DE69623927T2

DE69623927T2 - Russzusammensetzungen und verbesserte polymerzusammensetzungen

Info

Publication number: DE69623927T2
Application number: DE69623927T
Authority: DE
Inventors: S. Whitehouse
Original assignee: Cabot Corp
Current assignee: Cabot Corp
Priority date: 1995-01-10
Filing date: 1996-01-11
Publication date: 2003-06-05
Anticipated expiration: 2016-01-12
Also published as: EP0802950A1; ZA9654B; FI972921A0; CN1176651A; CN1121459C; WO1996021698A1; YU49080B; RO121129B1; MY128313A; CO4520146A1; CZ216597A3; US5871706A; CZ293241B6; KR100384345B1; HUP9800807A2; JP3657616B2; BR9606829A; JPH10512314A; AR000648A1; TR199600005A2

Description

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft Rußzusammensetzungen, umfassend ethoxylierte Ester oder Polyether, ethoxylierte Alkohole, nicht-ethoxylierte Ester und Ruß. Die Zusammensetzungen können durch Einarbeiten von ethoxylierten Estern oder Polyethern auf flockenförmigen Ruß in einem Pelletisierungsverfahren unter Erzeugung von frei fließenden, wenig staubenden, abriebbeständigen Rußpellets, die in den meisten polymeren Systemen leicht dispergierbar sind und verbesserte rheologische und mechanische Eigenschaften bereitstellen, hergestellt werden.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch Polymerzusammensetzungen, die die erfindungsgemäßen Rußzusammensetzungen enthalten.

Technischer Hintergrund

Durch ein Ofenverfahren hergestellte Ruße haben im Allgemeinen Schüttdichten im Bereich von 0,02 bis 0,1 Gramm/Kubikzentimeter (g/cm³) und sind im Allgemeinen als flockenförmige Ruße bekannt. Flockenförmige Ruße sind im Allgemeinen in Flüssigkeiten und in einigen polymeren Systemen leicht zu dispergieren. Jedoch sind flockenförmige Ruße im Allgemeinen kohäsiv und folglich schwierig für Zwecke, wie das Transportieren und Wägen, zu handhaben.
Flockenförmige Ruße werden durch verschiedene Arten von mechanischen Vorgängen entweder im trockenen Zustand oder mit Hilfe von Flüssigkeit zur Herstellung von Pellets mit verbesserten Handhabungseigenschaften agglomeriert. Übliche flüssige Pelletisierungsmittel sind Öl und Wasser. Das Verfahren des Agglomerierens von flockenförmigen Rußen zur Bildung von Rußpellets wird im Allgemeinen als Pelletisieren bezeichnet.
Leider haben im Allgemeinen angewendete Verdichtungs- oder Agglomerierungs- (Pelletisierungs-) Verfahren nachteilige Wirkungen auf die Dispersionseigenschaften des Rußes. Daher ist auf dem Fachgebiet bekannt, dass es beim Pelletisieren von Rußen ein heikles Gleichgewicht zwischen annehmbaren Handhabungseigenschaften und der Leichtigkeit der Dispersion gibt.
Ein Verfahren zum Pelletisieren von Ruß wird in US- Patent Nr. 2 065 371 offenbart, welches ein typisches Nasspelletisierungsverfahren beschreibt, wobei der flockenförmige Ruß und eine Flüssigkeit, typischerweise Wasser, vereinigt werden und gerührt werden, bis sich sphärische Perlen gebildet haben. Diese Perlen werden dann unter Verminderung des Wassergehalts auf vorzugsweise unterhalb 1% zur Bildung von Rußteilchen getrocknet.
Die Patente des Standes der Technik offenbaren auch die Verwendung von Bindemitteladditiven in einem Nasspelletisierungsverfahren, um die Pellethandhabungseigenschaften weiter zu verbessern.
US-Patent Nr. 2 850 403 offenbart die Verwendung von Kohlenhydraten, beispielsweise Zucker, Melassen, löslichen Stärken, Sacchariden und Ligninderivaten, als Pelletbindemittel im Bereich von 0,1% bis 0,4 Gewichtsprozent, bezogen auf den trockenen Ruß. Die bevorzugte Trocknungstemperatur des nassen Pellets wird als 150 bis 425ºC offenbart, die zusammen mit der Verweilzeit ausreichend ist, um das Bindemittel zu carbonisieren.
US-Patent Nr. 2 908 586 offenbart die Verwendung einer Kolophoniumemulsion als Pelletbindemittel als eine Alternative zu Kohlenhydraten. Der bevorzugte Anteil von Kolophoniumbindemittel liegt im Bereich von 0,5% bis 2,0 Gewichtsprozent, bezogen auf den trockenen Ruß.
US-Patent Nr. 2 639 225 offenbart die Verwendung von anionischen Sulfonat- und Sulfattensiden als Pelletbindemittel mit Anteilen von 0,1% bis 0,5 Gewichtsprozent, bezogen auf den trockenen Ruß.
US-Patent Nr. 3 565 658 offenbart die Verwendung von nicht-ionischem Fettaminethoxylattensid, wobei der Anteil der Ethoxylierung im Bereich von 2 bis 50 Mol Ethylenoxid pro Fettamingruppe liegt. Der bevorzugte Anteil von Tensid in dem pelletisierenden Wasser liegt im Bereich von 0,05% bis 5% auf das Gewicht, bezogen auf den trockenen Ruß.
In ähnlicher Weise offenbart US-Patent Nr. 3 645 765 die Verwendung eines nicht-ionischen Fettsäure- oder Kolophoniumsäureethoxylattensids, wobei der Ethoxylierungsgrad 5 bis 15 Mol Ethylen pro Säuregruppe ist. Die bevorzugte Zugabemenge zu dem Ruß liegt im Bereich von 0,1% bis 10 Gewichtsprozent, bezogen auf den trockenen Ruß.
Das SU-Patent Nr. 937 492 gibt die Vorteile der Verwendung von 0,1% bis 5 Gewichtsprozent, bezogen auf den trockenen Ruß, einer wässerigen Lösung eines aus Harnstoff und einem ethoxylierten Alkylolamid erzeugten Reaktionsproduktes an. Der bevorzugte Ethoxylierungsgrad ist 1 bis 7 Mol Ethylenoxid pro Alkylolamidmolekül.
US-Patent Nr. 3 844 809 offenbart die Verminderung der Pelletstaubanteile durch Einarbeiten von 0,4% bis 2,5 Gewichtsprozent, bezogen auf den trockenen Ruß, einer wässerigen Lösung, enthaltend 0,001% bis 0,1 Gewichtsprozent eines nicht-ionischen Tensids, enthaltend statistisch wiederkehrende Poly(ethylenoxid)- und Poly(dimethylsilikon)-Gruppen. Melasse ist auch bei im Wesentlichen höherer Konzentration (bis zu 2 Gewichtsprozent) als zusätzliches Bindemittel und Salpetersäure (bis zu 15 Gewichtsprozent) als eine oxidierende Quelle enthalten.
Die Verwendung von Kohlenhydraten, Kolophonium und oberflächenaktiven Mitteln ist, wie in den vorstehenden Patenten offenbart, auf die Verbesserung der Pellethandhabungseigenschaften gerichtet. Die Patente offenbaren nicht, dass die Pelletisierungsbehandlungen die Leistungseigenschaften des Rußes in den Endproduktanwendungen beeinträchtigen, die typischerweise Kautschuk-orientiert sind.
Das Japanische Patent Nr. 1 201 369 offenbart die Verwendung eines amphoteren Tensids von Carbonsäuretyp in einem Konzentrationsbereich von 0,001% bis 0,1 Gewichtsprozent in dem Pelletisierungswasser unter Erzeugung von Rußpellets mit einer niedrigen Anhaftung und ausgezeichnetem Dispergiervermögen.
US-Patent Nr. 3 014 810 offenbart die Vorteile von Nasspelletisieren eines Bereichs von Pigmenten, einschließlich Ruß, mit einem Gemisch aus einer quaternären Ammoniumverbindung und einem Bis(2-hydroxyethyl)alkylamin. Die Verbesserungen der Dispersionsgeschwindigkeit, Viskositätsstabilität und antistatischen Eigenschaften werden für das Gemisch der oberflächenaktiven Mittel offenbart.
Pelletisieren mit Öl in Gegenwart oder Abwesenheit von Wasser wird in US-Patent Nr. 2 635 057, US-Patent Nr. 3 011 902 und US-Patent Nr. 4 102 967 als vorteilhaft beim Verbessern der Handhabungseigenschaften von Rußpellets offenbart.
Verschiedene Patente, einschließlich US-Patent Nr. 2 511 901, US-Patent Nr. 2 457 962, US-Patent Nr. 4 440 807, US-Patent Nr. 4 569 834, US-Patent Nr. 5 168 012 und das Japanische Patent Nr. 77 130 481, offenbaren Polymere in Emulsion, organische Lösungsmittellösungen und in geschmolzener Form als Mittel zum Modifizieren der Pelleteigenschaften von Ruß.
US-Patent Nr. 4 277 288 offenbart ein fluidisiertes Granulierungsverfahren zur Herstellung von frei fließenden, staublosen Pigmentgranulaten in Abwesenheit von Wasser. Die organische Komponente, die zur Herstellung eines staublosen Granulats erforderlich ist, besteht aus zwei Komponenten, 5- 20 phr einer nicht-wässerigen Granulierungshilfe und einem nicht-ionischen Tensid, beispielsweise Sorbitanoleatethoxylat als eine zweite Komponente. Der Hauptteil der Offenbarung betrifft die Herstellung von frei fließenden organischen und anorganischen Pigmenten, einschließlich Ruß.
US-Patent Nr. 4 397 652 offenbart auch ein Verfahren zur Herstellung von organischen Farbstoffen und optischen Aufhellern bei vernachlässigbarer Stauberzeugung. Das Verfahren beinhaltet das Trockenmischen zwischen 30 und 80ºC des Farbstoffs oder optischen Aufhellers mit 2-10 Gewichtsprozent eines Haftmittels, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus mehrwertigem Alkohol (beispielsweise Sorbit); Mannit; Mannitose; Lactose: hydrierter Dextrose; Neopentylglycol; und Polyethylenglycol mit einer Molmasse oberhalb 3000. In die Zusammensetzungen sind auch 1-10% einer Staubhilfe eingeschlossen, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Fettsäureethanolamid; Fettsäureamid; Alkylalkohol; substituiertem Phenol; und Polyethylenglycol mit einer Molmasse zwischen 200 und 1000.
US-Patent Nr. 4 230 501 offenbart ein Pigmentkonzentrat, das in Kunststoffen dispergierbar ist, das durch Vereinigen von 51-85%, auf das Gewicht eines Pigments, und 14-49%, auf das Gewicht einer wachsartigen Komponente, hergestellt wird. Die wachsartige Komponente wird vorwiegend als ein natürliches, Petrol- oder Synthese-Wachs offenbart, das mit entweder Polyethylenglycol oder einem Kohlenwasserstoffharz vermischt wurde, um die Schmelzviskosität zu vermindern und bessere Einarbeitung des Pigments zu erlauben.
Polyethylenglycol ist bereits als Additiv zum direkten Compoundieren zu plastischen Zusammensetzungen bekannt.
US-Patent Nr. 4 013 622 offenbart das Einarbeiten von 100 bis 600 ppm Polyethylenglycol im Molmassenbereich von 600 bis 20000 (vorzugsweise 1300 bis 7500), um den Durchschlag von Polyethylen während der Folienblasvorgänge, die auf Gelbildung beobachtet werden, zu vermindern.
US-Patent Nr. 4 812 505, US-Patent Nr. 4 440 671 und US-Patent Nr. 4 305 849 offenbaren die Verwendung von Polyethylenglycolen in dem Molmassenbereich 1000 bis 20000 als hilfreich zur Verminderung der Wärme- und Wasser-Treeing-Eigenschaften in Polyolefinzusammensetzungen für elektrische Isolierung. In ähnlicher Weise weitet das US-Patent Nr. 4 612 139 dieses Konzept einer Wasser-Treeing-Reduktion aus, um das Polyethylenglycol in halbleitenden, Ruß enthaltenden Polyolefinzusammensetzungen einzusetzen.
Ähnliche Zusammensetzungen werden in dem Deutschen Patent DE 27 23 488 offenbart, worin Polyethylenglycol und andere mobile Additive als vorteilhaft zur Verminderung der interlaminaren Anhaftung zwischen der Isolationsschicht und der äußeren leitfähigen Schicht in einem elektrischen Kabelaufbau offenbart werden. Polyethylenglycol und verzweigte Ethoxylatmoleküle werden als Weichmacher für Ethylen-Acrylsäure-Copolymere in US-Patent Nr. 3 361 702 offenbart.
Das GB-Patent 975 847 offenbart die Verwendung von Polyethylenglycol oder einem aliphatischen Derivat in einer wässerigen Lösung als ein Mittel zur Erzeugung von Agglomeraten von organischen Kautschukohemikalien. Ein Teig wird als ein Zwischenprodukt gebildet, das dann in Tröpfchen umgewandelt wird und bei niederen Temperaturen getrocknet wird.

Kurzdarstellung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung umfasst Rußzusammensetzungen, die in ihrer trockenen Form bessere Handhabungseigenschaften umfassen, und den Polymerzusammensetzungen bessere Leistungen verleihen. Die Rußzusammensetzungen umfassen:
Ruß und
0,1% bis 50%, vorzugsweise 1 bis 20 Gewichtsprozent, mindestens eines Bindemittels, das ausgewählt ist aus mindestens einer der folgenden Gruppen:
i) einem ethoxylierten mehrwertigen Alkohol, der vor der Ethoxylierung mindestens 3 Hydroxylgruppen pro Molekül aufweist, wobei die Gesamtzahl der Ethylenoxidmoleküle pro mehrwertigem Alkohol mindestens 3 beträgt; vorzugsweise ist der mehrwertige Alkohol ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Triethanolamin, Glycerin, Pentaerythrit, Sorbit, Sorbitan, Sucrose oder einem Polyglycerid, und/oder der Gesamtanteil an Ethylenoxidmolekülen pro mehrwertigem Alkohol variiert von 3 bis 500 und variiert bevorzugter von 5 bis 100;
ii) einem Alkylcarbonsäureester eines ethoxylierten mehrwertigen Alkohols, der vor der Ethoxylierung mindestens 3 Hydroxylgruppen pro Molekül aufweist, wobei die Alkylcarbonsäure 8 bis 30 Kohlenstoffatome aufweist und gesättigt oder ungesättigt sein kann, und wobei darüber hinaus der Monoester eine Funktionalität von mindestens 80% aufweist, wobei der Rest eine Diesterfunktionalität ist, und wobei darüber hinaus die Anzahl der Ethylenoxidmoleküle pro mehrwertigem Alkoholester mindestens 3 beträgt; vorzugsweise ist der mehrwertige Alkohol ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Triethanolamin, Glycerin, Pentaerythrit, Sorbit, Sorbitan, Sucrose oder einem Polyglycerid, und/oder die Gesamtzahl an Ethylenoxidmolekülen pro mehrwertigem Alkoholester variiert von 3 bis 500 und variiert bevorzugter von 5 bis 100;
iii) einem Alkylcarbonsäureester eines mehrwertigen Alkohols, der vor der Veresterung mindestens 3 Hydroxylgruppen pro Molekül aufweist, wobei die Alkylcarbonsäure 8 bis 30 Kohlenstoffatome aufweist und gesättigt oder ungesättigt sein kann, und wobei die Monoesterfunktionalität mindestens 80% beträgt und der Rest eine Diesterfunktionalität ist; vorzugsweise ist der mehrwertige Alkohol ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus: Triethanolamin, Glycerin, Pentaerythrit, Sorbit, Sorbitan, Sorbit und Polyglycerid;
iv) einem ethoxylierten Alkylcarbonsäureester eines mehrwertigen Alkohols, der vor der Veresterung mindestens 3 Hydroxylgruppen pro Molekül aufweist, wobei die Alkylcarbonsäure 8 bis 30 Kohlenstoffatome aufweist und gesättigt oder ungesättigt sein kann, und wobei darüber hinaus die Monoesterfunktionalität mindestens 80% beträgt und der Rest eine Diesterfunktionalität ist, und wobei darüber hinaus die Anzahl der Ethylenoxidmoleküle pro mehrwertigem Alkohol mindestens 3 beträgt; vorzugsweise ist der mehrwertige Alkohol ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus: Triethanolamin, Glycerin, Pentaerythrit, Sorbit, Sorbitan, Sorbit und einem Polyglycerid, und/oder die Gesamtanzahl an Ethylenoxidmolekülen pro mehrwertigem Alkoholester variiert von 3 bis 500 und variiert bevorzugter von 5 bis 100; und
v) einem Polyethylenoxid-Polypropylenoxid-Polyethylenoxid-Blockcopolymer.
Es ist auch bevorzugt, dass die Bindemittel von Gruppen i, ii, iii, iv und v einen HLB-Wert von 8,0 bis 30 aufweisen. Der HLB-Wert bezieht sich auf den hydrophilenlipophilen Ausgleichswert, der durch das Verfahren, beschrieben in Non-Ionic Surfactants, Band 23, herausgegeben von Martin Schick (Marcel Dekker Inc. (New York) 1987; ISBN 0-8247- 7530-9), Seite 440, bestimmt werden kann. Non-Ionic Surfactants, Band 23 stellt Gleichungen, die die Struktur des Tensidmoleküls zu dem HLB-Wert betreffen, bereit. Der HLB-Wert wird auch durch die nachstehenden Zeitschriftenartikel offenbart: Griffin W. C., J. Soc. Cosmetic Chemist, Band 1, Seite 311 und ff. (1949) und Band 5, Seite 249 und ff. (1954). Aus den den Gewichtsprozentsatz von Ethylenoxid in dem Molekül betreffenden Daten, der Verseifungszahl der Esterbindung und dem Säurewert der "Fettsäure", kann der HLB-Wert direkt aus einer der nachstehenden Gleichungen berechnet werden:
für mehrwertige Fettsäureester:
HLB = 20(1-S/A), worin S = Verseifungszahl des Esters und A = Säurezahl der Säure; und
für ethoxylierte mehrwertige Alkohole:
HLB = (E + P)/5, worin E = Gewichtsprozent Ethylenoxid und P = Gewicht an Pigment von mehrwertigem Alkohol.
Während beliebiger Ruß in den erfindungsgemäßen Zusammensetzungen angewendet werden kann, hat die Rußkomponente der Rußzusammensetzung vorzugsweise eine Stickstoffoberfläche (N&sub2;SA) von 15 bis 1800 m²/g, einen flockigen Dibutylphthalat-Absorptionswert (DBP) von 50 bis 350 cm³/100 g und einen Cetyltrimethylammoniumbromid-Absorptionswert (CTAB) von 15 bis 1500 m²/g.
Die Rußzusammensetzungen können in auf dem Fachgebiet beliebiger bekannter Art, wie durch physikalisches Vermischen der Komponenten, Schmelzvermischen der Komponenten oder Vereinigen der Komponenten unter Pelletisieren des Rußes hergestellt werden. Vorzugsweise werden die Rußzusammensetzungen durch Vorbehandeln des Rußes mit dem Bindemittel erhalten.
Die Rußzusammensetzungen können auch durch ein Pelletisierungsverfahren hergestellt werden, durch:
in Kontakt bringen eines flockigen Rußes in einem Nadelpelletisierer mit einer wässerigen Lösung, die ein Bindemittel enthält, ausgewählt aus den vorangehenden Gruppen von Verbindungen, wobei der bevorzugte Anteil an Bindemittel in dem Pelletisierungswasser 0,5% bis 50%; bevorzugter 20-40% auf das Gewicht ist; und
Erhitzen der feuchten Pellets unter gesteuerten Temperatur- und Zeitparametern, sodass das Wasser aus den Pellets entfernt wird, jedoch das Bindemittel nicht wesentliche Zersetzung eingeht und der Endbindemittelanteil des trockenen Rußes 0,1% bis 50% ist.
Die vorliegende Erfindung schließt auch neue Polymerzusammensetzungen ein, umfassend:
eine Polymerkomponente und 0,1-65%, vorzugsweise 0,1- 20 Gewichtsprozent, einer Zusammensetzung, umfassend einen Ruß und 0,1-50%, vorzugsweise 1-20%, von mindestens einer Bindemittelkomponente, ausgewählt aus mindestens einer der Gruppen i, ii, iii, iv oder v, wie vorstehend angeführt. Vorzugsweise wird der Ruß mit der Bindemittelkomponente vorbehandelt. Die bevorzugten Ruße und Bindemittelkomponenten sind wie vorstehend angegeben mit Bezug auf Rußzusammensetzungen der vorliegenden Erfindung. Die Polymerzusammensetzungen können andere übliche Additive, wie Pigmente, Verstärkungsmittel und dergleichen, einschließen.
Obwohl ein beliebiges Polymer in der erfindungsgemäßen Polymerzusammensetzung angewendet werden kann, schließen bevorzugte Polymere zur Verwendung in den erfindungsgemäßen Polymerzusammensetzungen ein, jedoch nicht darauf begrenzt:
a) Homo- oder Copolymere und Pfropfpolymere von Ethylen, wobei die Comonomere ausgewählt sind aus Buten, Hexen, Propen, Octen, Vinylacetat, Acrylsäure, Methacrylsäure, Estern von Acrylsäure, Estern von Methacrylsäure, Maleinsäureanhydrid, Halbestern von Maleinsäureanhydrid und Kohlenmonoxid;
b) Elastomeren, ausgewählt aus natürlichem Kautschuk, Polybutadien, Polyisopren, statistischem Styrolbutadienkautschuk (SBR), Polychloropren, Acrylnitrilbutadien, Ethylenpropylenco- und -terpolymere;
c) Homo- und Copolymere von Styrol, einschließlich lineares und radiales Styrol-Butadien-Styrol-Polymer, Acrylnitrilbutadienstyrol (ABS) und Styrolacrylnitril (SAN);
d) lineare und verzweigte Polyether- oder Polyesterpolyole;
e) kristalline und amorphe Polyester und Polyamide;
f) Alkydharze, Kolophoniumsäure oder Kolophoniumester, Kohlenwasserstoffharze, hergestellt aus thermischer oder Friedel-Craft-Polymerisation von cyclischen Dienmonomeren, wie Dicyclopentadien, Inden, Cumol; und
g) Kohlenwasserstofföle, wie paraffinisches Öl, naphthenisches Öl und hydriertes, naphthenisches Öl.
Die erfindungsgemäßen Polymerzusammensetzungen können in beliebiger auf dem Fachgebiet zum Kombinieren von Polymeren und trockenen oder wässerigen Komponenten bekannter Weise hergestellt werden.
Die vorliegende Erfindung schließt weiterhin Gegenstände ein, die aus den erfindungsgemäßen Polymerzusammensetzungen hergestellt sind.
Zur Anwendung in halbleitenden Draht- und Kabelanwendungen umfasst eine typische Formulierung der vorliegenden Erfindung vorzugsweise:
25-55 Gewichtsprozent einer Zusammensetzung, umfassend Ruß, und 0,5 bis 10 Teile pro 100 Teile Ruß von mindestens einer Bindemittelkomponente, ausgewählt aus mindestens einer der Gruppen i, ii, iii, iv oder v, wie vorstehend angeführt;
0 bis 2 Gewichtsprozent eines Stabilisators oder Antioxidants;
0 bis 5 Gewichtsprozent eines organischen Peroxids, vorzugsweise Dicumylperoxid;
0 bis 10 Gewichtsprozent eines Vinylsilans;
wobei der Rest ein Polymer oder ein Gemisch von Polymeren ist, ausgewählt aus der nachstehenden Gruppe:
Ethylenhomopolymer;
Ethylen, copolymerisiert mit einem oder mehreren α- Olefinen, wie Propylen, Buten oder Hexen;
Ethylen, copolymerisiert mit Propylen und einem Dienmonomer, vorzugsweise Norbornen; und
Ethylencopolymer mit einem oder mehreren Monomeren, ausgewählt aus Vinylacetat, Acrylsäure, Methacrylsäure, Estern von Acryl- oder Methacrylsäure, die 1 bis 8 Kohlenstoffatome enthalten, Maleinsäureanhydrid oder einem Monoester, abgeleitet von Fumar- oder Maleinsäure, Vinylchlorid oder Vinylidenchlorid.
Die erfindungsgemäße härtbare, halbleitende Zusammensetzung kann zusätzlich ein weiteres Polymer, wie Acrylnitrilbutadien-Elastomer, enthaltend. 25-55 Gewichtsprozent Acrylnitril, einschließen.
Zur Verwendung als Masterbatch-Zusammensetzung umfasst eine typische Formulierung der vorliegenden Erfindung vorzugsweise:
30-60 Gewichtsprozent einer Zusammensetzung, umfassend einen Ruß, und 0,1-50%, vorzugsweise 1-20%, von mindestens einer Bindemittelkomponente, ausgewählt aus mindestens einer der Gruppen i, ii, iii, iv oder v, wie vorstehend angeführt; und
70-40 Gewichtsprozent eines Ethylenhomopolymers oder -copolymers, worin das Comonomer vorzugsweise ausgewählt ist aus Hexen, Propen, Buten, Octen oder Vinylacetat. Vorzugsweise ist die Polymerzusammensetzung Polyethylen, niederdichtes Polyethylen, linearniederdichtes Polyethylen, hochdichtes Polyethylen oder ein Polyethylenwachs. Die Masterbatch-Zusammensetzung kann zusätzlich Antioxidantien, Peroxidzersetzer, gehinderte Aminlichtstabilisatoren, substituierte Benzophenon-UV-Adsorptionsmittel oder Verfahrenshilfen einschließen.
Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Rußzusammensetzungen besteht darin, dass die erfindungsgemäßen Rußzusammensetzungen in trockener Form im Vergleich mit üblichen flockigen oder pelletisierten Rußen bessere Handhabungseigenschaften aufweisen.
Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Polymerzusammensetzungen besteht darin, dass die Polymerzusammensetzungen verbesserte rheologische, Verarbeitungs- oder mechanische Eigenschaften zeigen.
Ein weiterer Vorteil der Rußzusammensetzungen und der erfindungsgemäßen Polymerzusammensetzungen wird aus der nachstehenden Beschreibung im Einzelnen deutlich.

Beschreibung der Erfindung im Einzelnen

Die vorliegende Erfindung schließt Rußzusammensetzungen ein, die in trockener Form bessere Handhabungseigenschaften aufweisen und den Polymerzusammensetzungen verstärkte Leistungseigenschaften verleihen. Die Rußzusammensetzungen umfassen:
Ruß und
0,1 bis 50%, vorzugsweise 1 bis 20 Gewichtsprozent, von mindestens einem Bindemittel, ausgewählt aus mindestens einer der folgenden Gruppen:
i) einem ethoxylierten mehrwertigen Alkohol, der vor der Ethoxylierung mindestens 3 Hydroxylgruppen pro Molekül aufweist, wobei die Gesamtzahl der Ethylenoxidmoleküle pro mehrwertigem Alkohol mindestens 3 beträgt; vorzugsweise ist der mehrwertige Alkohol ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Triethanolamin, Glycerin, Pentaerythrit, Sorbit, Sorbitan, Sucrose oder einem Polyglycerid, und/oder der Gesamtanteil an Ethylenoxidmolekülen pro mehrwertigem Alkohol variiert von 3 bis 500 und variiert bevorzugter von 5 bis 100;
ii) einem Alkylcarbonsäureester eines ethoxylierten mehrwertigen Alkohols, der vor der Ethoxylierung mindestens 3 Hydroxylgruppen pro Molekül aufweist, wobei die Alkylcarbonsäure 8 bis 30 Kohlenstoffatome aufweist und gesättigt oder ungesättigt sein kann, und wobei darüber hinaus der Monoester eine Funktionalität von mindestens 80% aufweist, wobei der Rest eine Diesterfunktionalität ist, und wobei darüber hinaus die Anzahl der Ethylenoxidmoleküle pro mehrwertigem Alkoholester mindestens 3 beträgt; vorzugsweise ist der mehrwertige Alkohol ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Triethanolamin, Glycerin, Pentaerythrit, Sorbit, Sorbitan, Sucrose oder einem Polyglycerid, und/oder die Gesamtzahl an Ethylenoxidmolekülen pro mehrwertigem Alkoholester variiert von 3 bis 500 und variiert bevorzugter von 5 bis 100;
iii) einem Alkylcarbonsäureester eines mehrwertigen Alkohols, der vor der Veresterung mindestens 3 Hydroxylgruppen pro Molekül aufweist, wobei die Alkylcarbonsäure 8 bis 30 Kohlenstoffatome aufweist und gesättigt oder ungesättigt sein kann, und wobei die Monoesterfunktionalität mindestens 80% beträgt und der Rest eine Diesterfunktionalität ist; vorzugsweise ist der mehrwertige Alkohol ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus: Triethanolamin, Glycerin, Pentaerythrit, Sorbit, Sorbitan, Sorbit und Polyglycerid;
iv) einem ethoxylierten Alkylcarbonsäureester eines mehrwertigen Alkohols, der vor der Veresterung mindestens 3 Hydroxylgruppen pro Molekül aufweist, wobei die Alkylcarbonsäure 8 bis 30 Kohlenstoffatome aufweist und gesättigt oder ungesättigt sein kann, und wobei darüber hinaus die Monoesterfunktionalität mindestens 80% beträgt und der Rest eine Diesterfunktionalität ist, und wobei darüber hinaus die Anzahl der Ethylenoxidmoleküle pro mehrwertigem Alkohol mindestens 3 beträgt; vorzugsweise ist der mehrwertige Alkohol ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus: Triethanolamin, Glycerin, Pentaerythrit, Sorbit, Sorbitan, Sorbit und einem Polyglycerid, und/oder die Gesamtanzahl an Ethylenoxidmolekülen pro mehrwertigem Alkoholester variiert von 3 bis 500 und variiert bevorzugter von 5 bis 100;
v) einem Polyethylenoxid-Polypropylenoxid-Polyethylenoxid-Blockcopolymer.
Es ist auch bevorzugt, dass die Bindemittel von Gruppen i, ii, iii, iv und v einen HLB-Wert von 8,0 bis 30 aufweisen. Der HLB-Wert kann in der vorstehend angeführten Weise bestimmt werden.
Obwohl ein beliebiger Ruß in den erfindungsgemäßen Zusammensetzungen angewendet werden kann, hat die Rußkomponente der Rußzusammensetzung vorzugsweise eine Stickstoffoberfläche (N&sub2;SA) von 15 bis 1800 m²/g, einen flockigen Dibutylphthalat-Absorptionswert (DBP) von 50 bis 350 cm³/100 g und einen Cetyltrimethylammoniumbromid-Absorptionswert (CTAB) von 15 bis 1500 m²/g.
Die Rußzusammensetzungen können in jeder üblichen Technik zum Kombinieren von Ruß mit trockenen oder wässerigen Komponenten hergestellt werden. Vorzugsweise werden die Rußzusammensetzungen durch Vorbehandeln des Rußes mit dem Bindemittel hergestellt. Die Rußzusammensetzungen können in trockener Form durch ein übliches Pelletisierungsverfahren hergestellt werden. Beispielsweise können die erfindungsgemäßen Rußzusammensetzungen durch in Kontakt bringen eines flockigen Rußes in einem Nadelpelletisierer mit einer ein Bindemittel, ausgewählt aus den vorangehenden Gruppen von Verbindungen, wobei der Anteil des Bindemittels in dem pelletisierenden Wasser 0,5% bis 50% ist, enthaltenden wässerigen Lösung; und Erhitzen der feuchten Pellets unter geregelten Temperatur- und Zeitparametern, sodass das Wasser aus den Pellets entfernt wird, jedoch das Bindemittel keiner wesentlichen Zersetzung unterliegt, und der Bindemittelanteil auf dem trockenen Ruß am Ende 0,1% bis 40% ist, hergestellt werden. Die Herstellung von wässerigen Lösungen, die Bindemittelzusammensetzungen, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden, enthalten, liegt innerhalb des Wissens des Fachmanns.
Nadelpelletisierer, die angewendet werden können, um die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen herzustellen, sind auf dem Fachgebiet bekannt und schließen die in US-Patent Nr. 3 528 785 beschriebenen Nadelpelletisierer ein, wobei deren Offenbarung hierin durch Hinweis einbezogen ist. US-Patent Nr. 3 528 785 beschreibt auch ein übliches Pelletisierungsverfahren, das angewendet werden kann, um die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen herzustellen.
Die vorliegende Erfindung schließt auch neue Polymerzusammensetzungen ein, umfassend:
eine Polymerkomponente und 0,1-65%, vorzugsweise 0,1- 20 Gewichtsprozent, einer Zusammensetzung, umfassend einen Ruß und 0,1-50%, vorzugsweise 1-20%, von mindestens einem Bindemittel, ausgewählt aus mindestens einer der folgenden Gruppen:
i) einem ethoxylierten mehrwertigen Alkohol, der vor der Ethoxylierung mindestens 3 Hydroxylgruppen pro Molekül aufweist, wobei die Gesamtzahl der Ethylenoxidmoleküle pro mehrwertigem Alkohol mindestens 3 beträgt; vorzugsweise ist der mehrwertige Alkohol ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Triethanolamin, Glycerin, Pentaerythrit, Sorbit, Sorbitan, Sucrose oder einem Polyglycerid, und/oder der Gesamtanteil an Ethylenoxidmolekülen pro mehrwertigem Alkohol variiert von 3 bis 500 und variiert bevorzugter von 5 bis 100;
ii) einem Alkylcarbonsäureester eines ethoxylierten mehrwertigen Alkohols, der vor der Ethoxylierung mindestens 3 Hydroxylgruppen pro Molekül aufweist, wobei die Alkylcarbonsäure 8 bis 30 Kohlenstoffatome aufweist und gesättigt oder ungesättigt sein kann, und wobei darüber hinaus der Monoester eine Funktionalität von mindestens 80% aufweist, wobei der Rest eine Diesterfunktionalität ist, und wobei darüber hinaus die Anzahl der Ethylenoxidmoleküle pro mehrwertigem Alkoholester mindestens 3 beträgt; vorzugsweise ist der mehrwertige Alkohol ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Triethanolamin, Glycerin, Pentaerythrit, Sorbit, Sorbitan, Sucrose oder einem Polyglycerid, und/oder die Gesamtzahl an Ethylenoxidmolekülen pro mehrwertigem Alkoholester variiert von 3 bis 500 und variiert bevorzugter von 5 bis 100;
iii) einem Alkylcarbonsäureester eines mehrwertigen Alkohols, der vor der Veresterung mindestens 3 Hydroxylgruppen pro Molekül aufweist, wobei die Alkylcarbonsäure 8 bis 30 Kohlenstoffatome aufweist und gesättigt oder ungesättigt sein kann, und wobei die Monoesterfunktionalität außerdem mindestens 80% beträgt und der Rest eine Diesterfunktionalität ist; vorzugsweise ist der mehrwertige Alkohol ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus: Triethanolamin, Glycerin, Pentaerythrit, Sorbit, Sorbitan, Sorbit und Polyglycerid;
iv) einem ethoxylierten Alkylcarbonsäureester eines mehrwertigen Alkohols, der vor der Veresterung mindestens 3 Hydroxylgruppen pro Molekül aufweist, wobei die Alkylcarbonsäure 8 bis 30 Kohlenstoffatome aufweist und gesättigt oder ungesättigt sein kann, und wobei darüber hinaus die Monoesterfunktionalität mindestens 80% beträgt und der Rest eine Diesterfunktionalität ist, und wobei darüber hinaus die Anzahl der Ethylenoxidmoleküle pro mehrwertigem Alkohol mindestens 3 beträgt; vorzugsweise ist der mehrwertige Alkohol ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus: Triethanolamin, Glycerin, Pentaerythrit, Sorbit, Sorbitan, Sorbit und einem Polyglycerid, und/oder die Gesamtanzahl an Ethylenoxidmolekülen pro mehrwertigem Alkoholester variiert von 3 bis 500 und variiert bevorzugter von 5 bis 100;
v) einem Polyethylenoxid-Polypropylenoxid-Polyethylenoxid-Blockcopolymer.
Vorzugsweise ist der Ruß mit der Bindemittelkomponente vorbehandelt. Die bevorzugten Ruße und Bindemittelkomponenten sind vorstehend mit Bezug auf die Rußzusammensetzungen der vorliegenden Erfindung angeführt. Beispielsweise ist es bevorzugt, dass die Bindemittelkomponente einen HLB-Wert von 8,0 bis 30 aufweist. Die Polymerzusammensetzungen können andere übliche Additive, wie Pigmente, Verstärkungsmittel und dergleichen, enthalten.
Obwohl ein beliebiges Polymer in der erfindungsgemäßen Polymerzusammensetzung angewendet werden kann, schließen bevorzugte Polymere zur Verwendung in den erfindungsgemäßen Polymerzusammensetzungen ein, jedoch nicht darauf begrenzt:
a) Homo- oder Copolymere und Pfropfpolymere von Ethylen, wobei die Comonomere ausgewählt sind aus Buten, Hexen, Propen, Octen, Vinylacetat, Acrylsäure, Methacrylsäure, Estern von Acrylsäure, Estern von Methacrylsäure, Maleinsäureanhydrid, Halbestern von Maleinsäureanhydrid und Kohlenmonoxid;
b) Elastomere, ausgewählt aus natürlichem Kautschuk, Polybutadien, Polyisopren, statistischem Styrolbutadienkautschuk (SBR), Polychloropren, Acrylnitrilbutadien, Ethylenpropylenco- und -terpolymere;
c) Homo- und Copolymere von Styrol, einschließlich lineares und radiales Styrol-Butadien-Styrol-Polymer, Acrylnitrilbutadienstyrol (ABS) und Styrolacrylnitril (SAN);
d) lineare und verzweigte Polyether- oder Polyesterpolyole;
e) kristalline und amorphe Polyester und Polyamide;
f) Alkydharze, Kolophoniumsäuren oder Kolophoniumester, Kohlenwasserstoffharze, hergestellt aus thermischer oder Friedel-Craft-Polymerisation von cyclischen Dienmonomeren, wie Dicyclopentadien, Inden, Cumol; und
g) Kohlenwasserstofföle, wie paraffinisches Öl, naphthenisches Öl und hydriertes, naphthenisches Öl.
Die erfindungsgemäßen Polymerzusammensetzungen können in beliebiger auf dem Fachgebiet zum Kombinieren von Polymeren und trockenen oder wässerigen Komponenten bekannter Weise hergestellt werden.
Die vorliegende Erfindung schließt weiterhin Gegenstände ein, die aus den erfindungsgemäßen Polymerzusammensetzungen hergestellt sind.
Zur Anwendung in halbleitenden Draht- und Kabelanwendungen umfasst eine typische Formulierung der vorliegenden Erfindung vorzugsweise:
25-55 Gewichtsprozent einer Zusammensetzung, umfassend Ruß, und 0,5 bis 10 Teile pro 100 Teile Ruß von mindestens einem Bindemittel, ausgewählt aus mindestens einer der nachstehenden Gruppen;
i) einem ethoxylierten mehrwertigen Alkohol, der vor der Ethoxylierung mindestens 3 Hydroxylgruppen pro Molekül aufweist, wobei die Gesamtzahl der Ethylenoxidmoleküle pro mehrwertigem Alkohol mindestens 3 beträgt; vorzugsweise ist der mehrwertige Alkohol ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Triethanolamin, Glycerin, Pentaerythrit, Sorbit, Sorbitan, Sucrose oder einem Polyglycerid, und/oder der Gesamtanteil an Ethylenoxidmolekülen pro mehrwertigem Alkohol variiert von 3 bis 500 und variiert bevorzugter von 5 bis 100;
ii) einem Alkylcarbonsäureester eines ethoxylierten mehrwertigen Alkohols, der vor der Ethoxylierung mindestens 3 Hydroxylgruppen pro Molekül aufweist, wobei die Alkylcarbonsäure 8 bis 30 Kohlenstoffatome aufweist und gesättigt oder ungesättigt sein kann, und wobei darüber hinaus der Monoester eine Funktionalität von mindestens 80% aufweist, wobei der Rest eine Diesterfunktionalität ist, und wobei darüber hinaus die Anzahl der Ethylenoxidmoleküle pro mehrwertigem Alkoholester mindestens 3 beträgt; vorzugsweise ist der mehrwertige Alkohol ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Triethanolamin, Glycerin, Pentaerythrit, Sorbit, Sorbitan, Sucrose oder einem Polyglycerid, und/oder die Gesamtzahl an Ethylenoxidmolekülen pro mehrwertigem Alkoholester variiert von 3 bis 500 und variiert bevorzugter von 5 bis 100;
iii) einem Alkylcarbonsäureester eines mehrwertigen Alkohols, der vor der Veresterung mindestens 3 Hydroxylgruppen pro Molekül aufweist, wobei die Alkylcarbonsäure 8 bis 30 Kohlenstoffatome aufweist und gesättigt oder ungesättigt sein kann, und wobei die Monoesterfunktionalität außerdem mindestens 80% beträgt und der Rest eine Diesterfunktionalität ist; vorzugsweise ist der mehrwertige Alkohol ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus: Triethanolamin, Glycerin, Pentaerythrit, Sorbit, Sorbitan, Sorbit und Polyglycerid;
iv) einem ethoxylierten Alkylcarbonsäureester eines mehrwertigen Alkohols, der vor der Veresterung mindestens 3 Hydroxylgruppen pro Molekül aufweist, wobei die Alkylcarbonsäure 8 bis 30 Kohlenstoffatome aufweist und gesättigt oder ungesättigt sein kann, und wobei darüber hinaus die Monoesterfunktionalität mindestens 80% beträgt und der Rest eine Diesterfunktionalität ist, und wobei darüber hinaus die Anzahl der Ethylenoxidmoleküle pro mehrwertigem Alkohol mindestens 3 beträgt; vorzugsweise ist der mehrwertige Alkohol ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus: Triethanolamin, Glycerin, Pentaerythrit, Sorbit, Sorbitan, Sorbit und einem Polyglycerid, und/oder die Gesamtanzahl an Ethylenoxidmolekülen pro mehrwertigem Alkoholester variiert von 3 bis 500 und variiert bevorzugter von 5 bis 100;
v) einem Polyethylenoxid-Polypropylenoxid-Polyethylenoxid-Blockcopolymer;
0 bis 2 Gewichtsprozent eines Stabilisators oder Antioxidants;
0 bis 5 Gewichtsprozent eines organischen Peroxids, vorzugsweise Dicumylperoxid;
0 bis 10 Gewichtsprozent eines Vinylsilans;
wobei der Rest ein Polymer oder ein Gemisch von Polymeren ist, ausgewählt aus der nachstehenden Gruppe:
Ethylenhomopolymer;
Ethylen, copolymerisiert mit einem oder mehreren α- Olefinen, wie Propylen, Buten oder Hexen;
Ethylen, copolymerisiert mit Propylen und einem Dienmonomer, vorzugsweise Norbornen; und
Ethylencopolymer mit einem oder mehreren Monomeren, ausgewählt aus Vinylacetat, Acrylsäure, Methacrylsäure, Estern von Acryl- oder Methacrylsäure, die 1 bis 8 Kohlenstoffatome enthalten, Maleinsäureanhydrid oder einem Monoester, abgeleitet von Fumar- oder Maleinsäure, Vinylchlorid oder Vinylidenchlorid.
Die erfindungsgemäße härtbare, halbleitende Zusammensetzung kann zusätzlich ein weiteres Polymer, wie Acrylnitrilbutadien-Elastomer, enthaltend 25-55 Gewichtsprozent Acrylnitril, einschließen.
Zur Verwendung als eine Masterbatch-Zusammensetzung umfasst eine typische Formulierung der vorliegenden Erfindung vorzugsweise:
70-40 Gewichtsprozent eines Ethylenhomopolymers oder -copolymers, wobei das Comonomer vorzugsweise aus Hexen, Propen, Buten, Octen oder Vinylacetat ausgewählt ist; und
30-60 Gewichtsprozent einer Zusammensetzung, die einen Ruß und 0,1-50 Gewichtsprozent, vorzugsweise 1-20%, mindestens einer Bindemittelkomponente umfasst, die ausgewählt ist aus mindestens einer der folgenden Gruppen:
i) einem ethoxylierten mehrwertigen Alkohol, der vor der Ethoxylierung mindestens 3 Hydroxylgruppen pro Molekül aufweist, wobei der mehrwertige Alkohol vorzugsweise ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Triethanolamin, Glycerin, Pentaerythrit, Sorbit, Sorbitan, Sucrose oder einem Polyglycerid, und wobei die Gesamtzahl an Ethylenoxidmolekülen pro mehrwertigem Alkohol von 3 bis 500 variiert und bevorzugter von 5 bis 100 variiert;
ii) einem Alkylcarbonsäureester eines ethoxylierten mehrwertigen Alkohols, der vor der Ethoxylierung mindestens 3 Hydroxylgruppen pro Molekül aufweist, wobei die Alkylcarbonsäure 8 bis 30 Kohlenstoffatome aufweist und gesättigt oder ungesättigt sein kann, und wobei darüber hinaus der Monoester eine Funktionalität von mindestens 80% aufweist, wobei der Rest eine Diesterfunktionalität ist, und wobei darüber hinaus die Anzahl der Ethylenoxidmoleküle pro mehrwertigem Alkoholester mindestens 3 beträgt, vorzugsweise von 3 bis 500 variiert und bevorzugter von 5 bis 100 variiert; und wobei der mehrwertige Alkohol vorzugsweise ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Triethanolamin, Glycerin, Pentaerythrit, Sorbit, Sorbitan, Sucrose oder einem Polyglycerid;
iii) einem Alkylcarbonsäureester eines mehrwertigen Alkohols, der vor der Veresterung mindestens 3 Hydroxylgruppen pro Molekül aufweist, wobei die Alkylcarbonsäure 8 bis 30 Kohlenstoffatome aufweist und gesättigt oder ungesättigt sein kann, und wobei die Monoesterfunktionalität außerdem mindestens 80% beträgt und der Rest eine Diesterfunktionalität ist; und wobei der mehrwertige Alkohol ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus: Triethanolamin, Glycerin, Pentaerythrit, Sorbit, Sorbitan, Sorbit und Polyglycerid;
iv) einem ethoxylierten Alkylcarbonsäureester eines mehrwertigen Alkohols, der vor der Veresterung mindestens 3 Hydroxylgruppen pro Molekül aufweist, wobei die Alkylcarbonsäure 8 bis 30 Kohlenstoffatome aufweist und gesättigt oder ungesättigt sein kann, und wobei darüber hinaus die Monoesterfunktionalität mindestens 80% beträgt und der Rest eine Diesterfunktionalität ist, und wobei darüber hinaus die Anzahl der Ethylenoxidmoleküle pro mehrwertigem Alkohol mindestens 3 beträgt, vorzugsweise von 3 bis 500 variiert und bevorzugter von 5 bis 100 variiert; und wobei der mehrwertige Alkohol vorzugsweise ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus: Triethanolamin, Glycerin, Pentaerythrit, Sorbit, Sorbitan, Sorbit und einem Polyglycerid; und
v) einem Polyethylenoxid-Polypropylenoxid-Polyethylenoxid-Blockcopolymer.
Vorzugsweise ist die Polymerzusammensetzung Polyethylen, niederdichtes Polyethylen, linearniederdichtes Polyethylen, hochdichtes Polyethylen oder ein Polyethylenwachs. Die Masterbatch-Zusammensetzung kann zusätzlich Antioxidantien, Peroxidzersetzer, gehinderte Aminlichtstabilisatoren, substituierte Benzophenon-UV-Adsorptionsmittel oder Verfahrenshilfen einschließen.
Die Wirksamkeit und Vorteile von verschiedenen Aspekten und Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird durch die nachstehenden Beispiele weiterhin erläutert, worin die folgenden Testverfahren angewendet wurden.
Die folgenden Testverfahren wurden bei der Bestimmung und Bewertung der analytischen Eigenschaften der Ruße, die in den nachstehenden Beispielen angewendet wurden, verwendet. Der DBP (Dibutylphthalat-Absorptionswert) der Ruße, die in den Beispielen angewendet wurden, ausgedrückt als Kubikzentimeter DBP pro 100 Gramm Ruß (cm³/100 g), wurde gemäß dem in ASTM D2414 angeführten Verfahren bestimmt. Die Stickstoffoberfläche (N&sub2;SA) der Ruße, die in den Beispielen angewendet wurden, ausgedrückt als Quadratmeter pro Gramm (m²/g), wurde gemäß ASTM-Testverfahren D3037 Verfahren A bestimmt.
Die in den nachstehenden Beispielen beschriebenen Rußpellets wurden unter Anwendung der folgenden Testverfahren bewertet. Die Pellets wurden auf Massepelletfestigkeit unter Verwendung von ASTM D1937 bewertet. Pelletabrieb wurde unter Verwendung einer modifizierten Version von ASTM D4324 bewertet, worin das ASTM-Testverfahren modifiziert wurde, um den Anteil an Staub nach Schütteln der Proben für 5 Minuten zu erzeugen,
Der Feuchtigkeitsgehalt der Pellets wurde durch Trocknen der Probe zu konstanter Masse in einem Umluftofen bei 150ºC und dann Berechnen des Feuchtigkeitsprozentsatzes durch Vergleichen des Gewichts vor dem Trocknen zu dem Gewicht nach Trocknen bestimmt.
Die Polymerzusammensetzungen, einschließlich der Polymermasterbatch-Zusammensetzungen, die in den nachstehenden Beispielen beschrieben wurden, wurden unter Anwendung der folgenden Testverfahren bewertet.
Schmelzindex wurde laut ASTM D1238 bestimmt.
Der Druckanstieg der Masterbatch-Zusammensetzungen würde durch Einführen eines 325 mesh (47 Mikrometer Lochgröße) Siebanordnung hinter der Brecherplatte eines 0,025 Meter (1 Inch) Einschneckenextruders, ausgestattet mit einem Druckwandler, um die Druckänderung im Bereich der Siebanordnung zu messen, bestimmt.
Die Viskosität der Polymerzusammensetzungen wurde durch Anwenden eines Carri-Med CS Viskometers, hergestellt und vertrieben von TA Instruments of Wilmington, Delaware, bei der Temperatur und Anwenden der in dem jeweiligen Beispiel ausgewiesenen Scherrate gemessen.
Drei-Walzen-Mühlen-Durchgänge wurden durch Durchgehen der Polymerzusammensetzungen durch eine Drei-Walzen-Mühle und Aufzeichnen der Anzahl von erforderlichen Durchgängen, um null Kratzer auf einer Hegman-Eichung zu erzeugen, und auch Aufzeichnen des restlichen Hintergrund "Sand" Werts bewertet.
Die Dispersion von verdünnten Proben in den nachstehenden Beispielen wurde durch Verdünnen der Masterbatch- Zusammensetzung bis hinab zu einer Beschickung von 2 Gewichtsprozent Ruß mit dem EVA-Harz in einem Brabender- Mischer, der bei 85ºC und 50 U/min arbeitet, bestimmt. Die Mischzeit war 2 Minuten. Die Proben wurden dann zwischen Mikroskopgläser gepresst und die Dispersion wurde bei 100facher Vergrößerung durch das Cabot Corporation Einstufungsverfahren, worin die Zahl (1-6) sich auf die Größe der undispergierten Teilchen bezieht, wobei 1 klein ist und 6 groß ist; und der Buchstabe (A-E) sich auf die Anzahl von Teilchen pro Sichtfeld bezieht, wobei A 1-2 Teilchen sind und E mehr als 50 Teilchen sind, bestimmt. Kleine Zahlen und frühe Buchstaben zeigen bessere Dispersion an, wobei 1A Einstufung gute Dispersion anzeigt und 6E Einstufung schlechte Dispersion anzeigt.
In Beispielen 18-26 wurde die Dispersion von Rußpellets durch Messen der Anzahl und Größe der Oberflächenungenauigkeiten in dem Band, gebildet von der Verbindung durch Einarbeiten der Pellets unter Verwendung eines optischen Mikroskops bei 100facher Vergrößerung und einer reflektierten Lichtquelle, bestimmt.
Die Polymerzusammensetzungen wurden auf Abstreifbarkeit unter Verwendung der nachstehenden Technik bewertet. Die 40% Ruß in Ethylenvinylacetat-Harz enthaltenden Zusammensetzungen wurden in einem Brabender-Mischer mit 1% Dicumylperoxid compoundiert unter Beibehalten der Mischtemperatur unter 150ºC. Das Material wurde zu einer erhitzen hydraulischen Presse (Temperatur 130ºC) überführt und ein Plättchen von 1,2 mm Dicke erzeugt. Ein 2 mm Polyethylen-Plättchen, enthaltend 1% Dicumylperoxid, wurde in ähnlicher Weise hergestellt. Die zwei Plättchen wurden zusammen unter einem Druck von 7,030 kg/cm² (100 psi) laminiert und für 15 Minuten einem Härtungszyklus von 180ºC ausgesetzt. Das Laminat wurde unter Druck auf Umgebungstemperatur abkühlen lassen. Die Delaminierungskraft unter einem Abschälwinkel von 180 Grad und einer Abtrenngeschwindigkeit von 0,10 Meter/Minute (3,94 Inch/Minute) wurde aufgezeichnet; die bereitgestellten Ergebnisse sind ein Durchschnitt von 28 Abschältests.
Der Modul, Zug und Dehnung der Polymerzusammensetzungen wurden durch das in ASTM D 412 angeführte Verfahren gemessen.
Eine Shore A Härte der Kautschukverbindungen wurde gemäß dem in ASTM D-2240-86 angeführten Verfahren bestimmt.
Das maximale Drehmoment wurde aus dem Peak der Motorbeladung gegen das Zeitprofil aus dem Brabender-Mischer bestimmt.
Das Dump-Torque-Drehmoment (Nm) wurde aus dem Enddrehmomentwert am Ende des Mischzyklus bestimmt.
Die Gesamtenergie (Nm) wurde durch Berechnen der Fläche unter der vollständigen Mischkurve bestimmt.
Der MDR bei 170ºC T50 (m·m) und T90 (m·m) wurden gemäß dem in ASTM 2084 angeführten Verfahren bestimmt.
Die Mooney-Viskosität (ML(1 + 4) bei 100ºC (MU)) wurde gemäß dem in ASTM 1646 beschriebenen Verfahren bestimmt.
Der IRHD (Härte) wurde gemäß dem in ASTM D1415 angeführten Verfahren bestimmt.
Die Wirksamkeit und die Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch die nachstehenden Beispiele weiter erläutert.

Beispiele 1-4

Beispiele 1-4 erläutern die Anwendung und Vorteile der Rußzusammensetzungen der vorliegenden Erfindung im Vergleich mit üblichen Rußpellets in Polypropylenfaseranwendungen.
Vier Rußpelletzusammensetzungen A, B, C und D wurden durch Einführen von 400 Gramm (g) eines flockenförmigen Rußes, hierin als CB-1 bezeichnet, mit einem DBP von 60 cm³/100 g und einer Stickstoffoberfläche von 112 m²/g in einem Chargen-Nadelpelletisierer zusammen mit einer Lösung, enthaltend 20 g Bindemittel und 300 g Wasser, hergestellt. Das in jeder Pelletierzusammensetzung angewendete Bindemittel wurde in der nachstehenden Tabelle gezeigt.
Pelletzusammensetzung Bindemittel
A Wasser
B 5% Sorbitanmonostearat mit 20 Mol Ethoxylat (erfindungsgemäße Gruppe iv)
C 5% Sorbitanmonooleat mit 5 Mol Ethoxylat (erfindungsgemäße Gruppe iv)
D 5% Sorbitanmonooleat mit 20 Mol Ethoxylat (erfindungsgemäße Gruppe iv)
Die Bindemittel werden durch zuerst Umsetzen von Sorbitan mit Stearinsäure in stöchiometrischen Mengen hergestellt, die vorwiegend den Monoester (d. h. ungefähr äquimolar) hergestellt werden. Der Ester wird dann mit Ethylenoxid in den nachstehenden Mengen umgesetzt:
B = 1 Mol Sorbitanmonostearat mit 20 Mol Ethylenoxid;
C = 1 Mol Sorbitanmonooleat mit 5 Mol Ethylenoxid; und
D = 1 Mol Sorbitanmonooleat mit 20 Mol Ethylenoxid;
Rußpelletzusammensetzung A war eine Kontrollzusammensetzung, Rußpelletzusammensetzungen B, C und D waren die erfindungsgemäßen Rußzusammensetzungen.
Das Ruß/Bindemittel-Gemisch wurde 5 Minuten mit einer Rotorgeschwindigkeit von 800 U/Minuten gerührt. Die erhaltenen Pellets wurden bei 120ºC getrocknet, bis der Feuchtigkeitsgehalt der Pellets unter 0,51 war. Die Pelletfestigkeit von jeder Pelletzusammensetzung wurde qualitativ bewertet. Die Ergebnisse werden nachstehend in Tabelle 1 angeführt.
Die Rußpellets wurden mit einem Polypropylenhomopolymer vom Schmelzindex 35 in einem Doppelschneckenextruder vereinigt, um ein Masterbatch, enthaltend 35 Gewichtsprozent des pelletierten Rußes, wobei der Rest Polypropylen und Bindemittel darstellt, herzustellen.
Die Polypropylenzusammensetzung wurde in einen 1 Inch Einschneckenextruder bis zu Gleichgewichtsdruckbedingungen eingeführt. Das Masterbatch wurde eingeführt und die Geschwindigkeit der Druckänderung gemäß dem vorstehend beschriebenen Verfahren aufgezeichnet. Die Ergebnisse waren wie in nachstehender Tabelle 1 gezeigt. Tabelle 1
Die Ergebnisse geben an, dass Rußzusammensetzungen B, C und D der vorliegenden Erfindung verbesserte Pelletfestigkeit im Vergleich mit der Rußpelletzusammensetzung A, hergestellt nur durch Pelletisieren mit Wasser, aufweisen. Außerdem würde die Verminderung des Druckaufbaus in Masterbatch- Zusammensetzungen, die Rußzusammensetzungen B, C und D der vorliegenden Erfindung enthalten, im Vergleich zur Masterbatch-Zusammensetzung, die Rußzusammensetzung A enthält, sich als eine Verminderung der Häufigkeit von Siebwechsel auf der Faserherstellungsstrasse und somit eine bessere Kapazität und niedrigere Arbeitskosten für die Fertigungsstrasse niederschlagen.

Beispiele 5-10

Beispiele 5-10 erläutern die Anwendung und Vorteile der erfindungsgemäßen Rußzusammensetzungen im Vergleich mit üblichen Rußpellets in Polypropylenfaseranwendungen.
Zwei Rußpelletzusammensetzungen E und F wurden in einem kontinuierlichen Verfahren durch Vereinigen von flockigem Ruß, hierin als CB-2 bezeichnet, mit einem DBP von 112 cm³/100 g und einer Stickstoffoberfläche von 60 m²/g in einen Chargen-Nadelpelletisierer zusammen mit einer Bindemittellösung hergestellt. Die Pellets wurden in einem kontinuierlichen Nadelpelletisierer, der bei Rotorgeschwindigkeit von 800 U/min arbeitet, hergestellt, um feuchte Pellets mit einem mittleren Wassergehalt von 50% herzustellen. Die feuchten Pellets wurden in einer erhitzten rotierenden Trommel getrocknet unter Bereitstellung von trockenen Pellets mit einem Feuchtigkeitsgehalt unterhalb 0,6%.
Das in jeder Pelletierzusammensetzung verwendete Bindemittel war wie in der nachstehenden Tabelle gezeigt.
Pelletzusammensetzung / Bindemittel
E Wasser
F 2% Sorbitanmonooleat mit 20 Mol Ethoxylat (erfindungsgemäße Gruppe iv)
Das Bindemittel wird durch zuerst Umsetzen von Sorbitan mit Stearinsäure in stöchiometrischen Mengen hergestellt, was vorwiegend den Monoester (d. h. ungefähr äquimolar) erzeugen wird. Der Ester wird dann mit Ethylenoxid in den nachstehenden Mengen umgesetzt:
F = 1 Sorbitanmonooleat mit 20 Mol Ethylenoxid.
Vier Durchgänge von Rußpelletzusammensetzung E und zwei Durchgänge von Rußpelletzusammensetzung F wurden ausgeführt. Rußpelletzusammensetzung E war eine Kontrollzusammensetzung und Rußpelletzusammensetzungen F waren eine Rußzusammensetzung der vorliegenden Erfindung.
Die Pellets wurden unter Verwendung der vorstehend beschriebenen Verfahren auf Massepelletfestigkeit und Pelletabrieb bewertet. Außerdem wurden die Pellets verwendet, um ein Masterbatch wie in Beispielen 1-4 herzustellen, und der Druckanstieg wie vorstehend beschrieben bestimmt. Die Pellets werden in nachstehender Tabelle 2 angeführt. Tabelle 2
Diese Ergebnisse erläutern die wesentliche Verbesserung der Pelletfestigkeit und Abriebbeständigkeit durch Einarbeitung eines Bindemittels des in der vorliegenden Erfindung angewendeten Typs während des Pelletisierverfahrens beim Herstellen von Rußpelletzusammensetzung F der vorliegenden Erfindung. Rußpelletzusammensetzung F der vorliegenden Erfindung weist auch im Vergleich mit einer üblichen wasserpelletisierten Rußpelletzusammensetzung E verbesserte Dispersion auf, wie durch die Verminderung im Druckaufbau ersichtlich, wenn durch eine Siebanordnung extrudiert, die sich in einem besseren Ausstoß bei niedrigeren Durchführungskosten niederschlagen würde.

Beispiele 11-14

Beispiele 11-14 erläutern die Vorteile der erfindungsgemäßen Rußpelletzusammensetzungen zur Verwendung in Polyurethananwendungen.
Zwei flockige Ruße, ausgewiesen hierin als CB-3 und CB-4, wurden zur Herstellung von Rußpelletzusammensetzungen pelletisiert. Ruße CB-3 und CB-4 hatten die Kombination der analytischen Eigenschaften, die nachstehend angeführt sind:
Vier Rußpelletzusammensetzungen G, H, I und J wurden in einem kontinuierlichen Verfahren durch Vereinigen der Ruße in einem Chargen-Nadelpelletisierer zusammen mit einer Bindemittellösung hergestellt. Die Pellets wurden in einem kontinuierlichen Nadelpelletisierer durch Arbeiten mit Rotorgeschwindigkeit von 1000 U/min hergestellt und in einer erhitzten rotierenden Trommel getrocknet unter Bereitstellung von trockenen Pellets mit einem Feuchtigkeitsgehalt unterhalb 0,3%. Das Bindemittel und Ruß, die in jeder pelletisierenden Zusammensetzung angewendet wurden, war wie in der nachstehenden Tabelle gezeigt.
Das Bindemittel wird durch zuerst Umsetzen von Sorbitan mit Stearinsäure in stöchiometrischen Mengen hergestellt, welches vorwiegend den Monoester (d. h. ungefähr äquimolar) erzeugen wird. Der Ester wird dann mit Ethylenoxid in den nachstehenden Mengen umgesetzt:
H = 1 Mol Sorbitanmonooleat mit 20 Mol Ethylenoxid; und
J = 1 Mol Sorbitanmonooleat mit 20 Mol Ethylenoxid.
Rußpelletzusammensetzungen G und I waren Kontrollzusammensetzungen und Rußpelletzusammensetzungen H und J waren Rußzusammensetzungen der vorliegenden Erfindung.
Die Pellets wurden hinsichtlich Massepelletfestigkeit unter Verwendung der vorstehend beschriebenen Verfahren bewertet und die Ergebnisse waren wie nachstehend:
Die Rußpelletzusammensetzungen G, H, I und J wurden in einem Polyetherpolyol mit einer Viskosität von 150 mPas bei 25ºC und einem Hydroxylgehalt von 3, 4% zur Herstellung einer 30%igen Rußgehaltpaste compoundiert. Zusätzlich wurde eine Polyetherpolyolzusammensetzung durch Compoundieren von Ruß CB-4 zu dem Polyol und. Zugeben von 2% Sorbitanmonooleat mit 20 Mol Ethylenoxid Bindemittel direkt darauf angewendet hergestellt. Jeder Compoundierungsvorgang beinhaltete Vorauflösen mit einem Dispermat-Mischer bei hoher Scherwirkung für 5 Minuten bei einer Geschwindigkeit von 2000 U/min.
Die Paste wurde dann zu einer Drei-Walzen-Mühle für ein Endgrößenverminderungsverfahren überführt. Die Anzahl der Durchgänge durch die Drei-Walzen-Mühle, die erforderlich sind, um null Kratzer auf einer Hegman-Eichung zu erzeugen, wurden zusammen mit dem restlichen Hintergrund "Sand"-Wert angeführt. Die Paste wurde dann mit weiterem Polyol verdünnt, um eine 15%ige rußbeladene Probe herzustellen, und die Viskosität an einem Carri-Med CS Viskosimeter mit einer Scherrate von 300 s&supmin;¹ gemessen. Die Ergebnisse waren wie in Tabelle 3 gezeigt: Tabelle 3
Die vorstehend genannten Versuche erläutern die verbesserte Pelletfestigkeit und Dispersion und verminderte Compoundierungsviskosität der Rußpelletzusammensetzungen H und J der vorliegenden Erfindung im Vergleich unter Anwendung von Rußzusammensetzungen G und H, die nur mit Wasser pelletisiert wurden. Die Daten zeigen auch die Vorteile des Einarbeitens eines Bindemittels direkt auf den Ruß (Vorbehandeln des Rußes mit einem Bindemittel) im Vergleich mit Zugebendes Bindemittels zu dem Polymersystem.
Dieses Beispiel ist repräsentativ für Polyurethanschaum und Versiegelungsanwendungen und zeigt Verbesserung der Dispersion und Rheologie der Polymerzusammensetzungen durch Einarbeiten von erfindungsgemäßen Rußzusammensetzungen. Die Verminderung der Viskosität würde das Anwenden von niedrigem Druck erlauben, um das Polyurethan-Versiegelungsmittel bei entweder Kraftfahrzeug-Direktverglasung oder Fenster- Doppel/Dreifach-Verglasungseinheitsvorgängen anzuwenden.

Beispiel 15-17

Dieses Beispiel erläutert die Vorteile der Anwendung der erfindungsgemäßen Rußzusammensetzungen auf Druckfarbenformulierungen.
Rußzusammensetzungen G und H aus Beispielen 11-14 wurden in einer typischen Glanzdruckfarbe auf Ölbasis unter Anwendung des gleichen wie in Beispielen 11-14 ausgewiesenen Verfahrens bewertet. In diesem Fall war das Mahlgut- und Verdünnungs(Letdown)system ein Öl (McGee 47) und ein wärmegehärtetes Harz (Lawter Vehicle 3477), angewendet in einem Verhältnis von 1 : 9 auf das Gewicht. Eine dritte Druckfarbenformulierung wurde durch Zugeben von Sorbitanmonooleat mit 20 Mol Ethylenoxid zu einer Zusammensetzung von Rußzusammensetzung G und dem in dem Compoundierungsverfahren angewendeten Öl hergestellt.
Der Compoundierungsvorgang beinhaltete Vorauflösung mit einem Dispermat-Mischer bei hoher Scherwirkung für 5 Minuten bei einer Geschwindigkeit von 2000 U/min. Die Paste wurde dann zu einer Drei-Walzen-Mühle für das Endgrößenverminderungsverfahren überführt. Die Anzahl der Durchgänge durch die Drei-Walzen-Mühle, die erforderlich war, um null Kratzer auf einer Hegman-Eichung zu erzeugen, wurden miteinander mit dem restlichen Hintergrund "Sand"-Wert angeführt. Die Paste wurde dann mit weiterem Polyol verdünnt zur Erzeugung einer 15%igen rußbeladenen Probe und die Viskosität an einem Carri-Med CS Viskometer mit einer Scherrate von 300 s&supmin;¹ gemessen. Die Ergebnisse waren wie in Tabelle 4 gezeigt: Tabelle 4 - Druckfarbenfarbenformulierung
Die Ergebnisse zeigen die verbesserte Dispersion und verminderte Viskosität, die erhalten wurde, wenn die Bindemittelzusammensetzung, die in den erfindungsgemäßen Rußzusammensetzungen verwendet wurde, entweder auf dem Ruß oder durch direkte Zugabe zu dem Druckfarbenträger eingearbeitet wird. Einarbeiten des Bindemittels auf dem Ruß zeigt die wesentliche Verbesserung. Das Bindemittel würde potentiell helfen, die Mischzeit für die Druckfarbe zu vermindern, und verminderte Viskosität und verbesserte Dispersion würden helfen, das Verschleißen in dem Anwendungsverfahren zu vermindern.

Beispiel 18-26

Beispiele 18-26 erläutern die Verwendung der erfindungsgemäßen Rußzusammensetzungen in halbleitenden Verbindungen.
Drei Rußpelletzusammensetzungen K, L und M wurden durch Vereinigen eines flockenförmigen Rußes, hierin als CB-5 bezeichnet, mit einer DBP von 140 cm³/100 g und einer Stickstoffoberfläche von 70 m²/g in einem Chargen-Nadelpelletisierer zusammen mit einer Bindemittellösung hergestellt. Der Ruß wurde mit verschiedenen Bindemittellösungen in einem kontinuierlichen Nadelpelletisierer durch Arbeiten bei 1050 U/min vereinigt unter Bereitstellung von feuchten Pellets mit Anteilen von Sorbitanmonooleat mit 20 Mol Ethylenoxid in Mengen, die von 0 bis 4% variierten. Die Pellets wurden in einer erhitzen rotierenden Trommel getrocknet unter Bereitstellung von trockenen Pellets mit einem Feuchtigkeitsgehalt unter 0,6%. Das in jeder pelletisierenden Zusammensetzung angewendete Bindemittel war wie in der nachstehenden Tabelle gezeigt.
Pelletzusammensetzung / Bindemittel
K Wasser
L 2% Sorbitanmonooleat 20 Mol Ethylenoxid (erfindungsgemäße Gruppe iv)
M 4% Sorbitanmonooleat 20 Mol Ethylenoxid (erfindungsgemäße Gruppe iv)
Das Bindemittel wird zuerst durch Umsetzen von Sorbitan mit Stearinsäure in stöchiometrischen Mengen hergestellt, was vorwiegend den Monoester (d. h. ungefähr äquimolar) erzeugt. Der Ester wird dann mit Ethylenoxid in den nachstehenden Mengen umgesetzt:
L = 1 Mol Sorbitanmonooleat mit 20 Mol Ethylenoxid; und
M = 1 Mol Sorbitanmonooleat mit 20 Mol Ethylenoxid.
Die Ruße wurden in Ethylenvinylacetatharz (40% Vinylacetatgehalt, Schmelzindex 3) unter Verwendung eines Doppelschneckenextruders unter Herstellung von einer 40% rußbeladenen Verbindung compoundiert. Die Verbindung wurde anschließend zur Bildung eines Bandes extrudiert und der Anteil an Rußdispersion durch Messen der Anzahl und Größe von Oberflächenungenauigkeiten unter Verwendung eines optischen Mikroskops (100fache Vergrößerung) mit einer reflektierten Lichtquelle durch die hierin beschriebenen Verfahren bewertet. Die Ergebnisse werden nachstehend gezeigt:
EVA-Zusammensetzung Rußzusammensetzung / Fläche von nicht dispergiertem Ruß
K 0,0470%
L 0,0056%
M 0,0067%
Die Verminderung an undispergiertem Ruß würde in der fertigen Kabelverbindung als eine Verbesserung der Oberflächenglattheit des extrudierten Kabels sichtbar werden. Die Verminderung der Oberflächenungenauigkeiten der halbleitenden Isolierungsabschirmung vermindert bekanntlich die Häufigkeit von elektrischem Durchschlag aufgrund Baumwuchs (tree growth).
Die vorstehend offenbarten EVA-Zusammensetzungen, enthaltend Rußzusammensetzungen K und L, wurden hinsichtlich der Abstreifbarkeit eines Polyethylensubstrats unter Verwendung der nachstehenden Technik bewertet: Die Verbindungen (compounds), enthaltend 40% Ruß in dem Ethylenvinylacetatharz, wurden in einem Brabender-Mischer mit 1% Dicumylperoxid compoundiert unter Beibehalten der Mischtemperatur unter 150ºC. Das Material wurde zu einer erhitzen hydraulischen Presse (Temperatur 130ºC) überführt und ein Plättchen von 1,2 mm Dicke hergestellt. Ein Polyethylenplättchen mit 2 mm Dicke, enthaltend 1% Dicumylperoxid, wurde in ähnlicher Weise hergestellt. Die zwei Plättchen wurden unter einem Druck von 7,030 kg/cm² (100 psi) aufeinander laminiert und einem Härtungszyklus von 180ºC für 15 Minuten unterzogen. Das Laminat wurde auf Umgebungstemperatur unter Druck abkühlen lassen. Die Delaminierungskraft unter einem Abschälwinkel von 180 Grad und einer Trenngeschwindigkeit von 0,10 Meter/Minute (3,94 Inch/Minute) wurde aufgezeichnet; wobei die Ergebnisse der Durchschnitt von 28 Abschältests sind:
Die Daten zeigen eine Verminderung der zum Entfernen der halbleitenden Abschirmungsverbindung von der Isolierungsschicht erforderlichen Abstreifkraft. Dies ist wichtig bei Kabelspleißvorgängen oder beim Herstellen von Leitungsverbindern. Die niedrigere Abstreifkraft wird einen schnelleren Vorgang ergeben und Hohlräume/Ungenauigkeiten von Systemen mit hoher Abstreifkraft minimieren und folglich die Spannung beim elektrischen Durchschlag bei der Anwendung vermindern.

Beispiele 27-37

Beispiele 27-37 erläutern die Verwendung von Rußzusammensetzungen in Polyolefinmasterbatch-Zusammensetzungen.
Vier Ruße wurden verwendet, um Rußzusammensetzungen der vorliegenden Erfindung und Kontrollrußzusammensetzungen herzustellen. Die angewendeten Ruße werden hierin als CB-6, CB-7, CB-8 und CB-9 bezeichnet und hatten die Kombination der nachstehend angeführten analytischen Eigenschaften:
Die Ruße wurden mit entweder Wasser oder einer wässerigen Lösung von Sorbitanmonooleat mit 20 Mol Ethylenoxid in einem kontinuierlichen Pelletisiervorgang mit einer Rotorgeschwindigkeit von 1000 U/min zur Herstellung von Feuchtpellets vereinigt. Die Pellets wurden in einem Luftumluftofen unter Arbeiten bei 120ºC getrocknet, um trockene Pellets mit einem Feuchtigkeitsgehalt unterhalb 0,4% herzustellen. Insgesamt wurden 11 verschiedene Rußzusammensetzungen wie nachstehend gezeigt hergestellt:
Das Bindemittel wird durch zuerst Umsetzen von Sorbitan mit. Stearinsäure in stöchiometrischen Mengen, die vorwiegend den Monoester (d. h. ungefähr äquimolar) erzeugen, hergestellt. Der Ester wird dann mit Ethylenoxid in den nachstehenden Mengen umgesetzt;
O = 1 Mol Sorbitanmonooleat mit 20 Mol Ethylenoxid;
P = 1 Mol Sorbitanmonooleat mit 20 Mol Ethylenoxid;
Q = 1 Mol Sorbitanmonooleat mit 20 Mol Ethylenoxid;
R = 1 Mol Sorbitanmonooleat mit 20 Mol Ethylenoxid;
T = 1 Mol Sorbitanmonooleat mit 20 Mol Ethylenoxid;
V = 1 Mol Sorbitanmonooleat mit 20 Mol Ethylenoxid; und
X = 1 Mol Sorbitanmonooleat mit 20 Mol Ethylenoxid;
Die Rußzusammensetzungen wurden auf Pelletfestigkeit und Abriebbeständigkeit durch Anwenden der hierin beschriebenen Verfahren bewertet. Die Ergebnisse werden nachstehend in Tabelle 5 gezeigt. Tabelle 5
Jede der Rußzusammensetzungen wurde in gleicher Weise in niedrigdichtes Polyethylen mit einem Schmelzindex von 26 unter Anwendung eines Brabender-Mischers compoundiert, um ein Masterbatch, enthaltend 40% Ruß, herzustellen. Die Viskosität des Masterbatches wurde bei 130ºC und einer Scherrate von 50 s&supmin;¹ gemessen. Die Ergebnisse werden in nachstehender Tabelle 6 angeführt.

Tabelle 6

Zusammensetzung / Viskosität (Pa·s)
N 5116
O 4045
P 3389
Q 2873
R 2536
S 4329
T 3695
U 4591
V 3804
W 5487
X 4373
Die Daten in Tabelle 6 erläutern die Verminderung der erhaltenen Viskosität durch Anwendung eines Rußes, behandelt mit einer Bindemittelzusammensetzung der vorliegenden Erfindung. Diese Verminderung der Viskosität würde die Leichtigkeit der Dispersion des Masterbatches in weiteres Polyethylen in einer typischen Extrusionsblasfolie oder Profilextrusionsanwendung erleichtern und auch die Ausstoßwirksamkeit verbessern. Man würde auch eine Verbesserung der Rußdispersion erwarten, die auch eine Verbesserung der Pigmentwirksamkeit, UV-Schutz und mechanische Leistung (beispielsweise Zug- oder Schlagfestigkeit) bereitstellen würde.

Beispiele 38-49

Dieses Beispiel erläutert die Verwendung verschiedener Bindemittelzusammensetzungen, um Rußzusammensetzungen der vorliegenden Erfindung herzustellen, und die Vorteile der Anwendung der erfindungsgemäßen Rußzusammensetzungen in Ethylvinylacetat- (EVA) Anwendungen.
Elf Rußzusammensetzungen, HH, II, JJ, KK, LL, mm, NN, OO, PP, QQ und RR, wurden durch Vereinigen von 400 g eines flockenförmigen Rußes mit einem DBP von 128 cm³/100 g, einer Stickstoffoberfläche von 68 m²/g, hierin nachstehend als CB- 12 bezeichnet, zusammen mit 8 g Bindemittel, gelöst in 500 g Wasser, in einem Chargen-Nadelpelletisierer hergestellt. Das angewendete Bindemittel in jeder Zusammensetzung war wie nachstehend:
Zusammensetzung Bindemittel
HH Wasser
II Sucrosemonoester von Talgfettsäure (erfindungsgemäße Gruppe iii)
JJ Sucrosemonostearat (erfindungsgemäße Gruppe iii)
KK Sucrosedistearat
LL ethoxyliertes Glycerid (erfindungsgemäße Gruppe i)
MM ethoxyliertes Triglycerid (erfindungsgemäße Gruppe i)
NN SYNPERONIC PE/L61 Tensid (erfindungsgemäße Gruppe v)
OO SYNPERONIC PE/85 Tensid (erfindungsgemäße Gruppe v)
PP SYNPERONIC PE/F127E Tensid (erfindungsgemäße Gruppe v)
QQ SYNPERONIC PE/38E Tensid (erfindungsgemäße Gruppe v)
RR SYNPERONLC PE/108E Tensid (erfindungsgemäße Gruppe v)
* SYNPERONIC ist ein Handelsname für Tenside, hergestellt und vertrieben von ICI Chemicals % Polymers und umfasst Ethylenoxid-Propylenoxid-Copolymere. SYNPERONIC PE Qualitätstenside werden in "Surfactants Europe", 2. Ausg. (herausgegeben von G. L. Hollis) und veröffentlicht von Tergo Data, Darlington, GB, ISBN 0 9505473 1X) als Polyethylenoxid- Polypropylenoxid-Polyethylenoxid-Copolymere beschrieben.
Das Gemisch wurde bei 800 U/min 2 Minuten gerührt, um einen pelletisierten Ruß herzustellen. Die Rußpellets wurden bei 125ºC getrocknet, bis der Feuchtigkeitsgehalt unter 1% war.
Die Massenpelletfestigkeit der Rußzusammensetzungen wurde gemäß den hierin beschriebenen Verfahren bestimmt. Die Ergebnisse werden in der nachstehenden Tabelle 7 angeführt.
Jede der Rußzusammensetzungen wurde mit einem Ethylenvinylacetat-Copolymer, enthaltend 40% Vinylacetat, und einem Schmelzindex von 3 in einem Brabender-Mischer, konditioniert bei 65ºC, vereinigt. Die Verbindung wurde 6 Minuten bei 50 U/min zerkleinert, um eine vollständig dispergierte Verbindung, enthaltend 40% Ruß, herzustellen. Diese Compoundierungen wurden auf Schmelzindex (MI) bei 190ºC unter 21,6 kg Last gemäß dem hierin beschriebenen Verfahren bewertet. Die Ergebnisse werden auch in nachstehender Tabelle 9 angeführt, welche auch den HLB-Wert von jedem Bindemittel zeigt. Tabelle 7
Zus. = Zusammensetzung; Disp. von verd. Proben = Dispersion von verdünnten Proben.
Diese Beispiele erläutern die Verbesserung der Dispersionsqualität und Verminderung der Viskosität mit verbesserten Pellethandhabungseigenschaften in einem kommerziellen System. Diese Ergebnisse würden sich auf kürzere Mischzyklen und verbesserte Extrusionseigenschaften beziehen.

Beispiele 50-52

Diese Beispiele erläutern die Herstellung der erfindungsgemäßen Rußzusammensetzungen und die Vorteile der Anwendung der erfindungsgemäßen Rußzusammensetzungen in Ethylvinylacetat- (EVA) Anwendungen.
Drei Rußzusammensetzungen, SS, TT, und UU, wurden durch Vereinigen eines flockigen Rußes mit einer Stickstoffoberfläche von 70 m²/g und einem DBP von 140 cm³/100 g von Ruß, hierin als CB-13 bezeichnet, mit einer Bindemittellösung, enthaltend Sorbitanmonooleat in einem kontinuierlichen Nadelpelletisierer durch Arbeiten bei 1050 U/min unter Bereitstellung von feuchten Pellets hergestellt.
Die erhaltenen Pellets, die entweder 0%, 2% oder 4% Bindemittel enthalten, wurden in einer erhitzten rotierenden Trommel getrocknet unter Bereitstellung von trockenen Pellets mit Feuchtigkeitsgehalten unter 0,6%. Der Prozentsatz an in jeder Zusammensetzung angewendetem Bindemittel war wie folgt:
Zusammensetzung / Bindemittel (Gewichtsprozent)
SS 0,0% Sorbitanmonooleat (Wasser)
TT 2% Sorbitanmonooleat
UU 2% Sorbitanmonooleat
Die behandelten Ruße wurden in verschiedene Polymere unter Verwendung eines Brabender-Mischers, arbeitend bei 50 U/min und mit einer Anfangskammertemperatur von 85ºC, compoundiert. Die Mischzykluszeit war 6 Minuten. Die Verbindungen wurden auf Schmelzviskosität bei 130ºC und eine Scherrate von 50 s&supmin;¹ bewertet.
Die Daten erläutern eine wesentliche Verminderung der Schmelzviskosität, wenn das bezeichnete Bindemittel angewendet wird. Dies würde eine Verminderung des Kopfdrucks während des Kabelherstellungsverfahrens reflektieren. Visuell würde dies als eine Verbesserung der Glattheit der extrudierten Masse und auch ein Anstieg der Ausstoßrate angesehen.
Die angewendeten Polymere geben typische Arten von in Draht- und Kabelformulierungen, die für leitende und halbleitende Abschirmungsanwendungen verwendet werden, wieder. Die Polymere, die entweder 18% Vinylacetat oder Ethylacrylat enthalten, werden typischerweise in leitenden oder gebondeten halbleitenden Abschirmungsanwendungen verwendet, während das Polymer, enthaltend 40% Vinylacetat, geeigneter für ein Produkt vom abstreifbaren halbleitenden Abschirmungstyp ist.
Die Formen der hierin beschriebenen vorliegenden Erfindung sind natürlich nur erläuternd und sollen in keiner Weise den Umfang der Erfindung beschränken.

Claims

1. Rußzusammensetzung, umfassend:

Ruß und 0,1 Gew.-% bis 50 Gew.-% mindestens eines Bindemittels, das ausgewählt ist aus mindestens einer der folgenden Gruppen:

i) einem ethoxylierten mehrwertigen Alkohol, der vor der Ethoxylierung mindestens 3 Hydroxylgruppen pro Molekül aufweist, wobei die Gesamtzahl der Ethylenoxidmoleküle pro mehrwertigem Alkohol mindestens 3 beträgt;

ii) einem Alkylcarbonsäureester eines ethoxylierten mehrwertigen Alkohols, der vor der Ethoxylierung mindestens 3 Hydroxylgruppen pro Molekül aufweist, wobei die Alkylcarbonsäure 8 bis 30 Kohlenstoffatome aufweist und gesättigt oder ungesättigt sein kann und wobei darüber hinaus der Monoester eine Funktionalität von mindestens 80% aufweist, wobei der Rest eine Diesterfunktionalität ist und wobei darüberhinaus die Anzahl der Ethylenoxidmoleküle pro mehrwertigem Alkoholester mindestens 3 beträgt;

iii) einem Alkylcarbonsäureester eines mehrwertigen Alkohols, der vor der Veresterung mindestens 3 Hydroxylgruppen pro Molekül aufweist, wobei die Alkylcarbonsäure 8 bis 80 Kohlenstoffatome aufweist und gesättigt oder ungesättigt sein kann, und wobei die Monoesterfunktionalität mindestens 80% beträgt und der Rest eine Diesterfunktionalität ist;

iv) einem ethoxylierten Alkylcarbonsäureester eines mehrwertigen Alkohols, der vor der Veresterung mindestens 3 Hydroxylgruppen pro Molekül aufweist, wobei die Alkylcarbonsäure 8 bis 30 Kohlenstoffatome aufweist und gesättigt oder ungesättigt sein kann, und wobei darüber hinaus die Monoesterfunktionalität mindestens 80% beträgt und der Rest eine Diesterfunktionalität ist, und wobei darüber hinaus die Anzahl der Ethylenoxidmoleküle pro mehrwertigem Alkohol mindestens 3 beträgt; und

v) einem Polyethylenoxid-Polypropylenoxid-Polyethylenoxid-Blockcopolymer.

2. Rußzusammensetzung nach Anspruch 1, wobei der mehrwertige Alkohol vorzugsweise ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Triethanolamin, Glycerin, Pentaerythritol, Sorbit, Sorbitan, Sucrose und einem Polyglycerid.

3. Rußzusammensetzung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Bindemittel einen HLB-Wert von 8,0 bis 30,0 aufweist.

4. Rußzusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Binde mittel in einer Menge von 1,0 Gew.-% bis 20 Gew.-% vorliegt.

5. Rußzusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Gesamtzahl der Ethylenoxidmoleküle pro mehrwertigem Alkohol des Bindemittels von 3 bis 500 variiert.

6. Rußzusammensetzung nach Anspruch 5, wobei die Gesamtzahl der Ethylenoxidmoleküle pro mehrwertigem Alkohol des Bindemittels von 5 bis 100 variiert.

7. Rußzusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Ruß mit dem Bindemittel vorbehandelt ist.

8. Polymerzusammensetzung, umfassend:

eine Polymerkomponente und 0,1-65 Gew.-% einer Rußzusammensetzung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.

9. Halbleitende Zusammensetzung, umfassend:

25-55 Gew.-% einer Zusammensetzung, die einen Ruß und 0,5 bis 10 Teile pro 100 Teile Ruß mindestens einer Bindemittelkomponente umfasst, die ausgewählt ist aus mindestens einer der folgenden Gruppen:

ii) einem Alkylcarbonsäureester eines ethoxylierten mehrwertigen Alkohols, der vor der Ethoxylierung mindestens 3 Hydroxylgruppen pro Molekül aufweist, wobei die Alkylcarbonsäure 8 bis 30 Kohlenstoffatome aufweist und gesättigt oder ungesättigt sein kann und wobei darüber hinaus der Monoester eine Funktionalität von mindestens 80% aufweist, wobei der Rest eine Diesterfunktionalität ist und wobei darüber hinaus die Anzahl der Ethylenoxidmoleküle pro mehrwertigem Alkoholester mindestens 3 beträgt;

iii) einem Alkylcarbonsäureester eines mehrwertigen Alkohols, der vor der Veresterung mindestens 3 Hydroxylgruppen pro Molekül aufweist, wobei die Alkylcarbonsäure 8 bis 30 Kohlenstoffatome aufweist und gesättigt oder ungesättigt sein kann, und wobei die Monoesterfunktionalität mindestens 80% beträgt und der Rest eine Diesterfunktionalität ist;

iv) einem ethoxylierten Alkylcarbonsäureester eines mehrwertigen Alkohols, der vor der Veresterung mindestens 3 Hydroxylgruppen pro Molekül aufweist, wobei die Alkylcarbonsäure mindestens 8 bis 30 Kohlenstoffatome aufweist und gesättigt oder ungesättigt sein kann, und wobei darüber hinaus die Monoesterfunktionalität mindestens 80% beträgt und der Rest eine Diesterfunktionalität ist, und wobei die Anzahl der Ethylenoxidmoleküle pro mehrwertigem Alkohol mindestens 3 beträgt; und

v) einem Polyethylenoxid-Polypropylenoxid-Polyethylenoxid-Blockcopolymer;

0 bis 2 Gew.-% eines Stabilisators oder Antioxidationsmittels,

0 bis 5 Gew.-% eines organischen Peroxids, vorzugsweise Dicumylperoxid;

0 bis 10 Gew.-% eines Vinylsilans;

wobei der Rest ein Polymer oder ein Gemisch von Polymeren ist, ausgewählt aus der folgenden Gruppe:

Ethylenhomopolymer;

Ethylen, das mit einem oder mehreren Alphaolefinen copolymerisiert ist;

Ethylen, das mit Propylen und einem Dienmonomer copolymerisiert ist; und

Ethylen, das mit einem oder mehreren Monomeren copolymerisiert ist, die ausgewählt sind aus Vinylacetat, Acrylsäure, Methacrylsäure, Estern von Acryl- oder Methacrylsäure mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen, Maleinanhydrid oder einem von Fumar- oder Maleinsäure abgeleiteten Monoester, Vinylchlorid oder Vinylidenchlorid.

10. Halbleitende Zusammensetzung nach Anspruch 9, wobei der Ruß mit dem Bindemittel vorbehandelt ist.

11. Masterbatch-Zusammensetzung, umfassend:

70-40 Gew.-% eines Ethylenhomopolymers oder -copolymers, wobei das Comonomer ausgewählt ist aus Hexen, Propen, Buten, Octen oder Vinylacetat; und

30-60 Gew.-% einer Zusammensetzung, die einen Ruß und 0,1-50 Gew.-% mindestens einer Bindemittelkomponente umfasst, die ausgewählt ist aus mindestens einer der folgenden Gruppen:

v) einem Polyethylenoxid-Polypropylenoxid-Polyethylenoxid-Blockcopolymer.

12. Masterbatch-Zusammensetzung nach Anspruch 11, wobei der Ruß mit dem Bindemittel vorbehandelt ist.

13. Erzeugnis, gebildet aus der Zusammensetzung von Anspruch 8.

14. Rußzusammensetzung, umfassend: Ruß und 0,1 Gew.-% bis 50 Gew.-% Sucrosedistearat.