DE69104191T2

DE69104191T2 - Verbesserte laufflächenabnutzung/hysteresis-russen.

Info

Publication number: DE69104191T2
Application number: DE69104191T
Authority: DE
Inventors: John Branan; Shieh Chiung-Huei
Original assignee: Cabot Corp
Current assignee: Cabot Corp
Priority date: 1990-03-13
Filing date: 1991-02-21
Publication date: 1995-04-13
Anticipated expiration: 2011-02-22
Also published as: JPH05506870A; WO1991013944A1; EP0519988A1; JP2834324B2; EP0519988B1; EP0519988A4; KR960003084B1; DE69104191D1; AU7469291A

Description

Diese Anmeldung ist eine Teilfortsetzung der Us Anmeldung Akt. Zeichen 071492 894, angemeldet am 13. März 1990.

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Klasse neuer und neuartiger Furnaceruße, die für verschiedene Anwendungen geeignet sind und insbesondere zur Verwendung in Kautschuk- Zusammensetzungen geeignet sind.

Hintergrund

Ruße werden im allgemeinen in einem Furnace-Reaktor durch Pyrolyse eines Kohlenwasserstoff-Ausgangsmaterials mit heißen Verbrennungsgasen gebildet, um Verbrennungsprodukte zu bilden, die teilchenförmigen Ruß enthalten.
Ruße können als Piginente, Füllstoffe, Verstärkungsmittel und für eine Vielzahl anderer Anwendungen verwendet werden. Zum Beispiel werden Ruße in weitem Maße als Füllstoffe und Verstärkungspigmente bei der Kompoundierung und Herstellung von Kautschuk-Zusammensetzungen verwendet. Am wichtigsten sind Ruße bei der Herstellung von Kautschuk-Vulkanisaten wirksam, die zur Anwendung bei der Reifenherstellung beabsichtigt sind.
Es ist allgemein bei der Reifenherstellung wünschenswert, Ruße zu verwenden, mit denen Reifen mit befriedigender Abriebbeständigkeit und befriedigendem Hysterese-Verhalten hergestellt werden. Die Laufflächenabnutzungs-Eigenschaften eines Reifens stehen in Beziehung zur Abriebbeständigkeit. Je größer die Abriebbeständigkeit eines Reifens ist, desto grösser ist die Meilenanzahl, die der Reifen aushält, bevor er abgenutzt ist. Die Hysterese einer Kautschuk-Verbindung bedeutet den Unterschied zwischen der zur Deformierung aufgewendeten Energie und der Energie, die freigesetzt wird, wenn die Kautschuk-Verbindung in ihren nicht-deformierten Zustand zurückkehrt. Reifen mit niedrigeren Hysterese-Werten haben verminderten Rollwiderstand und Wärmeaufbau und sind daher befähigt den Treibstoffverbrauch des Fahrzeugs, für das der Reifen verwendet wird, zu reduzieren. So ist es insbesonders wünschenswert, Ruße herzustellen, die befähigt sind den Reifen größere Abriebbeständigkeit und geringere Hysterese zu verleihen. Demgemäß ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung die Herstellung von neuen Rußen, die Naturkautschuken, synthetischen Kautschuken und Mischungen aus natürlichen und synthetischen Kautschuken unter Einbau der Ruße verbesserte Laufflächenabnutzung und verbessertes Hysterese-Verhalten verleihen.
Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung sind neue Kautschuk-Zusammensetzungen, die unter Einbau der neuen Ruße für die Verwendung als Lastwagen- und Busreifen vorteilhaft sind.
Andere Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung und den Ansprüchen ersichtlich werden.

Kurzbeschreibung der Erfindung

Wir haben neue Ruße init einein CTAB von 120-160 m²/g (Quadratmeter pro Gramm), einer Stickstoff-Oberfläche (N&sub2;SA) von 125-180 m²/g, einem CDBP (crushed DBP-Absorption) von 95-120 cm³/100 g, einem DBP (DBP-Absorption) von 110-145 cm³/g, einem Farbwert/CTAB-Verhältnis von 0,8-1,10, einem ΔD50 von 70-100 und einem ΔD50/D-Mode-Verhältnis von 0,80-1,05 gefunden. Vorzugsweise haben die Ruße ein CTAB von 125-150 m²/g, ein N&sub2;SA von 125-170 m²/g, ein CDBP von 98-117 cm³/100 g, ein DBP von 112-140 cm³/100g, ein Farbwert/CTAB-Verhältnis von 0,85-1,05, ein ΔD50 von 72-90 und ein ΔD50/D-Mode-Verhältnis von 0,82-1,00. Wir haben auch eine neue Klasse von Kautschuk-Zusammensetzungen gefunden, die Ruße enthalten.
Die Ruße der vorliegenden Erfindung können in einem Furnaceruß-Reaktor hergestellt werden, der eine erste (Verbrennungs) Zone, eine Übergangszone und eine Reaktionszone hat. Ein Ruß ergebendes Einsatzmaterial wird gemäß irgendeinem in der Technik bekannten Verfahren in einen heißen Verbrennungsgasstrom eingespritzt. Die sich ergebende Mischung aus heißen Verbrennungsgasen und Ausgangsbeschickung wird in die Reaktionszone geführt. Die Pyrolyse des Ruß ergebenden Einsatzmaterials wird durch Abschrecken der Mischung -wenn die Ruße der vorliegenden Erfindung gebildet worden sind - abgestoppt. Bevorzugt wird die Pyrolyse durch eine Abschreckung unter Einspritzung eines Abschreckungs-Fluids gestoppt. Das Verfahren zur Herstellung des neues Rußes der Erfindung wird nachstehend hierin detaillierter beschrieben.
Die Kautschuke, für die die neuen Ruße der vorliegenden Erfindung als Verstärkungsmittel wirksam sind, umfassen natürliche und synthetische Kautschuke. Allgemein können Mengen an Rußprodukt von 10 bis 250 Gewichtsteilen für je 100 Gewichtsteile Kautschuk verwendet werden, uin ihnen einen wirksamen Verstärkungsgrad zu verleihen. Es wird jedoch bevorzugt, Mengen zu verwenden, die von 20 bis 100 Gewichtsteilen Ruß pro 100 Gewichtsteile Kautschuk variieren und besonders bevorzugt ist die Verwendung von 40 bis 80 Gewichtsteilen Ruß pro 100 Gewichtsteile Kautschuk.
Unter den Kautschuken, die zur Verwendung gemäß der vornegenden Erfindung geeignet sind, befinden sich Naturkautschuk und seine Derivate wie chlorierter Kautschuk; Copolymere aus 10 bis 70 Gew.-% Styrol und von 90 bis 30 Gew.-% Butadien, wie 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 Gewichtsteilen Butadien und eine Copolymer aus 50 Gewichtsteilen Styrol und 50 Gewichtsteilen Butadien; Polymere und Copolymere konjugierter Diene wie Polybutadien, Polyisopren, Polychloropren und dergleichen, und Copolymere derartiger konjugierter Diene mit einem, eine ethylenische Gruppe enthaltenden, Monomer, das mit ihnen copolymerisierbar ist, wie styrol, Methylstyrol, Chlorstyrol, Acrylnitril, 1-Vinylpyridin, 5-Methyl-2- vinylpyridin, 5-Ethyl-2-vinylpyridin, 2-Methyl-5-vinylpyridin, alkylsubstituierte Acrylate, Vinylketon, Methylisopropenylketon, Methylvinylether, α-Methylen-Carbonsäuren und deren Ester und Amide wie Acrylsäure und Diacrylsäureamid; ebenfalls zur Verwendung sind hierin Copolymere des Ethylens und andere α-Olefine wie Propylen, Buten-1 und Penten-1 geeignet; besonders bevorzugt sind die Ethylen/Propylen-Copolymere, worin der Ethylengehalt 20 bis 90 Gew.-% beträgt, und auch die Ethylen/Propylen-Polymere, die zusätzlich ein drittes Nonomer wie Dicyclopentadien, 1,4-Hexadien und Methylennorbornen enthalten.
Ein Vorteil des Rußes der vorliegenden Erfindung ist der, daß die Ruße Verbindungen, die Naturkautschuke, synthetische Kautschuke oder Mischungen derselben enthalten, in denen die Ruße der vorliegenden Erfindung eingebaut sind, größere Abriebbeständigkeit und geringere Hysterese verleihen.
Ein Vorteil der Kautschuk-Zusammensetzungen der vorliegenden Erfindung ist der, daß die Kautschuk-Zusammensetzungen besonders gut für die Verwendung als Lastwagen- oder Busreifen mit verbesserter Laufflächenabnutzungsbeständigkeit und besseren Krafststoff-Wirtschaftlichkeitseigenschaften geeignet sind, verglichen mit Kautschuk-Zusammensetzungen, in die übliche, im Handel erhältliche Ruße eingebaut sind.
Andere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachstehenden, ausführlicheren Beschreibung der Erfindung ersichtlich.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen:

Figur 1 ist eine Querschnitts-Ansicht eines Teils eines Furnaceruß-Reaktors der zur Herstellung der Ruße der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann.
Figur 2 ist eine graphische Abbildung von % Rückprall gegenüber Laboratoriums-Abrieb-Index bei 7 % Gleiten für Kautschuk-Zusammensetzungen, die mit dem Ruß der vorliegenden Erfindung hergestellt wurden, und für Kautschuk-Zusammensetzungen, die mit Referenz-Rußen hergestellt wurden.
Figur 3 ist eine graphische Abbildung von % Rückprall gegenüber Laboratoriums-Abrieb-lndex bei 14 % Gleiten für Kautschuk-Zusammensetzungen, die mit dem Ruß der vorliegenden Erfindung hergestellt wurden, und für Kautschuk-Zusammen-Setzungen, die mit Referenz-Rußen hergestellt wurden.
Figur 4 ist eine graphische Abbildung von % Rückprall gegenüber Laboratoriums-Abrieb-lndex bei 21 % Gleiten für Kautschuk-Zusammensetzungen, die mit dem Ruß der vorliegenden Erfindung hergestellt wurden, und für Kautschuk-Zusammensetzungen, die mit Referenz-Rußen hergestellt wurden.
Figur 5 ist ein Proben-Histogramm der Stokes-Durchmesser der Aggregate einer Rußprobe gegenüber der relativen Frequenz ihres Auftretens in einer vorgegebenen Probe.

Ausführliche Beschreibung der Erfindung

Der Ruß der vorliegenden Erfindung ist gekennzeichnet durch ein CTAB von 120-160 m²/g, ein N&sub2;SA von 125-180 m²/g, ein CDBP von 95-120 cm³/100 g, ein DBP von 110-145 cm³/100 g, ein Farbwert/CTAB-Verhältnis von 0,80-1,10, ein ΔD50 von 70-100 und ein ΔD50/D-Mode-Verhä1tnis von 0,80-1,05. Vorzugsweise haben die Ruße ein CTAB von 125-150 m²/g, ein N&sub2;SA von 125- 170 m²/g, ein CDBP von 98-117 cm³/100 g, ein DBP von 112-140 cm³/100 g, ein Farbton/CTAB-Verhältnis von 0,85-1,05, ein ΔD50 von 72-90 und ein ΔD50/D-Mode-Verhältnis von 0,82-1,00.
Die Ruße der vorliegenden Erfindung können in einem bausteinartigen - auch als "stufenweiser" Furnaceruß-Reaktor bezeichnet - hergestellt werden. Ein Abschnitt eines typischen bausteinartigen Furnaceruß-Reaktors, der zur Herstellung des Rußes der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, ist in Figur 1 veranschaulicht. Andere Einzelheiten eines typischen bausteinartigen Furnaceruß-Reaktors können zum Beispiel in der Beschreibung gefunden werden, die in US Patent 3 922 335 enthalten ist, auf die hiermit ausdrücklich Bezug genommen wird.
Bezugnehmend auf Figur 1 können die Ruße der vorliegenden Erfindung in einem Furnaceruß-Reaktor 2 hergestellt werden, der eine Verbrennungsszone 10, die eine Zone von konvergierendem Durchmesser 11 hat, eine Übergangszone 12 und eine Reaktionszone 18 aufweist. Der Durchmesser der Verbrennungszone 10, wird bis zu dem Punkt, an dem die Zone des konvergierenden Durchmessers 11 beginnt, als D-1 bezeichnet, der Durchmesser der Zone 12 als D-2 und der Durchmesser der Zone 18 als D-3. Die Länge der Verbrennungszone 10 wird bis zu dem Punkt, an dem die Zone des konvergierenden Durchmessers 11 beginnt, als L-1 bezeichnet, die Länge der Zone des konvergierenden Durchmessers wird als L-2 bezeichnet und die Länge der Übergangszone wird als L-3 bezeichnet.
Zur Herstellung der Ruße der vorliegenden Erfindung werden heiße Verbrennungsgase in der Verbrennungszone 10 gebildet, in dem man einen flüssigen oder gasförmigen Brennstoff mit einem geeigneten oxidierenden Strom wie Luft, Sauerstoff, Mischungen aus Luft und Sauerstoff oder dergleichen umsetzt. Unter den Brennstoffen, die zur Verwendung in der Reaktion mit dem oxidierenden Strom in der Verbrennungszone 10 zur Bildung der heißen Verbrennungsgase geeignet sind, sind alle leicht verbrennbaren Gase, Dämpfe oder flüssigen Ströme geeignet wie Erdgas, Wasserstoff, Kohlenmonoxid, Methan, Acetylen, Alkohole oder Kerosin. Jedoch bevorzugt man es allgemein, Brennstoffe zu verwenden, die einen hohen Gehalt an Kohlenstoff-enthaltenden Komponenten aufweisen, und insbesondere Kohlenwasserstoffe. Das Verhältnis von Luft zu Erdgas, das verwendet wird, um die Ruße der vorliegenden Erfindung herzustellen, kann von 10:1 bis 20:1 betragen. Um die Erzeugung der heißen Verbrennungsgase zu erleichtern, kann der oxidierende Strom vorerhitzt werden.
Das heiße Verbrennungsgas strömt stromabwärts aus den Zonen 10 und 11 in die Zone 12 und dann in die Zone 18. Die Fließrichtung der heißen Verbrennungsgase wird in der Figur durch einen Pfeil angezeigt. Ruß ergebendes Einsatzmaterial 30 wird am Punkt 32 (in Zone 12 gelegen) eingeführt. Ruß ergebendes Einsatzmaterial 30 wird gleichzeitig stromaufwärts durch Probe 14 am Punkt 34 eingeführt. Der Abstand von dem Ende der Zone mit konvergierendem Durchmesser 11 zu Punkt 32 wird als F-1 angezeigt, und der Abstand vom Punkt 32 zum stromaufwärtigen Punkt 34 wird als F-2 angezeigt. Zur Herstellung des Rußes der vorliegenden Erfindung kann das Einsatzmaterial in einer Menge von 40 Gew.-% bis 85 Gew.-% an Punkt 32 eingespritzt werden und der Rest der Gesamtmenge von 15 bis 60 Gew.-% kann an Punkt 34 eingespritzt werden. Vorzugsweise werden 50 bis 65 Gew.-% der Gesamtmenge an Einsatzmaterial an Punkt 32 eingeführt und der Rest der Gesamtmenge von 35 bis 50 Gew.-% wird an Punkt 34 eingeführt. In jedem der hierin beschriebenen Beispiele wurde Ruß ergebendes Einsatzmaterial 30 radial in Form einer Vielzahl von Düsenstrahlen injiziert, die in die inneren Bereiche des heißen Verbrennungsgasstroms eindringen, um eine hohe Vermischungs kund Scherrate der heißen Verbrennungsgase und des Ruß ergebenden Einsatzmaterials zu gewährleisten, um so das Einsatzinaterial schnell und vollständig zu zersetzen und in neuartigen Ruß gemäß der vorliegenden Erfindung zu überführen.
Die Mischung aus Ruß ergebendem Einsatzmaterial und heißen Verbrennungsgasen fließt stromabwärts durch Zone 12 in Zone 18. Die Abschreckvorrichtung 40, die sich an Punkt 42 befindet und das Einspritzen der Abschreckflüssigkeit 501 die in den Beispielen 1-4 Wasser ist, werden verwendet, um die Pyrolyse des Ruß ergebenden Einsatzmaterials zu stoppen, wenn die neuen Ruße der vorliegenden Erfindung gebildet werden. Punkt 42 kann mittels jeder in der Technik bekannten Weise zur Auswahl des Ortes einer Abschreckvorrichtung zum Stoppen einer Pyrolyse bestimmt werden. Ein Verfahren zur Bestimmung des Ortes zum Stoppen der Pyrolyse verwendet die Bestimmung des Punkts, an dem eine annehmbare Toluol-Extraktionsmenge für die neuen Ruße der vorliegenden Erfindung erreicht worden ist. Die Toluol-Extraktionsmenge kann unter Verwendung des ASTM-Tests D1618-83 "Carbon Black Extractables - Toluene Discoloration" gemessen werden. Q ist der Abstand vom Beginn der Zone 18 bis zum Abschreckungspunkt 42; er wird gemäß der Lage der Abschreckungsvorrichtung variieren.
Nachdem die Mischung aus heißen Verbrennungsgasen und Ruß ergebendem Einsatzmaterial abgeschreckt worden ist, wird das abgekühlte Gas stromabwärts in irgendeine gebräuchliche Kühl und Abtrennvorrichtung geführt, wobei die Ruße gewonnen werden. Die Abtrennung des Rußes von dem Gasstrom wird auf einfache Weise erreicht wie einer Abscheidevorrichtung, Cyclon- Trennvorrichtung oder Sackfilter. Auf diese Abtrennung kann eine Pelletisierung unter Verwendung z. B. eines Naß-Granulators erfolgen.
Die folgenden Test-Methoden werden zur Bestimmung und Bewertung der analytischen Eigenschaften von Rußen der vorliegenden Erfindung und der physikalischen Eigenschaften der Kautschuk-Zusammensetzungen, in die die Ruße eingebaut werden, verwendet.
CTAB der Ruße wurde gemäß ASTM-Testmethode D3765-85 bestimmt. N&sub2;SA der Ruße wurde gemäß ASTM D3037-88 bestimmt. Tint strength (Farbwert) der Ruße wurde gemäß der ASTM-Testmethode D3265-85a bestimmt. CDBP (Crushed Dibutyl Phthalate-Wert) der Ruß-Pellets wurde gemäß der in ASTM D3493-86 beschriebenen Methode bestimmt. Die DBT-Absorption der Ruß-Pellets wurde gemäß der in ASTM D2414 beschriebenen Methode bestimmt.
D-Mode und ΔD50 der Ruße wurden auf folgende Weise bestimmt. Es wurde ein Histogramm der Stokes-Durchmesser der Aggregate der Rußproben gegenüber der relativen Frequenz ihres Auftretens in einer gegebenen Probe gemacht. Wie in Figur 5 gezeigt wird, wird eine Linie (B) von der spitze (A) des Histogramms in einer parallelen Richtung zur Y-Achse zu der X-Achse des Histogramms gezogen, die dort im Punkt (C) endet. Der Mittelpunkt (F) der sich ergebenden Linie < B) wird bestimmt und eine Linie (G) wird durch den Mittelpunkt (F) derselben parallel zur X-Achse gezogen. Linie (G) schneidet die Verteilungskurve des Histogramms in zwei Punkten D und E. Der absolute Wert des Unterschieds von zwei Stokes-Durchmessern der Rußteilchen an den Punkten D und E ist der ΔD 50-Wert.
Die Daten, die zur Bildung des Histogramms verwendet wurden, wurden unter Verwendung einer Scheibenzentrifuge wie jener, die von Joyce Loebl Co. Ltd. of Tyne and Wear, United Kingdom hergestellt wird, bestimmt. Das folgende Verfahren ist eine Abänderung des Verfahrens, das in der Bedienungsanleitung der Joyce Loebl Scheibenzentrifugen File Reference DCF 4 008, veröffentlicht am 1. Februar 1985, beschrieben ist, auf deren Lehren hiermit ausdrücklich Bezug genommen wird und die zur Bestimmung der Daten verwendet wurde.
Das Verfahren ist das folgende. 10 mg (Milligramm) einer Rußprobe werden in einem Wägegefäß gewogen, dann zu 50 cm³ einer Lösung aus 10 % absolutem Ethanol und 90 % destilliertem Wasser gegeben, das mit 0,005 % NONIDET P-40-Tensid (NO- NIDET P-40 ist ein eingetragenes Warenzeichen für ein Tensid, das von Shell Chemical Company-Co. hergestellt und verkauft wird) gebildet wurde. Die erhaltenen Suspension wird mittels Ultraschallenergie 15 Minuten unter Verwendung von Sonifier Model No. W 385, hergestellt und verkauft von Heat Systems Ultrasonics Inc., Farmingdale, New York, dispergiert.
Vor dem Einschalten der scheibenzentrifuge werden die folgenden Daten in den Computer eingegeben, der die Daten von der scheibenzentrifuge aufzeichnet:
1. Die spezifische Dichte des Rußes, die 1,86 g/cm³ beträgt;
2. Das Volumen der Lösung des Rußes, dispergiert in einer Lösung aus Wasser und Ethanol, welches in diesem Fall 0,5 cm³ beträgt;
3. Das Volumen des Spin-Fluids, das in diesem Fall 10 cm³ Wasser ist;
4. Die Viskosität des Spin-Fluids, die in diesem Fall 0,933 Centipoise bei 23 ºC beträgt;
5. Die Dichte des Spin-Fluids, die in diesem Fall 0,9975 g/cm³ bei 23 ºC beträgt;
6. Die Scheibengeschwindigkeit, die in diesem Fall 8000 U/min beträgt;
7. Die Probenahme-Zeitspanne, die in diesem Fall 1 Sekunde beträgt.
Die Scheibenzentrifuge wird bei 8000 U/min betrieben, während das stroboskop in Betrieb ist. 10 cm³ destilliertes Wasser werden als Spin-Fluid in die Zentrifugalscheibe eingespritzt. Der Trübungsgrad wird auf 0 gesetzt und 1 cm³ der Lösung aus 10 % absolutem Ethanol und 90 % destilliertem Wasser wird als eine Puffer-Flüssigkeit eingespritzt. Die Schlag- und Verstärkungsknöpfe der Scheibenzentrifuge werden dann so betrieben, daß man einen gleichmäßigen Konzentrationsgradienten zwischen dem spin-Fluid und der Puffer-Flüssigkeit erhält, und der Gradient wird visuell gesteuert. Sobald der Gradient gleichmäßig geworden ist, so daß keine unterscheidbare Grenze zwischen den zwei Fluiden auftritt, werden 0,5 cm³ der Lösung aus in wäßrigem Ethanol dispergiertem Ruß in die Zentrifugal-Scheibe eingespritzt und es beginnt sofort die Datenerfassung. Sofern strähnenbildung auftritt, wird der Versuch verworfen. Die Scheibe rotiert schnell während 20 Minuten nach der Einspritzung der Lösung aus in wäßrigem Ethanol dispergiertem Ruß. Nach der Schnellrotation während 20 Minuten wird die Scheibe angehalten, es wird die Temperatur des spin-Fluids gemessen und die durchschnittliche Temperatur des Spin- Fluids, die zu Beginn des Versuchs gemessen wurde, und die Temperatur des spin-Fluids, die am Ende des Versuchs gemessen wird, gehen in den Computer ein, welcher die Daten von der Scheibenzentrifuge auf zeichnet. Die Meßergebnisse werden gemäß der Standard-Stokes-Gleichung analysiert und werden unter Verwendung der folgenden Definitionen dargestellt:
Ruß-Aggregat: eine diskrete, feste kolloidale Einheit, d.h. die kleinste dispergierbare Einheit. Sie besteht aus beträchtlich koaleszierten Teilchen;
Stokes-Durchmesser: der Durchmesser einer Kugel, welche in einem viskosen Medium in einem Zentrifugal- oder Schwerefeld gemäß der Stokes-Gleichung sedimentiert. Ein nicht-kugelförmiger Gegenstand wie ein Rußaggregat kann auch mittels des Stokes-Durchmessers dargestellt werden, vorausgesetzt, daß er sich wie eine gleichförmige, feste Kugel der gleichen Dichte und Sedimentationsgeschwindigkeit wie der Gegenstand verhält. Die gebräuchlichen Einheiten werden als Nanometer-Durchmesser dargestellt.
Mode (D-Mode für Aufzeichnungszwecke): der Stokes-Durchmesser an dem Punkt (Punkt A der Figur 5) der Verteilungskurve für Stokes-Durchmesser.
Mittlerer stokes-Durchmesser (Dst für Aufzeichnungszwekke): der Punkt auf der Verteilungskurve der Stokes-Durchmesser, an dem 50 Gew.-% der Probe entweder größer oder kleiner sind. Er stellt deshalb den Mittelwert der Bestimmung dar.
Die Shore A-Härte der Kautschuk-Zusammensetzungen wurde gemäß der in ASTM D-2240-86 beschriebenen Methode bestimmt.
Die Abriebdaten der Kautschuk-Zusammensetzungen wurden unter Verwendung einer Abriebapparatur bestimmt, die auf einer Apparatur vom Typ Lambourn basiert. Abriebraten (Kubikzentimeter/Zentimeter Wanderung) wurden bei 7 %, 13 % und 21 % Gleiten gemessen. Das Gleiten basiert auf der relativen Geschwindigkeit der Platten gegenüber dem Gleitwinkel. In den folgenden Beispielen ist der Abrieb-Index das Verhältnis der Abriebgeschwindigkeit einer Kontroll-Zusammensetzung, die VULCAN 6-Ruß, ein Warenzeichen-geschütztes Produkt von Cabot Corporation, Waltham, Massachusetts, enthält, zu der Abriebgeschwindigkeit einer Zusammensetzung, die unter Verwendung eines spezifizierten Rußes der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde, bei gleichem Gleiten.
Der Modul, Zug und Dehnung der Kautschuk-Zusammensetzungen wurden mittels der Methode gemessen, die in ASTM D412 beschrieben ist.
Rückpralldaten wurden für alle Kautschuk-Proben unter Verwendung eines ZWICK Rebound ResilienceTester, Model 5109 bestimmt, der von Zwick of America, Inc., Post Office Box 997, East Windsor, Connecticut 06088 hergestellt wird. Hinweise zur Bestimmung der Rückprallwerte sind dem Instrument beigefügt.
Die Wirksamkeit und die Vorteile der vorliegenden Erfindung werden weiterhin durch die folgenden Beispiele illustriert.

Beispiele 1-4

Es wurden vier Beispiele der neuen Ruße der vorliegenden Erfindung in einem Reaktor hergestellt, der allgemein hierin beschrieben ist und in Figur 1 abgebildet ist, unter Verwendung der Reaktorbedingungen und der Geometrie wie sie in Tabelle 1 beschrieben ist. Der in der Verbrennungsreaktion in jedem der Beispiele verwendete Brennstoff war Erdgas. Das flüssige Einsatzmaterial, das in jedem der Beispiele verwendet wurde, hatte die in der folgenden Abbildung angegebenen Eigenschaften:

Einsatzmaterial-Eigenschaften

Wasserstoff/Kohlenstoff-Verhältnis 0, 93
Wasserstoff (Gew.-%) 7,16
Kohlenstoff (Gew.-%) 91,2
Schwefel (Gew.-%) 0,4
A.P.I.-Dichte 15,5/15,6 -2,2 C(60)F[ASTM D-287]
Spezifische Dichte 15,5/15,6 1,094 C(60)F[ASTM D-287]
Viskosität, SUS (54,4 ºC) 105,8 [ASTM D-88]
Viskosität, SUS (98,9 ºC) 40,8 [ASTM D-88]
BMCI (Visc-Grav) 135
Die Reaktorbedingungen und die Reaktorgeometrie werden in den nachstehenden Tabelle I beschrieben. Tabelle I Ruße Beisp Öl-Injektion, Punkt 32, Anzahl der Spitzen x Größe (inch) Öl-Geschwindigkeit, 32, gph Öldruck, 32, psig Ölverheizung, 32, ºF Öl Injektion, Punkt 34, Anzahl der Spitzen x Größe (inch) Öl-Geschwindigkeit, 34, gph Öldruck, 34, psig Ölverheizung, 34, ºF Verbrennungs-Luft, kscfh Verbrennungs-Luft, Vorheizung, ºF Erdgas, kscfh Luft/Verbrennungsgas-Verhältnis K+, gK+/100 gal Öl Quenchen, Druck, psi Temp. beim Quenchen, ºF 32 = Punkt 32 in Figur 1; 34 = Punkt 34 in Figur 1; gph = (Gallonen pro Stunde; psi = Pfund pro Quadratinch; ºF = Grad Fahrenheit; kscfh = Standardkubikfuß/Stunde in 1000; K+ = Kalium; gK+/100 gal = Gramm K+/100 Gallonen Einsatzmaterial (Öl)
Die in den Beispielen 1-4 hergestellten Ruße wurden dann gemäß den hierin beschriebenen Verfahrensweisen analysiert. Die analytischen Eigenschaften der hergestellten Ruße und der von zwei Referenz-Rußen waren nach dem Naß-Granulieren und Trocknen die folgenden: Ruße Beisp. VULCAN CTAB (m²/g) N&sub2;SA (m²/g) DBP(cm³/100g) CDBP(cm³/100g) Farbwert(%) Farbwert/CTAB D-Mode ΔD50 Δ D50/D-Mode
VULCAN 6-Ruß und VULCAN 10H-Ruß sind Ruße mit Warenzeichen, die von Cabot Corporation, Waltham, Massuchusetts hergestellt werden.

Beispiel 5

Dieses Beispiel illustriert die Verwendung der neuen Ruße der vorliegenden Erfindung in Kautschuk-Zusammensetzungen im Vergleich zu Kautschuk-Zusammensetzungen, die unter Verwendung von VULCAN 6-Ruß und VULCAN 10H-Ruß hergestellt wurden. Kautschuk-Zusammensetzung A wurde mit dem Ruß, der gemäß der vorliegenden Erfindung in Beispiel 1 hergestellt worden war, gemacht. Kautschuk-Zusammensetzung B wurde mit dem Ruß, der gemäß der vorliegenden Erfindung in Beispiel 2 hergestellt worden war, gemacht. Kautschuk-Zusammensetzung C wurde mit dem Ruß, der gemäß der vorliegenden Erfindung in Beispiel 3 hergestellt worden war, gemacht. Kautschuk-Zusammensetzung D wurde mit dem Ruß, der gemäß der vorliegenden Erf indung in Beispiel 4 hergestellt worden war, gemacht. Kautschuk-Zusammensetzung E wurde mit VULCAN 6-Ruß hergestellt. Kautschuk-Zusammensetzung F wurde mit VULCAN 10H-Ruß hergestellt. Kautschuk-Zusammensetzungen A, B, C, D, E und F wurden jeweils unter Einbau der Ruß-Proben gemäß den Kautschuk-Formulierung-Verfahrensweisen hergestellt, die nachstehend in Tabelle II gezeigt werden. Tabelle II Bestandteil Gewichtsteile Naturkautschuk Ruß Zinkoxid Circo Light Rubber Process Oil Stearinsäure Sunproof Improved Santoflex 13 AgeRite Resin Santocure MOR Schwefel
Circo Light Rubber Process Oil ist eine naphthenisches Öl, ASTM D2226, Typ 103; Sunproof Improved ist eine Mischung von wachsartigen Materialien, die als Stabilisator verwendet wird; Santoflex 13 ist n-(1,3-Dimethylbutyl)-N'-phenyl-p-phenylendiamin; AgeRite Resin D ist polymerisiertes 1,2-Dihydro-2,2,4-trimethylchinol in; Santocure MOR ist 2-(Morpholinothio)benzthiazol.
Die statischen Eigenschaften dieser Kautschuk-Zusammensetzungen wurden dann gemäß den hierin beschriebenen ASTM-Methoden bestimmt. Die Ergebnisse waren die folgenden: Kautschuk-Zusammensetzung Modul 300 % El (psi) Zugspannung (psi) Elb* (%) Shore A-Härte *: Elb = Bruchdehnung; psi = Pfund pro Quadratinch
Diese Ergebnisse zeigen, daß die statischen Eigenschaften der Kautschuk-Zusainmensetzungen A, B, C und D, die mit Rußen der vorliegenden Erfindung hergestellt wurden, den Kautschuk- Zusammensetzungen E und F vergleichbar waren, die mit Referenz-Rußen hergestellt worden waren.
Der Laboratoriums-Abrieb-Index und % Rückprall jeder Kautschuk-Zusammensetzung wurden ebenfalls wie oben beschrieben bestimmt. Die Ergebnisse sind die folgenden: Kautschuk-Zusammensetzung Gleiten Rückprall
Die Laboratoriums-Abrieb-Index-Daten zeigen, daß Kautschuk-Zusammensetzungen A, B, C und D, die die Ruße der vorliegenden Erfindung enthalten, verbesserte Eigenschaften des Abriebbeständigkeits/Hysterese-Verhaltens, verglichen mit den Kautschuk-Zusammensetzungen E und F aufwiesen, bei denen die Kontroll-Ruße eingebaut worden waren. Die verbesserten Eigenschaften des Abriebbeständigkeits/Hysterese-Verhaltens der Kautschuk-Zusammensetzungen, die die Ruße der vorliegenden Erfindung enthalten, werden graphisch bei Gleitwerten von 7 %, 13 % und 21 % in den Figuren 2, 3 und 4 dargestellt.
Es sollte klar sein, daß die hierin beschriebenen Formen der vorliegenden Erfindung der Veranschaulichung dienen und nicht den Bereich der Erfindung einschränken.

Claims

1. Ruß mit einem CTAB von 120-160 m²/g, einem N&sub2;SA von 125- 180 m²/g, einem CDBP von 95-120 cm³/100 g, einem DBP von 110-145 cm³/100g, einem Farbton/CTAB-Verhältnis von 0,80- 1,10, einem ΔD50 von 70-100 nm und einem ΔD50/D-Mode- Verhältnis von 0,80-1,05.

2. Ruß gemäß Anspruch 1, worin das CTAB 125-150 m²/g ist, das N&sub2;SA 125-170 m²/g ist, das CDBP 98-117 cm³/100 g ist, das DBP 112-140 cm³/100 g ist, das Farbton/CTAB-Verhältnis 0,85-1,05 ist, das ΔD50 72-90 nm ist und das ΔD50/D- Mode-Verhältnis 0,82-1,00 ist.

3. Ruß gemäß Anspruch 1, worin das CTAB 131 m²/g ist, das N&sub2;SA 141 m²/g ist, das CDBP 104 cm³/100 g ist, das DBP 118 cm³/100 g ist, das Farbton/CTAB-Verhältnis 1,01 ist, das ΔD50 86 nm ist und das ΔD50/D-Mode-Verhältnis 0,96 ist.

4. Ruß gemäß Anspruch 1, worin das CTAB 129 m²/g ist, das N&sub2;SA 133 m²/g ist, das CDBP 100 cm³/100 g ist, das DBP 114 cm³/100 g ist, das Farbton/CTAB-Verhältnis 1,02 ist, das ΔD50 78 nm ist und das ΔD50/D-Mode-Verhältnis 0,91 ist.

5. Ruß gemäß Anspruch 1, worin das CTAB 149 m²/g ist, das N&sub2;SA 159 m²/g ist, das CDBP 110 cm³/100 g ist, das DBP 108 cm³/100 g ist, das Farbton/CTAB-Verhältnis 0,88 ist, das ΔD50 82 nm ist und das ΔD50/D-Mode-Verhä1tnis 0,87 ist.

6. Ruß gemäß Anspruch 1, worin das CTAB 135 m²/g ist, das N&sub2;SA 156 m²/g ist, das CDBP 102 cm³/100 g ist, das DBP 115 cm³/100 g ist, das Farbton/CTAB-Verhältnis 1,00 ist, das ΔD50 74 nm ist und das ΔD50/D-Mode-Verhältnis 0,84 ist.

7. Kautschuk-Zusammensetzung umfassend 100 Gewichtsteile eines Kautschuks und 10 bis 250 Gewichtsteile eines Rußes mit einem CTAB von 120-160 m²/g, einem N²SA von 125-180 m²/g, einem CDBP von 95-120 cm³/100 g, einem DBP von 110- 145 cm³/100g, einem Farbton/CTAB-Verhältnis von 0,80- 1,10, einem ΔD50 von 70-100 nm und einem ΔD50/D-Mode- Verhältnis von 0,80-1,05.

8. Kautschuk-Zusammensetzung gemäß Anspruch 7, worin das CTAB des Rußes 125-150 m²/g ist, das N&sub2;SA des Rußes 125- 170 m²/g ist, das CDBP des Rußes 98-117 cm³/100 g ist, das DBP des Rußes 112-140 cm³/100 g ist, das Farbton/CTAB-Verhältnis des Rußes 0,85-1,05 ist, das ΔD50 des Rußes 72-90 nm ist und das ΔD50/D-Mode-Verhältnis des Rußes 0,82-1,00 ist.

9. Kautschuk-Zusammensetzung gemäß Anspruch 7, worin der Kautschuk Naturkautschuk ist.

10. Kautschuk-Zusammensetzung gemäß Anspruch 7, worin der Ruß in einer Menge von 50 bis 100 Gewichtsteilen pro 100 Gewichtsteile Kautschuk vorliegt.