PL184911B1

PL184911B1 - Mieszanka kauczukowa zawierająca sadzę

Info

Publication number: PL184911B1
Application number: PL94310356A
Authority: PL
Inventors: ShiehChiung-Huei; FarrWilliamA.; McElwainThomasE.; TaylorRoscoeW.; PattersonWilliamJ.; DenstaedtGlennE.; JuengelRobertR.; LaubeStephenG.
Original assignee: Cabot Corp
Priority date: 1993-02-23
Filing date: 1994-02-23
Publication date: 2003-01-31
Also published as: HU214211B; MX9401378A; RU2126432C1; WO1994019412A1; DE69412075T2; PL310356A1; AU674066B2; CZ289948B6; HUT72815A; CA2155194A1; CA2155194C; TR27561A; EP0686174A1; JP3778562B2; AU6274794A; BR9405696A; ES2119180T3; JPH08507555A; DE69412075D1; CZ214195A3

Abstract

1. Mieszanka kauczukowa zawierajaca sadze, kauczuk, srodek wulkanizacji i ewen- tualnie plastyfikator, stabilizator, wosk, przyspieszacz, antyozonant i antyoksydant, zna- mienna tym, ze zawiera okolo 100 czesci wagowych kauczuku i od 10 do 250 czesci wa- gowych sadzy o CTAB wiekszym niz lub równym 140 m2 /g; CDBP wiekszym niz lub rów- nym 115 cm 3 /100 g; liczbie podbarwienia wiekszej niz lub równej 135%; ?D50 mniejszej niz lub równej 50 nm; Dmode mniejszej niz lub równej 72 nm; i wskazniku okludowanej obietosci wiekszym niz lub równym 1,30 i srodek wulkanizacji korzystnie siarke w ilosci do okolo 1,28%. PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest nowa mieszanka kauczukowa zawierająca sadzę. Sadze korzystnie nadają mieszankom kauczukowym wysoką odporność na ścieranie i odporność na zużycie przy zwykle stosowanym poziomie obciążeń. Sadza, gdy stosuje się ją w ilości niższej od zwykle stosowanej, również korzystnie nadaje mieszankom kauczukowym wysoką odporność na ścieranie i odporność na zużycie oraz mniejszą histerezę przy zwykle stosowanym poziomie obciążeń. Mieszanki kauczukowe zawierające sadzę według wynalazku mogą także zawierać krzemionkę, aby poprawić właściwości trakcyjne mieszanki.

Sadzę wytwarza się zwykle w reaktorze typu pieca przez pirolizę surowca węglowodorowego gorącymi gazami spalinowymi z wytworzeniem produktów spalania zawierających drobne cząstki sadzy.

Sadzę zwykle charakteryzuje się na podstawie właściwości oznaczanych analitycznie, obejmujących, lecz nie ograniczonych tylko do nich, powierzchnię właściwą, chemiczne właściwości powierzchni, wielkość agregatów i rozmiar cząstek. Właściwości sadzy oznacza się analitycznie za pomocą prób znanych w technice, obejmujących np. CTAB, CDBP i liczbę podbarwienia (TINT). Sadzę można także charakteryzować jej właściwościami AD50, Dmode i wskaźnikiem okludowanej objętości.

Sadze można stosować jako pigmenty, napełniacze, środki wzmacniające i w wielu różnych innych zastosowaniach. Np., sadze stosuje się powszechnie jako napełniacze i pigmenty wzmacniające do mieszania i sporządzania mieszanek kauczukowych i z tworzyw sztucznych.

184 911

Zwłaszcza, sadze są skuteczne do wytwarzania wulkanizatów kauczukowych przy produkcji opon.

Ogólnie uważa się, że właściwości sadzy wpływają na właściwości mieszanek kauczukowych lub mieszanek z tworzyw sztucznych, zawierających sadzę.

Zwykle w produkcji opon pożądane jest stosowanie mieszanek bieżnikowych zawierających sadzę, które muszą spełnić wymagania odnośnie odporności na ścieranie. Im większa jest odporność na ścieranie mieszanki kauczukowej, tym większa jest odporność na zużywanie się opony wytwarzanej z tej mieszanki i tym samym większa ilość kilometrów przebiegu, które wytrzyma opona, zanim ulegnie zużyciu.

Zwykle w produkcji opon pożądane jest także stosowanie mieszanek bieżnikowych zawierających sadzę, które mają zadawalającą histerezę. Histereza mieszanki kauczukowej dotyczy energii, rozpraszanej podczas odkształcania. Opony wytwarzane z mieszanek bieżnikowych o niższych wartościach histerezy mają zmniejszone tarcie toczne, co powoduje zmniejszenie zużycia paliwa przez pojazd z takimi oponami.

Sadza nadaje kauczukowi naturalnemu, kauczukom syntetycznym i mieszaninom kauczuku naturalnego z kauczukiem syntetycznym lepszą odporność na ścieranie i na zużycie.

Celem wynalazku jest zapewnienie nowych mieszanek kauczukowych o poprawionej odporności na ścieranie i na zużycie, sporządzonych z użyciem sadzy o odpowiednich właściwościach przy znanych poziomach obciążenia sadzą.

Celem wynalazku jest zapewnienie nowych mieszanek kauczukowych o poprawionej odporności na ścieranie i na zużycie połączonej ze zmniejszoną histerezą, sporządzonych z użyciem sadzy przy poziomach obciążenia sadzą niższych niż zwykle stosowane.

Mieszanki kauczukowe zawierające sadzę w celu poprawy właściwości trakcyjnych mieszanek kauczukowych mogą także zawierać krzemionkę. Krzemionkę powinno się wprowadzać do mieszanek kauczukowych w ilości od około 5 do około 30 części wagowych na każde 100 części wagowych składnika kauczukowego. Krzemionką stosowaną do wytwarzania mieszanek kauczukowych może być dowolna krzemionka znana fachowcowi. Np., odpowiednie do stosowania są krzemionki wytwarzane przez strącanie lub techniką pirolizy. Gdy do mieszanki wprowadza się krzemionkę, korzystnie stosuje się także dowolny z dobrze znanych środków sprzęgających.

Nowa mieszanka kauczukowa według wynalazku zawierająca kauczuk, sadzę, środek wulkanizacji i ewentualnie plastyfikator, stabilizator, wosk, przyspieszacz, antyozonant i antyoksydant, charakteryzuje się tym, że zawiera około 100 części wagowych kauczuku i od 10 do 250 części wagowych sadzy o CTAB większym niż lub równym 140 m²/g; CDBP większym niż lub równym 115 cm3/100 g; liczbie podbarwienia większej niż lub równej 135%; AD50 mniejszej niż lub równej 50 nm; Dmode mniejszej niż lub równej 72 nm; i wskaźniku okludowanej objętości większym niż lub równym 1,30 i środek wulkanizacji korzystnie siarkę w ilości do około 1,28%.

Mieszanka korzystnie zawiera sadzę o CTAB wynoszącym 140-250 m2/g; CDBP 120-150 cm³/100 g; liczbie podbarwienia 145-180%; AD50 mniejszej niż lub równej 47 nm; Dmode wynoszącej 40-67 nm; i wskaźniku okludowanej objętości wynoszącym 1,40-2,0.

Mieszanka zawiera sadzę o AD50 korzystnie wynoszącej 20-45 nm.

Mieszanka według wynalazku zawiera sadzę charakteryzującą się ponadto N₂ SA większą niż lub równą 150 m /g, a mniejszą niż 180 m2/g, i o dBp większą niż lub równą 140 cm3/100 g, korzystnie 140-180 cm³/100 g.

Mieszanka według wynalazku zawiera sadzę korzystnie w ilości od około 10 do około 100 części wagowych, korzystniej od około 10 do około 45 części wagowych.

Mieszanka według wynalazku zawiera ponadto krzemionkę w ilości od około 5 do około 30 części wagowych.

Sadzą wchodzącą w skład mieszanki kauczukowej według wynalazku jest sadza o CTAB (liczba absorpcji bromku cetylotrójmetyloamoniowego) większej niż lub równej 140 m2/g (metrów kwadratowych na gram), korzystnie 140-250 m2/g; CDBP (absorpcji ftalanu dwubutylu w stanie zgniecionym) większą niż lub równą 115 cm3/100 g (centymetrów sześciennych ftalanu dwubutylu na 100 g sadzy), korzystnie 120-150 cm3/100 g, liczbie podbarwienia większej niż

184 911 lub równej 135%, korzystnie 145-180%, AD50 mniejszej niż lub równej 50 nm (nanometrów), korzystnie mniejszej niż lub równej 47 nm, zwłaszcza 20-45 nm; Dmode mniejszej niż lub równej 72 nm, korzystnie 40-67 nm, i wskaźniku okludowanej objętości większym niż lub równym 1,30, korzystnie 1,40-2,0. Korzystnie, sadza według wynalazku charakteryzuje się ponadto N2 SA (powierzchnia właściwa oznaczana metodą absorpcji azotu) większą niż lub równą 150 m²/g, a mniejszą niż 180 m²/g, i DBP (absorpcja ftalanu dwubutylu) większą niż lub równą 140 cm³/100 g, korzystnie 140-180 cm³/100 g.

Sadzę mieszanki według wynalazku można wytwarzać w piecowym reaktorze do wytwarzania sadzy, zawierającym pierwszą strefę (strefę spalania), strefę przejściową i strefę reakcji. Surowiec przetwarzany na sadzę wtryskuje się w dowolny znany sposób do strumienia gorących gazów spalinowych. Powstała mieszanina gorących gazów spalinowych i surowca przepływa do strefy reakcji. Pirolizę surowca przetwarzanego na sadzę zatrzymuje się przez ochłodzenie mieszaniny, gdy powstała sadza. Korzystnie pirolizę zatrzymuje się przez wtryskiwanie cieczy chłodzącej. Sposób wytwarzania nowej sadzy według wynalazku bardziej szczegółowo opisano dalej.

Do kauczuków, dla których sadza mieszanki według wynalazku jest skuteczna, należą kauczuk naturalny i kauczuki syntetyczne lub ich mieszaniny bądź mieszanki. Określenie „obciążenie” lub „poziom obciążenia” oznacza ilość sadzy stosowaną w procesie sporządzania mieszanki kauczukowej z wprowadzaniem sadzy. Zwykle, aby sporządzić mieszanki kauczukowe o podwyższonej odporności na ścieranie i odporności na zużycie, na każde 100 części wagowych kauczuku można stosować sadzę w ilości od około 10 do około 250 części wagowych, przy czym korzystnie ilość ta zmienia się od około 10 do 100 części wagowych sadzy na 100 części wagowych kauczuku. Aby uzyskać mieszanki kauczukowe łączące podwyższoną odporność na ścieranie i odporność na zużycie z niską histerezą, można stosować od około 10 do około 45 części wagowych sadzy na 100 części wagowych kauczuku.

Mieszanki kauczukowe zawierające sadzę według wynalazku mogą także, w celu poprawienia właściwości trakcyjnych, zawierać krzemionkę. Krzemionkę powinno się wprowadzać do mieszanki kauczukowej w ilości od około 5 do około 30% wagowych na 100 części wagowych składnika kauczukowego. Krzemionką, stosowaną do sporządzania mieszanek kauczukowych może być dowolna krzemionka znana fachowcowi. Np., odpowiednie do stosowania są krzemionki wytwarzane przez strącanie lub techniką pirolizy. Gdy do mieszanki wprowadza się krzemionkę, korzystnie stosuje się także dowolny z dobrze znanych środków sprzęgających.

Stosunek odporność na zużycie/histereza mieszanek kauczukowych przeznaczonych na bieżniki opon jest ważny dla fachowców. Zwykle korzystne są wyższe stosunki odporność na zużycie/histereza. Np., mieszanki kauczukowe wytwarzane z mieszanek kauczukowych zawierających sadzę Vulcan® 10H, wytwarzaną i sprzedawaną przez firmę Cabot Corporation, Boston, Massachussetts, mają stosunek odporność na zużycie/histereza około 1,0, gdy obie te właściwości wyrazić jako odniesione do standardowej mieszanki bieżnikowej.

Sadza mieszanki według wynalazku nadaje lepszą odporność na ścieranie i odporność na zużycie przy poziomach obciążeń zwykle stosowanych w mieszankach na bieżniki. Ponadto, stwierdziliśmy, że poziomy obciążeń sadzą według wynalazku w mieszankach kauczukowych można obniżyć poniżej poziomów zwykle stosowanych w mieszankach do produkcji opon, co powoduje uzyskanie mieszanek do produkcji opon o zmniejszonych wartościach histerezy przy utrzymaniu wyższej odporności na ścieranie i odporności na zużycie mieszanki kauczukowej.

Do kauczuków odpowiednich do stosowania w wynalazku należą wszelkie kauczuki naturalne, kauczuki syntetyczne, i mieszaniny kauczuków naturalnych i syntetycznych. Typowymi kauczukami są kauczuki butadienowo-styrenowe (SBR), powszechnie znane w technice, lecz nie ograniczone tylko do nich, modyfikowane olejem i czyste: emulsje SBR, wysokostyrenowe SBR, roztwory SBR, rafinowane roztwory SBR i roztwory SBR zawierających grupy funkcyjne.

184 911

Zaletą sadzy mieszanki według wynalazku jest to, że nadaje ona ulepszoną odporność na ścieranie i odporność na zużycie kauczukom naturalnym, kauczukom syntetycznym, i mieszaninom kauczuków naturalnych i syntetycznych zawierających tę sadzę.

Inną zaletą sadzy mieszanki według wynalazku jest to, że nadaje ona ulepszoną odporność na ścieranie i odporność na zużycie połączoną z niską histerezą kauczukom naturalnym, kauczukom syntetycznym, i mieszaninom kauczuków naturalnych i syntetycznych zawierających tę sadzę przy poziomach obciążenia sadzą niższych od zwykle stosowanych do wytwarzania mieszanek bieżnikowych.

Zaletą mieszanek kauczukowych według wynalazku jest to, że nadają się one szczególnie do stosowania do produkcji opon do samochodów osobowych, ciężarowych i autobusów o podwyószonżj odporności na zużycóe, dzięki częmu otrzymuje się opony o dłuższym okresie użytkowania w porównaniu z cpcna.mi wytwarzanymi z mieszanek kauczukowych zawierających znane sadze. Te właściwości opon są szczególnie korzystne w przypadku opon stosowanych przez cały rok bez względu na porę roku, opon tocznych, opon do samochodów osobowych zapewniających duży komfort jazdy oraz w przypadku opon do samochodów ciężarowych i autobusów stosowanych przy lekkich i średnich obciążeniach.

Inną zaletą mieszanek kauczukowych według wynalazku jest to, że mieszanki kauczukowe zawierające 'sadzę mieszanki według wynalazku przy niskich poziomach obciążeń nadają się szczególnie do stosowania do produkcji opon o podwyższonej cdpornnści na zużycie i zmniejszonym tarciu tocznym w porównaniu z oponami wytwarzanymi z mieszanki kauczukowej zawierającej znaną sadzę w podobnie zmniejszonym poziomie obciążenia sadzą. Mieszanki kauczukowe według wynalazku zawierające sadzę o małym poziomie obciążenia sadzą są szczególnie przydatne do stosowania do produkcji opon do samochodów osobowych, opon do samochodów ciężarowych stosowanych przy lekkich i średnich obciążeniach i opon do pojazdów do wielkogabarytowych ładunków specjalnych, gdzie korzystna jest minimalna histereza przy zachowaniu odporności na zużycie. Np., w przypadku opon do lekkich samochodów ciężarowych i do samochodów osobowych, ważna jest oszczędność paliwa i korzystnie zostaje ona zwiększona dzięki oponom z mieszanek o zmniejszonej histerezie. W przypadku opon do pojazdów do wielkogabarytowych ładunków specjalnych, osiągi oznacza się często w tonokilometrach na godzinę, które zwiększają się przy zmniejszeniu histerezy.

Inne zalety wynalazku staną się widoczne na podstawie następującego szczegółowego opisu i zastrzeżeń.

Figura 1 przedstawia przekrój poprzeczny części jednego z typów reaktora piecowego do wytwarzania sadzy, który można stosować do wytwarzania sadzy mieszanki według wynalazku.

Figura 2 przedstawia histogram dla próbki saOon, obrazujący zależność ułamka wagowego agregatów w próbce sadzy w zależności od średnicy Stokesa w danej próbce.

Sadza mieszanki według wynalazku charakteryzuje się następującą kombinacją właściwości oznaczanych analitycznie:

CTAB > 140 m²/g, korzystnie 140 m²/g, < CTAB < 250 m²/g;

CDBP > 115cm³/100 g, korzystnie 120 cm³/100 g < CDBP < 120 cm³/100 g;

Tint > 135, korzystnie 145% < Tint < 180%;

AD50 < 50 nm, korzystnie AD50 < 47 nm, zwłaszcza 20 nm < AD50 < 45 nm;

Dmode < 72 nm, korzystnie 40 nm < Dmode < 67 nm; i

Wskaźnik okludowanej objętości > 1,30; korzystnie 1,40 < wskaźnik okludowanej objętości < 2,0.

Korzystnie, sadzę mieszanki według wynalazku charakteryzuje się ponadto przez:

150 m2/g < N₃SA < 180 m2/g; i

DBP > 140 cm3/100 g, korzystnie 140 cm.3/100 g < DBP < 180 cm3/100 g.

Sadzę mieszanki według wynalazku można wytwarzać w modułowym reaktorze piecowym do wytwarzania sadzy, określanym także jako reaktor „stopniowy”. Sekcję typowego piecowego reaktora do wytwarzania sadzy, który można stosować do wytwarzania sadzy stosowalnej w mieszance według wynalazku proedjtawicno na fig. 1. Inne szczegóły dotyczące

184 911 typowego piecowego reaktora do wytwarzania sadzy można znaleźć w opisie patentowym Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 3922335, którego ujawnienie włączono tu jako odnośnik.

Jak przedstawiono na fig. 1, sadzę można wytwarzać w reaktorze typu pieca do wytwarzania sadzy 2, mającego; strefę spalania 10, zawierającej strefę o zbieżnej średnicy 11; strefy wtryskiwania surowca 12 i 14; i strefę reakcji 18. Średnica strefy spalania 10; aż do miejsca rozpoczynania się strefy o zbieżnej średnicy 11 oznaczono jako D-1; średnicę strefy o zbieżnej średnicy 11 w najwęższym miejscu oznaczono jako D-2; średnicę strefy 12 jako D-3, średnicę strefy 14 jako D-4, a średnicę strefy reakcji 18 jako D-5.

Aby wytworzyć sadzę stosowaną w mieszance według wynalazku, w strefie 10 generuje się gorące gazy spalinowe, kontaktując płynne lub gazowe paliwo ze strumieniem odpowiedniego utleniacza, takiego jak powietrze, tlen, mieszanina powietrza z tlenem i podobne. Do paliw nadających się do stosowania w strumieniu kontaktowanym ze strumieniem utleniacza w strefie 10 w celu wytworzenia gorących gazów spalinowych należą dowolne łatwo spalające się gazy, pary lub ciecze, takie jak gaz ziemny, wodór, tlenek węgla, metan, acetylen, alkohole lub nafta. Zwykle korzystnie jednak stosuje się paliwa o wysokiej zawartości składników zawierających węgiel, a zwłaszcza węglowodory. Stosunek powietrze/paliwo, stosowany do wytwarzania sadzy według wynalazku może korzystnie wynosić od 8 : 1 do 20 : 1. Dla fachowców zrozumiałe jest, że dla ułatwienia wytwarzania gorących gazów spalinowych, strumień utleniacza można wstępnie ogrzać.

Strumień gorących gazów spalinowych przepływa ze stref 10 i 11 do stref 12, 14, a następnie 18. Surowiec do wytwarzania sadzy, 30, wprowadza się w punkcie 32, umieszczonym w strefie 12, i w punkcie 32, umieszczonym w strefie 12. Odpowiednimi do stosowania jako surowiec węglowodorowy tworzący sadzę, lotnymi w warunkach reakcji, są węglowodory nienasycone, takie jak etylen, propylen, butylen; węglowodory aromatyczne, takie jak benzen, toluen, i ksylen; pewne węglowodory nasycone; i węglowodory przechodzące w stan lotny, takie jak nafty, naftaleny, terpeny, żywice etylenowe, wielopierścieniowe związki aromatyczne, i podobne. Aby wytwarzać sadzę surowiec można wtryskiwać w ilości od około 50% do około 80% wagowych, w punkcie 32, a pozostałość całkowitej ilości surowca, od około 20% do około 50% wagowych, wtryskuje się w punkcie 34. Korzystnie, od około 55% do około 70% całkowitej wagowej ilości surowca wprowadza się w punkcie 32, a pozostałość całkowitej ilości surowca, od około 45% do około 30% wagowych, wprowadza się w punkcie 34. W podanych tu przykładach surowiec tworzący sadzę 30, wtryskuje się zasadniczo poprzecznie z obrzeża strumienia gorących gazów spalinowych w postaci licznych drobnych, spójnych strumieni, przenikających do wewnętrznych obszarów strumienia gorących gazów spalinowych, w celu zapewnienia dużej szybkości mieszania i ścinania gorących gazów spalinowych i surowca do wytwarzania sadzy tak, aby gwałtownie i całkowicie rozłożyć surowiec i przekształcić go w sadzę stosowaną w mieszance według wynalazku. Odległość pomiędzy punktem 32 a punktem 34 oznaczono na rysunku jako L-1.

Mieszanina surowca węglowodorowego do wytwarzania sadzy i gorące gazy spalinowe przepływają ze stref 12 i 14 do strefy reakcji 18. Miejsce chłodzenia 40, umiejscowione w punkcie 42, w którym wtryskuje się płyn chłodzący 50, stosuje się do ochłodzenia mieszaniny surowca węglowodorowego do wytwarzania sadzy i gorących gazów spalinowych, aby przerwać pirolizę surowca węglowodorowego do wytwarzania sadzy gdy zostanie utworzona nowa sadza według wynalazku. Położenie punktu 42 można ustalić w dowolny znany sposób wyboru miejsca chłodzenia aby przerwać pirolizę. Jeden ze sposobów określania miejsca chłodzenia, w którym zatrzymuje się pirolizę polega na określeniu miejsca, w którym osiąga się akceptowalny poziom ekstraktu toluenowego dla sadzy stosowanej w mieszance według wynalazku. Poziom ekstraktu toluenowego można oznaczać w próbie według ASTM Test D1619-83 „Carbon Black Extractables - Toluene Discoloration”. L-2 oznacza odległość od początku strefy 18 do punktu 42, i zmienia się w zależności od miejsca chłodzenia.

Po ochłodzeniu mieszaniny surowca węglowodorowego do wytwarzania sadzy i gorących gazów spalinowych, ochłodzone gazy zawierające sadzę przepływają do dowolnego znanego urządzenia chłodzącego i oddzielającego, w którym odzyskuje się sadzę. Oddzielanie sadzy od strumienia gazów osiąga się łatwo znanymi środkami, takimi jak strącanie, rozdzielanie

184 911 w cyklonie i w filtrze workowym. Po oddzieleniu sadzy granuluje się ją, stosując np. granulator do granulowania na mokro.

Do oznaczania i oceny właściwości sadzy oznaczanych analitycznie i właściwości fizycznych mieszanek kauczukowych stosuje się następujące procedury badawcze.

Właściwości sadzy oznaczane analitycznie

CTAB sadzy oznacza się według ASTM Test Procedure D3765-85. Liczbę jodową (J2N 0) sadzy oznacza się według ASTM Test Procedure D1510. Powierzchnię właściwą oznaczaną metodą adsorpcji azotu oznacza się według ASTM Test Procedure D3037-Method A. Liczbę absorpcji ftalanu dwubutylu (DBP) sadzy oznacza się według ASTM Test Procedure D3493-86. Moc podbarwiania sadzy oznacza się według ASTM Test Procedure D3265-85a. Wartość CDBP sadzy oznacza się według procedury podanej w ASTM D3493-86.

Wskaźnik okludowanej objętości sadzy jest miarą objętości wewnętrznych porów agregatów sadzy. Znaczenie wskaźnika okludowanej objętości sadzy jest znane fachowcom i zostało opublikowane przez Medalia (A.I. Medalia, J, Colloid Interface Sci. 32, 115 (1970)), a ostatnio omówione przez Herda i innych (C.R. Herd, G.C. McDonald and W.M. Hess, Rubber Chem. and Tech. 65, 107 (1992)).

Wskaźnik okludowanej objętości sadzy oznacza się przy użyciu pewnych parametrów morfologii agregatów sadzy, uzyskanych przy użyciu mikroskopii elektronowej i analizy obrazu. Do mikroskopii elektronowej stosuje się sposób postępowania według ASTM Standard D-3 849-87 „Standard Test Method for Carbon Black - Primary Aggregate Dimensions From Electron Microscope Image Analysis”. Definicje A („powierzchnia”) i P („obwód”) zawarto w Section 11, Calculations, normy ASTM D-3849:

A = pole powierzchni rzutu agregatów sadzy ' P = obwód agregatu.

Średnicę równoważnego koła („Diameter of an Equivalent Circle” (Dc)) stanowi geometryczne przekształcenie miary powierzchni, określanej jako obliczone z wzoru:

Dc = \4Λ/π

Ves oznacza objętość równoważnej kuli, w której:

Ves= objętość równoważnej kuli = n/6(Dc)³.

Vaag określa się jako objętość agregatu sadzy, w którym

Vagg = objętość agregatu sadzy = 8A²/3P.

Wskaźnik okludowanej objętości sadzy oznacza się na podstawie Ves i Vagg, stosując następującą zależność:

Wskaźnik okludowanej objętości = WZÓR

Dmode i AD50 sadzy oznacza się w następujący sposób. Sporządza się histogram średnicy Stokesa agregatów próbek sadzy w zależności od względnej częstotliwości ich występowania w danej próbce. Jak przedstawiono na fig. 2, wykreśla się linię (B) od piku (A) histogramu w kierunku równoległym do osi Y i kończąca się na osi X w punkcie (C) histogramu. Określa się punkt środkowy (F) otrzymanej linii (B) i wykreśla się linię (G) przez jej punkt środkowy (F), równoległą do osi X. Linia (G) przecina krzywą rozkładu histogramu w dwóch punktach D i E. Bezwzględna wartość różnicy dwóch średnic Stokesa cząstek sadzy w punktach D i E jest wartością AD50.

Dane stosowane do tworzenia histogramu oznacza się przy użyciu wirówki talerzowej, takiej jak wytwarzana przez firmę Joyce Loebl Co. Ltd. of Tyne and Wear, Zjednoczone Królestwo. Następujący sposób postępowania jest modyfikacją sposobu postępowania, opisanego w instrukcji obsługi wirówki talerzowej Joyce Loebl o symbolu DCF 4.008, opublikowanej 1 lutego 1985 roku, której treść włączono tutaj jako odnośnik, i stosowanej do oznaczania tych danych.

Postępuje się następująco. W naczynku wagowym odważa się 10 mg (miligramy) próbkę sadzy, a następnie dodaje się 50 cm³ 0,05% roztworu środka powierzchniowo czynnego Nonidet P-40 (Nonidet P-40 jest zarejestrowanym znakiem towarowym środka powierzchniowo czynnego wytwarzanego i sprzedawanego przez firmę Shell Chemical Co.) w mieszaninie 10%o absolutnego alkoholu z 90% wody destylowanej. Powstałą zawiesinę dysperguje się za pomocą energii ultradźwięków w ciągu 15 minut, stosując urządzenie Sonifier Model

184 911

No. W 385, wytwarzane i sprzedawane przez firmę Heat System Ultrasonics Inc., Farmingdale, New York.

Wprowadza się następujące dane do komputera, rejestrującego następnie dodatkowe dane z wirówki talerzowej:

1. Ciężar właściwy sadzy, przyjęty jako 1,86 g/cni;

2. Objętość roztworu sadzy zdyspergowanej w roztworze wody i etanolu, wynoszącą w tym przypadku 0,5 cm?;

3. Objętość wirowanego płynu, przyjętą w tym przypadku jako 0,933 centipuazów w temperaturze 23°C;

4. Lepkość wirowanego płynu, przyjętą w tym przypadku jako 0,933 centipuazów w temperaturze 23 °C;

5. Gęstość wirowanego płynu, wynoszącą w tym przypadku 0,9975 g/cm3 w temperaturze 23°C;

6. Prędkość talerza, wynoszącą w tym przypadku 8000 obrotów/minutę;

7. Odstęp czasu przy próbkowaniu, wynoszący w tym przypadku 1 sekundę.

Wirówka talerzowa obraca się z prędkością 8000 obrotów/minutę, przy czym działa stroboskop. Na wirujący talerz jako wirowany płyn wstrzykuje się 10 cm3 wody destylowanej. Poziom zmętnienia ustawia się na 0 i wtryskuje się 1 cm roztworu 10% absolutnego alkoholu w 90% wody destylowanej jako ciecz buforującą. Następnie operuje się przyciskami przyspieszenia i wyłączania wirówki talerzowej, aby wywołać gładki gradient stężenia pomiędzy wirowanym płynem a cieczą buforującą i gradient ten kontroluje się wizualnie. Gdy gradient ten staje się gładki, tak, że nie ma rozróżnialnej granicy pomiędzy obydwoma płynami, na wirujący talerz wtryskuje się 0,5 cm3 sadzy zdyspergowanej w wodnym roztworze etanolu i natychmiast rozpoczyna się zbieranie danych. Jeśli pojawiają się strumienie, próbę odrzuca się. Talerz wiruje wciągu 20 minut po wtryśnięciu sadzy zdyspergowanej w wodnym roztworze etanolu. Po 20 minutach wirowania talerz zatrzymuje się, mierzy się temperaturę wirowanego płynu i do komputera rejestrującego dane z wirówki talerzowej wprowadza się średnią, temperaturę wirowanego płynu mierzoną na początku próby i temperaturę wirowanego płynu mierzoną na końcu próby. Dane te analizuje się zgodnie ze standardowym równaniem Stokesa i przedstawia się, stosując następujące definicje:

Agregat sadzy - osobna, sztywna jednostka o rozmiarach koloidalnych, będąca najmniejszą dyspergowalnąjednostką; składa się z rozległych skoagulowanych cząstek;

Średnica Stokesa - średnica kuli, która osadza się w lepkim medium w polu działania siły odśrodkowej lub siły ciążenia zgodnie z równaniem Stokesa. Obiekty niekuliste, takie jak agregaty sadzy, można także przedstawiać za pomocą średnicy Stokesa, jeśli uznać je za zachowujące się jak gładka, sztywna kula o takiej samej gęstości i szybkości osadzania. Zwykle średnice tę wyraża się w nanometrach.

Moda (Dmode dla celów opisu) - Średnica Stokesa w punkcie piku (punkt A na fig. 2) krzywej rozkładu dla średnicy Stokesa.

Mediana średnicy Stokesa - (Dst dla celów opisu) punkt na krzywej rozkładu średnicy Stokesa, w którym 50% wagowych próbki jest albo większa albo mniejsza. Dlatego reprezentuje ona wartość mediany oznaczenia.

Sposoby badania mieszanki kauczukowej

Dane o odporności na ścieranie mieszanki kauczukowej oznaczano, stosując urządzenie ścierające oparte na maszynie typu Lambouma. Wartości odporności na ścieranie (cm3/cm drogi) mierzono przy poślizgu 7%, 13%, i 21% Poślizg określano na podstawie względnej szybkości badanego koła i kamienia ścierającego. W następujących przykładach wskaźnik odporności na ścieranie stanowi stosunek wartości odporności na ścieranie mieszanki kontrolnej, zawierającej sadzę Vulcan 10H, chronionego tym znakiem towarowym produktu firmy Cabot Corporation, Boston, Massachusetts, dzielonej przez wartość odporności na ścieranie mieszanki wytwarzanej przy użyciu szczególnej sadzy według wynalazku, przy takim samym poślizgu.

Moduł, wytrzymałość na rozciąganie i wydłużenie mieszanek kauczukowych mierzono sposobem podanym w ASTM D412.

184 911

Twardość Shore A mieszanek kauczukowych oznaczano sposobem podanym w ASTM D-2240-86.

Odbojność oznaczano na wszystkich próbkach kauczuku, stosując Zwick Rebound Resilience Tester, Model 5109, wytwarzany przez firmę Zwick of America, Inc., Post Office Box 997, East Windsor, Connecticut 06088. Instrukcja oznaczania odbojności jest załączona do przyrządu.

Dynamiczne właściwości mechaniczne mieszanek kauczukowych oznaczano w sposób znany fachowcom, stosując Instrom Model 1332 Servohydraulic System. Standardowe warunki próby były następujące: 10% amplituda podwójnego odkształcenia; częstotliwość 10 Hz; 15% średni poziom i temperatura próby 70°C. Każda badana próbka mieszanki kauczukowej stanowiła cylinder o wysokości 25,4 mm i średnicy 17,8 mm. Dynamiczne właściwości mechaniczne mierzono w stanie ściśniętym i należą do nich moduł kompleksowy (E*), moduł elastyczności (E') i strata modułu (E), przy tangensie kąta fazowego delta równemu stracie modułu podzielonej przez moduł elastyczności (tangens delta = tan δ = E/E').

Odporność na zużycie mieszanek przeznaczonych do wytwarzania opon, przywoływaną w następujących przykładach, oznaczano w znany sposób, opisany w publikacji Cabot Corporation^ Technical Service Report No. TG-67-1 „The Use of Multi-Section Treads in Tire Testing” autorstwa Freda E. Jonesa (1967) z tą różnicą, że opony diagonalne zastąpiono oponami radialnymi. Stosowano standardową technikę wielosekcyjnego bieżnika, to znaczy stosowano pięć opon/siedem sekcji bieżnika na oponę. Rozmieszczenie sekcji bieżnika na oponach jak również mieszanie i próby laboratoryjne mieszanek prowadzono zgodnie z metodą bloków losowych, aby zapewnić statystyczną analizę akustyczną danych. Ocenę odporności na zużycie dokonywano w odniesieniu do standardowej sadzy porównawczej, której arbitralnie przypisano wartość odporności na zużycie 100%. W następujących przykładach, jako sadzę porównawczą stosowano sadzę według ASTM N220, wytwarzaną i sprzedawaną przez firmę Cabot Corporation, Boston, Massachusetts i charakteryzowaną ponadto przez Tint 111%, J2N0 121 mg/g, DBP 115 cm³/100 g i gęstość 0,35 g/cm³ (22 funty/stopę³). Próby drogowe prowadzono przy nominalnej prędkości 96,5-16,1 km/h dla przebiegu 16093 km (60 ± 10 mil/godzinę (w odniesieniu do mieszanki kontrolnej) dla przebiegu 10000 mil).

Skuteczność i zalety sadzy stosowanej w mieszance według wynalazku będą dalej zilustrowane następującymi przykładami.

Przykłady I-III

W reaktorze opisanym ogólnie poprzednio i przedstawionym na fig. 1, stosując warunki pracy reaktora i jego geometrię podaną w tabeli 2, wytworzono trzy przykładowe partie sadzy według wynalazku. Paliwem, stosowanym w reakcji spalania w każdym z przykładów był gaz ziemny. Surowiec stosowany w każdym z przykładów miał właściwości podane w tabeli 1:

Tabela 1 Właściwości surowca

	Przykład I	Przykład II	Przykład III
Stosunek wodór/węgiel	0,96	0,96	0,95
Wodór (% wagowy)	7,44	7,44	7,33
Węgiel (% wagowy)	91,5	91,5	91,9
Siarka (% wagowy)	0,7	0,7	0,3
Ciężar właściwy według A.P.I. 15,6/15,6°C (60 F) [ASTM D-287]	-1,4	-1,4	-1,8
Ciężar właściwy według 15,6/15,6°C (60 F) [ASTM D-287]	1,088	1,088	1,091
Lepkość, SUS (54,4°C) [ASTM D-88]	105,0	105,0	155,7
Lepkość, SUS (98,9°C) [ASTM D-88]	4,6	4,6	7,3
BMCI (Lepkość - Ciężar właściwy)	131	131	132

184 911

Warunki pracy reaktora i geometrię podano niżej w tabeli 2.

Tabela 2

Sadza

	I	II	III
D-l, w m	0,18	0,18	0,18
D-2 wm	0,13	0,13	0,13
D-3 w m	0,11	0,11	0,11
D-4 w m	0,13	0,13	0,13
D-5 w m	0,228	0,228	0,228
L-l wm	0, 457	0,457	0,457
L-2 wm	0,76	0,76	0,50
Punkt wtrysku oleju 32 (liczba końcówek x rozmiar, w centymetrach)	6 x 0,050	6 x 0,050	6 x 0,040
Ilość oleju wtryskiwanego w punkcie 32,1/godzinę	286,1	286,1	283,87
nadciśnienie oleju w punkcie 32, kPa	2585,5	2585,5	6722,4
Temperatura podgrzanego oleju w punkcie 32, °C	148,8	148,8	176,49
Punkt wtrysku oleju 34 (liczba końcówek x rozmiar, w cm)	3 x 0,063	3 x 0,063	4 x 0,045
Ilość oleju wtryskiwanego w punkcie 34,1/godzinę	191,1	191,1	123,02
Ciśnienie oleju w punkcie 34, kPa	2413,1	2413,1	1896,0
Temperatura podgrzanego oleju w punkcie 34, °C	148,8	148,8	176,49
Powietrze do spalania, m³/hxl000	3,11	3,11	3,11
Temperatura podgrzanego powietrza do spalania, °C	537	537	537
Gaz naturalny 1/godz x 1000	278,9	278,9	276,3
Stosunek powietrze/spalany gaz	9,7	9,7	9,8
K+, gK+/378,5 1 oleju	0	1,5	0
Ciśnienie w punkcie chłodzenia kPa	689,4	689,4	999,7
Temperatura w punkcie chłodzenia °C	732,2	732,2	732,2

Punkt 32 = Punkt 32 na fig. 1; 34 = Punkt 34 = Punkt 34 na fig. 1;

K+ = potas; gK+/378,5 1 oleju = ilość gramów K+/378,5 1 surowca (oleju).

Sadzę wytworzoną w przykładach I - III poddawano następnie analizie, jak opisano wyżej. Właściwości sadzy oznaczane analitycznie, po granulowaniu na mokro i wysuszeniu, podano w tabeli 3. Sadzą kontrolną była sadza Vulcan 10H typu ASTN N134, wytwarzana i sprzedawana przez firmę Cabot Corporation, Boston, Massachusetts. Sadza Vulcan H10 jest uznawana w przemyśle oponiarskim za sadzę nadającą wysoką odporność na zużycie.

184 911

Tabela 3

Właściwości sadzy oznaczane analitycznie

Sadza	Przykład I	Przykład II	Przykład III	Sadza VULKAN® 10H (Kontrolna)
CTAB (m²/g)	148	148	170	135
J₂No. (mg/g)	158	150	163	142
N₂SA (m²/g)	157	157	174	142
DBP cm³/100 g	142	165	154	127
CDBP cm³/100 g	120	127	121	102
Podbarwienie (%)	150	147	154	132
Dmode (nm)	59	64	53	76
AD50 (nm)	40	42	33	58
Wskaźnik okludowanej objętości	1,49	1,52	1,58	1,20

Przykład IV. Przykład ten ilustruje użycie sadzy w modelowej mieszance kauczukowej przeznaczonej do produkcji opon do samochodów ciężarowych w porównaniu z taką samą, mieszanką kauczukową zawierającą sadzę kontrolną. Mieszankę kauczukową A sporządzono z sadzą wchodzącą w skład mieszanki według wynalazku, wytworzoną jak w przykładzie I. Mieszankę kauczukową B sporządzono z sadzą mieszanki według wynalazku, wytworzoną jak w przykładzie III. Mieszankę kauczukową C sporządzono z sadzą kontrolną. Mieszanki kauczukowe A, B i C sporządzano zgodnie z recepturą modelowej mieszanki kauczukowej przeznaczonej do produkcji opon do samochodów ciężarowych, podaną w tabeli 4.

Tabela 4

Skład modelowej mieszanki kauczukowej przeznaczonej do produkcji opon do samochodów ciężarowych

Składnik	Części wagowych
Kauczuk naturalny	100,0
Sadza	45,0
Tlenek cynku	5,0
Kwas stearynowy	3,0
Santoflex 13	1,5
Sunproof Improved Wax	1,5
Age Rite Resin D	1,5
Santocure MOR	1,2
Siarka	1,8

Santoflex 13 jest antyozonantem wytwarzanym i sprzedawanym przez firmę Monsanto Company; Sunproof Improved Wax jest nazwą handlową antyozonanta sprzedawanego przez firmę Uniroyal Chemical Company; Age Rite Resin D jest antyozonantem wytwarzanym i sprzedawanym przez firmę R.T. Vanderbilt Company; Santocure MOR jest oznaczeniem handlowym przyspieszacza wytwarzanego i sprzedawanego przez firmę Monsanto Company.

184 911

Właściwości mieszanek kauczukowych A-C oceniano następnie zgodnie z opisanym wyżej sposobem postępowania. Wyniki podano w tabeli 5.

Tabela 5

Mieszanka kauczukowa	Sadza	Moduł 100% (psi)	Moduł 300% (psi)	Wytrzymałość na rozciąganie (kPa)	E_b*(%)	Twardość w stopniach Shore A
A	Przykład I	635	2918	31116	447	75
B	Przykład II	579	2732	30557	451	74
C	Sadza VULCAN®10H	496	2560	30385	468	71

*E_b = wydłużenie przy zerwaniu;

Wyniki pokazują, że na ogół właściwości fizyczne mieszanek kauczukowych A i B, sporządzanych z sadzą mieszanki według wynalazku, i mieszanki kauczukowej C, sporządzonej z sadzą kontrolną, są porównywalne. Co więcej, zaletą sadzy według wynalazku jest zwiększenie odporności na ścieranie i odporności na zużycie mieszanek kauczukowych, przedstawione następującymi wynikami.

Odporność na ścieranie i odbojność każdej mieszanki kauczukowej również oznaczano jak opisano poprzednio. Wyniki podano w tabeli 6, przy czym sadzę Vulcan® 10H stosowano zarówno jako sadzę kontrolną jak i jako sadzę odniesienia.

Tabela 6

Mieszanka kauczukowa	Sadza	Poślizg 7% (%)	Poślizg 13% (%)	Poślizg 21% (%)	Odbojność w temperaturze 70°C (%)
A	Przykład I	106	105	113	61,7
B	Przykład III	111	112	109	59,7
C	Sadza VULCAN® 10H	100	100	100	64,9

Wyniki w tabeli 6 wyraźnie wskazują zalety eksploatacyjne, wynikające ze stosowania sadzy według wynalazku w mieszankach kauczukowych na opony do samochodów ciężarowych pokazując, że sadza wchodząca w skład mieszanki według wynalazku nadaje wyższą odporność na ścieranie niż sadza kontrolna. Niższa odbojność mieszanek kauczukowych A i B z kauczuku naturalnego, zawierających sadzę mieszanki według wynalazku wskazuje, że mieszanki te mają większą histerezę w porównaniu z mieszanką kauczukową C z kauczuku naturalnego, zawierającą sadzę Vulcan® 10H, czego można było oczekiwać ze względu na zwiększoną odporność na ścieranie mieszanek A i B.

Przykład V. Przykład ten ilustruje lepszą odporność na zużycie mieszanek oponowych z kauczuku naturalnego, zawierających sadzę mieszanki według wynalazku, w porównaniu z taką samą mieszanką kauczukową, zawierającą sadzę kontrolną. Mieszankę D przeznaczoną na opony sporządzono z sadzą wytworzoną jak w przykładzie I. Mieszankę E sporządzono z sadzą wytworzoną jak w przykładzie II. Mieszankę F sporządzono z sadzą kontrolną Vulcan® 10H. Mieszanki przeznaczone na opony D, E i F sporządzono według receptury mieszanek z kauczuku naturalnego przeznaczonych do prób drogowych, podanej w tabeli 7.

184 911

Tabela 7

Receptura mieszanki z kauczuku naturalnego przeznaczonej do prób drogowych

Składnik	Części wagowych
Kauczuk naturalny	100,0
Sadza	50,0
Olej	5,0
Tlenek cynku	5,0
Kwas sterynowy	3,0
Santoflex 13	1,5
Sunproof Improved Wax	1,5
Age Rite Resin D	1,5
Santocure MOR	1,2
Siarka	1,8

Jako Olej stosowano olej Circolite, lekki olej naftenowy wytwarzany i sprzedawany przez firmę Sun Refining and Marketing Company. Santoflex 13; Sanproof Improved Wax; Age Rite Resin D i Santocure MOR opisano w przykładzie IV.

Następnie oznaczano odporność na zużycie mieszanek przeznaczonych na opony w próbach drogowych zgodnie z poprzednio opisanym sposobem postępowania. Wyniki przedstawiono w tabeli 8.

Tabela 8

Mieszanka testowa do prób drogowych	Sadza	TDWR	Tangens delta
D	Z przykładu I	141	0,197
E	Z przykładu II	138	0,191
F	sadza VULCAN® 10H (kontrolna)	111	0,178

TDWR = odporność na zużycie

Wyniki wskazują, że mieszanki testowe do prób drogowych D i E z sadzą mieszanki według wynalazku mają znacznie zwiększoną odporność na zużycie w porównaniu z mieszanką testową do prób drogowych F, sporządzoną z sadzą kontrolną. Wyższe wartości tangensa delta mieszanek testowych do prób drogowych D i E z sadzą mieszanki według wynalazku wskazują, że mieszanki te mają wyższą histerezę w porównaniu z mieszanką testową do prób drogowych F, zawierającej sadzę Vulcan® 10H, czego można było oczekiwać ze względu na zwiększoną odporność na zużycie mieszanek D i E.

Przykład VI. Przykład ten ilustruje znaczną poprawę zależności odporność na zużycie/histereza mieszanek kauczukowych zawierających sadzę mieszanki według wynalazku przy poziomie obciążenia sadzą niższym niż zwykle stosowany do sporządzania mieszanek kauczukowych przeznaczonych na opony, w porównaniu z taką samą mieszanką kauczukową zawierającą sadzę kontrolną. Vulcan® 10H.

Mieszanki kauczukowe do prób drogowych sporządzano, stosując sadzę wytworzoną w przykładach I i II. Dla celów porównawczych, sporządzano także mieszankę kauczukową do prób drogowych, stosując sadzę kontrolną Vulcan® 10H, aby zilustrować wyniki, otrzymane wówczas, gdy sadzę kontrolną Vulcan® 10H wprowadzano przy różnym poziomie obciążenia

184 911 sadzą. Poziomy obciążenia sądzą kontrolną Vulcan® 10H obejmują zarówno te pronpadki, gdy ma się na względzie odporność na ścieranie jak i te, gdy pożądana jest zmniejszona histereza.

W tabeli 9 podano rodzaj sadzy, stosowanej w każdej z mieszanek kauczukowych.

Tabela 9

Sadza	Mieszanka kauczukowa do prób drogowych
Przykład I	G
Przykład I	H
Przykład I	1
Przykład II	J
Przykład II	K
Przykład II	L
VULCAN® 10H	M
VULCAN® 10H	N
VULCAN®10H	O
VULCAN® 10H	P

Mieszanki kauczukowe do prób Orogcwych G do L jporząOoanc, stosując sadzę mieszanki według wynalazku zgodnie z recepturą mieszanki kauczukowej podaną niżej w tabeli 10.

Tabela 10

Receptura mieszanki kauczukowej na nynnn do prób drogowych

Mieszanka	G	H	I	J	K	L
Sadza	Prz. I	Prz. I	Prz. I	Prz. II	Prz. II	Prz. II
Składnik	Części wagowych
' SBR 1500	65,00	65,00	65,00	65,00	65,00	65,00
High Cis BR	35,00	35,00	35,00	35,00	35,00	35,00
Sadza	58,00	50,00	40,00	52,00	40,00	35,00
Sundex 790	23,00	14,00	5,00	17,00	6,00	3,00
Tlenek cynku	3,00	3,00	3,00	3,00	3,00	3,00
Kwas stearynowy	2,00	2,00	2,00	2,00	2,00	2,00
Sanproof Impr. Wax	2,50	2,50	2,50	2,5	2,50	2,50
Wingstay 100	2,00	2,00	2,00	2,00	2,00	2,00
Santocure MOR	1,50	1,50	1,50	1,50	1,50	1,50
MBT	0,20	0,20	0,20	0,20	0,20	0,20
Siarka	1,75	1,75	1,75	1,75	1,75	1,75

Prz. oznacza przykład

SER 1500 oznacza kauczuk butaOiennwn-jtyτenown wytwarzany i sprzedawany przez firmę Cnynlnmer Cnrynratinn.

High Cis BR oznacza kauczuk butadienowy o wysokiej zawartości izomeru cis, wytwarzany i sprzedawany przez firmę Polysar.

Sundex 790 jest nazwą handlową plastyfikatora sprzedawanego przez firmę Sun Oil Company.

Sunproof Impr. (Imyrnve0) Wax jest taki jak opisano w przykładzie IV.

184 911

Wingstay 100 jest nazwą handlową stabilizatora zawierającego mieszane diarylo-n-fenylenodiaminy, sprzedawanego przez firmę Goodyear Tire and Rubber Company.

Santocure MOR jest taki jak opisano w przykładzie lV.

MBT oznacza merkaptobenzotiazol.

Mieszanki kauczukowe do prób drogowych M do P sporządzano, stosując sadzę Vulcan® 10H zgodnie z recepturą mieszanki kauczukowej podaną niżej w tabeli 11.

Tabela 11

Receptura mieszanki kauczukowej na opony do prób drogowych

Mieszanka	M	N	O	P
Sadza	VULCAN® 10H	VULCAN® 10H	VULCAN®10H	VULCAN®10H
Składniki	Części wagowych
SBR 1712	89,38	89,38	89,38	89,38
High Cis BR	35,00	35,00	35,00	35,00
Sadza	65,00	55,00	50,00	45,00
Sundex 790	10,62	5,62	3,12	0,62
Tlenek cynku	3,00	3,00	3,00	3,00
Kwas stearynowy	2,00	2,00	2,00	2,00
Sanproof Impr. Wax	2,50	2,50	2,50	2,50
Wingstay 100	2,00	2,00	2,00	2,00
Santocure MOR	1,50	1,50	1,50	1,50
MBT	0,20	0,20	0,20	0,20
Siarka	1,75	1,75	1,75	1,75

SBR 1712 oznacza kauczuk butadienowo-styrenowy zawiera zawierający 35 części oleju na 100 części polimeru, wytwarzany i sprzedawany przez firmę Copolymer Corporation.

Znaczenia High Cis BR, Sundex 790, Sanproof Impr. (Improved) Wax, Wingstay 100, Santocure MOR i MBM wyjaśniono wyżej w objaśnieniach do tabeli 10.

Następnie oznaczano odporność na zużycie mieszanek przeznaczonych na opony w próbach drogowych itangens delta zgodnie z poprzednio opisanym sposobem postępowania. Wyniki przedstawiono w tabeli 12.

Tabela 12

Mie- szanka	Sadza	Obciążenie sadzą (na 100 części kauczuku)	TDWR	Tangens delta	Tangens delta (%N220)	TDWR Tangens delta (% N220)
1	2	3	4	5	6	7
G	Ptz. I	58,00	113	0,212	138	0,82
H	Prz. I	50,00	119	0,179	116	1,03
I	Prz. J	40,00	129	0,137	88	1,47
J	Prz. 11	52,00	124	0,188	122	1,02
K	Prz. II	40,00	126	0,137	89	1,42

184 911

c.d. tabeli

1	2	3	4	5	6	7
L	Prz. II	35,00	119	0,117	76	1,57
M	VULCAN®10H	65,00	115	0,178	116	0,99
N	VULCAN®10H	55,00	104	0,156	102	1,02
0	VULCAN®1OH	50,00	85	0,138	90	0,95
P	VULCAN®10H	45,00	81	0,131	85	0,95

Prz. oznacza przykład;

TDWR = odporność na zużycie

Tan delta (%N220) jest równy wartości tangensa delta wyrażonej jako procent wartości tangensa delta sadzy typu ASTM N220, stosowanej w opisanym wyżej sposobie oznaczania odporności na zużycie.

Fachowcy wiedzą dobrze, że tangens delta mieszanki kauczukowej jest miarą histerezy mieszanki kauczukowej. Powyższe dane wskazują, że przy zmniejszonym obciążeniu sadzą mieszanek na opony, zawierających sadzę kontrolną Vulcan® 10H, miały one zmniejzzoną odporność na zużycie i mniejszą histerezę. W przeciwieństwie do tego, chociaż mieszanki na opony zawierające sadzę stosowaną w mieszance według wynalazku przy zmniejszonym obciążeniu sadzą także wykazują, obniżoną histerezę, to zachowują wyższą odporność na zużycie. W rezultacie, stosunki odporność na zużycie/tangens delta mieszanek na opony zawierających sadzę stosowaną w mieszance według wynalazku w zmniejszonej ilości są niezwykle duże.

Właściwości statyczne mieszanek oponowych do prób drogowych I, L i M również oceniano zgodnie z opisanym wyżej sposobem. Wyniki podano w tabeli 13.

Tabela 13

Własności statyczne mieszanek oponowych do prób drogowych

Mieszanka kauczukowa	Sadza	Obciążenie sadzą (na 100 części kauczuku)	Moduł 300% (kPa)	Wytrzymałość na rozciąganie (kPA)	Eb* (%)	Twardość w stopniach Shore A
M	VULCAN® 10H	65,00	9762,9	22366	520	65
I	Przykład I	40,00	12913	21918	426	64
L	Przykład II	35,00	13279	20953	405	64

*E_b = wydłużenie przy zerwaniu;

Wyniki te wskazują że właściwości statyczne mieszanek oponowych do prób drogowych wytwarzanych z sadzą według wynalazku są porównywalne z takimi właściwościami mieszanki sporządzanej z sadzą, kontrolną Vulcan® 10H.

Wyniki podane wyżej wskazują, że sadza mieszanki według wynalazku przy poziomie obciążenia sadzą niższym niż zwykłe stosowany w mieszankach kauczukowych przeznaczonych na opony daje opony o zmniejszonym tarciu tocznym i/lub wydzielaniu ciepła, wynikającym ze zmniejszonej histerezy, i o ulepszonej odporności na zużycie.

184 911

średnica Stokesa

HO

O % wagowy

184 911

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 60 egz.

Cena 4,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Mieszanka kauczukowa zawierająca sadzę, kauczuk, środek wulkanizacji i ewentualnie plastyfikator, stabilizator, wosk, przyspieszacz, antyozonant i antyoksydant, znamienna tym, że zawiera około 100 części wagowych kauczuku i od 10 do 250 części wagowych sadzy o CTAB większym niż lub równym 140 m²/g; CDBP większym niż lub równym 115 cm³/100 g; liczbie podbarwienia większej niż lub równej 135%; AD50 mniejszej niż lub równej 50 nm; Dmode mniejszej niż lub równej 72 nm; i wskaźniku okludowanej objętości większym niż lub równym 1,30 i środek wulkanizacji korzystnie siarkę w ilości do około 1,28%.
2. Mieszanka według zastrz. 1, znamienna tym, że zawiera sadzę o CTAB wynoszącym 140-250 m²/g; CDBP 120-150 cm³/100 g; liczbie podbarwienia 145-180%; AD50 mniejszej niż lub równej 47 nm; Dmode wynoszącej 40-67 nm; i wskaźniku okludowanej objętości wynoszącym 1,40-2,0.
3. Mieszanka według zastrz. 1, znamienna tym, że zawiera sadzę o AD50 wynoszącej 20-45 nm.
4. Mieszanka według zastrz. 1, znamienna tym, że zawiera sadzę charakteryzującą się ponadto N2SA większą niż lub równą 150 m²/g, a mniejszą niż 180 m²/g, i DBP większą niż lub równą 140 cm³/100 g.
5. Mieszanka według zastrz. 4, znamienna tym, że zawiera sadzę o DBP wynoszącym 140-180 cm³/100 g.
6. Mieszanka według zastrz. 1, znamienna tym, że zawiera sadzę w ilości od około 10 do około 100 części wagowych.
7. Mieszanka według zastrz. 6, znamienna tym, że zawiera sadzę w ilości od około 10 do około 45 części wagowych.
8. Mieszanka według zastrz. 1, znamienna tym, że ponadto zawiera krzemionkę w ilości od około 5 do około 30 części wagowych.