DE19839925A1 - Improved inversion carbon blacks of smaller rolling resistance - Google Patents
Improved inversion carbon blacks of smaller rolling resistanceInfo
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft verbesserte Inversions ruße sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung.The present invention relates to improved inversions and a process for their preparation.
Ruße werden in großem Maße als Verstärkerruße in Gummimi schungen für die Reifenindustrie eingesetzt. Die Eigen schaften der Ruße beeinflussen dabei in Verbindung mit den Eigenschaften der eingesetzten Gummimischungen die Ge brauchseigenschaften der fertigen Reifen.Carbon blacks are largely used as booster carbon blacks used for the tire industry. The own The influence of the carbon blacks in connection with the Properties of the rubber compounds used Ge useful properties of the finished tires.
Gefordert werden ein hoher Abriebwiderstand, ein geringer Rollwiderstand sowie eine gute Haftung bei nasser Fahrbahn. Die beiden letzteren Eigenschaften werden wesentlich durch das viskoelastische Verhalten der Laufflächenmischung be einflußt. Bei periodischer Verformung kann das viskoelasti sche Verhalten durch den mechanischen Verlustfaktor tanδ und im Falle von Dehnung oder Stauchung durch den dynami schen Dehnmodul |E*| beschrieben werden. Beide Größen sind stark temperaturabhängig. Die Haftung auf nasser Fahrbahn wird dabei gemeinhin mit dem Verlustfaktor tanδ0 bei etwa 0°C und der Rollwiderstand mit dem Verlustfaktor tanδ60 bei etwa 60°C korreliert. Je höher der Verlustfaktor bei der tiefen Temperatur ist, um so besser ist gewöhnlich die Haf tung der Reifenmischung auf nasser Fahrbahn. Zur Verminde rung des Rollwiderstandes wird dagegen ein möglichst klei ner Verlustfaktor bei der hohen Temperatur gefordert.High abrasion resistance, low rolling resistance and good adhesion on wet roads are required. The two latter properties are significantly influenced by the viscoelastic behavior of the tread compound be. For periodic deformation, the viscoelastic behavior can be determined by the mechanical loss factor tanδ and in the case of elongation or compression by the dynamic expansion modulus | E * | to be discribed. Both sizes are strongly temperature dependent. The wet grip is commonly correlated with the loss factor tan δ 0 at about 0 ° C and the rolling resistance with the loss factor tan δ 60 at about 60 ° C. The higher the loss factor at the low temperature, the better the adhesion of the tire mix on wet roads is usually better. To reduce tion of the rolling resistance, however, a klei ner loss factor is required at the high temperature.
Der Abriebwiderstand und die viskoelastischen Eigenschaf ten, also auch der Verlustfaktor der Laufflächenmischungen, werden wesentlich durch die Eigenschaften der eingesetzten Verstärkerruße bestimmt. Die wesentliche Einflußgröße ist hierbei die spezifische Oberfläche, insbesondere die CTAB-Ober fläche, welche ein Maß für die kautschukwirksamen Ober flächenanteile des Rußes ist. Mit zunehmender CTAB-Ober fläche steigen Abriebwiderstand und tanδ an.Abrasion resistance and viscoelastic properties the loss factor of the tread mixtures, are significantly affected by the properties of the Amplifier soot determined. The main influence is Here, the specific surface, in particular the CTAB-Ober surface, which is a measure of the rubber-effective upper surface portions of the soot is. With increasing CTAB upper surface increase abrasion resistance and tanδ.
Weitere wichtige Rußparameter sind die DBP-Absorption und die 24M4-DBP-Absorption als Maßzahlen für die Ausgangs struktur, beziehungsweise die nach mechanischer Beanspru chung des Rußes noch verbleibende Reststruktur, sowie die spezifische Oberfläche (auch BET-Oberfläche) der Ruße nach DIN 66 132.Other important soot parameters are the DBP absorption and the 24M4 DBP absorption as measures of the output structure, or the mechanical Beanspru the remaining soot structure, as well as the specific surface area (also BET surface area) of the carbon blacks DIN 66 132.
Die genannten Rußparameter hängen von der Form der Rußteil chen ab. Bei der Rußherstellung bilden sich zunächst soge nannte Primärteilchen mit Durchmessern zwischen 10 und 500 nm, die zu festen dreidimensionalen Aggregaten zusammen wachsen. Die räumliche Struktur und die Partikelgrößen Verteilung dieser Aggregate findet ihren Niederschlag in den zu messenden Rußparametern.The soot parameters mentioned depend on the shape of the soot part from. In the production of carbon black initially form soge called primary particles with diameters between 10 and 500 nm, the solid three-dimensional aggregates together to grow. The spatial structure and the particle sizes Distribution of these aggregates is reflected in the soot parameters to be measured.
Für Laufflächenmischungen sind Ruße geeignet, die CTAB-Ober flächen zwischen 20 und 1902/g und 24M4-DBP-Absorp tionswerte zwischen 40 und 140 ml/100 g aufweisen.For tread mixtures, carbon blacks having CTAB surface areas between 20 and 190 2 / g and 24M4 DBP absorption values between 40 and 140 ml / 100 g are suitable.
Der mittlere Partikeldurchmesser der Rußaggregate dient zur Klassifizierung der Ruße gemäß ASTM D-1765. Es handelt sich dabei um eine vierstellige alphanumerische Nomenklatur, wobei der erste Buchstabe (ein N oder ein S) eine Aussage über die Vulkanisationseigenschaften macht, während die erste Ziffer der nachfolgenden dreistelligen Zahl eine Information über die mittlere Teilchengröße gibt. Diese ASTM-Klassifizierung ist allerdings sehr grob. So kann es innerhalb eines dieser ASTM-Klassifierungsbereiche zu erheblich abweichenden viskoelastischen Eigenschaften der Laufflächenmischungen kommen.The mean particle diameter of the carbon black aggregates is used for Classification of carbon blacks according to ASTM D-1765. It is about with a four-digit alphanumeric nomenclature, where the first letter (an N or an S) is a statement makes about the vulcanization properties, while the first digit of the following three digit number one Information about the mean particle size gives. These ASTM classification, however, is very crude. That's the way it works within one of these ASTM classification ranges significantly different viscoelastic properties of Tread mixtures come.
Die DE 195 21 565 beschreibt sogenannte Inversionsruße,
weitgehend die Forderungen nach geringem Rollwiderstand und
verbesserter Haftung erfüllen. Es handelt sich dabei um
Ruße, bei denen das Verhältnis von tanδ0/tanδ60 bei Einar
beitung in eine SSBR/BR-Gummimischung der Beziehung
DE 195 21 565 describes so-called Inversionsruße, largely meet the requirements for low rolling resistance and improved adhesion. These are carbon blacks in which the ratio of tanδ 0 / tanδ 60 when processed into a SSBR / BR rubber compound of the relationship
tanδ0/tanδ60 < 2,76-6,7 × 10-3 × CTAB,
tanδ 0 / tanδ 60 <2.76-6.7 × 10 -3 × CTAB,
genügt und der Wert von tanδ60 stets niedriger ist als der entsprechende Wert für ASTM-Ruße mit gleicher CTAB-Oberflä che und 24M4-DBP Absorption.is sufficient and the value of tanδ 60 is always lower than the corresponding value for ASTM carbon blacks with the same CTAB surface and 24M4-DBP absorption.
Die Ruße gemäß der DE 195 21 565 werden nach dem Furnaceruß-Verfahren hergestellt, mit welchem heute die überwiegende Menge der in der Reifenindustrie verwendeten Ruße produziert werden. Für die Herstellung der Inversions ruße wurde dieses Verfahren speziell modifiziert.The carbon blacks according to DE 195 21 565 are according to the Furnaceruß process produced, with which today the vast majority of those used in the tire industry Carbon blacks are produced. For the production of inversions This procedure was specially modified.
Das Furnaceruß-Verfahren beruht auf dem Prinzip der oxida tiven Pyrolyse, das heißt der unvollständigen Verbrennung, von Rußrohstoffen in einem mit hochfeuerfestem Material ausgekleideten Reaktor. Als Rußrohstoff werden sogenannte Rußöle eingesetzt, aber auch gasförmige Kohlenwasserstoffe können allein oder gleichzeitig mit Rußöl verwendet werden. Unabhängig von der speziellen Bauform des Reaktors können drei Zonen im Rußreaktor unterschieden werden, die drei verschiedenen Stufen der Rußerzeugung entsprechen. Die Zo nen liegen längs der Reaktorachse hintereinander und werden nacheinander von den Reaktionsmedien durchströmt.The Furnaceruß process is based on the principle of oxida intensive pyrolysis, ie incomplete combustion, of carbon black raw materials in one with high refractory material lined reactor. As carbon black raw material so-called Soot oils used, but also gaseous hydrocarbons can be used alone or simultaneously with carbon black. Regardless of the specific design of the reactor can three zones in the carbon black reactor are distinguished, the three correspond to different stages of soot production. The Zo NEN lie along the reactor axis one behind the other and be flows through successively from the reaction media.
Die erste Zone, die sogenannte Verbrennungszone, umfaßt im wesentlichen die Brennkammer des Reaktors. Hier wird ein heißes Brennkammer-Abgas erzeugt, indem ein Brennstoff, in der Regel Kohlenwasserstoffe, mit einem Überschuß von vor gewärmter Verbrennungsluft oder anderen sauerstoffhaltigen Gasen verbrannt wird. Als Brennstoff wird heute überwiegend Erdgas verwendet, aber auch flüssige Kohlenwasserstoffe wie Heizöl können eingesetzt werden. Die Verbrennung des Brennstoffes erfolgt gewöhnlich unter Sauerstoffüberschuß. Nach dem Buch "Carbon Black", 2nd Edition, Marcel Dekker Inc., New York 1993, Seite 20 ist es für die Erzielung einer optimalen Energieausnutzung entscheidend, daß ein möglichst vollständiger Umsatz des Brennstoffes zu Kohlendioxid und Wasser in der Brennkammer erfolgt. Der Luftüberschuß fördert dabei den vollständigen Umsatz des Brennstoffes. Der Brennstoff wird gewöhnlich mittels einer oder mehrerer Brennerlanzen in die Brennkammer eingeführt.The first zone, the so-called combustion zone, comprises in essentially the combustion chamber of the reactor. Here is one hot combustor exhaust produced by a fuel, in usually hydrocarbons, with an excess of before warmed combustion air or other oxygenated Gas is burned. As fuel today becomes predominant Natural gas used, but also liquid hydrocarbons like Heating oil can be used. The burning of the Fuel is usually under excess oxygen. After the book "Carbon Black", 2nd Edition, Marcel Dekker Inc., New York 1993, page 20 is for achievement optimal energy utilization is crucial to that as complete as possible turnover of the fuel Carbon dioxide and water takes place in the combustion chamber. The Excess air promotes the full turnover of the Fuel. The fuel is usually used by means of a or more burner lances introduced into the combustion chamber.
Als Meßzahl zur Kennzeichnung des Luftüberschusses wird häufig der sogenannte K-Faktor verwendet. Es handelt sich bei dem K-Faktor um das Verhältnis der für eine stöchio metriche Verbrennung des Brennstoffes benötigten Luftmenge zu der tatsächlich der Verbrennung zugeführten Luftmenge. Ein K-Faktor von 1 bedeutet also eine stöchiometrische Ver brennung. Bei Luftüberschuß ist der K-Faktor kleiner 1. Üb licherweise wird mit K-Faktoren zwischen 0,3 und 0,9 gear beitet.As measure for the identification of the excess air is often used the so-called K-factor. It is about at the K-factor the ratio of the for a stöchio metriche combustion of the fuel required amount of air to the actual amount of combustion air supplied. A K-factor of 1 means a stoichiometric Ver incineration. With excess air, the K-factor is less than 1. Üb Typically, with K-factors between 0.3 and 0.9 gear beitet.
In der zweiten Zone des Rußreaktors, der sogenannten Reak tionszone, findet die Rußbildung statt. Dazu wird der Ruß rohstoff in den Strom des heißen Abgases injiziert und ein gemischt. Bezogen auf die in der Verbrennungszone nicht vollständig umgesetzte Sauerstoffmenge ist die in der Reak tionszone eingebrachte Kohlenwasserstoffmenge im Überschuß. Daher setzt hier normalerweise die Rußbildung ein.In the second zone of the carbon black reactor, the so-called Reak tion zone, the soot formation takes place. This is the soot raw material is injected into the stream of hot exhaust gas and a mixed. Not related to those in the combustion zone completely converted amount of oxygen is in the reac tion zone introduced amount of hydrocarbons in excess. Therefore, soot formation usually starts here.
Rußöl kann auf verschiedene Art in den Reaktor injiziert werden. Geeignet ist zum Beispiel eine axiale Ölinjektions lanze oder eine, beziehungsweise mehrere, radiale Öllanzen, die in einer Ebene senkrecht zur Strömungsrichtung auf dem Umfang des Reaktors angeordnet sind. Ein Reaktor kann längs der Strömungsrichtung mehrere Ebenen mit radialen Öllanzen aufweisen. Am Kopf der Öllanzen befinden sich entweder Sprüh- oder Spritzdüsen, mit denen das Rußöl in den Strom des Abgases eingemischt wird.Soot oil can be injected into the reactor in various ways become. For example, an axial oil injection is suitable lance or one, or more, radial oil lances, in a plane perpendicular to the flow direction on the Scope of the reactor are arranged. A reactor can be longitudinal the flow direction several levels with radial oil lances respectively. At the head of the oil lances are either Spray or spray nozzles that allow the soot oil in the stream of the exhaust gas is mixed.
Bei gleichzeitiger Verwendung von Rußöl und gasförmigen Kohlenwasserstoffen, wie zum Beispiel Methan, als Rußroh stoff, können die gasförmigen Kohlenwasserstoffe getrennt vom Rußöl über einen eigenen Satz von Gaslanzen in den Strom des heißen Abgases injiziert werden.With simultaneous use of soot oil and gaseous Hydrocarbons, such as methane, as Rußroh substance, the gaseous hydrocarbons can be separated from soot oil over its own set of gas lances in the Stream of hot exhaust gas to be injected.
In der dritten Zone des Rußreaktors, der sogenannten Ab bruchzone (Quenchzone), wird die Rußbildung durch schnelles Abkühlen des rußhaltigen Prozeßgases abgebrochen. Dadurch werden unerwünschte Nachreaktionen vermieden. Solche Nach reaktionen würden zu porösen Rußen führen. Den Reaktionsab bruch erreicht man gewöhnlich durch Einsprühen von Wasser mittels geeigneter Sprühdüsen. Meist weist der Rußreaktor mehrere Stellen längs des Reaktors für das Einsprühen von Wasser, beziehungsweise "Quenchen", auf, so daß man die Verweilzeit des Rußes in der Reaktionszone variieren kann. In einem nachgeschalteten Wärmetauscher wird die Restwärme des Prozeßgases genutzt, um die Verbrennungsluft vorzuwär men.In the third zone of the carbon black reactor, the so-called Ab break zone (quench zone), the soot formation by rapid Cooling of the soot-containing process gas stopped. Thereby undesirable post-reactions are avoided. Such after Reactions would lead to porous carbon blacks. The reactionab Breakage is usually achieved by spraying water by means of suitable spray nozzles. Mostly the carbon black reactor several places along the reactor for spraying Water, or "quenching", on, so that the Residence time of the carbon black in the reaction zone may vary. In a downstream heat exchanger, the residual heat the process gas used to preheat the combustion air men.
Es ist eine Vielzahl von verschiedenen Reaktorformen be kannt geworden. Die beschriebenen Varianten betreffen alle drei Reaktorzonen, wobei sich besonders viele Ausbildungs formen auf die Reaktionszone und die Anordnung der Injek tionslanzen für den Rußrohstoff beziehen. Moderne Reaktoren weisen meist mehrere Ölinjektionslanzen auf, die sowohl über den Umfang des Reaktors als auch längs der Reak torachse verteilt sind. Die auf mehrere Einzelströme aufge teilte Rußölmenge kann besser in den aus der Brennkammer strömenden Strom heißen Brennkammer-Abgases eingemischt werden. Durch längs der Strömungsrichtung örtlich verteilte Eingabestellen ist eine zeitliche Staffelung der Ölinjek tion möglich.It is a variety of different reactor shapes has become known. The variants described concern all three reactor zones, with particularly many training form on the reaction zone and the arrangement of the Injek tion lances for the carbon black raw material. Modern reactors usually have several oil injection lances, both over the circumference of the reactor as well as along the reac Torachse are distributed. The auf auf up to several individual streams shared soot can be better in the out of the combustion chamber flowing stream of hot combustion gas exhaust gas mixed become. Distributed locally along the direction of flow Entry points is a time staggering of the Ölinjek possible.
Die Primärteilchengröße und damit auch die normalerweise leicht bestimmbare spezifische Rußoberfläche können durch die Menge des in das heiße Abgas injizierten Rußöles einge stellt werden. Werden die Mengen und die Temperaturen des in der Brennkammer erzeugten Abgases konstant gehalten, dann ist allein die Rußölmenge für die Primärteilchengröße beziehungsweise die spezifische Rußoberfläche verantwort lich. Größere Rußölmengen führen zu grobteiligeren Rußen mit niedrigeren spezifischen Oberflächen als geringere Ruß ölmengen. Zugleich mit der Veränderung der Rußölmenge än dert sich die Reaktionstemperatur: Da das eingesprühte Rußöl die Temperatur im Reaktor senkt, bedeuten größere Rußölmengen niedrigere Temperaturen und umgekehrt. Daraus folgt der in dem schon eingangs zitierten Buch "Carbon Black" auf Seite 34 beschriebene Zusammenhang zwischen Ruß bildungstemperatur und spezifischer Rußoberfläche bezie hungsweise Primärteilchengröße.The primary particle size and thus the normal easily determinable specific soot surface can by the amount of the injected into the hot exhaust gas soot oil be presented. Are the quantities and temperatures of the held in the combustion chamber exhaust gas kept constant then only the amount of carbon black for the primary particle size is or the specific soot surface responsible Lich. Larger amounts of carbon black result in coarser particulate carbon blacks with lower specific surface areas than lower soot quantities of oil. At the same time with the change in the amount of soot än the reaction temperature is lowered: since the sprayed Soot oil lowers the temperature in the reactor, mean larger Soot oil amounts lower temperatures and vice versa. from that follows in the already cited book "Carbon Black "on page 34 describes the relationship between soot education temperature and specific Rußoberfläche berzie primary particle size.
Wird das Rußöl auf zwei verschiedene Injektionsstellen, die längs der Reaktorachse gegeneinander versetzt sind, aufge teilt, so ist an der ersten stromaufwärts liegenden Stelle die in dem Brennkammer-Abgas noch enthaltene Menge des Restsauersstoffs relativ zum eingesprühten Rußöl im Über schuß vorhanden. Die Rußbildung findet also an dieser Stelle bei höherer Temperatur statt als im Vergleich zu nachfolgenden Rußinjektionsstellen, d. h. an der ersten Injektionsstelle bilden sich stets feinteiligere Ruße mit höherer spezifischer Oberfläche als an einer nachfolgenden Injektionsstelle. Jede weitere Injektion von Rußölen führt zu weiteren Temperaturabsenkungen und zu Rußen mit größeren Primärteilchen. Solcher Art hergestellte Ruße weisen also eine Verbreiterung der Aggregatgrößen-Verteilungskurve auf und zeigen nach Einarbeitung in Gummi ein anderes Verhalten als Ruße mit einem sehr engen monomodalen Aggregatgrößen spektrum. Die breitere Aggregatgrößen-Verteilungskurve führt zu einem geringeren Verlustfaktor der Gummimischung, das heißt zu einer geringeren Hysterese, weshalb man auch von low hysteresis Rußen spricht. Ruße dieser Art, beziehungsweise Verfahren zu ihrer Herstellung, werden in den Patenten EP 0 315 442 und EP 0 519 988 beschrieben.The soot oil is applied to two different injection sites, the along the reactor axis offset from each other, up shares, so is at the first upstream location the still contained in the combustion chamber exhaust gas amount of Residual oxygen relative to the sprayed soot oil in the over shot available. The soot formation is thus at this Place at higher temperature than when compared to following soot injection sites, d. H. at the first Injection site always form finely divided carbon blacks higher specific surface than at a subsequent Injection site. Any further injection of soot oils will result to further temperature drops and soot with larger ones Primary. Thus produced carbon blacks have so a widening of the aggregate size distribution curve and show a different behavior after incorporation into gum as carbon blacks with a very narrow monomodal aggregate sizes spectrum. The wider aggregate size distribution curve leads to a lower loss factor of the rubber compound, that means a lower hysteresis, which is why you too speaks of low hysteresis soot. Carbon blacks of this type, or processes for their preparation are in Patents EP 0 315 442 and EP 0 519 988.
Die konventionellen Verfahren sind also in der Lage, durch längs der Reaktorachse versetztes Einsprühen des Rußöles Ruße mit einer breiteren Aggregatgrößen-Verteilungskurve zu erzeugen, die nach Einarbeitung in Gummimischungen diesen Gummimischungen einen verringerten Rollwiderstand verlei hen.The conventional methods are thus able to pass through along the reactor axis offset spraying of the carbon black Blacks with a broader aggregate size distribution curve produce after incorporation into rubber compounds this Rubber compounds give a reduced rolling resistance hen.
Zur Herstellung der Inversionsruße wurde das Furnaceruß- Verfahren in anderer Art und Weise modifiziert. Während die konventionellen Furnaceruß-Verfahren eine möglichst voll ständige Verbrennung des Brennstoffes in der Brennkammer, beziehungsweise in der Verbrennungszone, zum Ziel haben, beruht das Verfahren gemäß der DE 195 21 565 zur Herstel lung von Inversionsrußen darauf, daß durch unvollständige Verbrennung des Brennstoffes in der Verbrennungszone Koh lenstoffkeime gebildet werden, die mit dem Strom des heißen Abgases in die Reaktionszone transportiert werden und dort eine keiminduzierte Rußbildung mit dem zugeführten Rußroh stoff in Gang setzen. Die angestrebte unvollständige Ver brennung des Brennstoffes bedeutet jedoch nicht, daß der Brennstoff in einem Unterschuß von Sauerstoff verbrannt wird. Vielmehr geht das erfindungsgemäße Verfahren eben falls von einem Überschuß an Luft oder sauerstoffhaltigen Gasen in der Brennkammer aus. Dabei können wie bei konven tionellen Rußen K-Faktoren zwischen 0,3 und 0,9 angewendet werden.To prepare the inversion blacks, the furnace carbon black Modified method in another way. While the Conventional Furnaceruß process as full as possible permanent combustion of the fuel in the combustion chamber, or in the combustion zone, the process according to DE 195 21 565 is based on the manufacturer tion of inversion soot that by incomplete Combustion of fuel in the combustion zone Koh be formed with the flow of hot Exhaust gases are transported to the reaction zone and there a germ-induced soot formation with the supplied Rußroh start up the fabric. The intended incomplete Ver However, combustion of the fuel does not mean that the Fuel burned in a deficit of oxygen becomes. Rather, the method of the invention is just if there is an excess of air or oxygen Gases in the combustion chamber. It can as konven tional carbon black K factors between 0.3 and 0.9 applied become.
Um trotz des Luftüberschusses Rußkeime zu erzeugen, können gemäß der DE 195 21 565 verschiedene Wege beschritten wer den. Bei einer bevorzugten Variante des Verfahrens geht man von flüssigen Kohlenwasserstoffen als Brennstoff aus, die anstelle von Erdgas in der Brennkammer des Reaktors mit ei nem Überschuß an Luft oder sauerstoffhaltigen Gasen ver brannt werden. Flüssige Kohlenwasserstoffe verbrennen lang samer als gasförmige, da sie zuerst in die Gasform über führt, das heißt verdampft werden müssen. Trotz Sauerstoff überschuß können daher mit flüssigen Kohlenwasserstoffen neben der Verbrennung auch Kohlenstoffkeime produziert wer den, die - falls genügend Zeit vorhanden ist und die Tempe ratur genügend hoch ist - auch wieder verbrennen, oder aber bei rascher Abkühlung zu größeren Rußteilchen wachsen kön nen. Die keiminduzierte Rußbildung beruht darauf, daß man die bei der Verbrennung von flüssigen Kohlenwasserstoffen unter Sauerstoffüberschuß gebildeten Keime unmittelbar mit dem Rußöl in Kontakt bringt und damit das Keimwachstum ein leitet.In order to produce soot nuclei despite the excess air, you can according to DE 195 21 565 various ways followed the. In a preferred variant of the method one goes of liquid hydrocarbons as fuel, the instead of natural gas in the combustion chamber of the reactor with egg nem excess of air or oxygen-containing gases ver be burned. Liquid hydrocarbons burn for a long time more samer than gaseous, as they are first in the gaseous form leads, that is, must be evaporated. Despite oxygen therefore, excess can be used with liquid hydrocarbons in addition to burning, carbon germs are also produced the one that - if there is enough time and the Tempe is high enough - burn again, or else with rapid cooling to larger soot particles grow NEN. The germ-induced soot formation is based on that one in the combustion of liquid hydrocarbons nuclei formed in excess of oxygen directly the soot oil brings into contact and thus the germination passes.
Eine andere Variante des Verfahrens gemäß der DE 195 21 565 verwendet Erdgas als Brennstoff. Eine Keimbildung wird da durch erreicht, daß die Ausströmungsgeschwindigkeit des Ga ses aus der beziehungsweise den Brennerlanzen so niedrig gewählt wird, daß man bewußt eine schlechte Einmischung des Erdgases in den heißen Strom der Verbrennungsluft erreicht. Die Bildung von Rußkeimen bei schlecht durchmischten Flam men ist bekannt, wobei man wegen des Aufleuchtens der ge bildeten Teilchen auch von leuchtenden Flammen spricht. Bei dieser Verfahrensweise ist es ebenfalls wie bei der Ver brennung von flüssigen Kohlenwasserstoffen wichtig, daß die gebildeten Keime unmittelbar nach der Entstehung mit dem Rußöl in Berührung gebracht werden. Sorgt man durch eine größere Brennkammer beziehungsweise Verbrennungszone dafür, daß sich die Keime mit dem im Überschuß vorhandenen Sauer stoff in der Verbrennungszone umsetzen können, läßt man also eine vollständige Verbrennung in der Verbrennungszone des Rußreaktors zu, so findet keine keiminduzierte Rußbil dung statt.Another variant of the method according to DE 195 21 565 uses natural gas as fuel. A germination is there achieved by that the outflow velocity of the Ga It's so low from the burner lances It is chosen that one consciously a bad interference of the Natural gas reaches the hot stream of combustion air. The formation of soot nuclei in poorly mixed flames men is known, where it is because of the lighting of the ge Particles also spoke of glowing flames. at This procedure is also the same as Ver combustion of liquid hydrocarbons important that the formed germs immediately after emergence with the Soot oil are brought into contact. Carried by one larger combustion chamber or combustion zone therefor, that the germs with the surplus acid present can implement material in the combustion zone, one leaves So a complete combustion in the combustion zone of the carbon black reactor, there is no germ-induced soot instead of.
Beide beschriebenen Varianten können auch miteinander kom biniert werden. In diesem Fall werden die flüssigen Kohlen wasserstoffe und Erdgas oder andere gasförmige Brennstoffe in geeigneten Verhältnissen gleichzeitig der Verbrennungs zone zugeführt. Als flüssige Kohlenwasserstoffe werden be vorzugt Öle, zum Beispiel das Rußöl selber, eingesetzt.Both variants described can also kom together be combined. In this case, the liquid coals hydrogen and natural gas or other gaseous fuels in suitable proportions at the same time the combustion zone supplied. As liquid hydrocarbons be be preferably oils, for example, the soot oil itself, used.
Das Verfahren gemäß der DE 195 21 565 besteht also darin, daß man in der Verbrennungszone, in welcher bezogen auf die eingesetzten Kohlenwasserstoffe der Sauerstoff im Überschuß vorhanden ist, flüssige und/oder gasförmige Kohlenwasser stoffe als Brennstoffe einsetzt und dafür sorgt, daß sich zum Beispiel durch eine ungenügende Verweilzeit der flüssi gen Kohlenwasserstoffe oder durch eine ungenügende Durch mischung der gasförmigen Kohlenwasserstoffe mit der Ver brennungsluft, Rußkeime bilden, die man unmittelbar nach ihrer Entstehung mit dem Rußrohstoff, der bezogen auf die Sauerstoffmenge im Überschuß eingesetzt wird, in der Reak tionszone in Kontakt bringt, das entstehende Ruß-Reaktions gasgemisch dann durch Eindüsen von Wasser in der Abbruch zone abkühlt und den so entstandenen Ruß in der üblichen Weise weiterverarbeitet.The method according to DE 195 21 565 is thus to that in the combustion zone, in which in relation to the used hydrocarbons, the oxygen in excess is present, liquid and / or gaseous hydrocarbon fuels as fuel and ensures that for example, by an insufficient residence time of the liquid Hydrocarbons or by an insufficient Durch mixture of gaseous hydrocarbons with the Ver combustion air, form soot nuclei, which are immediately after their origin with the carbon black raw material, which related to the Oxygen level is used in excess, in the reac tion zone brings into contact, the resulting carbon black reaction gas mixture then by injecting water into the demolition zone cools and the resulting soot in the usual Way further processed.
Der Brennstoff trägt gemäß der DE 195 21 565 entscheidend zur Rußbildung bei und wird im folgenden daher als primärer Rußrohstoff bezeichnet. Der in die Reaktionszone einzumi schende Rußrohstoff wird dementsprechend als sekundärer Rußrohstoff bezeichnet und trägt den mengenmäßig größten Teil zum gebildeten Ruß bei.The fuel carries according to DE 195 21 565 crucial to the formation of soot and is therefore in the following as the primary Designated carbon black. To enter the reaction zone Shedding carbon black is accordingly secondary Carbon black referred to and carries the largest amount Part of the formed soot at.
Die Inversionsruße gemäß der DE 195 21 565 verleihen Ruß mischungen gegenüber entsprechenden konventionellen Rußen einen verringerten Rollwiderstand und eine vergleichbare Naßhaftung. Weiterhin wurde durch AFM-Untersuchungen (AFM = Atomic Force Microscopy) gefunden, daß die Inversionsruße eine signifikant rauhere Oberfläche als korrespondierende Standard ASTM-Ruße aufweisen und dadurch eine verbesserte Anbindung des Kautschukpolymers an die Rußpartikel ermögli chen (siehe W. Gronski et al. "NMR Relaxation - A Method Relevant for Technical Properties of Carbon Black Filled Rubbers"; International rubber conference 1997, Nürnberg, Seite 107). Die verbesserte Anbindung des Kautschukpolymers führt zu dem verringerten Rollwiderstand.The inversion carbon black according to DE 195 21 565 impart carbon black mixtures with respect to corresponding conventional carbon blacks a reduced rolling resistance and a comparable Wet adhesion. Further, AFM investigations (AFM = Atomic Force Microscopy) found that the inversion soot a significantly rougher surface than corresponding surface Standard ASTM carbon blacks and thereby improved Connection of the rubber polymer to the soot particles ermögli (See W. Gronski et al., "NMR Relaxation - A Method Relevant for Technical Properties of Carbon Black Filled Rubbers ", International rubber conference 1997, Nuremberg, Page 107). The improved bonding of the rubber polymer leads to the reduced rolling resistance.
Untersuchungen zum Abrieb von Gummimischungen unter Verwen dung von Inversionsrußen haben gezeigt, daß diese Ruße den Gummimischungen bei geringen Belastungen einen verbesserten Abriebwiderstand verleihen. Bei hohen Belastungen, wie sie bei Reifen für Lastkraftwagen auftreten, weisen diese Gum mimischungen einen erhöhten Abrieb auf.Investigations on the abrasion of rubber mixtures using Inversion carbon blacks have shown that these blacks produce the Rubber compounds improved under low loads To give abrasion resistance. At high loads, like them occur in tires for trucks, this gum mimischungen increased abrasion.
Aufgabe der vorliegen Erfindung ist es daher, verbesserte Inversionsruße anzugeben, welche sich insbesondere durch einen verminderten Abrieb bei hohen Belastungen auszeich nen.The object of the present invention is therefore to improve Specify inversion soot, which in particular by characterized a reduced abrasion at high loads NEN.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Furnaceruß mit CTAB-
Werten zwischen 20 und 190 m2/g und 24M4-DBP Absorption
zwischen 40 und 140 ml/100 g mit einem Verhältnis
tanδ0/tanδ60, welches bei Einarbeitung in eine SSBR/BR-Gum
mimischung der Beziehung
This object is achieved by a Furnaceruß with CTAB values between 20 and 190 m 2 / g and 24M4-DBP absorption between 40 and 140 ml / 100 g with a ratio tanδ 0 / tanδ 60 , which when incorporated into a SSBR / BR- Gum mimic the relationship
tanδ0/tanδ60 < 2,76-6,7 × 10-3 × CTAB,
tanδ 0 / tanδ 60 <2.76-6.7 × 10 -3 × CTAB,
genügt, wobei der Wert von tanδ60 stets niedriger ist als der Wert für ASTM-Ruße mit gleicher CTAB-Oberfläche und 24M4-DBP Absorption. Dieser Ruß ist dadurch gekennzeichnet, daß die Verteilungskurve der Partikeldurchmesser der Rußaggregate eine absolute Schiefe von weniger als 400 000 nm3 aufweist.the value of tan δ 60 is always lower than the value for ASTM carbon blacks having the same CTAB surface area and 24M4 DBP absorption. This carbon black is characterized in that the distribution curve of the particle diameter of the carbon black aggregates has an absolute skewness of less than 400,000 nm 3 .
Die erfindungsgemäßen Ruße erfüllen bezüglich des Verhält nisses tanδ0/tanδ60 dieselben Anforderungen wie die bekann ten Inversionsruße und verleihen daher bei Einarbeitung in Gummimischungen den daraus hergestellten Reifen einen verminderten Rollwiderstand. Sie zeichnen sich jedoch gegenüber den bekannten Inversionsrußen durch eine engere Aggregatgrößenverteilung aus. Zur Beschreibung der Aggregatgrößenverteilung wird hierbei das aus der Statistik bekannte Maß der "absoluten Schiefe" verwendet (siehe: Lothar Sachs: "Statistische Auswertungsmethoden", Springer- Verlag Berlin, 3. Auflage, Seiten 81 bis 83). Es stellt eine dem vorliegenden Problem angemessenere Beschreibung der Form der Aggregatgrößenverteilungskurve dar als eine Beschränkung der Aggregatgrößen durch Maximal- und Minimalwerte. With regard to the ratio tanδ 0 / tanδ 60, the carbon blacks according to the invention fulfill the same requirements as the known inversion blacks and therefore, when incorporated into rubber mixtures, impart reduced rolling resistance to the tires made therefrom. However, they are distinguished from the known inversion carbon blacks by a narrower aggregate size distribution. To describe the aggregate size distribution, the "absolute skewness" measure known from statistics is used (see: Lothar Sachs: "Statistical Evaluation Methods", Springer-Verlag Berlin, 3rd edition, pages 81 to 83). It is a description of the shape of the aggregate size distribution curve more appropriate to the present problem than a limitation of aggregate sizes by maximum and minimum values.
Unter der "absoluten Schiefe" versteht man die Abweichung von einer symmetrischen Aggregatgrößenverteilung. Eine schiefe Verteilungskurve liegt vor, wenn einer der beiden absteigenden Äste der Verteilungskurve verlängert ist. Ist der linke Kurventeil verlängert, spricht man von negativer Schiefe, das heißt die Bestimmung der absoluten Schiefe liefert Werte unter Null. Ist der rechte Kurvenabschnitt verlängert, so liegt eine positive Schiefe mit Werten grö ßer als Null vor. Die bekannte ASTM-Ruße sowie die Inversi onsruße und die erfindungsgemäßen Ruße weisen eine positive Schiefe unterschiedlicher Ausprägung auf.The "absolute skewness" means the deviation from a symmetric aggregate size distribution. A skewed distribution curve exists if one of the two descending branches of the distribution curve is extended. is the left part of the curve lengthens, it is called negative Leaning, that is the determination of the absolute skewness returns values below zero. Is the right corner section extended, so there is a positive skewness with values grö above zero. The well-known ASTM carbon blacks as well as the inversi Onsruße and the carbon blacks of the invention have a positive Skewness of different severity.
Überraschender Weise wurde gefunden, daß die im Stand der Technik akzeptierte Auffassung, eine verbreiterte Aggregat größenverteilung des Verstärkerrußes verleihe den Kaut schukmischungen einen verminderten Rollwiderstand, keine Allgemeingültigkeit beanspruchen kann. Die bei Inversions rußen zu beobachtende Verbesserung des Rollwiderstandes von Kautschukmischungen ist offensichtlich nicht von der Breite der Aggregatgrößenverteilung abhängig, sondern wird im we sentlichen durch die größere Oberflächenrauhigkeit der In versionsruße und die damit verknüpfte bessere Anbindung des Kautschukpolymers an die Rußoberfläche verursacht.Surprisingly, it was found that in the state of Technique accepted view, a widened aggregate size distribution of the amplifier soot lend the chew Schukmischungen a reduced rolling resistance, none May claim universality. The at inversions reduce the rolling resistance of Rubber compounds is obviously not of breadth the aggregate size distribution depends, but is in the we sentlichen by the larger surface roughness of In version soot and the associated better connection of the Rubber polymer caused to the carbon black surface.
Gegenüber den bekannten Inversionsrußen mit ihrer relativ breiten Aggregatgrößenverteilung kann nun deren Abriebwi derstand erfindungsgemäß dadurch verbessert werden, daß die Breite der Aggregatverteilung eingeschränkt wird. Insbeson dere muß der Anteil von Rußaggregaten mit großen Teilchen durchmessern verringert werden, wenn die Ruße den Kau tschukmischungen neben einem verminderten Rollwiderstand gleichzeitig einen verbesserten Abriebwiderstand verleihen sollen. Dies ist dann der Fall, wenn die absolute Schiefe der Aggregatgrößenverteilung geringer als 400 000, bevorzugt geringer als 200 000 nm3, ist. Die absolute Schiefe der aus der DE 195 21 565 bekannten Inversionsruße liegt oberhalb von 400 000 nm3, während die absolute Schiefe von Standard ASTM-Rußen unterhalb von 100 000 nm3 liegt.Compared with the known inversion with their relatively broad aggregate size distribution now Abriebwi resistor according to the invention can be improved by the fact that the width of the aggregate distribution is limited. In particular, the proportion of carbon black aggregates having large particle diameters must be reduced if the carbon blacks are to impart improved wear resistance to rubber compounds in addition to reduced rolling resistance. This is the case when the absolute skewness of the aggregate size distribution is less than 400,000, preferably less than 200,000 nm 3 . The absolute skewness of the inversion blacks known from DE 195 21 565 is above 400 000 nm 3 , while the absolute skewness of standard ASTM carbon blacks is below 100 000 nm 3 .
Die absolute Schiefe der Aggregatgrößenverteilung eines Rußes
kann mit Hilfe einer Scheibenzentrifuge und entspre
chende Auswertung der Meßwerte ermittelt werden. Die zu un
tersuchende Rußprobe wird hierbei in einer wäßrigen Lösung
dispergiert und in einer Scheibenzentrifuge nach ihrer
Teilchengröße aufgetrennt: je größer die Partikel sind, je
größer also ihre Masse ist, um so schneller bewegen sich
die Rußpartikel infolge der Zentrifugalkraft in der
wäßrigen Lösung nach außen. Sie durchwandern dabei eine
Lichtschranke, mit deren Hilfe die Extinktion als Funktion
der Zeit aufgenommen wird. Aus diesen Daten wird die
Aggregatgrößenverteilung, das heißt die Häufigkeit als
Funktion des Teilchendurchmessers errechnet. Hieraus kann
die absolute Schiefe AS wie folgt ermittelt werden:
The absolute skewness of the aggregate size distribution of a soot can be determined with the aid of a disc centrifuge and corresponding evaluation of the measured values. The sample to be examined is dispersed in an aqueous solution and separated in a disk centrifuge according to their particle size: the larger the particles are, the greater their mass, the faster the soot particles move outwards due to the centrifugal force in the aqueous solution , They walk through a photoelectric barrier, which absorbs the extinction as a function of time. From these data, the aggregate size distribution, that is the frequency as a function of the particle diameter is calculated. From this, the absolute skewness AS can be determined as follows:
Hierin bezeichnet Hi die Häufigkeit, mit der der Teilchen durchmesser xi auftritt. x ist dabei der Teilchendurchmes ser der Teilchen, deren Masse der mittleren Teilchenmasse der Rußaggregate entspricht. x wird ebenfalls mit Hilfe der Aggregatgrößenverteilung berechnet. Die Summationen in der obigen Formel müssen im Bereich von 1 nm bis 3000 nm in äquidistanten Abständen von jeweils einem Nanometer vorgenommen werden. Eventuell fehlende Meßwerte werden durch lineare Interpolation berechnet.Here, H i denotes the frequency with which the particle diameter x i occurs. In this case, x is the particle diameter of the particles whose mass corresponds to the mean particle mass of the carbon black aggregates. x is also calculated using the aggregate size distribution. The summations in the above formula must be made in the range of 1 nm to 3000 nm at equidistant intervals of one nanometer each. Any missing measured values are calculated by linear interpolation.
Die erfindungsgemäßen Inversionsruße lassen sich nach dem in der DE 195 21 565 beschriebenen generischen Verfahren herstellen. Gemäß diesem Verfahren wird der Inversionsruß in einem Rußreaktor hergestellt, welcher längs der Reak torachse eine Verbrennungszone, eine Reaktionszone und eine Abbruchzone enthält. In der Verbrennungszone wird durch Verbrennen eines primären Rußrohstoffes in Sauerstoff ent haltenden Gasen ein Strom heißer Abgase erzeugt. Dieser heiße Gasstrom wird von der Verbrennungszone durch die Re aktionszone in die Abbruchzone geleitet. In der Reaktions zone wird ein sekundärer Rußrohstoffe in das heiße Abgas eingemischt. Die Rußbildung wird in der Abbruchzone durch Einsprühen von Wasser abgestoppt. Hierbei wird als primärer Rußrohstoff Öl, ein Öl/Erdgas-Gemisch oder Erdgas allein verwendet. Die Verbrennung des primären Rußrohstoffes in der Verbrennungszone wird so geführt, daß sich Rußkeime bilden, mit denen der sekundäre Rußrohstoff unmittelbar in Kontakt gebracht wird.The inversion blacks according to the invention can be prepared according to the in DE 195 21 565 generic methods described produce. According to this method, the inversion soot becomes produced in a carbon black reactor, which along the Reak Torachse a combustion zone, a reaction zone and a Contains demolition zone. In the combustion zone is through Burning a primary Rußrohstoffs in oxygen ent holding a stream of hot exhaust gases generated. This hot gas flow is from the combustion zone through the Re action zone in the demolition zone passed. In the reaction Zone is a secondary Rußrohstoffe in the hot exhaust gas mixed. The soot formation is carried out in the demolition zone Spraying water stopped. This is called primary Carbon black oil, an oil / gas mixture or natural gas alone used. The combustion of the primary carbon black in The combustion zone is guided so that Rußkeime form, with which the secondary Rußrohstoff directly in Contact is brought.
Um die erfindungsgemäßen Ruße zu erhalten muß dieses Ver fahren nun so geführt werden, daß der sich bildende Ruß eine Aggregatgrößenverteilung mit einer absoluten Schiefe von weniger als 400 000 nm3 aufweist. Dies kann zum Beispiel durch Erhöhen der Zufuhr von Verbrennungsluft, primärem und sekundärem Rußrohstoff erreicht werden.In order to obtain the carbon blacks according to the invention, this process must now be carried out in such a way that the carbon black which forms has an aggregate size distribution with an absolute skewness of less than 400,000 nm 3 . This can be achieved, for example, by increasing the supply of combustion air, primary and secondary carbon black.
Das beschriebene Verfahren ist nicht auf eine bestimmte Re aktorgeometrie beschränkt. Es kann vielmehr auf verschie dene Reaktortypen und Reaktorgrößen angepaßt werden. Die gewünschte Keimbildung in der Verbrennungszone kann der Fachmann durch verschiedene Maßnahmen einstellen. Mögliche Einflußgrößen zur Optimierung der Keimbildung bei Verwen dung von Öl als Brennstoff sind das Verbrennungsluft/Öl- Massenverhältnis, die Art des verwendeten Zerstäubers für den Brennstoff und die Größe der zerstäubten Öltröpfchen. Als Brennstoff-Zerstäuber können sowohl reine Druckzerstäu ber (Einstoffzerstäuber) als auch Zweistoffzerstäuber mit innerer oder äußerer Mischung eingesetzt werden, wobei als Zerstäubungsmedium Preßluft, Wasserdampf, Wasserstoff, ein Inertgas oder auch ein Kohlenwasserstoffgas verwendet wer den kann. Die vorstehend beschriebene Kombination eines flüssigen mit einem gasförmigen Brennstoff kann also zum Beispiel durch Verwendung des gasförmigen Brennstoffs als Zerstäubungsmedium für den flüssigen Brennstoff realisiert werden.The method described is not specific to a Re limited actuator geometry. It can rather be different reactor types and reactor sizes. The desired nucleation in the combustion zone, the Hire a specialist through various measures. Possible Influences for optimizing nucleation in use tion of oil as fuel, the combustion air / oil Mass ratio, the type of atomizer used for the fuel and the size of the atomized oil droplets. As a fuel atomizer can both pure Druckzerstäu over (single substance atomizer) as well as two-component atomizer with internal or external mixture are used as Atomizing medium compressed air, water vapor, hydrogen, a Inert gas or a hydrocarbon gas used who that can. The combination of a So liquid with a gaseous fuel can be used for Example by using the gaseous fuel as Sputtering medium realized for the liquid fuel become.
Bevorzugt werden zur Zerstäubung von flüssigem Brennstoff Zweistoffzerstäuber eingesetzt. Während bei Einstoffzer stäubern eine Änderung des Durchsatzes auch zu einer Ände rung der Tröpfchengröße führt, kann die Tröpfchengröße bei Zweistoffzerstäubern weitgehend unabhängig vom Durchsatz beeinflußt werden.Preference is given to the atomization of liquid fuel Two-component atomizer used. While at Einstoffzer A change in throughput also dusts an amendment The droplet size can lead to the droplet size Batch spraying largely independent of throughput to be influenced.
Die Größe der zerstäubten Tröpfchen muß so eingestellt wer den, daß an der Stelle der Injektion des Rußöles noch genü gend Rußkeime zur Verfügung stehen. Die optimale Tröpfchen größe ist abhängig von der Geometrie des gewählten Reak tors. Bei dem in den Beispielen verwendeten Reaktor haben sich mittlere Tröpfchendurchmesser im Bereich zwischen 50 und 100 µm bewährt. Diese Werte wurden mit Hilfe der Zer stäubung von Wasser ermittelt. Die optimale Einstellung des Zerstäubers erfolgt jedoch am besten empirisch am Reaktor unter Beobachtung des Flammbildes. Eine zu feine Zerstäu bung des flüssigen Brennstoffes führt zur vollständigen Verbrennung der Tröpfchen ohne Keimbildung. Zu große Tröpf chen führen zu Koksbildung und zu einer instabilen Flamme. Eine gute Keimbildung liegt bei leicht rußender Flamme vor.The size of the atomized droplets must be adjusted so who that at the point of injection of the carbon black oil is still sufficient carbon black germs are available. The optimal droplets Size depends on the geometry of the selected Reak tors. In the reactor used in the examples have Mean droplet diameter in the range between 50 and 100 μm proven. These values were calculated using the Zer Pollution of water determined. The optimal setting of the However, atomizers are best performed empirically on the reactor under observation of the flame picture. Too fine an atomizer tion of the liquid fuel leads to the complete Combustion of droplets without nucleation. Too big a drop This leads to coke formation and an unstable flame. A good nucleation is present with a light sooting flame.
Als Rußrohstoff können sogenannte Rußöle, das heißt hocharomatische und/oder langkettige Öle, allein oder in Kombination mit kohlenwasserstoffhaltigen Gasen, insbe sondere Erdgas, verwendet werden. Geeignete Rußöle sind pe trochemische Öle (Steam-Cracker-Öle, Cat-Cracker-Öle), car bochemische Öle (Steinkohleteer-Öl) und Pyrolyse-Öle mit ei nem BMC-Index größer als 130. Diese Öle werden ebenso wie im Falle der flüssigen Brennstoffe bevorzugt mit Zweistoff zerstäubern zerstäubt.As Rußrohstoff so-called carbon black oils, that is highly aromatic and / or long-chain oils, alone or in Combination with hydrocarbon gases, esp especially natural gas. Suitable carbon black oils are pe trochemical oils (steam cracker oils, cat crackers oils), car bochemical oils (coal tar oil) and pyrolysis oils with egg BMC index greater than 130. These oils will as well in the case of liquid fuels preferably with binary material Atomize atomises.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann die gesamte Pa lette der industriellen Furnaceruße hergestellt werden. Dem Fachmann sind die hierfür notwendigen Maßnahmen wie zum Beispiel die Einstellung der Verweilzeit in der Reaktions zone und die Zugabe von Additiven zur Beeinflussung der Rußstruktur bekannt. Es wurde gefunden, daß die mit dem er findungsgemäßen Verfahren hergestellten Ruße sich bei glei chen rußanalytischen Kenndaten in signifikanter Weise von konventionellen Rußen unterscheiden. Bei Einarbeitung in SSBR/BR-Gummimischungen verleihen diese Ruße der resultie renden Gummimischung ein tanδ0/tanδ60-Verhältnis, welches größer ist als bei konventionellen Rußen, wobei gleichzei tig der tanδ60-Wert unter dem entsprechenden Wert für ASTM-Ruße mit gleicher CTAB-Oberfläche und 24M4-DBP Absorption liegt. Diese Beobachtung gilt für Ruße mit CTAB-Werten zwi schen 20 und 190 m2/g, insbesondere für Ruße mit CTAB-Wer ten zwischen 60 und 140 m2/g1 sowie 24M4-DBP-Absorptions werten zwischen 40 und 140 ml/100 g. Darüber hinaus wird bei diesen Rußen durch geeignete Verfahrensführung verhin dert, daß die Aggregatgrößenverteilungskurve besonders große Anteile mit großen Aggregatdurchmessern aufweist.With the method according to the invention, the entire Pa lette industrial furnace carbon black can be prepared. The person skilled in the necessary measures for this purpose, such as the adjustment of the residence time in the reaction zone and the addition of additives for influencing the carbon black structure are known. It has been found that the carbon blacks produced by the method according to the invention differ significantly from conventional carbon blacks in sliding analysis characteristics. When incorporated into SSBR / BR rubber blends, these blends impart a tanδ 0 / tanδ 60 ratio to the resultant rubber blend, which is greater than conventional carbon blacks, with the same tanδ 60 below the corresponding value for ASTM carbon blacks CTAB surface area and 24M4-DBP absorption. This observation applies to carbon blacks having CTAB values between 20 and 190 m 2 / g, in particular for carbon blacks having CTAB values between 60 and 140 m 2 / g 1 and 24M4 DBP absorption values between 40 and 140 ml / 100 G. In addition, in these carbon blacks by suitable process management verhin changed that the aggregate size distribution curve has particularly large proportions with large aggregate diameters.
Die erfindungsgemäßen Ruße verleihen den SSBR/BR-Gummi mischungen eine stärkere Temperaturabhängigkeit von tanδ. Ne ben diesem, in der DE 195 21 565 als Inversion bezeichneten, Effekt weisen die erfindungsgemäßen Ruße eine eingeengte Aggregatgrößenverteilung gegenüber den konventionellen Inversionsrußen auf. Der dynamische Dehnmodul |E*| der SSBR/BR-Gummimischungen mit den erfindungsgemäßen Rußen ist bei 0°C in der Regel geringer als der Dehnmodul bei Verwendung von Standard ASTM-Rußen.The carbon blacks of the invention impart the SSBR / BR rubber mixtures a stronger temperature dependence of tanδ. ne ben this, in DE 195 21 565 as inversion designated effect, the carbon blacks according to the invention have a narrowed aggregate size distribution over the conventional inversion soot on. The dynamic one Expansion modulus | E * | SSBR / BR rubber compounds with the Carbon black according to the invention is generally lower at 0 ° C as the modulus of expansion using standard ASTM carbon blacks.
Die keiminduzierte Rußbildung wirkt sich wie bei den be kannten Inversionsrußen auf die Strukturierung der Oberflä che der Rußteilchen aus. Durch Untersuchungen mit Hilfe der Atomic Force Microscopy (AFM) wurde gefunden, daß die er findungsgemäßen Ruße eine rauhere Oberfläche aufweisen als Standard ASTM-Ruße. The germ-induced soot formation has the same effect as with the be knew inversion blacks on the structuring of the surface surface of soot particles. Through investigations with the help of Atomic Force Microscopy (AFM) found that he inventive carbon blacks have a rougher surface than Standard ASTM carbon blacks.
Die Erfindung wird nun anhand einiger Beispiele näher er läutert. Es zeigenThe invention will now be closer by means of some examples purifies. Show it
Fig. 1 einen Längsschnitt durch den für die Herstellung der erfindungsgemäßen Ruße benutzten Reaktor. Fig. 1 shows a longitudinal section through the use for the manufacture of the carbon blacks reactor.
Fig. 2 Ein Diagramm des Verhältnisses tanδ0/tanδ60 über der CTAB-Oberfläche für verschiedene erfindungs gemäße Ruße und konventionelle Vergleichsruße. Fig. 2 is a graph of the ratio tanδ 0 / tanδ 60 over the CTAB surface for various fiction, contemporary carbon blacks and conventional comparison blacks.
Fig. 3 Aggregatgrößenverteilungskurve eines Standard ASTM-Rußes N220. Fig. 3 Aggregate size distribution curve of a standard ASTM carbon black N220.
Fig. 4 Aggregatgrößenverteilungskurve des konventionel len Inversionsrußes von Beispiel 1. FIG. 4 shows an aggregate size distribution curve of the conventional inversion black of Example 1. FIG .
Fig. 5 Aggregatgrößenverteilungskurve des erfindungsge mäßen Inversionsrußes von Beispiel 2. Fig. 5 Aggregate size distribution curve of erfindungsge MAESSEN Inversionsrußes of Example 2.
Fig. 6 Abriebverhalten einer Gummimischung unter Verwendung von Ruß nach Beispiel 1 relativ zu einer Referenz-Gummimischung Fig. 6 Abriebverhalten a rubber compound using carbon black according to Example 1 relative to a reference rubber mixture
Fig. 7 Abriebverhalten einer Gummimischung unter Verwendung von Ruß nach Beispiel 2 relativ zu einer Referenz-GummimischungBeispiele 1 und 2 Fig. 7 Abrasion behavior of a rubber compound using carbon black according to Example 2 relative to a reference rubber compound Examples 1 and 2
In dem in Fig. 1 dargestellten Rußreaktor wurden ein kon ventioneller Inversionsruß (Beispiel 1) und ein erfindungs gemäßer Inversionsruß (Beispiel 2) hergestellt.In the carbon black reactor shown in FIG. 1, a conventional inversion carbon black (Example 1) and an inversion carbon black according to the invention (Example 2) were prepared.
Der Rußreaktor (1) besitzt eine Brennkammer 2, in der das heiße Abgas für die Pyrolyse des Rußöles durch Verbrennen des primären Rußrohstoffes unter Zufuhr von Luftsauerstoff erzeugt wird. Der primäre Rußrohstoff wird über die axiale Brennerlanze 3 in die Brennkammer eingeführt. Die Brenner lanze kann zur Optimierung der keiminduzierten Rußbildung in axialer Richtung verschoben werden. The carbon black reactor ( 1 ) has a combustion chamber 2 , in which the hot exhaust gas for the pyrolysis of the carbon black oil is produced by burning the primary Rußrohstoffes under supply of atmospheric oxygen. The primary Rußrohstoff is introduced via the axial burner lance 3 in the combustion chamber. The burner lance can be moved to optimize the germ-induced soot formation in the axial direction.
Die Zufuhr der Verbrennungsluft erfolgt über die Öffnung 4 in der Stirnwand der Brennkammer. Die Brennkammer läuft ko nisch auf die Engstelle 5 zu. Nach Durchqueren der Eng stelle expandiert das Reaktionsgasgemisch in die Reaktions kammer 6.The supply of combustion air via the opening 4 in the end wall of the combustion chamber. The combustion chamber runs ko to the constriction 5 to. After passing through the Eng the reaction gas mixture expands into the reaction chamber. 6
Mit A, B und C sind verschiedene Positionen für die Injek tion des Rußöles in das heiße Prozeßgas mittels der Öllan zen 7 bezeichnet. Die Öllanzen weisen an ihrem Kopf geeig nete Sprühdüsen auf. An jeder Injektionsposition sind 4 In jektoren über den Umfang des Reaktors verteilt.With A, B and C are different positions for the Injek tion of the carbon black oil in the hot process gas by means of oil 7 zen called. The oil lances have at their head appro priate spray nozzles. At each injection position, 4 injectors are distributed over the circumference of the reactor.
Die für das erfindungsgemäße Verfahren wichtige Verbren nungszone, Reaktionszone und Abbruchzone sind in Fig. 1 durch die römischen Ziffern I bis III gekennzeichnet. Sie können nicht scharf voneinander getrennt werden. Ihre axiale Ausdehnung hängt von der jeweiligen Positionierung der Brennerlanze, der Öllanzen und der Quenchwasser-Lanze 8 ab.The combustion zone, reaction zone and demolition zone which are important for the process according to the invention are identified in FIG. 1 by the Roman numerals I to III. They can not be sharply separated. Their axial extent depends on the respective positioning of the burner lance, the oil lances and the quench water lance 8 .
Die Abmessungen des verwendeten Reaktors sind der folgenden
Aufstellung zu entnehmen:
The dimensions of the reactor used are shown in the following list:
Die beiden in dem beschriebenen Reaktor hergestellten Ruße wurden vor der Charakterisierung und Einarbeitung in die Gummimischungen nach den üblichen Verfahren naß geperlt.The two carbon blacks produced in the described reactor were prior to characterization and incorporation into the Rubber compounds wet-rolled by the usual methods.
Zur Herstellung der Ruße wurden als primärer und als sekun därer Rußrohstoff ein Rußöl mit einem BMC-Index von 160 verwendet, welches die in Tabelle 1 zusammengestellten Ei genschaften aufwies.For the production of the carbon blacks were as primary and as sec The carbon black raw material is a soot oil with a BMC index of 160 used, which compiled in Table 1 egg features.
Die Reaktorparameter für die Herstellung der Ruße sind in Tabelle 2 aufgeführt.The reactor parameters for the production of the carbon blacks are in Table 2 listed.
An den erfindungsgemäßen Rußen wie auch an einigen kommer
ziellen Vergleichsrußen wurden die üblichen rußanalytischen
Kenndaten nach den folgenden Normen ermittelt:
CTAB-Oberfläche: ASTM D-3765
Jod-Adsorption: ASTM D-1510
DBP-Absorption: ASTM D-2414
24M4-DBP-Absorption: ASTM D-3493
BET-Oberfläche: DIN 66 132.On the carbon blacks according to the invention as well as on some commercial comparative carbon blacks, the usual soot-analytical characteristics were determined according to the following standards:
CTAB surface: ASTM D-3765
Iodine adsorption: ASTM D-1510
DBP absorption: ASTM D-2414
24M4 DBP absorption: ASTM D-3493
BET surface area: DIN 66 132.
Die Bestimmung der viskoelastischen Eigenschaften der mit diesen Rußen verstärkten Gummimischungen wurde nach DIN 53513 vorgenommen. Es wurden insbesondere die Verlustfaktoren tanδ bei 0°C und bei 60°C sowie der dynamische Dehnmodul |E'*| bei 0°C bestimmt. Die für die Gummimischungen verwendete Testre zeptur ist in Tabelle 3 aufgeführt. The determination of the viscoelastic properties of with These carbon blacks reinforced rubber compounds was according to DIN 53513 performed. In particular, the loss factors were tanδ at 0 ° C and at 60 ° C and the dynamic expansion modulus | E '* | at 0 ° C determined. The testre used for the rubber compounds zeptur is listed in Table 3.
Bei der SSBR Kautschukkomponente handelt es sich um ein in Lösung polymerisiertes SBR-Copolymer mit einem Styrolgehalt von 25 Gew.-% und einem Butadiengehalt von 75 Gew.-%. Der Vinylgehalt des Butadien beträgt 67%. Das Copolymer enthält 37,5 phr Öl und wird unter dem Handelsnamen Buna VSL 5025-1 von Bayer AG vertrieben. Seine Mooney-Viskosität (ML 1 + 4/100°C) beträgt etwa 50.The SSBR rubber component is an in Solution polymerized SBR copolymer with a styrene content of 25% by weight and a butadiene content of 75% by weight. The Vinyl content of butadiene is 67%. The copolymer contains 37.5 phr of oil and is sold under the trade name Buna VSL 5025-1 sold by Bayer AG. Its Mooney Viscosity (ML 1 + 4/100 ° C) is about 50.
Bei der BR Kautschukkomponente handelt es sich um ein cis 1,4-Polybutadien (Neodym-Typ) mit einem cis 1,4-Gehalt von 97 Gew.-%, einem trans 1,4-Gehalt von 2 Gew.-%, einem 1,2-Gehalt von 1 Gew.-% und einer Mooney-Viskosität zwischen 38 und 48. Diese Komponente wird unter dem Handelsnamen Buna CB 24 von der Bayer AG vertrieben.The BR rubber component is a cis 1,4-polybutadiene (neodymium type) having a cis 1,4 content of 97% by weight, a trans 1,4 content of 2% by weight, a 1,2-content of 1 weight percent and a Mooney viscosity between 38 and 48. This component is sold under the trade name Buna CB 24 of of Bayer AG.
Als aromatisches Öl wurde Naftolen ZD von Chemetall verwen det. Bei dem PPD-Anteil der Testrezeptur handelte es sich um Vulkanox 4020 und bei dem CBS-Anteil um Vulkacit CZ, beide von der Bayer AG. Als Wachs wurde Protector G35 von der HB-Fuller GmbH eingesetzt. The aromatic oil used was Naftolen ZD from Chemetall det. The PPD portion of the test formulation was Vulkanox 4020 and at the CBS stake around Vulkacit CZ, both from Bayer AG. As wax was Protector G35 of the HB-Fuller GmbH used.
Die Einarbeitung der Ruße in die Gummimischung wurde in
drei Stufen entsprechend der folgenden tabellarischen
Aufstellung vorgenommen:
The incorporation of the carbon blacks into the rubber compound was carried out in three stages according to the following tabular list:
Die anschließende Bestimmung der viskoelastischen Eigen schaften erfolgte dann an jeweils fünf Probekörpern aus den obigen Gummimischungen unter folgenden Bedingungen:Subsequent determination of viscoelastic properties then took place on each of five specimens from the above rubber compounds under the following conditions:
Verwendet wird jeweils der Medianwert der Messungen an den fünf Probekörpern.In each case the median value of the measurements is used on the five test specimens.
Die Ergebnisse der viskoelastischen Untersuchungen sind in Tabelle 5 aufgelistet und in Fig. 2 grafisch dargestellt. Es wurden insgesamt 14 kommerzielle Vergleichsruße, in Tabelle 5 mit V1 bis V14 bezeichnet, sowie die Ruße von Beispiel 1 und Beispiel 2 untersucht.The results of the viscoelastic investigations are listed in Table 5 and shown graphically in FIG . A total of 14 commercial comparative carbon blacks, designated V1 through V14 in Table 5, and the carbon blacks of Example 1 and Example 2 were tested.
Tabelle 5 enthält für die Vergleichsruße, soweit bekannt, noch deren ASTM-Klassifizierung. Table 5 contains for the comparative carbon blacks, as far as known, nor their ASTM classification.
In Tabelle 5 sind die Ruße nach aufsteigender CTAB-Oberflä che geordnet. In Fig. 2 ist für diese Ruße ihr Verhältnis tanδ0/tanδ60 über der CTAB-Oberfläche aufgetragen. Die beiden Inversionsruße zeigen bei gleicher CTAB-Oberfläche ein deutlich größeres tanδ-Verhältnis, also ein steileres Temperaturprofil des Verlustfaktors. Dies gilt insbesondere auch im Vergleich zu den beiden lh-Rußen (V3 und V6) in Ta belle 5, bei denen es sich um Ruße gemäß EP 0 315 442 han delt. Bei den lh-Rußen konnte kein steileres Temperatur profil des Verlustfaktors festgestellt werden.In Table 5, the carbon blacks are ordered by ascending CTAB surface. In FIG. 2, their ratio tanδ 0 / tanδ 60 is plotted over the CTAB surface for these carbon blacks. The two inversion blacks show a significantly higher tanδ ratio for the same CTAB surface, ie a steeper temperature profile of the loss factor. This is especially true in comparison with the two lh carbon blacks (V3 and V6) in Table 5 , which are carbon blacks according to EP 0 315 442. In the lh carbon blacks no steeper temperature profile of the loss factor could be determined.
Der Bereich der Inversionsruße läßt sich klar von den
konventionellen Rußen abgrenzen. Er liegt oberhalb der in
Fig. 2 dargestellten Grenzgeraden, welche durch die Be
ziehung
The region of the inversion blacks can be clearly distinguished from the conventional blacks. It lies above the boundary line shown in Fig. 2, which draw by the relationship
tanδ0/tanδ60 = 2,76-6,7 × 10-3 × CTAB
tanδ 0 / tanδ 60 = 2.76-6.7 × 10 -3 × CTAB
gegeben ist.given is.
Für die Inversionsruße ist es weiterhin charakteristisch, daß sie bei gleicher CTAB-Oberfläche und ähnlicher 24M4 DBP-Absorption wie die Standard ASTM-Ruße zu einem niedri geren Verlustfaktor tanδ60 und im allgemeinen zu einem niedrigeren dynamischen Dehnmodul der Gummimischungen füh ren. It is also characteristic of the inversion blacks that, with the same CTAB surface area and similar 24M4 DBP absorption as the standard ASTM carbon blacks, they lead to a lower loss factor tan δ 60 and generally to a lower dynamic modulus of elasticity of the rubber blends.
Zur Messung der Aggregatgrößenverteilungskurven wurde eine Scheibenzentrifuge BI-DCP mit Rotlicht-Diode der Firma Brookhaven verwendet. Dieses Gerät wurde speziell für die Bestimmung von Aggregatgrößenverteilungskurven von feintei ligen Feststoffen aus Extinktionsmessungen entwickelt und ist mit einem automatischen Meß- und Auswertungsprogramm zur Ermittlung der Aggregatgrößenverteilung ausgerüstet.To measure the aggregate size distribution curves, a Disc centrifuge BI-DCP with red light diode of the company Brookhaven used. This device has been specially designed for the Determination of aggregate size distribution curves of feintei developed from absorbance measurements and is with an automatic measuring and evaluation program equipped to determine the aggregate size distribution.
Zur Durchführung der Messungen wurde zunächst eine Disper sionslösung aus 200 ml Ethanol, 5 Tropfen Ammoniaklösung und 0,5 g Triton X-100 und Auffüllen mit demineralisiertem Wasser auf 1000 ml hergestellt. Weiterhin wurde eine Spinflüssigkeit aus 0,5 g Triton X-100, 5 Tropfen Ammoniaklösung und Auffüllen mit demineralisiertem Wasser auf 1000 ml angefertigt.To perform the measurements was first a Disper 200 ml of ethanol, 5 drops of ammonia solution and 0.5 g of Triton X-100 and demineralized Water produced to 1000 ml. Furthermore, a Spin liquid from 0.5 g Triton X-100, 5 drops Ammonia solution and make up with demineralized water made to 1000 ml.
Danach wurden 20 mg Ruß mit 20 ml Dispersionslösung versetzt und in einem Kühlbad für die Dauer von 4,5 Minuten mit 100 Watt Ultraschalleistung (80% Pulse) in der Lösung suspendiert.Thereafter, 20 mg of carbon black with 20 ml of dispersion solution Staggered and placed in a cooling bath for 4.5 minutes with 100 watts of ultrasonic power (80% pulses) in the solution suspended.
Vor Beginn der eigentlichen Messungen wurde die Zentrifuge 30 Minuten bei einer Drehzahl von 11 000 min-1 betrieben. In die sich drehende Scheibe wurde 1 ml Ethanol eingespritzt und danach vorsichtig mit 15 ml Spinflüssigkeit unter schichtet. Nach etwa einer Minute wurden 250 µl der Rußsus pension eingespritzt und das Meßprogramm des Gerätes gestartet und die Spinflüssigkeit in der Zentrifuge mit 50 µl Dodecan überschichtet. Von jeder zu messenden Probe wurde eine Doppelbestimmung vorgenommen.Before beginning the actual measurements, the centrifuge was operated for 30 minutes at a speed of 11 000 min -1. 1 ml of ethanol was injected into the rotating disc and then carefully layered with 15 ml of spin fluid. After about one minute, 250 .mu.l of the Rußsus pension were injected and started the measurement program of the device and the spin fluid in the centrifuge with 50 ul of dodecane overcoated. From each sample to be measured, a duplicate determination was made.
Die Auswertung der Rohdatenkurve erfolgte dann mit dem Rechenprogramm des Gerätes unter Berücksichtigung der Streulichtkorrektur und mit automatischer Basislinien- Anpassung. The evaluation of the raw data curve then took place with the Calculation program of the device taking into account the Stray light correction and with automatic baseline Adaptation.
Die Fig. 3 bis 5 zeigen die erhaltenen Aggregatgrößen verteilungskurven, aus denen sich, wie weiter oben beschrieben, die absolute Schiefe der Verteilungskurven berechnen läßt. FIGS. 3 to 5 show the obtained unit size distribution curves, from which, as described above, the absolute skewness of the distribution curves can be calculated.
Fig. 3 ist die Verteilungskurve eines N220-Rußes (Ruß V9 in Tabelle 5), Fig. 4 ist die Verteilungskurve des Inversionsrußes von Beispiel 1 und Fig. 5 gibt die Verteilungskurve des erfindungsgemäßen Inversionsrußes von Beispiel 2 wieder. Der bekannte Inversionsruß von Beispiel 1 zeigt eine starke Asymmetrie der Verteilungskurve, die insbesondere durch einen sehr großen Anteil von Aggregatgrößen oberhalb von etwa 150 nm verursacht wird. Dieser Anteil von Rußaggregaten ist bei dem erfindungsgemäßen Inversionsruß stark verringert, was sich durch eine entsprechend verringerte absolute Schiefe bemerkbar macht. Fig. 3 is the distribution curve of a carbon black N220 (carbon black V9 in Table 5), Fig. 4 is the distribution curve of the inversion carbon black of Example 1 and Fig. 5 shows the distribution curve of the inversion carbon black of Example 2 according to the invention gives. The known inversion carbon black of example 1 shows a strong asymmetry of the distribution curve, which is caused in particular by a very large proportion of aggregate sizes above about 150 nm. This proportion of carbon black aggregates is greatly reduced in the inversion carbon black according to the invention, which is manifested by a correspondingly reduced absolute skewness.
Die aus solchen Verteilungskurven ermittelten Werte für die
absolute Schiefe sind für einige Standard ASTM-Ruße und die
beiden Inversionsruße in Tabelle 6 aufgelistet. Man
erkennt, daß die Standard ASTM-Ruße eine sehr geringe
absolute Schiefe aufweisen, das heißt ihre Aggregatgrößen
verteilungskurven sind relativ symmetrisch. Der bekannte
Inversionsruß von Beispiel 1 weist dagegen eine sehr große
absolute Schiefe von mehr als 400 000 nm3 auf. Bei dem
erfindungsgemäßen Inversionsruß von Beispiel 2 ist die
absolute Schiefe zwar immer noch größer als bei den
Standardrußen, gegenüber dem bekannten Inversionsruß ist
die absolute Schiefe jedoch auf etwa ein Drittel
vermindert.
The absolute skewness values obtained from such distribution curves are listed in Table 6 for some standard ASTM carbon blacks and the two inversion blacks. It can be seen that the standard ASTM carbon blacks have a very small absolute skew, that is, their aggregate size distribution curves are relatively symmetrical. By contrast, the known inversion carbon black of Example 1 has a very large absolute skewness of more than 400,000 nm 3 . In which
The inverse carbon black of Example 2 according to the invention is still greater than the standard carbon blacks but, compared to the known inverse carbon black, the absolute skewness is reduced to about one third.
Es wurde das Abriebverhalten von Gummimischungen, die unter Verwendung der beiden Inversionsruße und des Standardrußes N220 hergestellt wurden, mit Hilfe einer speziellen Abrieb prüfung untersucht. Diese Abriebprüfung erlaubt eine Bewer tung des Abriebs einer Gummimischung relativ zu einer Referenz-Gummimischung für unterschiedliche Belastungen und Geschwindigkeiten.It was the abrasion behavior of rubber compounds under Use of the two inversion blacks and the standard black N220 were made using a special abrasion examined. This abrasion test allows a Bewer tion of the abrasion of a rubber compound relative to a Reference rubber compound for different loads and Speeds.
Diese verwendete Abriebprüfung ist ausführlich in folgenden
Veröffentlichungen beschrieben:
K.A. Grosch, the 131th ACS Rubber Div. Meeting, No97 (1987)
und
K.A. Grosch et al., Kautsch. Gummi Kunstst. 50, 841 (1997).
This abrasion test used is described in detail in the following publications:
KA Grosch, the 131 th ACS Rubber Div. Meeting, No97 (1987) and
KA Grosch et al., Kautsch. Rubber art st. 50, 841 (1997).
Ein entsprechendes Prüfgerät ist kommerziell erhältlich. Deshalb wird bezüglich der Details der Abriebprüfung mit diesem Gerät auf die obigen Veröffentlichungen verwiesen.A corresponding tester is commercially available. Therefore, with respect to the details of the abrasion test refer to the above publications for this device.
Die für die Abriebprüfungen verwendeten Gummimischungen waren identisch mit den Gummimischungen für die viskoela stischen Untersuchungen. Als Referenz-Gummimischung wurde die Gummimischung mit dem Standardruß N220 (Ruß V9) verwendet.The rubber compounds used for the abrasion tests were identical to the rubber compounds for the viskoela Static investigations. As a reference rubber compound was the rubber compound with the standard carbon black N220 (soot V9) used.
Die Fig. 6 und 7 zeigen die erhaltenen Ergebnisse. In den dreidimensionalen Diagrammen dieser Figuren ist die Bewertung des Abriebs im Vergleich zur Referenz-Gummi mischung in Abhängigkeit vom Logarithmus der Geschwindig keit und dem Logarithmus der durch die Belastung in den Prüfkörper eingetragen- Energie W aufgetragen. Das Abrieb verhalten der Referenz-Gummimischung ist gleich 100 gesetzt. Figs. 6 and 7 show the results obtained. In the three-dimensional diagrams of these figures, the evaluation of the abrasion compared to the reference rubber mixture in dependence on the logarithm of the speed and the logarithm of the registered by the load in the specimen energy W is plotted. The abrasion behavior of the reference rubber compound is set equal to 100.
Fig. 6 gibt das Abriebverhalten einer Gummimischung unter Verwendung des Inversionsrußes von Beispiel 1 wieder. Man erkennt, daß die Gummimischung mit dem bekannten Inver sionsruß bei geringen Belastungen und geringen Geschwin digkeiten einen wesentlich verringerten Abrieb gegenüber der Referenz-Gummimischung zeigt. Bei hohen Belastungen verschlechtert sich jedoch der Abrieb im Vergleich zur Referenz-Gummimischung. Fig. 6 shows the abrasion performance of a rubber compound using the inversion carbon black of Example 1. It can be seen that the rubber compound with the known Inver sionsruß at low loads and low Geschwin speeds shows a significantly reduced abrasion compared to the reference rubber mixture. At high loads, however, the abrasion deteriorates compared to the reference rubber compound.
Fig. 7 zeigt das Abriebverhalten einer Gummimischung unter Verwendung des erfindungsgemäßen Inversionsrußes von Beispiel 2 im Vergleich zur Referenz-Gummimischung. Die Gummimischung mit dem erfindungsgemäßen Inversionsruß zeigt ein ausgeglicheneres Abriebverhalten als der bekannte Inversionsruß. Gerade auch bei hohen Geschwindigkeiten und hohen Belastungen zeigt diese Gummimischung noch ein um bis zu 10% verbessertes Abriebverhalten. Die erfindungsgemäßen Ruße sind daher hervorragend für die Herstellung von Gummi mischungen für Reifenlaufflächen und Haftmischungen geeignet. Fig. 7 shows the abrasion behavior of a rubber compound using the inversion carbon black of Example 2 of the present invention in comparison with the reference rubber compound. The rubber compound with the inversion carbon black according to the invention shows a more balanced abrasion behavior than the known inversion carbon black. Especially at high speeds and high loads, this rubber compound still shows up to 10% improved abrasion behavior. The carbon blacks according to the invention are therefore outstandingly suitable for the preparation of rubber mixtures for tire treads and adhesive mixtures.
Claims (3)
tanδ0/tanδ60 < 2,76-6,7 × 10-3 × CTAB,
genügt, wobei der Wert von tanδ60 stets niedriger ist als der Wert für ASTM-Ruße mit gleicher CTAB-Oberfläche und 24M4-DBP Absorption, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteilungskurve der Partikeldurchmesser der Rußaggregate eine absolute Schiefe von weniger als 400 000 nm3 aufweist, wobei die absolute Schiefe AS nach folgender Formel aus der gemessenen Aggregatgrößen verteilung des Rußes ermittelt wird
worin Hi die Häufigkeit bezeichnet, mit der der Partikeldurchmesser xi auftritt und x der Partikel durchmesser derjenigen Rußaggregate ist, deren Masse der mittleren Masse der Rußaggregate entspricht und die Summationen in der Berechnungsformel im Bereich von 1 nm bis 3000 nm in äquidistanten Abständen von jeweils einem Nanometer vorgenommen werden.Furnaceruß with CTAB values between 20 and 190 m 2 / g and 24M4-DBP absorption between 40 and 140 ml / 100 g with a ratio tanδ 0 / tanδ 60 , which when incorporated into a SSBR / BR rubber compound of the relationship
tanδ 0 / tanδ 60 <2.76-6.7 × 10 -3 × CTAB,
is sufficient, wherein the value of tanδ 60 is always lower than the value for ASTM carbon blacks with the same CTAB surface and 24M4-DBP absorption, characterized in that the distribution curve of the particle diameter of the carbon black aggregates has an absolute skewness of less than 400,000 nm 3 , wherein the absolute skewness AS is determined according to the following formula from the measured aggregate size distribution of the soot
wherein H i denotes the frequency at which the particle diameter x i occurs and x is the particle diameter of those carbon black aggregates whose mass corresponds to the average mass of the carbon black aggregates and the summations in the calculation formula in the range of 1 nm to 3000 nm at equidistant intervals of a nanometer.
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Cited By (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1233042A2 (en) * | 2001-02-16 | 2002-08-21 | Degussa AG | Carbon black, method for producing the same and use thereof |
WO2004033562A3 (en) * | 2002-10-09 | 2004-11-04 | Columbian Chem | Reactor and method to produce a wide range of carbon blacks |
EP1505126A2 (en) | 2003-08-08 | 2005-02-09 | Degussa AG | Carbon black comprising organic thiocyanate groups |
DE102007047432A1 (en) * | 2007-10-04 | 2009-04-09 | Evonik Degussa Gmbh | Carbon black, process for its preparation and its use |
EP2302004A1 (en) | 2009-09-28 | 2011-03-30 | Evonik Carbon Black GmbH | Carbon black, method for its manufacture and application |
EP2361954A1 (en) * | 2010-02-23 | 2011-08-31 | Evonik Carbon Black GmbH | Carbon black, method for the production thereof, and use thereof |
WO2012041804A2 (en) | 2010-09-30 | 2012-04-05 | Styron Europe Gmbh | Polymer compositions |
US8236274B2 (en) | 2006-08-07 | 2012-08-07 | Evonik Carbon Black Gmbh | Carbon black, method of producing carbon black, and device for implementing the method |
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US8574527B2 (en) | 2007-12-12 | 2013-11-05 | Evonik Carbon Black Gmbh | Process for aftertreating carbon black |
US8915998B2 (en) | 2008-11-27 | 2014-12-23 | Evonik Carbon Black Gmbh | Pigment granulate, method for producing the same and use thereof |
-
1998
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-
1999
- 1999-04-09 ZA ZA9902644A patent/ZA992644B/en unknown
Cited By (18)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1233042A3 (en) * | 2001-02-16 | 2003-10-01 | Degussa AG | Carbon black, method for producing the same and use thereof |
US6762236B2 (en) | 2001-02-16 | 2004-07-13 | Degussa Ag | Carbon black, process for its production and its use |
EP1233042A2 (en) * | 2001-02-16 | 2002-08-21 | Degussa AG | Carbon black, method for producing the same and use thereof |
WO2004033562A3 (en) * | 2002-10-09 | 2004-11-04 | Columbian Chem | Reactor and method to produce a wide range of carbon blacks |
EP1505126A2 (en) | 2003-08-08 | 2005-02-09 | Degussa AG | Carbon black comprising organic thiocyanate groups |
US7300964B2 (en) | 2003-08-08 | 2007-11-27 | Degussa Ag | Carbon black |
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DE102007047432A1 (en) * | 2007-10-04 | 2009-04-09 | Evonik Degussa Gmbh | Carbon black, process for its preparation and its use |
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US8915998B2 (en) | 2008-11-27 | 2014-12-23 | Evonik Carbon Black Gmbh | Pigment granulate, method for producing the same and use thereof |
US8372191B2 (en) | 2008-12-12 | 2013-02-12 | Evonik Carbon Black Gmbh | Ink jet ink |
US8420044B2 (en) | 2009-09-28 | 2013-04-16 | Evonik Carbon Black Gmbh | Carbon black, a process for preparation thereof and use thereof |
DE102009045060A1 (en) | 2009-09-28 | 2011-03-31 | Evonik Degussa Gmbh | Carbon black, a process for its preparation and its use |
EP2302004A1 (en) | 2009-09-28 | 2011-03-30 | Evonik Carbon Black GmbH | Carbon black, method for its manufacture and application |
EP2361954A1 (en) * | 2010-02-23 | 2011-08-31 | Evonik Carbon Black GmbH | Carbon black, method for the production thereof, and use thereof |
US8852739B2 (en) | 2010-02-23 | 2014-10-07 | Evonik Carbon Black Gmbh | Carbon black, method for the production thereof, and use thereof |
EP2361954B1 (en) | 2010-02-23 | 2018-10-17 | Orion Engineered Carbons GmbH | Carbon black, method for the production thereof, and use thereof |
WO2012041804A2 (en) | 2010-09-30 | 2012-04-05 | Styron Europe Gmbh | Polymer compositions |
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Publication number | Publication date |
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