PL163581B1

PL163581B1 - Mieszanka kauczukowa PL PL

Info

Publication number: PL163581B1
Application number: PL90285303A
Authority: PL
Inventors: Mizuo Soeda; Kazuyoshi Watanabe
Original assignee: Cabot Corp
Priority date: 1989-05-23
Filing date: 1990-05-23
Publication date: 1994-04-29
Also published as: JPH02308867A; KR0138980B1; US5212226A; DD297991A5; NL194084B; GB2232149A; PT94119B; AU5573290A; AR245761A1; DE4016475A1; PL285303A1; CN1047519A; HU903134D0; CA2017038C; SE9001840L; FR2647460B1; CZ285493B6; JPH07754B2; ES2020719A6; NL194084C

Abstract

1. M ieszanka kauczukow a, znamienna tym, ze na 100 czesci wagowych kauczuku zawiera 10-250 czesci wagowych sadzy wykazujacej liczbe J 2N 0 od co najmniej okolo 135 m g/g do okolo 200m g/g, liczbe DBP od co najmniej okolo 105cm3/1 0 0 g do okolo 150cm3/100g, stosunek C T A B /J 2N 0 wynoszacy 0,95 - 1,05, stosunek N 2SA /C TA B co najwyzej 1,05, stosunek D m odec/D m odeu wynoszacy co najmniej od 0,96 do okolo 1. PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest mieszanka kauczukowa zawierająca nową sadzę piecową o dużej powierzchni właściwej.

Stosowaną w mieszankach kauczukowych sadzę wytwarza się zwykle w reaktorze typu piecowego przez pirolizę surowca węglowodorowego w gorących gazach spalinowych, z wytworzeniem produktów spalania zawierających cząstki sadzy.

Przy sporządzaniu mieszanek kauczukowych szeroko stosuje się sadzę jako napełniacz i środek wzmacniający. Sadze stosowane do sporządzania takich mieszanek dzielą się na różne gatunki, zależnie od ich właściwości i są zwykle klasyfikowane na podstawie ich właściwości określanych analitycznie obejmujących: powierzchnię właściwą (oznaczona metodą adsorpcji jodu - J 2N 0), powierzchnię właściwą oznaczaną metodą adsorpcji azotu (N 2SA), strukturę (adsorpcja DBP) 1 podobne.

Co najważniejsze, sadze są skuteczne przy sporządzaniu wulkanizatów kauczukowych przeznaczonych do produkcji opon. W procesie wytwarzania opon pożądane jest na ogół stosowanie sadzy zapewniających opony dające się zadowalająco obsługiwać i o zadawalających właściwościach podczas jazdy na zakrętach, o zadawalającej odporności na ścieranie i właściwościach trakcyjnych (odporności na poślizg w warunkach suchych i na mokro). Sadzę stosowaną głównie na bieżniki opon klasyfikuje się jako sadzę HAF (sadza piecowa o dużej odporności na ścieranie), ISAF (sadza piecowa o stosunkowo bardzo dużej odporności na ścieranie) i SAF (sadza piecowa o bardzo dużej odporności na ścieranie), przy czym sadza SAF ma wyższą powierzchnię właściwą niż sadza ISAF, która z kolei ma powierzchnię właściwą wyższą niż sadza HAF. Odporność na ścieranie ulega na ogół poprawie ze wzrostem powierzchni właściwej.

Właściwości gatunku sadzy stają się istotnym czynnikiem do określania różnych zachowań się mieszanki kauczukowej do której wprowadzono sadzę. Zwykle, sadzę o powierzchni właściwej wyższej niż sadza ISAF stosuje się w mieszankach kauczukowych, przeznaczonych na bieżniki opon samochodów ciężarowych i autobusowych, w których głównym składnikiem jest kauczuk naturalny. Sadzę typu HAF stosuje się w mieszankach przeznaczonych na bieżniki opon do samochodów osobowych, w których głównym składnikiem są kauczuki syntetyczne, takie jak kauczuk SBR.

Wyższa powierzchnia sadzy nadaje oponom autobusowym i ciężarowym zwiększoną odporność na ścieranie. Jednak ze wzrostem powierzchni właściwej sadzy zwiększa się wytwarzanie ciepła w mieszance kauczukowej i jej histereza. Histereza mieszanki oznacza różnicę pomiędzy energią włożoną w odkształcenie mieszanki kauczukowej, a energią uwalnianą przy powracaniu jej do stanu początkowego, niezdeformowanego. Opony o niższych wartościach histerezy mają zmniejszony opór toczenia się i dlatego zmniejszają zużycie paliwa przez pojazd wyposażony w te opony.

163 581

Dlatego korzystne byłoby uzyskiwanie sadzy, nadającej mieszankom kauczukowym zarówno podwyższoną odporność na ścieranie jak i mniejszą histerezę. Opony wytworzone z mieszanki kauczukowej zawierającej taką sadzę wykazywałyby mniejsze opory toczenia się, zwiększając ekonomię zużycia paliwa przez pojazdy wyposażone w takie opony i odznaczały się zwiększoną odpornością na ścieranie, zmniejszając zużywanie się bieżnika.

Celem wynalazku są nowe mieszanki kauczukowe, korzystnie stosowane do wytwarzania opon dla pojazdów do eksploatacji handlowej (ciężarówek i autobusów), zawierających nową sadzę, która nadaje kauczukowi naturalnemu, kauczukom syntetycznym i mieszaninom kauczuku naturalnego i syntetycznego zwiększoną odporność na ścieranie i zmniejszoną histerezę. Nowa sadza ma stałą powierzchnię właściwą i strukturę.

Mieszanka kauczukowa według wynalazku na 100 części kauczuku zawiera 10 - 250 części wagowych sadzy o liczbie adsorpcji jodu (J 2N 0) od co najmniej około 135 mg/g do około 200 mg// g, DBP (liczbie adsorpcji ftalanu dwubutylu) od co najmniej około 105cm3/100g do około 150cm²/100g, stosunku powierzchni właściwej CTAB do powierzchni właściwej oznaczonej metodą adsorpcji jodu J 2N 0 (CTAB/J 2N 0) wynoszącym 0,95 -1,05, stosunku powierzchni właściwej oznaczonej metodą adsorpcji azotu (N2SA) do powierzchni właściwej oznaczonej metodą adsorpcji CTAB [N2SA/CTAB] co najwyżej 1,05, stosunku Dmodec/Dmodeu [Dmode w stanie ściśnięcia/Dmode w stanie nieściśniętym] co najmniej 0,96 do około 1,0. Korzystna mieszanka według wynalazku zawiera sadzę.która ma stosunek (ADw)c/( ADso)u[(AD5o) w stanie ściśnięcia (AD50) w stanie nieściśniętym/] wynoszący od co najmniej około 1,0 do co najwyżej około 1,15.

W nowej sadzy, gdy wartość J 2N 0 przekracza 200 mg/g, prawdopodobnie występuje aglomeracja sadzy podczas mieszania, prowadząc do zwiększenia strat histerezowych. Gdy J 2No wynosi poniżej 135 mg/g, działanie wzmacniające sadzy ulega zmniejszeniu i sadza nie tworzy korzystnej mieszanki z kauczukiem.

Gdy DBP nowej sadzy wynosi 105cm³/g lub mniej, właściwości wzmacniające sadzy nie są dostateczne, a gdy DBP przekracza 150cm³/g moduł mieszanek kauczukowych zawierających tę sadzę staje się niepożądanie wyższy, a i trwałość kompozycji kauczukowych również staje się niepożądanie wyższa.

Stosunek CTAB/J 2N 0 stanowi miarę aktywności chemicznej powierzchni. Im większy jest stosunek CTAB/J 2N 0, tym wyższa jest aktywność chemiczna powierzchni. W nowej sadzy stwierdzono, że gdy stosunek CTAB/J2No wynosi 0,95 - 1,05, właściwości wzmacniające i straty histerezowe mieszanek kauczukowych ulegają poprawie, przypuszczalnie z powodu wzajemnego oddziaływania pomiędzy kauczukiem a sadzą opartego na chemicznej aktywności powierzchni.

Stosunek N 2SA/CTAB stanowi miarę porowatości powierzchni sadzy. Im większy jest stosunek N2SA/CTAB, tym większa jest porowatość powierzchni sadzy. Gdy stosunek N2SA/CTAB wynosi 1,05 lub mniej, wzajemne oddziaływanie sadzy z kauczukiem w mieszance kauczukowej jest skuteczne.

Stosunek Dmodec/Dmodeu obrazuje stabilność struktury sadzy. Gdy wartość tego stosunku wynosi co najmniej 0,96 do około 1,0 stwierdzono, że struktura sadzy nie ulega zniszczeniu podczas ugniatania i można zachować początkowe zachowanie się sadzy.

Nową sadzę, stanowiącą składnik mieszanki według wynalazku można wytwarzać w piecowym reaktorze do wytwarzania sadzy, mającym pierwszą strefę (spalania) i strefę reakcji, oddzielone strefą przejściową, do której do strumienia gorących gazów spalinowych wtryskuje się całość lub część surowca przetwarzanego na sadzę. Surowiec przetwarzany na sadzę wtryskuje się promieniowo ku wnętrzu strumienia gorących gazów spalinowych z zewnętrznego obrzeża reaktora, a także promieniowo na zewnątrz z części środkowej. Powstała mieszanina gorących gazów spalinowych i surowca przepływa do strefy reakcyjnej. Pirolizę surowca przetwarzanego na sadzę zatrzymuje się przez ochłodzenie mieszaniny po utworzeniu się sadzy. Korzystnie pirolizę przerywa się przez chłodzenie za pomocą wtryskiwanego płynu chłodzącego, który przykładowo stanowi woda. Reaktor nadający się do wytwarzania tej sadzy ogólnie przedstawiono w opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 3 922 335. Sposób wytwarzania nowej sadzy opisano szczegółowo niżej.

163 581

Kauczukami, dla których nowa sadza według wynalazku stanowi skuteczny środek wzmacniający, są kauczuki naturalne i syntetyczne. Zwykle, w celu nadania znacznego stopnia wzmocnienia, stosuje się od około 10 do około 250 części wagowych sadzy na każde 100 części wagowych kauczuku. Korzystnie jednak stosuje się od około 20 do około 100 części wagowych sadzy według wynalazku na 100 części wagowych kauczuku, a zwłaszcza 50 - 100 części sadzy na 100 części kauczuku.

Do kauczuków, nadających się do stosowania w mieszankach według wynalazku należy kauczuk naturalny i jego pochodne, takie jak chlorokauczuk, kopolimery około 10 - 70% wagowych styrenu i około 90 - 30% wagowych butadienu, takie jak kopolimer 19 części styrenu i 81 części butadienu, kopolimer 30 części styrenu i 70 części butadienu, kopolimer 43 części styrenu i 57 części butadienu oraz kopolimer 50 części styrenu i 50 części butadienu; polimery i kopolimery sprzężonych dienów, takie jak polibutadien, poliizopren, polichloropren i podobne, i kopolimery takich sprzężonych dienów z kopolimeryzującym z nimi monomerem zawierającym grupę etylenową, takim jak styren, metylostyren, chlorostyren, akrylonitryl, 2-winylopirydyna, 5-metylo-2winylopirydyna, 5-etylo-2-winylopirydyna, 2-metylo-5-winylopirydyna, alkolopodstawione akrylany, winyloketon, keton metylowoizopropenylowy, eter metylowowinylowy, kwasy a-metylenokarboksylowe i ich estry oraz amidy, takie jak kwas akrylowy i amid kwasu dwualkiloakrylowego. Przydatne są także kopolimery etylenu z innymi wyższymi cr-olefinami, takimi jak propylen, butylen-1 i penten-1, a zwłaszcza korzystne są kopolimery etylenowo-propylenowe, w których zawartość etylenu wynosi 20 - 90% wagowych, a także polimery etylenowo-propylenowe zawierające dodatkowo trzeci monomer, taki jak dwucyklopentadien, heksadien-1,4 i metylenonorbornen.

Zaletą nowej sadzy jest to, że nadaje ona mieszankom według wynalazku zawierającymi kauczuki naturalne, kauczuki syntetyczne lub ich mieszaniny, w których skład wchodzi, zwiększoną odporność na ścieranie i niższą histerezę.

Zaletą mieszanek kauczukowych według wynalazku jest to, że nadają się one szczególnie dobrze do wytwarzania opon samochodowych pojazdów wykorzystywanych do celów przemysłowych.

Inne zalety wynalazku staną się oczywiste na podstawie jego dalszego szczegółowego opisu.

Wynalazek jest bliżej wyjaśniony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia w przekroju część jednego z rodzajów reaktora do wytwarzania sadzy piecowej, która stanowi składnik mieszanek według wynalazku, a fig. 2 - wykres przykładowej krzywej rozkładu średnicy Stokesa.

Nową sadzę można wytwarzać w modułowym reaktorze do wytwarzania sadzy piecowej, zwanym także reaktorem stopniowym. Sekcję typowego modułowego reaktora, który można stosować do wytwarzania sadzy piecowej przedstawiono na rysunku na fig. 1.

Jak przedstawiono na fig. 1, nową sadzę można wytwarzać w reaktorze do wytwarzania sadzy piecowej 2, mającego strefę spalania 10 ze strefą o zbieżnej średnicy 11, strefę przejściową 12 i strefę reakcji 18. Średnica strefy spalania 10 aż do punktu, w którym rozpoczyna się strefa o zbieżnej średnicy 11 oznaczono jako D-1; średnicę strefy 12-jako D-2; a średnicę strefy reakcyjnej 18 jako D-3. Długość strefy spalania 10 aż do punktu, w którym rozpoczyna się strefa o zbieżnej średnicy 11 oznaczono jako L-1; długość strefy o zbieżnej średnicy oznaczono jako L-2; długość strefy przejściowej oznaczono jako L-3; a długość strefy reakcji 18 oznaczono jako L-4. Sadze opisane w przykładach wytwarzano w reaktorze, w którym D-1 wynosi 52,5cm; D-2 wynosi 31,5cm; D-3 Wynosi 45,7cm; L-1 wynosi 95,3cm, L-2 wynosi 74,9cm, L-3 wynosi 29,2cm; a L-4 wynosi 121,9 cm.

Aby wytworzyć nową sadzę w strefie spalania 10 wytwarza się gorące gazy spalinowe przez spalanie ciekłego lub gazowego paliwa z odpowiednim strumieniem utleniacza, takiego jak powietrze, tlen, mieszaniny powietrza i tlenu i podobne. Zwykle ilość wprowadzanego powietrza wynosi około 15000 - 18000 Nm³/godzinę. Do paliw nadających się do wytwarzania strumienia gorących gazów spalinowych należą wszelkie łatwopalne strumienie gazów, pary lub cieczy, takie jak gaz naturalny, wodór, tlenek węgla, metan, acetylen, alkohole lub nafta. Korzystnie jednak stosuje się paliwo bogate w składniki zawierające węgiel, a zwłaszcza węglowodory. W celu ułatwienia

163 581 5 tworzenia gorących gazów spalinowych, strumień utleniacza można wstępnie podgrzać do temperatury 500 - 800°C.

Strumień gorących gazów spalinowych przepływa ze stref 10 i 11 do stref 12,14 i następnie 18. Kierunek przepływu gorących gazów spalinowych oznaczono na rysunku strzałką. Surowiec przekształcony w sadzę 30, wprowadza się zarówno w punkcie 32 (znajdującym się w strefie 12) i jednocześnie przez próbnik 16 w punkcie 34. Zwykle ilość wprowadzanego surowca wynosi 4200 -4500 kg/godzinę. Odległość od końca strefy o zbieżnej średnicy do punktu 32 oznaczono jako F-1. Odległość od punktu 32 do punktu 34 w kierunku przeciwnym do kierunku przepływu oznaczono jako F-2. W celu wytwarzania nowej sadzy, surowiec można wtryskać w ilości od około 80% do około 40% wagowych w punkcie 32, a resztę całkowitej ilości surowca, wynoszącą od około 20% do około 60% wagowych wtryskuje się w punkcie 34. Korzystnie w punkcie 32 wtryskuje się od około 75% do około 60% wagowych całkowitej ilości surowca, a pozostałą ilość, wynoszącą od około 25% do około 40% wagowych wprowadza się w punkcie 34. W podanych dalej przykładach surowiec przekształcany w sadzę 30, wtryskuje się w postaci licznych strumieni, przenikających do wewnętrznych obszarów strumienia gorących gazów spalinowych, aby zapewnić dużą szybkość mieszania i przecinania gorących gazów spalinowych i surowca przekształcanego w sadzę, i tym samym doprowadzić do szybkiego i całkowitego rozkładu i przekształcenia surowca w nową sadzę.

Mieszanina surowca przekształcanego w sadzę i gorących gazów spalinowych przepływa przez strefę 12 do strefy reakcyjnej 18. Urządzenie schładzające 40, usytuowane w punkcie 42, wtryskujące wodę 50, stosowane jest do zatrzymania pirolizy surowca, przekształcanego w sadzę, gdy powstaje nowa sadza. Punkt 42 można określić w sposób znany w technice do dobrania miejsca usytuowania urządzenia schładzającego dla zatrzymania pirolizy. Jedną z metod określania położenia urządzenia schładzającego dla zatrzymania pirolizy jest ustalenie punktu, w którym nowa sadza osiąga akceptowalny poziom ekstraktu toluenowego. Poziom ekstraktu toluenowego można mierzyć według ASTM Test D1618-83 „Carbon Black Extractables - Toluene Discoloration. Q oznacza odległość od początku strefy 18 do miejsca usytuowanego urządzenia schładzającego 42 i jest ono zmienne w zależności od miejsca usytuowania tego urządzenia.

Po schłodzeniu mieszaniny gorących gazów spalinowych i surowca przekształconego w sadzę, ochłodzone gazy przepływają dalej do dowolnych konwencjonalnych urządzeń chłodzących i rozdzielających, w których odzyskuje się sadzę. Oddzielanie sadzy od strumienia gazu osiąga się łatwo w znanych urządzeniach, takich jak precipitatory, cyklonowe urządzenia rozdzielające lub filtry workowe. Rozdzielaniu temu może towarzyszyć następne tabletkowanie przy użyciu np. tabletkarki pracującej na mokro.

Do oznaczania i oceny analitycznych właściwości sadzy oraz właściwości fizycznych mieszanek kauczukowych według wynalazku zawierających tę sadzę stosuje się następujące próby.

Powierzchnię właściwą sadzy oznaczamy metodą adsorpcji azotu (N 2SA) oznaczono według ASTM D 3037 - 88. Liczbę adsorpcji jodu sadzy (J 2No) (powierzchnia właściwa sadzy oznaczana metodą adsorpcji jodu) oznaczano według normy JIS K6221 -1982. Powierzchnię właściwą CTAB (powierzchnia właściwa oznaczana metodą adsorpcji bromku cetylotrójmetyloamoniowego) oznaczano według normy ASTM D3765 - 85. Wartość DBP (adsorpcja ftalanu dwubutylu) tabletek sadzy oznaczano według normy JIS K6221 - 1982. Tabletki sadzy kruszono, postępując według ASTM D3493.

Wartość ADso sadzy oznaczano następująco. Sporządzono histogram średnicy Stokesa agragatów próbki sadzy w zależności od częstotliwości ich występowania w danej próbce. Jak przedstawiono na fig. 2, linia (B) jest wykreślona od wierzchołka (A) histogramu w kierunku równoległym do osi Y i kończy się na osi X w punkcie (C) histogramu. Określono punkt środkowy (F) otrzymanej linii (B) i wykreślono linię (G) przez punkt środkowy (F), równoległą do osi X. Linia (G) przecina krzywą rozkładu histogramu w dwóch punktach D i E. Wartość bezwzględna różnicy dwóch średnic Stokesa cząstek sadzy w punktach D i E oznaczono jako AD<w . Dane użyte do sporządzenia histogramu oznaczono za pomocą wirówki talerzowej, takiej jak wytwarzana przez firmę Joyce-Loebl Co. Ltd, Tyne and Wear, W. Brytania. Następujący sposób postępowania jest modyfikacją sposobu postępowania opisanego w publikacji Instruction Manuał for the JoyceLoebl Disc Centrifuge, DCF4.008, publikacja z dnia 1 lutego 1985, i był stosowany do oznaczenia

163 581 danych. Postępuje się następująco: 10 mg próbkę sadzy waży się w naczanku wagowym, następnie dodaje się do 50 cm³ roztworu 10% absolutnego etanolu i 90% wody destylowanej z dodatkiem 0,05% środka powierzchniowo czynnego NONIDET P-40 (NONIDET P-40 jest zarejestrowanym znakiem towarowym środka powierzchniowo czynnego produkowanego i dostarczanego na rynek przez firmę Shell Chemical Co.). Powstałą zawiesinę dysperguje się za pomocą ultradźwięków przez 15 minut przy użyciu urządzenia Sonifier Model No. W 385, produkowanego i dostarczanego przez firme Heat Systems Ultrasonics Inc., Farmingdale, New York.

Zanim uruchomi się wirówkę talerzową, wprowadza się następujące dane do komputera, który rejestruje dane z wirówki talerzowej:

1. Ciężar właściwy sadzy, przyjęty jako 1,86 g/cm³,

2. Objętość roztworu sadzy zdyspergowanej w roztworze wody i etanolu, która w tym przypadku wynosi 0,5 cm³,

3. Objętość płynu wirówkowego, która w tym przypadku wynosi 10 cm3 wody,

4. Lepkość płynu wirówkowego, który w tym przypadku przyjęto jako 0,933 centipoise (9,39 • 10ra · S) w temperaturze 23°C,

5. Gęstość płynu wirówkowego, która w tym przypadku wynosiła 0,9975 g/cm³ w temperaturze 23°C,

Szybkość talerza, która w tym przypadku wynosiła 8000 obr/min.

7. Interwał w oznaczaniu danych, który w tym przypadku wynosił 1 sekundę.

W czasie, gdy pracuje stroboskop, talerz wirówki działa przy 8000 obr/min. Na wirujący talerz wstrzykuje się 10 cm³ wody destylowanej jako płyn wirówkowy. Poziom turbulencji ustalono na 0; i wstrzyknięto 1 cm³ roztworu 10% absolutnego etanolu i 90% wody destylowanej jako ciecz buforową. Następnie uruchomiono wyłączniki wyłączania i rozruchu wirówki talerzowej w celu uzyskania równomiernego gradientu stężenia pomiędzy płynem wirówkowym, a ciekłym buforem i gradient ten obserwowano wizualnie. Gdy gradient stał się równomierny tak, że nie było rozrózmalnej granicy pomiędzy dwoma płynami, na wirujący talerz wstrzyknięto 0,5 cm³ zdyspergowanej sadzy w roztworze wodno-etanolowym i natychmiast rozpoczęto zbieranie danych. Jeśli pojawiał się przepływ przerywano próbę. Po wstrzyknięciu sadzy zdyspergowanej w roztworze wodno-etanolowym talerz wirował przez 20 minut. Po 20 minutach wirowania talerz zatrzymano, zmierzono temperaturę płynu wirówkowego i wprowadzono do komputera, który rejestruje dane z wirówki talerzowej przeciętną temperaturę płynu wirówkowego zmierzoną na początku szarży i temperaturę płynu wirówkowego zmierzoną pod koniec próby. Dane analizowano według standardowego równania Stokesa i przedstawiono za pomocą następujących definicji:

Agregat sadzy - oddzielna sztywna jednostka koloidalna, która jest najmniejszą jednostką ulegającą dyspergowaniu; składa się on z uległych silnej koalescencji cząsteczek;

Średnica Stokesa - średnica kulki, która ulega sedymentacji w środowisku lepkim w polu działania siły odśrodkowej lub grawitacyjnej według równania Stokesa. Obiekt niekulisty, taki jak agregat sadzy, może również być przedstawiany, posługując się określeniem średnicy Stokesa, jeśli uważany jest za zachowujący się jako gładka, sztywna kulka o tej samej gęstości i szybkości osadzania jak obiekt niekulisty. Zwyczajowo jednostki wyrażane są jako średnica w mm.

Mediana średnicy Stokesa - (Dmode w celach omówienia) - punkt na krzywej rozkładu średnicy Stokesa gdzie 50% wagowych próbki jest albo większa albo mniejsza (punkt H na fig. 2). Reprezentuje ona zatem średnią wartość oznaczenia.

Wartość Dmodec i (ADso)c oznaczano, ściskając najpierw próbki zgodnie ze sposobem postępowania podanym w normie ASTM D3493 i następnie oceniając ściśnięte próbki, stosując opisany wyżej sposób postępowania.

Dane o ścieralności mieszanek kauczukowych oznaczano przy użyciu urządzenia ścierającego Lambourn. Próbki do badań miały zewnętrzną średnicę 54 mm i grubość 12,7 mm. Szmerglowe kolo miało ziarno ścierające typu C, wielkość ziarna na 80 i stopień spoiwa K. Względny stosunek poślizgu pomiędzy powierzchnią koła szmerglowego a badaną próbką wynosił 25%. Obciążenie w czasie próby wynosiło 12 kg. Dodawano 10 g/minutę proszku karborundowego o wielkości ziarna nr 100. W podanych dalej przykładach, wskaźnik ścieralności stanowi stosunek szybkości ścierania

163 581 7 mieszanki kontrolnej zawierającej sadzę IRB 6 podzielonej przez szybkość ścierania mieszanki uzyskanej przy użyciu konkretnej sadzy przy takim samym poślizgu.

Moduł, wytrzymałość na rozciąganie i wydłużenie mieszanek kauczukowych oznaczono według ASTM D 412.

Zalety wynalazku są bliżej zilustrowane w następujących przykładach.

Przykłady I -III. W trzech różnych przebiegach produkcyjnych wytworzono trzy różne nowe sadze, stosując reaktor opisany poprzednio i przedstawiony na fig. 1, stosując warunki pracy i geometrię reaktora podane w tabeli 2. Właściwości oleju opałowego, stosowanego w reakcji spalania w każdym z przykładów, jak i właściwości surowca stosowanego w każdym z przykładów, podano w tabeli 1.

Tabela 1

	olej opałowy	Surowiec
Stosunek wodór/węgiel	1,21	0,76
Wodór (% wagowe)	9,22	5,89
Węgiel (% wagowe)	90,64	92,06
Siarka (% wagowe)	0,03	0,50
BMCI (Lepkość - gęstość)	40	148
Gęstość A P I
15,5/15,6°C (ASTM D-287)	22,30	-4,59
Ciężar właściwy
15,5/15,6°C (ASTM D-287)	0,920	1,115
Lepkość według cybolta
SUS (54,4°C) (ASTM D-88)	40	50
Lepkość według Scybolta (98,9°C)
(ASTM D-88)	33	40
Ta	bel a 2

	Sadza
Przykład I	Przykład II	Przykład III
1	2	3	4
D-1, cm	52,58	52,58	52,58
D-2, cm	31,5	31,5	31,5
D-3, cm	45,72	45,72	45,72
L-1, cm	95,25	92,25	95,25
L-2, cm	74,93	74,93	74,93
L-3, cm	29,21	29,21	29,21
L-4, cm	121,92	121,92	121,92
F-1, cm	14,60	14,60	14,60
F-2, cm	31,75	0,00	0,00
Q	76,2	76,2
Punkt wtrysku oleju 32 liczba dysz x rozmiar (cm)	12x1,511	12x1,511	12x1,511
Szybkość przepływu oleju w punkcie 32/1 (godzinę)	3214,32	3073,58	3423,16
Ciśnienie oleju w punkcie 32 (10⁵ Pa)	10,7558	20,6153	17,1679
Temperatura podgrzanego oleju w punkcie 32 (°C)	120	120	120
Punki wtrysku oleju 34, liczba dysz x rozmiar (cm)	6x1,5u	6x1,5u	6x1,5u
Szybkość przepływu oleju w punkcie 34/1 (godzinę)	1198,56	1529,98	1171,32
Ciśnienie oleju w punkcie 34 (10⁵Pa)	21,0979	20,6153	17,6505
Temperatura wstępnie podgrzanego oleju w punkcie 34 (°C)	120	120	120
Powietrze do spalania, Nm³/godzinę \ 10³	18,12	16,99	20,10
Temperatura podgrzania powietrza do spalania	671,11	671,11	671,11
Paliwo, l/godzinę	1620,78	1534,52	1811,46
Stosunek powietrza do spalania	1,34	1,34	1,34
Potas, kg/godzinę	0	0,014515	0,005897
Ciśnienie cieczy schładzającej (10^sPa)	15,72	15,168	21,5806
Temperatura w punkcie chłodzenia (°C)	848,89	848,89	848,89

163 581

Sadzę wytworzoną w każdym z przykładów poddano następnie analizie sposobami wymienionymi poprzednio. Oznaczone właściwości sadzy, wytworzonej w każdym z przykładów, właściwości trzech sadz porównawczych (sadze CE) i sadzy IRB 6 przedstawiono w tabeli 3.

Tabela 3

Sadza

	Przykład I	Przykład II	Przykład III	CE 1	CE 2	CE 3	IRB#6
N₂SA (m*/g)	144	146	160	136	147	139	76
J2N0 (mg/g)	146	148	149	144	148	140	80
CTAB m²/g	151	147	153	121	139	135	79
DBP (cm³/100g)	128	119	128	114	129	114	100
CTAB/J ₂No	1,03	0,99	1,03	0,84	0,94	0,96	0,99
N2SA/CTAB	0,95	0,99	1,05	1,112	1,06	1,03	0,96
Dmodeu (pm)	65	71	64	80	75	70	110
AD 50u (pm)	51	52	51	57	62	66	75
Dmodec (pm)	65	70	63	80	71	65	103
AD 50c <)zm)	68	59	60	59	75	73	74
Dmodec/Dmodeu	1,00	0,99	0,98	1,00	0,95	0,93	0,99
AD 50c/AD 50u	1.14	1.13	1,18	1,04	1,21	1.11	0,96

Przykład IV. W przykładzie tym zilustrowano mieszanki według wynalazku zawierające nową sadzę i kauczuk naturalny.

Sporządzono mieszanki z kauczuku naturalnego, zawierające nową sadzę, sadzę porównawczą lub sadzę IRB 6, o następującym składzie:

Składnik Części wagowych

Kauczuk naturalny 100

Sadza 50

Tlenek cynku 5

Kwas stearynowy 3

Przyspieszacz MBTS (merkaptobenzotiazolosulfonamid) 0,6

Siarka 22,5

Każdą mieszankę wulkanizowano w ciągu 30 minut w temperaturze 145°C. Mieszanki oznaczane jako A, B i C zawierały odpowiednio, sadzę wytworzoną w przykładach I, II i III. Mieszanki z kauczuku naturalnego oznaczone jako mieszanki D, E i F zawierały odpowiednią sadzę porównawczą CE 1, 2 i 3. Mieszanka z kauczuku naturalnego G zawierała sadzę IRB 6. Właściwości statyyczne mieszanek z kauczuku naturalnego badano według ASTM D412. Wyniki podano w tabeli 4.

Tabela 4

Mieszanka z kauczuku naturalnego	Sadza	Moduł 300% Kg/cm²	Wytrzymałość na rozciąganie Kg/cm²	Wydłużenie przy zerwaniu %	Odbojność %	Wskaźnik ścierania %
A	Z przykładu I	159	294	475	43,5	128
B	Z przykładu II	161	295	470	44,3	138
C	Z przykładu III	147	288	485	43,8	125
D	C E. 1	149	276	495	43,0	115
E	C E 2	160	266	500	41,5	111
F	C E. 3	145	280	480	42,8	118
G	IRB ^6	143	263	485	55,8	100

Wyniki te wskazują, że wytrzymałość na rozciąganie mieszanek z kauczuku naturalnego zawierających nową sadzę są wyższe niż wytrzymałość na rozciąganie mieszanek z sadzami porównawczymi. Tak więc, nowe sadze nadają lepsze właściwości wytrzymałościowe mieszankom z kauczuku naturalnego. Ponadto odbojność mieszanek kauczukowych sporządzanych przy użyciu tej sadzy jest wyższa, a zatem straty histerezyjne tych mieszanek są niższe. Tak więc, pojazdy do

163 581 eksploatacji handlowej, takie jak autobusy lub samochody ciężarowe, wyposażone w opony zawierające nową sadzę, uzyskują lepsze przebiegi na jednostkę ilości paliwa, niż pojazdy wyposażone w opony zawierające sadze porównawcze. Co więcej, wskaźnik ścierania mieszanek kauczukowych sporządzanych z tej sadzy jest wyższy niż mieszanek wytworzonych z sadz porównawczych. Dlatego opony autobusowe i ciężarowe sporządzone z nowej sadzy będą mieć dłuższy okres życia bieżnika, niż opony wytworzone z sadz porównawczych.

Przykład V. Przykład ten ilustruje zastosowanie nowej sadzy w mieszankach z kauczuku syntetycznego. Mieszanki z kauczuku syntetycznego zawierające nową sadzę, sadze porównawcze i sadzę IRB 6 sporządzono według następującej recepty.

Składnik	Części wagowych
Kauczuk SBR (butalienowo-styrenowy) napełniony olejem	89,38
Kauczuk BR (butadienowy)	35,00
Sadza	65,00
Olej przerobowy	10,62
Tlenek cynku	3,0
Wosk	2,50
Antyutleniacz	2,00
Kwas stearynowy	2,00
Przyspieszacz CBS (N-cykloheksylo-2-benzotiazoIosulfenamid)	1,50
Przyspieszacz MBT (2-merkaptobenzotiazol)	0,20
Siarka	1,75

Każdą z mieszanek z kauczuku syntetycznego wulkanizowano w ciągu 30 minut w temperaturze 145°C.

Mieszanki z kauczuku syntetycznego oznaczone jako mieszanki T, U i V sporządzono z sadzami wytworzonymi, odpowiednio w przykładach I, II i III. Mieszanki z kauczuku syntetycznego oznaczone jako mieszanki W, X i Y sporządzono z sadzami porównawczymi, odpowiednio CE 1, CE 2 i CE 3. Mieszankę z kauczuku syntetycznego Z sporządzono z sadzą porównawczą IRB

6. Właściwości statyczne mieszanek z kauczuku syntetycznego oznaczono według podanych poprzednio norm ASTM. Wyniki przedstawiono w tabeli 5.

Tabela 5

Właściwości
Mieszanka			Wytrzymałość	Wydłużenie		Wskaźnik
z kauczuku	Sadza	Moduł 300%	na rozciąganie	przy zerwaniu	Odbój ność	ścierania
naturalnego		Kg/cm²	Kg/cm²	%	%	%
T	Z przykładu I	89	239	551	41,7	124
U	Z przykładu II	92	237	567	42,5	127
V	Z przykładu III	85	230	570	41,9	120
W	CE 1	82	219	562	41,2	115
X	C E 2	90	213	544	40,8	109
Y	CE 3	79	223	556	41,4	117
Z	IRB 5^6	83	202	613	46,4	100

Wyniki przedstawione w tabeli 5 wskazują, że wytrzymałość na rozciąganie mieszanek według wynalazku zawierających kauczuk syntetyczny i nową sadzę jest wyższa od wytrzymałości na rozciąganie mieszanek z kauczuku syntetycznego z sadzami porównawczymi. Dlatego nowa sadza nadaje mieszankom kauczukowym wyższe właściwości wytrzymałościowe. Ponadto, wartość odbojności kauczukowych sporządzonych z tej sadzy jest wyższa i dlatego straty histerezowe tych mieszanek są mniejsze. Tak więc, samochody osobowe wyposażone w opony wytworzone z mieszanek kauczukowych według wynalazku uzyskują wyższe przebiegi na jednostkę ilości paliwa niż pojazdy wyposażone w opony z mieszanek z sadzami porównawczymi. Co więcej, wskaźnik ścierania mieszanek kauczukowych zawierających nową sadzę jest wyższy niż mieszanek kauczukowych zawierających sadze porównawcze. Dlatego, opony samochodów osobowych wytworzone

163 581 z mieszanek kauczukowych według wynalazku będą miały dłuższy okres życia niż opony wytworzone z sadzami porównawczymi.

Jak widać na podstawie powyższych przykładów, mieszanki kauczukowe według wynalazku charakteryzują się niższą histerezą przy jednoczesnych doskonałych właściwościach wzmacniających (wskaźnik ścieralności).

Przedstawione postacie wynalazku stanowią tylko jego ilustrację i nie ograniczają jego zakresu. Wynalazek obejmuje modyfikacje, wchodzące w skład zastrzeżeń.

Flg. 1

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 10 000 zł

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Mieszanka kauczukowa, znamienna tym, że na 100 części wagowych kauczuku zawiera 10-250 części wagowych sadzy wykazującej liczbę J 2N 0 od co najmniej około 135 mg/g do około 200mg/g, liczbę DBP od co najmniej około 105cm3/100g do około 150cm3/100g, stosunek CTAB/J2N0 wynoszący 0,95 - 1,05, stosunek N2SA/CTAB co najwyżej 1,05, stosunek Dmodec/Dmodeu wynoszący co najmniej od 0,96 do około 1.
2. Mieszanka według zastrz. 1, znamienna tym, że zawiera sadzę wykazującą dodatkowo stosunek (Δ Dso)c/( Δ Dso)u od co najmniej około 1,0 do co najwyżej około 1,15.