernen von heißem Restgas, welches PAK enthält, üblicherweise bei einer Temperatur von 260°C bis ungefähr 950°C beinhaltet. Weitere Verfahren sind ebenfalls in diesem Patent beschrieben, wobei es die Aufgabe des Patentes ist, die Oberfläche des Rußes nicht zu tempern oder auf andere Weise die Oberflächenaktivität zu beeinflussen sowie die Kapazität für die Verstärkung der Elastomerverbundstoffe. Während die in diesem Patent beschriebenen Verfahren wirksam sind in der Bildung von Rußen mit niedrigen PAKs, erfordern die Verfahren Änderungen in fundamentalen Herstellungsschritten und, in einigen Fällen, der Ausstattung und Anlagenanordnung, die verwendet werden, um die Rußpartikel herzustellen. Daher können die in diesem Patent beschriebenen Verfahren nicht innerhalb von existierenden Herstellungsausstattungen und/oder Einsatzbereichen für die Herstellung von Rußpartikeln im industriellen Maßstab ausgeführt werden. Es ist nicht möglich, zwischen diesen Verfahren und gewöhnlichen Verfahren in derselben Rußanlage abzuwechseln und es wäre nötig, eine Linie dem niedrigen PAK-Rußverfahren zuzuordnen. Als Folge davon können die technischen und betrieblichen Komplexitäten und Kosten übermäßig sein.
Während es ein wachsendes Bedürfnis für niedrige PAKs für Ruße gibt, darf jede Reduktion der PAKs nicht die wünschenswerten Leistungseigenschaften der Ruße in Gummi und weiteren Anwendungen gefährden. Es ist daher wünschenswert, die PAK-Konzentration in modifizierten Rußen zu reduzieren, ohne die Verstärkungseigenschaften zu opfern, die bei den gegenwärtigen Rußen erreichbar sind, und unter Verwendung von den derzeitigen Herstellungsanlagen.
ZUSAMMENFASSUNG DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG
Ein Merkmal der vorliegenden Erfindung ist es modifizierte Ruße mit niedrigen PAK-Mengen bereitzustellen.
Ein weiteres Merkmal der vorliegenden Erfindung ist es modifizierte Ruße mit niedrigen PAK-Mengen bereitzustellen, welche akzeptable physikalische Eigenschaften in Gummi und/oder weiteren Anwendungen aufweisen.
Ein weiteres Merkmal der vorliegenden Erfindung ist es Verfahren zur Herstellung von modifizierten Rußen mit niedrigen PAK-Mengen bereitzustellen.
Ein zusätzliches Merkmal der vorliegenden Erfindung ist modifizierte Gummiruße (Rubber Blacks) mit wünschenswerten Gummieigenschaften und trotzdem mit niedrigen PAK-Mengen bereitzustellen.
Ein weiteres Merkmal der vorliegenden Erfindung ist es Verfahren zur Herstellung von Rußen mit niedrigen PAKs bereitzustellen, welche in großen Produktionsmengen und/oder weniger zeitraubenden und/oder weniger teuren Verfahren gemacht werden können als bisherige Verfahren und welche mit bereits existenten Anlagenausstattungen und/oder Einsatzbereichen in einem industriellen Maßstab ausgeführt werden können.
Zusätzliche Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden teilweise in der folgenden Beschreibung aufgezeigt und sind teilweise von der Beschreibung ersichtlich oder können bei der Ausübung der vorliegenden Erfindung gelernt werden. Die Merkmale und weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch die Elemente und Kombinationen, auf die in der Beschreibung und in den beigefügten Ansprüchen speziell hingewiesen wird, realisiert und erreicht.
Um diese und weitere Vorteile in Übereinstimmung und gemäß dem Zweck der vorliegenden Erfindung zu erreichen, wie hierin ausgeführt und allgemein beschrieben, betrifft die vorliegende Erfindung einen modifizierten Ruß mit einer niedrigen PAK-Menge, wie beispielsweise einer niedrigen Gesamtkonzentration für eine definierte Gruppe von 22 PAK-Verbindungen (siehe 1). Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung ist das PAK 22 ein Maß der in 1 bezeichneten PAKs mit Ausnahme von Benzo(j)fluoranthren. Weiterhin ist das PAK 8 für die Zwecke der vorliegenden Erfindung ein Maß für Benzo(a)anthracen, Benzo(a)pyren, Benzo(e)pyren, Benzo(b)fluoranthren, Benzo(j)fluoranthren, Benzo(k)fluoranthren, Chrysen und Dibenzo(a,h)anthracen. BaP ist eine Referenz für Benzo(a)pyren. Zum Beispiel kann der modifizierte Ruß eine niedrige Gesamtkonzentration für die 22 PAKs aufweisen in der Größenordnung von 75 ppm oder weniger, 50 ppm oder weniger, wie beispielsweise 45 ppm oder weniger, 40 ppm oder weniger, oder 35 ppm oder weniger oder 30 ppm oder weniger, 25 ppm oder weniger, 20 ppm oder weniger, 15 ppm oder weniger, 10 ppm oder weniger, 9 ppm oder weniger, 5 ppm oder weniger, 1 ppm oder weniger, wie z. B. 1 ppm bis 50 ppm, 1 ppm bis 40 ppm, 1 ppm bis 30 ppm, 1 ppm bis 20 ppm, 1 ppm bis 10 ppm, 2 ppm bis 10 ppm, 0,001 ppm bis 75 ppm, oder 0,01 ppm bis 75 ppm.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin Elastomer- oder Gummizusammensetzungen enthaltend wenigstens einen modifizierten Ruß gemäß der vorliegenden Erfindung in der Elastomer- oder Gummizusammensetzung zusammen mit mindestens einem Elastomer oder Polymer oder Gummi.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Herstellen von modifizierten Rußen mit einer niedrigen PAK-Gesamtkonzentration.
Es sollte verstanden werden, dass sowohl die vorangehende allgemeine Beschreibung als auch die folgende detaillierte Beschreibung nur beispielhaft und erläuternd sind und so zu verstehen sind, dass sie eine weitere Erläuterung der vorliegenden Erfindung, wie beansprucht, zur Verfügung stellen.
Die begleitenden Zeichnungen, welche hiermit eingeschlossen sind und einen Teil der Anmeldung darstellen, illustrieren einige der Merkmale der vorliegenden Erfindung und zusammen mit der Beschreibung dienen sie dazu, die erfindungsgemäßen Prinzipien zu erläutern.
KURZ BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Tabelle der 22 PAK-Verbindungen (mit Ausnahme von Benzo(j)fluoranthren), welche als die ”PAK 22” für die Zwecke der vorliegenden Erfindung betrachtet werden.
2 stellt einen Querschnitt eines Beispiels eines Rußreaktors dar.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft modifizierte Ruße mit einer niedrigen PAK-Menge, beispielsweise als ein niedriges PAK 22. Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin Gummizusammensetzungen oder Elastomerzusammensetzungen enthaltend wenigstens einen erfindungsgemäßen modifizierten Ruß zusammen mit mindestens einem Elastomer. Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin Verfahren zum Herstellen von modifizierten Rußen gemäß der vorliegenden Erfindung.
Um ein schnelles und kosteneffizientes und großtechnisches Verfahren zur Herstellung von Rußen mit einer niedrigen PAK-Menge zur Verfügung zu stellen, wurden Verfahren entwickelt, wie sie unten beschrieben sind. Beim Lösen des Problems über das Entwickeln eines Verfahrens, welches große Mengen an Rußen mit einer niedrigen PAK Menge in einer kosteneffizienten und termingerechten Weise herstellen kann, wurde jedoch gefunden, dass die Oberfläche des Rußes beeinflusst wurde und, wie unten weiterhin beschrieben, wurde die Oberfläche getempert. Insbesondere, in einem oder mehreren Verfahren der vorliegenden Erfindung wurde die Oberfläche des Rußes zumindest teilweise deaktiviert. Eine Oberflächendeaktivierung kann durch eine Abnahme in ”Bound Rubber”-Prozenten und/oder in der Verstärkungsleistung eines Elastomerverbundstoffs, welches den Ruß enthält, wie er sich in den physikalischen Eigenschaften (z. B. Beanspruchung/Deformierung) der Gummimischung ausdrückt. Zusätzlich oder alternativ kann eine Deaktivierung der Oberfläche anhand von Oberflächenenergiemessungen oder durch Werte der Grenzwertpotentialeigenschaften erkannt werden, wie in US-Patenten Nr. 7,776,604 ; 7,776,603 ; 7,776,602 ; und 7,000,457 beschrieben, welche hier durch Bezugnahme vollständig aufgenommen werden. Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung beträgt die Oberflächendeaktivierung mindestens einen 10%igen negativen Einfluss auf eine oder mehrere dieser Eigenschaften, welche die Oberflächenaktivierung reflektieren, wie beispielsweise mindestens 20%, mindestens 30%, mindestens 40%, mindestens 50%, mindestens 60%, mindestens 70%, mindestens 80%, mindestens 90% eines abnehmenden oder negativen Einflusses von einer oder mehreren dieser Eigenschaften, oder zwei oder mehrere dieser Eigenschaften oder all diese Eigenschaften, welche die Aktivierung der Oberfläche des Rußes reflektieren. Die negative Auswirkung einer Oberflächendeaktivierung kann von 10% bis 95%, von 20% bis 90% oder mehr, von 30% bis 90% oder mehr und Dergleichen betragen. Analytische Tests zur Quantifizierung der Verstärkungsleistung beinhalten, z. B., Bestimmungen der Prozente an Bound Rubber (S. Wolff, M-J Wang, E-H Tan, Rubber Chem Techn, v 66, 163, 1993), dynamische Gummieigenschaften (max. tan delta @ 0°C getestet mit ARES/Rheometrics Dynamic Spectrometer II (RDS II, Rheometrics, Inc., N. J) in einem Drehdeformierungsmodus (Scherung) betrieben und durchgeführt bei 0°C für Deformationsdurchläufe (strain sweeps) mit doppelter Deformationsamplitude (DSA) im Bereich von 0,2 bis 120% bei einer konstanten Frequenz von 10 Hz), Beanspruchung/Belastungseigenschaften, Abriebtests (Abriebbeständigkeit (21% Slip) getestet wie in US-Patent 4,995,197 ) und dergleichen.
Der ”negative Einfluss” basiert auf einem Vergleich der gleichen Klassen von Ruß, aber mit konventionellen PAK-Mengen, die gewöhnlich in dieser Klasse von Ruß gegenwärtig sind. Anders ausgedrückt, der Vergleich basiert auf einem konventionellen Ruß, welcher denselben STSA oder welcher denselben oder einen sehr ähnlichen (±10% oder ±5%) STSA zum Ruß der vorliegenden Erfindung aufweist, mit der Ausnahme, dass der konventionelle Ruß keine Oberflächendeaktivierung hat und optional eine PAK-Menge aufweist, welche im Allgemeinen über 75 ppm oder über 100 ppm liegt und/oder im Allgemeinen eine PAK-Menge aufweist, welche mindestens 50% oder mindestens 75% oder mindestens 100% höher ist als die PAK-Menge des erfindungsgemäßen Rußes, basierend auf dem PAK 22-Gehalt.
Somit schaffen die effizienten Verfahren zur Bildung eines Rußes mit einer niedrigen PAK-Menge ein Problem im Hinblick auf die Oberflächendeaktivierung, welche dann die Eigenschaften des Rußes in einem Elastomerverbundstoff beeinflussen und/oder die Leistungseigenschaften des Elastomers enthaltend den Ruß. Die Oberflächendeaktivierung würde zu einem nicht akzeptablen Produkt für den Anwender oder den Hersteller, welche den Ruß in eine Matrix oder Elastomer einbauen, führen. Daher musste dieses Problem gelöst werden, oder das Verfahren zur Herstellung von niedrigen PAK-Mengen in einer effizienten und zeitgemäßen Weise würde nicht brauchbar sein. Wie unten beschrieben, wurde dieses Problem behandelt und durch die Bildung von Ruß mit einer niedrigen PAK-Menge und anschließendem Behandeln des Rußes, um eine oder mehrere chemische Gruppen auf der Oberfläche des Rußes zu befestigen und/oder adsorbieren, gelöst, wobei die chemischen Gruppen die Fähigkeit hatten, wenigstens teilweise eine oder mehrere Eigenschaften wiederherzustellen, die aufgrund der Oberflächendeaktivierung verlorengegangen sind, wie beispielsweise die Fähigkeit wenigstens teilweise den Prozentsatz an gebundenem Gummi und/oder eine oder mehrere Verstärkungsleistungseigenschaften in einem Elastomerverbundstoff wiederherzustellen, wie beispielsweise das Wiederherstellen von wenigstens teilweise des Beanspruchung/Deformierung der Gummiverbindung und/oder Grenzflächenpotentialeigenschaften oder Oberflächenenergieeigenschaften. Die Behandlung der Oberfläche des Rußes, um wenigstens teilweise eine oder mehrere der Eigenschaften, die bei der Oberflächendeaktivierung verlorengegangen sind, wiederherzustellen, hat die Fähigkeit, um wenigstens 10%, wenigstens 20%, wenigstens 30%, wenigstens 40%, wenigstens 50%, wenigstens 60%, wenigstens 70%, wenigstens 80%, wenigstens 90%, wenigstens 95% (wie beispielsweise von 10% bis 50% oder von 20% bis 50%) der Menge an Eigenschaft, verloren aufgrund der Oberflächendeaktivierung, wiederherzustellen. In anderen Worten, die vorliegende Erfindung hat die Fähigkeit, wenigstens teilweise, wenn nicht fast ganz oder ganz, eine oder mehrere der Eigenschaften, die aufgrund der Oberflächendeaktivierung verlorengegangen sind, wiederherzustellen. Anders ausgedrückt, die vorliegende Erfindung hat die Fähigkeit, wenigstens teilweise oder fast vollständig oder vollständig, den Prozentsatz an Bound Rubber, verloren aufgrund der Oberflächendeaktivierung, und/oder eine oder mehrere Verstärkungsleistungseigenschaften, wie beispielsweise Beanspruchung/Deformierung und/oder wenigstens eine Oberflächenenergieeigenschaft (oder Grenzflächenpotentialeigenschaft) wieder herzustellen. Weitere Details werden unten erbracht.
In dem bevorzugten Verfahren zur Herstellung von Rußen, wie beispielsweise Verstärkungsklassen (reinforcing grades) von Rußen mit niedrigem PAK-Gehalt oder auch halbaktiven Klassen (semi-reinforcing grades) von Rußen, schaffen die Verfahrensbedingungen typischerweise Rußpartikel mit einer getemperten Oberfläche. Als Ergebnis der Bildung einer getemperten Oberfläche auf den Partikeln lassen die funktionellen Eigenschaften dieser verstärkten Qualitäten signifikant nach in einer oder mehreren oder allen der folgenden Charakteristika als ein Verstärkungsmaterial in elastomeren Verbundstoffen:

a) verringerte Oberflächenaktivität
b) verringerter Oberflächenwasserstoffgehalt
c) ansteigende Größe der Kristallite auf der Oberfläche
d) verringerte Anzahl an Oberflächenfehlern (z. B. einem Planarisierungseffekt), und/oder
e) verringerte Anzahl an Stellen mit hoher Energie auf der Oberfläche.

Zum Zwecke der vorliegenden Erfindung bedeutet der Begriff ”getempert” (annealed) im Hinblick auf eine ”getemperte Oberfläche” das oben genannte. Wie in Herstellungsverfahren zur Herstellung von Ofen(Furnace)-Rußen, können die Bedingungen, die zur Senkung des PAK-Gehalts bevorzugt sind, welche ebenso die Oberflächen von Rußpartikeln tempern, beinhalten das Unterwerfen des Rußes im Reaktor (sobald die gewünschte Oberfläche entwickelt ist, unter hohen Temperaturen (entweder über konventionelle, kürzere oder längere Zeiträume). Dies kann erfolgen, indem der Reaktionsstrom, welcher den Ruß mit der gewünschten entwickelten Oberfläche enthält, einem verzögerten Abschrecken (reaction quench) unterworfen wird, welcher anschließend den Reaktionsstrom hohen Temperaturen für einen verlängerten Zeitraum aussetzt und/oder den Reaktionsstrom hohen Temperaturen aussetzt, nachdem sich die Oberfläche entwickelt hat, durch Injektion, oder andererseits durch Einführen von Oxidationsmitteln in den Reaktionsstrom, um die Temperatur zu erhöhen, oder eine hohe Temperatur beizubehalten, die ausreichend ist, um die PAKs im Reaktionsstrom zu zerstören.
In Verfahren zur Herstellung von Ruß, wie beispielsweise der Verstärkung von Rußqualitäten, kann der PAK-Gehalt von getempertem Ruß um mindestens 50%, um mindestens 60%, um mindestens 75%, um mindestens 80%, um mindestens 85%, um mindestens 90%, um mindestens 95%, um mindestens 98% im Vergleich zum selben Ruß, welcher nicht getempert ist, reduziert werden. In anderen Worten, dieser Vergleich der Reduktion kann für denselben nicht getemperten Ruß sein, welcher die gleiche oder ähnliche (innerhalb 10% oder innerhalb 5%) Oberfläche aufweist, die durch STSA gemessen wurde. Der Reduktionsprozentsatz ist eine Referenz für die Reduktion in ppm-Mengen des PAK 22-Gehalts.
In einem getemperten Ruß wurde der PAK gemindert, um 75 ppm oder weniger, 50 ppm oder weniger, wie beispielsweise 45 ppm oder weniger, 40 ppm oder weniger, oder 35 ppm oder weniger, oder 30 ppm oder weniger, 25 ppm oder weniger, 20 ppm oder weniger, 15 ppm oder weniger, 10 ppm oder weniger, 8 ppm oder weniger, 5 ppm oder weniger, 1 ppm oder weniger, wie beispielsweise 1 ppm bis 50 ppm, 1 ppm bis 40 ppm, 1 ppm bis 30 ppm, 1 ppm bis 20 ppm, 1 ppm bis 10 ppm, 2 ppm bis 10 ppm, 0,01 ppm bis 75 ppm, 0,01 ppm bis 75 ppm oder 0,0001 ppm bis 5 ppm zu betragen.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zum Wiederherstellen der Verstärkungsfunktionalität für Niedrig-PAK getemperten Rußpartikeln zur Verfügung, in dem der weitere Schritt des Befestigens und/oder Adsorbierens von wenigstens einer chemischen Gruppe auf der getemperten Oberfläche durchgeführt wird. Im Unterschied zu früheren Verfahren, welche die fundamentale Herstellung der Rußpartikel geändert haben, um so den PAK-Gehalt zu erniedrigen, während versucht wurde, die Verstärkungseigenschaften beizubehalten, schafft das erfindungsgemäße Verfahren niedrige PAK-Gehalt-Rußpartikel und stellt anschließend wenigstens teilweise die Verstärkungsfunktionalität wieder her, die durch Oberflächentempern der Partikel verlorengegangen ist, durch einen Nach-Herstellungsschritt, wobei die Rußpartikeloberfläche, wie hierin beschrieben, chemisch modifiziert ist.
Der PAK-Gehalt des Rußes kann um wenigstens 50%, um wenigstens 60%, um wenigstens 75%, um wenigstens 80%, um wenigstens 85%, um wenigstens 90%, um wenigstens 95%, um wenigstens 98% reduziert werden, verglichen mit einem Ruß, der den gleichen oder nahezu den gleichen STSA (innerhalb 10% oder innerhalb 5%) aufweist, aber keine getemperte Oberfläche hat und im Allgemeinen mit einem höheren PAK-Gehalt als die getemperten Ruße. Der Reduktionsprozentsatz ist eine Referenz für die Reduktion in ppm-Mengen des PAK 22-Gehalts.
Die erfindungsgemäßen modifizierten Ruße können somit als niedrige PAK-Ruße betrachtet werden mit einer getemperten Oberfläche und mit befestigter und/oder adsorbierter wenigstens einer chemischen Gruppe.
Die vorliegende Erfindung betrifft einen modifizierten Ruß mit einer geringen PAK-Menge mit einer befestigten und/oder adsorbierten chemischen Gruppe(n). Der modifizierte Ruß kann gebildet werden, so dass der modifizierte Ruß eine geringe PAK-Menge aufweist. Der modifizierte Ruß der vorliegenden Erfindung kann eine geringe PAK-Menge aufweisen und Standard ATSM-Ruß-Spezifikationen aufweisen, zumindest mit Bezug auf STSA. Wie in den Beispielen gezeigt, steigt die Iodzahl im Allgemeinen an beim Tempern und kann um wenigstens 5%, wenigstens 10%, wenigstens 15%, wenigstens 25%, wenigstens 50%, wie beispielsweise von 5% bis 75% im Vergleich zu einem Ruß mit dem gleichen oder nahezu dem gleichen STSA (innerhalb 10% oder innerhalb 5%) aber ohne einer getemperten Oberfläche ansteigen.
Die Effektivität der vorliegenden Erfindung kann insbesondere darin gesehen werden und ist nützlich bei Rußen mit Verstärkungsaktivität und halbaktiven Rußen. Daher können die modifizierten Ruße Verstärkungsklassen von Rußen und/oder halbaktive Klassen von Rußen sein. Beispiele von Verstärkungsklassen sind N110, N121, N220, N231, N234, N299, N326, N330, N339, N347, N351, N358, und N375. Beispiele von halbaktiven Klassen sind N539, N550, N650, N660, N683, N762, N765, N774, N787, und/oder N990.
Der modifizierte Ruß kann jeden STSA aufweisen, wie beispielsweise im Bereich von 20 m²/g bis 250 m²/g oder höher. Die Effektivität der vorliegenden Erfindung zeigt sich jedoch am Besten mit STSA von wenigstens 70 m²/g, wie beispielsweise von 70 m²/g bis 250 m²/g oder 80 m²/g bis 200 m²/g oder von 90 m²/g bis 200 m²/g oder von 100 m²/g bis 180 m²/g, von 110 m²/g bis 150 m²/g, von 120 m²/g bis 150 m²/g und Dergleichen. Der Ruß kann ein Ofenruß oder ein Kohlenstoffprodukt, enthaltend silikonhaltige Spezies und/oder metallhaltige Spezies und Dergleichen, sein. Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung kann der Ruß ein Mehrfachphasen-Aggregat sein, umfassend wenigstens eine Kohlenstoffphase und wenigstens eine metallhaltige Speziesphase oder silikonhaltige Speziesphase (auch als silikonbehandelter Ruß bekannt). Wie bemerkt, kann der Ruß ein Gummiruß sein und speziell eine Verstärkungsklasse des Rußes oder eine halbaktive Klasse des Rußes. Die Iodzahl (I₂ Nr.) wird gemäß der ASTM-Test-Prozedur D1510 bestimmt. STSA (statistical thickness surface area) wird basierend auf der ASTM-Testprozedur D-5816 bestimmt (gemessen mittels Stickstoffadsorption). OAN (oil absorption number) wird basierend auf ASTM D1765-10 bestimmt.
Der Ruß kann ein oxidierter Ruß sein, wie beispielsweise voroxidiert unter Verwendung eines oxidierenden Mittels. Oxidationsmittel beinhalten, sind aber nicht darauf beschränkt, Luft, Sauerstoffgas, Ozon, NO₂ (beinhaltend Mischungen aus NO₂ und Luft), Peroxide, wie beispielsweise Wasserstoffperoxid, Persulfate, beinhaltend Natrium-, Kalium- oder Ammoniumpersulfat, Hypohalite, wie beispielsweise Natriumhypochlorit, Halite, Halate, oder Perhalate (wie beispielsweise Natriumchlorit, Natriumchlorat oder Natriumperchlorat) oxidierende Säuren, wie beispielsweise Salpetersäure, und übergangsmetallhaltige Oxidationsmittel, wie beispielsweise Permanganatsalze, Osmiumtetroxid, Chromoxide oder Cerammoniumnitrate. Mischungen von Oxidationsmittel können verwendet werden, insbesondere Mischungen aus gasförmigen Oxidationsmittel, wie beispielsweise Sauerstoff und Ozon. Zusätzlich können auch Ruße verwendet werden, die unter Verwendung weiterer Oberflächenmodifizierungsverfahren hergestellt werden, um ionische oder ionisierbare Gruppen auf die Pigmentoberfläche einzuführen, wie beispielsweise Chlorierung und Sulfonierung. Verfahren, die verwendet werden können, um voroxidierte Ruße zu erzeugen, sind im Stand der Technik bekannt und mehrere Typen von oxidierten Rußen sind kommerziell erhältlich.
Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung wird der PAK-Gehalt gemessen/getestet durch das Verfahren beschrieben in 21 CFR Teil 17B, FDA Federal Register, v62, #90. Freitag 09. Mai 1997, welches durch Bezugnahme hier vollständig aufgenommen ist.
Der modifizierte Ruß hat optional die Fähigkeit, wenigstens eine nutzbringende mechanische Eigenschaft in eine Gummimatrix oder eine Elastomerzusammensetzung einzubringen. Die wenigstens eine nutzbringende mechanische Eigenschaft kann eine oder mehrere der Folgenden sein:

– Abriebbeständigkeit (21% Slip) – getestet wie in US-Patent 4,995,197 .
– Dehnung (%) – ASTM D 3191-02 Standard Test Methods for Carbon Black in SBR – Recipe and Evaluation Procedures.
– Zugwiderstand (Mpa); ASTM D 3191-02 Standard Test Methods for Carbon Black in SBR – Recipe and Evaluation Procedures.
– 100%-Modul (Mpa); ASTM D 3191-02 Standard Test Methods for Carbon Black in SBR – Recipe and Evaluation Procedures.
– 300%-Modul (Mpa); ASTM D 3191-02 Standard Test Methods for Carbon Black in SBR – Recipe and Evaluation Procedures.
– Verhältnis von 300%-Modul/100%-Modul (M300%/M100%); ASTM D 3191-02 Standard Test Methods for Carbon Black in SBR – Recipe and Evaluation Procedures.
– Bound Rubber (%); S. Wolff, M-J Wang, E-H Tan, Rubber Chem Techn, v 66, 163 (1993);
– max tan delta @ 0°C getestet mit ARES/Rheometrics Dynamic Spectrometer II (RDS II, Rheometrics, Inc. NJ) im Torsionsdeformationssmodus (Scherung) betrieben. Die Messungen wurden bei 0°C für Deformationsdurchläufe mit doppelter Deformationsamplitude (DSA) im Bereich von 0,2 bis 120% bei einer konstanten Frequenz von 10 Hz durchgeführt.

Der modifizierte Ruß der vorliegenden Erfindung kann eine niedrige PAK-Menge aufweisen und wenigstens einer dieser nutzbringenden mechanischen Eigenschaften, wenigstens zwei, wenigstens drei, wenigstens vier, wenigstens fünf, wenigstens sechs, wenigstens sieben, und/oder alle acht dieser nutzbringenden mechanischen Eigenschaften. Diese mechanischen Eigenschaften werden durch bekannte ASTM, also publizierten Standards gemessen, welche neben jeder mechanischen Eigenschaft oben erwähnt sind.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin einen modifizierten Ruß mit einer niedrigen PAK-Menge, beispielsweise niedriger PAK 22, wobei der modifizierte Ruß die Fähigkeit hat, wenigstens eine nutzbringende mechanische Eigenschaft, wie oben beschrieben, einzubringen, wobei wenigstens eine dieser mechanischen Eigenschaften innerhalb von 50% (z. B. innerhalb 40%, innerhalb 30%, innerhalb 20%) der Werte für dieselbe mechanische Eigenschaft für denselben Typ oder selbe Qualität von Ruß sein kann mit einem hohen (oder konventionellen) PAK, wie beispielsweise einem hohen PAK 22, und auch nicht modifiziert ist (z. B. keine befestigten oder adsorbierten chemischen Gruppen, wie hier beschrieben). Ein hoher PAK 22 kann beispielsweise über 75 ppm, 100 ppm oder höher, oder 600 ppm oder höher, wie beispielsweise 600 ppm bis 1000 ppm an PAK 22 sein. Der modifizierte Ruß der vorliegenden Erfindung, welcher eine niedrige PAK-Menge aufweist und die Fähigkeit, wenigstens eine nutzbringende mechanische Eigenschaft in eine Polymermatrix einzubringen, innerhalb ungefähr 50% der gleichen mechanischen Eigenschaft für den gleichen Typ an modifiziertem Ruß mit einem hohen PAK, kann in Bezug zu wenigstens einer nutzbringenden mechanischen Eigenschaft wenigstens zwei, wenigstens drei, wenigstens vier, wenigstens fünf, wenigstens sechs, wenigstens sieben und/oder alle acht dieser nutzbringenden mechanischen Eigenschaften aufweisen. In anderen Worten, die vorliegende Erfindung hat die Fähigkeit, einen modifizierten Ruß zur Verfügung zu stellen mit einer niedrigen PAK-Menge, wie beispielsweise einer niedrigen PAK 22 und dennoch wenigstens vergleichbare mechanische Eigenschaften oder Gummieigenschaften in eine Polymermatrix einzubringen, wie beispielsweise einer Elastomerzusammensetzung, wobei vergleichsweise als so zu verstehen ist, dass sie innerhalb ungefähr 50% (z. B. innerhalb 40% oder innerhalb 30%) der bestimmten mechanischen Eigenschaft bedeutet.
Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung beinhaltet eine niedrige PAK-Menge eine niedrige PAK 22 oder ist dadurch definiert. Wie oben hingewiesen, einen PAK 22 ist eine Messung von PAKs wie in 1 der vorliegenden Anmeldung gezeigt. Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung kann eine niedrige PAK-Menge durch ein niedriges PAK 22 definiert werden. Zum Beispiel kann der modifizierte Ruß eine niedrige Gesamtkonzentration für die 22 PAKs in der Größenordnung von 75 ppm oder weniger, 50 ppm oder weniger, wie beispielsweise 45 ppm oder weniger, 40 ppm oder weniger, oder 35 ppm oder weniger, oder 30 ppm oder weniger, 25 ppm oder weniger, 20 ppm oder weniger, 15 ppm oder weniger, 10 ppm oder weniger, 8 ppm oder weniger, 5 ppm oder weniger, wie beispielsweise 1 ppm bis 50 ppm, 1 ppm bis 40 ppm, 1 ppm bis 30 ppm, 1 ppm bis 20 ppm, 1 ppm bis 10 ppm, 2 ppm bis 10 ppm aufweisen. Geeignete Bereiche beinhalten von ungefähr 1 ppm bis ungefähr 45 ppm, 1 ppm bis 40 ppm, 1 ppm bis 35 ppm, 1 ppm bis 30 ppm, 1 ppm bis 20 ppm, 1 ppm bis 10 ppm oder 1 ppm bis 8 ppm, in Bezug auf die Gesamtmenge an PAK 22, welches im Ruß vorhanden ist. Für jeden dieser Bereiche oder Mengen wie oben erwähnt, kann die untere Grenze 0,01 ppm, 0,001, 0,1 ppm, 1 ppm, 2 ppm, 5 ppm, 10 ppm oder 15 ppm sein. Die Bereiche können exakt oder ungefähr sein (z. B. ”ungefähr 1 ppm” und dergleichen). Diese ppm-Bereiche können zu allen oder jeder Anzahl an PAKs (z. B. allen PAKs oder einer oder mehreren dieser PAKs) anwendbar sein. Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung ist PAK 22 eine Messung der PAKs, die in 1 identifiziert werden außer für Benzo(j)fluoranthren. Weiterhin ist PAK 8 für die Zwecke der vorliegenden Erfindung eine Messung von Benzo(a)anthracen, Benzo(a)pyren, Benzo(e)pyren, Benzo(b)fluoranthren, Benzo(j)fluoranthren, Benzo(k)fluoranthren, Chrysen und Dibenzo(a,h)anthracen. BaP ist ein Bezug auf Benzo(a)pyren.
Zusätzlich zum PAK22-Gehalt oder getrennt davon kann der PAK8 für einen modifizierten Ruß optional a) 5 ppm oder weniger sein (z. B. 4 ppm oder weniger, 0,0001 ppm bis 5 ppm, 0,1 ppm bis 5 ppm, 0,5 ppm bis 5 ppm, 3 ppm oder weniger). Zusätzlich oder in der Alternative, kann der BaP 4 ppm oder weniger (0,001 ppm bis 4 ppm, 0,1 ppm bis 4 ppm, 0,5 ppm bis 3 ppm) betragen. Die modifizierten Ruße der vorliegenden Erfindung können einen gleichermaßen niedrigeren PAK 8 aufweisen und im Allgemeinen können sie einen PAK 8 aufweisen, welcher wenigstens 50% weniger (z. B. 50% bis 80% geringer) als die PAK 22-Werte wir hier beschrieben, ist. Weiterhin kann der BaP für die modifizierten Ruße typischerweise bei wenigstens 75% weniger (z. B. 75% bis 95% niedriger) als die hierin beschriebenen PAK 22-Werte liegen.
Der modifizierte Ruß, wie beispielsweise der modifizierte Ruß von Gummiqualität oder Reifenqualität, kann eine oder mehrere der folgenden mechanischen Eigenschaften oder Gummieigenschaften in Kombination mit der STSA von 20 m²/g bis 250 m²/g oder von 80 bis ungefähr 150 m²/g haben, wobei die mechanischen Eigenschaften und/oder Gummieigenschaften bestimmt werden, wenn der modifizierte Ruß in einer Gummiformulierung vorhanden ist gemäß ASTM D 3191-02 Standard Test Methods for Carbon Black in SBR – Recipe and Evaluation Procedures:

– Abriebbeständigkeit (21% Schlupf (Slip)) von 80 bis 170;
– Dehnung (%) von 300 bis 600;
– Zugwiderstand (Mpa) von 20 bis 35;
– 100%-Modul (Mpa) von 2,4 bis 4,5;
– 300%-Modul (Mpa) von 12 bis 23;
– Verhältnis von 300%-Modul/100%-Modul (M 300%/M 100%) von 3,5 bis 6;
– Bound Rubber (%) von 15 bis 30; und/oder
– max tan delta @ 0°C von 0,25 bis 0,4.

Diese Eigenschaften können für eine oder mehrere Gummiverbindungen erreicht werden und können erreicht werden, wenn der Gummi natürlicher Gummi und/oder SBR ist.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin einen modifizierten Ruß mit einer niedrigen PAK-Menge wie oben beschrieben, sowie einem STSA von 20 m²/g bis 250 m²/g oder von 80 bis 140 m²/g, um mit einer oder mehreren der folgenden mechanischen Eigenschaften basierend auf der Formel, dargestellt für jede Eigenschaft, worin x der STSA (m²/g) des Rußes ist und y die mechanische Eigenschaft.

– Abriebbeständigkeit (21% Schlupf): y = 5/6(x) + (43 +/– 10).

Die weiteren oben identifizierten mechanischen Eigenschaften können die gleiche oder ähnliche Beziehungen mit dem STSA aufweisen.
Im Hinblick auf die chemischen Gruppen, welche auf dem Ruß befestigt und/oder adsorbiert werden können, wie beispielsweise wenigstens teilweise die Wirkungen der Oberflächendeaktivierung wieder herzustellen, können die folgenden chemischen Gruppen befestigt und/oder auf dem Ruß adsorbiert werden.
Der modifizierte Ruß kann ein Ruß sein mit wenigstens einem Triazol, das darauf adsorbiert ist. Spezifischere Formeln und Beispiele werden gezeigt.
Der modifizierte Ruß kann zusätzlich oder alternativ wenigstens eine chemische Gruppe befestigt haben, wie beispielsweise eine organische Gruppe, z. B. eine organische Gruppe umfassend wenigstens eine Alkylgruppe und/oder aromatische Gruppe. Die Alkylgruppe und/oder aromatische Gruppe kann direkt am Ruß befestigt sein. Die chemische Gruppe kann gleich oder ähnlich oder unterschiedlich zu der Gruppe sein, welche auf dem Ruß adsorbiert ist.
Die befestigte chemische Gruppe kann sein oder beinhalten wenigstens ein Triazol oder wenigstens ein Pyrazol oder wenigstens ein Imidazol oder jede Kombination daraus.
Im Einzelnen betrifft die vorliegende Erfindung, in Teilen, einen modifizierten Ruß, welcher ein Ruß ist oder beinhaltet mit wenigstens einem Triazol darauf adsorbiert, wie beispielsweise 1,2,4-Triazol. Der modifizierte Ruß verbessert bevorzugt den Abriebbeständigkeit, wenn er in einer Elastomerzusammensetzung vorhanden ist, im Vergleich zu dem selben Ruß, der nicht modifiziert ist (d. h. im Vergleich in dem selben Ruß mit den gleichen oder sehr ähnlichen niedrigen PAK-Gehalt aber ohne jegliche befestigten und/oder adsorbierten chemischen Gruppen).
Der modifizierte Ruß kann ein Ruß sein, auf welchen adsorbiert ist:

a) wenigstens ein Triazol, wie beispielsweise wenigstens ein 1,2,4-Triazol mit einem schwefelhaltigen oder polyschwefelhaltigen Substituenten, in der Gegenwart oder Abwesenheit von jeder weiteren aromatischen Gruppe; oder
b) wenigstens ein Pyrazol mit einem schwefelhaltigen Substituenten in der Gegenwart oder Abwesenheit von jeder weiteren aromatischen Gruppe oder jeder Kombination davon. Auch hier verbessert der modifizierte Ruß bevorzugt den Abriebbeständigkeit, wenn er in einer Elastomerzusammensetzung vorhanden ist, im Vergleich zu einem nicht modifizierten Ruß.

Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung bedeutet adsorbieren, dass die adsorbierte chemische Gruppe nicht chemisch auf der Oberfläche des Rußes befestigt ist und von der Oberfläche mittels Lösungsmittelextraktion, wie beispielsweise einer Soxhlet-Extraktion, entfernt werden kann. Zum Beispiel kann eine chemische Gruppe, die auf dem Ruß adsorbiert ist, mittels einer Soxhlet-Extraktion entfernt werden, die für 16–18 Stunden in Methanol oder Ethanol durchgeführt wird, wobei die Extraktion alle, oder fast oder im Wesentlichen alle der chemischen Gruppen entfernt. Die Extraktion kann eine oder mehrere Male wiederholt werden. Es ist möglich, dass ein Rückstand der adsorbierten Gruppe auf der Oberfläche des Rußes verbleibt. Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung kann die hier beschriebene Extraktion mittels Lösungsmittel wenigstens 80 Gew.-% der adsorbierten chemischen Gruppe entfernen und im Allgemeinen wenigstens 90% oder wenigstens 95 Gew.-% der adsorbierten chemischen Gruppe entfernen. Diese Bestimmung kann mittels einer Elementaranalyse der extrahierten und nicht extrahierten Proben durchgeführt werden.
Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung umfasst das Triazol eine chemische Gruppe, welche eine triazolhaltige Gruppe hat. Das Triazol kann ein 1,2,4-Triazol oder ein 1,2,3-Triazol sein. Das Triazol kann ein thiol- oder polysulfidhaltiges Polytriazol sein. 1,2,4-Triazol oder 1,2,4-triazolhaltige Gruppen sind als adsorbierte chemische Gruppen bevorzugt. Beispiele des Triazols beinhalten ein Triazol mit der Formel (oder Tautomere davon):
oder ein Triazol (oder Tautomere davon) mit der Formel:
wobei Z_b eine Alkylengruppe ist (z. B. C₁-C₄-Alkylen), wobei b 0 oder 1 ist;
X, welches gleich oder verschieden ist, H, NH₂, SH, NHNH₂, CHO, COOR, COOH, CONR₂, CN, CH₃, OH, NDD' oder CF₃ ist;
Y H oder NH₂ ist;
A eine funktionelle Gruppe ist und S_kR, SSO₃H, SO₂NRR', SO₂SR, SNRR', SNQ, SO₂NQ, CO₂NQ, S-(1,4-Piperazinediyl)-SR, 2-(1,3-Dithianyl) oder 2-(1,3-Dithiolanyl) sein kann oder umfassen kann; oder ein linearer, verzweigter, aromatischer oder cyclischer Kohlenwasserstoffrest, substituiert mit einer oder mehrerer der funktionellen Gruppen;
wo R und R', welche gleich oder verschieden sein können, Wasserstoff; verzweigtes oder unverzweigtes C₁-C₁₂ unsubstituiertes oder substituiertes Alkyl, Alkenyl, Alkinyl; unsubstituiertes oder substituiertes Aryl, unsubstituiertes oder substituiertes Heteroaryl; unsubstituiertes oder substituiertes Alkylaryl; unsubstituiertes oder substituiertes Arylalkyl, Arylen, Heteroarylen oder Alkylarylen sind;
k eine ganze Zahl von 1 bis 8 ist; und
Q (CH₂)_w, (CH2)_xO(CH₂)_z, (CH₂)_xNR(CH₂)_z, oder (CH₂)_xS(CH₂)_x ist, wo x 1 bis 6 ist, z 1 bis 6 ist und w 2 bis 6 ist. S_kR kann S_kH sein. Für S_kR, wenn R nicht H ist, ist k 2 bis 8, und wenn R H ist, ist k 1 bis 8;
E ist eine polyschwefelhaltige Gruppe, wie beispielsweise S_w (wo w 2 bis 8 ist), SSO, SSO₂, SOSO₂, SO₂SO₂; und
das Triazol kann optional N-substituiert mit einem NDD'-Substituenten sein, wo
D und D', welche gleich oder verschieden sind, H oder C₁-C₄-Alkyl sind.
Spezifischere Beispiele des Triazols beinhalten, sind aber nicht darauf beschränkt, 3-Amino-1,2,4-triazol-5-thiol, 3-Amino-1,2,4-triazol-5-yl-disulfid; 1,2,4-Triazol-3-thiol; 1,2,4-Triazol-3-yl-disulfid; 3-Amino-1,2,4-triazol-5-yl-trisulfid; 4-Amino-3-hydrazino-1,2,4-triazol-5-thiol und dergleichen.
Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung beinhaltet das Pyrazol eine Chemikalie, welche eine pyrazolhaltige Gruppe aufweist. Das Pyrazol kann ein thiol- oder polysulfidhaltiges Polypyrazol sein. Beispiele des Pyrazols können ein Pyrazol mit der folgenden Formel (oder Tautomere davon) beinhalten:
oder ein Pyrazol mit der Formel (oder Tautomere davon):
wobei Z_b eine Alkylengruppe ist (z. B. C₁-C₄-Alkylengruppe), wobei b 0 oder 1 ist;
X und Y unabhängig voneinander H, NH₂, SH, NHNH₂, CHO, COOR, COOH, CONR₂, CN, CH₃, OH, NDD' oder CF₃ sind, oder Y kann R sein, wobei jedes X und jedes Y gleich oder verschieden sind;
A eine funktionelle Gruppe ist und S_kR, SSO₃H, SO₂NRR', SO₂SR, SNRR', SNQ, SO₂NQ, CO₂NQ, S-(1,4-Piperazinediyl)-SR, 2-(1,3-Dithianyl), oder 2-(1,3-Dithiolanyl) sein kann oder umfassen kann; oder ein linearer, verzweigter, aromatischer oder cyclischer Kohlenwasserstoffrest substituiert mit einer oder mehrerer der funktionellen Gruppen;
wo R und R', welche gleich oder verschieden sein können, Wasserstoff; verzweigtes oder unverzweigtes C₁-C₁₂ unsubstituiertes oder substituiertes Alkyl, Alkenyl, Alkinyl; unsubstituiertes oder substituiertes Aryl; unsubstituiertes oder substituiertes Heteroaryl; unsubstituiertes oder substituiertes Alkylaryl; unsubstituiertes oder substituiertes Arylalkyl, Arylen, Heteroarylen oder Alkylarylen sind; k eine ganze Zahl von 1 bis 8 ist; und Q (CH₂)_w, (CH₂)_xO(CH₂)_z, (CH₂)_xNR(CH₂)_z oder (CH₂)_xS(CH₂)_z ist, wo x 1 bis 6 ist, z 1 bis 6 ist und w 2 bis 6 ist. S_kR kann S_kH sein. Für S_kR, wenn R nicht H ist, ist k 2 bis 8 und wenn R H ist, ist k 1 bis 8. E ist eine polyschwefelhaltige Gruppe, wie beispielsweise S_w (wo w 2 bis 8 ist), SSO, SSO₂, SOSO₂ oder SO₂SO₂ und
D und D', welche gleich oder verschieden sind, H oder C₁-C₄-Alkyl sind.
Spezifischere Beispiele des Pyrazols beinhalten, sind aber nicht darauf beschränkt, Pyrazol-3-thiol, Pyrazol-3-yl-disulfid, und/oder 3-Methyl-pyrazol-5-thiol.
Für jede der hier genannten Formeln beinhalten mit Bezug auf den Substituenten A spezifischere Beispiele, sind aber nicht darauf beschränkt, SH; SSAr, wo Ar ein Triazol oder ein Pyrazol ist, oder SSAr, wo Ar ein davon unterschiedlicher Heterocyclus ist.
Wie oben erwähnt können die chemischen Gruppen, welche auf dem Ruß oder der Oberfläche des Rußes adsorbiert sind, um diesen Typ von modifiziertem Ruß zu erzeugen, eine einzelne chemische Gruppe sein oder zwei oder mehrere unterschiedliche Typen von chemischen Gruppen. Eine oder mehrere unterschiedliche Typen an Triazolen können vorhanden sein und/oder eine oder mehrere verschiedene Typen an Pyrazolen können vorhanden sein oder jede Kombination, wie beispielsweise ein oder mehrere Triazole mit einem oder mehreren Pyrazolen und dergleichen. Zusätzlich können als eine Möglichkeit weitere chemische Gruppen, andere als das Triazol und/oder Pyrazol, zusätzlich auf dem Ruß als eine adsorbierte chemische Gruppe vorhanden sein.
Die adsorbierte chemische Gruppe kann vollständig oder im Wesentlichen vollständig auf der exponierten Oberfläche des Rußes vorhanden sein, um den modifizierten Ruß zu bilden oder kann in einer geringeren Menge vorhanden sein. Zum Beispiel kann die adsorbierte chemische Gruppe wenigstens 5% des Oberflächenbereichs der Rußoberfläche bedecken, wenigstens 10%, wenigstens 20%, wenigstens 30%, wenigstens 40%, wenigstens 50%, wenigstens 60%, wenigstens 70%, wenigstens 80%, wenigstens 90%, wenigstens 95%, wenigstens 97%, wenigstens 99% oder ungefähr 100% oder 100% des Oberflächenbereichs auf der Oberfläche des Rußes.
Die Menge an adsorbierter chemischer Gruppe(n) kann jede Menge auf dem Ruß sein. Zum Beispiel kann die Gesamtmenge der adsorbierten chemischen Gruppe von ungefähr 0,01 bis ungefähr 10 Mikromol der heterocyclischen Gruppen/m² Oberfläche des Rußes betragen, wie mittels Stickstoffadsorption (BET-Verfahren) gemessen, einschließlich von ungefähr 1 bis ungefähr 8 Mikromole/m² von ungefähr 2 bis ungefähr 6 Mikromole/m² und von ungefähr 3 bis ungefähr 5 Mikromole/m².
In Bezug auf das Verfahren zum Bilden des modifizierten Rußes mit adsorbierter chemischer Gruppe(n), kann jede konventionelle Adsorptionstechnik verwendet werden. Zum Beispiel kann die chemische Gruppe, von welcher gewünscht wird, dass sie auf dem Ruß oder auf der Oberfläche des Rußes ist, um diese Version eines modifizierten Rußes zu bilden, in einem geeigneten Lösungsmittel gelöst werden und auf die Oberfläche des Rußes aufgebracht werden, wobei das Lösungsmittel dann entfernt werden kann, wie beispielsweise mittels Verdampfungstechniken. Als eine Alternative kann die Chemikalie, die auf die Oberfläche des Rußes adsorbiert werden soll, um den modifizierten Ruß zu bilden, geschmolzen werden. Jede Weise, um den Ruß in Kontakt mit der Chemikalie, die auf der Oberfläche des Rußes adsorbiert werden soll, zu bringen, kann verwendet werden, wie beispielsweise Sprühbeschichtungstechniken und dergleichen. Die auf dem Ruß zu adsorbierende chemische Lösung kann in einem pin pelletizer zusammengemischt werden und das Lösungsmittel kann dann verdampft werden.
Als eine Möglichkeit kann der modifizierte Ruß mit adsorbierter chemischer Gruppe, wie hier erwähnt, optional (oder alternativ) das Befestigen von einer oder mehreren chemischen Gruppen beinhalten.
Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung bedeutet das Befestigen von einer oder mehreren chemischen Gruppen, dass die chemische Gruppe nicht auf der Oberfläche des Rußes adsorbiert ist und nicht entfernt oder im Wesentlichen entfernt werden kann durch das Extraktionsverfahren, dass früher für die Zwecke zum Entfernen einer adsorbierten Chemikalie beschrieben worden ist. Das Befestigen von wenigstens einer chemischen Gruppe ist im Allgemeinen eine chemische Befestigung, wie beispielsweise mittels einer kovalenten Bindung.
Die chemische Gruppe, welche auf dem Ruß befestigt und/oder adsorbiert wird, kann wenigstens eine organische Gruppe sein. Die organische Gruppe kann beinhalten oder kann sein eine Alkylgruppe und/oder eine aromatische Gruppe. Spezifischere Beispiele beinhalten eine C_1-20-Alkylgruppe oder eine C_6-18 aromatische Gruppe, wie beispielsweise ein C₁-C₁₂-Alkylgruppe oder C₆-C₁₂ aromatische Gruppe(n). Beispiele von befestigten Gruppen können beinhalten ein Alkyl oder aromatische Gruppe, welche eine oder mehrere funktionellen Gruppen hat, welche dieselben sein können wie für den hier beschriebenen Substituenten A. Die Alkylgruppe und/oder aromatische Gruppe kann direkt am Ruß befestigt sein.
Aromatische Sulfide umfassen eine weitere Gruppe von chemischen Gruppen, welche am Ruß befestigt und/oder adsorbiert sein kann, um den modifizierten Ruß der vorliegenden Erfindung zu bilden. Diese aromatischen Sulfide können durch die Formeln Ar(CH₂)_qS_k(CH₂)_rAr' oder A(CH₂)_qS_K(CH₂)_rAr'' dargestellt werden, wobei Ar und Ar' unabhängig substituierte oder unsubstituierte Arylen- oder Heteroarylengruppen sind, Ar'' eine Aryl- oder Heteroarylgruppe ist, k 1 bis 8 ist und q und r 0–4 sind. Substituierte Arylgruppen würden substituierte Alkylarylgruppen beinhalten. Arylengruppen beinhalten Phenylengruppen, insbesondere p-Phenylengruppen oder Benzothiazolylengruppen. Arylgruppen beinhalten Phenyl, Naphthyl und Benzothiazolyl. Die Zahl der vorhandenen Schwefel, definiert durch k, bewegt sich bevorzugt im Bereich von 2 bis 4. Aromatische Sulfidgruppen sind Bis-para-(C₆H₄)-S₂-(C₆H₄)- und para-(C₆H₄)-S₂-(C₆H₅). Die Diazoniumsalze dieser aromatischen Sulfidgruppen können der Einfachheit halber von ihren korrespondierenden primären Aminen, H₂N-Ar-S_k-Ar'-NH₂ oder H₂N-Ar-S_k-Ar'' hergestellt werden. Die chemischen Gruppen können organische Gruppen mit einem Aminophenyl sein, wie beispielsweise (C₆H₄)-NH₂, (C₆H₄)-CH₂-(C₆H₄)-NH₂, (C₆H₄)-SO₂-(C₆H₄)-NH₂.
Der modifizierte Ruß kann ein Ruß sein mit einer befestigten und/oder adsorbierten chemischen Gruppe, welche Ar(CH₂)_qS_k(CH₂)_rAr' ist, wobei Ar und Ar' gleich oder verschieden sind und Arylen oder Heteroarylen sind; k eine ganze Zahl von 1 bis 8 ist; q eine ganze Zahl von 0 bis 4 ist; und r eine ganze Zahl von 0 bis 4 ist. Das Ar und Ar' können ein Arylen sein; k kann eine ganze Zahl von 1 bis 8 sein; und q und r können 0 sein. Das Ar und Ar' können Phenylen sein; k kann eine ganze Zahl von 2 bis 4 sein; und q und r können 0 sein. In dieser Formel kann k 2 sein. In dieser Formel können Ar und Ar' Heteroarylen sein; k kann eine ganze Zahl von 1 bis 8 sein; und q und r können 0 sein. In dieser Formel können Ar und Ar' Benzothiazolylen sein; k kann eine ganze Zahl von 2 bis 4 sein; und q und r können 0 sein. In dieser Formel kann k 2 sein.
Der modifizierte Ruß kann ein Ruß sein mit einer befestigten und/oder adsorbierten chemischen Gruppe, welche Ar(CH₂)_qS_k(CH₂)_rAr' ist, wobei Ar und Ar' Arylen oder ein Heteroarylen ist; Ar' ein Aryl oder ein Heteroaryl ist; k eine ganze Zahl von 1 bis 8 ist; q eine ganze Zahl von 0 bis 4 ist; und r eine ganze Zahl von 0 bis 4 ist. In dieser Formel kann Ar ein Arylen sein; Ar' kann ein Aryl sein; k kann eine ganze Zahl von 1 bis 8 sein; und q und r können 0 sein. In dieser Formel kann Ar Phenylen sein; Ar' kann Phenyl sein; k kann eine ganze Zahl von 2 bis 4 sein; und q und r können 0 sein. In dieser Formel kann Ar Phenylen sein; Ar' kann ein Heteroaryl sein; k kann eine ganze Zahl von 1 bis 8 sein; und q und r können 0 sein. In dieser Formel kann Ar Phenylen sein; Ar' kann Benzothiazolyl sein; k kann eine ganze Zahl von 2 bis 4 sein; und q und r können 0 sein.
Der modifizierte Ruß kann ein Ruß sein mit einer befestigten und/oder adsorbierten chemischen Gruppe, welche -(C₆H₄)-S_k-(C₆H₄)-NH₂ ist, wobei k eine ganze Zahl von 2 bis 8 ist, und/oder eine chemische Gruppe, welche -(C₆H₄)-S_k-(C₆H₄)-NH₂ ist und k 2 ist.
Ein Verfahren zum Befestigen von einer oder mehreren chemischen Gruppen auf dem Ruß, um diesen Typ von modifiziertem Ruß zu bilden, kann jeden bekannten Befestigungsmechanismus zum Befestigen von chemischen Gruppen an Rußpartikeln beinhalten, beinhaltend Diazoniumreaktionen.
Der modifizierte Ruß mit befestigten chemischen Gruppen kann unter Verwendung und Anpassung der Verfahren hergestellt werden, die in US-Patenten Nr. 5,554,739 ; 5,707,432 ; 5,837,045 ; 5,851,280 ; 5,885,335 ; 5,895,522 ; 5,900,029 ; 5,922,118 ; 6,042,643 ; 6,398,858 ; 7,175,946 ; 6,471,763 ; 6,780,389 ; 7,217,405 ; 5,859,120 ; und 6,290,767 ; Veröffentlichungen der U. S. Patentanmeldungen Nr. 2003-0129529 A1; 2002-0020318; 2002-0011185 A1; und 2006-0084751 A1, sowie die PCT-Veröffentlichung WO 99/23174 , welche hier durch Bezugnahme vollständig aufgenommen sind. Diese Referenzen beschreiben, zum Teil, die Verwendung einer Diazoniumchemie, um funktionelle Gruppen an Pigmenten zu befestigen. Nur als ein Beispiel, diese Verfahren wurden angepasst und verwendet, um die erfindungsgemäßen modifizierten Ruße (mit befestigten chemischen Gruppen) herzustellen.
Eine Aminoversion eines Triazols, Pyrazols und/oder Imidazols kann verwendet werden und anschließend unter Verwendung der Diazoniumreaktion, die z. B. in obigen Patenten beschrieben wird, können sie am Ruß befestigt werden, um diese Version eines modifizierten Rußes mit einer befestigten chemischen Gruppe, wie beispielsweise einer organischen Gruppe und beispielsweise wie einer befestigten wenigstens einer Triazolgruppe, Pyrazolgruppe, und/oder Imidazolgruppe, zu bilden. Die befestigten Triazol-, Pyrazol- und/oder Imidazolgruppen sind unten weiter beispielhaft dargestellt für eine andere Version eines modifizierten Rußes und sie würden hier genauso anwendbar sein.
Der modifizierte Ruß (mit befestigten chemischen Gruppen) kann unter Verwendung jedes Verfahrens, das dem Fachmann zum Befestigen von chemischen Gruppen bekannt ist, hergestellt werden. Zum Beispiel können die modifizierten Ruße unter Verwendung der Verfahren, die in den oben zitierten Patenten/Publikationen beschrieben sind, hergestellt werden. Weitere Verfahren zur Herstellung der modifizierten Ruße beinhalten das Umsetzen eines Rußes mit zugänglichen funktionellen Gruppen mit einem Reagenz, umfassend die organische Gruppe, wie beispielsweise beschrieben in, z. B., US-Patent Nr. 6,723,783 , welches durch Bezugnahme vollständig hier aufgenommen ist. Derartige funktionelle Ruße können unter Verwendung der Verfahren hergestellt werden, die in den oben eingefügten Referenzen beschrieben werden. Zusätzlich können modifizierte Ruße, welche befestigte funktionelle Gruppen enthalten, die folgenden sein und/oder durch die Verfahren hergestellt werden, die in den US-Patenten Nr. 6,831,194 und 6,660,075 , US-Patentpublikationen Nr. 2003-0101901 und 2001-0036994 , kanadisches Patent Nr. 2,351,162 , europäisches Patent Nr. 1 394 221 und PCT-Veröffentlichung Nr. WO 04/63289 sowie in N. Tsubokawa, Polym. Sci., 17, 417, 1992, und PCT-Veröffentlichung Nr. WO 2011/028337 beschrieben sind, von welchen jede durch Bezugnahme vollständig hier aufgenommen ist.
Die Menge an befestigten Gruppen kann variieren, in Abhängigkeit von der gewünschten Verwendung des modifizierten Rußes und des Typs der befestigten Gruppe. Zum Beispiel kann die Gesamtmenge an organischer Gruppe, die befestigt ist, von ungefähr 0,01 bis ungefähr 6,0 Mikromol an Gruppen/m² Oberflächenbereich des Rußes, wie mittels Stickstoffadsorption (BET-Verfahren) gemessen, betragen, einschließlich von ungefähr 0,1 bis ungefähr 5,0 Mikromol/m², von ungefähr 0,2 bis ungefähr 3,0 Mikromol/m² oder von ungefähr 0,3 bis ungefähr 2,0 Mikromol/m².
Beispiele der Triazol-, Pyrazol- und/oder Imidazolgruppen sind dieselben wie für die oben beschriebenen adsorbierten chemischen Gruppen, mit der Ausnahme, dass diese Gruppen befestigt sind, z. B. mittels einer chemischen Bindung an den Ruß. Beispiele der befestigten chemischen Gruppen werden nachfolgend aufgezeigt und in der PCT-Veröffentlichung Nr. WO 2011/028337 , die durch Bezugnahme vollständig hier aufgenommen ist.
Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung beinhaltet das Triazol eine chemische Gruppe, welche eine triazolhaltige Gruppe aufweist. Das Triazol kann ein 1,2,4-Triazol oder ein 1,2,3-Triazol sein. Das Triazol kann ein thiol- oder polysulfidhaltiges Polytriazol sein. 1,2,4-Triazole oder 1,2,4-triazolhaltige Gruppen sind als die adsorbierten und/oder befestigten chemischen Triazolgruppen bevorzugt im Hinblick auf die zu erreichenden Eigenschaften insbesondere in Elastomerverbundstoffen. Im Hinblick auf das befestigte Triazol beinhalten Beispiele, sind aber nicht darauf beschränkt, die folgenden:
oder Tautomere davon,
wobei die Substituenten wie früher erwähnt sind, mit Ausnahme von X (oder eines der Xen), welches eine Bindung zum Ruß, der verknüpft werden soll, ist oder beinhaltet.
In den Triazolformeln
ist Z_b eine Alkylengruppe (z. B. ein C₁-C₄-Alkylen), wobei b 0 oder 1 ist;
wenigstens ein X umfasst eine Bindung zum Ruß und jedes verbleibende X umfasst eine Bindung zum Ruß oder eine funktionelle Gruppe, wie beispielsweise die verschiedenen hierin beschriebenen Substituenten A und/oder R;
A ist eine funktionelle Gruppe, welche S_kR, SSO₃H, SO₂NRR', SO₂SR, SNRR', SNQ, SO₂NQ, CO₂NQ, S-(1,4-Piperazindiyl)-SR, 2-(1,3-Dithianyl) oder 2-(1,3-Dithiolanyl) ist; oder ein linearer, verzweigter, aromatischer oder cyclischer Kohlenwasserstoffrest, substituiert mit einer oder mehreren der funktionellen Gruppen;
wo R und R', welche gleich oder verschieden sind, Wasserstoff; verzweigtes oder unverzweigtes C₁-C₁₂ unsubstituiertes oder substituiertes Alkyl, Alkenyl, Alkinyl; unsubstituiertes oder substituiertes Aryl; unsubstituiertes oder substituiertes Heteroaryl; unsubstituiertes oder substituiertes Alkylaryl; unsubstituiertes oder substituiertes Arylalkyl, Arylen, Heteroarylen oder Alkylarylen sind;
k eine ganze Zahl von 1 bis 8 ist, wenn R H ist und ansonsten ist k 2 bis 8;
Q (CH₂)_w, (CH2)_xO(CH₂)_z, (CH₂)_xNR(CH₂)_z, oder (CH₂)_xS(CH₂)_z ist, wo x 1 bis 6 ist, z 1 bis 6 ist und w 2 bis 6 ist;
E ein polyschwefelhaltiger Rest ist; und
das Triazol kann optional N-substituiert sein mit einem NDD'-Substituenten, wo D und D', welche gleich oder verschieden sind, H oder C₁-C₄-Alkyl sind; und
Y ist H, Alkyl, Aryl oder NH₂.
In spezifischen Beispielen kann die Gruppe, die am Ruß befestigt ist, sein oder beinhalten eine Mercaptotriazolylgruppe, z. B. eine 5-Mercapto-1,2,4-triazol-3-ylgruppe, und/oder eine Triazoldisulfidgruppe und/oder eine 1,2,4-Triazol-3-yl-gruppe. Die am Ruß befestigte Gruppe kann sein oder beinhalten eine 2-Mercapto-1,3,4-thiadiazol-5-yl-gruppe und/oder eine Thiadiazoldisulfidgruppe. Substituierte oder unsubstituierte Oxadiazolgruppen sowie weitere substituierte oder unsubstituierte Azole, z. B. Diazolgruppen, können befestigt sein, z. B. direkt am Ruß.
Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung ist oder beinhaltet das befestigte Pyrazol eine Chemikalie, welche eine pyrazolhaltige Gruppe aufweist. Das Pyrazol kann ein thiol- oder polysulfidhaltiges Polypyrazol sein. Im Hinblick auf das Pyrazol beinhalten Beispiele, sind aber nicht darauf beschränkt, die folgenden:
oder Tautomere davon,
wobei die Substituenten dieselben sind wie die früher genannten, mit der Ausnahme, dass X (oder eines der Xen) eine Bindung zum Ruß, an welchem es befestigt werden soll, ist oder beinhaltet.
In den Pyrazolformeln,
ist Z_b eine Alkylengruppe (z. B. eine C₁-C₄-Alkylengruppe), wo b 0 oder 1 ist;
wenigstens eines von X oder Y umfasst eine Bindung an den Ruß und jedes weitere X oder Y, welches gleich oder verschieden ist, umfasst eine Bindung oder eine funktionelle Gruppe, wie beispielsweise die verschiedenen hier beschriebenen Substituenten A und/oder R;
A ist eine funktionelle Gruppe, welche S_kR, SSO₃H, SO₂NRR', SO₂SR, SNRR', SNQ, SO₂NQ, CO₂NQ, S-(1,4-Piperazindiyl)-SR, 2-(1,3-Dithianyl) oder 2-(1,3-Dithiolanyl) ist; oder ein linearer, verzweigter, aromatischer oder cyclischer Kohlenwasserstoffrest, substituiert mit einer oder mehrerer der funktionellen Gruppen;
wo R und R', welche gleiche oder verschieden sind, Wasserstoff, verzweigtes oder unverzweigtes C₁-C₁₂ unsubstituiertes oder substituiertes Alkyl, Alkenyl, Alkinyl; unsubstituiertes oder substituiertes Aryl; unsubstituiertes oder substituiertes Heteroaryl; unsubstituiertes oder substituiertes Alkylaryl; unsubstituiertes oder substituiertes Arylalkyl, Arylen, Heteroarylen oder Alkylarylen sind;
k eine ganze Zahl von 1 bis 8 ist, wenn R H ist und andernfalls ist k 2 bis 8;
Q (CH₂)_w, (CH₂)_xO(CH₂)_z, (CH₂)_xNR(CH₂)_z oder (CH₂)_xS(CH₂)_z ist, wo x 1 bis 6 ist, z 1 bis 6 ist und w 2 bis 6 ist; und
E eine polyschwefelhaltige Gruppe ist.
Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung ist oder beinhaltet das befestigte Imidazol eine Chemikalie, welche eine imidazolhaltige Gruppe aufweist. Das Imidazol kann ein thiol- oder polysulfidhaltiges Polyimidazol sein. In Hinblick auf das Imidazol beinhalten die Beispiele, sind aber nicht darauf beschränkt, die folgenden:
oder Tautomere davon,
wobei die Substituenten wie früher genannt sind, mit der Ausnahme, dass X (oder eines der Xen) eine Bindung zum Ruß, an dem es befestigt werden soll, ist oder beinhaltet.
In den Imidazolformeln
ist Z_b eine Alkylengruppe (z. B. ein C₁-C₄-Alkylen), wo b 0 oder 1 ist;
jedes X umfasst eine Bindung zum Ruß, H, Alkyl (Beispiele, die anderswo gezeigt werden, finden auch hier Anwendung), Aryl (Beispiele, die anderswo gezeigt werden, finden auch hier Anwendung), oder NH₂, mit der Maßgabe, dass wenigstens ein X eine Bindung umfasst;
Y ist H oder NH₂;
A ist eine funktionelle Gruppe, welche S_kR, SSO₃H, SO₂NRR', SO₂SR, SNRR', SNQ, SO₂NQ, CO₂NQ, S-(1,4-Piperazindiyl)-SR, 2-(1,3-Dithianyl) oder 2-(1,3-Dithiolanyl) ist; oder ein linearer, verzweigter, aromatischer oder cyclischer Kohlenwasserstoffrest, substituiert mit einer oder mehreren der funktionellen Gruppen;
wo R und R', welche gleich oder verschieden sein können, Wasserstoff; verzweigtes oder unverzweigtes C₁-C₁₂ unsubstituiertes oder substituiertes Alkyl, Alkenyl, Alkinyl; unsubstituiertes oder substituiertes Aryl; unsubstituiertes oder substituiertes Heteroaryl; unsubstituiertes oder substituiertes Alkylaryl; unsubstituiertes oder substituiertes Arylalkyl, Arylen, Heteroarylen oder Alkylarylen sind;
k eine ganze Zahl von 2 bis 8 ist;
Q (CH₂)_w, (CH₂)_xO(CH₂)_z, (CH₂)_xNR(CH₂)_z oder (CH₂)_xS(CH₂)_z ist, wo x 1 bis 6 ist, z 1 bis 6 ist und w 2 bis 6 ist; und
E eine polyschwefelhaltige Gruppe ist.
Die befestigte organische Gruppe kann eine Alkylgruppe oder aromatische Gruppe sein oder umfassen mit wenigstens funktionellen Gruppen, welche R, OR, COR, COOR, OCOR, ein Carboxylatsalz, Halogen, CN, NR₂, SO₃H, ein Sulfonatsalz, NR(COR), CONR₂, NO₂, PO₃H₂, ein Phosphonatsalz, ein Phosphatsalz, N=NR, NR₃ ⁺X^–, PR₃ ⁺X^–, S_kR, SSO₃H, ein SSO₃ ^–-Salz, SO₂NRR', SO₂SR, SNRR', SNQ, SO₂NQ, CO₂NQ, S-(1,4-Piperazindiyl)-SR, 2-(1,3-Dithianyl), 2-(1,3-Dithiolanyl), SOR oder SO₂R sind, worin R und R', welche gleich oder verschieden sind, unabhängig Wasserstoff, verzweigter oder unverzweigter C₁-C₁₀₀ substituierter oder unsubstituierter, gesättigter oder ungesättigter Kohlenwasserstoff sind und k ist eine ganze Zahl im Bereich von 1–8 und X ist ein Halogenid oder ein Anion abgeleitet aus einer Mineral- oder organischen Säure, Q ist (CH₂)_w, (CH₂)_xO(CH₂)_z, (CH₂)_xNR(CH₂)_z oder (CH₂)_xS(CH₂)_z, wo w eine ganze Zahl von 2 bis 6 ist und x und z unabhängig ganze Zahlen von 1 bis 6 sind.
Die befestigte organische Gruppe kann eine aromatische Gruppe mit einer Formel AyAr- sein oder umfassen, worin Ar ein aromatischer Rest ist und A R, OR, COR, COOR, OCOR, ein Carboxylatsalz, Halogen, CN, NR₂, SO₃H, ein Sulfonatsalz, NR(COR), CONR₂, NO₂, PO₃H₂, ein Phosphonatsalz, ein Phosphatsalz N=NR, NR₃ ⁺X^–, PR₃ ⁺X^–, S_kR, SSO₃H, ein SSO₃ ^–-Salz, SO₂NRR', SO₂SR, SNRR', SNQ, SO₂NQ, CO₂NQ, S-(1,4-Piperazindiyl)-SR, 2-(1,3-Dithianyl), 2-(1,3-Dithiolanyl), SOR oder SO₂R ist, worin R und R', welche gleich oder verschieden sind, unabhängig Wasserstoff, verzweigter oder unverzweigter C₁-C₁₀₀ substituierter oder unsubstituierter, gesättigter oder ungesättigter Kohlenwasserstoff sind und k ist eine ganze Zahl im Bereich von 1–8 und X ist ein Halogenid oder ein Anion abgeleitet aus einer Mineral- oder organischen Säure, Q ist (CH₂)_w, (CH₂)_xO(CH₂)_z, (CH₂)_xNR(CH₂)_z oder (CH₂)_xS(CH₂)_z, wo w eine ganze Zahl von 2 bis 6 ist und x und z unabhängig ganze Zahlen von 1 bis 6 sind und y ist eine ganze Zahl von 1 bis zur Gesamtzahl an -CH-Resten im aromatischen Rest.
Ar kann eine Triazolgruppe sein oder umfassen, Ar kann eine Pyrazolgruppe sein oder umfassen oder Ar kann eine Imidazolgruppe sein oder umfassen.
Die befestigte organische Gruppe kann wenigstens eine Aminomethylphenylgruppe und/oder Carboxyphenylgruppe sein oder umfassen.
Die befestigte organische Gruppe kann X-C₆H₄-S-S-C₆H₄-X sein oder umfassen, worin wenigstens ein X eine Bindung zum Ruß ist und das andere X eine Bindung zum Ruß oder eine funktionelle Gruppe ist, wie der hier beschriebene Substituent A.
Die befestigte organische Gruppe kann wenigstens ein aromatisches Sulfid oder Polysulfid sein oder umfassen.
Als eine Möglichkeit können eine oder mehrere zusätzliche aber verschiedene chemische Gruppen am Ruß befestigt sein, wie beispielsweise eine oder mehrere zusätzliche chemische Gruppen, welche verschieden sind von einem befestigten Triazol, befestigten Pyrazol und/oder befestigten Imidazol. Die befestigte Gruppe kann jede befestigte chemische Gruppe sein, die früher und/oder in den oben erwähnten Patenten beschrieben worden ist, wie beispielsweise eine befestigte Alkylgruppe und/oder befestigte aromatische Gruppe, z. B. Aminomethylphenyl, Carboxyphenyl oder Phenyldisulfidphenyl (C₆H₅-S-S-C₆H₄).
Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung ist eine weitere Version der modifizierten Ruße der vorliegenden Erfindung eine, wo der modifizierte Ruß wenigstens einen Ruß umfasst, der wenigstens ein Triazol befestigt hat, wie beispielsweise wenigstens 1,2,4-Triazol, wie wenigstens 1,2,4-Triazol mit einem Schwefel enthaltenden Substituenten, z. B., in der Gegenwart oder Abwesenheit jeder weiteren aromatischen Gruppe. Der modifizierte Ruß mit der befestigten Gruppe, wie beispielsweise das wenigstens eine Triazol, kann die Hysterese verbessern, wenn er in einer Elastomerzusammensetzung vorhanden ist, im Vergleich zum selben Ruß, welcher nicht modifiziert ist. Erneut können die Elastomerformulierungen, die in den Beispielen aufgeführt sind, verwendet werden, um diese Testeigenschaft zu bestätigen. Ein weiterer modifizierter Ruß der vorliegenden Erfindung ist oder umfasst einen Ruß, welcher ein Triazol daran befestigt hat umfassend:
oder Tautomere davon, worin
worin Z_b eine Alkylengruppe (z. B. ein C₁-C₄-Alkylen) ist, worin b 0 oder 1 ist;
wenigstens ein X eine Bindung zum Ruß umfasst und jedes verbleibende X eine Bindung zum Ruß oder eine funktionelle Gruppe umfasst, wie beispielsweise die verschiedenen Substituenten A oder R, die hier beschrieben werden;
A ist eine funktionelle Gruppe, welche S_kR, SSO₃H, SO₂NRR', SO₂SR, SNRR', SNQ, SO₂NQ, CO₂NQ, S-(1,4-Piperazindiyl)-SR, 2-(1,3-Dithianyl) oder 2-(1,3-Dithiolanyl) ist; oder ein linearer, verzweigter, aromatischer oder cyclischer Kohlenwasserstoffrest, substituiert mit einer oder mehreren der funktionellen Gruppen;
wo R und R', welche gleich oder verschieden sein können, Wasserstoff; verzweigtes oder unverzweigtes C₁-C₁₂ unsubstituiertes oder substituiertes Alkyl, Alkenyl, Alkinyl; unsubstituiertes oder substituiertes Aryl; unsubstituiertes oder substituiertes Heteroaryl; unsubstituiertes oder substituiertes Alkylaryl; unsubstituiertes oder substituiertes Arylalkyl, Arylen, Heteroarylen oder Alkylarylen sind;
k eine ganze Zahl von 1 bis 8 ist;
Q (CH₂)_w, (CH₂)_xO(CH₂)_z, (CH₂)_xNR(CH₂)_z oder (CH₂)_xS(CH₂)_z ist, wo x 1 bis 6 ist, z 1 bis 6 ist und w 2 bis 6 ist;
E ein polyschwefelhaltiger Rest ist;
das Triazol optional N-substituiert mit einem NDD'-Substituenten sein kann, wo D und D', welche gleich oder verschieden sind, H oder C₁-C₄-Alkyl sind.
Diese Version des modifizierten Rußes kann mit oder ohne jeglicher adsorbierter chemischer Gruppe sein.
Im Hinblick auf die befestigen chemischen Gruppen auf dem Ruß ist durchgehend durch die vorliegende Anmeldung die chemische Gruppe durch wenigstens eine Bindung von der chemischen Gruppe zum Ruß befestigt. In der vorliegenden Anmeldung kann der Substituent X eine Bindung darstellen oder umfassen. Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung ist es so zu verstehen, dass der Substituent X eine Bindung beinhalten kann sowie weitere Substituenten oder Elemente, z. B., zum Zwecke des Erreichens einer Bindung an den Ruß. Zum Beispiel kann X eine Bindung sein oder daraus bestehen. In der Alternative kann X eine Bindung umfassen. Zum Beispiel kann X eine Bindung sein, welche eine Linkergruppe beinhaltet. Die Linkergruppe kann eine Silanlinkergruppe sein oder von einem Silankupplungsmittel abgeleitet sein. Die Linkergruppe kann sein oder beinhalten eine Si-enthaltende Gruppe, eine Ti-enthaltende Gruppe, eine Cr-enthaltende Gruppe und/oder Zr-enthaltende Gruppe oder weitere geeignete Linkergruppen, welche die Befestigung einer chemischen Gruppe auf einem Ruß fördern, wie beispielsweise ein Metalloxidruß, z. B. Siliciumdioxid. Beispiele solcher Linker, welche für die Zwecke der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden können, beinhalten diejenigen, die in US-Patenten Nr. 3,947,436 ; 5,159,009 ; und 5,116,886 offenbart werden, alle durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit hier aufgenommen.
In der vorliegenden Erfindung kann für die verschiedenen Versionen (adsorbierte und/oder befestigte Gruppen) des modifizierten Rußes der vorliegenden Erfindung die Herstellung des modifizierten Rußes (das ist die Befestigung und/oder Adsorption von ein oder mehreren chemischen Gruppen) auftreten und sollte auftreten, bevor der Ruß mit weiteren Bestandteilen zusammengebracht wird, wie beispielsweise den Bestandteilen zur Bildung einer Elastomerzusammensetzung, wie beispielsweise wenigstens ein Elastomer. Anders gesagt, die chemische Gruppe(n), die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden, sind prä-adsorbiert und/oder prä-befestigt am Ruß vor dem Mischen oder Compounding oder in einer anderen Weise Inkontaktbringen von wenigstens einem Elastomer oder wenigstens einem Polymer und/oder weiteren Komponenten der Formulierung. Die vorliegenden Erfinder haben herausgefunden, dass verschiedene Verbesserungen in Eigenschaften, die durch die vorliegende Erfindung erreicht werden, insbesondere Hysterese und/oder Abriebbeständigkeit verringert werden können oder überhaupt nicht erreicht werden, wenn die Modifikation des Rußes in der Gegenwart von weiteren Bestandteilen (z. B. in situ) versucht wird, wie beispielsweise der Versuch, mit wenigstens einem Elastomer und/oder wenigstens einem Ruß zu compoundieren.
Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung kann jede Kombination von modifizierten Rußen der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Zum Beispiel, wie hier beschrieben, wurden verschiedene Versionen des modifizierten Rußes beschrieben. Zum Beispiel ist eine Version des modifizierten Rußes der vorliegenden Erfindung ein Ruß mit adsorbierten Gruppen und optional mit befestigten chemischen Gruppen. Eine weitere Version der vorliegenden Erfindung beinhaltet einen Ruß mit befestigten chemischen Gruppen ohne jegliche adsorbierten Gruppen. Daher kann als eine Option eine Formulierung, wie beispielsweise eine Elastomerformulierung, eine Kombination von verschiedenen modifizierten Rußen der vorliegenden Erfindung umfassen, z. B., einige modifizierte Ruße mit einer oder mehreren adsorbierten chemischen Gruppen, welche in Kombination mit einem oder mehreren modifizierten Rußen mit verknüpften chemischen Gruppen verwendet werden können. Somit kann jede Kombination der modifizierten Ruße in Formulierungen, wie beispielsweise Elastomer- oder Polymerformulierungen, verwendet werden.
Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung, wenn der modifizierte Ruß eine adsorbierte chemische Gruppe und eine befestigte chemische Gruppe aufweist, kann die Anordnung der adsorbierten Gruppe auf dem Ruß vor, während und/oder nach dem Befestigen der chemischen Gruppe auftreten oder in jeder Reihenfolge, wenn mehr als eine adsorbierte und/oder mehr als eine befestigte Gruppe auf dem Ruß vorhanden ist.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin Elastomerzusammensetzungen oder Elastomerverbundstoffe, auch als Gummizusammensetzungen oder -verbundstoffe betrachtet. Die Elastomerzusammensetzung enthält wenigstens ein Elastomer und wenigstens einen modifizierten Ruß der vorliegenden Erfindung und optional eine oder mehrere herkömmliche Komponenten, die in Elastomerformulierungen verwendet werden. Mehr als eine Art des modifizierten Rußes kann verwendet werden.
Beispielhafte Elastomere beinhalten, sind aber nicht darauf beschränkt, Gummis, Polymere (z. B. Homopolymere, Copolymere und/oder Terpolymere) von 1,3-Butadien, Styrol, Isopren, Isobutylen, 2,3-Dialkyl-1,3-butadien, wo Alkyl, Methyl, Ethyl, Propyl, etc. sein kann, Acrylnitril, Ethylen, Propylen und dergleichen. Das Elastomer kann eine Glasübergangstemperatur (Tg) aufweisen, wie sie durch dynamische Differenzkalorimetrie (DSC) gemessen wird, im Bereich von ungefähr –120°C bis ungefähr 0°C. Beispiele beinhalten, sind aber nicht darauf beschränkt, Lösungs-SBR, Styrol-Butadien-Gummi (SBR), natürlicher Gummi und seine Derivate, wie beispielsweise chlorierter Gummi, Polybutadien, Polyisopren, Poly(styrol-co-butadien) und die ölverschnittenen Derivate von jedem von ihnen. Elends von jedem der vorangegangenen können ebenso verwendet werden. Besonders geeignete synthetische Gummis beinhalten: Copolymere von ungefähr 10 bis ungefähr 70 Gew.-% Styrol und von ungefähr 90 bis ungefähr 30 Gew.-% Butadien, wie beispielsweise ein Copolymer aus 19 Teilen Styrol und 81 Teilen Butadien, ein Copolymer aus 30 Teilen Styrol und 70 Teilen Butadien, ein Copolymer aus 43 Teilen Styrol und 57 Teilen Butadien und ein Copolymer aus 50 Teilen Styrol und 50 Teilen Butadien; Polymere und Copolymere von konjugierten Dienen, wie beispielsweise Polybutadien, Polyisopren, Polychlorpren und dergleichen, und Copolymere von solchen konjugierten Dienen mit einem eine ethylenische Gruppe enthaltendem Monomer, das damit copolymerisierbar ist, wie beispielsweise Styrol, Methylstyrol, Chlorstyrol, Acrylnitril, 2-Vinylpyridin, 5-Methyl-2-vinylpyridin, 5-Ethyl-2-vinylpyridin, 2-Methyl-5-vinylpyridin, Allyl-substituierte Acrylate, Vinylketon, Methylisopropenylketon, Methylvinylether, Alphamethylencarbonsäuren und Ester und Amide davon wie beispielsweise Acrylsäure und Dialkylacrylsäureamid. Weiterhin geeignet für die Verwendung hier sind Copolymere von Ethylen und anderen hohen alpha-Olefinen, wie beispielsweise Propylen, 1-Buten und 1-Penten. Wie weiter unten angemerkt, können die Gummizusammensetzungen zusätzlich zum Elastomer und Ruß und Kupplungsmittel verschiedene Verfahrenshilfsstoffe, Ölstreckungsmittel, Antiabbaustoffe und/oder weitere Additive enthalten.
Ein oder mehrere Elastomere können ein funktionalisiertes Elastomer sein. Zum Beispiel kann das Elastomer ein SBR sein, welches mit einer chemischen Gruppe funktionalisiert ist. Zum Beispiel kann die funktionalisierte Gruppe Carbonsäure, Hydroxyl, Triazol, Aminosilan(e), Epoxy, Zinn-verknüpft und dergleichen sein. Die modifizierten Ruße der vorliegenden Erfindung haben die Fähigkeit, eine oder mehrere Hystereseeigenschaften zu verbessern.
Als eine Option können ein kontinuierlich zugeführter Latex und ein Ruß, wie beispielsweise eine Rußaufschlämmung, eingeführt und in einem Koagulationstank stark gerührt werden. Dies ist auch als eine ”Nassmisch”-Technik bekannt. Die Latex- und Rußaufschlämmung kann in dem Koagulationstank gemischt und zu kleine Kugeln koaguliert werden, die als ”nasse Krümel” bezeichnet werden. Die verschiedenen Verfahren und Techniken, die in US-Patenten Nr. 4,029,633 ; 3,048,559 ; 6,048,923 ; 6,929,783 ; 6,908,961 ; 4,271,213 ; 5,753,742 ; und 6,521,691 beschrieben werden, können für diese Kombination aus Ruß mit Elastomer und Koagulation des Latex verwendet werden. Jedes dieser Patente ist durch Bezugnahme in seiner Gesamtheit hier aufgenommen. Dieser Typ der Elastomerformulierung kann mit den modifizierten Rußen der vorliegenden Erfindung unter Verwendung der verschiedenen Techniken, Formulierungen und weiteren Parametern, die in diesen Patenten und Verfahren beschrieben werden, verwendet werden, mit der Ausnahme, dass die modifizierten Ruße der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
Beispielhafte natürliche Gummilatizes beinhalten, sind aber nicht darauf beschränkt, Feldlatex, Latexkonzentrat (hergestellt, z. B., durch Verdampfung, Zentrifugation oder Aufcremen (Creaming)), Skimlatex (z. B. der Überstand, der nach der Produktion von Latexkonzentrat durch Zentrifugation übrigbleibt) und Elends von zwei oder mehreren von diesen in jedem Verhältnis. Der Latex sollte für den ausgewählten nassen Masterbatch-Prozess und den beabsichtigten Zweck oder Anwendung des Endgummiproduktes geeignet sein. Der Latex wird typischerweise in einer wässrigen Trägerflüssigkeit zur Verfügung gestellt. Die Auswahl eines geeigneten Latex oder eines Elends aus Latizes liegt innerhalb der Fähigkeit des Fachmanns auf dem Gebiet, der von der vorliegenden Offenbarung profitiert und dem Wissen der Auswahlkriterien, die für gewöhnlich in der Industrie gut bekannt sind.
Elastomerverbundstoffe können mit einer Rußbeladung hergestellt werden von wenigstens ungefähr 40 phr, wenigstens ungefähr 50 phr, wenigstens ungefähr 55 phr, wenigstens ungefähr 60 phr, wenigstens ungefähr 65 phr, oder wenigstens ungefähr 70 phr des Rußes, z. B. von ungefähr 40 bis ungefähr 70 phr, von ungefähr 50 bis ungefähr 75 phr, von ungefähr 55 bis ungefähr 80 phr, von 60 bis ungefähr 85 phr, von 65 bis ungefähr 90 phr, von 70 bis ungefähr 90 phr, von 40 bis ungefähr 60 phr, zwischen 50 und ungefähr 65 phr, von 55 bis ungefähr 80 phr, von ungefähr 60 bis ungefähr 90 phr, von ungefähr 65 bis ungefähr 80 phr, oder von ungefähr 70 bis ungefähr 80 phr.
Ein oder mehrere Kupplungsmittel können in der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Das Kupplungsmittel kann ein oder mehrere Silankupplungsmittel sein oder beinhalten, ein oder mehrere Zirconatkupplungsmittel, ein oder mehrere Titanatkupplungsmittel, ein oder mehrere Nitrokupplungsmittel oder jede Kombination daraus. Das Kupplungsmittel kann Bis(3-triethoxysilylpropyl)tetrasulfan (z. B. Si 69 von Evonik Industries, Struktol SCA98 von Struktol Company) sein oder beinhalten, Bis(3-triethoxysilylpropyl)disulfan (z. B. Si 75 und Si 266 von Evonik Industries, Struktol SCA985 von Struktol Company), 3-Thiocyanatopropyl-triethoxysilan (z. B. Si 264 von Evonik Industries), gamma-Mercaptopropyl-trimethoxysilan (z. B. VP Si 163 von Evonik Industries, Struktol SCA989 von Struktol Company), gamma-Mercaptopropyltriethoxysilan (z. B. VP Si 263 von Evonik Industries), Zirconiumdineoalkanolatodi(3-mercapto)propionato-O, N,N'-Bis(2-methyl-2-nitropropyl)-1,6-diaminohexan, NXT-Silankupplungsmittel (ein thiocarboxylatfunktionales Silan: 3-Octanoylthio-1-propyltriethoxysilan) von Momentive Performance Materials, Wilton, CT, und/oder Kupplungsmittel, welche chemisch ähnlich sind oder welche eine oder mehrere der gleichen chemischen Gruppen aufweisen. Zusätzliche spezifische Beispiele von Kupplungsmitteln beinhalten mit ihren kommerziellen Namen, sind aber nicht darauf beschränkt, VP Si 363 von Evonik Industries. Das Kupplungsmittel kann in jeder Menge im Elastomerverbundstoff vorhanden sein. Zum Beispiel kann das Kupplungsmittel im Elastomerverbundstoff in einer Menge von wenigstens 0,2 Teilen je einhundert Teile des Rußes vorhanden sein, wie beispielsweise Siliciumdioxid (in Bezug auf die Masse), von ungefähr 0,2 bis 60 Teilen je einhundert Teile an Ruß, wie beispielsweise Silica, von ungefähr 1 bis 30 Teile pro hundert Teile an Ruß, wie beispielsweise Siliciumdioxid, von ungefähr 2 bis 15 Teilen je einhundert an Ruß, wie beispielsweise Siliciumdioxid oder von ungefähr 5 bis 10 Teilen pro Hundert an Ruß, wie beispielsweise Siliciumdioxid.
Eine oder mehrere der Antioxidationsmittel können in jedem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden. Das Antioxidationsmittel (ein Beispiel eines Abbauinhibitors) kann ein Antioxidationsmittel vom Amintyp sein, ein Antioxidationsmittel vom Phenoltyp, ein Antioxidationsmittel vom Imidazoltyp, ein Metallsalz eines Carbamats, para-Phenylendiamin(e) und/oder Dihydrotrimethylchinolin(e), polymerisiertes Chininantioxidationsmittel und/oder Wachs und/oder weitere Antioxidationsmittel, die in Elastomerformulierungen verwendet werden. Spezifische Beispiele beinhalten, sind aber nicht darauf beschränkt, N-(1,3-Dimethylbutyl)-N'-phenyl-p-phenylendiamin (6-PPD, z. B. ANTIGENE 6C, erhältlich von Sumitomo Chemical Co., Ltd. und NOCLAC 6C, erhältlich von Ouchi Shinko Chemical Industrial Co., Ltd.), ”Ozonon” 6C von Seiko Chemical Co., Ltd. polymerisiertes 1,2-Dihydro-2,2,4-trimethylchinolin, Agerite Resin D, erhältlich von R. T. Vanderbilt, Butylhydroxytoluol (BHT) und Butylhydroxyanisol (BHA) und dergleichen. Weitere repräsentative Antioxidationsmittel können, z. B., sein Diphenyl-p-phenylendiamin und weitere derartige wie beispielsweise diejenigen, die in The Vanderbilt Rubber Handbook (1978), Seiten 344–346 beschrieben sind, welches in seiner Gesamtheit durch Bezugnahme hier aufgenommen ist. Ein Antioxidationsmittel und ein Antiozonat sind Kollektivabbauinhibitoren. Diese Abbauinhibitoren beinhalten auf eine illustrative Weise eine chemische Funktionalität, wie beispielsweise ein Amin, ein Phenol, ein Imidazol, ein Wachs, ein Metallsalz eines Imidazols und Kombinationen daraus. Spezifische Abbauinhibitoren, die hier verwendet werden können, beinhalten auf eine illustrative Weise N-Isopropyl-N'-phenyl-p-phenylendiamin, N-(1-Methylheptyl)-N'-phenyl-p-phenylendiamin, 6-Ethoxy-2,2,4-trimethyl-1,2-dihydrochinolin, N,N'-Diphenyl-p-phenylendiamin, octyliertes Diphenylamin, 4,4'-Bis(a,a'-dimethylbenzyl)diphenylamin, 4,4'-Dicumyl-diphenylamin, 2,5-Di-tert-butyl-hydrochinon, 2,2'-Methylen-bis(4-methyl-6-tert-butylphenol), 2,2'-Methylen-bis(4-methyl-6-methylcyclohexylphenol), 4,4'-Thio-bis(3-methyl-6-tert-butylphenol), 4,4'-Butyliden-bis(3-methyl-6-tert-butylphenol), Tris(nonyliertes Phenyl)phosphit, Tris-(2,4-di-t-butylphenyl)phosphit, 2-Mercaptobenzimidazol und Zink-2-mercaptobenzimidazol. Ein Beispiel beinhaltet wenigstens ein Amin und ein Imidazol. Optional kann ein polymerisiertes Chinolin verwendet werden. Die relativen Mengen an Antioxidationsmittel können 0,5 bis 3 Teile Amin, 0,5 bis 2,5 Teile Imidazol und 0,5 bis 1,5 Teile eines optionalen polymerisierten Chinolins beinhalten. Das den Abbau hemmende Amin kann 4,4'-Bis(alpha-dimethylbenzyl)diphenylamin sein, das Imidazol kann Zink-2-mercaptotoluimidazol sein und das polymerisierte Chinolin kann polymerisiertes 1,2-Dihydro-2,2,4-trimethylchinolin sein. Im Allgemeinen sind die Abbauinhibitoren (z. B. das Antioxidationsmittel) typischerweise von 0,1 bis 20 Gewichtsteile pro je 100 Gewichtsteile des Polymer- oder Gummisystems (phr) vorhanden. Typische Mengen an Antioxidationsmittel können z. B. von ungefähr 1 bis ungefähr 5 phr umfassen.
Die Gummizusammensetzung kann für Reifen oder Reifenteile gedacht sein und kann einen hydrophilen Ruß verwenden. Der hydrophile Ruß kann eine organische Gruppe am Ruß befestigt haben und die organische Gruppe ist oder beinhaltet eine substituierte oder unsubstituierte Azolgruppe. Die Gruppe kann ein Triazol sein, z. B. ein Mercapto-Triazol und/oder ein Triazol-Disulfid. Die Gruppe kann ein Thiadiazol, z. B. ein thiol-substituiertes Thiadiazol sein.
Der modifizierte Ruß kann mit herkömmlichen Reifenverbundbestandteilen und Additiven kombiniert werden, wie beispielsweise Gummis, Verarbeitungshilfen, Beschleunigern, Vernetzungs- und Härtungsmaterialien, Antioxidationsmitteln, Antiozonaten, Rußen, Harzen etc., um die Reifenmischungen zu machen. Verarbeitungshilfsstoffe beinhalten, sind aber nicht darauf beschränkt, Weichmacher, Klebrigmacher, Streckmittel, chemische Konditionierer, homogenisierende Mittel und Peptizer, wie beispielsweise Mercaptane, synthetisches Öl, Petroleum und pflanzliche Öle, Harze, Kolophonium und dergleichen. Beschleuniger beinhalten Amine, Guanidine, Thioureate, Thiurame, Sulfenamide, Thiocarbamate, Xanthate, Benzothiazole und dergleichen. Vernetzungs- und Härtungsmittel beinhalten Peroxide, Schwefel, Schwefeldonatoren, Beschleuniger, Zinkoxid und Fettsäuren. Ruße beinhalten Ton, Bentonit, Titandioxid, Talk, Calciumsulfat, Siliciumdioxid, Silicate und Mischungen daraus.
Jedes herkömmliche Mischungsverfahren kann verwendet werden, um den modifizierten Ruß der vorliegenden Erfindung mit den weiteren Komponenten eines Elastomerverbundstoffes zu vereinigen. Typische Verfahren, die für das Gummicompounding verwendet werden, sind in Maurice Morton, RUBBER TECHNOLOGY 3. Ausgabe, Van Norstrand Reinhold Company, New York 1987 und in der 2. Ausgabe, Van Nordstrand Reinhold Company, New York 1973 beschrieben. Die Mischung der Komponenten beinhaltend das modifizierte Rußprodukt der vorliegenden Erfindung und ein Elastomer wird bevorzugt thermomechanisch zusammengemischt bei einer Temperatur zwischen 120°C und 180°C.
Zum Beispiel können die Elastomerverbundstoffe der vorliegenden Erfindung mittels geeigneter Techniken erhalten werden, die, z. B., das Mischen in einem einzelnen Schritt oder in mehreren Schritten in einem internen Mischer, wie beispielsweise einem Banbury, Intermesh-Mischer, Extruder, auf einer Mühle oder durch Verwendung weiterer geeigneter Ausstattungen, anwenden, um einen homogenisierten Blend herzustellen. Spezifische Realisierungen verwenden Techniken, wie diejenigen, die im US-Patent Nr. 5,559,169 , veröffentlicht am 24. September 1996, beschrieben sind, welches hier durch Bezugnahme vollständig aufgenommen ist.
Das Härten kann durch jedes bekannte im Stand der Technik Verfahren durchgeführt werden. Beispielsweise können die modifizierten Ruße der vorliegenden Erfindung in Gummizusammensetzungen verwendet werden, welche mit Schwefel gehärtet, mit Peroxid gehärtet usw. sind.
Die Zusammensetzungen (z. B. Elastomer- oder weitere Zusammensetzungen oder Formulierungen) der vorliegenden Erfindung können, als eine Möglichkeit, Ruße mit einem hohen PAK enthalten oder können jeden herkömmlichen Ruß enthalten (oder jeden weiteren Füllstoff oder Verstärkungsmittel), zusammen mit den erfindungsgemäßen Rußen. Bevorzugt betragen die Mengen an den höheren PAK-Rußen oder herkömmlichen Rußen Null bis geringe Mengen, wie beispielsweise 30 Gew.-% oder weniger des insgesamt vorhandenen Rußes (z. B. 0 Gew.-% bis 30 Gew.-% oder 0,01 Gew.-% bis 10 Gew.-% oder 0,01 Gew.-% bis 1 Gew.-%).
Herkömmliche Techniken, welche dem Fachmann gut bekannt sind, können verwendet werden, um die Elastomerzusammensetzungen herzustellen und den modifizierten Ruß einzubringen. Das Mischen der Gummi- oder Elastomermischung kann durch Verfahren erfolgen, die denjenigen bekannt sind, die Erfahrung in der Kunst des Gummimischens haben. Zum Beispiel werden die Bestandteile typischerweise in wenigstens zwei Stufen gemischt, d. h. wenigstens eine nicht-produktive Stufe ist gefolgt von einer produktiven Mischstufe. Die Endkurative werden typischerweise in der letzten Stufe gemischt, welche herkömmlicherweise die ”produktive” Mischstufe genannt wird, in welcher das Mischen typischerweise bei einer Temperatur oder Höchsttemperatur auftritt, die niedriger ist als die Mischtemperatur(en) der vorangegangenen nicht-produktiven Mischstufe(n). Die Begriffe ”nicht-produktive” und ”produktive” Mischstufen sind denjenigen gut bekannt, die Erfahrung in der Kunst des Gummimischens haben. Nasse Masterbatch-Verfahren zum Herstellen von gefüllten Elastomerzusammensetzungen, wie diejenigen, die in US-Patenten Nr. 5,763,388 , 6,048,923 , 6,841,606 , 6,646,028 , 6,929,783 , 7,101,922 und 7,105,595 offenbart sind, können ebenso angewandt werden, um Elastomerzusammensetzungen enthaltend Ruße gemäß den verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung herzustellen, und diese Patente sind durch Bezugnahme vollständig aufgenommen.
Im Hinblick auf die Elastomerzusammensetzungen oder Gummimatrizen der vorliegenden Erfindung enthält die Elastomerzusammensetzung wenigstens einen modifizierten Ruß der vorliegenden Erfindung und wenigstens ein Elastomer. Die Elastomerzusammensetzung kann eine oder mehrere der früher identifizierten mechanischen Eigenschaften in den oben aufgeführten Ausführungsformen aufweisen. Verschiedene Herstellungserzeugnisse, beinhaltend Reifen und industrielle Produkte, können wenigstens eine Komponente umfassend eine Elastomerzusammensetzung dieser Erfindung, enthalten. Zum Beispiel kann die Elastomerzusammensetzung dieser Erfindung in der Bildung eines Verbundstoffs mit Verstärkungsmaterial verwendet werden wie beispielsweise in der Herstellung von Reifen, Bändern oder Schläuchen. Bevorzugt ist die Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung in der Form eines Reifens und spezifischer als eine Komponente eines Reifens, beinhaltend, z. B. eine oder mehrere von der Reifenlauffläche, einem Drahtüberzug, Kugelüberzug, Seitenwand, Kernprofil, Wulstschutzstreifen und Gewebeschicht.
Die modifizierten Ruße der vorliegenden Erfindung können gemäß einer Vielzahl von Wegen hergestellt werden. Mit der vorliegenden Erfindung können die modifizierten Ruße mit einer niedrigen PKA-Menge hergestellt werden unter Einsatz des gleichen Rußreaktors, wie er für herkömmliche Ruße verwendet wird. Weiterhin werden die Ruße im Allgemeinen in derselben Weise wie kommerziell erhältliche Ruße von Gummiqualität oder Reifenqualität hergestellt werden, welche N234-Ruße beinhalten. In dem Verfahren der vorliegenden Erfindung wird jedoch die Verweildauer und/oder Temperatur so eingestellt, dass daraus ein substanzieller Abbau der PAK-Spezies in einem Reaktionsstrom, welcher auch den Ruß enthält (und im Allgemeinen eine wenigstens teilweise Oberflächendeaktivierung des Rußes) resultiert und anschließendes Abschrecken (Quenchen) des Reaktionsstromes, welcher den Ruß enthält. Daher können die Verfahren zur Herstellung der folgenden Ruße: N100 Serien, N200 Serien, N300 Serien, N400 Serien, N500 Serien, N600 Serien und/oder N700 Serien von Rußen, N110 bis N990 ASTM-Rußen (z. B. N110, N121, N220, N231, N234, N299, N326, N330, N339, N347, N351, N358, N375, N539, N550, N650, N660, N683, N762, N765, N774 und/oder N990), N220 bis N375 ASTM-Ruße hier übernommen werden, aber mit einer verlängerten Verweildauer bevor abgeschreckt wird und/oder die Temperatur im Reaktor erhöht wird. Die vorliegende Erfindung ist insbesondere nützlich für Ruße der Verstärkungsklassen.
Der Reaktionsstrom kann hohen Temperaturen im Reaktor nach der Bildung des Oberflächenbereichs des Rußes oder nach Bildung (z. B. Nachreaktor) unterworfen werden. Die Wärmebehandlung, obwohl weniger bevorzugt, kann mit einem vorgeformten Ruß durchgeführt werden, welcher bereits einen Reaktor verlassen hat. Die Wärmebehandlung kann bei einer Temperatur von 1200°C bis 1800°C, wie beispielsweise 1300°C bis 1700°C, 1300°C bis 1600°C und dergleichen durchgeführt werden, um PAK auf der Oberfläche des Rußes ausreichend zu zerstören und/oder zu verhindern. Die Wärmebehandlung kann für einen derartigen Zeitraum sein, dass die PAK-Niveaus 75 ppm oder weniger, 50 ppm oder weniger, 40 ppm oder weniger, 30 ppm oder weniger, 20 ppm oder weniger, 10 ppm oder weniger, 5 ppm oder weniger betragen und wobei die Oberfläche wie früher erläutert deaktiviert wird. Der Zeitraum für diese Wärmebehandlung kann von 30 Minuten bis 4 Stunden oder mehr betragen. Optional und bevorzugt ist die Oberfläche des Rußes danach nicht graphitiert. Dieses Unterwerfen von hohen Temperaturen kann im Reaktor auftreten, nachdem im Ruß sich eine Oberfläche entwickelt hat.
Die Verfahren, die verwendet werden, um beispielsweise Vulcan^® 7H Carbon Black und Vulcan^® J Carbon Blacks von Cabot Corporation oder weitere kommerzielle Qualitäten von Rußen herzustellen, können basierend auf den oben erwähnten Temperaturen modifiziert werden und/oder durch Verlängern der Verweildauer, bevor die Reaktion abgeschreckt wird und/oder durch Erhöhen der Temperatur im Reaktor, bevor die Reaktion abgeschreckt wird, um die PAK-Spezies zu zerstören oder im Wesentlichen zu zerstören. In diesem modifizierten Verfahren kann die Verweildauer des Reaktionsstromes, welcher den Ruß vor dem Abschrecken enthält, von ungefähr 10 bis ungefähr 400 Millisekunden (ms), wie beispielsweise 20 ms bis 300 ms, 30 ms bis 300 ms, 50 ms bis 300 ms, 70 ms bis 300 ms, 80 ms bis 300 ms, 100 ms bis 400 ms und dergleichen betragen. Die Verweildauer kann von ungefähr 10 bis ungefähr 400 Millisekunden bei einer Temperatur von ungefähr 1200°C bis ungefähr 1800°C (z. B. 1200°C bis 1700°C) betragen.
Somit betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen von modifiziertem Ruß, wobei das Verfahren das Einbringen wenigstens eines Ruß ergebenden Ausgangsmaterials in einen Reaktor an einer oder mehreren Einführungsstellen beinhaltet und das Zusammenführung dieses Ausgangsmaterials mit einem Strom an heißen Gasen, um Ruß und PAK-Spezies in einem Reaktionsstrom zu bilden. Der Reaktionsstrom wandert stromabwärts von der einen oder mehreren Einführungsstellen für eine Verweildauer und bei einer Temperatur, die ausreichend ist, um im Wesentlichen die PAKs zu zerstören, und anschließendem Abschrecken des Reaktionsstromes (z. B. ein Abschrecken der Reaktion) enthaltend den Ruß. In den Rußherstellungsverfahren, welche heutzutage herkömmlich sind, insbesondere in den Herstellungsverfahren von Rußen mit Gummiqualität, ist die Verweildauer und/oder Temperatur nicht ausreichend, um im Wesentlichen alle der PAK-Spezies im Reaktionsstrom zu zerstören. Wie jedoch oben erwähnt, wenn die Verweildauer verlängert wird und/oder die Temperatur erhöht wird, um die PAK zu zerstören, wird dies im Allgemeinen in einer wenigstens teilweisen Oberflächendeaktivierung des Rußes resultieren, welches auf eine schädliche Weise eine oder mehrere Eigenschaften des Rußes und des Elastomers, welches den Ruß enthält, beeinflussen wird, wie beispielsweise den Prozentsatz an Bound Rubber und/oder weitere Leistungseigenschaften, wie beispielsweise Beanspruchung/Deformation und/oder eine oder mehrere Oberflächenenergie- (oder Grenzflächenpotential-)Eigenschaften. In dem Verfahren der vorliegenden Erfindung wird das Verfahren, welches die PAK aus dem Rußreaktionsstrom zerstört, in einer zumindest teilweisen Oberflächendeaktivierung des Rußes, wie oben erwähnt, resultieren.
Im Allgemeinen können in einem herkömmlichen Verfahren, welches herkömmliche Ruße herstellt (z. B. Ruße mit Gummiqualität) die PAK-Mengen auf dem Ruß vorhanden sein und erheblich sein. In der vorliegenden Erfindung würde ein Beispiel zum Erhöhen der Verweildauer, um im Wesentlichen die PAKs im Reaktionsstrom zu zerstören, beispielsweise, eine Erhöhung in der Verweildauer von wenigstens 25% sein, bezogen auf die übliche Zeit, die im Allgemeinen verwendet wird, um diese bestimmte Qualität von Ruß herzustellen (±10% oder ±5% des STSA). Beispielsweise kann die Verweildauer (von einem herkömmlichen Verfahren) erhöht werden von 25% bis 400% oder mehr, z. B. 45% bis 400% oder mehr, 50% bis 400% oder mehr, 75% bis 400% oder mehr, 100% bis 400% oder mehr, 125% bis 400% oder mehr und dergleichen. Dieser Anstieg in der Verweildauer kann im Allgemeinen zu einem Verweildaueranstieg von zusätzlichen 10 Millisekunden bis 300 Millisekunden führen im Vergleich zu demselben Ruß-Herstellungsverfahren für eine bestimmte Qualität an Ruß oder im Vergleich zu einem Ruß mit dem gleichen (innerhalb 10% oder innerhalb von 5%) STSA. Als ein Beispiel kann die Verweildauer so von 30 Millisekunden bis 400 Millisekunden betragen, welches im Allgemeinen in einem verzögerten Abschrecken (z. B. verzögertem Abschrecken der Reaktion) resultiert und so verbringt der Reaktionsstrom, den Ruß enthaltend, mehr Zeit (Verweildauer) unter hohen Temperaturen im Reaktor, welches die Kondensation der PAK auf dem Ruß verhindert und/oder darin resultiert, dass die PAK abgebrannt oder zerstört werden.
Das Ruß-ergebende Ausgangsmaterial kann jedes herkömmliche Ruß-ergebende Ausgangsmaterial sein, welches in der Bildung von Ruß resultiert. Beispielsweise kann jedes Kohlenwasserstoffmaterial verwendet werden. Ein geeignetes Ausgangsmaterial kann jedes Ruß-ergebende Kohlenwasserstoffmaterial sein, welches leicht unter den Bedingungen der Reaktion zu verflüchtigen ist. Zum Beispiel können ungesättigte Kohlenwasserstoffe wie beispielsweise Acetylen; Olefine, wie beispielsweise Ethylen, Propylen, Butylen; aromatische Verbindungen, wie beispielsweise Benzol, Toluol und Xylol; bestimmte gesättigte Kohlenwasserstoffe; und weitere Kohlenwasserstoffe, wie beispielsweise Kerosine, Naphthaline, Terpene, Ethylen-Teere, aromatische zyklische Pufferbestände und dergleichen verwendet werden.
In Bezug auf den Strom an heißen Gasen, welcher mit dem Ruß-ergebenden Ausgangsmaterial zusammengeführt wird, kann der Strom an heißen Gasen auch als heiße Abgase betrachtet werden, welche durch Kontaktieren eines Feststoffes, Flüssigkeit und/oder gasförmigen Brennstoffes mit einem geeigneten Strom an Oxidationsmitteln erzeugt wird, wie beispielsweise, aber nicht darauf beschränkt, Luft, Sauerstoff, Mischungen aus Luft und Sauerstoff oder dergleichen. Alternativ kann ein vorgewärmter Strom an Oxidationsmitteln ohne Zugabe eines flüssigen oder gasförmigen Brennstoffes durchgeführt werden. Beispiele von Brennstoffen, die geeignet sind, um mit dem Strom an Oxidationsmitteln in Kontakt gebracht zu werden, um die heißen Gasen zu erzeugen, beinhalten jedes von leicht erzeugbarem verbrennbarem Gas, Dampf oder flüssigen Strömen, wie beispielsweise Erdgas, Wasserstoff, Kohlenstoffmonoxid, Methan, Acetylen, Alkohol oder Kerosin. Im Allgemeinen ist es bevorzugt, Brennstoffe mit einem hohen Gehalt an Kohlenstoff-enthaltenden Komponenten zu verwenden und insbesondere Kohlenwasserstoffe. Das Verhältnis von Luft zu Brennstoff, das verwendet wird, um die erfindungsgemäßen Ruße herzustellen, kann von ungefähr 1:1 (stöchiometrisches Verhältnis) bis unendlich betragen. Wie oben erwähnt, um die Erzeugung von heißen Gasen zu erleichtern, kann der Strom an Oxidationsmitteln vorgewärmt werden.
Die vorliegende Erfindung kann unter Verwendung jedes geeigneten Ruß-produzierenden Reaktors ausgeführt werden. 2 illustriert zum Beispiel einen Querschnitt eines Beispiels von solch einem Reaktor. Reaktoren dieses Typs verwenden im Allgemeinen ein Verbrennungsgas, welches mit einem Oxidationsmittel, wie beispielsweise Luft, gemischt wird. Die Gasmischung wird im Allgemeinen in eine Verbrennungskammer eingeführt und durch eine geeignete Methode entzündet. Der Gasfluss ist von links nach rechts (Richtung A) in 2. Erst einmal entzündet, kann die heiße Gasmischung durch den Reaktor bewegt und in Kontakt mit einem Kohlenwasserstoff-Ausgangsmaterial gebracht werden, welches geeignet ist für die Herstellung von Ruß. In 2 und einfach als ein Beispiel kann Brennstoff an Stelle 1 eingeführt werden kann und ein Oxidationsmittel kann an Stelle 2 eingeführt werden. Weitere Stellen sind möglich. Die erste Stelle 3 (eine oder mehrere) ist ein Beispiel eines Einführungspunktes des Ruß-ergebenden Ausgangsmaterials. Die zweite und dritte Stelle 3 sind Beispiele von möglichen Punkten für die Einführung von weiterem Ruß-ergebenden Ausgangsmaterials oder Oxidationsmittel, um die Temperatur im Reaktor zu erhöhen. Stelle 4 ist ein Beispiel eines zusätzlichen, möglichen Oxidationsmittels. Stelle 5 ist ein Beispiel für eine geeignete Stelle für das Abschrecken der Reaktion. Die doppelten parallelen Linien verdeutlichen, dass der Reaktor jede Länge aufweisen kann. Die verschiedenen D-Nummern stellen verschiedene Dimensionen (oder Längen) des Reaktors dar. D1 bis D8 können jeden geeigneten Durchmesser aufweisen und können gleich oder verschieden sein. Zum Beispiel kann D2 weniger als D1 und D8 sein und D1 und D8 können gleich oder verschieden sein. Zone L1 oder Zone L2 sind Beispiele der ersten Temperaturzone und Zone L3 ist ein Beispiel der zweiten Temperaturzone. Weitere Reaktorausgestaltungen und/oder -geometrien können verwendet werden. Zum Beispiel können D1 und/oder D2 und/oder D3 die gleiche oder ähnliche Größen haben. D5 und/oder D6 und/oder D7 können die gleichen oder eher ähnliche Größen haben.
Im Allgemeinen kann das Ruß-ergebende Ausgangsmaterial in einen Reaktor durch eine Vielzahl von Strömen 3 (in L-2), wie in 2 gezeigt, injiziert werden, welche in die inneren Regionen des heißen Verbrennungsgasstromes eindringen, um eine hohe Rate an Mischung und Scherung des heißen Verbrennungsgases und des Ruß-ergebenden Ausgangsmaterials zu gewährleisten.
Das Ruß-ergebende Ausgangsmaterial kann in jeder herkömmlichen Weise eingeführt werden, wie beispielsweise einem Einfachstrom oder eine Vielzahl an Strömen und die Einführung der Ausgangsmaterialien kann in jedem Verhältnis geschehen. Mit einer Vielzahl von Strömen kann das Verhältnis für jeden Strom gleich oder verschieden sein.
Nachdem die Reaktionsmischung, enthaltend den Ruß, abgeschreckt wurde (d. h., Reaktion gequencht wurde), wandern die gekühlten Gase stromabwärts in eine herkömmliche Kühlungs- und Abtrennungsvorrichtung, wobei der Ruß zurückgewonnen wird. Die Abtrennung des Rußes aus dem Gasstrom wird leicht durch herkömmliche Vorrichtungen, wie beispielsweise einem Ausfäller, Zyklonseparator oder Schlauchfilter, erreicht. Beispielsweise kann eine Quenchflüssigkeit injiziert werden, welche Wasser oder jedes geeignete Fluid sein kann, um die chemische Reaktion zu stoppen. Nachdem der Ruß wiedergewonnen wurde, kann er behandelt (modifiziert) werden durch Befestigen und/oder Adsorbieren von wenigstens einer chemischen Gruppe auf dem Ruß, wie hier beschrieben.
Die PAK-Niveaus eines ausgewählten Rußes der vorliegenden Erfindung können auf einer ppm-Gewichtsbasis reduziert sein von 10% bis 50%, von 20% bis 50% oder 30% bis 100% oder mehr, basierend auf dem ppm-Level, wenn sie mit einem ausgewählten Ruß mit dem gleichen STSA (±10% oder ±5%) verglichen werden und bei welchem keine Deaktivierung der Oberfläche des Rußes auftritt und unter sonstiger Verwendung der gleichen Reaktorbedingungen (mit Ausnahme der höheren Temperaturen und/oder verlängerten Temperaturen) und Ausgangsmaterialien.
Die Herstellung des Rußes in diesem Verfahren kann in einem herkömmlichen Ofenrußreaktor unter Verwendung eines herkömmlichen Verfahrens geschehen, wie beispielsweise beschrieben in den US-Patenten Nr. 6,926,877 ; 6,485,693 ; 6,273,142 ; 6,024,135 ; 6,348,181 ; 6,156,837 ; 6,086,841 ; und 5,190,739 , mit den Änderungen oder Unterschieden wie hier notiert.
Der modifizierte Ruß der Erfindung kann in denselben Anwendungen wie herkömmliche Ruße eingesetzt werden. Mehr als ein Typ des modifizierten Rußes der vorliegenden Erfindung kann in jeder Formulierung, Zusammensetzung oder Anwendung eingesetzt werden.
Die modifizierten Ruße der vorliegenden Erfindung, sind z. B. in der Herstellung von Gummi-Vulkanisaten, wie für diejenigen in Reifen, nützlich. Es ist im Allgemeinen in der Herstellung von Reifen wünschenswert Ruße zu verwenden, welche Reifen mit zufriedenstellender Abriebbeständigkeit und Hystereseleistung produzieren. Die Laufflächenabnutzungseigenschaften eines Reifens sind mit der Abriebbeständigkeit verknüpft. Je größer die Abriebbeständigkeit, umso größer ist die Anzahl an Meilen, welche der Reifen ohne Verschleiß überdauern wird. Die Hysterese einer Gummiverbindung bedeutet den Unterschied zwischen der Energie, die aufgebracht wird, um eine Gummiverbindung zu deformieren, und der Energie, die freigesetzt wird, wenn die Gummiverbindung ihren ursprünglichen nicht deformierten Zustand zurückgewinnt. Reifen mit geringen Hysteresewerten reduzieren den Rollwiderstand und sind daher in der Lage, den Brennstoffverbrauch des Gefährtes, welches den Reifen verwendet, zu reduzieren. Es ist daher insbesondere wünschenswert, einen Ruß zu haben, welcher in der Lage ist, eine größere Abriebbeständigkeit und geringere Hysterese in Reifen einzubringen.
Die vorliegende Erfindung beinhaltet die folgenden Aspekte/Ausführungsformen/Merkmale in jeder Reihenfolge und/oder in jeder Kombination:

1. Ein modifizierter Ruß mit einem STSA von ungefähr 70 m²/g bis ungefähr 250 m²/g und mit einer getemperten Oberfläche und wobei der modifizierte Ruß ein Ofenruß ist mit wenigstens einer befestigten und/oder adsorbierten chemischen Gruppe.
2. Der modifizierte Ruß gemäß jeder/jedem vorangegangenen oder folgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, worin der Ofenruß ein Ruß der Verstärkungsklasse ist.
3. Der modifizierte Ruß gemäß jeder/jedem vorangegangenen oder folgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, worin der modifizierte Ruß einen PAK 22-Gehalt von 75 ppm oder weniger aufweist.
4. Der modifizierte Ruß gemäß jeder/jedem vorangegangenen oder folgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, worin der modifizierte Ruß einen PAK 22-Gehalt von 50 ppm oder weniger aufweist.
5. Der modifizierte Ruß gemäß jeder/jedem vorangegangenen oder folgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, worin der modifizierte Ruß einen PAK 22-Gehalt von 20 ppm oder weniger aufweist.
6. Der modifizierte Ruß gemäß jeder/jedem vorangegangenen oder folgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, worin der modifizierte Ruß einen PAK 22-Gehalt von 10 ppm oder weniger aufweist.
7. Der modifizierte Ruß gemäß jeder/jedem vorangegangenen oder folgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, worin der modifizierte Ruß einen PAK 22-Gehalt von 5 ppm oder weniger aufweist.
8. Der modifizierte Ruß gemäß jeder/jedem vorangegangenen oder folgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, worin der modifizierte Ruß einen PAK 22-Gehalt von 1 ppm oder weniger aufweist.
9. Der modifizierte Ruß gemäß jeder/jedem vorangegangenen oder folgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, worin der modifizierte Ruß einen PAK 22-Gehalt von 0,001 ppm bis 5 ppm aufweist.
10. Ein modifizierter Ruß mit einem PAK-Gehalt von 75 ppm oder weniger, worin der PAK-Gehalt basierend auf einem PAK 22-Gehalt bestimmt wird, der Ruß ein Ofenruß ist, worin der modifizierte Ruß einen Ruß mit wenigstens einer befestigter und/oder darauf adsorbierter chemischen Gruppe umfasst.
11. Der modifizierte Ruß gemäß jeder/jedem vorangegangenen oder folgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, worin der PAK-Gehalt 10 ppm oder weniger beträgt.
12. Der modifizierte Ruß gemäß jeder/jedem vorangegangenen oder folgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, worin der PAK-Gehalt von 0,001 ppm bis 8 ppm beträgt.
13. Der modifizierte Ruß gemäß der jeder/jedem vorangegangenen oder folgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, worin der Ruß oberflächendeaktiviert ist.
14. Der modifizierte Ruß gemäß jeder/jedem vorangegangenen oder folgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, worin der Ruß ein Ruß der Verstärkungsklasse ist mit wenigstens 10% Reduktion in wenigstens einer Oberflächenaktivierungseigenschaft im Vergleich zu einem Ruß mit ungefähr dem gleichen STSA und ohne befestigter oder adsorbierter chemischen Gruppe.
15. Der modifizierte Ruß gemäß jeder/jedem vorangegangenen oder folgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, worin die Oberflächenaktivierungseigenschaft als Bound Rubber-Gehalt eines Elastomerverbundstoffs, umfassend den modifizierten Ruß, gemessen wird.
16. Der modifizierte Ruß gemäß jeder/jedem vorangegangenen oder folgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, worin die Oberflächenaktivierungseigenschaft als wenigstens eine Verstärkungsleistungseigenschaft eines Elastomerverbundstoffs, umfassend den modifizierten Ruß, gemessen wird.
17. Der modifizierte Ruß gemäß jeder/jedem vorangegangenen oder folgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, worin die Verstärkungsleistungseigenschaft Beanspruchung/Belastung ist.
18. Der modifizierte Ruß gemäß jeder/jedem vorangegangenen oder folgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, worin die Oberflächenaktivierungseigenschaft wenigstens eine Grenzflächenpotentialeigenschaft ist.
19. Der modifizierte Ruß gemäß jeder/jedem vorangegangenen oder folgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, worin der Ruß getempert ist.
20. Der modifizierte Ruß gemäß jeder/jedem vorangegangenen oder folgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, worin der Ruß ein Ruß der Verstärkungsklasse ist.
21. Der modifizierte Ruß gemäß jeder/jedem vorangegangenen oder folgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, worin der modifizierte Ruß einen Ruß mit darauf befestigter wenigstens einer chemischen Gruppe umfasst.
22. Der modifizierte Ruß gemäß jeder/jedem vorangegangenen oder folgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, worin der modifizierte Ruß einen Ruß mit darauf adsorbierter wenigstens einer chemischen Gruppe umfasst.
23. Der modifizierte Ruß gemäß jeder/jedem vorangegangenen oder folgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, worin die adsorbierte Gruppe ein Triazol ist, umfassend:
oder Tautomere davon; worin Z_b eine Alkylengruppe ist, wo b 0 oder 1 ist; X, welches gleich oder verschieden ist, H, NH₂, SH, NHNH₂, CHO, COOR, COOH, CONR₂, CN, CH₃, OH, NDD' oder CF₃ ist; A eine funktionelle Gruppe ist, welche S_kR, SSO₃H, SO₂NRR', SO₂SR, SNRR', SNQ, SO₂NQ, CO₂NQ, S-(1,4-Piperazindiyl)-SR, 2-(1,3-Dithianyl), oder 2-(1,3-Dithiolanyl) ist; oder ein linearer, verzweigter, aromatischer oder zyklischer Kohlenwasserstoffrest, substituiert mit einer oder mehreren der funktionellen Gruppen; wo R und R', welche gleich oder verschieden sind, Wasserstoff; verzweigtes oder unverzweigtes C₁-C₁₂ unsubstituiertes oder substituiertes Alkyl, Alkenyl, Alkinyl; unsubstituiertes oder substituiertes Aryl; unsubstituiertes oder substituiertes Heteroaryl; unsubstituiertes oder substituiertes Alkylaryl; unsubstituiertes oder substituiertes Arylalkyl, Arylen, Heteroarylen oder Alkylarylen ist; k eine ganze Zahl von 1 bis 8 ist, wenn R H ist und andernfalls ist k 2 bis 8; Q (CH₂)_w, (CH₂)_xO(CH₂)_z, (CH₂)_xNR(CH₂)_z oder (CH₂)_xS(CH₂)_z ist, wobei x 1 bis 6 ist, z 1 bis 6 ist und w 2 bis 6 ist; E eine polyschwefelhaltige Gruppe ist; und das Triazol optional N-substituiert ist mit einem NDD'-Substituenten, wo D und D', welche gleich oder verschieden sind, H oder C₁-C₄-Alkyl sind.
24. Der modifizierte Ruß gemäß jeder/jedem vorangegangenen oder folgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, worin das Triazol umfasst:
oder Tautomere davon, E ist S_w, wo w 2 bis 8 ist, SSO, SSO₂, SOSO₂, SO₂SO₂.
25. Der modifizierte Ruß gemäß jeder/jedem vorangegangenen oder folgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, worin das Triazol umfasst:
oder Tautomere davon.
26. Der modifizierte Ruß gemäß jeder/jedem vorangegangenen oder folgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, worin das Triazol ist:
oder Tautomere davon und worin Y H oder NH₂ ist.
27. Der modifizierte Ruß gemäß jeder/jedem vorangegangenen oder folgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, worin der Ruß darauf adsorbiert hat: 3-Amino-1,2,4-triazol-5-thiol, 3-Amino-1,2,4-triazol-5-yl-disulfid, 1,2,4-Triazol-3-thiol oder 1,2,4-triazol-3-yl-disulfid, oder jede Kombination davon.
28. Der modifizierte Ruß gemäß jeder/jedem vorangegangenen oder folgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, mit einem Pyrazol darauf adsorbiert, umfassend:
oder Tautomere davon; worin Z_b eine Alkylengruppe ist, wo b 0 oder 1 ist; X und Y unabhängig H, NH₂, SH, NHNH₂, CHO, COOR, COOH, CONR₂, CN, CH₃, OH, NDD' oder CF₃ sind, oder Y ist R, wo jedes X und Y gleich oder verschieden sind; A eine funktionelle Gruppe ist, welche S_kR, SSO₃H, SO₂NRR', SO₂SR, SNRR', SNQ, SO₂NQ, CO₂NQ, S-(1,4-Piperazindiyl)-SR, 2-(1,3-Dithianyl) oder 2-(1,3-Dithiolanyl) ist; oder ein linearer, verzweigter, aromatischer oder zyklischer Kohlenwasserstoffrest, substituiert mit einer oder mehreren der funktionellen Gruppen; wo R und R', welche gleich oder verschieden sind, Wasserstoff; verzweigtes oder unverzweigtes C₁-C₁₂ unsubstituiertes oder substituiertes Alkyl, Alkenyl, Alkinyl; unsubstituiertes oder substituiertes Aryl; unsubstituiertes oder substituiertes Heteroaryl; unsubstituiertes oder substituiertes Alkylaryl; unsubstituiertes oder substituiertes Arylalkyl, Arylen, Heteroarylen oder Alkylarylen sind; k eine ganze Zahl von 1 bis 8 ist, wenn R H ist und andernfalls ist k 2 bis 8; Q (CH₂)_w, (CH₂)_xO(CH₂)_z, (CH₂)_xNR(CH₂)_z oder (CH₂)_xS(CH₂)_z ist, wobei x 1 bis 6 ist, z 1 bis 6 und w 2 bis 6 ist; und D und D', welche gleich oder verschieden sind, H oder C₁-C₄-Alkyl sind, E eine polyschwefelhaltige Gruppe ist.
29. Der modifizierte Ruß gemäß jeder/jedem vorangegangenen oder folgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, worin die adsorbierte Gruppe ist: a) wenigstens ein Triazol; b) wenigstens ein Pyrazol; oder jede Kombination daraus, wobei der modifizierte Füllstoff den Abriebbeständigkeit verbessert, wenn er in einer Elastomerzusammensetzung vorhanden ist, im Vergleich zum Füllstoff, welcher nicht modifiziert ist.
30. Der modifizierte Ruß gemäß jeder/jedem vorangegangenen oder folgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, wobei a) vorhanden ist und ein 1,2,4-Triazol ist.
31. Der modifizierte Ruß gemäß jeder/jedem vorangegangenen oder folgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, wobei a) oder b) einen Schwefel-enthaltenden Substituenten beinhalten.
32. Der modifizierte Ruß gemäß jeder/jedem vorangegangenen oder folgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, weiter umfassend wenigstens eine chemische Gruppe, die am Ruß befestigt ist.
33. Der modifizierte Ruß gemäß jeder/jedem vorangegangenen oder folgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, worin die chemische Gruppe wenigstens eine organische Gruppe ist.
34. Der modifizierte Ruß gemäß jeder/jedem vorangegangenen oder folgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, worin die organische Gruppe umfasst: a) wenigstens ein Triazol; b) wenigstens ein Pyrazol; c) wenigstens ein Imidazol; oder jede Kombinationen daraus.
35. Der modifizierte Ruß gemäß jeder/jedem vorangegangenen oder folgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, worin die organische Gruppe Triazol ist, welches am Ruß befestigt ist und umfasst:
oder Tautomere davon; worin Z_b eine Alkylengruppe ist, wobei b 0 oder 1 ist; X eine Bindung zum Füllstoff umfasst; Y H, Alkyl, Aryl oder NH₂ ist; A eine funktionelle Gruppe ist, welche S_kR, SSO₃H, SO₂NRR', SO₂SR, SNRR', SNQ, SO₂NQ, CO₂NQ, S-(1,4-Piperazindiyl)-SR, 2-(1,3-Dithianyl), oder 2-(1,3-Dithiolanyl) ist; oder ein linearer, verzweigter, aromatischer oder zyklischer Kohlenwasserstoffrest, substituiert mit einer oder mehreren der funktionellen Gruppen; wo R und R', welche gleich oder verschieden sind, Wasserstoff; verzweigtes oder unverzweigtes C₁-C₁₂ unsubstituiertes oder substituiertes Alkyl, Alkenyl, Alkinyl; unsubstituiertes oder substituiertes Aryl; unsubstituiertes oder substituiertes Heteroaryl; unsubstituiertes oder substituiertes Alkylaryl; unsubstituiertes oder substituiertes Arylalkyl, Arylen, Heteroarylen oder Alkylarylen sind; k eine ganze Zahl von 1 bis 8 ist; und Q (CH₂)_w, (CH₂)_xO(CH₂)_z, (CH₂)_xNR(CH₂)_z oder (CH₂)_xS(CH₂)_z ist, wo x 1 bis 6 ist, z 1 bis 6 ist und w 2 bis 6 ist.
36. Der modifizierte Ruß gemäß jeder/jedem vorangegangenen oder folgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, worin die organische Gruppe Triazol ist, das am Ruß befestigt ist, und umfasst:
oder Tautomere davon; worin Z_b eine Alkylengruppe ist, wo b 0 oder 1 ist; wenigstens ein X eine Bindung zum Füllstoff umfasst und jedes verbleibende X eine Bindung zum Füllstoff oder eine funktionelle Gruppe umfasst; A eine funktionelle Gruppe ist, welche S_kR, SSO₃H, SO₂NRR', SO₂SR, SNRR', SNQ, SO₂NQ, CO₂NQ, S-(1,4-Piperazindiyl)-SR, 2-(1,3-Dithianyl), oder 2-(1,3-Dithiolanyl) ist; oder ein linearer, verzweigter, aromatischer oder zyklischer Kohlenwasserstoffrest, substituiert mit einer oder mehreren der funktionellen Gruppen; wo R und R', welche gleich oder verschieden sind, Wasserstoff; verzweigtes oder unverzweigtes C₁-C₁₂ unsubstituiertes oder substituiertes Alkyl, Alkenyl, Alkinyl; unsubstituiertes oder substituiertes Aryl; unsubstituiertes oder substituiertes Heteroaryl; unsubstituiertes oder substituiertes Alkylaryl; unsubstituiertes oder substituiertes Arylalkyl, Arylen, Heteroarylen oder Alkylarylen sind; k eine ganze Zahl von 1 bis 8 ist, wenn R H ist und andernfalls ist k 2 bis 8; Q (CH₂)_w, (CH₂)_xO(CH₂)_z, (CH₂)_xNR(CH₂)_z oder (CH₂)_xS(CH₂)_z ist, wo x 1 bis 6 ist, z 1 bis 6 ist und w 2 bis 6 ist, E eine polyschwefelhaltige Gruppe ist; und das Triazol optional N-substituiert ist mit einem NDD'-Substituenten, wo D und D', welche gleich oder verschieden sind, H oder C₁-C₄-Alkyl sind.
37. Der modifizierte Ruß gemäß jeder/jedem vorangegangenen oder folgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, worin die organische Gruppe Triazol ist, das am Ruß-Füllstoff befestigt ist, und umfasst:
oder Tautomere davon; und wenigstens ein X die Bindung ist und das andere X H, NH₂ oder OH ist.
38. Der modifizierte Ruß gemäß jeder/jedem vorangegangenen oder folgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, worin die organische Gruppe Triazol ist, das am Ruß befestigt ist, und umfasst:
oder Tautomere davon; wo E S₂ ist, X H, OH oder NH₂ ist oder eine Bindung zum Füllstoff umfasst, und worin wenigstens ein X eine Bindung zum Füllstoff umfasst.
39. Der modifizierte Ruß gemäß jeder/jedem vorangegangenen oder folgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, worin die organische Gruppe Triazol ist, das am Ruß befestigt ist und das eine 1,2,4-Triazol-3-yl-Gruppe ist.
40. Der modifizierte Ruß gemäß jeder/jedem vorangegangenen oder folgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, worin die organische Gruppe Triazol ist, das am Ruß befestigt ist und das eine 3-Mercapto-1,2,4-triazol-5-yl-Gruppe ist.
41. Der modifizierte Ruß gemäß jeder/jedem vorangegangenen oder folgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, worin die organische Gruppe Imidazol ist, das am Ruß befestigt ist.
42. Der modifizierte Ruß gemäß jeder/jedem vorangegangenen oder folgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, worin das Imidazol am Ruß befestigt ist und umfasst:
oder Tautomere davon; worin Z_b eine Alkylengruppe ist, wo b 0 oder 1 ist; jedes X eine Bindung zum Füllstoff, H, Alkyl, Aryl oder NH₂ umfasst, mit der Maßgabe, dass wenigstens ein X eine Bindung umfasst; Y H oder NH₂ ist; A eine funktionelle Gruppe ist, welche S_kR, SSO₃H, SO₂NRR', SO₂SR, SNRR', SNQ, SO₂NQ, CO₂NQ, S-(1,4-Piperazindiyl)-SR, 2-(1,3-Dithianyl) oder 2-(1,3-Dithiolanyl) ist; oder ein linearer, verzweigter, aromatischer oder zyklischer Kohlenwasserstoffrest, substituiert mit einer oder mehreren der funktionellen Gruppen; wo R und R', welche gleich oder verschieden sind, Wasserstoff; verzweigtes oder unverzweigtes C₁-C₁₂ unsubstituiertes oder substituiertes Alkyl, Alkenyl, Alkinyl; unsubstituiertes oder substituiertes Aryl; unsubstituiertes oder substituiertes Heteroaryl; unsubstituiertes oder substituiertes Alkylaryl; unsubstituiertes oder substituiertes Arylalkyl, Arylen, Heteroarylen oder Alkylarylen sind; k eine ganze Zahl von 1 bis 8 ist; Q (CH₂)_w, (CH₂)_xO(CH₂)_z, (CH₂)_xNR(CH₂)_z oder (CH₂)_xS(CH₂)_z ist, wo x 1 bis 6 ist, z 1 bis 6 ist und w 2 bis 6 ist; und E eine polyschwefelhaltige Gruppe ist.
43. Der modifizierte Ruß gemäß jeder/jedem vorangegangenen oder folgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, worin die organische Gruppe eine aliphatische Gruppe oder eine aromatische Gruppe umfasst.
44. Der modifizierte Ruß gemäß jeder/jedem vorangegangenen oder folgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, worin die organische Gruppe eine Alkyl-Gruppe oder eine aromatische Gruppe mit wenigstens einer funktionellen Gruppe umfasst, welche R, OR, COR, COOR, OCOR, ein Carboxylatsalz, Halogen, CN, NR₂, SO₃H, ein Sulfonatsalz, NR(COR), CONR₂, NO₂, PO₃H₂, ein Phosphonatsalz, ein Phosphatsalz, N=NR, NR₃ ⁺X^–, PR₃ ⁺X^–, S_kR, SSO₃H, ein SSO₃ ^–-Salz, SO₂NRR', SO₂SR, SNRR', SNQ, SO₂NQ, CO₂NQ, S-(1,4-Piperazindiyl)-SR, 2-(1,3-Dithianyl), 2-(1,3-Dithiolanyl), SOR oder SO₂R ist, worin R und R', welche gleich oder verschieden sind, unabhängig Wasserstoff, verzweigter oder unverzweigter C₁-C₁₂ substituierter oder unsubstituierter, gesättigter oder ungesättigter Kohlenwasserstoff sind, und k eine ganze Zahl im Bereich von 1 bis 8 ist und X ein Halogenid oder ein Anion ist, abgeleitet aus Mineral- oder organischen Säure, Q (CH₂)_w, (CH₂)_xO(CH₂)_z, (CH₂)_xNR(CH₂)_z oder (CH₂)_xS(CH₂)_z ist, worin w eine ganze Zahl von 2 bis 6 ist und x und z unabhängig voneinander ganze Zahlen von 1 bis 6 sind.
45. Der modifizierte Ruß gemäß jeder/jedem vorangegangenen oder folgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, worin die organische Gruppe umfasst eine aromatische Gruppe mit einer Formel AyAr-, wobei Ar ein aromatischer Rest ist und A R, OR, COR, COOR, OCOR, ein Carboxylatsalz, Halogen, CN, NR₂, SO₃H, ein Sulfonatsalz, NR(COR), CONR₂, NO₂, PO₃H₂, ein Phosphonatsalz, ein Phosphatsalz, N=NR, NR₃ ⁺X^–, PR₃ ⁺X^–, SKR, SSO₃H, ein SSO₃ ^–-Salz, SO₂NRR', SO₂SR, SNRR', SNQ, SO₂NQ, CO₂NQ, S-(1,4-Piperazindiyl)-SR, 2-(1,3-Dithianyl), 2-(1,3-Dithiolanyl), SOR oder SO₂R ist, worin R und R', welche gleich oder verschieden sind, unabhängig Wasserstoff, verzweigter oder unverzweigter C₁-C₁₀₀ substituierter oder unsubstituierter, gesättigter oder ungesättigter Kohlenwasserstoff sind, und k eine ganze Zahl im Bereich von 1 bis 8 ist und X ein Halogenid oder ein Anion ist, abgeleitet aus einer Mineral- oder organischen Säure, Q (CH₂)_w, (CH₂)_xO(CH₂)_z, (CH₂)_xNR(CH₂)_z oder (CH₂)_xS(CH₂)_z ist, worin w eine ganze Zahl von 2 bis 6 ist und y eine ganze Zahl von 1 bis zur Gesamtzahl aller -CH-Reste im aromatischen Rest ist.
46. Der modifizierte Ruß gemäß jeder/jedem vorangegangenen oder folgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, worin die chemische Gruppe befestigt ist und eine aromatische Gruppe mit einer Formel AyAr- umfasst, worin Ar ein aromatischer Rest ist und A R, OR, COR, COOR, OCOR, ein Carboxylatsalz, Halogen, CN, NR₂, SO₃H, ein Sulfonatsalz, NR(COR), CONR₂, NO₂, PO₃H₂, ein Phosphonatsalz, ein Phosphatsalz, N=NR, NR₃ ⁺X^–, PR₃ ⁺X^–, S_kR, SSO₃H, ein SSO₃ ^–-Salz, SO₂NRR', SO₂SR, SNRR', SNQ, SO₂NQ, CO₂NQ, S-(1,4-Piperazindiyl)-SR, 2-(1,3-Dithianyl), 2-(1,3-Dithiolanyl), SOR oder SO₂R ist, worin R und R', welche gleich oder verschieden sind, unabhängig Wasserstoff, verzweigter oder unverzweigter C₁-C₁₀₀ substituierter oder unsubstituierter, gesättigter oder ungesättigter Kohlenwasserstoff sind, und k eine ganze Zahl im Bereich von 1 bis 8 ist und X ein Halogenid oder ein Anion ist, abgeleitet aus einer Mineral- oder organischen Säure, Q (CH₂)_w, (CH₁)_xO(CH₂)_z, (CH₂)_xNR(CH₂)_z oder (CH₂)_xS(CH₂)_z ist, wo w eine ganze Zahl von 2 bis 6 ist und y eine ganze Zahl von 1 bis zur Gesamtzahl aller -CH-Reste im aromatischen Rest ist.
47. Der modifizierte Ruß gemäß jeder/jedem vorangegangenen oder folgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, worin Ar eine Triazolgruppe umfasst.
48. Der modifizierte Ruß gemäß jeder/jedem vorangegangenen oder folgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, worin Ar eine Pyrazolgruppe umfasst.
49. Der modifizierte Ruß gemäß jeder/jedem vorangegangenen oder folgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, worin Ar eine Imidazolgruppe umfasst.
50. Der modifizierte Ruß gemäß jeder/jedem vorangegangenen oder folgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, worin die organische Gruppe wenigstens eine Aminomethylphenylgruppe ist.
51. Der modifizierte Ruß gemäß jeder/jedem vorangegangenen oder folgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, worin die organische Gruppe X-C₆H₄-S-S-C₆H₄-X ist, wo wenigstens ein X eine Bindung zum Ruß ist und das andere X eine Bindung zum Ruß oder eine funktionelle Gruppe ist.
52. Der modifizierte Ruß gemäß jeder/jedem vorangegangenen oder folgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, worin die organische Gruppe wenigstens ein aromatisches Sulfid oder Polysulfid umfasst.
53. Der modifizierte Ruß gemäß jeder/jedem vorangegangenen oder folgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, mit einer adsorbierten Menge von 0,001 bis 10 Mikromol an heterocyclischen Gruppen/m² Oberflächenbereich des Rußes.
54. Der modifizierte Ruß gemäß jeder/jedem vorangegangenen oder folgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, mit einer befestigten Menge von 0,001 bis 6 Mikromol an heterocyclischen Gruppen/m² Oberflächenbereich des Rußes.
55. Der modifizierte Ruß gemäß jeder/jedem vorangegangenen oder folgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, wobei der modifizierte Ruß die Abriebbeständigkeit verbessert, wenn er in einer Elastomerzusammensetzung vorhanden ist, im Vergleich zu einem Ruß, welcher nicht modifiziert ist, aber denselben PAK-Gehalt und im Wesentlichen den gleichen STSA aufweist.
56. Der modifizierte Ruß gemäß jeder/jedem vorangegangenen oder folgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, worin die Abriebbeständigkeit um wenigstens 10% erhöht ist.
57. Der modifizierte Ruß gemäß jeder/jedem vorangegangenen oder folgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, worin die Abriebbeständigkeit um wenigstens 50% erhöht ist.
58. Der modifizierte Ruß gemäß jeder/jedem vorangegangenen oder folgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, worin die Abriebbeständigkeit um wenigstens 75% erhöht ist.
59. Der modifizierte Ruß gemäß jeder/jedem vorangegangenen oder folgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, worin die Abriebbeständigkeit um wenigstens 100% erhöht ist.
60. Der modifizierte Füllstoff gemäß jeder/jedem vorangegangenen oder folgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, worin der modifizierte Ruß die Abriebbeständigkeit verbessert, wenn er in einer Elastomerzusammensetzung vorhanden ist, im Vergleich zu einem Ruß, welcher nicht modifiziert ist, aber denselben PAK-Gehalt und STSA aufweist, und die Hysterese verbessert (herabsetzt), wenn er in der Elastomerzusammensetzung vorhanden ist, im Vergleich zu einem Ruß, welcher nicht modifiziert ist, aber denselben PAK-Gehalt aufweist.
61. Der modifizierte Füllstoff gemäß jeder/jedem vorangegangenen oder folgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, worin die Hysterese um wenigstens 5% verbessert (herabgesetzt) wird.
62. Der modifizierte Ruß gemäß jeder/jedem vorangegangenen oder folgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, worin die Hysterese um wenigstens 10% verbessert (herabgesetzt) wird.
63. Der modifizierte Ruß gemäß jeder/jedem vorangegangenen oder folgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, worin die Hysterese um wenigstens 20% verbessert (herabgesetzt) wird.
64. Der modifizierte Ruß gemäß jeder/jedem vorangegangenen oder folgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, worin die Abriebbeständigkeit um wenigstens 10% erhöht wird und die Hysterese um wenigstens 5% verbessert (herabgesetzt) wird.
65. Der modifizierte Ruß gemäß jeder/jedem vorangegangenen oder folgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, worin die Abriebbeständigkeit um wenigstens 50% erhöht wird und die Hysterese um wenigstens 10% verbessert (herabgesetzt) wird.
66. Der modifizierte Ruß gemäß jeder/jedem vorangegangenen oder folgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, worin die Abriebbeständigkeit um wenigstens 75% erhöht wird und die Hysterese um wenigstens 15% verbessert (herabgesetzt) wird.
67. Der modifizierte Ruß gemäß jeder/jedem vorangegangenen oder folgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, worin die chemische Gruppe befestigt ist und ein Triazol ist, umfassend:
oder Tautomere davon, worin Z_b eine Alkylengruppe ist, wo b 0 oder 1 ist; wenigstens ein X eine Bindung zum Füllstoff umfasst und jedes verbleibende X zum Füllstoff oder einer funktionelle Gruppe umfasst; A eine funktionelle Gruppe ist, welche S_kR, SSO₃H, SO₂NRR', SO₂SR, SNRR', SNQ, SO₂NQ, CO₂NQ, S-(1,4-Piperazindiyl)-SR, 2-(1,3-Dithianyl) oder 2-(1,3-Dithiolanyl) ist; oder ein linearer, verzweigter, aromatischer oder zyklischer Kohlenwasserstoffrest, substituiert mit einer oder mehreren der funktionellen Gruppen; wo R und R', welche gleich oder verschieden sein können, Wasserstoff; verzweigtes oder unverzweigtes C₁-C₁₂ unsubstituiertes oder substituiertes Alkyl, Alkenyl, Alkinyl; unsubstituiertes oder substituiertes Aryl; unsubstituiertes oder substituiertes Heteroaryl; unsubstituiertes oder substituiertes Alkylaryl; unsubstituiertes oder substituiertes Arylalkyl, Arylen, Heteroarylen oder Alkylarylen sind; k eine ganze Zahl von 1 bis 8 ist; Q (CH₂)_w, (CH₂)_xO(CH₂)_z, (CH₂)_xNR(CH₂)_z oder (CH₂)_xS(CH₂)_z ist, wo x 1 bis 6 ist, z 1 bis 6 ist und w 2 bis 6 ist; und E ein Polyschwefel-enthaltender Rest ist; und das Triazol optional N-substituiert ist mit einem NDD'-Substituenten, wo D und D', welche gleich oder verschieden sind, H oder C₁-C₄-Alkyl sind.
68. Der modifizierte Ruß gemäß jeder/jedem vorangegangenen oder folgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, worin das Triazol ist:
oder Tautomere davon.
69. Der modifizierte Ruß gemäß jeder/jedem vorangegangenen oder folgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, worin das Triazol ist:
oder Tautomere davon.
70. Der modifizierte Ruß gemäß jeder/jedem vorangegangenen oder folgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt mit einer befestigten Menge von 0,1 bis 6 Mol/m² Füllstoffoberfläche.
71. Der modifizierte Ruß gemäß jeder/jedem vorangegangenen oder folgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, worin der modifizierte Ruß die Hysterese verbessert, wenn er in einer Elastomerzusammensetzung vorhanden ist, im Vergleich zu einem Ruß, der nicht modifiziert ist.
72. Der modifizierte Ruß gemäß jeder/jedem vorangegangenen oder folgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, worin die Hysterese um wenigstens 5% herabgesetzt ist.
73. Der modifizierte Ruß gemäß jeder/jedem vorangegangenen oder folgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, worin die Hysterese um wenigstens 10% herabgesetzt ist.
74. Der modifizierte Ruß gemäß jeder/jedem vorangegangenen oder folgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, worin die Hysterese um wenigstens 20% herabgesetzt ist.
75. Der modifizierte Ruß gemäß jeder/jedem vorangegangenen oder folgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, worin die chemische Gruppe befestigtes Ar(CH₂)_qS_k(CH₂)_rAr' ist, worin Ar und Ar' gleich oder verschieden sind und Arylen oder Heteroarylen sind; k eine ganze Zahl von 1 bis 8 ist; q eine ganze Zahl von 0 bis 4 ist; und r eine ganze Zahl von 0 bis 4 ist.
76. Der modifizierte Ruß gemäß jeder/jedem vorangegangenen oder folgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, worin Ar und Ar' ein Arylen sind; k eine ganze Zahl von 1 bis 8 ist; und q und r 0 sind.
77. Der modifizierte Ruß gemäß jeder/jedem vorangegangenen oder folgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, worin Ar und Ar' Phenylen sind; k eine ganze Zahl von 2 bis 4 ist; und q und r 0 sind.
78. Der modifizierte Ruß gemäß jeder/jedem vorangegangenen oder folgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, worin k 2 ist.
79. Der modifizierte Ruß gemäß jeder/jedem vorangegangenen oder folgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, worin Ar und Ar' ein Heteroarylen sind; k eine ganze Zahl von 1 bis 8 ist; und q und r 0 sind.
80. Der modifizierte Ruß gemäß jeder/jedem vorangegangenen oder folgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, worin Ar und Ar' Benzothiazolylen sind; k eine ganze Zahl von 2 bis 4 ist; und q und r 0 sind.
81. Der modifizierte Ruß gemäß jeder/jedem vorangegangenen oder folgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, worin k 2 ist.
82. Der modifizierte Ruß gemäß jeder/jedem vorangegangenen oder folgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, worin die chemische Gruppe Ar(CH₂)_qS_k(CH₂)_rAr' ist, worin Ar ein Arylen oder ein Heteroarylen ist; Ar' ein Aryl oder ein Heteroaryl ist; k eine ganze Zahl von 1 bis 8 ist; q eine ganze Zahl von 0 bis 4 ist; und r eine ganze Zahl von 0 bis 4 ist.
83. Der modifizierte Ruß gemäß jeder/jedem vorangegangenen oder folgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, worin Ar ein Arylen ist; Ar' ein Aryl ist; k eine ganze Zahl von 1 bis 8 ist; und q und r 0 sind.
84. Der modifizierte Ruß gemäß jeder/jedem vorangegangenen oder folgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, worin Ar Phenylen ist; Ar' Phenyl ist; k eine ganze Zahl von 2 bis 4 ist; und q und r 0 sind.
85. Der modifizierte Ruß gemäß jeder/jedem vorangegangenen oder folgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, worin Ar Phenylen ist; Ar' ein Heteroaryl ist; k eine ganze Zahl von 1 bis 8 ist; und q und r 0 sind.
86. Der modifizierte Ruß gemäß jeder/jedem vorangegangenen oder folgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, worin Ar Phenylen ist; Ar' Benzothiazolyl ist; k eine ganze Zahl von 2 bis 4 ist; und q und r 0 sind.
87. Der modifizierte Ruß gemäß jeder/jedem vorangegangenen oder folgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, worin die chemische Gruppe -(C₆H₄)-S_k-(C₆H₄)-NH₂ ist, worin k eine ganze Zahl von 2 bis 8 ist.
88. Der modifizierte Ruß gemäß jeder/jedem vorangegangenen oder folgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, worin die chemische Gruppe -(C₆H₄)-S_k-(C₆H₄)-NH₂ ist, worin k 2 ist
89. Der modifizierte Ruß gemäß jeder/jedem vorangegangenen oder folgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, worin der Ruß nicht graphitiert wurde.
90. Eine Elastomerzusammensetzung, umfassend den modifizierten Ruß gemäß jeder/jedem vorangegangenen oder folgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt und wenigstens ein Elastomer.
91. Ein Herstellungserzeugnis, umfassend die Elastomerzusammensetzung gemäß jeder/jedem vorangegangenen oder folgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt.
92. Das Erzeugnis gemäß jeder/jedem vorangegangenen oder folgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, worin das Erzeugnis ein Reifen oder eine Komponente davon ist.
93. Das Erzeugnis gemäß jeder/jedem vorangegangenen oder folgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, worin Erzeugnis eine Reifenlauffläche oder Reifenseitenwand ist.
94. Ein Verfahren zum Verbessern der Abriebbeständigkeit in einer Elastomerzusammensetzung, umfassend das Einbringen wenigstens eines modifizierten Rußes gemäß jeder/jedem vorangegangenen oder folgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt in die Elastomerzusammensetzung vor dem Aushärten.
95. Ein Verfahren zum Verbessern (Herabsetzen) der Hysterese in einer Elastomerzusammensetzung, umfassend das Einbringen wenigstens eines modifizierten Rußes gemäß jeder/jedem vorangegangenen oder folgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt in die Elastomerzusammensetzung vor dem Aushärten.
96. Ein Verfahren zum Erhöhen der Abriebbeständigkeit und Herabsetzen der Hysterese in einer Elastomerzusammensetzung, umfassend das Einbringen des modifizierten Rußes gemäß jeder/jedem vorangegangenen oder folgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt in die Elastomerzusammensetzung vor dem Aushärten.
97. Ein Verfahren zum Herstellen eines modifizierten Rußes, das Verfahren umfassend: Einbringen wenigstens eines Ruß-ergebenden Ausgangsmaterials in einen Reaktor an einer oder mehreren Einführungsstellen und Zusammenführen des wenigstens einen Ruß-ergebenden Ausgangsmaterials mit einem Strom an heißen Gasen, um Ruß und PAK-Spezies in einem Reaktionsstrom zu bilden, und der Reaktionsstrom wandert stromabwärts von diesen einen oder mehreren Einführungsstellen, und Aussetzen des Reaktionsstroms einer Temperatur, die ausreichend ist, um im Wesentlichen die PAK-Spezies zu zerstören, und anschließend Abschrecken (reaction quenching) des Reaktionsstromes enthaltend den Ruß, und Rückgewinnen des Rußes mit einem PAK 22 von 75 ppm oder weniger nach dem Abschrecken; und anschließendes Befestigen und/oder Adsorbieren von einer der mehreren chemischen Gruppen auf dem Ruß.
98. Ein Verfahren zum Herstellen eines modifizierten Rußes, das Verfahren umfassend: Einführen wenigstens eines Ruß-ergebenden Ausgangsmaterials in einen Reaktor an einer oder mehreren Einführungsstellen und Zusammenführen des wenigstens einen Ruß-ergebenden Ausgangsmaterials mit einem Strom an heißen Gasen, um Ruß und PAK-Spezies in einem Reaktionsstrom zu bilden, und der Reaktionsstrom wandert stromabwärts von dieser einen oder mehreren Einführungsstellen, und Aussetzen des Reaktionsstromes einer Temperatur, die ausreichend ist, um die PAK-Spezies zu zerstören und zumindest teilweise die Oberfläche des Rußes zu deaktivieren, und anschließend Abschrecken des Reaktionsstromes, enthaltend den Ruß, und Rückgewinnen des Rußes mit einem PAK 22 von 75 ppm oder weniger nach dem Abschrecken; und anschließendes Befestigen und/oder Adsorbieren von einer oder mehreren chemischen Gruppen auf dem Ruß, um wenigstens teilweise eine oder mehrere Eigenschaften wiederherzustellen, die aufgrund der Oberflächendeaktivierung verloren gegangen sind, und um den modifizierten Ruß zu bilden.
99. Das Verfahren gemäß jeder/jedem vorangegangenen oder folgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, worin der Reaktionsstrom eine Verweildauer von 10 bis 500 ms hat.
100. Das Verfahren gemäß jeder/jedem vorangegangenen oder folgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, worin die Verweildauer 30 bis 300 ms bei einer Temperatur von ungefähr 1200°C bis 1800°C beträgt.
101. Das Verfahren gemäß jeder/jedem vorangegangenen oder folgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, worin die Temperatur erreicht wird durch Einführen von ein oder mehreren Oxidantionsmittel-enthaltenden Strömen in den Reaktionsstrom nachdem der Oberflächenbereich des Rußes sich gebildet hat und vor dem Abschrecken.
102. Ein Verfahren zum Herstellen von modifizierten Ruß, das Verfahren umfassend: Unterwerfen eines Ausgangsrußes mit einem PAK-Gehalt von über 75 ppm einer Temperaturbehandlung von 1200°C bis 1800°C für einen Zeitraum von 30 Minuten bis 4 Stunden, der ausreichend ist, um den Ruß zu tempern und im Wesentlichen den PAK-Gehalt zu zerstören, so dass man einen reduzierten PAK-Gehalt von 50 ppm oder weniger hat, und anschließendes Befestigen und/oder Adsorbieren von einer oder mehreren chemischen Gruppen auf dem Ruß.
103. Das Verfahren gemäß jeder/jedem vorangegangenen oder folgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, worin der reduzierte PAK-Gehalt 10 ppm oder weniger ist.
104. Das Verfahren gemäß jeder/jedem vorangegangenen oder folgenden Ausführungsform/Merkmal/Aspekt, worin der Ausgangsruß oberflächendeaktiviert wird während der Temperaturbehandlung.

Die vorliegende Erfindung kann jede beliebige Kombination dieser verschiedenen Merkmale oder Ausführungsformen von oben und/oder unten, wie in Sätzen und/oder Absätzen dargestellt, beinhalten. Jede Kombination von hierin offenbarten Merkmalen wird als Teil der vorliegenden Erfindung betrachtet und keine Einschränkung ist in Hinblick auf kombinierbare Merkmale beabsichtigt.
Die vorliegende Erfindung wird nun weiter durch die folgenden Beispiele klargestellt werden, welche beispielhaft für die vorliegende Erfindung sein sollen.
BEISPIELE
Die Rußproben, welche in der Studie beinhaltet sind, sind Materialien, die von Cabot Corporation mit einem Ofenprozess hergestellt sind (siehe J. B. Donnet, R. C. Bansal, M. J. Wang ”Carbon Black”, SCIENCE AND TECHNOLOGY, 2. Auflage, Marcel Dekker, NY, 1993; und M. J. Wang, C. A, Gray, S. A. Reznek, K. Mahmud, Y. Kutsovsky ”Carbon Black”, in KIRK-OTHMER ENCYCLOPEDIA OF CHEMICAL TECHNOLOGY, John Wiley & Sons, 2005, 4, 761). Die Eigenschaften des Rußes sind durch die ASTM definiert (siehe ASTM D 1765-03 Standard Classification System for Carbon Blacks Used in Rubber Products) und durch die Cabot-Spezifikationen (siehe Website www.cabot-corp.com).
Die Ruße wurden in der SBR-Gummimischung mittels der ASTM bewertet (siehe ASTM D 3191-02 Standard Test Methods for Carbon Black in SBR – Recipe and Evaluation Procedures). Typische Gummi-Mischprozesse und Tests sind in Maurice Morton, RUBBER TECHNOLOGY, 3. Auflage, Van Norstrand Reinhold Company, New York, 1987, und 2. Auflage, Van Norstrand Reinhold Company, New York, 1973 beschrieben. Das Testen von Bound Rubber wird in G. Kraus, RUBBER CHEM TECHN, v 38, 1070 (1965) und S. Wolff, M-J Wang, E-H Tan, RUBBER CHEM TECHN, v 66, 163 (1993) beschrieben. Max Tan Delta ist ein Maß der Hysterese (Rollwiderstand) von Gummi. Es wurde getestet unter Verwendung eines ARES/Rheometrics Dynamic Spectrometer II (RDS II, Rheometrics, Inc., N. J.), welches in einem Drehdeformationssmodus (Scherung) betrieben wurde. Die Messungen wurden bei 0°C für Deformationsdurchläufe (strain sweeps) mit einer doppelten Deformationsamplitude (DSA) im Bereich von 0,2 bis 120% bei einer konstanten Frequenz von 10 Hz betrieben. Abtragungswiderstand wurde unter Verwendung des Cabot Abrader getestet (siehe US-Patent Nr. 4,995,197 ).
Das Testen der PAK-Konzentrationen wurde mittels der Cabot-Prozedur durchgeführt, welche die Extraktion mit Toluol mit GCMS-Analyse für 22 individuelle PAKs, wie in 1 bezeichnet, beinhaltet. Das Verfahren ist in 21 C. F. R. Teil 17B, FDA FEDERAL REGISTER, v62, # 90, Freitag, 9. Mai, 1997 beschrieben.
Beispiel 1: Hitzebehandelter Ruß (CB-2)
Eine Rußprobe, hergestellt von Cabot Corporation (CB-1) (1,5 kg), mit einer Iodzahl von 80 m²/g, einem STSA-Oberflächenbereich von 75 m²/g und einer OAN von 102 mL/100 g wurde in einem Rohrofen auf 1400°C erhitzt, bei 1400°C für zwei Stunden gehalten und anschließend auf Raumtemperatur abgekühlt, um einen getemperten Ruß (CB-2) mit einer STSA-Oberfläche im Bereich von 76 m²/g zu bilden. Die Erwärmungsrate betrug 2°C/min, und die Abkühlzeit war ungefähr 24 Stunden. Mehrere Ansätze wurden hergestellt und anschließend vor der Verwendung zusammengemischt. Alle Erwärmungsprozeduren wurden unter einer Argon-Atmosphäre durchgeführt.
Beispiel 2: Herstellung eines modifizierten Rußproduktes (CB-3)
Ein 20 L Ross-Mischer wurde mit 11,26 kg Wasser, 2,50 kg des Rußes (CB-2) von Beispiel 1 und 1330 g einer 0,235 mmol/g Lösung von 3-Amino-1,2,4-triazol-5-yl-disulfid-Sulfatsalz befüllt. Nach Erwärmen auf 70°C wurden 216 g einer 20%igen Lösung von NaNO₂ in Wasser über 10 min zugefügt. Die Mischung ließ man bei 70°C für eine Stunde rühren und wurde auf Raumtemperatur abgekühlt. Eine wässrige 40%ige NaOH-Lösung (37,6 g) wurde zugefügt und die Mischung wurde für weitere 5 min gerührt. Die Mischung wurde filtriert und das Produkt wurde mit Wasser gewaschen, bis die Leitfähigkeit ungefähr 4800 μS/cm betrug. Das Produkt wurde bei 100°C getrocknet. Eine Probe des Rußproduktes, welches einer Soxhlet-Extraktion mit Methanol über Nacht unterworfen worden war, hatte 1,11% S im Vergleich zu 0,86% S für den Ruß von Beispiel 1.
Beispiel 3: Herstellung eines modifizierten Rußproduktes (CB-4)
Eine Lösung von 5,18 g NaNO₂ in 49 g Wasser wurde über einen Zeitraum von ungefähr fünf Minuten zu einer gerührten Mischung aus 300 g des Rußes (CB-2) von Beispiel 1, 2600 g Wasser, 9,31 g 4,4'Aminophenyldisulfid und 3,69 g konzentrierter H₂SO₄ bei 70°C zugegeben. Das Mischen wurde für 60 Minuten bei 70°C fortgeführt. Die Mischung wurde anschließend auf Raumtemperatur abgekühlt. Das Produkt wurde mittels Filtration gesammelt, mit 3 L Wasser gewaschen und unter Vakuum bei 70°C getrocknet. Eine Probe des Rußprodukts, welches einer Soxhlet-Extraktion mit Methanol über Nacht unterworfen worden war, hatte 1,64% S im Vergleich zu 0,86% S für den Ruß aus Beispiel 1. Das Produkt wurde mit einem zweiten Ansatz gemischt, welcher unter ähnlichen Bedingungen hergestellt worden war.
Beispiel 4: Herstellung eines modifizierten Rußproduktes (CB-7)
Ein 20 L Ross-Mischer wurde mit 11,26 kg Wasser und 3,0 kg Ruß und 1596 g einer 0,235 mmol/g Lösung aus 3-Amino-1,2,4-triazol-5-yl-disulfid-Sulfatsalz befüllt. Der Ruß hatte eine STSA-Oberfläche von 139 m²/g und eine Iodzahl von 165, eine OAN von 96 mL/100 g und einen PAK-Gehalt von 0,85 ppm. Nach Erwärmen auf 70°C wurden 259 g einer 20%igen Lösung von NaNO₂ in Wasser über 10 min zugefügt. Die Mischung ließ man bei 70°C für eine Stunde rühren und wurde auf Raumtemperatur abgekühlt. Eine wässrige 40%ige NaOH-Lösung (37,6 g) wurde zugefügt und die Mischung wurde weitere 5 min gerührt. Die Mischung wurde filtriert und das Produkt wurde mit Wasser gewaschen bis die Leitfähigkeit ungefähr 4700 μS/cm betrug. Das Produkt wurde bei 100°C getrocknet. Eine Probe des Rußproduktes, welches einer Soxhlet-Extraktion mit Methanol über Nacht unterworfen worden war, hatte 0,97% S im Vergleich zu 0,63% S für den unbehandelten Ruß. Der Ruß, welcher in diesem Beispiel modifiziert worden war, wurde im selben Reaktortyp und mit demselben Verfahrenstyp wie Cabot Corporations kommerziell erhältlicher VULCAN 7H Ruß gebildet (in Pilotanlagen-Quantitäten), mit der Ausnahme, dass das Abschrecken der Reaktion (reaction quench) durch Verlängern verzögert wurde, wobei das Abschrecken stattdessen bei 29 ft im Reaktor geschah und dieses ein Tempern verursachte. Der getemperte Ruß ist CB-6. Eine normaler Abschreck-Ruß (d. h., bei 6 ft) (die nicht getemperte Version CB-5) mit einem STSA von 139 m²/g, einer Iodzahl von 138 und einer OAN von 100 cc/100 g, wurde hergestellt und für Vergleichszwecke getestet.
Beispiel 5: Herstellung und Testen von Elastomerzusammensetzungen
In den Experimenten wurde der modifizierte Ruß der vorliegenden Erfindung in einer Formulierung aus lösungspolymerisiertem Styrol-Butadien-Copolymer mit 25% Styrol und 50% Vinyl-Butadien und 25% Ölgehalt (sSBR) und in einer natürlichen Gummi-Formulierung (NR) verwendet, um die Vorteile der Verwendung der modifizierten Ruße der vorliegenden Erfindung zu zeigen. Die folgenden Tests wurden für die Daten in den Tabellen verwendet:

– 100% Modul (Mpa); ASTM D 412-06 Standard Test Methods for Carbon Black in SBR – Recipe and Evaluation Procedures.
– 300% Modul (Mpa); ASTM D 412-06 Standard Test Methods for Carbon Black in SBR – Recipe and Evaluation Procedures.
– Verhältnis von 300%-Modul/100%-Modul (M300%/M100%); ASTM D 412-06 Standard Test Methods for Carbon Black in SBR – Recipe and Evaluation Procedures.
– Bound Rubber (%); S. Wolff, M-J Wang, E-H Tan, Rubber Chem Tech, v 66, 163 (1993).
– max tan delta @ 0°C getestet mit ARES/Rheometrics Dynamic Spectrometer II (RDS II, Rheometrics, Inc., NJ) im Drehdeformationsmodus betrieben (Scherung). Die Messungen wurden bei 0°C für Deformationsdurchläufe mit doppelter Deformationsamplitude (DSA) im Bereich von 0,2 bis 120% bei einer konstanten Frequenz von 10 Hz durchgeführt.

Die sSBR-Formulierung und die NR-Formulierung sind in Tabelle 1 und 2 gezeigt. Die hierin verwendeten Elastomerverbundstoffe wurden durch Mischen des Polymers mit entweder a) einem Kontroll-Ruß (ungetempert oder ”as is” („wie ist”)), b) einem getemperten Ruß mit niedrigen PAKs wie in der vorliegenden Erfindung (aber ohne jede befestigten oder adsorbierten chemischen Gruppen) und c) einem modifizierten Ruß gemäß der vorliegenden Erfindung (welcher getempert wurde oder behandelt wurde, um den PAK-Gehalt zu entfernen und anschließend behandelt wurde, um eine chemische Gruppe daran befestigt oder adsorbiert zu haben). Tabelle 1

sSBR-Formulierung
Zutaten	phr (parts per hundred rubber)
Master Batch
BUNA VSL 5025-2 Polymer (sSBR)	96,25
Buna CB 24 Polybutadienhomopolymer	30
Ruß	72
VivaTec 500 (Öl)	1,75
6PPD (Antioxidans)	1
WINGSTAY 100 (Antioxidans)	1
Sunproof Improved (Wachs)	2,5
Zinkoxid	3
Stearinsäure	2
Schlusslauf (Final Pass)
CBS (Beschleuniger)	1,1
Schwefel	1,4
DPG (Beschleuniger)	0,3
Gesamt	212,30

Tabelle 2

NR-Formulierung
Zutaten	phr (parts per hundred rubber)
Master Batch
TSR-20 Polymer (NR)	100
Ruß	50
Calight RPO (Öl)	2,5
Zinkoxid	5
Stearinsäure	3
Agent Resin D (Antioxidans)	1,5
6PPD (Antioxidans)	1,5
Sunproof Improved (Wachs)	1,5
Schlusslauf
Schwefel	1,2
TBBS (Beschleuniger)	1,4
Gesamt	167,6

Die für die Elastomerverbundstoffe verwendeten Komponenten (wie in den Tabellen dargestellt) wurden gemischt gemäß einem Drei-Stufen-Mischen im Brabender-Plasti-Corder EPL-V-Mischer für die sSBR- oder einem Zwei-Stufen-Mischen für die NR-Formulierung. Die erste Stufe involvierte das Zufügen des Polymers und des Rußes, gefolgt von den verbleibenden Zutaten mit Ausnahme der Härtungsmittel bei einer Rotorgeschwindigkeit von 50 Upm (Umdrehungen pro Minute) und einer Starttemperatur von 50°C und anschließendem Anheben der Temperatur auf 140°C, wobei das Material anschließend gemahlen wurde unter Verwendung von 4 Cross-Cuts und 2 Endrollen (end rolls). Die zweite Stufe folgte mit reinem Mischen bei einer Rotorgeschwindigkeit von 80 Upm und einer Anfangstemperatur von 50°C, wobei die Temperatur bis auf 150°C ging. Wiederum wurde das Material anschließend gemahlen unter Verwendung von 4 Cross-Cuts und 2 Endrollen. Anschließend wurde eine dritte Stufe des Mischens durchgeführt, mit der Zugabe der Härtungsmittel bei einer Rotorgeschwindigkeit von 50 Upm und einer Starttemperatur von 50°C, wobei die Temperatur bis zu 110°C ging. Wiederum wurde das Material anschließend gemahlen unter Verwendung von 4 Cross-Cuts und 2 Endrollen.
Die Komponenten in der ersten Stufe wurden für eine Gesamtzeit von 30 Minuten gemischt, bevor sie durch die offene Mühle, wie oben beschrieben, geführt wurden. Die gemahlene Mischung vom ersten Mischen der ersten Stufe wurde bei Raumtemperatur für mindestens 2 h gehalten vor dem Vermischen der zweiten Stufe. In ähnlicher Weise wurden die Komponenten in der zweiten Stufe für eine Gesamtzeit von 30 Minuten gemischt, bevor sie durch die offene Mühle. wie oben beschrieben, geführt wurden. Die gemahlenen Komponenten vom Mischen der zweiten Stufe wurden bei Raumtemperatur für mindestens 2 h gehalten, vor dem Mischen der dritten Stufe. Die Härtungsmittel wurden anschließend in der dritten Stufe für 60 Minuten gemischt.
Im Zweistufenmahlen wurde das Verfahren gemäß ASTM D3192 unter Verwendung des Brabender-Mischers durchgeführt, mit Ausnahme der Verwendung der Formulierung in Tabelle 2.

Tabelle 3 stellt die Ruße dar, die in den Elastomerformulierungen verwendet wurden. Es wird festgehalten, dass in den Elastomer-Formulierungen entweder der ”Kontroll”-Ruß (kein Tempern und keine befestigten/Gruppen) vorhanden war oder der Ruß war ”nur getempert” (keine Befestigung/adsorbierten Gruppen) oder der Ruß war getempert und wies befestigte/adsorbierte chemischen Gruppen auf (vorliegende Erfindung). Tabelle 3

CB	STSA	OAN	I2	Spec20	PAK, ppm	BaP, ppm
CB-1 (Kontrolle)	75	102	80,3	98,5	89	0,076
CB-2 (nur getempert)	76	NZ	95	98/5	0,036	< 0,001
CB-5 (Kontrolle)	132,3	100,4	138,1	92,5	760	5,9
CB-6 (nur getempert)	139,1	96,1	164,8	99	0,85	0,002

NZ = nicht zutreffend

In Tabelle 3, wenn gemessen, werden STSA, OAN, I2-Zahl, Spec20 und PAK und BaP Messungen für die Ruße zur Verfügung gestellt. Der STSA, OAN und I2-Zahl werden gemäß ASTM D1765-10 gemessen. Spec20 (Toluol Entfärbung) gemessen gemäß ASTM 1618-99 (2011). Der PAK ist eine PAK 2-Messung und BaP wird in der Anwendung definiert.
CB-1-Ruß ist ein Ofenruß, hergestellt von Cabot Corporation in einem ihrer Rußreaktoren. CB-1-Ruß ist ”as is”, ohne jegliche Behandlung zur Entfernung von PAK-Leveln und weist keine befestigten oder adsorbierten chemischen Gruppen auf. CB-1 wurde als eine Kontrolle verwendet, um die Auswirkungen der Behandlung zur Entfernung von PAK-Levels und Gummieigenschaften (oder andere Verstärkungseigenschaften) zu zeigen.
CB-2-Ruß (von Beispiel 1) war CB-1-Ruß, der einen hohen Hitzebehandlung bei 1400°C für 2 Stunden in einem Ofen unterworfen wurde, welches die PAK-Levels wie in Tabelle 3 gezeigt signifikant reduzierte. Es kann weiterhin gesehen werden, dass die Oberflächenaktivität stark beeinflusst wurde (deaktiviert), zum Beispiel wie durch die I2-Zahl gezeigt, welche signifikant nach oben ging, dadurch die Auswirkungen der Hitzebehandlung reflektierend.

CB-2-Ruß, wie in Tabelle 4 und Tabelle 5 unten gezeigt, wurde anschließend behandelt, um eine chemische Gruppe zu befestigen/adsorbieren, um dadurch wie in Beispiel 2 beschrieben CB-3 zu erhalten, oder, wie in Beispiel 3 beschrieben, CB-4 zu erhalten. Es wird festgehalten, dass mehrere Experimente mit verschiedenen CB1–7 wiederholt wurden, wie in den Tabellen unten gezeigt. Tabelle 4

sSBR-Mischungen
Lauf	CB-Probe	Oberflächenaktivität	Hysterese	Stärke
		BR MB%	max tan D-60	M300/M100
1	CB-1 (Kontrolle)	35,7	0,257	4,12
2	CB-6 (nur getempert)	28,5	0,386	3,34
3	CB-5 (Kontrolle)	40,5	0,363	4,01
4	CB-2 (nur getempert)	7,4	0,325	2,23
5	CB-3 (vorliegende Erfindung)	18,3	0,255	3,00
6	CB-4 (vorliegende Erfindung)	37,2	0,252	3,33
7	CB-6 (getempert)	28,5	0,377	3,48
8	CB-5 (Kontrolle)	37,4	0,364	3,91
9	CB-7 (vorliegende Erfindung)	35,6	0,284	3,77
10	CB-2 (nur getempert)	8,2	0,333	2,17
11	CB-7 (vorliegende Erfindung)	39,6	0,286	3,83

Tabelle 5

NR-Mischungen
Lauf	CB-Probe	Oberflächen- aktivität	Hysterese	Stärke
		BR	TDmax@60C	M300/M100
12	CB-1	43,8	0,169	5,31
13	CB-2	33	0,186	3,16
14	CB-2	35	0,198	3,17
15	CB-3	44	0,138	4,24
16	CB-3	46	0,131	4,34
17	CB-6	76	0,226	5,00
18	CB-6	76	0,223	5,03
19	CB-5	76	0,203	5,31
20	CB-5	72	0,196	5,39
21	CB-7	72	0,137	5,06
22	CB-7	70	0,15	4,96
23	CB-6	72	0,224	4,80
24	CB-5	74	0,205	5,62

In ähnlicher Weise war CB-5-Ruß ähnlich zu einem kommerziell erhältlichen Ruß von Cabot Corporation. Dieser Ruß ist ”as is”, ohne jegliche Behandlung zum Zerstören von PAK-Spezies und weist keine befestigten oder adsorbierten chemischen Gruppen auf. CB-5-Ruß wurde als Kontrolle verwendet, um die Auswirkungen der Behandlung zur Zerstörung von PAK-Spezies zu zeigen und um Gummieigenschaften (oder anderen Verstärkungseigenschaften) zu zeigen.
Dann wurde dieselbe Technik wie zur Herstellung von CB-5 verwendet mit der Ausnahme, dass die Quench-Länge von 6 ft auf 29 ft verlängert wurde. Dies resultierte in reduzierten PAK-Levels, wie in Tabelle 3 gezeigt -- CB-6. Es kann weiterhin gesehen werden, dass die Oberflächenaktivität stark beeinflusst wurde (deaktiviert), zum Beispiel wie durch die I2-Zahl gezeigt, welche signifikant nach oben ging, dadurch die Wirkungen des verzögerten Abschreckens reflektierend.
CB-6 wurde anschließend behandelt, um eine chemische Gruppe wie in Beispiel 4 beschrieben zu befestigen/adsorbieren, um CB-7 zu bilden.
Die Elastomerzusammensetzungen (sSBR oder NR) wurden unter Verwendung einer dieser Ruße hergestellt und der Bound Rubber, Hysterese und Stärke (M300/M100) wurden gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 4 für die sSBR-Formulierungen und in Tabelle 5 für die NR-Formulierungen dargestellt.
Wie gesehen werden kann, ging die Oberflächenaktivität, durch den Bound Rubber angezeigt, dramatisch mit der Zerstörung von PAKs nach unten (CB-2 oder. CB-6) (und ohne Befestigung/Adsorption von chemischen Gruppen). Dann mit der Befestigung/Adsorption der chemischen Gruppen wurde der Bound Rubber zumindest teilweise jeweils wiederhergestellt (CB-3, CB-4 und CB-7). Die gleichen Auswirkungen konnten mit der Stärke gesehen werden (M300/M100). Mit Hysterese, der tan delta 60 C wurde ebenso wenigstens teilweise mit der Befestigung/Adsorption der chemischen Gruppen wiederhergestellt. Es ist zu beachten, dass CB-2 und CB-6 (ohne jegliche Befestigung/Adsorption von chemischen Gruppen) als nicht-akzeptierbar als Verstärkungs-Ruß in einer Elastomerzusammensetzung betrachtet wurden, während dieselben Ruße, aber mit der Befestigung/Adsorption einer chemischen Gruppe behandelt, als ein akzeptierbarer Verstärkungs-Ruß betrachtet und auch bewiesen wurde.
Somit kann mit der vorliegenden Erfindung, wie in den Beispielen gezeigt, ein niedriger PAK-Ruß mit akzeptablen Oberflächenaktivitätseigenschaften unter Verwendung des Zwei-Schritt-Prozesses der vorliegenden Erfindung hergestellt werden, welcher das Tempern der Oberfläche involviert und anschließendes Befestigen und/oder Adsorbieren von chemischen Gruppen, um wenigstens teilweise die Oberflächenaktivität wiederherzustellen.
Die Anmelder schließen ausdrücklich den gesamten Inhalt aller zitierten Referenzen in diese Offenbarung mit ein. Weiterhin soll, wenn eine Menge, Konzentration oder weitere Werte oder Parameter gegeben sind, entweder als ein Bereich, bevorzugter Bereich oder eine Liste von oberen bevorzugten Werten oder unteren bevorzugten Werte, angeführt wird, dies so verstanden werden dass alle Bereiche ausdrücklich offenbart sind, gebildet von jedem Paar einer jeden oberen Bereichsgrenze oder bevorzugten Wert und jeder unteren Bereichsgrenze oder bevorzugten Wert, ohne Rücksicht, ob Bereiche separat offenbart sind. Wenn ein Bereich von numerischen Werten hier zitiert wird, soweit nicht anderweitig genannt, ist beabsichtigt, dass dieser Bereich die Endpunkte davon beinhaltet und alle ganzen Zahlen und Brüche innerhalb des Bereiches. Es ist nicht beabsichtigt, dass der Schutzumfang der Erfindung auf die spezifischen Werte eingeschränkt wird, wenn ein Bereich definiert wird.
Weitere Ausführungsformen der Erfindung werden dem Fachmann auf dem Gebiet aus der Betrachtung der vorliegenden Beschreibung und der Ausübung der vorliegenden Erfindung, die hierin offenbart ist, deutlich werden. Es ist beabsichtigt, dass die vorliegende Beschreibung und Beispiele nur als beispielhaft betrachtet werden, wobei der wahre Schutzumfang und Geist der Erfindung durch die folgenden Ansprüche und Äquivalente angegeben wird.

Claims

Ein modifizierter Ruß mit einem STSA von ungefähr 70 m²/g bis ungefähr 250 m²/g und mit einer getemperten Oberfläche und wobei der modifizierte Ruß ein Ofenruß ist mit wenigstens einer befestigten und/oder adsorbierten chemischen Gruppe.
Der modifizierte Ruß gemäß Anspruch 1, worin der Ofenruß ein Ruß der Verstärkungsklasse ist.
Der modifizierte Ruß gemäß Anspruch 1, worin der modifizierte Ruß einen PAK 22-Gehalt von 75 ppm oder weniger aufweist.
Der modifizierte Ruß gemäß Anspruch 1, worin der modifizierte Ruß einen PAK 22-Gehalt von 50 ppm oder weniger aufweist.
Der modifizierte Ruß gemäß Anspruch 1, worin der modifizierte Ruß einen PAK 22-Gehalt von 20 ppm oder weniger aufweist.
Der modifizierte Ruß gemäß Anspruch 1, worin der modifizierte Ruß einen PAK 22-Gehalt von 10 ppm oder weniger aufweist.
Der modifizierte Ruß gemäß Anspruch 1, worin der modifizierte Ruß einen PAK 22-Gehalt von 5 ppm oder weniger aufweist.
Der modifizierte Ruß gemäß Anspruch 1, worin der modifizierte Ruß einen PAK 22-Gehalt von 1 ppm oder weniger aufweist.
Der modifizierte Ruß gemäß Anspruch 1, worin der modifizierte Ruß einen PAK 22-Gehalt von 0,001 ppm bis 5 ppm aufweist.
Ein modifizierter Ruß mit einem PAK-Gehalt von 75 ppm oder weniger, worin der PAK-Gehalt basierend auf einem PAK 22-Gehalt bestimmt wird, der Ruß ein Ofenruß ist, worin der modifizierte Ruß einen Ruß mit wenigstens einer befestigten und/oder darauf adsorbierten chemischen Gruppe umfasst.
Der modifizierte Ruß gemäß Anspruch 10, worin der PAK-Gehalt 10 ppm oder weniger beträgt.
Der modifizierte Ruß gemäß Anspruch 10, worin der PAK-Gehalt von 0,001 ppm bis 8 ppm beträgt.
Der modifizierte Ruß gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, worin der Ruß oberflächendeaktiviert ist.
Der modifizierte Ruß gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, worin der Ruß ein Ruß der Verstärkungsklasse ist mit wenigstens 10% Reduktion in wenigstens einer Oberflächenaktivierungseigenschaft im Vergleich zu einem Ruß mit ungefähr dem gleichen STSA und ohne befestigter oder adsorbierter chemischen Gruppe.
Der modifizierte Ruß gemäß Anspruch 14, worin die Oberflächenaktivierungseigenschaft als Bound Rubber-Gehalt eines Elastomerverbundstoffs, umfassend den modifizierten Ruß, gemessen wird.
Der modifizierte Ruß gemäß Anspruch 14, worin die Oberflächenaktivierungseigenschaft als wenigstens eine Verstärkungsleistungseigenschaft eines Elastomerverbundstoffs, umfassend den modifizierten Ruß, gemessen wird.
Der modifizierte Ruß gemäß Anspruch 16, worin die Verstärkungsleistungseigenschaft Beanspruchung/Belastung ist.
Der modifizierte Ruß gemäß Anspruch 14, worin die Oberflächenaktivierungseigenschaft wenigstens eine Grenzflächenpotentialeigenschaft ist.
Der modifizierte Ruß gemäß einem der Ansprüche 1 bis 18, worin der Ruß getempert ist.
Der modifizierte Ruß gemäß einem der Ansprüche 1 bis 19, worin der Ruß ein Ruß der Verstärkungsklasse ist.
Der modifizierte Ruß gemäß Anspruch 10, worin der modifizierte Ruß einen Ruß mit darauf befestigter wenigstens einer chemischen Gruppe umfasst.
Der modifizierte Ruß gemäß Anspruch 10, worin der modifizierte Ruß einen Ruß mit darauf adsorbierter wenigstens einer chemischen Gruppe umfasst.
Der modifizierte Ruß gemäß Anspruch 22, worin die adsorbierte Gruppe ein Triazol ist, umfassend:
oder Tautomere davon; worin Z_b eine Alkylengruppe ist, wo b 0 oder 1 ist; X, welches gleich oder verschieden ist, H, NH₂, SH, NHNH₂, CHO, COOR, COOH, CONR₂, CN, CH₃, OH, NDD' oder CF₃ ist; A eine funktionelle Gruppe ist, welche S_kR, SSO₃H, SO₂NRR', SO₂SR, SNRR', SNQ, SO₂NQ, CO₂NQ, S-(1,4-Piperazindiyl)-SR, 2-(1,3-Dithianyl), oder 2-(1,3-Dithiolanyl) ist; oder ein linearer, verzweigter, aromatischer oder zyklischer Kohlenwasserstoffrest, substituiert mit einer oder mehreren der funktionellen Gruppen; wo R und R', welche gleich oder verschieden sind, Wasserstoff; verzweigtes oder unverzweigtes C₁-C₁₂ unsubstituiertes oder substituiertes Alkyl, Alkenyl, Alkinyl; unsubstituiertes oder substituiertes Aryl; unsubstituiertes oder substituiertes Heteroaryl; unsubstituiertes oder substituiertes Alkylaryl; unsubstituiertes oder substituiertes Arylalkyl, Arylen, Heteroarylen oder Alkylarylen sind; k eine ganze Zahl von 1 bis 8 ist, wenn R H ist und andernfalls ist k 2 bis 8; Q (CH₂)_w, (CH₂)_xO(CH₂)_z, (CH₂)_xNR(CH₂)_z oder (CH₂)_xS(CH₂)_z ist, wo x 1 bis 6 ist, z 1 bis 6 ist und w 2 bis 6 ist; E eine polyschwefelhaltige Gruppe ist; und das Triazol optional N-substituiert ist mit einem NDD'-Substituenten, wo D und D', welche gleich oder verschieden sind, H oder C₁-C₄-Alkyl sind.
Der modifizierte Ruß gemäß Anspruch 23, worin das Triazol umfasst:
oder Tautomere davon, E ist S_w, wo w 2 bis 8 ist, SSO, SSO₂, SOSO₂, SO₂SO₂.
Der modifizierte Ruß gemäß Anspruch 23, worin das Triazol umfasst:
oder Tautomere davon.
Der modifizierte Ruß gemäß Anspruch 23, worin das Triazol ist:
oder Tautomere davon und worin Y H oder NH₂ ist.
Der modifizierte Ruß gemäß Anspruch 23, worin der Ruß darauf adsorbiert hat: 3-Amino-1,2,4-triazol-5-thiol, 3-Amino-1,2,4-triazol-5-yl-disulfid, 1,2,4-Triazol-3-thiol. oder 1,2,4-triazol-3-yl-disulfid, oder jede Kombination davon.
Der modifizierte Ruß gemäß Anspruch 23 mit einem Pyrazol darauf adsorbiert, umfassend:
oder Tautomere davon; worin Z_b eine Alkylengruppe ist, wo b 0 oder 1 ist; X und Y unabhängig H, NH₂, SH, NHNH₂, CHO, COOR, COOH, CONR₂, CN, CH₃, OH, NDD' oder CF₃ sind, oder Y ist R, wo jedes X und Y gleich oder verschieden sind; A eine funktionelle Gruppe ist, welche S_kR, SSO₃H, SO₂NRR', SO₂SR, SNRR', SNQ, SO₂NQ, CO₂NQ, S-(1,4-Piperazindiyl)-SR, 2-(1,3-Dithianyl) oder 2-(1,3-Dithiolanyl) ist; oder ein linearer, verzweigter, aromatischer oder zyklischer Kohlenwasserstoffrest, substituiert mit einer oder mehreren der funktionellen Gruppen; wo R und R', welche gleich oder verschieden sind, Wasserstoff; verzweigtes oder unverzweigtes C₁-C₁₂ unsubstituiertes oder substituiertes Alkyl, Alkenyl, Alkinyl; unsubstituiertes oder substituiertes Aryl; unsubstituiertes oder substituiertes Heteroaryl; unsubstituiertes oder substituiertes Alkylaryl; unsubstituiertes oder substituiertes Arylalkyl, Arylen, Heteroarylen oder Alkylarylen sind; k eine ganze Zahl von 1 bis 8 ist, wenn R H ist und andernfalls ist k 2 bis 8; Q (CH₂)_w, (CH₂)_xO(CH₂)_z, (CH₂)_xNR(CH₂)_z oder (CH₂)_xS(CH₂)_z ist, wo x 1 bis 6 ist, z 1 bis 6 ist und w 2 bis 6 ist; und D und D', welche gleich oder verschieden sind, H oder C₁-C₄-Alkyl sind; E eine polyschwefelhaltige Gruppe ist.
Der modifizierte Ruß gemäß Anspruch 22, worin die adsorbierte Gruppe ist: a) wenigstens ein Triazol; b) wenigstens ein Pyrazol; oder jede Kombination daraus, wobei der modifizierte Füllstoff den Abriebbeständigkeit verbessert, wenn er in einer Elastomerzusammensetzung vorhanden ist, im Vergleich zum Füllstoff, welcher nicht modifiziert ist.
Der modifizierte Ruß gemäß Anspruch 29, wobei a) vorhanden ist und ein 1,2,4-Triazol ist.
Der modifizierte Ruß gemäß Anspruch 29, wobei a) oder b) einen Schwefel-enthaltenden Substituenten beinhalten.
Der modifizierte Ruß gemäß Anspruch 29, weiter umfassend wenigstens eine chemische Gruppe, die am Ruß befestigt ist.
Der modifizierte Ruß gemäß Anspruch 32, worin die chemische Gruppe wenigstens eine organische Gruppe ist.
Der modifizierte Ruß gemäß Anspruch 33, worin die organische Gruppe umfasst: a) wenigstens ein Triazol; b) wenigstens ein Pyrazol; c) wenigstens ein Imidazol; oder jede Kombinationen daraus.
Der modifizierte Ruß gemäß Anspruch 34, worin die organische Gruppe Triazol ist, welches am Ruß befestigt ist und umfasst:
oder Tautomere davon; worin Z_b eine Alkylengruppe ist, wo b 0 oder 1 ist; X eine Bindung zum Füllstoff umfasst; Y H, Alkyl, Aryl oder NH₂ ist; A eine funktionelle Gruppe ist, welche S_kR, SSO₃H, SO₂NRR', SO₂SR, SNRR', SNQ, SO₂NQ, CO₂NQ, S-(1,4-Piperazindiyl)-SR, 2-(1,3-Dithianyl), oder 2-(1,3-Dithiolanyl) ist; oder ein linearer, verzweigter, aromatischer oder zyklischer Kohlenwasserstoffrest, substituiert mit einer oder mehreren der funktionellen Gruppen; wo R und R', welche gleich oder verschieden sind, Wasserstoff; verzweigtes oder unverzweigtes C₁-C₁₂ unsubstituiertes oder substituiertes Alkyl, Alkenyl, Alkinyl; unsubstituiertes oder substituiertes Aryl; unsubstituiertes oder substituiertes Heteroaryl; unsubstituiertes oder substituiertes Alkylaryl; unsubstituiertes oder substituiertes Arylalkyl, Arylen, Heteroarylen oder Alkylarylen sind; k eine ganze Zahl von 1 bis 8 ist; und Q (CH₂)_w, (CH₂)_xO(CH₂)_z, (CH₂)_xNR(CH₂)_z oder (CH₂)_xS(CH₂)_z ist, wo x 1 bis 6 ist, z 1 bis 6 ist und w 2 bis 6 ist.
Der modifizierte Ruß gemäß Anspruch 33, worin die organische Gruppe Triazol ist, das am Ruß-Füllstoff befestigt ist, und umfasst:
oder Tautomere davon; worin Z_b eine Alkylengruppe ist, wo b 0 oder 1 ist; wenigstens ein X eine Bindung zum Füllstoff umfasst und jedes verbleibende X eine Bindung zum Füllstoff oder eine funktionelle Gruppe umfasst; A eine funktionelle Gruppe ist, welche S_kR, SSO₃H, SO₂NRR', SO₂SR, SNRR', SNQ, SO₂NQ, CO₂NQ, S-(1,4-Piperazindiyl)-SR, 2-(1,3-Dithianyl), oder 2-(1,3-Dithiolanyl) ist; oder ein linearer, verzweigter, aromatischer oder zyklischer Kohlenwasserstoffrest, substituiert mit einer oder mehreren der funktionellen Gruppen; wo R und R', welche gleich oder verschieden sind, Wasserstoff; verzweigtes oder unverzweigtes C₁-C₁₂ unsubstituiertes oder substituiertes Alkyl, Alkenyl, Alkinyl; unsubstituiertes oder substituiertes Aryl; unsubstituiertes oder substituiertes Heteroaryl; unsubstituiertes oder substituiertes Alkylaryl; unsubstituiertes oder substituiertes Arylalkyl, Arylen, Heteroarylen oder Alkylarylen sind; k eine ganze Zahl von 1 bis 8 ist, wenn R H ist und andernfalls ist k 2 bis 8; Q (CH₂)_w, (CH₂)_xO(CH₂)_z, (CH₂)_xNR(CH₂)_z oder (CH₂)_xS(CH₂)_z ist, wo x 1 bis 6 ist, z 1 bis 6 ist und w 2 bis 6 ist. E ein polyschwefelhaltiger Rest ist; und das Triazol optional N-substituiert ist mit einem NDD'-Substituenten, wo D und D', welche gleich oder verschieden sind, H oder C₁-C₄-Alkyl sind.
Der modifizierte Ruß gemäß Anspruch 33, worin die organische Gruppe Triazol ist, das am Ruß-Füllstoff befestigt ist, und umfasst:
oder Tautomere davon; und wenigstens ein X die Bindung ist und das andere X H, NH₂, oder OH ist.
Der modifizierte Ruß gemäß Anspruch 33, worin die organische Gruppe Triazol ist, das am Ruß befestigt ist, und umfasst:
oder Tautomere davon; wo E S₂ ist, X H, OH oder NH₂ ist oder eine Bindung zum Füllstoff umfasst, und worin wenigstens ein X eine Bindung zum Füllstoff umfasst.
Der modifizierte Ruß gemäß Anspruch 34, worin die organische Gruppe Triazol ist, das am Ruß befestigt ist und das eine 1,2,4-Triazol-3-yl-Gruppe ist.
Der modifizierte Ruß gemäß Anspruch 34, worin die organische Gruppe Triazol ist, das am Ruß befestigt ist und das eine 3-Mercapto-1,2,4-triazol-5-yl-Gruppe ist.
Der modifizierte Ruß gemäß Anspruch 34, worin die organische Gruppe Imidazol ist, das am Ruß befestigt ist.
Der modifizierte Ruß gemäß Anspruch 34, worin das Imidazol am Ruß befestigt ist und umfasst:
oder Tautomere davon; worin Z_b eine Alkylengruppe ist, wo b 0 oder 1 ist; jedes X eine Bindung zum Füllstoff, H, Alkyl, Aryl oder NH₂ umfasst, mit der Maßgabe, dass wenigstens ein X eine Bindung umfasst; Y H oder NH₂ ist; A eine funktionelle Gruppe ist, welche S_kR, SSO₃H, SO₂NRR', SO₂SR, SNRR', SNQ, SO₂NQ, CO₂NQ, S-(1,4-Piperazindiyl)-SR, 2-(1,3-Dithianyl) oder 2-(1,3-Dithiolanyl) ist; oder ein linearer, verzweigter, aromatischer oder zyklischer Kohlenwasserstoffrest, substituiert mit einer oder mehreren der funktionellen Gruppen; wo R und R', welche gleich oder verschieden sind, Wasserstoff; verzweigtes oder unverzweigtes C₁-C₁₂ unsubstituiertes oder substituiertes Alkyl, Alkenyl, Alkinyl; unsubstituiertes oder substituiertes Aryl; unsubstituiertes oder substituiertes Heteroaryl; unsubstituiertes oder substituiertes Alkylaryl; unsubstituiertes oder substituiertes Arylalkyl, Arylen, Heteroarylen oder Alkylarylen sind; k eine ganze Zahl von 1 bis 8 ist; Q (CH₂)_w, (CH₂)_xO(CH₂)_z, (CH₂)_xNR(CH₂)_z oder (CH₂)_xS(CH₂)_z ist, wo x 1 bis 6 ist, z 1 bis 6 ist und w 2 bis 6 ist; und E eine polyschwefelhaltige Gruppe ist.
Der modifizierte Ruß gemäß Anspruch 33, worin die organische Gruppe eine aliphatische Gruppe oder eine aromatische Gruppe umfasst.
Der modifizierte Ruß gemäß Anspruch 33, worin die organische Gruppe eine Alkylgruppe oder eine aromatische Gruppe mit wenigstens einer funktionellen Gruppe umfasst, welche R, OR, COR, COOR, OCOR, ein Carboxylatsalz, Halogen, CN, NR₂, SO₃H, ein Sulfonatsalz, NR(COR), CONR₂, NO₂, PO₃H₂, ein Phosphonatsalz, ein Phosphatsalz N=NR, NR₃ ⁺X^–, PR₃ ⁺X^–, S_kR, SSO₃H, ein SSO₃ ^–-Salz, SO₂NRR', SO₂SR, SNRR', SNQ, SO₂NQ, CO₂NQ, S-(1,4-Piperazindiyl)-SR, 2-(1,3-Dithianyl), 2-(1,3-Dithiolanyl), SOR oder SO₂R ist, worin R und R', welche gleich oder verschieden sind, unabhängig Wasserstoff, verzweigter oder unverzweigter C₁-C₁₂ substituierter oder unsubstituierter, gesättigter oder ungesättigter Kohlenwasserstoff sind, und k eine ganze Zahl im Bereich von 1 bis 8 ist und X^– ein Halogenid oder ein Anion ist, abgeleitet aus einer Mineral- oder organischen Säure, Q (CH₂)_w, (CH₂)_xO(CH₂)_z, (CH₂)_xNR(CH₂)_z oder (CH₂)_xS(CH₂)_z ist, worin w eine ganze Zahl von 2 bis 6 ist und x und z unabhängig voneinander ganze Zahlen von 1 bis 6 sind.
Der modifizierte Ruß gemäß Anspruch 33, worin die organische Gruppe umfasst eine aromatische Gruppe mit einer Formel AyAr-, wobei Ar ein aromatischer Rest ist und A R, OR, COR, COOR, OCOR, ein Carboxylatsalz, Halogen, CN, NR₂, SO₃H, ein Sulfonatsalz, NR(COR), CONR₂, NO₂, PO₃H₂, ein Phosphonatsalz, ein Phosphatsalz N=NR, NR₃ ⁺X^–, PR₃ ⁺X^–, S_kR, SSO₃H, ein SSO₃ ^–-Salz, SO₂NRR', SO₂SR, SNRR', SNQ, SO₂NQ, CO₂NQ, S-(1,4-Piperazindiyl)-SR, 2-(1,3-Dithianyl), 2-(1,3-Dithiolanyl), SOR oder SO₂R ist, worin R und R', welche gleich oder verschieden sind, unabhängig Wasserstoff, verzweigter oder unverzweigter C₁-C₁₀₀ substituierter oder unsubstituierter, gesättigter oder ungesättigter Kohlenwasserstoff sind, und k eine ganze Zahl im Bereich von 1 bis 8 ist und X^– ein Halogenid oder ein Anion ist, abgeleitet aus einer Mineral- oder organischen Säure, Q (CH₂)_w, (CH₂)_xO(CH₂)_z, (CH₂)_xNR(CH₂)_z oder (CH₂)_xS(CH₂)_z ist, wo w eine ganze Zahl von 2 bis 6 ist und x und z unabhängig ganze Zahlen von 1 bis 6 sind und y eine ganze Zahl von 1 bis zur Gesamtzahl aller -CH-Reste im aromatischen Rest ist.
Der modifizierte Ruß gemäß Anspruch 1, worin die chemische Gruppe befestigt ist und eine aromatische Gruppe mit einer Formel AyAr- umfasst, worin Ar ein aromatischer Rest ist und A R, OR, COR, COOR, OCOR, ein Carboxylatsalz, Halogen, CN, NR₂, SO₃H, ein Sulfonatsalz, NR(COR), CONR₂, NO₂, PO₃H₂, ein Phosphonatsalz, ein Phosphatsalz N=NR, NR₃ ⁺X^–, PR₃ ⁺X^–, S_kR, SSO₃H, ein SSO₃ ^–-Salz, SO₂NRR', SO₂SR, SNRR', SNQ, SO₂NQ, CO₂NQ, S-(1,4-Piperazindiyl)-SR, 2-(1,3-Dithianyl), 2-(1,3-Dithiolanyl), SOR oder SO₂R ist, worin R und R', welche gleich oder verschieden sind, unabhängig Wasserstoff, verzweigter oder unverzweigter C₁-C₁₀₀ substituierter oder unsubstituierter, gesättigter oder ungesättigter Kohlenwasserstoff sind, und k eine ganze Zahl im Bereich von 1 bis 8 ist und X^– ein Halogenid oder ein Anion ist, abgeleitet aus einer Mineral- oder organischen Säure, Q (CH₂)_w, (CH₂)_xO(CH₂)_z, (CH₂)_xNR(CH₂)_z oder (CH₂)_xS(CH₂)_z ist, wo w eine ganze Zahl von 2 bis 6 ist und x und z unabhängig ganze Zahlen von 1 bis 6 sind und y eine ganze Zahl von 1 bis zur Gesamtzahl aller -CH-Reste im aromatischen Rest ist.
Der modifizierte Ruß gemäß Anspruch 46, worin Ar eine Triazolgruppe umfasst.
Der modifizierte Ruß gemäß Anspruch 46, worin Ar eine Pyrazolgruppe umfasst.
Der modifizierte Ruß gemäß Anspruch 46, worin Ar eine Imidazolgruppe umfasst.
Der modifizierte Ruß gemäß Anspruch 46, worin die organische Gruppe wenigstens eine Aminomethylphenylgruppe ist.
Der modifizierte Ruß gemäß Anspruch 46, worin die organische Gruppe X-C₆H₄-S-S-C₆H₄-X ist, wo wenigstens ein X eine Bindung zum Ruß ist und das andere X eine Bindung zum Ruß oder eine funktionelle Gruppe ist.
Der modifizierte Ruß gemäß Anspruch 46, worin die organische Gruppe wenigstens ein aromatisches Sulfid oder Polysulfid umfasst.
Der modifizierte Ruß gemäß einem der Ansprüche 10 bis 52, mit einer adsorbierten Menge von 0,001 bis 10 Mikromol an heterocyclischen Gruppen/m² Oberflächenbereich des Rußes.
Der modifizierte Ruß gemäß einem der Ansprüche 32 bis 52, mit einer befestigten Menge von 0,001 bis 6 Mikromol an heterocyclischen Gruppen/m² Oberflächenbereich des Rußes.
Der modifizierte Ruß gemäß einem der Ansprüche 1 bis 54, worin der modifizierte Ruß den Abriebbeständigkeit verbessert, wenn er in einer Elastomerzusammensetzung vorhanden ist, im Vergleich zu einem Ruß, welcher nicht modifiziert ist, aber denselben PAK-Gehalt und im Wesentlichen den gleichen STSA aufweist.
Der modifizierte Ruß gemäß Anspruch 55, worin die Abriebbeständigkeit um wenigstens 10% erhöht ist.
Der modifizierte Ruß gemäß Anspruch 55, worin die Abriebbeständigkeit um wenigstens 50% erhöht ist.
Der modifizierte Ruß gemäß Anspruch 55, worin die Abriebbeständigkeit um wenigstens 75% erhöht ist.
Der modifizierte Ruß gemäß Anspruch 55, worin die Abriebbeständigkeit um wenigstens 100% erhöht ist.
Der modifizierte Füllstoff gemäß einem der Ansprüche 1 bis 54, worin der modifizierte Ruß die Abriebbeständigkeit verbessert, wenn er in einer Elastomerzusammensetzung vorhanden ist, im Vergleich zu einem Ruß, welcher nicht modifiziert ist, aber denselben PAK-Gehalt und STSA aufweist, und die Hysterese verbessert (herabsetzt), wenn er in der Elastomerzusammensetzung vorhanden ist, im Vergleich zu einem Ruß, welcher nicht modifiziert ist, aber denselben PAK-Gehalt aufweist.
Der modifizierte Füllstoff gemäß Anspruch 60, worin die Hysterese um wenigstens 5% verbessert (herabgesetzt) wird.
Der modifizierte Ruß gemäß Anspruch 60, worin die Hysterese um wenigstens 10% verbessert (herabgesetzt) wird.
Der modifizierte Ruß gemäß Anspruch 60, worin die Hysterese um wenigstens 20% verbessert (herabgesetzt) wird.
Der modifizierte Ruß gemäß Anspruch 60, worin die Abriebbeständigkeit um wenigstens 10% erhöht wird und die Hysterese um wenigstens 5% verbessert (herabgesetzt) wird.
Der modifizierte Ruß gemäß Anspruch 60, worin die Abriebbeständigkeit um wenigstens 50% erhöht wird und die Hysterese um wenigstens 10% verbessert (herabgesetzt) wird.
Der modifizierte Ruß gemäß Anspruch 60, worin die Abriebbeständigkeit um wenigstens 75% erhöht wird und die Hysterese um wenigstens 15% verbessert (herabgesetzt) wird.
Der modifizierte Ruß gemäß Anspruch 10, worin die chemische Gruppe befestigt ist und ein Triazol ist, umfassend:
oder Tautomere davon, worin Z_b eine Alkylengruppe ist, wo b 0 oder 1 ist; wenigstens ein X eine Bindung zum Füllstoff umfasst und jedes verbleibende X eine Bindung zum Füllstoff oder eine funktionelle Gruppe umfasst; A eine funktionelle Gruppe ist, welche S_kR, SSO₃H, SO₂NRR', SO₂SR, SNRR', SNQ, SO₂NQ, CO₂NQ, S-(1,4-Piperazindiyl)-SR, 2-(1,3-Dithianyl) oder 2-(1,3-Dithiolanyl) ist; oder ein linearer, verzweigter, aromatischer oder zyklischer Kohlenwasserstoffrest, substituiert mit einer oder mehreren der funktionellen Gruppen; wo R und R', welche gleich oder verschieden sein können, Wasserstoff; verzweigtes oder unverzweigtes C₁-C₁₂ unsubstituiertes oder substituiertes Alkyl, Alkenyl, Alkinyl; unsubstituiertes oder substituiertes Aryl; unsubstituiertes oder substituiertes Heteroaryl; unsubstituiertes oder substituiertes Alkylaryl; unsubstituiertes oder substituiertes Arylalkyl, Arylen, Heteroarylen oder Alkylarylen sind; k eine ganze Zahl von 1 bis 8 ist; Q (CH₂)_w, (CH₂)_xO(CH₂)_z, (CH₂)_xNR(CH₂)_z oder (CH₂)_xS(CH₂)_z ist, wo x 1 bis 6 ist, z 1 bis 6 ist und w 2 bis 6 ist; und E ein polyschwefelhaltiger Rest ist; und das Triazol optional N-substituiert ist mit einem NDD'-Substituenten, wo D und D', welche gleich oder verschieden sind, H oder C₁-C₄-Alkyl sind.
Der modifizierte Ruß gemäß Anspruch 67, worin das Triazol ist:
oder Tautomere davon.
Der modifizierte Ruß gemäß Anspruch 67, worin das Triazol ist:
oder Tautomere davon.
Der modifizierte Ruß gemäß einem der Ansprüche 32 bis 52 oder 67 bis 69 mit einer befestigten Menge von 0,1 bis 6 Mol/m² Füllstoffoberfläche.
Der modifizierte Ruß gemäß einem der Ansprüche 1 bis 70, worin der modifizierte Ruß die Hysterese verbessert, wenn er in einer Elastomerzusammensetzung vorhanden ist, im Vergleich zu einem Ruß, der nicht modifiziert ist.
Der modifizierte Ruß gemäß Anspruch 71, worin die Hysterese um wenigstens 5% herabgesetzt ist.
Der modifizierte Ruß gemäß Anspruch 71, worin die Hysterese um wenigstens 10% herabgesetzt ist.
Der modifizierte Ruß gemäß Anspruch 71, worin die Hysterese um wenigstens 20% herabgesetzt ist.
Der modifizierte Ruß gemäß Anspruch 10, worin die chemische Gruppe befestigtes Ar(CH₂)_qS_k(CH₂)_rAr' ist, worin Ar und Ar' gleich oder verschieden sind und Arylen oder Heteroarylen sind; k eine ganze Zahl von 1 bis 8 ist; q eine ganze Zahl von 0 bis 4 ist; und r eine ganze Zahl von 0 bis 4 ist.
Der modifizierte Ruß gemäß Anspruch 75, worin Ar und Ar' ein Arylen sind; k eine ganze Zahl von 1 bis 8 ist; und q und r 0 sind.
Der modifizierte Ruß gemäß Anspruch 75, worin Ar und Ar' Phenylen sind; k eine ganze Zahl von 2 bis 4 ist; und q und r 0 sind.
Der modifizierte Ruß gemäß Anspruch 75, worin k 2 ist.
Der modifizierte Ruß gemäß Anspruch 75, worin Ar und Ar' ein Heteroarylen sind; k eine ganze Zahl von 1 bis 8 ist; und q und r 0 sind.
Der modifizierte Ruß gemäß Anspruch 75, worin Ar und Ar' Benzothiazolylen sind; k eine ganze Zahl von 2 bis 4 ist; und q und r 0 sind.
Der modifizierte Ruß gemäß Anspruch 75, worin k 2 ist.
Der modifizierte Ruß gemäß Anspruch 10, worin die chemische Gruppe Ar(CH₂)_qS_k(CH₂)_rAr' ist, worin Ar ein Arylen oder ein Heteroarylen ist; Ar' ein Aryl oder ein Heteroaryl ist; k eine ganze Zahl von 1 bis 8 ist; q eine ganze Zahl von 0 bis 4 ist; und r eine ganze Zahl von 0 bis 4 ist.
Der modifizierte Ruß gemäß Anspruch 82, worin Ar ein Arylen ist; Ar' ein Aryl ist; k eine ganze Zahl von 1 bis 8 ist; und q und r 0 sind.
Der modifizierte Ruß gemäß Anspruch 82, worin Ar Phenylen ist; Ar' Phenyl ist; k eine ganze Zahl von 2 bis 4 ist; und q und r 0 sind.
Der modifizierte Ruß gemäß Anspruch 82, worin Ar Phenylen ist; Ar' ein Heteroaryl ist; k eine ganze Zahl von 1 bis 8 ist; und q und r 0 sind.
Der modifizierte Ruß gemäß Anspruch 82, worin Ar Phenylen ist; Ar' Benzothiazolyl ist; k eine ganze Zahl von 2 bis 4 ist; und q und r 0 sind.
Der modifizierte Ruß gemäß Anspruch 10, worin die chemische Gruppe -(C₆H₄)-S_k-(C₆H₄)-NH₂ ist, worin k eine ganze Zahl von 2 bis 8 ist.
Der modifizierte Ruß gemäß Anspruch 10, worin die chemische Gruppe -(C₆H₄)-S_k-(C₆H₄)-NH₂ ist, worin k 2 ist.
Der modifizierte Ruß gemäß einem der Ansprüche 1 bis 88, worin der Ruß nicht graphitiert wurde.
Eine Elastomerzusammensetzung, umfassend den modifizierten Ruß gemäß einem der Ansprüche 1 bis 89 und wenigstens ein Elastomer.
Ein Herstellungserzeugnis, umfassend die Elastomerzusammensetzung gemäß Anspruch 90.
Das Erzeugnis gemäß Anspruch 91, worin das Erzeugnis ein Reifen oder eine Komponente davon ist.
Das Erzeugnis gemäß Anspruch 91, worin das Erzeugnis eine Reifenlauffläche oder Reifenseitenwand ist.
Ein Verfahren zum Verbessern der Abriebbeständigkeit in einer Elastomerzusammensetzung, umfassend das Einbringen wenigstens eines modifizierten Rußes gemäß einem der Ansprüche 1 bis 89 in die Elastomerzusammensetzung vor dem Vernetzen.
Ein Verfahren zum Verbessern (Herabsetzen) der Hysterese in einer Elastomerzusammensetzung, umfassend das Einbringen wenigstens eines modifizierten Rußes gemäß einem der Ansprüche 1 bis 89 in die Elastomerzusammensetzung vor dem Aushärten.
Ein Verfahren zum Erhöhen der Abriebbeständigkeit und Herabsetzen der Hysterese in einer Elastomerzusammensetzung, umfassend das Einbringen des modifizierten Rußes gemäß einem der Ansprüche 1 bis 89 in die Elastomerzusammensetzung vor dem Aushärten.
Ein Verfahren zum Herstellen eines modifizierten Rußes, das Verfahren umfassend: Einbringen wenigstens eines Ruß-ergebenden Ausgangsmaterials in einen Reaktor an einer oder mehreren Einführungsstellen und Zusammenführen des wenigstens einen Ruß-ergebenden Ausgangsmaterials mit einem Strom an heißen Gasen, um Ruß und PAK-Spezies in einem Reaktionsstrom zu bilden, und der Reaktionsstrom wandert stromabwärts von diesen einen oder mehreren Einführungsstellen, und Aussetzen des Reaktionsstroms einer Temperatur, die ausreichend ist, um im Wesentlichen die PAK-Spezies zu zerstören, und anschließend Abschrecken (reaction quenching) des Reaktionsstromes enthaltend den Ruß, und Rückgewinnen des Rußes mit einem PAK 22 von 75 ppm oder weniger nach dem Abschrecken; und anschließendes Befestigen und/oder Adsorbieren von einer der mehreren chemischen Gruppen auf dem Ruß.
Ein Verfahren zum Herstellen eines modifizierten Rußes, das Verfahren umfassend: Einführen wenigstens eines Ruß-ergebenden Ausgangsmaterials in einen Reaktor an einer oder mehreren Einführungsstellen und Zusammenführen des wenigstens einen Ruß-ergebenden Ausgangsmaterials mit einem Strom an heißen Gasen, um Ruß und PAK-Spezies in einem Reaktionsstrom zu bilden, und der Reaktionsstrom wandert stromabwärts von dieser einen oder mehreren Einführungsstellen, und Aussetzen des Reaktionsstromes einer Temperatur, die ausreichend ist, um die PAK-Spezies zu zerstören, und zumindest teilweise die Oberfläche des Rußes zu deaktivieren und anschließend den Reaktionsstrom, enthaltend den Ruß, abschrecken und Rückgewinnen des Rußes mit einem PAK 22 von 75 ppm oder weniger nach dem Abschrecken; und anschließendes Befestigen und/oder Adsorbieren von einer oder mehreren chemischen Gruppen auf dem Ruß, um wenigstens teilweise eine oder mehrere Eigenschaften wiederherzustellen, die aufgrund der Oberflächendeaktivierung verloren gegangen sind, und um den modifizierten Ruß zu bilden.
Das Verfahren gemäß Anspruch 98, worin der Reaktionsstrom eine Verweildauer von 10 bis 500 ms hat.
Das Verfahren gemäß Anspruch 99, worin die Verweildauer 30 bis 300 ms bei einer Temperatur von ungefähr 1200°C bis ungefähr 1800°C beträgt.
Das Verfahren gemäß Anspruch 98, worin die Temperatur erreicht wird durch Einführen von ein oder mehreren Oxidationsmittel-enthaltenden Strömen in den Reaktionsstrom nachdem der Oberflächenbereich des Rußes sich gebildet hat und vor dem Abschrecken.
Ein Verfahren zum Herstellen von modifizierten Ruß, das Verfahren umfassend: Unterwerfen eines Ausgangsrußes mit einem PAK-Gehalt von über 75 ppm einer Temperaturbehandlung von 1200°C bis 1800°C für einen Zeitraum von 30 Minuten bis 4 Stunden, der ausreichend ist, um den Ruß zu tempern und im Wesentlichen den PAK-Gehalt zu zerstören, so dass man einen reduzierten PAK-Gehalt von 50 ppm oder weniger hat, und anschließendes Befestigen und/oder Adsorbieren von einer oder mehreren chemischen Gruppen auf dem Ruß.
Das Verfahren gemäß Anspruch 102, worin der reduzierte PAK-Gehalt 10 ppm oder weniger ist.
Das Verfahren gemäß Anspruch 103, worin der Ausgangsruß oberflächendeaktiviert wird während der Temperaturbehandlung.