JP2015501361A - カーボンブラックを生成するための改善されたプロセス - Google Patents
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Abstract
Description
本開示に従って、カーボンブラックは、流入、噴霧、注入、分散、および拡散からなる群から選択される技法を用いて硫黄含有化合物で処理される。
硫黄含有化合物は、好ましくは、流入、噴霧、注入、分散、および拡散から選択される方法を用いて炉反応器内でのカーボンブラックの製造中にカーボンブラックに導入されて表面修飾カーボンブラックをもたらし、その表面は、有益な特性であるポリマー組成物のヒステリシスの低減を提供するように処理され、そこで修飾カーボンブラックが強化剤として使用される。あるいは、硫黄含有化合物は、製造後にカーボンブラック表面に噴霧する等の技法を用いて添加され得る。
本開示の実施形態のうちの1つに従って、硫黄含有化合物は、分散物の形態である。典型的には、分散物は、カーボンブラック表面に好都合に導入するために、硫黄含有化合物を溶媒、好ましくは水と混合することによって調製される。硫黄含有化合物は、製造プロセス中にカーボンブラックをペレット化するために提供されるプロセス水と混合され得る。
本開示は、これから本開示の範囲および領域を限定しない以下の非限定的な実施例を参照して説明される。
500gのペレット化されていないカーボンブラック(N234グレード)をトレイに取り出し、水(500mL)中2.5gのNa2S溶液を均一に噴霧して、カーボンブラックのすべての表面を溶液にゆっくりと暴露させた。カーボンブラックを2時間にわたって数回回転させて良好な被覆を促進した。結果として得られた修飾カーボンブラックを還元性雰囲気下で、800℃で8時間、オーブン内で加熱し、2時間毎に4〜5回回転させた。乾燥させた修飾カーボンブラックを用いてゴム化合物を調製し、試験した(ラベル表示:N234−1−LAB)。この化合物の特性を、未修飾カーボンブラックN234(ラベル表示:N234−UNMOD)を用いて調製したゴム化合物の特性と比較した。
試験ゴム化合物の組成が以下に提供される。
調製したゴム化合物の特性を試験した。試験結果の概要が表1に示される。
水中2%のNa2S溶液(先に調製したもの)を適切な流量でペレタイザーに添加することによって、カーボンブラックの単位質量当たり100ppmの硫化ナトリウム(Na2S)をペレット化ステップにおける製造プロセスに添加した。その後、処理したカーボンブラックを通常の工業プロセス通りに回転式乾燥機内で乾燥させた。処理し、ペレット化し、乾燥させたカーボンブラックの試料を収集し、ゴムと配合して試験した(ラベル表示:N234−2−IND)。
試験ゴム化合物の組成が以下に提供される。
調製したゴム化合物の特性を試験した。試験結果の概要が表2に示される。
表2:工業プロセスにおける、未修飾N234および硫化ナトリウムで処理した修飾カーボンブラックN234を用いたゴム化合物の特性の比較
未修飾カーボンブラックN234および硫化ナトリウムで処理した修飾カーボンブラックN234を配合したゴムの硬化曲線が添付の図面の図1に示される。カーボンブラックを用いて調製したゴム化合物中のヒステリシスは、化合物の硬化Tan Deltaを測定することによって推定され、添付の図面の図2に示される。
図1に図解される硬化曲線AおよびBは、本開示の硫化ナトリウムで処理した修飾カーボンブラックN234を含有するゴム化合物が、未修飾カーボンブラックを有するゴム化合物よりも容易に硬化することを明確に示しており、これは恐らくゴムポリマーと処理したカーボンブラック上の表面基との間の相互作用がより大きいためである。同様に、図2に図解されるTan Delta曲線AおよびBは、本開示の硫化ナトリウムで処理した修飾カーボンブラックN234で調製したゴム化合物が、未修飾カーボンブラックで調製したゴム化合物よりも低いTan Delta、ひいては低いヒステリシスを呈することを示している。
本開示に記載のプロセスは、本開示が表面修飾カーボンブラックを生成するための単純かつ経済的なプロセスを提供し、このプロセスにおいて、カーボンブラックがカーボンブラックの0.005%〜1%の範囲の量の硫黄化合物で処理されて表面基のin−situ形成をもたらし、表面修飾カーボンブラックを生成し、これがポリマー組成物と合わせられると、カーボンブラック−ポリマー相互作用を変化させてポリマー組成物のヒステリシスを少なくとも1%、好ましくは、約1%〜20%減少させることの実現、表面修飾カーボンブラックが、ヒステリシスおよび低発熱性が低減した高性能タイヤの製造に特に好適であることの実現を含むが、これらに限定されないいくつかの技術的利点を有する。
本明細書全体を通して、「含む(comprise)」という単語、または「含む(comprises)」もしくは「含む(comprising)」等の変形は、任意の他の要素、整数、もしくはステップ、または要素、整数、もしくはステップの群の除外ではなく、述べられた要素、整数、もしくはステップ、または要素、整数、もしくはステップの群の包含を暗示すると理解される。
「少なくとも」または「少なくとも1つ」という表現の使用は、所望の目的または結果のうちの1つ以上を達成するようにその使用が本発明の実施形態に包含され得るように、1つ以上の要素または成分または量の使用を示唆する。
本明細書に包含される文献、行為、材料、デバイス、物品等の任意の考察は、本発明に文脈を提供することのみを目的とする。これらの事柄のいずれかもしくはすべてが先行技術の基礎の一部を形成するか、または本出願の優先日よりも前に任意の場所で存在したとして本発明に関連した分野における共通の一般知識であることを認めるものと見なされるべきではない。
本発明の原理が適用され得る多種多様の実施形態を考慮して、図解される実施形態が例示目的にすぎないことを理解されたい。本明細書において本発明の特定の特性にかなり重点が置かれているが、様々な修正が加えられてもよく、多くの変更が本発明の原理から逸脱することなく好ましい実施形態において加えられてもよいことが理解される。これらおよび他の修正は、本発明または好ましい実施形態の本質上、本明細書の本開示から当業者に明らかであり、それによって前述の記述された事柄が本発明を限定するものではなく、単に図解するものとして解釈されるべきであることが明確に理解される。
Claims (9)
- 表面修飾カーボンブラックを生成するためのプロセスであって、カーボンブラックを硫黄含有化合物で処理して、前記表面修飾カーボンブラックを得るステップを含み、これがポリマー組成物と合わせられると、カーボンブラック−ポリマー相互作用を変化させて前記ポリマー組成物のヒステリシスを少なくとも1%減少させる、プロセス。
- 前記硫黄含有化合物が、硫酸ナトリウム、硫化ナトリウム、亜硫酸ナトリウム、多硫化ナトリウム、チオ硫酸ナトリウム、フェニレン二硫化物、アルカリ金属硫酸塩、アルカリ金属亜硫酸塩、アルカリ金属硫化物、アルカリ土類金属硫酸塩、アルカリ土類金属亜硫酸塩、アルカリ土類金属硫化物、およびこれらの混合物からなる群から選択される、請求項1に記載のプロセス。
- 前記硫黄含有化合物が前記カーボンブラックの0.005〜1%の範囲の量で使用される、請求項1に記載のプロセス。
- 前記ポリマー組成物のヒステリシスの減少が1%〜20%の範囲である、請求項1に記載のプロセス。
- 前記硫黄含有化合物が前記カーボンブラックの製造中に添加される、請求項1に記載のプロセス。
- 前記硫黄含有化合物が前記カーボンブラックの製造後に添加される、請求項1に記載のプロセス。
- カーボンブラックを硫黄含有化合物で処理する前記方法のステップが、流入、噴霧、注入、分散、および拡散からなる群から選択される技法により行われる、請求項1に記載のプロセス。
- 前記硫黄含有化合物が分散物の形態である、請求項1に記載のプロセス。
- 前記硫黄含有化合物をプロセス水と混合して前記カーボンブラックをペレット化するステップをさらに含む、請求項1に記載のプロセス。
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