JP2005500238A - シリカの製造方法、特定の細孔寸法及び/又は粒度分布を有するシリカ並びにそれらの特に重合体強化のための使用 - Google Patents

シリカの製造方法、特定の細孔寸法及び/又は粒度分布を有するシリカ並びにそれらの特に重合体強化のための使用 Download PDF

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Abstract

本発明は、新規なシリカの製造方法並びに次の特性:40〜525m2/gのCTAB比表面積(SCTAB)、45〜550m2/gのBET比表面積(SBET)、少なくとも0.91の物体寸法分布幅Ld((d84−d16)/d50)(これは超音波再開後にXDC粒度分析によって測定される)及び比(V(d5-d50)/V(d5-d100)が少なくとも0.66であるような細孔寸法分布を有する非常に構造化されたシリカに関する。また、本発明は、前記シリカの重合体補強充填剤としての使用に関するものでもある。

Description

【技術分野】
【0001】
本発明は、新規なシリカの製造方法、特に粉末、ほぼ球形のビーズ又は顆粒の形である特定の粒度分布及び/又は特定の細孔分布を有するシリカ、並びに重合体の強化剤のようなそれらの用途に関する。
【背景技術】
【0002】
例えば沈降シリカのような白色補強充填剤を重合体、特にエラストマーに使用することが知られている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
特に、典型的な特性を有し、また重合体組成物に非常に申し分のない性質の妥協、特にそれらの機械的性質及び動的性質についての妥協をそれらの流動学的性質を損なうことなく与える重合体組成物用の別の充填剤を提供することが本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【0004】
本発明は、まず、珪酸塩を酸性化剤と反応させ、それによってシリカ懸濁液を得、次いで該懸濁液を分離及び乾燥させることを含むタイプのシリカの製造方法において、該珪酸塩と該酸性化剤との反応が
(i)2〜5のpHを有する水性底部液を形成させ、
(ii)該底部液に珪酸塩及び酸性化剤を反応混合物のpHが2〜5に保持されるような方法で同時に添加し、
(iii)該酸性化剤の添加を停止させる一方で、珪酸塩を該反応混合物に7〜10の該反応混合物のpH値が得られるまで添加し続け、
(iv)該反応混合物に珪酸塩及び酸性化剤を該反応混合物のpHが7〜10に保持されるような方法で同時に添加し、
(v)該珪酸塩の添加を停止させる一方で、該酸性化剤を該反応混合物に6以下の該反応混合物のpH値が得られるまで添加し続ける
連続工程に従って実施することを特徴とする新規なシリカの製造方法を提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【0005】
しかして、この特定の工程の連続、特に、酸性化剤と珪酸塩の2〜5のpHの酸性媒体中への第1の同時添加及び酸性化剤と珪酸塩のpH7〜10の塩基性媒体中への第2の同時添加の存在は、得られる生成物にそれらの特定の特性及び性質を付与するための重要な条件を構成する。
【0006】
酸性化剤及び珪酸塩は、それ自体周知の態様で選択される。
【0007】
酸性化剤としては、硫酸、硝酸若しくは塩酸のような強無機酸又は酢酸、蟻酸若しくはカルボン酸のような有機酸が一般に使用されるであろう。
【0008】
この酸性化剤は希釈又は濃縮されていてよい。その規定度は、0.4〜36N、例えば0.6〜1.5Nであることができる。
【0009】
特に、酸性化剤が硫酸である場合には、その濃度は、40〜180g/L、例えば60〜130g/Lであることができる。
【0010】
しかしながら、珪酸塩としては、メタ珪酸塩、ジ珪酸塩及び、有利には珪酸アルカリ金属、特に珪酸ナトリウム又は珪酸カリウムのような珪酸塩の任意の標準的な形を使用することが可能である。
【0011】
珪酸塩は、40〜330g/L、例えば60〜300g/L、特に60〜260g/Lの濃度(SiO2含有量として表される)を有し得る。
【0012】
一般に、硫酸が酸性化剤として一般的に使用され、珪酸ナトリウムが珪酸塩として一般的に使用される。
【0013】
珪酸ナトリウムが使用される場合には、このものは、一般に2.5〜4、例えば3.2〜3.8のSiO2/NaO2重量比で存在する。
【0014】
本発明の製造方法に関して、より具体的には、珪酸塩と酸性化剤との間の反応は、次の工程に従う非常に具体的な態様で行われる。
【0015】
まず、2〜5のpHを有する水性底部液を形成させる。
【0016】
好ましくは、形成される底部液は、2.5〜5、特に3〜4.5のpHを有する。このpHは、例えば3.5〜4.5にある。
【0017】
この最初の底部液は、2〜5、好ましくは2.5〜5、特に3〜4.5、例えば3.5〜4.5の該底部液のpHを得るように酸性化剤を水に添加することによって得ることができる。
【0018】
また、このものは、このpH値を得るように酸性化剤を水+珪酸塩混合物に添加することによって得ることもできる。
【0019】
また、このものは、2〜5、好ましくは2.5〜5、特に3〜4.5、例えば3.5〜4.5のpH値を得るように、酸性化剤を予備形成シリカ粒子を含有する底部液に添加することによって製造することもできる。
【0020】
工程(i)で形成された底部液は、随意として電解質を含むことができる。しかしながら、電解質を製造プロセス中、特に工程(i)で添加しないことが好ましい。
【0021】
用語「電解質」とは、ここでは一般に容認される意味、即ち、このものが溶液状であるときに分解又は分離してイオン又は荷電した粒子を形成する任意のイオン性又は分子物質を意味するものとする。電解質としては、アルカリ金属及びアルカリ土類金属塩の群の塩、特に最初の珪酸塩の金属と酸性化剤の塩、例えば、珪酸ナトリウムと塩酸の反応の場合には塩化ナトリウム、好ましくは珪酸ナトリウムと硫酸の反応の場合には硫酸ナトリウムが挙げられる。
【0022】
第2工程(工程(ii))は、酸性化剤と珪酸塩を反応混合物のpHが2〜5、好ましくは2.5〜5、特に3〜4,5、例えば3.5〜4.5に保持されるような方法で(特にこのような流量で)同時に添加することからなる。
【0023】
この同時添加は、有利には、反応混合物のpH値が最初の工程(i)の終了時に達成されるpH値に常に等しい(±0.2以内)ような方法で実施される。
【0024】
次に、工程(iii)では、酸性化剤の添加を停止させる一方で、珪酸塩を反応混合物に7〜10、好ましくは7.5〜9.5の反応混合物のpH値を得るように添加し続ける。
【0025】
このときに、この工程(iii)の直後、しかして珪酸塩の添加を停止させた直後に、この反応混合物を特に工程(iii)の後に得られたpHで、一般に撹拌しつつ熟成工程に付すことが有利であり得る。この熟成工程は、例えば、2〜45分間、特に5〜25分間継続でき、しかも、好ましくは酸性化剤の添加又は珪酸塩の添加のいずれも包含しない。
【0026】
工程(iii)及び随意の熟成工程の後に、酸性化剤及び珪酸塩を反応混合物のpHが7〜10、好ましくは7.5〜9.5に保持されるような態様で(特にこのような流量で)再度同時に添加する。
【0027】
この第2の同時添加(工程(iv))は、有利には、反応混合物のpH値が前工程の後に達成されるpH値に常に等しい(±0.2以内)ような方法で実施される。
【0028】
工程(ii)と工程(iv)の間に、例えば、一方の工程(iii)の後の随意の熟成工程と他方の工程(iv)との間に、酸性化剤を反応混合物に添加することが可能であるが、この酸性化剤の添加後の反応混合物のpHは、7〜9.5、好ましくは7.5〜9.5であることに留意すべきである。
【0029】
最後に、工程(v)では、珪酸塩の添加を停止させる一方で、酸性化剤を反応混合物に6以下、好ましくは3〜5.5、特に3〜5、例えば3〜4.5の反応混合物のpH値を得るように添加し続ける。
【0030】
このときに、この工程(v)の後、しかして酸性化剤の添加を停止させた直後に、該反応混合物を特に工程(v)の後に得られたpHで一般に撹拌しながら熟成工程に付すことが有利であり得る。この熟成工程は、2〜45分間、特に5〜20分間継続し、しかも、好ましくは酸性化剤の添加又は珪酸塩の添加を全く含まない。
【0031】
珪酸塩と酸性化剤の間の全反応を行う反応器は、多くの場合好適な撹拌装置と好適な加熱装置を装備する。
【0032】
珪酸塩と酸性化剤の間の全反応は、通常70〜95℃、特に75℃〜90℃で実施される。
【0033】
本発明の変形例によれば、珪酸塩と酸性化剤との間の全反応は、ある一定の温度、通常70〜95℃、特に75〜90℃で実施される。
【0034】
本発明の別の変形例によれば、この反応の終了時の温度は、反応の開始時の温度よりも高い。従って、反応開始時の温度を、好ましくは70〜85℃に維持し(例えば工程(i)〜(iii)中)、次いでこの温度を、好ましくは85〜95℃の値にまで上昇させ、この値で該反応の終了時まで維持する(工程(iv)及び(v)中)。
【0035】
これまで記載してきた工程の後に、シリカのスラリーが得られ、次いでこのものが分離される(固液分離によって)。
【0036】
本発明に従う製造方法で使用される分離は、通常濾過、所望ならば、次いで洗浄を含む。濾過は、任意の好適な方法を使用して、例えばフィルタープレス、バンド濾過器又は減圧濾過器の手段によって実施される。
【0037】
次いで、このようにして回収されたシリカ懸濁物(濾過ケーク)を乾燥させる。
【0038】
この乾燥は、それ自体周知の任意の手段を使用して実施できる。
【0039】
好ましくは、乾燥は噴霧乾燥である。この目的のために、任意の好適なタイプの噴霧乾燥機、特に、タービン、ノズル、液体圧又は二液型の噴霧乾燥機が使用できる。一般に、濾過がフィルタープレスの手段によって実施されるときにはノズル噴霧乾燥機が使用され、濾過が減圧濾過器の手段によって実施されるときにはタービン噴霧乾燥機が使用される。
【0040】
濾過ケークは、特にその高い粘度のため、常に噴霧乾燥を可能にさせる条件下にあるわけではないことに留意すべきである。それ自体周知の態様では、このケークは、次いで砕解操作に付される。この操作は、該ケークをコロイド型ミル又はボールミルに通すことによって機械的に実施できる。砕解は、一般に、アルミニウム化合物、特にアルミン酸ナトリウムの存在下に及び随意として上記のような酸性化剤の存在下に実施される(後者の場合には、アルミニウム化合物及び酸性化剤は、一般に同時に添加される)。この砕解操作は、特にその後に乾燥されるべき懸濁液の粘度を低下させるのを可能にさせる。
【0041】
乾燥がノズル噴霧乾燥機の手段によって実施されるときに、その後に得られ得るシリカは、通常ほぼ球形ビーズの形である。
【0042】
乾燥後に、次いで微粉砕工程が回収された生成物について実施できる。その後に得られ得るシリカは、通常粉末の形である。
【0043】
乾燥がタービン噴霧乾燥機の手段によって実施されるときに、その後得られ得るシリカは粉末の形であり得る。
【0044】
最後に、上記のように乾燥された(特にタービン噴霧乾燥機によって)又は微粉砕された生成物は、随意として、例えば、直接圧縮、湿式造粒(即ち、水、シリカ懸濁液などのバインダーの使用による)、押出又は、好ましくは乾式圧縮からなる凝集工程に付され得る。後者の技術が使用されるときには、圧縮操作を実施する前に、粉末状の生成物を該生成物中に含まれる空気を除去し且つこれらのものがより均一に圧縮されるのを確実にするように脱気(予備含浸又はガス抜きとも呼ばれる操作)に付すことが好都合であることが分かる。
【0045】
この凝集工程によって得られ得るシリカは、通常顆粒の形である。
【0046】
しかして、本発明に従う方法によって得られるシリカビーズのようなシリカ粉末は、特に、顆粒を単純で効果的且つ経済的な態様で、特に、例えば造粒又は圧縮のような慣用の形成操作によって、これらの操作が、慣用の粉末を処理加工するときの従来技術における場合のようにこれらの粉末又はこれらのビーズが有する良好な固有特性を遮断し又はさらに破壊させる傾向にあるいかなる分解も生じさせることなく得るという利点を提供する。
【0047】
本発明に従う製造方法は、特に、一方では非常に構造化され且つ脆くなく、そして他方では一般に重合体への高い分散性を有し、重合体に非常に申し分のない性質の妥協、特にそれらの動的及び機械的性質に関しての妥協(特に、良好な強化効果及び非常に良好な耐摩耗性)をそれらの流動学的性質を損なうことなく与える、どちらかと言えば沈降シリカ型のシリカを得ることを可能にさせる。得られたシリカは、好ましくは、特定の粒度分布及び/又は細孔分布を有する。
【0048】
本発明の方法によって得られ得るシリカは、本発明の態様の一つを構成する。
【0049】
本発明のさらなる目的は、非常に構造化され且つ特定の粒度分布及び/又は特定の細孔分布を有する、どちらかと言えば沈降シリカ型の新規なシリカからなる。さらに、これらのものは、一般に、良好な重合体への分散性を有し、該重合体に非常に申し分のない特性の妥協、特にそれらの動的性質に関しての妥協(特に、歪エネルギー散逸の減少(低いペイン効果)、高温での低いヒステリシス損(特に60℃でのtanδの減少))をそれらの流動学的性質を損なうことなく(従って、それらの加工性/二次成形適性(例えば、同一の比表面積についてのより低い未加工粘度)を損なうことなく)与え、及び前記重合体を基材とする完成物品の場合に良好な機械的性質、特に良好な強化効果(特にモジュラスの点で)と非常に良好な耐摩耗性、しかして改善された耐摩耗性を有する。
【0050】
次の記載では、BET比表面積は、「The Journal of the American Chemical Society」,Vol.60,309ページ,1938年2月に記載され、国際規格ISO 5794/1(別表D)に相当するブルナウラー・エメット・テラー法を使用して決定される。
【0051】
CTAB比表面積は、NF T 45007(1987年11月)(5.12)標準規格に従って決定される外部表面積である。
【0052】
DOP吸油量は、NF T 30−022(1953年3月)標準規格に従ってフタル酸ジオクチルを使用して決定される。
【0053】
pHは、ISO 787/9規格に従って測定される(水中5%懸濁液のpH)。
【0054】
一方ではシリカ物体の寸法分布幅及び他方ではその物体の寸法を示すXDCモードを測定した、遠心沈降を使用するXDC粒度分析法を以下に説明する。
【0055】
必要な装置:
・ブルックヘブンインストルメント社により販売されているBI−XDC(ブルックヘブンインストルメントXディスク遠心)遠心沈降粒度分析器
・50mLのトールビーカー
・50mLのメスシリンダー
・端板を有しない直径13mmの1500ワットのブランソン超音波プローブ、
・脱イオン水
・氷充填晶析装置
・磁気撹拌機
測定条件:
・ソフトウェアのDOS1.35バージョン(粒度分析器の製造業者により提供される)
・固定モード
・回転速度
・分析時間:120分
・密度(シリカ):2.1
・試料採取される懸濁液の容量:15mL。
【0056】
検体の準備
・3.2gのシリカ及び40mLの脱イオン水をトールビーカーに添加する
・懸濁液を含有するビーカーを氷充填晶析装置内に置く
・該ビーカー中に超音波プローブを浸漬させる
・1500ワットのブランソンプローブ(最大出力の60%で使用される)を使用して該懸濁液を20分間にわたって砕解する
・砕解後に、該ビーカーを磁気撹拌機上に置く。
粒度分析器の準備:
・器具をオンにし、30分間暖めたままにする
・ディスクを脱イオン水で2回すすぐ
・分析されるべき検体の15mLを該ディスクに導入し、撹拌を開始する
・ソフトフェアに上記測定条件を入力する
・測定する
・測定値が得られたときに:
・ディスクの回転を停止させる
・ディスクを脱イオン水で数回すすぐ
・器具を停止させる。
【0057】
結果
器具の記録器において、16重量%、50重量%(又は中央値)及び84重量%の通過直径の値並びにモードの値を記録する(累積粒度曲線の導関数は、分布曲線にモードと呼ばれるその最大の横座標(主母集団の横座標)を与える。
【0058】
超音波砕解の後にXDC粒度分析によって測定される物体の寸法分布幅Ldは、(d84−d16)/d50比に相当し、ここで、dnは、寸法であって粒子のn%(重量%)がその寸法よりも小さい寸法を有するものである(従って、該分布幅Ldは、全体として得られた累積粒度から算出される)。
【0059】
超音波砕解(水中で)の後にXDC粒度分析によって測定された500nmよりも小さい対象物の寸法分布幅L’dは、(d84−d16)/d50比に相当し、ここで、dnは、寸法であって500nmよりも小さい寸法の粒子について粒子のn%(重量%)がその寸法よりも小さい寸法を有するものである(従って、該分布幅L’dは、500nm以上を切り捨てた累積粒度曲線から算出される)。
【0060】
さらに、この遠心沈降XDC粒度分析法を使用して、シリカを水中に超音波砕解によって分散させた後に、dwとして表される粒子(即ち、二次粒子又は凝集体)の重量平均寸法を測定することが可能である。この方法は、形成される懸濁液(シリカ+脱イオン水)が、一方では8分間にわたって、他方では1500ワットの1.9cmVIBRACELL超音波プローブ(バイオブロック社により販売されている)(このプローブは最大出力の60%で使用される)を使用して砕解されるという理由で、上記の方法とは異なる。分析(120分間の沈降)後に、粒度の重量分布を粒度分析器のソフトウェアによって算出する。dwとして表される粒度の重量平均幾何平均(ソフトウェアの命名法に従ってXg)は、次の方程式:
【数1】
Figure 2005500238
(式中、miは寸法diのクラスにおける物体の全質量である)
からソフトウェアによって算出される。
【0061】
与えられる細孔容積は、水銀ポロシメトリーによって測定される。それぞれの検体は、次のように調製される。即ち、それぞれの検体をオーブン中で200℃で2時間にわたって予備乾燥させ、次いでこのものを該オーブンから取り出した後5分以内に試験容器内に置き、そして、例えば回転羽根式ポンプを使用して真空ガス抜きする。細孔直径(AUTOPORE III 9420 粉体工学用ポロシメーター)は、ウォッシュバーンの方程式によって140°の接触角及び484ダイン/cm(又はN/m)の表面張力γで算出される。
【0062】
(d5-d50)は、d5〜d50の直径の細孔によって形成される細孔容積を表し、そしてV(d5-d100)はd5〜d100の直径の細孔によって形成される細孔容積を表し、ここで、dnは、細孔直径であって全ての細孔の全表面積のn%がその直径よりも大きい直径の細孔によって形成されるものである(細孔(S0)の全表面積は、水銀侵入曲線から決定できる)。
【0063】
細孔分布幅ldpは、図1、即ち、細孔直径(nmで表す)の関数としての細孔容量(mL/gで表す)で示されるように、細孔分布曲線によって得られる。主母集団に相当する点Sの座標、即ち直径Xs(nmで表す)と細孔容量Ys(mL/gで表す)の値を記録する。方程式Y=Ys/2の直線をプロットし、この直線をXsのいずれの側の2つの点A及びBで細孔分布曲線を切断する(点A及びBの横座標(nmで表す)はそれぞれXA及びXBである)。細孔分布幅pdwは比(XA−XB)/Xsに等しい。
【0064】
場合によっては、本発明に従うシリカの分散性(及び砕解性)は、特定の砕解試験の手段によって定量できる。
【0065】
この砕解試験の一つは、次のプロトコルに従って実施される。
凝集体の凝集を予め超音波砕解されたシリカの懸濁液について実施される粒度測定(レーザー回折を使用して)によって評価する。この方法では、シリカの砕解性(0.1〜数10ミクロンの物体の砕解)が測定される。超音波砕解を、19mmの直径のプローブを装備したバイオブロック社製Vibracell音波発生器(600W)を使用して実施する。粒度測定をSYMPATEC粒度分析器でのレーザー回折によって実施する。
【0066】
ピルボックス(高さ6cm及び直径4cm)中で2グラムのシリカを秤量し、それに50グラムの脱イオン水を添加する。しかして、4%のシリカを含有する水性懸濁液(このものは磁気撹拌機によって2分間にわたり均質化される)が生じる。次に、超音波砕解を次のように実施する。プローブを4cmの長さにわたって浸漬させた状態で、出力を20%を示す出力ダイヤルの針の振れが得られるように調整する。砕解を420秒間実施する。次に、粒度測定を均質化された懸濁液の既知容量(mLで表される)が粒度分析器の容器に導入された後に行う。
【0067】
得られる中央直径φ50s(又はSympatec中央直径)の値は、シリカの砕解性が高ければ高いほど小さい。また、(導入される懸濁液の10×容量(mLで表す))/(粒度分析器によって検出される懸濁液の光学密度)比を決定することも可能である(この光学密度は、20前後である)。この比は、0.1μm以下の寸法の粒子の含有量を表すが、この粒子は粒度分析器では検出されない。この比は、超音波Sympatec砕解係数(FDS)と呼ばれる。
【0068】
別の砕解試験は、次のプロトコルに従って実施される。
凝集体の凝集を予め超音波砕解されたシリカの懸濁液について実施された粒度測定(レーザー回折を使用して)によって評価する。この方法では、シリカの砕解性(0.1〜数10ミクロンの物体の砕解)が測定される。超音波砕解を、19mmの直径のプローブを装備したバイオブロック社製VIBRACELL音波発生器(600W)(最大出力の80%で使用される)を使用して実施する。粒度測定をモールバーンマスターサイザー2000粒度分析器でのレーザー回折によって実施する。
【0069】
1グラムのシリカをピルボックス(高さ6cm及び直径4cm)中で秤量し、そして脱イオン水を添加して重量を50グラムにもたらす。しかして、2%のシリカを含有する水性懸濁液(このものは磁気撹拌によって2分間にわたり均質化される)が生じる。次いで、超音波砕解を420秒間実施する。次に、粒度測定を均質化された懸濁液の全てが粒度分析器の容器に導入された後に行う。
【0070】
得られる中央直径φ50M(又はモールバーン中央直径)の値は、シリカの砕解性が高ければ高いほど小さい。また、(10×青色レーザーオブスキュレーション値)/(赤色レーザーオブスキュレーション値)比を決定することも可能である。この比は、寸法が0.1μm以下のより小さい粒子の含有量を表す。この比は、モールバーン超音波砕解係数(FDM)と呼ばれる。
【0071】
αで表される砕解速度は、別の超音波砕解試験の手段によって600ワットプローブの100%の出力で、この超音波プローブが測定中に過度に熱くならないようにパルスモードで(即ち、1秒間のオン/1秒間のオフで)操作して測定できる。例えば、特許出願WO99/28376号(特許出願WO99/28380号、WO00/73372号及びWO00/73373号も参照されたい)の主題をなすこの周知の試験法は、粒子凝集体の容量平均寸法の偏差を、以下に与えられる指示に従って音波発生中に連続的に測定するのを可能にさせる。使用される構成は、レーザー粒度分析器(モールバーンインストルメント社により販売されているMASTERSIZER S型:632.8nmの波長で赤色のHe−Neレーザー源放射)及びその調製ステーション(モールバーン小試料ユニットMSX1)からなり、その間に超音波プローブ(バイオブロック社により販売されている600ワットのVIBRACELL型12.7mm音波発生器)を備えた連続フラックス流れ処理用セル(バイオブロックM72410)が挿入された。分析されるべき少量(150mg)のシリカを160mLの水と共に調製ステーションに導入し、循環速度をその最大にセットする。少なくとも3種の連続的な測定を、既知のフラウンホーファー計算法(モールバーン3SSD計算マトリクス)を使用して、dv[0]として与えられる凝集体の初期の容量平均直径を決定するために実施する。次いで、音波発生(パルスモード:1秒間のオン/1秒間のオフ)を100%の出力(即ち、先端振幅の最大位置の100%)で適用し、時間tの関数としての容量平均直径dv[t]の偏差を8分間にわたって監視し、測定をほぼ10秒毎に行う。誘導時間(約3〜4秒)後に、容量平均直径1/dv[t]の逆数が時間tと共に直線的に又は実質的に直線的に変化することが観察される(砕解の定常状態)。砕解速度αを砕解定常状態領域内(一般に、ほぼ4〜8分)で時間tの関数として1/dv[t]の偏差曲線から直線回帰によって算出する。これはμm-1.分-1で表される。
【0072】
前記の特許出願WO99/28376号は、この超音波砕解試験を実施するために使用できる測定装置を詳細に記載している。この装置は、懸濁液中の粒子凝集体の流れが循環できる閉回路からなる。この装置は、検体調製ステーション、レーザー粒度分析器及び処理用セルを本質的に含む。検体調製ステーション及び事実上の処理用セル内で大気圧にセットすると、音波発生中(即ち、超音波プローブの動作中)にできる気泡を連続的に除去するのが可能となる。この検体調製ステーション(モールバーン小試料サンプルユニットMSX1)は、試験されるシリカ検体を受け入れ(懸濁液中に)且つ液状懸濁液の流れの形として予備設定速度(電位差計−約3L/分の最大速度)で回路の周囲に循環させるように設計されている。この調製ステーションは、単に、分析されるべき懸濁液を含有し、しかも該懸濁液が流れる受け入れ容器からなる。このものは、懸濁液の粒子凝集体のいかなる沈降も防止するように可変速度の撹拌用モーターを装備し、遠心小型ポンプが回路中の懸濁液を循環させる。調製ステーションの入口は、試験される装入検体及び/又は懸濁液のために使用される液体を受け入れることを意図した開口部を介して外気に接続される。調製ステーションに接続されるものは、レーザー粒度分析器(MASTERSIZER S)であり、この機能は、一定の時間間隔で、粒度分析器の記録手段と自動計算手段が連結された測定用セルによって凝集体の容量平均寸法dvを流れの通過として連続的に測定することである。ここで、レーザー粒度分析器が懸濁液状の固形物によるある種の媒体(この屈折率は該固形物とは異なる)中での光の回折の原理を周知の態様で使用するということが簡単に想起されるであろう。フラウンホーファーの理論によれば、物体の寸法と光の回折角との間にはある種の関係がある(物体が小さければ小さいほど回折角は大きい)。実際には、必要とされる全てのことは、検体の寸法分布を決定(容量で)することができるために様々な回折角について回折した光の量を測定することであり、dvは、この分布dv=Σ(nii 4)/Σ(nii 3)(式中、niは寸法又は直径diのクラスの物体の数である)の容量平均寸法に相当する。最後に、超音波プローブを装備した処理用セルが調製ステーションとレーザー粒度分析器の間に挿入され、該セルは、連続的に又はパルスモードで操作でき且つ粒子凝集体を流れの通過として連続的に分解することを予定される。この流れは、セル内のプローブの周囲のジャケットに位置した冷却回路の手段によってサーモスタット制御され、その温度は、例えば、調製ステーション内の液体に浸漬された温度プローブによって制御される。
【0073】
シアーズ数は、Analytical Chemistry,vol.28,No.12,1956年12月,「水酸化ナトリウムでの滴定によるコロイドシリカの比表面積の決定」に記載された方法を使用して決定される。
【0074】
シアーズ数とは、200g/L塩化ナトリウム媒体の10g/Lシリカ懸濁液のpH(4〜9)を上昇させるのに必要な0.1M水酸化ナトリウム溶液の容量である。
【0075】
これを行うために、400グラムの塩化ナトリウムを使用して1M塩酸溶液でpH3に酸性化された200g/L塩化ナトリウム溶液を調製する。秤量をメトラーの精密天秤の手段によって実行する。この塩化ナトリウム溶液の150mLを1.5gの乾燥シリカに相当する分析される検体の重量M(gで表す)が予め導入された250mLビーカーに穏やかに添加する。超音波を得られた分散体に8分間にわたって適用する(ブランソン社製1500ワット超音波プローブ、60%振幅、13mm直径)(このビーカーは氷充填晶析器中にある)。次いで得られた溶液を、25mm×5mmの直径を有する磁気棒を使用して磁気撹拌により均質化させる。該懸濁液のpHが4以下(必要ならば、1M塩酸溶液を使用して調整する)であることを検査する。次いで、0.1Mの水酸化ナトリウム溶液を、pH7及びpH4の緩衝液を使用して予め較正されたメトローム滴定pHメーター(672Titroprocessor、655Dosimat)の手段によって2mL/分の速度で添加する。この滴定pHメーターは、次のようにプログラムされた。(1)「pHを得る」プログラムを呼び出す及び(2)次のパラメーターを導入する:
休止(滴定の開始前の待ち時間):3秒、反応体流量:2mL/分、予想(滴定速度のpH曲線の傾きへの適合):30、停止pH:9.40、臨界的EP(当量点の検出の感度):3、報告(滴定報告をプリントするためのパラメーター):2、3及び5(即ち、詳細な報告、測定ポイントのリスト及び滴定曲線の作成)。それぞれ4のpH及び3のpHを得るために添加された水酸化ナトリウム溶液の正確な容量V1及びV2を補間により決定する。1.5gの乾燥シリカについてのシアーズ数は、
(V2−V1×150)/(SC×M)
(式中、
1はpH1=4での0.1M水酸化ナトリウム溶液の容量であり、
2はpH2=9での0.1M水酸化ナトリウム溶液の容量であり、
Mは検体の重量であり(gで表す)、
SCは固形分(%で表す)である。)
に等しい。また、細孔分布幅は、水銀ポロシメトリーによって決定されるパラメーターW/FIによって示してもよい。この測定は、サーモフィニガン社によって販売されているPASCAL140及びPASCAL440ポロシメーターを使用して、50〜500mg量の検体(本場合には140mg)を測定用セルに導入する態様で操作して実施される。この測定用セルは、PASCAL140器具の測定ユニット内に設置されている。次いで、検体を0.01kPaの圧力を達成するのに必要な時間にわたって真空ガス抜きする(典型的には10分前後)。次いで、この測定用セルに水銀を装入する。400kPa以下の圧力についての水銀浸入曲線Vp=f(p)(ここで、Vpは水銀侵入量であり、Pは加えられた圧力である)の第1部分を、PASCAL140を使用して決定する。次いで、測定用セルをPASCAL440ポロシメーターの測定ユニット内に設置し、100kPa〜400MPaの圧力についての水銀侵入曲線Vp=f(P)の第2部分をPASCAL440ポロシメーターを使用して決定する。このポロシメーターは、侵入量の偏差に従って水銀侵入速度を永続的に調節するようにPASCALモードで使用される。PASCALモードにおける速度パラメーターを5にセットする。細孔半径Rpを、ウォッシュバーンの方程式を使用し、細孔が円筒形であると仮定し、140°の接触角及び480ダイン/cm(又はN/m)の表面張力γを選択して、圧力値Pから算出する。細孔容積Vpは、導入されるシリカの重量に比例し且つcm3/gで表される。シグナルVp=f(P)は、対数フィルター(「滑らかなダンピング係数」のフィルターパラメーターF=0.96)と移動平均フィルター(「平均すべき点の数」のフィルターパラメーターf=20)を組み合わせることによって平滑化される。粒度分布は、滑らかな侵入曲線の導関数dVp/dRpを算出することによって得られる。粉末度指数FIは、粒度分布dVp/dRpの最大値に相当する細孔半径値(Åで表される)である。粒度分布dVp/dRpの中央高さ幅はWで表される。
【0076】
表面積のnm2当たりのシラノールの数は、メタノールをシリカの表面上にグラフトすることによって決定される。まず、1gの原シリカを110mLオートクレーブ(トップインダストリー社、参照09990009)中で10mLのメタノールの懸濁液に置く。磁気棒を導入し、そして密閉され且つ断熱されたオートクレーブを磁気撹拌機上で200℃(40bar)に加熱し、4時間加熱する。次いで、このオートクレーブを冷水浴中で冷却する。グラフトされたシリカを沈降により回収し、残部のメタノールを窒素流れ中で蒸発させる。最後に、グラフトシリカを130℃で12時間にわたって真空乾燥させる。炭素含有量を原シリカ及びグラフトシリカについて元素分析器(CEインストルメント社製のNCS2500分析器)によって決定する。この定量法は、グラフトシリカについて乾燥の終了後3日以内に実施される。これは空気の湿気又は熱がメタノールグラフトの加水分解を生じさせ得るからである。次いで、nm2当たりのシラノールの数を次式:
SiOH/nm2=[(%Cg−%Cr)×6.023×1023]/[SBET×1018×12×100]
(式中、
%Cgはグラフトシリカ上に存在する炭素の重量%であり、
%Crは原シリカ上に存在する炭素の重量%であり、
BETはシリカのBET比表面積(m2/gで表す)である。)
を使用して算出する。
【0077】
本発明の第1の変形例によれば、
・40〜525m2/gのCTAB比表面積(SCTAB)、
・45〜550m2/gのBET比表面積(SBET)、
・超音波砕解後にXDC粒度分析により測定して、少なくとも0.91、特に少なくとも0.94の物体の寸法分布幅Ld((d84−d16)/d50)、及び
・比V(d5-d50)/V(d5-d100)が少なくとも0.66、特に少なくとも0.68であるような細孔の寸法の関数としての細孔容積分布
を有することを特徴とする新規なシリカが提案される。
【0078】
この本発明の変形例に従うシリカは、例えば、
・超音波砕解後のXDC粒度分析により測定して、少なくとも1.04の物体の寸法分布幅Ld((d84−d16)/d50)、及び
・比V(d5-d50)/V(d5-d100)が少なくとも0.71であるような細孔の寸法の関数としての細孔容積分布
を有する。
【0079】
このシリカは、少なくとも0.73、特に少なくとも0.74の比V(d5-d50)/V(d5-d100)を有し得る。この比は、少なくとも0.78、特に少なくとも0.80又はさらに少なくとも0.84であることができる。
【0080】
本発明の第2の変形例は、
・40〜525m2/gのCTAB比表面積(SCTAB)、
・45〜550m2/gのBET比表面積(SBET)、及び
・0.70以上、特に0.80以上、具体的には0.85以上の細孔分布幅ldp
を有することを特徴とする新規なシリカからなる。
【0081】
このシリカは、1.05以上、例えば1.25以上又はさらに1.40以上の細孔分布幅ldpを有し得る。
【0082】
この本発明の変形例に従うシリカは、好ましくは、超音波砕解後にXDC粒度分析により測定して、少なくとも0.91、特に少なくとも0.94、例えば少なくとも1.0の物体の寸法分布幅Ld((d84−d16)/d50)を有する。
【0083】
また、本発明の第3の変形例に従って提案されるものは、
・40〜525m2/gのCTAB比表面積(SCTAB)、
・45〜550m2/gのBET比表面積(SBET)、及び
・超音波砕解後にXDC粒度分析により測定して、少なくとも0.95の500nmよりも小さい物体の寸法分布幅L’d((d84−d16)/d50)
を有することを特徴とする新規なシリカである。
【0084】
このシリカは、少なくとも0.73、特に少なくとも0.74の比V(d5-d50)/V(d5-d100)を有し得る。この比は、少なくとも0.78、特に少なくとも0.80又はさらに0.84であることができる。
【0085】
本発明の第4の変形例は、
・40〜525m2/gのCTAB比表面積(SCTAB)、
・45〜550m2/gのBET比表面積(SBET)、
・超音波砕解後にXDC粒度分析により測定して、少なくとも0.90、特に少なくとも0.92の500nmよりも小さい物体の寸法分布幅L'd((d84−d16)/d50)、及び
・比V(d5-d50)/V(d5-d100)が少なくとも0.74であるような細孔の寸法の関数としての細孔容積分布
を有することを特徴とする新規なシリカからなる。
【0086】
このシリカは、少なくとも0.78、特に少なくとも0.80又はさらに少なくとも0.84の比V(d5-d50)/V(d5-d100)を有し得る。
【0087】
本発明に従うシリカ(即ち、本発明の4つの変形例のうちの1つに従うもの)では、最も粗い細孔によって与えられる細孔容積は、通常はその構造の最も大きい部分を表す。
【0088】
このシリカは、少なくとも1.04の物体寸法分布幅Ldと少なくとも0.95の物体
寸法(500nmよりも小さい)分布幅L’dの両方を有し得る。
【0089】
本発明に従うシリカの物体寸法分布幅Ldは、ある場合には少なくとも1.10、特に少なくとも1.20であることができる。これは、少なくとも1.30、例えば少なくとも1.50又はさらに少なくとも1.60であることができる。
【0090】
同様に、本発明に従うシリカの物体寸法(50nmよりも小さい)分布幅L’dは、例えば、少なくとも1.0、特に少なくとも1.10、具体的には少なくとも1.20であることができる。
【0091】
好ましくは、本発明に従うシリカは、これらのものが60以下、好ましくは55以下、例えば50以下の(シアーズ数×1000)/(BET比表面積(SBET)比を有するように特定の表面化学を有する。
【0092】
本発明に従うシリカは、一般には、超音波砕解後のXDC粒度分析(水中で)によって測定されるそれらの粒度分布のモードが次の条件:XDCモード(nm)≧(5320/SCTAB(m2/g))+8又はさらに次の条件:XDCモード(nm)≧(5320/SCTAB(m2/g))+10を満足するようなものであることができる、高い、しかして不規則な物体寸法を有する。
【0093】
本発明に従うシリカは、例えば、少なくとも1.35cm3/g、特に少なくとも1.40cm3/g又はさらに少なくとも1.50cm3/gの細孔容積(V80)(3.7〜8.0nmの直径を有する細孔によって形成される)を有し得る。
【0094】
本発明に従うシリカは、好ましくは、申し分のない重合体への分散性を有する。
【0095】
超音波砕解後のこれらの中央直径(φ50s)は、一般に8.5μm以下である。これは、6.0μm以下、例えば5.5μm以下であることができる。
【0096】
同様に、超音波砕解後のこれらの中央直径(φ50M)は、一般に8.5μm以下である。これは、6.0μm以下、例えば5.5μm以下であることができる。
【0097】
また、これらのものは、少なくとも0.0035μm-1.分-1、特に少なくとも0.0037μm-1.分-1の砕解速度(αで表され且つ先の超音波砕解と呼ばれる試験でパルスモードで600ワットのプローブの100%の出力で測定される)を有し得る。
【0098】
本発明に従うシリカは、3mL以上、特に3.5mL以上、具体的には4.5mL以上の超音波砕解係数(FDS)を有し得る。
【0099】
これらの超音波砕解係数(FDM)は、6以上、特に7以上、具体的には11以上であることができる。
【0100】
本発明に従うシリカは、超音波砕解後にXDC粒度分析によって測定して、20〜300nm、特に30〜300nm、例えば40〜160nmの重量平均粒度dWを有し得る。
【0101】
一般に、本発明に従うシリカは、次の3つの特性:
・dW≧(16500/SCTAB)−30であるような粒度分布、
・W/FI≧−0.0025SCTAB+0.85であるような多孔度、及び
・NSiOH/nm2≦−0.027SCTAB+10.5であるような単位面積当たりのシラノール数NSiOH/nm2
の少なくとも一つ又はさらにこれらの全ても有する。
【0102】
一具体例によれば、本発明に従うシリカは、一般に、
・60〜330m2/g、特に80〜290m2/gのCTAB比表面積(SCTAB)、
・70〜350m2/g、特に90〜320m2/gのBET比表面積(SBET)を有する。
【0103】
これらのCTAB比表面積は、90〜230m2/g、特に95〜200m2/g、例えば120〜190m2/gであることができる。
【0104】
同様に、それらのBET比表面積は、110〜270m2/g、特に115〜250m2/g、例えば135〜235m2/gであることができる。
【0105】
別の具体例では、本発明に従うシリカは、一般に
・40〜380m2/g、特に45〜280m2/gのCTAB比表面積、及び
・45〜400m2/g、特に50〜300m2/gのBET比表面積
を有する。
【0106】
これらのCTAB比表面積は、115〜260m2/g、特に145〜260m2/gであることができる。
【0107】
同様に、それらのBET比表面積は、120〜280m2/g、特に150〜280m2/gであることができる。
【0108】
本発明に従うシリカは、ある種の微孔質を有し得る。しかして、本発明に従うシリカは、通常は(SBET−SCTAB)≧5m2/g、特に≧15m2/g、例えば≧25m2/gであるようなものである。
【0109】
この微孔質は、一般にあまり大きくない。本発明に従うシリカは、一般に、(SBET−SCTAB)<50m2/g、好ましくは<40m2/gであるようなものである。
【0110】
本発明に従うシリカのpHは、通常、6.3〜7.8、特に6.6〜7.5にある。
【0111】
これらのものは、通常200〜330mL/100g、例えば240〜300mL/100gで変化するDOP吸油量を有する。
【0112】
これらのものは、少なくとも80μmの平均寸法を有するほぼ球形のビーズの形であることができる。
【0113】
このビーズの平均寸法は、少なくとも100μm、例えば少なくとも150μmであることができる。これは、一般にせいぜい300μmであり、好ましくは100〜270μmの間にある。この平均寸法は、NF X 11507(1970年12月)標準規格に従って乾式スクリーニング及び50%の累積網上に従う直径の決定によって決定される。
【0114】
また、本発明に従うシリカは、少なくとも15μmの平均寸法を有する粉末の形であることもできる。例えば、これは、15〜60μm(特に20〜45μm)又は30〜150μm(特に45〜120μm)である。
【0115】
また、これらのものは、これらの最も大きい寸法(長さ)の軸線に沿って、少なくとも1mm、特に1〜10mmの寸法を有する顆粒の形であることもできる。
【0116】
本発明に従うシリカは、好ましくは、本発明に従う及び上記の製造方法によって製造される。
【0117】
本発明に従うシリカ又は本発明の方法に従う方法によって製造されたものは、天然又は合成重合体の強化の用途に特に有用であると分かった。
【0118】
これらのものが特に補強充填剤として使用される重合体組成物は、一般に、好ましくは−150〜+300℃、例えば−150〜+20℃の少なくとも一つのガラス転移温度を有する1種以上の重合体又は共重合体、特に1種以上のエラストマー、具体的には熱可塑性エラストマーを基材とする。
【0119】
見込まれる重合体としては、ジエン重合体、特にジエンエラストマーが挙げられる。
【0120】
例えば、少なくとも1個の不飽和基(特に、エチレン、プロピレン、ブタジエン、イソプレン及びスチレンのような)を含む脂肪族若しくは芳香族単量体から誘導される重合体若しくは共重合体、ポリアクリル酸ブチル又はそれらのブレンドを使用することが可能である。また、シリコーンエラストマー、官能化エラストマー(例えばシリカの表面と反応できる官能基によって官能化されたもの)及びハロゲン化重合体も挙げられる。ポリアミドが挙げられる。
【0121】
重合体(若しくは共重合体)は、塊状重合体(若しくは共重合体)、重合体(若しくは共重合体)ラテックス又は重合体(若しく共重合体)の水若しくは任意の他の好適な分散液の溶液であることができる。
【0122】
ジエンエラストマーとしては、例えば、ポリブタジエン(BR)、ポリイソプレン(IR)、ブタジエン共重合体、イソプレン共重合体又はそれらのブレンドが挙げられ、特にスチレン・ブタジエン共重合体(SBR、特にエマルジョンスチレン・ブタジエン共重合体ESBR又は溶液スチレン・ブタジエン共重合体SSBR)、イソプレン・ブタジエン共重合体(BIR)、イソプレン・スチレン共重合体(SIR)、スチレン・ブタジエン・イソプレン共重合体(SBIR)及びエチレン・プロピレン・ジエン三元共重合体(EPDM)が挙げられる。
【0123】
また、天然ゴム(NR)も挙げられる。
【0124】
重合体組成物は、加硫でき(次いで加硫ゴムが得られる)又は、特に過酸化物によって架橋できる。
【0125】
一般に、重合体組成物は、少なくとも1種のカップリング(シリカ/重合体)剤及び/又は少なくとも1種の被覆剤をさらに含む。また、これらのものは、特に酸化防止剤も含むことができる。
【0126】
特に、カップリング剤として、いわゆる「対称」又は「非対称」のポリスルフィドをベースとするシランを使用することが可能であり、これらのものとしては、例示として、より具体的には、例えば、ビス(3−(トリメトキシシリル)プロピル)ポリスルフィド又はビス(3−(トリエトキシシリル)プロピル)ポリスルフィドのようなビス((C1〜C4)アルコキシル(C1〜C4)アルキルシリル(C1〜C4)アルキル)ポリスルフィド(特に、ジスルフィド、トリスルフィド又はテトラスルフィド)が挙げられるが、これらに限定されない。また、モノエトキシジメチルシリルプロピルテトラスルフィドも挙げられる。
【0127】
このカップリング剤は、重合体上に予備グラフトされ得る。
【0128】
また、このものは、遊離状態(即ち、予備グラフトされていない)で使用されてよく、或いはシリカ表面上にグラフトされてもよい。同じことが随意の被覆剤にも当てはまる。
【0129】
本発明に従うシリカ又は本発明に従う方法によって製造されたシリカの使用は、強化重合体組成物に使用されるべきカップリング剤の量を、実質的に同一の性質の妥協を維持しつつ、例えば20%前後実質的に減少させることができる。
【0130】
カップリング剤は、随意として、好適な「カップリング活性剤」、即ち、このカップリング剤と混合するときにカップリング剤の効果を増大させる化合物と組み合わせることができる。
【0131】
重合体組成物中のシリカの重量割合は、かなり広範囲にわたって変化することができる。通常、これは、重合体の量の2〜80%、例えば30〜70%に相当する。
【0132】
本発明に従うシリカは、有利には、重合体組成物の無機補強充填剤の全て及びさらには補強充填剤の全てを構成し得る。
【0133】
しかしながら、特に、例えばZ1165MP若しくはZ1115MPのような商用の非常に分散性のあるシリカ、処理された沈降シリカ(例えば、アルミニウムのような陽イオンを使用して「ドープ」されたもの)又は例えばアルミナのような別の無機補強充填剤又はさらに有機補強充填剤、特にカーボンブラック(随意として無機層で、例えばシリカで被覆されたもの)のような少なくとも1種のその他の補強充填剤を随意としてこの本発明に従うシリカと組み合わせてもよい。従って、本発明に従うシリカは、好ましくは、補強充填剤の全ての少なくとも50重量%、さらに少なくとも80重量%を占める。
【0134】
例示として、上記の重合体組成物を基材とする完成物品(特に、上記の加硫ゴムを基材とするもの)、靴底(好ましくはカップリング(シリカ/重合体)剤の存在下で)、床仕上材、気体遮断材、難燃材が挙げられ、また、ケーブルカーの車輪、家庭電化製品用のシール、液体又はガス管用のシール、ブレーキ装置、外装又はダクト用のシール、ケーブル及び伝動ベルトのような工業用部品も挙げられる。
【0135】
靴底の場合には、有利にはカップリング(シリカ/重合体)剤の存在下に、例えば、天然ゴム(NR)、ポリイソプレン(IR)、ポリブタジエン(BR)、スチレン・ブタジエン共重合体(SBR)及びブタジエン・アクリロニトリル共重合体(NBR)を基材とする重合体組成物を使用することが可能である。
【0136】
工業用部品については、例えばカップリング(シリカ/重合体)剤の存在下に、例えば、天然ゴム(NR)、ポリイソプレン(IR)、ポリブタジエン(BR)、スチレン・ブタジエン共重合体(SBR)、ポリクロルプレン、ブタジエン・アクリロニトリル共重合体(NBR)、水素化又はカルボキシル化ニトリルゴム、イソブチレン・イソプレン共重合体(IIR)、ハロゲン化(特に臭素化又は塩素化)ブチルゴム、エチレン・プロピレン共重合体(EPM)、エチレン・プロピレン・ジエン三元共重合体(EPDM)、塩素化ポリエチレン、クロルスルホン化ポリエチレン、エピクロルヒドリンゴム、シリコーン、フルオロカーボンゴム及びポリアクリレートを基材とする重合体組成物を使用することが可能である。
【0137】
また、本発明に従うシリカ又は本発明に従う方法によって製造されたシリカは、触媒用の担体として、活性物質用の吸収剤(特に液体用の担体、例えば、ビタミン(ビタミンE)、塩化コリンのような食品に使用されるもの)として、粘度調整剤、テキスチャー付与剤若しくは凝固防止剤として、電池隔離板用の成分として、又は歯磨き若しくは紙用の添加剤としても使用できる。
【0138】
次の例は本発明を例示するものであるが、その範囲を限定するものではない。
【実施例】
【0139】
例1
10Lの純水を25Lのステンレス鋼製反応器に導入した。この溶液を80℃に加熱した。全反応をこの温度で実施した。80g/Lの硫酸をpHが4の値に達するまで撹拌しながら(350rpm、プロペラ式攪拌機)導入した。
【0140】
230g/Lの濃度を有する珪酸ナトリウム溶液(3.52のSiO2/Na2O比を有する)を76g/分の速度で、及び80g/Lの濃度を有する硫酸を反応混合物のpHを4の値に維持するように設定された速度で該反応器に35分間にわたって同時に導入した。添加の30分後に、撹拌速度を450rpmに増加させた。
【0141】
同時添加の35分の終了時に、酸の導入をpHが9の値に達しない限り停止させた。そのときに、珪酸塩の流れも停止させた。次いで、この混合物を15分間にわたってpH9で熟成させた。熟成の終了時に、撹拌速度を350rpmに減少させた。
【0142】
次いで、このpHを硫酸を導入することによってpH8にした。新たな同時添加を40分間にわたって76g/分の珪酸ナトリウム流量で(第1の同時添加の場合と同一の珪酸ナトリウム)及び反応混合物のpHを8の値に維持するように調節された硫酸(80g/Lの濃度を有する)の流量で実施した。
【0143】
この同時添加の後に、反応混合物を80g/Lの濃度を有する硫酸によって4のpHにする。この混合物を10分間にわたってpH4で熟成させる。250mLの1‰の凝集剤FA(5×106gの分子量を有するポリオキシエチレン)をこの熟成の3分後に導入した。
【0144】
スラリーを減圧下で濾過及び洗浄した(16.7%固形分)。希釈後(13%固形分)、得られたケークを機械的に砕解させた。得られたスラリーをタービン噴霧乾燥機の手段によって噴霧乾燥させた。
【0145】
このときに得られたシリカP1の特性を次に記す。
CTAB比表面積:221m2/g
BET比表面積:240m2/g
(d5-d50)/V(d5-d100):0.74
幅Ld(XDC):1.62
細孔分布幅ldp:1.42
幅L'd(XDC):1.27
シーズ数×1000/BET比表面積:42.9
XDCモード:39nm
細孔容積V80:1.69cm3/g
φ50S(超音波砕解後):4.8μm
DS:4.6mL
α:0.00626μm-1.分-1
W:79nm
W/FI:0.62
SiOH/nm2:3.90。
【0146】
例2
9.575kgの純水及び522gの珪酸ナトリウム(3.55のSiO2/Na2O重量比)を235g/L濃度で25Lのステンレス鋼製反応器に導入した。この溶液を80℃に加熱した。全反応をこの温度で実施した。80g/Lの濃度を有する硫酸をpHが4の値に達するまで撹拌しながら(300rpm、プロペラ攪拌機)導入した(615gの酸を導入した)。
【0147】
235g/Lの濃度を有する珪酸ナトリウム溶液(3.55のSiO2/Na2O重量比を有する)を50g/分の速度で、及び80g/Lの濃度を有する硫酸を反応混合物のpHを4の値に維持するように設定された速度で該反応器に40分にわたって同時に導入した。
【0148】
同時添加の40分の終了時に、酸の導入をpHが9の値に達しないうちに停止させた。そのときに、珪酸塩の流れも停止させた。次いで、この混合物をpH9で15分間にわたって80℃で熟成させた。
【0149】
次いで、このpHを硫酸を2分間にわたって導入することによってpH8にした。新たな同時添加を60分にわたって76g/分の珪酸ナトリウム流量で(第1の連続添加の場合と同一の珪酸ナトリウム)及び反応混合物のpHを8の値に維持するように調節された硫酸(80g/Lの濃度を有する)の流量で実施した。
【0150】
この同時添加後に、反応混合物を80g/Lの濃度を有する硫酸によって5分間にわたって4のpHにする。この混合物を10分間にわたってpH4で熟成させる。
【0151】
スラリーを減圧下で濾過及び洗浄した(5.5%のケーク固形分)。希釈後(12%固形分)、得られたケークを機械的に砕解した。得られたスラリーをタービン噴霧乾燥機の手段によって噴霧乾燥させた。
【0152】
得られたシリカP2の特性を次に記す。
CTAB比表面積:182m2/g
BET比表面積:197m2/g
(d5-d50)/V(d5-d100):0.76
幅Ld(XDC):1.12
細孔分布幅ldp:1.26
幅L'd(XDC):0.90
XDCモード:57nm
細孔容積V80:1.40cm3/g
φ50S(超音波砕解後):4.1μm
DS:4.0mL。
【0153】
例3
10g/Lの濃度の10Lの珪酸ナトリウム(3.55のSiO2/Na2O重量比)を25Lのステンレス鋼製反応器に導入した。この溶液を80℃に加熱した。全反応をこの温度で実施した。80g/Lの濃度の硫酸をpHが4の値に達するまで撹拌しながら(300rpm、プロペラ攪拌機)導入した。
【0154】
230g/Lの濃度を有する珪酸ナトリウム溶液(3.55のSiO2/Na2O重量比を有する)を50g/分の速度で、及び80g/Lの濃度を有する硫酸を反応混合物のpHを4の値に維持するように設定された速度で該反応器に40分にわたって同時に導入した。
【0155】
連続添加の40分の終了時に、酸の導入を8のpHが達成されるまで停止させた。
【0156】
新たな同時添加を60分間にわたって50g/分の珪酸ナトリウム流量で(第1の同時添加の場合と同一の珪酸ナトリウム)及び反応混合物のpHを8の値に維持するように設定された硫酸(80g/Lの濃度を有する)の流量で実施した。
【0157】
この同時添加後に、反応混合物を80g/Lの濃度を有する硫酸によって4分間にわたって4のpHにする。この混合物を10分間にわたってpH4で熟成させる。
【0158】
スラリーを減圧下でろ過及び洗浄した(13.7%のケーク固形分)。希釈後(11.2%固形分)、得られたケークを機械的に砕解した。得られたスラリーをタービン噴霧乾燥機の手段によって噴霧乾燥させた。
【0159】
シリカP3の特性を次に記す。
CTAB比表面積:228m2/g
BET比表面積:245m2/g
(d5-d50)/V(d5-d100):0.76
幅Ld(XDC):1.48
細孔分布幅ldp:1.98
幅L'd(XDC):1.16
XDCモード:42nm
細孔容積V80:1.48cm3/g
φ50S(超音波砕解後):4.4μm
DS:4.3mL。
【0160】
例4
10g/Lの濃度を有する珪酸ナトリウム溶液(3.5のSiO2/Na2O重量比)の12Lを25Lのステンレス鋼製反応器に導入した。この溶液を80℃に加熱した。全反応をこの温度で実施した。80g/Lの濃度を有する硫酸をpHが8.9の値に達するまで撹拌しながら(300rpm、プロペラ攪拌機)導入した。
【0161】
230g/Lの濃度を有する珪酸ナトリウム溶液(3.5のSiO2/Na2O重量比を有する)を76g/分の速度で、及び80g/Lの濃度を有する硫酸を反応混合物のpHを8.9の値に維持するように設定された速度で該反応器に15分にわたって同時に導入した。しかして、かろうじて凝集した粒子のゾルが得られた。このゾルを回収し、そして冷水が循環している銅コイルを使用して急速に冷却した。反応器を迅速に清浄にした。
【0162】
4Lの純水をこの25L反応器に導入した。80g/Lの濃度を有する硫酸をpHが4の値に達するまで導入した。195g/分の流量での冷却ゾル及びpHを4に設定するのを可能にする流量での硫酸(80g/Lの濃度を有する)の同時添加を40分にわたって実施した。10分間続く熟成工程を実施した。
【0163】
同時ゾル/硫酸添加の40分後には、20分間にわたる76g/分の流量での珪酸ナトリウム(第1の同時添加の場合と同一の珪酸ナトリウム)及び反応混合物のpHを4の値に維持するように設定された流量での硫酸(80g/L)の同時添加があった。20分後に、酸の流れを8のpHが得られるまで停止させた。
【0164】
新たな同時添加を60分にわたって76g/分の珪酸ナトリウム流量で(第1の同時添加の場合と同一の珪酸ナトリウム)及び反応混合物のpHを8の値に維持するように設定された硫酸(80g/Lの濃度を有する)の流量で実施した。撹拌速度を混合物が非常に粘稠になったときに増加させた。
【0165】
この同時添加後に、反応混合物を80g/Lの濃度を有する硫酸によって5分間にわたって4のpHにする。混合物を10分にわたってpH4で熟成させる。
【0166】
スラリーを減圧下で濾過及び洗浄する(15%のケーク固形分)。希釈後、得られたケークを機械的に砕解する。得られたスラリーをタービン噴霧乾燥機の手段によって噴霧乾燥させる。
【0167】
シリカP4の特性を次に記す。
CTAB比表面積:230m2/g
BET比表面積:236m2/g
(d5-d50)/V(d5-d100):0.73
幅Ld(XDC):1.38
細孔分布幅ldp:0.67
幅L'd(XDC):1.14
XDCモード:34nm
細孔容積V80:1.42cm3/g
φ50S(超音波砕解後):3.8μm
DS:4.6mL。
【0168】
例5
5g/Lの濃度を有する珪酸ナトリウム溶液(3.48のSiO2/Na2O重量比)の10Lを25Lのステンレス鋼製反応器に導入した。この溶液を80℃に加熱した。80g/Lの濃度を有する硫酸をpHが4.2の値に達するまで撹拌しながら(300rpm、プロペラ撹拌機)導入した。
【0169】
230g/Lの濃度を有する珪酸ナトリウム溶液(3.48のSiO2/Na2O重量比を有する)を75g/分の速度で、及び80g/Lの濃度を有する硫酸を反応混合物のpHを4.2の値に維持するように設定された速度で該反応器に30分にわたって同時に導入した。
【0170】
同時添加の30分後に、酸の導入をpHが9の値に達しない限り停止させた。そのときときに、珪酸塩の流れも停止させた。熟成工程を15分間にわたってpH9で温度を80から90℃に徐々に上昇(15分にわたって)させつつ実施し、この値で反応の停止を実施した。
【0171】
次いで、pHを80g/Lの濃度を有する硫酸を導入することによってpH8にもたらした。次いで、76g/分の速度での珪酸ナトリウム(第1の同時添加の際と同一の珪酸ナトリウム)及び反応混合物のpHを8の値に維持するように設定された速度での硫酸(80g/Lの濃度を有する)の同時添加を50分にわたって実施した。
【0172】
この同時添加後に、反応混合物を80g/Lの濃度を有する硫酸によって4のpHにする。この混合物を10分間にわたってpH4で熟成させる。
【0173】
このスラリーを減圧下で濾過及び洗浄した(19.6%のケーク固形分)。希釈後(10%固形分)、得られたケークを機械的に砕解した。得られたスラリーをタービン噴霧乾燥機の手段によって噴霧乾燥させた。
【0174】
得られたシリカP5の特性を次に記す。
CTAB比表面積:135m2/g
BET比表面積:144m2/g
(d5-d50)/V(d5-d100):0.76
幅Ld(XDC):1.52
細孔分布幅ldp:2.65
幅L'd(XDC):0.92
シアーズ数×100/BET比表面積:49.3
XDCモード:57nm
細孔容積V80:1.12cm3/g
φ50S(超音波砕解後):5.9μm
W:159nm
W/FI:1.47
SiOH/nm2:5.20。
【0175】
例6
次の3種の重合体組成物を製造した。
・ロディア社により販売されている2.1g/cm3の密度を有する非常に分散性のある沈降シリカZ1165MP及びカップリング剤(基準組成物R1)を含有するもの、
・例4で製造されたシリカ及びカップリング剤をそれぞれ含有するその他2種のもの(組成物C1及びC2)。
【0176】
シリカZ1165MPは次の特性を有していた。
CTAB比表面積:160m2/g
幅Ld(XDC):0.56
細孔分布幅ldp:0.50
幅L’d(XDC):0.56
XDCモード:41nm
細孔容積V80:1.12cm3/g
φ50S(超音波砕解後)<6μm
α:0.0049μm-1.分-1
W:59nm
W/FI:0.39
SiOH/nm2:8.10。
【0177】
【表1】
Figure 2005500238
(1)油展されていない溶液合成スチレン・ブタジエン共重合体(BUNA VSL 5525−0型)
(2)充填剤/重合体カップリング剤(デグッサ社により販売)
(3)N−(1,3−ジメチルブチル)−N'−フェニル−p−フェニレンジアミン
(4)N−シクロヘキシル−2−ベンゾチアジルスルフェンアミド(CBS)。
【0178】
組成物C1は、基準組成物R1と同一の量のカップリング剤を含有していた。組成物C2は、使用したシリカ(例4)の比表面積に関して最適化された量のカップリング剤を含有していた。
【0179】
これらの組成物は、エラストマーを75cm3の容積を有する密閉式ミキサー内で120℃の温度が得られるまで50回転/分の平均羽根速度でもって2工程で熱機械的に作業することによって製造され、これらの工程は、その後外部ミキサーで実施される仕上げ工程に続いた。
【0180】
加硫温度を170℃に選択した。組成物のための加硫条件を相当するコンパウンドの加硫速度に合わせた。
【0181】
組成物の特性を以下に与えるが、この測定は、次の標準規格及び/又は方法に従って実施された(加硫組成物について)。
加硫特性(流動学的性質)
(未加硫の特性:170℃での流動度、t=30分)、
NF T 43015標準規格。
モンサント100S流動計を最小トルク(Cmin)及び最大トルク(Cmax)の測定のために特に使用した。
Ts2は、混合物を監視するのが可能であった時間に相当した。重合体混合物はTs2後に硬化した(加硫の開始)。
T90は、混合物が90%の加硫を受けるのにかかった時間に相当した。
【0182】
機械的性質(170℃で加硫された組成物の)
引張特性(モジュラス):NF T 46002標準規格。
x%モジュラスは、x%の引張歪で測定される応力に相当した。
【0183】
【表2】
Figure 2005500238
【0184】
発明に従うシリカを含有する組成物C1及びC2は、基準組成物R1と比較して有用な特性の妥協を示していることが分かる。
【0185】
最適化されていない加硫条件にもかかわらず、組成物C1は、基準組成物R1よりもモジュラスに関してより顕著な強化に至った。
【0186】
組成物C2の場合になされたカップリング剤含有量の調整は、基準組成物R1に匹敵する加硫速度を生じさせた。さらに、組成物C2は、基準組成物R1により得られたモジュラスよりもかなり高いモジュラスを有する(特に、100%及び200%のモジュラス)。
【0187】
例7
5g/Lの濃度を有する珪酸ナトリウム溶液(3.53のSiO2/Na2O重量比)の10Lを25Lのステンレス鋼製反応器に導入した。この溶液を80℃に加熱した。80g/Lの濃度を有する硫酸をpHが4.2の値に達するまで撹拌しながら(300rpm、プロペラ撹拌機)導入した。
【0188】
230g/Lの濃度を有する珪酸ナトリウム溶液(3.53のSiO2/Na2O重量比を有する)を50g/分の速度で、及び80g/Lの濃度を有する硫酸を反応混合物のpHを4.2の値に維持するように設定された速度で該反応器に35分にわたって同時に導入した。
【0189】
同時添加の35分後に、酸の導入をpHが9の値に達しない限り停止させた。そのときに、珪酸塩の流れも停止させた。熟成工程を15分にわたってpH9で温度を80から90℃に徐々に増大させつつ(15分にわたって)実施し、この値で反応の停止を実施した。
【0190】
次に、pHを80g/Lの濃度を有する硫酸を導入することによってpH8にもたらした。次いで、50g/分の速度での珪酸ナトリウム(第1の同時添加のときと同一の珪酸ナトリウム)及び反応混合物のpHを8の値に維持するように設定された速度での硫酸(80g/Lの濃度を有する)の新たな同時添加を50分にわたって実施した。
【0191】
この同時添加後に、反応混合物を80g/Lの濃度を有する硫酸で4のpHにする。この混合物を10分間にわたってpH4で熟成させる。
【0192】
このスラリーを減圧下で濾過及び洗浄した(16.8%のケーク固形分)。希釈後(10%固形分)に、得られたケークを機械的に砕解した。得られたスラリーをタービン噴霧乾燥機の手段によって噴霧乾燥させた。
【0193】
得られたシリカP6の特性を次に記す。
CTAB比表面積:170m2/g
BET比表面積:174m2/g
(d5-d50)/V(d5-d100):0.78
幅Ld(XDC):3.1
細孔分布幅ldp:1.42
幅L’d(XDC):2.27
シアーズ数×1000/BET比表面積:50.6
XDCモード:41nm
細孔容積V80:1.38cm3/g
φ50S(超音波砕解後):4.3μm
DS:3.7mL
α:0.00883μm-1.分-1
W:98nm
W/FI:0.78
SiOH/nm2:4.40。
【0194】
例8
700Lの工業用水を2000Lの反応器に導入した。この溶液を蒸気の直接注入加熱により80℃に加熱した。80g/Lの濃度を有する硫酸をpHが4の値に達するまで撹拌しながら(95rpm)導入した。
【0195】
230g/Lの濃度を有する珪酸ナトリウム溶液(3.52のSiO2/Na2O重量比を有する)を190L/時間の速度で、及び80g/Lの濃度を有する硫酸を反応混合物のpHを4の値に維持するように設定された速度で該反応器に35分にわたって同時に導入した。
【0196】
同時添加の35分後に、酸の導入をpHが8の値に達しない限り停止させた。次いで、190L/時間の速度での珪酸ナトリウム(第1の同時添加のときと同一の珪酸ナトリウム)及び反応混合物のpHを8の値に維持するように設定された速度での硫酸(80g/Lの濃度を有する)の新たな同時添加を40分にわたって実施した。
【0197】
この同時添加後に、反応混合物を80g/Lの濃度を有する硫酸によって5.2のpHにする。この混合物を5分間にわたってpH5.2で熟成させる。
【0198】
このスラリーをフィルタープレスで濾過及び洗浄した(22%のケーク固形分)。得られたケークを0.3%のAl/SiO2重量比に相当する量のアルミン酸ナトリウムを添加して破砕した。得られたスラリーをノズル噴霧乾燥機の手段によって噴霧乾燥させた。
【0199】
ほぼ球形のビーズの形で得られたシリカP7の特性を次に記す。
CTAB比表面積:200m2/g
BET比表面積:222m2/g
(d5-d50)/V(d5-d100):0.71
幅Ld(XDC):1.0
細孔分布幅ldp:1.51
幅L’d(XDC):0.93
シアーズ数×1000/BET比表面積:31.5
XDCモード:34nm
細孔容積V80:1.44cm3/g
平均粒度:>150μm
φ50S(超音波砕解後):4.8μm
DS:5.4mL
φ50M(超音波砕解後):5.0μm
DM:11.5
α:0.00566μm-1.分-1
W:68nm
W/FI:0.70
SiOH/nm2:4.50。
【0200】
例9
700Lの工業用水を2000L反応器に導入した。この溶液を直接蒸気注入加熱によって78℃に加熱した。80g/Lの濃度を有する硫酸をpHが4の値に達するまで撹拌しつつ(95rpm)導入した。
【0201】
230g/Lの濃度を有する珪酸ナトリウム溶液(3.52のSiO2/Na2O重量比を有する)を190L/時間の速度で、及び80g/Lの濃度を有する硫酸を反応混合物のpHを4の値に維持するように設定された速度で該反応器に35分にわたって同時に導入した。
【0202】
同時添加の35分後に、酸の導入をpHが8の値に達しない限り停止させた。次いで、190L/時間の速度での珪酸ナトリウム(第1の同時添加のときと同一の珪酸ナトリウム)及び反応混合物のpHを8の値に維持するように設定された速度での硫酸(80g/Lの濃度を有する)の新たな同時添加を40分にわたって実施した。
【0203】
この同時添加後に、反応混合物を80g/Lの濃度を有する硫酸によって5.2のpHにする。この混合物を5分間にわたってpH5.2で熟成させる。
【0204】
このスラリーを減圧濾過器で濾過及び洗浄した(18%ケーク固形分)。得られたケークを工業用水を使用して(ケークに対して10%の水を添加した)0.3%のAl/SiO2重量比に相当する量のアルミン酸ナトリウムを添加して機械的に砕解した。得られたスラリーをタービン噴霧乾燥機の手段によって噴霧乾燥させた。
【0205】
得られたシリカP8の特性を次に記す。
CTAB比表面積:194m2/g
BET比表面積:212m2/g
(d5-d50)/V(d5-d100):0.75
幅Ld(XDC):1.11
細孔分布幅ldp:0.83
幅L’d(XDC):4.29
シアーズ数×1000/BET比表面積:34.9
XDCモード:47nm
細孔容積V80:1.37cm3/g
φ50S(超音波砕解後):5.9μm
α:0.00396μm-1.分-1
【0206】
例10
次の2種の重合体組成物を製造した。
・ロディア社により販売されている非常に分散性のある沈降シリカZ1165MP(その特性は例6で述べた)及びカップリング剤を含有するもの(基準組成物R2)、
・例8で製造されたシリカ及びカップリング剤を含有するその他のもの(組成物C3)。
【0207】
【表3】
Figure 2005500238
(1)ポリブタジエン(コーシン KBR01型)
(2)油展されていない溶液合成スチレン・ブタジエン共重合体(BUNA VSL 5025型)
(3)ブタジエン・アクリロニトリル共重合体(KRYNAC 34−50型)
(4)γ−メルカプトプロピルトリエトキシシラン充填剤/重合体カップリング剤(クロンプトン社により販売)
(5)PLASTOL 352(エクソン社により販売)
(6)PEG4000型(ヒュルス社により販売)
(7)N−t−ブチルベンゾチアジルスルフェンアミド
(8)テトラベンジルチウラムジスルフィド。
【0208】
これらの組成物を、エラストマーを1200cm3の容積を有する密閉式ミキサー(バンバリー型)内で熱機械的に作業することによって製造した。初期温度及びローターの速度を約120℃のコンパウンドの落下温度を達成するように設定した。この工程の後に仕上げ工程を外部ミキサーで110℃以下の温度で実施した。この段階は加硫系を導入するのを可能にした。
【0209】
加硫温度を160℃に選択した。組成物のための加硫条件を相当する混合物の加硫速度に合わせた。
【0210】
これらの組成物の特性を以下に与えるが、これらの測定は、次の標準規格及び方法に従って実施された。
加硫特性(流動学的性質)
(未処理の特性:160℃での流動度測定、t=30分)
NF T 43015標準規格。
モンサント100S流動計を最小トルク(Cmin)及び最大トルク(Cmax)の測定のために特に使用した。
Ts2は、混合物を監視するのが可能であった時間に相当した。重合体混合物はTs2後に硬化した(加硫の開始)。
T90は、混合物が90%の加硫を受けるのにかかった時間に相当した。
機械的性質(160℃で加硫された組成物の)
引張特性(モジュラス、引張強さ及び破断点伸び):NF T 46002標準規格。
x%のモジュラスは、x%の引張歪で測定された応力に相当した。
引裂強さ:NF T 46007(方法B)標準規格。
ショアーA硬度:ASTEM D2240標準規格。問題の値は、加力後15秒で測定される。
耐摩耗性:DIN 53516標準規格。この測定値は、摩耗減量である。この減量が少なければ少ないほど耐摩耗性は良好である。
【0211】
【表4】
Figure 2005500238
【0212】
本発明に従うシリカを含有する組成物C3は、基準組成物R2と比較して特に有利な性質の妥協を示していることが分かる。
【0213】
基準R2組成物に匹敵する加硫速度及び基準組成物R2と同様のモジュラスを有しているが、組成物C3はさらに基準R2組成物よりも優れた引張強度、破断点伸び、引裂強さ及びショアー硬度を有している。なかでも、組成物C3は、基準組成物R2よりもかなり高い耐摩耗性を有している。しかして、摩耗減量は、ほぼ20%減少している。
【0214】
例13
次の3種の組成物を製造した。
・ロディア社が販売する非常に分散性のある沈降シリカZ1165MP(その特性は例6で述べた)及びカップリング剤を含有するもの(基準組成物R3)、
・例8で製造されたシリカ及びカップリング剤を含有するもの(組成物C4)又は例9で製造されたシリカ及びカップリング剤を含有するもの(組成物C5)のその他2種。
【0215】
【表5】
Figure 2005500238
(1)油展された(37.5重量%)溶液合成スチレン・ブタジエン共重合体(BUNA VSL5025−1型)
(2)ポリブタジエン(バイエル社が販売するBUNA CB24型)
(3)充填剤/重合体カップリング剤:ビス(3−(トリエトキシシリル)プロピル)テトラスルフィド(商品名Si69の下にデグッサ社が販売)
(4)N−1,3−ジメチルブチル−N−フェニル−p−フェニレンジアミン(フレクシス社が販売するSANTOFLEX 6−PPD)
(5)ジフェニルグアニジン(バイエル社が販売するVULKACIT D)
(6)N−シクロヘキシル−2−ベンゾチアジルスルフェンアミド(フレクシス社が販売するSANTOCURE)。
【0216】
これら3種の組成物のそれぞれを3つの連続段階で製造した。密閉式ミキサー内で実施される最初の2つの段階では、約150℃の最大の温度が得られるまで高温で熱機械的に作業した。これらの後にシリンダーで110℃以下の温度で実施する第3の機械作業が続いた。第3の段階では加硫系を導入した。
【0217】
最初の2段階のために使用されるミキサーは、70cm3の容量を有するブラベンダー型の密閉式ミキサーであった。初期温度及びローター速度をほぼ150℃のコンパウンドの落下温度を達成するようにそのたび毎に設定した。
【0218】
最初の工程は、エラストマー(t0で)及びシリカ(分割導入、2/3次いで1/3)をカップリング剤(t0+2分で)と、次いでDPG(t0+4分で)、最後にステアリン酸(t0+6分で)と配合するのを可能にさせた。ミキサーからの吐出(t0+7分でのコンパウンド落下)、次いでコンパウンドの冷却(100℃以下の温度)及び密閉式ミキサーへの再導入(t'0)(次いでこの温度を徐々に上昇させる)後に、このミキサー内での第2工程は、加工熱処理によってシリカ及びそのカップリング剤のエラストマーマトリックスへの分散を改善させるのを可能にさせた。この工程中に、酸化亜鉛及び酸化防止剤を配合した(t'0+1分で)。
【0219】
ミキサーからの吐出(t'0+4分でのコンパウンド落下)、次いでコンパウンドの冷却(100℃以下の温度)後に、第3段階は、加硫系(硫黄及びCBS)の導入を可能にさせた。これは、50℃に予備加熱されたシリンダーミキサーで実施された。この段階の時間は、5〜20分であった。
【0220】
均質化及び仕上げパスの後に、それぞれの最終コンパウンドを厚さ2〜3mmのシートの形で圧延した。
【0221】
加硫温度を160℃に選択した。これらの組成物のための加硫条件を相当するコンパウンドの加硫速度に合わせた。
【0222】
これらの組成物の特性を以下に与えるが、これらの測定は例10に示される標準規格及び/又は方法に従って実施された。
60℃でのtanδのような動的性質(160℃で加硫された組成物の)をMETRAVIB VA3000粘度計でASTEM D5992標準規格に従って4%の逆歪み及び10Hzの周波数(正弦波)でもって決定した。
【0223】
【表6】
Figure 2005500238
【0224】
本発明に従うシリカをそれぞれ含有する組成物C4及びC5は、基準組成物R3と比較して特に有利な性質の妥協を示していることが分かる。
【0225】
基準組成物R3に匹敵する加硫速度を有しているが、組成物C4及びC5はさらに基準組成物R3よりも高いモジュラス及びショアー硬度を有している。とりわけ、組成物C4及びC5は、基準組成物R3よりもかなり高い耐摩耗性を示している。しかして、摩耗減量は、約20%減少している。最後に、組成物C4及びC5は、基準組成物R3よりも低い60℃でのtanδを有しており、また、これは、これらの組成物C4又はC5を基材
とする完成物品の性質の場合に特に有利であることが分かる。
【図面の簡単な説明】
【0226】
【図1】細孔分布曲線を示す図である。

Claims (52)

  1. 珪酸塩と酸性化剤とを反応させ、それによってシリカ懸濁液を得、次いでこの懸濁液を分離及び乾燥させることを含むタイプのシリカの製造方法において、
    珪酸塩と酸性化剤との反応を
    (i)2〜5、好ましくは2.5〜5のpHを有する水性底部液を形成させ、
    (ii)該底部液に珪酸塩及び酸性化剤を反応混合物のpHが2〜5、好ましくは2.5〜5に保持されるような方法で同時に添加し、
    (iii)該酸性化剤の添加を停止させる一方で、珪酸塩を該反応混合物に7〜10、好ましくは7.5〜9.5の該反応混合物のpH値が得られるまで添加し続け、
    (iv)該反応混合物に珪酸塩及び酸性化剤を該反応混合物のpHが7〜10、好ましくは7.5〜9.5に保持されるような方法で同時に添加し、
    (v)珪酸塩の添加を停止させる一方で、該酸性化剤を該反応混合物に6以下の該反応混合物のpH値が得られるまで添加し続ける
    連続工程に従って実施することを特徴とするシリカの製造方法。
  2. 工程(iii)と工程(iv)の間に熟成工程を実施することを特徴とする請求項1に記載の方法。
  3. 工程(v)の後に熟成工程を実施することを特徴とする請求項1又は2のいずれかに記載の方法。
  4. 工程(v)において、珪酸塩の添加を停止させると同時に、酸性化剤を反応混合物に3〜5.5、例えば3〜5の該反応混合物のpH値が得られるまで添加し続けることを特徴とする、請求項1〜3のいずれかに記載の方法。
  5. 工程(iii)と工程(iv)の間に酸性化剤を反応混合物に添加し、しかもこの添加後の該反応混合物のpHが7〜9.5、好ましくは7.5〜9.5にあることを特徴とする、請求項1〜4のいずれかに記載の方法。
  6. 珪酸塩と酸性化剤の間の全反応を70〜95℃、好ましくは75〜90℃で実施することを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の方法。
  7. 珪酸塩と酸性化剤の間の全反応を一定の温度で実施することを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の方法。
  8. 工程(i)は、形成される底部液が2〜6、好ましくは2.5〜5、特に3.0〜4.5のpH値を得るように酸性化剤を水に添加することからなることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の方法。
  9. 工程(i)は、形成される底部液が2〜6、好ましくは2.5〜5、特に3.0〜4.5のpH値を得るように酸性化剤を水+珪酸塩混合物に添加することからなることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の方法。
  10. 工程(i)は、形成される底部液が2〜6、好ましくは2.5〜5、特に3.0〜4.5のpH値を得るように酸性化剤を予備形成シリカ粒子を含有する7以上のpHでの底部液に添加することからなることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の方法。
  11. 乾燥を噴霧乾燥によって実施することを特徴とする請求項1〜10のいずれかに記載の方法。
  12. 分離がフィルタープレスの手段によって実施される濾過からなることを特徴とする請求項1〜11のいずれかに記載の方法。
  13. 乾燥をノズル噴霧乾燥機の手段によって実施することを特徴とする請求項1〜12のいずれかに記載の方法。
  14. 分離が減圧濾過器の手段によって実施される濾過からなることを特徴とする請求項1〜11のいずれかに記載の方法。
  15. 乾燥をタービン噴霧乾燥機の手段によって実施することを特徴とする請求項1〜11又は14のいずれかに記載の方法。
  16. 請求項1〜15のいずれかに記載の方法によって得られ得るシリカ。
  17. 次の特性:
    ・40〜525m2/gのCTAB比表面積(SCTAB)、
    ・45〜550m2/gのBET比表面積(SBET)、
    ・超音波砕解後にXDC粒度分析によって測定して、少なくとも0.91の物体寸法分布幅Ld((d84−d16/d50))、及び
    ・比V(d5-d50)/V(d5-d100)が少なくとも0.66であるような細孔容積分布
    を有することを特徴とするシリカ。
  18. 少なくとも0.94の物体寸法分布幅Ldを有することを特徴とする請求項17に記載のシリカ。
  19. その比V(d5-d50)/V(d5-d100)が少なくとも0.68であることを特徴とする請求項17又は18のいずれかに記載のシリカ。
  20. 次の特性:
    ・超音波砕解後のXDC粒度分析によって測定して、少なくとも1.04の物体寸法分布幅Ld((d84−d16/d50))、及び
    ・比V(d5-d50)/V(d5-d100)が少なくとも0.71であるような細孔容積分布
    を有することを特徴とする請求項17〜19のいずれかに記載のシリカ。
  21. 超音波砕解後に、8.5μm以下、特に6.0μm以下の平均直径(φ50S)を有することを特徴とする請求項17〜20のいずれかに記載のシリカ。
  22. 超音波砕解後に、8.5μm以下、特に6.0μm以下の平均直径(φ50M)を有することを特徴とする請求項17〜21のいずれかに記載のシリカ。
  23. 少なくとも0.0035μm-1.分-1の砕解速度(超音波砕解と呼ばれる試験法においてパルスモードで600ワットのプローブの100%出力で測定され且つαで表される)を有することを特徴とする請求項17〜22のいずれかに記載のシリカ。
  24. 次の特性:
    ・40〜525m2/gのCTAB比表面積(SCTAB)、
    ・45〜550m2/gのBET比表面積(SBET)、及び
    ・0.70以上、特に0.80以上の細孔分布幅ldp
    を有することを特徴とするシリカ。
  25. 超音波砕解後のXDC粒度分析によって測定して、少なくとも0.91、特に少なくとも0.94の物体寸法分布幅Ld((d84−d16/d50))を有することを特徴とする請求項24に記載のシリカ。
  26. 超音波砕解後に、8.5μm以下、特に6.0μm以下の平均直径(φ50S)を有することを特徴とする請求項24又は25のいずれかに記載のシリカ。
  27. 超音波砕解後に、8.5μm以下、特に6.0μm以下の平均直径(φ50M)を有することを特徴とする請求項24〜26のいずれかに記載のシリカ。
  28. 少なくとも0.0035μm-1.分-1の砕解速度(超音波砕解と呼ばれる試験法においてパルスモードで600ワットのプローブの100%出力で測定され且つαで表される)を有することを特徴とする請求項24〜27のいずれかに記載のシリカ。
  29. 次の特性:
    ・40〜525m2/gのCTAB比表面積(SCTAB)、
    ・45〜550m2/gのBET比表面積(SBET)、
    ・超音波砕解後にXDC粒度分析によって測定して、少なくとも0.95の500nmよりも小さい物体の寸法分布幅L'd((d84−d16/d50))、及び
    ・比V(d5-d50)/V(d5-d100)が少なくとも0.71であるような細孔容積分布
    を有することを特徴とするシリカ。
  30. その比V(d5-d50)/V(d5-d100)が少なくとも0.73、特に少なくとも0.74であることを特徴とする請求項19、20又は29のいずれかに記載のシリカ。
  31. 次の特性:
    ・40〜525m2/gのCTAB比表面積(SCTAB)、
    ・45〜550m2/gのBET比表面積(SBET)、
    ・超音波砕解後にXDC粒度分析により測定して、少なくとも0.90、特に少なくとも0.92の500nmよりも小さい物体の寸法分布幅L'd((d84−d16/d50))、及び
    ・比V(d5-d50)/V(d5-d100)が少なくとも0.74であるような細孔容積分布
    を有することを特徴とするシリカ。
  32. 少なくとも1.04の物体の寸法分布幅Ld及び少なくとも0.95の500nmよりも小さい物体の寸法分布幅L’dを有することを特徴とする請求項20又は29〜31のいずれかに記載のシリカ。
  33. 超音波砕解後に、8.5μm以下、特に6.0μm以下の平均直径(φ50S)を有することを特徴とする、請求項29〜32のいずれかに記載のシリカ。
  34. 超音波砕解後に、8.5μm以下、特に6.0μm以下の平均直径(φ50 M)を有することを特徴とする、請求項29〜33のいずれかに記載のシリカ。
  35. 少なくとも0.0035μm-1.分-1の砕解速度(超音波砕解と呼ばれる試験法においてパルスモードで600ワットのプローブの100%出力で測定され且つαで表される)を有することを特徴とする請求項29〜34のいずれかに記載のシリカ。
  36. 60以下、好ましくは55以下の(シアーズ数×1000)/(BET比表面積(SBET)比を有することを特徴とする請求項17〜35のいずれかに記載のシリカ。
  37. 超音波砕解後のXDC粒度分析によって測定される粒度分布のモードが次の条件:XDCモード(nm)≧(5320/SCTAB(m2/g))+8を満足するような物体寸法を有することを特徴とする請求項17〜36のいずれかに記載のシリカ。
  38. 少なくとも1.35cm3/gの細孔容積(V80)(3.7〜80nmの直径を有する細孔によって形成される)を有することを特徴とする請求項17〜37のいずれかに記載のシリカ。
  39. 次の特性:
    ・60〜330m2/g、特に80〜290m2/gのCTAB比表面積(SCTAB)、及び
    ・70〜350m2/g、特に90〜320m2/gのBET比表面積(SBET
    を有することを特徴とする請求項17〜38のいずれかに記載のシリカ。
  40. 90〜230m2/g、特に95〜200m2/gのCTAB比表面積(SCTAB)を有することを特徴とする請求項17〜39のいずれかに記載のシリカ。
  41. 110〜270m2/g、特に115〜250m2/gのBET比表面積(SBET)を有することを特徴とする請求項17〜40のいずれかに記載のシリカ。
  42. (SBET−SCTAB)≧5m2/g、特に(SBET−SCTAB)≧15m2/gであることを特徴とする請求項17〜41のいずれかに記載のシリカ。
  43. (SBET−SCTAB)<50m2/g、特に(SBET−SCTAB)<40m2/gであることを特徴とする請求項17〜42のいずれかに記載のシリカ。
  44. 少なくとも80μmの平均寸法を有するほぼ球形のビーズの形であることを特徴とする請求項17〜43のいずれかに記載のシリカ。
  45. 少なくとも15μmの平均寸法を有する粉末の形であることを特徴とする請求項17〜43のいずれかに記載のシリカ。
  46. 少なくとも1mmの平均寸法を有する顆粒の形であることを特徴とする請求項17〜43のいずれかに記載のシリカ。
  47. 請求項1〜15のいずれかに記載の方法によって得られたシリカ又は請求項16〜46のいずれかに記載のシリカの重合体用補強充填剤としての使用。
  48. 天然ゴム組成物における請求項1〜15のいずれかに記載の方法によって得られたシリカ又は請求項16〜46のいずれかに記載のシリカの補強充填剤としての使用。
  49. 靴底における請求項1〜15のいずれかに記載の方法によって得られたシリカ又は請求項16〜46のいずれかに記載のシリカの補強充填剤としての使用。
  50. 高性能製品用の重合体組成物における請求項1〜15のいずれかに記載の方法によって得られたシリカ又は請求項16〜46のいずれかに記載のシリカの補強充填剤としての使用。
  51. 請求項1〜15のいずれかに記載の方法によって得られたシリカ又は請求項16〜46のいずれかに記載のシリカの、触媒用担体、活性物質用吸収剤、粘度調節剤、テキスチャー付与剤剤若しくは凝固防止剤、電池隔離板用成分又は歯磨き若しくは紙用の添加剤としての使用。
  52. カップリング剤としてのモノエトキシジメチルシリルプロピルテトラスルフィドの存在下での請求項49に記載の使用。
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