KR100477497B1 - Novel Elastomer Composites, Method and Apparatus - Google Patents

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KR100477497B1 KR10-1998-0707864A KR19980707864A KR100477497B1 KR 100477497 B1 KR100477497 B1 KR 100477497B1 KR 19980707864 A KR19980707864 A KR 19980707864A KR 100477497 B1 KR100477497 B1 KR 100477497B1
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프레드릭 에이치. 럼프
이반 제트. 포도브니크
스코트 에이. 웨스트비어
알란 씨. 모건
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Abstract

엘라스토머 복합체는 미립자상 충전제 및 엘라스토머 라텍스를 응고 반응조의 혼합 지대에 공급하여 혼합 지대로부터 응고 지대를 통하여 반응조의 방출 말단부까지 연속적으로 반제한 유동 상태인 혼합물을 형성하는 신규한 연속 유동 방법 및 장치에 의해 생성된다. 미립자상 충전제 유체는, 예를 들면 방출 말단부 전에 미립자상 충전제로 엘라스토머를 실질적으로 완전히 응고시키기에 충분히 강력하게 엘라스토머 라텍스 유체를 인트레인시키기 위하여 젯트 스트림을 형성하려고 혼합 지대에 가압하에 공급된다. 상당히 효율적이고 효과적인 엘라스토머 응고는 산 또는 염 용액 등으로의 노출을 포함하는 응고 단계를 필요로 하지 않고 달성된다. 신규한 엘라스토머 복합체가 생성된다. 상기 신규한 엘라스토머 복합체는 경화되거나 미경화될 수 있으며, 이전에는 얻을 수 없었던 충전제, 엘라스토머, 충전제 부하량의 정도 및 매크로-분산도의 선택 등의 물질 특성을 겸비한다.The elastomeric composite is provided by a novel continuous flow method and apparatus which feeds particulate filler and elastomeric latex into the mixing zone of the coagulation tank to form a flowable mixture that is continuously refluxed from the mixing zone through the coagulation zone to the discharge end of the reactor. Is generated. The particulate filler fluid is supplied under pressure to the mixing zone to form a jet stream, for example, to introduce the elastomer latex fluid sufficiently powerful to substantially solidify the elastomer with the particulate filler before the discharge end. Highly efficient and effective elastomeric coagulation is achieved without the need for a coagulation step which involves exposure to acid or salt solutions and the like. New elastomeric complexes are produced. The novel elastomeric composites can be cured or uncured and combine material properties such as selection of fillers, elastomers, filler loadings and macro-dispersities that were not previously available.

Description

신규의 엘라스토머 복합체, 그의 제조 방법 및 제조 장치{Novel Elastomer Composites, Method and Apparatus}Novel Elastomer Composites, Method and Apparatus

본 발명은 엘라스토머 복합체를 제조하기 위한 신규의 방법 및 장치와 이러한 방법 및 장치를 이용하여 제조된 신규의 엘라스토머 복합체에 관한 것이다. 더욱 구체적으로는, 본 발명은 경화제가 없는 마스터배치 조성물, 경화제 보유 기재 조성물 및 고무 재료와 같은 엘라스토머 중에 미세하게 분산된 미립자상 충전제의 엘라스토머 마스터배치, 예컨데 천연 고무중에 미세하게 분산된 카본 블랙 미립자상 충전제의 엘라스토머 복합체, 및 이러한 마스터배치 조성물로 제조된 제품을 제조하기 위한 연속적인 유동 방법 및 장치에 관한 것이다.The present invention relates to novel methods and apparatuses for preparing elastomeric composites and novel elastomeric composites prepared using such methods and apparatuses. More specifically, the present invention relates to an elastomeric masterbatch of particulate filler finely dispersed in an elastomer such as a masterbatch composition without a curing agent, a curing agent-retaining base composition and a rubber material, for example carbon black particulate phase finely dispersed in natural rubber. A continuous flow method and apparatus for making elastomeric composites of fillers, and articles made from such masterbatch compositions.

상업적으로 중요한 많은 제품은 미립자상 충전제가 임의의 여러가지 합성 엘라스토머, 천연 고무 또는 엘라스토머 블렌드 중에 분산되어 있는 엘라스토머 조성물로 제조된다. 예를 들어 카본 블랙이 천연 고무 및 기타 엘라스토머에서 보강제로서 폭 넓게 사용된다. 마스터배치, 즉 충전제, 엘라스토머 및 증량제 오일과 같은 다양한 선택적인 첨가제의 예비 혼합물을 제조하는 것은 통상적이다. 카본 블랙 마스터배치는 단위 중량당 표면적과 "구조" 모두가 변하는 다양한 등급의 상업적으로 입수가능한 카본 블랙으로 제조된다. 상업적으로 중요한 많은 제품은 천연 고무중에 분산된 카본 블랙 미립자상 충전제의 엘라스토머 조성물로 제조된다. 이러한 제품의 예로는, 트레드(tread) 부분, 측벽, 와이어 스킴 및 뼈대에 상이한 엘라스토머 조성물이 사용될 수 있는 차량용 타이어가 있다. 다른 제품의 예로는, 엔진 장착 부싱, 컨베이어 벨트, 자동차 앞유리 와이퍼 등이 있다. 현재 사용가능한 재료 및 제조방법을 이용해서도 폭 넓은 성능 특성이 달성될 수 있지만, 산업계에는 특성이 향상된 엘라스토머 조성물을 개발하고 현행의 제조방법의 비용 및 복잡성을 감소시키려는 지속적인 요구가 있어 왔다. 특히, 예를 들면 매크로-분산 수준, 즉 엘라스토머 내에서 카본 블랙 및 다른 충전제의 분산 균일성이 성능 특성에 현저히 영향을 미칠 수 있는 것으로 알려져 있다. (반부리(Banbury) 혼합기 등에서) 천연 고무 또는 다른 엘라스토머와 카본 블랙 또는 다른 충전제를 격렬히 혼합하여 제조한 엘라스토머 조성물에 있어, 매크로-분산의 증가는 더 길고 더 격렬한 혼합을 요구하고, 이에 따라 에너지 비용, 제조 시간 등이 증가되는 단점이 초래된다. 어떤 표면적 및 구조 특성의 카본 블랙 충전제에 있어, 어떤 정도를 넘는 분산은 공지의 혼합 장치 및 방법을 이용해서는 불가능하거나 상업적으로 실시될 수 없었다. 또한, 이와 같이 연장되고 더 강렬한 혼합은 분자량을 감소시킴으로써 천연 고무를 분해시켜, 어떤 적용분야에서는 바람직하지 않는 엘라스토머 화합물을 제조하게 된다.Many commercially important products are made of elastomeric compositions in which particulate fillers are dispersed in any of a variety of synthetic elastomers, natural rubbers or elastomer blends. For example, carbon black is widely used as a reinforcement in natural rubber and other elastomers. It is customary to prepare a masterbatch, ie a premix of various optional additives such as fillers, elastomers and extender oils. Carbon black masterbatches are made of various grades of commercially available carbon blacks varying in both surface area and "structure" per unit weight. Many commercially important products are made of elastomeric compositions of carbon black particulate filler dispersed in natural rubber. Examples of such products are automotive tires in which different elastomer compositions may be used in tread portions, sidewalls, wire schemes and armatures. Examples of other products include engine mounted bushings, conveyor belts, windshield wipers, and the like. While a wide range of performance properties can be achieved using currently available materials and manufacturing methods, there has been an ongoing need in the industry to develop improved elastomeric compositions and to reduce the cost and complexity of current manufacturing methods. In particular, it is known that, for example, macro-dispersion levels, ie the dispersion uniformity of carbon black and other fillers in the elastomer, can significantly affect the performance properties. In elastomer compositions prepared by vigorously mixing natural rubber or other elastomers with carbon black or other fillers (such as in Banbury mixers), an increase in macro-dispersion requires longer and more violent mixing, and thus energy costs The disadvantage is that the manufacturing time is increased. For carbon black fillers of certain surface area and structural properties, some degree of dispersion was not possible or commercially possible using known mixing apparatus and methods. In addition, this extended and more intense mixing also degrades natural rubber by reducing the molecular weight, producing elastomer compounds that are undesirable in certain applications.

엘라스토머 조성물의 성능 특성을 조절하기 위해 더 높거나 더 낮은 구조 및 표면적을 갖는 카본 블랙을 사용하는 것은 잘 알려져 있다. 더 높은 표면적 및 더 낮은 구조를 갖는 카본 블랙은 일반적으로 마모 특성 및 다른 성능 특성 외에도 크랙 성장 방지 특성 및 절단-조각 방지 특성을 향상시켜 주는 것으로 알려져 있다. 그런데, 상업적으로 입수 가능한 혼합 방법은 엘라스토머 중에 카본 블랙을 분산함에 있어 허용할 수 없는 정도의 천연 고무 분해가 없이는 뛰어난 균일성을 달성할 수 없었다. 실제, 45 phr 내지 75 phr과 같은 천연 고무중의 전형적인 카본 블랙의 적재 수준, 및 0 phr 내지 10 phr의 오일 적재, 110 cc/100g 이하의 DBPA의 카본 블랙, 특히 약 45 m2/g 내지 65 m2/g의 표면적을 갖는 것(CTAB)과 같은 저 구조 카본 블랙에 있어, 지속 기간 및 강도 수준에 관계없이 약 1% 이하로 미분산된 카본 블랙을 갖는(하기와 같이 매크로-분산으로 측정) 화합물을 달성하는 것은 불가능하였다. 또한, 상기한 바와 같이, 현재 폭넓게 상용화되고 있는 고 에너지 소모형의 격렬한 건조 혼합 방법에 있어서는, 이러한 카본 블랙을 분산시키는데 필요한 엘라스토머의 저작(mastication)은 천연 고무 엘라스토머 중합 사슬의 바람직하지 않은 파괴를 초래한다. 그 결과의 천연 고무 분자량의 감소는 많은 공업적인 분야에 바람직하지 않다. 예를 들어 타이어 트레드 부분에의 사용에 있어, 감소된 분자량은 소위 타이어의 롤링 방지성의 바람직하지 않은 증가를 일으키는 것으로 알려져 있다.It is well known to use carbon blacks with higher or lower structures and surface areas to control the performance properties of elastomeric compositions. Carbon blacks with higher surface areas and lower structures are generally known to improve crack growth and cut-and-fragment properties in addition to wear and other performance properties. However, commercially available mixing methods have not been able to achieve excellent uniformity without dissipating unacceptable natural rubber in dispersing carbon black in elastomers. Indeed, typical carbon black loading levels in natural rubbers such as 45 phr to 75 phr, and oil loadings from 0 phr to 10 phr, carbon blacks of DBPA below 110 cc / 100 g, in particular from about 45 m 2 / g to 65 For low structure carbon blacks, such as those having a surface area of m 2 / g (CTAB), having undispersed carbon blacks of less than about 1% regardless of duration and strength level (measured by macro-dispersion as follows) It was not possible to achieve the compound. In addition, as described above, in the high energy-consuming and vigorous dry mixing method that is currently widely commercialized, the mastication of the elastomers required to disperse such carbon black results in undesirable destruction of the natural rubber elastomeric polymer chains. do. The resulting reduction in natural rubber molecular weight is undesirable for many industrial fields. For use in, for example, tire tread sections, reduced molecular weight is known to cause an undesirable increase in the so-called rolling resistance of tires.

또한, 이론적인 분석은 고 표면적 및 저 구조의 카본 블랙을 사용하는 엘라스토머 조성물의 어떤 성능 특성에 있어 바람직한 향상을 나타내고 있지만, 공지의 물리적 밀링 또는 다른 저작 방법을 사용하여 천연 고무의 분자량이 잘 보존되면서도 카본 블랙의 만족스러운 매크로-분산이 달성되는, 그러한 엘라스토머 조성물을 얻을 수 없었다. 일반적으로, 예를 들어 카본 블랙의 엘라스토머 보강 특성은 카본 블랙의 입자 크기가 감소함에 따라 증가되는 것으로 알려져 있다. 그런데, 극히 미세한 카본 블랙에 의해 특성의 예상된 개선이 달성되지 않는 변칙적인 상태가 초래되는 것으로 알려져 있다. 이는 엘라스토머 중합체의 과도한 파괴를 초래함이 없이 천연 고무 중에 카본 블랙을 충분히 분산시킬 수 없는 종래의 엘라스토머 화합 방법에서 적어도 부분적으로는 기인하는 것으로 이해된다. 따라서, 이러한 카본 블랙의 경우 서로에 대한 카본 블랙 및 천연 고무의 본래의 친화성의 충분한 잇점을 취할 수 없었다.Theoretical analysis also shows a desirable improvement in certain performance properties of elastomer compositions using high surface area and low structure carbon black, while the molecular weight of natural rubber is well preserved using known physical milling or other mastication methods. Such an elastomeric composition could not be obtained in which satisfactory macro-dispersion of carbon black was achieved. In general, the elastomeric reinforcing properties of carbon black, for example, are known to increase with decreasing particle size of carbon black. However, it is known that an extremely fine carbon black results in an anomalous state in which the expected improvement in properties is not achieved. It is understood that this is at least partly due to the conventional elastomeric compounding process which is unable to sufficiently disperse the carbon black in natural rubber without causing excessive destruction of the elastomeric polymer. Therefore, such carbon black could not take full advantage of the inherent affinity of carbon black and natural rubber for each other.

천연 고무 화합물 중의 양호한 분산은 좋은 품질의 일관된 제품 성능을 달성하는데 가장 중요한 목표의 하나로서 한동안 인식되어 왔기 때문에, 상당한 노력이 고무중의 분산 특성을 평가하기 위한 방법의 개발에 집중되어 왔다. 개발된 방법의 예로는, 캐보트 분산 차트(Cabot Dispersion Chart) 및 여러 가지 화상 분석법이 있다. 분산 특성은 달성된 혼합의 상태로서 정의될 수 있다. 카본 블랙의 이상적인 분산은, 카본 블랙 응집체(또는 펠렛)가 서로 간에 균일하게 분산된(분배 혼합에 의해 수행됨) 집합체로 파괴되고(분산 혼합에 의해 수행됨), 모든 카본 블랙 집합체의 표면이 고무 매트릭스에 의해 완전히 젖게 되는(보통 혼입으로 불림) 상태이다.Since good dispersion in natural rubber compounds has been recognized for some time as one of the most important goals for achieving consistent product performance of good quality, considerable effort has been focused on the development of methods for evaluating the dispersion properties in rubber. Examples of the developed method include the Cabot Dispersion Chart and various image analysis methods. Dispersion characteristics can be defined as the state of mixing achieved. The ideal dispersion of carbon black is such that the carbon black aggregates (or pellets) are broken down into aggregates (performed by distributed mixing) uniformly dispersed between each other (performed by dispersed mixing) and the surfaces of all carbon black aggregates are incorporated into the rubber matrix. Is completely wetted (usually called mixing).

빈약한 매크로-분산에 흔히 관련되는 고무 공업에서의 통상적인 문제는 4개의 주요 카테고리, 즉 제품 성능, 표면 결점(defect), 표면 외관 및 분산 효율로 분류될 수 있다. 인장 강도, 피로 수명 및 내마모성과 같은 카본 블랙 함유 고무 조성물의 기능적인 성능 및 내구성은 주로 매크로-분산 특성에 의해 영향을 받는다. 또한, 미분산된 카본 블랙은 시각적인 결점을 비롯하여 완성된 제품의 표면 결점을 일으킬 수 있다. 존재하는 표면 결점의 제거는 성형된 박막 부분에서는 기능적인 이유로, 또 압출된 프로필에서는 심미적 및 기능적 이유로 매우 중요하다.Common problems in the rubber industry that are often related to poor macro-dispersion can be classified into four main categories: product performance, surface defects, surface appearance and dispersion efficiency. The functional performance and durability of carbon black containing rubber compositions such as tensile strength, fatigue life and wear resistance are mainly affected by macro-dispersion properties. In addition, undispersed carbon black can cause surface defects in the finished product, including visual defects. The removal of surface defects present is of great importance for functional reasons in the molded thin film portion and aesthetic and functional for extruded profiles.

회사[Kontron Electronik GmbH, Munich, Germany]로부터 입수 가능한 IBAS 컴팩트 모델 화상 분석기와 같은 상업적인 화상 분석기가 카본 블랙 또는 다른 충전제의 매크로-분산을 측정하는데 사용될 수 있다. 전형적으로, 고무 산업에서 사용되는 정량적인 매크로-분산 시험에서, 임계적인 한계 크기는 10 미크론이다. 약 10 미크론 크기 이상의 결점은 전형적으로 임의 그리트(grit) 또는 기타 오염물 뿐만 아니라 미분산된 블랙 또는 기타 충전제로 구성되는데, 이는 시각적 및 기능적 성능 모두에 영향을 줄 수 있다. 따라서, 매크로-분산의 측정은 화상 분석 방법을 이용하여 검사된 단위 면적당 그러한 결점의 총 면적에 의해 10 미크론 크기 이상의 표면 결점(미세 절단, 압출 또는 절단에 의해 생성)을 측정하는 것을 포함한다. 매크로-분산 D(%)는 다음과 같이 계산된다.Commercial image analyzers, such as the IBAS compact model image analyzer available from the company Kontron Electronik GmbH, Munich, Germany, can be used to measure macro-dispersion of carbon black or other fillers. Typically, in the quantitative macro-dispersion test used in the rubber industry, the critical limit size is 10 microns. Defects larger than about 10 microns in size typically consist of any grit or other contaminant as well as undispersed black or other fillers, which can affect both visual and functional performance. Thus, the measurement of macro-dispersion involves measuring surface defects (generated by fine cutting, extrusion or cutting) of 10 microns or more by the total area of such defects per unit area inspected using an image analysis method. Macro-variance D (%) is calculated as follows.

미분산 면적 비율(%) = % Of undispersed area =

상기 식에서 Am은 검사된 총 시료 표면적이고, Ni는 크기 Di의 결점의 수이고, Di는 (원의 직경에 상당하는) 결점과 동일한 면적을 갖는 원의 직경이고, m은 화상의 수이다.Where A m is the total sample surface inspected, N i is the number of defects of size D i , D i is the diameter of a circle with the same area as the defect (corresponding to the diameter of the circle), and m is the It is a number.

미경화된 천연 고무 또는 다른 적합한 엘라스토머에서 카본 블랙 또는 다른 충전제의 매크로-분산은 절단 표면 시료의 화상 분석을 이용하여 평가될 수 있다. 전형적으로, 임의로 선택된 5 내지 10개의 선택적인 화상을 절단 표면으로부터 취해 화상 분석을 한다. 칼 자욱 등은 수치 여과법을 이용하여 제거하는 것이 바람직하다. 따라서, 절단 표면 화상 분석은 천연 고무 화합물 내의 카본 블랙 분산 특성과 관련된 정보를 제공한다. 특히 미분산 면적 비율 D(%)는 카본 블랙 매크로-분산의 품질을 나타낸다. 매크로-분산 특성이 낮아질수록 미분산된 면적 비율은 증가한다. 따라서, 분산 특성은 미분산된 면적의 비율을 감소시킴으로써 향상시킬 수 있다. 상기한 바와 같이, 혼합 조작은 혼합 효율 및 매크로-분산에 직접적인 영향을 미친다. 일반적으로, 엘라스토머, 예를 들어 천연 고무 마스터배치에서 더 좋은 카본 블랙 매크로-분산은 더 길고 더 강렬한 혼합에 의해 달성된다. 그런데, 불행하게도, 더 길고 더 강렬한 혼합에 의해 더 좋은 매크로-분산을 달성하는 것은 카본 블랙이 분산되는 엘라스토머를 분해시킨다. 이는 기계적/열적 분해에 매우 민감한 천연 고무의 경우에 특히 문제이다. 반부리 혼합기와 같은 공지의 혼합 기술 및 장치를 이용한 더 길고 더 강렬한 혼합은 천연 고무 마스터배치 조성물의 분자량을 감소시킨다. 따라서, 천연 고무 중의 카본 블랙의 향상된 매크로-분산은 상당하는 고무 분자량의 일반적으로 바람직하지 않은 감소와 함께 달성되는 것으로 알려져 있다.Macro-dispersion of carbon black or other fillers in uncured natural rubber or other suitable elastomers can be assessed using image analysis of cut surface samples. Typically, 5-10 optional images, optionally selected, are taken from the cut surface for image analysis. It is preferable to remove a knife etc. using a numerical filtration method. Thus, cut surface image analysis provides information related to carbon black dispersion properties in natural rubber compounds. In particular, the undispersed area ratio D (%) indicates the quality of the carbon black macro-dispersion. The lower the macro-dispersion characteristic, the more undispersed area ratio increases. Thus, the dispersion characteristics can be improved by reducing the proportion of undispersed area. As mentioned above, the mixing operation directly affects the mixing efficiency and macro-dispersion. In general, better carbon black macro-dispersion in elastomers, for example natural rubber masterbatches, is achieved by longer and more intense mixing. Unfortunately, achieving better macro-dispersion by longer and more intense mixing decomposes the elastomer in which the carbon black is dispersed. This is especially a problem for natural rubbers which are very sensitive to mechanical / thermal decomposition. Longer and more intense mixing using known mixing techniques and devices such as half-blow mixers reduces the molecular weight of the natural rubber masterbatch composition. Thus, it is known that improved macro-dispersion of carbon black in natural rubber is achieved with generally undesired reduction of the corresponding rubber molecular weight.

건조 혼합 기술 외에 라텍스 및 카본 블랙 슬러리를 교반되는 응고 탱크로 연속적으로 공급하는 방법이 알려져 있다. 이러한 "습윤" 기술은 SBR와 같은 합성 엘라스토머에 흔히 사용된다. 응고 탱크는 염과 같은 응고제 또는 약 2.5 내지 4의 pH를 전형적으로 갖는 수용액 또는 산성 용액을 포함한다. 라텍스 또는 카본 블랙 슬러리는 혼합되어 응고 탱크에서 습윤 크럼으로 불려지는 작은 비드(전형적으로 수 mm 직경)로 응고된다. 이 크럼과 산 유출액은 전형적으로 진동기 스크린 등에 의해 분리된다. 다음 이 크럼은 제2 교반 탱크로 투입되어 중성 또는 거의 중성의 pH를 달성하기 위해 세척된다. 그후, 이 크럼은 추가적인 진동 스크린 및 건조 단계 등을 거친다. 이 방법에 대한 변경예가 천연 및 합성 엘라스토머의 응고를 위해 제안되어 왔다. 미국 특허 4,029,633호(Hagopian 등에게 허여, 본 발명과 같이 캐보트사에 양도됨)에는 엘라스토머 마스터배치의 제조를 위한 연속적인 방법이 기술되어 있다. 카본 블랙의 수성 슬러리가 제조되어 천연 또는 합성의 엘라스토머 라텍스와 혼합된다. 이 혼합물에 대해 임의의 여러 가지 공지의 크림제를 선택적으로 사용하여 소위 크림(cream) 조작을 수행한다. 카본 블랙/라텍스 혼합물의 크림 공정후, 응고 공정이 수행된다. 특히, 크림화된 카본 블랙/라텍스 혼합물은 하나의 응집성 스트림으로서 응고액의 스트림 코아로 도입된다. 크림화된 카본 블랙/라텍스 혼합물의 고형 스트림은 응고액의 스트림에 의해 전단 및 분쇄되고 응고된 다음, 적절한 반응 지대로 통과되어 응고가 완료된다. 이러한 응고 단계 후의 나머지 공정은 실질적으로 통상적인 것으로, 폐생성물 "세럼(serum)"으로부터 크럼의 분리, 세척 및 건조 공정을 포함한다. 다소 유사한 공정이 미국 특허 제3,048,559호(Heller 등)에 기술되어 있다. 카본 블랙의 수성 슬러리는 천연 또는 합성 엘라스토머 또는 라텍스와 연속적으로 블렌딩된다. 그 2개의 스트림이 격렬한 유압 교란 및 충격을 수반하는 것과 같은 조건하에서 혼합된다. 이어서, 상기한 하고피안 등의 특허의 경우에서와 같이, 카본 블랙 슬러리와 엘라스토머 라텍스의 배합된 스트림은 산성 또는 염 응고 용액의 첨가에 의해 응고된다.In addition to dry mixing techniques, a method of continuously feeding latex and carbon black slurries into a stirred coagulation tank is known. This "wetting" technique is commonly used in synthetic elastomers such as SBR. The coagulation tank contains a coagulant, such as a salt, or an aqueous or acidic solution, typically having a pH of about 2.5-4. Latex or carbon black slurries are mixed and solidified into small beads (typically several mm diameter) called wet crumbs in the solidification tank. This crumb and acid effluent are typically separated by vibrator screens or the like. This crumb is then fed into a second stirred tank and washed to achieve neutral or near neutral pH. This crumb is then subjected to additional vibrating screens and drying steps. Modifications to this method have been proposed for the solidification of natural and synthetic elastomers. U. S. Patent 4,029, 633 to Hagopian et al., Assigned to Cabot Inc. as described herein, describes a continuous process for the production of elastomer masterbatches. An aqueous slurry of carbon black is prepared and mixed with natural or synthetic elastomer latex. For this mixture, so-called cream operations are carried out optionally using any of a variety of known cream agents. After the cream process of the carbon black / latex mixture, a solidification process is performed. In particular, the creamed carbon black / latex mixture is introduced into the stream core of the coagulant as one coherent stream. The solid stream of the creamed carbon black / latex mixture is sheared, pulverized and solidified by the stream of coagulant liquid and then passed through the appropriate reaction zone to complete solidification. The remaining process after this solidification step is substantially conventional and includes separation, washing and drying of the crumb from the waste product “serum”. A somewhat similar process is described in US Pat. No. 3,048,559 (Heller et al.). The aqueous slurry of carbon black is blended continuously with natural or synthetic elastomers or latexes. The two streams are mixed under conditions such as involving severe hydraulic disturbances and impacts. The combined stream of carbon black slurry and elastomer latex is then solidified by the addition of an acidic or salt coagulating solution, as in the case of Hapian et al., Supra.

향상된 매크로-분산을 갖는, 적합한 엘라스토머에 분산된 미립자상 충전제의 엘라스토머 화합물, 특히 예를 들어 천연 고무 중에 분산된 카본 블랙이 여러 산업계에서 요구되어 왔다. 상기한 바와 같이, 향상된 매크로-분산은 상당하는 심미적 및 기능적 특성의 향상을 제공할 수 있다. 천연 고무의 더 높은 분자량과 함께 향상된 매크로-분산이 달성되는, 천연 고무중의 카본 블랙의 신규 엘라스토머 화합물이 특히 요구된다. 이와 같은 절실한 오랜 요구를 모두 또는 일부 충족하는 것이 본 발명의 목적이다.BACKGROUND OF THE INVENTION There have been demands in many industries for elastomeric compounds of particulate fillers dispersed in suitable elastomers, especially carbon blacks dispersed in natural rubber, for example, with improved macro-dispersion. As noted above, improved macro-dispersion can provide significant improvements in aesthetic and functional properties. There is a particular need for novel elastomeric compounds of carbon black in natural rubber, in which improved macro-dispersion is achieved with higher molecular weights of natural rubber. It is an object of the present invention to meet some or all of these dire needs.

<발명의 요약>Summary of the Invention

제1 태양에 따르면, 엘라스토머 마스터배치의 제조 방법은 미립자상 충전제 유체와 엘라스토머 라텍스 유체를 응고 반응조의 혼합 지대로 동시에 공급하는 것을 포함한다. 응고 지대는 혼합 지대로부터 연장되고, 바람직하기로는 유입 말단부로부터 방출 말단부로 하류 방향으로 단면적이 점차로 증가한다. 그 엘라스토머 라텍스는 천연 또는 합성된 것일 수 있고, 미립자상 충전제 유체는 라텍스를 응고시키는데 효과적인 카본 블랙 또는 다른 미립자상 충전제를 포함한다. 이 미립자상 충전제 유체는 바람직하기로는 주입된 유체의 연속적인 고속 젯트로서 혼합 지대로 공급되는 한편, 라텍스 유체는 저속으로 공급된다. 미립자상 충전제 유체의 속도, 유량 및 미립자 농도는 방출 말단부 이전에 미립자상 충전제가 있는 엘라스토머 라텍스에 의해 거의 완전히 응고시키도록 라텍스 유체의 고 전단 혼합 및 응고 지대의 적어도 상류 부분 내에서 혼합물의 유동 교란을 일으키기에 충분하다. 따라서 바람직한 실시태양에 따르면, 산성 또는 염 응고제를 사용할 필요가 없이 거의 완전한 응고가 달성될 수 있다.According to a first aspect, a method of making an elastomeric masterbatch comprises simultaneously supplying particulate filler fluid and elastomeric latex fluid to a mixing zone of a coagulation reactor. The coagulation zone extends from the mixing zone and preferably the cross-sectional area gradually increases in the downstream direction from the inlet end to the outlet end. The elastomeric latex can be natural or synthetic, and the particulate filler fluid includes carbon black or other particulate filler that is effective to solidify the latex. This particulate filler fluid is preferably supplied to the mixing zone as a continuous high speed jet of injected fluid while the latex fluid is supplied at low speed. The velocity, flow rate and particulate concentration of the particulate filler fluid may cause flow disturbance of the mixture within the high shear mixing of the latex fluid and at least the upstream portion of the coagulation zone to nearly solidify by the elastomeric latex with particulate filler prior to the discharge end. Enough to get up. Thus, according to a preferred embodiment, almost complete coagulation can be achieved without the need to use acidic or salt coagulants.

또 다른 태양에 따르면, 엘라스토머 마스터배치의 제조를 위한 연속 유동 방법은, 응고 지대에서 엘라스토머 라텍스 및 미립자상 충전제의 혼합물의 연속적이고 반제한적인(semi-confined) 유동을 설정하는 응고 반응조의 혼합 지대로 라텍스 유체 및 미립자상 충전제 유체를 연속적이고 동시적으로 공급하는 것을 포함한다. "워엄(worm)" 또는 글로블(globule) 형태의 엘라스토머 마스터배치 크럼은 라텍스 및 미립자상 충전제 유체 스트림의 계속적인 공급과 함께 응고 반응조의 방출 말단부로부터 거의 일정한 유동으로서 방출되어 응고 반응조의 혼합 지대로 들어간다. 특히, 응고 반응조의 방출 말단부에서의 플러그 타입의 유동과 대기압 또는 대기압 근처의 압력 조건은, 직접적인 또는 후속적인 추가 공정 단계와 같은 엘라스토머 마스터배치 제품의 조절 및 수집을 용이하게 하는데 매우 유리하다.According to another aspect, the continuous flow method for the production of an elastomer masterbatch is a mixing zone of a coagulation reactor which establishes a continuous and semi-confined flow of a mixture of elastomeric latex and particulate filler in the coagulation zone. Continuous and simultaneous supply of latex fluid and particulate filler fluid. Elastomer masterbatch crumbs in the form of "worms" or globules are released as a nearly constant flow from the discharge end of the coagulation reactor with continuous supply of latex and particulate filler fluid streams to the mixing zone of the coagulation reactor. Enter In particular, the plug-type flow at the discharge end of the coagulation bath and pressure conditions at or near atmospheric or atmospheric pressure are very advantageous to facilitate the control and collection of the elastomer masterbatch product, such as direct or subsequent further processing steps.

장치의 측면에 따르면, 상기한 응고 반응조의 혼합 지대로 엘라스토머 라텍스 유체를 바람직하기로는 저압이고 거의 박판 타입의 유동 조건하에서 공급하는 수단이 제공되고, 상기한 바와 같이 엘라스토머 라텍스를 인트레인시키기에 충분한 속도 또는 운동 에너지의 젯트를 생성하고 혼합 지대로부터 하류 유동하는 혼합물이 응고 반응조의 방출 말단부에 이르기 전에 응고를 달성하기에 충분한 압력하에서, 혼합 지대로 미립자상 충전제 유체를 동시에 공급하는 수단이 제공된다. 하기에서 상술하는 어떤 바람직한 실시태양에 따르면, 엘라스토머 라텍스 유체를 공급하는 수단 및 미립자상 충전제 유체를 공급하는 별도의 수단이 각각 응고 지대를 한정하는 거의 관 형태인 부재와 일체로 된 혼합 헤드에서 공급 채널을 구비한다. 혼합 지대가 혼합 헤드 내의 그러한 공급 채널의 연결점에 제공될 수도 있다. 어 떤 바람직한 실시태양에 따르면, 혼합 지대가 단순히 응고 지대와 동축으로 확장된 것일 수 있다. 응고 반응조의 단면적에 있어 점차적인 증가는 어떤 바람직한 실시태양에서는 연속적일 수 있으며, 다른 바람직한 실시태양에서는 단계적일 수도 있다. 또한, 응고 반응조는 이하에서 기술하는 바와 같이 그 방출 말단부에서 전환기와 같은 선택적인 부품을 구비할 수 있다. 엘라스토머 마스터배치의 연속적인 유동 제조를 위한 본 발명의 장치의 선택적이고 바람직한 추가 부품은 이하에서 상세히 설명된다.According to the aspect of the device, there is provided a means for supplying the elastomer latex fluid to the mixing zone of the coagulation reactor described above, preferably under low pressure and near thin plate type flow conditions, and at a rate sufficient to induce the elastomer latex as described above. Or means for simultaneously supplying particulate filler fluid to the mixing zone under a pressure sufficient to produce a jet of kinetic energy and to allow the mixture flowing downstream from the mixing zone to reach solidification before reaching the discharge end of the coagulation reactor. According to certain preferred embodiments detailed below, the supply channel in the mixing head is integral with the means for supplying the elastomeric latex fluid and the separate means for supplying the particulate filler fluid, respectively, with a nearly tubular member defining a coagulation zone. It is provided. Mixing zones may be provided at the connection points of such feed channels in the mixing head. According to some preferred embodiments, the blend zone may simply extend coaxially with the coagulation zone. The gradual increase in cross-sectional area of the coagulation reactor may be continuous in some preferred embodiments, or may be stepwise in other preferred embodiments. In addition, the coagulation reactor may be provided with an optional component, such as a converter, at its discharge end, as described below. Optional and preferred additional parts of the apparatus of the invention for the continuous flow preparation of the elastomer masterbatch are described in detail below.

또 다른 태양에 따르면, 엘라스토머 복합체가 상기한 방법 또는 장치의 생성물로서 제공된다. 바람직한 실시태양에 따르면, 종래에는 달성되지 않았던 미립자상 충전제의 매크로-분산 수준, 종래에는 엘라스토머 분자량, 미립자 적재 수준, 미립자상 충전제의 선택(예를 들어 예외적으로 높은 표면적과 낮은 구조의 카본 블랙 충전제를 포함하여) 및(또는) 기타의 특성을 갖는 신규의 엘라스토머 복합체가 제공된다. 이와 관련하여, 본 발명의 방법 및 장치는 천연 고무와 같은 엘라스토머에서 엘라스토머 분자량이 거의 또는 전혀 분해되지 않으면서 1.2 이하, 심지어 1 이하의 구조 대 표면적 비 DBP:CTAB를 갖는 카본 블랙과 같은 어떤 충전제의 우수한 매크로-분산을 달성할 수 있다. 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 본 발명의 방법 및 장치에 의해 제조된 엘라스토머 복합체로 만들어지는 중간 및 최종 제품이 제공된다.According to another aspect, an elastomeric composite is provided as a product of the method or apparatus described above. According to a preferred embodiment, the macro-dispersion levels of particulate fillers which have not been achieved conventionally, conventionally the molecular weight of the elastomer, the particulate loading level, the selection of particulate fillers (e.g. exceptionally high surface area and low structure carbon black fillers) New elastomeric composites are provided, including) and / or other properties. In this regard, the methods and apparatus of the present invention are directed to certain fillers, such as carbon black, having a structure-to-surface ratio DBP: CTAB of 1.2 or less, even 1 or less, with little or no degradation of elastomer molecular weight in elastomers such as natural rubber. Excellent macro-dispersion can be achieved. According to another aspect of the present invention, there is provided an intermediate and final product made of an elastomeric composite produced by the method and apparatus of the present invention.

본 발명의 방법 및 장치에 의해, 엘라스토머 마스터배치가 전통적인 응고제의 사용 없이 응고를 달성하기에 충분한 교란 수준 및 유동 조절 상태에서 엘라스토머 라텍스 및 미립자상 충전제 유체의 혼합물을 포함하는 연속 유동 공정으로 제조될 수 있다. 실제, 충전제와의 엘라스토머의 강렬한 건조 저작이나 응고제의 탱크 또는 스트림에 라텍스/미립자 액체 조성물의 노출이 없이 엘라스토머 마스터배치 크럼이 달성되는 것, 즉 응고된 라텍스가 달성되는 것은 큰 상업적 잇점을 갖는 것으로 쉽게 인식될 것이다. 따라서, 통상의 상업적 실시에서 산성 응고액을 사용하는 비용 및 복잡성이 제거될 수 있다. 상기한 헬러 등의 특허 및 하고피안 등의 특허에서와 같은 라텍스와 미립자의 예비 혼합을 포함하는 종래 기술은, 부수적인 비용 및 폐기물 처리의 단점이 있는 라텍스/미립자 혼합물의 통상적인 응고액으로의 노출이 없이 응고를 달성하는 가능성을 인식 조차 하지 못했다.By the method and apparatus of the present invention, the elastomer masterbatch can be prepared in a continuous flow process comprising a mixture of elastomeric latex and particulate filler fluid at a level of disturbance and flow control sufficient to achieve solidification without the use of traditional coagulants. have. Indeed, it is easy to achieve the great commercial advantage that elastomer masterbatch crumbs, i.e., solidified latexes, are achieved without intense dry chewing of the elastomer with fillers or exposure of latex / particulate liquid compositions to the tank or stream of coagulant. Will be recognized. Thus, the cost and complexity of using an acid coagulant can be eliminated in conventional commercial practice. Prior arts, including premixing of latex and particulates, such as in Heller et al. And Hapian et al., Disclose exposure to conventional coagulants of latex / particulate mixtures, which has the associated cost and disadvantages of waste disposal. Without this, he did not even recognize the possibility of achieving coagulation.

응고 반응조의 혼합 지대로 라텍스 유체 및 미립자상 충전제 유체의 공급량은, 응고 반응조의 방출 말단부에서 제품 크럼 중의 유리 라텍스 및 미분산된 충전제가 거의 없이 높은 수율을 달성하도록 정밀하게 계량될 수 있다. 이론에 속박됨이 없이, 응고 고체가 응고 지대에서 및(또는) 그의 하류에서 형성되는 것을 제외하고 준-단일상 계가 혼합 지대에서 설정되는 것으로 현재 이해되고 있다. 응고 반응조의 혼합 지대로의 미립자상 충전제 유체의 극히 높은 공급 속도 및 라텍스 유체 공급에 대한 속도 차이는, 라텍스 유체로의 미립자의 완전한 혼합과 분산 및 응고를 위한 미립자상 충전제 유체 젯트의 충돌에 의해 충분한 교란, 즉 라텍스 전단의 충분한 에너지를 달성하는데 중요한 것으로 믿어진다. 고 혼합 에너지는 조절된 제품 공급과 함께 우수한 분산성을 갖는 제품 마스터배치 크럼을 제공한다. 응고물이 생성되어 요구되는 압출물로 형성된다.The feed amount of latex fluid and particulate filler fluid into the mixing zone of the coagulation reactor can be precisely metered to achieve high yield with little free latex and undispersed filler in the product crumb at the discharge end of the coagulation reactor. Without being bound by theory, it is presently understood that quasi-single phase systems are established in mixed zones except that solidification solids are formed in and / or downstream of the solidification zone. The extremely high feed rate of the particulate filler fluid into the mixing zone of the coagulation reactor and the rate difference for the latex fluid supply are sufficient by the impact of the particulate filler fluid jet for complete mixing and dispersion and solidification of the particulate into the latex fluid. It is believed that it is important to achieve disturbances, ie sufficient energy of the latex shear. The high mixed energy provides a product masterbatch crumb with good dispersibility with a regulated product supply. Coagulum is produced and formed into the required extrudate.

다른 태양에 따르면, 천연 고무 중에 분산된 미립자상 충전제를 포함하고, 엘라스토머 복합체 중의 충전제의 매크로-분산 수준이 약 0.2 % 이하의 미분산 면적, 바람직하기로는 약 0.1% 이하의 미분산된 면적인 신규의 엘라스토머 복합체가 제공된다. 상기한 바와 같이, 본 발명의 매크로-분산은 10 미크론 이상의 결점의 미분산된 면적 비율로서 측정되는 카본 블랙의 매크로-분산도 D(%)을 의미한다. 본 발명의 천연 고무 마스터배치 및 다른 엘라스토머 복합체에서, 천연 고무의 분자량, 즉 졸 부분의 MWsol (중량 평균)은 바람직하기로는 약 300,000 이상, 더욱 바람직하기로는 약 400,000 이상이고, 어떤 바람직한 실시태양에서는 400,000 내지 900,000이다. 엘라스토머 복합체는 선택적으로 약 0 내지 20 phr, 더욱 바람직하기로는 0 내지 10 phr의 증량제 오일, 및(또는) 카본 블랙 충전제와의 천연 고무의 배합시 선택적으로 사용되는 것으로 잘 알려진 다른 성분을 포함한다. 바람직하고 예시적인 실시태양과 관련하여 아래에서 더욱 설명되는 바와 같이, 본 발명의 신규의 엘라스토머 복합체는 매우 바람직한 물리적 특성 및 성능 특성을 제공할 수 있다. 따라서, 본 발명은 상당한 기술적 진보를 제공한다.According to another aspect, the micro-dispersion level of the filler in the elastomer composite, wherein the macro-dispersion level of the filler in the elastomeric composite is less than about 0.2% undispersed area, preferably up to about 0.1% undispersed area An elastomeric complex of is provided. As mentioned above, macro-dispersion of the present invention means macro-dispersity D (%) of carbon black, measured as the percentage of undispersed area of the defect of 10 microns or more. In the natural rubber masterbatch and other elastomeric composites of the present invention, the molecular weight of the natural rubber, ie the MW sol (weight average) of the sol portion, is preferably at least about 300,000, more preferably at least about 400,000, and in some preferred embodiments 400,000 to 900,000. The elastomeric composite optionally includes about 0-20 phr, more preferably 0-10 phr of extender oil, and / or other ingredients well known to be optionally used in the combination of natural rubber with carbon black filler. As further described below in connection with preferred and exemplary embodiments, the novel elastomeric composites of the present invention may provide very desirable physical and performance properties. Thus, the present invention provides a significant technical advance.

다른 측면에 따르면, 카본 블랙 충전제의 어떤 매크로-분산 수준, 천연 고무의 분자량, 카본 블랙 적재 수준, 카본 블랙 특성(표면적 및 구조, 예를 들어 예외적으로 높은 표면적 및 낮은 구조의 카본 블랙 충전제를 포함) 및(또는) 다른 특성을 비롯하여, 종래에는 얻어질 수 없는 새로운 특성의 결합을 갖는 신규의 엘라스토머 복합체가 제공된다. 본 발명의 여러 가지 측면에 따르면, 마스터배치 조성물 및 이로부터 제조된 완제품 및 중간 제품이 제공된다.According to another aspect, certain macro-dispersion levels of carbon black fillers, molecular weight of natural rubber, carbon black loading levels, carbon black properties (including surface area and structure, such as exceptionally high surface area and low structure carbon black fillers) New elastomeric composites are provided that have a combination of new properties not conventionally obtainable, and / or other properties. According to various aspects of the invention, masterbatch compositions and finished and intermediate products made therefrom are provided.

본 발명의 여러 가지 실시태양의 상기 및 다른 측면 및 잇점은 다음과 같은 어떤 바람직한 실시태양의 상세한 설명에 비추어 보면 더욱 잘 이해될 것이다.These and other aspects and advantages of the various embodiments of the present invention will be better understood in light of the following detailed description of certain preferred embodiments.

바람직한 실시태양을 첨부된 도면을 참조하여 다음과 같이 설명한다.Preferred embodiments are described as follows with reference to the accompanying drawings.

도 1은 어떤 바람직한 실시태양에 따른 엘라스토머 마스터배치의 제조 장치 및 제조 방법의 개략적인 흐름도를 나타낸다.1 shows a schematic flowchart of an apparatus and method for manufacturing an elastomeric masterbatch according to some preferred embodiments.

도 2는 도 1의 개략적인 흐름도와 일치하는 바람직한 일 실시태양의 일부를 개략적으로 나타낸 정면도이다.2 is a schematic front view of a portion of one preferred embodiment consistent with the schematic flow diagram of FIG. 1;

도 3은 도 1의 개략적인 흐름도와 일치하는 바람직한 다른 실시태양의 일부를 개략적으로 나타낸 정면도이다.3 is a schematic front view of a portion of another preferred embodiment consistent with the schematic flow diagram of FIG. 1;

도 4는 도 3의 실시태양의 혼합 헤드/응고 반응조 어셈블리의 부분 단면도이다.4 is a partial cross-sectional view of the mixing head / solidification reactor assembly of the embodiment of FIG. 3.

도 5는 또 다른 바람직한 실시태양을 나타내는 도 4의 도면에 대응하는 부분 단면도이다.5 is a partial cross-sectional view corresponding to the drawing of FIG. 4 showing yet another preferred embodiment.

도 6은 도 5의 6-6선 단면도이다.6 is a cross-sectional view taken along line 6-6 of FIG.

도 7은 다른 바람직한 실시태양에 사용하기에 적합한 혼합 헤드의 단면도이다.7 is a cross-sectional view of a mixing head suitable for use in another preferred embodiment.

도 8은 본 발명에 따른 매우 바람직한 어떤 마스터배치 조성물에 사용되는 카본 블랙의 표면적 및 구조 특성(CTAB 및 DBPA)을 나타내는 그래프이다.8 is a graph showing the surface area and structural properties (CTAB and DBPA) of carbon black used in certain highly preferred masterbatch compositions according to the present invention.

도 9 내지 25는 도 8에 도시된 카본 블랙을 포함하는 본 발명에 따른 신규의 엘라스토머 복합체의 매크로-분산, 천연 고무 분자량 및(또는) 다른 특성을 나타내는 그래프로서, 어떤 경우는 비교를 위해 대조 시료의 데이터와 함께 나타내었으며, 엘라스토머 복합체에 의해 달성된 물리적 특성 및 성능 특성의 현저한 향상을 보여주고 있다.9-25 are graphs showing macro-dispersion, natural rubber molecular weight and / or other properties of the novel elastomeric composite according to the invention comprising the carbon black shown in FIG. 8, in some cases a control sample for comparison It is shown with the data of and shows a significant improvement in the physical and performance properties achieved by the elastomeric composite.

도 26 내지 29는 카본 블랙의 형태적 특성, 즉 구조(DBPA) 및 표면적(CTAB)을 나타내고, (그러한 형태적 특성에 의한) 특정의 제품 분야에 적합한 카본 블랙의 지대 또는 영역을 확인시켜 주는 그래프이다.26-29 are graphs showing the morphological properties of carbon black, namely structure (DBPA) and surface area (CTAB), and identifying zones or areas of carbon black suitable for a particular product field (due to such morphological properties). to be.

도 30 및 31은 본 발명에 따른 신규의 엘라스토머 복합체의 매크로-분산 및 천연 고무 분자량을 비교를 위한 대조 시료와 함께 나타낸 그래프이다.30 and 31 are graphs showing the macro-dispersion and natural rubber molecular weights of the novel elastomeric composites according to the invention with a control sample for comparison.

첨부된 도면은 반드시 크기가 정확하지는 않은 것으로 이해되어야 한다. 어떤 도면은 설명의 편의와 명확을 위해 확대 또는 축소되어 있을 수도 있다. 다음의 설명에서 사용되는 방향 표시는 달리 언급하지 않거나 문맥으로부터 명확하지 않다면 도면에 예시된 구성요소의 배열을 기준으로 한다. 일반적으로, 본 발명의 다양한 실시태양에 따른 장치는 여러 가지 배열로 사용될 수 있다. 통상적인 기술을 사용하고 요구되는 제조 용량, 재료 선택, 듀티 사이클(duty cycle) 등과 같은 의도하는 분야에 특수한 공지의 요소를 고려하여 본 발명의 장치에 있어 적절한 치수 및 배열을 결정하는 것은 본 발명의 이점이 주어진 당업자의 능력 범위 내일 것이다. 하나의 도면에 사용된 참조 부호는 다른 도면에서도 동일한 특징 또는 요소를 나타내기 위해 사용될 수도 있다.It is to be understood that the accompanying drawings are not necessarily accurate in size. Some drawings may be enlarged or reduced for ease of explanation and clarity. Directional indications used in the following description are based on the arrangement of components illustrated in the drawings unless otherwise noted or unclear from the context. In general, devices in accordance with various embodiments of the present invention may be used in a variety of arrangements. Determining the appropriate dimensions and arrangements for the device of the present invention using conventional techniques and taking into account known elements specific to the intended field, such as required manufacturing capacity, material selection, duty cycle, etc. This will be within the capabilities of those skilled in the art given. Reference numerals used in one drawing may be used to indicate the same feature or element in the other drawing.

<바람직한 실시태양의 상세한 설명><Detailed Description of the Preferred Embodiments>

본 발명의 방법 및 장치에 의해, 엘라스토머 마스터배치가, 전통적인 응고제의 사용이 없이 응고를 달성하기에 충분한 교란 수준 및 유동 조절 조건에서 엘라스토머 라텍스 및 미립자상 충전제 유체의 혼합물을 포함하는 연속 유동 공정으로 제조될 수 있다. 실제, 충전제와의 엘라스토머의 강렬한 건조 저작이나 응고제의 탱크 또는 스트림에 라텍스/미립자 액체 조성물의 노출이 없이 엘라스토머 마스터배치 크럼이 달성되는 것, 즉 응고된 라텍스가 달성되는 것은 상업적으로 큰 이점이라는 것이 쉽게 인식될 것이다. 따라서, 통상의 상업적 실시에서 산성 응고액을 사용하는 비용 및 복잡성이 제거될 수 있다. 상기한 헬러 등의 특허 및 하고피안 등의 특허에서와 같은 라텍스와 미립자의 예비 혼합을 포함하는 종래 기술은, 부수적인 비용 및 폐기물 처리의 단점이 있는 라텍스/미립자 혼합물의 통상의 응고액으로의 노출이 없이, 응고를 달성하는 가능성을 인식 조차 하지 못했다.By the method and apparatus of the present invention, the elastomer masterbatch is prepared in a continuous flow process comprising a mixture of elastomeric latex and particulate filler fluid at disturbance levels and flow control conditions sufficient to achieve solidification without the use of traditional coagulants. Can be. Indeed, it is easily commercially viable to achieve elastomer masterbatch crumbs, i.e., to achieve solidified latex, without intense dry chewing of the elastomer with the filler or exposure of the latex / particulate liquid composition to the tank or stream of the coagulant. Will be recognized. Thus, the cost and complexity of using an acid coagulant can be eliminated in conventional commercial practice. Prior arts, including premixing of latex and particulates, such as those described in Heller et al. And Hapian et al., Disclose exposure of the latex / particulate mixture to conventional coagulating liquor, with the associated costs and disadvantages of waste disposal. Without this, they could not even recognize the possibility of achieving coagulation.

응고 반응조의 혼합 지대로의 라텍스 유체 및 미립자상 충전제 유체의 공급량은, 응고 반응조의 방출 말단부에서 제품 크럼 중의 유리 라텍스 및 미분산된 충전제가 거의 없이 높은 수율을 달성하도록 정밀하게 계량될 수 있다. 이론에 속박됨이 없이, 응고 고체가 응고 지대에서 및(또는) 그의 하류에서 형성되는 것을 제외하고 준-단일상 계가 혼합 지대에서 설정되는 것으로 현재 이해되고 있다. 응고 반응조의 혼합 지대로 미립자상 충전제 유체의 극히 높은 공급 속도와 라텍스 유체 공급에 대한 속도 차이는, 라텍스 유체로의 미립자의 완전한 혼합과 분산 및 응고를 위한 미립자 충전 유체 젯트의 충돌에 의해 충분한 교란, 즉 라텍스 전단의 충분한 에너지를 달성하는데 중요한 것으로 믿어진다. 고 혼합 에너지는 조절된 제품 공급과 함께 우수한 분산성을 갖는 제품 마스터배치 크럼을 제공한다. 응고물이 생성되어 요구되는 압출물로 형성된다.The supply amount of latex fluid and particulate filler fluid into the mixing zone of the coagulation reactor can be precisely metered to achieve high yield with little free latex and undispersed filler in the product crumb at the discharge end of the coagulation reactor. Without being bound by theory, it is presently understood that quasi-single phase systems are established in mixed zones except that solidification solids are formed in and / or downstream of the solidification zone. The extremely high feed rate of particulate filler fluid into the mixing zone of the coagulation reactor and the rate difference for latex fluid supply are due to sufficient disturbances due to the complete mixing and dispersal of the particulate into the latex fluid and the collision of the particulate filling fluid jet for solidification, That is believed to be important in achieving sufficient energy of the latex shear. The high mixed energy provides a product masterbatch crumb with good dispersibility with a regulated product supply. Coagulum is produced and formed into the required extrudate.

본 발명에서 개시된 신규의 엘라스토머 복합체를 제조하기 위한 방법 및 장치의 특정의 바람직한 실시태양을 하기에 설명한다. 본 발명의 다양한 바람직한 실시태양은 다양한 충전제 및 엘라스토머를 사용할 수 있는 한편, 본 발명의 방법 및 장치 측면에서의 다음과 같은 상세한 일부 설명 부분은 일부의 예로서 편의상 천연 고무 및 카본 블랙을 포함하는 마스터배치의 제조에 있어 기본적인 그의 용도를 기술할 것이다. 하기와 같은 작동의 원리에 따라 본 발명의 방법 및 장치를 이용하여 수많은 대체적 또는 추가적 엘라스토머, 충전제 및 다른 재료를 포함하는 마스터배치를 제조하는 것은 본 발명의 잇점이 주어진 당업자의 능력 범위 내일 것이다. 간단히 말하면, 이러한 엘라스토머 마스터배치의 제조방법은, 카본 블랙 또는 다른 충전제 및 천연 고무 라텍스 유체 또는 다른 적합한 엘라스토머 유체의 슬러리를 응고 반응조의 혼합 지대로 동시에 공급하는 것을 포함한다. 응고 지대는 혼합 지대로부터 연장되고, 바람직하기로는 단면적이 유입 말단부로부터 방출 말단부로 하류 방향으로 점차 증가한다. 이 슬러리는 바람직하기로는 주입된 유체의 연속적인 고속 젯트로서 혼합 지대로 공급되는 한편, 천연 고무 라텍스 유체는 상대적으로 저속으로 공급된다. 충전제 슬러리의 고 속도, 유동량 및 입자 농도는 적어도 응고 지대의 상류 부분 내에서 라텍스 유체의 혼합 및 고 전단, 혼합물의 유동 교란을 일으키고, 방출 말단부 이전에서 엘라스토머 라텍스를 거의 완전히 응고시키기에 충분하다. 따라서 거의 완전한 응고는 바람직한 실시태양에 따라 산성 또는 염 응고제를 사용할 필요성이 없이 달성될 수 있다. 엘라스토머 복합체를 제조하기 위한 바람직한 연속 유동 방법은, 응고 반응조의 혼합 지대로 라텍스 유체 및 충전제 슬러리를 연속적이고 동시적으로 공급하고, 응고 지대에서 라텍스 및 충전제 슬러리의 혼합물의 연속적이고 반제한적인 유동을 설정하는 것을 포함한다. "워엄(worm)" 또는 글로블 형태의 엘라스토머 복합체 크럼은 라텍스 및 카본 블랙 슬러리 스트림의 계속적인 공급과 함께 거의 일정한 유동으로 응고 반응조의 방출 말단부로부터 방출되어 응고 반응조의 혼합 지대로 들어간다. 특히, 응고 반응조의 방출 말단부에서의 플러그 타입의 유동과 대기압 또는 대기압 근처의 조건은, 직접적인 또는 연속하는 추가 공정 단계와 같은 엘라스토머 복합체 제품의 조절 및 수집을 용이하게 하는데 매우 유리하다. 천연 고무 라텍스 유체 및 카본 블랙 슬러리의 응고 반응조의 혼합 지대로의 공급량은, 응고 반응조의 방출 말단부에서 제품 크럼 중의 유리 라텍스 및 미분산된 카본 블랙이 거의 없이 높은 수율을 달성하도록 정밀하게 계량될 수 있다. 이론적인 제한이 없이, 응고 고체가 응고 지대에서 및(또는) 그의 하류에서 형성되는 것을 제외하고 준-단일상 계가 혼합 지대에서 설정되는 것으로 현재 이해되고 있다. 응고 반응조의 혼합 지대로 카본 블랙 슬러리의 극히 높은 공급 속도와 라텍스 유체 공급에 대한 속도 차이는, 라텍스 유체로의 미립자의 완전한 혼합과 분산 및 응고를 위한 미립자 충전제 유체 젯트의 충돌에 의해 충분한 교란, 즉 라텍스 전단의 충분한 에너지를 달성하는데 중요한 것으로 믿어진다. 고 혼합 에너지는 조절된 제품 공급과 함께 우수한 매크로-분산을 갖는 신규의 제품을 제공한다. 응고물이 생성되어 요구되는 압출물로 형성된다.Certain preferred embodiments of the methods and apparatus for making the novel elastomeric composites disclosed herein are described below. While various preferred embodiments of the present invention may use a variety of fillers and elastomers, some of the following detailed descriptions in terms of methods and apparatus of the present invention include, by way of example, masterbatches comprising natural rubber and carbon black for convenience. Its basic use in the preparation of It will be within the skill of the person skilled in the art given the advantages of the present invention to produce a masterbatch comprising numerous alternative or additional elastomers, fillers and other materials using the methods and apparatus of the present invention in accordance with the principles of operation as follows. In short, this method of preparing an elastomeric masterbatch comprises simultaneously supplying a slurry of carbon black or other filler and a natural rubber latex fluid or other suitable elastomeric fluid to the mixing zone of the coagulation reactor. The coagulation zone extends from the mixing zone and preferably the cross-sectional area gradually increases in the downstream direction from the inlet end to the outlet end. This slurry is preferably supplied to the mixing zone as a continuous high speed jet of injected fluid, while the natural rubber latex fluid is supplied at a relatively low speed. The high velocity, flow rate and particle concentration of the filler slurry is sufficient to cause mixing and high shear of the latex fluid, flow disturbance of the mixture, at least within the upstream portion of the coagulation zone, and to almost completely solidify the elastomeric latex before the discharge end. Thus nearly complete coagulation can be achieved without the need to use acidic or salt coagulants according to preferred embodiments. A preferred continuous flow method for preparing the elastomeric composites is to continuously and simultaneously supply the latex fluid and the filler slurry to the mixing zone of the coagulation reactor and to establish a continuous and unlimited flow of the mixture of latex and filler slurry at the coagulation zone. It involves doing. Elastomeric composite crumbs in "worm" or globular form are discharged from the discharge end of the coagulation bath in a substantially constant flow with a continuous supply of latex and carbon black slurry streams into the mixing zone of the coagulation reactor. In particular, the plug-type flow at the discharge end of the coagulation bath and conditions at or near atmospheric pressure are very advantageous to facilitate the control and collection of the elastomeric composite product, such as direct or successive further process steps. The feed amount of the natural rubber latex fluid and carbon black slurry into the coagulation zone of the coagulation tank can be precisely metered to achieve a high yield with little free latex and undispersed carbon black in the product crumb at the discharge end of the coagulation reactor. . Without theoretical limitations, it is presently understood that quasi-single phase systems are established in the mixed zone except that solidification solids are formed in and / or downstream of the solidification zone. The extremely high feed rate of the carbon black slurry to the mixing zone of the coagulation reactor and the rate of latex fluid supply are sufficiently disturbed by the collision of the particulate filler fluid jet for complete mixing and dispersion of the fine particles into the latex fluid and solidification. It is believed that it is important to achieve sufficient energy of the latex shear. The high mixing energy provides a novel product with good macro-dispersion with a regulated product supply. Coagulum is produced and formed into the required extrudate.

본 발명의 엘라스토머 복합체를 제조하기 위한 상기한 바람직한 장치 및 기술은 첨부된 도면과 함께 기술되는데, 여기에서 엘라스토머 마스터배치 제조의 연속 유동 방법은, 연장되고 바람직하기로는 유입 말단부로부터 방출 말단부로 점차 증가하는 단면적을 갖는 기다란 응고 지대를 형성하는 응고 반응조에서, 충전제 슬러리, 예를 들어 카본 블랙의 수성 슬러리와 혼합된 엘라스토머 라텍스, 예를 들어 천연 고무 라텍스(필드 라텍스(field latex) 또는 농축물)의 연속적이고 반제한적인 유동을 이용한다. 용어 "반제한적" 유동은 매우 유리한 특성을 말한다. 본 발명에서 사용되는 용어는 응고 반응조 내에서 혼합된 라텍스 유체 및 충전제 슬러리가 이어지는 유동 통로가 혼합 지대의 상류에서 밀폐 또는 거의 밀폐되어 있고, 응고 반응조의 대향 하류 말단, 즉 응고 반응조의 방출 말단부에서 개방되어 있는 것을 의미하는 것이다. 응고 지대의 상류 부분에서 교란 조건은 응고 반응조의 개방 방출 말단부에서 거의 플러그 유동 타입인 조건과 함께 계속적으로, 적어도 준 정상상태로 유지된다. 방출 말단부는, 일반적으로 대기압 또는 그 근처의 압력에서 전형적으로 단순한 중력 낙하(임의적으로 감싸진 또는 스크린된 유동 통로 내에서)에 의해 응고물이 탈수 압출기의 공급 호퍼와 같은 적합한 수집 수단으로 방출이 되게 하는 최소한의 의미에서 "개방적"이다. 따라서, 반제한적 유동은 응고 반응조의 최소 부분 내에서 축 또는 세로 방향으로 연장되는 교란 구배를 초래한다. 이론적인 제한이 없이, 방출 말단부에서 고체 생성물의 거의 플러그 타입인 방출 유동과 함께 응고 반응조의 상류 부분에서 높은 교란 혼합 및 응고를 허용하는 점에서 응고 지대는 중요한 것으로 현재 이해되고 있다. 연속적인 젯트로서의 카본 블랙 또는 다른 충전제 슬러리의 혼합 지대로의 주입은, 응고 반응조의 방출 말단부에서 거의 플러그 타입의 유동 조건과 일반적으로 대기압 상태 하에서 방출된 엘라스토머 마스터배치 크럼의 수집이 동시에 용이하게 되면서 계속적인 형태로 일어난다. 유사하게, 일반적으로 응고 지대의 상류 말단에서 혼합 지대로의 슬러리 노즐을 통한 슬러리의 축방향 속도는 방출 말단부에서보다 실질적으로 더 높다. 슬러리의 축방향 속도는, 전형적으로, 바람직하기로는 하기의 바람직한 실시태양에 따른 작은 구멍의 축방향으로 배열된 공급 튜브로부터 혼합 지대로 들어 갈 때 초당 수백 피트일 수 있다. 전형적인 적용분야에서 확장되는 단면적을 갖는 응고 반응조의 유입 말단부에서 생성되는 유동의 축 방향 속도는, 예를 들어 1.52 내지 6.10 m/sec (5 내지 20 ft/sec), 바람직하기로는 2.13 내지 4.57 m/sec (7 내지 15 ft/sec)일 수 있다. 또한 대조적으로 방출 말단부에서 방출되는 마스터배치 크럼 제품의 축 방향 속도는 전형적인 적용시 대략 0.31 내지 3.05 m/sec (1 내지 10 ft/sec), 더욱 일반적으로 0.61 내지 1.52 m/sec (2 내지 5 ft/sec)가 될 것이다. 따라서, 상기한 반제한적 교란 유동은, 산성, 염 또는 다른 응고액의 스트림 또는 탱크에서 후속적인 처리가 없는 상태에서도 카본 블랙 또는 다른 충전제와의 혼합에 의해 천연 고무 또는 다른 엘라스토머 라텍스가 응고되고, 후속 공정을 위한 응고 반응조로부터 조절된, 바람직하기로는 준성형된 제품의 공급이 이루어지는 매우 중요한 잇점을 달성한다.The preferred apparatus and techniques described above for producing the elastomeric composites of the present invention are described in conjunction with the accompanying drawings, wherein the continuous flow method of preparing the elastomer masterbatch is extended and preferably increases gradually from the inlet end to the outlet end. In a coagulation reactor which forms an elongated coagulation zone having a cross-sectional area, it is a continuous process of elastomeric latex, for example natural rubber latex (field latex or concentrate) mixed with filler slurry, for example an aqueous slurry of carbon black. Use an unlimited flow. The term "limiting" flow refers to very advantageous properties. The term used in the present invention is that the flow passage leading to the latex fluid and filler slurry mixed in the coagulation reactor is hermetically or nearly closed upstream of the mixing zone and is open at the opposite downstream end of the coagulation reactor, ie at the discharge end of the coagulation reactor. It means to be. Disturbance conditions in the upstream portion of the coagulation zone continue to be at least quasi-steady, with conditions of near plug flow type at the open discharge end of the coagulation reactor. The discharge end is generally discharged to a suitable collecting means, such as a feed hopper of a dewatering extruder, typically by a simple gravitational drop (in a randomly wrapped or screened flow passage) at or near atmospheric pressure. In the smallest sense. Thus, the semi-limiting flow results in a disturbance gradient extending axially or longitudinally within the minimum portion of the coagulation reactor. Without theoretical limitations, it is currently understood that the coagulation zone is important in that it allows high disturbing mixing and coagulation in the upstream portion of the coagulation reactor with an almost plug-type release flow of solid product at the discharge end. Injection of carbon black or other filler slurry into the continuous jet into the mixing zone continues at the same time as the ease of collection of the elastomer masterbatch crumbs released under substantially plug-type flow conditions and generally at atmospheric pressure at the discharge end of the coagulation reactor. It happens in the form of Similarly, the axial velocity of the slurry, generally through the slurry nozzle from the upstream end of the coagulation zone to the mixing zone, is substantially higher than at the discharge end. The axial velocity of the slurry can typically be hundreds of feet per second as it enters the mixing zone from the axially arranged feed tubes of the small holes according to the preferred embodiments below. In typical applications, the axial velocity of the flow produced at the inlet end of the solidification reactor having an expanded cross-sectional area is, for example, 1.52 to 6.10 m / sec (5 to 20 ft / sec), preferably 2.13 to 4.57 m / sec (7 to 15 ft / sec). In contrast, the axial velocity of the masterbatch crumb product released at the distal end is approximately 0.31 to 3.05 m / sec (1 to 10 ft / sec), more typically 0.61 to 1.52 m / sec (2 to 5 ft) in typical applications. / sec). Thus, the semi-limiting disturbance flow described above causes the natural rubber or other elastomer latex to solidify by mixing with carbon black or other fillers without subsequent treatment in an acid, salt or other coagulant stream or tank and subsequent A very important advantage is achieved in the supply of controlled, preferably semi-molded products from the solidification reactor for the process.

이와 관련하여, 응고 반응조를 방출 말단부에서 개방된 것으로 언급하는 것은, 방출 말단부가 반드시 시야에 노출되거나 또는 손으로 쉽게 접근되는 것을 의미하는 것이 아닌 것으로 이해되어야 한다. 대신에 전환기(이하에서 더 기술됨), 건조기 등과 같은 수집 장치 또는 후속적인 공정 장치에 영구적으로 또는 탈착가능하게 부착될 수 있다. 응고 반응조의 방출 말단부는 개방되어 있으며, 이는 고압하에 있고 혼합 지대에서 임의의 중요한 후방쪽(즉, 상류) 이동에 대해 밀폐된 응고 반응조의 응고 지대 내에서의 교란 유동이 방출 말단부를 향해 이동하거나 방출 말단부로부터 나올 때 상기한 압력 및(또는) 속도 구배를 설정하게 한다는 중요한 의미이다.In this regard, to refer to the coagulation reactor as open at the discharging end is to be understood not to mean that the discharging end is necessarily exposed to sight or easily accessible by hand. Instead, it may be permanently or detachably attached to a collecting device such as a diverter (described further below), a dryer or the like, or to a subsequent process device. The discharge end of the coagulation vessel is open, which means that the disturbing flow in the coagulation zone of the coagulation zone under high pressure and closed for any significant rearward (ie upstream) movement in the mixing zone moves or discharges towards the discharge end. It is important to let the pressure and / or velocity gradient set forth above exit from the distal end.

또한, 이와 관련하여 유동 교란이 응고 반응조를 따라 방출 말단부를 향해 감소하는 것으로 이해되어야 한다. 고체 생성물의 실질적인 플러그 유동은 방출 말단부의 이전에서 용량의 이용 비율, 재료의 선택 등과 같은 요인에 의존하여 달성된다. 응고 반응조의 방출 말단부에서 또는 그 이전에서 거의 플러그 유동인 유동에 대한 언급은 방출 말단부에서의 유동이 기본적으로 또는 전체적으로 마스터배치 크럼, 즉 응고된 엘라스토머 마스터배치의 글로블 또는 "워엄"으로 이루어지는 사실의 견지에서 이해되어야 한다. 이 크럼은, 유동이 거의 플러그 유동으로 되는 응고 지대를 따르는 점에서 응고 지대의 내부 형상에 따라 전형적으로 준성형된다. "워엄" 또는 글로블의 항상 진행하는 질량은, 방출 말단부를 향해 일반적으로 또는 기본적으로 축방향으로 이동하고, 방출 말단부 근처의 응고 지대의 주어진 단면의 시간상 임의 지점에서 상당히 균일한 속도를 가져서 추후 공정을 위해 잘 수집되고 제어되는 그런 의미에서 플러그 타입의 유동을 유리하게 가진다. 따라서, 본 발명의 유체 상의 혼합 태양은 유리하게도 정상 상태 또는 준 정상상태에서 수행되어 높은 수준의 제품 균일성을 만들 수 있다.It is also to be understood in this connection that the flow disturbance decreases towards the discharge end along the coagulation reactor. Substantial plug flow of the solid product is achieved depending on factors such as the rate of utilization of the capacity, the choice of materials, etc., prior to the discharge end. References to flows which are almost plug flow at or before the discharge end of the coagulation reactor in view of the fact that the flow at the discharge end consists essentially or entirely of a masterbatch crumb, ie a glob or “warm” of the solidified elastomer masterbatch. Should be understood. This crumb is typically semi-molded according to the internal shape of the solidification zone in that the flow follows the solidification zone where the flow almost becomes a plug flow. The on-going mass of the "warm" or globble moves generally or essentially axially toward the discharging end and has a fairly uniform velocity at any point in time in a given cross section of the solidification zone near the discharging end so that subsequent processing It advantageously has a plug-type flow in such a sense that it is well collected and controlled for. Thus, the mixing aspect of the fluid phase of the present invention can advantageously be performed at steady state or near steady state to create a high level of product uniformity.

본 발명의 방법 및 장치의 바람직한 실시태양이 도 1에 개략적으로 도시되어 있다. 당업자는 시스템 형상의 다양한 측면, 구성요소의 선택 등이 의도하는 적용의 특수 특성에 어느 정도 의존할 것이라는 것을 알 것이다. 따라서, 예를 들면 시스템의 최대 처리 용량 및 재료 선택의 유연성과 같은 요인이 시스템 구성 요소의 크기 및 배치에 영향을 미칠 것이다. 일반적으로, 이러한 고려 사항은 본 발명의 잇점이 주어진 당업자의 능력 범위일 것이다. 도 1에 예시된 시스템은 응고 반응조의 혼합 지대로 연속적으로 저압 및 저속으로 천연 고무 라텍스 또는 다른 엘라스토머 라텍스 유체를 공급하기 위한 수단을 포함하는 것으로 도시되어 있다. 더욱 구체적으로는, 라텍스 압력 탱크(10)이 가압하에서 라텍스의 공급을 유지하는 것으로 도시되어 있다. 이와는 달리, 공급 라인(12)를 통해 응고 반응조(14)의 혼합 지대로 공급되는 엘라스토머 라텍스 유체를 보유하도록 개조된 연동 펌프 또는 일련의 펌프 또는 다른 적합한 공급 수단이 장치된 라텍스 저장 탱크가 사용될 수 있다. 탱크(10)중의 라텍스 유체는 공기 또는 질소 가압 등의 상태에서 유지되어, 라텍스 유체가 바람직하기로는 10 psig 이하, 더욱 바람직하기로는 2 - 8 psig, 전형적으로 약 5 psig의 라인 압력에서 혼합 지대로 공급되도록 될 수 있다. 이 라텍스 공급 압력 및 라텍스 공급 수단의 유동 라인, 연결부 등은 적절히 가능한 한 낮은 유동 라텍스 유체에서 전단을 일으키도록 배열되어야 한다. 바람직하기로는 예를 들어 모든 유동 라인은 존재한다면 단지 큰 직경 전환점 및 평활하거나 또는 공평한 라인간의 연결점을 가지면서 평활하다. 압력은 혼합 지대로 요구되는 유동 속도를 만들도록 선택된다. 유용한 유동 속도의 예는 약 3.66 m/sce (12 ft/sec) 이하이다.A preferred embodiment of the method and apparatus of the present invention is schematically illustrated in FIG. Those skilled in the art will appreciate that various aspects of the system configuration, the choice of components, etc. will depend to some extent on the particular characteristics of the intended application. Thus, factors such as, for example, maximum processing capacity of the system and flexibility in material selection will affect the size and placement of system components. In general, these considerations will be within the scope of those skilled in the art given the advantages of the present invention. The system illustrated in FIG. 1 is shown to include means for supplying natural rubber latex or other elastomeric latex fluid at low pressure and low speed continuously into a mixing zone of a coagulation reactor. More specifically, latex pressure tank 10 is shown to maintain the supply of latex under pressure. Alternatively, a peristaltic pump or series of pumps or latex storage tanks equipped with a series of pumps or other suitable supply means may be used which are adapted to hold the elastomeric latex fluid which is fed via the supply line 12 into the mixing zone of the coagulation reactor 14. . The latex fluid in the tank 10 is maintained in a state such as air or nitrogen pressurization such that the latex fluid is preferably mixed at a line pressure of 10 psig or less, more preferably 2-8 psig, typically about 5 psig. Can be supplied. This latex supply pressure and flow lines, connections, etc. of the latex supply means should be arranged to cause shearing in the low latex fluid as appropriate as possible. Preferably, for example, all flow lines, if present, are smooth with only large diameter turning points and connection points between smooth or flat lines. The pressure is chosen to produce the required flow rate into the mixing zone. Examples of useful flow velocities are about 3.66 m / sce (12 ft / sec) or less.

적합한 엘라스토머 라텍스 유체는 천연 및 합성 엘라스토머 라텍스 및 라텍스 블렌드를 포함한다. 물론, 이 라텍스는 선택된 미립자상 충전제에 의한 응고에 적합하고, 최종 고무 제품의 의도하는 목적 또는 적용에 적합하여야 한다. 본 발명의 잇점이 주어진 본 발명의 방법 및 장치에 사용하기 위한 적합한 엘라스토머 라텍스 또는 적합한 엘라스토머 라텍스의 블렌드를 선택하는 것은 당업자의 능력 범위 내이다. 예시적인 엘라스토머는 고무, 1,3-부타디엔, 스티렌, 이소프렌, 이소부틸렌, 2,3-디메틸-1,3-부타디엔, 아크릴로니트릴, 에틸렌 및 프로필렌 등의 중합체(예를 들면 단독 중합체, 공중합체 및(또는) 3원공중합체)를 포함하는데 이에 제한되지 않는다. 엘라스토머는 시차 주사 열량분석(DSC)에 의해 측정한 유리 전이온도(Tg)가 약 -120 ℃ 내지 약 0 ℃일 수 있다. 예들 들면, 스티렌-부타디엔 고무(SBR), 천연 고무 및 염소화 고무, 폴리부타디엔, 폴리이소프렌, 폴리(스티렌-co-부타디엔)과 같은 그들의 유도체 및 임의의 이들의 오일 증량처리된 유도체를 들수 있는데 이에 한정되지는 않는다. 또한, 상기한 것의 임의의 블렌드도 사용될 수 있다. 라텍스는 수성 담체 액체로 존재할 수 있다. 이와는 달리 액체 담체는 탄화수소 용매일 수 있다. 어떤 경우에도, 엘라스토머 라텍스 유체는 적절한 속도, 압력 및 농도로 혼합 지대로의 제어된 연속적인 공급에 적합하여야 한다. 특히 적합한 합성고무로는, 스티렌 19부 및 부타디엔 81부의 공중합체, 스티렌 30부 및 부타디엔 70부의 공중합체, 스티렌 43부 및 부타디엔 57부의 공중합체, 스티렌 50부 및 부타디엔 50부의 공중합체와 같은 약 10 내지 약 70 중량부의 스티렌과 약 90 내지 30 중량부의 부타디엔의 공중합체; 폴리부타디엔, 폴리이소프렌, 폴리클로로프렌 등과 같은 컨쥬게이티드 디엔의 중합체 또는 공중합체, 및 이러한 컨쥬게이티드 디엔과 이와 공중합 가능한 스티렌, 메틸 스티렌, 클로로스티렌, 아크릴로니트릴, 2-비닐-피리딘, 5-메틸-2-비닐피리딘, 5-에틸-2-비닐피리딘, 2-메틸-5-비닐피리딘, 알킬-치환 아크릴레이트, 비닐 케톤, 메틸 이소프로페닐 케톤, 메틸 비닐 에테르, 알파메틸렌 카르복실산 및 이들의 에스테르 및 아크릴산 및 디알킬아크릴산 아미드와 같은 이들의 아미드와 같은 에틸렌기 함유 단량체와의 공중합체가 있다. 또한, 본 발명에 사용하기에 적합한 것으로 에틸렌 및 다른 고급 알파 올레핀(프로필렌, 부텐-1 및 펜텐-1)의 공중합체가 있다. 하기에서 더 언급하는 바와 같이, 본 발명의 고무 조성물은 엘라스토머 및 충전제 외에도 경화제, 연결제 및 임의로는 여러 가지 공정조제, 오일 증량제 및 분해 방지제를 포함할 수 있다.Suitable elastomer latex fluids include natural and synthetic elastomer latexes and latex blends. Of course, this latex should be suitable for solidification with the chosen particulate filler and for the intended purpose or application of the final rubber product. It is within the ability of one of ordinary skill in the art to select a suitable elastomeric latex or blend of suitable elastomeric latexes for use in the methods and apparatus of the present invention given the advantages of the present invention. Exemplary elastomers include polymers such as rubber, 1,3-butadiene, styrene, isoprene, isobutylene, 2,3-dimethyl-1,3-butadiene, acrylonitrile, ethylene and propylene (e.g. homopolymers, airborne Coalescing and / or terpolymers). The elastomer may have a glass transition temperature (Tg) as measured by differential scanning calorimetry (DSC) from about -120 ° C to about 0 ° C. Examples include, but are not limited to, styrene-butadiene rubber (SBR), natural rubber and chlorinated rubber, polybutadiene, polyisoprene, their derivatives such as poly (styrene-co-butadiene) and any of their oil extended derivatives. It doesn't work. In addition, any blend of the above may also be used. The latex can be present as an aqueous carrier liquid. Alternatively the liquid carrier may be a hydrocarbon solvent. In any case, the elastomer latex fluid should be suitable for controlled continuous feeding into the mixing zone at the proper speed, pressure and concentration. Particularly suitable synthetic rubbers include about 10 such as copolymers of 19 parts of styrene and 81 parts of butadiene, copolymers of 30 parts of styrene and 70 parts of butadiene, copolymers of styrene 43 parts and 57 parts of butadiene, copolymers of 50 parts of styrene and 50 parts of butadiene. A copolymer of from about 70 parts by weight of styrene to about 90 to 30 parts by weight of butadiene; Polymers or copolymers of conjugated dienes such as polybutadiene, polyisoprene, polychloroprene and the like, and styrene copolymerizable with these conjugated dienes, methyl styrene, chlorostyrene, acrylonitrile, 2-vinyl-pyridine, 5- Methyl-2-vinylpyridine, 5-ethyl-2-vinylpyridine, 2-methyl-5-vinylpyridine, alkyl-substituted acrylate, vinyl ketone, methyl isopropenyl ketone, methyl vinyl ether, alphamethylene carboxylic acid and Copolymers with esters thereof and ethylene group-containing monomers such as their amides such as acrylic acid and dialkylacrylic acid amides. Also suitable for use in the present invention are copolymers of ethylene and other higher alpha olefins (propylene, butene-1 and pentene-1). As will be mentioned further below, the rubber compositions of the present invention may comprise hardeners, linking agents and optionally various processing aids, oil extenders and antidegradants in addition to elastomers and fillers.

이와 관련하여, 본 발명의 엘라스토머 복합체는 가황 조성물(VR), 열가소성 가황물(TOV), 열가소성 엘라스토머(TPE) 및 열가소성 폴리올레핀(TPO)을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. TPV, TPE 및 TPO 재료는 성능 특성의 손실이 없이 수회 압출 및 성형될 수 있는 그 능력에 의해 더욱 세분된다. 따라서, 엘라스토머 복합체를 제조함에 있어, 예컨데 황, 황 공여체, 활성제, 촉진제, 과산화물 및 엘라스토머 조성물의 가황을 수행하는데 사용되는 다른 시스템과 같은 하나 이상의 경화제가 사용될 수 있다.In this regard, the elastomer composites of the present invention should be understood to include vulcanizing compositions (VR), thermoplastic vulcanizates (TOV), thermoplastic elastomers (TPE) and thermoplastic polyolefins (TPO). TPV, TPE and TPO materials are further subdivided by their ability to be extruded and molded several times without loss of performance properties. Thus, in preparing the elastomeric composites, one or more curing agents may be used, such as, for example, sulfur, sulfur donors, active agents, accelerators, peroxides, and other systems used to vulcanize the elastomeric composition.

엘라스토머 라텍스가 천연 고무 라텍스를 포함하는 경우 그 천연 고무는 현장 라텍스 또는 농축물(예를 들어 증발, 원심분리 또는 크림공정에 의해 제조된 것)을 포함할 수 있다. 천연 고무 라텍스는 물론 카본 블랙에 의한 응고에 적합하여야 한다. 라텍스는 전형적으로는 수성 담체 액체로 제공된다. 이와는 달리 그 담체 액체는 탄화수소 용매일 수 있다. 어떤 경우에도, 천연 고무 라텍스 유체는 적절한 속도, 압력 및 농도로 제어된 연속적인 공급을 혼합 지대로 하기에 적합하여야 한다. 잘 알려진 천연 고무 라텍스의 불안정성은, 혼합 지대에서 카본 블랙 슬러리의 아주 높은 속도 및 운동 에너지와 만나 상기한 반제한적 교란 유동으로 운반될 때까지는 시스템을 통하여 비교적 저압 및 저 전단에 놓여지는 점에서 유리하게 적응된다. 예를 들어 어떤 바람직한 실시태양에서, 천연 고무는 약 5psig의 압력, 0.91 내지 3.66 m/sec (3 - 12ft/sec), 더욱 바람직하기로는 1.22 내지 1.83 m/sec (4-6 ft/sec) 범위의 공급속도에서 혼합 지대로 공급된다. 적합한 라텍스 또는 라텍스 블렌드의 선택은 본 발명의 이점이 주어지고 산업계에 일반적으로 잘 알려진 선택 기준의 지식이 주어진 당업자의 능력 범위 내일 것이다. Where the elastomer latex comprises a natural rubber latex, the natural rubber may comprise in situ latex or concentrate (eg, produced by evaporation, centrifugation or creaming). Natural rubber latex should of course be suitable for solidification by carbon black. Latex is typically provided as an aqueous carrier liquid. Alternatively the carrier liquid may be a hydrocarbon solvent. In any case, the natural rubber latex fluid should be suitable for mixing controlled continuous feeds at appropriate rates, pressures and concentrations. The well-known instability of natural rubber latex is advantageous in that it is placed at a relatively low pressure and low shear through the system until it meets the very high velocity and kinetic energy of the carbon black slurry in the mixing zone and is transported to the above-mentioned limiting disturbance flow. Is adapted. For example, in certain preferred embodiments, the natural rubber has a pressure of about 5 psig, in the range of 0.91 to 3.66 m / sec (3-12 ft / sec), more preferably 1.22 to 1.83 m / sec (4-6 ft / sec) It is fed to the mixing zone at the feed rate of. Selection of a suitable latex or latex blend will be within the capabilities of those skilled in the art given the advantages of the present invention and given the knowledge of selection criteria generally well known in the industry.

미립자상 충전제 유체, 예를 들어 카본 블랙 슬러리는 공급 라인(16)을 통해 응고 반응조(14)의 유입 말단부에서 혼합 지대로 공급된다. 이 슬러리는 적합한 담체 유체 중에 임의의 적합한 충전제를 포함할 수 있다. 담체 유체의 선택은 대개 미립자상 충전제의 선택 및 시스템 변수에 의존할 것이다. 수성 및 비수성의 액체가 모두 사용될 수 있고, 많은 실시태양에서 비용, 입수 용이성 및 카본 블랙 및 다른 충전제 슬러리의 제조에의 사용 적합성의 견지에서 물이 바람직하다.Particulate filler fluid, for example carbon black slurry, is fed via feed line 16 to the mixing zone at the inlet end of the coagulation reactor 14. This slurry may comprise any suitable filler in a suitable carrier fluid. The choice of carrier fluid will usually depend on the choice of particulate filler and the system parameters. Both aqueous and non-aqueous liquids can be used, and in many embodiments water is preferred in view of cost, availability, and suitability for use in the production of carbon black and other filler slurries.

카본 블랙 충전제가 사용될 때, 카본 블랙의 선택은 대개 엘라스토머 마스터배치 생성물의 의도하는 용도에 의존할 것이다. 임의로는, 카본 블랙 충전제는 본 발명의 원리에 따라 슬러리화되어 혼합 지대로 공급될 수 있는 임의의 재료를 또한 포함할 수 있다. 적합한 추가적인 미립자상 충전제의 예로는 전도성 충전제, 보강 충전제, 단섬유(전형적으로 40 이하의 L/D 비율을 갖는 것), 박편 등을 포함하는 충전제가 있다. 따라서, 본 발명의 방법 및 장치에 따라 엘라스토머 마스터배치의 제조에 사용될 수 있는 예시적인 미립자상 충전제는 카본 블랙, 훔드 실리카, 침강 실리카, 코팅된 카본 블랙, 유기기를 부착하고 있는 것과 같은 화학적 관능성 카본 블랙, 및 규소 처리된 카본 블랙이 있으며, 이들을 단독으로 또는 서로 배합하여 사용할 수 있다. 적합한 화학적 관능성 카본 블랙은 국제출원 PCT/US95/16194(WO9618688)에 개시된 것을 포함하는데, 이는 본 발명의 참고자료로 인용한다. 규소 처리된 카본 블랙에서, 규소 산화물 또는 카바이드와 같은 규소 함유 종은 적어도 카본 블랙 집합체의 부분을 통하여 카본 블랙의 고유 부분으로서 분포되어 있다. 통상의 카본 블랙은 집합체 형태로 존재하고, 각 집합체는 탄소의 단일상으로 구성된다. 이 상은 흑연 결정 및(또는) 무정형 탄소의 형태로 존재할 수 있고, 보통은 이 2개의 형태의 혼합물이다. 다른 곳에서 기술한 바와 같이, 카본 블랙 집합체는 카본 블랙 집합체의 적어도 표면 부분에 실리카와 같은 규소 함유 종을 증착시킴으로써 개질될 수 있다. 그 결과는 규소 코팅된 카본 블랙으로 기술될 수 있다. 규소 처리된 카본 블랙으로 기술된 재료는 코팅되거나 달리 개질되지만 실제 다른 종류의 집합체를 나타내는 카본 블랙 집합체는 아니다. 규소 처리된 카본 블랙에서, 집합체는 2개의 상을 포함한다. 하나의 상은 탄소인데, 이는 흑연 결정 및(또는) 무정형 탄소로 존재하는 한편, 제2의 상은 실리카 (및 가능하면 다른 규소 함유 종)이다. 따라서, 규소 처리된 카본 블랙의 규소 함유 종의 상은 집합체의 고유 부분으로, 이는 집합체의 적어도 일 부분을 통해 분포되어 있다. 복합상의 집합체은, 그 표면에 증착된 규소 함유 종을 갖는 예비 형성된 단일상 카본 블랙 집합체로 구성되는 상기한 실리카 코팅된 카본 블랙과는 꽤 다르다는 것을 알수 있을 것이다. 이러한 카본 블랙은 카본 블랙 집합체의 표면에 실리카 관능성을 부여하기 위해 표면 처리될 수 있다. 이 공정에서, 존재하는 집합체는 집합체의 표면의 적어도 일부에 실리카 ( 가능하면 다른 규소 함유 종)이 증착 또는 코팅되도록 처리된다. 예를 들면, 규산나트륨 수용액이, 일본 특허 공개 63-63755호(Kokai)에 기술되어 있는 바와 같이, 6 또는 그 이상의 높은 pH의 수성 슬러리에서 카본 블랙 집합체의 표면상에 무정형 실리카를 증착시키는데 사용될 수 있다. 더욱 구체적으로는, 카본 블랙은 물에 분산되어 예를 들어 5 중량%의 카본 블랙과 95 중량%의 물로 구성되는 수성 슬러리를 얻을 수 있다. 이 슬러리는 약 70℃ 이상, 예를 들어 85 - 95℃로 가열되고, 10 - 11와 같은 6 이상의 pH로 조절되어 알칼리성 용액이 된다. 카본 블랙에 증착되는데 요구되는 실리카의 양과 규산 나트륨 용액을 중성 pH로 만드는 산성 용액을 함유하는 규산나트륨 용액으로 별도의 제조가 이루어진다. 규산나트륨 및 산성 용액은 슬러리에 적가되고, 이 슬러리는 적절한 산성 또는 알칼리성 용액에 의해 그 출발 pH 값으로 유지된다. 용액의 온도 역시 유지된다. 규산나트륨 용액의 제안된 첨가 속도는 카본 블랙의 총량에 대해 시간당 약 3 중량%의 규산을 가하도록 적가를 정할 것이다. 이 슬러리는 첨가 동안과 완료후에도 수 분(예로 30분) 내지 수 시간(즉, 2 내지 3시간)동안 교반되어야 한다. 이에 반해, 규소 처리된 카본 블랙은 휘발성 규소 함유 화합물의 존재중에서 카본 블랙을 제조함으로써 얻을 수 있다. 이러한 카본 블랙은 바람직하기로는 집중하는 직경 지대, 제한된 직경을 갖는 공급물 주입 지대 및 반응 지대가 뒤따르는 연소지대를 갖는 모듈 또는 단계적(staged) 카본 블랙 반응로에서 제조된다. 냉각 지대는 반응 지대의 하류에 위치한다. 전형적으로, 냉각 유체, 일반적으로 물은 반응 지대로부터 흐르는 카본 블랙 입자로 새롭게 형성된 스트림중으로 분사된다. 규소 처리된 카본 블랙의 제조에서, 상기한 휘발성 규소 함유 화합물이 냉각 지대의 상류 점에서 카본 블랙 반응조에 도입된다. 유용한 화합물은 카본 블랙 반응조 온도에서 휘발성인 화합물이다. 예를 들면, 테트라에톡시 오르토규산염(TEDS) 및 테트라메톡시 오르토규산염과 같은 규산염; 테트라클로로실란 및 트리클로로 메틸실란과 같은 실란; 및 옥타메틸시클로테트라실록산(OMTS)와 같은 콜라타일(colatile) 실리콘 중합체가 있는데, 이에 제한되는 것은 아니다. 휘발성 화합물의 유량은 처리된 카본 블랙중의 규소 중량%을 결정할 것이다. 처리된 카본 블랙중의 규소 중량%는 전형적으로 약 0.1 내지 25 %, 바람직하기로는 약 0.5 내지 약 10 %, 더욱 바람직하기로는 약 2 내지 약 6 %이다. 휘발성 화합물은 카본 블랙 형성 공급물과 예비 혼합되어 공급물과 함께 반응 지대로 도입될 수 있다. 또한, 휘발성 화합물은 공급물 주입점으로부터 상류 또는 하류로 반응 지대에 별도로 도입될 수 있다.When carbon black filler is used, the choice of carbon black will usually depend on the intended use of the elastomer masterbatch product. Optionally, the carbon black filler may also include any material that can be slurried and fed into the blending zone according to the principles of the present invention. Examples of suitable additional particulate fillers are fillers including conductive fillers, reinforcing fillers, short fibers (typically having an L / D ratio of 40 or less), flakes, and the like. Thus, exemplary particulate fillers that can be used in the preparation of the elastomer masterbatch in accordance with the methods and apparatus of the present invention are chemically functional carbon such as carbon black, humed silica, precipitated silica, coated carbon black, organic groups attached thereto. Black and silicon treated carbon black, and these may be used alone or in combination with each other. Suitable chemically functional carbon blacks include those disclosed in International Application PCT / US95 / 16194 (WO9618688), which is incorporated herein by reference. In silicon treated carbon blacks, silicon-containing species such as silicon oxides or carbides are distributed as intrinsic portions of carbon black at least through portions of the carbon black aggregates. Ordinary carbon blacks exist in aggregate form, and each aggregate consists of a single phase of carbon. This phase can exist in the form of graphite crystals and / or amorphous carbon, usually a mixture of these two forms. As described elsewhere, the carbon black aggregates can be modified by depositing silicon containing species such as silica on at least the surface portion of the carbon black aggregates. The result can be described as silicon coated carbon black. Materials described as siliconized carbon black are coated or otherwise modified but are not carbon black aggregates that actually represent other types of aggregates. In silicon treated carbon black, the aggregate comprises two phases. One phase is carbon, which is present as graphite crystals and / or amorphous carbon, while the second phase is silica (and possibly other silicon containing species). Thus, the phase of the silicon containing species of silicon treated carbon black is an intrinsic portion of the aggregate, which is distributed through at least a portion of the aggregate. It will be appreciated that the composite phase aggregates are quite different from the silica coated carbon blacks described above, which consist of preformed single phase carbon black aggregates having silicon-containing species deposited on their surfaces. Such carbon black may be surface treated to impart silica functionality to the surface of the carbon black aggregate. In this process, the aggregates present are treated to deposit or coat silica (possibly other silicon containing species) on at least a portion of the surface of the aggregates. For example, an aqueous sodium silicate solution can be used to deposit amorphous silica on the surface of the carbon black aggregates in 6 or more high pH aqueous slurry, as described in Japanese Patent Laid-Open No. 63-63755 (Kokai). have. More specifically, carbon black can be dispersed in water to obtain an aqueous slurry consisting, for example, of 5% by weight carbon black and 95% by weight water. This slurry is heated to about 70 ° C. or higher, for example 85-95 ° C., and adjusted to a pH of 6 or higher such as 10-11 to become an alkaline solution. A separate preparation is made of a sodium silicate solution containing the amount of silica required to be deposited on carbon black and an acidic solution that brings the sodium silicate solution to neutral pH. Sodium silicate and acidic solution are added dropwise to the slurry, which is maintained at its starting pH value by a suitable acidic or alkaline solution. The temperature of the solution is also maintained. The suggested rate of addition of the sodium silicate solution will determine the dropwise addition to add about 3% by weight of silicic acid per hour relative to the total amount of carbon black. This slurry should be stirred for several minutes (eg 30 minutes) to several hours (ie 2-3 hours) during and after addition. In contrast, silicon-treated carbon black can be obtained by producing carbon black in the presence of volatile silicon-containing compounds. Such carbon blacks are preferably produced in modular or staged carbon black reactors with concentrated diameter zones, feed zones of limited diameter and combustion zones followed by reaction zones. The cooling zone is located downstream of the reaction zone. Typically, the cooling fluid, generally water, is sprayed into a newly formed stream of carbon black particles flowing from the reaction zone. In the production of silicon treated carbon black, the volatile silicon-containing compound described above is introduced into the carbon black reactor at the point upstream of the cooling zone. Useful compounds are compounds that are volatile at carbon black reactor temperatures. Silicates such as, for example, tetraethoxy orthosilicate (TEDS) and tetramethoxy orthosilicate; Silanes such as tetrachlorosilane and trichloro methylsilane; And colatile silicone polymers such as octamethylcyclotetrasiloxane (OMTS). The flow rate of the volatile compounds will determine the weight percent silicon in the treated carbon black. The weight percent silicon in the treated carbon black is typically about 0.1 to 25%, preferably about 0.5 to about 10%, more preferably about 2 to about 6%. Volatile compounds may be premixed with the carbon black forming feed and introduced into the reaction zone with the feed. In addition, volatile compounds may be introduced separately into the reaction zone either upstream or downstream from the feed injection point.

상기한 바와 같이, 첨가제가 사용될 수 있고, 이와 관련하여 실리카 또는 카본 블랙을 연결하는데 유용한 연결제가 규소 처리된 카본 블랙에 대해 유용한 것으로 예상된다. 카본 블랙 및 수많은 적합한 추가적 미립자상 충전제는 상업적으로 입수할 수 있고 당업자에게 알려져 있다.As noted above, additives may be used and in this connection useful binders for linking silica or carbon black are expected to be useful for siliconized carbon black. Carbon black and many suitable additional particulate fillers are commercially available and known to those skilled in the art.

미립자상 충전제 또는 미립자상 충전제의 혼합물의 선택은 대개 엘라스토머 마스터배치 생성물의 의도하는 용도에 의존할 것이다. 본 발명에서 사용되는 미립자상 충전제는 본 발명의 원리에 따라 슬러리화되어 혼합 지대로 공급될 수 있는 임의의 재료를 포함할 수 있다. 적합한 미립자상 충전제의 예로는 전도성 충전제, 보강 충전제, 단섬유(전형적으로 40 이하의 L/D 비율을 갖는 것) 박편 등을 포함하는 충전제가 있다. 카본 블랙 및 상기한 실리카 타입 충전제 외에도 충전제가 점토, 유리, 아라미드 섬유 등과 같은 중합체로 만들어질 수 있다. 본 발명의 잇점이 주어진 본 발명의 방법 및 장치에 사용하기 위한 적합한 미립자상 충전제를 선택하는 것은 당업자의 능력 범위 내에 있고, 본 발명의 기술을 이용하여 엘라스토머 조성물에 사용하기에 적합한 임의의 충전제가 엘라스토머 복합체 중으로 혼입될 수 있음이 예상된다. 물론, 본발명에서 기술된 여러 가지의 미립자상 충전제의 블렌드가 사용될 수도 있다.The choice of particulate filler or mixture of particulate filler will usually depend on the intended use of the elastomeric masterbatch product. Particulate fillers used in the present invention may comprise any material that can be slurried and fed into the mixing zone according to the principles of the present invention. Examples of suitable particulate fillers are fillers including conductive fillers, reinforcing fillers, short fibers (typically having an L / D ratio of 40 or less), and the like. In addition to carbon black and the above silica type fillers, the fillers may be made of polymers such as clay, glass, aramid fibers and the like. The selection of suitable particulate fillers for use in the methods and apparatus of the present invention given the advantages of the present invention is within the ability of those skilled in the art, and any filler suitable for use in the elastomer composition using the techniques of the present invention It is anticipated that it may be incorporated into the complex. Of course, blends of the various particulate fillers described in the present invention may be used.

도 1에 따른 본 발명의 바람직한 실시태양은 카본 블랙 수성 슬러리를 포함하는 미립자상 충전제 유체의 제조에 특히 적합하도록 되어 있다. 공지의 원리에 따르면, 단위 중량당 낮은 표면적을 갖는 카본 블랙이 단위 중량당 더 높은 표면적을 갖는 카본 블랙의 낮은 농도와 동일한 응고 효능을 달성하도록 미립자 슬러리 중에 더 높은 농도로 사용되어야 함이 이해될 것이다. 교반되는 혼합 탱크(18)은 물 및 카본 블랙, 예를 들어 임의로 펠렛화된 카본 블랙을 수용하여 초기 혼합물 유체를 만든다. 이러한 혼합물 유체는 방출구(20)을 통하여 격막 펌프와 같은 펌프 수단(24)가 장치된 유체 라인(22)로 들어간다. 라인(28)은 혼합물 유체를 콜로이드 밀(32)로 통과시키고, 또는 이와는 달리 흡입구(30)을 통하여 파이프라인 분쇄기로 통과시킨다. 카본 블랙은 수성 담체 액체에 분산되어 분산 유체로 형성되고, 유출구(31) 및 유체 라인(33)을 통하여 균질화기(34)로 통과한다. 바람직하기로는 점진 공동 펌프 등으로 이루어진 펌프 수단(36)은 라인(33) 중에 제공된다. 균질화기(34)는 담체 액체중에 카본 블랙을 더욱 미세하게 분산시켜 카본 블랙 슬러리를 형성하고, 이 슬러리는 응고 반응조(14)의 혼합 지대로 공급된다. 이것은 콜로이드 밀(32)로부터 라인(33)과 유체 연통되는 흡입구(37)을 구비한다. 바람직하기로는, 균질화기(34)는 예를 들어 회사[Microfluidics International Corporation, Newton, Massachusetts, USA]로부터 상업적으로 구입가능한 등록상표명 "Microfluidizer" 시스템으로 이루어질 수 있다. 또한, 회사[APV Gaulin, Inc., Wilmington, Massachusetts, USA]의 APV 균질화기 부서로부터 입수가능한 모델 MS18, MS45 및 MC120 시리즈 균질화기와 같은 것이 적합하다. 다른 적합한 균질화기가 상업적으로 입수 가능하고, 본 발명의 잇점이 주어진 당업자에게 명백할 것이다. 전형적으로, 상기한 시스템에 따라 제조된 물 중의 카본 블랙은 약 30 미크론 이하의 응집체를 약 90% 이상, 더욱 바람직하기로는 약 20 미크론 이하의 응집체를 90% 이상 갖는다. 바람직하기로는, 카본 블랙은 5 - 15 미크론, 예를 들어 약 9 미크론의 평균 크기로 분쇄된다. 유출구(38)은 균질화기로부터 카본 블랙 슬러리를 공급 라인(16)을 통하여 혼합 지대로 보낸다. 이 슬러리는 균질화 단계에서 10,000 내지 15,000 psi에 도달 할 수 있고, 약 600 psi 또는 그 이상에서 균질화기를 나온다. 바람직하기로는, 고 카본 블랙 함량이 과량의 물 또는 다른 담체를 제거하는 작업을 줄여 주는데 사용된다. 전형적으로, 약 10 내지 30 중량%의 카본 블랙이 바람직하다. 당업자라면 본 발명의 잇점이 주어질 때 슬러리의 카본 블랙 함량(중량%) 및 혼합 지대로의 슬러리 유량이 마스터배치 중의 요구되는 카본 블랙 함량(phr)을 달성하기 위해 혼합 지대로의 천연 고무 라텍스 유량과 조화되어야 함을 알 수 있을 것이다. 이 카본 블랙 함량은 생성물의 의도하는 적용분야에 적합한 재료 특성 및 성능 특성이 달성되도록 공지의 원리에 따라 선택되어진다. 전형적으로, 예를 들면 CTAB치 10 또는 그 이상의 카본 블랙이 적어도 약 30 phr의 마스터배치 중의 카본 블랙 함량을 달성하는데 충분한 양으로 사용된다.Preferred embodiments of the invention according to FIG. 1 are particularly suited for the preparation of particulate filler fluids comprising carbon black aqueous slurries. According to the known principle, it will be understood that carbon black having a low surface area per unit weight should be used at a higher concentration in the particulate slurry to achieve the same coagulation efficacy as a lower concentration of carbon black having a higher surface area per unit weight. . The stirred mixing tank 18 receives water and carbon black, such as optionally pelletized carbon black, to make the initial mixture fluid. This mixture fluid enters the fluid line 22, through the outlet 20, in which pump means 24, such as a diaphragm pump, are equipped. Line 28 passes the mixture fluid through colloid mill 32 or alternatively passes through inlet 30 to a pipeline mill. The carbon black is dispersed in the aqueous carrier liquid to form a dispersion fluid and passes through the outlet 31 and the fluid line 33 to the homogenizer 34. A pump means 36, preferably consisting of a gradual cavity pump or the like, is provided in line 33. The homogenizer 34 disperses the carbon black more finely in the carrier liquid to form a carbon black slurry, which is supplied to the mixing zone of the coagulation reactor 14. It has a suction port 37 in fluid communication with the line 33 from the colloid mill 32. Preferably, homogenizer 34 may be comprised of a trademarked "Microfluidizer" system commercially available from, for example, Microfluidics International Corporation, Newton, Massachusetts, USA. Also suitable are models MS18, MS45 and MC120 series homogenizers available from the APV Homogenizers department of the company [APV Gaulin, Inc., Wilmington, Massachusetts, USA]. Other suitable homogenizers are commercially available and will be apparent to those skilled in the art given the advantages of the present invention. Typically, carbon black in water prepared according to the system described above has at least about 90% aggregates up to about 30 microns, more preferably at least 90% aggregates up to about 20 microns. Preferably, the carbon black is ground to an average size of 5-15 microns, for example about 9 microns. The outlet 38 directs the carbon black slurry from the homogenizer through the feed line 16 to the mixing zone. This slurry can reach 10,000 to 15,000 psi in the homogenization step and exit the homogenizer at about 600 psi or more. Preferably, a high carbon black content is used to reduce the work of removing excess water or other carriers. Typically, about 10 to 30 weight percent carbon black is preferred. Those skilled in the art will appreciate that the carbon black content (wt%) of the slurry and the slurry flow rate into the blending zone, when given the advantages of the present invention, will be combined with the natural rubber latex flow rate into the mixing zone to achieve the required carbon black content (phr) in the masterbatch. You will see that it must be harmonious. This carbon black content is chosen according to known principles such that material and performance properties suitable for the intended application of the product are achieved. Typically, for example, a carbon black having a CTAB value of 10 or more is used in an amount sufficient to achieve a carbon black content in the masterbatch of at least about 30 phr.

바람직하기로는 슬러리는 제조되는 즉시 마스터배치의 제조에 사용된다. 슬러리를 운반하는 유체 도관 및 임의의 보유 탱크 등이 슬러리 중의 카본 블랙 분산을 실질적으로 보존하는 상태를 설정 또는 유지하여야 한다. 즉, 슬러리중에 미립자상 충전제의 실질적인 재응집화 또는 정착이 방지되거나 상당히 실용적인 정도로 감소되어야 한다. 바람직하기로는, 모든 유동 라인은 평활하고, 평활한 라인간의 상호 연결점을 가진다. 임의로는, 축압기가 균질화기와 혼합 지대 사이에 사용되어 혼합 지대의 슬러리 노즐 선단에서의 슬러리 압력 또는 속도의 변동을 감소시켜 주게 된다. Preferably the slurry is used for the preparation of the masterbatch as soon as it is prepared. Fluid conduits and any holding tanks or the like that carry the slurry should establish or maintain a condition that substantially preserves the carbon black dispersion in the slurry. That is, substantial reagglomeration or fixation of particulate fillers in the slurry should be prevented or reduced to a very practical degree. Preferably, all flow lines are smooth and have interconnections between the smooth lines. Optionally, an accumulator may be used between the homogenizer and the mixing zone to reduce variations in slurry pressure or speed at the slurry nozzle tip of the mixing zone.

상기한 바와 같이, 적합한 공정 변수하에서 공급 라인(12)를 통하여 혼합 지대로 통과되는 천연 고무 라텍스 유체 또는 다른 엘라스토머 라텍스 유체, 및 공급 라인(16)을 통하여 혼합 지대로 공급되는 카본 블랙 슬러리는, 신규의 엘라스토머 복합체, 특히 엘라스토머 마스터배치 크럼을 제조할 수 있다. 여러 가지 첨가제를 엘라스토머 마스터배치 중으로 혼입시키는 수단이 또한 제공된다. 하나 또는 그 이상의 첨가제를 포함하는 첨가제 유체는 별도의 공급 스트림으로서 혼합 지대로 공급될 수 있다. 또한, 하나 이상의 첨가제가 적합하다면 카본 블랙 슬러리, 또는 더욱 전형적으로 엘라스토머 라텍스 유체와 미리 혼합될 수 있다. 또한, 첨가제는 예컨데 건조 혼합 기술에 의해 마스터배치중으로 계속하여 혼합될 수 있다. 수많은 첨가제가 당업자에게 알려져 있는데, 예를 들면 산화방지제, 오존화방지제, 가소제, 공정 조제(예를 들면 액체 중합체, 오일 등), 수지, 방염제, 증량제 오일, 광택제, 이들의 임의의 혼합물이 있다. 이러한 첨가제의 일반적 용도 및 선택은 당업자에게 잘 알려져 있다. 본 발명의 시스템에서 이들의 용도는 본 발명의 잇점에 의해 쉽게 이해될 것이다. 어떤 다른 실시태양에 따르면, 경화제가 유사한 방식으로 혼입되어 경화성 기재 화합물로서 불리워 질 수 있는 경화성 엘라스토머 복합체를 제조하게 할 수 있다.As noted above, the natural rubber latex fluid or other elastomeric latex fluid passed through the feed line 12 into the blend zone under suitable process parameters, and the carbon black slurry fed into the blend zone through the feed line 16 are novel. Elastomer composites, in particular elastomer masterbatch crumbs can be prepared. Means are also provided for incorporating the various additives into the elastomer masterbatch. The additive fluid comprising one or more additives may be fed to the mixing zone as a separate feed stream. In addition, one or more additives may be premixed with the carbon black slurry, or more typically the elastomer latex fluid, if appropriate. In addition, the additives may be continuously mixed into the masterbatch, for example by dry mixing techniques. Numerous additives are known to those skilled in the art, for example antioxidants, antiozonants, plasticizers, process aids (eg liquid polymers, oils, etc.), resins, flame retardants, extender oils, brighteners, any mixtures thereof. General uses and selection of such additives are well known to those skilled in the art. Their use in the system of the present invention will be readily understood by the advantages of the present invention. According to some other embodiments, hardeners can be incorporated in a similar manner to produce curable elastomeric composites that can be referred to as curable base compounds.

혼합 지대/응고 지대 어셈블리는 다음에서 더욱 상세히 설명된다. 엘라스토머 마스터배치 크럼은 응고 반응조(14)의 방출 말단부로부터 적절한 건조 장치로 통과한다. 도 1의 바람직한 실시태양에서, 마스터배치 크럼은 다단계의 건조를 겪는다. 이것은 먼저 탈수 압출기(40)으로 통과한 다음, 컨베이어 또는 단순한 중력 낙하 또는 다른 적합한 수단(41)을 통하여 건조 압출기(42)로 이동한다. 카본 블랙 충전제로 천연 고무 마스터배치를 제조하는 도 1에 예시된 것과 일치하는 보통의 바람직한 실시태양에서, 탈수/건조 조작은 전형적으로 물의 함량을 약 0 내지 1 중량%, 더욱 바람직하기로는 0 내지 0.5 중량%로 감소시킬 것이다. 적합한 건조기는 잘 알려져 있고 상업적으로 입수가능하며, 예를 들면 압출 건조기, 유체 베드 건조기, 가열 공기 또는 다른 오븐 건조기, 회사[French Oil machinery Co., Piqua, Ohio, USA]로부터 입수 가능한 프렌치 밀과 같은 것 등이 있다.Mix zone / solidification zone assemblies are described in more detail below. The elastomer masterbatch crumb passes from the discharge end of the coagulation vessel 14 to an appropriate drying apparatus. In the preferred embodiment of FIG. 1, the masterbatch crumb undergoes multiple stages of drying. It first passes through the dewatering extruder 40 and then moves to the dry extruder 42 via a conveyor or simple gravity drop or other suitable means 41. In a typical preferred embodiment consistent with the one illustrated in FIG. 1 for producing a natural rubber masterbatch with carbon black filler, the dehydration / drying operation typically results in a water content of about 0 to 1% by weight, more preferably 0 to 0.5. Will be reduced by weight. Suitable dryers are well known and commercially available, for example extrusion dryers, fluid bed dryers, heated air or other oven dryers, such as French mills available from French Oil machinery Co., Piqua, Ohio, USA. Etc.

건조 압출기(42)로부터 나오는 건조된 마스터배치 크럼은 냉각 컨베이어(44)에 의해 베일러(46)으로 운반된다. 이 베일러는 도 1의 장치의 임의적이고 유리한 부품인데, 여기에서 건조된 마스터배치 크럼이 챔버내에서 압축되어 형태가 안정적인 압축된 블록 등으로 된다. 전형적으로, 25 내지 75 파운드 양의 엘라스토머 마스터배치가 운송, 추가 공정 등을 위해 블록 또는 베일로 압축된다. 이와는 달리 생성물은 예컨데 크럼의 절단에 의해 펠렛으로 제공된다.The dried masterbatch crumb from the dry extruder 42 is conveyed to the baler 46 by the cooling conveyor 44. This baler is an optional and advantageous part of the apparatus of FIG. 1, in which the dried masterbatch crumb is compressed in a chamber to form a stable block or the like. Typically, elastomer masterbatches in amounts of 25 to 75 pounds are compressed into blocks or bales for transportation, further processing, and the like. Alternatively the product is provided in pellets, for example by cutting of the crumbs.

도 1에 따른 실시태양에 적합한 혼합 지대/응고 지대 어셈블리를 포함하는, 응고 반응조(14)의 치수 및 특정 설계 특징은, 요구되는 처리 용량, 처리할 재료의 선택 등과 같은 설계 요소에 일부 의존한다. 하나의 바람직한 실시태양이 도 2에 도시되어 있는데, 여기에는 응고 반응조(48)이 연결점(54)에서 유체 밀폐성을 갖도록 응고 지대(52)에 부착된 혼합 헤드(50)을 구비하고 있다. 도 2는 혼합 지대로 엘라스토머 라텍스를 공급하는 제1 서브시스템(56), 혼합 지대로 카본 블랙 슬러리 또는 다른 미립자상 충전제 유체를 공급하는 서브시스템(57), 및 혼합 지대로 임의적인 추가의 유체, 가압 공기 등을 공급하는 서브시스템(58)을 개략적으로 나타내고 있다. 혼합 헤드(50)은 3개의 공급 채널(60, 61, 62)을 가지는 것으로 도시되어 있다. 공급 채널(60)은 천연 고무 라텍스 유체용으로 제공되고, 공급 채널(62)는 가스 및(또는) 첨가제 유체의 직접적인 공급용으로 제공된다. 첨가제의 직접적인 주입을 이용하는 바람직한 실시태양과 관련하여, 중요한 잇점이 탄화수소 첨가제, 또는 더욱 일반적으로 수 불혼화성 첨가제와 관련하여 달성된다. 엘라스토머 라텍스와 예비 블렌딩하기에 적합한 첨가물 에멀젼을 생성하기 위해 에멀젼 매개물을 사용하는 것은 잘 알려져 있지만, 첨가제의 직접 주입을 이용하는 본 발명에 따른 바람직한 실시태양은 에멀젼 매개물의 필요성 뿐만 아니라 에멀젼 형성시 종래에 사용되던 탱크, 분산 장치 등과 같은 장치의 필요성을 제거할 수 있다. 따라서, 제조 비용 및 복잡성의 감소가 달성된다. 아래에서 더욱 기술하는 바와 같이, 혼합 지대로 슬러리가 공급되는 통로인 공급 채널(61)은 바람직하기로는 응고 반응조의 혼합 지대 및 응고 지대와 동축으로 되어 있다. 단지 하나의 공급 채널이 엘라스토머 라텍스 유체를 받아들이는 것으로 나타나 있지만, 적합한 임의의 개수의 공급 채널이 혼합 지대로 슬러리가 공급되는 통로인 중앙 공급 채널의 주위에 배치될 수 있다. 따라서, 예를 들면 도 2의 실시태양에서, 주위의 공기 또는 고압 공기 또는 다른 가스가 혼합 지대로 공급되는 통로인 제4의 공급 채널이 제공될 수 있다. 압축 공기는 슬러리와 함께 중심축 공급 채널(61)을 통하여 유사하게 주입될 수 있다. 보조 공급 채널은 사용하지 않을 때 임시적으로 또는 영구적으로 밀폐될 수 있다.The dimensions and specific design features of the solidification reactor 14, including the mixing zone / solidification zone assembly suitable for the embodiment according to FIG. 1, depend in part on design elements such as the required treatment capacity, the choice of material to be treated, and the like. One preferred embodiment is shown in FIG. 2, where the coagulation reactor 48 has a mixing head 50 attached to the coagulation zone 52 such that the coagulation reactor 48 is fluid tight at the connection point 54. 2 shows a first subsystem 56 for feeding the elastomer latex into the mixing zone, a subsystem 57 for feeding the carbon black slurry or other particulate filler fluid into the mixing zone, and optional additional fluid into the mixing zone, The subsystem 58 for supplying pressurized air or the like is schematically shown. Mixing head 50 is shown having three feed channels 60, 61, 62. Feed channel 60 is provided for natural rubber latex fluid and feed channel 62 is provided for direct supply of gas and / or additive fluid. With respect to the preferred embodiment using direct injection of additives, an important advantage is achieved with regard to hydrocarbon additives, or more generally water immiscible additives. Although it is well known to use emulsion mediators to produce additive emulsions suitable for pre-blending with elastomer latexes, preferred embodiments according to the invention using direct injection of additives are conventionally used in emulsion formation as well as the need for emulsion mediators. Eliminate the need for devices such as tanks, dispersing devices, and the like. Thus, reduction of manufacturing cost and complexity is achieved. As will be described further below, the feed channel 61, which is a passage through which the slurry is fed into the mixing zone, is preferably coaxial with the mixing zone and the solidification zone of the coagulation reactor. Although only one feed channel is shown to receive elastomeric latex fluid, any suitable number of feed channels may be disposed around the central feed channel, which is the passage through which the slurry is fed into the mixing zone. Thus, for example in the embodiment of FIG. 2, a fourth supply channel can be provided which is a passage through which ambient air or high pressure air or other gas is supplied to the mixing zone. Compressed air can be similarly injected through the central axis feed channel 61 together with the slurry. The auxiliary feed channel can be closed temporarily or permanently when not in use.

응고 반응조(48)의 응고 지대(52)는 의도하는 특정 적용분야의 설계 대상에 따라 선택될 수 있는 축 길이를 갖는 제1 부분(64)을 갖는 것으로 도시되어 있다. 임의로는, 응고 지대는 모든 또는 거의 모든 축 길이에 걸쳐 일정한 단면적을 가질 수 있다. 따라서, 예를 들면 응고 반응조는 간단하고 직선의 교란 유동 채널을 혼합 지대로부터 방출 말단부로 한정할 수 있다. 그런데, 바람직하기로는 상기한 이유와 도면에 예시된 바람직한 실시태양에서 볼 수 있는 바와 같이, 응고 지대(52)의 단면적은 유입 말단부(66)으로부터 방출 말단부(68)로 갈수록 점차 증가한다. 더욱 구체적으로는, 단면적은 길이방향으로 유입 말단부에서 방출 말단부로 갈수록 증가한다. 도 2의 실시태양에서, 응고 지대는 계속적으로 이어지는 일정한 단면적 부분(64)을 증가시킨다는 의미에서 단면적이 점차 증가한다. 응고 반응조의 직경 및 단면적(또는 더욱 적당하게는 응고 반응조 내에 한정된 응고 지대) 및 다른 구성요소의 서술은 달리 언급되지 않으면 개방 유동 통로의 단면적 및 그러한 유동 통로의 내경을 의미한다.The solidification zone 52 of the solidification reactor 48 is shown having a first portion 64 having an axial length that can be selected according to the design object of the particular application desired. Optionally, the coagulation zone can have a constant cross-sectional area over all or almost all axial lengths. Thus, for example, a coagulation reactor can define a simple, straight-line disturbing flow channel from the mixing zone to the discharge end. However, preferably, as can be seen from the foregoing reasons and in the preferred embodiments illustrated in the figures, the cross-sectional area of the coagulation zone 52 gradually increases from the inlet end 66 to the discharge end 68. More specifically, the cross-sectional area increases from the inlet end to the outlet end in the longitudinal direction. In the embodiment of FIG. 2, the cross-sectional area is gradually increased in the sense that the constant cross-sectional area 64 is continuously increased. The description of the diameter and cross-sectional area of the coagulation vessel (or more suitably the zone of coagulation defined in the coagulation vessel) and other components means the cross-sectional area of the open flow passage and the inner diameter of such flow passage unless otherwise noted.

엘라스토머 복합체, 특히 마스터배치 크럼(72) 형태의 응고된 엘라스토머 라텍스는 전환기(70)을 통하여 응고 반응조(48)로부터 방출되는 것으로 도시되어 있다. 전환기(70)은 방출 말단부(68)에서 응고 반응조에 부착된 조절 가능한 도관이다. 이는 엘라스토머 마스터배치 크럼(72)을 임의 다른 수용 위치로 선택적으로 통과시키도록 조절될 수 있다. 이 특징은, 예를 들어 테스트 또는 초기 공정의 불안정이 일시적으로 열악한 제품을 만들 수 있을 때의 제조 가동 초기에서, 유리하게도 생성물 스트림으로부터 마스터배치 크럼의 제거를 용이하게 한다. 또한, 전환기는 응고 반응조로부터 다른 후공정 통로로 생성물이 향하도록 설계 유연성을 제공한다. 도 1의 바람직한 실시태양에 따르면, 응고 반응조(48)로부터 전환기(70)을 통하여 방출되는 마스터배치 크럼(72)는 건조기(40)에 의해 수용되는 것으로 도시되어 있다.The elastomeric composite, in particular the solidified elastomer latex in the form of a masterbatch crumb 72, is shown to be released from the coagulation reactor 48 through the converter 70. The diverter 70 is an adjustable conduit attached to the coagulation reactor at the discharge end 68. It can be adjusted to selectively pass the elastomer masterbatch crumb 72 to any other receiving position. This feature advantageously facilitates the removal of the masterbatch crumbs from the product stream, for example in the early stages of manufacturing operations when the instability of the test or initial process can produce temporarily poor products. The converter also provides design flexibility to direct the product from the coagulation reactor to another post process passage. According to the preferred embodiment of FIG. 1, the masterbatch crumb 72 discharged from the coagulation reactor 48 through the converter 70 is shown to be received by the dryer 40.

응고 반응조(48)의 단면 치수는 유입 말단부(66)과 방출 말단부(68) 사이의 전체 각도(α)에서 증가되는 것으로 보인다. 각도(α)는 0도보다 크고, 바람직한 실시태양에서 45도 이하, 더욱 바람직하기로는 15도 이하, 가장 바람직하기로는 0.5 - 5도이다. 각도(α)는 응고 반응조의 말단에서 응고 지대의 중앙 세로축으로부터 응고 지대의 외주면의 점 A로 측정되는 의미에서 반 각으로 도시되어 있다. 이와 관련하여, 응고 반응조의 상류 부분, 즉 유입 말단부(66) 근처 부분의 단면적은 바람직하기로는 상기한 원리에 따라 응고의 준성형을 달성하도록 충분히 서서히 증가한다는 것을 이해하여야 한다. 응고 지대의 너무 큰 각도의 확장은 글로블 또는 워엄의 바람직한 크럼 형태로 제조되지 않고 응고 반응조를 통한 단순 분사로 되지 않는 엘라스토머 마스터배치를 초래할 수 있다. 응고 반응조의 구경을 너무 서서히 증가시키면, 어떤 실시태양에서 혼합 헤드로의 공급 및 반응 생성물의 정체 또는 방해가 초래될 수 있다. 라텍스가 거의 응고되고 유동이 기본적으로 플러그 유동으로 되는 응고 지대의 하류 부분에서, 응고 지대는 단면적의 증가가 있거나 또는 없이 연장될 수 있다. 따라서, 점차 증가하는 단면적을 갖는 바람직한 실시태양에서의 응고 지대에 대한 설명은 유동이 실질적으로 플러그 유동이 아닌 응고 지대의 해당 부분을 기본적으로 말하는 것으로 이해되어야 한다.The cross-sectional dimension of the coagulation reactor 48 appears to increase at the overall angle α between the inlet end 66 and the outlet end 68. The angle α is greater than 0 degrees, in a preferred embodiment 45 degrees or less, more preferably 15 degrees or less, most preferably 0.5-5 degrees. The angle α is shown at half angle in the sense that it is measured from the central longitudinal axis of the coagulation zone at the end of the coagulation zone to point A of the outer circumferential surface of the coagulation zone. In this regard, it is to be understood that the cross-sectional area of the upstream portion of the coagulation reactor, ie the portion near the inlet end 66, increases slowly enough to achieve a semiforming of solidification, preferably in accordance with the principles described above. Too large angle expansion of the coagulation zone may result in an elastomer masterbatch that is not manufactured in the form of a desired crumb of a globble or worm and does not result in a simple spray through the coagulation reactor. Increasing the aperture of the coagulation bath too slowly may, in some embodiments, lead to feed to the mixing head and congestion or blockage of the reaction product. In the downstream portion of the solidification zone where the latex solidifies and the flow is essentially plug flow, the solidification zone can extend with or without an increase in cross-sectional area. Thus, the description of the solidification zone in a preferred embodiment with increasing cross-sectional area should be understood to basically refer to that portion of the solidification zone where the flow is not substantially plug flow.

응고 지대의 단면적(즉, 상기에서 바로 언급한 바와 같이 그의 적어도 상류 부분)은 도 2의 실시태양에서 예시된 연속적인 형태보다는 오히려 계단식으로 증가할 수 있다. 도 3에 예시된 실시태양에서, 본 발명의 방법 및 장치에 따른 엘라스토머 마스터배치를 제조하기 위한 연속 유동 시스템은, 응고 지대의 단면적이 계단식으로 증가하는 혼합 헤드/응고 지대 어셈블리를 포함하는 것으로 도시되어 있다. 바람직하기로는, 이러한 계단식 실시태양에서, 응고 지대의 개별 단면은 인접 부분과 공평한 연결점을 가진다. 즉, 하나의 부분에서 인접 부분으로 직경의 예리하고 순간적인 증가와는 반대로, 이들은 평활하고 일반적으로 연속적인 응고 지대 표면을 형성하도록 결합된다. 도 3의 응고 지대는 4개의 다른 부분 또는 소지대(74-77)이 존재하도록 3개의 단계로 증가한다. 상기한 설계 원리와 일치되게, 응고 지대(53)의 단면적은 응고 반응조의 상류 부분에서 필요한 유동 조절을 달성하는 전체 각도로 유입 말단부(66)으로부터 방출 말단부(68)의 점 A로 갈수록 증가한다. 제1 부분(74)는 (a) 혼합 지대의 바로 하류에 있는 혼합 헤드(50)의 일정한 직경 부분, (b) 유입 말단부(66)에서 연결점(54)에 연결된 동일 또는 유사한 직경 부분을 포함하는 것으로 취할 수 있다. 이 제1 부분은 일정한 단면적 D1 및 축 치수 또는 길이 L1을 갖는다. 이 제1부분(74)에서 길이 L1은 직경 D1보다 3배 이상, 더욱 바람직하기로는 5배 이상, 가장 바람직하기로는 약 12 내지 18배 더 크다. 전형적으로 이 부분은 D1의 약 15 배의 길이를 가진다. 각각의 연속하는 부분은 바람직하기로는 일정한 단면적 치수와 선행하는(즉 상류) 부분 보다 대략 2배의 단면적을 가진다. 따라서, 예를 들어 부분(75)는 일정한 단면적 치수 및 부분(74)의 2배의 단면적을 갖는다. 유사하게, 부분(76)의 단면적은 부분(75)의 2배이고, 부분(77)의 단면적은 부분(76)의 2배이다. 각 부분(75 - 77)에서, 그 길이는 바람직하기로는 그 직경의 3배 이상, 더욱 바람직하기로는 약 3배 내지 7배 , 일반적으로는 약 5배 더 크다. 따라서, 예를 들면 부분(76)에서 세로 치수 L3는 바람직하기로는 직경 D3의 약 5배이다.The cross-sectional area of the coagulation zone (ie, at least the upstream portion thereof, as directly mentioned above) may increase stepwise rather than in the continuous form illustrated in the embodiment of FIG. 2. In the embodiment illustrated in FIG. 3, a continuous flow system for producing an elastomer masterbatch according to the method and apparatus of the present invention is shown to include a mixing head / solidification zone assembly in which the cross section of the solidification zone increases stepwise. have. Preferably, in this stepped embodiment, the individual cross section of the solidification zone has a connection point that is equal to the adjacent portion. That is, in contrast to the sharp and instantaneous increase in diameter from one part to the adjacent part, they combine to form a smooth, generally continuous solidification zone surface. The solidification zone of FIG. 3 increases in three stages so that there are four different portions or holders 74-77. Consistent with the design principles described above, the cross-sectional area of the solidification zone 53 increases from the inlet end 66 to the point A of the discharge end 68 at an overall angle to achieve the required flow control in the upstream portion of the solidification reactor. The first portion 74 comprises (a) a constant diameter portion of the mixing head 50 immediately downstream of the mixing zone, (b) an equal or similar diameter portion connected to the connection point 54 at the inlet end 66. Can be taken. This first part has a constant cross-sectional area D 1 and an axial dimension or length L 1 . The length L 1 in this first portion 74 is three times or more, more preferably five times or more and most preferably about 12 to 18 times larger than the diameter D 1 . Typically this portion is about 15 times the length of D 1 . Each successive portion preferably has a constant cross sectional dimension and approximately twice the cross sectional area than the preceding (ie upstream) portion. Thus, for example, portion 75 has a constant cross-sectional dimension and a cross-sectional area twice that of portion 74. Similarly, the cross-sectional area of the portion 76 is twice the portion 75 and the cross-sectional area of the portion 77 is twice the portion 76. In each portion 75-77 the length is preferably at least three times its diameter, more preferably about three to seven times and generally about five times larger. Thus, for example, the longitudinal dimension L 3 in the portion 76 is preferably about five times the diameter D 3 .

도 3의 실시태양에 상응하는 혼합 헤드 및 응고 지대 어셈블리는 부분 단면도로 도 4에 보여준다. 혼합 헤드 (50)은 결합부 (54)를 통하여 응고 지대 확장기 (53)과 일체를 이룬다. 이것은, 다중 공급 채널 (60), (61), (62)가 확장기 (53)내의 응고 지대 부분과 실질적으로 같은 축을 갖는 길게 뻗은 실질적으로 원통인 채널 (80)과 함께 접합부를 형성하는 혼합 지대를 정의한다. 혼합 지대 및(또는) 응고 지대의 경계를 정확하게 정의하는 것이 본 명세서에 개시된 방법 및 장치의 작동성에서 필수적이지 않다는 것을 알 수 있다. 본 발명의 개시의 이점을 제공받는 당업자에게 분명한 것 처럼, 유동 채널 접합부 지대의 디자인에서 다수의 변형이 가능하다. 이와 관련하여, 일반적으로 바람직한 안내로서, 도 4에 설명된 유형의 실시태양에서, 예를 들어 슬러리 팁 (67)은 일반적으로, 공급 채널의 접합부에 세로로 대략 집중되는 원통 부분 (80)의 시작점의 상류이다. 이러한 실시태양에서, 바람직하게는 원통 부분 (80)의 시작에서 슬러리 팁 (67)에서 원주 길이까지의 가상 원뿔로 정의되는 최소 단면적은 유리하게는 라텍스 공급 채널 (60)의 단면적 보다 크거나 또는 적어도 동일하다. 바람직하게는, 채널 (80), 및 난류가 엘라스토머 라텍스의 상당히 완전한 응고 이전에 존재하는 응고 지대의 적어도 상류 부분은 둘다 순환형 단면을 갖는다.The mixing head and solidification zone assembly corresponding to the embodiment of FIG. 3 is shown in FIG. 4 in partial cross-sectional view. The mixing head 50 is integral with the solidification zone expander 53 through the coupling portion 54. This results in a mixing zone where the multiple feed channels 60, 61, 62 form together with an elongated substantially cylindrical channel 80 having an axis substantially the same as the portion of the solidification zone in the dilator 53. define. It can be seen that precisely defining the boundaries of the blend zone and / or the solidification zone is not essential to the operability of the methods and apparatus disclosed herein. Many modifications are possible in the design of the flow channel junction zone as will be apparent to those skilled in the art provided the advantages of the present disclosure. In this regard, as a generally preferred guide, in the embodiment of the type described in FIG. 4, for example, the slurry tip 67 is generally the starting point of the cylindrical portion 80 which is approximately longitudinally concentrated at the junction of the feed channel. Is upstream. In this embodiment, the minimum cross-sectional area, preferably defined as a virtual cone from the beginning of the cylindrical portion 80 to the circumferential length from the slurry tip 67, is advantageously greater than or at least greater than the cross-sectional area of the latex feed channel 60. same. Preferably, both the channel 80 and at least an upstream portion of the coagulation zone where the turbulent flow is present prior to a fairly complete solidification of the elastomer latex have both a circulating cross section.

카본 블랙 슬러리 또는 다른 미립자상 충전제 유체의 공급 수단은 혼합실과 함께 실질적으로 같은 축을 가지면서, 응고 지대를 향해 개방되어 있는 유입구 또는 슬러리 노즐 팁 (67)으로 연장된 공급 튜브 (82)를 포함하는 것을 볼 수 있다. 이것은 본 명세서에 논의된 바람직한 실시태양의 매우 유리한 특징이다. 전술한 바와 같이 카본 블랙 슬러리는 라텍스의 공급 속도에 비해 매우 고속으로 혼합 지대에 공급되고, 좁은 내경 공급 튜브 (82)의 축방향 배열이 난류를 월등히 진행시킨다. 채널 (80)의 직경 Dm (전술한 바와 같이 바람직하게는 응고 지대의 단면 (74)에 바로 이어지는 부분의 직경 D1과 실질적으로 동일함)은 바람직하게는 슬러리 공급 튜브 (82) 내경의 2배 이상, 보다 바람직하게는 공급 튜브 (82) 직경의 약 4배 내지 8배, 전형적으로 그 직경의 약 7 내지 8배이다. 공급 튜브 (82)는 혼합 헤드 (50)의 공급 채널 (61)의 상류 말단에서 유입구 (83)과 함께 유체가 새는 틈이 없는 밀봉을 형성하는 것으로 보인다. 축방향 공급 튜브 (82)의 직경은, 슬러리 노즐 팁 (67)을 통하여 혼합실로 통과할 때 슬러리의 요구된 용적 유량 및 축방향 속도에 의해 대부분 결정된다. 보정되거나 요구된 용적 및 속도는 본 개시의 이점을 제공받는 당업자에 의해 용이하게 결정될 수 있고, 부분적으로 재료의 농도 및 선택의 함수일 것이다. 본 명세서에 설명되고 개시된 것과 같은, 카본 블랙 슬러리용 공급 튜브가 제거될 수 있는 실시태양은 상이한 시간에서 상이한 마스터배치 조성을 제조하는데 바람직한 유연성을 제공한다. 한 생산 실험에서 사용되는 공급 튜브는 제거되고 후속 생산에 적절한, 크거나 작은 구경 튜브로 대체될 수 있다. 슬러리가 공급 튜브에 존재할 때의 압력 및 속도면에서, 이것은 혼합 지대로 분무 또는 제트로서 언급될 수 있다. 적어도 특정 실시태양에서 이것은 유체로 이미 상당히 충전된 지대로 슬러리를 고속 주입하는 것을 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 따라서, 이것은 슬러리 노즐 팁을 통하여 통과할 때 즉각적인 분배의 의미에서의 분무이며, 단순하게 퍼지는 궤도로 자유롭게 움직이는 재료 점적의 의미에서의 분무인 것은 반드시 아니다.The supply means of the carbon black slurry or other particulate filler fluid comprises a feed tube 82 extending substantially in parallel with the mixing chamber and extending into the inlet or slurry nozzle tip 67 which is open towards the coagulation zone. can see. This is a very advantageous feature of the preferred embodiments discussed herein. As described above, the carbon black slurry is supplied to the mixing zone at a very high speed relative to the feed rate of the latex, and the axial arrangement of the narrow inner diameter supply tube 82 causes the turbulence to proceed significantly. The diameter D m of the channel 80 (as described above is preferably substantially the same as the diameter D 1 of the portion immediately following the cross section 74 of the coagulation zone) is preferably 2 of the inner diameter of the slurry feed tube 82. Or more, more preferably about 4 to 8 times the diameter of the feed tube 82, typically about 7 to 8 times its diameter. The feed tube 82 appears to form a leak-free seal with the inlet 83 at the upstream end of the feed channel 61 of the mixing head 50. The diameter of the axial feed tube 82 is largely determined by the required volume flow rate and axial velocity of the slurry as it passes through the slurry nozzle tip 67 into the mixing chamber. The volume and speed corrected or required can be readily determined by those skilled in the art provided the benefit of the present disclosure and will be partly a function of the concentration and selection of the material. Embodiments in which the feed tubes for carbon black slurries, as described and disclosed herein, can be removed, provide the desired flexibility to produce different masterbatch compositions at different times. The feed tube used in one production experiment can be removed and replaced with a large or small aperture tube suitable for subsequent production. In terms of pressure and velocity when the slurry is present in the feed tube, it may be referred to as a spray or jet into the mixing zone. At least in certain embodiments this should be understood to mean high speed injection of the slurry into areas that are already substantially filled with fluid. Thus, this is spraying in the sense of immediate dispensing when passing through the slurry nozzle tip, and not necessarily spraying in the sense of freely moving material droplets in a simply spreading trajectory.

추가의 공급 채널 (60) 및 (62)는 각각 각도 β에서 공급 채널 (60) 및 하류 채널 (80)과 함께 접합부 (84) 및 (85)를 형성하는 것을 볼 수 있다. 각도 β는 많은 실시태양에서 0°초과 내지 180 °미만의 값을 가질 수 있다. 전형적으로, β는 예를 들어, 30°내지 90°일 수 있다. 슬러리 노즐 팁 (67)에서 나오는 고속 슬러리에 의해 인트레인될 때 음의 압력, 즉 라텍스 유체의 공동화 (cavitation)를 피하는 것이 바람직할 수 있는데, 이것이 불리하게는 마스터배치 생성물을 불일치시키는 불일치 혼합을 야기할 수 있기 때문이다. 공기 또는 다른 가스는 혼합 지대에 주입되거나 또는 공급되어 임의 이러한 진공을 깨뜨리는데 보조할 수 있다. 또한, 공급 채널 (60)의 입구 (86)로 이어지는 천연 고무 라텍스용 연장 공급 라인은 라텍스 유체 저장소로서 작용한다. 도 4의 바람직한 실시태양에서, 라텍스 공급 채널 (60)은 슬러리 노즐 팁 (67)과 인접한 혼합 지대를 가로지른다. 그러나, 별법으로 라텍스 공급 채널은 슬러리 노즐 팁 (67)의 혼합 채널 상류 또는 하류를 가로지를 수 있다.Additional feed channels 60 and 62 can be seen to form junctions 84 and 85 with feed channel 60 and downstream channel 80 at angle β, respectively. The angle β can have a value above 0 ° and below 180 ° in many embodiments. Typically, β may be between 30 ° and 90 °, for example. It may be desirable to avoid negative pressure, ie, cavitation of the latex fluid, when intrained by the high speed slurry exiting the slurry nozzle tip 67, which adversely results in inconsistent mixing which results in inconsistent masterbatch products. Because you can. Air or other gas may be injected or supplied into the mixing zone to assist in breaking any such vacuum. In addition, an extended feed line for natural rubber latex leading to the inlet 86 of the feed channel 60 acts as a latex fluid reservoir. In the preferred embodiment of FIG. 4, the latex feed channel 60 crosses the mixing zone adjacent the slurry nozzle tip 67. However, the latex feed channel may alternatively cross upstream or downstream of the mixing channel of the slurry nozzle tip 67.

카본 블랙 슬러리 또는 다른 미립자상 충전제 유체는 전형적으로 약 500 내지 5000 psig와 같이 약 300 psig 이상, 예를 들어 약 1000 psig 이상의 압력에서 공급 튜브 (82)로 공급된다. 바람직하게는 액상 슬러리는 30.48 m/초(100 ft/초) 이상, 바람직하게는 약 30.48 m/초 내지 약 243.84 m/초(약 100 내지 약 800 ft/초), 보다 바람직하게는 약 60.96 m/초 내지 152.4 m/초(약 200 내지 500 ft/초), 예를 들어 약 106.68 m/초(약 350 ft/초) 이상의 속도으로 슬러리 노즐 팁 (67)을 통하여 혼합 지대로 공급된다. 도 4에서 화살표 (51)은 공급 채널 (60) 및 (62)를 통하여 슬러리 노즐 팁 (67) 아래의 채널 (80)으로의 엘라스토머 라텍스 및 보조 공급 재료의 일반적인 유동 방향을 나타낸다. 따라서, 슬러리 및 라텍스 유체는 상기 개시된 번호에 따라, 매우 상이한 공급 스트림 속도로 혼합 지대에 공급된다. 이론에 제한되려는 것은 아니지만, 차등적인 공급으로 혼합 지대에 라텍스 전단 조건을 달성하여 양호한 매크로-분산 및 응고를 야기하는 것이 이해된다.Carbon black slurry or other particulate filler fluid is typically supplied to feed tube 82 at a pressure of at least about 300 psig, such as at least about 1000 psig, such as about 500 to 5000 psig. Preferably the liquid slurry is at least 30.48 m / sec (100 ft / sec), preferably from about 30.48 m / sec to about 243.84 m / sec (about 100 to about 800 ft / sec), more preferably about 60.96 m Per second to 152.4 m / sec (about 200-500 ft / sec), for example about 106.68 m / sec (about 350 ft / sec) or more, through the slurry nozzle tip 67 to the mixing zone. Arrow 51 in FIG. 4 shows the general flow direction of the elastomeric latex and auxiliary feed material through feed channels 60 and 62 into channel 80 below slurry nozzle tip 67. Thus, the slurry and latex fluid are fed to the mixing zone at very different feed stream rates, according to the numbers disclosed above. While not wishing to be bound by theory, it is understood that the differential feeding achieves latex shear conditions in the blend zone resulting in good macro-dispersion and coagulation.

별법의 바람직한 실시태양은 도 5 및 6에 설명되며, 도 4의 실시태양에서 단일 축방향 공급 튜브 (82)은 축방향으로 확장된 다중 공급 튜브 (90) 내지 (92)로 대체된다. 더 많은 공급 튜브, 예를 들어 약 6 또는 8개 이하의 축방향으로 확장된 공급 튜브가 사용될 수도 있다. 유리하게는, 생산 유연성은 상이한 조성을 생성하기 위한 상이한 직경의 상이한 공급 튜브를 사용함으로써 달성된다. 또한, 다중 공급 튜브가 동시에 사용되어 혼합 지대 및 응고 반응조의 응고 지대내에 양호한 난류가 달성될 수 있다.Alternative preferred embodiments are described in FIGS. 5 and 6, in which the single axial feed tube 82 is replaced by multiple feed tubes 90-92 extending in the axial direction. More feed tubes may be used, for example up to about 6 or 8 axially extended feed tubes. Advantageously, production flexibility is achieved by using different feed tubes of different diameters to produce different compositions. In addition, multiple feed tubes can be used simultaneously to achieve good turbulence within the mixing zone and the solidification zone of the coagulation reactor.

혼합 헤드의 대체 실시태양은 도 7에 설명된다. 혼합 헤드 (150)은 혼합 지대 (179)를 정의하는 것으로 보인다. 축방향 공급 채널 (161)은 카본 블랙 슬러리 또는 다른 미립자상 충전제 유체를 고속으로 혼합실 (179)로 공급하도록 채택된 공급 튜브 (182)를 수용한다. 공급 튜브 (182)내의 중심 구경이 슬러리 노즐 팁 (167)에서 종결되는 것으로 보일 수 있다. 일정한 직경의 노즐 부분 (168)은 슬러리 노즐 팁 (167)의 바로 상류이고, 더 큰 구경 영역 (169)로 이어진다. 바람직하게는, 부분 (168)의 축방향 치수는 그의 직경의 약 2 내지 6배, 예를 들어 약 5배이다. 제2 공급 채널 (160)은 혼합 지대로 엘라스토머 라텍스 유체를 공급하기 위해 90°각도에서 혼합 지대 (179)와 함께 접합부 (184)를 형성한다. 라텍스 유체 공급 채널 (160)의 단면 직경은 슬러리 노즐 팁 (167) 및 부분 (168)의 단면 직경 보다 상당히 크다. 이론에 제한되려는 것은 아니지만, 노즐 부분의 확장된 직경의 구경 영역 상류와 커플링된, 노즐 랜드 (168)의 축방향 확장은 공급 튜브 (182)를 통하여 혼합 지대 (179)로의 슬러리의 유동에 유리한 안정성을 제공하는 것으로 믿어진다. 공급 튜브 (182)의 구경은 20°챔퍼, 즉 약 20°각도에서 상류 방향으로 확장된 원뿔 영역 (169)와 잘 기능하는 것으로 밝혀졌다. 혼합 지대 (179)의 하류는 길게 뻗은 응고 지대이다. 상기 논의된 원리와 일치시키면 상기 응고 지대는 단지 가장자리로 확장되는 것이 필요하다. 즉, 그의 축방향 치수는 그의 직경 보다 단지 가장자리가 길어야 한다. 그러나, 바람직하게는 점진적으로 증가된 응고 지대가 사용된다.An alternative embodiment of the mixing head is described in FIG. 7. Mixing head 150 appears to define mixing zone 179. The axial feed channel 161 houses a feed tube 182 adapted to feed carbon black slurry or other particulate filler fluid into the mixing chamber 179 at high speed. The central aperture in feed tube 182 may appear to terminate at slurry nozzle tip 167. The constant diameter nozzle portion 168 is immediately upstream of the slurry nozzle tip 167 and leads to a larger aperture area 169. Preferably, the axial dimension of the portion 168 is about 2 to 6 times its diameter, for example about 5 times. The second feed channel 160 forms a junction 184 with the mixing zone 179 at an angle of 90 ° to feed the elastomer latex fluid into the mixing zone. The cross sectional diameter of the latex fluid supply channel 160 is significantly larger than the cross sectional diameter of the slurry nozzle tip 167 and the portion 168. Without wishing to be bound by theory, the axial expansion of the nozzle land 168, coupled with an enlarged diameter aperture region upstream of the nozzle portion, is advantageous for the flow of slurry through the feed tube 182 to the mixing zone 179. It is believed to provide stability. The aperture of the feed tube 182 was found to work well with the 20 ° chamfer, ie, the conical region 169 extending upstream at an angle of about 20 °. Downstream of the blend zone 179 is an extended solidification zone. Consistent with the principles discussed above, the solidification zone only needs to extend to the edges. That is, its axial dimension should only be longer than its diameter. However, a progressively increased coagulation zone is used.

상기 논의된 바와 같이, 엘라스토머 마스터배치의 응고는 응고 반응조의 말기에서 또는 전에 상당히 완결된다. 즉, 응고는 응고제 용액 등의 스트림을 첨가할 필요없이 응고 반응조의 응고 지대내에서 일어난다. 이것은 일부 초기의 응고가 혼합 지대에서 일어나는 가능성을 배제하지 않는다. 혼합 지대는 상기 목적을 위해 응고 지대의 확장된 부분으로 고려될 수 있다. 또한, 응고 반응조로부터 배출되는 엘라스토머 마스터배치에 앞서 상당히 완결된 응고에 대한 대조는 의도된 최종 생성물의 용도에 적절한 다양한 임의 목적을 위해, 후속 가공 및 후속 처리 단계의 가능성을 배제하는 것을 의미하지 않는다. 이점에 있어서, 천연 고무 라텍스를 사용하는 본 명세서에 개시된 신규 방법의 바람직한 실시태양에서 상당히 완결된 응고는 라텍스의 고무 탄화수소의 약 95 중량% 이상, 바람직하게는 약 97 중량% 이상, 가장 바람직하게는 약 99 중량% 이상이 응고된다는 것을 의미한다.As discussed above, coagulation of the elastomer masterbatch is considerably completed at or before the end of the coagulation reactor. That is, coagulation takes place in the coagulation zone of the coagulation reactor without the need to add a stream such as coagulant solution. This does not exclude the possibility that some early solidification occurs in the blend zone. The blend zone can be considered an extended part of the coagulation zone for this purpose. In addition, the control for solidified solidification prior to the elastomer masterbatch discharged from the solidification reactor does not mean precluding the possibility of subsequent processing and subsequent processing steps for a variety of purposes appropriate to the intended use of the end product. In this regard, in a preferred embodiment of the novel process disclosed herein using natural rubber latex, the significantly completed coagulation is at least about 95%, preferably at least about 97%, most preferably of the rubber hydrocarbon of the latex. At least about 99% by weight solidifies.

본 명세서에 개시되고 기재된 방법 및 장치는 우수한 물성 및 성능 특성을 갖는 엘라스토머 복합체를 제조한다. 본 발명의 신규 엘라스토머 복합체는 상기 개시된 방법에 의해 생성된 마스터배치 조성물 뿐만 아니라 이러한 마스터배치 조성물로 제조된 중간 화합물 및 최종 제품을 포함한다. 놀랍게도, 다양한 등급의 카본 블랙 충전제와 함께, 우수한 물성 및 성능 특성을 갖는, 천연 고무 라텍스 (라텍스 농축물 또는 필드 라텍스)를 사용하여 엘라스토머 마스터배치를 제조할 수 있다. 현재 타이어 트레드와 같은 제품용으로 광범위한 상업적 용도의 카본 블랙 뿐만 아니라, 공지된 제조 장치 및 방법에서 상업적 용도에 부적절한 것으로 이전에 간주된 카본 블랙이 성공적으로 사용된다. 카본 블랙에 대한 통상의 상업적 부하 수준에서 매크로-분산의 허용가능한 수준을 달성하고(달성하거나) 엘라스토머의 분자량을 보존하기는데 비실용적이 되게 하는 높은 표면적 및 낮은 구조 때문에 부적절한 것들이 본 명세서에 개시된 신규의 엘라스토머 마스터배치 조성물에 매우 바람직하다. 이러한 엘라스토머 복합체는 천연 고무의 분자량의 양호한 보존력과 함께 천연 고무내에 카본 블랙의 우수한 분산도를 갖는 것으로 밝혀졌다. 또한, 이들 유리한 결과는 산 용액 또는 다른 응고제의 처리 탱크 또는 스트림과 관련되는 응고 단계가 필요없이 달성된다. 따라서, 이러한 응고제 처리의 비용 및 복잡성을 피할 수 있을 뿐만 아니라 이러한 작동으로부터 배출 스트림을 처리할 필요가 없다.The methods and devices disclosed and described herein produce elastomeric composites with good physical and performance properties. The novel elastomeric composites of the present invention include the masterbatch compositions produced by the methods disclosed above, as well as intermediate compounds and final products made from such masterbatch compositions. Surprisingly, elastomeric masterbatches can be prepared using natural rubber latexes (latex concentrates or field latexes), together with various grades of carbon black fillers, with excellent physical and performance properties. At present, carbon black for a wide range of commercial uses for products such as tire treads, as well as carbon black previously considered unsuitable for commercial use in known manufacturing equipment and methods, have been used successfully. The novel elastomers disclosed herein are inadequate because of their high surface area and low structure that make them attainable (or attain) acceptable levels of macro-dispersion at ordinary commercial loading levels for carbon black and make them impractical to preserve the molecular weight of the elastomer. Very preferred for masterbatch compositions. Such elastomeric composites have been found to have good dispersion of carbon black in natural rubber with good preservation of the molecular weight of the natural rubber. In addition, these advantageous results are achieved without the need for a coagulation step associated with the treatment tank or stream of the acid solution or other coagulant. Thus, the cost and complexity of this coagulant treatment can be avoided as well as the need to treat the effluent stream from this operation.

이전에 공지된 건식 저작 기술로는 상당한 분자량 저하없이 이러한 충전제의 동일한 분산을 달성할 수 없기 때문에, 본 발명의 특정 바람직한 실시태양에 따라 제조된 신규의 천연 고무 마스터배치 조성물을 제조할 수 없다. 이점에 있어서, 신규의 엘라스토머 복합체는 천연 고무내의 카본 블랙, 또한 구조 대 표면적 비 (DBPA:CTAB)가 1.2 미만, 심지어 1.0 미만인 천연 고무의 고분자량을 갖는 카본 블랙의 우수한 매크로-분산도를 갖고 것으로 개시된다. 과거의 공지된 혼합 기술로는 천연 고무의 상당한 분자량 저하없이 이러한 우수한 카본 블랙의 매크로-분산도를 달성하지 못하므로, 본 발명의 신규 마스터배치 조성물 및 다른 엘라스토머 복합체를 제조하지 못했다. 본 개시에 따르고, 이전에 달성되지 못한 카본 블랙의 거대 분포 수준을 갖는 바람직한 신규의 엘라스토머 마스터배치 조성물은 불량한 매크로-분산도를 갖는 이전에 공지된 마스터배치 대신 사용될 수 있다. 따라서, 본 명세서에 개시된 마스터배치는 공지된 기술에 따라 경화 화합물에 혼입될 수 있다. 이러한 신규의 경화 화합물은, 불량한 매크로-분산도의 마스터배치를 포함하는 비교할 만한 경화 화합물의 것과 일반적으로 유사한, 일부 경우 상당히 양호한 물성 및 성능 특성을 갖는 것으로 밝혀졌다. 그러나, 마스터배치는 감소된 혼합 시간, 감소된 에너지 유입량, 및(또는) 다른 비용 절감으로 본 발명에 따라 제조될 수 있다.Previously known dry chewing techniques cannot achieve the same dispersion of such fillers without significant molecular weight reduction, and therefore cannot produce novel natural rubber masterbatch compositions prepared according to certain preferred embodiments of the present invention. In this regard, the novel elastomeric composites have good macro-dispersity of carbon black in natural rubber, and also carbon black having a high molecular weight of natural rubber having a structure-to-surface area ratio (DBPA: CTAB) of less than 1.2, even less than 1.0. Is initiated. Known mixing techniques of the past do not achieve the macro-dispersity of such good carbon blacks without significant molecular weight reduction of natural rubber, and thus do not produce the novel masterbatch compositions and other elastomeric composites of the present invention. According to the present disclosure, preferred novel elastomeric masterbatch compositions with large distribution levels of carbon black that have not been achieved previously may be used in place of previously known masterbatches having poor macro-dispersity. Thus, the masterbatch disclosed herein can be incorporated into the cured compound according to known techniques. These new cured compounds have been found to have fairly good physical and performance properties in some cases, generally similar to those of comparable cured compounds comprising a masterbatch of poor macro-dispersity. However, masterbatches can be made according to the present invention with reduced mixing time, reduced energy input, and / or other cost savings.

특히, 특정 바람직한 실시태양과 관련하여, 우수한 물성 및 성능 특성을 갖는 천연 고무 라텍스 및 카본 블랙 충전제 마스터배치가 제조될 수 있다. 카본 블랙의 우수한 매크로-분산도는 카본 블랙 분산의 동일한 정도를 달성하기 위해 충분한 시간 동안 및 충분한 강도 수준에서 건식 저작에 의해 일어나는 천연 고무의 분해없이, 예외적으로 높은 표면적 및 낮은 구조의 카본 블랙을 사용하여도 달성된다. 이와 관련하여, 구조 대 표면적 비 (DBPA:CTAB)가 1.2 미만, 심지어 1.0 미만인 카본 블랙을 사용하여 높은 정도의 분산도가 달성되는 신규의 천연 고무 마스터배치 조성물이 특히 유리하다. 본 명세서에 사용된 카본 블랙 구조는 ASTM D2414에 개시된 과정에 따라, 디부틸 프탈레이트 흡착량 (DBPA) 값으로 측정될 수 있고, 이는 카본 블랙 100 그램 당 DBPA 세제곱센티미터로 표현된다. 카본 블랙 표면적은 ASTM D3765-85에 개시된 과정에 따라, 카본 블랙 그램 당 제곱미터로 표현되는 CTAB로 측정될 수 있다. 따라서, 분자량 분포 및 충전제 분산 수준과 같은 물성의 이전에 달성되지 못한 조합을 가지고(가지거나) 상당히 높은 표면적 및 낮은 구조의 카본 블랙과 같은 이전에 부적절한 충전제를 혼입한 신규의 천연 고무 마스터배치가 달성된다. 본 명세서에 개시된 방법 및 장치에 따라 제조된 천연 고무 마스터배치의 분산 특성은 잘 알려진 MWsol (중량 평균) 및 매크로-분산도의 특성을 참조하여 증명될 수 있다. 특히, 바람직한 실시태양에 따라 제조된 마스터배치의 매크로-분산 수준은 건식 저작을 사용하여 제조된 대략 동등한 MWsol의 마스터배치의 것 보다 상당히 양호하다. 매우 놀랍게는, 이들 바람직한 실시태양의 분산 특성은 카본 블랙 충전제의 형태에 거의 의존하지 않는다. 본 명세서에 개시된 방법 및 장치를 사용하여 달성할 수 있는 분산 수준에 영향을 주는 다른 인자에는 슬러리내의 카본 블랙의 농도, 슬러리로 유입된 총에너지 및 유체 스트림의 혼합 동안 유입된 에너지 등이 포함된다는 것을 알 수 있다.In particular, with regard to certain preferred embodiments, natural rubber latex and carbon black filler masterbatches with good physical and performance properties can be prepared. The excellent macro-dispersity of carbon black uses exceptionally high surface area and low structure carbon black for a sufficient time and at a sufficient strength level to achieve the same degree of carbon black dispersion, without decomposition of the natural rubber caused by dry chewing. Is also achieved. In this regard, new natural rubber masterbatch compositions are particularly advantageous in which a high degree of dispersion is achieved using carbon blacks having a structure-to-surface area ratio (DBPA: CTAB) of less than 1.2, even less than 1.0. As used herein, the carbon black structure can be measured as a dibutyl phthalate adsorption amount (DBPA) value, according to the procedure disclosed in ASTM D2414, which is expressed in DBPA cubic centimeters per 100 grams of carbon black. Carbon black surface area can be measured by CTAB expressed in square meters per gram of carbon black, according to the procedure disclosed in ASTM D3765-85. Thus, a novel natural rubber masterbatch with previously unachievable combinations of physical properties such as molecular weight distribution and filler dispersion level and / or incorporating previously improper fillers such as carbon black of significantly higher surface area and lower structure is achieved. do. Dispersion properties of natural rubber masterbatches made according to the methods and apparatus disclosed herein can be demonstrated with reference to well-known MW sol (weight average) and macro-dispersity properties. In particular, the macro-dispersion level of the masterbatch prepared according to the preferred embodiment is significantly better than that of the masterbatch of approximately equivalent MW sol prepared using dry chewing. Very surprisingly, the dispersion properties of these preferred embodiments depend very little on the form of the carbon black filler. Other factors affecting the level of dispersion that can be achieved using the methods and apparatus disclosed herein include the concentration of carbon black in the slurry, the total energy introduced into the slurry, the energy introduced during mixing of the fluid stream, and the like. Able to know.

본 명세서에 개시된 천연 고무 마스터배치내의 카본 블랙의 매크로-분산 특성은 이전에 공지된 대략 동등한 MWsol (중량 평균)의 마스터배치의 것 보다 상당히 양호하다. 일부 바람직한 신규의 엘라스토머 복합체의 실시태양에서는, 우수한 카본 블랙 분포는 이전에는 달성되지 못한 조건인, 필드 라텍스 상태 (예를 들어, 대략 1,000,000)에서의 천연 고무의 대략적인 MWsol으로 달성된다. 분산 특성 이점은 낮은 구조 및 높은 표면적, 예를 들어 110cc/100 g 미만의 DBPA, 45 내지 65 ㎡/g의 CTAB 및 1.2 미만, 바람직하게는 1.0 미만의 DBPA:CTAB 비를 갖는 카본 블랙을 사용하는 전술한 바람직한 실시태양에서 특히 중요하다.The macro-dispersion properties of the carbon black in the natural rubber masterbatch disclosed herein are significantly better than those of the masterbatch of approximately equivalent MW sol (weight average) previously known. In some preferred embodiments of the novel elastomeric composites, good carbon black distribution is achieved with approximate MW sol of natural rubber in the field latex state (eg, approximately 1,000,000), a condition not previously achieved. Dispersion property advantages are achieved by using carbon black with low structure and high surface area, for example DBPA less than 110 cc / 100 g, CTAB between 45 and 65 m 2 / g and DBPA: CTAB ratio less than 1.2, preferably less than 1.0 Of particular importance in the preferred embodiments described above.

시험 과정Examination process

하기 시험 과정을 하기 실시예 및 비교예에 사용하였다.The following test procedure was used in the following examples and comparative examples.

1. 결합 고무: 0.5 g ± 0.025 g의 시료를 칭량하고 밀봉된 플라스크 중의 톨루엔 100 ㎖에 넣고, 주위 온도에서 약 24시간 동안 저장하였다. 이어서, 톨루엔을 새로운 톨루엔 100 ㎖로 대체하고 플라스크를 4일 동안 저장하였다. 이어서, 시료를 용매로부터 제거하여 주위 온도에서 24시간 동안 후드하에 공기 건조시켰다. 이어서, 시료를 주위 온도에서 24시간 동안 진공 오븐에서 더 건조시켰다. 이어서, 시료를 칭량하고 결합 고무를 중량 손실 데이터로부터 계산하였다.1. Binding rubber: 0.5 g ± 0.025 g of sample was weighed and placed in 100 ml of toluene in a sealed flask and stored at ambient temperature for about 24 hours. The toluene was then replaced with 100 ml of fresh toluene and the flask was stored for 4 days. The sample was then removed from the solvent and air dried under hood for 24 hours at ambient temperature. The sample was then further dried in a vacuum oven at ambient temperature for 24 hours. The sample was then weighed and the binding rubber calculated from the weight loss data.

2. MWsol: 본 개시 및 청구범위에 사용된 MWsol은 천연 고무의 졸 부분의 중량 평균 분자량을 의미한다. 분자량 측정을 위한 표준 GPC 기술을 하기에 따라 행하였다.2. MW sol: This disclosure and the MW sol used in the claims refers to the weight average molecular weight of the sol portion of the natural rubber. Standard GPC techniques for molecular weight measurements were performed as follows.

2.1 2개의 10 ㎛ 106 Å의 칼럼, 10 ㎛ 500 Å의 칼럼 및 10 ㎛ 혼합상 칼럼(Polymer Laboratories, 영국)2.1 Two 10 μm 10 6 μs columns, 10 μm 500 μs columns and 10 μm mixed phase columns (Polymer Laboratories, UK)

2.2 215 ㎚에서 UV 검출2.2 UV detection at 215 nm

2.3 용매: 테트라히드로푸란 (THF)2.3 Solvent: Tetrahydrofuran (THF)

2.4 농도, THF 중의 공칭 2 ㎎/㎖2.4 concentration, nominal 2 mg / ml in THF

2.5. 시료를 BHT로 안정된 THF 중에 용해시켜 3일 동안 방치하였다.2.5. Samples were dissolved in THF stabilized with BHT and left for 3 days.

2.6 용액을 원심분리하여 임의의 겔을 분리하고, 상청액을 칼럼에 주입하였다.The 2.6 solution was centrifuged to separate any gel and the supernatant was injected into the column.

2.7 시료 제조 2.7 Sample Preparation

분자량 분포의 정확한 측정을 위한 양호한 검출기 반응을 제공하기 위해 0.5 내지 0.05 중량% 범위의 졸 농도를 생성하도록 시료를 제조하였다. 충전제 부하에 따라, 시료 중량을 식: Samples were prepared to produce sol concentrations ranging from 0.5 to 0.05 weight percent to provide good detector response for accurate measurement of molecular weight distribution. Depending on the filler load, the sample weight is given by:

시료 중량 = (100 + 충전제 부하 (phr))*20/100 ㎎ ± 2 ㎎Sample weight = (100 + filler load (phr) * 20/100 mg ± 2 mg

에 따라 조정하였다. 시료를 UV 보호 바이알에 놓고, 부틸레이트화 히드록실톨루엔 (BHT) 0.02 %를 함유하는 안정화된 테트라히드로푸란 (THF) 4 ㎖ 중에 3일 동안 용해시켰다. 용해 단계의 거의 졸 부분을 함유하는 상청액을 테플론 원심분리관에 옮기고, 60분 동안 26,000 회전수/분 (57,500 g의 최대 자장 세기에 상응함)으로 아반티 (Avanti) 30 (Beckman) 원심분리기에서 원심분리하였다. 이 자장 세기에서, 다수의 겔 상은 겔이 없는 상청액을 침전시켰다. 이 겔이 없는 용액을 안정화된 THF를 사용하여 다시 1:5로 희석시켰다. 이 순간에, 시료를 GPC 바이알에 옮기고, GPC 시험을 위해 준비된 워터스 717 오토 샘플러 (Waters 717 Auto-Sampler, Water Corporation, 미국 메사추세츠주 밀포드 주재)에 놓았다.Adjusted accordingly. Samples were placed in UV protected vials and dissolved for 3 days in 4 ml of stabilized tetrahydrofuran (THF) containing 0.02% butylated hydroxyltoluene (BHT). The supernatant containing the nearly sol portion of the dissolution step was transferred to a Teflon centrifuge tube and centrifuged in an Avanti 30 (Beckman) centrifuge for 60 minutes at 26,000 revolutions / minute (corresponding to a maximum magnetic field strength of 57,500 g). Separated. At this magnetic field strength, many gel phases precipitated gel-free supernatants. This gel-free solution was diluted 1: 5 again with stabilized THF. At this moment, the samples were transferred to GPC vials and placed in Waters 717 Auto-Sampler, Water Corporation, Milford, Massachusetts, prepared for GPC testing.

분자량 측정Molecular Weight Measurement

이어서, 졸 부분의 중량 평균 분자량 MWsol을 측정하였다. 밀레늄 (Millenium) 소프트웨어 (Waters Corporation, 미국 메사추세츠주 밀포드 주재)를 사용하여 기준선을 15 및 35분의 시간 증가내 밸리 투 밸리 (valley-to-valley) 방식을 사용하여 정의하였다. 이 시간 증가는 0.75 ㎖/분에 조정된 이동상 유량을 갖는 상기 2.1에 기재된 칼럼 세트에 적절하였다. 합리적인 기준선이 일단 정해지면, 분포를 측정할 수 있다. 용리 시간을 분자량으로 전환시켰다. 시판용 표준물 (EasiCal: Polymer Laboratories, 영국 주재)로 제조된, 매우 좁은 분포의 일련의 분자량을 함유하는 폴리스티렌 용액을 제조하였다. 폴리스티렌 분자량의 폴리이소프렌 분자량 등가로의 전환은 베노이트(Benoit) 및 그의 동료들의 통상의 검정 방법을 기준으로 하였다. 유체역학적 반경은 고유 점도 x 분자량의 결과에 비례하였다. 폴리스티렌 분자량의 폴리이소프렌 분자량 등가로의 전환 후, 검정 곡선은 절대 분자량 대 용리 시간으로 관계한다. 표준은 시료와 동일한 조건하에 행하였고, 표준은 표준 데이터에 대한 최량 적합을 기준으로 제공된 용리 시간에 대한 적절한 분자량을 할당하도록 적분된다. 일단 시간 기준 분포를 적절하게 분자량으로 전환시키면, 적절한 분자량 평균은 워터tm 밀레늄 소프트웨어에 의해 계산하였다.Next, the weight average molecular weight MW sol of the sol portion was measured. Baseline was defined using the Valley-to-valley method in 15 and 35 minute time increments using Millennium software (Waters Corporation, Milford, Mass.). This time increase was appropriate for the column set described in 2.1 above with the mobile phase flow rate adjusted to 0.75 ml / min. Once a reasonable baseline is established, the distribution can be measured. Elution time was converted to molecular weight. A polystyrene solution containing a series of molecular weights in a very narrow distribution, prepared from commercial standards (EasiCal: Polymer Laboratories, UK), was prepared. The conversion of polystyrene molecular weight to polyisoprene molecular weight equivalent was based on the conventional assay method of Benoit and colleagues. The hydrodynamic radius was proportional to the result of intrinsic viscosity x molecular weight. After conversion of polystyrene molecular weight to polyisoprene molecular weight equivalent, the assay curve relates to absolute molecular weight versus elution time. Standards were run under the same conditions as the samples and the standards were integrated to assign the appropriate molecular weights for the elution times provided based on the best fit to the standard data. Once the time-based distribution was properly converted to molecular weight, the appropriate molecular weight average was calculated by Watertm Millennium Software.

3. 무니(Mooney) 점도: 표준 과정은 ML(1+4)@100 ℃에 따름.3. Mooney Viscosity: Standard procedure according to ML (1 + 4) @ 100 ° C.

4. 시험 시료 경화 조건: 시험 조각을 하기 지시된 시간 동안 150 ℃에서 경화시켰다.4. Test Sample Curing Conditions: The test pieces were cured at 150 ° C. for the time indicated below.

4.1 인장 시트: 20분4.1 Tension Sheet: 20 minutes

4.2 복원성: 23분4.2 Stability: 23 minutes

4.3 경도: 23분4.3 Longitude: 23 minutes

4.4 열 축적: 25분4.4 Heat accumulation: 25 minutes

5. 분산도: 캐보트 분산 챠트 (Cabot Dispersion Chart) 방법을 50배 광학 현미경 사진의 평가와 함께 사용하였다 (ASTM D2663 방법).5. Dispersion: The Cabot Dispersion Chart method was used with the evaluation of 50x optical micrographs (ASTM D2663 method).

6. 응력-변형: BS903: A2 및 ISO 37에 따라 시험함.6. Stress-strain: Tested according to BS903: A2 and ISO 37.

7. 경도: ISO 48 (1994) (온도 23 ℃)에 따라 시험함.7. Hardness: Tested according to ISO 48 (1994) (temperature 23 ° C).

8. 복원성: BS903: A8 (1990), 방법 A (온도 23 ℃, 8 ㎜ 성형된 디스크 시험 조각)에 따라 시험함.8. Stability: Tested according to BS903: A8 (1990), Method A (temperature 23 ° C., 8 mm molded disc test piece).

9. 열 축적: ASTM D623, 방법 A에 따라 시험함.9. Heat accumulation: tested according to ASTM D623, Method A.

9.1 출발 온도: 23 ℃9.1 Start temperature: 23 ° C

9.2 정지 부하: 10.89 ㎏(24 lbs)9.2 Static load: 10.89 kg (24 lbs)

9.3 스트로크: 0.57 cm(0.225 인치)9.3 stroke: 0.57 cm (0.225 in)

9.4 주파수: 30 Hz9.4 Frequency: 30 Hz

9.5 30분 동안 수행함.9.5 30 minutes run.

10. Tan δ: 레오메트릭스(등록상표 Rheometrics) 모델 RDS II에서 측정하였다. 기록된 값은 변형 스위프로부터 최대치이다. 0 ℃, 30 ℃ 및 60 ℃, 1 Hz 및 0.1 % 내지 60 %의 변형에서 변형 스위프.10. Tan δ: Measured on Rheometrics Model RDS II. The value recorded is the maximum from the strain sweep. Strain sweep at 0 ° C., 30 ° C. and 60 ° C., 1 Hz and 0.1% to 60% strain.

11. 크랙 성장 저항성: ASTM D3629-94에 따라 측정한다.11. Crack Growth Resistance: Measured according to ASTM D3629-94.

실시예 AExample A

엘라스토머 마스터배치를 본 발명에 따라 제조하였다. 특히, 공업용 등급 N234 (Cabot Corporation)의 카본 블랙으로 구성된 충전제 52.5 phr와 함께 표준 천연 고무 필드 라텍스 (Malaysia)를 포함하는 엘라스토머 마스터배치를 제조하였다. 천연 고무 필드 라텍스의 특성을 하기 표 1에 제공하였다.Elastomer masterbatches were prepared according to the present invention. In particular, an elastomeric masterbatch comprising standard natural rubber field latex (Malaysia) was prepared with 52.5 phr of filler consisting of carbon black of industrial grade N234 (Cabot Corporation). The properties of the natural rubber field latex are provided in Table 1 below.

[표 1]TABLE 1

천연 고무 라텍스 특성Natural rubber latex properties

전체 화합물 조성을 하기 표 2에 개시하였고, 경화 동안 전환에 대한 우수한 내성을 갖는 것으로 공지된 상업용 트럭 타이어 트레드이다.The overall compound composition is shown in Table 2 below, and is a commercial truck tire tread known to have good resistance to conversion during curing.

[표 2]TABLE 2

마스터배치 조성Masterbatch Composition

엘라스토머 마스터배치 생산 장치는 도 1 및 7을 참조하여 전술한 장치와 실질적으로 동일하였다. 슬러리 노즐 팁 (도 7의 참조 부호 167 참조)은 축방향 길이가 0.508 ㎝(0.2 인치)인 부분이 있는 직경 0.099 ㎝(0.039 인치)이었다. 응고 지대는 직경 0.478 ㎝(0.188 인치)이었고, 혼합 지대 및 그의 방출 말단 사이의 일정한 직경의 축방향 길이는 2.50 ㎝(0.985인치)이었다. 마스터배치의 제조는 하기에 더 상세히 기재된다.The elastomer masterbatch production apparatus was substantially the same as the apparatus described above with reference to FIGS. 1 and 7. The slurry nozzle tip (see 167 in FIG. 7) was 0.099 cm (0.039 inches) in diameter with a portion having an axial length of 0.508 cm (0.2 inches). The coagulation zone was 0.478 cm (0.188 inch) in diameter and the constant axial length of the constant diameter between the mixing zone and its discharge end was 2.50 cm (0.985 inch). The preparation of the masterbatch is described in more detail below.

1. 카본 블랙 슬러리 제조 1. Carbon Black Slurry Manufacturing

카본 블랙의 백을 교반기가 장착된 카본 블랙 슬러리 탱크에서 탈이온수와 혼합하였다. 교반기는 펠렛을 파편으로 파열시켰고, 카본 블랙 12.5 중량%를 갖는 조 슬러리가 형성되었다. 작동 동안, 이 슬러리를 공기 격판 펌프에 의해 초기 분산 동안 콜로이드 밀로 연속적으로 펌핑하였다. 이어서, 슬러리를 가공 공동 펌프에 의해 균질화기, 구체적으로 모델 M3 균질화기 (APV Gaulin, Inc.)로 공급하였다. 균질화기로 미세하게 분쇄된 슬러리를 제조하였다. 균질화기에서 혼합 지대로의 슬러리 유량은 균질화기 속도에 의해 조정되고, 균질화기는 고압 정변위 펌프로 작용하였다. 슬러리 유량은 마이크로모션 (등록상표 Micromotion) 질량 유동계로 모니터링하였다. 카본 블랙 슬러리를 50 내지 100 psig 범위의 압력에서 균질화기에 공급하였고, 균질화 압력은 4000 psig에 조정하여 슬러리가 1.86 내지 2.00 ㎏/분(4.1 내지 4.4 lb/분)의 유량 및 약 39.62 m/초(약 130 ft/초)의 속도에서 혼합 지대로 제트로서 도입되게 하였다.The bag of carbon black was mixed with deionized water in a carbon black slurry tank equipped with a stirrer. The stirrer ruptured the pellets into debris and formed a crude slurry with 12.5% by weight carbon black. During operation, this slurry was continuously pumped into a colloid mill during initial dispersion by an air diaphragm pump. The slurry was then fed to a homogenizer, specifically a model M3 homogenizer (APV Gaulin, Inc.) by a process cavity pump. The finely ground slurry was prepared by a homogenizer. The slurry flow rate from the homogenizer to the mixing zone was adjusted by the homogenizer speed, and the homogenizer acted as a high pressure positive displacement pump. Slurry flow rates were monitored with a Micromotion® mass flow meter. The carbon black slurry was fed to the homogenizer at a pressure in the range of 50 to 100 psig, and the homogenization pressure was adjusted to 4000 psig so that the slurry had a flow rate of 1.86 to 2.00 kg / min (4.1 to 4.4 lb / min) and about 39.62 m / sec ( At a speed of about 130 ft / sec) as a jet into the mixing zone.

2. 라텍스 전달 2. Latex Delivery

라텍스를 378.54 ℓ(100 갈론)의 가압된 공급 탱크에 충전하였다. 산화방지제 유제를 하중 전에 라텍스에 첨가하였다. 트리스 노닐 페닐 포스파이트 (TNPP) 0.3 phr 및 산토플렉스 (등록상표 Santoflex) 134 (알킬-아릴 p-페닐렌 디아민 혼합물) 0.4 phr로 구성된 산화방지제를 첨가하였다. 각각의 산화방지제를 유체의 pH를 약 10으로 조정하기 위한 수산화칼륨과 함께 산화방지제 100 부 당 올레산칼륨 3 부를 사용하여 15 중량% 유제로서 제조하였다. 또한, 증량제 오일 3 phr를 첨가하였다. 공기압 (51 psig)를 사용하여 라텍스를 공급 탱크에서 응고 반응조의 혼합 지대로 이동시켰다. 라텍스 유량은 3.2 내지 3.4 lbs/분 및 약 3.8 ft/초이었고, 자동적으로 마이크로모션(등록상표) 질량 유동계 및 고무관 핀치 밸브로 칭량되고, 조절되었다. 라텍스 공급율 대 카본 블랙 슬러리 공급율의 적절한 비율을 유지함으로써, 목적하는 카본 블랙 부하량 52.5 phr을 얻었다.Latex was charged to 378.54 liters (100 gallons) of pressurized feed tank. Antioxidant emulsion was added to the latex prior to loading. An antioxidant consisting of 0.3 phr of trisnonyl phenyl phosphite (TNPP) and 0.4 phr of Santoflex® 134 (alkyl-aryl p-phenylene diamine mixture) was added. Each antioxidant was prepared as a 15 wt% emulsion using 3 parts of potassium oleate per 100 parts of antioxidant with potassium hydroxide to adjust the pH of the fluid to about 10. 3 phr of extender oil was also added. Air pressure (51 psig) was used to transfer the latex from the feed tank to the mixing zone of the coagulation reactor. Latex flow rates ranged from 3.2 to 3.4 lbs / min and about 3.8 ft / sec and were automatically weighed and adjusted with a micromotion® mass flow meter and rubber tube pinch valve. By maintaining an appropriate ratio of latex feed rate to carbon black slurry feed rate, the desired carbon black loading of 52.5 phr was obtained.

3. 카본 블랙 및 라텍스 혼합 3. Carbon black and latex mixed

라텍스를 카본 블랙 슬러리에 인트레인하여 카본 블랙 슬러리 및 라텍스를 혼합하였다. 인트레인 동안, 카본 블랙을 라텍스 중으로 친밀하게 혼합하고 혼합물을 응고시켰다. 연질의 습윤 스폰지 "워엄(worm)"을 응고 반응조로부터 배출시켰다.Latex was intrained into the carbon black slurry to mix the carbon black slurry and latex. During intrain, the carbon black was intimately mixed into the latex and the mixture solidified. A soft wet sponge "worm" was discharged from the coagulation reactor.

4. 탈수 4. Dehydration

응고 반응조로부터 방출된 습윤 크럼은 물 약 79 %이었다. 습윤 크럼은 탈수 압출기 (The French Oil Mill Machinery Company, 직경 8.89 ㎝(3.5 인치))으로 수분 약 5 내지 10 %로 탈수시켰다. 압출기에서, 습윤 크럼을 압착시키고 물을 크럼으로부터 압출기의 구멍 뚫린 통을 통하여 제거하였다.The wet crumb released from the coagulation reactor was about 79% water. The wet crumb was dewatered with a dehydration extruder (The French Oil Mill Machinery Company, 3.5 inches) at about 5-10% moisture. In the extruder, the wet crumb was compressed and water was removed from the crumb through the perforated barrel of the extruder.

5. 건조 및 냉각 5. Drying and Cooling

탈수된 크럼을 제2 압출기로 적하하고, 여기서 다시 압착시키고 가열하였다. 압출기의 다이 플레이트를 통하여 크럼을 배제할 때 물을 흘려보냈다. 생성물 방출 온도는 약 148.89 ℃(약 300 ℉)이었고, 수분 함량은 약 0.5 내지 1 중량%이었다. 고온의 건식 크럼을 강제된 공기 진동 컨베이어에 의해 약 37.78 ℃(약 100 ℉)로 신속하게 냉각시켰다 (약 20초). 생성된 건식 크럼은 고무 고상물 약 66 중량% 및 카본 블랙 약 33 중량%이었다.The dewatered crumb was dropped into a second extruder where it was again compacted and heated. Water was flowed through the die plate of the extruder when crumb was removed. The product release temperature was about 148.89 ° C. (about 300 ° F.) and the moisture content was about 0.5 to 1 weight percent. The hot dry crumb was quickly cooled to about 37.78 ° C. (about 100 ° F.) by a forced air vibration conveyor (about 20 seconds). The resulting dry crumb was about 66 wt% rubber solids and about 33 wt% carbon black.

실시예 BExample B

대조 마스터배치를 건식 저작으로 제조하였다. 대조는, 천연 고무가 라텍스 보다는 SMR 10인 것을 제외하고 실시예 A (상기 표 2 참조)와 동일한 조성을 사용하였다. 이것은 카본 블랙 10 phr을 사용하여 50 rpm에서 OOC 반부리 (Banbury) 혼합기 (약 3 ㎏)에서 고무의 예비 저작에 의해 제조하였다. 예비 저작은 약 3분 동안 총 800 MJ/㎥까지 수행하였다.Control masterbatches were prepared by dry chewing. The control used the same composition as Example A (see Table 2 above) except that the natural rubber was SMR 10 rather than latex. This was prepared by preliminary mastication of the rubber in an OOC Banbury mixer (about 3 kg) at 50 rpm using 10 phr of carbon black. Preliminary chewing was performed for up to 800 MJ / m 3 for about 3 minutes.

실시예 A 및 B의 비교Comparison of Examples A and B

실시예 A의 마스터배치 및 실시예 B의 대조 마스터배치를 OOC 반부리 혼합기 (약 3 ㎏)에서 2단계의 혼합 작동으로 혼합하였다. 하기 표 3에 제1 단계에 대한 혼합 계획을 개시하였다. 실시예 A의 마스터배치는 변형된 혼합 계획을 따르는 것으로 보일 수 있다.The masterbatch of Example A and the control masterbatch of Example B were mixed in a two stage mixing operation in an OOC half-bake mixer (about 3 kg). Table 3 below discloses the mixing scheme for the first step. The masterbatch of Example A may appear to follow a modified mixing scheme.

[표 3]TABLE 3

1 단계 혼합 계획One step blending plan

제2 단계에서, 하기 표 4에 목록된 경화물을 추가의 혼합 사이클 500 MJ/㎥로 첨가하였다.In the second step, the cured product listed in Table 4 below was added with an additional mixing cycle of 500 MJ / m 3.

[표 4]TABLE 4

최종 단계의 경화물 첨가 Addition of hardened material at the final stage

따라서, 실시예 A의 마스터배치의 혼합을 위한 반부리 혼합 에너지는 실시예 B의 대조 재료의 예비 저작 및 혼합에 필요한 반부리 혼합 에너지의 약 53 %이었다. 감소된 에너지 유입량에도 불구하고, 실시예 A의 재료는 매우 양호한 매크로-분산도를 갖는 것으로 밝혀졌고, 그의 졸 부분의 분자량 (중량 평균) MWsol은 대조의 것 보다 상당히 높았다. 이들 데이터는 하기 표 5에 요약하였다.Thus, the half-bump mixing energy for mixing the masterbatch of Example A was about 53% of the half-bump mixing energy required for pre-chewing and mixing of the control material of Example B. Despite the reduced energy input, the material of Example A was found to have a very good macro-dispersity and the molecular weight (weight average) MW sol of its sol portion was significantly higher than that of the control. These data are summarized in Table 5 below.

[표 5]TABLE 5

혼합 및 경화 데이터Blending and Curing Data

경화된 (비노화된) 실시예 A 및 대조 재료에 대한 추가의 시험 결과는 하기 표 6에 개시하였다.Additional test results for cured (unaged) Example A and control materials are set forth in Table 6 below.

[표 6]TABLE 6

추가의 시험 데이터Additional test data

실시예 CExample C

엘라스토머 마스터배치를 본 발명에 따라 제조하였다. 특히, 공업용 등급 레갈 (등록상표 Regal) 660 (Cabot Corporation)의 카본 블랙으로 구성된 충전제 55 phr와 함께 표준 천연 고무 필드 라텍스 (Malaysia)를 포함하는 엘라스토머 마스터배치를 제조하였다. 화합물 조성 (최소의 통상의 라텍스 첨가제를 제외함)을 하기 표 7에 개시하였다.Elastomer masterbatches were prepared according to the present invention. In particular, an elastomeric masterbatch comprising standard natural rubber field latex (Malaysia) was prepared with 55 phr of filler consisting of carbon black from Industrial Grade Regal 660 (Cabot Corporation). Compound compositions (except the least common latex additives) are set forth in Table 7 below.

[표 7]TABLE 7

마스터배치 조성Masterbatch Composition

엘라스토머 마스터배치 생산 장치는 도 1, 3 및 7를 참조하여 전술한 장치와 실질적으로 동일하였다. 슬러리 노즐 팁 (도 7의 참조 부호 167 참조)은 축길이가 0.508 ㎝(0.2 인치)인 부분이 있는 직경 0.064 ㎝(0.025 인치)이었다. 응고 지대 (도 3의 참조 부호 3 참조)에는 직경 0.477 ㎝(0.188 인치) 및 축방향 길이 약 2.502 ㎝(약 0.985인치) (혼합 헤드내의 부분 및 여기에 밀봉된 확장기내의 부분임)의 제1 부분, 직경 0.675 ㎝(0.266 인치) 및 축방향 길이 4.064 ㎝(1.6 인치)의 제2 부분, 직경 0.955 ㎝(0.376 인치) 및 축방향 길이 5.730 ㎝(2.256 인치)의 제3 부분 및 직경 1.351 ㎝(0.532 인치) 및 축방향 길이 8.103 ㎝(3.190 인치)의 제4 부분이 포함되었다. 또한, 전술한 부분 사이의 축방향으로 짧은 상호연결 부위가 있다. 마스터배치의 제조는 하기에 더 상세히 기재된다.The elastomer masterbatch production apparatus was substantially the same as the apparatus described above with reference to FIGS. 1, 3 and 7. The slurry nozzle tip (see 167 in FIG. 7) was 0.064 cm (0.025 inch) in diameter with a portion having an axial length of 0.508 cm (0.2 inch). The solidification zone (see reference numeral 3 in FIG. 3) has a first diameter of 0.477 cm (0.188 inch) and an axial length of about 2.502 cm (about 0.985 inch), which is part of the mixing head and part of the expander sealed thereto. Portion, a second portion of 0.666 cm (0.675 cm) in diameter and 1.6 inches (4.064 cm) in axial length, a third portion of 0.376 inch (0.955 cm) in diameter and 2.256 inches (5.730 cm) in axial length, and 1.351 cm (diameter) 0.532 inch) and an axial length of 8.103 cm (3.190 inch) of a fourth portion. In addition, there are axially short interconnections between the aforementioned parts. The preparation of the masterbatch is described in more detail below.

1. 카본 블랙 슬러리 제조:1.Manufacture of carbon black slurry :

카본 블랙의 백을 교반기가 장착된 카본 블랙 슬러리 탱크에서 탈이온수와 혼합하였다. 교반기는 펠렛을 파편으로 깨뜨리고, 카본 블랙 14.9 중량%를 갖는 조 슬러리가 형성되었다. 조 슬러리를 파이프라인 분쇄기를 사용하여 재순환시켰다. 작동 동안, 이 슬러리를 공기 격판 펌프에 의해 초기 분산 동안 콜로이드 밀로 연속적으로 펌핑하였다. 이어서, 슬러리를 가공 공동 펌프에 의해 가압화 및 전단용 균질화기, 특히 미소유동화기 모델 M210 (Microfluidics International Corporation)로 공급하여 미세하게 분쇄된 슬러리를 제조하였다. 미소유동화기에서 혼합 지대로의 슬러리 유량은 미소유동화기 속도에 의해 조정하고, 미소유동화기는 고압 정변위 펌프로 작용하였다. 슬러리 유량은 마이크로모션 (등록상표) 질량 유동계로 모니터링하였다. 카본 블랙 슬러리를 약 130 psig 범위의 압력에서 미소유동화기에 공급하였고, 유출압은 450 psig 유출압에 조정된 축압기에 대해 3000 psig에 조정하여 슬러리가 1.77 ㎏/분(3.9 lb/분)의 유량 및 약 91.44 m/초(약 300 ft/초)의 속도에서 혼합 지대로 제트로서 도입되게 하였다.The bag of carbon black was mixed with deionized water in a carbon black slurry tank equipped with a stirrer. The stirrer broke the pellets into pieces and a crude slurry with 14.9 wt% carbon black was formed. The crude slurry was recycled using a pipeline mill. During operation, this slurry was continuously pumped into a colloid mill during initial dispersion by an air diaphragm pump. The slurry was then fed by a process cavity pump to a homogenizer for pressurization and shear, in particular a microfluidizer model M210 (Microfluidics International Corporation) to produce a finely ground slurry. The flow rate of slurry from the microfluidizer to the mixing zone was controlled by the microfluidizer speed, and the microfluidizer acted as a high pressure positive displacement pump. Slurry flow rates were monitored with a MicroMotion® mass flow meter. The carbon black slurry was fed to the microfluidizer at a pressure in the range of about 130 psig, and the outlet pressure was adjusted to 3000 psig for the accumulator adjusted to 450 psig outlet pressure so that the slurry had a flow rate of 1.77 kg / min (3.9 lb / min). And a jet into the mixing zone at a speed of about 91.44 m / sec (about 300 ft / sec).

2. 라텍스 전달 2. Latex Delivery

라텍스를 탱크, 구체적으로 208.2 ℓ(55 갈론)의 공급 탱크에 충전시켰다. 산화방지제 유제를 충전 전에 라텍스에 첨가하였다. 트리스 노닐 페닐 포스파이트 (TNPP) 0.3 phr 및 산토플렉스 (등록상표) 134 (알킬-아릴 p-페닐렌 디아민 혼합물) 0.4 phr로 구성된 산화방지제를 첨가하였다. 각각의 산화방지제를 유체의 pH를 약 10으로 조정하기 위한 수산화칼륨과 함께 산화방지제 100 부 당 올레산칼륨 4 부를 사용하여 40 중량% 유제로서 제조하였다. 연동 펌프를 사용하여 라텍스를 공급 탱크에서 응고 반응조의 혼합 지대로 이동시켰다. 라텍스 유량은 1.45 내지 1.54 ㎏/분(3.2 내지 3.3 lbs/분) 및 약 1.19 m/초(약 3.9 ft/초)이었고, 엔드레스+하우서 (Endress+Hauser, 미국 인디아나주 그린우드 소재)로 계량하였다. 라텍스 공급율 대 카본 블랙 슬러리 공급율의 적절한 비율을 유지함으로써, 목적하는 카본 블랙 부하량 55 phr을 얻었다.Latex was charged to a tank, specifically a feed tank of 208.2 liters (55 gallons). Antioxidant emulsion was added to the latex prior to filling. An antioxidant consisting of 0.3 phr of trisnonyl phenyl phosphite (TNPP) and 0.4 phr of Santoplex® 134 (alkyl-aryl p-phenylene diamine mixture) was added. Each antioxidant was prepared as a 40 wt% emulsion using 4 parts of potassium oleate per 100 parts of antioxidant with potassium hydroxide to adjust the pH of the fluid to about 10. Peristaltic pumps were used to transfer the latex from the feed tank to the mixing zone of the coagulation reactor. Latex flow rates were 1.45 to 1.54 kg / min (3.2 to 3.3 lbs / min) and about 1.19 m / sec (about 3.9 ft / sec), metered by Endress + Hauser, Greenwood, Indiana It was. By maintaining an appropriate ratio of latex feed rate to carbon black slurry feed rate, the desired carbon black loading 55 phr was obtained.

3. 카본 블랙 및 라텍스 혼합 3. Carbon black and latex mixed

라텍스를 카본 블랙 슬러리에 인트레인시켜 카본 블랙 슬러리 및 라텍스를 혼합하였다. 인트레인 동안, 카본 블랙을 라텍스 중으로 친밀하게 혼합하고 혼합물을 응고시켰다. 연질의 습윤 스폰지 "위엄"을 응고 반응조로부터 배출시켰다.Latex was intrained into the carbon black slurry to mix the carbon black slurry and latex. During intrain, the carbon black was intimately mixed into the latex and the mixture solidified. A soft wet sponge "dignity" was discharged from the coagulation reactor.

4. 탈수 4. Dehydration

응고 반응조로부터 방출된 습윤 크럼은 물 약 78 %이었다. 습윤 크럼은 탈수 압출기 (The French Oil Mill Machinery Company, 직경 8.89 ㎝(3.5 인치))으로 수분 약 12 내지 13 %로 탈수시켰다. 압출기에서, 습윤 크럼을 압착시키고 물을 크럼으로부터 압출기의 구멍 뚫린 통을 통하여 제거하였다.The wet crumb released from the coagulation reactor was about 78% of water. The wet crumb was dewatered with a dehydration extruder (3.5 inches), The French Oil Mill Machinery Company, about 12-13% moisture. In the extruder, the wet crumb was compressed and water was removed from the crumb through the perforated barrel of the extruder.

5. 건조 및 냉각 5. Drying and Cooling

탈수된 크럼을 제2 압출기로 적하하고, 여기서 다시 압착시키고 가열하였다. 물을 압출기의 다이 플레이트를 통하여 크럼을 배제할 때 물을 흘려보냈다. 생성물 방출 온도는 약 137.78 ℃ 내지 187.78 ℃(약 280 ℉ 내지 370 ℉)이었고, 수분 함량은 약 0.3 내지 4 중량%이었다. 고온의 건식 크럼을 강제된 공기 진동 컨베이어에 의해 약 37.78 ℃(약 100 ℉)로 신속하게 냉각시켰다 (약 20초).The dewatered crumb was dropped into a second extruder where it was again compacted and heated. Water flowed through the die plate of the extruder when crumb was removed. The product release temperature was about 137.78 ° C. to 187.78 ° C. (about 280 ° F. to 370 ° F.) and the moisture content was about 0.3 to 4 wt%. The hot dry crumb was quickly cooled to about 37.78 ° C. (about 100 ° F.) by a forced air vibration conveyor (about 20 seconds).

실시예 D 및 FExamples D and F

2개의 건식 혼합 대조 마스터배치를 건식 저작으로 제조하였다. 대조는, 실시예 D에서 천연 고무가 라텍스 보다는 RSS1 NR인 것을 제외하고 실시예 C (상기 표 7 참조)와 동일한 조성을 사용하였다. 실시예 E에서 고무는 SMR 10 NR이었다. 각각을 BR 반부리 혼합기에서 고무를 예비 저작하여 제조하였다. 실시예 D의 고무를 10분 동안 118 rpm에서 저작하였다. 실시예 E의 고무를 4분 동안 77 rpm에서 저작하였다.Two dry mixed control masterbatches were prepared by dry chewing. For control, the same composition as Example C (see Table 7 above) was used except that the natural rubber in Example D was RSS1 NR rather than latex. In Example E the rubber was SMR 10 NR. Each was prepared by premasticating the rubber in a BR half-blow mixer. The rubber of Example D was masticated at 118 rpm for 10 minutes. The rubber of Example E was masticated at 77 rpm for 4 minutes.

실시예 C, D 및 E의 비교Comparison of Examples C, D and E

실시예 C의 마스터배치 및 실시예 D 및 E의 2개의 대조 마스터배치를 BR 반부리 혼합기에서 혼합하였다. 하기 표 8에 혼합 계획을 개시하였다.The masterbatch of Example C and two control masterbatches of Examples D and E were mixed in a BR half-bowl mixer. The mixing scheme is disclosed in Table 8 below.

[표 8]TABLE 8

혼합 계획Mixed planning

혼합 조성을 하기 표 9에 제공하였다.Mixed compositions are provided in Table 9 below.

[표 9]TABLE 9

II 단계 경화물 첨가Step II Add Cured Product

모든 3개의 화합물은 최소 재연화율로 양호한 거동의 경화를 나타냈다. 감소된 에너지 유입량에도 불구하고, 실시예 C의 재료는 매우 양호한 매크로-분산도를 갖는 것으로 밝혀졌고, 그의 졸 부분의 분자량 (중량 평균) MWsol은 대조물 보다 상당히 높았다. 이들 데이터는 하기 표 10에 요약하였다.All three compounds showed good behavior cure with minimal resoftening rate. Despite the reduced energy input, the material of Example C was found to have a very good macro-dispersity and the molecular weight (weight average) MW sol of its sol portion was significantly higher than the control. These data are summarized in Table 10 below.

[표 10]TABLE 10

마스터배치 및 화합물 특성Masterbatch and Compound Properties

추가의 실시예 및 비교Additional Examples and Comparisons

본 발명에 따른 매우 바람직한 엘라스토머 복합체는 상기 개시된 방법 및 장치에 따라 제조하였다. 특히, 동일하거나 유사한 출발물로 형성된 공지된 조성물에서 이전에 발견된 것 보다 상당히 양호한 매크로-분산 수준 및(또는) 천연 고무 분자량을 갖는 천연 고무 라텍스 및 카본 블랙으로 신규의 마스터배치 조성물을 형성하였다. 도 8은 바람직한 마스터배치 조성물에 사용된 다양한 카본 블랙 충전제의 표면적 및 구조, 특히 ASTM D3765-85에 따른 카본 블랙의 그램 당 제곱 미터로 표현되는 CTAB 표면적 및 ASTM D2414에 따른 카본 블랙의 100 그램 당 DBP의 세제곱 세티미터로 표현된 디부틸 프탈레이트 흡착량 (DBPA) 값을 보여준다. 도 8에서 카본 블랙의 3개의 상이한 영역으로 나누어진 것을 볼 수 있다. 영역 I은 낮은 구조 및 높은 표면적을 갖는 카본 블랙을 포함하고, 이들은 통상의 건식 혼합 기술을 사용하여 천연 고무 및 다른 엘라스토머에 분산되는 것이 어렵다. 따라서, 영역 I의 카본 블랙은 다른 카본 블랙과 같이 광범위하게 시판용으로 사용되지 않는다. 통상의 건식 혼합 기술을 사용하여 영역 I의 카본 블랙으로 제조된 마스터배치 및 경화된 엘라스토머 조성물은 불량한 매크로-분산도 및 전형적으로 낮은 MWsol을 가졌다. 영역 II의 카본 블랙은 영역 I의 것 보다 높은 구조를 가졌다. 전형적으로, 천연 고무의 MWsol가 상당히 저하된 이러한 확장된 건식 혼합에 주입될 경우, 이들은 합리적으로 차량 타이어 제품 등을 위한 천연 고무에 양호하게 분산되었다. 도 8의 영역 III의 카본 블랙은 그들의 구조에 비해 낮은 표면적을 가졌다. 따라서, 이들은 건식 혼합을 통하여 천연 고무에 허용가능한 분산되었으나 바람직하지 못하게 MWsol이 저하되었다. 도 8의 모든 3개의 영역의 카본 블랙의 분산도, 특히 매크로-분산도는 본 명세서에 개시된 엘라스토머 복합체에서 상당히 개선되었고, 바람직한 실시태양에 따른 천연 고무의 상당히 높은 MWsol을 달성할 수 있다.Very preferred elastomeric composites according to the present invention were prepared according to the methods and apparatus disclosed above. In particular, new masterbatch compositions were formed from natural rubber latex and carbon black having significantly better macro-dispersion levels and / or natural rubber molecular weights than previously found in known compositions formed with the same or similar starting materials. 8 shows the surface area and structure of various carbon black fillers used in preferred masterbatch compositions, in particular the CTAB surface area expressed in square meters per gram of carbon black according to ASTM D3765-85 and DBP per 100 grams of carbon black according to ASTM D2414. The dibutyl phthalate adsorption amount (DBPA) value expressed in cubic centimeters of is shown. In Figure 8 it can be seen divided into three different regions of carbon black. Zone I comprises carbon blacks having a low structure and high surface area, which are difficult to disperse in natural rubber and other elastomers using conventional dry mixing techniques. Therefore, the carbon black in the region I is not used for commercial use as widely as other carbon blacks. Masterbatches and cured elastomeric compositions made of carbon black in zone I using conventional dry mixing techniques had poor macro-dispersity and typically low MW sol . Carbon black in zone II had a structure higher than that in zone I. Typically, when injected into these extended dry blends where the MW sol of natural rubber is significantly lowered, they are reasonably well dispersed in natural rubber for vehicle tire products and the like. The carbon black in region III of FIG. 8 had a lower surface area compared to their structure. Thus, they were allowed to disperse into the natural rubber through dry mixing but undesirably lowered the MW sol . The dispersion of the carbon black in all three regions of FIG. 8, in particular the macro-dispersity, has been significantly improved in the elastomer composites disclosed herein and can achieve a significantly higher MW sol of natural rubber according to a preferred embodiment.

대조 시료 1 내지 443Control Samples 1-443

마스터배치의 대조 시료를 본 발명의 엘라스토머 복합체에 대해 비교용으로 하기 과정에 따라 건식 혼합에 의해 제조하였다.A control sample of the masterbatch was prepared by dry mixing according to the following procedure for comparison with respect to the elastomeric composite of the present invention.

1. 천연 고무의 저작1. Authoring of natural rubber

광범위한 분자량을 갖는 건식 마스터배치를 제조하기 위해, 시판용 천연 고무 (RSS1, SMR CV 및 SMR 10) 베일을 하기 조건 (충전 인자: 0.75)을 사용하여 BR 반부리 혼합기에서 예비 저작하였다.To prepare dry masterbatches with a wide range of molecular weights, commercially available natural rubbers (RSS1, SMR CV and SMR 10) bales were pre-wound in a BR halfburi mixer using the following conditions (fill factor: 0.75).

[표 11]TABLE 11

천연 고무 저작 조건Natural rubber chewing conditions

2. 예비 저작된 천연 고무와의 카본 블랙의 혼합2. Mixing of Carbon Black with Pre-Branched Natural Rubber

상이한 수준의 매크로-분산 특성을 갖는 천연 고무 건식 마스터배치를 제조하기 위해, 하기 혼합 과정을 BR 반부리 혼합기에서 사용하였다. 충전 인자는 0.70이었다. 마스터배치 성분 및 혼합 과정을 하기 표 12에 기재하였다.To prepare a natural rubber dry masterbatch having different levels of macro-dispersion properties, the following mixing procedure was used in a BR half-binder mixer. The filling factor was 0.70. The masterbatch components and mixing procedure are listed in Table 12 below.

[표 12]TABLE 12

천연 고무 건식 마스터배치 조성Natural Rubber Dry Masterbatch Composition

상이한 수준의 매크로-분산액을 M1 내지 M4의 예비 저작된 천연 고무의 시료를 하기 표 13에 보여주는 바와 같이, 상이한 혼합 시간 동안 건식 혼합하여 제조하였다. 예를 들어, 표 13에서 시료 코드 M2D1은 표 12의 조성에 따라 10분 동안 혼합된 예비 저작된 천연 고무 M2 (상기 표 11 참조)의 대조 시료를 나타낸다.Different levels of macro-dispersions were prepared by dry mixing samples of pre-masticated natural rubbers of M1 to M4 for different mixing times, as shown in Table 13 below. For example, in Table 13 sample code M2D1 represents a control sample of pre-masticated natural rubber M2 (see Table 11 above) mixed for 10 minutes according to the composition of Table 12.

[표 13]TABLE 13

혼합 시간Mixing time

3. 천연 고무 마스터배치 대조 시료의 최종 혼합3. Final Mix of Natural Rubber Masterbatch Control Samples

화합물 성능을 평가하기 위해, 추가의 성분을 표 14에 나타낸 조성에 따라 표 3의 건식 저작된 천연 고무 마스터배치 대조 시료에 첨가하였다.To assess compound performance, additional ingredients were added to the dry masticated natural rubber masterbatch control samples of Table 3 according to the compositions shown in Table 14.

[표 14]TABLE 14

최종 혼합을 위한 추가의 성분Additional Ingredients for Final Mix

적어도 상당히 완전히 경화될 때까지, 전형적으로 10 내지 30분까지 150 ℃에서 표준 경화 기술에 따라 화합물을 경화시켰다. 이점에 있어서, 상기 표 14에 제공된 조성을 포함하는 동일하거나 상당히 동일한 최종 혼합 과정을 모든 대조 시료 뿐만 아니라 하기 기재된 방식으로 제조되고 (바람직한 실시태양의 실시예 참조) 경화된 본 발명의 엘라스토머 복합체의 모든 시료에 대해 사용하였고, 화합물 특성 및 성능 특성을 시험하였다.Compounds were cured according to standard curing techniques, typically at 150 ° C. until 10-30 minutes, at least until they were fully cured. In this regard, all samples of the elastomeric composites of the present invention prepared and cured in the manner described below (see examples of preferred embodiments), as well as all control samples, have the same or substantially the same final mixing procedure comprising the compositions provided in Table 14 above. And compound and performance characteristics were tested.

하기 표 15 내지 23에 대조 시료 1 내지 443의 졸 분자량 MWsol 및 매크로-분산도 D (%)를 개시하였다. 시료들을 카본블랙의 선택에 따라 표에 분류하였다. 제공된 표내에서, 시료들을 천연 고무의 선택 및 카본블랙 부하량 및 오일 부하량에 의해 분류하였다. 표 표제는 표준 명칭에 따른 이 정보를 보여준다. 따라서, 예를 들어 표 15의 표제 "N330/55 phr/0"은 오일이 없는 N330 카본블랙 55 phr를 나타낸다. 표의 부제는 천연 고무의 선택을 보여준다. 특히, 대조 시료 1 내지 450은 표준 등급 천연 고무 RSS1, SMR CV 및 SMR 10으로 제조된 것으로 보인다. 문헌 (Rubber World Magazine's Blue Book, Lippincott and Peto, Inc., 미국 오하이오주 아크론 주재)에서와 같은 이들 천연 고무에 대한 기술적 서술을 광범위하게 이용할 수 있다. 임의 예비 저작 (M1) 전 및 다양한 양의 예비 저작 (M2-M4) 후의 천연 고무의 분자량 MWsol는 또한 하기 표 15 내지 23에 보여준다.The sol molecular weight MW sol and macro-dispersity D (%) of Control Samples 1-443 are set forth in Tables 15-23 below. Samples were sorted in the table according to the choice of carbon black. Within the table provided, samples were sorted by selection of natural rubber and carbon black loading and oil loading. Table headings show this information according to standard names. Thus, for example, the title “N330 / 55 phr / 0” in Table 15 refers to 55 phr of N330 carbon black without oil. The subtitle in the table shows the selection of natural rubber. In particular, Control Samples 1-450 appear to be made of standard grade natural rubber RSS1, SMR CV and SMR 10. Technical descriptions of these natural rubbers are widely available, such as from Rubber World Magazine's Blue Book, Lippincott and Peto, Inc., Akron, Ohio, USA. The molecular weight MW sol of the natural rubber before any pretreatment (M1) and after various amounts of pretreatment (M2-M4) is also shown in Tables 15-23 below.

[표 15]TABLE 15

[표 16]TABLE 16

[표 17]TABLE 17

[표 18a]Table 18a

[표 18b]Table 18b

[표 19]TABLE 19

[표 20]TABLE 20

[표 21a]Table 21a

[표 21b]Table 21b

[표 22a]Table 22a

[표 22b]Table 22b

[표 23a]TABLE 23a

[표 23b]TABLE 23b

바람직한 태양에 대한 실시예Example for Preferred Aspects

본 발명에 따른 엘라스토머 복합체의 추가의 시료를 제조하였다. 상세하게는, 상기 실시예 A에 따른 일반적인 장치 및 절차를 사용하여 본 발명에 따른 일련의 천연 고무 엘라스토머 복합체 제1-32를 제조하였다. 엘라스토머 복합체는 하기 표 24에 나타낸 특성을 갖는 말레이시아산 천연 고무 필드 라텍스를 포함하였다. 엘라스토머 복합체는 각각 도 8의 영역 I, II 또는 III의 형태학적 특성(구조 및 표면적)을 갖는 카본블랙을 더 포함하였다. 상세하게는, 카본블랙으로서, 레갈(Regal: 등록상표) 660, N234, N326, N110, 레갈(등록상표) 250, N330, 블랙 펄(Black Pearl)(등록상표) 800, 스터링(Sterling)(등록상표) 6740 및 N351을 사용하였다. 카본블랙 부하량은 30 내지 75 phr의 범위이고, 증량제 오일 부하량은 0 내지 20 phr의 양이었다. 엘라스토머 복합체 시료 제1-32의 제조에 대한 상세한 사항을 표 25에 나타낸다.Additional samples of the elastomeric composites according to the invention were prepared. Specifically, a series of natural rubber elastomer composites 1-32 according to the present invention were prepared using the general apparatus and procedure according to Example A above. The elastomeric composite included a Malaysian natural rubber field latex with the properties shown in Table 24 below. The elastomeric composite further included carbon black having morphological properties (structure and surface area) of regions I, II or III of FIG. 8, respectively. Specifically, as carbon black, Regal (Regal) 660, N234, N326, N110, Regal (registered trademark) 250, N330, Black Pearl (registered trademark) 800, Sterling (registration) 6740 and N351. Carbon black loading was in the range of 30 to 75 phr, and extender oil loading was in the amount of 0 to 20 phr. Table 25 shows the details of preparation of Elastomer Composite Sample Nos.

상기에서 언급한 바와 같이, 엘라스토머 복합체 제1 - 32를 제조하기 위해 사용되는 장치 및 절차는 일반적으로 실시예 A에 따르고, 이들 복합체는 표 2에 나타낸 마스터배치 제제용 첨가제를 포함한다. 엘라스토머 복합체 제1 - 32에 사용되는 장치 및 절차에 대해 하기에 보다 상세하게 기술한다.As mentioned above, the devices and procedures used to prepare the elastomeric composites 1-32 are generally in accordance with Example A, which includes the additives for the masterbatch formulation shown in Table 2. The devices and procedures used for elastomeric composites 1-32 are described in more detail below.

1. 장치1. Device

도 1, 4 및 7를 참조하여 상기한 본 발명의 장치와 실질적으로 일치하는 마스터배치 제조 장치를 사용하여 본 발명의 시료 제1 - 32를 제조하였다. 각 시료 제1 - 32에 대하여, 슬러리 노즐 팁(도 7의 참조 부호 167 참조)의 직경 및 부분(도 7의 참조 부호 168 참조)의 길이를 표 25에 나타낸다. 장치의 응고 지대는 혼합 지대로부터 방출 말단부에 이르기까지 직경이 점차적으로 증가하는 4개의 지대를 구비한다. 각 4개의 지대(제1 지대의 일부는 혼합 헤드에 존재하고 일부는 이에 봉합된 확장기 내에 존재한다)의 직경 및 축 길이를 표 25에 수록한다. 지대 사이에는 축방향으로 짧은 꼭맞는 내부 연결부가 존재한다.Samples 1-32 of the present invention were prepared using a masterbatch manufacturing apparatus substantially consistent with the apparatus of the present invention described above with reference to FIGS. For each of the samples 1-32, Table 25 shows the diameter of the slurry nozzle tip (see 167 in FIG. 7) and the length of the portion (see 168 in FIG. 7). The coagulation zone of the device has four zones that gradually increase in diameter from the mixing zone to the discharge end. Table 25 lists the diameters and axial lengths of each of the four zones (some of which are present in the mixing head and some of which are in the dilators sealed thereto). Between the zones there are axially short fitting internal connections.

2. 카본블랙 슬러리 제조2. Carbon black slurry manufacturing

교반기가 구비된 카본블랙 슬러리 탱크에서 카본블랙 백을 탈이온수와 혼합하였다. 교반기에 의해 펠렛을 단편으로 파쇄시켜 조제(粗製) 카본블랙 슬러리를 형성하였다. 각 시료에 대한 카본블랙 슬러리 중의 카본블랙 농도(중량%)를 표 25에 수록한다. 수행 중에, 공기 격판 펌프를 사용하여 초기 분산용 분쇄기에 슬러리를 연속적으로 주입하였다. 이어서, 공기 격판 펌프를 사용하여 슬러리를 콜로이드 밀로 주입하고, 이어서 진행성 공극 펌프를 통해 균질화기, 상세하게는 미소유동화기 모델 M210(Microfluidics International Corporation 제품)로 주입하였다. 상기 미소유동화기에 의해 미세하게 분쇄된 슬러리가 얻어졌다. 미소유동화기 압력, 고압 정변위 펌프로 작용하는 미소유동화기를 사용하여, 미소유동화기로부터 혼합 지대로의 슬러리 유량을 설정하였다. 슬러리 유량을 마이크로모션(Micromotion:등록상표) 질량 유동계로 모니터하였다. 카본블랙 슬러기가 균질화기로 주입되는 압력 및 균질화기 유출 압력(모든 압력은 psig 단위임)을 각 시료에 대해 표 25에 수록한다. 균질화기로부터 카본블랙 슬러리를 축척기에 주입하여 혼합 지대의 슬러리 노즐 팁에서 슬러리 압력이 임의로 변동되는 것을 감소시켰다. 각 시료에 대해 슬러리가 혼합 지대로 주입된 슬러리 노즐 팁 압력 및 유량을 표 25에 수록한다.In a carbon black slurry tank equipped with a stirrer, the carbon black bag was mixed with deionized water. The pellet was broken into pieces by a stirrer to form a crude carbon black slurry. Table 25 shows the carbon black concentration (wt%) in the carbon black slurry for each sample. During the run, slurry was continuously injected into the initial dispersion grinder using an air diaphragm pump. The slurry was then injected into a colloid mill using an air diaphragm pump, followed by a homogenizer, in particular a microfluidizer model M210 (manufactured by Microfluidics International Corporation) via a progressive pore pump. A finely ground slurry was obtained by the microfluidizer. The microfluidizer pressure and the slurry flow rate from the microfluidizer to the mixing zone were set using the microfluidizer acting as a high pressure constant displacement pump. The slurry flow rate was monitored with a Micromotion® mass flow meter. The pressure at which carbon black sludge is injected into the homogenizer and the homogenizer outlet pressure (all pressures are in psig) are listed in Table 25 for each sample. Carbon black slurry was injected into the scaler from the homogenizer to reduce random fluctuations in slurry pressure at the slurry nozzle tip of the mixing zone. Table 25 lists the slurry nozzle tip pressures and flow rates for which the slurry was injected into the mixing zone for each sample.

3. 라텍스 운반3. Latex carrying

라텍스를 208 ℓ(55 갤론) 공급 드럼에 장입하였다. 이어서, 산화방지성 유제를 라텍스에 부가하고 장입 전에 혼합하였다. 트리스 노닐 페닐 포스파이트(TNPP) 및 산토플렉스(Santoflex: 등록상표) 134(알킬아릴 p-페닐렌 디아민 혼합물)을 포함하는 산화방지제를 표 25에 나타낸 양으로 부가하였다. 유제의 pH를 약 10으로 조절하는 수산화칼륨과 함께 산화방지제 100 부 당 올레산칼륨 4 부를 사용하여 각 산화방지제를 40 중량%의 유제로서 제조하였다. 경우에 따라, 증량제 오일을 표 25에 나타낸 양으로 부가하였다. 연동 펌프를 사용하여 응고 반응조의 공급 드럼으로부터 혼합 지대로 라텍스를 이동시켰다. 라텍스 유량 및 속도를 표 25에 나타낸다. 라텍스 유동성을 엔드레스 + 하우서 질량 유동계로 자동적으로 계량하였다. 카본블랙 슬러리 공급 속도에 대한 라텍스 공급 속도의 비를 적합하게 유지하여 목적하는 카본블랙 부하량을 얻었다.Latex was charged to a 208 liter (55 gallon) feed drum. The antioxidant emulsion was then added to the latex and mixed before charging. Antioxidants including trisnonyl phenyl phosphite (TNPP) and Santoflex® 134 (alkylaryl p-phenylene diamine mixture) were added in the amounts shown in Table 25. Each antioxidant was prepared as 40% by weight emulsion using 4 parts potassium oleate per 100 parts antioxidant with potassium hydroxide adjusting the pH of the emulsion to about 10. If desired, extender oil was added in the amounts shown in Table 25. Peristaltic pumps were used to transfer the latex from the feed drum of the coagulation reactor to the mixing zone. Latex flow rates and rates are shown in Table 25. Latex fluidity was automatically metered with an Endress + Hauser mass flow meter. The ratio of the latex feed rate to the carbon black slurry feed rate was properly maintained to obtain the desired carbon black loading.

4. 카본블랙 및 라텍스 혼합4. Carbon Black and Latex Blend

라텍스를 카본블랙 슬러리 내로 인트레인시켜 카본블랙 슬러리 및 라텍스를 혼합하였다. 인트레인 중에, 카본블랙을 응고된 라텍스 및 혼합물로 친밀하게 혼합하였다. 연질의 습윤 스폰지 "워엄"의 응고체를 응고 반응조로부터 배출시켰다.Latex was intrained into the carbon black slurry to mix the carbon black slurry and latex. In the intrain, carbon black was intimately mixed with the coagulated latex and the mixture. The coagulum of the soft, wet sponge “warm” was discharged from the coagulation reactor.

5. 탈수5. Dehydration

응고 반응조로부터 방출된 습윤 크럼의 함수량을 표 25에 나타낸다. 탈수 압출기(The French Oil Mill Machinery Company; 직경: 8.89 cm(3.5 in))를 사용하여 습윤 크럼을 탈수시켰다. 압출기에서, 습윤 크럼이 압축되고, 크럼으로부터 물이 짜내어지고 압출기의 구멍뚫린 통을 통해 제거하였다. 최종 크럼의 함수량을 본 발명의 각 시료에 대해 표 25에 나타낸다.Table 25 shows the water content of the wet crumbs released from the coagulation reactor. The wet crumb was dewatered using a dewatering extruder (The French Oil Mill Machinery Company; diameter: 8.89 cm (3.5 in)). In the extruder, the wet crumb was compressed, water was squeezed out of the crumb and removed through the perforated barrel of the extruder. The water content of the final crumb is shown in Table 25 for each sample of the present invention.

6. 건조 및 냉각6. Drying and Cooling

탈수된 크럼을 제2 압출기로 적하시켜서 다시 압축 및 가열하였다. 크럼을 압출기의 다이 플레이트를 통해 배제시킬 때 물이 유출되어 나왔다. 생성물 배출 온도 및 함수량을 표 25에 나타낸다. 강제 공기 진동 컨베이어에 의해 고온 건조된 크럼을 약 37.78 ℃(100 ℉)로 고속(약 20 초) 냉각시켰다.The dewatered crumb was dropped with a second extruder and again compressed and heated. Water came out when the crumb was removed through the die plate of the extruder. Product discharge temperature and water content are shown in Table 25. The hot dried crumb was cooled at high speed (about 20 seconds) to about 37.78 ° C. (100 ° F.) by a forced air vibration conveyor.

[표 24]TABLE 24

천연 고무 라텍스 특성Natural rubber latex properties

[표 25a]Table 25a

본 발명 시료의 제조에 대한 상세한 사항Details on Preparation of Samples of the Invention

[표 25b]Table 25b

본 발명 시료의 제조에 대한 상세한 사항Details on Preparation of Samples of the Invention

[표 25c]TABLE 25c

본 발명 시료의 제조에 대한 상세한 사항Details on Preparation of Samples of the Invention

[표 25d]Table 25d

본 발명 시료의 제조에 대한 상세한 사항Details on Preparation of Samples of the Invention

역 가공 조건하에서 매크로-분산도를 측정하기 위해 미소유동화기 출구 등에서 출구 압력이 거의 가해지지 않은 상태로 시료 2 및 3이 생성되는 점에 주목해야 한다.It should be noted that Samples 2 and 3 are produced with little exit pressure applied at the microfluidizer outlet, etc. to measure macro-dispersity under reverse processing conditions.

얻어진 마스터배치에서의 우수한 카본블랙 분산도는, 그의 매크로-분산 특성 및 졸 부분의 분자량 MWsol에 의해 입증된다. 하기 표 26은 본 발명의 시료 1 - 32에 대한 MWsol 및 매크로-분산도 수치를, 각 시료에서 사용된 카본블랙 및 오일(존재하는 경우)과 함께, 나타낸다. 카본블랙 부하량 및 오일 부하량을 표 26에서 phr 수치로 나타낸다.The good carbon black dispersion in the obtained masterbatch is demonstrated by its macro-dispersion properties and the molecular weight MW sol of the sol portion. Table 26 below shows the MW sol and macro-dispersity values for Samples 1-32 of the present invention, along with the carbon black and oil (if present) used in each sample. Carbon black loading and oil loading are shown in phr values in Table 26.

[표 26]TABLE 26

본 발명의 시료의 졸 분자량 및 미분산 면적Sol Molecular Weight and Undispersed Area of Samples of the Invention

카본블랙 부하량이 55 phr인 본 발명의 모든 시료에 대한 결과를, 건조 혼합법에 의해 제조된 상응하는 일련의 상기 천연 고무 대조 시료에 대한 매크로-분산도 및 MWsol 수치와 함께 도 9의 세미-로그 플롯에 나타낸다. 각 카본블랙을 55 phr의 부하량으로 포함하는 본 발명의 시료에 대한 1개 이상의 데이터 포인트를, 카본블랙 부하량이 55 phr인 모든 대조 시료와 함께, 도 9에 나타낸다. (또한, 도 9에 33 phr의 N 351 카본블랙 및 20부의 증량제 오일을 사용한 대조 시료 401 내지 412를 나타낸다.) 표 26 및 도 9로부터 본 발명의 시료는 우수한 매크로-분산도를 가짐을 알 수 있다. 상세하게는, 본 발명의 시료는 0.85 x 106을 초과하는 MWsol 수치에서도 일반적으로 0.2 % 미만의 D(%) 수치를 가지는 반면, 대조 시료는 어떠한 MWsol에서도 이와 같은 우수한 매크로-분산도를 얻을 수 없다. 즉, 도 9에 나타낸 데이터는, 넓은 범위의 MWsol수치에 걸쳐 신규한 엘라스토머 복합체의 매크로-분산 특성은 이미 공지된 혼합법에서 유사한 성분을 사용하여 얻을 수 있는 매크로-분산 특성에 비해 현저히 우수함을 보여준다. 도 9에 나타낸 각종 데이터 포인트에 대해 사용된 기호 및 이후에 논의되는 도 10 - 25에서 사용되는 기호를 하기 범례에서 설명한다.Results for all samples of the present invention with a carbon black loading of 55 phr are shown in FIG. 9 with the macro-dispersity and MW sol values for the corresponding series of natural rubber control samples prepared by dry mixing. Shown in the log plot. One or more data points for the sample of the invention comprising each carbon black at a loading of 55 phr are shown in FIG. 9 with all control samples having a carbon black loading of 55 phr. (FIG. 9 also shows control samples 401-412 using 33 phr of N 351 carbon black and 20 parts of extender oil.) Table 26 and FIG. 9 show that the samples of the present invention have excellent macro-dispersity. have. Specifically, samples of the present invention generally have D (%) values of less than 0.2% at MW sol values of greater than 0.85 × 10 6 , while control samples exhibit such good macro-dispersity at any MW sol . Can not get In other words, the data shown in FIG. 9 shows that the macro-dispersion properties of the novel elastomeric composites over a wide range of MW sol values are significantly superior to the macro-dispersion properties obtainable using similar components in known mixing methods. Shows. The symbols used for the various data points shown in FIG. 9 and the symbols used in FIGS. 10-25 discussed later are described in the legend below.

<도면에 대한 설명><Description of Drawing>

도 9는 NR 마스터배치의 분산 특성 및 MWsol에 관한 것이다.9 relates to the dispersion characteristics and MW sol of the NR masterbatch.

도 10은 NR 마스터배치(영역 I)의 분산 특성 및 MWsol에 관한 것이다.10 relates to the dispersion characteristics and MW sol of the NR masterbatch (region I).

도 11은 NR 마스터배치(영역 II)의 분산 특성 및 MWsol에 관한 것이다.11 relates to the dispersion characteristics and the MW sol of the NR masterbatch (region II).

도 12는 NR 마스터배치(영역 III)의 분산 특성 및 MWsol에 관한 것이다.12 relates to the dispersion characteristics and the MW sol of the NR masterbatch (region III).

도 13는 NR 마스터배치(N330 카본블랙, 55 phr)의 분산 특성 및 MWsol에 관한 것이다.FIG. 13 relates to the dispersion characteristics and MW sol of the NR masterbatch (N330 carbon black, 55 phr).

도 14는 NR 마스터배치(레갈 250 카본블랙)의 분산 특성 및 MWsol에 관한 것이다.FIG. 14 relates to the dispersion characteristics and MW sol of the NR masterbatch (Regal 250 carbon black).

도 15는 NR 마스터배치(블랙 펄 800 카본블랙, 55 phr)의 분산 특성 및 MWsol에 관한 것이다.15 relates to the dispersion characteristics and MW sol of NR masterbatch (Black Pearl 800 carbon black, 55 phr).

도 16는 NR 마스터배치(N325 카본블랙, 55 phr)의 분산 특성 및 MWsol에 관한 것이다.FIG. 16 relates to the dispersion characteristics and MW sol of NR masterbatch (N325 carbon black, 55 phr).

도 17은 NR 마스터배치(레갈 660 카본블랙)의 분산 특성 및 MWsol에 관한 것이다.FIG. 17 relates to the dispersion characteristics and MW sol of the NR masterbatch (Regal 660 carbon black).

도 18은 NR 마스터배치(N234 카본블랙)의 분산 특성 및 MWsol에 관한 것이다.18 relates to the dispersion characteristics and MW sol of the NR masterbatch (N234 carbon black).

도 19는 NR 마스터배치(N110 카본블랙, 55 phr)의 분산 특성 및 MWsol에 관한 것이다.19 relates to the dispersion characteristics and MW sol of NR masterbatch (N110 carbon black, 55 phr).

도 20은 NR 마스터배치(N351 카본블랙, 33 phr)의 분산 특성 및 MWsol에 관한 것이다.20 relates to the dispersion characteristics and MW sol of NR masterbatch (N351 carbon black, 33 phr).

도 21은 NR 마스터배치(스터링 6740 카본블랙, 55 phr)의 분산 특성 및 MWsol에 관한 것이다.Figure 21 relates to the dispersion characteristics and MW sol of the NR masterbatch (stering 6740 carbon black, 55 phr).

도 22는 크랙 성장 속도에 미치는 MWsol의 영향에 관한 것이다(N234 카본블랙을 55 phr 부하량으로 함유한 NR 화합물).FIG. 22 relates to the effect of MW sol on crack growth rate (NR compound containing 55 phr loading of N234 carbon black).

도 23은 크랙 성장 속도에 미치는 MWsol의 영향에 관한 것이다(N326 카본블랙을 55 phr 부하량으로 함유한 NR 화합물).FIG. 23 relates to the effect of MW sol on crack growth rate (NR compound containing 55 phr loading of N326 carbon black).

도 24는 크랙 성장 속도에 미치는 MWsol의 영향에 관한 것이다(레갈 660 카본블랙을 55 phr 부하량으로 함유한 NR 화합물).FIG. 24 relates to the effect of MW sol on crack growth rate (NR compound containing 55 phr loading of Regal 660 carbon black).

도 25는 N234 블랙을 다양한 부하량으로 함유하는 NR 화합물의 최대 탄젠트 (Tan) δ (60 C에서의 변형 스위프)에 관한 것이다.FIG. 25 relates to the maximum tangent (δ) δ (strain sweep at 60 C) of NR compounds containing N234 black at various loadings.

도 30은 2중 상(카본블랙/실리카) 집합체를 함유한 NR 마스터배치의 매크로-분산 특성 및 졸 부분의 MW에 관한 것이다.FIG. 30 relates to the macro-dispersion properties of the NR masterbatch containing the dual phase (carbon black / silica) aggregates and the MW of the sol portion.

도 31은 카본블랙 및 실리카의 블렌드를 함유한 NR 마스터배치의 매크로-분산 특성 및 졸 부분의 MW에 관한 것이다.FIG. 31 relates to the macro-dispersion properties of the NR masterbatch containing blends of carbon black and silica and the MW of the sol portion.

도 9에 나타낸 본 발명의 엘라스토머 복합체에 대한 매크로-분산 수치를 하기 수학식으로 기재한다:Macro-dispersion values for the inventive elastomeric composites shown in FIG. 9 are described by the following equation:

[수학식 1][Equation 1]

[수학식 2][Equation 2]

상기 논의로부터, 상기 수학식 1에서의 매크로-분산도 D(%)는 10 미크론을 초과하는 결함에 대해 측정된 % 미분산 면적임이 인식될 것이다. 도 9로부터 0.2 %에 해당하는 D(%)는 천연 고무 건조 마스터배치의 영역 I, II 및 III 내의 모든 카본블랙의 매크로-분산 특성의 임계점임을 알 수 있다. 즉, 상기 수학식 1에서 기재된 바와 같이, MWsol이 0.45 x 106 미만으로 저하되도록 충분히 혼합된 후에도, 건조 저작 처리된 마스터배치 중 어느 것도 임의의 MWsol에서 0.2 %의 매크로-분산 특성을 얻지 못하였다. 도 9에 나타낸 건조 마스터배치 대조 시료의 MWsol이 0.45 x 106 와 1.1 x 106 사이인 경우, 분산 특성은 보다 열등한 반면, 상기 범위의 MWsol를 갖는 본 발명의 시료의 분산 특성은 우수한 상태이다. MWsol이 0.45 x 106 와 1.1 x 106 사이인, 도 9에 나타낸 바람직한 태양 중 어느것도 바람직한 매크로-분산도 한계 0.2%를 초과하지 않는다. 이와 관련해서, 도 9( 및 후술하는 기타 도면)의 X 축(즉, 0.1%의 D(%))에 나타낸 바람직한 태양의 데이터 포인트는, 0.1 % 또는 그보다 우수한(즉, 보다 낮은) D(%) 수치의 매크로-분산도를 갖는 것으로 이해될 것이다.From the discussion above, it will be appreciated that the macro-dispersity D (%) in Equation 1 above is the% undispersed area measured for defects greater than 10 microns. It can be seen from FIG. 9 that D (%) corresponding to 0.2% is the critical point of the macro-dispersion properties of all carbon blacks in areas I, II and III of the natural rubber dry masterbatch. That is, as described in Equation 1 above, even after the MW sol is sufficiently mixed so as to lower it to less than 0.45 × 10 6 , none of the dry masticated masterbatches achieves 0.2% macro-dispersion property in any MW sol . I couldn't. When the MW sol of the dry master batch control sample shown in FIG. 9 is between 0.45 × 10 6 and 1.1 × 10 6 , the dispersing characteristics are inferior, whereas the dispersing characteristics of the sample of the present invention having the MW sol in the above range are in an excellent state. to be. None of the preferred embodiments shown in FIG. 9, where the MW sol is between 0.45 × 10 6 and 1.1 × 10 6 , exceeds the preferred macro-dispersity limit 0.2%. In this regard, the data points of the preferred embodiment shown on the X axis (i.e. 0.1% D (%)) of FIG. 9 (and other figures described below) are 0.1% or better (i.e., lower) D (%). Will be understood to have a macro-dispersity of the numerical value).

영역 I 카본블랙 시료Zone I Carbon Black Sample

도 8의 영역 I의 형태학적 특성(즉, 구조 및 표면적)을 갖는 카본블랙을 포함하는 본 발명의 시료 및 상기 영역 I 카본블랙으로 상기와 같이 제조된 상응하는 대조 시료를 도 10의 세미-로그 플롯에서 비교한다. 상세하게는, 도 10은 30 phr 내지 75 phr 범위의 부하량의 카본블랙 레갈(등록상표), N326, 레갈(등록상표) 250, N330, 및 블랙 펄(등록상표) 800 및 0 phr 내지 20 phr 범위의 부하량의 증량제 오일을 포함하는 본 발명의 시료 및 상응하는 대조 시료의 매크로-분산도 수치 및 MWsol 수치를 나타낸다. 본 개시 내용에 따른 엘라스토머 복합체의 바람직한 태양을 나타내는 본 발명의 모든 시료에 대한 우수한 카본블랙 분산도가 도 10으로부터 확인된다. 본 발명의 유리한 모든 시료는 도 10의 101 선 아래에 존재하는 반면, 보다 열등한 분산도를 갖는 모든 대조 시료는 도 10의 101 선 위에 존재하였다. 사실상, 도 10에 나타낸 바람직한 태양은 영역 I로부터의 카본블랙을 포함하는 경우에도, 가장 분산되기가 어려워서, 0.3 %의 D(%) 수치 미만에 해당한다. 가장 바람직한 태양은 0.7 x 106을 초과하는 유리한 MWsol 수치에서도 0.2%를 초과하지 않는 D(%) 수치를 갖는다. 도 10에 나타낸 데이터는 광범위한 MWsol 수치에 걸쳐 영역 I 카본블랙을 포함하는 본원에 개시된 신규한 엘라스토머 복합체의 매크로-분산 특성이 기존의 건조 저작 혼합법에 의해 유사한 성분을 사용하여 얻어질 수 있는 특성에 비해 현저히 우수함을 명확하게 보여준다. 도 10에 나타낸 본 발명의 엘라스토머 복합체에 대한 매크로-분산 수치를 하기 수학식으로 기재한다:Samples of the invention comprising carbon black having the morphological properties (ie, structure and surface area) of region I of FIG. 8 and corresponding control samples prepared as such with region I carbon black are semi-logs of FIG. Compare on the plot. Specifically, FIG. 10 shows carbon black Regal®, N326, Regal® 250, N330, and Black Pearl® 800 and 0 phr to 20 phr in loads ranging from 30 phr to 75 phr. Macro-dispersity values and MW sol values of the samples of the invention and corresponding control samples containing an amount of extender oil of. Excellent carbon black dispersion for all samples of the present invention, showing a preferred embodiment of the elastomeric composite according to the present disclosure, is identified from FIG. 10. All advantageous samples of the present invention were below line 101 of FIG. 10, while all control samples with inferior dispersion were above line 101 of FIG. In fact, the preferred embodiment shown in FIG. 10 is the most difficult to disperse, even when including carbon black from region I, corresponding to less than 0.3% D (%) value. Most preferred embodiments have D (%) values that do not exceed 0.2% even with favorable MW sol values of greater than 0.7 × 10 6 . The data shown in FIG. 10 shows that the macro-dispersion properties of the novel elastomeric composites disclosed herein that include region I carbon black over a wide range of MW sol values can be obtained using similar components by conventional dry chewing mixing methods. It is clearly shown to be significantly superior to. Macro-dispersion values for the inventive elastomeric composites shown in FIG. 10 are described by the following equation:

[수학식 3][Equation 3]

[수학식 4][Equation 4]

D(%)는 10 미크론을 초과하는 결함에 대해 측정된 % 미분산 면적이고, 1%는 천연 고무 건조 마스터배치의 영역 I 내의 모든 카본블랙의 매크로-분산 특성의 임계점임이 인식될 것이다. 즉, 상기 수학식 3에서 기재된 바와 같이, MWso.l이 0.7 x 106 미만으로 저하되도록 충분히 건식 혼합된 후에도, 건조 저작 처리된 마스터배치 중 어느 것도 임의의 MWsol에서 1.0 % 또는 그보다 우수한 매크로-분산 특성을 얻지 못하였다. 도 10에 나타낸 건조 마스터배치 대조 시료의 MWsol이 0.7 x 106 와 1.1 x 106 사이인 경우, 분산 특성은 보다 열등하다. 반면, 상기 범위의 MWsol를 갖는 본 발명의 시료의 분산 특성은 우수한 상태이다. MWsol이 0.7 x 106 와 1.1 x 106 사이인, 도 10에 나타낸 바람직한 태양은 바람직한 매크로-분산도 한계 0.2%에 훨씬 못미친다. 영역 I의 카본블랙을 포함하는 본 발명의 엘라스토머 복합체는 이전에는 달성될 수 없었던 매크로-분산 특성 및 MWsol 사이의 균형을 제공함을 알 수 있다.It will be appreciated that D (%) is the% undispersed area measured for defects greater than 10 microns and 1% is the critical point of the macro-dispersion properties of all carbon blacks in zone I of the natural rubber dry masterbatch. That is, as described in Equation 3 above, even after sufficient dry mixing to reduce the MW so.l to less than 0.7 × 10 6 , none of the dry chewed masterbatches is 1.0% or better in any MW sol . No dispersion properties were obtained. When the MW sol of the dry masterbatch control sample shown in FIG. 10 is between 0.7 × 10 6 and 1.1 × 10 6 , the dispersion characteristics are inferior. On the other hand, the dispersion characteristics of the sample of the present invention having the MW sol in the above range is in an excellent state. The preferred embodiment shown in FIG. 10, with MW sol between 0.7 × 10 6 and 1.1 × 10 6 , falls well below the preferred macro-dispersity limit of 0.2%. It can be seen that the elastomeric composites of the invention comprising carbon black in region I provide a balance between macro-dispersion properties and MW sol that could not be achieved previously.

영역 II 카본블랙 시료Zone II Carbon Black Sample

도 8의 영역 II의 형태학적 특성(즉, 구조 및 표면적)을 갖는 카본블랙을 포함하는 본 발명의 시료 및 상기 영역 II 카본블랙으로 상기와 같이 제조된 상응하는 대조 시료를 도 11의 세미-로그 플롯에서 비교한다. 상세하게는, 도 11은 40 phr 내지 70 phr 범위의 부하량의 카본블랙 N234 및 N110 및 0 phr 내지 10 phr 범위의 부하량의 증량제 오일을 포함하는 본 발명의 시료 및 상응하는 대조 시료의 매크로-분산도 수치 및 MWsol 수치를 나타낸다. 본 개시 내용에 따른 엘라스토머 복합체의 바람직한 태양을 나타내는 본 발명의 모든 시료에 대한 우수한 카본블랙 분산도가 도 11으로부터 확인된다. 본 발명의 유리한 시료는 도 11의 111 선 아래에 존재하는 반면, 보다 열등한 분산도를 갖는 모든 대조 시료는 111 선 위에 존재하였다. 요컨대, 영역 II의 카본블랙을 포함하는 도 11에 나타낸 바람직한 태양은 0.3 %의 D(%) 수치 미만에 해당한다. 가장 바람직한 태양은 어떤 MWsol 수치에서도 0.2%를 초과하지 않는 D(%) 수치를 갖는다. 도 11에 나타낸 데이터는 광범위한 MWsol 수치에 걸쳐 영역 II 카본블랙을 포함하는 본원에 개시된 신규한 엘라스토머 복합체의 매크로-분산 특성이 기존의 건조 저작 혼합법에 의해 유사한 성분을 사용하여 얻어질 수 있는 특성에 비해 현저히 우수함을 명확하게 보여준다. 도 11에 나타낸 본 발명의 엘라스토머 복합체에 대한 매크로-분산 수치를 하기 수학식으로 기재한다:A sample of the invention comprising carbon black having the morphological characteristics (ie, structure and surface area) of region II of FIG. 8 and a corresponding control sample prepared as above with region II carbon black are semi-logs of FIG. Compare on the plot. Specifically, FIG. 11 is a macro-dispersity diagram of a sample of the present invention and a corresponding control sample comprising loadings of carbon black N234 and N110 and loadings of extender oil in the range of 40 phr to 70 phr, and 0 phr to 10 phr. The numerical value and MW sol value are shown. Excellent carbon black dispersion for all samples of the present invention, showing a preferred embodiment of the elastomeric composite according to the present disclosure, is identified from FIG. 11. Advantageous samples of the present invention were below line 111 of FIG. 11, while all control samples with inferior dispersion were above line 111. In short, the preferred embodiment shown in FIG. 11 comprising the carbon black in zone II corresponds to less than 0.3% D (%) value. The most preferred embodiment has a D (%) value that does not exceed 0.2% at any MW sol value. The data shown in FIG. 11 shows that the macro-dispersion properties of the novel elastomeric composites disclosed herein comprising region II carbon black over a wide range of MW sol values can be obtained using similar components by conventional dry chewing mixing methods. It is clearly shown to be significantly superior to. The macro-dispersion values for the elastomeric composites of the invention shown in FIG. 11 are described by the following equation:

[수학식 5][Equation 5]

[수학식 6][Equation 6]

0.30의 D(%)는 본 발명에 따른 천연 고무 마스터배치의 영역 II 내의 모든 카본블랙의 매크로-분산 특성의 임계점이고, 0.35 x 106은 MWsol 임계 수치임이 인식될 것이다. 즉, 상기 수학식 5에서 기재된 바와 같이, MWsol이 0.35 x 106 미만으로 저하되도록 충분히 건식 혼합된 후에도, 건조 마스터배치 중 어느 것도 임의의 MWsol에서 0.30 % 또는 그보다 우수한 매크로-분산 특성을 얻지 못하였다. 도 11에 나타낸 건조 마스터배치 대조 시료의 MWsol이 0.35 x 106 와 1.1 x 106 사이인 경우, 분산 특성은 보다 열등하다. 반면, 상기 범위의 MWsol를 갖는 본 발명의 시료의 분산 특성은 우수한 상태이다. MWso.l이 3.5 x 106 와 1.1 x 106 사이인, 도 11에 나타낸 바람직한 태양은 바람직한 매크로-분산도 한계 0.2%에 훨씬 못미친다. 영역 II의 카본블랙을 포함하는 본 발명의 엘라스토머 복합체는 이전에는 달성될 수 없었던 매크로-분산 특성 및 MWsol 사이의 균형을 제공함을 알 수 있다.It will be appreciated that D (%) of 0.30 is the critical point of the macro-dispersion properties of all carbon blacks in zone II of the natural rubber masterbatch according to the invention, and 0.35 x 10 6 is the MW sol threshold. That is, as described in Equation 5 above, even after the MW sol is sufficiently dry mixed so as to lower it to less than 0.35 × 10 6 , none of the dry masterbatch obtains 0.30% or better macro-dispersion property in any MW sol . I couldn't. When the MW sol of the dry masterbatch control sample shown in FIG. 11 is between 0.35 × 10 6 and 1.1 × 10 6 , the dispersion characteristics are inferior. On the other hand, the dispersion characteristics of the sample of the present invention having the MW sol in the above range is in an excellent state. The preferred embodiment shown in FIG. 11, with MW so.l between 3.5 × 10 6 and 1.1 × 10 6 , falls well below the preferred macro-dispersity limit of 0.2%. It can be seen that the elastomeric composites of the present invention comprising carbon black in region II provide a balance between macro-dispersion properties and MW sol that could not be achieved previously.

영역 III 카본블랙 시료Zone III Carbon Black Sample

도 8의 영역 III의 형태학적 특성(즉, 구조 및 표면적)을 갖는 카본블랙을 포함하는 본 발명의 시료 및 상기 영역 III 카본블랙으로 상기와 같이 제조된 상응하는 대조 시료를 도 12의 세미-로그 플롯에서 비교한다. 상세하게는, 도 12는 30 phr 내지 70 phr 범위의 부하량의 카본블랙 N351 및 스터링 6740 및 0 phr 내지 20 phr 범위의 부하량의 증량제 오일을 포함하는 본 발명의 시료 및 상응하는 대조 시료의 매크로-분산도 수치 및 MWsol 수치를 나타낸다. 본 개시 내용에 따른 엘라스토머 복합체의 바람직한 태양을 나타내는 본 발명의 모든 시료에 대한 우수한 카본블랙 분산도가 도 12로부터 확인된다. 본 발명의 유리한 모든 시료는 도 12의 121 선 아래에 존재하는 반면, 보다 열등한 분산도를 갖는 모든 대조 시료는 121 선 위에 존재하였다. 요컨대, 영역 III의 카본블랙을 포함하는 도 12에 나타낸 바람직한 태양은, 유리하게는 0.3 x 106, 심지에 0.7 x 106을 초과하는 MWsol에서도 0.1 %의 D(%) 수치 미만에 해당한다. 도 12에 나타낸 데이터는 광범위한 MWsol 수치에 걸쳐 영역 III 카본블랙을 포함하는 본원에 개시된 신규한 엘라스토머 복합체의 매크로-분산 특성이 기존의 건조 저작 혼합법에 의해 유사한 성분을 사용하여 얻어질 수 있는 특성에 비해 현저히 우수함을 명확하게 보여준다. 도 12에 나타낸 본 발명의 엘라스토머 복합체에 대한 매크로-분산 수치를 하기 수학식으로 기재한다:A sample of the invention comprising carbon black having the morphological characteristics (ie, structure and surface area) of region III of FIG. 8 and a corresponding control sample prepared as above with region III carbon black are semi-logs of FIG. Compare on the plot. Specifically, FIG. 12 shows macro-dispersion of samples of the invention and corresponding control samples comprising loadings of carbon black N351 in the range of 30 phr to 70 phr and sterling 6740 and loading extender oil in the range of 0 phr to 20 phr. Figures and MW sol figures are shown. Excellent carbon black dispersion for all samples of the present invention showing preferred embodiments of the elastomeric composites according to the present disclosure is identified from FIG. 12. All of the advantageous samples of the present invention were below line 121 of FIG. 12, while all control samples with inferior dispersion were above line 121. In short, the preferred embodiment shown in FIG. 12 comprising carbon black in zone III advantageously corresponds to a value of less than 0.1% of the D (%) even in MW sol of 0.3 × 10 6 , even in excess of 0.7 × 10 6 in the wick. . The data shown in FIG. 12 shows that the macro-dispersion properties of the novel elastomeric composites disclosed herein comprising region III carbon black over a wide range of MW sol values can be obtained using similar components by conventional dry chewing mixing methods. It is clearly shown to be significantly superior to. Macro-dispersion values for the elastomeric composites of the invention shown in FIG. 12 are described by the following equation:

[수학식 7][Equation 7]

[수학식 8][Equation 8]

0.1%의 D(%)는 본 발명에 따른 천연 고무 마스터배치의 영역 III 내의 모든 카본블랙의 매크로-분산 특성의 임계점이고, 0.3 x 106은 MWsol 임계 수치임이 인식될 것이다. 즉, 상기 수학식 7에서 기재된 바와 같이, MWsol이 0.35 x 106 미만으로 저하되도록 충분히 건식 혼합된 후에도, 건조 마스터배치 중 어느 것도 임의의 MWsol에서 0.1%의 매크로-분산 특성을 얻지 못하였다. 도 12에 나타낸 건조 마스터배치 대조 시료의 MWsol이 0.30 x 106 와 1.1 x 106 사이인 경우, 분산 특성은 보다 열등하다. 한편, 상기 범위의 MWsol를 갖는 본 발명의 시료의 분산 특성은 우수한 상태이다. MWsol이 0.30 x 106 와 1.1 x 106 사이인 도 12에 나타낸 바람직한 태양은, 바람직한 매크로-분산도 한계 0.2%에 훨씬 못미치고, 사실상 0.1 %의 D(%) 수치 이하이다. 영역 III의 카본블랙을 포함하는 본 발명의 엘라스토머 복합체는 이전에는 달성될 수 없었던 매크로-분산 특성 및 MWsol 사이의 균형을 제공함을 알 수 있다.It will be appreciated that 0.1% D (%) is the critical point of the macro-dispersion properties of all carbon blacks in zone III of the natural rubber masterbatch according to the invention, and 0.3 x 10 6 is the MW sol threshold. That is, as described in Equation 7 above, even after sufficiently dry mixing the MW sol to be lower than 0.35 × 10 6 , none of the dry masterbatch obtained 0.1% macro-dispersion property in any MW sol . . When the MW sol of the dry masterbatch control sample shown in FIG. 12 is between 0.30 × 10 6 and 1.1 × 10 6 , the dispersion characteristics are inferior. On the other hand, the dispersion characteristic of the sample of this invention which has MW sol of the said range is an excellent state. The preferred embodiment shown in FIG. 12 with MW sol between 0.30 × 10 6 and 1.1 × 10 6 is well below the preferred macro-dispersity limit of 0.2% and is actually below the D (%) value of 0.1%. It can be seen that the elastomeric composites of the present invention comprising carbon black in region III provide a balance between macro-dispersion properties and MW sol that could not be achieved previously.

추가의 시료 비교Additional Sample Comparison

상기 도 8 내지 12에서와 같이, 본 발명 시료에 대한 매크로-분산 수치를 MWsol 수치의 함수로 도 13 내지 21의 세미-로그 플롯에 도식적으로 나타낸다. 보다 상세하게는, 도 13 내지 21에, 특정 카본블랙을 포함하는 상기한 본 발명의 모든 시료(이와 같이 지정될 때 특정 카본블랙 부하량의 시료로 한정됨)를 상응하는 대조 시료와 함께 단일 세미-로그 플롯에 함께 나타낸다. (각 도에 포함된 본 발명 시료 및 대조의 참조 부호를 제공하는 상기 범례를 참조한다.) 즉, 도 13은 55 phr N 330 카본블랙을 포함하는 상기한 본 발명 및 대조 시료의 분산 특성 및 MWsol을 나타낸다. 도 13에 나타낸 데이터는 광범위한 MWsol 수치에 걸쳐 N330 카본블랙을 포함하는 본 발명의 신규한 엘라스토머 복합체의 매크로-분산 특성이 대조 시료의 특성에 비해 현저히 우수함을 명확하게 보여준다. 도 13에 나타낸, N330 카본블랙을 포함하는 본 발명의 엘라스토머 복합체에 대한 매크로-분산 수치를 하기 수학식으로 기재한다:As shown in Figures 8-12 above, the macro-dispersion values for the sample of the present invention are shown graphically in the semi-log plots of Figures 13-21 as a function of MW sol values. More specifically, in Figures 13-21, all of the samples of the present invention comprising specific carbon blacks (limited to samples of specific carbon black loadings, when so designated), together with a corresponding control sample, have a single semi-log Shown together on the plot. (See the legend above providing reference signs of the inventive samples and controls included in each figure.) That is, FIG. 13 shows the dispersion properties and MW of the inventive and control samples described above comprising 55 phr N 330 carbon black. sol . The data shown in FIG. 13 clearly shows that the macro-dispersion properties of the novel elastomeric composites of the invention comprising N330 carbon black over a wide range of MW sol values are significantly superior to those of the control sample. The macro-dispersion values for the elastomer composite of the present invention comprising N330 carbon black, shown in FIG. 13, are described by the following equation:

[수학식 9][Equation 9]

[수학식 10][Equation 10]

MWsol이 0.6 x 106 미만으로 저하되도록 충분히 건식 혼합된 후에도, 건조 저작화 마스터배치 중 어느 것도 임의의 MWsol에서 1.0%의 매크로-분산 특성을 얻지 못하였다(상기 수학식 9 참조). MWsol이 0.6 x 106 와 1.1 x 106 사이로 유지된 55 phr N330 카본블랙을 포함하는 대조 시료에서, D(%) 수치가 보다 높아진다. 예를 들면, 미분산 면적이 4%를 초과한다.Even after sufficient dry mixing to reduce the MW sol to less than 0.6 × 10 6 , none of the dry chewable masterbatches achieved a 1.0% macro-dispersion property in any MW sol (see Equation 9 above). In the control sample containing 55 phr N330 carbon black with MW sol maintained between 0.6 x 10 6 and 1.1 x 10 6 , the D (%) value is higher. For example, the undispersed area exceeds 4%.

도 14는 레갈(등록상표) 250 카본블랙을 포함하는 상기의 본 발명 및 대조 시료의 분산 특성 및 MWsol을 나타낸다. 도 14에 나타낸 선택된 본 발명 및 대조 시료는 상기한 바와 같이 오일을 포함하였다. 도 14에 나타낸 데이터는 광범위한 MWsol 수치에 걸쳐 레갈(등록상표) 250 카본블랙을 포함하는 본 발명의 신규한 엘라스토머 복합체의 매크로-분산 특성이 대조 시료의 특성에 비해 현저히 우수함을 명백히 보여준다. 도 14에 나타낸 바와 같이, 레갈(등록상표) 250 카본블랙을 포함하는 본 발명의 엘라스토머 복합체에 대한 매크로-분산도 수치를 하기 수학식으로 기재한다.FIG. 14 shows the dispersion characteristics and MW sol of the present invention and control sample comprising Regal (R) 250 carbon black. Selected invention and control samples shown in FIG. 14 included oil as described above. The data shown in FIG. 14 clearly shows that the macro-dispersion properties of the novel elastomeric composites of the present invention comprising Regal® 250 carbon black over a wide range of MW sol values are significantly superior to those of the control sample. As shown in FIG. 14, the macro-dispersity values for the elastomer composites of the present invention comprising Regal® 250 carbon black are described by the following equation.

<수학식 9><Equation 9>

<수학식 10><Equation 10>

MWsol이 0.6 x 106 미만으로 저하되도록 충분히 건식 혼합된 후에도, 대조 시료 중 어느 것도 임의의 MWsol에서 1.0% 또는 보다 우수한 매크로-분산 특성을 얻지 못하였다. 한편, MWsol이 0.6 x 106를 초과하는 레갈(등록상표) 250 카본블랙을 포함하는 본 발명의 엘라스토머 복합체는 우수한 매크로-분산도, 예를 들면 0.2% 미만의 D(%)를 갖는다. 레갈(등록상표) 250 카본블랙을 포함하는, 도 14에 나타낸 본 발명 및 대조 시료의 혼합 특성 및 성능 특성을 하기 표 27에 수록한다. 0.92 cm/백만 사이클의 매우 낮은 크랙 성장 속도 수치에 의해 나타내는 바와 같이, 본 발명의 시료 제4는 크랙 성장에 대해 특별히 우수한 내성을 가짐을 알 수 있다. 요컨대, 본 발명의 시료는 상응하는 대조 시료에 비해 매우 우수하다. 상기에서 논의한 바와 같이, 이는 주로 본 발명의 시료 내의 카본블랙이 보다 우수한 MWsol 및 매크로-분산도를 가지기 때문인 것으로 생각된다.Even after sufficiently dry mixing the MW sol to drop below 0.6 × 10 6 , none of the control samples achieved 1.0% or better macro-dispersion properties in any MW sol . On the other hand, the elastomer composites of the present invention comprising Regal® 250 carbon black having an MW sol greater than 0.6 × 10 6 have an excellent macro-dispersity, for example less than 0.2% D (%). The mixing and performance characteristics of the inventive and control samples shown in FIG. 14, including Regal® 250 carbon black, are listed in Table 27 below. As shown by the very low crack growth rate values of 0.92 cm / million cycles, it can be seen that Sample 4 of the present invention has particularly good resistance to crack growth. In short, the sample of the present invention is very superior to the corresponding control sample. As discussed above, this is presumably due to the better MW sol and macro-dispersity of the carbon black in the sample of the present invention.

[표 27]TABLE 27

레갈 250 카본블랙을 55 phr 부하량으로 함유하는 NR 화합물의 복합 특성Composite Properties of NR Compounds Containing Regal 250 Carbon Black at 55 phr Loading

도 15는 블랙 펄(등록상표) 800 카본블랙을 55 phr 부하량으로 포함하는 상기의 본 발명 및 대조 시료의 분산 특성 및 MWsol을 나타낸다. 도 15에 나타낸 데이터는 블랙 펄(등록상표) 800 카본블랙을 포함하는 본 발명의 신규한 엘라스토머 복합체의 매크로-분산 특성이 대조 시료의 특성에 비해 현저히 우수함을 명백히 보여준다. 도 15에 나타낸 바와 같이, 블랙 펄(등록상표) 800 카본블랙을 포함하는 본 발명의 엘라스토머 복합체에 대한 매크로-분산도 수치를 하기 수학식으로 기재한다.FIG. 15 shows the dispersion characteristics and MW sol of the present invention and control sample, including Black Pearl (R) 800 carbon black at 55 phr loading. The data shown in FIG. 15 clearly shows that the macro-dispersion properties of the novel elastomeric composites of the invention comprising Black Pearl® 800 carbon black are significantly superior to those of the control sample. As shown in FIG. 15, the macro-dispersity values for the elastomer composites of the present invention comprising Black Pearl (R) 800 carbon black are described by the following equation.

[수학식 11][Equation 11]

[수학식 12][Equation 12]

MWsol이 0.65 x 106 미만으로 저하되도록 충분히 건식 혼합된 후에도, 대조 시료 중 어느 것도 임의의 MWsol에서 1.0% 또는 보다 우수한 매크로-분산 특성을 얻지 못하였다. 반면, MWsol이 0.65 x 106를 초과하는 블랙 펄(등록상표) 800 카본블랙을 포함하는 본 발명의 엘라스토머 복합체는 우수한 매크로-분산도, 예를 들면 0.2 % 미만의 D(%)를 갖는다. 블랙 펄(등록상표) 800 카본블랙을 포함하는 도 15에 나타낸 본 발명 및 대조 시료의 혼합 특성 및 성능 특성을 하기 표 28에 수록한다. 0.27 cm/백만 사이클의 매우 낮은 크랙 성장 속도 수치에 의해 나타내는 바와 같이, 본 발명의 시료 제8은 크랙 성장에 대해 특별히 우수한 내성을 가짐을 알 수 있다. 요컨대, 본 발명의 시료는 상응하는 대조 시료보다 매우 우수하다. 상기에서 논의한 바와 같이, 이는 주로 본 발명의 시료 내의 카본블랙이 보다 우수한 MWsol 및 매크로-분산도를 가지기 때문인 것으로 생각된다.Even after sufficiently dry mixing the MW sol was lowered to less than 0.65 × 10 6 , none of the control samples achieved 1.0% or better macro-dispersion properties in any MW sol . In contrast, the elastomer composites of the present invention comprising Black Pearl® 800 carbon black having an MW sol greater than 0.65 × 10 6 have a good macro-dispersity, for example less than 0.2% D (%). The mixing and performance characteristics of the present invention and control samples shown in FIG. 15 comprising Black Pearl® 800 carbon black are listed in Table 28 below. As indicated by the very low crack growth rate values of 0.27 cm / million cycles, it can be seen that Sample 8 of the present invention has particularly good resistance to crack growth. In short, the sample of the present invention is much better than the corresponding control sample. As discussed above, this is presumably due to the better MW sol and macro-dispersity of the carbon black in the sample of the present invention.

[표 28]TABLE 28

블랙 펄 800 카본블랙을 55 phr 부하량으로 함유하는 NR 화합물의 복합 특성Complex Properties of NR Compounds Containing 55 Pearl Loading of Black Pearl 800 Carbon Black

도 16은 N326 카본블랙을 55 phr 부하량으로 포함하는 상기의 본 발명 및 대조 시료의 분산 특성 및 MWsol을 나타낸다. 도 16에 나타낸 데이터는 N326 카본블랙을 포함하는 본 발명의 신규한 엘라스토머 복합체의 매크로-분산 특성이 대조 시료의 특성에 비해 현저히 우수함을 명백히 보여준다. 도 16에 나타낸 바와 같이, N326 카본블랙을 포함하는 본 발명의 엘라스토머 복합체에 대한 매크로-분산도 수치를 하기 수학식으로 기재한다.FIG. 16 shows the dispersion characteristics and MW sol of the present invention and control sample including N326 carbon black at 55 phr loading. The data shown in FIG. 16 clearly shows that the macro-dispersion properties of the novel elastomeric composites of the invention comprising N326 carbon black are significantly superior to those of the control sample. As shown in FIG. 16, the macro-dispersity values for the elastomer composite of the present invention comprising N326 carbon black are described by the following equation.

[수학식 13][Equation 13]

[수학식 14][Equation 14]

MWsol이 0.7 x 106 미만으로 저하되도록 충분히 건식 혼합된 후에도, 대조 시료 중 어느 것도 임의의 MWsol에서 1.0% 또는 보다 우수한 매크로-분산 특성을 얻지 못하였다. 반면, MWsol이 0.7 x 106를 초과하는 N326 카본블랙을 포함하는 본 발명의 엘라스토머 복합체는 우수한 매크로-분산도, 예를 들면 0.2% 미만의 D(%)를 갖는다. N326 카본블랙을 포함하는 도 16에 나타낸 본 발명 및 대조 시료의 복합 특성 및 성능 특성을 하기 표 29에 수록한다. 0.77 cm/백만 사이클의 매우 낮은 크랙 성장 속도 수치로 나타내는 바와 같이, 본 발명의 시료 제9는 크랙 성장에 대해 특별히 우수한 내성을 가짐을 알 수 있다. 요컨대, 본 발명의 시료는 상응하는 대조 시료에 비해 매우 우수하다. 상기에서 논의한 바와 같이, 이는 주로 본 발명의 시료 내의 카본블랙이 보다 우수한 MWsol 및 매크로-분산도를 가지기 때문인 것으로 생각된다.Even after sufficiently dry mixing the MW sol to lower to less than 0.7 × 10 6 , none of the control samples achieved 1.0% or better macro-dispersion properties in any MW sol . In contrast, the elastomer composites of the present invention comprising N326 carbon black with MW sol greater than 0.7 × 10 6 have a good macro-dispersity, for example, D (%) of less than 0.2%. The composite and performance characteristics of the present invention and control sample shown in FIG. 16 comprising N326 carbon black are listed in Table 29 below. As shown by the very low crack growth rate values of 0.77 cm / million cycles, it can be seen that Sample 9 of the present invention has particularly good resistance to crack growth. In short, the sample of the present invention is very superior to the corresponding control sample. As discussed above, this is presumably due to the better MW sol and macro-dispersity of the carbon black in the sample of the present invention.

[표 29]TABLE 29

N326 카본블랙을 55 phr 부하량으로 함유하는 NR 화합물의 복합 특성Composite Properties of NR Compounds Containing N326 Carbon Black at 55 phr Loading

도 17은 레갈(등록상표) 카본블랙을 포함하는 상기의 본 발명 및 대조 시료의 분산 특성 및 MWsol을 나타낸다. 도 17에 나타낸 선택된 본 발명 및 대조 시료는 상기한 바와 같이 오일을 포함하였다. 도 17에 나타낸 데이터는, 광범위한 MWsol 수치에 걸쳐 레갈(등록상표) 660 카본블랙을 포함하는 본 발명의 신규한 엘라스토머 복합체의 매크로-분산 특성이 대조 시료의 특성에 비해 현저히 우수함을 명백히 보여준다. 도 17에 나타낸 바와 같이, 레갈(등록상표) 660 카본블랙을 포함하는 본 발명의 엘라스토머 복합체에 대한 매크로-분산도 수치를 하기 수학식으로 기재한다.FIG. 17 shows the dispersion characteristics and MW sol of the present invention and control sample comprising Regal® carbon black. Selected present and control samples shown in FIG. 17 included oil as described above. The data shown in FIG. 17 clearly shows that the macro-dispersion properties of the novel elastomeric composites of the invention comprising Regal® 660 carbon black over a wide range of MW sol values are significantly superior to those of the control sample. As shown in FIG. 17, the macro-dispersity values for the elastomer composites of the invention comprising Regal® 660 carbon black are described by the following equation.

[수학식 15][Equation 15]

[수학식 16][Equation 16]

MWsol이 0.6 x 106 미만으로 저하되도록 충분히 혼합된 후에도, 대조 시료 중 어느 것도 임의의 MWsol에서 1.0% 또는 보다 우수한 매크로-분산 특성을 얻지 못하였다. 반면, MWsol이 0.6 x 106를 초과하는 레갈(등록상표) 660 카본블랙을 포함하는 본 발명의 엘라스토머 복합체는 우수한 매크로-분산도, 예를 들면 0.2% 미만의 D(%)를 갖는다. 레갈(등록상표) 660 카본블랙을 포함하는, 도 17에 나타낸 본 발명의 시료 제10 및 각종의 대조 시료의 복합 특성 및 성능 특성을 하기 표 30에 수록한다. 겨우 0.69 cm/백만 사이클의 매우 낮은 크랙 성장 속도 수치에 의해 나타내는 바와 같이, 본 발명의 시료 제10은 크랙 성장에 대해 특별히 우수한 내성을 가짐을 알 수 있다. 요컨대, 본 발명의 시료는 상응하는 대조 시료에 비해 매우 우수하다. 상기에서 논의한 바와 같이, 이는 주로 본 발명의 시료 내의 카본블랙이 보다 우수한 MWsol 및 매크로-분산도를 가지기 때문인 것으로 생각된다.Even after the MW sol was sufficiently mixed to lower below 0.6 × 10 6 , none of the control samples achieved 1.0% or better macro-dispersion properties in any MW sol . In contrast, the elastomer composites of the present invention comprising Regal® 660 carbon black having an MW sol greater than 0.6 × 10 6 have a good macro-dispersity, for example less than 0.2% D (%). The composite properties and performance characteristics of the sample 10 of the present invention and various control samples shown in FIG. 17, including Regal® 660 carbon black, are listed in Table 30 below. As shown by very low crack growth rate values of only 0.69 cm / million cycles, it can be seen that Sample 10 of the present invention has particularly good resistance to crack growth. In short, the sample of the present invention is very superior to the corresponding control sample. As discussed above, this is presumably due to the better MW sol and macro-dispersity of the carbon black in the sample of the present invention.

[표 30]TABLE 30

레갈 660 카본블랙을 55 phr 부하량으로 함유하는 NR 화합물의 복합 특성Complex Properties of NR Compounds Containing Regal 660 Carbon Black at 55 phr Loading

도 18은 N234 카본블랙을 포함하는 상기 기재된 본 발명 및 대조 시료의 분산 특성 및 MWsol을 나타낸다. 도 18에 나타난 선택된 발명 및 대조 시료는 상기된 바와 같이 오일을 포함한다. 도 18에 나타난 데이터는 MWsol 값의 광범위한 범위에 걸쳐 N234 카본블랙을 포함하는 본 발명의 신규 엘라스토머 복합체의 매크로-분산 특성이 대조 시료보다 현저하게 우수함을 나타낸다. 도 18에 나타난 바와 같이 N234 카본블랙을 포함하는 본 발명의 엘라스토머 복합체의 매크로-분산도 수치는 하기 수학식에 의해 기재된다:18 shows the dispersion characteristics and MW sol of the present invention and control sample described above comprising N234 carbon black. Selected invention and control samples shown in FIG. 18 include oil as described above. The data shown in FIG. 18 shows that the macro-dispersion properties of the novel elastomer composites of the present invention comprising N234 carbon black over a wide range of MW sol values are significantly better than control samples. The macro-dispersity values of the elastomer composites of the present invention comprising N234 carbon black as shown in FIG. 18 are described by the following equation:

[수학식 17][Equation 17]

[수학식 18]Equation 18

MWsol을 0.35 x 106 미만으로 저하되도록 충분히 건조 혼합한 후에도, 대조 시료 중 어느 것도 임의의 MWsol에서 0.3 % 또는 보다 우수한 매크로-분산 특성을 얻지 못하였다. 반면, N234 카본블랙을 포함하고 MWsol이 0.35 x 106 초과인 본 발명의 엘라스토머 복합체는 D (%)가 0.3 % 이하이거나 또는 0.2 % 이하와 같이 매크로-분산도가 우수하다. N234 카본블랙을 포함하는 도 18에 나타난, 본 발명의 시료 제14 및 다양한 대조 시료에 대한 복합 특성 및 성능 특성은 하기 표 31에 수록된다. 본 발명의 시료 제14는 크랙 성장 속도 수치가 단지 2.08 ㎝/백만 사이클인 것에 의해 제시되는 바와 같이 크랙 성장에 대한 내성이 우수함을 알 수 있다.Even after sufficiently dry mixing the MW sol to less than 0.35 × 10 6 , none of the control samples obtained 0.3% or better macro-dispersion properties in any MW sol . On the other hand, the elastomer composite of the present invention containing N234 carbon black and having an MW sol greater than 0.35 × 10 6 has excellent macro-dispersity such as D (%) of 0.3% or less or 0.2% or less. The composite and performance characteristics for Sample 14 of the present invention and various control samples, shown in FIG. 18 comprising N234 carbon black, are listed in Table 31 below. It can be seen that Sample 14 of the present invention is excellent in resistance to crack growth, as shown by the crack growth rate value being only 2.08 cm / million cycles.

[표 31]Table 31

55 phr 부하량으로 N234 카본블랙을 함유하는 NR 화합물의 복합 특성Complex Properties of NR Compounds Containing N234 Carbon Black at 55 phr Loading

도 19는 55 phr 부하량으로 N110 카본블랙을 포함하는 상기 기재된 본 발명 및 대조 시료의 분산 특성 및 MWsol을 나타낸다. 도 19에 나타난 데이터는 MWsol 수치의 광범위한 범위에 걸쳐 N110 카본블랙을 포함하는 본 발명의 신규 엘라스토머 복합체의 매크로-분산 특성이 대조 시료보다 현저하게 우수함을 나타낸다. 도 19에 나타난 바와 같이 N110 카본블랙을 포함하는 본 발명의 엘라스토머 복합체의 매크로-분산도 수치는 하기 수학식에 의해 기재된다:FIG. 19 shows the dispersion characteristics and MW sol of the invention and control samples described above comprising N110 carbon black at a 55 phr loading. The data shown in FIG. 19 shows that the macro-dispersion properties of the novel elastomer composites of the present invention comprising N110 carbon black over a wide range of MW sol values are significantly better than the control samples. Macro-dispersity values of the inventive elastomeric composites comprising N110 carbon black as shown in FIG. 19 are described by the following equation:

[수학식 19][Equation 19]

[수학식 20][Equation 20]

MWsol을 0.35 x 106 미만으로 저하되도록 충분히 건식 혼합한 후에도, 대조 시료 중 어느 것도 임의의 MWsol에서 0.5 %의 매크로-분산 특성을 얻지 못하였다. 반면, N110 카본블랙을 포함하고 MWsol이 0.35 x 106 초과인 본 발명의 엘라스토머 복합체는 D (%)가 0.2 % 미만과 같이 매크로-분산도가 우수하다.Even after sufficiently dry mixing the MW sol to less than 0.35 × 10 6 , none of the control samples achieved a macro-dispersion characteristic of 0.5% in any MW sol . On the other hand, the elastomer composite of the present invention containing N110 carbon black and MW sol greater than 0.35 × 10 6 has excellent macro-dispersity such as D (%) of less than 0.2%.

도 20은 33 phr 부하량으로 N351 카본블랙을 포함하는 상기 기재된 본 발명의 시료 22 및 대조 시료의 분산 특성 및 MWsol을 나타낸다. 도 20에 나타난 데이터는 MWsol 수치의 광범위한 범위에 걸쳐 N351 카본블랙을 포함하는 본 발명의 신규 엘라스토머 복합체의 매크로-분산 특성이 대조 시료보다 현저하게 우수함을 나타낸다. 도 20에 나타난 바와 같이 N351 카본블랙을 포함하는 본 발명의 엘라스토머 복합체의 매크로-분산도 수치는 하기 수학식에 의해 기재된다:FIG. 20 shows the dispersion characteristics and MW sol of Sample 22 and the control sample of the present invention described above comprising N351 carbon black at 33 phr loading. The data shown in FIG. 20 shows that the macro-dispersion properties of the novel elastomeric composites of the invention comprising N351 carbon black over a wide range of MW sol values are significantly better than control samples. The macro-dispersity values of the elastomer composites of the present invention comprising N351 carbon black as shown in FIG. 20 are described by the following equation:

[수학식 21][Equation 21]

[수학식 22][Equation 22]

MWsol을 0.35 x 106 미만으로 저하되도록 충분히 건식 혼합한 후에도, 대조 시료 중 어느 것도 임의의 MWsol에서 매크로-분산 특성 1.0 %를 얻지 못하였다. 반면, N351 카본블랙을 포함하고 MWsol이 0.35 x 106 초과인 본 발명의 엘라스토머 복합체는 D (%)가 0.2 % 미만과 같이 매크로-분산도가 우수하다.Even after sufficiently dry mixing the MW sol to less than 0.35 × 10 6 , none of the control samples obtained 1.0% of the macro-dispersion properties in any of the MW sol . On the other hand, the elastomer composite of the present invention containing N351 carbon black and having an MW sol greater than 0.35 × 10 6 has excellent macro-dispersity such as D (%) of less than 0.2%.

도 21은 55 phr 부하량으로 스터링(등록상표) 6740 카본블랙을 포함하는 상기 기재된 본 발명의 시료 제23 및 대조 시료의 분산 특성 및 MWsol을 나타낸다. 도 21에 나타난 데이터는 MWsol 수치의 광범위한 범위에 걸쳐 스터링(등록상표) 6740 카본블랙을 포함하는 본 발명의 신규 엘라스토머 복합체의 매크로-분산 특성이 비교 시료보다 현저하게 우수함을 나타낸다. 도 21에 나타난 바와 같이 스터링(등록상표) 6740 카본블랙을 포함하는 본 발명의 엘라스토머 복합체의 매크로-분산도 수치는 하기 수학식에 의해 기재된다.FIG. 21 shows the dispersion characteristics and MW sol of Sample 23 and control samples of the present invention described above comprising Sterling® 6740 carbon black at 55 phr loading. The data shown in FIG. 21 shows that the macro-dispersion properties of the novel elastomer composites of the present invention comprising Sterling® 6740 carbon black over a wide range of MW sol values are significantly better than the comparative samples. The macro-dispersity values of the elastomeric composites of the present invention comprising Sterling® 6740 carbon black as shown in FIG. 21 are described by the following equation.

[수학식 23][Equation 23]

[수학식 24][Equation 24]

MWsol을 0.3 x 106 미만으로 저하되도록 충분히 건식 혼합한 후에도, 대조 시료 중 어느 것도 임의의 MWsol에서 0.1 % 또는 0.2 %의 매크로-분산 특성을 얻지 못하였다. 반면, 스터링(등록상표) 6740 카본블랙을 포함하고 MWsol이 0.3 x 106 초과인 본 발명의 엘라스토머 복합체는 D (%)가 0.2 % 미만, 심지어 0.1 % 미만과 같이 매크로-분산도가 우수하다. 스터링(등록상표) 6740 카본블랙을 포함하는 도 21에 나타난 본 발명의 시료 제23 및 대조 시료의 화합물 특성 및 성능 특성은 하기 표 32에 수록된다. 본 발명의 시료 제14는 크랙 성장 속도가 단지 0.91 ㎝/백만 사이클인 것에 의해 제시되는 바와 같이 크랙 성장에 대한 내성이 우수함을 알 수 있다. 실제적으로, 본 발명의 시료가 상응하는 대조 시료보다 훨씬 우수하다. 이는 상기 논의된 바와 같이 주로 본 발명의 시료에서 보다 우수한 MWsol 및 카본블랙의 매크로-분산도 때문이라고 생각된다.Even after sufficiently dry mixing the MW sol to less than 0.3 × 10 6 , none of the control samples achieved a macro-dispersion of 0.1% or 0.2% in any MW sol . In contrast, the elastomeric composites of the present invention comprising Sterling® 6740 carbon black and having an MW sol greater than 0.3 × 10 6 have good macro-dispersity, such as D (%) of less than 0.2%, even less than 0.1%. . The compound and performance characteristics of the sample 23 and the control sample of the present invention shown in FIG. 21 comprising Sterling® 6740 carbon black are listed in Table 32 below. It can be seen that Sample 14 of the present invention is excellent in resistance to crack growth, as shown by the crack growth rate being only 0.91 cm / million cycles. In practice, the samples of the invention are much better than the corresponding control samples. It is believed that this is mainly due to the better macro-dispersity of MW sol and carbon black in the sample of the present invention as discussed above.

[표 32]Table 32

55 phr 부하량으로 스터링 6740 카본블랙을 함유하는 NR 복합 특성NR composite properties containing Sterling 6740 carbon black at 55 phr load

추가 실시예: 경화 시료Additional Examples: Cured Samples

선택된 본 발명의 시료 및 상응하는 대조 시료를 포함하는 상기 기재된 다수의 마스터배치 시료를 경화시키고 시험하였다. 특정적으로, 표 9의 제제를 사용하여 상기 표 8의 단계 II에 따라서 시료를 혼합하여 최종 화합물을 제조하였다. 이어서 각 경우의 최종 화합물을 표준 기술을 사용하여 약 150 ℃에서 실질적으로 완전한 경화가 달성될 때까지 주형에서 경화시켰다. 경화 시료의 성능 특성을 ASTM D3629-94에 의한 회전 굴곡기(flexing machine)를 사용하는 상기된 측정 기술에 따라 각 크랙 성장 속도를 측정함으로써 결정하였다. 크랙 성장을 측정하는데 사용된 회전형 굴곡기는 시판되고 잘 알려져 있다. 예를 들면, 문헌 [the Proceedings of the International Rubber Conference, 1995, 일본, Kobe, 논문 제27A-6호, 472-475면]에 논의되어 있다. 화합물을 100 ℃ 및 굴곡각 45o에서 시험하였다. 일반적으로 당업자들에게 상기 화합물의 크랙 성장 속도는 천연 고무의 분자량 및 카본블랙의 분산 특성, 즉 화합물의 MWsol 및 D (%) 수치에 의해 영향을 받는 것으로 여겨진다. 보다 높은 MWsol 및 보다 낮은 D (%)는 감소된 크랙 성장 속도와 상당한 상호 관계가 있다. 본 발명의 시료 제9, 10 및 16에 대한 크랙 성장 속도 및 기타 정보가 하기 표 33에 수록된다. 상응하는 대조 시료에 대한 상응하는 시험 결과는 카본블랙의 선택에 의해 분류되어 하기 표 34에 나타난다. 또한, 60 ℃에서 탄젠트 δmax를 본 발명의 시료 제24-32 및 상응하는 대조 시료에 대하여 측정하였다. 본 발명의 시료에 대한 60 ℃에서의 탄젠트 δmax 수치는 하기 표 35에 수록된다. 대조 시료에 대한 상응하는 시험 결과는 하기 표 36에 수록된다.Multiple masterbatch samples described above, including selected inventive samples and corresponding control samples, were cured and tested. Specifically, the final compounds were prepared by mixing the samples according to step II above in Table 8 using the formulations in Table 9. The final compound in each case was then cured in the mold using standard techniques until substantially complete curing was achieved at about 150 ° C. The performance characteristics of the cured samples were determined by measuring each crack growth rate according to the measurement technique described above using a rotating flexing machine according to ASTM D3629-94. Rotary bends used to measure crack growth are commercially known and well known. For example, the Proceedings of the International Rubber Conference, 1995, Kobe, Japan, Paper 27A-6, pp. 472-475. Compounds were tested at 100 ° C. and flexion angle 45 ° . It is generally believed to those skilled in the art that the crack growth rate of the compound is influenced by the molecular weight of the natural rubber and the dispersion properties of the carbon black, ie the MW sol and D (%) values of the compound. Higher MW sol and lower D (%) correlate significantly with reduced crack growth rate. Crack growth rates and other information for Samples 9, 10, and 16 of the present invention are listed in Table 33 below. Corresponding test results for the corresponding control samples are sorted by selection of carbon black and shown in Table 34 below. In addition, tangent δ max at 60 ° C. was measured for Samples 24-32 and the corresponding control sample of the present invention. The tan δ max values at 60 ° C. for the samples of the present invention are listed in Table 35 below. The corresponding test results for the control sample are listed in Table 36 below.

표 36에 나타난 대조 시료 제444-450은 RSS1 천연 고무를 사용하여 대조 시료 코드 M2D1을 위한 상기 기재된 방법에 따라 제조하였다. 표 36에 나타난 부하량 수준 (phr)에서 5 phr 증량제 오일과 함께 모든 카본블랙 N234를 사용하였다.Control Samples 444-450 shown in Table 36 were prepared according to the method described above for Control Sample Code M2D1 using RSS1 natural rubber. All carbon black N234 was used with 5 phr extender oil at the loading levels (phr) shown in Table 36.

[표 33]Table 33

본 발명 시료의 크랙 성장 속도Crack Growth Rate of Samples of the Invention

[표 34]Table 34

대조 시료의 크랙 성장 속도Crack Growth Rate of Control Sample

[표 35]Table 35

본 발명 시료에 대한 60 ℃에서의 Tan δTan δ at 60 ° C. for samples of the invention

[표 36]TABLE 36

대조 시료에 대한 60 ℃에서의 Tan δTan δ at 60 ° C. for the control sample

표 33 및 34의 비교로부터, 대조 시료에 비교하여 유리하게 보다 낮은 크랙 성장 속도가 본 발명의 시료에 의해 달성됨을 알 수 있다. 보다 낮은 크랙 성장 속도는 양호한 내구성 및 타이어 적용 등을 포함하는 다수의 적용을 위한 관련 특성과 상호 관계가 있다. 또한, 표 35 및 36의 비교로부터 대조 시료 수치보다 낮은, 보다 우수한 탄젠트 δmax 수치가 본 발명의 시료에 의해 달성됨을 알 수 있다. 따라서, 예를 들면 상응하는 낮은 롤링 내성을 위하여 낮은 히스테리시스(hysteresis)을 요구하는 타이어 적용 등을 포함하는 다수의 제품 적용을 위한 개선된 성능이 본 발명의 시료에 의해 달성된다.From the comparison of Tables 33 and 34, it can be seen that advantageously lower crack growth rates are achieved by the samples of the present invention compared to the control samples. Lower crack growth rates correlate with relevant properties for many applications, including good durability and tire applications. It can also be seen from the comparison of Tables 35 and 36 that better tan δ max values, lower than the control sample values, are achieved by the samples of the present invention. Thus, improved performance for many product applications, including, for example, tire applications requiring low hysteresis for corresponding low rolling resistance, is achieved by the samples of the present invention.

본 발명의 엘라스토머 복합체의 유리한 성능 특성은 N234 카본블랙을 포함하는 본 발명의 시료 제16의 크랙 성장 속도 및 도 22에 그래프로 도시화된 대조 시료 제273 내지 제288의 상응하는 시험 결과에 의해 예시된다. 특정적으로, 도 22는 대조 시료에 대한 MWsol 및 크랙 성장 속도 사이의 관계, 및 본 발명의 엘라스토머 복합체에 우수한 매크로-분산도의 유리한 영향을 명백하게 나타낸다. 도 22-24 및 표 33-36에 나타난 MWsol 수치는 경화 전 마스터배치 물질에 대한 것으로 이해되어야 한다. 경화 물질의 분자량은 비경화 마스터배치의 MWsol 수치에 상당히 관련됨을 이해한다. 약 0.25 x 106 내지 0.6 x 106의 MWsol 범위 상에 대조 시료의 크랙 성장 속도는 MWsol에 관련된 직선에 잘 부합되는 것으로 나타난다. 반면, MWsol 0.5 x 106에서 본 발명의 시료 제16은 본 발명의 시료의 훨씬 우수한 매크로-분산도 D (%)로 인하여, 상응하는 대조 시료보다 크랙 성장 속도가 현저하게 우수하다 (즉, 낮음). 이는 추가로 도 23에서 유사하게 도시함으로써 확립되는데, N326 카본블랙을 포함하는 본 발명의 시료 제9의 크랙 성장 속도는 상응하는 대조 시료 제145 내지 160보다 현저하게 낮은 것으로 나타나고 상관선보다 훨씬 아래에 있다. 유사하게 도 24에서는 본 발명의 시료 제10의 우수한 매크로-분산도는 상응하는 대조 시료 제177 내지 192에 의해 확립된 크랙 성장 속도 및 MWsol 사이의 상관선 훨씬 아래에 위치하는 크랙 성장 수치가 되는 것으로 나타난다. 도 25에서는, 60 ℃에서의 최대 탄젠트 δ가 본 발명의 시료 제24 내지 28에 대하여 우수하고, 즉 낮고, 본 발명의 시료 제29 내지 32는 상응하는 대조 시료 제444 내지 450에 대한 것보다 우수하게 그래프로 도시된다.Advantageous performance characteristics of the elastomeric composites of the present invention are exemplified by the crack growth rate of Sample 16 of the present invention comprising N234 carbon black and the corresponding test results of Control Samples 273-288 graphed in FIG. 22. . Specifically, FIG. 22 clearly shows the relationship between MW sol and crack growth rate for the control sample, and the beneficial effect of good macro-dispersity on the elastomer composite of the present invention. It should be understood that the MW sol values shown in FIGS. 22-24 and Tables 33-36 are for the masterbatch material prior to curing. It is understood that the molecular weight of the cured material is significantly related to the MW sol value of the uncured masterbatch. The crack growth rate of the control sample on the MW sol range of about 0.25 × 10 6 to 0.6 × 10 6 appears to fit well with the straight line associated with the MW sol . In contrast, sample 16 of the present invention at MW sol 0.5 × 10 6 exhibits significantly better crack growth rates than the corresponding control sample due to the much better macro-dispersity D (%) of the sample of the present invention (ie, lowness). This is further established by analogy in FIG. 23, wherein the crack growth rate of sample ninth of the invention comprising N326 carbon black appears to be significantly lower than the corresponding control samples 145-160 and is well below the correlation line. . Similarly, in FIG. 24, the good macro-dispersity of sample ten of the present invention is a crack growth value located far below the correlation between MW sol and the crack growth rate established by corresponding control samples 177-192. Appears to be. In FIG. 25, the maximum tan δ at 60 ° C. is excellent, ie lower, for samples 24 to 28 of the invention, and samples 29 to 32 of the invention are better than for the corresponding control samples 444 to 450. Is shown graphically.

본 발명의 엘라스토머 복합체에 대한 상기 논의된 우수한 크랙 성장 결과는 유리한 내피로성을 나타내고, 우수한 내인열성 및 컷 앤드 칩(cut-and-chip) 내성과 같은 유리한 내파괴성을 나타낸다. 본 발명의 엘라스토머 복합체가 상기 논의된 우수한 히스테리시스 결과는 자동차 타이어 적용을 위하여 유리하게 낮은 롤링 내성 (및 상응하는 보다 높은 연료 절약)을 제시하고, 감소된 열축적과 같은 관련된 성능 특성에서 유리한 개선을 나타낸다. 하나 이상의 상기 우수한 특성, 내피로성 및 내파괴성, 낮은 히스테리시스, 낮은 열축적 등은 본 발명의 엘라스토머 복합체를 타이어 적용과 같은 상업적 적용 및 공업 고무 용품에서의 용도에 잘 부합되게 한다. 타이어 적용에 관하여, 본 발명의 다양한 바람직한 실시태양이 하기 용도에 특히 잘 부합된다: 타이어 트레드, 특히 레디얼(radial) 및 바이어스 트럭 타이어용 트레드, 오프 더 로우드("OTR") 타이어, 비행기 타이어 등; 서브트레드; 와이어 스킴(wire skim); 측벽; 리트레드(retread) 타이어용 쿠션 고무; 및 유사한 타이어 적용. 본 발명의 다양한 바람직한 실시태양에 의해 달성된 우수한 성능 특성은 개선된 타이어 내구성, 트레드 수명 및 케이싱(casing) 수명, 자동차를 위한 우수한 연료 절약 및 기타 잇점을 제공할 수 있다. 공업 고무 용품에 관하여, 본 발명의 다양한 바람직한 실시태양은 하기 용도에 특히 잘 부합된다: 엔진 마운트(mount), 히드로(hydro) 마운트, 브릿지 베어링 및 지진 격리제, 탱크 트랙 또는 트레드, 마이닝(mining) 벨트 및 유사한 용품 적용. 본 발명의 다양한 바람직한 실시태양에 의해 달성된 우수한 성능 특성은 개선된 피로 수명, 내구성 및 상기 용품 적용을 위한 기타 잇점을 제공할 수 있다.The excellent crack growth results discussed above for the elastomeric composites of the present invention exhibit favorable fatigue resistance and favorable fracture resistance, such as good tear resistance and cut-and-chip resistance. The excellent hysteresis results discussed above with the elastomeric composites of the present invention present advantageously low rolling resistance (and corresponding higher fuel savings) for automotive tire applications, and show advantageous improvements in related performance properties such as reduced thermal accumulation. . One or more of the above excellent properties, fatigue and fracture resistance, low hysteresis, low heat accumulation and the like make the elastomeric composites of the present invention well suited for use in commercial applications such as tire applications and in industrial rubber articles. With regard to tire applications, various preferred embodiments of the present invention are particularly well suited for the following applications: tire treads, in particular treads for radial and bias truck tires, off-the-wood (“OTR”) tires, airplane tires and the like. ; Subtread; Wire skim; Sidewalls; Cushion rubber for retread tires; And similar tires apply. The good performance characteristics achieved by various preferred embodiments of the present invention can provide improved tire durability, tread life and casing life, good fuel savings for automobiles, and other benefits. With regard to industrial rubber articles, various preferred embodiments of the present invention are particularly well suited for the following uses: engine mounts, hydro mounts, bridge bearings and seismic isolators, tank tracks or treads, mining Application of belts and similar supplies. The good performance characteristics achieved by the various preferred embodiments of the present invention can provide improved fatigue life, durability, and other benefits for such article applications.

도 26 내지 도 29는 도 8에 일반적으로 상응하는 카본블랙 형태, 구조(DBPA) 및 표면적 (CTAB)의 그래픽 표현이다. 도 26에서 카본블랙 형태 영역(261)은 OTR 타이어 트레드 적용을 위해 최근에 상업적으로 사용되는 카본블랙을 포함한다. 화살표 (262)는 본 발명에 따라 유리하게 연장될 수 있는 영역 (261)의 방향을 나타낸다. 컷-앤드-칩 내성, 크랙 성장 저항성 및 내인열성과 같은 성능 특성은 방향 화살표 (262) 물체의 방향으로 일반적으로 개선시키는 것으로 이해되지만, 과거에는 천연 고무의 감소된 분자량 및(또는) 보다 큰 표면적, 보다 적은 구조 카본블랙의 사용으로 인한 보다 불량한 매크로-분산도 때문에 이들 및 기타 특성의 저하를 상쇄시키는 것으로 이해된다. 본 발명의 엘라스토머 복합체는 우수한 매크로-분산도 및 MWsol에 대하여 현저하게 개선된 OTR 트레드 물질을 얻기 위하여, 방향 화살표 (262)에 의해 제시된 보다 적은 구조, 보다 큰 표면적 카본블랙을 사용할 수 있다.26-29 are graphical representations of carbon black morphology, structure (DBPA) and surface area (CTAB) generally corresponding to FIG. 8. In FIG. 26 the carbon black shaped region 261 comprises carbon black, which has recently been used commercially for OTR tire tread applications. Arrow 262 indicates the direction of region 261 which may advantageously extend in accordance with the present invention. Performance characteristics such as cut-and-chip resistance, crack growth resistance, and tear resistance are generally understood to improve in the direction of the direction arrow 262 object, but in the past reduced molecular weight and / or greater surface area of natural rubber It is understood that, due to the poorer macro-dispersity due to the use of less structural carbon blacks, this and other degradation of properties are offset. The elastomeric composites of the present invention may use a smaller structure, larger surface area carbon black, as indicated by the direction arrow 262, to obtain an OTR tread material with good macro-dispersity and significantly improved for MW sol .

유사하게는, 도 27에서 카본블랙 형태 영역 (271)은 트럭 및 버스(T/B) 타이어 트레드 적용을 위해 최근에 상업적으로 사용되는 카본블랙을 포함한다. 화살표 (272)는 본 발명에 따라 유리하게 연장될 수 있는 영역 (271)의 방향을 나타낸다. 내마모성과 같은 성능 특성은 방향 화살표 (272)의 방향으로 일반적으로 개선시키는 것으로 이해되지만, 과거에는 천연 고무의 감소된 분자량 및(또는) 보다 큰 표면적 카본블랙의 사용으로 인한 보다 불량한 매크로-분산도 때문에 이들 및 기타 특성의 저하를 상쇄시키는 것으로 이해된다. 본 발명의 엘라스토머 복합체는 우수한 매크로-분산도 및 MWsol에 대하여 개선된 T/B 트레드 물질을 얻기 위하여, 방향 화살표 (272)에 의해 제시된 보다 큰 표면적 카본블랙을 사용할 수 있다.Similarly, the carbon black shaped region 271 in FIG. 27 includes carbon black that has recently been used commercially for truck and bus (T / B) tire tread applications. Arrow 272 indicates the direction of region 271 which may advantageously extend in accordance with the present invention. Performance characteristics such as wear resistance are understood to generally improve in the direction of the direction arrow 272, but in the past due to poor macro-dispersity due to the reduced molecular weight of natural rubber and / or the use of larger surface area carbon blacks. It is understood that this offsets the degradation of these and other properties. The elastomeric composites of the present invention can use the larger surface area carbon blacks indicated by directional arrows 272 to obtain good macro-dispersity and improved T / B tread material for MW sol .

유사하게는, 도 28에서 카본블랙 형태 영역 (281 및 283)은 각각 트레드 기재 및 객차(PC) 타이어 트레드를 위하여 최근에 상업적으로 사용되는 카본블랙을 나타낸다. 방향 화살표 (282 및 284)는 본 발명에 따라 유리하게 연장될 수 있는 각각의 영역 (281 및 283)의 방향을 나타낸다. 열축적(HBU) 및 롤링 내성과 같은 성능 특성은 방향 화살표 (282)의 방향으로 트레드 기재를 위해 개선시키는 것으로 이해되지만, 과거에는 고무의 감소된 분자량 및(또는) 보다 큰 표면적, 보다 적은 구조 카본블랙의 사용으로 인한 보다 불량한 매크로-분산도 때문에 이들 및 기타 특성의 저하를 상쇄시키는 것으로 이해된다. 유사하게는, 롤링 방지성과 같은 성능 특성은 방향 화살표 (284)의 방향으로 PC 트레드를 위해 개선시키는 것으로 이해되지만, 과거에는 고무의 감소된 분자량 및(또는) 보다 큰 표면적, 보다 적은 구조 카본블랙의 사용으로 인한 보다 불량한 매크로-분산도 때문에 이들 및 기타 특성을 저하시키는 것으로 이해된다. 본 발명의 엘라스토머 복합체는 우수한 매크로-분산도 및 상기 엘라스토머 복합체에서 고분자량의 임의적인 보존에 대하여, 각각 개선된 트레드 기재 및 PC 트레드를 얻기 위하여, 화살표 (282 및 284)에 의해 제시된 보다 큰 표면적, 보다 적은 구조 카본블랙을 사용할 수 있다.Similarly, carbon black shaped regions 281 and 283 in FIG. 28 represent carbon black recently used commercially for tread substrates and carriage (PC) tire treads, respectively. Directional arrows 282 and 284 indicate the direction of each region 281 and 283, which may advantageously extend in accordance with the present invention. Performance characteristics such as heat accumulation (HBU) and rolling resistance are understood to improve for the tread substrate in the direction of the direction arrow 282, but in the past the reduced molecular weight and / or larger surface area of rubber, and less structural carbon It is understood that due to the poorer macro-dispersity due to the use of black offsets these and other degradations. Similarly, performance characteristics such as anti-rolling properties are understood to improve for PC treads in the direction of direction arrow 284, but in the past reduced molecular weight of rubber and / or larger surface area, less structure of carbon black It is understood that these and other properties are degraded because of the poorer macro-dispersity resulting from use. The elastomeric composites of the present invention have a larger surface area as indicated by arrows 282 and 284, in order to obtain an improved tread substrate and PC tread, respectively, for good macro-dispersity and arbitrary preservation of high molecular weight in the elastomeric composite, Less structural carbon black can be used.

유사하게는, 도 29에서 카본블랙 형태 영역 (291, 293 및 294)는 각각 측벽, 정점 및 스틸 벨트 타이어 적용을 위하여 최근에 상업적으로 사용되는 카본블랙을 나타낸다. 방향 화살표 (292 및 295)는 본 발명에 따라 유리하게 연장될 수 있는 각각의 영역 (291 및 294)의 방향을 나타낸다. 열축적(HBU) 및 피로 수명과 같은 성능 특성은 방향 화살표 (292)의 방향에서 측벽를 위해 개선시키는 것으로 이해되지만, 과거에는 고무의 감소된 분자량 및(또는) 보다 적은 구조 카본블랙의 사용으로 인한 보다 불량한 매크로-분산도 때문에 이들 및 기타 특성의 저하를 상쇄시키는 것으로 이해된다. 유사하게는, 열축적, 프로세싱 및 와이어 접착성과 같은 성능 특성은 방향 화살표 (295)의 방향으로 스틸 벨트 엘라스토머 물질을 위해 개선시키는 것으로 이해되지만, 과거에는 고무의 감소된 분자량 및(또는) 보다 큰 표면적, 보다 적은 구조 카본블랙의 사용으로 인한 보다 불량한 매크로-분산도 때문에 이들 및 기타 특성을 저하시키는 것으로 이해된다. 본 발명의 엘라스토머 복합체는 우수한 매크로-분산도 및 상기 엘라스토머 복합체에서 고분자량의 임의적인 보존에 대하여, 각각 개선된 측벽 및 스틸 벨트 고무 물질을 얻기 위하여, 화살표 (292 및 295)에 의해 제시된 보다 큰 표면적 및(또는) 보다 적은 구조 카본블랙을 사용할 수 있다.Similarly, carbon black shaped regions 291, 293, and 294 in FIG. 29 represent carbon blacks that have recently been used commercially for sidewall, vertex, and steel belt tire applications, respectively. Directional arrows 292 and 295 indicate the direction of each region 291 and 294 that can be advantageously extended in accordance with the present invention. Performance characteristics such as heat accumulation (HBU) and fatigue life are understood to improve for the sidewalls in the direction of direction arrow 292, but in the past are more due to the reduced molecular weight of rubber and / or the use of less structural carbon black. It is understood that due to poor macro-dispersity, this and other degradation is canceled out. Similarly, performance characteristics such as heat accumulation, processing and wire adhesion are understood to improve for steel belt elastomeric material in the direction of direction arrow 295, but in the past reduced rubber and / or larger surface area of rubber. It is understood that these and other properties are degraded because of poorer macro-dispersity due to the use of less structural carbon black. The elastomeric composites of the present invention have a larger surface area as indicated by arrows 292 and 295 to obtain improved sidewall and steel belt rubber materials, respectively, for good macro-dispersity and arbitrary preservation of high molecular weight in the elastomeric composites. And / or less structural carbon black may be used.

추가 실시예: 바람직한 실시태양 및 기타 충전제를 포함하는 대조 시료Additional Examples Control Samples Including Preferred Embodiments and Other Fillers

본 발명의 특정 바람직한 실시태양에 따른 엘라스토머 복합체의 첨가 시료, 및 상응하는 대조 시료를 제조하였다. 제1 군은 상기 규소 처리된 카본블랙으로 불리운 형태의 다중상 집합체 충전제를 사용하였다.Samples of addition of the elastomeric composite according to certain preferred embodiments of the present invention, and corresponding control samples were prepared. The first group used multiphase aggregate fillers of the type called silicon treated carbon black.

특정적으로, 본 발명의 시료 제33-34는 에코블랙(ECOBLACK(R)), 규소 처리된 카본블랙 (Massachusetts, Billerica, Cabot Corporation 제품)을 사용하였다. 상기 에코블랙 충전제는 카본블랙 N234와 유사한 형태 특성, 즉 구조 및 표면적을 갖는다. 시료 제33은 45 phr 에코블랙 충전제를 사용하고 증량제 오일을 사용하지 않았다. 시료 44는 68 phr 에코블랙 충전제를 사용하고 증량제를 사용하지 않았다. 다양한 용품 적용을 위한 통상적인 충전제 및 증량제 오일 용도를 천연 고무, 및 카본블랙 및 실리카 충전제의 블렌드를 포함하는 본 발명의 엘라스토머 복합체에 대하여 표 37에 나타내었다. 표 37에 나타난 조성물에서 실리카 충전제의 사용량은 카본블랙 충전제의 유사한 양을 통상적으로 대체하는 것으로 이해되어야 한다.Specifically, samples 33-34 of the present invention used Ecoblack (ECOBLACK (R) ) and siliconized carbon black (Massachusetts, Billerica, Cabot Corporation). The ecoblack filler has similar morphological properties, namely structure and surface area, as carbon black N234. Sample 33 used 45 phr ecoblack filler and no extender oil. Sample 44 used 68 phr ecoblack filler and no extenders. Conventional filler and extender oil applications for various article applications are shown in Table 37 for the inventive elastomeric composites comprising natural rubber and blends of carbon black and silica fillers. The amount of silica filler used in the compositions shown in Table 37 should be understood to typically replace similar amounts of carbon black filler.

[표 37]TABLE 37

타이어 용도에 대한 전형적인 NR 제제Typical NR Formulations for Tire Applications

시료의 제2 군은 실리카 및 카본블랙의 블렌드 또는 혼합물을 사용하였다. 카본블랙 및 실리카 충전제의 블렌드를 사용하는 본 발명의 실시태양에서는, 일반적으로 적어도 약 60:40의 중량비로 사용되는 것이 바람직하다. 즉, 바람직하게는 카본블랙은 엘라스토머를 양호하게 응고시키고 마스터배치내에서 실리카의 재응집을 감소시키거나 또는 제거하기 위하여 충전제 약 60 중량% 이상을 포함한다. 특히, 표 40에 나타난 바와 같이 실시예 제35-38에서는 카본블랙을 표면적 BET 150 ㎡/g, 표면적 DBPA 190 mils/100 g, pH 7 및 기본 미립자 크기 19 나노미터의 미립자상 SiO2 충전제 하이실(HiSil(R)) 233 (미국, 펜실바니아, 피츠버그, PPG Industries 제품)과 함께 사용하였다.The second group of samples used blends or mixtures of silica and carbon black. In embodiments of the invention using blends of carbon black and silica filler, it is generally preferred to use at a weight ratio of at least about 60:40. That is, preferably the carbon black comprises at least about 60% filler by weight to better solidify the elastomer and to reduce or eliminate reagglomeration of the silica in the masterbatch. In particular, as shown in Table 40, in Examples 35-38, carbon black was prepared in a particulate SiO 2 filler high sil with a surface area of BET 150 m 2 / g, surface area DBPA 190 mils / 100 g, pH 7 and a basic particle size of 19 nanometers. (HiSil (R) ) 233 (manufactured by Pittsburgh, PA, PPG Industries, USA).

모든 본 발명의 시료, 즉, 추가되는 발명의 시료 제33-38을 상기된 본 발명의 시료 1-32에 사용된 방법 및 장치에 따라 제조하였다. 본 발명의 시료 제33-38을 위한 방법 및 장치의 세부 사항을 하기 표 38에 나타내었다. 시료 제33-38에 사용된 필드 라텍스 또는 농축물은 각 경우에서 표 24를 참고로 하여 상기 기재된 것과 동일하다. 표 38의 데이터가 본 발명의 시료 제1-32를 위한 상기 표 25에 제공된 것과 유사하다는 것을 이해할 것이다. 표 38에 제시된 카본블랙 충전제 "CRX2000"은 상기 기재된 에코블랙(등록상표), 규소 처리된 카본블랙이었다.All samples of the invention, i.e., additional samples 33-38, were prepared according to the methods and apparatus used for Sample 1-32 of the invention described above. Details of the method and apparatus for Samples 33-38 of the present invention are shown in Table 38 below. The field latex or concentrate used in Samples 33-38 is the same as described above in each case with reference to Table 24. It will be appreciated that the data in Table 38 is similar to that provided in Table 25 above for Samples 1-32 of the present invention. The carbon black filler "CRX2000" shown in Table 38 was the eco black (registered trademark), silicon treated carbon black described above.

[표 38]Table 38

본 발명의 시료 제조에 대한 세부 사항Details on Sample Preparation of the Invention

대조 시료 451-498을 대조 시료 제1-450을 위해 상기 기재된 방법 및 장치에 따라 제조하였다. 마스터배치 451-466에 대한 가공 코드(상기 표 13을 참고), 충전제 부하량, 고무, MWsol 및 매크로-분산도를 하기 표 39에 나타내었다. 본 발명의 시료 제33-38의 가공 코드, 충전제 부하량, 고무, MWsol 및 매크로-분산도 (및 용이한 참고를 위한 충전제 및 오일 부하량)를 표 40에 나타내었다. 대조 시료 451-466이 조성물에서 본 발명의 시료 제33 및 제34에 상응함을 표 39로부터 알게 될 것이다. 유사하게는, 대조 시료 제467-498이 본 발명의 시료 제35-38에 상응한다.Control sample 451-498 was prepared according to the methods and apparatus described above for control sample 1-450. Processing codes for masterbatch 451-466 (see Table 13 above), filler loadings, rubber, MW sol and macro-dispersity are shown in Table 39 below. The processing codes, filler loadings, rubber, MW sol and macro-dispersity (and filler and oil loadings for easy reference) of Sample 33-38 of the present invention are shown in Table 40. It will be seen from Table 39 that Control Samples 451-466 correspond to Samples 33 and 34 of the present invention in the composition. Similarly, control samples 467-498 correspond to samples 35-38 of the present invention.

[표 39]TABLE 39

[표 40]TABLE 40

본 발명 시료의 졸 분자량 및 미분산 면적Sol Molecular Weight and Undispersed Area of Samples of the Invention

[표 41]Table 41

본 발명의 시료 33-38의 마스터배치에서 우수한 카본블랙 분산도는 표 39-41에서 나타난 매크로-분산도 및 MWsol 수치를 비교함으로써 증명된다. 에코블랙, 규소 처리된 카본블랙으로 제조된 본 발명의 시료 제33-34, 및 상응하는 대조 시료를 도 30의 세미 로그 곡선에서 비교하였다. 우수한 카본블랙 분산도를 본 개시에 따른 엘라스토머 복합체의 바람직한 실시태양을 표시하며 본 발명의 시료에 대해 도 30에 도시하였다. 유리하게는 본 발명의 시료는 도 30에서 선 301 아래에 있는데, 모든 대조 시료는 선 301 위에 있으며 훨씬 불량한 분산도를 갖는다. 실제적으로, 도 30에 나타난 바람직한 실시태양은 0.4 x 106을 유리하게 초과하는 MWsol 수치에서도 D (%) 수치가 0.2 % 미만이다. 도 30에 나타난 데이터는 본원에서 개시된, 규소 처리된 카본블랙을 포함하는 신규 엘라스토머 복합체의 매크로-분산 특성이 종래 건조 혼합법의 대응하는 성분을 사용하여 얻을 수 있는 것보다 상당히 우수함을 명백하게 나타내었다. 도 30에 나타난 본 발명의 엘라스토머 복합체의 매크로-분산도 수치를 하기 수학식에 의해 기재하였다:The superior carbon black dispersion in the masterbatch of Samples 33-38 of the present invention is demonstrated by comparing the macro-dispersity and MW sol values shown in Table 39-41. Samples 33-34 of the present invention made from Echoblack, silicon treated carbon black, and corresponding control samples were compared in the semi-log curve of FIG. Excellent carbon black dispersion is shown in FIG. 30 for a sample of the present invention indicating a preferred embodiment of the elastomeric composite according to the present disclosure. Advantageously the sample of the present invention is below line 301 in FIG. 30, all control samples are above line 301 and have a much poorer dispersion. In practice, the preferred embodiment shown in FIG. 30 has a D (%) value of less than 0.2% even at MW sol values which advantageously exceed 0.4 × 10 6 . The data shown in FIG. 30 clearly showed that the macro-dispersion properties of the novel elastomeric composites comprising silicon treated carbon black, disclosed herein, are significantly superior to those obtained using the corresponding components of conventional dry mixing methods. Macro-dispersity values of the elastomeric composites of the invention shown in FIG. 30 are described by the following equation:

[수학식 25][Equation 25]

[수학식 26][Equation 26]

D (%)는 10 미크론 이상의 결점에 대해 측정된 미분산 면적(백분율)이고, 1 %는 본 발명의 바람직한 실시태양에 따른 마스터배치에 대해 임계 매크로-분산 특성임을 알게 될 것이다. 즉, MWsol을 0.4 x 106 미만으로 저하되도록 충분히 건식 혼합한 후에도, 건조 저작화 마스터배치 중 어느 것도 임의의 MWsol에서 1.0 % 또는 보다 우수한 매크로-분산 특성을 얻지 못하였다. 도 30에 나타난 바람직한 실시태양은 임계 수치 미만이다. 규소 처리된 카본블랙을 포함하는 본 발명의 엘라스토머 복합체가 상기 미달성된 매크로-분산 특성 및 MWsol 사이에 균형을 제공함을 알 수 있다.It will be appreciated that D (%) is the undispersed area (percentage) measured for defects of 10 microns or more, and 1% is the critical macro-dispersion characteristic for the masterbatch according to a preferred embodiment of the present invention. That is, even after sufficiently dry mixing the MW sol to less than 0.4 × 10 6 , none of the dry chewable masterbatches achieved 1.0% or better macro-dispersion properties in any MW sol . The preferred embodiment shown in FIG. 30 is below the threshold value. It can be seen that the elastomer composites of the present invention comprising silicon treated carbon black provide a balance between the unachieved macro-dispersion properties and the MW sol .

실리카 충전제와 블렌딩된 카본블랙을 포함하는 본 발명의 시료 제35-38, 및 상응하는 대조 시료를 도 31의 세미 로그 곡선에서 비교하였다. 특정적으로 도 31은 본 발명의 시료 제35-38 및 상응하는 대조 시료 제467-498의 매크로-분산 수치 및 MWsol 수치를 나타내었다. 우수한 카본블랙 분산도를 본 개시에 따른 엘라스토머 복합체의 바람직한 실시태양을 나타내며 본 발명의 시료에 대해 도 31에 도시하였다. 유리하게는 본 발명의 시료는 도 31에서 선 311 아래에 있는데, 모든 대조 시료는 선 311 위에 있으며 분산도가 훨씬 불량하다. 실제적으로, 도 31에 나타난 모든 바람직한 실시태양은 D (%) 수치가 0.4 % 미만이다. 도 31에 나타난 데이터는 MWsol 수치의 범위에 걸쳐 카본블랙/실리카 블렌드를 포함하는 본원에서 개시된 신규 엘라스토머 복합체의 매크로-분산 특성이 종래 건조 저작화 혼합법의 대응하는 성분을 사용하여 얻을 수 있는 것보다 상당히 우수함을 명백하게 나타내었다. 도 31에 나타난 본 발명의 엘라스토머 복합체의 매크로-분산도 수치를 하기 수학식에 의해 기재하였다:Samples 35-38 of the present invention, including carbon black blended with silica filler, and corresponding control samples were compared in the semi-log curve of FIG. 31. Specifically, FIG. 31 shows the macro-dispersion and MW sol values of Samples 35-38 and corresponding Control Samples 467-498 of the present invention. Good carbon black dispersion is shown in the preferred embodiment of the elastomer composite according to the present disclosure and is shown in FIG. 31 for a sample of the present invention. Advantageously, the sample of the present invention is below line 311 in FIG. 31, with all control samples above line 311 and with much poorer dispersion. In practice, all preferred embodiments shown in FIG. 31 have a D (%) value of less than 0.4%. The data shown in FIG. 31 shows that the macro-dispersion properties of the novel elastomeric composites disclosed herein, including carbon black / silica blends, over a range of MW sol values can be obtained using the corresponding components of conventional dry chewable mixing methods. It is clearly shown to be significantly better. Macro-dispersity values of the elastomeric composites of the present invention shown in FIG. 31 are described by the following equation:

[수학식 27][Equation 27]

[수학식 28][Equation 28]

D (%)가 10 미크론 이상의 결점에 대해 측정된 미분산 면적(백분율)이고, 0.8 %는 본 발명의 바람직한 실시태양에 따른 마스터배치를 위한 임계 매크로-분산도임을 알게 될 것이다. 즉, MWsol을 0.4 x 106 미만으로 저하되도록 충분히 건조 혼합한 후에도, 건조 저작화 마스터배치 중 어느 것도 임의의 MWsol에서 0.8 % 또는 보다 우수한 매크로-분산 특성을 얻지 못하였다. 도 31에 나타난 바람직한 실시태양은 한계 매크로-분산도 수치 0.8 % 미만이고, 0.4 % 미만이다. 카본블랙/실리카 블렌드 충전제를 포함하는 본 발명의 엘라스토머 복합체가 상기 미달성된 매크로-분산 특성 및 MWsol 사이에 균형을 제공한다는 것을 알 수 있다.It will be appreciated that D (%) is the undispersed area (percentage) measured for defects greater than 10 microns and 0.8% is the critical macro-dispersity for masterbatch in accordance with a preferred embodiment of the present invention. That is, even after sufficiently dry mixing the MW sol to less than 0.4 × 10 6 , none of the dry chewable masterbatches achieved 0.8% or better macro-dispersion properties in any MW sol . The preferred embodiment shown in FIG. 31 is a marginal macro-dispersity value of less than 0.8% and less than 0.4%. It can be seen that the elastomer composites of the present invention comprising carbon black / silica blend fillers provide a balance between the unachieved macro-dispersion properties and the MW sol .

상기 개시에 대하여, 당업자들에게는 다양한 첨부, 변형 등이 본 발명의 참범위 및 정신을 벗어나지 않으며 이루어질 수 있음이 명백할 것이다. 상기 모든 추가 및 변형을 하기 청구항에 의해 포함하고자 한다.With respect to the above disclosure, it will be apparent to those skilled in the art that various attachments, modifications, and the like may be made without departing from the true scope and spirit of the invention. All such additions and variations are intended to be covered by the following claims.

Claims (32)

혼합 지대에서부터 방출 말단부까지 연장하여 길게 뻗은 응고 지대를 한정하는 응고 반응조의 혼합 지대에 엘라스토머 라텍스를 함유하는 연속 유동의 제1 유체를 공급하는 단계;Supplying a first continuous flow of fluid containing elastomeric latex to the mixing zone of the coagulation bath extending from the mixing zone to the discharge distal end and defining the elongated solidification zone; 엘라스토머 라텍스를 응고시키는 데 효과적인 미립자상 충전제를 함유하는 연속 유동의 제2 유체를 가압하에 응고 반응조의 혼합 지대에 공급하여 엘라스토머 라텍스와의 혼합물을 형성하고, 이 혼합물을 연속 유동으로서 방출 말단부로 보내는 단계(여기에서, 방출 말단부 전까지 혼합 지대에서 제1 유체 및 제2 유체를 충분히 강력하게 혼합하여 미립자상 충전제로 엘라스토머 라텍스를 실질적으로 완전히 응고시킴); 및Supplying a second continuous flow of fluid containing particulate filler effective to coagulate the elastomer latex under pressure to a mixing zone of the coagulation reactor to form a mixture with the elastomer latex and sending the mixture to the discharge end as a continuous flow (Wherein the first fluid and the second fluid are mixed sufficiently strongly in the mixing zone until the discharge end to substantially solidify the elastomeric latex with particulate filler); And 응고 반응조의 방출 말단부로부터 실질적으로 연속 유동인 엘라스토머 복합체를 방출시키는 단계를 포함함을 특징으로 하는,Releasing substantially continuous flow of elastomeric composite from the discharging end of the coagulation reactor, 엘라스토머 라텍스, 미립자상 충전제 및 임의로의 다른 성분으로부터 엘라스토머 복합체의 제조 방법.Process for preparing elastomeric composites from elastomeric latex, particulate filler and optionally other components. 제1항에 있어서, 엘라스토머 라텍스가 천연 고무 라텍스이고, 미립자상 충전제 유체가 카본블랙, 규소 처리된 카본블랙, 훔드(fumed) 실리카, 침강 실리카 또는 이들의 임의의 혼합물의 수분산액인 것을 특징으로 하는 엘라스토머 복합체의 제조 방법.The method of claim 1 wherein the elastomer latex is a natural rubber latex and the particulate filler fluid is an aqueous dispersion of carbon black, silicon treated carbon black, fumed silica, precipitated silica or any mixture thereof. Process for the preparation of elastomeric composites. 제1항 또는 제2항에 있어서, 제2 유체가 30.5 내지 244 m/초(100 내지 800 피트/초)의 속도로 노즐을 통하여 혼합 지대에 공급되고, 제1 유체가 3.65 m/초(12 피트/초) 이하의 속도로 혼합 지대 내로 연속적으로 공급되는 것을 특징으로 하는 엘라스토머 복합체의 제조 방법.The method of claim 1 or 2, wherein the second fluid is supplied to the mixing zone through the nozzle at a speed of 30.5 to 244 m / sec (100 to 800 ft / sec), and the first fluid is 3.65 m / sec (12). Pit / sec), continuously fed into the mixing zone. 제1항 또는 제2항에 있어서, 혼합물과 실질적으로 비반응성인 보조 유체를 혼합 지역에 공급함을 특징으로 하는 엘라스토머 복합체의 제조 방법.A process according to claim 1 or 2, characterized in that an auxiliary fluid which is substantially unreactive with the mixture is fed to the mixing zone. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 균질화기에서 수성 액체에 미립자상 충전제를 고 에너지 분산시켜 미립자상 충전제 유체를 제조하는 단계;Producing a particulate filler fluid by high energy dispersing particulate filler in an aqueous liquid in a homogenizer; (i) 응고 반응조의 유입 말단과 밀봉된 유체 연결 관계인 혼합 헤드에 의해 한정되고 응고 지대와 동축으로 연장하는 혼합 지대에 연속적으로 3.04 m/초(10 피트/초) 미만으로 천연 고무 라텍스의 액체 스트림을 공급하는 동시에,(i) a liquid stream of natural rubber latex continuously less than 3.04 m / sec (10 feet / sec) in the mixing zone defined by the mixing head in sealed fluid connection with the inlet end of the solidification reactor and extending coaxially with the solidification zone. While supplying (ii) 응고 지대와 실질적으로 동축인 공급 튜브를 통과하여(미립자상 충전제 유체는 61 내지 152.5 m/초(200 내지 500 피트/초)의 속도로 공급 튜브를 빠져나옴) 응고 지대의 유입 말단부의 방향으로 혼합 지대 내로 미립자상 충전제 유체를 내뿜어 미립자상 충전제 유체 안으로 연속적으로 천연 고무 라텍스를 인트레인(entrain)시켜,(ii) through the feed tube substantially coaxial with the coagulation zone (particulate filler fluid exits the feed tube at a rate of 61 to 152.5 m / sec (200 to 500 feet / sec)) at the inlet end of the coagulation zone. Spraying the particulate filler fluid into the mixing zone in the direction to continuously entrain the natural rubber latex into the particulate filler fluid, 유입 말단부에서부터 방출 말단부까지 단면적이 점차로 증가하면서 연장하는 일반적으로 관형인 응고 지대를 형성하는 응고 반응조 중에 연속적인 반제한 유동의 천연 고무 라텍스 및 미립자상 충전제 혼합물을 만드는 단계;Creating a continuous flow of natural rubber latex and particulate filler mixture in a coagulation reactor forming generally tubular coagulation zones extending gradually with increasing cross-sectional area from the inlet end to the outlet end; 미립자상 충전제에 의해 천연 고무 라텍스의 응고가 실질적으로 완결되는 마스터 배치 글로블을 응고 반응조의 방출 말단부로부터 연속적으로 방출시키는 단계; 및Continuously discharging, from the discharge distal end of the coagulation bath, a master batch glob that substantially solidifies coagulation of the natural rubber latex by particulate filler; And 하나 이상의 건조기 내에서 응고 반응조로부터 방출된 마스터 배치 글로블을 연속적으로 건조시키고 펠렛화시키는 단계를 포함하며,Continuously drying and pelletizing the master batch globble discharged from the coagulation reactor in one or more dryers, 미립자상 충전제가 카본블랙, 규소 처리된 카본블랙, 훔드 실리카, 침강 실리카 및 이들의 혼합물로부터 선택되고, 엘라스토머가 천연 고무를 포함함을 특징으로 하는 엘라스토머 복합체의 제조 방법.And wherein the particulate filler is selected from carbon black, silicon treated carbon black, fumed silica, precipitated silica and mixtures thereof, wherein the elastomer comprises natural rubber. 혼합 지대 및 혼합 지대에서부터 방출 말단부까지 연장하는 길게 뻗은 응고 지대를 한정하는 응고 반응조;A coagulation reactor defining a blend zone and an elongated coagulation zone extending from the blend zone to the discharge end; 혼합 지대에 엘라스토머 라텍스 유체를 연속적으로 공급하기 위한 라텍스 공급 수단; 및Latex supply means for continuously supplying an elastomer latex fluid to the mixing zone; And 혼합 지대로부터 응고 지대의 방출 말단부까지 이동하는 엘라스토머 라텍스 유체와의 혼합물을 형성하기 위하여 혼합 지대 안으로 미립자상 충전제 유체를 연속 제트로서 공급하기 위한 충전제 공급 수단을 포함함을 특징으로 하는,And filler supply means for supplying particulate filler fluid as a continuous jet into the blending zone to form a mixture with the elastomeric latex fluid that travels from the blending zone to the discharge end of the coagulation zone. 엘라스토머 중에 분산된 미립자상 충전제를 포함하는 엘라스토머 복합체의 제조 장치.Apparatus for producing an elastomeric composite comprising particulate filler dispersed in an elastomer. 엘라스토머 복합체 중의 미립자상 충전제의 매크로-분산도 D(%)가 1.0 % 미만의 미분산 면적인 것을 특징으로 하는, 엘라스토머 중에 분산된 미립자상 충전제를 포함하는 엘라스토머 복합체.An elastomeric composite comprising particulate filler dispersed in an elastomer, characterized in that the macro-dispersity D (%) of the particulate filler in the elastomeric composite is less than 1.0% undispersed area. 제7항에 있어서, 미립자상 충전제가 30 phr 이상의 양으로 존재하는 것을 특징으로 하는 엘라스토머 복합체.8. The elastomeric composite of claim 7, wherein the particulate filler is present in an amount of at least 30 phr. 제7항에 있어서, 엘라스토머가 천연 고무이고, 미립자상 충전제가 구조 대 표면적 비 DBPA:CTAB가 1.2 미만인 30 내지 75 phr의 카본블랙이고, 매크로-분산도 D(%)가 0.3 % 이하인 것을 특징으로 하는 엘라스토머 복합체. 8. The method of claim 7, wherein the elastomer is a natural rubber, the particulate filler is from 30 to 75 phr of carbon black having a structure-to-surface area ratio DBPA: CTAB of less than 1.2, and the macro-dispersity D (%) is 0.3% or less. Elastomer complex. 제9항에 있어서, 카본블랙의 표면적 CTAB가 45 이상인 엘라스토머 복합체.The elastomeric composite according to claim 9, wherein the surface area CTAB of the carbon black is 45 or more. 제9항 또는 제10항에 있어서, MWsol (중량 평균)이 0.45 x 106 이상이고 가황되지 않은 것을 특징으로 하는 엘라스토머 복합체.The elastomeric composite according to claim 9 or 10, wherein the MW sol (weight average) is at least 0.45 × 10 6 and not vulcanized. 제7항에 있어서, 엘라스토머가 천연 고무를 포함하고, 미립자상 충전제가 표면적 CTAB가 45 이상 내지 250 미만인 30 내지 75 phr의 카본블랙을 포함하며,The method of claim 7, wherein the elastomer comprises natural rubber and the particulate filler comprises 30 to 75 phr of carbon black having a surface area CTAB of at least 45 and less than 250, 천연 고무 중의 카본블랙의 매크로-분산도 D(%)가 (i) MWsol ≤ 0.45 x 106일 때 D(%) ≤ 0.2 %이고 (ii) 0.45 x 106 < MWsol < 1.1 x 106일 때 log(D) ≤ log(0.2) + 2.0 x (MWsol - 0.45 x 106) x 10-6인 것을 특징으로 하는 엘라스토머 복합체.The macro-dispersity D (%) of carbon black in natural rubber is (i) D (%) ≤ 0.2% when MW sol <0.45 x 10 6 and (ii) 0.45 x 10 6 <MW sol <1.1 x 10 6 Wherein when the log (D) ≤ log (0.2) + 2.0 x (MW sol -0.45 x 10 6 ) x 10 -6 . 제7항에 있어서, 엘라스토머가 천연 고무를 포함하고, 미립자상 충전제가 표면적 CTAB가 45 이상 내지 250이고 CTAB가 65 이상 내지 250 미만일 경우 DBPA(cc/100 g)가 110 미만이고 CTAB가 45 이상 내지 65 미만일 경우 DBPA가 80 + 1.6(CTAB-45) 미만인 30 내지 75 phr의 카본블랙을 포함하며,8. The method of claim 7, wherein the elastomer comprises natural rubber and the particulate filler has a surface area CTAB of at least 45 and 250 and a CTAB of at least 65 and less than 250, DBPA (cc / 100 g) is less than 110 and CTAB is at least 45 and If less than 65, it contains 30 to 75 phr of carbon black with a DBPA of less than 80 + 1.6 (CTAB-45), 천연 고무 중의 카본블랙의 매크로-분산도 D(%)가 (i) MWsol이 0.7 x 106 미만일 때 D(%) < 1.0 %이고, (ii) 0.7 x 106 < MWsol < 1.1 x 106일 때 log(D) < log1.0 + 2.5 x (MWsol - 0.7 x 106) x 10-6인 것을 특징으로 하는 엘라스토머 복합체.The macro-dispersity D (%) of carbon black in natural rubber is (i) D (%) <1.0% when the MW sol is less than 0.7 x 10 6 , and (ii) 0.7 x 10 6 <MW sol <1.1 x 10 6 days when the log (D) <log1.0 + 2.5 x (MW sol - 0.7 x 10 6) x 10 -6 in the elastomer composite, characterized in that. 제7항에 있어서, 엘라스토머가 천연 고무를 포함하고, 미립자상 충전제가 구조 DBPA가 110 이상 내지 80 + 1.6(CTAB-45) 미만이고 표면적 CTAB가 65 이상 내지 250 미만인 30 내지 75 phr의 카본블랙을 포함하며,The method of claim 7 wherein the elastomer comprises natural rubber and the particulate filler comprises 30 to 75 phr of carbon black having a structure DBPA of at least 110 and less than 80 + 1.6 (CTAB-45) and a surface area CTAB of at least 65 and less than 250. Include, 천연 고무 중의 카본블랙의 매크로-분산도 D(%)가 (i) MWsol이 0.35 x 106 미만일 때 D(%) < 0.3 %이고, (ii) 0.35 x 106 < MWsol < 1.1 x 106일 때 log(D) < log(0.3) + 2.8(MWsol - 0.35 x 106) x 10-6인 것을 특징으로 하는 엘라스토머 복합체.Macro-dispersity D (%) of carbon black in natural rubber is (i) D (%) <0.3% when MW sol is less than 0.35 x 10 6 , and (ii) 0.35 x 10 6 <MW sol <1.1 x 10 6 days when the log (D) <log (0.3 ) + 2.8 (MW sol - 0.35 x 10 6) x 10 -6 in the elastomer composite, characterized in that. 제7항에 있어서, 엘라스토머가 천연 고무를 포함하고, 미립자상 충전제가 구조 DBPA(cc/100g)가 80 + 1.6(CTAB-45) 내지 160이고 표면적 CTAB가 45 이상 내지 90 미만인 40 내지 70 phr의 카본블랙을 포함하며,8. The composition of claim 7 wherein the elastomer comprises natural rubber and the particulate filler has a structure DBPA (cc / 100g) of 80 + 1.6 (CTAB-45) to 160 and a surface area CTAB of from 45 to 90 and less than 40 to 70 phr. Contains carbon black, 천연 고무 중의 카본블랙의 매크로-분산도 D(%)가 (i) MWsol이 0.35 x 106 미만일 때 D(%) < 0.1 %이고, (ii) 0.3 x 106 < MWsol < 1.1 x 106일 때 log(D) < log(0.1) + 2.0 x (MWsol - 0.30 x 106) x 10-6인 것을 특징으로 하는 엘라스토머 복합체.The macro-dispersity D (%) of carbon black in natural rubber is (i) D (%) <0.1% when MW sol is less than 0.35 x 10 6 , and (ii) 0.3 x 10 6 <MW sol <1.1 x 10 6 days when the log (D) <log (0.1 ) + 2.0 x (MW sol - 0.30 x 10 6) x 10 -6 in the elastomer composite, characterized in that. 제7항에 있어서, 엘라스토머가 천연 고무를 포함하고, 미립자상 충전제가 카본블랙 및 실리카의 블렌드를 포함하는 30 내지 70 phr의 미립자상 충전제를 포함하며,8. The method of claim 7, wherein the elastomer comprises natural rubber and the particulate filler comprises 30 to 70 phr particulate filler comprising a blend of carbon black and silica, 천연 고무 중의 미립자상 충전제의 매크로-분산도 D(%)가 (i) MWsol이 0.5 x 106 미만일 때 D(%) < 0.8 %이고, (ii) 0.5 x 106 < MWsol < 1.1 x 106일 때 log(D) < log(0.8) + 2.2 x (MWsol - 0.5 x 106) x 10-6인 것을 특징으로 하는 엘라스토머 복합체.The macro-dispersity D (%) of the particulate filler in natural rubber is (i) D (%) <0.8% when the MW sol is less than 0.5 x 10 6 , and (ii) 0.5 x 10 6 <MW sol <1.1 x Elastomer composite, characterized in that when 10 6 log (D) <log (0.8) + 2.2 x (MW sol -0.5 x 10 6 ) x 10 -6 . 제16항에 있어서, 미립자상 충전제가 약 60 % 이상의 카본블랙을 포함함을 특징으로 하는 엘라스토머 복합체. 17. The elastomeric composite of claim 16, wherein the particulate filler comprises at least about 60% carbon black. 제7항에 있어서, 엘라스토머가 천연 고무를 포함하고, 미립자상 충전제가 30 내지 70 phr의 규소 처리된 카본블랙을 포함하며,The method of claim 7, wherein the elastomer comprises natural rubber, the particulate filler comprises from 30 to 70 phr siliconized carbon black, 천연 고무 중의 규소 처리된 카본블랙의 매크로-분산도 D(%)가 (i) MWsol이 0.4 x 106 미만일 때 D(%) < 1.0 %이고, (ii) 0.4 x 106 < MWsol < 1.1 x 106일 때 log(D) < log(1.0) + 2.0 x (MWsol - 0.4 x 106) x 10-6인 것을 특징으로 하는 엘라스토머 복합체.The macro-dispersity D (%) of siliconized carbon black in natural rubber is (i) D (%) <1.0% when the MW sol is less than 0.4 x 10 6 , and (ii) 0.4 x 10 6 <MW sol < Elastomer complex, characterized in that log (D) <log (1.0) + 2.0 x (MW sol -0.4 x 10 6 ) x 10 -6 when 1.1 x 10 6 . 제12항 내지 제18항 중 어느 한 항에 기재된 엘라스토머 복합체를 포함함을 특징으로 하는 경화된 엘라스토머 복합체.A cured elastomeric composite, comprising the elastomeric composite of any one of claims 12-18. ASTM D3629-94에 따라 측정한 크랙 성장 속도가 약 1.20 cm/백만 사이클 이하인 제12항 내지 제19항 중 어느 한 항에 기재된 경화된 엘라스토머 복합체 또는 엘라스토머 복합체를 포함함을 특징으로 하는 가황물.20. A vulcanizate comprising the cured elastomeric composite or elastomeric composite of any of claims 12-19 having a crack growth rate of about 1.20 cm / million cycles or less as measured in accordance with ASTM D3629-94. 제20항에 있어서, ASTM D3629-94에 따라 측정한 크랙 성장 속도가 약 1.20 cm/백만 사이클 이하인 가황물.The vulcanizate according to claim 20, wherein the crack growth rate measured according to ASTM D3629-94 is about 1.20 cm / million cycles or less. 제7항에 있어서, 미립자상 충전제가 카본블랙, 규소 코팅된 카본블랙, 규소 처리된 카본블랙, 훔드 실리카, 침강 실리카 또는 이들의 임의의 혼합물인 것을 특징으로 하는 엘라스토머 복합체.8. The elastomeric composite of claim 7, wherein the particulate filler is carbon black, silicon coated carbon black, silicon treated carbon black, fumed silica, precipitated silica or any mixture thereof. 제7항에 있어서, 엘라스토머가 천연 고무, 천연 고무의 염화 유도체, 또는 부타디엔, 스티렌, 이소프렌, 이소부틸렌, 알킬기가 C1 내지 C3 알킬인 3,3-디알킬-1,3-부타디엔, 아크릴로니트릴, 에틸렌 또는 프로필렌의 단독중합체, 공중합체 또는 삼원공중합체인 것을 특징으로 하는 엘라스토머 복합체.The method according to claim 7, wherein the elastomer is natural rubber, chlorinated derivatives of natural rubber, or butadiene, styrene, isoprene, isobutylene, 3,3-dialkyl-1,3-butadiene, wherein the alkyl group is C 1 to C 3 alkyl, Elastomer composite, characterized in that the homopolymer, copolymer or terpolymer of acrylonitrile, ethylene or propylene. 제8항에 있어서, 오존화방지제, 산화방지제, 가소제, 가공 조제, 수지, 난연제, 증량제 오일, 윤활제 및 이들의 임의의 혼합물로부터 선택된 1종 이상의 첨가제를 더 포함함을 특징으로 하는 엘라스토머 복합체.9. The elastomeric composite of claim 8, further comprising at least one additive selected from antiozonants, antioxidants, plasticizers, processing aids, resins, flame retardants, extender oils, lubricants and any mixtures thereof. 제7항에 있어서, 30 phr 이상의 카본블랙을 포함함을 특징으로 하는 엘라스토머 복합체.8. The elastomeric composite of claim 7, comprising at least 30 phr of carbon black. 제7항에 있어서, 0 초과 내지 20 phr의 증량제 오일을 더 포함함을 특징으로 하는 엘라스토머 복합체.8. The elastomeric composite of claim 7, further comprising an extender oil of greater than 0 to 20 phr. 제12항에 있어서, 엘라스토머가 천연 고무를 포함하고, 미립자상 충전제가 표면적 CTAB가 45 이상 내지 250 미만인 30 내지 75 phr의 카본블랙을 포함하며,13. The method of claim 12 wherein the elastomer comprises natural rubber and the particulate filler comprises 30 to 75 phr of carbon black having a surface area CTAB of at least 45 and less than 250, 0 초과 내지 20 phr의 증량제 오일을 더 포함하고, 천연 고무 중의 카본블랙의 매크로-분산도 D(%)가 (i) MWsol ≤ 0.45 x 106일 때 D(%) ≤ 0.2 %이고 (ii) 0.45 x 106 < MWsol < 1.1 x 106일 때 log(D) ≤ log(0.2) + 2.0 x (MWsol - 0.45 x 106) x 10-6인 것을 특징으로 하는 엘라스토머 복합체.Further comprising greater than 0 to 20 phr extender oil, wherein the macro-dispersity D (%) of carbon black in natural rubber is (i) D (%) ≦ 0.2% when MW sol ≦ 0.45 × 10 6 ) Elastomer composite, characterized in that when (0.45 x 10 6 <MW sol <1.1 x 10 6 ) log (D) <log (0.2) + 2.0 x (MW sol -0.45 x 10 6 ) x 10 -6 . 제13항에 있어서, 엘라스토머가 천연 고무를 포함하고, 미립자상 충전제가 표면적 CTAB가 45 이상 내지 250이고 CTAB가 65 이상 내지 250 미만일 경우 DBPA(cc/100 g)가 110 미만이고 CTAB가 45 이상 내지 65 미만일 경우 DBPA가 80 + 1.6(CTAB-45) 미만인 30 내지 75 phr의 카본블랙을 포함하며,The method according to claim 13, wherein the elastomer comprises natural rubber, and the particulate filler has a surface area CTAB of at least 45 to 250 and a CTAB of at least 65 to less than 250, DBPA (cc / 100 g) of less than 110 and CTAB of at least 45 If less than 65, it contains 30 to 75 phr of carbon black with a DBPA of less than 80 + 1.6 (CTAB-45), 0 초과 내지 20 phr의 증량제 오일을 더 포함하고, 천연 고무 중의 카본블랙의 매크로-분산도 D(%)가 (i) MWsol이 0.7 x 106 미만일 때 D(%) < 1.0 %이고, (ii) 0.7 x 106 < MWsol < 1.1 x 106일 때 log(D) < log1.0 + 2.5 x (MWsol - 0.7 x 106) x 10-6인 것을 특징으로 하는 엘라스토머 복합체.Further comprising greater than 0 to 20 phr extender oil, wherein the macro-dispersity D (%) of carbon black in natural rubber is (i) D (%) <1.0% when MW sol is less than 0.7 × 10 6 , ii) Elastomer composite, characterized in that log (D) <log 1.0 + 2.5 x (MW sol -0.7 x 10 6 ) x 10 -6 when 0.7 x 10 6 <MW sol <1.1 x 10 6 . 제14항에 있어서, 엘라스토머가 천연 고무를 포함하고, 미립자상 충전제가 구조 DBPA가 110 이상 내지 80 + 1.6(CTAB-45) 미만이고 표면적 CTAB가 65 이상 내지 250 미만인 30 내지 75 phr의 카본블랙을 포함하며,15. The carbon black of claim 14 wherein the elastomer comprises natural rubber and the particulate filler comprises 30 to 75 phr of carbon black having a structure DBPA of at least 110 to less than 80 + 1.6 (CTAB-45) and a surface area of CTAB of at least 65 to less than 250. Include, 0 초과 내지 20 phr의 증량제 오일을 더 포함하고, 천연 고무 중의 카본블랙의 매크로-분산도 D(%)가 (i) MWsol이 0.35 x 106 미만일 때 D(%) < 0.3 %이고, (ii) 0.35 x 106 < MWsol < 1.1 x 106일 때 log(D) < log(0.3) + 2.8(MWsol - 0.35 x 106) x 10-6인 것을 특징으로 하는 엘라스토머 복합체.Further comprising greater than 0 to 20 phr of extender oil, wherein the macro-dispersity D (%) of carbon black in natural rubber is (i) D (%) <0.3% when the MW sol is less than 0.35 × 10 6 ; ii) Elastomer composite, characterized in that log (D) <log (0.3) + 2.8 (MW sol -0.35 x 10 6 ) x 10 -6 when 0.35 x 10 6 <MW sol <1.1 x 10 6 . 제15항에 있어서, 엘라스토머가 천연 고무를 포함하고, 미립자상 충전제가 구조 DBPA(cc/100g)가 80 + 1.6(CTAB-45) 내지 160이고 표면적 CTAB가 45 이상 내지 90 미만인 40 내지 70 phr의 카본블랙을 포함하며,16. The composition of claim 15 wherein the elastomer comprises natural rubber and the particulate filler has a structure DBPA (cc / 100g) of 80 + 1.6 (CTAB-45) to 160 and a surface area CTAB of 45 to 90 and less than 40 to 70 phr. Contains carbon black, 0 초과 내지 20 phr의 증량제 오일을 더 포함하고, 천연 고무 중의 카본블랙의 매크로-분산도 D(%)가 (i) MWsol이 0.35 x 106 미만일 때 D(%) < 0.1 %이고, (ii) 0.3 x 106 < MWsol < 1.1 x 106일 때 log(D) < log(0.1) + 2.0 x (MWsol - 0.30 x 106) x 10-6인 것을 특징으로 하는 엘라스토머 복합체.Further comprising greater than 0 to 20 phr extender oil, wherein the macro-dispersity D (%) of carbon black in natural rubber is (i) D (%) <0.1% when MW sol is less than 0.35 × 10 6 , ( ii) Elastomer composite, characterized in that log (D) <log (0.1) + 2.0 x (MW sol -0.30 x 10 6 ) x 10 -6 when 0.3 x 10 6 <MW sol <1.1 x 10 6 . 제16항에 있어서, 엘라스토머가 천연 고무를 포함하고, 미립자상 충전제가 카본블랙 및 실리카의 블렌드를 포함하는 30 내지 70 phr의 미립자상 충전제를 포함하며,17. The particulate matter of claim 16, wherein the elastomer comprises natural rubber, the particulate filler comprises 30 to 70 phr particulate filler comprising a blend of carbon black and silica, 0 초과 내지 20 phr의 증량제 오일을 더 포함하고, 천연 고무 중의 미립자상 충전제의 매크로-분산도 D(%)가 (i) MWsol이 0.5 x 106 미만일 때 D(%) < 0.8 %이고, (ii) 0.5 x 106 < MWsol < 1.1 x 106일 때 log(D) < log(0.8) + 2.2 x (MWsol - 0.5 x 106) x 10-6인 것을 특징으로 하는 엘라스토머 복합체.Further comprising greater than 0 to 20 phr extender oil, wherein the macro-dispersity D (%) of the particulate filler in the natural rubber is (i) D (%) <0.8% when the MW sol is less than 0.5 x 10 6 , (ii) an elastomeric composite characterized in that log (D) <log (0.8) + 2.2 x (MW sol -0.5 x 10 6 ) x 10 -6 when 0.5 x 10 6 <MW sol <1.1 x 10 6 . 제18항에 있어서, 엘라스토머가 천연 고무를 포함하고, 미립자상 충전제가 30 내지 70 phr의 규소 처리된 카본블랙을 포함하며,19. The method of claim 18, wherein the elastomer comprises natural rubber, the particulate filler comprises 30 to 70 phr of siliconized carbon black, 0 초과 내지 20 phr의 증량제 오일을 더 포함하고, 천연 고무 중의 규소 처리된 카본블랙의 매크로-분산도 D(%)가 (i) MWsol이 0.4 x 106 미만일 때 D(%) < 1.0 %이고, (ii) 0.4 x 106 < MWsol < 1.1 x 106일 때 log(D) < log(1.0) + 2.0 x (MWsol - 0.4 x 106) x 10-6인 것을 특징으로 하는 엘라스토머 복합체.Further comprising greater than 0 to 20 phr extender oil, wherein the macro-dispersity D (%) of the siliconized carbon black in natural rubber is (i) D (%) <1.0% when the MW sol is less than 0.4 x 10 6 (Ii) an elastomer characterized in that log (D) <log (1.0) + 2.0 x (MW sol -0.4 x 10 6 ) x 10 -6 when 0.4 x 10 6 <MW sol <1.1 x 10 6 Complex.
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