JP4571858B2 - 調整可能なbet/ctab‐比を有するアルミニウム含有の沈降珪酸 - Google Patents

調整可能なbet/ctab‐比を有するアルミニウム含有の沈降珪酸 Download PDF

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Description

本発明は、調整可能なBET/CTAB‐比を有するアルミニウム含有の沈降珪酸、その製法及びその使用に関する。
エラストマー組成物、例えば、タイヤにおける沈降珪酸の使用は長い間公知である。タイヤに使用される珪酸には、高い要求が設定される。これはゴム中で容易に良好に分散可能であり、場合によりカップリング剤が存在して、ゴム中に含まれるそのポリマー鎖又は他の充填剤と良好に結合しなければならない。従って、珪酸の分散性の他に、比表面積(BET又はCTAB)及び吸油力(DBP)が重要である。比表面積は、珪酸の全(BET)又は外(CTAB)表面積の尺度であり、それというのも、これらの2つの方法は異なる大きさの分子を吸着質として使用するからである。これら2つの表面積特性値の比率(即ち、商BET/CTAB‐表面積)は、珪酸の孔度分布及び珪酸の”全”対”外”表面の関係に言及する。珪酸の表面特性は、その可能な使用を決定的に決め、又は珪酸の一定の使用(例えば、エラストマー組成物の担体系又は充填剤)は一定の表面特性を要求する。
即ち、US6013234は、BET‐及びCTAB‐表面積各々100〜350m/gを有する沈降珪酸の製造を明らかにしている。この珪酸は、特にエラストマー組成物中への加入に好適であり、この際、BET/CTAB‐比は1〜1.5である。EP0937755に、BET‐表面積約180〜約430m/g及びCTAB‐表面積約160〜340m/gを有する様々な沈降珪酸が明らかにされている。これらの珪酸は特に担体物質として好適であり、BET‐対CTAB‐比1.1〜1.3を有する。EP0647591は、BET‐対CTAB‐表面積の比0.8〜1.1を有する沈降珪酸を明らかにしていて、この際、この表面積特性値は、350m/gまでの絶対値が考えられる。EP0643015に、練り歯磨き中の研磨‐及び/又は粘稠成分として使用され得る、BET‐表面積10〜130m/g及びCTAB‐表面積10〜70m/g、即ち、BET‐対CTAB‐比約1〜5.21を有する沈降珪酸が提示されている。
タイヤの製造のために、しばしば、アルミニウム含有の沈降珪酸が充填剤として使用される。
即ち、EP0983966は、次の物理的‐化学的特性を有するアルミニウム含有の沈降珪酸を明らかにしている:
BET‐表面積 80〜180m/g
CTAB‐表面積 80〜139m/g
DBP‐数 100〜320g/100g
Al‐含量 <5%。
この種類の沈降珪酸は、エラストマー充填剤としてのその使用に関して改良可能である。
高いBET‐表面積を有するアルミニウム含有の沈降珪酸は、充填剤として(例えば、タイヤ用)好適であることが判明した。
従って、本発明の課題は、
BET‐表面積 150〜400m/g、有利に、190〜300m/gの範囲、
CTAB‐表面積 140〜350m/g、有利に、145〜250m/gの範囲;
145〜200m/g、
AlO‐含量 0.2〜5質量%、有利に1〜3質量%の範囲
を有する沈降珪酸である。
有利な範囲は、各々相互に無関係で調整可能である。
本発明による沈降珪酸は、有利に、BET‐対CTAB‐表面積の一定比率を有する。BET/CTAB‐比は次の範囲にある:1.0〜1.6、有利に、1.2〜1.6。
更に、沈降珪酸は、WK‐係数(粒度範囲1.0〜100μmにある超音波により崩壊不可能な粒子の粒度分布のピーク高対粒度範囲<1.0にある崩壊粒子のピーク高の比率)≦3.4、有利に0.1〜3.4、特に有利に0.1〜3.0及び/又はDBP‐吸収180〜320g/100gを特徴とし、この際、珪酸は、本発明の最初の実施態様では、DBPは優勢範囲200〜320g/100g;250〜320g/100g及び250〜300g/100gを有し、本発明のもう1つの実施態様では、優勢範囲180〜300g/100g及び優勢範囲180〜250g/100gのDBPを有する。
公知の沈降珪酸は、明らかにより高いWK‐係数及び/又は粒度分布において他の値に移行する最高値を有する。
WK‐係数は、それが沈降珪酸の”崩壊性”(=分散性)の尺度であるので、沈降珪酸の分散性の尺度であることが判明した。沈降珪酸が容易に分散可能であればあるほど、WK‐係数はより小さくなり、即ち、ゴム中への加入の際により多くの粒子が崩壊されることが当てはまる。
本発明による沈降珪酸のBET‐又はCTAB‐表面積又はその比率は、有利に次の範囲にある:
Figure 0004571858
本発明による沈降珪酸は、これをエラストマー用の充填剤として特に好適にさせる表面特性を有する。このことは、この際、有利に5〜35ml/5g、特に有利に20〜30ml/5gである、されたシアース(Sears)数Vを介して決定することができる。
本発明のもう1つの課題は、
BET‐表面積 150〜400m/gの範囲、
CTAB‐表面積 140〜350m/gの範囲、
Al‐含量 0.2〜5質量%の範囲
を有する沈降珪酸の製法であり、
この際、
a)水ガラス水溶液を前以て装入し、
b)この前与物に、攪拌下に55〜95℃で30〜100分間、同時に水ガラス及び酸化剤を供給し、
c)酸化剤でpH‐値約5に酸性化させ、かつ
d)濾過し、乾燥させ、
この際、段階b)及び/又はc)で、アルミニウム化合物を添加させることを条件とする。
本発明による方法で製造される珪酸は、パラメーター、BET、CTAB、DBP、Al‐含量及び前記のシアース‐数の優勢範囲を有する。
段階a)で前以て装入させる水ガラス溶液は、段階b)で使用される水ガラスと同じ濃度を有する(例えば、比重1.34%、SiO 27.4%、NaO 8.1%)。希釈溶液、例えば、SiO 0.5〜10%及び相応するNaO 0.15%〜3%を使用することもできる。
段階b)及びc)で供給される成分、即ち、水ガラス及び酸化剤は、各々、同一又は異なる濃度及び/又は流入速度を有することができる。変法においては、使用成分の濃度は2つの段階で同一であるが、段階c)での成分の流入速度は、段階b)での流入速度の125〜140%である。他の1法では、段階c)での流入速度は、段階b)のそれの30〜100、有利に50〜80%にすぎない。
水ガラス(珪酸ナトリウム‐溶液)のほかに、他の珪酸塩、例えば、珪酸カリウムを使用することもできる。酸化剤としては、硫酸を使用することが有利であるが、他の酸化剤、例えば、HCl、HNO、HPO、CHCOOH、又はCOを使用することもできる。
アルミニウム化合物の供給は、2つの段階b)及びc)で、しかしb)又はc)の1段階だけにおいても、各々同一又は異なって、固体、水溶液又は酸化剤/アルミニウム化合物‐混合溶液として行なうことができる。
アルミニウム化合物は、水中50〜130g/l、有利に70〜110g/lの濃度の、有利にAl(SOの水溶液として、しかし、例えば、Al(NO、AlCl又はAl(OAc)の水溶液としても使用することができる。酸化剤/アルミニウム化合物‐混合溶液を選択的に使用することができる。
本発明による珪酸の濾過及び乾燥は、当業者に慣用であり、例えば、前記の特許文書で参照することができる。本発明による珪酸は、短時間乾燥、例えば、噴霧乾燥(場合により、ノズル塔中で)、フラッシュ‐及び/又はスピン‐フラッシュ‐乾燥機により有利に乾燥させる。噴霧乾燥は、例えば、US4097771により実施することができる。この際、ノズル塔‐乾燥機中で、平均粒径80以上、殊に90以上、特に有利に200μm以上を有する粒子形で得られる沈降珪酸が製造される。
乾燥後に、場合により、粉砕及び/又は粒化を、ロール圧縮機を用いて/用いずに実施することができる。この際、粒化後の最終生成物の平均粒径は≧1mmである。
従って、本発明による珪酸は、例えば、エラストマー組成物、加硫可能なゴム組成物、その他の、殊にタイヤ、バッテリーセパレーター、抗‐遮断‐剤用の加硫物中の充填剤として、ラッカー、紙塗被、消泡剤中の艶消剤、パッキン、鍵盤パット、コンベアベルト及び/又は窓パッキン中に使用され得る。
任意に、本発明による珪酸は、次の式I〜IIIの有機珪素化合物(シラン)で変性され得る:
[R (RO)Si(Alk)(Ar)[B] (I)、
(RO)3−nSi(アルキル) (II)、
又は
(RO)3−nSi(アルケニル) (III)
[式中、
Bは、‐SCN、‐SH、‐SC(O)CH、‐SC(O)(CHCH、‐Cl、‐NH、‐OC(O)CHCH、‐OC(O)C(CH)CH(q=1の場合)、又は‐S‐(q=2の場合)であり、
R及びRは、任意に次の基:ヒドロキシ‐、アミノ‐、アルコラート‐、シアニド‐、チオシアニド‐、ハロゲン‐、スルホン酸‐、スルホン酸エステル‐、チオール‐、安息香酸‐、安息香酸エステル‐、カルボン酸‐、カルボン酸エステル‐、アクリレート‐、メタクリレート‐、有機シラン基で置換されていてよい2〜30個のC‐原子を有する脂肪族、オレフィン系、芳香族又はアリール芳香族基であり、この際、R及びRは、同じ又は異なる意味又は置換基を有することができ、
nは、0、1又は2であり、
Alkは、1〜6個の炭素原子を有する2価の非分枝鎖又は分枝鎖の炭化水素基であり、
mは、0又は1であり、
Arは、次の基:ヒドロキシ‐、アミノ‐、アルコラート‐、シアニド‐、チオシアニド‐、ハロゲン‐、スルホン酸‐、スルホン酸エステル‐、チオール‐、安息香酸‐、安息香酸エステル‐、カルボン酸‐、カルボン酸エステル‐、有機シラン基で置換されていてよい6〜12個のC‐原子、有利に6個のC‐原子を有するアリール基であり、
pは、0又は1であり、p及びnは同時に0を表わさないという条件を伴い、
xは、2〜8の数であり、
rは、1、2又は3であり、r+n+m+p=4の条件を伴い、
アルキルは、1〜20個の炭素原子、有利に2〜8個の炭素原子を有する1価の非分枝鎖又は分枝鎖の不飽和炭化水素基であり、
アルケニルは、2〜20個、有利に2〜8個の炭素原子を有する1価の非分枝鎖又は分枝鎖の不飽和炭化水素基である]。
本発明による珪酸は、組成 R 4−nSiX(n=1、2、3)、「SiR O](0≦x≦2;0≦y≦2;3≦z≦10、x+y=2)、「SiR N](0≦x≦2;0≦y≦2;3≦z≦10、x+y=2)、SiR OSiR (0≦n≦3;0≦m≦3;0≦o≦3;0≦p≦3、n+m=3、o+p=3)、SiR NSiR (0≦n≦3;0≦m≦3;0≦o≦3;0≦p≦3、n+m=3、o+p=3)、SiR [SiR O]SiRoX(0≦n≦3;0≦m≦3;0≦x≦2;0≦y≦2;0≦o≦3;0≦p≦3;1≦z≦10000、n+m=3、x+y=2、o+p=3)の珪素有機化合物で変性され得る。これらの化合物は、直鎖、環状及び分枝鎖のシラン‐、シラザン‐及びシロキサン化合物である。Rは、1〜20個の炭素原子を有するアルキル‐及び/又はアリール基であり、これは官能基、例えば、ヒドロキシ基、アミノ基、ポリエーテル、例えば、エチレンオキシド及び/又はプロピレンオキシド、及びハロゲニド基、例えばフルオリドで置換されていてよい。Rは、基、例えば、アルコキシ‐、アルケニル‐、アルキニル‐及びアリール基及び硫黄含有基を含有することもできる。Xとは、反応基、例えば、シラノール‐、アミノ‐、チオール‐、ハロゲニド‐、アルコキシ‐、アルケニル‐及びヒドリド基である。
式中、Rがメチル基を表わす、組成SiR [SiR O]SiR (0≦n≦3;0≦m≦3;0≦x≦2;0≦y≦2;0≦o≦3;0≦p≦3;1≦z≦10000、n+m=3;x+y=2;o+p=3)の直鎖ポリシロキサンが有利に使用される。
式中、Rがメチルを表わす、組成SiR [SiR O]SiR (0≦n≦3;0≦m≦1;0≦x≦2;0≦y≦2;0≦o≦3;0≦p≦1;1≦z≦10000、n+m=3、x+y=2、o+p=3)のポリシロキサンが有利に使用される。
任意に粒化、非粒化、粉砕及び/又は非粉砕の沈降珪酸を、1種以上の前記の有機シランで変性化させることは、沈降珪酸100部に対して、0.5〜50部、殊に、沈降珪酸100部に対して、1〜15部の混合物で行なうことができ、この際、沈降珪酸と有機シランとの間の反応は、混合物製造中に(その場で)又は外部で混合物の噴霧及び引続いての熱処理によって、有機シラン及び珪酸懸濁液の混合、引続いての乾燥及び熱処理によって(例えば、DE3437473及びDE19609619により)又はDE19609619又はDE‐PS4004781に記載された方法によって実施することができる。
有機珪素化合物として、一方で、カップリングしてシラノール基含有の充填剤となり、他方で、カップリングしてポリマーとなり得る原則的に全ての二官能シランが好適である。通例使用される有機珪素化合物の量は、沈降珪酸の総量に対して、1〜10質量%である。
この有機珪素化合物の例は次のものである:
ビス(3‐トリエトキシシリルプロピル)テトラスルフィド、ビス(3‐トリエトキシシリルプロピル)ジスルフィド、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、3‐メルカプトプロピルトリメトキシシラン、3‐メルカプトプロピルトリエトキシシラン、3‐アミノプロピルトリメトキシシラン、3‐アミノプロピルトリエトキシシラン。他の有機珪素化合物は、WO99/09036、EP1108231、DE10137809、DE10163945、DE10223658に記載されている。
本発明の有利な1実施対様で、シランとして、ビス(3‐トリエトキシシリルプロピル)テトラスルフィド及びビス(3‐トリエトキシシリル‐プロピル)ジスルフィドを使用することができる。
エラストマー組成物における本発明による珪酸の使用
本発明による珪酸は、エラストマー組成物、タイヤ又は加硫可能なゴム組成物中で、強化充填剤として、ゴム100部に対して、5〜200部の量で、粉末、微細粒又は顆粒として、シラノール変性化を伴って又はシラノール変性化を伴わずに加入混合され得る。
1種以上の前記シランを本発明による珪酸と一緒に添加してエラストマーにすることができ、この際、充填剤とシランとの間の反応は、混合過程中に、高められた温度で経過し(その場での変性化)又は既に前もって変性化された形で(例えば、DE‐PS4004781)、即ち、2つの反応成分を本来の混合物製造の外部で反応させる。
排他的に本発明による珪酸を、式I〜IIIによる有機シランと共に及びそれを含まずに、充填剤として含有する組成物のほかに、エラストマーは付加的に1種以上の多かれ少なかれ強化性の充填剤で充填されていてよい。この際、先ず、シランと共に及びそれを含まないカーボンブラック(例えば、ファーネス‐、ガス‐、炎‐、アセチレンブラック)と本発明による珪酸との組成物、しかし、天然充填剤、例えば、粘土、珪白亜、他の商業的珪酸及び本発明による珪酸との組成物も使用される。
この際、混合比は、例えば、有機シランの供給の際に、完成ゴム組成物の達成すべき特性像に照準する。本発明による珪酸と他の前記の充填剤との間の比率5〜95%が考えられ、この範囲で実現される。
本発明による珪酸、有機シラン及び他の充填剤のほかに、エラストマーは、ゴム組成物のもう1種の重要な成分を成す。本発明による珪酸は、促進剤/硫黄と、しかし過酸化物とも架橋結合可能な全てのエラストマー中に使用され得る。この際、エラストマーは、天然及び合成の、油展又は非油展の、単一ポリマー又は他のゴムとの混合物(ブレンド)として、例えば、天然ゴム、ブタジエンゴム、イソプレンゴム、ブタジエン‐スチロール‐ゴム、殊に、溶液重合法により製造されるSBR、ブタジエン‐アクリルニトリルゴム、ブチルゴム、エチレン、プロピレン及び非共役ジエンから成るターポリマーが挙げられる。更に、前記のゴムとのゴム混合物のために、次の付加的なゴムが重要である:カルボキシルゴム、エポキシドゴム、トランス‐ポリペンテナマー、ハロゲン化ブチルゴム、2‐クロル‐ブタジエンから成るゴム、エチレン‐ビニルアセテート‐コポリマー、エチレン‐プロピレン‐コポリマー、場合により天然ゴムの化学的誘導体及び変性化天然ゴム。
常用量での他の常用の成分、例えば、軟化剤、安定剤、活性剤、顔料、老化防止剤及び加工助剤が同様に公知である。
本発明による珪酸は、シランと共に及びシランを含まずに、全てのゴム適用、例えば、タイヤ、ベルトコンベア、パッキン、V字型ベルト、ホース、靴底等に使用される。
本発明のもう1つの目的は、エラストマー又はゴム100部に対して、本発明による珪酸を5〜200部の量で含有するエラストマー組成物、殊に加硫可能なゴム組成物である。この珪酸の加入混合及びこの珪酸を含有する組成物の製造は、ゴム工業で慣用の方法で内部混合機又は圧延機上で行われる。投与‐又は装入形態は、粉末、微細粒又は顆粒として行なわれ得る。この際も、本発明による珪酸は、公知の明かな充填剤と異なっていない。
ポリマー組成物における良好な価値画像の達成のために、マトリックス、ポリマー中の沈降珪酸の分散は、決定的に重要である。
紙塗被における本発明による沈降珪酸の使用
特に、いわゆるインクジェット印刷及びその適用法の全ての種類で使用される今日のインクは、殆ど、陰イオン性である。従って、色料固着(染料及び/又は顔料の)、色の輝き、印刷鮮明性及び‐深さには、印刷すべき媒体がその表面上に又はその表面範囲に、少なくとも部分的な陽イオン表面を有する粒子を有することが大いに重要である。
珪酸及び珪酸塩は、今日では既に、前記の(o.g.)塗被(紙塗被、シート塗被)の組成物に多数使用されている。この珪酸及び珪酸塩を、その表面で活性、即ち、受け入れやすい陽イオン部位(位置)(EP0492263)が生じるように変性化させることは、しばしば使用される陰イオン性の色料に基づく今日の要求に応じる。
組み入れられた金属イオンの屈折率への影響に基づき、即ち、例えば、シート用塗被中で珪酸/珪酸塩を使用する際に、透明媒体中での使用に関して更に利点が生じ得る。
従って、本発明の課題は、同様に、本発明による沈降珪酸又は本発明により製造される沈降珪酸を、製紙において又は紙塗被中で添加剤として使用することである。
本発明による沈降珪酸は、殊に、例えば、インクジエット紙の紙塗被及び他の印刷可能な媒体、例えば、オーバーヘッドフィルム又は印刷可能な織物用の塗被中で使用され得る。
本発明による沈降珪酸は、乾燥及び場合により粉砕された生成物として使用され得るばかりでなく、分散物としても使用され得る。継続加工における利点又は経費利点は、特に、印刷可能な媒体の紙パルプ又は塗被中で使用するための本発明による沈降珪酸の分散濾滓の使用に有り得る。
本発明による沈降珪酸の分散物に、紙工業で慣用である助剤、例えば、ポリアルコール、ポリビニルアルコール、合成又は天然ポリマー、顔料(TiO、Fe‐酸化物、Al‐金属フィルター)を添加混合させること、しかし同様に非添加珪酸、即ち、アルミニウム無添加(沈降珪酸又はエーロジル)が、紙工業における使用には可能である。
本発明による沈降珪酸の物理的/化学的データは、次の方法で決定される:
BET‐表面積 エリアメーター、Fa. Stroehlein, ISO 5794/Annex Dによる
CTAB‐表面積 pH9で、Janzen und Kraus in Rubber Chemistry and Technology 44(1971)1287による
珪酸懸濁液の固体含量の測定
珪酸懸濁液(例えば、モルタル状物)をIR‐乾燥機中で質量一定まで乾燥させる。乾燥損失は一般に、主に水分及びほんの痕跡量の他の揮発成分から成る。
実施:
前以て風袋測定したアルミニウム皿に珪酸懸濁液2.0gを満たし、IR‐乾燥ユニット(Fa.Mettler,Typ LP 16)の蓋を閉める。スタートキーを押した後に、懸濁液の乾燥を105℃で開始し、単位時間当たりの質量減少が2mg/120秒間の値を下回ると自動的に終了させる。乾燥損失(%)は装置によって、0〜100%‐方式の選択で直接示される。測定は二重測定として実施される。
珪酸の水分の測定
この方法により、ISO 787−2に従って、105℃で2時間の乾燥後に、珪酸の揮発成分(次から、便宜上、水分と称する)を測定する。この乾燥損失は一般に主に水分から成る。
実施
すり合わせ蓋を有する乾燥秤量壜(直径8cm、高さ3cm)中に粉末状、球状又は顆粒状珪酸10gを0.1mgまで正確に秤量して入れる(秤量E)。試料を、蓋を開けて、乾燥箱中105±2℃で2時間乾燥させる。引き続き、秤量壜の蓋を閉め、乾燥剤として珪酸ゲルを有するデシケーター中で室温に冷却させる。秤量Aを重量分析で測定する。
水分(%)を(E(g)−A(g))100%/E(g)により測定する。
測定は二重測定として実施する。
DBP‐吸収の測定
沈降珪酸の吸収性の尺度であるDBP‐吸収(DBP‐数)を、規格DIN 53601により、次のように測定する:
実施
水分0〜10%(場合により、水分を乾燥箱中105℃での乾燥によって調整する)を有する粉末状又は球状の珪酸12.50gを、ブラベンダー‐吸収測定器(Brabender−Absorptometer)“E”の捏和室(商品番号 279061)中に入れる。顆粒の場合には、篩画分3.15〜1mm(Fa.Retschの精鋼篩)を使用する(孔径3.15mmの篩を通してプラスチックへらで顆粒を軽く押出すことによって)。連続混合下に(捏和機杓子の回転速度125U/分)、室温で、”Dosimaten Brabender T 90/50”を通して、ジブチルフタレートを4ml/分の速度で混合物中に滴下する。混合は僅かな入力で行なわれ、デジタル表示により追跡される。測定の終了頃に、混合物はパスタ状になり、これは入力の急上昇によって示される。600digits(0.6Nmの回転モーメント)の表示で、電気的接触によって、捏和機もDBP‐供給も切断される。DBP‐供給のための同期モーターは、デジタル計数装置と連結していて、DBPの消費量(ml)を読みとることができる。
評価
DBP‐吸収は、g/100gで表示され、次の式により、測定されたDBP‐消費量から計算される。DBPの比重は、典型的には、20℃で1.047g/mlである。
DBP‐吸収(g/100g)=DBPの消費量(ml)DBPの比重(g/ml)100/12.5g。
DBP‐吸収は、無水の乾燥珪酸に限定している。湿性の沈降珪酸を使用する場合には、次の補正表によって値を補正することができる。
水含量に相応する補正値は、実験的に測定されたDBP‐値に加算される;例えば、水含量5.8%は、DBP‐吸収について、33g/100gの添加を意味する。
Figure 0004571858
WK‐係数の測定:レーザー回析による凝集度分布
試料準備
測定すべき珪酸は顆粒であり、即ち、顆粒珪酸5gをビーカーに入れ、粗大顆粒片を乳房で押し潰すが、磨り潰さない。水含量5±1%(場合により、水分含量を乾燥箱中105℃での乾燥又は均等な湿化によって調整する)の、押し潰した、粉末状又は球状の珪酸1.00g(その製造は最高10日間以前である)を、湾曲した底部を有する30ml入り遠心分離壜(高さ7cm、φ3cm、凸湾曲の深さ1cm)中に量り入れ、分散溶液(親水性珪酸:ナトリウムヘキサメタホスフェート(Fa.Baker)20.0gに脱イオン水を満たして1000mlにする;疎水性珪酸:濃アンモニア溶液2.0mlを有するエタノールp.A.200.0ml及びTriton X−100(Fa.Merck)0.50gに脱イオン水を満たして1000mlにする)20.0mlを加える。引き続き、遠心分離壜を、水道水(20℃)の冷却水接続を有する二重壁ガラス冷却容器(容量80ml、高さ9cm、φ3.4cm)中に設置し、試料270sを超音波フィンガー(Fa.Bandelin,Horn DH 13 G 及びダイアモンド皿φ13mmを有するTyp UW 2200)で処理する。そのために、超音波フィンガーのネット部分(Sonopuls,Fa.Bandelin,Typ HD 2200)で、出力50%及びパルス80%(出力0.8s及び中断0.2sに相応する)に調整する。水冷却によって、懸濁液の加熱化を最高<8℃で確定する。レーザー回析装置の液体モジュールへの試料添加が15分間以内に行われるまで、場合による沈殿を避けるために、磁気攪拌器で懸濁液を攪拌する。
実施
測定開始前に、レーザー回析装置 LS 230(Fa.Coulter)及び液体モジュール(組込み超音波フィンガーCV 181,Fa.Coulterを有する LS Variable Speed Fluid Module Plus)を2時間準備運転させ、モジュール(プログラム枠“制御/洗浄”)を10分間洗浄する。
装置ソフトウエアの制御枠におけるプログラム時点“測定”を経て、データ窓“Opt.Modell計算”を選択し、解析指数を .rfd‐データで、次のように確定する:液体回折指数 B.I.Real=1.332;物質回折指数 Real=1.46;虚=0.1。
データ窓“測定サイクル”で、ポンプ速度の工率を26%に設定し、組込み超音波フィンガーCV 181の超音波工率を3に設定する。超音波時点“試料添加中”、“各測定10秒前”及び“測定中”を活性化することができる。付加的に、このデータ窓で、次の時点が選択される:
オフセット測定、調整、バックグラウンド測定、測定濃度調整、試料加入、測定開始、2測定開始、自動洗浄、PIDSデータと共に。
LS Size Control G15 Standard (Fa.Coulter)での較正測定及びバックグラウンド測定の終了後に、試料添加を行う。吸光45〜55%が達成され、装置が“OK”を示すまで、懸濁珪酸を添加する。
測定は、前記設定の .rfd‐データの評価モデルで室温で行なわれる。各珪酸試料から、待機時間0秒間で各々60秒間の3回の二重測定を実施する。
粗データ曲線から、Mie‐理論の考慮下に容量分布をベースとするソフトウエアを計算し、かつFraunhoferの光学モデルから粒度分布を計算する。典型的には、様相A0〜1μm(約0.2μmで最高)及び様相B1〜100μm(約5μmで最高)を有する2様相の分布曲線が判明する。図1により、6回の単一測定からの平均値として挙げられるWK‐係数をそれから測定することができる。
この際、実際的時点は、超音波によるエネルギー供給は、タイヤ工業の工業的混合装置中の機械的力によるエネルギー供給のシミュレーションであるということである。
図1は、WK‐係数の計算に必要な値の概略図である。
曲線は、粒度分布において、約1.0〜100μmの範囲で最初の最高を示し、<1.0μmの範囲でもう1つの最高を示す。1.0〜100μmの範囲でのピークは、超音波処理による非粉砕化珪酸粒子の含量である。この全く粗大な粒子は、ゴム組成物中で分散し難い。明らかにより小さい粒度(<1.0μm)を有する2番目のピークは、超音波処理中に粉砕された珪酸粒子のその含量である。この極めて小さい粒子はゴム組成物に良好に分散される。
ここで、WK‐係数は、その最高が1.0〜100μm(B‘)の範囲にある崩壊不可能な粒子(B)のピーク高対その最高が<1.0μm(A‘)の範囲である崩壊粒子(A)のピーク高の比である。
珪酸の変更されたシアース数の測定
pH6〜pH9の範囲にある水酸化カリウム‐溶液での珪酸の滴定によって、遊離ヒドロキシル‐基数の尺度として、変更されたシアース数(次から、シアース数Vと称する)を測定することができる。
次の化学反応が測定法のベースであり、この際、“Si”‐OHがシラノール基を表わす:
“Si”‐OH + NaCl ⇒ “Si”‐ONa + HCl
HCl + KOH ⇒ KCl + H
実施
水分5±1%を有する粉末状、球状又は顆粒状の珪酸10.00gを、IKA‐ユニバーサルミル M 20(550W;20000U/分)中で60秒間粉砕する。場合により、水分含量を乾燥箱中105℃での乾燥又は均等な湿化によって調整すべきである。そうして処理した珪酸2.50gを、室温で250ml入り滴定容器中で秤量し、メタノールp.A.60.0mlを加える。試料の完全な湿潤化後に、脱イオン水40.0mlを添加し、Ultra Turrax T 25(攪拌軸 KV‐18G、直径18mm)により、回転数18000U/分で30秒間分散させる。脱イオン水100mlで、容器壁及び攪拌器に付着する試料粒子を懸濁液中に洗い落とし、恒温水浴中で25℃に加温する。pH‐測定器(温度計を有する、Fa.Knick,Typ:766 pH−Meter Calimatic)及びpH‐電極(Fa.Schottの挿入棒式測定電池、Typ N7680)を、緩衝液(pH7.00及び9.00)の使用下に室温で較正する。pH‐メーターで先ず懸濁液の出発‐pH‐値を25℃で測定し、その後に、各々の結果ごとに、水酸化カリウム‐溶液(0.1モル/l)又は塩酸溶液(0.1モル/l)で、pH‐値を6.00に調整する。pH6.00までのKOH‐又はHCl‐溶液の消費量(ml)は、V‘に相応する。
その後に、塩化ナトリウム‐溶液(NaCl p.A.250.00gに脱イオン水を満たして1lにする)20.0mlを添加する。次いで、KOH0.1モル/lで、pH9.00まで滴定を続行する。pH‐9.00までのKOH‐溶液の消費量(ml)は、V‘に相応する。引き続き、容量V‘又はV‘を先ず1gの理論的秤量に標準化させ、5で拡大させ、それからV及びシアース数Vが単位ml/5gで明らかになる。測定は各々二重測定として実施される。

例1
羽根付攪拌系及び二重ジャケットヒーターを備えた不錆精鋼製の反応器中に、水51.5l及び水ガラス(比重1.346kg/l、SiO 27.4%、NaO 8.1%)3.8lを前以て装入させる。
引き続き、強力な攪拌下に87℃で80分間、水ガラス8.2l/時、硫酸アルミニウム溶液(Al 110g/l)0.345l/時及び硫酸(96%、比重1.84kg/l)0.6l/時を供給する。与えられた供給時間の終了後に、水ガラス及び硫酸アルミニウム溶液の供給を停止し、pH5.0(20℃に加温した懸濁液で測定)が達成されるまで、硫酸を更に添加する。
得られる懸濁液を常法で濾過し、硫酸ナトリウム含量が<4質量%になるまで、水で洗浄する。濾滓を硫酸水及び剪断装置で溶かす。引き続き、固体含量16%を有する珪酸モルタル状物を噴霧乾燥させる。
得られる粉末状の生成物は、BET‐表面積195m/g及びCTAB‐表面積145m/g、DBP‐吸収306g/100g及びWK‐係数1.46を示す。最終生成物の酸化アルミニウム含量は1.0%であり、シアース数Vは25.7ml/5gである。
例2
羽根付攪拌系及び二重ジャケットヒーターを備えた不錆精鋼製の反応器中に、水51.5l及び水ガラス(比重1.346kg/l、SiO 27.4%、NaO 8.1%)3.8lを前以て装入させる。
引き続き、強力な攪拌下に85℃で80分間、水ガラス8.2l/時、硫酸アルミニウム溶液(Al 110g/l)0.865l/時及び硫酸(96%、比重1.84kg/l)0.475l/時を供給する。与えられた供給時間の終了後に、水ガラス及び硫酸アルミニウム溶液の供給を停止し、pH5.0(20℃に加温した懸濁液で測定)が達成されるまで、硫酸を更に添加する。
得られる懸濁液を常法で濾過し、硫酸ナトリウム含量が<4質量%になるまで、水で洗浄する。濾滓を硫酸水及び剪断装置で溶かす。引き続き、固体含量16%を有する珪酸モルタル状物を噴霧乾燥させる。
得られる粉末状の生成物は、BET‐表面積200m/g及びCTAB‐表面積150m/g、DBP‐吸収285g/100g及びWK‐係数2.78を示す。最終生成物の酸化アルミニウム含量は2.0%であり、シアース数Vは23.2ml/5gである。
例3
羽根付攪拌系及び二重ジャケットヒーターを備えた不錆精鋼製の反応器中に、水51.5l及び水ガラス(比重1.346kg/l、SiO 27.4%、NaO 8.1%)3.8lを前以て装入させる。
引き続き、強力な攪拌下に83℃で80分間、水ガラス8.2l/時、硫酸アルミニウム溶液(Al 110g/l)2.170l/時及び硫酸(96%、比重1.84kg/l)0.185l/時を供給する。与えられた供給時間の終了後に、水ガラス及び硫酸アルミニウム溶液の供給を停止し、pH5.0(20℃に加温した懸濁液で測定)が達成されるまで、硫酸を流速0.475l/時で更に添加する。
得られる懸濁液を常法で濾過し、硫酸ナトリウム含量が<4質量%になるまで、水で洗浄する。濾滓を硫酸水及び剪断装置で溶かす。引き続き、固体含量18%を有する珪酸モルタル状物を噴霧乾燥させる。
得られる粉末状の生成物は、BET‐表面積210m/g及びCTAB‐表面積149m/g、DBP‐吸収247g/100g及びWK‐係数3.11を示す。最終生成物の酸化アルミニウム含量は4.5%であり、シアース数Vは25.7ml/5gである。
例4
次の例では、次の物質を使用する:
Krynol 1712 乳化重合をベースとするスチロール‐ブタジエン‐ゴム
X 50 S Si 69(ビス(3‐トリエトキシシリルプロピル)テトラスルファン及びN 330(カーボンブラック、商品Fa. Degussa AG)から成る50:50ブレンド
ZnO 酸化亜鉛
ステアリン酸
ナフトレン 芳香油
Lipoxol 4000 ポリエチレングリコール
Vulkanox 4020 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
DPG ジフェニルグアニジン
CBS N‐シクロヘキシル‐2‐ベンズチアジルスルフェンアミド
硫黄
本発明による沈降珪酸は、標準‐珪酸Ultrasil VN2 GR(Degussa AG)に比較して、粉末として、純粋なE−SBR−組成物(phrで表示)中に加入混合される。
Figure 0004571858
混合装置として、Werner & Pfleiderer 1.5 N−Typ を、45分間−1、フリクション1:1.11、打圧5.5バール、風袋容量1.6l、充填度0.73及び流通温度90℃で使用する。混合過程として、3段階で混合させる:段階1は、0〜1分間ポリマー、1〜2分間促進剤までの他の成分及び硫黄、2分間清浄、2〜5分間混合及び清浄(70分間−1で混合3分間まで)行なわれる。引き続き、混合物を室温で24時間貯蔵する。段階2:0〜1分間段階1のバッチを70分間−1及び充填度0.71で可塑化させ、1〜3分間バッチ温度150℃を回転数変化によって保持し、3分間排出させ、4時間室温で貯蔵する。段階3:0〜2分間段階2のバッチ、促進剤及び硫黄を40分間−1流通温度50℃及び充填度0.69で混合させ、2分間後に排出させ、実験室用混合圧延機上でシートを生成させ(直径20mm、長さ450mm、流通温度50℃)、均一にして、右に3回、かつ左に3回切断し、広い(3.5mm)ローラースリットで3回、かつ狭い(1mm)ローラースリットで3回突き、シートを引き抜く。
加硫測定試験をDIN 53529/2 又はISO 6502により160℃で実施し、張力値及び伸張度をDIN 53504により、ショア硬度をDIN 53505により23℃で、ボール・リバウンドをASTM D 5308により、ヒート・ビルト・アップをASTM D 623 Aにより(’0.175インチ、行程、25分間)、MTSデータをASTM D 2231−87により(10Hz、予備成形10%、Ampl. Sweep:0.15〜7%)、分散係数を表面局所学によって測定する[A. Wehmeier, 擢iller Dispersion Analysis by Topography Measuremennts Technical Report TR 820,Degussa AG, Applied Technology Advanced Fillers]。
Figure 0004571858
本発明による珪酸1及び2から、標準珪酸Ultrasil VN2 GRに比べて、より高いモジュール値、より高い伸張性、より高いE値及び明らかに改善された分散が得られる(これはより良好な磨耗性に相応する)。更に、2種類の本発明による珪酸は、Ultrasil VN2 GRに比較して、より高い表面積にも拘らず、同様に高いヒート・ビルト・アップを有する。これは、力学的応力下での同様に良好な加温に相応し、負荷下でのエラストマー組成物の同様に高い寿命をこれから誘導することができる。
WK‐係数の計算に必要な値の概略図である。
符号の説明
A 崩壊化粒子のピーク高
B 崩壊不可能な粒子のピーク高
A‘ 0〜<1.0μmの範囲
B‘ 1.0μm〜100μmの範囲

Claims (18)

  1. BET‐表面積 150〜400m/g、
    CTAB‐表面積 145〜350m/g、
    Al‐含量 0.2〜5質量%、
    変更されたシアース数V2 5〜35ml/(5g)
    を特徴とする沈降珪酸。
  2. 沈降珪酸は、DBP‐吸収180〜320g/100gを有する、請求項1に記載の沈降珪酸。
  3. 沈降珪酸は、BET/CTAB‐表面積の比率1.0〜1.6を有する、請求項1又は2に記載の沈降珪酸。
  4. BET/CTAB‐表面積の比率1.2〜1.6を有する、請求項3に記載の沈降珪酸。
  5. BET/CTAB‐表面積の比率1.33〜2.43を有する、請求項1又は2に記載の沈降珪酸。
  6. wk‐係数≦3.4を有する、請求項1から5までのいずれか1項に記載の沈降珪酸。
  7. その表面は、式:
    [R (RO)Si(Alk)(Ar)[B] (I)、
    (RO)3−nSi(アルキル) (II)、
    又は
    (RO)3−nSi(アルケニル) (III)
    [式中、
    Bは、q=1の場合、‐SCN、‐SH、‐SC(O)CH、‐SC(O)(CHCH、‐Cl、‐NH、‐OC(O)CHCH又は‐OC(O)C(CH)CH でありq=2の場合、‐S ‐であり、
    R及びRは、任意に次の基:ヒドロキシ‐、アミノ‐、アルコラート‐、シアニド‐、チオシアニド‐、ハロゲン‐、スルホン酸‐、スルホン酸エステル‐、チオール‐、安息香酸‐、安息香酸エステル‐、カルボン酸‐、カルボン酸エステル‐、アクリレート‐、メタクリレート‐、有機シラン基で置換されていてよい2〜30個のC‐原子を有する脂肪族、オレフィン系、芳香族又はアリール芳香族基であり、この際、R及びRは、同じ又は異なる意味であり
    nは、0、1又は2であり、
    Alkは、1〜6個の炭素原子を有する2価の非分枝鎖又は分枝鎖の炭化水素基であり、
    mは、0又は1であり、
    Arは、次の基:ヒドロキシ‐、アミノ‐、アルコラート‐、シアニド‐、チオシアニド‐、ハロゲン‐、スルホン酸‐、スルホン酸エステル‐、チオール‐、安息香酸‐、安息香酸エステル‐、カルボン酸‐、カルボン酸エステル‐、有機シラン基で置換されていてよい6〜12個のC‐原子を有するアリール基であり、
    pは、0又は1であり、p及びnは同時に0を表わさないという条件を伴い、
    xは、2〜8の数であり、
    rは、1、2又は3であり、r+n+m+p=4の条件を伴い、
    アルキルは、1〜20個の炭素原子を有する1価の非分枝鎖又は分枝鎖の飽和炭化水素基であり、
    アルケニルは、2〜20個の炭素原子を有する1価の非分枝鎖又は分枝鎖の不飽和炭化水素基である]
    の有機シランで変性されている、請求項1から6までのいずれか1項に記載の沈降珪酸。
  8. BET‐表面積 150〜400m/gの範囲、
    CTAB‐表面積 145〜350m/gの範囲、
    Al‐含量 0.2〜5質量%の範囲
    を有する沈降珪酸を製造するために、
    a)水ガラス水溶液を前以て装入し、
    b)この前与物に、攪拌下に55〜95℃で30〜100分間、同時に水ガラス及び硫酸を供給し、
    c)硫酸でpH‐値5に酸性化させ、かつ
    d)濾過し、乾燥させ、
    この際、段階b)及び/又はc)で、アルミニウム化合物を添加させるという条件を伴う沈降珪酸の製法。
  9. 段階b)及びc)で供給される成分は、各々同じ又は異なる濃度を有する、請求項8に記載の方法。
  10. 段階b)及びc)で供給される成分は、各々同じ流入速度を有する、請求項8又は9に記載の方法。
  11. 段階b)及びc)で供給される成分は、各々異なる流入速度を有する、請求項8又は9に記載の方法。
  12. 段階b)及びc)で成分の濃度が同じ場合には、段階c)での流入速度は、段階b)での流入速度の110〜200%である、請求項11に記載の方法。
  13. 段階b)及びc)で成分の濃度が同じ場合には、段階c)での流入速度は、段階b)での流入速度の50〜100%である、請求項11に記載の方法。
  14. スピン‐フラッシュ、ノズル塔または噴霧乾燥による乾燥及び/又はロール圧縮機を用いる/用いない造粒を実施する、請求項8から13までのいずれか1項に記載の方法。
  15. 沈降珪酸を、式:
    [R (RO) Si(Alk) (Ar) [B] (I)、
    (RO) 3−n Si(アルキル) (II)、
    又は
    (RO) 3−n Si(アルケニル) (III)
    [式中、
    Bは、q=1の場合、‐SCN、‐SH、‐SC(O)CH 、‐SC(O)(CH CH 、‐Cl、‐NH 、‐OC(O)CHCH 、又は‐OC(O)C(CH )CH であり、q=2の場合、‐S ‐であり、
    R及びR は、任意に次の基:ヒドロキシ‐、アミノ‐、アルコラート‐、シアニド‐、チオシアニド‐、ハロゲン‐、スルホン酸‐、スルホン酸エステル‐、チオール‐、安息香酸‐、安息香酸エステル‐、カルボン酸‐、カルボン酸エステル‐、アクリレート‐、メタクリレート‐、有機シラン基で置換されていてよい2〜30個のC‐原子を有する脂肪族、オレフィン系、芳香族又はアリール芳香族基であり、この際、R及びR は、同じ又は異なる意味であり、
    nは、0、1又は2であり、
    Alkは、1〜6個の炭素原子を有する2価の非分枝鎖又は分枝鎖の炭化水素基であり、
    mは、0又は1であり、
    Arは、次の基:ヒドロキシ‐、アミノ‐、アルコラート‐、シアニド‐、チオシアニド‐、ハロゲン‐、スルホン酸‐、スルホン酸エステル‐、チオール‐、安息香酸‐、安息香酸エステル‐、カルボン酸‐、カルボン酸エステル‐、有機シラン基で置換されていてよい6〜12個のC‐原子を有するアリール基であり、
    pは、0又は1であり、p及びnは同時に0を表わさないという条件を伴い、
    xは、2〜8の数であり、
    rは、1、2又は3であり、r+n+m+p=4の条件を伴い、
    アルキルは、1〜20個の炭素原子を有する1価の非分枝鎖又は分枝鎖の飽和炭化水素基であり、
    アルケニルは、2〜20個の炭素原子を有する1価の非分枝鎖又は分枝鎖の不飽和炭化水素基である]
    の有機シランを用いて、沈降珪酸100部に対して、0.5〜50部の混合物で変性させ、この際、沈降珪酸と有機シランとの間の反応は、混合物製造中にその場で又は外部で混合物の噴霧及び引続いての熱処理によって又は有機シランと沈降珪酸懸濁液との混合、引続いての乾燥及び熱処理によって実施される、請求項8から14までのいずれか1項に記載の方法。
  16. 請求項1から6までのいずれか1項に記載の沈降珪酸を含有する、加硫可能なゴム組成物又は加硫物。
  17. 請求項1から6までのいずれか1項に記載の沈降珪酸を含有するタイヤ。
  18. バッテリーセパレーター、粘着防止剤、ラッカー中の艶消剤、紙塗被又は消泡剤、パッキン、鍵盤パット、又は、コンベアベルトにおける、請求項1から6までのいずれか1項に記載の沈降珪酸の使用。
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