NL9001997A

NL9001997A - Roet en rubbersamenstellingen die dit roet bevatten.

Info

Publication number: NL9001997A
Application number: NL9001997A
Authority: NL
Original assignee: Cabot Corp
Priority date: 1989-09-14
Filing date: 1990-09-11
Publication date: 1991-04-02
Also published as: JP2889326B2; FR2651788B1; JPH03174470A; KR0145728B1; DE4028586A1; LU87800A1; IT1244438B; DE4028586B4; KR910006428A; IT9021452A0; BR9004579A; IT9021452A1; TR24655A; US5093407A; FR2651788A1; NL194276B; NL194276C

Description

Roet en rubbersamenstellingen die dit roet bevatten.

Gebied van de uitvinding

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een klasse van nieuwe soorten ovenroet die geschikt zijn voor diverse toepassingen en bijzonder goed geschikt zijn voor het gebruik in rubbersamenstellingen. Meer in het bijzonder heeft de onderhavige uitvinding betrekking op een klasse van nieuw roetsoorten die een betere slijtvastheid opleveren, een heterogene slijtvastheid en een gripverbetering (tractie) voor rubbersamens tellingen waarin het roet wordt toegepast.

Achtergrond

Roet wordt gewoonlijk geproduceerd in een reactor van het oventype door pyrolyse van een koolwaterstofhoudende grondstof met hete verbrandingsgassen teneinde verbrandingsprodukten te produceren die het deeltjesvormige roet bevatten.

Roet kan gebruikt worden als pigmenten, vulstoffen, versterkende stoffen en voor een groot aantal andere toepassingen. Bijvoorbeeld roet wordt roet wijd gebruikt als vulstoffen en versterkende pigmenten bij het compounderen en de bereiding van rubbersamenstellingen.

Roet dat voor rubber wordt gebruikt heeft een groot aantal verschillende kwaliteiten, afhankelijk van de eigenschappen ervan en deze worden algemeen ingedeeld op basis van de analytische eigenschappen, waaronder: specifiek oppervlak (joodadsorptie (I2 No.); stikstofop-pervlak {N2SA, enz.), structuur (DBP-absorptie) en dergelijke. Methoden om het oppervlak van roet te meten omvatten een elektronenmicroscopische methode, stikstofoppervlak (N2SA) volgens de BET-methode, CTAB-oppervlak volgens de adsorptie van cetyltrimethylammoniumbromide als oppervlakte-actieve stof, en het joodadsorptiegetal (l£ No.). De structuur van een roet verwijst naar de binding van roetdeeltjes door middel van agglomeratie. Wanneer de mate van agglomeratie groter wordt, wordt de waarde van deze structuur hoger.

De eigenschappen van de kwaliteit van roet worden een belangrijke factor bij de bepaling van de diverse eigenschappen van de rubbersamen-stelling waarin het roet is verwerkt. Roet is doeltreffend bij de bereiding van rubbervulcanisatieprodukten die gebruikt worden bij de produktie van banden. Het is algemeen wenselijk bij de produktie van banden om roet te gebruiken waarmee banden kunnen worden geproduceerd met hoge slijtvastheid, heterogene slijtvastheid en met een goede grip. Deze eigenschappen zijn vooral belangrijk bij racebanden.

Het verband tussen heterogene slijtvastheid en de eigenschappen van roet is niet helemaal duidelijk. Over het algemeen wordt echter teneinde een hoge slijtvastheid te verkrijgen een roet met een groot oppervlak en een hoge mate van structuur ingebouwd in de rubbersamen-stelling die gebruikt wordt om de band te vormen. Over het algemeen is roet met een hoge N2SA ook nuttig om de grip te verbeteren van banden waarin het roet is toegepast.

Men neemt echter over het algemeen aan dat roet met een hoog specifiek oppervlak een hoge viscositeit teweegbrengt tijdens de mengfase bij de vorming van een rubberverbinding. Deze hoge viscositeit bewerkt verslechtering van de dispersie van het roet in de rubberverbinding en kan daarbij de slijtvastheid en de heterogene slijtvastheid van de rubberverbinding nadelig beïnvloeden. Wanneer het roet met een groot oppervlak dus wordt toegevoegd tijdens de vorming van de rubbersamen-stellingen, maakt het roet met groot oppervlak de rubbersamenstelling moeilijker mengbaar. Roet met een groot oppervlak kan ook moeilijker worden gedispergeerd in rubbersamenstellingen. Wanneer roet met een hoog structuurniveau wordt ingebouwd in rubbersamenstellingen, wordt verder de hardheid van de rubbersamenstellingen ongeschikt.

Het zou wenselijk zijn om een roet te ontwikkelen dat een betere slijtvastheid, heterogene slijtvastheid en een betere grip van rubbersamenstellingen zou opleveren die het roet bevatten. Met dergelijk roet gemaakte banden zouden bijzonder geschikt zijn om gebruikt te worden als racebanden.

Dienovereenkomstig is een doel van de onderhavige uitvinding de produktie van nieuw roet dat een betere slijtvastheid, een heterogene slijtvastheid en een betere grip oplevert van natuurrubbers, synthetische rubbers en samenstellingen van natuur- en synthetische rubbers die het roet bevatten.

Een ander doel van de onderhavige uitvinding is nieuwe rubbersamenstellingen, die geschikt zijn om gebruikt te worden bij de produktie van banden, in het bijzonder racebanden, die het nieuwe roet bevatten.

Andere doelstellingen van de onderhavige uitvinding worden duidelijk uit de volgende beschrijving.

Samenvatting van de uitvinding

Wij hebben een nieuwe klasse van roet ontdekt met een stikstofop-pervlak (N2SA) van ten minste ongeveer 150 m^/g tot ongeveer 180 m^/g, een DBP (dibutylftalaat absorptiegetal) van ongeveer 125 cm3/100 g 0f minder, een Dmode van 70 nm of minder, een verhouding van N2SA tot I2 No. (joodadsorptiegetal) (N2SA/I2 No.) van 0,85 tot 0,98 en een /\DBP (DBP - gebroken DBP (CDBP)) minder dan 20 cm^/lOO g. Het roet van de onderhavige uitvinding heeft bij voorkeur een DBP van 100-125 cm3/l00 g, een Dmode van 50-70 nm en een /\DBP van 10-20 cm^/lOO g. Wij hebben ook een nieuwe klasse rubbersamenstellingen ontdekt die dit roet bevatten.

Met betrekking tot de onderhavige uitvinding is gevonden dat wanneer de N2SA van het roet minder is dan 150 m2/g, het gewenste niveau van slijtvastheid niet kan worden verkregen en wanneer het N2SA van het roet meer dan 180 m2/g bedraagt, het roet meng- en dispersiepro-blemen kan opleveren tijdens de vorming van de rubbersamenstelling. Bovendien wordt de hardheid van de rubbersamenstelling ongeschikt groot wanneer de N2SA van het roet tussen 150 m2/g en l80 m2/g ligt, maar de DBP van het roet hoger is dan 125 cm3/100 g. Wanneer de Dmode van het roet meer dan 70 nm bedraagt, kan het gewenste slijtvastheidsniveau niet worden verkregen. Een N2SA/I2 No. verhouding meet de mate van oppervlak-modificatie van het roet en wanneer deze verhouding meer dan 0,98 bedraagt, wordt de slijtvastheid van een rubbersamenstelling met het roet niet verbeterd onafhankelijk van het grote oppervlak van het roet. Wanneer de /\DBP van roet 20 cm^/100 g of groter is, kan het vereiste niveau van slijtvastheid in een rubbersamenstelling met het roet niet worden verkregen onafhankelijk van de structuur van het roet.

Het roet volgens de onderhavige uitvinding kan worden geproduceerd in een roetovenreactor met een eerste (verbrandings)zone, en een reactiezone, gescheiden door een doorgangszone, waarin de hele of een gedeelte van de roet producerende grondstof kan worden geïnjecteerd in een hete verbrandingsgasstroom. De roet producerende grondstof wordt radiaal in de hete verbrandingsgasstroom geïnjecteerd van de buitenste periferie van de reactor en ook radiaal naar buiten toe geïnjecteerd vanuit het centrale gedeelte. Het resulterende mengsel van hete verbrandingsgassen en grondstof stroomt de reactiezone binnen. De pyrolyse van de roet producerende grondstof wordt gestopt door afschrikking van het mengsel wanneer het roet volgens de onderhavige uitvinding is gevormd. Bij voorkeur wordt de pyrolyse gestopt door een afschrikking waarbij een afschrikvloeistof, die in de voorbeelden water is, wordt geïnjecteerd. Een reactor die geschikt is voor het gebruik bij de produktie van roet volgens de onderhavige uitvinding wordt algemeen beschreven in het Amerikaanse octrooischrift nr. 3*922.335· De werkwijze voor de bereiding van het nieuwe roet volgens de onderhavige uitvinding wordt hieronder gedetailleerder beschreven.

De rubbers waarbij het nieuwe roet van deze uitvinding doeltreffend is als versterkende stoffen omvatten natuurlijke en synthetische rubbers. Over het algemeen kunnen hoeveelheden roet, variërend van ongeveer 10 tot ongeveer 250 gewichtsdelen worden gebruikt per 100 gewichtsdelen rubber teneinde een duidelijke mate van versterking op te leveren. De voorkeur wordt echter gegeven aan hoeveelheden die variëren van ongeveer 20 tot ongeveer 100 gewichtsdelen roet per 100 gewichtsdelen rubber en in het bijzonder wordt de voorkeur gegeven aan het gebruik van ongeveer 50 tot ongeveer 100 delen roet per 100 delen rubber.

Onder de rubbers die geschikt zijn om bij de onderhavige uitvinding gebruikt worden zijn natuurrubbers en derivaten ervan zoals gechloreerde rubber; copolymeren van ongeveer 10 tot ongeveer 70 gew.% van styreen en van ongeveer 90 tot ongeveer 30 gew.% van butadieen zoals een copolymeer van 19 delen styreen en 81 delen butadieen, een copolymeer van 30 delen styreen en 70 delen butadieen, een copolymeer van 43 delen styreen en 57 delen butadieen en een copolymeer van 50 delen styreen en 50 delen butadieen; polymeren en copolymeren van geconjugeerde diënen zoals polybutadieen, polyisopreen, polychloropreen, en dergelijke en copolymeren van dergelijke geconjugeerde diënen met een etheengroep bevattende monomeer die hiermee copolymeriseerbaar is zoals styreen, methylstyreen, chloorstyreen, acrylonitril, 2-vinyl-pyridine, 5-methyl~2-vinylpyridine, 5-ethyl-2-vinylpyridine, 2-methyl-5-vinylpyri-dine, door alkylgesubstitueerde acrylaten, vinylketon, methylisoprope-nylketon, methylvinyleter, alfa-methyleencarbonzuren en de esters en amiden daarvan zoals acrylzuur en dialkylacrylzuuramide; ook geschikt om hierin te gebruiken zijn copolymeren van etheen en andere hoge alfa-alkenen zoals propeen, buteen-1 en penteen-1; in het bijzonder wordt de voorkeur gegeven aan etheen-propeen copolymeren waarin het etheengehalte varieert van 20-90 gewichtsprocent en ook de etheen-propeenpolymeren die bovendien een derde monomeer bevatten zoals dicyclopentadieen, 1,4-hexa-dieen en methyleennorborneen.

Een voordeel van het roet volgens de onderhavige uitvinding is dat het roet een betere slijtvastheid, een heterogene slijtvastheid en een betere grip oplevert, voor verbindingen die natuurrubbers, synthetische rubbers of mengsels daarvan bevatten, waarin het roet van de onderhavige uitvinding is verwerkt.

Een ander voordeel van het roet volgens de onderhavige uitvinding is dat het roet van de onderhavige uitvinding het hardheidsprobleem het hoofd kan bieden waarmee men geconfronteerd wordt in rubbersamenstel-lingen die algemeen bekend roet met een hoge structuur bevatten.

Een ander voordeel van het roet volgens de onderhavige uitvinding is dat het roet van de onderhavige uitvinding de meng-en dispersiepro-blemen het hoofd kan bieden waarmee men geconfronteerd wordt bij de vorming van rubbersamenstellingen waarbij gebruik gemaakt wordt van algemeen bekend roet met een groot oppervlak.

Een voordeel van de rubbersamenstellingen volgens de onderhavige uitvinding is dat de rubbersamenstellingen bijzonder goed geschikt zijn om gebruikt te worden als voertuigbanden, in het bijzonder als raceban-den.

Andere voordelen van de onderhavige uitvinding worden duidelijk uit de volgende meer gedetailleerde beschrijving van de uitvinding.

Korte beschrijving van de tekeningen

Fig. 1 is een lengte-doorsnede van een gedeelte van een type ovenroetreactor die gebruikt kan worden om roet volgens de onderhavige uitvinding te produceren.

Fig. 2 is een voorbeeld van een verdelingskromme van de Stokes-diameter.

Gedetailleerde beschrijving van de uitvinding

Het roet volgens de onderhavige uitvinding wordt gekenmerkt door een N2SA van ten minste ongeveer 150 m^/g tot ongeveer l80 m^/g, een DBP van ongeveer 125 cm^/lOO g of minder, bij voorkeur 100-125 cm^/lOO g, een Dmode van 70 nm of minder, bij voorkeur 50-70 nm, een N2SA/l2 No. verhouding van 0,85 tot 0,98 en een /\DBP van minder dan 20 cm^/lOO g, bij voorkeur 10-20 cm3/100 g.

Het roet volgens de onderhavige uitvinding kan worden geproduceerd in een modulaire, ook aangeduid als een "getrapte", ovenroetreactor. Een doorsnede van een typische modulaire ovenroetreactor die gebruikt kan worden om roet te produceren volgens de onderhavige uitvinding staat weergegeven in fig. 1.

Verwijzend naar fig. 1 kan het roet volgens de onderhavige uitvinding worden geproduceerd in een ovenroetreactor 2, met een verbrandingszone 10, die een zone heeft met een convergerende diameter 11; doorgangszone 12; en reactiezone 18. De diameter van de verbrandingszone, 10, tot het punt waar de zone van de convergerende diameter 11 begint, wordt aangeduid als D-l; de diameter van zone 12 als D-2; en de diameter van de reactiezone 18 als D-3. De lengte van de verbrandingszone, 10 tot het punt waar de zone van de convergerende diameter 11 begint is aangegeven als L—1; de lengte van de zone van de convergerende diameter als L-2 en de lengte van de doorgangszone als L-3; de lengte van de reactiezone 18 als L-4. Het in de voorbeelden beschreven roet werd geproduceerd in een reactor waarin D-l 20,7 is 52,5 cm; D-2 is 31.5 cm; D-3 is 45,7 cm; L-l is 95.3 cm; L-2 is 74,9 cm; L-3 is 29,2 cm; en L-4 is 121,9 cm.

Om het roet volgens de onderhavige uitvinding te produceren worden hete verbrandingsgassen gevormd in verbrandingszone 10 door een vloeibare of gasvormige brandstof te verbranden met een geschikte oxydansstroom zoals lucht, zuurstof, mengsels van lucht en zuurstof of dergelijke. Over het algemeen ligt de hoeveelheid van ingevoerde lucht ongeveer tussen 1400 tot 2100 Nm^/h. Onder de brandstoffen die geschikt zijn om de hete verbrandingsgassen op te wekken bevinden zich alle gemakkelijk brandbare gasvormige, dampvormige of vloeibare stromen zoals aardgas, waterstof, koolstofmonoxide, methaan, ethyn, alcoholen, of kerosine. In het algemeen wordt echter de voorkeur gegeven om brandstoffen te gebruiken die een hoog gehalte koolstof bevattende bestanddelen en in het bijzonder koolwaterstoffen bevatten. Om de vorming van hete verbrandingsgassen te vergemakkelijken kan de oxydansstroom worden voorverwarmd, zoals tot een temperatuur tussen 500 en 800°C.

De hete verbrandingsgasstroom stroomt vanuit zones 10 en 11 in zone 12 en hierna in 18. De richting van de stroom van de hete verbrandingsgassen wordt aangegeven in de figuur door de pijl. Roet producerende grondstof, 30, wordt zowel bij punt 32 (in zone 12) en tegelijkertijd door sonde 16 bij punt 34 ingevoerd. In het algemeen ligt de hoeveelheid ingevoerde grondstof tussen ongeveer 300 en 500 kg/h. De afstand van het einde van de zone met de convergerende diameter tot punt 32 wordt aangegeven als F-l. De afstand van punt 32 stroomopwaarts tot punt 34 wordt aangegeven als F-2. Teneinde het roet volgens de onderhavige uitvinding te produceren kan de grondstof worden geïnjecteerd in een hoeveelheid tussen ongeveer 80 gew.% tot ongeveer 40 gew.% bij punt 32 en de rest van de totale hoeveelheid van ongeveer 20 tot ongeveer 60 gew.% bij punt 34. Bij voorkeur wordt ongeveer 75 tot ongeveer 60 gev.% van de totale hoeveelheid grondstof ingevoerd bij punt 32 en de rest van de totale hoeveelheid grondstof, van ongeveer 25 tot ongeveer 40 gew.% bij punt 34. In de hierin beschreven voorbeelden werd de roet producerende grondstof 30 ingevoerd in de vorm van een groot aantal stralen die binnendringen in de binnenste gebieden van de hete verbrandingsgasstroom teneinde te verzekeren dat er in hoge mate van menging en afschuiving van de hete verbrandingsgassen en de roet producerende grondstof plaatsvindt om snel en volledig de grondstof af te breken en om te zetten in nieuw roet volgens de onderhavige uitvinding.

Het mengsel van de roet producerende grondstof en hete verbrandingsgassen stroomt door zone 12 in reactiezone 18. Afschrikorgaan 40, bij punt 42, dat water 50 injecteert wordt gebruikt om de pyrolyse van de roet producerende grondstof te stoppen wanneer het nieuwe roet volgens de onderhavige uitvinding is gevormd. Punt 42 kan worden bepaald op iedere volgens de stand van de techniek bekende wijze om de positie van een de afschrikking uit te kiezen teneinde de pyrolyse te stoppen. Een methode om de positie te bepalen van de afschrikking teneinde de pyrolyse te stoppen is door het punt te bepalen waarbij een aanvaardbaar tolueenextractniveau voor het nieuwe roet volgens de onderhavige uitvinding wordt bereikt. Het tolueenextractniveau kan worden gemeten met behulp van een ASTM test DI618-83 "Carbon Black Extractables - Toluene discoloration". Q is de afstand vanaf het begin van zone 18 tot afschrikpunt 42 en varieert overeenkomstig de positie van de afschrikking.

Nadat het mengsel van de hete verbrandingsgassen en de roet producerende grondstof is afgeschrikt, stromen de afgekoelde gassen in een conventionele koelings- en afscheidingsapparatuur waarbij het roet wordt teruggewonnen. De scheiding van het roet uit de gasstroom wordt gemakkelijk bereikt door conventionele middelen zoals een neerslagappa-raat, een cycloonscheider of een zakfilter. Deze scheiding kan worden gevolgd door pelletisering, waarbij bijvoorbeeld gebruik wordt gemaakt van een natte-pelletiseerinrichting.

De volgende testprocedures worden gebruikt bij de bepaling en evaluatie van de analytische eigenschappen van het roet van de onderhavige uitvinding en de fysische eigenschappen van de rubbersamenstellingen die het roet van de onderhavige uitvinding bevatten.

Het stikstofoppervlak van het roet (N2SA) werd bepaald overeenkomstig ASTM D3037· Het joodadsorptiegetal van het roet (I2N0.) werd bepaald volgens JIS K6221-1982, waarin ten gevolge van de hoge waarde van de I2N0. van het roet van de onderhavige uitvinding de verhouding van joodoplossing ten opzichte van roet gelijk is aan 1:100. De DBP (dibutylftalaat absorptiewaarde) van de roetkorreltjes werd bepaald volgens de in JIS K6221-1982 uiteengezette methode. De CDBP van de roetkorreltjes werd bepaald volgens de in ASTM D 3493 uiteengezette procedure.

Dmode van het roet werd op de volgende wijze bepaald. Er wordt een histogram gemaakt van de Stokes-diameter van de aggregaten van het roetmonster uitgezet tegen de relatieve frequentie van het voorkomen ervan in een bepaald monster. Zoals aangegeven is in fig. 2 is een lijn (B) getrokken van de piek (A) van het histogram in een richting parallel aan de Y-as naar en eindigend op de X-as bij punt (C) van het histogram. Het middelpunt (F) van resulterende lijn (B) wordt bepaald en een lijn (G) wordt getrokken door het middelpunt (F) hiervan parallel aan de X-as. Lijn (G) snijdt de verdelingskromme van het histogram bij twee punten D en E. De waarde van de Stokes-diameter bij de piek van de verdelingskromme (punt A in figuur 2) is de Dmode-waarde.

De gegevens die gebruikt worden om het histogram te vormen worden bepaald door gebruikmaking van een schijfcentrifuge zoals die welke vervaardigd wordt door Joyce Loebl Co. Ltd. of Tyne and Wear, Verenigd Koninkrijk. De volgende procedure is een modificatie van de in de handleiding van Joyce Loebl disk centrifuge file reference DCF 4.008 beschreven procedure, die gepubliceerd is op 1 februari 1985 en gebruikt werd bij de bepaling van de gegevens.

De werkwijze is als volgt: 10 mg van een monster roet werd gewogen in een weegvat, hierna aan 50 cm3 van een oplossing van 10% absolute ethanol en 90% gedestilleerd water toegevoegd, dat gemaakt is met behulp van een 0,05# N0NIDET P-40 oppervlakte-actieve stof (N0NIDET P-40 is een geregistreerd handelsmerk voor een oppervlakte-actieve stof die vervaardigd en op de markt gebracht wordt door Shell Chemical Co.). De resulterende suspensie wordt 15 minuten lang gedispergeerd door middel van ultrasone energie met gebruikmaking van een Sonifier Model No. W 385, geproduceerd en verkocht door Heat Systems Ultrasonics Inc., Farmingdale, New York.

Vóór het gebruik van de schijfcentrifugeproef werden de volgende gegevens ingevoerd in de computer die de gegevens van de schijfcentrifuge opslaat: 1. Het soortelijk gewicht van roet, als 1,86 g/cm3; 2. Het volume van de oplossing van gedispergeerd roet in een oplossing van water en ethanol, dat in dit voorbeeld 0,5 cm3 iS; 3. Het volume van de "spin"-vloeistof, dat in dit voorbeeld 10 cm3 water is.

4. De viscositeit van de "spin"-vloeistof, die in dit voorbeeld wordt gesteld op 0,933 centipoise bij 23° C; 5. De dichtheid van de "spin"-vloeistof, die in dit voorbeeld 0,9975 g/cm3 bij 23° C is; 6. De schijfsnelheid, die in dit voorbeeld 8000 omw./min is; 7. De tijdsduur tussen de bemonsteringen, die in dit voorbeeld 1 seconde is.

De schijfcentrifuge werd bij 8000 omw./min bedreven, terwijl de stroboscoop in werking is. 10 cm3 gedestilleerd water wordt in de draaiende schijf als "spin"-vloeistof geïnjecteerd. Het troebelingsni-veau wordt op 0 gesteld; en 1 cm3 van oplossing van 10# absolute ethanol en 90# gedestilleerd water wordt geïnjecteerd als buffervloei-stof. De bedieningsknoppen van de schijfcentrifuge worden dan bediend teneinde een zwakke concentratiegradiënt te produceren tussen de "spin"-vloeistof en de buffervloeistof en de gradiënt wordt visueel gecontroleerd. Wanneer de gradiënt vlak wordt zodat er geen te onderscheiden grens tussen de twee vloeistoffen is wordt 0,5 cm3 van het gedispergeerde roet in een ethanoloplossing in water geïnjecteerd in de draaischijf en wordt onmiddellijk aangevangen met de gegevensverzameling. Wanneer er stroming optreedt wordt de proef afgebroken. De schijf wordt 20 minuten gedraaid na de injectie van gedispergeerd roet in de ethanoloplossing in water. Na 20 minuten draaiing wordt de schijf gestopt, de temperatuur van de "spin"-vloeistof wordt gemeten en het gemiddelde van de temperatuur van de "spin"-vloeistof, gemeten bij het begin van de proef en de temperatuur van de "spin"-vloeistof, gemeten bij het einde van de proef worden ingevoerd in de computer die de gegevens uit de schijfcentrifuge registreert. De gegevens worden geanalyseerd overeenkomstig de standaardvergelijking van Stokes en worden weergegeven met gebruikmaking van de volgende definities:

Roetaggregaat - een discrete, vaste colloïdale eenheid die de kleinste dispergeerbare eenheid is; ze is samengesteld uit sterk gecoalesceerde deeltjes;

De Stokes-diameter - de diameter van een bol die naar beneden zakt in een viskeus medium in een centrifugaal of gravitatieveld volgens de Stokes-vergelijking. Een niet-bolvormig voorwerp, zoals een roetaggregaat kan ook worden uitgedrukt in termen van de Stokes-diameter indien men ervan uitgaat dat het zich gedraagt als een gladde, vaste bol met dezelfde dichtheid en sedimentatiesnelheid als het niet-bolvormig voorwerp. De gebruikelijke eenheden worden uitgedrukt in nanometer diameter.

Mode (Dmode voor rapportage-doeleinden) - de Stokes-diameter bij het punt van de piek (punt A van figuur 2) van de verdelingskromme van de Stokes-diameter.

Gemiddelde Stokes-diameter - (Dst voor rapportage-doeleinden) het punt van de verdelingskromme van de Stokes-diameter waar 50 gew.# van het monster ofwel groter of kleiner is (punt H van figuur 2). Ze geeft daarom de gemiddelde waarde weer van de bepaling.

De in de voorbeelden beschreven rubbersamenstellingen werden gevulcaniseerd bij 1^5°C gedurende 30 en 50 minuten. De afslijtgegevens van de rubbersamenstellingen werden bepaald met gebruikmaking van een Lambourn-afslijtapparaat. De teststukken hadden een uitwendige diameter van 5^,0 mm en een dikte van 12,7 mm. De amarilschijf had een schuurkor-rel van het C-type, een korrelgrootte van #80 en een bindingsgraad K. De relatieve glijdingsverhouding tussen het oppervlak van de amarilschijf en het teststuk werd geëvalueerd bij 25/· en 60% glijdingsniveaus. Het 60#’s niveau van de relatieve glijdingsverhouding is een index van de heterogene slijtvastheid. De testbelasting was 12 kg. Tien (10) g/min carborundkorrels, korrelgrootte #100, werd toegevoegd. In de volgende voorbeelden is de slijtindex de verhouding van de afslijtsnelheid van een controlesamenstelling met IRB #6 roet, gedeeld door de afslijtsnelheid van een samenstelling, die geproduceerd is met gebruikmaking van een specifiek roet volgens de onderhavige uitvinding, bij hetzelfde gl i j dingsniveau.

Het tangens verlies (tan delta) van de rubbersamenstellingen werd bepaald met gebruikmaking van een visco-elastische spectrometer van het VES-S type, gefabriceerd door Iwamoto Seisakusho Co.. Het teststuk van rubber had een lengte van 30 mm, een breedte van 5 mm en een dikte van 2 mm. De test werd uitgevoerd bij 70°C, bij een frequentie van 10 Hz en een vervorming van 2%. De verkregen resultaten worden aangegeven als een index met betrekking tot de waarde van IRB No. 6.

De doeltreffendheid en de voordelen van de onderhavige uitvinding worden voorts geïllustreerd door de volgende voorbeelden.

Voorbeelden I-V

Vijf voorbeelden van het nieuwe roet volgens de onderhavige uitvinding werden bereid in drie verschillende proeven met betrekking tot de roetproduktie, in een hier algemeen beschreven reactor, en afgebeeld in figuur 1, met gebruikmaking van de in tabel B weergegeven reactie-omstandigheden en geometrie. De eigenschappen van de bij de verbrandingsreactie in ieder voorbeeld gebruikte brandstofolie en de eigenschappen van de in ieder voorbeeld gebruikte grondstof zijn weergegeven in tabel A:

Tabel A

Brands tof olie_Grondstofolie

Waterstof/koolstofverhouding 1,21 0,76

Waterstof (gew.#) 9>22 5>89

Koolstof (gew.%) 90,64 92,06

Zwavel (gew.#) 0,03 0,50 BMCI (Visc-Grav) 40 148 A.P.I. gewicht 15,5/15.6 C(60)F [ASTM D-287] 22,30 -4,59

Soortelijk gewicht 15,5/15,6 C(60)F [ASTM D-287] 0,920 1,115

Viscositeit, SUS (54,44°C) [ASTM D-88] 40 50

Viscositeit, SUS (98,88°C) [ASTM D-88] 33 40

De reactie-omstandigheden en geometrie waren zoals weergegeven in tabel B:

Tabel B

Roet:

Vb I Vb II Vb III Vb IV Vb V

D-l, cm 52,58 52,58 52,58 52,58 52,58 D-2, cm 31,496 31,496 31,496 31,496 31,496 D-3, cm 45,72 45,72 45,72 45,72 45,72 L-l, cm 95,25 95,25 95,25 95,25 95,25 L-2, cm 74,93 74,93 74,93 74,93 74,93 L-3, cm 29,21 29,21 29,21 29,21 29,21 L-4, cm 121,92 121,92 121,92 121,92 29,21 F—1, cm 14,6 14,6 14,6 14,6 14,6 F-2, cm 0,00 0,00 30,48 40,64 50,8 Q, cm 106,68 106,68 60,96 60,96 60,96

Olie Inj. Pt. 32, ) 12 X 12 X 12 X 12 X 12 X

Mondstukken # X-grootrbe, cm) 0,13335 0,13335 0,13335 0,13335 0,13335

Oliesnelbeid Pt. 32, 1/h 2293,9 2271,2 2134,9 2335,5 2384,8

Oliedruk Pt. 32, Mpa 1,863 1,863 1,449 1,449 1,518

Olievcorverwarming Pt. 32, °C 121,1 121,1 132,2 132,2 126,6

Olie Inj. Pt. 34,) 6 X 6 X 6 X 6 X 6 X

Mondstukken # X-grootte, cm) 0,13335 0,13335 0,13335 0,13335 0,13335

Oliesnelbeid Pt. 34, 1/h 1226,5 946,3 832,8 832,8 794,9

Oliedruk Pt. 34, MPa 1>863 1,932 1,449 1,587 1,518

Olievoorverwarming Pt. 34, °C 121,1 121,1 132,2 132,2 126,6

Ver. lucht, cnP/h 18288 18288 18288 18288 18288

Ver. lucht vcorverwarming, °C 671,1 671,1 671,1 671,1 671,1

Brandstof, 1/h 1279,4 1287 1287 1287 1249

Lucht/brarx3stofverhouding 1,34 1,34 1,34 1,34 1,34

Kalium, gr/h 0,029 0,030 0,00 0,00 0,01 afschrikkingsdruk, MPa 1,518 1,518 1,587 1,587 1,587

Temp. bij afschrikking, °C 848,8 848,8 848,8 848,8 848,8

Inj. = Injectie; Ver = verbranding;

Pt. 32 = punt 32 in figuur 1; Pt. 34 = punt 34 in figuur 1; 1/h = liter per uur; MPa = Megapascal; crn^/h = kubieke centimeter per uur, in duizenden; cm = centimeter; °C = graden Celsius

Het bij iedere proef geproduceerde roet werd hierna geanalyseerd volgens de hier beschreven procedures. De analytische eigenschappen van het in iedere proef geproduceerde roet, vier vergelijkingsvoorbeelden (V.V.) van het roet en een IRB #6 referentievoorbeeld van roet waren zoals weergegeven in tabel C:

Tabel C

Roet

Vbl Vbll VblII VblV Vb5 VV1 W2 W3 W4 IRB #6 n2sa (m2/g) 165 167 177 174 167 i44 170 172 145 76 INo (mg/g) 177 176 181 181 171 146 172 172 143 80 DBP (cm^/lOO g) 117 119 120 124 116 116 135 120 113 100 CDBP (cnP/100 g) 101 102 102 105 100 96 100 102 96 87

Dmode (nm) 67 68 70 70 68 70 66 74 72 110 N2SA/I2No. 0,93 0,95 0,98 0,96 0,98 0,99 0,99 1,00 1,01 0,95 /\DBP (cnP/100 g) 16 17 18 19 16 20 35 18 17 13 VV = vergelijkingsvoorbeeld

Voorbeeld IV

Dit voorbeeld illustreert het gebruik van nieuw roet van de onderhavige uitvinding in samenstellingen van synthetische rubber.

Samenstellingen van synthetisch rubber die het nieuwe roet van de onderhavige uitvinding bevatten, het roet van de vergelijkingsvoorbeel-den en IRB #6, werden bereid volgens het in tabel D: weergegeven recept.

Tabel D

Preparaat van synthetisch rubber (ASTM D-3191-1985)

Ingrediënt Gewichtsdelen SBR I5OO 100,00

Roet 50,00

Zinkoxïde 3»00

Stearinezuur 1,00

Versneller TBBS 1,00

Zwavel 1,75 SBR = styreenbutadieenrubber TBBS = N-tert-butyl-2-benzothiazoolsulfeenamide

Iedere samenstelling van de synthetische rubber werd gedurende 30 minuten gevulcaniseerd bij 145*0.

Rubbersamenstelling A werd bereid met roet van voorbeeld I. Rubbersamenstelling B werd bereid met roet van voorbeeld II. Rubbersamenstelling C werd bereid met roet van voorbeeld III.

Rubbersamenstelling D werd bereid met roet van voorbeeld IV. Rubber-samenstelling E werd bereid met roet van voorbeeld V. Rubbersamenstelling F werd bereid met roet van vergelijkingsvoorbeeld 1. Rubbersamenstelling G werd bereid met roet van vergelijkingsvoorbeeld 2. Rubbersamenstelling H werd bereid met roet van vergelijkingsvoorbeeld 3· Rubbersamenstelling I werd bereid met roet van vergelijkingsvoorbeeld 4. Rubbersamenstelling J werd bereid met roet van IRB #6.

De eigenschappen van samenstellingen van synthetisch rubber werden hierna geëvalueerd volgens de hier beschreven procedures. De resultaten staan weergegeven in tabel E:

Tabel E

Rubber- Tan Delta Slijt- Slijt- samenstelling index #IRB 6 index #IRB 6 index #IRB 6 25# glijdings- 60# glijdings- verhouding verhouding A (Vb. I) 125 131* 123 B (Vb. II) 123 133 123 C (Vb. III) 123 130 130 D (Vb. IV) 124 136 126 E (Vb. V) 124 134 124 F (V.V. 1) 114 125 120 G (V.V. 2) 121 127 121 H (V.V. 3) 120 120 118 I (V.V. 4) 114 126 119 J (IRB #6) 100 100 100

Deze resultaten geven aan dat de slijtindex (#IRB 6) bij het 25#'s glijdingsniveau van rubbersamenstellingen A, B, C, D en E, die het roet van de onderhavige uitvinding bevatten, hoger is dan de slijtindex (#IRB 6) bij het 25#'s glijdingsniveau van rubbersamenstelling F, G, H en I die het roet bevatten van de vergelijkingsvoorbeelden. De rubbersamen-stellingen A, B, C, D en E, die het roet van de uitvinding bevatten hebben dus een betere slijtvastheid in vergelijking met de rubbersamenstelling F, G, H en I die het roet van de vergelijkingsvoorbeelden bevatten.

De in tabel E weergegeven resultaten tonen ook aan dat de slijtindex (#IRB 6) bij het glijdingsniveau van 60# van rubbersamenstelling A, B, C, D en E die het roet van de onderhavige uitvinding bevatten, hoger is dan de slijtindex (#IRB 6) bij het 60#'s glijdingsniveau van rubbersamenstelling F, G, H en I die het roet van de vergelijkingsvoorbeeld bevatten. Rubbersamens tellingen A, B, C, D en E, met het roet van de onderhavige uitvinding hebben dus een betere heterogene slijtvastheid in vergelijking met rubbersamenstelling F, G, H en I die het roet van het vergelijkingsvoorbeeld bevatten.

De in tabel E weergegeven resultaten tonen tenslotte aan dat de tan delta index (#IRB 6) van rubbersamenstellingen A, B, C, D en E, die roet van de onderhavige uitvinding bevatten, hoger is dan de tan delta index (#IRB 6) van rubbersamenstellingen F, G, H en I, die roet van de vergelijkingsvoorbeelden bevatten. De rubbersamenstellingen A, B, C, D en E met het roet volgens de onderhavige uitvinding hebben dus betere gripeigenschappen in vergelijking met rubbersamenstellingen F, G, H en I die roet van het vergelijkingsvoorbeeld bevatten.

Er wordt duidelijk op gewezen dat de hierin beschreven vormen van de onderhavige uitvinding slechts illustratief zijn en niet bedoeld zijn om de omvang van de uitvinding te begrenzen.

Claims

1. Roet, met het kenmerk, dat het een N2SA heeft van ten minste ongeveer 150 m2/g tot ongeveer l80 m2/g, een DBP van ongeveer 125 cm3/100 g of minder, een Dmode van 70 nm of minder, een N2SA/I2 No. verhouding van 0,85 tot 0,98 en een /\DBP minder dan 20 cm3/i00 g.

2. Roet volgens conclusie 1, waarin het DBP van het roet 100-125 cm 3/100 g is, de Dmode van het roet 50-70 nm is, en de /\DBP van het roet 10-20 cm3/100 g is.

3. Een rubbersamenstelling, die ongeveer 100 gewichtsdelen rubber en ongeveer 10 tot 250 gewichtsdelen roet bevat met een N2SA van ten minste ongeveer 150 m2/g tot ongeveer 180 m2/g, een DBP van ongeveer 125 cm 3/100 g of minder, een Dmode van 70 nm of minder, een N2SA/I2 No. verhouding van 0,85 tot 0,98 en een /\DBP van minder dan 20 cm3/100 g.

4. De rubbersamenstelling volgens conclusie 3. waarin de DBP van het roet gelijk is aan 100-125 cm3/100 g, de Dmode van het roet 50-70 nm is, en de /\DBP van het roet 10-20 cm3/100 g is.