KR20080017359A - 카본블랙 및 이것을 함유하는 중합체 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 ABS 배합물을 포함하는 다양한 중합체 배합물에서 유용한 카본블랙, 및 카본블랙 및 중합체 배합물의 제조 방법에 관한 것이다. 카본블랙은 중합체 내에서의 우수한 분산 뿐만 아니라 바람직한 제트니스 및 충격강도를 제공한다.
카본블랙, ABS, 제트니스, 기계적 성질, 표면 외관

Description

카본블랙 및 이것을 함유하는 중합체{CARBON BLACKS AND POLYMERS CONTAINING THE SAME}
본 발명은 신규한 카본블랙 뿐만 아니라, 이러한 카본블랙을 함유하는 중합체, 및 중합체 성능 등과 같은 성질의 향상 방법에 관한 것이다.
카본블랙은 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(ABS) 성형 용도에서 발견되는 것과 같은 수많은 중합체 배합물에서 사용된다. 카본블랙-충전된 중합체 배합물, 예를 들면 카본블랙-충전된 ABS 및 ABS-합금(ABS와 기타 중합체의 블렌드)이, 색상과 기계적 성질과 표면 외관 사이의 균형이 바람직한, 수많은 고성능 중합체 용도에서 사용된다. 중합체에서 사용되는 카본블랙의 유형 및 양은 배합물의 성질에 다양한 효과를 줄 수 있다. 예를 들면, 카본블랙의 충전량(loading)이 증가하면 색상이 개선될 수 있지만(예를 들면 배합물이 보다 높은 제트니스(jetness)를 가짐), 충전량이 증가할수록 기계적 성질 및/또는 표면 외관은 나빠질 수 있다. 중합체 산업에서는, 중합체 내에 배합 시, 기존의 통상적인 충전량보다 낮은 충전량에서, 필적할만하거나 보다 우수한 제트니스, 청색 색조, 충격강도 및/또는 표면 외관(평활도)을 달성할 수 있는 카본블랙을 개발하려는 욕구가 존재한다. 보다 낮은 충전량에서 동일한 색상을 달성함은 보다 높은 표면적을 갖는 카본블랙을 사용함을 포함할 수 있다. 그러나, 카본블랙의 표면적을 증가시키면 전형적으로 카본 블랙이 분산되기 어려워진다. 추가로, 카본블랙이 잘 분산되지 않으면, 기계적 성질 및/또는 표면 외관이 손실된다. 따라서 허용가능한 수준의 다양한 기계적 성질(예를 들면 내충격성) 및 표면 외관을 달성하도록, ABS와 같은 중합체 내에 바람직하게는 용이하게 분산될 수 있는 고-표면적 카본블랙을 개발하는 것이 바람직하다.
발명의 요약
본 발명의 양태는 바람직하게는 중합체 배합물 내에서 보다 낮은 충전량에서 동일한 색상을 제공하면서도 기계적 성질 및 표면 외관을 유지하도록 허용가능한 수준으로 분산될 수 있는 카본블랙을 제공하는 것이다.
본 발명의 추가의 양태는, ABS와 같은 중합체 내에 배합 시, 제트니스, 청색 색조, 충격강도 및 표면 외관과 같은 성질들의 허용가능한 균형을 제공하는 카본블랙을 제공하는 것이다.
본 발명의 추가적인 양태 및 이점이 부분적으로는 후술되는 "발명의 상세한 설명"에서 설명될 것이고, 부분적으로는 그러한 "발명의 상세한 설명"으로부터 명백해질 것이거나, 본 발명의 실시에 의해 이해될 수 있다. 본 발명의 목적 및 기타 이점은 "발명의 상세한 설명" 및 첨부된 "청구의 범위"에 특별히 지적된 요소 및 조합에 의해 실현되고 달성될 것이다.
상기 및 기타 이점을 달성하기 위해서, 본 발명의 취지에 따라, 본원에서 구체적으로 표현되고 광범위하게 기술된 바와 같이, 본 발명은 (a) 약 150 내지 약 600 ㎎/g의 요오드가; (b) 약 40 내지 약 90 cc/100 g의 DBP 흡수도; (c) 약 1.25 내지 약 1.70의 질소 표면적/통계학적 두께 표면적(N2SA/STSA)을 가짐을 특징으로 하고, 추가로 (d) 털론(Terlon) L*에 의해 측정된 1.7 이하의 제트니스와 (e) 23.0 J/㎡ 이하의 물-살포압 중 하나 또는 둘 다를 갖는 카본블랙에 관한 것이다.
본 발명은 추가로, 배합 물질의 총중량을 기준으로 1.5 중량% 이하의 충전량으로 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 내에 배합 시, 4.6 이하의 배합물 제트니스(L*)를 갖고 (a) 13,600 J/㎡ 이상의 배합물 노치 아이조드 충격강도 및/또는 (b) 가압(press-out) 시험에서 4.0 이하의 배합물 분산 등급 중 하나 또는 둘 다를 갖는 배합 물질을 제공하는 카본블랙에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 본 발명의 하나 이상의 유형의 카본블랙을 함유하는 ABS 배합물에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 본 발명의 하나 이상의 카본블랙을 함유하는 중합체에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 본 발명의 하나 이상의 카본블랙을 함유하는 중합체 마스터배치 또는 농축물에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 본 발명의 카본블랙의 제조 방법, 뿐만 아니라 본 발명의 중합체 배합물의 제조 방법에 관한 것이다.
전술된 일반적 설명 및 후술되는 "발명의 상세한 설명"은 둘 다 예시 및 설명을 위한 것일 뿐이고, 청구된 바와 같은 본 발명을 추가로 설명하기 위한 것이라는 것을 알아야 한다.
본 출원에 포함되고 본 출원의 일부를 구성하는 첨부된 도면은 본 발명의 몇몇 실시양태를 예시하고, "발명의 상세한 설명"과 함께, 본 발명의 원칙을 설명하는 역할을 한다.
도 1은 샘플의 분산 등급을 보여주는 5개의 사진이다.
본 발명은 신규한 카본블랙 뿐만 아니라 카본블랙의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(ABS)을 포함하지만 이것으로만 제한되는 것은 아닌 다양한 중합체에서의 이러한 카본블랙의 용도에 관한 것이다.
카본블랙에 있어서, 본 발명의 카본블랙은, ABS 성형 용도와 같은 중합체 용도와 같은, 다양한 용도에서 유리한 바람직한 형태 및 계면성질을 갖는다.
더욱 상세하게는, 하나 이상의 실시양태에서, 본 발명의 카본블랙은 바람직하게는 하기 세 가지 특성들 중에서 하나 이상을 갖고, 바람직하게는 하기 세 가지 특성들 모두를 갖는다:
(a) 약 150 내지 약 600 ㎎/g의 요오드가(기타 범위는 약 265 내지 약 600 ㎎/g, 약 350 내지 약 600 ㎎/g, 또는 약 400 내지 약 600 ㎎/g의 요오드가를 포함할 수 있음);
(b) 약 40 내지 약 90 cc/100 g의 DBP 흡수도(기타 범위는 약 50 내지 약 90 cc/100 g, 약 60 내지 약 90 cc/100 g, 또는 약 70 내지 약 90 cc/100 g을 포함할 수 있음);
(c) 약 1.25 내지 약 1.70의 질소 표면적/통계학적 두께 표면적의 비(기타 범위는 약 1.30 내지 약 1.70, 또는 약 1.40 내지 약 1.70을 포함할 수 있음).
또한, 하나 이상의 실시양태에서, 본 발명의 카본블랙은 하기 추가의 성질들 중 하나 이상을 갖는다:
(d) 털론 L*에 의해 결정 시 1.7 이하의 제트니스 값(기타 범위는 약 0.4 내지 약 1.7, 또는 약 0.4 내지 약 1.1을 포함할 수 있음);
(e) 23.0 mJ/㎡ 이하의 물-살포압(기타 범위는 약 12.0 내지 약 23.0 mJ/㎡, 또는 약 12.0 내지 약 21.5 mJ/㎡를 포함함).
요오드가에 있어서, 이러한 수를 ASTM D1510에 따라 측정한다. DBP 흡수도에 있어서, 이러한 성질을 ASTM D2414에 따라 결정한다. 질소 표면적 및 통계학적 두께 표면적에 있어서, ASTM D6556에 따라 측정을 수행하였다.
털론 L*에 의해 결정된 제트니스에 있어서, 이러한 절차는 CIELAB 색상계열을 사용한다. L*은 오일-기재의 패이스트를 제조한 후의 카본블랙의 제트니스의 척도이고, 이 값이 보다 작다는 것은 제트니스가 보다 크다는 것을 나타낸다. 절대 L* 값이 사용된다. 제트니스를 결정할 때, 카본블랙을 125 ℃에서 3시간 동안 건조시킨 후, 혼합기에서 45 초 동안 컨디셔닝한다. 이어서 털론 #1 오일 2.0 g을 후버 뮬러(Hoover Muller)의 하부 플레이트에 첨가하고, 여기에 카본블랙 100 ㎎을 스패튤라로써 천천히 첨가한다. 물질을 하부 플레이트의 중앙에 모은 후, 상부 플레이트를 제자리에 놓고, 후버 뮬러 플레이트를 50 회 회전시켜, 오일과 카본블랙을 혼합한다. 이어서 플레이트를 열고, 물질을 모으고 50 회 회전시키는 과정을 3번 더 반복한다. 이어서 전량의 패이스트를 유리 플레이트 상에서 매끄럽게 만든다. 하기 조건을 사용하여, VSI를 갖는 헌터 랩스캔 XE(Hunter Labscan XE)를 사용하여, 플레이트 상의 4개의 상이한 위치에서, 1976 CIELAB L* 값을 측정한다: 모드 = 0/45, 포트 크기 = 1.2 인치, 에어리어 뷰(Area View) = 1 인치, UV 필터 = 아웃(Out), 광원 = D65, 10 °관측자. 기록된 값은 4개의 절대 L* 값의 중앙값이다. 이와 동시에, 1976 CIELAB b* 값(청색 색조)을 유사한 방식으로 헌터 랩스캔(Hunter Labscan)을 사용하여 측정하고 기록한다.
물-살포압은 카본블랙 표면과 수증기 사이의 상호작용 에너지의 척도이다. 샘플이 제어된 대기로부터 물을 흡착함에 따라 샘플의 질량 증가를 관찰함으로써, 살포압을 측정한다. 이러한 시험에서, 샘플 주위의 대기의 상대습도(RH)는 0 %(순수 질소)로부터 약 100 %(물-포화된 질소)로 증가한다. 샘플과 대기가 항상 평형을 이루는 경우, 샘플의 물-살포압(πe)은 하기와 같이 정의된다:
Figure 112007089899262-PCT00001
상기 식에서, R은 기체상수이고, T는 온도이고, A는 샘플의 비표면적이고, Γ는 (몰/gm으로 환산된) 샘플 상의 흡착된 물의 양이고, P는 대기 중 물의 부분압이고, P0는 대기 중 포화 증기압이다. 실제로, 표면 상의 물의 평형 흡착을 하나 또는 (바람직하게는) 여러 개별적인 부분압에서 측정하며, 곡선 하 면적을 통해 적분값을 추정한다. 예를 들면 표면적으로 나누지 않고서, 또는 기타 계면 성질 또는 표면 에너지 항을 물-살포압에 더함으로써, 또는 작은 수, 심지어는 가능하게는 1만큼 작은 수, 데이터 포인트를 갖고서 적분값을 근사시키거나, 기타 기체를 사용함으로써, 계면 성질 또는 표면 에너지의 측정을 또다르게 상술할 수 있다.
물-살포압의 측정 절차는 (본원에서 전문이 참고로 인용된) 문헌["Dynamic Vapor Sorption Using Water, Standard Operating Procedure", rev. 02/08/05]에 상세하게 기술되어 있고 본원에 요약되어 있다. 분석 전, 분석되는 카본블랙 100 ㎎을 125 ℃ 오븐에서 30분 동안 건조시켰다. (캘리포니아 모나크 비치 소재의 SMS 인스트루먼츠(SMS Instruments)에 의해 공급되는) 서피스 메줘먼트 시스템즈 DVS1(Surface Measurement Systems DVS1) 장치에서 인큐베이터를 25 ℃에서 2 시간 동안 정치시킨 후, 샘플 컵을 샘플 챔버와 기준 챔버 둘 다 내에 넣었다. 컵을 건조시키고 안정한 질량 기준선을 확립하기 위해서, 목표 RH를 10 분 동안 0 %로 설정하였다. 정전기를 방전시키고 저울의 눈금을 0에 맞춘 후, 카본블랙 약 8 ㎎을 샘플 챔버 내의 컵에 첨가하였다. 샘플 챔버를 밀봉한 후, 샘플을 0 % RH에서 평형시켰다. 평형 후, 샘플의 최초 질량을 기록하였다. 이어서 질소 대기의 상대 습도를 순차적으로 약 5, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 78, 87 및 92 % RH의 수준으로 증가시키고, 시스템을 각각의 RH 수준에서 20 분 동안 평형시켰다. 각각의 습도 수준에서 흡착된 물의 질량을 기록하고, 이로부터 물-살포압을 계산하였다(상기 내용을 참고). 두 개의 개별 샘플에 대해 측정을 두 번 수행하고 평균값을 기록하였다.
본 발명의 또다른 실시양태에서, 본 발명은 특정 절차에 따라 ABS 내에 배합 시 특정 성질을 달성할 수 있는 카본블랙에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명의 한 실시양태에서, 카본블랙은, 배합 물질의 총중량을 기준으로 1.5 중량% 이하의 카본블랙 충전량(예를 들면 0.1 내지 1.5 중량%의 카본블랙 충전량)으로 ABS 내에 배합 시, 배합물 L*로서 측정된 4.6 이하의 (총 배합 물질 내에서의) 제트니스(배합 물질에 대한 기타 제트니스 값은 예를 들면 3.0 내지 4.6 또는 3.0 내지 4.4 일 수 있음)를 달성하며, 카본블랙은 배합 물질이 하기 성질들 중 하나 또는 둘 다를 갖는 것을 허용한다:
(a) 13,600 J/㎡ 이상의 배합물 노치 아이조드 충격강도(기타 범위는 약 13,600 내지 약 18,000 J/㎡, 약 14,000 내지 약 17,000 J/㎡을 포함함) 및/또는
(b) 가압 시험에서 4.0 이하의 배합물 분산 등급(기타 범위는 예를 들면 약 1.0 내지 약 4.0, 또는 약 1.0 내지 약 3.0을 포함함). 이러한 실시양태에서 카본블랙은 1.5 중량% 이하의 범위에 드는 하나 이상의 카본블랙 충전량 수준에서 이러한 성질을 갖는다.
카본블랙이 ABS 내에 배합 시 ABS에서 촉진시키는 이러한 변수에 있어서, 하기 시험 절차를 사용한다.
ABS 배합물을 3 단계 배합 절차(때로는 "3 단계 ABS 배합 절차"로서 지칭됨)에서 제조하였다: 우선 30 % SAN 마스터배치를 제조하고, 이어서 이것을 ABS로써 5 %로 희석하고, 이어서 최종 사출성형 단계에서 추가의 ABS로써 0.50 내지 1.50 %로 희석시켰다.
마스터배치 배합물: 카본블랙(CB)과 타이릴(Tyril) 124 SAN(밀도 = 1080 ㎏/㎥, 230 ℃/3.8 ㎏ MFI = 22 g/10분)과 스테아르산아연(ZnSt)를, 세 가지 성분의 총 질량이 1413 g이 되게, 30.0 % CB, 69.5 % SAN, 0.5 % ZnSt의 구성비율(중량 기준)로 혼합함으로써, SAN 마스터배치를 제조하였다. 성분들을 하기 설정 조건을 갖는 밴버리(Banbury) 내부 혼합기(1570 ㎖)에서 혼합하였다: 회전자 속도 = 2, 램 압력 = 3 ㎏/㎠, 최초 온도 = 70 ℃, 포스트 플럭스(Post Flux) 혼합 시간 = 90 s, 및 공급 인자 = 75 %.
5 % ABS 배합물: 우선 SAN 마스터배치를 분쇄하여 분진 및 작은 입자들을 제거하였다. 이어서 SAN 마스터배치 250 g을 사이콜락(Cycolac) GPM5500 ABS(밀도 = 1050 ㎏/㎥, 220 ℃/10 ㎏, MFI = 24 g/10min, 23 ℃ 노치 아이조드 충격(ISO180/1A) = 18000 J/㎡) 1250 g과 혼합하여, 5 % ABS 배합물을 제조하였다. 이러한 절차를, 분산 용량을 개선하기 위한 분배 혼합 헤드(공동전달혼합기(cavity transfer mixer: CTM))가 장착된 베톨(Betol) BK32 싱글 스크류 압출기에서 수행하였다. 압출기는 공급기로부터 다이까지 하기 온도 조건을 가졌다: 대역 1 = 180 ℃, 대역 2 = 185 ℃, 대역 3 = 190 ℃, 대역 4 = 195 ℃, CTM = 210 ℃, 다이 = 200 ℃. 스크류 속도는 80 rpm이었고, 배합 동안에 1회 통과를 사용하였다.
0.50 내지 1.50 % ABS 배합물: 5 % ABS 배합물을 바텐펠드(Battenfeld) BA500/200CD 사출성형기에서 최종 충전량으로 희석하였다. 사용된 물질의 총질량은 600 g이었고, 정확한 최종 충전량을 제공하는 구성비율의 5 %의 ABS 배합물 및 순수 사이콜락 GPM5500 ABS를 선택하였다. 주입 전, ABS 배합물 및 ABS 수지를 진공 중에서 80 ℃에서 17 시간 동안 건조시켰다. 각 샘플들 사이에서, 순수 ABS 500 g을 주입하여 장치를 세정하였다. 실제의 사출성형 변수는 부품이 적용되는 시험에 따라 달라진다(하기 내용을 참고):
유색(L * ) 플라크: 하기 사출성형기 상에서의 온도 조건을 사용하여, 색상 분석을 위한 90 × 55 × 2 ㎜ 플라크를 제조하였다: 노즐 = 225 ℃, 대역 1 = 235 ℃, 대역 2 = 250 ℃, 대역 3 = 250 ℃, 성형틀 = 60 ℃. 사출 속도는 20 %였다.
아이조드 충격 바: 하기 사출성형기 상에서의 온도 조건을 사용하여, 아이조드 충격 시험을 위한 63.5 × 12.7 × 6.4 ㎜ 바(ISO 180 타입 3)를 제조하였다: 노즐 = 225 ℃, 대역 1 = 235 ℃, 대역 2 = 250 ℃, 대역 3 = 250 ℃, 성형틀 = 25 ℃. 사출 속도는 60 %였다.
배합물의 제트니스에 있어서, 배합물 L*은 절대값이다. L*은 배합물의 제트니스의 척도이고, 이 값이 보다 작다는 것은 제트니스가 보다 크다는 것을 나타낸다. 배합물 L*을 측정하기 위해, 요망되는 충전량을 갖는 6개의 90 × 55 × 2 ㎜ 유색 플라크를 전술된 바와 같이 사출성형을 통해 제조하였다. 플라크가 표면 상에서 균일한 색상을 갖는지를 확인하고 임의의 점 또는 줄무늬 얼룩을 조사하기 위해서, 모든 플라크를 검사하였다. 이러한 기준을 충족시키지 않는 플라크를 폐기하였다. 이어서 각각의 플라크를, 하기 조건을 사용하여, 데이터컬러(DATACOLOR) SF600 분광색채계를 사용하여, 1976 CIELAB L* 값에 대해, 한 번 시험하였다: 보정 모드 = 반사, 정반사 도어(Specular Door) = 배제됨, 가시화 = LAV(30 ㎜), UV = 포함됨, 조건 = % R LAV SC E UV 인코포레이티드, 광원 = D65, 10°관측자. 기록된 값은 6개의 플라크의 평균이고, 샘플과 기준물 사이의 차가 아니라 절대 L* 값이다. 이와 동시에, 배합물의 1976 CIELAB b* 값(청색 색조)을 유사한 방식으로 데이터컬러 장치를 사용하여 측정하고 기록한다.
배합 물질의 노치 아이조드 충격강도의 결정에 있어서, 시험은 일반적으로 ISO 180-1982 표준을 기반으로 하지만, 시험 바의 사출성형 절차가 상이하다. 시험 방법은 후술된다.
요망되는 충전량을 갖는 10 개의 63.5 × 12.7 × 6.4 ㎜ 바(ISO 180 타입 3)를 전술된 바와 같이 사출성형을 통해 제조하였다. 이어서 노칭 장치(CEAST 6530)를 사용하여 단일 노치(ISO 180 타입 A)를 각각의 바에 절입하였다. 샘플을 노치와 함께 충격 방향을 마주 보게 적재하고 5.5 J 추-유형의 해머(CEAST 6545/000)를 사용하여 시험하였다. 바가 파단점을 따라 기포 또는 구멍을 나타낸 경우, 그것을 폐기하였다. 허용가능한 샘플의 측정된 충격강도를 기록하였고, 기록된 값은 10 개의 바들의 평균이었다. 동일한 절차를 사용하되 노치를 시험 바 내에 절입하지 않고서 비-노치 아이조드 충격강도를 측정할 수 있다.
배합 물질의 가압 시험에서의 분산 등급이 후술된다. 분산 등급은 배합물 내에서의 카본블랙 분산의 반-정량적 척도이며; 이러한 값이 낮을수록 분산이 보다 우수하다는 것을 의미한다.
2개의 0.3 ㎎ "버튼"을 (전술된 바와 같이 제조된) 3개의 상이한 유색 플라크로부터 절단함으로써, 6개의 버튼을 얻었다. 각각의 버튼을 깨끗한 현미경 슬라이드 상에 놓고 여기에 또다른 슬라이드를 덮었다. 이러한 조립체를, 5 ㎜ 버튼 직경을 달성하기에 충분한 압력을 사용하여, 210 ℃에서 3 분 동안 가압하였다. 각각의 버튼을 광학현미경에서 200X 및 100X 확대배율에서 검사하였다. 이어서 1 내지 5의 등급을 각각의 버튼에 할당하는데, 1은 우수한 분산에 해당하며 5는 나쁜 분산에 해당한다. 분산 등급의 할당에 있어서, 우수한 분산은 흑점(black spot)이 조금밖에 관찰되지 않는다는 것을 암시하는 반면에, 나쁜 분산은 많은 흑점 또는 보다 큰 응집체가 관찰됨을 암시한다. 보다 구체적으로, 100X 확대배율에서 651 ㎛ × 487 ㎛ 영역에서 1 ㎛를 초과하는 가시적 입자의 개수를 계수함으로써, 분산 등급을 할당한다. 입자의 개수가 분산 등급을 결정한다: 1 = 0 내지 10 개 입자, 2 = 11 내지 30 개 입자, 3 = 31 내지 60 개 입자, 4 = 61 내지 150 개 입자, 5 = 150 개 초과의 입자. 각각의 샘플의 분산 등급은 6개의 버튼으로부터 수득된 평균이다. 도 1은 1 내지 5의 분산 등급을 갖는 배합물의 예를 보여주는 사진이다.
카본블랙의 제조에 있어서, 카본블랙을 하기와 같이 제조할 수 있다. 본 발명의 카본블랙을, 본원에서 전문이 참고로 인용된 미국특허 제 6,156,837 호 및 제 5,877,250 호에 기술된 것과 유사한 관형 노 반응기에서 제조할 수 있다. 이러한 특허의 도 1에 도시된 반응기는 (a) 제 1 연소 대역, (b) 제 2 연소 대역, (c) 반응 대역 및 (d) 급냉 대역을 갖는다.
본 발명에서는, 미국특허 제 6,156,837 호 및 제 5,877,250 호에 기술된 것과 같은 반응을 본원에서 기술된 바와 같이 개조하여 사용한다. 제 1 연소 대역에서는, 연료와 산화제를 혼합하고 반응시켜 뜨거운 연소 기체 스트림을 형성한다. 뜨거운 연소 기체를 생성하기에 적합한 연료는, 천연가스, 수소, 일산화탄소, 메탄, 아세틸렌 또는 액체 탄화수소 피드스톡을 포함하는 임의의 용이하게 연소되는 유체를 포함한다. 산화제는, 산소 함량(부피 기준)이 21 내지 30 %이고 온도가 300 내지 750 ℃인, 예열된 공기 또는 예열된 산소-풍부한 공기일 수 있다. 바람직하게는, 산화제의 산소 함량은 21 내지 25 %이고 온도는 450 내지 750 ℃이다. 연료가 천연가스인 경우, 이러한 제 1 대역에서의 산화제 대 연료의 비는 화학양론적 연소에 필요한 산화제의 양의 1 내지 4 배이고, 바람직하게는 1 내지 2 배이다.
이러한 대역 다음에는 제 2 연소 대역이 있는데, 여기서는 뜨거운 연소 기체가, 용이하게 휘발되는 액체 탄화수소 피드스톡과 알칼리염의 혼합물과 접촉한다. 적합한 액체 피드스톡은 불포화 탄화수소, 포화 탄화수소, 올레핀, 방향족 및 기타 탄화수소, 예를 들면 케로센, 나프탈렌, 테르펜, 에틸렌 타르, 방향족 고리형 스톡 뿐만 아니라 이러한 모든 것들의 혼합물을 포함한다. 피드스톡을 종종, 뜨거운 제 1 연소 기체와 빠르게 혼합되는 다수의 스트림에 주입함으로써, 카본블랙-형성 피드스톡이 분해되어 카본블랙으로 전환되게 한다. 본 발명의 공정에서, 산화제 대 (제 1 대역의 것을 포함하여) 두 연료의 총 비는 화학양론적 연소에 필요한 산화제의 양의 0.15 내지 0.50 배이다. 바람직하게는 총 비는 0.25 내지 0.40이다. 피드스톡 내의 알칼리 염의 농도는 0.03 내지 0.15 중량%이다.
제 3 반응 대역에서, 연소 기체와 카본블랙의 혼합물은 반응기의 제 4 대역에 도달할 때까지 하류로 흐르면서 반응을 계속하고, 제 4 대역에서는 급냉 유체가 혼입됨으로써 반응을 중단시킨다. 적합한 급냉 유체는 물, 물과 증기의 혼합물 또는 물과 공기의 혼합물을 포함한다. 이상적인 급냉 위치(따라서 반응 체류 시간)는 기체의 유속과 노의 직경에 따라 달라진다. 일반적으로, 반응 체류 시간은 10 내지 200 ms(밀리초)이고, 바람직하게는 60 내지 150 ms이어야 한다.
급냉 유체의 첨가 후에, 혼합물은 벤츄리 쿨러(venturi cooler) 또는 열교환기와 같은 임의의 통상적인 냉각 장치를 통과하고, 바로 이 때 카본블랙은 침강기, 사이클론 분리기 또는 백 필터와 같은 통상적인 수단에 의해 기체 스트림으로부터 분리된다. 요망된다면, 카본블랙은 임의의 습식 또는 건식 수단에 의해 펠렛화될 수 있다.
요망되는 형태, 계면 성질 및 고유 제트니스를 제공하도록 전술된 반응기 변수를 변경함으로써 본 발명의 카본블랙을 제조할 수 있다. 산화제 대 연료의 화학양론적 비를 증가시켜 요오드가를 증가시키는 반면에, 알칼리염의 양을 증가시킴으로써 DBP 흡수도를 감소시킨다. 주어진 형태에서, 산화제 스트림의 산소 농축도를 조작하고 (급냉 위치를 변경시킴으로써) 반응 체류 시간을 조작함으로써 계면 성질을 제어할 수 있다. 예를 들면, 카본블랙이 보다 높은 털론 L* 값을 갖도록, 산화제 스트림의 산소 농축도를 증가시킴으로써, 형태 및/또는 계면 성질을 변경시킨다. 체류 시간을 증가시킴으로써 N2SA/STSA 비를 증가시키고 물-살포압을 증가시킨다.
본 발명의 중합체 조성물에서 사용되는 카본블랙을 임의적으로 추가로 결합제 및/또는 계면활성제와 같은 다양한 처리제로써 처리할 수 있다. 본원에서 전문이 참고로 인용된 미국특허 제 5,725,650 호, 제 5,200,164 호, 제 5,872,177 호, 제 5,871,706 호 및 제 5,747,559 호에 기술된 처리제가 본 발명의 카본블랙을 처리하는데에 사용될 수 있다. 계면활성제 및/또는 결합제를 포함하는 기타 바람직한 처리제가 사용될 수 있고, 이것은 폴리에틸렌 글리콜; 알킬렌 옥사이드, 예를 들면 프로필렌 옥사이드 및/또는 에틸렌 옥사이드, 소디움 리그노술페이트; 아세테이트, 예를 들면 에틸-비닐 아세테이트; 소르비탄 모노올레에이트 및 에틸렌 옥사이드; 에틸렌/스티렌/부틸아크릴레이트/메틸 메타크릴레이트 결합제; 부타디엔과 아크릴로니트릴의 공중합체 등을 포함하지만 이것으로만 제한되는 것은 아니다. 이러한 결합제는 유니온 카바이드(Union Carbide), 다우(Dow), ICI, 유니온 퍼시픽(Union Pacific), 왁커/에어 프로덕츠(Wacker/Air Products), 인터폴리머 코포레이션(Interpolymer Corporation) 및 비 에프 굿리치(B.F.Goodrich)와 같은 제조업체로부터 상업적으로 입수가능하다. 이러한 결합제는 바람직하게는 비나파스(Vinnapas) LL462, 비나파스 LL870, 비나파스 EAF650, 트윈(Tween) 80, 신트란(Syntran) 1930, 하이카(Hycar) 1561, 하이카 1562, 하이카 1571, 하이카 1572, PEG 1000, PEG 3350, PEG 8000, PEG 20000, PEG 35000, 신퍼로닉(Synperonic) PE/F38, 신퍼로닉 PE/F108, 신퍼로닉 PE/F127 및 리그노사이트-458(Lignosite-458)이라는 상표명으로서 판매된다. 일반적으로, 본 발명의 카본블랙과 함께 사용되는 처리제의 양은 전술된 특허에서 인용된 양, 예를 들면 처리된 카본블랙의 약 0.1 내지 약 50 중량%일 수 있는데, 요망되는 성질의 유형 및 사용되는 특정 처리제에 따라 기타 양도 사용될 수 있다. 본 발명의 중합체 조성물에서 사용되는 카본블랙은 하나 이상의 유기 기를 갖는 개질된 카본블랙을 형성하도록 개질될 수도 있다. 유기 기의 유형은 사용된 중합체 뿐만 아니라 요망되는 성능 성질에 따라 달라질 것이다. 개질된 카본블랙을 특정 용도에 맞게 조절함으로써 보다 큰 가요성을 허용한다.
유기 기가 카본블랙에 결합되도록 해당 분야의 숙련자에게 공지된 방법을 사용하여 카본블랙을 개질할 수 있다. 이로써 중합체, 계면활성제 등과 같은 흡착된 기에 비해 이러한 기들이 카본블랙 상에서 보다 안정적으로 결합된다. 예를 들면, 본원에서 전문이 참고로 인용된 미국특허 제 5,554,739 호, 제 5,851,280 호, 제 6,042,643 호, 제 5,707,432 호 및 제 5,837,045 호 및 PCT 공개 WO 99/23174에 기술된 방법을 사용하여, 개질된 카본블랙을 제조할 수 있다.
또한, 본 발명의 취지상, ABS에 배합 시의 성질에 의해 정의되는 바와 같은, 카본블랙은, 요오드가, DBP 흡수도, 질소 표면적/통계학적 두께 표면적 비, 털론 L*에 의해 결정된 바와 같은 제트니스 및/또는 물-살포압 성질에 대해 전술된 바와 같은 하나 이상의 성질을 가질 수 있다. 마찬가지로, 요오드가, DBP 흡수도 및 질소 표면적/통계학적 두께 표면적 비를 갖는 카본블랙 성질은, 전술된 바와 같이 ABS 내에 배합 시 측정된, 하나 이상의 카본블랙 성질을 가질 수 있다.
본 발명의 추가의 실시양태에서, 본 발명은 ABS 및 본 발명의 하나 이상의 카본블랙을 함유하는 ABS 배합물에 관한 것이다. 본 발명은 전술된 바와 같은 배합물 제트니스, 배합물 노치 아이조드 충격강도와 함께, 전술된 바와 같은 카본블랙 충전량을 갖는, ABS 및 본 발명의 하나 이상의 카본블랙을 함유하는 ABS 배합물에 관한 것이다.
본 발명의 또다른 실시양태에서, 본 발명은 전술된 바와 같은 배합물 제트니스, 및 전술된 바와 같은 가압 시험에서의 배합물 분산 등급과 함께, 전술된 바와 같은 카본블랙 충전량을 갖는, ABS 및 본 발명의 하나 이상의 카본블랙을 함유하는 ABS 배합물에 관한 것이다.
본 발명의 추가의 실시양태에서, 본 발명은 전술된 바와 같은 배합물 제트니스, 전술된 바와 같은 배합물 노치 아이조드 충격강도, 및 전술된 바와 같은 가압 시험에서의 배합물 분산 등급과 함께, 전술된 바와 같은 카본블랙 충전량을 갖는, ABS 및 본 발명의 하나 이상의 카본블랙을 함유하는 ABS 배합물에 관한 것이다.
본 발명의 추가의 실시양태는, 카본블랙 충전량에는 아무런 제한없이, 전술된 바와 같은 배합물 제트니스, 및 전술된 바와 같은 배합물 노치 아이조드 충격강도를 갖는, ABS 및 본 발명의 하나 이상의 카본블랙을 함유하는 ABS 배합물에 관한 것이다.
본 발명의 추가의 실시양태는, 카본블랙 충전량에는 아무런 제한없이, 전술된 바와 같은 배합물 제트니스, 및 전술된 바와 같은 가압 시험에서의 배합물 분산 등급을 갖는, ABS 및 본 발명의 하나 이상의 카본블랙을 함유하는 ABS 배합물에 관한 것이다.
본 발명의 추가의 실시양태는, 카본블랙 충전량에는 아무런 제한없이, 전술된 바와 같은 배합물 제트니스, 전술된 바와 같은 배합물 노치 아이조드 충격강도, 및 전술된 바와 같은 가압 시험에서의 배합물 분산 등급을 갖는, ABS 및 본 발명의 하나 이상의 카본블랙을 함유하는 ABS 배합물에 관한 것이다.
추가로, 본 발명에서, ABS 배합물은 해당 분야의 숙련자에게 이해되는 바와 같은 ABS 합금을 형성하도록 하나 이상의 기타 유형의 중합체를 함유할 수 있다. ABS 배합물 또는 ABS 합금은 전술된 바와 같은 하나 이상의 유형의 카본블랙을 함유한다. 추가로, 통상적인 카본블랙과 같은 기타 유형의 카본블랙은 추가로 존재할 수 있고/있거나 기타 보강 첨가제가 존재할 수 있다. 또한 중합체 조성물에서 사용될 수 있는 기타 통상적인 성분을 포함하지만 이것으로만 제한되는 것은 아닌, ABS 배합물 및 ABS 합금에서 전형적으로 사용되는 기타 통상적인 성분이, 추가로 본 발명에서 존재할 수 있다.
본 발명의 추가의 실시양태에서, 본 발명은 하나 이상의 중합체 및 본 발명의 하나 이상의 카본블랙을 함유하는 중합체 배합물에 관한 것이다. 본 발명은 추가로, 전술된 바와 같은 배합물 제트니스 및 전술된 바와 같은 배합물 노치 아이조드 충격강도와 함께, 전술된 바와 같은 카본블랙 충전량을 갖는, 하나 이상의 중합체 및 본 발명의 하나 이상의 카본블랙을 함유하는 중합체 배합물에 관한 것이다.
본 발명의 또다른 실시양태에서, 본 발명은 전술된 바와 같은 배합물 제트니스, 및 전술된 바와 같은 가압 시험에서의 배합물 분산 등급과 함께, 전술된 바와 같은 카본블랙 충전량을 갖는, 하나 이상의 중합체 및 본 발명의 하나 이상의 카본블랙을 함유하는 중합체 배합물에 관한 것이다.
본 발명의 추가의 실시양태에서, 본 발명은 전술된 바와 같은 배합물 제트니스, 전술된 바와 같은 배합물 노치 아이조드 충격강도, 및 전술된 바와 같은 가압 시험에서의 배합물 분산 등급과 함께, 전술된 바와 같은 카본블랙 충전량을 갖는, 하나 이상의 중합체 및 본 발명의 하나 이상의 카본블랙을 함유하는 중합체 배합물에 관한 것이다.
본 발명의 추가의 실시양태는, 카본블랙 충전량에는 아무런 제한없이, 전술된 바와 같은 배합물 제트니스 및 전술된 바와 같은 배합물 노치 아이조드 충격강도를 갖는, 하나 이상의 중합체 및 본 발명의 하나 이상의 카본블랙을 함유하는 중합체 배합물에 관한 것이다.
본 발명의 추가의 실시양태는, 카본블랙 충전량에는 아무런 제한없이, 전술된 바와 같은 배합물 제트니스 및 전술된 바와 같은 가압 시험에서의 배합물 분산 등급을 갖는, 하나 이상의 중합체 및 본 발명의 하나 이상의 카본블랙을 함유하는 중합체 배합물에 관한 것이다.
본 발명의 추가의 실시양태는, 카본블랙 충전량에는 아무런 제한없이, 전술된 바와 같은 배합물 제트니스, 전술된 바와 같은 배합물 노치 아이조드 충격강도 및 전술된 바와 같은 가압 시험에서의 배합물 분산 등급을 갖는, 하나 이상의 중합체 및 본 발명의 하나 이상의 카본블랙을 함유하는 중합체 배합물에 관한 것이다.
추가로, 본 발명에서, 중합체 배합물은 해당 분야의 숙련자에게 이해되는 바와 같은 중합체 합금을 형성하도록 하나 이상의 유형의 중합체를 함유할 수 있다. 중합체 배합물 또는 중합체 합금은 전술된 바와 같은 하나 이상의 유형의 카본블랙을 함유한다. 추가로, 통상적인 카본블랙과 같은 기타 유형의 카본블랙은 추가로 기타 보강제와 함께 존재할 수 있다. 또한 중합체 조성물에서 사용될 수 있는 기타 통상적인 성분을 포함하지만 이것으로만 제한되는 것은 아닌, 중합체 배합물 및 중합체 합금에서 전형적으로 사용되는 기타 통상적인 성분이, 추가로 본 발명에서 존재할 수 있다.
더욱 상세하게는, 본 발명에서 사용되는 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체 유형의 수지는 주로 아크릴로니트릴, 부타디엔 및 스티렌의 세 가지 성분을 갖는 공중합체로 이루어진 것이지만, 상업적으로 입수가능한 제품이 사용될 수 있다. 예를 들면, 방향족 비닐 단량체 및 비닐 시아나이드 단량체 중에서 선택된 하나 이상의 단량체를 디엔 유형의 고무에 블록 또는 그라프트 중합시킴으로써 제조된 공중합체 또는 공중합체와 블렌딩된 제품이 언급될 수 있다. 디엔 유형의 고무는 한 성분으로서 부타디엔을 중합시킴으로써 수득된 중합체이고, 그 예는 폴리부타디엔, 폴리이소프렌, 아크릴로니트릴-부타디엔 공중합체 및 스티렌-부타디엔 공중합체를 포함한다. 방향족 비닐 단량체는 예를 들면 스티렌, 알파-메틸스티렌 또는 알킬-치환된 스티렌일 수 있다. 비닐 시아나이드 단량체는 예를 들면 아크릴로니트릴, 메타크릴로니트릴 또는 할로겐-치환된 아크릴로니트릴일 수 있다. 공중합체 및 공중합체와 블렌딩된 제품의 구체적인 예는 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 삼원공중합체 및 폴리부타디엔을 아크릴로니트릴-스티렌 공중합체에 중합체-합금화시킴으로써 수득된 것을 포함한다. 추가로, 고무 성분을 함유하지 않는 아크릴로니트릴-스티렌 공중합체도 포함된다.
본 발명의 중합체 조성물 내에 존재하는 중합체에 있어서, 중합체는 임의의 중합체성 배합물일 수 있다. 바람직하게는, 중합체는 성형 용도에서 유용한 것, 예를 들면 폴리올레핀, 비닐할라이드 중합체, 비닐리덴 할라이드 중합체, 퍼를루오르화 중합체, 스티렌 중합체, 아미드 중합체, 폴리카르보네이트, 폴리에스테르, 폴리페닐렌옥사이드, 폴리페닐렌 에테르, 폴리케톤, 폴리아세탈, 비닐 알콜 중합체 또는 폴리우레탄이다. 본 발명의 실시에서 유용한 중합체 또는 수지는 PET 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리스티렌, PBT 또는 폴리부틸렌 테레프탈레이트 및 PBT 합금, 폴리프로필렌, 폴리우레탄, ABS 또는 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체, PVC 또는 폴리비닐 클로라이드, 폴리에스테르, 폴리카르보네이트, PP/PS 또는 폴리프로필렌 폴리스티렌 합금, 폴리에틸렌, 나일론, 폴리아세탈, SAN 또는 스티렌 아크릴로니트릴, 아크릴, 셀룰로스, 폴리카르보네이트 합금 및 PP 또는 프로필렌 합금을 포함한다. 이러한 물질들의 기타 조합도 사용될 수 있다. 상기 리스트는 그 외의 것들을 배제하는 것은 아니며 본 발명의 실시에서 유용한 다양한 물질을 단지 예시하는 것 뿐이다. 전술된 중합체가 주성분 또는 부성분으로서 존재하는, 이러한 하나 이상의 중합체성 물질들을 함유하는 중합체 블렌드가 사용될 수도 있다. 중합체의 구체적인 유형은 요망되는 용도에 따라 달라질 수 있다. 이는 아래에 보다 상세하게 기술되어 있다.
요망되는 성능 성질을 달성하기 위해서 특정 중합체 또는 블렌드를 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들면 중합체는 열가소성 폴리올레핀(TPO), 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 프로필렌과 에틸렌 프로필렌과 고무의 공중합체(EPR), 에틸렌 프로필렌 디엔 삼원공중합체(예를 들면 EPDM), 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(ABS), 아크릴로니트릴 EPDM 스티렌(AES), 폴리비닐클로라이드(PVC), 폴리스티렌(PS), 폴리아미드(PA, 예를 들면 PA6, PA66, PA11, PA12 및 PA46), 폴리카르보네이트(PC), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리페닐렌 옥사이드(PPO) 및 폴리페닐렌 에테르(PPE)를 포함할 수 있다. 바람직한 중합체 블렌드는 PC/ABS, PC/PBT, PP/EPDM, PP/EPR, PP/PE, PA/PPO 및 PPO/PP를 포함하지만 이것으로만 제한되는 것은 아니다. 본 발명의 중합체 조성물은 요망되는 총 성질, 예를 들면 제트니스, 전도도, 인성, 강인도, 평활도 및 인장 성질을 달성하기 위해서 최적화될 수 있다.
중합체는 열가소성 폴리올레핀(TPO), 폴리에틸렌(PE, 예를 들면 LLDPE, LDPE, HDPE, UHMWPE, VLDPE 및 mLLDPE), 폴리프로필렌, 폴리프로필렌과 에틸렌 프로필렌 고무의 공중합체(EPR), 에틸렌 프로필렌 디엔 삼원공중합체(예를 들면 EPDM), 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(ABS), 아크릴로니트릴 EPDM 스티렌(AES), 폴리옥시메틸렌(POM), 폴리아미드(PA, 예를 들면 PA6, PA66, PA11, PA12 및 PA46), 폴리비닐클로라이드(PVC), 테트라에틸렌 헥사프로필렌 비닐리덴플루오라이드 중합체(THV), 퍼플루오로알콕시 중합체(PFA), 폴리헥사플루오로프로필렌(HEP), 폴리케톤(PK), 에틸렌 비닐 알콜(EVOH), 코폴리에스테르, 폴리우레탄(PU), 폴리스티렌(PS), 폴리카르보네이트(PC), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리페닐렌 옥사이드(PPO) 및 폴리페닐렌 에테르(PPE)를 포함한다. 바람직한 블렌드는 PC/ABS, PC/PBT, PP/EPDM, PP/EPR, PP/PE, PA/PPO 및 PPO/PE를 포함한다.
중합체는 열가소성 중합체 또는 열경화성 중합체일 수 있다. 추가로, 중합체 그룹은 단독중합체, 공중합체, 삼원공중합체, 및/또는 임의의 개수의 상이한 반복 단위를 함유하는 중합체일 수 있다. 추가로, 본 발명에 존재하는 중합체 그룹은 임의의 유형의 중합체 그룹, 예를 들면 랜덤 중합체, 교대 중합체, 그라프트 중합체, 블록 중합체, 별(star)-유사 중합체 및/또는 빗(comb)-유사 중합체일 수 있다. 본 발명에서 사용되는 중합체 그룹은 하나 이상의 폴리블렌드일 수도 있다. 중합체 그룹은 상호침투 중합체 네트워크(IPN); 동시적 상호침투 중합체 네트워크(SIN); 또는 상호침투 탄성중합체성 네트워크(IEN)일 수 있다.
중합체의 구체적인 예는 선형-고 중합체, 예를 들면 폴리에틸렌, 폴리(비닐클로라이드), 폴리이소부틸렌, 폴리스티렌, 폴리카프로락탐(나일론), 폴리이소프렌 등을 포함하지만 이것으로만 제한되는 것은 아니다. 본 발명의 중합체의 기타 일반적인 부류는 폴리아미드, 폴리카르보네이트, 고분자전해질, 폴리에스테르, 폴리에테르, (폴리히드록시)벤젠, 폴리이미드, 황을 함유하는 중합체(예를 들면 폴리술파이드, (폴리페닐렌)술파이드 및 폴리술폰), 폴리올레핀, 폴리메틸벤젠, 폴리스티렌 및 스티렌 공중합체(ABS를 포함), 아세탈 중합체, 아크릴 중합체, 아크릴로니트릴 중합체 및 공중합체, 할로겐을 함유하는 폴리올레핀(예를 들면 폴리비닐 클로라이드 및 폴리비닐리덴 클로라이드), 플루오로중합체, 이오노머성 중합체, 케톤기를 함유하는 중합체, 액정 중합체, 폴리아미드-이미드, 올레핀성 이중결합을 함유하는 중합체(예를 들면 폴리부타디엔, 폴리디시클로펜타디엔), 폴리올레핀 공중합체, 폴리페닐렌 옥사이드, 폴리실록산, 폴리(비닐 알콜), 폴리우레탄, 열가소성 탄성중합체 등이다. 중합체는 폴리올레핀, 폴리우레탄, 폴리스티렌, 폴리아크릴레이트, 폴리아미드, 폴리에스테르 또는 이것들의 혼합물일 수 있다.
일반적으로, 본원에서 전문이 참고로 인용된 문헌[Encyclopedia of Chemical Technology, 제 18 권, KIRK-OTHMER, (1982), 328 내지 887 페이지], 문헌[Modern Plastics Encyclopedia '98, B-3 내지 B-210 페이지] 및 문헌["Polymers: Structure and Properties", C.A.Daniels, Technomic Publishing Co., Lancaster, PA(1989)]에 기술된 중합체 그룹이 중합체로서 사용될 수 있다. 중합체는 수많은 방식으로 제조될 수 있고, 이러한 방식은 해당 분야의 숙련자에게 공지되어 있다. 위에서 참고된 문헌[KIRK-OTHMER], 문헌[Modern Plastics Encyclopedia] 및 문헌[C.A.Daniels]은 이러한 중합체의 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 중합체 조성물은 적합한 첨가제를 공지된 취지 및 양으로 포함할 수도 있다. 예를 들면, 본 발명의 조성물은 가교제, 가황제, 안정화제, 안료, 염료, 착색제, 금속 불활성화제, 오일 증량제, 윤활제 및/또는 무기 충전제 등과 같은 첨가제를 포함할 수도 있다.
본 발명의 중합체 조성물을, 통상적인 기술을 사용함으로써, 예를 들면 상업적으로 입수가능한 혼합기를 사용하여 다양한 성분들을 함께 혼합함으로써 제조할 수 있다. 조성물을 해당 분야에 잘 공지된 바와 같은 회분식 또는 연속식 혼합 공정을 사용하여 제조할 수 있다. 예를 들면, 불연속식 내부 혼합기, 연속식 내부 혼합기, 왕복 싱글 스크류 압출기, 트윈 및 싱글 스크류 압출기 등과 같은 장치를 사용하여 배합물의 성분들을 혼합할 수 있다. 카본블랙을 중합체 블렌드 내에 직접 혼입시키거나, 중합체를 또다른 중합체와 블렌딩하기 전에, 카본블랙을 중합체들 중 하나에 혼입시킬 수 있다. 본 발명의 중합체 조성물의 성분을, 자동차용품과 같은 물질을 제조하는데 사용하기 위해, 혼합하고 펠렛으로 만들 수 있다.
카본블랙의 양에 있어서, 요망되는 성질을 달성하기 위해서, 임의의 양이 중합체 조성물에 사용될 수 있다. 예를 들면 중합체 조성물의 총중량을 기준으로 약 0.5 내지 약 50 중량%, 더욱 바람직하게는 중합체 조성물의 총중량을 기준으로 약 0.5 내지 약 10 중량%가 사용될 수 있다.
본 발명의 추가의 실시양태에서, 본 발명은 본 발명의 하나 이상의 카본블랙을 함유하는 마스터배치 또는 농축물에 관한 것이다. 마스터배치 또는 농축물은 전술된 것과 같은 하나 이상의 중합체와 함께 마스터배치 또는 농축물 양 만큼의 본 발명의 카본블랙을 함유할 수 있다. 카본블랙 충전량은 마스터배치 또는 농축물에서 전형적으로 발견되는 임의의 적합한 양일 수 있고, 예를 들면 마스터배치 또는 농축물의 총중량을 기준으로 약 10 내지 약 50 중량%이다.
본 발명의 카본블랙은 통상적인 양 또는 그 이하의 양으로서 통상적인 카본블랙이 사용되는 임의의 최종 사용 용도, 예를 들면 잉크, 코팅, 탄성중합체성 제품, 토너, 연료전지, 타이어 또는 이것의 부품, 성형부품, 케이블 또는 이것의 부품 등에 사용될 수 있다.
본 발명은 본 발명을 예시하는 하기 실시예에 의해 추가로 이해될 것이다.
"A", "B" 및 "C"로서 표시된, 하기 표 1에 명시된 성질을 갖는 본 발명의 세 가지 카본블랙을 전술된 바와 같이 및 표 1에 명시된 바와 같이 제조하였다. 이러한 카본블랙을, 하기 표에 "X" 및 "Y"로서 표시된, 카보트(Cabot)에서 상업적으로 입수가능한 두 가지의 카본블랙과 비교하고, 이러한 각각의 카본블랙에 대한 분석적 데이터를 표에 명시하였다. 전술된 바와 같은 절차를 사용하여, 이러한 모든 카본블랙을, 표에서 샘플 식별기호 옆에 명시된 충전량을 사용하여, ABS 배합물 내로 배합하였다. 예를 들면, 카본블랙 "X"를 총 ABS 배합물의 0.75 중량%의 카본블랙 충전량으로 배합하였고, 카본블랙 "X"를 총 배합물의 0.5 중량%의 카본블랙 충전량으로 배합하였고, 기타 등등이다. 비교예로서, 카본블랙을 조금도 함유하지 않는 ABS 배합물(하기 표에서 "순수 ABS"로서 표시됨)을 분석하였다. 전술된 바와 같은 시험 절차를 사용하여, 노치 및 비-노치 아이조드 충격강도, 가압 분산 등급 및 제트니스(L*)를 포함하는, 배합된 중합체의 다양한 물리적 성질을 측정하였다. 표에 명시된 데이터를 보고 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 카본블랙은, 0.50 % 로 배합 시, 0.75 %로 배합된 카본블랙 "X"의 배합물 제트니스와 동일하거나 이것을 초과하는 제트니스를 가졌다. 또한, 본 발명의 카본블랙은, 카본블랙 "X"의 제트니스와 동일하거나 더 우수한 제트니스를 제공하도록 배합 시, 탁월한 충격강도(노치 또는 비-노치) 및 가압 등급을 가졌다. 이는 0.5 %로 배합 시 본 발명의 카본블랙의 제트니스와 유사한 제트니스를 나타내지만 보다 나쁜 충격강도 및 가압 분산 등급을 나타내는 비교용 카본블랙 "Y"의 경우에는 그렇지 않다. 본 발명의 카본블랙은 높은 표면적 및 강한 제트니스를 가지면서도 비교적 분산이 용이하다.
공정 조건
샘플 식별기호 CB "X" CB "Y" CB "A" CB "B" CB"C"
공기 온도(℃) 625 625 525 525 525
공기 중 산소 함량(몰%) 20.9 20.9 23.0 23.0 23.0
산화제/기체 화학양론적 비a 1.22 1.22 1.22 1.26 1.25
산화제/총 연료 화학양론적 비a 0.347 0.366 0.331 0.342 0.342
액체 연료 중 칼륨 농도(ppm) 179 288 203 273 273
체류 시간(밀리초) 46 6 99 99 149
분석적 데이터
샘플 식별기호 CB"X" CB"Y" CB"A" CB"B" CB"C"
요오드가 254 256 341 387 438
N2SA 234 250 295 332 367
STSA 190 224 207 224 227
N2SA/STSA 1.23 1.12 1.43 1.48 1.62
DBP 68 64 69 68 72
털론 L* 1.40 0.78 1.10 0.87 0.90
털론 b* -0.69 -0.56 -0.69 -0.74 -0.73
물-살포압(mJ/㎡) 22.9 21.7 20.9 20.1 21.1
ABS 성능 데이터
샘플 식별기호 CB"X" 0.75% CB"X" 0.5% CB"Y" 0.5% CB"A" 0.5% CB"B" 0.5% CB"C" 0.5% 순수 ABS
배합물 L* 4.35 4.88 4.42 4.40 4.36 4.14
배합물 b* -1.59 -1.70 -1.56 -1.69 -1.64 -1.58
노치충격강도 (J/㎡) 12900 14300 12900 14700 14200 14000 17200
비-노치 충격강도 (J/㎡) 36500 42900 35400 41700 40900 40200 41600
가압 분산 등급 4 2 5 2 3 3.5
* 카본블랙 "X" 및 "Y"는 비교용 카본블랙이다.
카본블랙 "A", "B" 및 "C"는 본 발명의 카본블랙이다.
a 화학양론적 비는 산화제 스트림 내에 존재하는 산소의 양을 연료 스트림의 화학양론적 연소에 필요한 산소의 양으로 나눈 것으로서 정의된다.
출원인은 본 개시내용에 언급된 모든 참고문헌의 전문을 구체적으로 인용한다. 추가로 양, 농도 또는 기타 값 또는 변수가 범위, 바람직한 범위, 또는 바람직한 상한값과 바람직한 하한값의 리스트로서 주어진 경우, 이러한 범위가 따로따로 개시되는지에 상관없이, 이는 임의의 상한 또는 바람직한 값과 임의의 하한 또는 바람직한 값의 임의의 쌍으로부터 형성된 모든 범위를 구체적으로 개시하는 것으로 이해하도록 한다. 숫자의 범위가 본원에서 언급될 때, 달리 언급이 없는 한, 이러한 범위는 그것의 끝점, 및 이러한 범위 내의 모든 정수 및 분수를 포함한다. 본 발명의 범주는 범위를 정의할 때 언급된 구체적인 값으로만 제한되는 것은 아니다.
해당 분야의 숙련자라면, 본 명세서 및 여기에 개시된 본 발명의 실시를 숙지하면 본 발명의 기타 실시양태를 명백히 알게 될 것이다. 본 명세서 및 실시예는 단지 예로서 간주되며, 본 발명의 진정한 범주 및 개념은 후술되는 "청구의 범위" 및 그것의 동등물에 의해 지적된다.

Claims (31)

  1. (a) 약 150 내지 약 600 ㎎/g의 요오드가; (b) 약 40 내지 약 90 cc/100 g의 DBP 흡수도; (c) 약 1.25 내지 약 1.70의 질소 표면적/통계학적 두께 표면적 비를 가짐을 특징으로 하고, 추가로 (d) 털론 L*에 의해 측정된 1.7 이하의 제트니스 값과 (e) 23.0 J/㎡ 이하의 물-살포압 값 중 하나 또는 둘 다를 갖는 카본블랙.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 요오드가가 약 265 내지 약 600 ㎎/g인 카본블랙.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 요오드가가 약 350 내지 약 600 ㎎/g인 카본블랙.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 요오드가가 약 400 내지 약 600 ㎎/g인 카본블랙.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 DBP 흡수도가 약 50 내지 약 90 cc/100 g인 카본블랙.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 DBP 흡수도가 약 60 내지 약 90 cc/100 g인 카본블랙.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 DBP 흡수도가 약 70 내지 약 90 cc/100 g인 카본블랙.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 비가 약 1.30 내지 약 1.70인 카본블랙.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 비가 약 1.40 내지 약 1.70인 카본블랙.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 카본블랙이 상기 제트니스 값 및 상기 물-살포압 값을 갖는 카본블랙.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 제트니스 값이 약 0.4 내지 약 1.7인 카본블랙.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 제트니스 값이 약 0.4 내지 약 1.1인 카본블랙.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 물-살포압 값이 약 12.0 내지 약 23.0 mJ/㎡인 카본블랙.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 물-살포압 값이 12.0 내지 약 21.5 mJ/㎡인 카본블랙.
  15. 3단계 ABS 배합 절차를 사용하여, 배합 물질을 형성하도록 배합 물질의 총중량을 기준으로 1.5 중량% 이하의 카본블랙 충전량으로 ABS 내에 배합 시, 4.6 이하의, 배합물 L* 로서 측정된, 총 배합 물질 내에서의 배합물 제트니스를 달성하며, 배합 물질이 (a) 13,600 J/㎡ 이상의 배합물 노치 아이조드 충격강도와 (b) 가압 시험에서 4.0 이하의 배합물 분산 등급 중 하나 또는 둘 다를 갖는 것을 허용하는 카본블랙.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 배합물 제트니스가 3.0 내지 4.6인 카본블랙.
  17. 제 15 항에 있어서, 상기 배합물 제트니스 값이 3.0 내지 4.4인 카본블랙.
  18. 제 15 항에 있어서, 상기 배합물 노치 아이조드 충격강도가 약 13,600 내지 약 18,000 J/㎡인 카본블랙.
  19. 제 15 항에 있어서, 상기 배합물 노치 아이조드 충격강도가 약 14,000 내지 약 17,000 J/㎡인 카본블랙.
  20. 제 15 항에 있어서, 상기 배합물 분산 등급이 1.0 내지 약 4.0인 카본블랙.
  21. 제 15 항에 있어서, 상기 배합물 분산 등급이 약 1.0 내지 약 3.0인 카본블랙.
  22. 제 1 항의 하나 이상의 카본블랙 및 ABS를 포함하는 ABS 배합물.
  23. 제 15 항의 하나 이상의 카본블랙 및 ABS를 포함하는 ABS 배합물.
  24. 제 1 항의 하나 이상의 카본블랙 및 하나 이상의 중합체를 포함하는 중합체 배합물.
  25. 제 15 항의 하나 이상의 카본블랙 및 하나 이상의 중합체를 포함하는 중합체 배합물.
  26. 4.6 이하의, 배합물 L*로서 측정된, 총 배합 물질 내에서의 배합물 제트니스를 달성하며, (a) 13,600 J/㎡ 이상의 배합물 노치 아이조드 충격강도와 (b) 가압 시험에서 4.0 이하의 배합물 분산 등급 중 하나 또는 둘 다를 갖는, 하나 이상의 카본블랙 및 ABS를 포함하는 ABS 배합물.
  27. 제 22 항에 있어서, 상기 카본블랙이 ABS 배합물의 약 0.5 내지 약 10 중량% 의 양으로 존재하는 ABS 배합물.
  28. 제 24 항에 있어서, 상기 카본블랙이 중합체 배합물의 약 0.5 내지 약 10 중량%의 양으로 존재하는 중합체 배합물.
  29. 카본블랙이 중합체 마스터배치 또는 농축물의 총중량을 기준으로 약 10 내지 약 50 중량%의 양으로 존재하는, 제 1 항의 카본블랙 및 하나 이상의 중합체를 포함하는 중합체 마스터배치 또는 농축물.
  30. 카본블랙이 중합체 마스터배치 또는 농축물의 총중량을 기준으로 약 10 내지 약 50 중량%의 양으로 존재하는, 제 15 항의 카본블랙 및 하나 이상의 중합체를 포함하는 중합체 마스터배치 또는 농축물.
  31. 제 15 항에 있어서, 상기 배합물 제트니스 값이 3.0 내지 4.4이고, 상기 배합물 노치 아이조드 충격강도가 약 14,000 내지 약 17,000 J/㎡인 카본블랙.
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