ES2316825T3 - Negros de humo y sus usos. - Google Patents
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Abstract
Un artículo que comprende una composición polimérica, en el que la composición polimérica comprende al menos un polímero y un negro de humo que tiene un índice de I2 de entre aproximadamente 50 a aproximadamente 112 mg/g, un tamaño de partícula primaria no mayor de 25 nm y las siguientes propiedades: a) un contenido en cenizas menor de aproximadamente el 1%; b) un contenido de azufre total menor de aproximadamente el 2% y c) un residuo 325 mesh de aproximadamente 200 ppm o menos, en el que el artículo es una tubería.
Description
Negros de humo y sus usos.
La presente invención se refiere a una clase de
negros de humo nuevos y útiles que son adecuados para diversas
aplicaciones y especialmente adecuados para su uso en composiciones
poliméricas, cauchos naturales, cauchos sintéticos, elastómeros y/o
combinaciones o mezclas de los mismos. La presente invención también
se refiere a composiciones poliméricas nuevas y útiles (polímeros,
cauchos naturales, cauchos sintéticos, elastómeros y/o
combinaciones o mezclas de los mismos) que incluyen negros de
humo.
Generalmente, los negros de humo se producen en
un reactor de tipo horno mediante la pirolización de una carga de
alimentación de hidrocarburos con gases calientes de combustión para
producir productos de combustión que contienen negros de humo
particulados.
Los negros de humo pueden utilizarse como
pigmentos, cargas y/o agentes de refuerzo en composiciones
poliméricas.
Los negros de humo pueden utilizarse para
proporcionar conductividad eléctrica y protección frente a la
degradación ultravioleta (UV) a composiciones poliméricas. Por
ejemplo, los negros de humo se utilizan ampliamente para minimizar
la degradación de composiciones poliméricas tras la exposición a
radiación UV. Esta radiación UV aparece como un componente de la
luz solar natural.
Los negros de humo se incorporan a la
composición del polímero mediante diversas técnicas de mezclado. En
el caso de negros de humo que tienen características aceptables en
relación con la protección a los rayos UV, generalmente es deseable
utilizar aquellos negros de humo que proporcionarán la menor
viscosidad posible, mejorando así la procesabilidad de la mezcla
negro de humo-composición polimérica. Otra
característica deseable de los negros de humo usados en estas
aplicaciones podría ser maximizar, a un grado factible, el contenido
relativo de negro de humo en la mezcla negro de
humo-composición polimérica. Para minimizar la
tendencia de una composición plástica a absorber la humedad, es
deseable utilizar negros de humo que posean la menor absorción de
humedad del compuesto (AHC) posible. La AHC es indicativa de la
capacidad de absorción de humedad del negro de humo después de que
se haya mezclado en la composición del polímero de interés.
Además, los negros de humo útiles en las
composiciones poliméricos se utilizan para conformar tuberías, tales
como tuberías de presión, y necesitan de diversas propiedades como,
pero sin limitaciones, longevidad de la vida útil de la tubería,
prevención de la degradación por radiación UV, baja concentración de
sustancias extraíbles y similares. El hallazgo de negros de humo
apropiados que puedan usarse en composiciones poliméricas para
dichos usos como tuberías ha sido difícil ya que la obtención de una
combinación de propiedades adecuadas ha sido difícil.
Una característica de la presente invención es
proporcionar negros de humo que tienen propiedades adecuadas para
su uso en composiciones poliméricas, tales como aplicaciones UV
similares a tuberías, láminas, membranas, revestimiento y
similares.
Las características y ventajas adicionales de la
presente invención se establecerán, en parte, en la descripción que
sigue a continuación y serán aparentes, en parte, a partir de la
descripción, o puede aprenderse mediante la práctica de la presente
invención. Los objetivos y otras ventajas de la presente invención
se realizarán y conseguirán mediante los elementos y combinaciones
especialmente señaladas en la descripción y en las reivindicaciones
adjuntas.
Para conseguir estas y otras ventajas y según
los propósitos de la presente invención, como se realiza y describe
ampliamente en este documento, la presente invención se refiere a
negros de humo que tienen un índice de yodo de aproximadamente 50 a
aproximadamente 112 mg/g y un tamaño de partícula primaria de
aproximadamente 25 nm o menos. Los negros de humo también tienen
preferiblemente un contenido en cenizas de menos del 1%, un
contenido total de azufre menor del 2% o un nivel extraíble con
tolueno de menos del 1%, un residuo 325 mesh de aproximadamente 200
ppm o menos o una combinación de una o más de estas propiedades
adicionales.
Algunos de los negros de humo de la presente
invención pueden caracterizarse además como con un CDBP (valor de
absorción de dibutilo del negro de humo triturado) menor o igual a
102 centímetros cúbicos de DBP por 100 gramos de negro de humo
(cc/100 g). La presente invención además proporcionar negros de humo
que tienen un índice de I_{2} de 65 a 112 mg/g; un tamaño de
partícula primaria menor o igual a 20 manómetros (nm) y un CDBP
(valor de absorción de dibutilo del negro de humo triturado) menor o
igual a 102 centímetros cúbicos de DBP por 100 gramos de negro de
humo (cc/100 g). La presente invención también proporciona negros de
humo que tienen un índice de I_{2} de 50 a 85 mg/g, un tamaño de
partícula primaria menor o igual a 25 nm y un CDBP menor o igual a
96 cc/100 g. Los negros de humo son especialmente adecuados para su
uso en la producción de composiciones poliméricas. También se
describen y reivindican composiciones poliméricas que incorporan
los nuevos negros de humo.
La presente invención además se refiere a
composiciones poliméricas que contienen uno o más tipos de los
negros de humo de la presente invención y, al menos, un
polímero.
La presente invención además se refiere a
artículos formados a partir de las composiciones poliméricas de la
presente invención, como artículos utilizados en la aplicación UV,
tuberías, láminas, membranas, revestimiento y similares.
Ha de entenderse que tanto la descripción
general anterior como la descripción detallada a continuación son
sólo ilustrativas y explicativas y no pretenden proporcionar una
explicación adicional de la presente invención, como se
reivindica.
Los dibujos acompañantes, que se incorporan y
constituyen parte de esta solicitud, ilustran varios aspectos de la
presente invención y, junto con la descripción, sirven para explicar
los principios de la presente invención.
Las Figuras 1 y 2 son vistas transversales de
una porción de reactores de tipo horno de negros de humo que pueden
utilizarse para producir los negros de humo de la presente
invención.
Los negros de humo de la presente invención se
caracterizan por un índice de I_{2} de aproximadamente 50 a
aproximadamente 112 mg/g, preferiblemente de aproximadamente 73 a
aproximadamente 104 mg/g y, más preferiblemente, de aproximadamente
75 a aproximadamente 99 mg/g, y un tamaño de partícula primaria no
mayor de 25 nm, determinado según el procedimiento de la prueba
ASTM D3849-89.
Algunos de los negros de humo de la presente
invención pueden caracterizarse además por tener un CDBP (valor de
absorción de dibutilo del negro de humo triturado) menor o igual a
102 centímetros cúbicos de DBP por 100 gramos de negro de humo
(cc/100 g), determinado según el procedimiento de la prueba ASTM
D3493-86.
Los ejemplos de negros de humo incluyen un
índice de I_{2} de 65 a 95 mg/g y un tamaño de partícula primaria
menor o igual a 20 nm. Los ejemplos de negros de humo incluyen un
índice de I_{2} de 73 a 94 mg/g y/o un tamaño de partícula
primaria menor o igual a 19 nm.
Los ejemplos de negros de humo incluyen un
índice de I_{2} de 85 a 93 mg/g y/o un tamaño de partícula
primaria menor o igual a 19 nm.
La presente invención también proporciona negros
de humo que tiene un índice de I_{2} de 100 a 112 mg/g y un
tamaño de partícula primaria menor o igual a 20 nm. Los negros de
humo pueden tener un tamaño de partícula primaria menor o igual a
19 nm.
La presente invención además proporciona nuevos
negros de humo que tienen un índice de I_{2} de 65 a 112 mg/g, un
tamaño de partícula primaria menor o igual a 20 nm y un CDBP menor o
igual a 102 cc/100 g. Los negros de humo pueden tener un índice de
I_{2} de 73 a 104 mg/g; un tamaño de partícula primaria menor o
igual a 10 nm y/o un CDBP de 70 a 100 cc/100 g. Los negros de humo
pueden tener un índice de I_{2} de 75 a 99 mg/g, un tamaño de
partícula primaria menor o igual a 19 nm y/o un CDBP de 85 a 95
cc/100 g.
Además, la presente invención proporciona negros
de humo que tienen un índice de I_{2} de 50 a 70 mg/g y un tamaño
de partícula primaria menor o igual a 25 nm. Los negros de humo
incluyen un índice de I_{2} de 55 a 65 mg/g y/o un tamaño de
partícula primaria mayor de 20 nm a 25 nm.
Además, la presente invención proporciona nuevos
negros de humo que tienen un índice de I_{2} de 50 a 85 mg/g, un
tamaño de partícula primaria menor o igual a 25 nm y un CDBP menor o
igual a 96 cc/100 g. Los negros de humo pueden tener un índice de
I_{2} de 55 a 80 mg/g; un tamaño de partícula primaria mayor de 20
nm a 25 nm y/o un CDBP de 50 a 96 cc/100 g. Los negros de humo
pueden tener un índice de I_{2} de 60 a 78 mg/g, un tamaño de
partícula primaria mayor de 20 nm a 25 nm y/o un CDBP de 50 a 96
cc/100 g.
Los negros de humo de la presente invención
descritos anteriormente o a lo largo del texto, tienen
preferiblemente una o más de las siguientes propiedades: un
contenido en cenizas menor del 1%, más preferiblemente menos del
0,1% determinado mediante la prueba ASTM D-1506. Un
contenido total de azufre menos del 2% y, más preferiblemente, de
menos del 0,1% determinado mediante la prueba ASTM
D-1619. Un nivel o contenido extraíble con tolueno
menor del 1% y, más preferiblemente, menos del 0,1% como se
determina mediante la prueba ASTM D-1618 en
porcentaje del peso. Un residuo 325 mesh de 200 ppm o menor y, más
preferiblemente, menor de 20 ppm según se determinó mediante la
prueba ASTM D-1514. Preferiblemente, se presentan al
menos dos, al menos tres o todas las
propiedades.
propiedades.
Los negros de humo de la presente invención
pueden producirse mediante cualquier proceso, aunque se producen
preferiblemente de la forma descrita a continuación. Sin embargo, se
entenderá que, aunque el proceso para la producción de los negros
de humo de la presente invención se describe a continuación en
referencia a una clase de reactor de tipo horno para negros de
humo, el proceso puede ponerse en práctica en cualquier reactor
para negros de humo.
Los negros de humo de la presente invención
pueden producirse mediante cualquier proceso conocido en la técnica.
Preferiblemente, los negros de humo de la presente invención se
producen en un reactor de tipo horno para negros de humo que tiene
una primera zona (combustión), una zona de transición y una zona de
reacción en donde:
una carga de alimentación para producir negros
de humo se inyecta dentro de un flujo de gases calientes de
combustión; la mezcla resultante de gases calientes de combustión y
de la carga de alimentación pasa a la zona de reacción y la
pirolisis de la carga de alimentación para producir negros de humo
se detiene mediante inactivación de la mezcla cuando se han formado
los negros de humo de la presente invención y en donde se utiliza
un nivel de combustión primario mayor del 300%, preferiblemente al
menos del 550%, más preferiblemente del 500-1.200%.
Preferiblemente, el nivel de combustión global del proceso para la
producción de los negros de humo de la presente invención es de al
menos el 22%, preferiblemente del 22% al 31%, más preferiblemente
del 25% al 28%. También es preferible que el tiempo de permanencia
para las reacciones de formación de negros de humo en el
procedimiento para la producción de los negros de humo de la
presente invención es de 0,55 segundos a 9,9 segundos, más
preferiblemente de 1,06 segundos a 6,58 segundos. El procedimiento
para prepara los nuevos negros de humo de la presente invención se
describirán con más detalle a continuación en este documento.
En especial, los negros de humo de la presente
invención pueden producirse según el procedimiento de la presente
invención en un reactor de tipo horno para negros de humo modular,
también denominado "en etapas". En la Fig. 1 se muestra una
sección de un reactor de tipo horno modular para negros de humo
típico que puede utilizarse para producir los negros de humo de la
presente invención. Otros detalles de un reactor de tipo horno
modular para negros de humo típico puede encontrarse, por ejemplo,
en la descripción contenida en la patente de EE.UU. Nº 3.922.335,
cuya descripción se incorpora a este documento por referencia.
En referencia a la Fig. 1, los negros de humo de
la presente invención pueden producirse en un reactor de tipo horno
para negros de humo 2, con una zona de combustión 10 que tiene una
zona de diámetro convergente 11, una zona de transición 12 y una
zona de reacción 18. El final de la zona de reacción 18 próximo a la
zona de transición 12 tiene una zona 17 de diámetro restringido. El
diámetro de la zona de combustión 10, hasta el punto donde empieza
la zona de diámetro convergente 11 se indica como
D-1; el diámetro de la zona 12, como
D-2; el diámetro de la zona 17, como
D-3 y el diámetro de la zona 18, como
D-4. La longitud de la zona de combustión 10, hasta
el punto donde empieza la zona de diámetro convergente 11 se indica
como L-1; la longitud de la zona de diámetro
convergente 11, se indica como L-2; la longitud de
la zona de transición 12, se indica como L-3 y la
longitud de la zona 17 de diámetro restringido se indica como
L-4.
Para producir los negros de humo de la presente
invención, se generan gases calientes de combustión en la zona de
combustión 10, haciendo reaccionar un combustible líquido o gaseoso
con un oxidante adecuado como aire, oxígeno, mezclas de aire y
oxígeno o similares. Entre los combustibles adecuados para su uso en
la reacción con el flujo oxidante en la zona de combustión 10, para
generar los gases calientes de combustión se incluye cualquiera de
las corrientes de gas, vapor o líquido fácilmente combustibles, como
gas natural, hidrógeno, monóxido de carbono, metano, acetileno,
alcoholes o queroseno. Generalmente se prefiere, sin embargo,
utilizar combustibles que tengan un alto contenido de componentes
que contienen carbono, especialmente, hidrocarburos. La proporción
de aire con respecto a gas natural utilizado para producir los
negros de carbono de la presente invención es al menos de 30:1,
preferiblemente 45:1 a 100:1. Para facilitar la generación de gases
calientes de combustión, puede precalentarse la corriente
oxidante.
Para producir los negros de humo de la presente
invención, el nivel de combustión primaria del proceso de
producción de negros de humo es preferiblemente mayor del 300% y,
preferiblemente, de al menos el 550%. Más preferiblemente, para
producir los negros de humo de la presente invención, el nivel de
combustión primaria del proceso de producción de negros de humo es
de 500-1.200%.
Como se hace referencia en este documento, el
nivel de combustión primaria representa la cantidad de oxidante,
como aire, utilizado en la primera etapa de un proceso de múltiples
etapas relativo a la cantidad teórica de oxidante necesario para la
combustión completa de hidrocarburo de la primera etapa a dióxido de
carbono y agua. Por motivos de conveniencia, el nivel de combustión
primaria se expresa en términos de porcentajes.
En este documento, la cantidad teórica de
oxidante necesaria para la combustión completa de hidrocarburos de
la primera etapa a dióxido de carbono y agua se denomina
"proporción de aire - gas quemado" y se expresa como
proporción de volúmenes de oxidante teórico y de hidrocarburos de la
primera etapa. Las cantidades de oxidante y de hidrocarburos de la
primera etapa pueden describirse en cualquier conjunto de unidades
convenientes y constantes.
El nivel de combustión primaria puede
determinarse según la fórmula siguiente:
\frac{\text{(tasa de aire
medida)x100}}{\text{(tasa de gas medida) x (proporción de
aire-gas
quemado)}}
\newpage
en
donde:
"tasa de aire medida" = caudal volumétrico
del aire introducido en la zona de combustión del reactor medida en
condiciones convencionales de temperatura y presión; "tasa de gas
medida" = caudal volumétrico de gas introducido en la zona de
combustión del reactor medida en condiciones convencionales de
temperatura y presión, y la "tasa de aire medida", la "tasa
de gas medida" y la "proporción de aire - gas quemado" son
un conjunto de unidades mutuamente relacionadas.
Según se usa en este documento, "condiciones
convencionales de temperatura y presión" hace referencia a una
temperatura de 15ºC y una presión de 1 atmósfera (atm).
La corriente de gas caliente de combustión fluye
corriente abajo desde las zonas 10 y 11 a las zonas 12, 17 y, a
continuación, 18. En la Fig. 1 se muestra con una flecha la
dirección del flujo de los gases calientes de combustión. La carga
de alimentación que produce negros de humo 30 se introduce en el
punto 32 localizado en la zona 12. La carga de alimentación puede
introducirse a través de una sonda 15 o, preferiblemente, hacia el
interior de forma radial a través de varias aberturas colocadas en
la pared de la zona 12 en el punto 32, o una combinación de los
dos. Las cargas de alimentación de hidrocarburos que producen negros
de humos, que se volatilizan fácilmente en las condiciones de la
reacción adecuados para su uso en este documento, son hidrocarburos
insaturados, como acetileno; olefinas como etileno, propileno o
butileno; aromáticos como benceno, tolueno y xileno; determinados
hidrocarburos saturados e hidrocarburos volatilizados como
querosenos, naftalenos, terpenos, alquitranes de etileno,
materiales de circulación aromáticos y similares.
La distancia desde el punto 32, corriente abajo
hasta el inicio de la zona 17, de diámetro restringido en la zona
de reacción se indica como F-1. En cada uno de los
ejemplos descritos en este documento, la carga de alimentación que
produce negros de humo 30 se inyecta hacia el interior de forma
radial a través de varias aberturas colocadas en la pared de la
zona 12 en el punto 31, penetrando los chorros resultantes dentro de
las regiones interiores de la corriente de gas caliente de
combustión, de modo que la carga de alimentación se descomponga
rápidamente y se convierta en los nuevos negros de humo de la
presente invención.
Para producir los negros de humo de la presente
invención, el nivel de combustión global del proceso de producción
de negros de humo preferiblemente es de al menos el 22%, más
preferiblemente del 22 a 35% e, incluso más preferiblemente, del 25
al 28%.
Como se hace referencia en este documento, y
conocido por los expertos en la técnica, el nivel de combustión
global representa la cantidad total de oxidantes como aire usados en
el proceso de formación de humos relativo a la cantidad de oxidante
requerido para la combustión completa de la cantidad total de
hidrocarburos usados en el proceso de formación de dióxido de
carbono y agua. El nivel de combustión global normalmente se expresa
como porcentaje.
Por motivos de conveniencia, la cantidad de
oxidante necesaria para la combustión completa de la carga de
alimentación que produce negros de humo a dióxido de carbono y agua
se denomina la "proporción de aire - aceite quemado" y se
expresa como proporción de volúmenes de oxidante teórico y carga de
alimentación que produce negros de humo. Las cantidades de oxidante
y de carga de alimentación para la producción de negros de humo
pueden describirse en cualquier conjunto de unidades conveniente y
coherente.
El nivel de combustión global puede determinarse
según la fórmula siguiente:
en
donde:
"tasa de aire medida" = caudal volumétrico
de aire introducido dentro de la zona de combustión del reactor
medido en condiciones convencionales de temperatura y presión;
"tasa de gas medida" = caudal volumétrico del gas introducido
en la zona de combustión del reactor medido en condiciones
convencionales de temperatura y presión.
"tasa de aceite medida" = caudal
volumétrico de aceite introducido en el reactor medido en
condiciones convencionales de temperatura y presión.
y la "tasa de aire medida", la "tasa de
gas medida", la "tasa de aceite medida", la "proporción de
aire - gas quemado" y la "proporción de aire - aceite
quemado" se expresan en un conjunto de unidades mutuamente
relacionadas.
La mezcla de carga de alimentación para producir
negros de humo y los gases calientes de combustión fluyen corriente
abajo a través de las zonas 12 y 17 hacia la zona 18. El inactivador
40, localizado en el punto 42, que inyecta el líquido inactivador
50, que en los ejemplos descritos en este documento era agua, se
utiliza para detener la pirolisis de la carga de alimentación para
producir negros de humo cuando se forman los nuevos negros de humo
de la presente invención. El punto 42 puede determinarse de
cualquier otra forma conocida en la técnica para seleccionar la
posición de un inactivador para detener la pirolisis.
Un procedimiento para determinar la posición del
inactivador utilizado para detener la pirolisis es determinar el
punto en el cual se logra un nivel extraíble con tolueno aceptable
para los nuevos negros de humo de la presente invención. El nivel
extraíble con tolueno puede determinarse usando el procedimiento de
prueba ASTM D1618-83 "sustancia extraíbles de
negros de humo: decoloración por tolueno".
En una realización preferida del proceso para la
producción de los negros de humo de la presente invención, la
localización del inactivador se determina de manera que se asegure
que el tiempo de permanencia nominal resultante para la reacción de
formación de negros de humo en el reactor es de 0,55 segundos a 9,9
segundos y, preferiblemente, de 1,06 a 6,58 segundos. En este
documento, el tiempo de permanencia nominal en el reactor se define
como el tiempo nominal necesario para que el oxidante viaje a través
del reactor para ir desde el punto de inyección de la carga de
alimentación para la producción de negros de humo al punto de
inactivación, si el oxidante no se alteraba por ninguno de los
procesos que tenían lugar en alguna de las etapas del reactor en
etapas y donde el caudal volumétrico del oxidante se define en
condiciones convencionales de temperatura y presión.
Después de que la mezcla de los gases calientes
de combustión y de la carga de alimentación para la producción de
negros de humo se inactive, los gases enfriados pasan corriente
abajo hacia cualquier sistema de enfriamiento y separación
convencional donde se recuperan los negros de humo. La separación
del negro de humo de la corriente de gas se consigue fácilmente
mediante sistemas convencionales como un precipitador, un separador
centrífugo o un filtro de bolsa. Esta separación puede ir seguida
de granulación usando, por ejemplo, un granulador en húmedo.
En el reactor que se muestra en la Fig. 2, la
zona de reacción comprende además las zonas 18A, 18B y 18C. La zona
18A se localiza adyacente a la zona 17B. La zona 18B se localiza
adyacente a la zona 18A y está formando un ángulo OMEGA, como se
muestra en la Fig. 2. La zona 18C se localiza adyacente a la zona
18B. El diámetro de la zona 18A se indica como
D-4A; el diámetro de la zona 18B, como
D-4B y el diámetro de la zona 18C, como
D-4C. La longitud de la zona 18A se indica como
L-5A; la longitud de cada una de las secciones de la
zona 18B en dirección paralela a la horizontal son
L-5B o L-5C, como se muestra en la
Fig. 2.
Los productos procesados y negros de humo
descritos en las patentes de EE.UU. Nº 5.877.250 y 5.877.251 pueden
usarse en este documento, forman parte de la presente invención y se
incorporan a este documento en su totalidad por referencia.
Preferiblemente, los negros de humo de la
presente invención tienen el contenido en cenizas, el contenido de
azufre total y el nivel de sustancias extraíbles con tolueno
descritos anteriormente. Estas propiedades pueden conseguirse
mediante el control adecuado del tipo de carga de alimentación
utilizada y la cantidad de agua utilizada en el proceso así como la
temperatura del reactor, el tiempo de permanencia y la duración o
temperatura de inactivación en el deshidratador durante la formación
del negro de humo.
Las composiciones poliméricas de la presente
invención comprenden un polímero y, al menos, un tipo de negro de
humo de la presente invención. Las composiciones poliméricas de la
presente invención incluyen un polímero, cauchos naturales, cauchos
sintéticos, elastómeros y combinaciones o mezclas de los mismos. La
cantidad de negro de humo utilizado en las composiciones
poliméricas de la presente invención incluye cualquier cantidad
eficaz para lograr los resultados deseados para el uso final
pretendido de la composición polimérica, siendo estas cantidades
convencionales y bien conocidos por los expertos en la materia.
Generalmente, pueden usarse cantidades del producto de negro de
humo que oscilen de 0,5 a 300 partes en peso por cada 100 partes en
peso de polímero. Sin embargo, se prefiere utilizar cantidades
variables de 0,5 a 100 partes en peso de negro de humo por cada 100
partes en peso de polímero y se prefiere especialmente la
utilización de 0,5 a 80 partes en peso de negro de carbono por cada
100 partes en peso de polímero.
Entre los polímeros adecuados para su uso con la
presente invención se incluyen caucho natural, caucho sintético y
sus derivados, como caucho clorado; copolímeros de aproximadamente
el 10 a aproximadamente el 70 por ciento en peso de estireno y de
aproximadamente el 90 a aproximadamente el 30 por ciento en peso de
butadieno, como copolímero de 19 partes de estireno y 81 partes de
butadieno, un copolímero de 30 partes de estireno y 70 partes de
butadieno, un copolímero de 43 partes de estireno y 57 partes de
butadieno y un copolímero de 50 partes de estireno y 50 partes de
butadieno; polímeros y copolímeros de dienos conjugados como
polibutadieno, poliisopreno, policloropreno y similares, y
copolímeros con un monómero que contengan un grupo etilénico
copolimerizable con este como estireno, metil estireno,
cloroestireno, acrilonitrilo,
2-vinil-piridina,
5-metil-2-vinilpiridina,
5-etil-2-vinilpiridina,
2-metil-5-vinilpiridina,
acrilatos alquil sustituidos, vinil cetona, metil isopropenil
cetona, metil vinil éter, ácidos alfametilen carboxílicos y los
ésteres y amidas de los mismos, como ácido acrílico y amida del
ácido dialquilacrílico; también son adecuados para su uso en este
documento copolímeros de etileno y otras alfa olefinas ricas como
propileno, buteno-1 y penteno-1; se
prefieren especialmente los copolímeros de
etileno-propileno, en los que el contenido de
etileno oscila del 20 al 90 por ciento en peso y también el
polímero de etileno-propileno que contiene
adicionalmente un tercer monómero, como diciclopentadieno,
1,4-hexadieno y metileno de norborneno.
Adicionalmente, las composiciones poliméricas
preferidas son poliolefinas como polipropileno y polietileno. Los
polímeros adecuados también incluyen:
a) homopolímeros de propileno, homopolímeros de
etileno y copolímeros de etileno y polímeros injertados donde los
comonómeros se seleccionan a partir de buteno, hexeno, propeno,
octeno, acetato de vinilo, ácido acrílico, ácido metacrílico,
ésteres de alquilo C_{1-8} del ácido acrílico,
ésteres de alquilo C_{1-8} del ácido
metracrílico, anhídrido de maléico, semiéster de anhídrido maleico y
monóxido de carbono;
b) elastómeros seleccionados a partir de caucho
natural, polibutadieno, poliisopreno, caucho de estireno butadieno
(EBR) aleatorio o en bloque, policloropreno, acrilonitrilo
butadieno, co y terpolímeros de etileno propileno, monómero de
etileno propileno dieno (EPDM);
c) homopolímeros y copolímeros de estireno,
incluyendo polímero de
estireno-butadieno-estireno lineal y
radial,
acrilonitrilo-butadieno-estireno
(ABS) y estireno-acrilonitrilo (SAN).
d) termoplásticos, incluyendo polietileno
tereftalato (PET), polibutileno tereftalato (PBT), policarbonatos,
poliamidas, cloruros de polivinilo (PVC), acetales y e)
termoestables, incluyendo poliuretano, epóxidos y poliésteres.
Adicionalmente, las composiciones poliméricas
preferidas son poliolefinas, tales como polipropileno y polietileno,
poliestireno, policarbonato, nailon o copolímeros de los mismos.
Entre los ejemplos se incluyen, pero sin limitaciones, LLDPE, HDPE,
MDPE y similares.
Las composiciones poliméricas de la presente
invención pueden forma cualquier parte de un artículo. Las
composiciones poliméricas de la presente invención que contienen
los negros de humo de la presente invención tienen aplicaciones
especialmente útiles con respecto a aplicaciones UV, como tuberías,
láminas, membranas, revestimiento, componentes de los mismos, y
disposiciones de los mismos y similares. Las tuberías y similares
pueden ser de cualquier tamaño o espesor adecuado. Por tanto, los
artículos que pueden formarse al menos en parte a partir de las
composiciones poliméricas de la presente invención incluyen, pero
sin limitaciones, tuberías, revestimiento de cables, membranas,
molduras y similares. Los ejemplos especialmente preferidos de
artículos que pueden formarse, al menos en parte, a partir de las
composiciones poliméricas de la presente invención, son tuberías a
presión, para sus usos con agua potable, gas y otros líquidos y
gases, y similares. Los diseños, componentes y usos descritos, por
ejemplo, en las patentes de EE.UU. Nº 6.024.135 y 6.273.142 pueden
usarse en este documento y se incorporan en su totalidad en este
documento por referencia.
Una ventaja de los negros de humo de la presente
invención es que los negros de humo imparten preferiblemente baja
viscosidad a las composiciones poliméricas a las que se
incorporan.
Otra ventaja de los negros de humo de la
presente invención es que los negros de humo imparten baja AHC
(absorción de humedad del compuesto) a las composiciones
poliméricas a las que se incorporan.
Otra ventaja adicional de los negros de humo de
la presente invención es que los negros de humo pueden incorporarse
como emplomados de alto contenido en negros de humo dentro de
composiciones poliméricas.
Aunque puede utilizarse cualquier cantidad
eficaz de negros de humo para conseguir el uso final pretendido en
las composiciones poliméricas de la presente invención, generalmente
pueden usarse cantidades del negro de humo de aproximadamente 0,5 a
aproximadamente 300 partes en peso por cada 100 partes en peso de
polímero. Sin embargo, se prefiere utilizar cantidades variables de
aproximadamente 0,5 a aproximadamente 100 partes en peso de negro
de humo por cada 100 partes en peso de polímero y se prefiere
especialmente la utilización de aproximadamente 0,5 a
aproximadamente 80 partes en peso de negro de carbono por cada 100
partes en peso de polímero.
Las composiciones poliméricas pueden incluir
otros aditivos convencionales como agentes de curado, aditivos de
procesamiento, aceites de hidrocarburos, aceleradores, coagentes,
antioxidantes y similares.
Las composiciones poliméricas de la presente
invención pueden producirse mediante cualquier forma conocida en la
técnica para la combinación de polímeros y componentes
particulados.
En la determinación y evaluación de las
propiedades analíticas de los negros de humo de la presente
invención y la de las composiciones poliméricas que incorporan los
negros de humo de la presente invención se usaron los
procedimientos de ensayo siguientes:
El CTAB (área de absorción del bromuro de cetil
trimetil amonio) de los negros de humo se determinó según el
procedimiento de prueba ASTM D3750-85.
El índice de I_{2} se determinó según el
procedimiento de prueba ASTM D1510. El valor de Tint ("Tint")
de los negros de humo se determinó según el procedimiento
establecido en ASTM D3250.
El DBP (valor de absorción de dibutil ftalato)
del granulado de negro de humo se determinó según el procedimiento
de prueba ASTM D2414.
El CDBP (valor de absorción de dibutil ftalato
triturado) de los sedimentos de negro de humo se determinó según el
procedimiento establecido en ASTM D3493-86.
El nivel de extracto con tolueno de los negros
de humo se determinó utilizando un espectrofotómetro Milton Roy
Sprectronic 20, fabricado por Milton Roy, Rochester, N.Y. según el
procedimiento de prueba ASTM D1618.
El tamaño de partícula de los negros de humo se
determinó según el procedimiento establecido en ASTM
D3849-89.
D3849-89.
Otras realizaciones de la presente invención
serán aparentes para los expertos en la materia a partir de la
consideración de la presente memoria descriptiva o la práctica de la
presente invención descrita en este documento. Se pretende que la
presente memoria descriptiva y los ejemplos se consideren sólo como
tal con un verdadero alcance y estando el espíritu de la invención
indicado por las reivindicaciones siguientes y equivalentes de las
mismas.
Claims (33)
1. Un artículo que comprende una composición
polimérica, en el que la composición polimérica comprende al menos
un polímero y un negro de humo que tiene un índice de I_{2} de
entre aproximadamente 50 a aproximadamente 112 mg/g, un tamaño de
partícula primaria no mayor de 25 nm y las siguientes
propiedades:
a) un contenido en cenizas menor de
aproximadamente el 1%;
b) un contenido de azufre total menor de
aproximadamente el 2% y
c) un residuo 325 mesh de aproximadamente 200
ppm o menos,
en el que el artículo es una
tubería.
2. El artículo de la reivindicación 1 en el que
el índice de I_{2} es de 73-104 mg/g.
3. El artículo de la reivindicación 2 en el que
el índice de I_{2} es de 75-99 mg/g.
4. El artículo de la reivindicación 1 en el que
la composición polimérica comprende de 0,5 a 300 partes en peso de
negro de humo por cada 100 partes en peso del polímero.
5. El artículo de la reivindicación 1 en el que
la composición polimérica comprende de 0,5 a 100 partes en peso de
negro de humo por cada 100 partes en peso del polímero.
6. El artículo de la reivindicación 1 en el que
la composición polimérica comprende de 0,5 a 80 partes en peso de
negro de humo por cada 80 partes en peso del polímero.
7. El artículo de la reivindicación 1 en el que
el polímero es polietileno o copolímeros del mismo.
8. El artículo de la reivindicación 1 en el que
el índice de I_{2} es aproximadamente de 104 mg/g y el tamaño de
partícula primaria es de aproximadamente 16 nm.
9. El artículo de la reivindicación 1 en el que
el índice de I_{2} es de aproximadamente 89 mg/g y el tamaño de
partícula primaria es de aproximadamente 18 nm.
10. El artículo de la reivindicación 1 en el que
el índice de I_{2} es de aproximadamente 91 mg/g y el tamaño de
partícula primaria es de aproximadamente 18 nm.
11. El artículo de la reivindicación 1 en el que
el índice de I_{2} es de aproximadamente 99 mg/g y el tamaño de
partícula primaria es de aproximadamente 17 nm.
12. El artículo de la reivindicación 1 en el que
el índice de I_{2} es de aproximadamente 86 mg/g y el tamaño de
partícula primaria es de aproximadamente 19 nm.
13. El artículo de la reivindicación 1 en el que
el índice de I_{2} es de aproximadamente 96 mg/g y el tamaño de
partícula primaria es de aproximadamente 17 nm.
14. El artículo de la reivindicación 1 en el que
el índice de I_{2} es de aproximadamente 85 mg/g y el tamaño de
partícula primaria es de aproximadamente 17 nm.
15. El artículo de la reivindicación 1 en el que
el índice de I_{2} es de aproximadamente 73 mg/g y el tamaño de
partícula primaria es de aproximadamente 18 nm.
16. El artículo de la reivindicación 1 en el que
el índice de I_{2} es de aproximadamente 86 mg/g y el tamaño de
partícula primaria es de aproximadamente 19,5 nm.
17. El artículo de la reivindicación 1 en el que
el índice de I_{2} es de aproximadamente 90 mg/g y el tamaño de
partícula primaria es de aproximadamente 19 nm.
18. El artículo de la reivindicación 1 en el que
el índice de I_{2} es de aproximadamente 89 mg/g y el tamaño de
partícula primaria es de aproximadamente 17 nm.
19. El artículo de la reivindicación 1 en el que
dicho contenido de azufre total es menor de aproximadamente el
0,1%.
20. El artículo de la reivindicación 4 en el que
dicho polímero es una poliolefina.
21. El artículo de la reivindicación 4 en el que
dicho polímero comprende LLDPE, HDPE, MDPE o combinaciones de los
mismos.
22. El artículo de la reivindicación 4 en el que
dicho polímero comprende un poliestireno, policarbonato, nailon o
combinaciones de los mismos o copolímeros de los mismos.
23. El artículo de la reivindicación 1 en el que
dicho artículo es una tubería de presión.
24. El artículo de la reivindicación 23 en el
que dicho artículo es una tubería de presión UV.
25. El artículo de la reivindicación 1 en el que
dicho artículo es una tubería para agua potable o gas.
26. El artículo de la reivindicación 1, que
además comprende un CDBP menor o igual a 102 cc/100 g.
27. El artículo de la reivindicación 26 en el
que el CDBP es de 70 a 100 cc/100 g.
28. El artículo de la reivindicación 26 en el
que el CDBP es de 80 a 95 cc/100 g.
29. El artículo de la reivindicación 1, que
tiene un índice de I_{2} de 50 a 85 mg/g; un tamaño de partícula
primaria menor o igual a 25 nm y un CDBP menor o igual a 96 cc/100
g.
30. El artículo de la reivindicación 29 en el
que el índice de I_{2} es de 55 a 80 mg/g.
31. El artículo de la reivindicación 1 en el que
el tamaño de partícula primaria es mayor de 20 nm a 25 nm.
32. El artículo de la reivindicación 31 en el
que el CDBP es de 50 a 96 cc/100 g.
33. El artículo de la reivindicación 32 en el
que el índice de I_{2} es de 60 a 78 mg/g.
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