ES2758502T3 - Negros de carbono que tienen bajas cantidades de PAH y procedimientos de fabricación de los mismos - Google Patents

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Abstract

Un negro de carbono que tiene un bajo contenido en PAH, en el que el contenido en PAH se determina basándose en un contenido en PAH22, y dicho negro de carbono es un negro de carbono de horno y que tiene las siguientes propiedades: (a) STSA: 110-250 m2/g l2No (mg/g)/STSA (m2/g): 1,20 a 0,70 PAH: 400 ppm o inferior; o (b) STSA: 80-110 m2/g I2No (mg/g)/STSA (m2/g): 1,15 a 0,70 PAH: 30 ppm o inferior: o (c) STSA: 65-75 m2/g I2No (mg/g)/STSA (m2/g): 1,10-0,88 PAH: 500 ppm o inferior DBP: 115-125 ml/100 g; o (d) STSA: 65-80 m2/g I2No (mg/g)/STSA (m2/g): 0,70 a 0,88 PAH: 500 ppm o inferior: o (e) STSA: 1 a 35 m2/g I2No (mg/g)/STSA (m2/g): 1,40 a 0,70 PAH: 50 ppm o inferior; o (f) STSA: 70 a 90 m2/g I2No (mg/g)/STSA (m2/g):1,00 a 1,20 PAH: 50 ppm o inferior DBP: 60-80 ml/100g; o (g) STSA: 87-95 m2/g I2No (mg/g)/STSA (m2/g): 0,91 a 1,08 PAH: 100 ppm o inferior DBP: 109-119 ml/100g.

Description

DESCRIPCIÓN
Negros de carbono que tienen bajas cantidades de PAH y procedimientos de fabricación de los mismos ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
Esta solicitud reivindica el beneficio bajo 35 U.S.C. §119(e) de la solicitud de patente provisional estadounidense anterior n.° 60/864,750, presentada el 7 de noviembre de 2006.
La presente invención se refiere a negros de carbono, a composiciones que contienen los negros de carbono, tal como composiciones elastoméricas o de caucho, a procedimientos de fabricación de los negros de carbono, así como a procedimientos de uso de los negros de carbono.
El negro de carbono fabricado industrialmente se produce mediante pirolisis de hidrocarburos a altas temperaturas en condiciones de proceso controladas. En estas condiciones, se forman niveles traza de hidrocarburos poliaromáticos, también conocidos como PAH, en la superficie de negro de carbono. El documento US 4138471 da a conocer, por ejemplo, un procedimiento para reducir el nivel de PNA hasta una cantidad inferior a 2 ppb en negros de carbono.
Algunos PAH tienen el potencial para causar efectos adversos en la salud. Aunque los PAH que están adheridos al negro de carbono no están disponibles fácilmente para la exposición humana, se están adoptando medidas tanto por los reguladores de UE como los consumidores para reducir la concentración de PAH en negro de carbono (véase Borm PJ, et. al., Formation of PAH-DNA adducts after in vivo and vitro exposure of rats and lung cells to different commercial carbon blacks, Toxicology and Applied Pharmacology, 1 de junio de 2005; 205(2): 157-167.). Los ejemplos recientes incluyen:
-- Promulgación de la directiva de la UE 2007/19/EC que harmoniza las reglas para los artículos y materiales plásticos destinados a entrar en contacto con alimento. La directiva establece un contenido en benzo(a)pireno de 0,25 mg/kg en negro de carbono. Antes de esta directiva, no existía límite de PAH para negro de carbono.
-- Promulgación de la directiva de la UE 2005/69/EC que regula el contenido de PAH en aceites diluyentes usados para la producción de neumáticos. Esta directiva no regula directamente el contenido de PAH en negro de carbono; sin embargo, la UE ha elegido restringir el contenido de PAH en aceites diluyentes y combinaciones usadas para producir neumáticos, con el fin de reducir las emisiones anuales totales de pAh , tal como se requiere en el protocolo de 1998 con respecto a la Convención de 1979 sobre Contaminación atmosférica transfronteriza a gran distancia en Contaminantes Orgánicos Persistentes.
Los ejemplos enumerados anteriormente demuestran la tendencia creciente hacia negros de carbono con contenido en PAH más bajo.
Aunque existe un deseo creciente de tener PAH inferiores para negros de carbono, cualquier reducción en PAH no puede comprometer las propiedades de rendimiento deseadas de negro de carbono en caucho y otras aplicaciones. Por tanto, es deseable reducir la concentración de PAH en negro de carbono sin sacrificar las propiedades que pueden conseguirse mediante los negros de carbono actuales.
SUMARIO DE LA PRESENTE INVENCIÓN
El problema de la presente invención es proporcionar negros de carbono que tienen cantidades de PAH bajas que conserven las propiedades físicas aceptables en caucho y otras aplicaciones.
El problema anterior se soluciona mediante los negros de carbono de acuerdo con la reivindicación 1 adjunta.
La invención proporciona además procedimientos para producir los negros de carbono inventivos tal como se reivindica en las reivindicaciones 7 y 8 adjuntas.
También se proporciona una composición elastomérica o matriz de caucho de acuerdo con la reivindicación 3 adjunta y un neumático o una parte del mismo de acuerdo con la reivindicación 6 adjunta.
Las realizaciones preferentes de la presente invención están expuestas en las reivindicaciones dependientes.
La presente invención se refiere a un negro de carbono que tiene una cantidad de PAH baja, es decir una concentración total baja para un grupo definido de 22 compuestos de PAH (véase la figura 1). Para los fines de la presente invención, el PAH22 es una medida de los PAH identificados en la figura 1 excepto benzo(j)fluorantreno. También, el PAH8 para los fines de la presente invención es una medida de benzo(a)antraceno, benzo(a)pireno, benzo(e)pireno, benzo(b)fluorantreno, benzo(j)fluorantreno, benzo(k)fluorantreno, criseno, y dibenzo(a,h)antraceno. BaP es una referencia para benzo(a)pireno. Por ejemplo, el negro de carbono puede tener una concentración total baja para los 22 PAH del orden de 500 ppm o inferior, tal como 300 ppm o inferior, 100 ppm o inferior, o 75 ppm o inferior, o 30 ppm o inferior.
Ha de entenderse que tanto la descripción general anterior como la siguiente descripción detallada son únicamente a modo de ejemplo y a modo explicativo y están destinados para proporcionar una explicación adicional de la presente invención, tal como se reivindica.
Los dibujos adjuntos, ilustran algunas de las realizaciones de la presente invención y junto con la descripción, sirven para explicar los principios de la presente invención.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
La figura 1 es una tabla de 22 compuestos de PAH (excepto benzo(j)fluorantreno) que se consideran los “PAH 22” para los fines de la presente invención.
La figura 2 es una gráfica que muestra PAH 22 frente a la temperatura de tratamiento.
La figura 3 es una gráfica de barras que muestra PAH total para tres muestras, una de las cuales tiene una concentración total baja de PAH.
La figura 4 es una gráfica de barras que muestra las propiedades de caucho relativas para las tres muestras.
La figura 5 es un diagrama que muestra un ejemplo de un sistema de ciclón recuperador.
La figura 6a-c son gráficos que muestran la reducción de naftaleno, coroneno, y contenido en PAH 22 total que se reducen en un negro de carbono VULCAN 7H por una variedad de temperatura.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA PRESENTE INVENCIÓN
La presente invención se refiere a negros de carbono que tienen una cantidad de PAH baja, es decir un contenido en PAH 22 bajo. La presente invención se refiere también a composiciones de caucho o composiciones elastoméricas que contienen al menos un negro de carbono de la presente invención, junto con al menos un elastómero. La presente invención se refiere además a procedimientos de preparación de los negros de carbono de la presente invención.
Para los fines de la presente invención, el contenido en PAH se mide/se somete a ensayo mediante el procedimiento descrito en 21 CFR parte 17B, FDA Federal Register, v62, #90. viernes 9 de mayo de 1997. Opcionalmente, el negro de carbono tiene la capacidad de impartir al menos una propiedad mecánica beneficiosa en una matriz de caucho, o una composición elastomérica. La al menos una propiedad mecánica beneficiosa puede ser una o más de lo siguiente:
-- resistencia a la abrasión (21 % de deslizamiento) - sometida a ensayo por la patente estadounidense 4.995.197.
-- alargamiento (%) - ASTM D 3191-02 Standard Test Methods for Carbon Black in SBR - Recipe and Evaluation Procedures.
-- resistencia a la tracción (Mpa); ASTM D 3191-02 Standard Test Methods for Carbon Black in SBR - Recipe and Evaluation Procedures.
-- módulo al 100 % (Mpa); ASTM D 3191-02 Standard Test Methods for Carbon Black in SBR - Recipe and Evaluation Procedures.
-- módulo al 300 % (Mpa); ASTM D 3191-02 Standard Test Methods for Carbon Black in SBR - Recipe and Evaluation Procedures.
-- relación de módulo al 300 %/módulo al 100 % (M300%/M100%); ASTM D 3191-02 Standard Test Methods for Carbon Black in SBR - Recipe and Evaluation Procedures.
-- caucho unido (%); S. Wolff, M-J Wang, E-H Tan, Rubber Chem Techn, v 66, 163 (1993).
-- tan delta máx @ 0° C sometida a ensayo con ARES/Rheometrics Dynamic Spectrometer II (RDS II, Rheometrics, Inc., N.J) accionado en un modo de deformación por torsión (cizallamiento). Las mediciones se realizaron a 0 °C para barridos de deformación con amplitud de deformación doble (DSA) que oscila de desde el 0,2 hasta el 120 %, con una frecuencia constante de 10 Hz.
En una o más realizaciones de la presente invención, el negro de carbono de la presente invención tiene al menos una de estas propiedades mecánicas beneficiosas, al menos dos, al menos tres, al menos cuatro, al menos cinco, al menos seis, al menos siete y/o todas las ocho de estas propiedades mecánicas beneficiosas. Estas propiedades mecánicas se miden mediante estándares ASTM conocidos o publicados, que se proporcionan al lado de cada propiedad mecánica anteriormente.
En al menos una realización de la presente invención, la presente invención se refiere a un negro de carbono que tiene una cantidad de PAH baja, es decir un bajo contenido en PAH 22, en el que el negro de carbono tiene la capacidad de impartir al menos una propiedad mecánica beneficiosa, tal como se describe anteriormente, en el que al menos una de estas propiedades mecánicas está dentro del 10 % (por ejemplo dentro del 5 %, dentro del 3 %, dentro del 1 %) del valor para la misma propiedad mecánica para el mismo tipo de negro de carbono, que tiene un contenido en PAH alto, tal como un contenido en PAH 22 alto. Un contenido en PAH 22 alto puede ser, por ejemplo, 600 ppm o superior, tal como de 600 ppm a 1.000 ppm de PAH 22. El negro de carbono de la presente invención, que tiene una cantidad de PAH baja y la capacidad de impartir al menos una propiedad mecánica beneficiosa en una matriz de polímero dentro del 10 % de la misma propiedad mecánica para el mismo tipo de negro de carbono que tiene un contenido en PAH alto, puede ser con respecto a al menos una propiedad mecánica beneficiosa, al menos dos, al menos tres, al menos cuatro, al menos cinco, al menos seis, al menos siete y/o todas las ocho de estas propiedades mecánicas beneficiosas. En otras palabras, la presente invención tiene la capacidad de proporcionar un negro de carbono que tiene una cantidad de PAH baja, es decir un bajo contenido en PAH 22, y aún imparte propiedades mecánicas al menos comparables o propiedades de caucho a una matriz de polímero, tal como una composición elastomérica, entendiéndose comparable como que significa dentro del 10 % (por ejemplo dentro del 5 % o dentro del 1 %) de la propiedad mecánica particular.
Para los fines de la presente invención, una cantidad de PAH baja incluye o se define por un contenido en PAH 22 bajo. Tal como se ha indicado anteriormente, un PAH 22 es una medida de los PAH tal como se expone en la figura 1 de la presente solicitud. Para los fines de la presente invención, una cantidad de PAH baja puede definirse mediante un contenido en PAH 22 bajo. Ejemplos de cantidades adecuadas incluyen 500 ppm o inferior, 400 ppm o inferior, 300 ppm o inferior, 200 ppm o inferior, 150 ppm o inferior, 125 ppm o inferior, 100 ppm o inferior, 75 ppm o inferior, 50 ppm o inferior, 25 ppm o inferior, con respecto a la cantidad de PAH 22 presente en el negro de carbono. Los intervalos adecuados incluyen desde aproximadamente 1 ppm hasta aproximadamente 500 ppm, de 5 ppm a 500 ppm, de 15 ppm a 500 ppm, de 5 ppm a 50 ppm, de 5 ppm a 100 ppm, de 1 ppm a 100 ppm, o de 1 ppm a 30 ppm, con respecto a la cantidad total de PAH 22 presente en el negro de carbono. Para cualquiera de los intervalos o cantidades proporcionadas anteriormente, el límite inferior puede ser 0,1 ppm, 1 ppm, 2 ppm, 5 ppm, 10 ppm, o 15 ppm. En al menos una realización, estos intervalos de ppm pueden aplicarse a todos o cualquier número de PAH (por ejemplo, todos los PAH o uno o más de los PAH). Para los fines de la presente invención, el PAH22 es una medida de los PAH identificados en la figura 1 excepto benzo(j)fluorantreno. También, el PAH8 para los fines de la presente invención es una medida de benzo(a)antraceno, benzo(a)pireno, benzo(e)pireno, benzo(b)fluorantreno, benzo(j)fluorantreno, benzo(k)fluorantreno, criseno y dibenzo(a,h)antraceno. BaP es una referencia para benzo(a)pireno.
En una o más realizaciones, uno o más del negro de carbono de la presente invención puede tener un contenido en PAH de desde aproximadamente 0,15 hasta aproximadamente 2 microgramos/m2, tal como desde 0,2 hasta 1,5 microgramos/m2, o desde 0,3 hasta 1,25 microgramos/m2, o desde 0,4 hasta 1,0 microgramos/m2.
En una o más realizaciones, y opcionalmente como realización separada, la presente invención se refiere a un negro de carbono que tiene un contenido en PAH de desde aproximadamente 0,15 hasta aproximadamente 2 microgramos/m2, en el que dicho contenido en PAH se determina basándose en un contenido en PAH22, y opcionalmente el negro de carbono puede tener una cualquiera o más de las características y/o propiedades descritas en el presente documento y opcionalmente puede ser parte de una formulación de polímero o caucho (u otra formulación) tal como se describe en el presente documento. Otros intervalos incluyen desde 0,2 hasta 1,5 microgramos/m2, o desde 0,3 hasta 1,25 microgramos/m2, o desde 0,4 hasta 1,0 microgramos/m2.
El negro de carbono de la presente invención es un negro de carbono de horno que tiene las siguientes propiedades:
a) STSA: 110-250 m2/g
I2No (mg/g)/STSA (m2/g): 1,2 a 0,70
PAH: 400 ppm o inferior
b) STSA: 80-110 m2/g
I2No (mg/g)/STSA (m2/g): 1,15 a 0,70
PAH: 30 ppm o inferior
c) STSA: 65-75 m2/g
I2No (mg/g)/STSA (m2/g): 1,10 a 0,88
PAH: 500 ppm o inferior;
DBP: 115-125 ml/100g
d) STSA: 65-80 m2/g
I2No (mg/g)/STSA (m2/g): 0,70 a 0,88
PAH: 500 ppm o inferior
e) STSA: 1 a 35 m2/g
I2No (mg/g)/STSA (m2/g): 1,40 a 0,70
PAH: 50 ppm o inferior; o
f) STSA: 70 a 90 m2/g
I2No (mg/g)/STSA (m2/g): 1,00 a 1,20
PAH: 50 ppm o inferior
DBP: 60-80 ml/100g; o
g) STSA: 87-95 m2/g
I2No (mg/g)/STSA (m2/g): 0,91 a 1,08
PAH: 100 ppm o inferior
DBP: 109-119 ml/100g.
Los grupos anteriores proporcionan una combinación de propiedades particular y un contenido en PAH, que son especialmente útiles en una variedad de aplicaciones que incluyen, pero no se limitan a, formulaciones de caucho o de elastómero (u otras formulaciones).
Con respecto a cada uno de los grupos a) hacia g) anteriormente, lo siguiente son ejemplos de intervalos y subintervalos particulares que pueden usarse.
a) STSA (m2/g): 110-200; 110-180; 110-175; 110-130; 115-250; 115-200; 115-180; 115-175; 120-250; 120-200; 120-175; 125-250; y/o
I2No (mg/g)/STSA (m2/g); 1,15-0,7; 1,2-0,7; 1,1-0,7; 1,0-0,7; 0,9-0,7; 1,0-0,8; 1,2-0,8; 1,2-0,9; 1,15-0,8; y/o PAH (ppm): 350 o inferior; 300 o inferior; 250 o inferior; 200 o inferior; 50 o inferior; 1-150; 100 o inferior; 20 o inferior; 1-200; 5-200; 10-200; 10-100; 5-150; 5-100; 5-50; 1-50; 1-20; 1-10.
b) STSA (m2/g): 80-105; 80-100; 80-90; 82-110; 83-110; 83-105; 85-105; 90-110; 90-107; 83-100; y/o
I2No (mg/g)/STSA (m2/g): 1,10 o inferior; 1,15-0,7; 1,15-0,8; 1,10-0,75; 1,0-0,75; 1,15-0,85; y/o
PAH (ppm): 1-20; 10 o inferior; 1-10; 5-30; 1-30; 3-30; 1-15; 1-25.
c) STSA (m2/g): 66-68; 67-75; 70-75; 68-72; 69-70; 70-74; y/o
l2No (mg/g)/STSA (m2/g): 1,1-0,89; 1,1-0,90; 1,1-0,90; 1,0-0,96; 1,0-0,95; 1,05-0,90; y/o
PAH (ppm): 1-450; 400 o inferior; 350 o inferior; 300 o inferior, 250 o inferior; 200 o inferior; 175 o inferior; 150 o inferior; 125 o inferior; 100 o inferior; 75 o inferior; 55 o inferior, 45 o inferior; 1-5; 1-9; 1-8; 1-7; 1-6; 8 o inferior; 0,5-9.
Un ejemplo de un negro de carbono de c) puede ser negro de carbono N-351.
d) STSA (m2/g): 68-80; 70-80; 72-80; 70-77; 68-75; 72-80; 69-74; y/o
l2No (mg/g)/STSA (m2/g): 0,88-0,72; 0,85-0,72; 0,83-0,70; 0,85-0,7; 0,85-0,75; y/o
PAH (ppm): 400 o inferior; 200 o inferior; 150 o inferior; 1-100; 50 o inferior; 20 o inferior; 1-500; 1-400; 1-300; 1­ 200; 0,5-100; 0,5-50; 1-30; 1-25; 1-20; 1-10; 0,5-10; 0,5-5.
e) STSA (m2/g): 1-30; 3-25; 5-20; 7-20; 7-30; 2-20; 2-15; y/o
l2No (mg/g)/STSA (m2/g): 1,3 o inferior; 1,2 o inferior; 1,15 o inferior; 1,10 o inferior; 1,0 o inferior; 0,9 o inferior; 1,4-0,7; 1,3-0,7; 1,25-0,7; 1,2-0,7; 1,15-0,7; 0,9-0,7; 0,95-0,7; 0,75-0,7; y/o
PAH (ppm): 1 -20; 20 o inferior; 1-50; 1 -40; 1 -30; 1-20; 1-10; 0,5-5; 3-50; 3-25.
f) STSA (m2/g): 70-87; 70-85; 73-90; 73-85; 73-80; 72-77; y/o
l2No (mg/g)/STSA (m2/g): 1,0-1,15; 1-1,1; 1,05-1,2; 1,05-1,15; y/o
PAH (ppm): 20 o inferior; 10 o inferior; 1-20; 1 -50; 1-40; 1 -30; 1-20; 1-10; 0,5-5; 3-50; 3-25; y/o
DBP (ml/100g): 65-80; 70-80; 72-80; 65-78; 68-77; 69-76.
Un ejemplo de un negro de carbono de f) puede ser negro de carbono N-326.
g) STSA (m2/g): 90-95; 89-94; 90-94; y/o
l2No (mg/g)/STSA (m2/g): 0,92-1,07; 0,94-1,05; 0,96-1,03; 0,97-1,00; y/o
PAH (ppm): 80 o inferior; 60 o inferior; 50 o inferior; 40 o inferior; 30 o inferior; 20 o inferior; 10 o inferior; 1-20; 1­ 50; 1-40; 1 -30; 1-20; 1 -10; 0,5-5; 3-50; 3-25; y/o
DBP (ml/100g): 110-115; 112-114; 111-118; 113-117.
Un ejemplo de un negro de carbono de g) puede ser negro de carbono N-375.
Opcionalmente, además del contenido en PAH22 o de manera separada, el PAH8 para negro de carbono a) puede ser 15 ppm o inferior (por ejemplo, 12 ppm o inferior, de 0,5 ppm a 10 ppm, de 1 ppm a 5 ppm, 5 ppm o inferior). Además o como alternativa, el BaP puede ser 4 ppm o inferior (de 0,1 ppm a 4 ppm, de 0,5 ppm a 3 ppm). Los negros de carbono de la presente invención pueden tener un PAH8 igualmente inferior y en general pueden tener un PAH8 que es al menos un 50 % menor (por ejemplo del 50 % al 80 % inferior) que los valores de PAH 22 descritos en el presente documento. Además, el BaP para los negros de carbono puede ser normalmente al menos un 75 % inferior (por ejemplo del 75 % al 95 % inferior) que los valores de PAH22 descritos en el presente documento.
En al menos una realización de la presente invención, el negro de carbono puede tener una o más de las siguientes propiedades mecánicas o propiedades de caucho determinadas cuando el negro de carbono está presente en una formulación de caucho de acuerdo con ASTM D 3191-02 Standard Test Methods for Carbon Black in SBR - Recipe and Evaluation Procedures:
-- resistencia a la abrasión (21 % de deslizamiento) de desde 80 hasta 170;
-- alargamiento (%) de desde 300 hasta 600;
-- resistencia a la tracción (Mpa) de desde 20 hasta 35;
-- módulo al 100 % (Mpa) de desde 2,4 hasta 4,5;
-- módulo al 300 % (Mpa) de desde 12 hasta 23;
-- relación de módulo al 300 %/módulo al 100 % (M300%/M100%) de desde 3,5 hasta 6;
-- caucho unido (%) de desde 15 hasta 30; y/o
-- tan delta máx @ 0° C de desde 0,25 hasta 0,4.
Estas propiedades pueden lograrse para uno o más compuestos de caucho y pueden lograrse cuando el caucho es caucho natural y/o SBR.
En una o más realizaciones, la presente invención se refiere a una composición elastomérica o matriz de caucho que contiene al menos un negro de carbono de la presente invención y al menos un elastómero. El negro de carbono puede usarse en las mismas proporciones con respecto al elastómero que se usan comúnmente para negros de carbono que tiene morfología similar pero niveles más altos de PAH. Un experto en la técnica reconocerá que la proporción apropiada dependerá de la morfología del negro de carbono, la composición de matriz y el uso deseado del polímero cargado. Dependiendo del área superficial y de la estructura, pueden emplearse diversos negros de carbono en una carga de desde aproximadamente 10 phr hasta aproximadamente 100 phr, por ejemplo, desde aproximadamente 10 phr hasta aproximadamente 60 phr.
Además, no existe carácter crítico en cuanto a los elastómeros usados en la presente invención para formar la composición elastomérica. Uno o más elastómeros pueden estar presentes, y los elastómeros que pueden usarse son convencionales en la formación de composiciones elastoméricas, tal como composiciones de caucho. El elastómero puede usarse en cantidades convencionales.
Cualquier elastómero adecuado puede combinarse con los negros de carbono para proporcionar los compuestos elastoméricos de la presente invención. Tales elastómeros incluyen, pero no se limitan a, homo- o co-polímeros de 1,3-butadieno, estireno, isopreno, isobutileno, 2,3-dimetil-1,3-butadieno, acrilonitrilo, etileno y propileno. El elastómero puede tener una temperatura de transición vítrea (Tg) tal como se mide mediante calorimetría de barrido diferencial (DSC) que oscila desde aproximadamente -120 °C hasta aproximadamente 0 °C. Los ejemplos incluyen, pero no se limitan a, caucho de estireno-butadieno (SBR), caucho natural, polibutadieno, poliisopreno, y sus derivados diluidos en aceite. Pueden usarse también combinaciones de cualquiera de los anteriores.
Entre los cauchos adecuados para su uso con la presente invención se encuentran caucho natural y sus derivados tal como caucho clorado. Los negros de carbono de la invención pueden usarse también con cauchos sintéticos tal como: copolímeros de desde aproximadamente el 10 hasta aproximadamente el 70 por ciento en peso de estireno y desde aproximadamente el 90 hasta aproximadamente el 30 por ciento en peso de butadieno tal 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 tal como polibutadieno, poliisopreno, y policloropreno y copolímeros de tales dienos conjugados con un monómero que contiene grupo etilénico que puede copolimerizarse con el mismo tal como estireno, metil estireno, cloroestireno, acrilonitrilo, 2-vinil-piridina, 5-metil 2-vinilpiridina, 5-etil-2-vinilpiridina, 2-metil-5-vinilpiridina, acrilatos sustituidos con alquilo, vinil cetona, metil isopropenil cetona, metil vinil éter, ácidos alfa-metilen carboxílicos y los ésteres y amidas de los mismos tal como ácido acrílico y amida de ácido dialquilacrílico; también adecuado para su uso en el presente documento son copolímeros de etileno y otras alfa-olefinas superiores tal como propileno, buteno-1 y penteno-1.
Los compuestos elastoméricos de la presente invención pueden combinarse adicionalmente con uno o más agentes de acoplamiento para potenciar adicionalmente las propiedades del compuesto elastomérico. Los agentes de acoplamiento, tal como se usan en el presente documento, incluyen, pero no se limitan a, compuestos que pueden acoplar cargas tal como negro de carbono o sílice en un elastómero. Los agentes de acoplamiento útiles incluyen, pero no se limitan a, agentes de acoplamiento de silano tal como bis(3-trietoxisililpropil)tetrasulfano (Si-69), 3-tiocianatopropil-trietoxi silano (Si-264, de Degussa AG, Alemania), g-mercaptopropil-trimetoxi silano (A189, de Union Carbide Corp., Danbury, Connecticut); agentes de acoplamiento de zirconato, tal como dineoalcanolatodi(3-mercapto)propionato-O de zirconio (NZ 66A, de Kenrich Petrochemicals, Inc., de Bayonne, New Jersey); agentes de acoplamiento de titanato; agentes de acoplamiento de nitro tal como N,N'-bis(2-metil-2-nitropropil)-1,6-diaminohexano (Sumifine 1162, de Sumitomo Chemical Co., Japón); y mezclas de cualquier de lo anterior. Los agentes de acoplamiento pueden proporcionarse como mezcla con un vehículo adecuado, por ejemplo X50-S que es una mezcla de Si-69 y negro de carbono N330, disponible de Degussa AG.
Las composiciones elastoméricas dadas a conocer en la presente invención incluyen, pero no se limitan a, composiciones vulcanizadas (VR), vulcanizados termoplásticos (TPV), elastómeros termoplásticos (TPE) y poliolefinas termoplásticas (TPO). Los materiales de TPV, TPE y TPO se clasifican adicionalmente por su capacidad de extruirse y moldearse varias veces sin pérdida de características de rendimiento.
Las composiciones elastoméricas de la presente invención pueden contener, por lo tanto, un elastómero, agentes de curado, carga de refuerzo, un agente de acoplamiento y, opcionalmente, diversas sustancias auxiliares de procesamiento, diluyentes de aceite y antidegradantes. Además de los ejemplos mencionados anteriormente, el elastómero puede ser, pero no se limita a, polímeros (por ejemplo, homopolímeros, copolímeros, y terpolímeros) preparados a partir de por ejemplo 1,3-butadieno, estireno, isopreno, isobutileno, 2,3-dimetil-1,3 butadieno, acrilonitrilo, etileno y propileno. Se prefiere que estos elastómeros tengan un punto de transición vítrea (Tg), tal como se mide mediante DSC, entre -120 °C y 02C. Ejemplos de tales elastómeros incluyen poli(butadieno), poli(estirenoco-butadieno) y poli(isopreno).
Las composiciones elastoméricas pueden incluir uno o más agentes de curado tal como, por ejemplo, azufre, donadores de azufre, activadores, aceleradores, peróxidos y otros sistemas usados para efectuar la vulcanización de la composición de elastómero. Las siguientes patentes proporcionan ejemplos de diversos componentes, tal como agentes de curado, elastómeros y usos que pueden usarse en la presente invención: las patentes estadounidenses n.° 6.573.324; 6.559.209; 6.518.350; 6.506.849; 6.489.389; 6.476.154; 6.878.768; 6.837.288; 6.815.473; 6.780.915; 6.767.945; 7.084.228; 7.019.063; y 6.984.689.
Las composiciones (por ejemplo, composiciones elastoméricas u otras composiciones o formulaciones) de la presente invención pueden contener, como una opción, negros de carbono que tienen un contenido en PAH alto o pueden contener cualquier negro de carbono convencional (o cualquier otra carga o agente de refuerzo), junto con los negros de carbono de la presente invención. Preferentemente, las cantidades de los negros de carbono con PAH más alto o negros de carbono convencionales es de cero a cantidades menores, tal como el 30 % en peso o inferior del negro de carbono total presente (por ejemplo, del 0 % en peso al 30 % en peso, o del 0,01 % en peso al 10 % en peso, o del 0,01 % en peso al 1 % en peso).
Las técnicas convencionales que se conocen bien por los expertos en la técnica pueden usarse para preparar las composiciones elastoméricas y para incorporar el negro de carbono. El mezclado del caucho o compuesto elastomérico puede realizarse mediante procedimientos conocidos por los expertos en la técnica de mezclado de caucho. Por ejemplo, los componentes se mezclan normalmente en al menos dos etapas, concretamente al menos una etapa no productiva seguida de una etapa de mezclado productiva. Los agentes vulcanizantes finales se mezclan normalmente en la etapa final que se denomina de manera convencional la etapa de mezclado “productiva” en la que el mezclado se produce normalmente a una temperatura, o temperatura final, inferior que la(s) temperatura(s) de mezclado de la(s) etapa(s) de mezclado no productiva(s) precedente(s). Los términos etapas de mezclado “no productivas” y “productivas” se conocen bien por los expertos en la técnica de mezclado de caucho. Los procedimientos de mezcla básica en húmedo para producir composiciones elastoméricas cargadas, tal como aquéllos dados a conocer en las patentes estadounidenses n.° 5.763.388, 6.048.923, 6.841.606, 6.646.028, 6.929.783, 7.101.922, y 7.105.595 pueden emplearse también para producir composiciones elastoméricas que contienen negros de carbono de acuerdo con diversas realizaciones de la invención.
Con respecto a las composiciones elastoméricas o matrices de caucho de la presente invención, la composición elastomérica contiene al menos un negro de carbono de la presente invención y al menos un elastómero. La composición elastomérica puede tener una o más de las propiedades mecánicas identificadas anteriormente en cualquiera de las realizaciones identificadas anteriormente. Los diversos artículos de fabricación, incluyendo neumáticos y productos industriales, pueden contener al menos un componente compuesto por una composición elastomérica de esta invención. Por ejemplo, la composición elastomérica de esta invención puede usarse en la formación de un material compuesto con material de refuerzo tal como en la fabricación de neumáticos, correas o tubos flexibles. Preferentemente, la composición de la presente invención se encuentra en forma de un neumático y más especialmente como componente de un neumático, incluyendo, por ejemplo uno o más de la banda de rodadura del neumático, revestimiento del hilo, revestimiento del talón, pared lateral, cima, tira de fijación del talón y revestimiento de lona.
Los negros de carbono de la presente invención pueden prepararse por una variedad de modos. Por ejemplo, puede comenzarse con un negro de carbono que esté disponible comercialmente. Ejemplos de materiales de partida incluyen, pero no se limitan a, negro de carbono de calidad para caucho disponible comercialmente o negros de carbono de calidad para neumáticos, que incluyen negros de carbono N234. El negro de carbono puede ser una serie N100, serie n200, serie N300, serie N400, serie N500, serie N600 y/o serie N700 de negro de carbono. Por ejemplo, negros de carbono que pueden usarse incluyen, pero no se limitan a, negros de carbono ASTM N110 a N990 (por ejemplo, N110, N121, N220, N231, N234, N299, N326, N330, N339, N347, N351, N358, N375, N539, N550, N650, N660, N683, N762, N765, N774, y/o N990). El negro de carbono puede ser un negro de carbono ASTM N220 a N375. Los ejemplos disponibles comercialmente de materiales de partida incluyen, pero no se limitan a, negro de carbono Vulcan® 7H y negro de carbono Vulcan® J de Cabot Corporation. Los negros de carbono comercialmente disponibles pueden tratarse entonces para retirar al menos una parte del PAH con el negro de carbono, que está generalmente en la superficie del negro de carbono. Generalmente, la cantidad de PAH retirada y más preferentemente el PAH 22 retirado, es una cantidad suficiente para lograr los bajos valores de PAH identificados anteriormente.
Los negros de carbono de la presente invención pueden prepararse con respecto al parámetro STSA y el Í2No/STSA a partir de técnicas comercialmente disponibles que se usan para formar, por ejemplo, negros de carbono de calidad Vulcan®, negros de carbono de calidad Sterling®, negros de carbono Regal®, negros de carbono Black Pearl®, negros de carbono de calidad ASTM, negros de carbono de calidad para caucho y negros de carbono Spheron®. Los ejemplos específicos incluyen, pero no se limitan a, negro de carbono ASTM 121, negro de carbono Vulcan® 10, negro de carbono Vulcan® 10h , negro de carbono Vulcan® M, negro de carbono Vulcan® J, negro de carbono Regal® 300, negro de carbono Vulcan® 3, negro de carbono Vulcan® 3H, negro de carbono Vulcan® K, negro de carbono Sterling® SO, negro de carbono Sterling® NS1, negro de carbono Regal® 85 y negro de carbono Spheron® 5000. Aunque pueden usarse las técnicas usadas para preparar comercialmente diversos negros de carbonos que tienen la relación de STSA y/o bNo/STSA, las técnicas explicadas en el presente documento con respecto a conseguir, al mismo tiempo, el bajo intervalo de PAH deseable van a usarse en combinación con el fin de producir una combinación de parámetros adecuados, que son útiles en una variedad de aplicaciones, incluyendo formulaciones de caucho y elastómero y otras formulaciones y aplicaciones.
Un ejemplo de un proceso para eliminar el PAH puede incluir someter o tratar el negro de carbono que tiene el PAH más alto a/con calor suficiente, en una atmósfera inerte (por ejemplo, nitrógeno) o de vacío, de manera que el PAH o una parte del mismo se elimina. El negro de carbono se somete a una temperatura suficiente de desde 300 °C a 750 °C para eliminar una parte sustancial del PAH del negro de carbono para conseguir los valores de PAH bajos deseables proporcionados anteriormente. El calentamiento puede producirse durante cualquier tiempo suficiente para conseguir la eliminación del PAH, tal como desde aproximadamente 10 minutos hasta aproximadamente 10 horas o más. El calentamiento puede producirse en cualquier tipo de horno u otro dispositivo que pueda someter las partículas a calor y preferentemente en una atmósfera inerte o de vacío. La temperatura en lo que se refiere al tratamiento con calor es con respecto a la temperatura que el negro de carbono alcanza y esta temperatura puede ser desde 300 °C hasta 500 °C, tal como de 350 °C a 500 °C, o de 400 °C a 500 °C. Pueden usarse temperaturas por encima de 500 °C, tal como de 500 °C a 750 °C.
En otro proceso, el PAH puede eliminarse o reducirse del negro de carbono sometiendo el negro de carbono a un proceso de extracción con disolvente, tal como una extracción Soxhlet usando un disolvente orgánico, tal como tolueno. Otros ejemplos de disolventes adecuados que pueden usarse incluyen, pero no se limitan a, acetona, hexano, ciclohexano, metileno cloruro, xileno, dimetil sulfóxido, tetrahidrofurano, o cualquier mezcla de éstos. Generalmente, puede usarse cualquier cantidad del disolvente. Por ejemplo, por 100 gramos de negro de carbono, pueden usarse 250 ml a 1 litro (o más) de disolvente y pueden usarse cantidades por debajo o por encima de estos intervalos. La extracción puede ser durante una hora o más, tal como durante 24 horas o más, especialmente con respecto a una extracción Soxhlet. Un negro de carbono puede someterse a múltiples tratamientos (por ejemplo, calor y extracción con disolvente, tratamientos con calor múltiples y/o extracciones con disolvente múltiples con el mismo o diferentes disolventes).
Con respecto a la formación de negro de carbono con bajas cantidades de PAH, este proceso puede realizarse justo después de que se forme el negro de carbono o puede usarse con negro de carbono preparado previamente. Por tanto, el proceso de la presente invención puede incorporarse en un proceso continuo para preparar negro de carbono. Además, en la presente solicitud, pueden formarse negros de carbono que tienen una cantidad de PAH baja durante la fabricación de negro de carbono, por ejemplo, en la que el gas de cola caliente procedente de un proceso de fabricación de negro de carbono se elimina de modo que los PAH no se condensan en el negro de carbono durante el proceso de fabricación. El negro de carbono que puede formarse mediante este proceso puede ser cualquier negro de carbono previamente descrito anteriormente u otras calidades. El negro de carbono puede separarse de la fase de gas a una temperatura de desde aproximadamente 260 °C hasta aproximadamente 950 °C, tal como de aproximadamente 750 °C o aproximadamente 800 °C, de manera que el PAH en forma de gas puede eliminarse fácilmente y esta temperatura es lo bastante baja que no afecta a la superficie del negro de carbono. Otros intervalos de temperatura incluyen desde 300 °C hasta 900 °C, desde 400 °C hasta 900 °C, desde 500 °C hasta 900 °C, desde 600 °C hasta 900 °C, desde 650 °C hasta 900 °C, desde 700 °C hasta 850 °C, y similares o aproximaciones de los mismos. Cualquier negro de carbono, tal como cualquier negro de carbono de calidad ASTM, puede prepararse de esta manera y conseguir una cantidad de PAH baja.
Por ejemplo, se cree que el tratamiento con calor, tal como en atmósfera inerte, permite que los compuestos de PAH se volatilicen y posteriormente se separen de la superficie de negro de carbono dejando inalterada la otra química de superficie. La figura 2 muestra la reducción en PAH 22 para V7H como función de la temperatura de tratamiento con calor en atmósfera de nitrógeno. La gráfica muestra que a medida que aumenta la temperatura de tratamiento, se reducen los niveles de PAH totales y a una temperatura de aproximadamente 500 °C se eliminó casi el 75 % en peso de los PAH. En el reactor, las moléculas de PAH, sintetizadas mediante el proceso pirolítico, salen en la fase gaseosa y a medida que el negro se enfría hasta temperaturas por debajo de 200 °C, la mayoría de los PAH condensan en la superficie de negro de carbono. Debido a la histéresis entre las curvas de desorción y adsorción, es posible eliminar iguales cantidades de PAH a temperatura mucho más baja en la curva de adsorción que en la curva de desorción. Por tanto, puede separarse negro de carbono del gas de cola a altas temperaturas, mientras que los PAH se encuentran todavía en la fase gaseosa y el proceso producirá negros de carbono con baja cantidad de PAH.
Por tanto, en una o más realizaciones, la presente invención se refiere a la producción de un negro de carbono de la presente invención, en el que el procedimiento comprende someter o tratar un negro de carbono que tiene un PAH por encima de 500 ppm a/con calor suficiente, en una atmósfera inerte o de vacío, de manera que el PAH o una parte del mismo se elimina para formar dicho negro de carbono. El calor es de 300 °C a 750 °C, siendo el calor la temperatura que alcanzará el negro de carbono.
En una o más realizaciones, el negro de carbono de la presente invención puede formarse durante la fabricación de negro de carbono, que implica la presencia de gas de cola caliente que contiene un negro de carbono y PAH. El procedimiento comprende eliminar el gas de cola caliente que contiene el PAH de cualquier manera del negro de carbono. El gas de cola caliente puede estar a una temperatura de desde 260 °C hasta aproximadamente 950 °C, tal como desde 400 °C hasta aproximadamente 900 °C, o desde aproximadamente 500 °C hasta aproximadamente 950 °C, mientras que el gas de cola caliente se está eliminando del negro de carbono. La fabricación del negro de carbono en este proceso puede producirse en un reactor de negro de carbono de horno convencional usando un proceso convencional, tal como se describe en las patentes estadounidenses n.° 6.926.877; 6.485.693; 6.273.142; 6.024.135; 6.348.181; 6.156.837; 6.086.841; y 5.190.739, con las diferencias o cambios indicados en el presente documento. En una o más realizaciones, se usa un ciclón o un ciclón de filtración para separar el gas de cola caliente del negro de carbono, de modo que el negro de carbono puede recuperarse sin contenidos en PAH altos. Como alternativa, o en combinación, puede usarse un filtro de alta temperatura tal como se ha descrito anteriormente. En el proceso, el proceso puede incluir disminuir o reducir la temperatura de negro de carbono, una vez que se eliminan del gas de cola, hasta una temperatura por debajo de 400 °C o por debajo de 200 °C antes de introducir el negro de carbono recuperado en un filtro de bolsa u otro recipiente de almacenamiento. Cualquier manera para reducir la temperatura de negro de carbono hasta por debajo de 200 °C o hasta por debajo de 400 °C puede usarse, tal como un gas inerte frío, u otros mecanismos de refrigeración, tal como una camisa de refrigeración. Por ejemplo, puede usarse un lecho fluidizado de vapor. La separación del gas de cola caliente del negro de carbono puede producirse en cualquier punto una vez que ya no se necesite el gas de cola caliente para los fines de formación del negro de carbono en las especificaciones deseadas. El gas de cola caliente puede eliminarse generalmente antes de la extinción y después de la formación de negro de carbono en el gas de cola. Con la presente invención, y a diferencia de los procesos de fabricación de negro de carbono convencionales anteriores, el gas de cola caliente no se enfría para reducir la temperatura del gas de cola, sino que en su lugar se elimina el gas de cola caliente del negro de carbono. Haciendo esto, el gas de cola caliente puede reciclarse entonces para cualquier uso. Por ejemplo, el gas de cola caliente puede reciclarse al mismo o a un reactor de horno de negro de carbono diferente, por ejemplo, usando el sistema descrito en el documento WO 2000/032701, en el que la etapa de deshidratación puede omitirse. También, o como alternativa, el gas de cola caliente puede reciclarse usándose como fuente de calor para cualquier necesidad de energía. Como alternativa, o adicionalmente, el gas de cola caliente reciclado puede dirigirse a uno o más secadores, tal como secadores de negro de carbono y puede servir como fuente de calor o fuente de calor parcial para el secador. Por ejemplo, los secadores de negro de carbono se usan para secar negro de carbono y, por tanto, requieren una fuente de calor sustancial para generar una temperatura lo bastante alta para eliminar la humedad del negro de carbono. El gas de cola caliente reciclado puede dirigirse al secador y puede servir como al menos una fuente de calor parcial para el secador. Se observa que siendo al menos una parte de la fuente de calor para el secador, las temperaturas pueden alcanzarse de manera suficiente de manera que el PAH en el gas de cola se destruya parcial o totalmente. En otras palabras, el PAH en el gas de cola se descompondrán en moléculas de no PAH o de otra manera no se considerarán durante más tiempo un PAH. Por tanto, no sólo este reciclaje proporciona un uso para el gas de cola caliente, además conduce a una descomposición beneficiosa del PAH de manera que no tenga durante más tiempo un riesgo como PAH.
Además, los procedimientos de la presente invención pueden eliminar de manera selectiva ciertos tipos de PAH del negro de carbono. Por ejemplo, los PAH de bajo peso molecular del orden de menos de 200 (por ejemplo, de 1 a 199) pueden eliminarse de manera sustancial mediante los procesos de la presente invención. Los pAh de PM bajo pueden tener los niveles de ppm a los que se ha hecho referencia anteriormente para el PAH 22. También, el tipo de procesos puede eliminar de manera selectiva los PAH o un gran porcentaje de los mismos. Por ejemplo, el calentamiento puede eliminar los siguientes PAH en un gran porcentaje: coroneno, fluoranteno, acenaftilno, ciclopenta(cd)pireno, antantreno, o indenopireno. La extracción con disolvente puede eliminar los siguientes PAH en un mayor porcentaje: pireno, naftaleno, benzo(e)pireno, benzo(ghi)fluoranteno, o 1,12 benzoperileno.
El negro de carbono de esta invención puede usarse en las mismas aplicaciones que los negros de carbono convencionales. Más de un tipo de negro de carbono de la presente invención puede usarse en cualquier formulación, composición, o aplicación.
Puede usarse negro de carbono de acuerdo con la invención en una variedad de aplicaciones de uso final. Estos usos incluyen, por ejemplo, composiciones de plástico, tintas, tóners, placas de impresión, revestimientos, composiciones de caucho, composiciones de papel, moldeos, composiciones de moldeo, películas, films, tuberías y composiciones textiles.
El negro de carbono de esta invención puede usarse como pigmentos o colorantes en cualquier matriz, tal como en un material de plástico. El negro de carbono de la invención puede usarse también para impartir conductividad a un material de plástico.
El negro de carbono puede usarse con una variedad de plásticos, incluyendo pero sin limitarse a plásticos preparados a partir de resinas termoplásticas, resinas termoestables, o materiales modificados, por ejemplo, materiales compuestos. Las clases típicas de resinas termoplásticas incluyen: (1) resinas de acrilonitrilo-butadienoestireno (ABS); (2) de acetales; (3) acrílicas; (4) celulósicas; (5) de poliéteres clorados; (6) de fluorocarbonos, tal como politetrafluoroetileno (TFE), policlorotrifluoroetileno (CTFE), y etileno propileno fluorado (FEP); (7) de nailons (poliamidas); (8) de policarbonatos; (9) de polietilenos (incluyendo copolímeros); (10) de polipropilenos (incluyendo copolímeros); (11) poliestirenos; (12) vinílicas (poli(cloruro de vinilo)); (13) de poliésteres termoplásticos, tal como poli(tereftalato de etileno) o poli(tereftalato de butileno); (14) de aleaciones de polifenilen éter; y combinaciones y aleaciones de lo anterior con modificadores de caucho. Las resinas termoestables típicas incluyen: (1) alquídicas; (2) alílicas; (3) de amino (melamina y urea); (4) de epoxis; (5) fenólicas; (6) de poliésteres; (7) de siliconas; y (8) de uretanos.
Generalmente, el producto de negro de carbono se añade como cualquier otro pigmento al plástico usado para formar una premezcla de plástico. Esto puede realizarse, por ejemplo, en una mezcla seca o una etapa de fusión. El negro de carbono de la invención puede usarse en combinación con otros aditivos convencionales en composiciones de plástico. De acuerdo con la invención, el término composición de plástico incluye, pero no se limita a, cualquier material, artículo, productos, superficie, material textil y lámina de plástico. Por ejemplo, los materiales de plástico incluyen piezas de automóviles, revestimiento para casa, revestimientos para piscinas, materiales para tejados, materiales de empaquetado, y cualquier variedad de otros artículos domésticos o industriales.
El negro de carbono de esta invención es útil también en formulaciones de tinta. Otros aditivos de tinta pueden incorporarse en la formulación de tinta.
En general, una tinta consiste en cuatro componentes básicos: (1) un colorante o pigmento, (2) un vehículo o barniz que funciona como un vehículo durante la impresión, (3) aditivos para mejorar la capacidad de impresión, el secado y similares y (4) disolventes para ajustar la viscosidad, el secado y la compatibilidad de los otros componentes de tinta. Para una discusión general sobre las propiedades, preparación y usos de tintas acuosas véase The Printing Manual, 5a edición, Leach et al, Eds. (Chapman and Hall, 1993). También se divulgan diversas composiciones de tinta acuosas, por ejemplo, en las patentes estadounidenses n.° 2.833.736, 3.607.813, 4.104.833, 4.308.061, 4.770.706, y 5.026.755. Otro ejemplo, las tintas flexográficas representan un grupo de composiciones de tinta. Las tintas flexográficas generalmente incluyen un colorante, un aglutinante y un disolvente.
El negro de carbono de la invención, o bien como dispersión previa o como sólido, puede incorporarse en una formulación de tinta usando técnicas convencionales.
El negro de carbono de la invención puede usarse en tintas nuevas. Por ejemplo, una composición de tinta nueva acuosa puede comprender agua, el negro de carbono de la invención, una resina y aditivos convencionales tal como aditivos antiespumantes o un tensioactivo.
El negro de carbono de la invención puede usarse también en composiciones de revestimiento tal como pinturas o acabados. Otros aditivos de revestimiento acuosos conocidos pueden incorporarse en las composiciones de revestimiento. Véase, por ejemplo, MCGRAW-HILL ENCYCLOPEDIA OF SCIENCE & TECHNOLOGY, 5a ed. (McGraw-Hill, 1982). Véase también las patentes estadounidenses n.° 5.051.464; 5.319.044; 5.204.404; 5.051.464; 4.692.481; 5.356.973; 5.314.945; 5.266.406; y 5.266.361.
El negro de carbono de la invención puede usarse también en composiciones de papel. Por consiguiente, la invención se refiere a un producto de papel mejorado que comprende pasta de papel y un negro de carbono.
Los productos de papel de la invención pueden incorporar otros aditivos de papel conocidos tal como agentes encolantes, sustancias auxiliares de retención, fijadores, cargas, agentes desespumantes y agentes desfloculantes. El negro de carbono de la invención puede usarse también, como con negros de carbono convencionales, como pigmentos, cargas y agentes de refuerzo en la combinación y preparación de composiciones de caucho.
Los negros de carbono de la presente invención, por ejemplo, son útiles en la preparación de vulcanizados de caucho tal como aquéllos en neumáticos. Es generalmente deseable en la producción de neumáticos utilizar negros de carbono que producen neumáticos con resistencia a la abrasión satisfactoria y rendimiento de histéresis. Las propiedades de banda de rodadura de un neumático están relacionadas con la resistencia a la abrasión. Cuanto mayor sea la resistencia a la abrasión, mayor es el número de kilómetros que durará el neumático sin desgastarse. La histéresis de un compuesto de caucho significa la diferencia entre la energía aplicada para deformar un compuesto de caucho, y la energía liberada a medida que el compuesto de caucho se recupera hasta su estado inicial no deformado. Los neumáticos con bajos valores de histéresis reducen la resistencia a la rodadura y por tanto son capaces de reducir el consumo de combustible del vehículo que utiliza el neumático. Por tanto, es particularmente deseable tener negro de carbono que pueda impartir mayor resistencia a la abrasión y menor histéresis en neumáticos.
El negro de carbono de esta invención puede usarse también para colorear fibras o materiales textiles. Las fibras adecuadas para su uso comprenden fibras naturales y sintéticas tal como algodón, lana, seda, lino, poliéster y nailon. Los materiales textiles adecuados para su uso comprenden fibras naturales y sintéticas tal como algodón, lana, seda, lino, poliéster y nailon. Preferentemente se usan fibras naturales y materiales textiles que comprenden algodón, lana, seda y lino.
El negro de carbono de la presente invención puede usarse para colorear fibras y materiales textiles con, por ejemplo, colorantes directos y colorantes ácidos. Para una discusión general de coloración con colorantes véase KIRK-OTHMER ENCYCLOPEDIA OF CHEMICAL TECHNOLOGY, vol. 8, pág. 280-350, “Dyes, Application and Evaluation” (John Wiley and Sons, 1979).
Con respecto a los tóners o resinas de tóner, las resinas de tóner adecuadas para su uso en las composiciones de tóner y revelador de la presente invención incluyen una resina a base de polímero estirénico, tal como una resina acrílica estirenada. Ejemplos de resinas a base de polímero estirénicas preferentes incluyen, pero no se limitan a, homopolímeros y copolímeros de estireno y sus derivados tal como: poliestireno; poli-p-cloroestireno; poliviniltolueno; copolímero de estireno-p-cloroestireno; y copolímero de estireno-viniltolueno; copolímeros de estireno y ésteres de ácido acrílico tal como: copolímero de estireno-acrilato de metilo; copolímero de estirenoacrilato de etilo; y copolímero de estireno-acrilato de n-butilo; copolímeros de estireno y ésteres de ácido metacrílico tal como: copolímero de estireno-metacrilato de metilo; copolímero de estireno-metacrilato de etilo; copolímero de estireno-metacrilato de n-butilo; y copolímeros de múltiples componentes de estireno, éster de ácido acrílico y ésteres de ácido metacrílico; copolímeros de estireno y otros monómeros de vinilo tal como: copolímero de estirenoacrilonitrilo, copolímero de estireno-metil éter; copolímero de estireno-butadieno; copolímero de estireno-vinil metil cetona; copolímero de estireno-acrilonitrilo-indeno; copolímero de estireno-éster de ácido maleico. Estas resinas aglutinantes pueden usarse individualmente o en combinación. Generalmente, las resinas particularmente adecuadas para su uso en la fabricación de tóners xerográficos tienen un punto de fusión (procedimiento de anillo y bola) en el intervalo de 100 °C. a 135 °C y tienen una temperatura de transición vítrea (Tg) mayor de aproximadamente 60 °C. Ejemplos de partículas de resina a base de polímero estirénica y las cantidades adecuadas pueden encontrarse también en las patentes estadounidenses n.° 5.278.018; 5.510.221; 5.275.900; 5.571.654; 5.484.575; y EP 0720066 A1.
Generalmente, el negro de carbono de la presente invención, sólo o con otros pigmentos, está presente en cantidades totales de desde aproximadamente el 1 % en peso hasta aproximadamente el 30 % en peso de la composición de tóner o de revelador. La cantidad de pigmento presente en la composición de tóner es preferentemente de desde aproximadamente 0,1 hasta aproximadamente 12 partes en peso por 100 partes en peso de resina. Sin embargo pueden usarse cantidades menores o mayores del negro de carbono. También, generalmente, la resina de tóner está presente en cantidades de desde aproximadamente el 60 % en peso hasta aproximadamente el 99 % en peso de la composición de tóner o de revelador.
También aditivos externos opcionales pueden mezclarse o combinarse con las composiciones de tóner de la presente invención incluyendo aditivos de vehículo; agentes de control de carga positiva o negativa adicionales tal como sales de amonio cuaternario, sales de piridinio, sulfatos, fosfatos y carboxilatos; aditivos auxiliares de flujo; aceites de silicona; ceras tal como polipropilenos y polietilenos comercialmente disponibles; magnetita; y otros aditivos conocidos. Generalmente, estos aditivos están presentes en cantidades de desde aproximadamente el 0,05 % en peso hasta aproximadamente el 30 % en peso, sin embargo, pueden seleccionarse cantidades menores o mayores de los aditivos dependiendo del sistema particular y de las propiedades deseadas. Ejemplos específicos de aditivos y cantidades se describen también en las patentes y la solicitud de patente europea mencionadas anteriormente.
Las composiciones de tóner pueden prepararse mediante diversos procedimientos conocidos, tal como mezclado y calentamiento de la resina, las partículas de negro de carbono, aditivos que potencian la carga opcionales y otros aditivos en dispositivos de extrusión en fundido convencionales y equipo relacionado. Otros procedimientos incluyen secado por pulverización. La combinación del negro de carbono y otros componentes con la resina se sigue generalmente mediante desgaste mecánico y clasificación para proporcionar partículas de tóner que tienen un tamaño de partícula y distribución de tamaño de partícula deseados. El equipo convencional para la combinación en seco de polvos puede usarse para mezclar o combinar las partículas de negro de carbono con la resina. De nuevo pueden usarse procedimientos convencionales de preparación de composiciones de tóner y de revelador y se describen en las patentes y solicitud europea descritas anteriormente.
En más detalle, el material de tóner puede prepararse mediante combinación en seco de la resina aglutinante con todos los otros componentes, incluyendo el pigmento, y entonces extrusión en fundido en una mezcladora de alto cizallamiento para formar una masa mezclada de manera homogénea. Durante este proceso, los componentes se mantienen a una temperatura por encima del punto de fusión de la resina aglutinante y aquellos componentes que son insolubles en la resina están molidos de modo que se reduzca su tamaño de partícula promedio. Esta masa mezclada de manera homogénea se deja entonces enfriar y solidificar, tras la cual se muele previamente hasta un obtener un tamaño de partícula promedio de aproximadamente 100 micrómetros. Este material se somete entonces además a reducción de tamaño de particular hasta que su tamaño de partícula promedio cumple la especificación de intervalo de tamaño requerida para la clasificación. Puede usarse una variedad de técnicas de clasificación. El tipo preferente es un tipo de clasificación con aire. Mediante este procedimiento, las partículas en el material molido que son demasiado grandes o demasiado pequeñas se segregan de la porción del material que es del intervalo de tamaño de partícula deseado.
La composición de tóner de la presente invención puede usarse sola en reveladores monocomponentes o puede mezclarse con partículas de vehículo adecuadas para formar reveladores de doble componente. Los vehículos portadores que pueden usarse para formar composiciones de revelador de doble componente pueden seleccionarse de diversos materiales. Tales materiales normalmente incluyen partículas de núcleo portadoras y partículas de núcleo revestidas con una capa delgada de resina formadora de película para ayudar a establecer la correcta relación triboeléctrica y el nivel de carga con el tóner empleado. Los vehículos adecuados para composiciones de tóner de dos componentes incluyen polvo de hierro, perlas de vidrio, cristales de sales inorgánicas, polvo de ferrita, polvo de níquel, todos los cuales están revestidos normalmente con revestimiento de resina tal como una resina epoxi o de fluorocarbono. Ejemplos de partículas de vehículo y revestimientos que pueden usarse se describen en las patentes y solicitud europea descritas anteriormente.
También se describe un procedimiento de obtención de imágenes que incluye formular una imagen latente electrostática en un elemento de obtención de imágenes fotoconductor cargado negativamente, que afecta el desarrollo del mismo con la composición de tóner que comprende partículas de resina y partículas de negro de carbono, y después de esto transferir la imagen revelada en un sustrato adecuado. Pueden usarse procedimientos convencionales de obtención de imágenes, tal como se muestra en las patentes y solicitud de patente europea descritas anteriormente.
Los negros de carbono de la presente invención pueden usarse también como componente en pieza moldeada, películas o tuberías. Sin embargo pueden usarse formulaciones convencionales en las que el negro de carbono de la presente invención está presente en lugar del negro de carbono convencional. Varios artículos que contienen los negros de carbono con baja cantidad de PAH de la presente invención proporcionan uno o más beneficios, incluyendo un artículo que contiene PAH inferior.
La presente invención se explicará adicionalmente mediante los siguientes ejemplos, que se pretende que sean ejemplarizantes de la presente invención.
EJEMPLOS
Ejemplo 1
Las muestras de negro de carbono que se incluyen en el estudio son los materiales fabricados por Cabot Corporation con un proceso de horno (véase J. B. Donnet, R.C. Bansal, M.J.Wang, “Carbon Black,” SCIENCE AND TECHNOLOGY, 2a edición, Marcel Dekker, NY, 1993; y M.J. Wang, C.A. Gray, S. A. Reznek, K. Mahmud, Y. Kutsovsky, “Carbon Black” en KIRK-OTHMER ENCYCLOPEDIA OF CHEMICAL TECHNOLOGY, John Willey & Sons, 2005, 4, 761). Las propiedades de negro de carbono se definen mediante la norma ASTM (véase, ASTM D 1765-03 Standard Classification System for Carbon Blacks Used in Rubber Products) y por las especificaciones de Cabot (véase el sitio web www.cabot-corp.com).
Los negros de carbono se evaluaron en el compuesto de caucho de SBR por la norma ASTM (véase ASTM D 3191­ 02 Standard Test Methods for Carbon Black in SBR - Recipe and Evaluation Procedures). Los procedimientos de mezclado de caucho típicos y ensayos se describen en Maurice Morton, RUBBER TECHNOLOGY, 3a edición, Van Norstrand Reinhold Company, New York, 1987, y 2a edición, Van Norstrand Reinhold Company, New York, 1973). La prueba de caucho unido se describe en G. Kraus, RUBBER CHEM TECHN, v 38, 1070 (1965) y S. Wolff, M-J Wang, E-H Tan, RUBBER CHEM TECHN, v 66, 163 (1993). Tan delta máx es una medida de la histéresis (resistencia a la rodadura) de caucho. Se sometió a ensayo usando un ARES/Rheometrics Dynamic Spectrometer II (RDS II, Rheometrics, Inc., N.J.) accionado en un modo de deformación por torsión (cizallamiento). Las mediciones se realizaron a 0 °C para barridos de deformación con amplitud de deformación doble (DSA) que oscila de desde el 0,2 hasta el 120 %, con una frecuencia constante de 10 Hz. La resistencia al desgaste se sometió a prueba usando el medidor de desgaste por frotamiento de Cabot (véase la patente estadounidense n.° 4.995.197).
La prueba de concentraciones de PAH se realizó mediante el procedimiento de Cabot que incluye la extracción mediante tolueno con análisis de CG-EM para 22 PAH individuales, tal como se identifican en la figura 1. El procedimiento se describe en 21 C.F.R. parte 17B, FDA FEDERAL REGISTER, v62, #90. viernes, 9 de mayo de 1997.
Ejemplo 2
En los ejemplos a continuación, se sometieron a ensayo dos negros de carbono comercialmente disponibles de Cabot Corporation, concretamente negro de carbono Vulcan® 7H y negro de carbono Vulcan® J. Los negros de carbono se sometieron a dos técnicas para eliminar los PAH, concretamente extracción mediante una extracción Soxhlet o el calentamiento del negro de carbono. En particular, los ensayos de extracción y calentamiento se exponen a continuación.
La extracción de 100 gm de muestras de negro de carbono se realizó en Soxhlets durante 48 horas con 1500 ml de tolueno.
El calentamiento del negro de carbono se realizó en un horno con circulación de aire o un entorno de nitrógeno. Una bandeja con el tamaño de 1”x12”x12” se usó para extender una muestra de 100 gm de negro de carbono. La temperatura de calentamiento varió entre 285 °C y 500 °C. Cada condición de calentamiento se aplicó durante un periodo de 1 hora. Las temperaturas de calentamiento y entornos se especifican en la tabla 1 y 2 para cada muestra de negro de carbono estudiada.
Los resultados de esta prueba se exponen a continuación. Tal como puede observarse, la extracción mediante el uso de un disolvente y la eliminación de los PAH mediante el uso de calor era eficaz para reducir significativamente el PAH y, en particular, el PAH 22. De manera más importante, las propiedades mecánicas logradas en la composición de elastómero o matriz de caucho se mantuvieron sustancialmente independientemente del PAH, lo que fue bastante sorprendente e importante si negro de carbono con baja cantidad de PAH, especialmente calidades de caucho, se considera que es aceptable para la industria de neumáticos y la industria del caucho.
Tabla 1
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Tabla 2
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Ejemplo 3
Este experimento se llevó a cabo para la producción de negros de carbono con muy bajo contenido en PAH mediante separación de gas caliente. Las moléculas de PAH se modifican en el reactor a altas temperaturas y a medida que el flujo del reactor se enfría, éstas condensan en la superficie de negro de carbono. El experimento empleó un ciclón para separar el gas de cola del negro de carbono a una temperatura de aproximadamente 750 °C, de manera que las moléculas de PAH permanecieran en la fase gaseosa y no se dejó que condensaran sobre el negro de carbono. El negro de carbono era un equivalente de STSA de V7H (112 m2/g). Durante la recogida de la muestra a través de un ciclón extrayendo un flujo lateral del reactor, las muestras procedentes de MUF (Main Unit Filter, filtro de unidad principal) y peletizador se recogieron también como controles. El negro de carbono recogido en el ciclón tenía un contenido total en PAH de aproximadamente ~16 ppm, que resultó ser de dos órdenes de magnitud inferior que las muestras control recogidas como parte de procedimiento de fabricación estándar. Un estudio de propiedades de compuesto de caucho natural mostró que el negro de carbono con baja cantidad de PAH así recogido era equivalente en rendimiento a las muestras control.
La separación de gas caliente de negro de carbono se realizó en el reactor de planta piloto usando un ciclón (“ciclón” en las tablas en una referencia a estas muestras de la presente invención) para reducir la condensación de PAH en negro de carbono. El objetivo era separar cantidad en kilogramos de negro, estudiar el PAH y también las propiedades del compuesto junto con las muestras control (separadas mediante proceso regular en el MUF). El experimento extrajo un flujo lateral del reactor de negro de carbono para la separación del gas caliente. En lugar de la recuperación con ciclón de negros con baja cantidad de PAH, podría usarse una filtración a alta temperatura. Por ejemplo, pueden usarse filtros cerámicos (fabricante: Caldo) o filtros de metal sinterizado (fabricante: Applied Porous Technologies) que pueden mantener las temperaturas deseadas de separación (~750 °C).
El lugar usado para extraer una muestra del reactor para la separación estaba entre la extinción del reactor y el intercambiador de calor, puesto que la temperatura del reactor aguas debajo de la extinción es del orden de 750 °C y que existirían varios puertos de extinción disponibles para la extracción de la muestra. El experimento implicaba la separación de negro de carbono del gas de cola mientras estaba caliente, y en segundo lugar el enfriamiento de negro de carbono hasta temperaturas por debajo de ~200 °C antes de la exposición a aire para evitar preferentemente la oxidación de la superficie. En el experimento, un sistema de separación ciclónico estaba conectado a uno de los puertos de extinción aguas debajo de la extinción del reactor, el negro de carbono cayó en un depósito unido a la base del ciclón, mientras que el gas de cola pobre (separado del negro de carbono) fue forzado a volver al reactor aguas abajo usando un eductor (aspirador de extinción, en este caso) con tubería de vapor de 100 psi como el flujo motor. Se midió la temperatura de separación en diferentes localizaciones en el sistema de muestreo. El sistema de muestreo se conectó a una sección del reactor fuera de línea para determinar si la succión creada por el eductor de vapor era suficiente para el sistema de muestreo para extraer un flujo del reactor.
Todo el sistema de muestreo, principalmente el depósito de muestras en la base del ciclón, se calentó previamente para evitar cualquier condensación de PAH mientras que el sistema se enfriaba. Sin embargo opcionalmente, se hace pasar N2 caliente (@800 °C) a través de dos tubos porosos de metal sinterizado, colocados diametralmente opuestos dentro del depósito. Los mismos tubos se usaron para el enfriamiento del negro de carbono tras la recogida haciendo pasar N2 frío a través de los tubos. Dos termopares, uno en el centro del depósito y el otro a lo largo de la periferia (una pulgada desde la pared y una pulgada desde la base) se usaron como indicadores de la temperatura de la muestra de negro de carbono. Un diagrama detallado se muestra en la figura 5.
El reactor estaba fabricando negro de carbono de un equivalente de STSA con respecto a V7H (~ 112 m2/g) ya que los experimentos de tratamiento con calor se realizaron en V7H. El objetivo era mantener la extinción de manera extremadamente corta para fabricar un negro con bajo contenido en spec 20 y entonces recoger la muestra separada en caliente. Los sedimentos húmedos y muestras esponjosas del MUF se recogieron al mismo tiempo como muestras control. Spec 20 es una referencia a la decoloración con tolueno (sometida a ensayo por ASTM D1618).
El principal mecanismo para que el gas de cola entrara en el tanque de muestreo era mediante difusión (ya que éste era un camino sin salida para la corriente de flujo) y no daría como resultado la condensación de PAH significativa. Por tanto, el experimento se llevó a cabo sin calentamiento previo del sistema de muestreo. El Spec 20 de la muestra esponjosa del MUF se redujo a los cincuenta, moviendo la extinción aguas arriba, que estaba finalmente a 2'9” apuntando aguas arriba.
La tabla 3 muestra PAH y otros datos para diferentes muestras. WP se refiere al sedimento húmedo de negro de carbono en el que la muestra se toma antes de ir al secador.
Tabla 3. Resultados de PAH en diferentes muestras. Los datos mostrados son promedio de dos mediciones.
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El PAH medido en muestras de MUF y WP eran significativamente más altos que las recogidas en el ciclón por medio de la separación de gas caliente. El tiempo de recogida era de una hora, y los niveles de PAH eran aproximadamente ~16 ppm debido al hecho de que el sistema de muestreo estaba caliente y a temperatura de separación de estado estacionario de aproximadamente ~700 °C para la mayor parte de la duración de muestreo.
La tabla 4 muestra el resumen de resultados para mediciones de PAH, spec 20, y propiedades del compuesto principales con respecto a la muestra esponjosa de MUF, que era la muestra control. Los datos mostrados en la tabla con asterisco son un valor promedio de dos puntos de datos y los errores también se basan en dos mediciones. Es evidente a partir de los resultados que, mientras que el PAH en el negro se redujo en dos órdenes de magnitud, eran equivalentes las propiedades del compuesto medidas, dentro de los errores experimentales. El contenido en hidrógeno activo medido mediante extracción de protones, parece ser muy próximo mientras que el spec 20 y PAH total eran muy diferentes entre el ciclón y las muestras control. Esto es indicativo del hecho de que, mientras se eliminaban los pAh (o no se dejaban condensar en la superficie del negro), la química de superficie del negro permanecía inalterada (medida mediante el contenido en H activo) dando como resultado, por tanto, propiedades de compuesto muy similares. Las figuras 3 y 4 son representaciones gráficas de PAH medido y propiedades del compuesto, mostrando de nuevo que la eliminación de PAH mediante el procedimiento descrito anteriormente no afecta a las propiedades de refuerzo del negro.
Tabla 4
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El muestreo de flujo lateral para la separación de gas caliente de negro de carbono del gas de cola usando un ciclón era satisfactorio para reducir la contaminación por PAH de negro de carbono en dos órdenes de magnitud. Tras el tratamiento de negro de carbono puede producirse en un lecho fluidizado de vapor.
Como alternativa, los MUF pueden sustituirse por alojamientos de filtro que tienen filtros cerámicos que pueden funcionar a temperaturas de aproximadamente 1000 °C. El negro de carbono caliente que sale entonces del bloqueo giratorio puede transportarse con el vapor que a su vez enfriará también el negro de carbono hasta la temperatura requerida para que se alimente al peletizador, o puede transportarse con gas de cola frío tras la separación de los PAH. El gas de cola así disponible del proceso tendrá mucha más energía recuperable; estará “menos húmedo” ya que un proceso de este tipo no requeriría pulverización con agua en el enfriador tipo Venturi, y haría que el gas de cola fuera más adecuado para el reciclaje en el quemador como combustible.
Ejemplo 4
En este ejemplo se repitió el ejemplo 2 excepto que se usaron diferentes negros de carbono, tal como se enumeran a continuación en las tablas y se trataron para eliminar los PAH.
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Cuando una cantidad, concentración, u otro valor o parámetro se proporciona como o bien un intervalo, intervalo preferente o una lista de valores más preferentes y valores menos preferentes, esto ha de entenderse como que se divulga específicamente todos los intervalos formados de cualquier par de cualquier límite de intervalo superior o valor preferente y cualquier límite de intervalo inferior o valor preferente, independientemente de que se divulguen intervalos separadamente. Si un intervalo de valores numéricos se enumera en el presente documento, a menos que se indique lo contrario, el intervalo tiene como objeto incluir los puntos finales del mismo y todos los números enteros y fracciones dentro del intervalo.

Claims (12)

REIVINDICACIONES
1. Un negro de carbono que tiene un bajo contenido en PAH, en el que el contenido en PAH se determina basándose en un contenido en PAH22, y dicho negro de carbono es un negro de carbono de horno y que tiene las siguientes propiedades:
(a) STSA: 110-250 m2/g
bNo (mg/g)/STSA (m2/g): 1,20 a 0,70
PAH: 400 ppm o inferior; o
(b) STSA: 80-110 m2/g
bNo (mg/g)/STSA (m2/g): 1,15 a 0,70
PAH: 30 ppm o inferior: o
(c) STSA: 65-75 m2/g
bNo (mg/g)/STSA (m2/g): 1,10-0,88
PAH: 500 ppm o inferior
DBP: 115-125 ml/100 g; o
(d) STSA: 65-80 m2/g
hNo (mg/g)/STSA (m2/g): 0,70 a 0,88
PAH: 500 ppm o inferior: o
(e) STSA: 1 a 35 m2/g
bNo (mg/g)/STSA (m2/g): 1,40 a 0,70
PAH: 50 ppm o inferior; o
(f) STSA: 70 a 90 m2/g
I2No (mg/g)/STSA (m2/g):1,00 a 1,20
PAH: 50 ppm o inferior
DBP: 60-80 ml/100g; o
(g) STSA: 87-95 m2/g
bNo (mg/g)/STSA (m2/g): 0,91 a 1,08
PAH: 100 ppm o inferior
DBP: 109-119 ml/100g.
2. El negro de carbono de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicho negro de carbono tiene un contenido en PAH de desde aproximadamente 0,15 hasta aproximadamente 2 microgramos/m2.
3. Una composición elastomérica o matriz de caucho que comprende al menos un negro de carbono de acuerdo con la reivindicación 1 y al menos un elastómero.
4. La composición elastomérica o matriz de caucho de acuerdo con la reivindicación 3, a la que dicho negro de carbono que tiene una de las propiedades (a) a (g) imparte al menos una de las siguientes propiedades:
- resistencia a la abrasión (21 % de deslizamiento);
- alargamiento (%);
- resistencia a la tracción (Mpa);
- módulo al 100 % (Mpa);
- módulo al 300 % (Mpa);
- relación de módulo al 300 %/módulo al 100 % (M300%/M100%);
- caucho unido (%); o
- tan delta máx @ 0 °C, y
en la que al menos una de dichas propiedades mecánicas para dicho negro de carbono está dentro del 10 % del valor para la misma propiedad mecánica para el mismo tipo de negro de carbono que tiene un contenido en PAH22 de 600 ppm a 1.000 ppm.
5. Una formulación de caucho de acuerdo con la norma ASTM D 3191 -02, a la que el negro de carbono de acuerdo con la reivindicación 1 que tiene una de las propiedades (a) a (g) imparte al menos una de las siguientes propiedades mecánicas:
- resistencia a la abrasión (21 % de deslizamiento) de desde 80 hasta 170;
- alargamiento (%) de desde 300 hasta 600;
- resistencia a la tracción (Mpa) de desde 20 hasta 35;
- módulo al 100 % (Mpa) de desde 2,4 hasta 4,5;
- módulo al 300 % (Mpa) de desde 12 hasta 23;
- relación de módulo al 300 %/módulo al 100 % (M300%/M100%) de desde 3,5 hasta 6;
- caucho unido (%) de desde 15 hasta 30; y/o
- tan delta máx @ 0 °C de desde 0,25 hasta 0,4.
6. Un neumático o parte del mismo que comprende la composición elastomérica o matriz de caucho de acuerdo con la reivindicación 3.
7. Un procedimiento para producir el negro de carbono de acuerdo con la reivindicación 1, comprendiendo dicho procedimiento
(a) someter o tratar un negro de carbono que tiene a contenido en PAH a un tratamiento con calor a una temperatura de 300 °C a 750 °C en una atmósfera inerte o de vacío, de manera que el PAH o una parte del mismo se elimina para formar dicho negro de carbono; o
(b) someter un negro de carbono que tiene un PAH por encima de 500 ppm a una o más extracciones con disolventes.
8. Un procedimiento para producir el negro de carbono de acuerdo con la reivindicación 1, en el que durante la fabricación del negro de carbono que implica la presencia de gas de cola caliente que contiene un negro de carbono y PAH, comprende dicho procedimiento eliminar dicho gas de cola caliente con PAH de dicho negro de carbono, en el que dicho PAH opcionalmente permanece en una fase gaseosa y no condensa en dicho negro de carbono.
9. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 8, en el que dicho negro de carbono es un negro de carbono de horno y dicho procedimiento se produce en un reactor de negro de carbono de horno.
10. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 8, en el que se usa un ciclón o un filtro de alta temperatura para eliminar dicho gas de cola caliente de dicho negro de carbono.
11. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 8, en el que tras separar dicho negro de carbono de dicho gas de cola caliente, dicho negro de carbono tiene una temperatura de negro de carbono por encima de 200 °C, y dicho procedimiento comprende además reducir la temperatura de negro de carbono hasta por debajo de 200 °C antes de introducir dicho negro de carbono en un filtro de bolsa.
12. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 8, que comprende además reciclar dicho gas de cola caliente con PAH, en el que dicho reciclaje comprende opcionalmente reutilizar dicho gas de cola caliente en un proceso de fabricación de negro de carbono o como fuente de calor.
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