KR101567617B1

KR101567617B1 - 엘라스토머 혼합물의 보강 충전제로서의 침전 규산

Info

Publication number: KR101567617B1
Application number: KR1020107024891A
Authority: KR
Inventors: 안드레 베흐마이어; 올레그 슈텐첼; 웨이쳉 우; 크리스티안 괴츠; 베르너 니더마이어; 마리너스 하데만; 안케 블루메
Original assignee: 에보니크 데구사 게엠베하
Priority date: 2008-04-07
Filing date: 2009-03-19
Publication date: 2015-11-09
Also published as: KR20110009132A; CN105836751A; RU2544697C2; DE102008017747A1; US20110021801A1; TWI399339B; BRPI0911068A2; CN101990519A; RU2010145015A; EP2262730B1; PT2262730E; EP2262730A1; PL2262730T3; MX2010010931A; BRPI0911068B1; JP5502851B2; ES2476894T3; WO2009124829A1; US8658816B2; JP2011516386A

Abstract

본 발명은 특수한 기공 크기 분포와 함께 특히 좁은 입자 크기 분포를 가지는 침전 규산, 그의 제조 방법, 및 고무 혼합물의 충전제로서의 그의 용도에 관한 것이다.

Description

엘라스토머 혼합물의 보강 충전제로서의 침전 규산{PRECIPITATED SILICIC ACIDS AS A REINFORCEMENT FILLER FOR ELASTOMER MIXTURES}

본 발명은 특정 기공 크기 분포와 함께 특히 좁은 입자 크기 분포를 가지는 침전 실리카, 그의 제조 방법, 및 고무 혼합물의 충전제로서의 그의 용도에 관한 것이다.

엘라스토머 혼합물, 예를 들어 타이어 접지면 혼합물에 침전 실리카를 이용하는 것은 오랫동안 알려져 왔다. 고무 혼합물, 그 중에서도 특히, 공기압 타이어 및 산업용 고무 물품의 제조에 이용되는 고무 혼합물에 보강 충전제로서 실리카를 이용하는 것이 매우 요구된다. 실리카는 고무에 쉽게 효율적으로 혼입가능하고 분산가능하여야 하고, 커플링제, 바람직하게는 이관능성 유기규소 화합물과 함께 고무와의 화학결합에 가담하여야 하고, 이것은 고무 혼합물의 요망되는 높은 균질한 보강을 초래한다. 고성능 타이어의 경우에는, 젖은 노면에서의 미끄럼, 구름 저항, 핸들링 및 마모 성능에 관해서 양호한 성질을 달성하기 위해 실리카가 이용된다. 종래의 실리카의 경우, 예를 들어 EP 0520862 B1, EP 0670813 B1 및 EP 917519 B1에 따르면, 마모 성능의 문제를 실리카의 특히 양호한 분산성에 의해 해결하려는 시도를 한다. 그러나, 양호한 분산성만으로는 그 문제를 만족스럽게 해결하기에 불충분하다는 것을 발견하였다.

당업계 기술자는 저분자량 화합물, 예를 들어 이관능성 유기규소 화합물 및 가황 촉진제가 실리카의 기공 안으로 물리흡착 및/또는 화학흡착될 수 있고, 따라서 고무 가교의 가황 촉진제 및 고무 접착 증진제로서의 그의 기능을 이행한다 하더라도 제한된 정도로만 이행할 수 있다는 것을 안다.

추가로, 당업계 숙련자는 커플링제, 대표적으로 문헌(S. Wolff, "Chemical Aspects of Rubber Reinforcement by Fillers", Rubber Chem. Technol. 69, 325(1996))으로부터 공지된 이관능성 유기규소 화합물이 실리카의 고무 활성 표면을 매우 실질적으로 균질하게 정량적으로 개질하는 것이 의도됨을 안다. 이 개질은 물질 또는 용액/현탁액에서(현장 외)(U. Goerl, R. Panenka, "Silanisierte Kieselsaeuren - Eine neue Produktklasse fuer zeitgemaeβe Mischungsentwicklung" [Silanized silicas - a new product class for modern-day mixture development], Kautsch. Gummi Kunstst. 46,538(1993)), 또는 그 밖에, 혼합 공정 동안에(현장 내)(H.D. Luginsland, "Processing of Silica/Silane-Filled Tread Compounds", paper No. 34 presented at the ACS Meeting, April 4-6, 2000, 미국 텍사스주 달라스] 실리카의 예비덮임(precoverage)에 의해 달성될 수 있고, 현장내 개질이 바람직하고 또한 대표적으로 이용되는 방법이다. 고무 활성 표면의 신속한 정량적 실란화를 보장하기 위해서는, 유기규소 화합물이 부착될 수 있는 반응성 실란올기로 표면을 조절된 방식으로 부화(enrichment)하는 것이 필요하다. 유기규소 화합물로 실리카 표면을 신속하게 완전히 실란화하는 것을 보장하기 위해서는 > 4%의 수분 함량이 필요하다(U. Goerl, A. Hunsche, A. Mueller, H.G. Koban, "Investigations into the Silica/Silane Reaction System", Rubber Chem. Technol. 70, 608 (1997)).

마모 성능 및 실리카에 커플링제 부착에 관한 문제는 아직 최적으로 해결되지 못했다. 따라서, 공지된 보강 실리카의 상기 불리한 점들을 가진다 하더라도 감소된 정도로만 가지고 최적으로는 동시에 이미 공지된 보강 실리카의 유리한 점을 여전히 가지는 엘라스토머 혼합물을 위한 신규 보강 실리카가 필요하다.

따라서, 본 발명의 목적은 엘라스토머 혼합물에 효율적으로 혼입될 수 있고 종래 기술의 침전 실리카에 비해 개선된 성능 성질을 나타내는 신규 침전 실리카를 제공하는 것이다. 추가로, 상응하는 실리카의 제조 방법도 제공될 것이다.

명시적으로 언급되지 않은 추가의 목적은 상세한 설명, 실시예 및 특허 청구 범위의 전체적인 관계로부터 명백해진다.

놀랍게도, 이 목적이 하기 설명 및 특허 청구 범위 및 실시예에서 상세히 정의되는 본 발명의 침전 실리카에 의해 달성된다는 것을 발견하였다. 그 이유는 본 발명자들이 공지된 회분식 공정에 의해 실리카를 제조한 결과, 생성된 실리카의 물리적/화학적 성질에 의해 예증되는 생성된 실리카의 균질성이 어느 일정 정도까지만 가능하다는 것을 발견했기 때문이다. 추가로, 본 발명자들은 보강된 고무 혼합물의 개선된 마모 성능의 목표가 매우 실질적으로 본질적으로 균질한 실리카에 의해서만 달성될 수 있다는 것을 발견하였다. 실리카의 입자 크기 분포가 매우 좁고 균질하며, 동시에 기공 크기 분포가 최적인 것이 특히 중요하다는 것을 발견하였다.

따라서, 본 발명은 다음 물리화학적 성질을 가짐을 특징으로 하는 침전 실리카를 제공한다:

CTAB 표면적 ≥ 150 ㎡/g

BET 표면적 ≥ 150 ㎡/g

DBP가 180 - 350 g/(100g)

반폭/피크 ≤ 0.95

d 25%/d 75% 1.00 - 1.80

상대 폭 γ(가압됨) ≤ 2.8 (gnm)/㎖

미세도값 F.V.(가압됨) 100 - 140 Å

게다가, 추가로 본 발명은 0.20 내지 0.85의 모르폴로지 지수 IM 및/또는 13 내지 28 ㎖/(5 g)의 변형된 시어스가(Sears number) Vol 2, 및/또는 0.20 내지 0.75의 기공 부피 비 V2/V1(가압됨) 및/또는 0.1 내지 5.0 중량%의 Al₂O₃ 함량을 가짐을 특징으로 하는 쉽게 분산될 수 있는 침전 실리카를 제공한다.

본 발명의 침전 실리카는 분말 형태로 또는 바람직하게는 거의 구형인 입자 형태로 또는 더 바람직하게는 과립 형태로 이용될 수 있다.

게다가, 본 발명은 특허 청구 범위의 청구항 12 내지 청구항 20 중 어느 한 항에 따르는 본 발명의 침전 실리카의 제조 방법을 제공한다.

게다가, 본 발명은 엘라스토머 혼합물, 가황가능 고무 혼합물 및/또는 다른 가황물, 예를 들어 공기압 타이어, 타이어 접지면, 케이블 외장재, 호스, 드라이브 벨트, 컨베이어 벨트, V-벨트, 롤 커버링, 타이어, 신발 바닥, 가스켓 및 감쇠 요소에서의 본 발명의 침전 실리카의 용도를 제공한다.

추가로, 본 발명은 본 발명의 실리카를 포함하는 엘라스토머 혼합물, 가황가능 고무 혼합물 또는 다른 가황물, 및 또한 타이어를 제공한다.

종래 기술의 침전 실리카에 비해, 본 발명의 침전 실리카는 수은 기공률 측정에 의해 결정되는 특정 기공 크기 분포와 함께 디스크 원심분리에 의해 결정되는 특히 균질하고 좁은 입자 크기 분포를 가진다. 게다가, 본 발명의 실리카는 양호한 내지 매우 양호한 분산성을 가진다. 본 발명자들은 특정 이론에 얽매임이 없이 특히 이러한 조합이 전체 고무 기질에 걸쳐서 균질한 보강을 제공할 수 있고, 이것이 특히 최종 고무 물품의 개선된 마모 성능을 초래한다는 견해를 가진다.

입자 크기 분포의 폭은 매개 변수 "반폭/피크"로 특성화되고, 균질성은 디스크 원심분리에 의해 하기 방법으로 결정되는 중량 분포 곡선의 "d 25%/d 75%" 비로 특성화된다. 특정 수은 기공률 분포는 하기 방법에 의해 결정되는 매개변수 "상대 폭 γ(가압됨)" 및 "미세도값 F.V.(가압됨)"로 나타낸다. 충분히 높은 DBP는 양호한 분산성을 보장한다.

전체적으로, 본 발명의 실리카의 이러한 성질은 매우 균형잡힌 고무 성능을 초래하고, 특히 마모 값 및 동적 응력 하에서의 성능에서 강점을 나타낸다.

본 발명자들은 최적화된 균질성을 가지는 실리카의 효과가 모르폴로지 지수IM에 의해 정량화될 수 있는 실리카의 거친 표면에 의해 지지될 수 있다는 것을 발견하였다. 어떠한 특정 이론에 얽매임이 없이, 본 발명자들은 고무 및 특히 커플링 시약에 대한 실리카 표면의 부착이 거친 표면에 의해 개선된다는 견해를 가진다. 따라서, 본 발명의 실리카는 개선된 마모 성능을 초래할 뿐만 아니라 커플링 시약의 개선된 촉진된 부착을 초래한다.

언급된 특징들의 조합은 본 발명의 침전 실리카가 엘라스토머의 보강 충전제로서 현저하게 적당하다는 효과를 초래한다. 본 발명의 침전 실리카는 종래 기술에 비해 크게 개선된 전체 성능을 갖는다는 점이 주목할 만하다. 이것은 특히 개선된 마모 성능 및 개선된 동적 성능에서 나타난다. 따라서, 동등한 또는 개선된 젖은 노면 접지력과 결부되는 개선된 마모 성능 사이에서의 타이어 접지면 혼합물의 상충하는 목표를 해결하는 것이 가능하다. 게다가, 고온에서 증가된 동적 점도가 발견되고, 이것은 이러한 실리카로 충전된 접지면의 승차감 개선을 초래한다.

본 발명의 대상을 이하에서 상세히 기술한다.

본 발명에서, 실리카, 보강 실리카 및 침전 실리카라는 용어는 동의어로 사용된다.

본 발명의 실리카는 수소 기공률 측정에 의해 특성화되는 특이한 기공 구조를 가진다. 실리카는 다양한 투여 형태, 예를 들어 분말, 본질적으로 구형인 입자 또는 과립 형태로 존재할 수 있기 때문에, 투여 형태와 실질적으로 무관한 측정값을 얻기 위해서는 미리 실리카의 기계적 가압 처리를 달성하여야 한다. 따라서, 특허 청구 범위에서 청구되는 수은 기공률 측정에 의해 결정된 매개변수 "상대 폭 γ(가압됨)" 및 "미세도값 F.V.(가압됨)"에는 이들 매개변수가 시험 방법의 설명에서 명시된 수은 기공률 측정 수행 전에 가압 처리를 행한 실리카에 대해 측정한 것임을 명료하게 하기 위해 "가압됨"이라는 표현이 괄호 안에 묶여서 뒤에 따라붙는다.

위에서 이미 지시한 바와 같이, 매개변수가 실리카의 투여 형태와 실질적으로 무관하도록 하고, 따라서 투여 형태에 의해 왜곡되는 것이 아니라 성능 면과 관련된 실리카의 "참"값을 결정하기 위해서는 가압 처리가 필요하다.

미세도값 F.V.는 응집체내 기공의 평균 반경을 나타낸다. 미세도값은 시험 방법의 설명 및 또한 도 3에 상세히 나타낸 바와 같다. 놀랍게도, 본 발명자들은 균질한 보강을 위해서는 100 내지 140 Å, 바람직하게는 100 내지 130 Å의 범위 내의 미세도값 F.V.(가압됨)가 필요하다는 것을 발견하였다.

본 발명의 실리카는 수은 기공률 측정에 의해 결정되는 기공 부피 분포 함수의 도함수의 최대값의 직경보다 작은 기공 직경을 가지는 기공의 좁은 기공 크기 분포를 가진다. 실리카가 다양한 투여 형태, 예를 들어 분말 형태, 본질적으로 구형인 입자 또는 과립 형태로 제공될 수 있기 때문에, 이 경우에도 역시, 투여 형태와 실질적으로 무관한 측정값을 얻기 위해서는 미리 실리카의 기계적 가압 처리를 달성하여야 한다.

수은 기공률 측정에 의해 결정되는 기공 부피는 3.5 ㎚ 내지 5 ㎛의 범위 내에서 평가된다. 이 목적으로, 누적 기공 부피의 음의 로그 도함수의 데이터에 알고리즘을 적용하고, 이것은 먼저 가장 흔한 특징적 기공 직경을 결정한다. 이것은 대표적으로 10 내지 100 ㎚의 범위이다. 추가의 평가는 실험 부분의 정보에 따라서 이 값에서부터 진행한다. 이것은 비대칭적 기공 크기 분포를 고려하는 기공 크기 분포의 상대 폭 γ(가압됨)을 제공한다. 따라서, 상대 폭 γ(가압됨)는 투여 형태와 실질적으로 무관한 특성적 특징이고 양호한 재현성으로 결정할 수 있고, 이것은 가장 흔한 기공보다 작은 직경을 가지는 기공만을 기술한다(도 1 참조). 이 기공 크기 범위는 융합해서 실리카 응집체를 생성하는 일차 입자들 사이의 기공 부피에 주로 상응하고, 그의 응집에 관해 진술할 수 있게 한다. 본 발명의 실리카의 상대 폭 γ(가압됨)은 매우 좁고, 따라서, 입자들 사이의 극히 미미한 변화를 발견하게 된다. 특정 이론에 얽매임이 없이, 본 발명자들은 이것이 균질하고 균일한 보강 및 따라서 양호한 마모를 위한 필수적 필요조건이라는 견해를 가진다. 기공 크기 분포의 상대 폭 γ(가압됨)은 < 2.8 (gnm)/㎖, 바람직하게는 1.0 내지 2.7 (gnm)/㎖, 더 바람직하게는 1.3 내지 2.6 (gnm)/㎖, 가장 바람직하게는 1.5 내지 2.5 (gnm)/㎖, 1.7 내지 2.4 (gnm)/㎖이다.

본 발명의 실리카가 좁고 균질한 입자 크기 분포를 가져야 하는 것이 개선된 마모를 위한 추가의 중요한 필요조건이라는 것을 발견하였다. 디스크 원심분리에 의해 결정되는 입자 크기 분포의 폭은 피크의 위치로 정규화된 피크의 반높이 폭(반폭/피크)에 의해 특성화되고, 균질성은 d 25%/d 75% 비에 의해 특성화된다. 따라서, 이론적 최대 가능 균질성은 1.0의 값일 것이다. 이 비가 1.0에 가까울수록, 실리카는 더 좋고, 즉 더 균질하다.

따라서, 본 발명의 실리카는 ≤ 0.95, 바람직하게는 ≤ 0.90, 더 바람직하게는 0.50 내지 0.90, 특히 바람직하게는 0.65 내지 0.90의 피크의 위치로 정규화된 피크의 반높이 폭(반폭/피크)을 가진다.

추가로, 본 발명의 실리카는 1.00 내지 1.80, 바람직하게는 1.20 내지 1.80, 더 바람직하게는 1.30 내지 1.80, 가장 바람직하게는 1.40 내지 1.75의 균질성 비 d 25%/d 75%를 가진다.

높은 CTAB 비표면적이 충분히 양호한 보강 잠재력을 위한 필요조건이다. 따라서, 본 발명의 침전 실리카는 ≥150 ㎡/g, 바람직하게는 160 내지 220 ㎡/g, 더 바람직하게는 160 내지 190 ㎡/g, 가장 바람직하게는 165 내지 185 ㎡/g의 CTAB 표면적을 가진다.

BET 비표면적(참고: S. Brunauer, P.H. Emmett, E. Teller, "Adsorption of Gases in Multimolecular Layers", J. Am. Chem. Soc. 60, 309(1938))은 고무 내로의 혼입 거동, 조 혼합물 성질 및 가황 동력학에 미치는 실리카의 영향을 기술한다. 추가의 한 특정 실시태양에서, 본 발명의 실리카는 ≥ 150 ㎡/g, 바람직하게는 150 내지 220 ㎡/g, 더 바람직하게는 160 내지 210 ㎡/g, 가장 바람직하게는 165 내지 195 ㎡/g의 BET 표면적을 가진다.

충분히 높은 DBP는 충분히 양호한 분산성을 보장한다. 따라서, 본 발명의 실리카는 180 내지 350 g/(100g), 바람직하게는 180 내지 300 g/(100g) 및 190 내지 290 g/(100 g), 더 바람직하게는 200 내지 280 g/(100 g), 가장 바람직하게는 210 내지 270 g/(100 g)의 DBP를 가진다. 바람직한 한 실시태양에서, DBP가는 분말 및 거의 구형인 입자(미세과립)의 경우 200 내지 350 g/(100 g), 더 바람직하게는 210 내지 350 g/(100 g), 훨씬 더 바람직하게는 220 내지 350 g/(100 g), 특히 바람직하게는 230 내지 320 g/(100 g), 매우 특히 바람직하게는 240 내지 290 g/(100 g)이다. 다른 한 바람직한 실시태양에서, DBP가는 과립의 경우 180 내지 300 g/(100 g), 더 바람직하게는 190 내지 280 g/(100 g), 훨씬 더 바람직하게는 200 내지 260 g/(100 g), 특히 바람직하게는 210 내지 250 g/(100 g), 특히 바람직하게는 210 내지 240 g/(100 g)이다.

본 발명의 실리카의 표면 거칠기는 모르폴로지 지수 IM에 의해 기술된다. 실리카 분말의 특성화에 빈번하게 이용되는 역기체크로마토그래피(IGC)가 또한 무한 희석 조건(IGC-DI, DI = 무한 희석 조건) 하에서 표면 거칠기를 결정하는 기능을 할 수 있다.

IGC-DI는 매우 적은 양으로 주입되는 용해된 물질의 순 체류 시간(한 물질이 실리카로 충전된 칼럼에서 보내는 시간; 상대적으로 상호작용하지 않는 메탄 샘플의 상응하는 시간과 비교)의 측정을 필요로 한다. 이러한 조건 하에서, 물질의 분자간 상호작용은 무시할 수 있다.

샘플의 자유 흡착 에너지의 변화(ΔG_a)는 체류 부피(V_G)와 다음과 같은 관계를 가진다.

ΔG_a(샘플) = - RT · ln(V_G)

(자유 흡착 에너지 ΔG_a의 단위는 [kJ/mol]이고, 보편 기체 상수 R = 8.31441의 단위는 [J/(K mol)]이고, 온도의 단위는 [K]이고, ln은 자연 로그이고, 체류 부피 V_G의 크기의 단위는 [㎖]임)

V_G는 다음과 같이 운반 기체(헬륨)의 유량(D_c) 및 측정된 순 체류 시간(t_N)의 함수로서 계산된다:

V_G = D_C · t_N

(유량의 단위는 [㎖/분]이고, 순 체류 시간의 단위는 [분]임)

보정된 유량 D_c는 보통 칼럼의 유출구에서 결정되는 이동상의 유량으로부터 제임스-마틴 기체 압축 보정 계수(참고: J.R. CONDER, C.L. YOUNG, "Physico-Chemical Measurement by Gas Chromatography", Wiley, New-York, 26-32 (1979))를 이용해서 결정한다.

자유 엔탈피(ΔG_a)를 일련의 n-알칸의 탄소 원자 수에 대해 플롯팅할 때, 도 1에 나타낸 선형 관계를 알아낼 수 있다. ΔG_a(CH₂)는 직선의 기울기이고, 하나의 CH₂기의 자유 흡착 에너지를 구성하고, N_c는 탄소 원자 수이다. 이것은 모든 처리 조건 하에서 충전된 칼럼 모두에 해당된다.

표면 거칠기는 분지형 및 시클릭 알칸 샘플의 거동을 n-알칸의 거동과 비교함으로써 평가한다.

고체의 표면 모르폴로지 결정 방법은 이.브렌들(E.Brendle) 및 이.파피러(E. Papirer)가 개발한 분자의 토폴로지 지수 개념(χ_τ)(참고: E. BRENDLE, E.PAPIRER, J. Colloid Interface Sci. 194, 207-216 (1997), "A new topological index for molecular probes used in inverse gas chromatography for the surface nanorugosity evaluation")에 기초한다. 토폴로지 지수는 분자의 형태(기하하적 구조)를 고려하고, 그의 판데르 발스 부피에 관한 정보를 제공한다. IGC에서 표준물질로 이용되는 일부 분자의 χ_τ 값이 표 1에 보고되어 있다.

모르폴로지 지수(IM)는 분지형 알칸 분자의 체류 부피(V_G(M))와 동일한 χ_τ를 가지는 n-알칸의 체류 부피(V_G(C))의 비이다.

고체 표면 접근성을 위한 참조물은 n-알칸의 직선이다. 이 직선의 방정식은 다음과 같다:

ΔG_a(V_G) = ΔG_a(CH₂)*χ_τ+b

분지형 알칸의 고체 표면 접근성이 n-알칸의 고체 표면 접근성과 동일할 때, 그러면, 분지형 알칸은 n-알칸의 직선 상에 있다. 다시 말해서, (V_G(C))는 이러한 방식으로 결정된다:

ΔG_a(V(C)) = ΔG_a(CH₂) * χ_τ( _분지형 _알칸 _분자)+ b

자유 흡착 에너지에서부터 시작할 때, 그 비는 다음 표현을 가진다:

이 방법은 분지형 샘플의 표면 접근성에 관한 정보를 제공하고, 가능한 크기 배제 효과를 나타낸다.

선형 알칸 및 분지형 알칸의 자유 흡착 엔탈피를 비교할 때, 분지형(또는 시클릭) 알칸의 대표적인 점이 n-알칸의 직선 상에 존재할 때는 분지형(또는 시클릭) 알칸의 경우 샘플의 표면 접근성이 n-알칸의 표면 접근성과 동일하다는 것을 발견하였다. 이것은 분자 수준에서 볼 때 표면이 평활하다는 것을 의미한다. n-알칸 및 분지형 알칸은 동일한 표면 접근성을 가지고, 상응하는 IM 값은 1이다.

분지형(또는 시클릭) 알칸의 대표적인 점이 n-알칸의 직선 아래에 있을 때, 이 샘플의 고체 표면 접근성은 n-알칸의 고체 표면 접근성보다 낮다. 따라서, 표면은 거칠다. 따라서, 이러한 표면 거칠기 및 분지형 또는 시클릭 알칸의 입체적으로 더 큰 노력을 요하는 구조가 그의 표면 접근성을 저하한다. 따라서, 표면과 분지형 또는 시클릭 알칸 사이의 상호작용이 감소하고, 상응하는 IM 값은 1 미만이다.

한 바람직한 실시태양에서, 본 발명의 실리카는 이미 설명한 바와 같이 표면의 특히 높은 거칠기 및 따라서 커플링제의 특히 양호한 결합이 주목할만하다. 본 발명의 실리카(IM)의 모르폴로지 지수는 0.20 내지 0.85, 바람직하게는 0.30 내지 0.80, 더 바람직하게는 0.40 내지 0.80, 가장 바람직하게는 0.50 내지 0.80이다.

실란올기가 커플링제의 부착 부위를 구성하기 때문에, 표면에 충분히 많은 수의 실란올기가 존재할 때 커플링제의 부착 성능이 훨씬 더 개선될 수 있다. 따라서, 추가의 한 바람직한 실시태양에서, 본 발명의 실리카는 13 내지 30 ㎖/(5 g), 바람직하게는 15 내지 29 ㎖/(5 g), 더 바람직하게는 17 내지 28 ㎖/(5 g), 가장 바람직하게는 23 내지 27 ㎖/(5 g)의 변형된 시어스가 Vol 2를 가진다.

수은 기공 부피 V1은 < 400 Å의 직경을 가지는 기공의 기공 부피에 상응하고, 이것은 밝혀진 바와 같이 보강에 중요한 영향을 미친다. 본 발명의 실리카의 경우, 이 기공 부피(V2)의 상당한 부분이 175 내지 275 Å의 직경을 가지는 기공에 의해 생성될 때 유리하다는 것이 밝혀졌다. 이러한 사정이라면, 상기한 바와 같이 기공의 상대 폭 γ(가압됨) 및 미세도값 F.V.(가압됨)이 청구항 1에 명시된 범위 내에 있는 경우에, 특히 양호한 마모 값을 발견하였고, 따라서 본 발명의 실리카는 바람직하게는 0.20 내지 0.75, 더 바람직하게는 0.25 내지 0.6, 가장 바람직하게는 0.30 내지 0.60, 특히 바람직하게는 0.3 내지 0.55의 기공 부피 비 V2/V1(가압됨)을 가진다.

본 발명의 한 특정 실시태양에서, 본 발명의 실리카는 알루미늄을 함유하고, Al₂O₃ 형태의 알루미늄 함량이 0.1 내지 5 중량%, 바람직하게는 0.1 내지 2 중량%, 더 바람직하게는 0.2 내지 1 중량%, 가장 바람직하게는 0.3 내지 0.8 중량%의 범위 내이다. 놀랍게도, 본 발명자들은 증가된 알루미늄 함량이 이러한 실리카로 충전된 고무 혼합물의 조 혼합물 성질을 개선한다는 것을 발견하였다. 예를 들어, MDR(가황 등온선) 시험에서의 낮은 토크 최소값 및 더 신속하고 따라서 개선된 가황 거동이 발견된다. 따라서, 0.1 중량% 미만의 Al₂O₃를 가지는 본 발명의 실리카의 이점에 Al₂O₃ 첨가로 인해 종래 기술의 실리카를 능가하는 추가의 이점이 보충될 수 있다.

본 발명의 침전 실리카는 다양한 투여 형태, 예를 들어 레이저 회절에 의해 결정되는 입자 크기 d₅₀이 1 내지 80 ㎛인 분말 형태로 존재할 수 있다. 분말상 입자는 불규칙적 또는 그 밖에 규칙적 외형을 가질 수 있고, 즉, 그것은 예를 들어 또한 본질적으로 구형일 수 있다. 본 발명의 침전 실리카는 바람직하게는 스크린 잔분 결정(알파인(Alpine))에 의해 결정되는 입자 크기 d₅₀이 80 ㎛ 내지 1000 ㎛인 본질적으로 구형인 입자(미세과립) 형태이다. 후자의 경우, 본 발명의 실리카는 바람직하게는 EP 0937755에 기술된 바와 같은 분무탑 건조에 의해 제조되고, 이러한 건조 방법의 특성을 나타내는 외형을 나타낸다(참조: EP 0937755). EP 0937755의 내용은 본 출원의 내용에 명시적으로 인용된다. 더 바람직하게는, 본 발명의 침전 실리카는 과립(d₅₀ > 1000 ㎛(알파인 스크린 잔분)) 형태로 존재하고, 과립화 후, 스크린 잔분 결정(로탭(Ro-Tap))에 의해 입자의 80 중량% 이상이 300 ㎛ 초과이고 10 중량% 이하가 75 ㎛ 미만인 입자 크기 분포를 가진다. 놀랍게도, 본 발명의 실리카의 거친 표면 때문에 얻어지는 효과를 보존하기 위해 과립으로서의 투여 형태가 특히 적당하고, 따라서 그것이 이송의 결과로 손실되지 않는다는 것을 발견하였다. 명시된 바람직한 범위는 서로 독립적으로 확립될 수 있다.

본 발명의 실리카는 마찬가지로 본 발명의 대상의 일부를 형성하는 방법에 의해 제조될 수 있다. 이 방법은 다음 단계를 포함한다:

a) 처음에, 알칼리 금속 또는 알칼리토 금속 규산염 및/또는 유기 및/또는 무기 염기의 수용액을 충전하는 단계,

b) 75 내지 88 ℃에서 60 내지 120 분, 바람직하게는 70 내지 90 분 동안 교반하면서 이 초기 충전물에 하나 이상의 알칼리 금속 및/또는 알칼리토 금속 규산염 및 하나 이상의 산성화제를 동시에 계량 첨가하는 단계,

c) 임의로, 단계 b)에서의 계량 첨가 속도와 동일한 또는 상이한 계량 첨가 속도로 단계 b)에서 사용된 산성화제 및/또는 다른 산성화제를 침전 현탁액의 pH가 7 내지 10에 도달할 때까지 계속 첨가하고, 얻은 현탁액을 이 pH에서 40 내지 80 분 동안 80 내지 98 ℃의 고온에서 계속 교반하는 단계,

d) 하나 이상의 산성화제로 pH 약 5 내지 약 8로 재산성화하는 단계,

e) 단계 d)에서보다 낮은 계량 첨가 속도로 하나 이상의 산성화제로 pH 4 내지 5로 재산성화하는 단계,

f) 침전 현탁액을 여과하는 단계,

g) 여과 케이크를 세척하는 단계,

h) 임의로, 여과 케이크를 액화하는 단계,

i) 건조하는 단계,

j) 임의로, 분쇄 및/또는 과립화하는 단계.

본 발명에 따르는 방법의 단계 a)에서 초기 충전물은 침전물의 최종 부피의 약 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80 또는 90%일 수 있다. 이 초기 충전물에 첨가되는 염기성 화합물은 특히 알칼리 금속 수산화물, 알칼리토 금속 수산화물, 알칼리 금속 탄산염, 알칼리 금속 탄산수소염 및 알칼리 금속 규산염의 군으로부터 선택된다. 물유리 및/또는 수산화나트륨 용액을 이용하는 것이 바람직하다. 초기 충전물의 pH는 7 내지 14, 바람직하게는 10 내지 11이다.

단계 b) 동안, 하나 이상의 알칼리 금속 규산염 및/또는 알칼리토 금속 규산염 및 하나 이상의 산성화제의 첨가는 바람직하게는 침전이 15 내지 40, 더 바람직하게는 15 내지 25의 일정한 알칼리가에서 진행하도록 하는 방식으로 달성된다.

단계 b)에서 알칼리 금속 규산염 및/또는 알칼리토 금속 규산염을 동시 첨가하는 동안, 반응 혼합물은 친밀하게 교반한다. 본 발명에 따르는 방법의 특히 바람직한 실시태양에서는, 얻어진 입자의 분산성을 추가로 개선하기 위해, 단계 b) 및/또는 c)에서 반응 용액을 교반할 뿐만 아니라 추가로 전단 유닛에 의해 전단 에너지를 도입한다.

본 발명에 따르는 방법에서는 단계 b) 후에 알칼리 금속 규산염 및/또는 알칼리토 금속 규산염의 공급이 중단된다.

단계 a) 내지 j) 중 하나 이상 동안에, 유기 또는 무기 염의 임의 첨가가 임의로 달성될 수 있다. 이것은 용액으로 또는 고체로서 수행될 수 있고, 각 경우에서, 물유리 및 산성화제 첨가 시간에 걸쳐 연속으로, 또는 회분식 첨가로서 수행될 수 있다. 또, 염을 한 성분 또는 두 성분에 용해하고, 이어서 그것을 그 성분과 동시에 첨가하는 것도 가능하다.

사용되는 유기 염은 바람직하게는 알칼리 금속염 또는 알칼리토 금속염이다. 특히, 다음 이온의 모든 조합을 이용하는 것이 가능하다: Li⁺, Na⁺, K⁺, Rb⁺, Be² ⁺, Mg²⁺, Ca² ⁺, Sr² ⁺, Ba² ⁺, H⁺, F^-, Cl^-, Br^-, I^-, SO₃ ² ^-, SO₄ ² ^-, HSO₄ ^-, PO₃ ³ ^-, PO₄ ³ ^-, NO₃ ^-, NO₂ ^-, CO₃ ² ^-, HCO₃ ^-, OH^-, TiO₃ ² ^-, ZrO₃ ² ^-, ZrO₄ ⁴ ^-, AlO₂ ^-, Al₂O₄ ² ^-, BO₄ ³ ^-. 적당한 유기 염은 포름산염, 아세트산염, 및 프로피온산염이다. 양이온은 언급된 알칼리 금속 또는 알칼리토 금속 이온을 포함한다. 첨가되는 용액 중의 이들 염의 농도는 0.01 내지 5 mol/l일 수 있다. 사용되는 무기 염은 바람직하게는 Na₂SO₄이다.

단계 b) 내지 d)에서의 산성화제는 동일한 방식으로 또는 상이한 방식으로, 즉 동일한 또는 상이한 농도 및/또는 공급 속도로 공급하는 것이 가능하다.

유사하게, 단계 a) 및 b)에서 동일한 방식으로 또는 상이한 방식으로 알칼리 금속 규산염 및/또는 알칼리토 금속 규산염을 반응에 공급하는 것도 또한 가능하다.

사용되는 알칼리 금속 규산염 및/또는 알칼리토 금속 규산염은 물유리(규산나트륨 용액) 뿐만 아니라 또한 다른 규산염, 예를 들어 규산칼륨 또는 규산칼슘일 수 있다. 산성화제는 황산 뿐만 아니라 또한 다른 산성화제, 예를 들어 HCl, HNO₃, H₃PO₄ 또는 CO₂일 수 있다.

당업계 숙련자는 단계 f) 내지 i)에서 본 발명의 실리카의 여과, 액화(예를 들어, DE 2447613에 따름) 및 장기 또는 단기 건조에 대해 잘 알고 있고, 예를 들어 본 명세서에 인용된 문헌에서 찾을 수 있다. 실리카의 여과 및 세척은 바람직하게는 최종 생성물의 전도도가 < 2000 μS/㎝, 특히 < 1300 μS/㎝(물 중의 4 중량% 현탁액)가 되도록 하는 방식으로 달성된다.

바람직하게는, 단계 g) 후의 세척된 여과 케이크는 단계 h)에서 물 및/또는 하나 이상의 산성화제를 첨가함으로써 액화된 후에 건조된다. 이 액화 과정에서, 본 발명의 한 특정 실시태양에서는, 액화 동안에 알루미늄이 바람직하게는 알루민산염 형태로, 더 바람직하게는 알루민산나트륨 형태로 첨가될 수 있다. 이것은 생성되는 침전 실리카의 알루미늄 함량 증가를 달성할 수 있게 한다.

바람직하게는, 본 발명의 실리카는 스트림 건조기, 분무 건조기, 스테이지형 건조기, 벨트 건조기, 회전관 건조기, 플래시 건조기, 스핀-플래시 건조기 또는 분무탑에서 건조된다. 이러한 건조 별형은 아토마이저(atomizer), 1-유체 또는 2-유체 노즐, 또는 통합된 유동층을 이용한 작동을 포함한다. 분무 건조는 예를 들어 US 4094771에 따라서 수행할 수 있다. 분무탑 건조는 예를 들어 EP 0937755에 기술된 바와 같이 수행할 수 있다. US 4094771 및 EP 0 937755의 내용은 본 출원의 내용에 명시적으로 인용한다.

건조 후에는 임의로 롤 콤팩터(roll compactor)를 이용한 분쇄 및/또는 과립화가 뒤따른다. 건조 단계 또는 분쇄 후, 본 발명의 침전 실리카는 바람직하게는 레이저 회절에 의해 결정되는 입자 크기 d₅₀이 1 내지 80 ㎛인 분말 형태로 존재한다. 분말상 입자는 불규칙적 또는 그 밖에 규칙적 외형을 가질 수 있고, 즉, 분말상 입자는 예를 들어 거의 구형인 입자일 수 있다. 더 바람직하게는, 본 발명의 침전 실리카는 분무탑 건조 후 스크린 잔분 결정(알파인)에 의해 결정되는 입자 크기 d₅₀이 80 ㎛ 내지 1000 ㎛인 거의 구형인 입자(미세 과립) 형태이다. 후자의 경우, 본 발명의 실리카는 바람직하게는 EP 0937755에 기술된 바와 같은 노즐 탑 건조에 의해 제조되고, 이 건조 방법의 특성을 나타내는 외형을 나타낸다(EP 0937755 참고). EP 0937755의 내용을 본원의 내용에 명시적으로 인용한다. 가장 바람직하게는, 본 발명의 침전 실리카는 과립(d₅₀ > 1000 ㎛(알파인 스크린 잔분)) 형태이고, 과립화 후, 스크린 잔분 결정(로탭)에 의해 입자의 80 중량% 이상이 300 ㎛보다 크고 최대 10 중량%가 75 ㎛보다 작은 입자 크기 분포를 가진다.

스핀-플래시 건조 및 뒤따르는 롤러 과립화가 거친 표면을 가지는 본 발명의 실리카의 제조에 특히 매우 적당하다는 것을 발견하였다. 과립화는 예를 들어 알렉산더베르크 아게(Alexanderwerk AG)(독일 렘쉐이트)로부터의 WP 50N/75 롤러 프레스로 수행할 수 있다. 바람직하게는, 결합제 또는 액체의 추가 첨가 없이 분말상 생성물은 일축 나사를 가지는 수평 도입 시스템을 거쳐 진공 시스템에 의해 배출되고, 양쪽에 탑재된 수직 배열 롤러 사이에 균질하게 도입된다. 이것은 분말을 슬러그로 가압하고, 슬러그는 파쇄기에 의해 요망되는 최대 과립 크기로 전환된다.

추가로, 본 발명은 엘라스토머 혼합물, 가황가능 고무 혼합물 및/또는 다른 가황물, 예를 들어 공기압 타이어, 타이어 접지면, 케이블 외장재, 호스, 드라이브 벨트, 컨베이어 벨트, V-벨트, 롤 커버링, 다른 타이어, 신발 바닥, 가스켓 및 감쇠 요소에서의 및/또는 그들의 제조에서의 본 발명의 실리카의 용도를 제공한다.

따라서, 추가로, 본 발명은 본 발명의 실리카를 함유하는 엘라스토머 혼합물, 가황가능 고무 혼합물 및/또는 다른 가황물, 예를 들어 성형품, 공기압 타이어, 타이어 접지면, 케이블 외장재, 호스, 드라이브 벨트, 컨베이어 벨트, 롤 커버링, 다른 타이어, 신발 바닥, 가스켓 및 감쇠 요소를 제공한다.

임의로, 본 발명의 실리카는 하기 화학식 I 내지 III의 실란 또는 유기실란으로 개질될 수 있다.

<화학식 I>

[SiR¹ _n(RO)_r(Alk)_m(Ar)_p]_q[B]

<화학식 II>

SiR¹ _n(RO)_3-n(알킬)

<화학식 III>

SiR¹ _n(RO)_3-n(알케닐)

여기서,

B는 -SCN, -SH, -Cl, -NH₂, -OC(O)CHCH₂, -OC(O)C(CH₃)CH₂(q = 1일 때) 또는 -S_w-(q = 2일 때)이고, B는 Alk에 화학 결합되고,

R 및 R¹은 히드록실, 아미노, 알콕시드, 시아나이드, 티오시아나이드, 할로겐, 술폰산, 술폰산 에스테르, 티올, 벤조산, 벤조산 에스테르, 카르복실산, 카르복실산 에스테르, 아크릴레이트, 메타크릴레이트, 유기실란 라디칼에 의해 임의로 치환될 수 있는 2 내지 30 개의 탄소 원자를 가지는 지방족, 올레핀, 방향족 또는 아릴방향족 라디칼이고, R 및 R¹은 동일한 또는 상이한 정의 또는 치환을 가질 수 있고,

n은 0, 1 또는 2이고,

Alk는 1 내지 6 개의 탄소 원자를 가지는 비분지형 또는 분지형 2 가 탄화수소 라디칼이고,

m은 0 또는 1이고,

Ar은 히드록실, 아미노, 알콕시드, 시아나이드, 티오시아나이드, 할로겐, 술폰산, 술폰산 에스테르, 티올, 벤조산, 벤조산 에스테르, 카르복실산, 카르복실산 에스테르, 유기실란 라디칼에 의해 치환될 수 있는 6 내지 12 개, 바람직하게는 6 개의 탄소 원자를 가지는 아릴 라디칼이고,

p는 0 또는 1이고, 단, p 및 n은 둘 모두가 0은 아니고,

q는 1 또는 2이고,

w는 2 내지 8의 수이고,

r은 1, 2 또는 3이고, 단, r + n + m + p = 4이고,

알킬은 1 내지 20 개의 탄소 원자, 바람직하게는 2 내지 8 개의 탄소 원자를 가지는 비분지형 또는 분지형 포화 1 가 탄화수소 라디칼이고,

알케닐은 2 내지 20 개의 탄소 원자, 바람직하게는 2 내지 8 개의 탄소 원자를 가지는 비분지형 또는 분지형 불포화 1가 탄화수소 라디칼이다.

또, 본 발명의 실리카를 SiR² ₄ _- _nX_n(여기서, n = 1, 2, 3, 4), [SiR² _xX_yO]_z(여기서, 0≤x≤2; 0≤y≤2; 3≤z≤10, 여기서 x+y=2), [SiR² _xX_yN]_z(여기서, 0≤x≤2; 0≤y≤2; 3≤z≤10, 여기서 x+y=2), SiR² _nX_mOSiR² _oX_p(여기서, 0≤n≤3; 0≤m≤3; 0≤o≤3; 0≤p≤3, 여기서 n+m=3, o+p=3), SiR² _nX_mNSiR² _oX_p(여기서, 0≤n≤3; 0≤m≤3; 0≤o≤3; 0≤p≤3, 여기서 n+m=3, o+p=3), SiR² _nX_m[SiR² _xX_yO]_zSiR² _oX_p(여기서, 0≤n≤3; 0≤m≤3; 0≤x≤2; 0≤y≤2, 0≤o≤3; 0≤p≤3; 1≤z≤10000, 여기서 n+m=3, x+y=2, o+p=3)의 조성을 가지는 유기규소 화합물로 개질하는 것도 가능하다. 이들 화합물은 선형, 시클릭 또는 분지형 실란, 실라잔 및 실옥산 화합물일 수 있다. R²는 1 내지 20 개의 탄소 원자를 가지는 치환된 및/또는 비치환된 알킬 및/또는 아릴 라디칼일 수 있고, 관능기, 예를 들어, 히드록실기, 아미노기, 폴리에테르, 예를 들어 에틸렌 옥시드 및/또는 프로필렌 옥시드, 및 할라이드기, 예를 들어 플루오라이드에 의해 치환될 수 있다. 또, R²는 기, 예를 들어 알콕시, 알케닐, 알키닐 및 아릴기, 및 황 함유 기를 함유할 수 있다. X는 반응성 기, 예를 들어 실란올, 아미노, 티올, 할로겐, 알콕시, 알케닐기, 및 수소 라디칼일 수 있다.

SiR² _nX_m[SiR² _xX_yO]_zSiR² _oX_p(여기서, 0≤n≤3; 0≤m≤3; 0≤x≤2; 0≤y≤2; 0≤o≤3; 0≤p≤3; 1≤z≤10000, 여기서 n+m=3; x+y=2; o+p=3임)의 조성을 가지고, R²가 바람직하게는 메틸로 나타내어지는 선형 폴리실록산을 이용하는 것이 바람직하다.

SiR² _nX_m[SiR² _xX_yO]_zSiR² _oX_p(여기서, 0≤n≤3; 0≤m≤1; 0≤x≤2; 0≤y≤2; 0≤o≤3; 0≤p≤1; 1≤z≤1000, 여기서 n+m=3, x+y=2, o+p=3임)의 조성을 가지고, R²가 바람직하게는 메틸로 나타내어지는 폴리실록산을 이용하는 것이 특히 바람직하다.

임의로 과립화된, 과립화되지 않은, 분쇄된 및/또는 분쇄되지 않은 침전 실리카를 하나 이상의 언급된 유기규소 화합물로 개질시키는 것은 침전 실리카 100 부 기준으로 0.5 내지 50 부, 특히 침전 실리카 100 부 기준으로 1 내지 15 부를 가지는 혼합물에서 달성될 수 있고, 침전 실리카와 유기규소 화합물 사이의 반응은 혼합물 제조 동안에(현장 내) 또는 외부에서 혼합물 분무 및 뒤이은 열 처리에 의해, 유기규소 화합물 및 실리카 현탁액의 혼합 및 뒤이은 건조 및 열처리(예를 들어, DE 3437473 및 DE 19609619)에 의해 또는 DE 19609619 또는 DE 특허 4004781에 기술된 방법에 의해 수행될 수 있다.

적당한 유기규소 화합물은 원칙적으로 모든 이관능성 실란이고, 이것은 첫째, 실란올기 함유 충전제와 커플링을 달성할 수 있고, 둘째, 중합체와 커플링을 달성할 수 있다. 대표적으로 사용되는 유기규소 화합물의 양은 침전 실리카 총량 기준으로 1 내지 10 중량%이다. 이러한 유기규소 화합물의 예는 비스(3-트리에톡시실릴프로필)테트라술판, 비스(3-트리에톡시실릴프로필)디술판, 비닐트리메톡시실란, 비닐트리에톡시실란, 3-메르캅토프로필트리메톡시실란, 3-메르캅토프로필트리에톡시실란, 3-아미노프로필트리메톡시실란, 3-아미노프로필트리에톡시실란이다. 추가의 유기규소 화합물은 WO 99/09036, EP 1108231, DE 10137809, DE 10163945, DE 10223658에 기술되어 있다. 본 발명의 한 바람직한 실시태양에서, 사용되는 실란은 비스(트리에톡시실릴프로필)테트라술판일 수 있다.

본 발명의 실리카는 실란을 개질하거나 또는 실란을 개질하지 않고서 분말, 거의 구형인 입자 또는 과립으로 엘라스토머 혼합물, 타이어 또는 가황가능 고무 혼합물에 고무 100 부 기준으로 5 내지 200 부의 양으로 보강 충전제로서 혼입될 수 있다. 고무 및 엘라스토머 혼합물은 본 발명의 맥락에서 동등한 것으로 본다.

언급된 유기규소 화합물과 함께 또는 유기규소 화합물 없이 본 발명의 실리카만을 함유하는 혼합물 이외에, 엘라스토머 또는 고무 혼합물은 추가로 하나 이상의 약간의 보강 충전제로 충전될 수 있다.

추가의 충전제로서, 다음 물질이 이용될 수 있다:

- 탄소 블랙 : 여기서 이용하기 위한 탄소 블랙은 램프 블랙, 퍼니스 블랙 또는 기체 블랙 방법에 의해 제조되고, 20 내지 200 ㎡/g의 BET 표면적을 가지고, 예를 들어, SAF, ISAF, HSAF, HAF, FEF 또는 GPF 블랙이다. 임의로, 탄소 블랙은 또한 헤테로원자, 예를 들어 규소를 함유할 수 있다.

- 고분산성 퓸드 실리카 : 예를 들어 규소 할로겐화물의 화염 가수분해에 의해 제조된다. 임의로, 실리카는 또한 다른 금속 산화물, 예를 들어 알루미늄, 마그네슘, 칼슘, 바륨, 아연 및 티탄의 산화물과의 혼합 산화물로서 존재할 수 있다.

- 추가의 상업용 실리카

- 20 내지 400 ㎡/g의 BET 표면적 및 10 내지 400 ㎚의 일차 입자 직경을 가지는 합성 규산염, 예를 들어 규산알루미늄, 알칼리토 금속 규산염, 예를 들어 규산마그네슘 또는 규산칼슘

- 합성 또는 천연 알루미늄 산화물 및 수산화물

- 천연 규산염, 예를 들어 카올린, 다른 천연 발생 이산화규소 화합물,

- 유리 섬유 및 유리 섬유 제품(매트, 스트랜드) 또는 유리 미세비드

- 전분 및 개질된 전분 유형

- 천연 충전제, 예를 들어 클레이 및 실리카 초크.

여기서도, 유기규소 화합물의 계량 첨가의 경우에서처럼, 블렌딩 비는 달성하고자 하는 최종 고무 혼합물의 성질 프로파일에 의해 좌우된다. 본 발명의 실리카와 다른 상기 충전제(혼합물 포함) 사이에 5 - 95%의 비가 고려될 수 있고, 또한 이러한 관계로 실시된다.

특히 바람직한 한 실시태양에서는, 혼합물을 제조하기 위해, 각각 고무 100 중량부 기준으로, 본 발명의 실리카로 전부 또는 일부 이루어진 실리카 10 내지 150 중량부가 임의로 탄소 블랙 0 내지 100 중량부 및 유기규소 화합물 1 내지 20 중량부와 함께 이용될 수 있다.

본 발명의 실리카, 유기규소 화합물 및 다른 충전제 이외에, 엘라스토머가 고무 혼합물의 추가의 중요 구성성분을 구성한다. 이러한 관계에서, 개별 중합체로서 또는 다른 고무와의 블렌드로서 천연 및 합성, 오일로 증량된 또는 증량되지 않은 엘라스토머, 예를 들어 천연 고무, 폴리부타디엔(BR), 폴리이소프렌(IR), 1 내지 60 중량%, 바람직하게는 2 내지 50 중량%의 스티렌 함량을 가지는 특히 용액 중합 방법에 의해 제조된 스티렌/부타디엔 공중합체(SBR), 부틸 고무, 이소부틸렌/이소프렌 공중합체(IIR), 5 내지 60 중량%, 바람직하게는 10 내지 50 중량%의 아크릴로니트릴 함량을 가지는 부타디엔/아크릴로니트릴 공중합체(NBR), 부분 수소화된 또는 완전 수소화된 NBR 고무(HNBR), 에틸렌/프로필렌/디엔 공중합체(EPDM) 및 이들 고무의 혼합물이 언급되어야 한다.

게다가, 언급된 고무를 가지는 고무 혼합물에 다음 추가의 고무가 유용하다: 카르복실 고무, 에폭시드 고무, 트랜스-폴리펜테나머, 할로겐화 부틸 고무, 2-클로로부타디엔으로부터 생성된 고무, 에틸렌-비닐 아세테이트 공중합체, 에틸렌-프로필렌 공중합체, 및 적당한 경우, 또한 천연 고무 및 개질된 천연 고무의 화학적 유도체. 바람직한 합성 고무는 예를 들어 문헌(W.Hofmann, "Kautschuktechnologie" [Rubber Technology], Genter Verlag, Stuttgart 1980)에 기술되어 있다.

본 발명의 타이어 제조에는, 특히, - 50 ℃보다 높은 유리 전이 온도를 가지는 음이온 중합된 L-SBR 고무(용액 SBR) 및 그와 디엔 고무의 혼합물이 관심을 끈다.

본 발명의 실리카는 유기규소 화합물과 함께 또는 유기규소 화합물 없이 모든 고무 응용, 예를 들어 성형품, 타이어, 타이어 접지면, 컨베이어 스트랩, 컨베이어 벨트, 가스켓, 드라이브 벨트, 호스, 신발 바닥, 케이블 외장재, 롤 커버링, 감쇠 요소 등에서 용도를 찾을 수 있다. 이 실리카의 혼입 및 이 실리카를 포함하는 혼합물의 제조는 고무 산업에서 통상적인 방식으로 내부 혼합기 또는 롤러 시스템에서 바람직하게는 80 - 200 ℃에서 달성된다. 실리카의 투여 또는 사용 형태는 분말, 거의 구형인 입자, 또는 과립일 수 있다. 여기서도, 본 발명의 실리카는 공지된 엷은 색상 충전제와 상이하지 않다.

본 발명의 고무 가황물은 추가의 고무 보조제, 예를 들어 반응 촉진제, 노화 안정제, 열 안정제, 광안정제, 오존 안정제, 가공 보조제, 가소제, 점착성 부여제, 발포제, 염료, 안료, 왁스, 증량제, 유기산, 지연제, 금속 산화물 및 활성화제, 예를 들어 트리에탄올아민, 폴리에틸렌 글리콜, 헥산트리올을 통상적인 투여량으로 포함할 수 있다. 이들 화합물은 고무 산업에서 공지되어 있다.

고무 보조제는 그 중에서도 특히, 최종 용도에 의해 좌우되는 공지된 양으로 이용될 수 있다. 통상적인 양은 예를 들어 이용되는 고무 기준으로 0.1 내지 50 중량%이다. 사용되는 가교제는 황 또는 황 공여 물질일 수 있다. 본 발명의 고무 혼합물은 가황 촉진제를 추가로 포함할 수 있다. 개별적으로 또는 조합해서 이용되는 적당한 중요한 촉진제의 예는 0.1 내지 3 중량%의 양의 메르캅토벤조티아졸, 술펜아미드, 티우람, 디티오카르바메이트이다. 개별적으로 또는 조합해서 이용되는 보조촉진제의 예는 0.1 내지 5 중량%의 양의 구아니딘, 티오우레아 및 티오카르보네이트이다. 황은 이용되는 고무 기준으로 대표적으로 0.1 내지 10 중량%, 바람직하게는 1 내지 3 중량%의 양으로 이용될 수 있다.

본 발명의 실리카는 촉진제 및/또는 황으로 또는 과산화물에 의해 가교될 수 있는 고무에 이용될 수 있다.

본 발명의 고무 혼합물의 가황은 100 내지 200 ℃, 바람직하게는 130 내지 180 ℃의 온도에서 임의로 10 내지 200 bar의 압력 하에서 달성될 수 있다. 고무와 충전제, 고무 보조제 및 유기규소 화합물의 블렌딩은 공지된 혼합 유닛, 예를 들어 롤러, 내부 혼합기 및 혼합 압출기에서 수행될 수 있다.

본 발명의 고무 혼합물은 성형품 제조, 예를 들어 공기압 타이어, 여름, 겨울 및 연중 타이어의 타이어 접지면, 승용차 타이어, 범용차 타이어, 모터사이클 타이어, 타이어 몸체 부품, 케이블 외장재, 호스, 드라이브 벨트, 컨베이어 벨트, 롤 커버링, 신발 바닥, 가스켓 링 및 감쇠 요소의 제조에 적당하다.

본 발명의 고무 혼합물은 양호한 마모 저항과 결합된 감소된 구름 저항 때문에 승용차 타이어 접지면(여름, 겨울 및 연중 타이어) 및 모터사이클 타이어 접지면의 제조 뿐만 아니라 범용차 타이어의 제조에 특히 적당하다.

대표적인 타이어 접지면 탄소 블랙과 블렌딩된, 유기규소 화합물을 첨가하지 않은 본 발명의 고무 혼합물은 또한 건축기계, 농업 기계 또는 광산 기계의 타이어의 절단 및 칩(Chip) 성능 개선에 적당하다(정의 및 추가 견해에 대해서는, 독일 함부르크 Tire Tech 2003에서 Dr. W. Niedermeier이 발표한 "New insights into the tear mechanism" 및 그의 참고 문헌 참고).

본 발명의 침전 실리카의 반응 조건 및 물리/화학적 데이터는 다음 방법으로 결정한다:

여과 케이크의 고체 함량 결정

이 방법은 105 ℃에서 휘발성 분획을 제거함으로써 여과 케이크의 고체 함량을 결정하는 데 이용된다. 이 목적으로, 여과 케이크 100.00 g(출발 중량 E)을 재어서 용기 중량을 단 건조한 자기 접시(직경 20 ㎝)에 넣는다. 적당한 경우, 1 ㎤ 이하의 더 헐거운 덩어리를 얻기 위해 여과 케이크를 주걱으로 분쇄한다. 샘플을 건조 캐비넷에서 105 ± 2 ℃에서 일정 중량이 될 때까지 건조시킨다. 이어서, 샘플을 제습제로서 실리카겔을 가지는 제습 캐비넷에서 실온으로 냉각시킨다. 최종 중량 A를 중량 측정법으로 결정한다. 다음 식에 의해 고체 함량(SC)(%)을 결정한다:

SC = A/E * 100%

(여기서, A = 최종 중량(g), E = 출발 중량(g))

침전 현탁액의 고체 함량 결정

침전 현탁액의 고체 함량은 샘플을 여과한 후 중량 측정법으로 결정한다. 실온에서 메스실린더를 이용해서 100.0 ㎖의 균질화된 침전 현탁액(V_현탁액)을 측정한다. 둥근 필터(타입 572, 슐레이처 앤드 슈엘(Schleicher & Schuell)로부터 입수)를 이용해서 자기 흡인 필터에서 흡인에 의해 샘플을 여과하지만, 여과 케이크에 균열이 발생하는 것을 방지하기 위해 흡입 건조하지는 않는다. 이어서, 여과 케이크를 100.0 ㎖의 증류수로 세척한다. 세척된 여과 케이크를 중량을 단 자기 접시에 옮기고 건조 캐비넷에서 105 ± 2 ℃에서 일정 중량이 될 때까지 건조시킨다. 실온으로 냉각한 후, 건조된 실리카의 중량(m_샘플)을 결정한다. 다음 식에 따라서 고체 함량을 결정한다:

고체 함량(g/ℓ) = (m_샘플(g))/(V_현탁액(ℓ))

실리카 공급물의 고체 함량 결정

실리카 공급물을 IR 건조기에서 일정 중량이 될 때까지 건조시킨다. 건조 감량은 주로 수분으로 이루어진다. 2.0 g의 실리카 공급물을 재어서 용기 무게를 단 알루미늄 접시에 도입하고, IR 건조 유닛(메틀러(Mettler), LP 16)의 뚜껑을 닫는다. 시작 버튼을 누른 후, 현탁액 건조가 105 ℃에서 시작되고, 단위 시간 당 중량 감소가 2 ㎎/(120 초) 값 미만이 될 때 자동 종료된다. 0 - 100 % 모드를 선택할 때 기기에 의해 중량 감소(%)가 바로 표시된다. 다음 식에 따라서 고체 함량을 계산한다:

고체 함량(%) = 100% - 중량 감소(%)

알칼리가 결정

알칼리가(AN) 결정은 pH 8.30까지 알칼리성 용액 또는 현탁액의 직접 전위차 적정에서 염산 소비량(㎖)(샘플 부피 50 ㎖에서, 50 ㎖의 증류수 및 농도 0.5 mol/ℓ의 염산 이용)을 의미하는 것임을 이해한다. 이것은 용액 또는 현탁액의 유리 알칼리 함량을 검출한다.

pH 기기(닉(Knick)으로부터 입수, 온도 센서가 있는 캘리매틱(Calimatic) 766 pH 측정기) 및 pH 전극(스코트(Schott)로부터 입수한 복합 전극, N7680)을 실온에서 두 완충제 용액(pH = 7.00 및 pH = 10.00)을 이용해서 검정한다. 복합 전극을 40 ℃로 평형화되고 50.0 ㎖의 침전 현탁액 및 50.0 ㎖의 탈이온수로 이루어진 시험 용액 또는 현탁액에 침지한다. 이어서, 일정한 pH 8.30이 확립될 때까지 농도 0.5 mol/ℓ의 염산 용액을 적가한다. 처음에는 극히 서서히 확립되는 실리카와 유리 알칼리 함량 사이의 평형 때문에, 15 분의 대기 시간이 필요하고, 그 후에야 마침내 산 소비량을 읽을 수 있다. 선택된 양 및 농도가 주어지면, ㎖ 단위로 읽은 염산 소비량은 알칼리가에 직접 상응하고, 이것은 무차원으로 보고된다.

pH 결정

실리카의 pH는 DIN EN ISO 787-9에 기초하여 실온에서 5% 수성 현탁액으로서 결정한다. 이 표준의 요건과 비교해서, 출발 중량을 변경한다(100 ㎖의 탈이온수에 대해 5.00 g의 실리카).

전기 전도도 결정

실리카의 전기 전도도 결정은 DIN EN ISO 787-14에 기초하여 실온에서 4% 수성 현탁액으로서 수행한다. 이 표준의 요건과 비교해서, 출발 중량을 변경한다(100 ㎖의 탈이온수에 대해 4.00 g의 실리카).

수분 함량 결정

실리카의 수분 함량은 강제 공기 건조 오븐에서 105 ℃에서 2 시간 동안 건조한 후 ISO 787-2에 따라서 결정한다. 이 건조 감량은 주로 수분으로 이루어진다.

실리카의 변형된 시어스가 Vol 2 결정

pH 6 내지 pH 9의 범위에서 수산화칼륨 용액으로 실리카를 적정함으로써, 변형된 시어스가 Vol 2를 유리 히드록실기 수의 측정으로서 결정할 수 있다.

결정 방법은 다음 화학 반응에 기초하고, 여기서 "Si"-OH는 실리카의 실란올기를 기호화하는 것을 의미한다.

"Si"-OH + NaCl ⇒ "Si"-ONa + HCl

HCl + KOH ⇒ KCl + H₂O

절차

수분 함량이 5 ± 1%인 분말상 형태이거나, 거의 구형인 입자를 가지거나 또는 과립 형태인 실리카 10.00 g을 IKA 범용 밀 M 20(550 W; 20000 rpm)으로 60 초 동안 분쇄한다. 몇몇 경우에서는, 건조 캐비넷에서 105 ℃에서 건조하거나 또는 균질하게 축축하게 함으로써 출발 물질의 수분 함량을 조정하여야 하고, 분쇄를 반복하여야 한다. 이렇게 처리된 실리카 2.50 g을 실온에서 재서 250 ㎖ 적정 용기에 넣고, 60.0 ㎖의 메탄올 p.A.와 혼합한다. 샘플의 완전 습윤화 후, 40.0 ㎖의 탈이온수를 첨가하고, 울트라 투랙스(Ultra Turrax) T 25 교반기(KV-18G 교반기 섀프트, 직경 18 ㎜)를 이용해서 18000 rpm의 속도로 30 초 동안 분산을 달성한다. 100 ㎖의 탈이온수를 이용해서 용기 벽 및 교반기에 부착된 샘플 입자를 헹구어서 현탁액에 넣고, 이것을 항온 수조에서 25 ℃로 평형화시킨다.

pH 측정기(닉(KNICK)으로부터 입수, 온도 센서가 있는 캘리매틱(Calimatic) 766 pH 측정기) 및 pH 전극(스코트(Schott)로부터 입수한 복합 전극, N7680)을 실온에서 완충제 용액(pH = 7.00 및 pH = 9.00)을 이용해서 검정한다. 먼저, pH 측정기를 이용해서 25 ℃에서 현탁액의 출발 pH를 측정한 후, 그 결과에 따라서, 수산화칼륨 용액(0.1 mol/ℓ) 또는 염산 용액(0.1 mol/ℓ)으로 pH를 6.00으로 조정한다. pH 6.00이 될 때까지의 KOH 또는 HCl 용액의 소비량(㎖)은 V₁'에 상응한다.

이후에, 20.0 ㎖의 염화나트륨 용액(탈이온수로 1 ℓ가 되도록 만든 250.00 g의 NaCl p.A)을 계량 첨가한다. 이어서, 0.1 mol/ℓ KOH를 이용해서 pH 9.00이 될 때까지 적정을 계속한다. pH 9.00이 될 때까지의 KOH 용액의 소비량(㎖)은 V₂'에 상응한다.

이어서, 먼저, 부피 V₁' 및 V₂'를 1 g의 이론적 출발 중량으로 정규화하고, 5를 곱해서, Vol 1 및 변형된 시어스가 Vol 2를 ㎖/(5g) 단위로 제공한다.

DBP 흡수량 결정

침전 실리카의 흡수 성능의 측정값인 DBP 흡수(DBP가)는 다음과 같은 표준 DIN 53601을 기초로 하여 결정한다: 분말상 형태이거나 또는 거의 구형인 입자를 가지고 0 - 10%의 수분 함량(적당한 경우, 수분 함량은 건조 캐비넷에서 105 ℃에서 건조함으로써 조정함)을 가지는 실리카 12.50 g을 브라벤더(Brabender) 흡수량 측정기(absorptometer) "E"(토크 변환기의 유출 필터의 감쇠가 일어나지 않음)의 니더(kneader) 챔버(물품 번호 279061)에 도입한다. 과립의 경우, 1 내지 3.15 ㎜의 스크리닝 분획(스테인리스 스틸 스크린, 레취(Retsch)로부터 입수)을 이용한다(기공 크기 3.15 ㎜의 스크린을 통해 플라스틱 주걱으로 과립을 온화하게 가압함). 일정한 혼합 하에서(니더 패들의 주변 속도 125 rpm), 브라벤더 T90/50 도시매트(Dosimat)에 의해 실온에서 혼합물에 디부틸프탈레이트를 4 ㎖/분의 속도로 적가한다. 그것은 극소량의 힘으로 혼합함으로써 혼입하고, 디지털 디스플레이를 이용해서 모니터링한다. 결정을 종료할 무렵에, 혼합물은 페이스트가 되고, 이것은 요구되는 힘이 빠르게 증가하는 것에 의해 표시된다. 디스플레이가 600 디지트(0.6 Nm의 토크)를 나타낼 때, 전기 접점이 니더 및 DBP 계량 첨가를 차단한다. DBP 공급물을 위한 동기 모터를 디지털 카운터에 결합하고, 따라서, DBP 소비량(㎖)을 읽을 수 있다. DBP 흡수량은 g/(100 g) 단위로 보고하고, 다음 식으로 계산한다:

여기서,

DBP = DBP 흡수량(g/(100g))

V = DBP 소비량 (㎖)

D = DBP 밀도 (g/㎖) (1.047 g/㎖, 20 ℃)

E = 실리카의 출발 중량 (g)

K = 수분 보정표에 따르는 보정값(g/(100g))

DBP 흡수량은 무수 건조 실리카에 대해 정의한다. 축축한 침전 실리카를 이용하는 경우에는, DBP 흡수량 계산에 보정값 K를 고려해야 한다. 이 값은 다음 보정표를 참고하여 결정할 수 있다: 예를 들어, 실리카의 물 함량이 5.8%이면 DBP 흡수량을 위해서는 33 g/(100 g)의 첨가를 의미할 것이다. 실리카의 수분 함량은 "수분 함량 또는 건조 감량 결정" 방법에 의해 결정한다.

<표 1>

BET 표면적 결정

분말상 형태이거나, 거의 구형인 입자를 가지거나, 또는 과립 형태인 실리카의 질소 비표면적(이하, BET 표면적이라 표기함)은 DIN-ISO 9277에 따르는 다점 결정에 의해 트리스타(TRISTAR) 3000 기기(마이크로메리틱스(Micromeritics))를 이용해서 ISO 5794-1/아넥스 D에 기초하여 결정한다.

CTAB 표면적 결정

이 방법은 ASTM 3765 또는 NFT 45-007(제 5.12.1.3 장)에 기초하는 실리카의 "외부" 표면 상에서의 CTAB(N-헥사데실-N,N,N-트리메틸암모늄 브로마이드)의 흡착에 기초한다.

CTAB는 교반 및 초음파 처리에 의해 수용액에 흡착된다. 과량의 흡착되지 않은 CTAB는 티트로프로세서(titroprocessor)를 이용해서 NDSS(디옥틸소듐 술포숙시네이트 용액, "에어로졸 OT" 용액)에 의한 역적정에 의해 결정하고, 종말점은 용액의 최대 탁도에 의해 제공되고, 포토트로드(phototrode)로 결정한다. CTAB의 결정화를 방지하기 위해, 모든 작업을 수행하는 동안 온도는 23 - 25 ℃이다. 역적정은 다음 반응식에 기초한다:

기기

메틀러 톨레도(METTLER Toledo) DL 55 티트로프로세서 및 메틀러 톨레도 DL 70 티트로프로세서 : 각각에 pH 전극(제조업체: 메틀러(Mettler), DG 111) 및 포토트로드(제조업체: 메틀러, DP 550)가 설비됨

100 ㎖ 폴리프로필렌 적정 컵

적정 유리 용기(150 ㎖, 뚜껑 있음)

가압 여과 유닛(용량: 100 ㎖)

셀룰로오스 니트레이트로 제조된 막 필터(기공 크기 0.1 ㎛,

47 ㎜, 예를 들어 와트만(Whatman)(카탈로그 번호 7181 - 004)

시약

CTAB의 용액(C_CTAB = 탈이온수 중의 0.015 mol/ℓ) 및 NDSS의 용액(농도 = 탈이온수 중의 0.00423 mol/ℓ)을 사용 준비가 된 상태로 구입하고(베른트 크라프트 게엠베하(Bernd Kraft GmbH), 독일 47167 두이스부르크; 카탈로그 번호 6056.4700 CTAB 용액(농도 0.015 mol/ℓ); 카탈로그 번호 6057.4700 NDSS 용액(0.00423 mol/ℓ)), 25 ℃에서 보관하고, 한 달 내에 사용한다.

절차

1. 바탕 적정

5 ㎖의 CTAB 용액 적정을 위한 NDSS 용액 소비량을 각 시험 시리즈 전에 매일 1 회 점검하여야 한다. 이 목적으로, 적정 개시 전에 포토트로드를 1000 ± 20 mV(100%의 투명도에 상응함)로 조정한다.

정확히 5.00 ㎖의 CTAB 용액을 피펫으로 적정 컵에 넣고, 50.0 ㎖의 탈이온수를 첨가한다. 교반 하에, 당업계 숙련자가 잘 알고 있는 시험 방법에 의해 DL 55 티트로프로세서를 이용해서 용액의 최대 탁도에 이를 때까지 NDSS 용액으로 적정을 달성한다. NDSS 용액의 소비량 V_A(㎖)을 결정한다. 각 적정은 삼중 결정법으로 수행하여야 한다.

2. 흡착

5 ± 2%의 수분 함량(적당한 경우, 수분 함량은 건조 캐비넷에서 105 ℃에서 건조하거나 또는 균질하게 축축하게 함으로써 조정함)을 가지는 분말상 형태이거나, 거의 구형인 입자를 가지거나, 또는 과립 형태인 실리카 10.0 g을 밀(IKA M20 밀, M 21 스테인리스 스틸 비터를 가짐)로 60 초 동안 분쇄한다. 정확히 500.0 ㎎의 분쇄된 샘플(출발 중량 E)을 자석 교반 막대가 있는 150 ㎖ 적정 용기에 옮기고, 정확히 100.0 ㎖의 CTAB 용액(T₁)을 계량 첨가한다. 적정 용기에 뚜껑을 닫고, 습윤화가 완료될 때까지 울트라 투랙스(Ultra Turrax) T 25 교반기(KV-18G 교반기 섀프트, 직경 18 ㎜)로 18000 rpm으로 1 분 이하 동안 교반한다. 적정 용기를 DL 70 티트로프로세서에 나사로 죄어 고정하고, 현탁액의 pH를 KOH(0.1 mol/l)로 9±0.05로 조정한다.

이어서, 25 ℃에서 초음파조(밴델린(Bandelin)으로부터 입수, 소노렉스(Sonorex) RK 106 S, 35 kHz, 100W 유효 전력 또는 200W 피크 전력)에서 적정 용기의 현탁액을 4 분간 초음파 처리한다. 이어서, 1.2 bar의 질소 압력에서 막 필터를 통해 즉각 가압 여과를 행한다. 처음 5 ㎖의 여액은 폐기한다.

3. 적정

남은 여액 5.00 ㎖를 피펫으로 100 ㎖ 적정 컵에 넣고, 탈이온수로 50.00 ㎖로 만든다. 적정 컵을 DL 55 티트로프로세서에 나사로 죄어 고정하고, 교반 하에 최대 탁도에 이를 때까지 NDSS 용액으로 적정을 달성한다. NDSS 용액의 소비량 V_B (㎖)을 결정한다. 각 적정은 삼중 결정법으로 수행해야 한다.

계산

여기서,

V_A = 바탕 샘플 적정에서 NDSS 용액 소비량 (㎖)

V_B = 여액을 이용한 경우의 NDSS 용액 소비량 (㎖)

C_CTAB = CTAB 용액의 농도 (mol/l)

M_CTAB = CTAB의 몰 질량 = 364.46 g/mol

T₁ = CTAB 용액 첨가량 (l)

P = CTAB의 공간 요구량 = 578.435 ㎡/g

E = 실리카의 처음 중량

CTAB 표면적은 무수 실리카에 기초하고, 따라서, 다음 보정을 행한다.

실리카의 수분 함량은 기술된 "수분 함량 결정" 방법에 의해 결정한다.

입자 크기 분포 결정

실리카의 입자 크기 분포를 결정한다. 연구할 샘플을 분쇄한 후, 수용액에 분산하고, 디스크 원심분리기로 입자 크기에 따라 분리한다: 입자 크기가 클수록(따라서, 무거울수록) 원심분리기의 중력장에서 입자가 더 빠르게 움직인다. 거기서, 입자는 가벼운 장벽을 통과하고; 흡수량을 시간의 함수로 측정한다. 이 데이터를 이용해서 입자 크기 분포, 즉 빈도를 입자 직경의 함수로서 계산한다.

사용 기기:

디스크 원심분리기 : 씨피에스 인스트루먼츠 인크.(CPS Instruments Inc.), DC24000

초음파 핑거(finger) : S14 소노트로드(Sonotrode)를 가지는 하일셔 (Hielscher) UP200S

범용 밀 : M 21 스테인리스 스틸 비터(beater)를 가지는 IKA M20

라우다(Lauda) 냉각조 : RMS 냉온 항온조를 가지는 RM6

분석용 저울

시린지 : 1.0 ㎖ 및 2.0 ㎖

비드가 붙은 에지를 가지는 유리병(백색 스냅 뚜껑을 가짐); 30 ㎖; 75 ㎜ x 28 ㎜; 제조업체: 쉐르프(Scherf), 물품 번호: 47407, 공급업체: J. Fleischhacker GmbH & Co. KG, 물품 번호 : 125623075

화학 물질:

에탄올 p.A. (머크(Merck)로부터 입수)

탈이온수

수크로스(아크로스(Acros)로부터 입수)

도데칸(머크로부터 입수)

PVC 참조 표준물; 사용되는 참조 표준물의 최대 피크는 500 ㎚와 600 ㎚ 사이에 있어야 함.

디스크 원심분리 준비

실험 중인 디스크 원심분리기에 밀도 구배의 수크로스 용액을 채워서, 도데칸 커버층을 제공한다.

절차:

상이한 농도의 당 용액을 제조한다. 당 용액의 질량비는 w = 8.0 % 내지 w = 24.0%이다. 밀도 구배를 9 단계로 증강한다: 24.0%/22.0%/20.0%/18.0%/ 16.0%/14.0%/12.0%/10.0%/8.0%. 각 경우에서, 밀도 단계마다 1.6 ㎖의 상이한 당 용액을 최고 농도부터 시작해서 디스크 원심분리기에 주입한다. 최종적으로, 0.5 ㎖의 도데칸을 주입한다.

샘플 제조

분산 전에, 실리카 샘플을 분쇄한다. 이 목적으로, 15 g(± 0.5 g)의 샘플 물질을 IKA 범용 밀에서 60 초 동안 분쇄한다. 이 분쇄된 물질 0.75 g(± 0.05 g)을 재어서 비드가 붙은 에지를 가지고 스냅 뚜껑을 가지는 30 ㎖ 유리병에 넣고, 15 ㎖의 탈이온수와 혼합한다. 채워진 비드가 붙은 에지를 가지고 스냅 뚜껑을 가지는 유리병을 약 5 ℃의 조절된 온도의 냉각조에 클램프로 고정한다. 병에 소노트로드를 5.5 ㎝(그러나, 최소 5 ㎝) 깊이(비드가 붙은 에지를 가지는 병의 상부 에지로부터 측정함)로 침지한다. 샘플을 100% 진폭 및 100% 펄스(사이클 = 1)로 15 분 동안 초음파로 처리한다.

절차

측정을 시작하기 전에, 원심분리기를 설정 속도(20000 rpm)로 30 분 이상 동안 워밍업하도록 둔다. 마찬가지로, 모든 측정은 20000 rpm의 주변 속도로 실행한다. 측정 절차는 기기 소프트웨어에서 검색한다. 측정을 위해, 다음 매개변수를 확립하여야 한다:

샘플 매개변수 :

최대 직경 : 5.10 ㎛

최소 직경 : 0.01 ㎛

입자 밀도 : 2.0 g/㎖

입자 굴절률 : 1.44

입자 흡수량 : 0.001 K

비구형성 계수 : 1.1

검정 표준 매개변수(사용된 검정 표준에 의존함)

예 :

피크 직경 : 0.585 ㎛

반높이 피크 폭 : 0.2 ㎛

입자 밀도 : 1.385 g/㎖

유체 매개변수 :

유체 밀도 : 1.045 g/㎖

유체 굴절률 : 1.344

유체 점도 : 1.2 cps

"시스템 구성" 하위 메뉴에서, 측정 파장은 470 ㎚로 설정한다.

"실행 시간 선택 사양" 메뉴에서, 다음 매개변수를 확립한다:

힘 기준선 : 있음

비-스트로크 보정 : 없음

잉여 소프트웨어 노이즈 여과 : 잉여 필터 없음

기준선 드리프트 디스플레이 : 나타나지 않음

검정 방법 : 외부

검정 당 샘플 : 1

샘플 분산을 측정하기 위해, "분석기 작동하기" 하위 메뉴를 선택한다. 분석에 필요한 단계는 "명령" 줄에 연속해서 프롬프트로 나타난다. 각 분석 전에, 검정 표준을 기록해야 한다. 각 경우에서, 0.1 ㎖의 표준물 또는 샘플 분산액을 주입한다. 분석할(초음파에 의한 분산 포함) 각 샘플에 대해 이중 결정을 행한다. 분석할 실리카 분산액에 대한 분석은 일반적으로 30 ㎚ 내지 250 ㎚이어야 하는 분석할 피크가 기록된 후에 흡수량이 다시 시작 값, 일반적으로 0에 이르는 시점에서 수동으로 종결한다.

결과

기기 소프트웨어(CPS 디스크 원심분리기 작동 소프트웨어: 버전 9.5b; 2006년 2월 출시)에 의해 미가공 데이터 곡선(광 산란기에 의해 보정됨)로부터 중량 분포를 결정한다. 각 경우에서 이중 결정으로부터의 평균값으로부터 결과를 결정한다.

다음을 보고한다:

피크(최빈값)(단위 ㎛, 가장 흔한 입자 크기)는 분포 함수의 최대값의 횡좌표값에 상응한다. 이 값은 기기 소프트웨어에 의해 계산된다.

반폭(단위 ㎛)은 최대값의 50%에서의 분포 함수의 폭에 상응한다. 이 값은 기기 소프트웨어에 의해 계산된다.

크기 초과 백분위(단위 ㎛)는 중량 분포의 보고된 입자 직경보다 더 큰 입자의 명시된 비율(1%, 5%, 10%, 25%, 50%, 75%, 90%, 95%, 99%)에 상응한다. 이 값은 기기 소프트웨어에 의해 계산된다.

25%/75% 사분위 비(단위 없음), 즉 25% 및 75%에서의 입자 크기의 비로부터 생성된 분포 폭의 추가 측정은 크기 초과 백분위 매개변수로부터 읽을 수 있다. 이 값은 수동으로 계산해야 한다.

반폭/피크(단위 없음), 즉 반높이 폭 데이터와 피크의 비는 수동으로 계산해야 한다.

레이저 회절에 의한 입자 크기 결정

분말의 입자 크기 결정에 레이저 회절을 이용하는 것은 입자가 모든 방향으로 상이한 강도 패턴으로 단색광을 산란하는 현상에 기초한다. 이 산란은 입자 크기에 의존한다. 입자 크기가 작을수록, 산란각이 크다. 샘플 제조 및 분석(모듈의 플러싱 등)은 친수성 침전 실리카의 경우에는 광물제거수로 달성하고, 불충분한 물 습윤성 침전 실리카의 경우에는 순수 에탄올로 달성한다.

분석을 시작하기 전에, LS 230 레이저 회절 기기(코울터(Coulter)로부터 입수) 및 액체 모듈(스몰 볼륨 모듈 플러스(Small Volume Module Plus), 120 ㎖, 코울터로부터 입수)을 2 시간 동안 워밍업하도록 두고, 모듈을 광물제거수로 3 회 플러싱하여 검정하고, 소수성 침전 실리카의 경우에는 에탄올로 3 회 플러싱한다.

기기 소프트웨어의 컨트롤바에서, "분석" 메뉴 항목을 이용해서 파일 윈도우 "Opt. 모델 계산하기"를 선택하고, 굴절률을 .rfd 파일(액체 굴절률 B.I. 실수부 = 1.332(에탄올의 경우, 1.359); 물질 굴절률 실수부 = 1.46; 허수부 = 0.1; 폼 팩터 1)에 보고한다. 추가로, 이 파일 윈도우에서 다음 포인트를 선택한다: 오프셋(offset) 분석, 조정, 배경 측정, 분석 농도 조정, 샘플 정보 입력, 분석 정보 입력, 분석 시간 60초, 측정 수 1, PIDS 데이터 없음, 크기 분포. 펌프 속도는 기기에서 30%로 설정된다.

광물제거수 40 ㎖ 중의 실리카 1 g의 균질 현탁액을 2 ㎖ 일회용 피펫으로 기기의 액체 모듈에 8 내지 12%의 광 흡수를 가지는 일정 농도가 달성되어 기기가 "OK"를 표시하도록 하는 방식으로 첨가한다. 분석은 실온에서 달성한다. 소프트웨어가 미가공 데이터를 이용해서 미에(Mie) 이론 및 광학 모델 매개변수(.rfd 파일)를 고려하는 부피 분포에 기초하여 입자 크기 분포 및 d50 값(중앙값)을 계산한다.

체 잔분 결정(알파인)

체 잔분 결정은 알파인 S 200 공기-제트 체거름 시스템에 의해 DIN ISO 8130-1에 기초하는 공기 제트 체거름이다. 미세과립 및 과립의 d₅₀ 값을 결정하기 위해, 이 목적을 위해 > 300 ㎛의 메쉬 크기를 갖는 체를 사용한다. d₅₀을 결정하기 위해서는, 도 2에 따라서 d₅₀ 값을 결정할 수 있는 입자 크기 분포를 제공하도록 하는 체를 선택해야 한다. 그래프 표현 및 평가는 ISO 2591-1, 제8.2장과 유사하다.

d₅₀ 값은 누적 입자 크기 분포에서 입자의 50%가 d₅₀ 값의 입자 직경을 가지는 입자보다 작거나 또는 같은 입자 직경을 가지는 입자 직경을 의미하는 것으로 이해한다.

체 잔분 결정( 로탭 )

이 방법은 체거름에 의해 과립의 상대적 조대 입자(> 300 ㎛)의 비율 및 상대적 미세 입자(< 75 ㎛)의 비율을 결정하는 데 이용된다.

체거름 팬, 금속 철망을 가지는 분석 체(DIN ISO 565 T.2, 공칭 메쉬 크기 75 ㎛), 금속 철망을 가지는 분석 체(DIN ISO 565 T.2, 공칭 메쉬 크기 150 ㎛), 및 금속 철망을 가지는 분석 체(DIN ISO 565 T.2, 공칭 메쉬 크기 300 ㎛)가 이용되고, 각 경우에서 스크린 직경은 200 ㎜이다. 체거름 탑을 타일러(Tyler)로부터의 타임 스위치를 가지는 로탭 B 8260 분석용 체거름 기계에 명시된 순서로 도입하고, 실리카 과립 100.00 g의 균질한 양의 샘플을 가장 위에 있는 체에 옮긴다. 체 뚜껑 및 탭퍼(tapper)를 부착하고, 탭핑 원운동으로 5 분 동안 체거름을 달성한다.

체 잔분(로탭)은 다음에 따라서 결정한다:

체 분획(로탭, < 75 ㎛)(%) = (A_S/E) * 100%

체 잔분(로탭, > 300 ㎛)(%) = (A₃₀₀/E) * 100%

여기서, A_s = 체거름 팬의 잔분의 최종 중량(g), A₃₀₀ = 공칭 메쉬 크기 300 ㎛의 체의 잔분의 최종 중량(g), E = 출발 중량 (g)

산화알루미늄 함량 결정

산화알루미늄 함량은 309.3 ㎚의 파장에서 화염 원자 흡착 분광법에 의해 DIN EN ISO 3262-18에 기초하여 결정한다.

약 20 g의 실리카를 정확히 0.01g까지 재어서 백금 도가니에 넣고, 증류수로 축축하게 한다. 1 ㎖의 진한 불화수소산(40%, p.a.)을 첨가하고, 모래조에서 혼합물을 연기가 날 때까지 가열한다. 실리카가 완전히 용해할 때까지 질산을 점차 적가한다. 건조할 때까지 농축시킨 후, 잔분을 3 ㎖의 진한 염산에 용해한다. 냉각된 용액을 100 ㎖ 표준 플라스크에 정량적으로 옮기고, 거기에서 증류수로 100 ㎖로 만든다.

이렇게 제조된 용액을 화염 원자 흡착 분광기(파장 : 309.3 ㎚, 슬릿 S : 0.7 ㎚, 기체 스트림 : 아세틸렌/N₂O)로 작동 지시에 따라서 분석한다.

산화알루미늄 함량은 원래 샘플에 대해 결정하지만, 그 함량은 1000 ℃에서 2 시간 동안 하소한 샘플을 기준으로 한다:

기공 크기 분포 결정

수은 기공률 측정 전 실리카 예비처리

분석 전에, 실리카를 가압 처리한다. 이 목적을 위해, 수동 유압 프레스를 이용한다(카탈로그 번호 15011(스펙악 엘티디.(Specac Ltd.)(영국 BR5 4HE 켄트 오핑톤 크레이 애비뉴 97 리버 하우스)로부터 입수). 250 ㎎의 실리카를 재어서 내경 13 ㎜의 펠렛 다이(스펙악 엘티디.로부터 입수)에 넣고, 디스플레이에 따라서, 1 t을 적재한다. 이 하중을 5 초 동안 유지하고, 적당한 경우, 재조정한다. 재조정은 하중 디스플레이가 1t 아래로 떨어짐으로써 인식할 수 있는 압력 하강이 발생할 경우에는 작업자가 5 초 동안의 가압기 동안에 압력을 다시 증강해야 하는 방식으로 달성하고, 따라서, 가압은 매우 실질적으로 항구적으로 일정한 하중으로 달성한다. 재조정은 압력 디스플레이가 1 t 아래로 떨어지자마자 달성하여야 한다. 이어서, 샘플의 압축을 해제하고, 샘플을 강제 공기 건조 캐비넷에서 105±2 ℃에서 4 시간 동안 건조한다.

수은 기공률 분석 절차

이 방법은 오토포어(Autopore) IV 9500 기기(마이크로메리틱스(Micromeritics)로부터 입수)를 이용해서 DIN 66133에 따른 Hg 침투에 기초한다. 실리카의 중량을 정확히 0.001g까지 재어서 타입 10 침입도계(마이크로메트릭스(Micrometrics)로부터 입수한 침입도계의 물품 번호는 950-61710-00임)에 넣는다. 이어서, 침입도계를 서서히 50 ㎜ Hg 칼럼까지 배기하고, 이 압력에서 5 분 동안 둔다. 오토포어 기기는 소프트웨어 버전 IV 1.05로 작동 지시에 따라서 작동한다. 각 측정은 침입도계의 바탕 측정에 의해 보정한다. 측정 범위는 0.0025 - 420 MPa이고, 136 개 이상의 평형 측정 점을 이용한다(기기 특이적 척도 10 s)(0.0025 - 0.25 MPa 범위: 30 개의 점, 0.25 - 15 MPa 범위: 53 개의 점, 15 - 150 MPa : 40 개의 점, 150 - 420 MPa 범위: 13 개의 점). 적당한 경우, 증분 침투 부피가 > 0.04 ㎖/g일 때 소프트웨어는 추가의 측정 점을 삽입한다. 침투 곡선을 얻고, 이 침투 곡선은 함수 V(d)를 그림으로 표현한 것이고, 각 직경 (d)에 대한 함수의 값은 이 직경까지 도입되는 수은의 특이적 양(V)이다. 침투 곡선은 기기 소프트웨어의 "매끈한 미분" 함수에 의해 매끈해진다.

미세도값 F.V.(가압 예비처리함)(단위 Å) 결정

미세도값 F.V.는 응집체내 기공의 평균 반경, 즉 위에서 명시한 수은 기공률 측정에 의해 측정되는 기공 표면적 S₀/2이 상응하는 기공의 반경을 나타낸다(S₀는 직경이 100 Å 이상인 모든 기공이 기여하는 표면적임). 미세도값 F.V.(가압됨)를 계산하기 위한 절차는 다음과 같다. 워시번(WASHBURN) 방정식으로부터 결정한 기공 반경 r에 대해서 DIN 66133(1993년 이후 시행 중임)에 기술된 바와 같이 계산한 기공 표면 분포의 곡선 A(r)을 확립한다. 계산을 위해, 140°의 접촉각 및 484 mN/m의 표면 장력을 가정한다.

B(r)는 r부터 ∞까지의 기공 표면 분포의 적분이다. 이러한 관계에서, ∞는 수은 기공률 측정의 초기 압력이 4.2 kPa의 절대 압력임을 의미한다. 도 3은 상기 관계를 그래프로 표현한 것이다.

방정식 1 - 3이 적용된다.

A(r)과 B(r) 사이의 관계는 방정식 1에 의해 주어지고, r = 5 ㎚인 경우에 대해 도 3에 그래프로 나타나 있다. A(r) 곡선 아래의 흐린 영역은 r = 5 ㎚(직경 100 Å)에서의 S₀ = B(r)의 값에 상응한다. 화살표는 화살표가 가리키는 축으로부터 화살표에 가장 가까운 곡선 A(r) 또는 B(r)의 값을 읽을 수 있음을 가리킨다.

S₀는 100 Å(10 ㎚) 이상의 직경을 가지는 기공의 반경 r에 대한 기공 표면 분포의 적분이다(방정식 2).

이어서, 미세도값 F.V.(가압됨)는 반경에 대한 기공 표면 분포의 적분이 S₀/2를 나타내는 최대 반경이다(방정식 3).

기공 부피 비 V2 / V1 (가압 예비처리함) 결정

기공 부피 비 V2/V1(단위 없음)

계산을 위해, 130 °의 접촉각 및 484 mN/m의 표면 장력을 가정한다. 기공 부피 V1은 5.5 - 40 ㎚의 기공 직경 범위에서 누적 기공 부피로부터 결정한다. 기공 부피 V2는 17.5 - 27.5 ㎚의 기공 직경 범위에서 누적 기공 부피로부터 결정한다. V2 범위에서 기공의 비율은 V2/V1 비로부터 결정한다.

기공 크기 분포의 상대 폭 γ(가압 예비처리함) 결정

상대 폭 γ(단위 (gnm)/㎖)

계산을 위해, 140°의 접촉각 및 480 mN/m의 표면 장력을 가정한다. 기공 크기 분포의 상대 폭 γ을 결정하기 위해, 다음 알고리즘을 3.5 ㎚ 내지 5 ㎛의 기공 직경 범위에서 침투 곡선의 음의 로그 도함수의 데이터에 적용하고, 알고리즘은 큰 기공 직경에서부터 시작하고 침투 곡선의 음의 로그 도함수의 연속 세 측정 점으로 이루어지고 그 점들을 통하는 포물선을 배치하는 이동가능 윈도우를 이용한다. 포물선의 최대값은 기공 직경 a에서의 구하고자 하는 최대값 A로 정의된다. 점 a가 구하고자 하는 기공 직경 범위 내에 있고 침투 곡선의 음의 로그 도함수의 전체 최대값인지를 점검한다. 그렇지 않다면, 윈도우를 한 점 이동하고, 다른 포물선을 배치하고, 두 척도가 만날 때까지 작업을 반복한다. 그러면, B는 0.300 A로 정의된다. b를 처음에 B 값을 얻은 a보다 작은 곡선의 기공 직경이라고 한다. 마지막으로, 기공 크기 분포의 상대 폭 γ을 다음과 같이 정의한다:

γ = (a-b)/(A-B) = (a-b)/(0.7A)

여기서, a 및 b는 나노미터 단위를 가지고, γ는 (gnm)/㎖ 단위를 가진다. i 개의 측정 점 및 특징 a, b, A 및 B를 이용한 기공 직경 x에 대한 방정식 1에 따르는 누적 기공 부피 V의 음의 로그 도함수의 대표적 곡선 프로파일이 도 2에 나타나 있다. 방정식 1은 다음과 같다:

모르폴로지 지수 결정

분석은 화염 이온화 검출기(FID)가 설비된 피존스(FISONS) HRGC Mega 2 기기를 이용해서 수행한다. 직경 13 ㎜ 및 높이 5 ㎜의 둥근 펠렛 하나를 얻기 위해서 실리카를 ICL(국제 결정 실험실) 유압 실험실용 프레스로 2t의 하중으로 2 분 동안 가압한다.

이어서, 이 펠렛을 아챗트(Achat) 모타르(용량 30 ㎖, 내부 직경 65 ㎜)에서 30초 동안 막자로 수동으로 파쇄한다. 이어서, 파쇄된 물질을 직경 100 ㎜ 및 높이 45 ㎜의 스테인리스 스틸 체(바이오블록 사이언티픽(Bioblock Scientific)으로부터 입수) 2 개를 통해서 수동으로 체거름한다. 체의 메쉬는 0.425 ㎜(메쉬 40) 및 0.106 ㎜(메쉬 140)이다. 메쉬 크기가 감소하는 순서로 체를 배열한다. 가장 마지막 체 아래에 수집 접시가 있다.

칼럼을 채울 정도로 충분한 물질이 얻어질 때까지 수 개의 펠렛으로 이 절차를 반복한다. 메쉬 크기 0.106 ㎜의 체에 남는 물질(체 분획 0.425 내지 0.106 ㎜)을 이용해서 칼럼을 채운다.

크로마토그래피 칼럼을 다음과 같이 제조한다: 직경 1/8"의 스테인리스 스틸 관을 필요한 길이로 자른다. 칼럼의 길이는 분석할 고체의 비표면적에 의존한다. 여기서 규칙은 칼럼의 고체의 양이 20 내지 40 ㎡의 표면적을 가져야 한다는 것이다. 이 관의 제조업체는 인터크롬(Interchrom)이다.

제조한 분말을 원뿔형 깔때기를 통해 크로마토그래피 칼럼에 균질하게 도입한다. 층에 캐비티가 생성되지 않도록 하는 것을 보장해야 한다. 화염 이온화 검출기를 150 ℃에서 작동하고, 주입기를 120 ℃로 가열한다. 분석 전에, 칼럼을 160 ℃에서 15 ㎖/분의 헬륨 유량으로 15 시간 동안 베이크아웃(bake-out)함으로써 칼럼을 베이크아웃한다. n-알칸의 직선 및 표면 나노거칠기의 결정은 20 ㎖/분의 헬륨 유량 하에서 110 ℃에서 수행한다. 화염 이온화 검출기의 경우, 검출기의 가장 민감한 설정이 선택된다.

직선 결정에 이용된 선형 알칸은 n-헵탄, n-옥탄, n-노난 및 n-데칸이다(도 2 참조). 각 용액에 대해 3 회 이상의 주입을 행하고, 순 체류 시간을 결정하고, 값들을 평균한다.

각 용액의 순 체류 시간은 총 체류 시간 및 불감 시간의 차로부터 계산한다. 불감 시간은 메탄의 총 체류 시간에 기초한다. 총 체류 시간은 크로마토그래피 피크의 중심(피크 정점이 아님)의 체류 시간에 상응한다.

여기서는 순 체류 시간이 주입되는 양과 무관하다는 것이 중요하다(이것은 무한 희석 조건 하에서 분석을 수행한다는 증거임).

나노거칠기를 결정하기 위한 분지형 및 시클릭 알칸 샘플은 2,2,4-트리메틸펜탄, 2,2-디메틸헥산 및 시클로옥탄이다. 모르폴로지 지수(IM)는 특정 분지형 또는 시클릭 알칸의 체류 부피 V_G(M), 및 실리카 표면에 대해 동일한 접근성을 가지는 n-알칸의 체류 부피 V_G(C)의 비로부터 계산한다.

IM = V_G(M)/V_G(C)

이 방법으로, 2,2,4-트리메틸펜탄, 2,2-디메틸헥산 및 시클로옥탄에 대해 각각 하나의 IM이 결정된다. 특허 청구 범위 및 명세서에 명시된 IM은 2,2,4-트리메틸펜탄, 2,2-디메틸헥산 및 시클로옥탄에 대해 미리 결정한 3 개의 모르폴로지 지수의 평균에 상응한다.

주입된 용액은 모두 크로마토그래피 품질이다. 다음 제품을 이용한다:

n-헵탄, HPLC용, ≥ 99.5%(GC), 플루카(FLUKA)

n-옥탄, 퓨리스 p.a.(puriss. p.a.), GC 표준, ≥ 99.8%(GC), 플루카

n-노난, 퓨리스 p.a., GC 표준, ≥ 99.8%(GC), 플루카

n-데칸, 퓨리스. 퓨럼(puriss. purum), ≥ 98.0%(GC), 플루카

시클로옥탄, 퓨럼(purum), ≥ 99.0%(GC), 플루카

2,2,4-트리메틸펜탄, HPLC, ≥ 99.5%(GC), 플루카

2,2-디메틸헥산, 퓨럼, ∼98.0%(GC), 플루카

다음 실시예는 본 발명의 범위를 제한함이 없이 본 발명을 상세히 예시하는 것을 의도한다.

실시예 1

처음에, 각진 기저부 및 MIG 각진 블레이드 교반기 시스템을 가지는 스테인리스 스틸 자켓을 두른 반응기(높이 1.60 m, 내경 1.60 m)에 1552 ℓ의 물 및 141.3 ㎏의 물유리(밀도 1.348 ㎏/ℓ, 27.0 중량%의 SiO₂, 8.05 중량%의 Na₂O)를 충전하였다. 이어서, 83 ℃의 온도에서 80 분 동안 교반하면서, 5.53 ㎏/분의 상기 물유리 및 약 0.65 ㎏/분의 황산(밀도 1.83 ㎏/ℓ, 96 중량%의 H₂SO₄)을 동시에 계량 첨가하였다. 황산의 계량 첨가는 계량 첨가하는 전체 기간에 걸쳐서 반응 매질 내에 20.0 +/- 0.2의 AN이 존재하도록 조절하였다. 물유리의 첨가는 중단하고, 황산은 0.60 ㎏/분으로 pH 9.0(실온에서 측정함)에 도달할 때까지 더 공급하였다. 그 직후, 현탁액을 90 ℃로 가열하고, 이 온도에서 60 분 동안 교반하였다. pH 7.0(실온에서 측정함)에 도달할 때까지 0.60 ㎏/분의 황산 첨가를 다시 시작하였다. 0.3 ㎏/분의 황산 첨가를 이용해서 현탁액의 최종 pH를 4.0(실온에서 측정함)으로 확립하였다.

얻은 현탁액을 막 필터 프레스로 여과하고, 여과 케이크를 물로 세척하였다. 이어서, 22.5 중량%의 고체 함량을 가지는 여과 케이크를 스핀-플래시 건조하였다. WP 50N/75 롤러 프레스(알렉산더베르크 아게로부터 입수함)로 롤러 과립화를 달성하였다. 추가의 결합제 또는 액체 첨가 없이 분말상 생성물을 일축 나사(속도 120 rpm)를 가진 수평 공급 시스템을 거쳐 진공 시스템(감압 0.65 bar)에 의해 배출하고, 양쪽에 탑재된 수직 롤러 사이에 균질하게 도입하였다. 13 rpm의 속도 및 9 bar의 압력으로, 분말을 슬러그로 가압하고, 파쇄기(메쉬 크기 8 ㎜)에 의해 분쇄하였다. 미세물(약 20 중량%)을 지그재그 시프터(sifter)로 제거하고 분말 도입부로 재순환하였다.

과립(실시예 1)의 대표적인 샘플의 물리화학적 데이터를 표 2에 나타내었다.

실시예 2

처음에, 각진 기저부 MIG 및 각진 블레이드 교반기 시스템을 가지는 스테인리스 스틸 자켓을 두른 반응기(높이 1.60 m, 내경 1.60 m)에 1552 ℓ의 물 및 141.3 ㎏의 물유리(밀도 1.348 ㎏/ℓ, 27.0 중량%의 SiO₂, 8.05 중량%의 Na₂O)를 충전하였다. 이어서, 교반 및 에카토(Ekato) 유체 전단 터빈에 의한 추가의 전단을 83 ℃의 온도에서 80 분 동안 행하면서, 5.53 ㎏/분의 상기 물유리 및 약 0.65 ㎏/분의 황산(밀도 1.83 ㎏/ℓ, 96 중량%의 H₂SO₄)을 동시에 계량 첨가하였다. 황산의 계량 첨가는 터빈 디스크 상에 달성하고, 계량 첨가하는 전체 기간에 걸쳐서 반응 매질 내에 20.0 +/- 0.2의 AN이 존재하도록 조절하였다. 물유리의 첨가는 중단하고, 황산은 0.60 ㎏/분으로 pH 9.0(실온에서 측정함)에 도달할 때까지 더 공급하였다. 그 직후, 현탁액을 90 ℃로 가열하고, 이 온도에서 60 분 동안 교반하였다. 터빈을 스위치로 끄고, pH 7.0(실온에서 측정함)에 도달할 때까지 0.60 ㎏/분의 황산 첨가를 달성하였다. 0.3 ㎏/분의 황산 첨가를 이용해서 현탁액의 최종 pH를 4.0(실온에서 측정함)으로 확립하였다.

얻은 현탁액을 막 필터 프레스로 여과하고, 여과 케이크를 물로 세척하였다. 이어서, 22.5 중량%의 고체 함량을 가지는 여과 케이크를 스핀-플래시 건조하였다. WP 50N/75 롤러 프레스(알렉산더베르크 아게로부터 입수함)로 롤러 과립화를 달성하였다. 추가의 결합제 또는 액체 첨가 없이 분말상 생성물을 일축 나사(속도 120 rpm)를 가진 수평 공급 시스템을 거쳐 진공 시스템(감압 0.65 bar)에 의해 배출하고, 양쪽에 탑재된 수직 롤러 사이에 균질하게 도입하였다. 13 rpm의 속도 및 9 bar의 압력으로, 분말을 슬러그로 가압하고, 파쇄기(메쉬 크기 8 ㎜)에 의해 분쇄하였다. 미세물(약 20 중량%)을 지그재그 시프터로 제거하고 분말 도입부로 재순환하였다.

분말(실시예 2b) 및 과립(실시예 2a)의 대표적인 샘플의 물리화학적 데이터를 표 2에 나타내었다.

실시예 3

처음에, 각진 기저부 및 MIG 각진 블레이드 교반기 시스템을 가지는 스테인리스 스틸 자켓을 두른 반응기(높이 1.60 m, 내경 1.60 m)에 1552 ℓ의 물 및 141.3 ㎏의 물유리(밀도 1.348 ㎏/ℓ, 27.0 중량%의 SiO₂, 8.05 중량%의 Na₂O)를 충전하였다. 이어서, 84 ℃의 온도에서 80 분 동안 교반하면서, 5.53 ㎏/분의 상기 물유리 및 약 0.65 ㎏/분의 황산(밀도 1.83 ㎏/ℓ, 96 중량%의 H₂SO₄)을 동시에 계량 첨가하였다. 황산의 계량 첨가는 계량 첨가하는 전체 기간에 걸쳐서 반응 매질 내에 20.0 +/- 0.2의 AN이 존재하도록 조절하였다. 물유리의 첨가는 중단하고, 황산은 0.60 ㎏/분으로 pH 9.0(실온에서 측정함)에 도달할 때까지 더 공급하였다. 그 직후, 현탁액을 90 ℃로 가열하고, 이 온도에서 60 분 동안 교반하였다. pH 7.0(실온에서 측정함)에 도달할 때까지 0.60 ㎏/분의 황산 첨가를 다시 시작하였다. 0.3 ㎏/분의 황산 첨가를 이용해서 현탁액의 최종 pH를 3.0(실온에서 측정함)으로 확립하였다.

얻은 현탁액을 막 필터 프레스로 여과하고, 여과 케이크를 물로 세척하였다. 이어서, 24.5 중량%의 고체 함량을 가지는 여과 케이크를 스핀-플래시 건조하였다. WP 50N/75 롤러 프레스(알렉산더베르크 아게로부터 입수함)로 롤러 과립화를 달성하였다. 추가의 결합제 또는 액체 첨가 없이 분말상 생성물을 일축 나사(속도 120 rpm)를 가진 수평 공급 시스템을 거쳐 진공 시스템(감압 0.67 bar)에 의해 배출하고, 양쪽에 탑재된 수직 롤러 사이에 균질하게 도입하였다. 13 rpm의 속도 및 12 bar의 압력으로, 분말을 슬러그로 가압하고, 파쇄기(메쉬 크기 8 ㎜)에 의해 분쇄하였다. 미세물(약 20 중량%)을 지그재그 시프터로 제거하고 분말 도입부로 재순환하였다.

과립(실시예 3)의 대표적인 샘플의 물리화학적 데이터를 표 2에 나타내었다.

실시예 4

처음에, 각진 기저부 및 MIG 각진 블레이드 교반기 시스템을 가지는 스테인리스 스틸 자켓을 두른 반응기(높이 1.60 m, 내경 1.60 m)에 1540 ℓ의 물 및 141.0 ㎏의 물유리(밀도 1.348 ㎏/ℓ, 27.0 중량%의 SiO₂, 8.05 중량%의 Na₂O)를 충전하였다. 이어서, 85.5 ℃의 온도에서 80 분 동안 교반하면서, 5.53 ㎏/분의 상기 물유리 및 약 0.65 ㎏/분의 황산(밀도 1.83 ㎏/ℓ, 96 중량%의 H₂SO₄)을 동시에 계량 첨가하였다. 황산의 계량 첨가는 계량 첨가하는 전체 기간에 걸쳐서 반응 매질 내에 20.0 +/- 0.2의 AN이 존재하도록 조절하였다. 물유리의 첨가는 중단하고, 황산은 0.65 ㎏/분으로 pH 7.0(실온에서 측정함)에 도달할 때까지 더 공급하였다. 그 후, 0.3 ㎏/분의 감소된 계량 첨가 속도로 pH 3.8(실온에서 측정함)이 될 때까지 계량 첨가를 계속하였다.

얻은 현탁액을 막 필터 프레스로 여과하고, 여과 케이크를 물로 세척하였다. 이어서, 16 - 19 중량%의 고체 함량을 가지는 여과 케이크를 전단 유닛에서 물, 황산 및 알루민산나트륨으로 액화하였다. 알루민산나트륨의 첨가는 최종 생성물 기준으로 0.5%의 Al₂O₃ 농도가 달성되도록 조절하였다. 그러나, 물유리 중의 Al 분획의 결과로 0.65%의 Al₂O₃ 농도를 얻었다. 이어서, 15 - 16%의 고체 함량 및 pH 6.0을 가지는 실리카 공급물을 분무 건조하였다. WP 50N/75 롤러 프레스(알렉산더베르크 아게로부터 입수함)로 롤러 과립화를 달성하였다. 추가의 결합제 또는 액체 첨가 없이 분말상 생성물을 일축 나사(속도 120 rpm)를 가진 수평 공급 시스템을 거쳐 진공 시스템(감압 0.65 bar)에 의해 배출하고, 양쪽에 탑재된 수직 롤러 사이에 균질하게 도입하였다. 13 rpm의 속도 및 9 bar의 압력으로, 분말을 과립(슬러그)으로 가압하고, 파쇄기(메쉬 크기 8 ㎜)에 의해 분쇄하였다. 미세물(약 20 중량%)을 지그재그 시프터로 제거하고 분말 도입부로 재순환하였다.

과립(실시예 4)의 대표적인 샘플의 물리화학적 데이터를 표 2에 나타내었다.

상기 실리카의 물리적 데이터를 하기 표 2에 수집하였다. 나타낸 참조값은 두 침전 실리카, 즉 울트라실(Ultrasil) 7000 GR(에보니크 데구사 게엠베하(Evonik Degussa GmbH); 참조물 1) 및 제오실(Zeosil) 1165 MP(로디아 도이칠란트 게엠베하(Rhodia Deutschland GmbH; 참조물 2)의 데이터이다.

실시예 5 :

성능 검사

고무 혼합물 및 가황물의 제조를 위해, 실시예 1, 2a, 3 및 4를 이용하였다.

일반 절차

고무 혼합물(녹색 타이어 컴파운드)에 사용된 제제를 하기 표 3에 명시하였다. 이 표에서, 단위 [phr]은 사용된 미가황 고무 100 부를 기준으로 한 중량부를 의미한다.

중합체 VSL 5025-2는 스티렌 함량이 25 중량%이고 부타디엔 함량이 75 중량%인 랑세스 도이칠란트 게엠베하로부터 입수한 용액 중합된 SBR 공중합체이다. 이 공중합체는 37.5 phr의 TDAE(오일)을 함유하고, 약 47의 무니 점도(ML 1+4/100 ℃)를 가진다. 중합체 부나 CB24는 44 내지 50의 무니 점도(ML 1+4/100 ℃)를 가지는 랑세스 도이칠란트 게엠베하로부터 입수한 시스-1,4-폴리부타디엔(티탄형)이다. TESPD(비스(트리에톡시실릴프로필)디술피드)는 에보니크 데구사 게엠베하로부터 Si 266이라는 상표명으로 판매된다. 사용된 가소제는 비바테크(Vivatec) 500(TDAE; 오일)이다. 불카녹스 4020은 레인 케미로부터 입수한 6PPD이고, 프로텍터 G 3108은 파라멜트 B.V.로부터 입수한 오존 보호 왁스이다. 불카시트 D(DPG) 및 불카시트 CZ(CBS)는 레인 케미로부터 입수한 시판 제품이다. 퍼카시트 TBzTD는 플렉시스 B.V로부터 입수한 시판 제품이다. 고무 혼합물은 하기 표의 요약(표 4)에 따라서 내부 혼합기에서 3 단계로 제조하였다.

고무 혼합물 및 그의 가황물을 제조하기 위한 일반적인 방법은 다음 책에 기술되어 있다:("Rubber Technology Handbook"(W. Hofmann, Hanser Verlag 1994)).

각 경우에서, 160 ℃에서 시편의 가황 시간은 18 분이다. 가황물 검사는 표 5에 명시된 시험 방법에 의해 달성한다.

표 6은 표 3 - 5에 따라서 배합하고 시험한 실시예 1, 2a, 3 및 4의 성능 데이터를 나타낸다. 사용된 참조물은 두 침전 실리카, 즉 우라실 7000 GR(에보니크 데구사 게엠베하; 참조물 1) 및 제오실 1165 MP(로디아 도이칠란트 게엠베하; 참조물 2)이다.

참조물과 비교할 때, 실시예는 가황물 값의 우수한 프로파일을 제공하고, 이것은 특히 전체 성능에서 반영된다. 예를 들어, 참조물과 대등한 경도에서 매우 양호한 보강이 발견된다. 그러나, 종래 기술을 능가하는 본 발명의 실리카의 우수성은 그 중에서도 특히 개선된 마모 수준, DIN 마모 및 개선된 동적 성능이다. 이것은 23 ℃에서의 공 반발 탄성(ball rebound)이 더 낮다는 것에 의해 나타나고, 이것은 본 발명의 실리카로 충전된 타이어 접지면의 개선된 젖은 노면 접지력을 나타낸다. 또, 60 ℃에서의 높은 동적 복소 탄성계수 E*는 결국은 더 높은 승차 안정감을 초래한다. 따라서, 실시예 1 및 4에 따르는 실리카는 현재까지 종래 기술에 의해서는 얻을 수 없었던 전체 성능을 제공한다. 실시예 4에 따르는 실리카는, 기술된 이점 이외에 추가로, 시험된 다른 모든 실리카와 비교해서 MDR 시험에서 가장 낮은 토크 최소값(M_L)으로 정량화할 수 있는 가장 좋은 가공성을 갖는 특징이 있다. 게다가, 이 실리카는 MDR 시험에서 본 발명의 모든 실리카 중에서 가장 높은 가황 속도(t80% - t20%)를 제공한다.

Claims

하기 물리화학적 성질을 가지는 침전 실리카:
CTAB 표면적 : ≥ 150 ㎡/g
BET 표면적 : ≥ 150 ㎡/g
DBP가 180 - 350 g/(100g)
반폭/피크 ≤ 0.95
d 25%/d 75% 1.00 - 1.80
상대 폭 γ(가압됨) ≤ 2.8 (gnm)/㎖
미세도값 F.V.(가압됨) 100 - 140 Å
(여기서, 반폭은 입자 크기 최대값의 50%에서의 입자 크기 분포 함수의 폭에 해당하고, 피크는 가장 흔한 입자 크기에 해당하고, d 25%/d 75%는 25% 및 75%에서의 입자 크기의 비에 해당하고, 상대 폭 γ는 γ = (a-b)/(A-B) = (a-b)/(0.7A) (여기서, A는 기공 직경 a에서의 누적 기공 부피 포물선의 음의 로그 도함수의 최대값이고, B는 0.300 A로 정의되고, b는 B 값을 얻은 위치에서의 기공 직경임)로 정의되며, 미세도값은 응집체내 기공의 평균 반경을 나타냄).
제1항에 있어서, 0.20 내지 0.85의 모르폴로지 지수 IM을 가짐을 특징으로 하는 침전 실리카.
제1항 또는 제2항에 있어서, 0.2 내지 0.75의 기공 부피 비 V2/V1(가압됨)을 가짐을 특징으로 하는 침전 실리카.
제1항 또는 제2항에 있어서, 0.1 내지 5.0 중량%의 Al₂O₃ 함량을 가짐을 특징으로 하는 침전 실리카.
제1항 또는 제2항에 있어서, 100 내지 130 Å의 가압된 상태의 미세도값 F.V.(가압됨)를 가짐을 특징으로 하는 침전 실리카.
제1항 또는 제2항에 있어서, 1.5 내지 2.5 (gnm)/㎖의 기공 크기 분포의 상대 폭 γ(가압됨)을 가짐을 특징으로 하는 침전 실리카.
제1항 또는 제2항에 있어서, 피크의 위치로 정규화된 피크의 반높이 폭인 반폭/피크가 0.65 내지 0.9임을 특징으로 하는 침전 실리카.
제1항 또는 제2항에 있어서, 1.20 내지 1.80의 d 25%/d 75% 비를 가짐을 특징으로 하는 침전 실리카.
제1항 또는 제2항에 있어서, 1.4 내지 1.75의 d 25%/d 75% 비를 가짐을 특징으로 하는 침전 실리카.
제1항 또는 제2항에 있어서, 160 내지 210 ㎡/g의 BET 표면적, 160 내지 190 ㎡/g의 CTAB 표면적, 0.50 내지 0.80의 모르폴로지 지수 IM, 0.3 내지 0.6의 기공 부피 비 V2/V1(가압됨), 0.1 내지 2 중량%의 Al₂O₃ 함량, 및 23 내지 27 ㎖/(5g)의 변형된 시어스가(Sears number) Vol 2로부터 선택되는 하나 이상을 가짐을 특징으로 하는 침전 실리카.
제1항 또는 제2항에 있어서, 체 잔분 결정(로탭)에 의해 입자의 80 중량% 이상이 300 ㎛보다 크고 10 중량% 이하가 75 ㎛보다 작도록 구성된 입자 크기 분포를 가지는 과립이거나, 또는 레이저 회절에 의해 결정되는 평균 입자 크기 d50이 15 내지 80 ㎛인 분말이거나, 또는 체 잔분 결정(알파인)에 의해 결정되는 입자 크기 d50이 80 ㎛ 내지 1000 ㎛인 구형 입자임을 특징으로 하는 침전 실리카.
a) 처음에, 알칼리 금속 또는 알칼리토 금속 규산염, 유기 염기 및 무기 염기로부터 선택되는 하나 이상의 수용액을 충전하는 단계,
b) 75 내지 88℃에서 60 내지 120분 동안 교반하면서 이 초기 충전물에 하나 이상의 알칼리 금속 규산염, 알칼리토 금속 규산염 또는 둘 모두, 및 하나 이상의 산성화제를 동시에 계량 첨가하는 단계,
d) 하나 이상의 산성화제로 pH 약 5 내지 약 8로 재산성화하는 단계,
e) 단계 d)에서보다 낮은 계량 첨가 속도로 하나 이상의 산성화제로 pH 4 내지 5로 재산성화하는 단계,
f) 침전 현탁액을 여과하는 단계,
g) 여과 케이크를 세척하는 단계,
h) 임의로, 여과 케이크를 액화하는 단계,
i) 건조하는 단계,
j) 임의로, 분쇄하거나, 과립화하거나, 또는 분쇄 및 과립화하는 단계
를 포함하는 침전 실리카 제조 방법.
제12항에 있어서, 단계 b)와 단계 d) 사이에
c) 단계 b)에서의 계량 첨가 속도와 동일한 또는 상이한 계량 첨가 속도로 단계 b)에서 사용된 산성화제 또는 다른 산성화제 또는 둘 모두를 침전 현탁액의 pH가 7 내지 10에 도달할 때까지 계속 첨가하고, 얻은 현탁액을 이 pH에서 40 내지 80분 동안 80 내지 98℃의 고온에서 계속 교반하는 단계
를 수행함을 특징으로 하는 방법.
제12항 또는 제13항에 있어서, 단계 g)와 단계 i) 사이에
h) 여과 케이크를 액화하는 단계
를 수행함을 특징으로 하는 방법.
제14항에 있어서, 액화 동안에 알루미늄을 첨가함을 특징으로 하는 방법.
제12항 또는 제13항에 있어서, 단계 i) 후에
j) 분쇄하거나, 과립화하거나, 또는 분쇄 및 과립화하는 단계
를 수행함을 특징으로 하는 방법.
제16항에 있어서, 과립화가 롤 콤팩터로 수행됨을 특징으로 하는 방법.
제12항 또는 제13항에 있어서, 사용되는 염기가 알칼리 금속 규산염, 알칼리토 금속 규산염, 알칼리 금속 수산화물 및 알칼리토 금속 수산화물로부터 선택되는 하나 이상임을 특징으로 하는 방법.
제12항 또는 제13항에 있어서, 단계 a) 내지 j) 중 한 단계 동안에 유기염 또는 무기염이 첨가됨을 특징으로 하는 방법.
제12항 또는 제13항에 있어서, 스핀 플래시 건조기 또는 노즐 탑이 건조에 이용됨을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서, 표면이 하기 화학식 I 내지 III의 유기실란으로 개질됨을 특징으로 하는 침전 실리카.
<화학식 I>
[SiR¹ _n(RO)_r(Alk)_m(Ar)_p]_q[B]
<화학식 II>
SiR¹ _n(RO)_3-n(알킬)
<화학식 III>
SiR¹ _n(RO)_3-n(알케닐)
상기 식에서,
B는 -SCN, -SH, -Cl, -NH₂, -OC(O)CHCH₂, -OC(O)C(CH₃)CH₂(q = 1일 때) 또는 -S_w-(q = 2일 때)이고, B는 Alk에 화학 결합되고,
R 및 R¹은 히드록실, 아미노, 알콕시드, 시아나이드, 티오시아나이드, 할로겐, 술폰산, 술폰산 에스테르, 티올, 벤조산, 벤조산 에스테르, 카르복실산, 카르복실산 에스테르, 아크릴레이트, 메타크릴레이트, 유기실란 라디칼에 의해 임의로 치환될 수 있는 2 내지 30개의 탄소 원자를 가지는 지방족, 올레핀, 방향족 또는 아릴방향족 라디칼이고, R 및 R¹은 동일 또는 상이한 정의 또는 치환을 가질 수 있고,
n은 0, 1 또는 2이고,
Alk는 1 내지 6개의 탄소 원자를 가지는 비분지형 또는 분지형 2가 탄화수소 라디칼이고,
m은 0 또는 1이고,
Ar은 히드록실, 아미노, 알콕시드, 시아나이드, 티오시아나이드, 할로겐, 술폰산, 술폰산 에스테르, 티올, 벤조산, 벤조산 에스테르, 카르복실산, 카르복실산 에스테르, 아크릴레이트, 메타크릴레이트, 유기실란 라디칼에 의해 치환될 수 있는 6 내지 12개의 탄소 원자를 가지는 아릴 라디칼이고,
p는 0 또는 1이고, 단, p 및 n은 둘 모두가 0은 아니고,
q는 1 또는 2이고,
w는 2 내지 8의 수이고,
r은 1, 2 또는 3이고, 단, r + n + m + p = 4이고,
알킬은 1 내지 20개의 탄소 원자를 가지는 비분지형 또는 분지형 포화 1가 탄화수소 라디칼이고,
알케닐은 2 내지 20개의 탄소 원자를 가지는 비분지형 또는 분지형 불포화 1가 탄화수소 라디칼이다.
제1항에 있어서, 표면이 SiR² _4-nX_n(여기서, n = 1, 2, 3, 4), [SiR² _xX_yO]_z(여기서, 0≤x≤2; 0≤y≤2; 3≤z≤10, 여기서 x+y=2), [SiR² _xX_yN]_z(여기서, 0≤x≤2; 0≤y≤2; 3≤z≤10, 여기서 x+y=2), SiR² _nX_mOSiR² _oX_p(여기서, 0≤n≤3; 0≤m≤3; 0≤o≤3; 0≤p≤3, 여기서 n+m=3, o+p=3), SiR² _nX_mNSiR² _oX_p(여기서, 0≤n≤3; 0≤m≤3; 0≤o≤3; 0≤p≤3, 여기서 n+m=3, o+p=3), 및 SiR² _nX_m[SiR² _xX_yO]_zSiR² _oX_p(여기서, 0≤n≤3; 0≤m≤3; 0≤x≤2; 0≤y≤2, 0≤o≤3; 0≤p≤3; 1≤z≤10000, 여기서 n+m=3, x+y=2, o+p=3)(여기서, R²는 독립적으로 1 내지 20개의 탄소 원자를 가지는 치환된 또는 비치환된 알킬 또는 아릴 라디칼, 알콕시, 알케닐 또는 알키닐기, 또는 황 함유 기이고, X는 독립적으로 실란올, 아미노, 티올, 할로겐, 알콕시, 알케닐 또는 수소 라디칼임)로부터 선택되는 하나 이상의 조성을 가지는 유기규소 화합물로 개질됨을 특징으로 하는 침전 실리카.
침전 실리카가 침전 실리카 100부를 기준으로 0.5 내지 50부의 혼합물로 유기규소 화합물로 개질되고, 침전 실리카와 유기규소 화합물 사이의 반응이 혼합물 제조 동안에(현장 내) 또는 외부에서 혼합물 분무 및 뒤이은 가열에 의해, 유기규소 화합물 및 실리카 현탁액의 혼합 및 뒤이은 건조 및 열처리에 의해 수행됨을 특징으로 하는, 제21항 또는 제22항에 따르는 실리카의 제조 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 0.2 내지 0.75의 기공 부피 비 V2/V1(가압됨) 및 0.1 내지 5.0 중량%의 Al₂O₃ 함량을 가짐을 특징으로 하는 침전 실리카.