DE69717551T2

DE69717551T2 - Russe und diese enthaltende zusammensetzungen

Info

Publication number: DE69717551T2
Application number: DE69717551T
Authority: DE
Inventors: Ravindra Sant
Original assignee: Cabot Corp
Current assignee: Cabot Corp
Priority date: 1996-01-31
Filing date: 1997-01-22
Publication date: 2003-04-10
Anticipated expiration: 2017-01-23
Also published as: ZA97624B; CZ306897A3; DK0817814T3; ID16011A; AU709161B2; BR9704620A; ATE229059T1; AU1830197A; CN1100834C; AR005684A1; WO1997028222A1; HU221108B1; EP1114848B1; IL121857A0; TW505675B; PT817814E; DK1114848T3; EP0817814A1; ES2186869T3; PE56097A1

Description

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Klasse von neuen und nützlichen Rußen, welche für verschiedene Anwendungen geeignet sind und insbesondere zur Verwendung in Naturkautschuken, Synthesekautschuken, Elastomeren, Plastomeren und/ oder Mischungen oder Gemischen davon gut geeignet sind. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf neue und nützliche Polymerzusammensetzungen (Naturkautschuke, Synthesekautschuke, Elastomer, Plastomere und/oder Mischungen oder Gemische davon), welche die Ruße enthalten.

Hintergrund

Ruße werden im Allgemeinen in einem ofenartigen Reaktor durch Pyrolysieren eines Kohlenwasserstoffeinsatzmaterials mit heißen Verbrennungsgasen zum Erzeugen von Verbrennungsprodukten, die partikulären Ruß enthalten, hergestellt.
Ruße können als Pigmente, Füllstoffe und/oder Verstärkungsmittel in Polymerzusammensetzungen verwendet werden. So wie der Begriff hier verwendet wird, bezieht sich "Polymer" auf einen Naturkautschuk, einen Synthesekautschuk, ein Elastomer, ein Plastomer und/oder Mischungen oder Gemische davon.
Ruße können auch eingesetzt werden, um Polymerzusammensetzungen elektrische Leitfähigkeit und Schutz vor Ultraviolett (UV)-Zersetzung zu verleihen. Zum Beispiel werden Ruße häufig verwendet, um die Zersetzung von Polymerzusammensetzungen bei Einwirkung von UV-Strahlung zu minimieren. Eine solche UV-Strahlung tritt als Komponente des natürlichen Sonnenlichtes auf. Es ist allgemein anerkannt, dass das Ausmaß des Schutzes vor UV-Zersetzung bei der Verwendung von Rußen mit einer verringerten Teilchengröße, beispielsweise nicht größer als 25 Nanometer (nm), verbessert wird. Es wird allgemein angenommen, dass sich durch die Verwendung von Rußen mit Teilchengrößen von nicht mehr als 20 nm weitere Vorteile ergeben.
Ruße werden durch eine Reihe von Mischmethoden in die Polymerzusammensetzung eingearbeitet. Für Ruße, welche annehmbare Eigenschaften in Bezug auf den UV- Schutz aufweisen, ist es im Allgemeinen erwünscht, solche Ruße zu verwenden, welche eine möglichst geringe Viskosität ergeben, und somit die Verarbeitbarkeit des Ruß-Polymerzusammensetzung-Gemisches zu verbessern. Ein weiteres erwünschtes Merkmal von Rußen, die für solche Anwendungen verwendet werden, wäre das Maximieren des relativen Gehaltes an Ruß in dem Ruß-Polymerzusammensetzung-Gemisch, soweit dies praktikabel ist. Um die Tendenz einer Kunststoffzusammensetzung zur Absorption von Feuchtigkeit zu minimieren, ist es wünschenswert, Ruße zu verwenden, welche eine möglichst geringe Feuchtigkeitsabsorption des Compounds (compound moisture absorption, CMA) aufweisen. Die CMA zeigt die Feuchtigkeitsabsorptionsfähigkeit des Rußes an, nachdem er in die in Frage kommende Polymerzusammensetzung hineingemischt wurde.
Entsprechend wäre es vorteilhaft, neue Ruße herzustellen, welche Polymerzusammensetzungen, in welche die Ruße eingearbeitet werden, eine verbesserte Viskosität oder verbesserte Verarbeitungseigenschaften verleihen.
Es wäre auch vorteilhaft, neue Ruße herzustellen, welche Polymerzusammensetzungen, in welche die Ruße eingearbeitet werden, niedrigere Feuchtigkeitsabsorptionseigenschaften des Compounds verleihen.
Ferner wäre es vorteilhaft, neue Polymerzusammensetzungen zu haben, welche eine verbesserte Viskosität und/oder verbesserte Verarbeitungseigenschaften und eine niedrigere Feuchtigkeitsabsorption des Compounds aufweisen.
Diese und weitere Vorteile werden durch die Ruße und Polymerzusammensetzungen der vorliegenden Erfindung erhalten.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung stellt neue Klassen von Rußen bereit, welche dadurch gekennzeichnet sind, dass sie eine Iodadsorptionszahl (I&sub2;-Zahl) von 50-85 Milligramm/ Gramm (mg/g) und eine Primärteilchengröße, gemessen nach den Verfahren in ASTM Test Procedure D3849-89, (nachstehend als "Primärteilchengröße" bezeichnet) von 25 Manometer (nm) oder weniger aufweisen. Die Ruße der vorliegenden Erfindung sind außerdem dadurch gekennzeichnet, dass sie einen CDBP (Dibutylabsorptionswert des zerkleinerten Rußes) von 96 Kubikzentimeter DBP pro 100 Gramm Ruß (cm³/100 g) oder weniger aufweisen, gemessen in Übereinstimmung mit ASTM Test Procedure D3493-86.
Vorzugsweise weisen die Ruße eine I&sub2;-Zahl von 55-80 mg/g; eine Primärteilchengröße von mehr als 20 nm bis 25 nm; und/oder einen CDBP von 50-96 cm³/100 g auf. Mehr bevorzugt weisen die Ruße eine I&sub2;-Zahl von 60-78 mg/g; eine Primärteilchengröße von mehr als 20 nm bis 25 nm; und/oder einen CDBP von 50-96 cm³/100 g auf.
Außerdem stellt die vorliegende Erfindung Polymerzusammensetzungen bereit, in welche die Ruße der vorliegenden Erfindung eingearbeitet sind. So wie der Begriff hier verwendet wird, bezieht sich "Polymer" im weitesten Sinn auf einen beliebigen Naturkautschuk, Synthesekautschuk, ein beliebiges Elastomer, Plastomer und/oder Mischungen oder Gemische davon.
Die Ruße der vorliegenden Erfindung können durch ein beliebiges im Stand der Technik bekanntes Verfahren hergestellt werden. Vorzugsweise werden die Ruße der vorliegenden Erfindung in einem Ofenrußreaktor mit einer ersten (Verbrennungs-)Zone, einer Übergangszone und einer Reaktionszone hergestellt, worin:
ein Ruß lieferndes Einsatzmaterial in einen heißen Verbrennungsgasstrom injiziert wird;
das resultierende Gemisch aus heißen Verbrennungsgasen und Einsatzmaterial in die Reaktionszone gelangt; und
die Pyrolyse des Ruß liefernden Einsatzmaterials durch Abschrecken bzw. Löschen des Gemisches angehalten wird, wenn die Ruße der vorliegenden Erfindung gebildet worden sind, und worin ein primäres Verbrennungsniveau (primary combustion level) von mehr als 300%, vorzugsweise mindestens 550%, mehr bevorzugt 650-1200% eingesetzt wird. Vorzugsweise beträgt das Gesamtverbrennungsniveau (overall combustion level) für das Verfahren zum Herstellen der Ruße der vorliegenden Erfindung mindestens 22%, vorzugsweise 22% bis 35%, mehr bevorzugt 25% bis 28%. Es ist auch bevorzugt, dass die Verweilzeit für die Ruß bildenden Reaktionen in dem Verfahren zum Herstellen der Ruße der vorliegenden Erfindung 0,55 Sekunden bis 9,9 Sekunden, mehr bevorzugt 1,06 Sekunden bis 8,01 Sekunden beträgt. Das Verfahren zum Herstellen der neuen Ruße der vorliegenden Erfindung wird nachstehend ausführlicher beschrieben.
Die Polymerzusammensetzungen der vorliegenden Erfindung schließen Naturkautschuke, Synthesekautschuke, Elastomere, Plastomere und Mischungen oder Gemische davon ein. Die Menge an Ruß, die in den Polymerzusammensetzungen der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird, schließt jede Menge ein, welche die für den beabsichtigten Verwendungszweck der Polymerzusammensetzung erwünschten Ergebnisse erzielen kann, wobei solche Mengen herkömmlich und Fachleuten wohlbekannt sind. Im Allgemeinen können Mengen des Rußproduktes im Bereich von 0,5 bis 300 Gewichtsteile für jeweils 100 Gewichtsteile des Polymers verwendet werden. Es ist jedoch bevorzugt, Mengen, die von 0,5 bis 100 Gewichtsteile Ruß pro 100 Gewichtsteile Polymer variieren, zu verwenden und besonders bevorzugt ist die Verwendung von 0,5 bis 80 Gewichtsteilen Ruß pro 100 Gewichtsteile Polymer.
Zu den Polymeren, die sich für die Verwendung mit der vorliegenden Erfindung eignen, gehören Naturkautschuk, Synthesekautschuk, z. B. Polyisopren und Polybutadien, und ihre Derivate, wie etwa chlorierter Kautschuk; Copolymere aus ungefähr 10 bis ungefähr 70 Gewichtsprozent Styrol und ungefähr 90 bis ungefähr 30 Gewichtsprozent Butadien, wie etwa ein Copolymer aus 19 Teilen Styrol und 81 Teilen Butadien, ein Copolymer aus 30 Teilen Styrol und 70 Teilen Butadien, ein Copolymer aus 43 Teilen Styrol und 57 Teilen Butadien und ein Copolymer aus 50 Styrol und 50 Teilen Butadien; Polymere und Copolymere von konjugierten Dienen, wie Polybutadien, Polyisopren, Polychloropren und dergleichen, und Copolymere von solchen konjugierten Dienen mit einem eine ethylenische Gruppe enthaltenden Monomer, das damit copolymerisierbar ist, wie etwa Styrol, Methylstyrol, Chlorstyrol, Acrylnitril, 2-Vinylpyridin, 5-Methyl-2-vinylpyridin, 5-Ethyl-2-vinylpyridin, 2-Methyl-5-vinylpyridin, alkylsubstituierte Acrylate, Vinylketon, Methylisopropenylketon, Methylvinylether, α-Methylencarbonsäuren und die Ester und Amide davon, wie etwa Acrylsäure und Dialkylacrylsäureamid; zur Verwendung hier sind auch Copolymere von Ethylen und anderen hohen α-Olefinen, wie etwa Propylen, Bu ten-1 und Penten-1 geeignet; besonders bevorzugt sind die Ethylen-Propylen-Copolymere, worin der Ethylengehalt im Bereich von 20 bis 90 Gew.-% liegt, und auch die Ethylen-Propylen-Polymere, welche zusätzlich ein drittes Monomer, wie etwa Dicyclopentadien, 1,4-Hexadien und Methylennorbomen enthalten. Vorzugsweise umfasst das Ethylen enthaltende Polymer: ein Ethylen-Propylen-Copolymer oder ein Ethylen- Propylen-Terpolymer. Mehr bevorzugt umfasst das Ethylen enthaltende Polymer Ethylen-Propylen-Dien-Monomer (EPDM). Ebenfalls bevorzugt ist ein Ethylen enthaltendes Polymer, das 0,5 bis 98 Gew.-% Ethylenmonomer umfasst.
Weitere bevorzugte polymere Zusammensetzungen sind Polyolefine, wie etwa Polypropylen und Polyethylen.
Zu geeigneten Polymeren gehören auch:
a) Propylenhomopolymere, Ethylenhomopolymere und Ethylencopolymere und Pfropfpolymere, wobei die Comonomere ausgewählt werden aus Buten, Hexen, Propen, Octen, Vinylacetat, Acrylsäure, Methacrylsäure, C&sub1;-C&sub8;-Alkylestern von Acrylsäure, C&sub1;-C&sub8;-Alkylestern von Methacrylsäure, Maleinsäureanhydrid, Halbestern von Maleinsäureanhydrid und Kohlenmonoxid;
b) Elastomere, ausgewählt aus Naturkautschuk, Polybutadien, Polyisopren, statistischem oder Block-Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR), Polychloropren, Acrylnitrilbutadien, Ethylen-Propylen-Co- und -Terpolymere, Ethylen-Propylen-Dien- Monomer (EPDM);
c) Homopolymere und Copolymere von Styrol, einschließlich lineare und radiale Styrol-Butadien-Styrol-Polymere, Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS) und Styrol- Acrylnitril (SAN);
d) Thermoplasten, einschließlich Polyethylenterephthalat (PET), Polybutylenterephthalat (PBT), Polycarbonate, Polyamide, Polyvinylchloride (PVC), Acetale; und
e) wärmehärtbare Kunststoffe, einschließlich Polyurethan, Epoxyharze und Polyester.
Ein Vorteil der Ruße der vorliegenden Erfindung ist, dass die Ruße den Polymerzusammensetzungen, in welche sie eingearbeitet werden, eine niedrige Viskosität verleihen.
Ein weiterer Vorteil der Ruße der vorliegenden Erfindung ist, dass die Ruße den Polymerzusammensetzungen, in welche sie eingearbeitet werden, eine geringe CMA (Feuchtigkeitsabsorption des Compounds) verleihen.
Ein weiterer Vorteil der Ruße der vorliegenden Erfindung ist, dass die Ruße mit hohen Rußbeladungen in die Polymerzusammensetzungen eingearbeitet werden können.
Ein Vorteil der Polymerzusammensetzungen der vorliegenden Erfindung ist, dass die Polymerzusammensetzungen eine niedrige Viskosität aufweisen.
Ein weiterer Vorteil der Polymerzusammensetzungen der vorliegenden Erfindung ist, dass die Polymerzusammensetzungen eine geringe CMA (Feuchtigkeitsabsorption des Compounds) aufweisen.
Ein weiterer Vorteil der Polymerzusammensetzungen der vorliegenden Erfindung ist, dass in die Polymerzusammensetzungen hohe Rußbeladungsgehalte eingearbeitet werden können.
Weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der ausführlicheren Beschreibung der Erfindung hervor.

Kurze Beschreibung der Abbildungen

Fig. 1 ist eine Querschnittsansicht eines Teils von einer Art von Ofenrußreaktor, welcher zum Herstellen der Ruße der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann.
Fig. 2 ist eine Querschnittsansicht eines Teils einer weiteren Art von Ofen rußreaktor, welcher zum Herstellen der Ruße der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann.
Fig. 3 ist ein Probenhistogramm der Gewichtsfraktion der Aggregate einer Rußprobe gegen den Stokes-Durchmesser in einer bestimmten Probe.
Fig. 4 ist eine graphische Darstellung, welche die Wirkung der Rußbeladung auf den Schmelzindex von Polymerzusammensetzungen, die Ruße der vorliegenden Erfindung erhalten, veranschaulicht, zusammen mit relevanten Daten für Polymerzusammensetzungen, die Kontrollruße enthalten, wie es in den Beispielen beschrieben ist.
Fig. 5 ist eine graphische Darstellung, welche die Wirkung der Rußbeladung auf die scheinbare Viskosität, bei einer Schergeschwindigkeit von 100 s&supmin;¹, von Polymerzusammensetzungen, die Ruße der vorliegenden Erfindung enthalten, veranschaulicht, zusammen mit relevanten Daten für Polymerzusammensetzungen, die Kontrollruße enthalten, wie es in den Beispielen hier beschrieben ist.

Ausführliche Beschreibung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung stellt Ruße und Polymerzusammensetzungen, in welchen die Ruße eingearbeitet sind, bereit.
Insbesondere stellt die vorliegende Erfindung neue Ruße mit einer I&sub2;-Zahl von 50-85 mg/g; einer Primärteilchengröße von 25 nm oder weniger; und einem CD. BP von 96 cm³/100 g oder weniger bereit. Vorzugsweise haben die Ruße eine I&sub2;-Zahl von 55-80 mg/g; eine Primärteilchengröße von mehr als 20 nm bis 25 nm; und/oder einen CDBP von 50-96 cm³/100 g. Mehr bevorzugt haben die Ruße eine I&sub2;-Zahl von 60-78 mg/g; eine Primärteilchengröße von mehr als 20 nm bis 25 nm; und/oder einen CDBP von 50-96 cm³/100 g. Genauer gesagt gehören zu diesen Rußen die folgenden:
1) ein Ruß mit einer I&sub2;-Zahl von 50-85 mg/g; einer Primärteilchengröße von 25 nm oder weniger; und einem CDBP von 96 cm³/100 g oder weniger;
2) ein Ruß mit einer I&sub2;-Zahl von 55-80 mg/g; einer Primärteilchengröße von 25 nm oder weniger; und einem CDBP von 96 cm³/100 g oder weniger;
3) ein Ruß mit einer I&sub2;-Zahl von 60-78 mg/g; einer Primärteilchengröße von 25 nm oder weniger; und einem CDBP von 96 cm³/100 g oder weniger;
4) ein Ruß mit einer I&sub2;-Zahl von 50-85 mg/g; einer Primärteilchengröße von 25 nm oder weniger; und einem CDBP von 50-96 cm³/100 g;
5) ein Ruß mit einer I&sub2;-Zahl von 55-80 mg/g; einer Primärteilchengröße von 25 nm oder weniger; und einem CDBP von 50-96 cm³/100 g;
6) ein Ruß mit einer I&sub2;-Zahl von 60-78 mg/g; einer Primärteilchengröße von 25 nm oder weniger; und einem CDBP von 50-96 cm³/100 g;
7) ein Ruß mit einer I&sub2;-Zahl von 50-85 mg/g; einer Primärteilchengröße von mehr als 20 nm bis 25 nm; und einem CDBP von 96 cm³/100 g oder weniger;
8) ein Ruß mit einer I&sub2;-Zahl von 55-80 mg/g; einer Primärteilchengröße von mehr als 20 nm bis 25 nm; und einem CDBP von 96 cm³/100 g oder weniger;
9) ein Ruß mit einer I&sub2;-Zahl von 60-78 mg/g; einer Primärteilchengröße von mehr als 20 nm bis 25 nm; und einem CDBP von 96 cm³/100 g oder weniger;
10) ein Ruß mit einer I&sub2;-Zahl von 50-85 mg/g; einer Primärteilchengröße von mehr als 20 nm bis 25 nm; und einem CDBP von 50-96 cm³/100 g;
11) ein Ruß mit einer I&sub2;-Zahl von 55-80 mg/g; einer Primärteilchengröße von mehr als 20 nm bis 25 nm; und einem CDBP von 50-96 cm³/100 g; und
12) ein Ruß mit einer I&sub2;-Zahl von 60-78 mg/g; einer Primärteilchengröße von mehr als 20 nm bis 25 nm; und einem CDBP von 50-96 cm³/100 g.
Die Ruße der vorliegenden Erfindung können durch ein beliebiges Verfahren hergestellt werden, sie werden jedoch vorzugsweise auf die nachstehend beschriebene Weise hergestellt. Wenngleich das Verfahren zum Herstellen der Ruße der vorliegenden Erfindung nachstehend unter Bezugnahme auf eine Art von Rußofenreaktor beschrieben ist, ver steht sich jedoch, dass das Verfahren in anderen Arten von Rußreaktoren durchgeführt werden kann.
Insbesondere können die Ruße der vorliegenden Erfindung nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung in einem modularen, auch als "stufenweise" bezeichneten Ofenrußreaktor hergestellt werden. Ein Querschnitt eines typischen modularen Ofenrußreaktors, welcher zum Herstellen der Ruße der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, ist in Fig. 1 abgebildet. Weitere Einzelheiten eines typischen modularen Ofenrußreaktors findet man z. B. in der Beschreibung, die im US-Patent Nr. 3,922,335 enthalten ist, deren Offenbarung hier durch Bezugnahme aufgenommen ist.
Bezugnehmend auf Fig. 1 können die Ruße der vorliegenden Erfindung in einem Ofenrußreaktor 2 mit einer Verbrennungszone 10, welche eine Zone mit konvergierendem Durchmesser 11 aufweist, einer Übergangszone 12 und einer Reaktionszone 18 hergestellt werden. Das Ende der Reaktionszone 18, das der Übergangszone 12 am nächsten liegt, weist eine Zone oder Zonen, 17A und 17B, mit eingeschränktem Durchmesser auf. Der Durchmesser der Verbrennungszone 10, bis zu dem Punkt, wo die Zone mit dem konvergierenden Durchmesser 11 beginnt, ist als D-1 gezeigt; der Durchmesser von Zone 12 als D-2, der Durchmesser von Zone 17A als D-3A; der Durchmesser von Zone 17B als D-3B und der Durchmesser von Zone 18 als D-4. Die Länge der Verbrennungszone 10 bis zu dem Punkt, wo die Zone mit konvergierendem Durchmesser 11 beginnt, ist als L-1 gezeigt; die Länge der Zone mit konvergierendem Durchmesser 11 ist als L-2 gezeigt; die Länge der Übergangszone 12 ist als L-3 gezeigt; die Länge der Zone 17A mit eingeschränktem Durchmesser ist als L-4A gezeigt; und die Länge der Zone 17B mit eingeschränktem Durchmesser ist als L-4B gezeigt.
Um die Ruße der vorliegenden Erfindung herzustellen, werden heiße Verbrennungsgase in der Verbrennungszone 10 durch Umsetzen eines flüssigen oder gasförmigen Brennstoffs mit einem geeigneten Oxidationsmittel wie Luft, Sauerstoff, Gemischen aus Luft und Sauerstoff oder dergleichen erzeugt. Zu den Brennstoffen, die sich zur Verwendung bei der Umsetzung mit dem Oxidationsmittelstrom in der Verbrennungszone 10 zum Erzeugen der heißen Verbrennungsgase eignen, gehören alle leicht brennbaren Gas-, Dampf- oder Flüssigkeitsströme, wie etwa Erdgas, Wasserstoff, Kohlenmonoxid, Methan, Acetylen, Alkohole oder Kerosin. Es ist jedoch im Allgemeinen bevorzugt, Brenn stoffe mit einem hohen Gehalt an kohlenstoffhaltigen Komponenten und insbesondere Kohlenwasserstoffe zu verwenden. Das Verhältnis von Luft zu Erdgas, das zum Herstellen der Ruße der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird, beträgt mindestens 30 : 1, vorzugsweise 45 : 1 bis 100 : 1. Um die Erzeugung von heißen Verbrennungsgasen zu erleichtern, Kann der Oxidationsmittelstrom vorgeheizt werden.
Um die Ruße der vorliegenden Erfindung herzustellen, beträgt das primäre Verbrennungsniveau des Rußherstellungsverfahrens mehr als 300% und vorzugsweise mindestens 550%. Mehr bevorzugt beträgt zum Herstellen der Ruße der vorliegenden Erfindung das primäre Verbrennungsniveau des Rußherstellungsverfahrens 650-1200%.
Das primäre Verbrennungsniveau, auf das hier Bezug genommen wird, gibt die Menge an Oxidationsmittel, wie etwa Luft, wieder, die in der ersten Stufe eines mehrstufigen Verfahrens eingesetzt wird, bezogen auf die theoretische Menge an Oxidationsmittel, das für die vollständige Verbrennung des Kohlenwasserstoffs der ersten Stufe zu Kohlendioxid und Wasser erforderlich ist. Aus Gründen der Bequemlichkeit wird das primäre Verbrennungsniveau als Prozentsatz angegeben.
Die theoretische Menge an Oxidationsmittel, die für die vollständige Verbrennung des Kohlenwasserstoffs der ersten Stufe zu Kohlendioxid und Wasser erforderlich ist, wird hier als das "Luft-zum-Verbrennen-von-Gas-Verhältnis" bezeichnet und als Verhältnis der Volumina des theoretischen Oxidationsmittels und des Kohlenwasserstoffs der ersten Stufe angegeben. Die Mengen an Oxidationsmittel und Kohlenwasserstoff der ersten Stufe können in jedem zweckmäßigen und konsistenten Satz von Einheiten beschrieben werden.
Das primäre Verbrennungsniveau kann gemäß der folgenden Formel bestimmt werden: Primäres Verbrennungsniveau, % = (gemessene Luftgeschwindigkeit) · 100/(gemessene Gasgeschwindigkeit) · (Luft-zum-Verbrennen-von-Gas-Verhältnis)
wobei:
"gemessene Luftgeschwindigkeit" = der Volumendurchfluss von Luft, die in die Verbrennungszone des Reaktors eingeführt wird, gemessen bei Standardbedingungen der Temperatur und des Drucks
"gemessene Gasgeschwindigkeit" = Volumendurchfluss des Gases, das in die Verbrennungszone des Reaktors eingeführt wird, gemessen bei Standardbedingungen der Temperatur und des Drucks
und die "gemessene Luftgeschwindigkeit", die "gemessene Gasgeschwindigkeit" und das "Luft-zum-Verbrennen-von-Gas-Verhältnis" werden in einem Satz von wechselseitig konsistenten Einheiten gemessen.
So wie es hier verwendet wird, beziehen sich "Standardbedingungen der Temperatur und des Drucks" auf eine Temperatur von 273 Kelvin (K) und einen Druck von 101,3 Kilopascal (kPa), wenn Luft oder Gas beschrieben wird, und beziehen sich "Standardbedingungen der Temperatur und des Drucks" auf eine Temperatur von 288,6 K und einen Druck von 101,3 kPa, wenn Öl oder Einsatzmaterial beschrieben wird.
Der heiße Verbrennungsgasstrom fließt stromabwärts von den Zonen 10 und 11 in die Zonen 12, 17A, 17B und anschließend 18. Die Richtung des Stroms der heißen Verbrennungsgase ist in Fig. 1 durch den Pfeil gezeigt. Ruß lieferndes Einsatzmaterial 30 wird an Punkt 32, der sich in der Zone 12 befindet, eingeführt. Das Einsatzmaterial kann entweder durch eine Sonde 15 mit einem Ende 34 oder vorzugsweise radial nach innen durch eine Vielzahl von Öffnungen, die in der Wand der Zone 12 am Punkt 32 angebracht sind, oder eine Kombination der beiden eingeführt werden. Zur Verwendung als Ruß liefernde Kohlenwasserstoffeinsatzmaterialien, welche unter den Bedingungen der Reaktion leicht zu verflüchtigen sind, eignen sich hier ungesättigte Kohlenwasserstoffe wie Acetylen; Olefine wie Ethylen, Propylen, Butylen; Aromaten wie Benzol, Toluol und Xylol; bestimmte gesättigte Kohlenwasserstoffe; und verflüchtigte Kohlenwasserstoffe wie Kerosine, Naphthaline, Terpene, Ethylenteere, aromatische Ring-Einsatzmaterialien und dergleichen.
Der Abstand von Punkt 32 stromabwärts bis zum Beginn der Zone 17A mit eingeschränktem Durchmesser in der Reaktionszone ist als F-1 angezeigt. In bestimmten der hier beschriebenen Beispiele wurde das Ruß liefernde Einsatzmaterial 30 durch eine Vielzahl von Öffnungen, die sich in der Wand der Zone 12 am Punkt 32 befinden, radial nach innen injiziert, wobei die resultierenden Strahlen in die inneren Regionen des heißen Verbrennungsgasstromes eindringen, so dass sie sich rasch zersetzen und das Einsatzmaterial in die neuen Ruße der vorliegenden Erfindung umwandeln.
In anderen der hier beschriebenen Beispiele wurde das Ruß liefernde Einsatzmaterial, 30 nach außen in eine im Wesentlichen axiale Stromabwärtsrichtung durch eine Vielzahl von Öffnungen am Ende 34 von Sonde 15 injiziert, wobei die resultierenden Strahlen in die äußeren Regionen des heißen Verbrennungsgasstroms eindringen, so dass sie sich rasch zersetzen und das Einsatzmaterial in die Ruße umwandeln. Der Abstand vom Ende der Sonde 15 zum Beginn der Zone 17A ist als F-2 angezeigt.
Um die Ruße der vorliegenden Erfindung herzustellen, beträgt das Gesamtverbrennungsniveau des Rußherstellungsverfahrens vorzugsweise mindestens 22%, mehr bevorzugt 22 bis 35% und noch mehr bevorzugt 25 bis 28%.
Wie es hier angegeben ist und Fachleuten bekannt ist, gibt das Gesamtverbrennungsniveau die Gesamtmenge von Oxidationsmittel wie etwa Luft, die in dem Kohlenstoffbildungsverfahren verwendet wird, bezogen auf die Menge an Oxidationsmittel, das für die vollständige Verbrennung der Gesamtmenge an Kohlenwasserstoff, der in dem Kohlenstoffbildungsverfahren verwendet wird, unter Bildung von Kohlendioxid und Wasser erforderlich ist. Das Gesamtverbrennungsniveau wird gewöhnlich als Prozentsatz angegeben.
Der Bequemlichkeit halber wird die Menge an Oxidationsmittel, das für die vollständige Verbrennung des Ruß liefernden Einsatzmaterials zu Kohlendioxid und Wasser erforderlich ist, als das Luft-zum-Verbrennen-von-Öl-Verhältnis bezeichnet und als Verhältnis der Volumina von theoretischem Oxidationsmittel und Ruß liefernden Einsatzmaterial angegeben. Die Mengen an Oxidationsmittel und Ruß lieferndem Einsatzmaterial können in jedem zweckmäßigen und konsistenten Satz von Einheiten beschrieben werden.
Das Gesamtverbrennungsniveau kann gemäß der folgenden Formel bestimmt werden: Gesamtverbrennungsniveau, % = (gemessene Luftgeschwindigkeit) · 100/(gemessene Gasgeschwindigkeit) · (Luft-zum-Verbrennen-von-Gas-Verhältnis) + (gemessene Ölgeschwindigkeit) · (Luft-zum-Verbrennen-von-Öl-Verhältnis)
wobei:
"gemessene Luftgeschwindigkeit" = der Volumendurchfluss von Luft, die in die Verbrennungszone des Reaktors eingeführt wird, gemessen bei Standardbedingungen der Temperatur und des Drucks
"gemessene Gasgeschwindigkeit" = Volumendurchfluss von Gas, das in die Verbrennungszone des Reaktors eingeführt wird, gemessen bei Standardbedingungen der Temperatur und des Drucks.
"gemessene Ölgeschwindigkeit" = Volumendurchfluss von Öl, das in den Reaktor eingeführt wird, gemessen bei Standardbedingungen der Temperatur und des Drucks.
und die "gemessene Luftgeschwindigkeit", die "gemessene Gasgeschwindigkeit", die "gemessene Ölgeschwindigkeit", das "Luft-zum-Verbrennen-von-Gas-Verhältnis" und das "Luft-zum-Verbrennen-von-Öl-Verhältnis" sind in einem Satz von wechselseitig konsistenten Einheiten angegeben.
Das Gemisch aus Ruß lieferndem Einsatzmaterial und heißen Verbrennungsgasen fließt stromabwärts durch die Zonen 12, 17A, 17B und in die Zone 18. Eine Löscheinrichtung 40, die sich am Punkt 42 befindet, welche ein Löschfluid 50 injiziert, welches in den hier beschriebenen Beispielen Wasser war, wird verwendet, um die Pyrolyse des Ruß liefernden Einsatzmaterials anzuhalten, wenn die neuen Ruße der vorliegenden Erfindung gebildet sind. Der Punkt 42 kann in einer beliebigen im Fachgebiet bekannten Weise zum Auswählen der Position einer Löscheinrichtung zum Anhalten der Pyrolyse ausgewählt werden.
Ein Verfahren zum Bestimmen der Position der Löscheinrichtung, die zum Anhalten der Pyrolyse verwendet wird, ist das Bestimmen des Punkts, an dem ein akzeptabler Toluolextraktwert (toluene extrct level) für die neuen Ruße der vorliegenden Erfindung erreicht wird. Der Toluolextraktwert kann unter Verwendung von ASTM Test Procedure D1618-83, "Carbon black extractables Toluene Discoloration" gemessen werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens zum Herstellen der Ruße der vorliegenden Erfindung wird die Lage der Löscheinrichtung so festgelegt, dass gewährleistet ist, dass die resultierende nominelle Verweilzeit für die Ruß bildenden Reaktionen in dem Reaktor 0,55 Sekunden bis 9,9 Sekunden und vorzugsweise 1,06 bis 8,01 Sekunden beträgt. Die nominelle Verweilzeit in dem Reaktor wird hier als die Zeit definiert, die nominell für das durch den Reaktor wandernde Oxidationsmittel zum Wandern vom Punkt der Injektion des Ruß liefernden Einsatzmaterials bis zum Punkt der Löscheinrichtung erforderlich ist, wenn das Oxidationsmittel durch jeden der Prozesse, die in jeder der Stufen des stufenweisen Reaktors stattfinden, unverändert bliebe, und wobei der Volumendurchfluss des Oxidationsmittels bei Standardbedingungen der Temperatur und des Drucks definiert ist.
Nachdem das Gemisch aus heißen Verbrennungsgasen und Ruß lieferndem Einsatzmaterial gelöscht ist, gelangen die gekühlten Gase stromabwärts in eine beliebige herkömmliche Kühl- und Trenneinrichtung, wodurch die Ruße isoliert werden. Die Abtrennung des Rußes von dem Gasstrom erfolgt leicht durch herkömmliche Mittel wie etwa eine Fällungsanlage, einen Zyklonabscheider oder ein Sackfilter. Auf diese Abtrennung kann ein Pelletieren beispielsweise unter Verwendung einer Nasspelletiermaschine folgen.
Die Fig. 2 veranschaulicht einen Querschnitt einer anderen Konfiguration eines Rußreaktors, welcher zum Herstellen von Rußen der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann und zum Herstellen von bestimmten der in den hier angegebenen Beispielen beschriebenen Ruße verwendet wurde. Der Reaktor 2, der in Fig. 2 veranschaulicht ist, ist im Wesentlichen identisch mit dem Reaktor, der in Fig. 1 veranschaulicht ist, und die in Fig. 2 verwendeten Bezugszeichen werden auf die gleiche Weise wie in Fig. 1 verwendet, mit den folgenden Ausnahmen.
In dem in Fig. 2 veranschaulichten Reaktor umfasst die Reaktonszone außerdem die Zonen 18A, 18B und 18C. Die Zone 18A grenzt an die Zone 17B an. Die Zone 18B grenzt an die Zone 18A an und ist in einem Winkel Q abgewinkelt, wie in Fig. 2 gezeigt ist. Die Zone 18C grenzt an Zone 18B. Der Durchmesser von Zone 18A ist als D-4A gezeigt; der Durchmesser von Zone 18B als D-4B und der Durchmesser von Zone 18C als D-4C. Die Länge der Zone 18A ist als L-5A gezeigt. Die Länge von jedem der Abschnitte von Zone 18B, in einer Richtung parallel zu der Horizontalen, ist entweder L-5B oder L-5C, wie in Fig. 2 gezeigt ist.
Die Polymerzusammensetzungen der vorliegenden Erfindung umfassen ein Polymer und einen Ruß der vorliegenden Erfindung.
So stellt die vorliegende Erfindung neue Polymerzusammensetzungen bereit, die ein Polymer und einen Ruß mit einer I&sub2;-Zahl von 50-85 mg/g; einer Primärteilchengröße von 25 nm oder weniger; und einem CDBP von 96 cm³/100 g oder weniger umfassen. Vorzugsweise weist der Ruß eine I&sub2;-Zahl von 55-80 mg/g; eine Primärteilchengröße von mehr als 20 nm bis 25 nm; und/oder einen CDBP von 50-96 cm³/100 g auf. Mehr bevorzugt hat der Ruß eine I&sub2;-Zahl von 60-78 mg/g; eine Primärteilchengröße von mehr als 20 nm bis 25 nm; und/oder einen CDBP von 50-96 cm³/100 g. Genauer gesagt gehören zu diesen Polymerzusammensetzungen die folgenden:
1) Eine Polymerzusammensetzung, umfassend ein Polymer und einen Ruß mit einer I&sub2;-Zahl von 50-85 mg/g; einer Primärteilchengröße von 25 nm oder weniger; und einem CDBP von 96 cm³/100 g oder weniger.
2) Eine Polymerzusammensetzung, umfassend ein Polymer und einen Ruß mit einer I&sub2;-Zahl von 55-80 mg/g; einer Primärteilchengröße von 25 nm oder weniger; und einem CDBP von 96 cm³/100 g oder weniger.
3) Eine Polymerzusammensetzung, umfassend ein Polymer und einen Ruß mit einer I&sub2;-Zahl von 60-78 mg/g; einer Primärteilchengröße von 25 nm oder weniger; und einem CDBP von 96 cm³/100 g oder weniger.
4) Eine Polymerzusammensetzung, umfassend ein Polymer und einen Ruß mit einer I&sub2;-Zahl von 50-85 mg/g; einer Primärteilchengröße von 25 nm oder weniger; und einer CDBP von 50-96 cm³/100 g.
5) Eine Polymerzusammensetzung, umfassend ein Polymer und einen Ruß mit einer I&sub2;-Zahl von 55-80 mg/g; einer Primärteilchengröße von 25 nm oder weniger; und einem CDBP von 50-96 cm³/100 g.
6) Eine Polymerzusammensetzung, umfassend ein Polymer und einen Ruß mit einer I&sub2;-Zahl von 60-78 mg/g; einer Primärteilchengröße von 25 nm oder weniger; und einem CDBP von 50-96 cm³/100 g.
7) Eine Polymerzusammensetzung, umfassend ein Polymer und einen Ruß mit einer I&sub2;-Zahl von 50-85 mg/g; einer Primärteilchengröße von mehr als 20 nm bis 25 nm; und einem CDBP von 96 cm³/100 g oder weniger.
8) Eine Polymerzusammensetzung, umfassend ein Polymer und einen Ruß mit einer I&sub2;-Zahl von 55-80 mg/g; einer Primärteilchengröße von mehr als 20 nm bis 25 nm; und einem CDBP von 96 cm³/100 g oder weniger.
9) Eine Polymerzusammensetzung, umfassend ein Polymer und einen Ruß mit einer I&sub2;-Zahl von 60-78 mg/g; einer Primärteilchengröße von mehr als 20 nm bis 25 nm; und einem CDBP von 96 cm³/100 g oder weniger.
10) Eine Polymerzusammensetzung, umfassend ein Polymer und einen Ruß mit einer I&sub2;-Zahl von 50-85 mg/g; einer Primärteilchengröße von mehr als 20 nm bis 25 nm; und einem CDBP von 50-96 cm³/100 g.
11) Eine Polymerzusammensetzung, umfassend ein Polymer und einen Ruß mit einer I&sub2;-Zahl von 55-80 mg/g; einer Primärteilchengröße von mehr als 20 nm bis 25 nm; und einem CDBP von 50-96 cm³/100 g.
12) Eine Polymerzusammensetzung, umfassend ein Polymer und einen Ruß mit einer I&sub2;-Zahl von 60-78 mg/g; einer Primärteilchengröße von mehr als 20 nm bis 25 nm; und einem CDBP von 50-96 cm³/100 g.
Wenngleich jede beliebige Menge an Ruß, die einen beabsichtigten Verwendungszweck erzielen kann, in den Polymerzusammensetzungen der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, können im Allgemeinen Mengen des Rußes im Bereich von ungefähr 0,5 bis ungefähr 300 Gewichtsteile für jeweils 100 Gewichtsteile Polymer verwendet werden. Es ist jedoch bevorzugt, Mengen zu verwenden, die von ungefähr 0,5 bis ungefähr 100 Gewichtsteile Ruß pro 100 Gewichtsteile Polymer variieren und besonders bevorzugt ist die Verwendung von ungefähr 0,5 bis ungefähr 80 Gewichtsteile Ruß pro 100 Gewichtsteile Polymer.
Die Polymerzusammensetzungen können weitere herkömmliche Additive wie Härtungsmittel, Verarbeitungsadditive, Kohlenwasserstofföle, Beschleuniger, Koagentien, Antioxidationsmittel und dergleichen enthalten.
So wie der Begriff hier verwendet wird, schließt "Polymer" Naturkautschuke, Synthesekautschuke, Elastomer, Plastomere und/oder Mischungen oder Gemische davon ein. Beispiele für Polymere, die zur Verwendung in den Polymerzusammensetzungen der vorliegenden Erfindung geeignet sind, sind in der vorstehend angegebenen Aufstellung enthalten.
Die Polymerzusammensetzungen der vorliegenden Erfindung können auf eine beliebige im Fachgebiet bekannte Weise zum Vereinigen von Polymeren und partikulären Komponenten hergestellt werden.
Die folgenden Testverfahren wurden bei der Bestimmung und Bewertung der analytischen Eigenschaften der Ruße der vorliegenden Erfindung und der Eigenschaften der Polymerzusammensetzungen, in denen die Ruße der vorliegenden Erfindung eingearbeitet sind, verwendet.
Die CTAB (Cetyltrimethylammoniumbromidadsorptionsfläche) der Ruße wurde gemäß ASTM Test Procedure D3765-85 bestimmt.
Die I&sub2;-Zahl wurde gemäß ASTM Test Procedure D1510 bestimmt.
Der Tönungswert ("Tönung") der Ruße wurde nach dem in ASTM D3265 angegebenen Verfahren bestimmt.
Der DBP (Dibutylphthalat-Absorptionswert) der Rußpellets wurde nach ASTM Test Procedure D2414 bestimmt.
Der CDBP (Dibutylphthalat-Absorptionswert nach Zerkleinerung) (crushed dibutyl phthalate absorption value) der Rußpellets wurde nach dem in ASTM D3493-86 angegebenen Verfahren bestimmt.
Der Toluolextraktwert der Ruße wurde unter Verwendung eines Milton Roy Spectronic 20 Spektralfotometers, hergestellt von Milton Roy, Rochester, New York gemäß ASTM Test Procedure D1618 bestimmt.
Die Teilchengröße der Ruße wurde nach dem in ASTM D3849-89 angegebenen Verfahren bestimmt.
Dmode-, Dst- und ΔD50-Werte für die Ruße wurden aus einem Histogramm des Stokes- Durchmessers der Rußaggregate der jeweiligen Rußproben gegen die relative Häufigkeit ihres Auftretens in dieser Probe, wie es in Fig. 3 gezeigt ist, bestimmt. Ein Histogramm wird aus dem Stokes-Durchmesser der Aggregate der Rußprobe gegen die relative Häufigkeit ihres Auftretens in einer bestimmten Probe erstellt.
Für die Beispiele 1 bis 14 und für die Beispiele 26 bis 33 wurden die zum Erzeugen des Histogramms verwendeten Daten durch die Verwendung einer Scheibenzentrifuge wie etwa der von Joyce Loebl Co. Ltd., Tyne and Wear, Vereinigtes Königreich, hergestell ten Scheibenzentrifuge bestimmt. Das folgende Verfahren ist eine Abwandlung des Verfahrens, das im Gebrauchshandbuch der Joyce Loebl Scheibenzentrifuge Aktenzeichen DCF 4.008, veröffentlicht am 1. Februar 1985, beschrieben ist, dessen Lehre hiermit durch Bezugnahme aufgenommen ist, und es wurde zum Bestimmen der Daten verwendet.
Das Verfahren ist wie folgt. Zehn mg (Milligramm) einer Rußprobe werden in einem Wägegefäß abgewogen und anschließend zu 50 cm³ einer Lösung aus 10% absolutem Ethanol und 90% destilliertem Wasser, welche 0,05% NONIDET P-40-Surfactant enthält (NONIDET P-40 ist ein eingetragenes Warenzeichen für ein Surfactant, das von Shell Chemical Co. hergestellt und verkauft wird), zugegeben. Die resultierende Suspension wird mittels Ultraschallenergie 15 Minuten lang dispergiert, wobei ein Sonifier Model Nr. W 385, hergestellt und verkauft von Heat Systems Ultrasonics Inc., Farmingdale, New York verwendet wird.
Vor dem Einsatz der Scheibenzentrifuge werden die folgenden Daten in den Computer eingegeben, welcher die Daten von der Scheibenzentrifuge aufzeichnet:
1. die relative Dichte von Ruß, die als 1,86 g/cm³ angenommen wird;
2. das Volumen der Lösung des Rußes, der in einer Lösung aus Wasser und Ethanol dispergiert ist, welches in diesem Fall 0,5 cm³ beträgt;
3. das Volumen der Spinflüssigkeit, welche in diesem Fall 10 cm³ Wasser ist;
4. die Viskosität der Spinflüssigkeit, welche in diesem Fall als 0,933 Centipoise (9,33 · 10&supmin;&sup4; Pascal-Sekunden (Pa-s)) bei 23ºC angenommen wird;
5. die Dichte der Spinflüssigkeit, welche in diesem Fall 0,9975 g/cm³ bei 23ºC beträgt;
6. die Scheibengeschwindigkeit, welche in diesem Fall 8000 U/min beträgt;
7. das Datenerfassungsintervall, welches in diesem Fall eine Sekunde beträgt.
Die Scheibenzentrifuge wird mit 8000 U/min betrieben, während das Stroboskop in Betrieb ist. Zehn cm³ destilliertes Wasser werden auf die rotierende Scheibe als Spinflüssigkeit injiziert. Das Trübungsniveau wird auf 0 eingestellt; und 1 cm³ der Lösung aus 10% absolutem Ethanol und 90% destilliertem Wasser wird als Pufferflüssigkeit injiziert. Die Ausschalt- und Verstärkungsknöpfe der Scheibenzentrifuge werden dann betätigt, um einen gleichmäßigen Konzentrationsgradienten zwischen der Spinflüssigkeit und der Pufferflüssigkeit zu erzeugen, und der Gradient wird visuell beobachtet. Wenn der Gradient gleichmäßig wird, so dass es keine unterscheidbare Grenze zwischen den zwei Flüssigkeiten gibt, wird 0,5 cm³ des dispergierten Rußes in wässriger Ethanollösung auf die rotierende Scheibe injiziert und die Datenerfassung beginnt sofort. Wenn eine Strähnenbildung auftritt, wird der Betrieb abgebrochen. Die Scheibe wird 20 Minuten nach der Injektion des dispergierten Rußes in wässriger Ethanollösung rotieren gelassen. Im Anschluss an das 20-minütige Rotieren wird die Scheibe angehalten, die Temperatur der Spinflüssigkeit wird gemessen und der Mittelwert der Temperatur der Spinflüssigkeit, die zu Beginn des Betriebs gemessen wurde, und der Temperatur der Spinflüssigkeit, die am Ende des Betriebs gemessen wurde, wird in den Computer eingegeben, welcher die Daten von der Scheibenzentrifuge aufzeichnet. Die Daten werden gemäß der Standard-Stokes-Gleichung analysiert und werden unter Verwendung der folgenden Definitionen wiedergegeben:
Rußaggregat - ein diskretes, hartes kolloidales Gebilde, welches die kleinste dispergierbare Einheit ist; es ist aus umfassend koaleszierten Teilchen zusammengesetzt;
Stokes-Durchmesser - der Durchmesser einer Kugel, welche in einem viskosen Medium in einem Zentrifugalfeld oder Gravitationsfeld gemäß der Stokes-Gleichung sedimentiert. Ein nichtkugelförmiger Gegenstand, wie etwa ein Rußaggregat, kann ebenfalls durch den Stokes-Durchmesser wiedergegeben werden, wenn man annimmt, dass es sich wie eine glatte, harte Kugel mit der gleichen Dichte und Sedimentationsgeschwindigkeit wie der Gegenstand verhält. Die üblichen Einheiten zur Wiedergabe des Stokes-Durchmessers sind Nanometer.
Modus (Dmode für Berichtszwecke) - Der Stokes-Durchmesser am Punkt des Spitzenwerts (Punkt A von Fig. 3) der Verteilungskurve für den Stokes-Durchmesser.
Mittlerer Stokes-Durchmesser (Dst für Berichtszwecke) - der Punkt auf der Verteilungskurve des Stokes-Durchmessers, wo 50 Gew.-% der Probe entweder größer oder kleiner sind (Punkt H von Fig. 3). Er stellt deshalb den Mittelwert der Bestimmung dar. Ein nicht kugelförmiger Gegenstand, wie etwa ein Rußaggregat, kann ebenfalls durch den Stokes-Durchmesser wiedergegeben werden, wenn man annimmt, dass er sich als glatte, harte Kugel mit der gleichen Dichte und Sedimentationsgeschwindigkeit wie der nicht kugelförmige Gegenstand verhält.
ΔD50 - Die Breite der Auftragung der Massenverteilung, gemessen am Halbwertspunkt des Modus, welche ein Maß für die Breite der Aggregatgrößenverteilung ist. Sie wurde auf folgende Weise bestimmt. Wie in Fig. 3 gezeigt ist, wird eine Linie B vom Spitzenwert A des Histogramms in eine Richtung parallel zur Y-Achse, zu und endend an der X-Achse am Punkt C des Histogramms gezogen. Der Mittelpunkt F der resultierenden Linie B wird bestimmt und eine Linie G wird durch den Mittelpunkt F davon parallel zu der X-Achse gezogen. Die Linie G schneidet die Verteilungskurve des Histogramm an den zwei Punkten D und E. Der Absolutwert der Differenz der Stokes-Durchmesser der Rußaggregate an den Punkten D und E ist der ΔD50-Wert.
Für die Beispiele 15 bis 25 wurde eine Scheibenzentrifuge, hergestellt von Brookhaven Instruments, Model BI-DCP (hergestellt von Brookhaven Instruments Corp., 750 Blue Point Road, Holtsville, NY 11742, USA) verwendet, um die früher beschriebenen Histogramme zu erzeugen. Es vurde die folgende Arbeitsweise eingesetzt.
Zehn mg (Milligramm) einer Rußprobe werden in ein Wägegefäß abgewogen, anschließend zu 25 cm³ einer Lösung aus 10% absolutem Ethanol und 90% destillierten Wasser, welche 0,025% NONIDET P-40-Surfactant (NONIDET P-40 ist ein eingetragenes Warenzeichen für ein Surfactant, das von Shell Chemical Co. hergestellt und verkauft wird) zugegeben. Die resultierende Suspension wird mittels Ultraschallenergie 10 Minuten lang dispergiert, wobei ein Sonicator Model Nr. XL 2015, hergestellt und verkauft von Heat Systems Ultrasonics Inc., Farmingdale, New York verwendet wird.
Vor dem Betrieb der Scheibenzentrifuge werden die folgenden Daten in den Computer eingegeben, welcher die Daten von der Scheibenzentrifuge aufzeichnet:
1. die relative Dichte von Ruß, die als 1,86 g/cm³ angenommen wird;
2. das Volumen der Lösung des Rußes, der in einer Lösung aus Wasser und Ethanol dispergiert ist, welches in diesem Fall 0,2 cm³ beträgt;
3. das Volumen der Spinflüssigkeit, welche in diesem Fall 10 cm³ Wasser ist;
4. die Viskosität der Spinflüssigkeit, welche in diesem Fall als 0,933 Centipoise (9,33 · 10&supmin;&sup4; Pascal-Sekunden (Pa-s)) bei 23ºC angenommen wird;
5. die Dichte der Spinflüssigkeit, welche in diesem Fall 0,998 g/cm³ bei 23ºC beträgt;
6. die Scheibengeschwindigkeit, welche in diesem Fall 4000 U/min beträgt;
7. das Datenerfassungsintervall, welches in diesem Fall 1 Sekunde beträgt.
Die Scheibenzentrifuge wird mit 4000 U/min betrieben, während das Stroboskop in Betrieb ist. Zehn cm³ eines Gemisches aus destilliertem Wasser und Sucroselösung, von dem das destillierte Wasser 9 cm³ und die Sucroselösung 1 cm³ ausmachen, werden in die rotierende Scheibe als die Spinflussigkeit injiziert. Das Trübungsniveau wird auf 0 eingestellt; und 1 cm³ der Lösung aus 10% absolutem Ethanol und 90% destilliertem Wasser wird als Pufferflüssigkeit injiziert. Die Ausschalt- und Verstärkungsknöpfe der Scheibenzentrifuge werden dann betätigt, um einen gleichmäßigen Konzentrationsgradienten zwischen der Spinflüssigkeit und der Pufferflüssigkeit zu erzeugen, und der Gradient wird visuell beobachtet. Wenn der Gradient gleichmäßig wird, so dass es keine unterscheidbare Grenze zwischen den zwei Flüssigkeiten gibt, werden 0,2 cm³ des dispergierten Rußes in wässriger Ethanollösung in die rotierende Scheibe injiziert und die Datenerfassung beginnt sofort. Wenn eine Strähnenbildung auftritt, wird der Betrieb abgebrochen. Die Scheibe wird so lange rotieren gelassen, wie die Detektoranzeige zur Rückkehr auf die Grundlinie nach der Injektion des dispergierten Rußes in wässriger Ethanollösung benötigt. Nach dem Zeitraum des Rotierens wird die Scheibe angehalten, die Temperatur der Spinflüssigkeit wird mit der eingebauten Temperatursonde gemessen und der Mittelwert der Temperatur der Spinflüssigkeit, die zu Beginn des Betriebs gemessen wurde, und der Temperatur der Spinflüssigkeit, die am Ende des Betriebs gemessen wurde, wird in den Computer eingegeben, welcher die Daten von der Scheibenzentrifuge aufzeichnet.
Die Messungen der scheinbaren Viskosität und des Schmelzindexes erfolgten an Polymerzusammensetzungen, die durch Einarbeiten der Rußproben in lineares Polyethylen niedriger Dichte (LLDPE) mit einer Beladung von 35 Massen-% Ruß in dem Gemisch mit dem Polymer hergestellt wurden, außer, wo eine andere Beladung mit Ruß nachstehend angegeben ist. Das folgende Verfahren wurde verwendet, um das Gemisch aus Ruß und Polymer mit einer Beladung von 35 Massen-% Ruß in dem Gemisch herzustellen. Dieses Verfahren wurde auch angewandt, wenn Beladungen, die von 35 Massen-% Ruß verschieden sind, benötigt wurden, außer dass die relativen Anteile von Ruß und Polymer auf das Niveau gebracht wurden, das erforderlich ist, um die gewünschte Beladung von Ruß in dem Gemisch zu erhalten.
Sowohl 420,7 Gramm Ruß als auch 781,4 Gramm lineares Polyethylen niedriger Dichte (LLDPE), das die Bezeichnung DFDA7510 für Ruße aus den Beispielen 1 bis 14 und GRSN7510 für Ruße aus den Beispielen 26 bis 33 trägt, wurden in einen Farrel Labor- Banbury-Mischer mit einer Mischkammer mit einem Volumen von 1100 Kubikzentimeter eingefüllt. DFDA7510-Polyethylen und GRSN7510-Polyethylen werden von Union Carbide hergestellt und verkauft. Die Anfangstemperatur der Mischstufe betrug ungefähr 120ºF (322 K) und das Mischen wurde 3 Minuten lang durchgeführt: die ersten 30 Sekunden bei 77 U/min, die nächsten 45 Sekunden bei 116 U/min. und den Rest der Mischzeit bei 155 U/min. Im Anschluss an das Vermischen wurde das Produkt auf einer Zweiwalzenmühle bei 180ºF (355 K) zu 3/8 Zoll (0,0095 m) dicken Platten ausgewalzt. Die Platten wurden anschließend in Streifen geschnitten und durch einen Würfelschneider laufen gelassen, welcher sie in Würfel mit 3/8 Zoll (0,0095 m) pro Seite verwandelte. Das Produkt wurde gesiebt, um sicher zu stellen, dass nur Stücke mit einheitlicher Größe für das nachfolgende Testen verwendet wurden.
Die scheinbare Viskosität wurde nach dem Verfahren, das in ASTM D3835-93A angegeben ist, bei einer Temperatur von 190ºC gemessen. Für Polymerzusammensetzungen, die Ruße aus den Beispielen 1 bis 14 enthalten, wurde für diese Messungen ein Gottfert Capillary Rheometer Model 1501 mit einer Kapillare von 30 Millimeter (mm) Länge und 1 mm Durchmesser verwendet. Für Polymerzusammensetzungen, die Ruße aus den Beispielen 26 bis 33 enthalten, wurde für diese Messungen ein Monsanto Processability Tester mit einer Kapillare von 20 Millimeter (mm) Länge und 1 mm Durchmesser verwendet.
Um Proben zur Messung des Absorptionskoeffizienten (COA) herzustellen, wurde das vorstehende Gemisch aus Ruß und LLDPE, das 35 Massen-% Ruß enthielt, in den Banbury-Mischer mit so viel zusätzlichem LLDPE eingefüllt, wie erforderlich war, um ein Endgemisch zu ergeben, das 2,5 Massen-% Ruß enthielt. Das Produktgemisch aus diesem Schritt wurde anschließend zum Messen des COA verwendet. Der COA wurde nach dem Verfahren gemessen, das in ASTM D3349-86 angegeben ist.
Der Schmelzindex wurde nach ASTM Test Procedure D1238-90 gemessen, wobei eine Temperatur von 190ºC für Polymerzusammensetzungen verwendet wurde, die Ruße aus den Beispielen 1 bis 14 enthielten, und eine Temperatur von 230ºC für Polymerzusammensetzungen verwendet wurde, die Ruße aus den Beispielen 26 bis 33 enthielten, und ein 21,5 kg-Gewicht verwendet wurde, und welches so angepasst war, dass es Folgendes umfasst:
g = Gramm
min = Minute(n)
Die passende Masse der Ruß enthaltenden Polymerzusammensetzung wurde abgewogen, in den Zylinder des Keyness Model 2051 oder ein äquivalentes Extrusionsplastometer eingefüllt und verdichtet. Der Kolben wurde in den Zylinder eingesetzt und mit einem Gewicht von 1100 g auf dem Kolben wurde das eingefüllte Material 6 Minuten bei der Testtemperatur vorgewärmt. Nachdem der Vorwärmzeitraum beendet war, wurde das Vorwärmgewicht von dem Kolben entfernt und durch das Testgewicht, 21,5 kg für die in Tabelle 4 beschriebenen Ergebnisse ersetzt. Gleichzeitig mit dem Verschwinden der Kerbe an dem Kolben in dem Zylinder wurde das Extrudat am Boden der Düsenaustrittsöffnung mit einem scharfen Spatel oder Messer abgeschnitten und das Testzeitintervall begann. Wenn das Testzeitintervall endete, wurde das Extrudat am Boden der Düsenaustrittsöffnung abgeschnitten und gewogen. Dieses Gewicht wurde aufgezeichnet und durch Multiplizieren mit dem geeigneten Faktor in der vorstehenden Tabelle in das gemessene Schmelzindex-Ergebnis umgewandelt.
Die Feuchtigkeitsabsorption des Compounds (CMA) wurde an einem Gemisch aus Ruß und Polymer gemessen, das in einem Brabender-Plastograph bei 100ºC unter Verwendung von 35,75 Gramm des vorstehend erwähnten LLDPE-Polymers und 19,25 Gramm Ruß hergestellt wurde. Die Rotoren wurden auf 60 U/min gebracht, nachdem die gewünschte Temperatur erreicht war, und die abgewogenen Mengen an Polymer und Ruß durch den Füllschacht über einen Zeitraum von 30 Sekunden eingefüllt. Ein 10000 Kilogramm-Gewicht wurde auf den Schachtstempel angelegt, was die Inhaltsstoffe zum Fließen herabdrückte. Die Gewichte und der Schacht wurden nach dem Fließen entfernt. Die Rotorgeschwindigkeit wurde auf 60 U/min eingestellt, der Brabenderstempel abgesenkt und das Compound 5 Minuten lang vermischt. Nachdem dieser Zeitraum beendet war, wurde das Compound entfernt und zweimal durch eine Zweiwalzenmühle geleitet. Die resultierenden Platten wurden für den CMA-Test zu kleineren Stücken geschnitten.
Der CMA-Test erfolgte an dem vorstehenden Gemisch, das Ruß und Polymer enthielt, nach dem folgenden Verfahren. Die zu testende Verbindung wurde, nachdem sie wie in dem vorstehenden Abschnitt erwähnt in Würfel geschnitten worden war, durch 4 mesh und 10 mesh-Siebe gesiebt und die -4, +10 Fraktion wurde für die Verwendung aufgehoben. Eine Wiley Mill mit einem 4 mm-Sieb - Model #3 oder ein Äquivalent dazu, wurde angeschaltet und ungefähr 25 g der gesiebten Verbindung hineingegeben. Die granulierte Verbindung wurde entnommen und in einem verschlossenen etikettierten Gefäß aufbewahrt. Ein sauberes trockenes Wägefläschchen und sein Deckel wurden auf einer Ainsworth Model 10 oder einer äquivalenten Analysewaage gewogen, und dieses Gewicht wurde bis zur vierten Dezimalstelle aufgezeichnet. 2,0 Gramm ± 0,1 Gramm der granulierten Verbindung wurden in dieses Wägefläschchen gegeben. Das Wägefläschchen, mit angelehntem Deckel, wurde in einem Vakuumofen gegeben, die Ofentür wur de verschlossen und der Ofen und das Vakuum eingeschaltet. Die Temperatur wurde auf 140ºF (333 K) eingestellt und das Vakuum auf 10 Zoll Quecksilber (Hg) (33,9 kPa) eingestellt. Die Probe wurde mindestens 2 Stunden und höchstens 16 Stunden in dem Ofen gelassen.
Ein Blue M Model FR-251 B-1 oder ein äquivalenter Feuchtigkeitskasten wurde auf 80ºF (300 K) und 83% relative Feuchtigkeit eingestellt. Wenn das Trocknen der Probe beendet war, wurde der Vakuumofen abgeschaltet/das Vakuum aufgehoben, die Tür schnell geöffnet und der Deckel auf das Probefläschchen aufgesetzt, ohne den Deckel direkt mit den Händen zu berühren; entweder wurden Handschuhe oder Zangen bzw. Pinzetten für diesen Zweck verwendet. Das Probefläschchen wurde in einen Kunststoffbehälter gegeben, der ein Trocknungsmittel enthielt. Der Behälter wurde verschlossen und das Fläschchen ungefähr 30 Minuten bei Umgebungstemperatur abkühlen gelassen. Anschließend wurde das Fläschchen auf der Analysenwaage gewogen. Das Gewicht wurde bis zur vierten Dezimalstelle aufgezeichnet, wobei das Fläschchen nur mit Handschuhen oder Zangen bzw. Pinzetten gehandhabt wurde. Das Fläschchen wurde anschließend in den Feuchtigkeitsschrank gestellt. Wenn mehr als ein Fläschchen gleichzeitig getestet wurde, wurden mindestens 2 Zoll Abstand zwischen den Kammerwänden und jedem Probefläschchen gelassen und jedes Probenfläschchen war mindestens einen halben Zoll von jedem anderen Probenfläschchen entfernt. Der Deckel wurde von dem Fläschchen abgenommen und angelehnt auf dem Fläschchen gelassen. Die innere Tür der Kammer wurde geschlossen und abgedichtet. Anschließend wurde die äußere Tür geschlossen. Das Fläschchen wurde sieben Tage lang bei der vorstehend angegebenen Temperatur und relativen Feuchtigkeit in der Feuchtigkeitskammer gelassen.
Nach dem angegebenen Verweilzeitraum in der Feuchtigkeitskammer wurden die Kammertüren geöffnet und das Fläschchen mit seinem Deckel verschlossen. Das Fläschchen wurde erneut in den Kunststoffbehälter gegeben, der Trocknungsmittel enthielt; es wurden nur Handschuhe oder Zangen bzw. Pinzetten zum Handhaben des Fläschchens verwendet. Jedes verschlossene Fläschchen wurde auf der Analysenwaage gewogen.
Die CMA wurde aus der Gewichtszunahme der Probe berechnet.
Die Merkmale und Vorteile der Ruße und der Polymerzusammensetzungen der vorliegenden Erfindung werden ferner durch die folgenden Beispiele 27 bis 29 veranschaulicht.

Beispiele 1-33

Dreiunddreißig Ruße wurden in einem Reaktor hergestellt, der allgemein hier beschrieben ist und entweder in Fig. 1 oder Fig. 2 (wie nachstehend angegeben) abgebildet ist, wobei die Bedingungen und die Geometrie eingesetzt wurden, die in Tabelle 2 angegeben sind. Die in den Beispielen 27-29 hergestellten Ruße sind Ofenruße der vorliegenden Erfindung, wobei die in den Beispielen 31-33 hergestellten Ruße die entsprechenden Kontrollen sind.
Der in der Verbrennungsreaktion verwendete Brennstoff war Erdgas. Typische Eigenschaften der Art von flüssigem Einsatzmaterial, das in den Beispielen 1-14 verwendet wurde, sind in Tabelle 1 angegeben. Eigenschaften des flüssigen Einsatzmaterials, das in den Beispielen 15-33 verwendet wurde, sind in Tabelle 1A angegeben.

Tabelle 1 - Beispiele 1-14

Wasserstoff (Gew.-%) 7,2
Kohlenstoff (Gew.-%) 91,6
H/C-Verhältnis 0,94
API-Dichte 15,6/15,6ºC (60ºF) -2,7
BMCI (Viskositäts-Dichte) 143
Luft-zum-Verbrennen-von-Öl-Verhältnis (SCM Luft/m³ Öl) 10900,4
Relative Dichte 15,6/15,6ºC (60ºF) 1,10
SCM = Standardkubikmeter
m = Meter Tabelle 1A - Beispiele 15-33
SCM = Standardkubikmeter
m = Meter
NM = nicht gemessen
Die Reaktorbedingungen und -geometrie, die in jedem Beispiel verwendet wurden, waren wie in Tabelle 2 nachstehend angegeben. In den Beispielen 16 bis 18 war jede Austrittsöffnung, die zum Injizieren von Einsatzmaterial verwendet wurde, mit Dreheinsätzen ausgestattet. In den Beispielen 19 und 20 wurde das Einsatzmaterial in das Verfahren in einer im Wesentlichen axialen Stromabwärtsrichtung durch eine Druckzerstäuberölspitze mit einem Durchmesser von 0,09 Zoll (0,00229 Meter (m)), die von dem Ende 34 der Sonde 15 ausstieß, welche ungefähr 0,8 Zoll (0,02 m) von dem axialen Mittelpunkt der zweiten Stufe des vorliegenden Verfahrens zurückgezogen war, injiziert. Die Ölspitze war eine Monarch Sprühspitze Nr. F-94-120-45, die von Monarch Manufacturing (Philadelphia, PA, USA) hergestellt wird. Tabelle 2
m = Meter; K = Grad Kelvin; Spitze(n) 32, 34 = Punkte 32 oder 34 in den Fig. 1 und 2; cm = Zentimeter; kPa = Kilopascal; SCMS = Standardkubikmeter pro Sekunde (273 K, 101,3 kPa); K+ = Kalium; g = Gramm; Temp. = Temperatur; s = Sekunde(n); Q = Löschen; E(x) = Exponent (10x); NA = nicht anwendbar Tabelle 2 (Fortsetzung)
m = Meter; K = Grad Kelvin; Spitze(n) 32, 34 = Punkte 32 oder 34 in den Fig. 1 und 2; cm = Zentimeter; kPa = Kilopascal; SCMS = Standardkubikmeter pro Sekunde (273 K, 101,3 kPa); K+ = Kalium; g = Gramm; Temp. = Temperatur; s = Sekunde(n); Q = Löschen; E(x) = Exponent (10x); NA = nicht anwendbar Tabelle 2 (Fortsetzung) Tabelle 2 (Fortsetzung) Tabelle 2 (Fortsetzung) Tabelle 2 (Fortsetzung) Tabelle 2 (Fortsetzung) Tabelle 2 (Fortsetzung) Tabelle 2 (Fortsetzung) Tabelle 2 (Fortsetzung) Tabelle 2 (Fortsetzung) Tabelle 2 (Fortsetzung)
* gemäß der vorliegenden Erfindung Tabelle 2 (Fortsetzung) Tabelle 2 (Fortsetzung)
Die analytischen Eigenschaften der in den Beispielen 1-33 hergestellten Ruße wurden durch die hier beschriebenen Verfahren analysiert. Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 wiedergegeben. Tabelle 3
Toluolextrakt = Toluolextraktwert Tabelle 3 (Fortsetzung) Tabelle 3 (Fortsetzung)
NM = nicht gemessen Tabelle 3 (Fortsetzung) Tabelle 3 (Fortsetzung) Tabelle 3 (Fortsetzung) Tabelle 3 (Fortsetzung) Tabelle 3 (Fortsetzung)

Beispiele 34-55

Die Wirksamkeit und Vorteile der Ruße und der Polymerzusammensetzungen der vorliegenden Erfindung werden durch diesen Satz von Beispielen veranschaulicht.
Die Polymerzusammensetzungen A, B, C, D, E, F, G, H, I, J, K, L, M und N wurden hergestellt, um die scheinbare Viskosität, den Schmelzindex und die Absorptionskoeffizienteigenschaften von Polymerzusammensetzungen zu bewerten, in welche die Ruße der Beispiele 1-14 eingearbeitet sind.
Die Polymerzusammensetzungen O, P, Q, R, S, T, U und V wurden hergestellt, um die scheinbare Viskosität und den Schmelzindex von Polymerzusammensetzungen zu bewerten, in welche die Ruße der Beispiele 26-33 eingearbeitet sind, zu denen Ruße der vorliegenden Erfindung und Kontrollruße gehören.
Jeder der in den Beispielen 1-14 und 26-33 hergestellten Ruße wurde in Polymerzusammensetzungen mit einer Beladung von 35 Massen-% Ruß in die Polymerzusam mensetzung eingearbeitet. Die Polymerzusammensetzungen A-N wurden unter Verwendung der in den Beispielen 1-14 hergestellten Ruße hergestellt.
Die Polymerzusammensetzungen O-V wurden unter Verwendung der in den Beispielen 26-33 hergestellten Ruße hergestellt. Die Polymerzusammensetzungen P, Q und R waren Polymerzusammensetzungen der vorliegenden Erfindung, die Ofenruße der vorliegenden Erfindung enthalten, wobei die Polymerzusammensetzungen T, V bzw. U die entsprechenden Kontrollen sind.
Die Polymerzusammensetzungen A-V wurden wie folgt hergestellt.
Sowohl 420,7 Gramm Ruß als auch 781,4 Gramm lineares Polyethylen niedriger Dichte (LLDPE), das für Ruße von den Beispielen 1 bis 14 (Polymerzusammensetzungen A-N) die Bezeichnung DFDA7510 trägt und für Ruße von den Beispielen 26 bis 33 (Polymerzusammensetzungen O-V) die Bezeichnung GRSN7510 trägt, wurden in einen Farrel- Labor-Banbury-Mischer mit einer Mischkammer mit einem Volumen von 1100 Kubikzentimeter eingefüllt. DFDA7510-Polyethylen und GRSN7510-Polyethylen werden von Union Carbide hergestellt und verkauft. Die Anfangstemperatur des Mischschritts betrug ungefähr 120ºF (322 K), und das Mischen erfolgte 3 Minuten lang: die ersten 30 Sekunden bei 77 U/min, die nächsten 45 Sekunden bei 116 U/min und der Rest der Mischzeit bei 155 U/min. Nach dem Mischen wurde das Produkt auf einer Zweiwalzenmühle bei 180ºF (355 K) zu 3/8 Zoll (0,0095 m) dicken Platten ausgewalzt. Die Platten wurden dann in Streifen geschnitten und durch einen Würfelschneider geleitet, der sie in Würfel mit 3/8 Zoll (0,0095 m) pro Seite verwandelte. Das Produkt wurde gesiebt, um sicherzustellen, dass nur Stücke mit einheitlicher Größe für das nachfolgende Testen verwendet wurden.
Die Eigenschaften der Polymerzusammensetzungen wurden auf die vorstehend beschriebene Weise bewertet und die Ergebnisse sind in Tabelle 4 wiedergegeben. Wie vorstehend beschrieben ist, erfolgte die Bewertung von bestimmten Eigenschaften der Polymerzusammensetzungen mit Rußbeladungsgehalten unter 35%, welche unter Verwendung von zusätzlichem LLDPE erzielt wurden. Tabelle 4
Ruß = Ruß von Beispiel #; Pa-s = Pascalsekunden s&supmin;¹ = pro Sekunde; g = Gramm; min = Minute; k Ext.-Einh./min = Extinktionseinheiten pro Meter, in Tausenden Tabelle 4 (Fortsetzung) Tabelle 4 (Fortsetzung)
NM = nicht gemessen Tabelle 4 (Fortsetzung)
NM = nicht gemessen Tabelle 4 (Fortsetzung)
NM = nicht gemessen
Das Verfahren zur Herstellung von Polymerzusammensetzungen, die Ruß enthalten, umfasst einen oder mehrere Schritte, bei denen man mit einem Gemisch aus Ruß und geschmolzenem Polymer umgeht. Die Viskosität dieses Gemisches aus Ruß und geschmolzenem Polymer ist eine wichtige Eigenschaft beim Bestimmen der Leichtigkeit seiner Verarbeitbarkeit. Eine niedrigere Viskosität verbessert die Verarbeitbarkeit des Gemisches aus Ruß und geschmolzenem Polymer und ist deshalb eine besonders wichtige und nützliche Eigenschaft von solchen Zusammensetzungen. Die in Tabelle 4 wiedergegebenen Daten zeigen deutlich, dass die Polymerzusammensetzungen C, D, E, F, G und H im Vergleich zu den entsprechenden Polymerzusammensetzungen A und B eine niedrigere scheinbare Viskosität bei den angegebenen Schergeschwindigkeiten aufweisen. Die in Tabelle 4 wiedergegebenen Daten zeigen auch, dass die Polymerzusammensetzungen L, M und N im Vergleich zu der entsprechenden Polymerzusammensetzung K eine niedrigere scheinbare Viskosität bei den angegebenen Schergeschwindigkeiten aufweisen. Die Polymerzusammensetzungen I und J weisen bei den angegebenen Schergeschwindigkeiten Viskositäten auf, die mit den Viskositäten der entsprochenden Polymerzusammensetzungen A und B vergleichbar sind. Es wird ange nommen, dass die von den Polymerzusammensetzungen I und J aufgewiesenen Viskositäten auf die Tatsache zurückzuführen sind, dass die Ruße 9 und 10, die in den Polymerzusammensetzungen I bzw. J verwendet werden, höhere Strukturniveaus (angegeben durch ihre DBP-Werte) als die Ruße 1 und 2, die in den Polymerzusammensetzungen A bzw. B verwendet werden, aufweisen.
Ein höherer Schmelzindex ist ein weiterer Hinweis auf die verbesserten Verarbeitungseigenschaften einer Zusammensetzung, die ein Gemisch aus Ruß und geschmolzenem Polymer enthält, und ist somit ebenfalls eine besonders wünschenswerte Eigenschaft, wenn eine verbesserte Verarbeitbarkeit angestrebt wird. Die in Tabelle 4 wiedergegebenen Daten zeigen deutlich, dass die Polymerzusammensetzungen C, D, E, F, G und H im Vergleich zu den entsprechenden Polymerzusammensetzungen A und B höhere Schmelzindizes aufweisen. Die in Tabelle 4 wiedergegebenen Daten zeigen auch, dass die Polymerzusammensetzungen L, M und N im Vergleich zu der entsprechenden Polymerzusammensetzung K höhere Schmelzindizes aufweisen.
Die Tabelle 4 stellt auch scheinbare Viskositäts- und Schmelzindexdaten von Polymerzusammensetzungen bereit, welche Ruße aus den Beispielen 26 bis 33 enthalten. Wie in Tabelle 4 gezeigt ist, haben die Polymerzusammensetzungen P, Q und R, die Ruße der vorliegenden Erfindung aus den Beispielen 27, 28 und 29 umfassen, im Vergleich zu ihren jeweiligen Kontrollzusammensetzungen T, V und U, in welche Ruße aus den Beispielen 31, 33 und 32 eingearbeitet sind, eine niedrigere Viskosität und höhere Schmelzindizes. Die Daten in Tabelle 4 deuten darauf hin, dass die Polymerzusammensetzung, die Ruß aus Beispiel 26 enthält, eine höhere Viskosität und ungefähr den gleichen Schmelzindex wie die Polymerzusammensetzung aufweist, welche Ruß aus Beispiel 30 enthält. Es wird angenommen, dass dieses Ergebnis eine Folge des signifikant höheren Strukturniveaus für den Ruß von Beispiel 26 ist, bei dessen Herstellung eine im Vergleich zu Ruß aus Beispiel 30 signifikant unterschiedliche Geschwindigkeit der Zugabe eines die Struktur beeinflussenden Reagenzes verwendet wurde.
Es wird angenommen, dass der Absorptionskoeffizient einer Ruß enthaltenden Polymerzusammensetzung das Ausmaß anzeigt, in welchem eine solche Zusammensetzung eine UV-Belichtung mit einer minimalen Beeinträchtigung der physikalischen Eigenschaften toleriert. Die in Tabelle 4 wiedergegebenen Daten zeigen, dass die Polymerzu sammensetzungen C, D, E, F, G, H, I und J Absorptionskoeffizienten aufweisen, die den Absorptionskoeffizienten der Polymerzusammensetzungen A und B vergleichbar sind. Die in Tabelle 4 wiedergegebenen Daten deuten auch darauf hin, dass die Polymerzusammensetzungen L, M und N Absorptionskoeffizienten aufweisen, die dem Absorptionskoeffizienten der Kontrollpolymerzusammensetzung K vergleichbar sind.

Beispiele 56-77

Die Wirksamkeit und Vorteile der Ruße und der Polymerzusammensetzungen der vorliegenden Erfindung werden auch durch diesen Satz von Beispielen veranschaulicht.
Die Polymerzusammensetzungen AA, BB, CC, DD, EE, FF, GG, HH, II, JJ, KK, LL, MM, NN, OO, PP, QQ, RR, SS, TT, UU und VV wurden hergestellt, um die Feuchtigkeitsabsorption des Compounds (CMA)-Eigenschaften von Polymerzusammensetzungen, in welche die Ruße der vorliegenden Erfindung eingearbeitet sind, im Vergleich zu Polymerzusammensetzungen zu bewerten, in welche Kontrollruße eingearbeitet sind. Jeder der in den Beispielen 1-14 und 26-33 hergestellten Ruße wurde in Polymerzusammensetzungen eingearbeitet. Die Polymerzusammensetzungen CC, DD, EE, FF, GG, HH, II und JJ waren Polymerzusammensetzungen, die Ofenruße aus den Beispielen 3-10 umfassten, wobei die Polymerzusammensetzungen AA und BB Ofenruße aus den Beispielen 1 und 2 enthielten. Die Polymerzusammensetzungen LL, MM und NN waren Polymerzusammensetzungen, die Ofenruße aus den Beispielen 12, 13 und 14 umfassten, wobei die Polymerzusammensetzung KK Ofenruß aus Beispiel 10 enthielt. Die Polymerzusammensetzungen PP, QQ und RR waren Polymerzusammensetzungen der vorliegenden Erfindung, die Ofenruße der vorliegenden Erfindung aus den Beispielen 27-29 umfassten, wobei die Polymerzusammensetzungen TT, VV bzw. UU die entsprechenden Kontrollen sind, die Ofenruße aus den Beispielen 30-33 enthalten.
Die Polymerzusammensetzungen AA-VV wurden wie folgt hergestellt.
Die Polymerzusammensetzungen wurden in einem Brabender-Plastograph bei 100ºC hergestellt, wobei 35,75 Gramm LLDPE, das für Ruße aus den Beispielen 1 bis 14 die Bezeichnung DFDA7510 trägt und für Ruße aus den Beispielen 26 bis 33 die Bezeichnung GRSN7510 trägt, und 19,25 Gramm Ruß verwendet wurden. DFDA7510-Poly ethylen und GRSN7510-Polyethylen werden von Union Carbide hergestellt und verkauft. Die Rotoren wurden auf 60 U/min gebracht, nachdem die gewünschte Temperatur erreicht war, und die abgewogenen Mengen an Polymer und Ruß wurden durch den Füllschacht über einen Zeitraum von 30 Sekunden eingefüllt. Ein 10000 Kilogramm-Gewicht wurde auf den Schachtstempel angelegt, was die Inhaltsstoffe zum Fließen herabdrückte. Die Gewichte und der Schacht wurden nach dem Fließen entfernt. Die Rotorgeschwindigkeit wurde auf 60 U/min eingestellt, der Brabenderstempel abgesenkt und das Compound fünf Minuten lang vermischt. Nachdem dieser Zeitraum beendet war, wurde das Compound entnommen und zweimal durch eine Zweiwalzenmühle geleitet. Die resultierenden Platten wurden für den CMA-Test zu kleineren Stücken geschnitten.
Die Polymerzusammensetzungen wurden im Hinblick auf die CMA bewertet, wobei die hier beschriebenen Arbeitsweisen eingesetzt wurden. Die Ergebnisse sind in Tabelle 5 angegeben. Tabelle 5
Ruß = Ruß von Beispiel # Tabelle 5 (Fortsetzung) Tabelle 5 (Fortsetzung) Tabelle 5 (Fortsetzung) Tabelle 5 (Fortsetzung)
Wie bereits angegeben wurde, ist die Compoundfeuchtigkeitsabsorption (CMA) einer Ruß enthaltenden Polymerzusammensetzung eine besonders wichtige Eigenschaft von solchen Zusammensetzungen. Die Tabelle 5 wiedergegebenen Daten zeigen deutlich, dass die Polymerzusammensetzungen CC, DD, EE, FF, GG, HH, II, JJ, LL, MM und NN im Vergleich zu den entsprechenden Polymerzusammensetzungen AA, BB und KK niedrigere CMA-Werte aufweisen.
Tabelle 5 zeigt auch CMA-Werte für Polymerzusammensetzungen, die Ruße aus den Beispielen 26 bis 33 enthalten. Für diese Gruppe von Beispielen beobachtet man beim Vergleich der Polymerzusammensetzungen PP, QQ und RR, die Ruße der vorliegenden Erfindung umfassen, mit ihren jeweiligen Kontrollen (den Polymerzusammensetzungen TT, VV und DU), dass die Polymerzusammensetzungen der vorliegenden Erfindung CMA-Werte aufweisen, die entweder niedriger oder vergleichbar mit den CMA-Werten ihrer jeweiligen Kontrollen sind.

Beispiele 78 und 79

Die Wirksamkeit und Vorteile der Ruße und Polymerzusammensetzungen werden ferner durch die Polymerzusammensetzungen veranschaulicht, die in den Beispielen 78 und 79 angegeben sind.
Die Polymerzusammensetzungen W und X wurden durch Einarbeiten des in Beispiel 7 hergestellten Rußes in die Polymerzusammensetzung mit einer Rußbeladung von mehr als 35 Massen-% hergestellt. Das verwendete Polymer war LLDPE, das die Bezeichnung DFDA7510 trägt und von Union Carbide hergestellt und verkauft wird. Tabelle 6 gibt die tatsächlich verwendeten Massenbeladungen und Eigenschaften der Polymerzusammensetzungen an, welche unter Verwendung der hier beschriebenen Verfahren bestimmt wurden. Tabelle 6
Für zwei beliebige Polymerzusammensetzungen, welche sich nur durch die Massenbeladung an Ruß unterscheiden, ist es ein weiterer Mechanismus zum Vergleichen der Verarbeitungseigenschaften der Polymerzusammensetzungen, die Schmelzindizes von jeder Polymerzusammensetzung oder alternativ die Viskositäten von jeder Polymerzusammensetzung zu vergleichen, wenn sie gleichen Schergeschwindigkeiten ausgesetzt sind. Die Polymerzusammensetzung, die eine niedrigere Viskosität oder einen höheren Schmelzindex aufweist, wird im Allgemeinen als leichter zu verarbeiten angesehen.
Wenn man dieses Argument auf beliebige zwei Reihen von Polymerzusammensetzungen ausdehnt, die jeweils aus einem verschiedenen Ruß hergestellt ist, und zwar so, dass die Zusammensetzungen innerhalb einer bestimmten Reihe Ruß mit verschiedenen Massenbeladungen enthalten, aber im Übrigen vergleichbar sind, geht man davon aus, dass die Reihe, welche eine höhere Rußmassenbeladung für einen bestimmten Schmelzindex oder eine bestimmte Viskosität bei konstanter Schergeschwindigkeit gestattet, eine verbesserte Verarbeitbarkeit aufweist.
Die in Fig. 4 und 5 angegebenen Ergebnisse zeigen, dass die Ruße der vorliegenden Erfindung aus den folgenden Gründen eine verbesserte Verarbeitbarkeit nach der Einarbeitung in die hier beschriebene Polymerzusammensetzungen aufweisen:
Fig. 4 zeigt die Schmelzindizes der Polymerzusammensetzungen G, W und X, in welchen der in Beispiel 7 hergestellte Ruß mit zunehmenden Massenbeladungen eingearbeitet ist. Fig. 4 zeigt auch die Schmelzindizes der Polymerzusammensetzungen A und B. Wie vorstehend angegeben ist, bedeutet ein Schmelzindex mit größerem Wert eine Polymerzusammensetzung mit leichterer Verarbeitbarkeit. So zeigt Fig. 4 deutlich, dass in den Polymerzusammensetzungen G, W und X Ruß mit Massenbeladungen eingearbeitet ist, welche die Beladungen übersteigen, die für die Einarbeitung in eine der entsprechenden Zusammensetzungen A und B erreichbar sind, während sie nach wie vor im Wesentlichen den gleichen oder einen höheren Schmelzindex aufweisen.
Auf ähnliche Weise zeigt Fig. 5 die scheinbaren Viskositäten, bei einer Schergeschwindigkeit von 100 s&supmin;¹, der Polymerzusammensetzungen G, W und X, in die der in Beispiel 7 hergestellte Ruß mit zunehmenden Massenbeladungen eingearbeitet ist. Fig. 5 zeigt auch die scheinbaren Viskositäten, bei einer Schergeschwindigkeit von 100 s&supmin;¹, der Polymerzusammensetzungen A und B. So zeigt Fig. 5 deutlich, dass in die Polymerzusammensetzungen G, W und X Ruß mit Massenbeladungen eingearbeitet ist, welche die Beladungen übersteigen, die für die Einarbeitung in eine der entsprechenden Polymerzusammensetzungen A und B erreichbar sind, während sie nach wie vor eine äquivalente oder niedrigere scheinbare Viskosität aufweisen.
Es ist für den Fachmann klar, dass die Ruße der vorliegenden Erfindung mit höheren Beladungen als den normalerweise verwendeten Beladungen eingesetzt werden können. Die Verwendung der Ruße der vorliegenden Erfindung mit solchen höheren Beladungen führt jedoch nicht zu im Wesentlichen schlechteren Feuchtigkeitsabsorptionsfähigkeiten des Compounds aufgrund des Ausmaßes, in dem die Feuchtigkeitsabsorptionsfähigkeiten des Compounds durch die Ruße der vorliegenden Erfindung verbessert werden.
Es sollte klar sein, dass die Formen der Erfindung, die hier beschrieben sind, nur zur Veranschaulichung dienen und nicht den Umfang der Erfindung beschränken sollen. Die vorliegende Erfindung schließt alle Abwandlungen ein, die innerhalb des Umfangs der folgenden Ansprüche liegen.

Claims

1. Ruß mit einer I&sub2;-Zahl von 50-85 mg/g; einer Primärteilchengröße von 25 nm oder weniger; und einem CDBP von 96 cm³/100 g oder weniger.

2. Ruß nach Anspruch 1, wobei die I&sub2;-Zahl 55-80 mg/g beträgt.

3. Ruß nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Primärteilchengröße mehr als 20 nm bis 25 nm beträgt.

4. Ruß nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der CDBP 50-96 cm³/100 g beträgt.

5. Ruß nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die I&sub2;-Zahl 60-78 mg/g beträgt.

6. Polymerzusammensetzung, umfassend ein Polymer und einen Ruß, wie er in einem der vorangehenden Ansprüche definiert ist.

7. Polymerzusammensetzung nach Anspruch 6, wobei die Polymerzusammensetzung 0,5 bis 300 Gewichtsteile Ruß pro 100 Gewichtsteile Polymer umfasst.

8. Polymerzusammensetzung nach Anspruch 7, wobei die Polymerzusammensetzung 0,5 bis 100 Gewichtsteile Ruß pro 100 Gewichtsteile Polymer umfasst.

9. Polymerzusammensetzung nach Anspruch 8, wobei die Polymerzusammensetzung 0,5 bis 80 Gewichtsteile Ruß pro 100 Gewichtsteile Polymer umfasst.

10. Polymerzusammensetzung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei das Polymer ein Polyethylen ist.