EP3890862A1 - Partikelförmige kohlenstoffmaterialien und verfahren zu deren auftrennung - Google Patents

Partikelförmige kohlenstoffmaterialien und verfahren zu deren auftrennung

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EP3890862A1
EP3890862A1 EP19817991.3A EP19817991A EP3890862A1 EP 3890862 A1 EP3890862 A1 EP 3890862A1 EP 19817991 A EP19817991 A EP 19817991A EP 3890862 A1 EP3890862 A1 EP 3890862A1
Authority
EP
European Patent Office
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particulate carbon
carbon material
stsa
fraction
separation
Prior art date
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Pending
Application number
EP19817991.3A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Tobais WITTMANN
Jacob Podschun
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Suncoal Industries GmbH
Original Assignee
Suncoal Industries GmbH
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Filing date
Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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    • B03B—SEPARATING SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS
    • B03B9/00—General arrangement of separating plant, e.g. flow sheets
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/05—Preparation or purification of carbon not covered by groups C01B32/15, C01B32/20, C01B32/25, C01B32/30
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
    • C01P2006/80—Compositional purity

Definitions

  • the present invention relates to a method for the separation of particulate carbon materials and the materials thus obtained and their use.
  • Particulate carbon materials are used in many areas of application. These range from use as a black dye to use as a filler in polymers, especially elastomers.
  • Such carbon-based particulate materials can be, for example, carbon black, materials with a relatively high proportion of carbon.
  • Other particulate carbon materials are based, for example, on biomass, such as lignin, for example products of hydrothermal carbonization (HTC) or a precipitation. Such materials have a lower proportion of carbon than carbon black, but show interesting properties due to a high degree of functionalization.
  • Such particulate materials based on the HTC can be produced, for example, by methods as described in WO2016 / 020383, DE 10 2016 201 801 A1 or WO2017 / 085278.
  • the adaptation of certain process parameters opens up the influence, in particular, on the grain size distribution to be obtained.
  • the grain size distribution is usually measured using laser diffraction in accordance with ISO 13320 or as part of a multi-stage sieving process, e.g. determined in a sieve tower. In this way, the spatial extent of individual grains is recorded.
  • Such grains are either agglomerates of much smaller primary particles which cannot be separated from one another or cannot be separated easily, or they are isolated primary particles.
  • a particulate carbon material consists at least partially of agglomerates, ie primary particles that cannot be separated or cannot be separated easily
  • the size of these primary particles cannot be determined by measuring the particle size distribution.
  • the specific surface area of the particulate carbon material is measured.
  • the specific surface area is an indirect measurement for the average size of the isolated primary particles that cannot be separated or cannot be separated easily.
  • the specific surface can be quantified, for example, using methods such as BET determinations or STSA determinations.
  • the sum of the outer and inner surface is determined by a BET measurement, while only the outer surface is determined in a STSA determination. Suitable methods of determination are given, for example, in ASTM D 6556-14.
  • the average size of the primary particles or the height of the specific surface has an influence on the properties of the materials produced using the particulate carbon materials, for example rubber articles, produced by compounding the particulate carbon material with elastomers with subsequent crosslinking .
  • the abrasion behavior of a rubber article is different, depending on whether particulate carbon materials with a higher or lower BET surface area are used. The situation is similar with mechanical properties such as tensile strength. Higher values for the BET surface correlate with higher tensile strength values and less abrasion.
  • values for the specific surface area of at least 15 m 2 / g, preferably 20 m 2 / g or more, preferably 30 m 2 / g or more are often required in order to obtain high-quality rubber articles.
  • particulate carbon materials obtained by means of the prior art do not consist of primary particles which are homogeneous in terms of their size.
  • classification methods such as sieving, wind sifting or swimming-sinking are suitable. These processes are used to separate the fractions in terms of size (screening process) or in terms of size and / or specific material density (wind sifting, swimming-sinking process).
  • DE 28 29 977 discloses a method for classifying cement. However, such methods are not suitable according to the prior art, consisting of a particulate carbon material to separate from primary particles of different sizes into two more homogeneous batches because of their primary particle size, because
  • the primary particles are present - at least in part - in agglomerates and, as a result, classification methods which aim to separate them in terms of size cannot distinguish between large primary particles and approximately the same size agglomerates of substantially smaller primary particles
  • fractions with a larger surface area could be separated from materials with a relatively small specific surface area, which can be used for more demanding applications (while the fraction with the lower specific surface area still remains suitable for other applications).
  • Particulate carbon materials with a more homogeneous distribution of the specific surface could also be obtained, which can be advantageous for certain applications.
  • no separation processes of this type which are easy to carry out are known in particular.
  • Figure 1 shows schematically a possible embodiment of the method according to the invention.
  • FIG. 2 shows a further embodiment in which, after a first separation in a cyclone, the two fractions obtained are dried and then each subjected to a further separation in a classifier.
  • FIGS. 3a and 3b show schematic process representations with and without recirculation of a first fraction in the case of possible process procedures for the separation according to FIG. 1 using a cyclone.
  • Figures 4 to 7 show abrasion and tensile strength values for compounds of the examples.
  • FIG. 8 shows tensile-elongation curves of the compounds from Example 4.
  • the method of the present invention allows the simple and targeted fractionation of a particulate carbon material obtained from a precipitation or hydrothermal carbonization (hereinafter HTC) of a carbonaceous starting material, for example renewable raw materials such as wood, grass, straw or substances obtained therefrom such as for example Lignin, molasses, vinasse, sugar or starch.
  • HTC precipitation or hydrothermal carbonization
  • Embodiments of an HTC or a precipitation are known to the person skilled in the art and in particular such particulate carbon materials can be produced, for example, by methods such as those in W02006031 175 or W02006038863 or W02009104995 (precipitation) or WO2016 / 020383 or WO2017 / 085278 (HTC) are described.
  • the particulate carbon material obtained by the precipitation or the HTC has an STSA surface area of at least 5 m 2 / g, preferably of at least 7 m 2 / g, more preferably of at least 9 m 2 / g.
  • the STSA surface of the particulate carbon material before the separation according to the invention is typically in the range from 5 to 200 m 2 / g, such as from 10 to 150 m 2 / g or 10 to 100 m 2 / g, preferably from 10 - 75 m 2 / g or 10 to 50 m 2 / g, more preferably from 10 to 40 m 2 / g or 10 to 30 m 2 / g.
  • Particulate carbon materials of this type, in particular with the preferred STSA surface are easy to obtain by HTC processes or precipitations and are in view of the possibilities promising the use of the fractions to be obtained by the separation according to the invention.
  • Such particulate carbon materials typically contain a commercially relevant portion of particulate carbon material with a higher STSA surface area than the average STSA of the particulate carbon material, suitable for use in high quality applications. At the same time, the STSA surface area of the fraction with the lower STSA surface area than the average STSA of the particulate carbon material is still high enough so that commercial use is possible.
  • the values of the STSA surface and the BET surface are not far apart. The particulate carbon materials are therefore not or only minimally porous.
  • the BET surface area and the STSA surface area advantageously differ from one another by no more than 20%, preferably no more than 15%, particularly preferably no more than 10%.
  • the particulate carbon material also preferably shows a carbon content (based on the ash-free dry substance) of 50 to 80 mass% (Ma%), more preferably 60 to less than 80 Ma%. This makes the particulate carbon material a material that differs from carbon black in its carbon content. By producing this particulate carbon material by means of an HTC or precipitation, the lower carbon content compared to carbon blacks simultaneously ensures that there is a high content of functional groups on the particle surface. These can be advantageous for the subsequent use of the particulate carbon materials.
  • the fractions obtained by the separation according to the invention are each more homogeneous than the particulate carbon material.
  • the separation has no significant influence on the particle size distribution (i.e. the size distribution of the agglomerates). These corresponds essentially to that of the particulate carbon material for the fractions obtained after the separation.
  • fractions with a significantly higher specific STSA surface can be separated from simple-to-produce particulate carbon materials from HTC or precipitation with a relatively low specific STSA surface, which, for example, can be passed on at a higher price.
  • These fractions with a significantly higher STSA surface are advantageously used in applications in which tensile strength and / or abrasion are essential parameters.
  • the expression liquid phase describes that the particulate carbon material is present in a liquid medium, for example in water or in an aqueous phase, such as is used in HTC or precipitation.
  • the expression gaseous phase describes that the particulate carbon material is present in a gaseous medium, for example air, nitrogen, superheated steam, carbon dioxide or mixtures of these gaseous media.
  • cyclones according to the invention, hydrocyclones have proven suitable for separating a particulate carbon material that is dispersed in a liquid medium such as, for example, in water; cyclones can also be used for a particulate carbon material which is in contact with a gas for example swirled with air, nitrogen, superheaters steam, carbon dioxide or mixtures and introduced into the cyclone), centrifuges (centrifuges have also proven to be suitable according to the invention for separating a particulate carbon mate ri a I which is in a liquid medium such as, for example dispersed in water) or classifiers (wind classifiers have proven to be suitable for separating particulate carbon materials which are swirled with air, nitrogen, superheated steam, carbon dioxide or mixtures and introduced into the classifier).
  • FIGS. 3a and b Suitable apparatuses for a separation in a hydrocyclone are shown in FIGS. 3a and b.
  • the particulate carbon material is obtained in a first process step from an organic material by precipitation or HTC and is fed to the second process step together with, for example, water. There it is pumped, for example, as a slurry with water into the hydrocyclone, the second fraction can be separated off and the portion not discharged as the second fraction can be returned to the container which contains the original particulate carbon material and from which the first fraction after the process has been completed is subtracted (Figure 3 a).
  • the particulate carbon material can also be fed to the hydrocyclone as a slurry with water, in which the separation into first fraction and second fraction then takes place.
  • Both the first and the second fraction can be fed to a subsequent process step continuously or in a batch process.
  • the present invention is not limited to the use of these specific devices. All devices can be used that enable separation based on the basic principle disclosed here, including other classifying devices, fluidized bed devices, centrifuges, etc.
  • particulate carbon materials are obtained from the HTC or from the precipitation in the aqueous phase, they can first be separated in a cyclone (for example a hydrocyclone).
  • the fractions obtained can then, independently of one another, be subjected to further separation treatments which take place independently of one another in the liquid phase or in the gas phase. After drying, at least one of the fractions obtained can then be subjected to a further separation in, for example, an air classifier. This option is shown schematically in Figure 2.
  • the type of separation treatment is selected depending on availability, the type of separation required (if fractions with very different values are required for the specific STSA surface or if the difference is not so pronounced, if fractions of the same size are desired or if the separation is to be possibly connected with extremely different values for the respective specific STSA surface, result in at least one small but very homogeneous fraction) and economic considerations.
  • the proportion of particulate carbon material in the liquid phase at about 1 to 20 mass% (mass percent) is, preferably 5 to 15 mass%, in particular 6 to 10 mass%.
  • the separation via a cyclone is then carried out by suitably setting the pressure loss via the cyclone (for example a hydrocyclone) by adapting the filling and discharge quantities.
  • the pressure drop is preferably from 0.2 to 5 bar, more preferably from 0.8 to 4 bar, in particular from 1.5 to 3 bar.
  • the proportion of solid is about 0.01 to 0.5 kg / m 3 , preferably 0.05 to 0.4 kg / m 3 , in particular 0.1 up to 0.3 kg / m 3 .
  • the ratio of the D (50) of the first fraction to the D (50) of the second fraction is advantageously between 0.45 and 0.75, more preferably between 0.50 and 0.60.
  • the ratio of the D (90) of the first fraction to the D (90) of the second fraction is advantageously between 0.5 and 0.8, more preferably between 0.6 and 0.7.
  • the ratio of D (98) of the first fraction to D (98) of the second fraction is advantageously between 0.9 and 1.1, more preferably between 0.95 and 1.05.
  • the values for the D (50), D (90) and D (98) are measured by laser diffraction according to ISO 13320. These advantageous ratios of the values for D (50), D (90) and D (98) furthermore make it clear that the particulate carbon material in a gravity separation behaves significantly differently than a conventional material from the prior art which uses gravity separation would be separated into materials of different sizes.
  • the ratio of the material density according to ISO 21687 of the first fraction to the material density of the second fraction is advantageously between 0.95 and 1.05, more preferably between 0.975 and 1.025. Again, such relationships can be achieved by adapting the process parameters.
  • the advantageous ratios of the material densities also make it clear once again that the particulate carbon material behaves significantly differently in a gravity separation than a material which, based on the prior art, would be suitable for gravity separation for the separation of materials of different densities. It has been shown to be particularly advantageous if the separation in the gas phase follows grinding or deagglomeration in a mill, for example a jet mill.
  • the gas loaded with the particulate carbon material is first led into a cyclone, in which the second fraction (together with a small proportion of the gas) is separated off.
  • the gas, which is only loaded with the first fraction is then dedusted in a filter, the first fraction being separated off.
  • This combination of grinding with subsequent shear force applied to the particulate carbon material has the advantage that the above-mentioned ratios of D (90) and D (98) to one another mean that coarse grains are not predominantly removed in the cyclone and the filter is mainly coated with fine grains. This ensures that the filter effect is not impaired by an excess of fine-grained particles.
  • a method for separating a particulate carbon starting material is advantageous, the particulate carbon material being obtained by hydrothermal carbonization or precipitation of an organic starting material, the particulate carbon material having an STSA surface area of at least 5 m 2 / g, following grinding in at least two fractions, the first fraction being deposited in a filter and having an STSA surface that is larger than the STSA surface of the particulate carbon material and the second fraction being deposited in a cyclone and having an STSA surface that is smaller than the STSA surface of the particulate carbon material, the method comprising gravity separation of the particulate carbon material.
  • the separation in the gas phase follows drying, for example in a fluidized bed dryer, a spray dryer, a flying bed dryer or a drum dryer.
  • the gas emerging from the drying and loaded with the particulate carbon material is first led into a cyclone, in which the second fraction (together with a small proportion of the gas) is separated off.
  • the gas, which is only loaded with the first fraction is then dedusted in a filter, the first fraction being separated off.
  • This combination of drying with subsequent gravity separation applied to the particulate carbon material has the advantage that the above-mentioned ratios of D (90) and D (98) to one another enable coarse grains not to be removed predominantly in the cyclone and the filter to be removed predominantly fine grains is applied.
  • the particulate carbon material was obtained by hydrothermal carbonization or precipitation of an organic starting material, the particulate carbon material having an STSA surface area of at least 5 m 2 / g, following drying in at least two fractions, the first fraction being separated in a filter and an STSA -Surface that is larger than the STSA surface of the particulate carbon material and the second fraction is deposited in a cyclone and has an STSA surface that is smaller than the STSA surface of the particulate carbon material, the method using gravitational separation of the particulate carbon material.
  • the process according to the invention gives fractions which differ in comparison to the particulate carbon material with regard to their STSA surface. As already stated and also shown in the examples, these fractions do not differ significantly from one another and from the particulate carbon material with regard to their particle size distribution. However, the respective fractions are more homogeneous with regard to their STSA surface, since fractions with a different STSA surface are separated off.
  • the present invention thus provides options for separating fractions with a high STSA surface from particulate carbon material with a low STSA surface, which can be used in more demanding fields of application. On the other hand, fractions with a low STSA surface can be separated from starting materials with a high STSA surface area, so that a further increase in the STSA surface area is achieved for the remaining fraction.
  • the fractions made available according to the invention preferably have an STSA surface area which is at least 5% larger, in embodiments at least 10% larger, and in some cases at least 20% larger, particularly preferably at least 30% larger than that of the particulate carbon material.
  • the first fraction is more homogeneous than the particulate carbon material in terms of its composition (particularly with regard to the distribution of the primary particle size).
  • the fractions made available according to the invention preferably have an STSA surface which is at most 200% larger, in embodiments at most 175% larger, and in some cases at most 150% larger than that of the particulate carbon material.
  • the first fraction preferably has an STSA of at least 15 m 2 / g, more preferably of at least 20 m 2 / g, particularly preferably of at least 30 m 2 / g or more.
  • the first fraction is preferably used in demanding applications. These are, for example, treads of tires, preferably pneumatic tires, conveyor belts where low abrasion is an essential requirement or, for example, sidewalls of tires, preferably pneumatic tires where tensile strength is an essential requirement.
  • the gravity separations can also advantageously be used as a method for setting the STSA of the first or the second fraction. It is hereby achieved that even with an STSA of the particulate carbon material that varies over time, at least one of the fractions obtained via the gravitational force has an STSA that only varies within a defined tolerance range.
  • the BET or the grain size distribution can also be used as an indirect measure of the STSA. For this purpose, for example, the STSA, the BET or the grain size distribution of the first fraction or the second fraction is measured regularly and the process parameters of gravity separation are adjusted so that the STSA, the BET or the grain size distribution of the first or the second fraction only vary within a defined tolerance range.
  • this can be done, for example, by adjusting the speed of a classifying wheel or by adjusting the volume flow of the gas.
  • this can be done, for example, by adjusting the volume flow of the liquid or the pressure loss via the separation device (for example the cyclone).
  • the tolerance band is advantageously at most 1 10% and at least 90% of the target value for the STSA, the BET or the grain size distribution of the first or second fraction.
  • the inventive method can be designed so that the weight ratio of first to second fraction (each based on a separation operation) is in the range from 1:15 to 15: 1, such as 1:10 to 10: 1. Depending on the type of separation desired, this ratio can be varied, so separations are also possible in which this ratio is in the range from 1: 5 to 5: 1, such as 1: 2 to 2: 1.
  • particulate carbon material with a homogeneous distribution of the primary particles is also particulate carbon material with a homogeneous distribution of the primary particles, which is advantageously produced by the inventive method.
  • a particulate carbon material with a homogeneous distribution of the primary particles is preferably characterized in that the ratio of the measured STSA to a calculated STSA is between 0.7 and 1.3, more preferably between 0.75 and 1.25, particularly preferably between 0.8 and 1.2 is particularly preferably between 0.85 and 1.15, more preferably between 0.9 and 1.1.
  • the calculated STSA is calculated using the following formulas:
  • the measured ball diameter is the average diameter of the smallest isolated primary particles, which can be seen on an SEM image.
  • the present invention also provides the use defined in the claims, as well as elastomer compounds and products made therefrom, such as tires, pneumatic tires and other products which are produced from such elastomer compounds (in vulcanized and uncured form).
  • the materials obtained or provided according to the invention can also be used in other material mixtures, for example in thermoplastic plastics or liquid materials, such as lacquers, ink compositions, etc.
  • the materials obtained or provided according to the invention can likewise contribute to improving the mechanical properties but also to others Purposes are used, such as coloring, provision of chemical functionalities (due to the functional groups present in or on the particles), etc. Examples
  • a particulate carbon material with an STSA of 1 1, 9 m 2 / g was obtained in accordance with the process descriptions from WO2017 / 085278 in a first process step.
  • the particulate carbon material thus obtained was, in accordance with the basic sequence shown in FIG. 1, separated into a first fraction and a second fraction by three gravity separations in the gas phase using three different process procedures.
  • the wind separator picoline from Hosokawa Alpine with classifier wheel was used for gravity separation.
  • the modules picosplit (20 ATP classifier) and picojet (40 AFG fluid bed counter jet mill) were used.
  • the feed material was dosed using the micro dosing device (PMD) belonging to the picoline.
  • PMD micro dosing device
  • the particulate carbon material and the two fractions were then ground in a jet mill to a grain size of D99 ⁇ 10 pm. All three materials were mixed as fillers in an SBR matrix. After vulcanization, the course of the stress-strain curve was recorded in the tensile test. The results of the tensile strength are shown in Figure 5. The abrasion was also measured. The results are shown in Figure 4. The experiments impressively show that a simple process of gravity separation from materials with a very small STSA surface (1 1, 9 m 2 / g) can be used to obtain a valuable and substantial fraction with a significantly higher STSA surface. The respective yield or the achievable STSA surface can be set in a targeted manner (see table 1, tests 1 to 3).
  • a fraction with a very low STSA surface can be separated from materials with an already high STSA surface (that is to say particles with an STSA surface which are actually inadequate for demanding applications in elastomer compounding which require high abrasion resistance and high tensile strength) can be viewed, see Table 2).
  • the property profile of the fraction with increased STSA surface obtained by the separation of the fraction with a low STSA surface area is improved, since on the one hand a more homogeneous fraction is obtained with regard to the STSA surface area and on the other hand a fraction with poorer properties (with regard to the application in elastomers).
  • a particulate carbon material with an STSA of 46 m 2 / g was obtained in accordance with the process descriptions from WO2017 / 085278 in a first process step.
  • the particulate carbon material thus obtained was, in accordance with the basic sequence shown in FIG. 1, separated in an experiment by a gravitational force in the liquid phase into a first fraction and a second fraction (see Table 2).
  • a cyclone was used for gravity separation.
  • the basic structure of the apparatus is shown in Figure 3a.
  • an organic material is converted into a particulate carbon material by HTC and fed to the second process step together with water and buffered in the container (B).
  • the mixture of water and particulate carbon m ate ri a I is continuously drawn off from tank (B) by pump (A) and separated into two fractions in the hydrocyclone (C).
  • the volume flow which is drawn off from the container (B) by means of the pump (A) is adjusted so that the pressure loss (p) over the hydrocyclone (C) reached a certain value.
  • the pressure loss is determined between the entry and exit of the hydrocyclone.
  • the concentration of particulate carbon material in the water was between 5% by mass and 10% by mass (on average it was 8.6% by mass).
  • the particulate carbon material and the two fractions were then ground in a jet mill to a grain size of D99 ⁇ 10 pm. All three materials were mixed as fillers in an SBR matrix. After vulcanization, the course of the stress-strain curve was recorded in the tensile test. The results of the tensile strength are shown in Figure 6. The abrasion was also measured. The results are shown in Figure 7.
  • the mixture was prepared by the following process:
  • the mixtures were produced using a Haake Rheomix 3000 measuring mixer (tangent rotor geometry) with a fill level of 70%.
  • the mixing temperature was kept constant via the speed control.
  • the mixing time was approximately 20 minutes.
  • the vulcanization was carried out at 160 ° C according to the optimal t90 time determined in the rheometer plus one minute for every millimeter of plate thickness.
  • a particulate carbon material with an ST SA of 13.1 m 2 / g was obtained in a first process step.
  • the primary particulate carbon material was experimentally separated into a first fraction and a second fraction by gas phase gravity separation in a cyclone.
  • the particulate carbon material was first fed to a jet mill with a classifier wheel and crushed.
  • the jet mill 100 AFG was used (nozzle inserts 1.9 mm).
  • D20 T36 GLATT TR5; Slot; RA (I) 1, 2 used.
  • the first fraction was removed from the cyclone with the air flow and separated from the air flow via a filter, and the second fraction directly in the cyclone deposited. In this way, a first fraction of 0.15 kg and a second fraction of 0.85 kg were obtained at an air flow of 6.3 m 3 / h from 1 kg of particulate carbon material.
  • the results are shown below:
  • the mixtures were prepared by the following process:
  • the mixtures were made using a mixer W & P Type GK1, 5E (intermeshing rotor geometry) with a degree of filling of 70%, with a mixer temperature of 40 ° C and a speed of 40 rpm. produced.
  • the vulcanization was carried out at 160 ° C according to the optimal t90 time determined in the rheometer plus one minute for every millimeter of plate thickness.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Auftrennung partikelförmiger Kohlenstoffmaterialien sowie die damit erhaltenen Materialien als auch deren Verwendung.

Description

Partikelförmige Kohlenstoffmaterialien und Verfahren zu deren Auftrennung
[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Auftrennung partikelförmiger Kohlenstoffmaterialien sowie die damit erhaltenen Materialien als auch deren Verwendung.
Stand der Technik
[0002] Partikelförmige Kohlenstoffmaterialien werden in vielen Anwendungsbereichen eingesetzt. Diese reichen vom Einsatz als schwarzer Farbstoff bis zum Einsatz als Füllstoff in Polymeren, insbesondere Elastomeren. Derartige auf Kohlenstoff basierte partikelförmige Materialien können beispielsweise Ruß sein, Materialien mit einem relativ hohen Anteil an Kohlenstoff. Andere partikelförmige Kohlenstoffmaterialien sind beispielsweise auf Biomasse, wie Lignin basiert, beispielweise Produkte der hydrothermalen Carbonisierung (HTC) oder einer Fällung. Derartige Materialien weisen im Vergleich mit Ruß einen geringeren Anteil an Kohlenstoff auf, zeigen aber aufgrund eines hohen Grads an Funktionalisierung interessante Eigenschaften.
[0003] Derartige auf der HTC basierende, partikelförmige Materialien können beispielsweise durch Verfahren hergestellt werden, wie sie in der WO2016/020383, der DE 10 2016 201 801 A1 oder der WO2017/085278 beschrieben sind. Bei der Herstellung dieser auf der HTC basierender partikelförmiger Materialien eröffnet die Anpassung bestimmter Verfahrensparameter die Beeinflussung insbesondere der zu erhaltenden Korngrößenverteilung. Die Korngrößenverteilung wird in der Regel über eine Laserbeugung nach ISO 13320 gemessen oder im Rahmen eines mehrstufigen Siebverfahrens z.B. in einem Siebturm bestimmt. Hierdurch wird die räumliche Ausdehnung von vereinzelt vorliegenden Körnern erfasst. Solche Körner sind entweder Agglomerate wesentlich kleinerer Primärpartikel, welche sich nicht oder nicht einfach voneinander separieren lassen oder es sind vereinzelt vorliegende Primärpartikel.
Besteht ein partikelförmiges Kohlenstoffmaterial zumindest teilweise aus Agglomeraten, also nicht oder nicht einfach separierbarer Primärpartikel, so kann die Größe dieser Primärpartikel nicht über die Messung der Korngrößenverteilung bestimmt werden. Zur Berücksichtigung der Größe solcher agglomerierten Primärpartikel, wird die spezifische Oberfläche des partikelförmigen Ko h I e nstoffm ate ri a Is gemessen. Die spezifische Oberfläche ist ein indirekter Messwert für die durchschnittliche Größe der vereinzelt vorliegenden und nicht oder nicht einfach separierbaren Primärpartikeln. [0004] Die spezifische Oberfläche kann beispielsweise über Verfahren wie BET- Bestimmungen oder STSA-Bestimmungen quantifiziert werden. Dabei wird durch eine BET- Messung die Summe der äußeren und inneren Oberfläche bestimmt, während bei einer STSA- Bestimmung lediglich die äußere Oberfläche bestimmt wird. Geeignete Bestimmungsmethoden sind beispielsweise in der ASTM D 6556-14 angegeben.
[0005] Es ist bekannt, dass die durchschnittliche Größe der Primärpartikel bzw. die Höhe der spezifischen Oberfläche einen Einfluss auf die Eigenschaften der unter Nutzung der partikelförmigen Kohlenstoffmaterialien hergestellten Materialien hat, beispielsweise von Gummiartikeln, hergestellt durch Compoundierung des partikelförmigen Kohlenstoffmaterials mit Elastomeren mit nachfolgender Vernetzung. So ist beispielsweise das Abriebverhalten eines Gummiartikels anders, je nachdem ob partikelförmige Kohlenstoffmaterialien mit höherer oder niedrigerer BET-Oberfläche eingesetzt werden. Ähnlich verhält es sich bei mechanischen Eigenschaften, wie der Zugfestigkeit. Höhere Werte für die BET-Oberfläche korrelieren dabei mit höheren Zugfestigkeitswerten und geringerem Abrieb. Hier sind bei der Nutzung HTC basierter partikelförmiger Kohlenstoffmaterialien häufig Werte für die spezifische Oberfläche von mindestens 15 m2/g bevorzugt 20 m2/g oder mehr, bevorzugt 30 m2/g oder mehr erforderlich, um hochwertige Gummiartikel zu erhalten.
[0006] Allerdings lassen sich durch die oben geschilderten Möglichkeiten zur Beeinflussung der Primärpartikelgröße - indirekt gemessen über die spezifischen Oberfläche - bei der Herstellung von partikelförmigen Kohlenstoffmaterialien durch eine HTC oder eine Fällung nicht immer gewünschte hohe spezifische Oberflächen im kommerziell vertretbaren Rahmen erhalten.
[0007] Durch Studien an REM Bildern wurde nun überraschender Weise festgestellt, dass die mittels des Stands der Technik gewonnenen partikelförmigen Kohlenstoffmaterialen nicht aus hinsichtlich ihrer Größe homogenen Primärpartikel bestehen.
[0008] Für die Auftrennung von Mischungen bestehend aus Materialien verschiedener Größe, sind Klassierungsverfahren wie Siebung, Windsichten oder Schwimm-Sinkverfahren geeignet. Mittels dieser Verfahren wird eine Trennung der Fraktionen hinsichtlich der Größe (Siebverfahren) oder hinsichtlich der Größe und/oder der spezifischen Materialdichte (Windsichten, Schwimm-Sinkverfahren) durchgeführt. Die DE 28 29 977 offenbart beispielsweise ein Verfahren zur Klassierung von Zement. Solche Verfahren sind nach dem Stand der Technik jedoch nicht geeignet, ein partikelförmiges Kohlenstoffmaterial bestehend aus Primärpartikeln verschiedener Größe in zwei hinsichtlich ihrer Primärpartikelgröße homogenere Chargen zu separieren, weil
die Primärpartikel - zumindest teilweise - in Agglomeraten vorliegen und dadurch Klassierungsverfahren die eine Separation hinsichtlich der Größe zum Ziel haben nicht zwischen großen Primärpartikeln und in etwa gleich großen Agglomeraten wesentlich kleinerer Primärpartikel unterscheiden können
und die spezifische Materialdichte unterschiedlich großer Primärpartikel gleich ist.
Somit lässt sich über die Verfahren zur Klassierung nach dem Stand der Technik keine Auftrennung des partikelförmigen Kohlenstoffmaterials in Chargen mit unterschiedlicher spezifischer Oberfläche finden.
[0009] Es wäre also wünschenswert ein Verfahren bereitstellen zu können, das eine gezielte Auftrennung in Fraktionen unterschiedlicher spezifischer Oberflächen erlaubt. So könnten beispielsweise aus Materialien mit einer relativ kleinen spezifischen Oberfläche Fraktionen mit größerer Oberfläche abgetrennt werden, die für anspruchsvollere Einsatzzwecke Verwendung finden können (während die Fraktion mit der geringeren spezifischen Oberfläche immer noch geeignet bleibt für andere Anwendungen). So könnten auch partikelförmige Kohlenstoffmaterialien mit einer homogeneren Verteilung der spezifischen Oberfläche erhalten werden, was für bestimmte Anwendungen vorteilhaft sein kann. Allerdings sind insbesondere keine einfach durchzuführenden Trennverfahren dieser Art bekannt.
Aufgabe der Erfindung
[0010] Es ist also die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein derartiges Verfahren anzugeben, um so die vorstehend beschriebenen, homogeneren Fraktionen an partikelförmigem Kohlenstoffmaterial bereit zu stellen.
Kurze Beschreibung der Erfindung
[001 1] Diese Aufgabe wird durch das in Anspruch 1 definierte Verfahren und die in Ansprüchen 7 8 und 1 1 definierten Produkte, sowie die in Anspruch 10 definierte Verwendung gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen und weitere Aspekte der vorliegenden Erfindung ergeben sich durch die in den weiteren Ansprüchen und der folgenden detaillierten Beschreibung angegebenen Ausführungsformen. Kurze Beschreibung der Figuren
[0012] Figur 1 zeigt schematisch eine mögliche Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Figur 2 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der nach einer ersten Auftrennung in einem Zyklon die beiden erhaltenen Fraktionen getrocknet und dann jeweils einer weiteren Trennung in einem Sichter unterworfen werden.
Figuren 3a und 3b zeigen schematische Prozessdarstellungen mit und ohne Rückführung einer ersten Fraktion bei möglichen Verfahrensführungen der Auftrennung nach Figur 1 unter Einsatz eines Zyklons.
Figuren 4 bis 7 zeigen Abriebs- und Zugfestigkeitswerte für Compounds der Beispiele.
Figur 8 zeigt Zug-Dehnungskurven der Compounds aus Beispiel 4.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
[0013] Das Verfahren der vorliegenden Erfindung erlaubt die einfache und zielgerichtete Fraktionierung eines partikelförmigen Kohlenstoffmaterials, erhalten aus einer Fällung oder hydrothermalen Carbonisierung (im folgenden HTC) eines kohlenstoffhaltigen Ausgangsmaterials, beispielsweise nachwachsender Rohstoffe wie Holz, Gras, Stroh oder daraus gewonnenen Stoffe wie zum Beispiel Lignin, Melasse, Vinasse, Zucker oder Stärke. Ausgestaltungen einer HTC oder einer Fällung sind dem Fachmann bekannt und insbesondere können derartige partikelförmige Kohlenstoffmaterialien beispielsweise durch Verfahren hergestellt werden, wie sie in der W02006031 175 oder der W02006038863 oder der W02009104995 (Fällung) oder der WO2016/020383 oder der WO2017/085278 (HTC) beschrieben sind. Es hat sich als zielführend erwiesen, wenn das durch die Fällung oder die HTC erhaltene partikelförmige Kohlenstoffmaterial eine STSA-Oberfläche von mindestens 5 m2/g bevorzugt von mindestens 7 m2/g, weiter bevorzugt von mindestens 9 m2/g aufweist.
[0014] Die STSA-Oberfläche des partikelförmigen Kohlenstoffmaterials vor der erfindungsgemäßen Auftrennung liegt typischer Weise im Bereich von 5 bis 200 m2/g, wie von 10 bis 150 m2/g oder 10 bis 100 m2/g, bevorzugt von 10 - 75 m2/g oder 10 bis 50 m2/g weiter bevorzugt von 10 bis 40 m2/g oder 10 bis 30 m2/g. Derartige partikelförmige Kohlenstoffmaterialien, insbesondere mit der bevorzugten STSA-Oberfläche sind einfach durch HTC Verfahren oder Fällungen zu erhalten und sind im Hinblick auf die Möglichkeiten des Einsatzes der durch die erfindungsgemäße Auftrennung zu erhaltenden Fraktionen vielversprechend. Üblicher Weise enthalten derartige partikelförmige Kohlenstoffmaterialien einen kommerziell relevanten Anteil an partikelförmigem Kohlenstoffmaterial mit einer höheren STSA-Oberfläche als die durchschnittliche STSA des partikelförmigen Kohlenstoffmaterials, geeignet zum Einsatz in hochwertigen Anwendungen. Gleichzeitig ist die STSA-Oberfläche der Fraktion mit der niedrigeren STSA-Oberfläche als die durchschnittliche STSA des partikelförmigen Kohlenstoffmaterials, immer noch hoch genug, so dass eine kommerzielle Verwertung möglich ist. Für die partikelförmigen Kohlenstoffmaterialien liegen die Werte der STSA-Oberfläche und der BET-Oberfläche nicht weit auseinander. Die partikelförmigen Kohlenstoffmaterialien sind demzufolge nicht oder nur minimal porös. Vorteilhaft weichen die BET-Oberfläche und die STSA-Oberfläche nicht mehr als 20% bevorzugt nicht mehr als 15% besonders bevorzugt nicht mehr als 10% voneinander ab.
[0015] Das partikelförmige Kohlenstoffmaterial zeigt darüber hinaus bevorzugt einen Kohlenstoffanteil (bezogen auf die aschefreie Trockensubstanz) von 50 bis 80 Masse-% (Ma%), stärker bevorzugt 60 bis weniger als 80 Ma%. Damit ist das partikelförmige Kohlenstoffmaterial ein Material, das sich von Rußen durch den Kohlenstoffgehalt unterscheidet. Durch die Herstellung dieses partikelförmigen Kohlenstoffmaterials durch eine HTC oder Fällung sichert der im Vergleich mit Rußen geringere Kohlenstoffgehalt gleichzeitig, dass ein hoher Gehalt an funktionellen Gruppen auf der Partikeloberfläche vorliegt. Diese können für die nachfolgende Verwendung der partikelförmigen Kohlenstoffmaterialien vorteilhaft sein.
[0016] Überraschender Weise hat sich gezeigt, dass es möglich ist, durch einfache Schwerkrafttrennungen ein derartiges partikelförmiges Kohlenstoffmaterial in mindestens zwei Fraktionen aufzutrennen (Erste und Zweite Fraktion), die sich im Hinblick auf ihre spezifische Oberfläche (STSA-Oberfläche) signifikant unterscheiden. Dabei zeigt eine Fraktion einen Wert der spezifischen Oberfläche (STSA-Oberfläche), der höher ist als der Wert des Ausgangsmaterials (Erste Fraktion), während der Wert der spezifischen Oberfläche (STSA- Oberfläche) der anderen Fraktion (Zweite Fraktion) kleiner oder gleich ist verglichen mit der STSA-Oberfläche des partikelförmigen Kohlenstoffmaterials.
[0017] Die durch die erfindungsgemäße Auftrennung erhaltenen Fraktionen sind im Hinblick auf die Verteilung der Primärpartikelgröße jeweils homogener als das partikelförmige Kohlenstoffmaterial. Es hat sich allerdings gezeigt, dass die Auftrennung keinen signifikanten Einfluss auf die Korngrößenverteilung hat (also der Größenverteilung der Agglomerate). Diese entspricht für die nach der Auftrennung erhaltenen Fraktionen im Wesentlichen der des partikelförmigen Kohlenstoffmaterials.
[0018] Da derartige Schwerkrafttrennungen sowohl apparativ vergleichsweise einfach als auch von der Verfahrenssteuerung nicht zu kompliziert sind, lassen sich auf diese Weise kostengünstig Fraktionen aus einem partikelförmigen Kohlenstoffmaterial gewinnen, die für qualitativ anspruchsvollere Anwendungen geeignet sind, ohne dass beispielsweise bei der HTC oder der Fällung komplexere Verfahrensanpassungen notwendig sind. So lassen sich zum Beispiel aus einfach herzustellenden partikelförmigen Kohlenstoffmaterialien aus der HTC oder der Fällung mit relativ geringer spezifischer STSA-Oberfläche Fraktionen mit signifikant höherer spezifischer STSA-Oberfläche abtrennen, die beispielswese zu einem höheren Preis weitergegeben werden können. Vorteilhaft werden diese Fraktionen mit signifikant höherer STSA-Oberfläche in Anwendungen eingesetzt, in denen beispielsweise Zugfestigkeit und/oder Abrieb wesentliche Kenngrößen sind.
[0019] Da derartige Schwerkrafttrennungen sowohl in flüssiger als auch in gasförmiger Phase durchgeführt werden können, lassen sich diese Auftrennungen einfach mit einer Anlage zur HTC oder Fällung kombinieren. Der prinzipielle Verfahrensablauf dafür ist in Figur 1 wiedergegeben. Das organische Material, beispielsweise nachwachsende Rohstoffe wie Holz, Gras, Stroh oder daraus gewonnenen Stoffe wie zum Beispiel Lignin, Melasse, Vinasse, Zucker oder Stärke wird in einem ersten Prozessschritt überwiegend gelöst oder diesem überwiegend in Lösung befindlich zugeführt und in diesem durch HTC oder Fällung in das partikelförmige Kohlenstoffmaterial mit der erfindungsgemäßen ST SA von mindestens 5 m2/g überführt. Anschließend wird das partikelförmige Ko h I e nstoff m ateri a I im zweiten Prozessschritt, der Schwerkrafttrennung in mindestens zwei Fraktionen aufgetrennt. Der Ausdruck flüssige Phase beschreibt dabei, dass das partikelförmige Kohlenstoffmaterial in einem flüssigen Medium vorliegt, beispielsweise in Wasser oder in einer wässrigen Phase, wie sie in der HTC oder der Fällung zum Einsatz kommt. Analog beschreibt der Ausdruck gasförmige Phase, dass das partikelförmige Kohlenstoffmaterial in einem gasförmigen Medium vorliegt, beispielsweise Luft, Stickstoff, überhitzter Dampf, Kohlendioxid oder Mischungen dieser gasförmigen Medien.
[0020] Vorrichtungen, um derartige Phasen einer Trennung zu unterwerfen sind dem Fachmann gut bekannt. Beispiele sind Zyklone (Hydrozyklone haben sich erfindungsgemäß als geeignet erwiesen, ein partikelförmiges Ko h I enstoff m ate ri a I aufzutrennen, das in flüssigem Medium wie beispielweise in Wasser dispergiert vorliegt; Zyklone können auch für ein partikelförmiges Kohlenstoffmaterial genutzt werden, welches mit einem Gas beispielsweise mit Luft, Stickstoff, Überhitzern Dampf, Kohlendioxid oder Gemischen verwirbelt und in den Zyklon eingebracht werden), Zentrifugen (Zentrifugen haben sich ebenfalls erfindungsgemäß als geeignet erwiesen, ein partikelförmiges Ko h I enstoff m ate ri a I aufzutrennen, das in flüssigem Medium wie beispielweise in Wasser dispergiert vorliegt) oder Sichter (Windsichter haben sich als geeignet erwiesen partikelförmige Kohlenstoffmaterialien aufzutrennen, die beispielsweise mit Luft, Stickstoff, überhitztem Dampf, Kohlendioxid oder Gemischen verwirbelt und in den Sichter eingebracht werden). In Figur 3 a und b sind geeignete Apparaturen für eine Auftrennung in einem Hydrozyklon gezeigt. Das partikelförmige Kohlenstoffmaterial wird in einem ersten Prozessschritt aus einem organischen Material durch Fällung oder HTC gewonnen und zusammen beispielweise mit Wasser dem zweiten Prozessschritt zugeführt. Dort wird es beispielsweise als Aufschlämmung mit Wasser in den Hydrozyklon gepumpt, die Zweite Fraktion kann abgetrennt werden und der nicht als Zweite Fraktion ausgetragene Anteil wieder in den Behälter zurückgeführt werden, der das ursprüngliche partikelförmige Kohlenstoffmaterial enthält und aus dem nach Abschluss des Verfahrens die Erste Fraktion abgezogen wird (Figur 3 a). Alternativ kann in der zweiten Prozessstufe das partikelförmige Kohlenstoffmaterial ebenfalls als Aufschlämmung mit Wasser dem Hydrozyklon zugeführt werden, in dem dann die Auftrennung in Erste Fraktion und Zweite Fraktion erfolgt. (Figur 3 b). Sowohl die Erste als auch die Zweite Fraktion kann kontinuierlich oder in einem Batch- Verfahren einem nachfolgenden Prozessschritt zugeführt werden. Die vorliegende Erfindung ist allerdings nicht auf den Einsatz dieser spezifischen Vorrichtungen beschränkt. Es können alle Vorrichtungen eingesetzt werden, die eine Trennung nach dem hier offenbarten Grundprinzip ermöglichen, also auch andere Klassiervorrichtungen, Wirbelschichtvorrichtungen, Zentrifugen, etc.
[0021] Erfindungsgemäß können auch unterschiedliche Arten der Trennung miteinander kombiniert werden. Da partikelförmige Kohlenstoffmaterialien aus der HTC oder der Fällung in wässriger Phase anfallen, kann zum Beispiel zunächst eine Auftrennung in einem Zyklon (beispielsweise einem Hydrozyklon) erfolgen. Anschließend können die gewonnenen Fraktionen unabhängig voneinander weiteren T rennbehandlungen unterworfen werden, die unabhängig voneinander in flüssiger Phase oder in Gasphase ablaufen. So kann mindestens eine der erhaltenen Fraktionen dann nach Trocknung einer weiteren Auftrennung in zum Beispiel einem Windsichter unterworfen werden. Diese Option ist schematisch in Figur 2 gezeigt. Die Auswahl der Art der Trennbehandlung erfolgt dabei je nach Verfügbarkeit, Art der gewünschten Auftrennung (werden Fraktionen mit sehr stark unterschiedlichen Werten für die spezifische STSA-Oberfläche gewünscht oder soll der Unterschied nicht so ausgeprägt sein, werden etwa gleichgroße Fraktionen gewünscht oder soll die Auftrennung, ggf. verbunden mit extrem unterschiedlichen Werten für die jeweilige spezifische STSA-Oberfläche, mindestens eine kleine aber dafür sehr homogene Fraktion ergeben) und wirtschaftlichen Überlegungen.
[0022] Es hat sich dabei gezeigt, dass bei einer Auftrennung in flüssiger Phase (also im Grunde unter Einsatz einer Aufschlämmung des partikelförmigen Kohlenstoffmaterials in einem flüssigen Träger, insbesondere ein wässriger Träger) der Anteil an partikelförmigem Kohlenstoffmaterial in der flüssigen Phase bei etwa 1 bis 20 Masse-% (Massenprozent) liegt, bevorzugt 5 bis 15 Masse-%, insbesondere 6 bis 10 Masse-%. Die Auftrennung über einen Zyklon erfolgt dann durch geeignete Einstellung des Druckverlusts über den Zyklon (beispielweise einen Hydrozyklon) durch Anpassung der Einfüll- und Austragungsmengen. Bevorzugt beträgt der Druckverlust von 0,2 bis 5 bar, stärker bevorzugt von 0,8 bis 4 bar, insbesondere 1 ,5 bis 3 bar. Bei einer Auftrennung in der Gasphase (also dem Grunde nach eines Aerosols) liegt der Anteil an Feststoff bei etwa 0,01 bis 0,5 kg/m3, bevorzugt 0,05 bis 0,4 kg/m3, insbesondere 0,1 bis 0,3 kg/m3.
[0023] Vorteilhaft liegt das Verhältnis des D(50) der Ersten Fraktion zum D(50) der Zweiten Fraktion zwischen 0,45 und 0,75 weiter bevorzugt zwischen 0,50 und 0,60. Vorteilhaft liegt das Verhältnis des D(90) der Ersten Fraktion zum D(90) der Zweiten Fraktion bei zwischen 0,5 und 0,8 weiter bevorzugt bei zwischen 0,6 und 0,7. Vorteilhaft liegt das Verhältnis des D(98) der Ersten Fraktion zum D(98) der Zweiten Fraktion zwischen 0,9 und 1 ,1 weiter bevorzugt zwischen 0,95 und 1 ,05. Diese Verhältnisse lassen sich einfach, wie in den Beispielen demonstriert, durch Anpassung der Bedingungen (Anteil partikelförmiges Kohlenstoffmaterial, Bedingungen im Zyklon/Sichter, etc.) erreichen. Die Werte für den D(50), D(90) und D(98) werden über Laserbeugung nach ISO 13320 gemessen. Diese vorteilhaften Verhältnisse der Werte für D(50), D(90) und D(98) machen darüber hinaus deutlich, dass sich das partikelförmige Kohlenstoffmaterial in einer Schwerkrafttrennung deutlich anders verhält als ein konventionelles Material aus dem Stand der Technik, welches mit einer Schwerkrafttrennung in Materialien verschiedener Größen aufgetrennt werden würde.
[0024] Vorteilhaft liegt das Verhältnis der Materialdichte nach ISO 21687 der Ersten Fraktion zur Materialdichte der Zweiten Fraktion zwischen 0,95 und 1 ,05 weiter bevorzugt zwischen 0,975 und 1 ,025. Erneut können derartige Verhältnisse durch Adaption der Verfahrensparameter erreicht werden. An den vorteilhaften Verhältnissen der Materialdichten wird darüber hinaus erneut deutlich, dass sich das partikelförmige Kohlenstoffmaterial in einer Schwerkrafttrennung deutlich anders verhält als ein Material, welches sich aufgrund des Standes der Technik für einen Schwerkrafttrennung zur Separation von Materialien verschiedener Dichten eignen würde. [0025] Als besonders vorteilhaft hat sich gezeigt, wenn die T rennung in der Gasphase auf eine Mahlung oder Deagglomeration in einer Mühle, zum Beispiel Strahlmühle folgt. Hierzu wird das mit dem partikelförmigen Kohlenstoffmaterial beladene Gas zunächst in einen Zyklon geführt, in dem die Zweite Fraktion (zusammen mit einem geringen Anteil des Gases) abgetrennt wird. Das nur noch mit der Ersten Fraktion beladene Gas wird anschließend in einem Filter entstaubt, wobei die Erste Fraktion abgeschieden wird. Diese Kombination aus Mahlung mit anschließender S chwe rkrafttre n n u ng angewendet auf das partikelförmige Kohlenstoffmaterial hat den Vorteil, das es die oben angegebenen Verhältnisse der D(90) und D(98) zueinander ermöglichen, dass in dem Zyklon nicht überwiegend grobe Körner entfernet werden und der Filter mit überwiegend feinen Körnern beaufschlagt wird. Hierdurch ist sichergestellt, dass die Filterwirkung nicht durch ein Übermaß an feinteiligen Körnern beeinträchtigt wird. Vorteilhaft ist deshalb ein Verfahren zur Auftrennung eines partikelförmigen Kohlenstoffausgangsmaterials, wobei das partikelförmige Kohlenstoffmaterial erhalten wurde durch hydrothermale Carbonisierung oder Fällung eines organischen Ausgangsstoffes, wobei das partikelförmige Kohlenstoffmaterial eine STSA-Oberfläche von mindestens 5 m2/g aufweist, im Anschluss an eine Mahlung in mindestens zwei Fraktionen, wobei die Erste Fraktion in einem Filter abgeschieden wird und eine STSA-Oberfläche aufweist, die größer ist als die STSA-Oberfläche des partikelförmigen Kohlenstoffmaterials und die zweite Fraktion in einem Zyklon abgeschieden wird und eine STSA-Oberfläche aufweist, die kleiner ist als die STSA-Oberfläche des partikelförmigen Kohlenstoffmaterials, wobei das Verfahren eine Schwerkrafttren nu ng des partikelförmigen Kohlenstoffmaterials umfasst.
[0026] Weiterhin besonders vorteilhaft hat sich gezeigt, wenn die Trennung in der Gasphase auf eine Trocknung zum Beispiel in einem Wirbelschichttrockner, einen Sprühtrockner, einen Flugschichttrockner oder einem Trommeltrockner folgt. Hierzu wird das mit dem partikelförmigen Kohlenstoffmaterial beladene aus der Trocknung austretende Gas zunächst in einen Zyklon geführt, in dem die Zweite Fraktion (zusammen mit einem geringen Anteil des Gases) abgetrennt wird. Das nur noch mit der Ersten Fraktion beladene Gas wird anschließend in einem Filter entstaubt, wobei die Erste Fraktion abgeschieden wird. Diese Kombination aus Trocknung mit anschließender Schwerkrafttrennung angewendet auf das partikelförmige Kohlenstoffmaterial hat den Vorteil, dass es die oben angegebenen Verhältnisse der D(90) und D(98) zueinander ermöglichen, dass in dem Zyklon nicht überwiegend grobe Körner entfernt werden und der Filter mit überwiegend feinen Körnern beaufschlagt wird. Hierdurch ist sichergestellt, dass die Filterwirkung nicht durch ein Übermaß an feinteiligen Körnern beeinträchtigt wird. Vorteilhaft ist deshalb ein Verfahren zur Auftrennung eines partikelförmigen Kohlenstoffausgangsmaterials, wobei das partikelförmige Kohlenstoffmaterial erhalten wurde durch hydrothermale Carbonisierung oder Fällung eines organischen Ausgangsstoffes, wobei das partikelförmige Kohlenstoffmaterial eine STSA-Oberfläche von mindestens 5 m2/g aufweist, im Anschluss an eine Trocknung in mindestens zwei Fraktionen, wobei die Erste Fraktion in einem Filter abgeschieden wird und eine STSA-Oberfläche aufweist, die größer ist als die STSA-Oberfläche des partikelförmigen Kohlenstoffmaterials und die zweite Fraktion in einem Zyklon abgeschieden wird und eine STSA-Oberfläche aufweist, die kleiner ist als die STSA-Oberfläche des partikelförmigen Kohlenstoffmaterials, wobei das Verfahren eine Schwerkrafttren nu ng des partikelförmigen Kohlenstoffmaterials umfasst.
[0027] Durch das erfindungsgemäße Verfahren werden Fraktionen erhalten, die sich im Vergleich zum partikelförmigen Kohlenstoffmaterial im Hinblick auf ihre STSA-Oberfläche unterscheiden. Wie bereits ausgeführt und auch in den Beispielen gezeigt, unterscheiden sich diese Fraktionen aber nicht wesentlich voneinander und vom partikelförmigen Kohlenstoffmaterial im Hinblick auf ihre Korngrößenverteilung. Jedoch sind die jeweiligen Fraktionen im Hinblick auf ihre STSA-Oberfläche homogener, da Fraktionen mit anderer STSA-Oberfläche abgetrennt werden. So ergeben sich durch die vorliegende Erfindung Optionen, aus partikelförmigem Kohlenstoffmaterial mit geringer STSA-Oberfläche Fraktionen mit hoher STSA-Oberfläche abzutrennen, die in anspruchsvolleren Anwendungsbereichen zum Einsatz kommen können. Aus Ausgangsmaterialien mit hoher STSA-Oberfläche können dagegen Fraktionen mit geringer STSA-Oberfläche abgetrennt werden, so dass für die verbleibende Fraktion eine weitere Steigerung der STSA-Oberfläche erreicht wird.
[0028] Diese Fraktionen und deren STSA-Oberflächen können gezielt erhalten werden, da unter Berücksichtigung der hier aufgezeigten Varianten der Verfahrensführung dem Fachmann klar ist, wie, unter Berücksichtigung der STSA-Oberfläche des partikelförmigen Kohlenstoffmaterials, durch den Grad der Trennung die Ausbeute und/oder STSA-Oberfläche einer Zielfraktion erhalten werden kann. Die erfindungsgemäß zur Verfügung gestellten Fraktionen, insbesondere die Erste Fraktion, weisen dabei bevorzugt eine STSA-Oberfläche auf, die mindestens 5% größer, in Ausführungsformen mindestens 10% größer, und teilweise mindestens 20% größer ist, besonders bevorzugt mindesten 30% größer ist als die des partikelförmigen Kohlenstoffmaterials. Gleichzeitig ist die Erste Fraktion im Hinblick auf ihre Zusammensetzung (insbesondere was die Verteilung der Primärpartikelgröße angeht) homogener als das partikelförmige Kohlenstoffmaterial. Die erfindungsgemäß zur Verfügung gestellten Fraktionen, insbesondere die Erste Fraktion, weisen dabei bevorzugt eine STSA- Oberfläche auf, die maximal 200% größer, in Ausführungsformen maximal 175% größer, und teilweise maximal 150% größer ist als die des partikelförmigen Kohlenstoffmaterials. Bevorzugt hat die Erste Fraktion eine STSA von mindestens 15 m2/g, weiter bevorzugt von mindestens 20 m2/g, besonders bevorzugt von mindestens 30m2/g oder mehr. Bevorzugt wird die Erste Fraktion in anspruchsvollen Anwendungen eingesetzt. Dies sind beispielsweise Laufflächen von Reifen, bevorzugt Luftreifen, Förderbänder bei denen niedriger Abrieb eine wesentliche Anforderung ist oder beispielweise Seitenwände von Reifen, bevorzugt Luftreifen bei denen Zugfestigkeit eine wesentliche Anforderung ist.
[0029] Vorteilhaft kann die Schwerkrafttren nu ng auch als Verfahren zur Einstellung der STSA der Ersten oder der Zweiten Fraktion genutzt werden. Hierdurch wird erreicht, dass auch bei einer über die Zeit variierenden STSA des partikelförmigen Kohlenstoffmaterials zumindest eine der über die Sch we rkrafttre n n u ng gewonnenen Fraktion eine nur in einem definierten Toleranzbereich variierende STSA aufweist. Alternativ zur STSA kann auch die BET oder die Korngrößenverteilung als indirektes Maß der STSA genutzt werden. Hierzu wird beispielsweise die STSA, die BET oder die Korngrößenverteilung der Ersten Fraktion oder der Zweiten Fraktion regelmäßig gemessen und die Verfahrensparameter der Schwerkrafttrennung so angepasst, dass die STSA, die BET oder die Korngrößenverteilung der Ersten oder der Zweiten Fraktion nur in einem definierten Toleranzbereich variieren. Im Falle einer Schwerkrafttrennung in der Gasphase kann dies durch zum Beispiel die Anpassung der Drehzahl eines Sichterrades oder durch Anpassung des Volumenstroms des Gases erfolgen. Im Falle einer Schwerkrafttrennung in der Flüssigphase kann dies durch zum Beispiel die Anpassung des Volumenstroms der Flüssigkeit oder des Druckverlustes über die Trennvorrichtung (beispielsweise den Zyklon) erfolgen.
[0030] Vorteilhaft liegt das Toleranzband bei maximal 1 10% und minimal 90% des Zielwertes für die STSA, die BET oder die Korngrößenverteilung der Ersten oder der Zweiten Fraktion. Vorteilhaft liegt das Toleranzband bei + 5 m2/g und minimal bei - 5m2/g des Zielwertes der STSA oder der BET der Ersten oder der Zweiten Fraktion.
[0031] Das erfindungsgemäße Verfahren kann so ausgestaltet werden, dass das Gewichtsverhältnis von Erster zu Zweiter Fraktion (jeweils bezogen auf eine Auftrennungsoperation) im Bereich von 1 :15 bis 15: 1 liegt, wie 1 :10 bis 10:1 . Je nach gewünschter Art der Auftrennung kann dieses Verhältnis variiert werden, so sind auch Trennungen möglich, bei denen dieses Verhältnis eher im Bereich von 1 :5 bis 5: 1 liegt, wie 1 :2 bis 2: 1.
[0032] Erfindungsgemäß ist auch partikelförmiges Kohlenstoffmaterial mit einer homogenen Verteilung der Primärpartikel, welches vorteilhaft durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellt wird. [0033] Ein solches partikelförmiges Kohlenstoffmaterial mit einer homogenen Verteilung der Primärpartikel ist bevorzugt dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der gemessenen STSA zu einer errechneten STSA zwischen 0,7 und 1 ,3, weiter bevorzugt zwischen 0,75 und 1 ,25, besondere bevorzugt zwischen 0,8 und 1 ,2 beträgt insbesondere bevorzugt zwischen 0,85 und 1 ,15, darüber hinaus bevorzugt zwischen 0,9 und 1 , 1 beträgt.
Dabei wird die errechnete STSA unter Zuhilfenahme der folgenden Formeln berechnet:
1. STSA-Oberfläche = Kugeloberfläche / (Kugelvolumen * Materialdichte)
2. Kugeloberfläche = PI * gemessener KugeldurchmesserA2
3. Kugelvolumen = 1/6 * PI * gemessener KugeldurchmesserA3
Durch Einsetzen von 2. und 3. in 1 . ergibt sich folgender Zusammenhang:
STSA-Oberfläche - 6 1 (gemessener Kugeldurchmesser * Materialdichte)
Der gemessene Kugeldurchmesser ist dabei der durchschnittliche Durchmesser der kleinsten isoliert vorliegenden Primärpartikel, welche auf einer REM Aufnahme zu erkennen sind.
[0034] Weiterhin stellt die vorliegende Erfindung auch die in den Ansprüchen definierte Verwendung zur Verfügung, ebenso wie Elastomercompounds und daraus hergestellte Produkte, wie Reifen, Luftreifen und andere Produkte, die aus derartigen Elastomercompounds (in vulkanisierter und nicht vulkanisierter Form) hergestellt werden. Allerdings können die erfindungsgemäß erhaltenen bzw. bereitgestellten Materialien auch in anderen Materialmischungen eingesetzt werden, beispielsweise in thermoplastischen Kunststoffen oder flüssigen Materialien, wie Lacken, Tintenzusammensetzungen etc. Hier können die erfindungsgemäß erhaltenen bzw. bereitgestellten Materialien ebenfalls zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften beitragen aber auch zu anderen Zwecken eingesetzt werden, wie Farbgebung, Bereitstellung chemischer Funktionalitäten (aufgrund der in bzw. auf den Partikeln vorliegenden funktionellen Gruppen), etc. Beispiele
Beispiel 1
[0035] Ein partikelförmiges Kohlenstoffmaterial mit einer STSA von 1 1 ,9 m2/g wurde in Übereinstimmung mit den Verfahrens beschreibungen aus der WO2017/085278 in einem ersten Prozessschritt gewonnen. Das so erhaltene partikelförmige Kohlenstoffmaterial wurde, in Übereinstimmung mit dem in Figur 1 gezeigten prinzipiellen Ablauf, bei drei unterschiedlichen Verfahrensführungen durch eine Schwerkrafttren nu ng in der Gasphase in eine Erste Fraktion und eine Zweite Fraktion getrennt.
[0036] Für die Schwerkrafttrennung wurde der Windsichter picoline von Hosokawa Alpine mit Sichterrad verwendet. Es wurden die Module picosplit (20 ATP Sichter) und picojet (40 AFG Fließbett-Gegenstrahlmühle) verwendet. Die Dosierung des Aufgabematerials erfolgte mittels des zur picoline dazugehörigen Mikro-Dosiergeräts (PMD). Die erhaltenen Ausbeuten und die für die Fraktionen bestimmten STSA-Oberflächen sind in Tabelle 1 angegeben.
Tabelle 1
[0037] Das partikelförmige Kohlenstoffmaterial sowie die beiden Fraktionen wurden anschließend in einer Strahlmühle auf eine Korngröße von D99 < 10 pm gemahlen. Alle drei Materialien wurden als Füllstoff in eine SBR Matrix eingemischt. Nach einer Vulkanisierung wurde im Zugversuch der Verlauf der Spannungs-Dehnungskurve aufgenommen. Die Ergebnisse der Zugfestigkeit sind in Figur 5 dargestellt. Weiterhin wurde der Abrieb gemessen. Die Ergebnisse sind in Figur 4 dargestellt. [0038] Die Versuche zeigen eindrücklich, dass durch ein einfaches Verfahren der Schwerkrafttrennung aus Materialien mit recht geringer STSA-Oberfläche (1 1 ,9 m2/g) eine wertvolle und substantielle Fraktion mit einer deutlich höheren STSA-Oberfläche gewonnen werden kann. Dabei lässt sich die jeweilige Ausbeute bzw. die erreichbare STSA-Oberfläche gezielt einstellen (siehe Tabelle 1 , Versuche 1 bis 3). Aus Materialien mit bereits hoher STSA- Oberfläche, lässt sich erfindungsgemäß eine Fraktion mit sehr geringer STSA-Oberfläche abtrennen (also Partikel mit einer STSA-Oberfläche, die für anspruchsvolle Anwendungen bei der Elastomercompoundierung, die hohe Abriebfestigkeit und hohe Zugfestigkeit erfordern, eigentlich als nicht ausreichend angesehen werden, siehe Tabelle 2). Das Eigenschaftsprofil der durch die Abtrennung der Fraktion mit geringer STSA-Oberfläche gewonnenen Fraktion mit erhöhter STSA-Oberfläche ist verbessert, da einerseits eine homogenere Fraktion im Hinblick auf die STSA-Oberfläche erhalten wird und andererseits eine Fraktion mit schlechteren Eigenschaften (im Hinblick auf die Anwendung in Elastomeren) abgetrennt wurde.
Beispiel 2
[0039] Ein partikelförmiges Kohlenstoffmaterial mit einer STSA von 46 m2/g wurde in Übereinstimmung mit den Verfahrens beschreibungen aus der WO2017/085278 in einem ersten Prozessschritt gewonnen. Das so erhaltene partikelförmige Kohlenstoffmaterial wurde, in Übereinstimmung mit dem in Figur 1 gezeigten prinzipiellen Ablauf in einem Versuch durch eine S chwe rkrafttre n n u ng in der Flüssigphase in eine Erste Fraktion und eine Zweite Fraktion getrennt (s. Tabelle 2).
[0040] Ein weiteres partikelförmiges Kohlenstoffmaterial mit einer STSA von 33 m2/g wurde in einem ersten Prozessschritt gewonnen. Das partikelförmige Kohlenstoffmaterial wurde in einem Versuch durch eine Schwerkrafttrennung in der Flüssigphase in eine Erste Fraktion und eine Zweite Fraktion getrennt. Die STSA-Oberfläche der erhaltenen Fraktionen und die jeweiligen Ausbeuten sind in Tabelle 2 dargestellt. Tabelle 2
[0041] Für die Schwerkrafttrennung wurde ein Zyklon verwendet. Der prinzipielle Aufbau der Apparatur ist in Figur 3 a gezeigt. Ein organisches Material wird im ersten Prozessschritt durch HTC in ein partikelförmiges Kohlenstoffmaterial überführt und zusammen mit Wasser dem zweiten Prozessschritt zugeführt und im Behälter (B) gepuffert. Das Gemisch aus Wasser und partikelförmigen Ko h le nstoff m ate ri a I wird mittels Pumpe (A) aus Behälter (B) kontinuierlich abgezogen und im Hydrozyklon (C) in zwei Fraktionen aufgetrennt. Der Volumenstrom der mittels der Pumpe (A) aus dem Behälter (B) abgezogen wird, wird so eingestellt, dass der Druckverlust (p) über dem Hydrozyklon (C) einen bestimmten Wert erreichte. Der Druckverlust wird zwischen dem Eintritt und dem Austritt des Hydrozyklons bestimmt. Die Konzentration an partikelförmigem Kohlenstoffmaterial im Wasser lag zwischen 5 Ma.-% und 10 Ma.-% (durchschnittlich lag sie bei 8,6 Ma.-%).
[0042] Das partikelförmige Kohlenstoffmaterial sowie die beiden Fraktionen wurden anschließend in einer Strahlmühle auf eine Korngröße von D99 < 10 pm gemahlen. Alle drei Materialien wurden als Füllstoff in eine SBR Matrix eingemischt. Nach einer Vulkanisierung wurde im Zugversuch der Verlauf der Spannungs-Dehnungskurve aufgenommen. Die Ergebnisse der Zugfestigkeit sind in Figur 6 dargestellt. Weiterhin wurde der Abrieb gemessen. Die Ergebnisse sind in Figur 7 dargestellt.
[0043] Die Herstellung der Mischung für die Elastomercompounds der Beispiele 1 und 2 sowie die Herstellung der Vulkanisate erfolgte nach folgender Rezeptur mittels folgender Prozesse:
Rezeptur:
[0044] Die Herstellung der Mischung erfolgte nach folgendem Verfahren:
Die Mischungen wurden mittels eines Haake Rheomix 3000 Messkneters (tangierende Rotorgeometrie) mit einem Füllgrad von 70 % hergestellt. Die Mischtemperatur wurde über die Drehzahlregelung konstant gehalten. Die Mischzeit betrug ca. 20 Minuten.
Die Vulkanisation erfolgte bei 160°C entsprechend der im Rheometer ermittelten optimalen t90-Zeit zuzüglich einer Minute für jeden Millimeter Plattendicke.
Beispiel 3
[0045] Ein partikelförmiges Kohlenstoffmaterial mit einer ST SA von 13,1 m2/g wurde in einem ersten Prozessschritt gewonnen. Das primäre partikelförmige Kohlenstoffmaterial wurde in einem Versuch durch eine Schwerkrafttrennung in der Gasphase in einem Zyklon in eine erste Fraktion und eine zweite Fraktion getrennt. Das partikelförmige Kohlenstoffmaterial wurde zunächst einer Strahlmühle mit Sichterrad zugeführt und zerkleinert. Es wurde die Strahlmühle 100 AFG genutzt (Düseneinsätze 1 ,9 mm). Als Sichterrad wurde D20 T36 GLATT TR5; Schlitz; RA(I)=1 ,2 genutzt. Nachdem das zerkleinerte Material das Sichterrad passiert hat, wurde es einem Zyklon zugeführt. Aus dem Zyklon wurde die Erste Fraktion mit dem Luftstrom abgeführt und über einen Filter vom Luftstrom getrennt sowie die Zweite Fraktion direkt im Zyklon abgeschieden. Auf diese Weise wurden bei einem Luftstrom von 6,3 m3/h aus 1 kg partikelförmigem Kohlenstoffmaterial eine Erste Fraktion mit 0,15 kg und eine Zweite Fraktion mit 0,85 kg erhalten. Die Ergebnisse sind nachfolgend dargestellt:
Tabelle 3
[0046] Für beide Fraktionen wurde die Korngrößenverteilung mittels Laserbeugung bestimmt. Diese ist nachfolgend dargestellt:
Tabelle 4
[0047] Dabei zeigte sich, dass durch die Auftrennung partikelförmiger Kohlenstoffmaterialien, trotz der nach der Auftrennung vorliegenden unterschiedlichen Werte für die spezifische Oberfläche, die Korngrößenverteilung sich nicht wesentlich verändert. Beide Fraktionen zeigten eine gute Übereinstimmung ihrer Korngrößenverteilung.
[0048] Die beiden so erhaltenen Fraktionen (erste Fraktion und zweite Fraktion) wurden als Füllstoff in eine EPDM Matrix eingemischt. Nach einer Vulkanisierung wurde im Zugversuch der Verlauf der Spannungs-Dehnungskurve aufgenommen. Die Ergebnisse sind in Figur 8 dargestellt.
Rezeptur
[0049] Die Herstellung der Mischungen erfolgte nach folgendem Verfahren:
Die Mischungen wurden mittels eines Mischers W & P Type GK1 ,5E (ineinandergreifende Rotorgeometrie) mit einem Füllgrad von 70 %, mit einer Mischertemperatur von 40 °C und einer Drehzahl von 40 U/min. hergestellt.
Die Vulkanisation erfolgte bei 160°C entsprechend der im Rheometer ermittelten optimalen t90-Zeit zuzüglich einer Minute für jeden Millimeter Plattendicke.
Beispiel 4
[0050] Mehrere Proben eines partikelförmigen Kohlenstoffmaterials sowie die abgetrennten Proben Q und R des Beispiels 3 nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wurden hinsichtlich ihrer STSA vermessen und mittels REM analysiert. Für jede Probe wurde auf dem REM der durchschnittliche Durchmesser der kleinsten isoliert vorliegenden Primärpartikel bestimmt. Hieraus wurde dann eine STSA errechnet. Die gemessenen STSA wurde zur errechneten STSA ins Verhältnis gesetzt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 5 dargestellt:
Tabelle 5:
[0051] Hier zeigt sich, dass für die erfindungsgemäßen Proben im Vergleich mit den Ausgangsmaterialien, eine bessere Korrelation der berechneten und gemessenen Oberflächenwerte gegeben ist. Dies zeigt wiederum die Einheitlichkeit der Materialien, die in Übereinstimmung mit dem Verfahren der vorliegenden Erfindung erhalten wurden.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Auftrennung eines partikelförmigen Kohlenstoffmaterials, wobei das Kohlenstoffmaterial erhalten wurde durch hydrothermale Carbonisierung oder Fällung eines organischen Ausgangsstoffes, in mindestens zwei Fraktionen, dadurch gekennzeichnet, dass
das partikelförmige Kohlenstoffmaterial eine STSA-Oberfläche von mindestens 5 m2/g aufweist,
die Erste Fraktion eine STSA-Oberfläche aufweist, die größer ist als die STSA-
Oberfläche des partikelförmigen Kohlenstoffmaterials und
die Zweite Fraktion eine STSA-Oberfläche aufweist, die kleiner ist als die STSA-
Oberfläche des partikelförmigen Kohlenstoffausgangsmaterials und
das Verfahren eine S chwe rkrafttre n n u ng des partikelförmigen Kohlenstoffmaterials umfasst.
2. Verfahren nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die
Schwerkrafttrennung in flüssiger Phase oder in Gasphase erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei die Schwerkrafttrennung zur Einstellung der STSA der Ersten oder der Zweiten Fraktion genutzt werden.
4. Verfahren nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die STSA- Oberfläche der Ersten Fraktion mindestens 5% größer ist als die des partikelförmigen Kohlenstoffausgangsmaterials.
5. Verfahren nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das
Gewichtsverhältnis von erster zu zweiter Fraktion im Bereich von 1 :10 bis 10: 1 liegt.
6. Verfahren nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die
Schwerkrafttrennung in einem Windsichter oder Zyklon durchgeführt wird.
7. Verfahren nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das partikelförmige Kohlenstoffausgangsmaterial einen Kohlenstoffgehalt von 55 Ma% bis weniger als 80 Ma% aufweist.
8. Partikelförmiges Kohlenstoffmaterial mit einer homogenen Verteilung der Primärpartikel dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der gemessenen STSA zu einer errechneten STSA zwischen 0,7 und 1 ,3, weiter bevorzugt zwischen 0,75 und 1 ,25, besondere bevorzugt zwischen 0,8 und 1 ,2 beträgt insbesondere bevorzugt zwischen 0,85 und 1 ,15, darüber hinaus bevorzugt zwischen 0,9 und 1 , 1 beträgt.
9. Partikelförmiges Kohlenstoffmaterial mit einer homogenen Verteilung, erhältlich durch ein Verfahren nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche.
10. Partikelförmiges Kohlenstoffmaterial mit einer homogenen Verteilung nach Anspruch 8 oder 9, wobei die STSA-Oberfläche mindestens 5% größer ist als die des partikelförmigen Kohlenstoffausgangsmaterials, und/oder wobei die erste Fraktion eine STSA-Oberfläche aufweist, die mindestens 50% größer ist als die der zweiten Fraktion.
1 1 . Partikelförmiges Kohlenstoffmaterial mit einer homogenen Verteilung nach mindestens einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei die STSA-Oberfläche bei mindestens 15 m2/g liegt.
12. Partikelförmiges Kohlenstoffmaterial mit einer homogenen Verteilung nach mindestens einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei die STSA-Oberfläche bei mindestens 20 m2/g liegt.
13. Partikelförmiges Kohlenstoffmaterial mit einer homogenen Verteilung nach mindestens einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei die STSA-Oberfläche bei mindestens 30 m2/g liegt.
14. Verwendung des partikelförmiges Kohlenstoffmaterial mit einer homogenen Verteilung nach mindestens einem der Ansprüche 8 bis 13 oder erhalten durch ein Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6 als Füllstoff in Elastomeren, Thermoplasten, Farben, Lacken, insbesondere Elastomeren und thermoplastischen Elastomeren.
15. Gummiprodukt, enthaltend das partikelförmige Kohlenstoffmaterial mit einer homogenen Verteilung nach mindestens einem der Ansprüche 8 bis 13 oder erhalten durch ein Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7.
16. Verwendung nach Anspruch 14 oder Produkt nach Anspruch 15, wobei das partikelförmige Ko h le nstoff m ate ri a I eine STSA von mindesten 15 m2/g aufweist.
17. Verwendung oder Produkt nach einem der Ansprüche 14 bis 16, wobei das Produkt eine Lauffläche oder eine Seitenwand eines Luftreifens ist.
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