PL88679B1 - Rubber compositions[au6378273a] - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest mieszanka gumo¬ wa zawierajaca kauczuk, taki jak kauczuk na¬ turalny lub syntetyczny.

Dotychczas jako wypelniacze i pigmenty wzmac¬ niajace do sporzadzania mieszanek gumowych zwykle szeroko stosowano rózne konwencjonalne gatunki sadz. Normalnie, konwencjonalne gatun¬ ki sadz stosuje sie z powodzeniem do sporzadza¬ nia wulkanizatorów gumowych o podwyzszonych wlasciwosciach wzmacniajacych, takich jak wy¬ trzymalosc na rozciaganie, modul i zuzycie biez¬ nika opony.

Poprawienie wlasciwosci, wykazywane przez wy¬ roby z elastomerów lulb kauczuku wypelnionych sadza, zaleza w znacznym stopniu od rodzaju sto¬ sowanego elastomeru, a zwlaszcza od wprowadzo¬ nej do niego sadzy.

Mieszanka wedlug wynalazku charakteryzuje sie tym, ze jako srodek wzmacniajacy zawiera nowy rodzaj sadzy typu piecowego, o wartosci wspól¬ czynnika zabarwienia okreslonego zaleznoscia [zabarwienie +0,6 (Da)], w której Da oznacza po¬ zorna srednice równa co najmniej 311—316, war¬ tosci stosunku udzialu w zabarwieniu wyrazona stosunkiem wartosci zabarwienia do wspólczyn¬ nika zabarwienia równa co najmniej 0,75—0,82, korzystnie 0,76—80, wartosci pH co najmniej 4 i powierzchni wlasciwej oznaczonej' metoda ab¬ sorpcji jodu ponizej 160 m2, korzystnie 69—145, a zwlaszcza 75—135 m2/g, przy czym zawartosc sadzy w tej mieszance wynosi 10—250 czesci wa¬ gowych na 100 czesci wagowych kauczuku.

Stosowana w mieszance wedlug wynalazku no¬ wa sadza typu piecowego moze byc wykorzysta¬ na do róznych zastosowan, takich jak znane za¬ stosowania specjalnych gatunków sadzy, zwlasz¬ cza do wzmacniania mieszanek gumowych. No¬ wych sadz piecowych nie poddaje sie obróbce wy¬ kanczajacej; róznia sie one od wszelkich innych konwencjonalnych sadz. Sadze te odznaczaja sie polaczeniem pewnych wlasciwosci oznaczanych analitycznie, które skutecznie odrózniaja je od znanych gatunków sadzy.

Sadza stosowana w mieszance wedlug wyna¬ lazku daje sie dokladnie scharakteryzowac szere¬ giem wlasciwosci, a mianowicie wspólczynnikiem zabarwienia, udzialem w zabarwieniu, wartoscia pH, powierzchnia wlasciwa oznaczona metoda BET i powierzchnia wlasciwa oznaczona metoda absorpcji jodu. Wspólczynnik zabarwienia i udzial w zabarwieniu okresla sie za pomoca wlasciwosci sadzy oznaczonych analitycznie i dlatego jest o- czywiste, ze sadze daja sie calkowicie zdefinio¬ wac za pomoca wlasciwosci oznaczonych anali¬ tycznie.

Wielkosc powierzchni wlasciwej nowej sadzy oznaczona metoda absorpcji jodu wynosi co naj¬ mniej 67—145 rn2/g, natomiast wartosc wspólczyn¬ nika zabarwienia, wyrazona zaleznoscia [zabar¬ wienie +0$ (Da)] wynosi 311—316. Przy oznacza- 88 67988 679 3 4 niu wartosci wspólczynnika zabarwienia srednice pozorna Da okresla sie jako srednice kulki wegla w stanie stalym, wyrazona w milimikronach, za¬ wierajacej taka sama ilosc wegla, jak srednia ilosc wegla przypadajaca na jeden aglomerat sa¬ dzy, jak podano w referacie Awom I. Medalia i L. Willard Riohardsa ;pt.: „Tin-ting Strength of carbon black" (Intensywnosc barwienia sadzy), przedstawionym przez American Chemical Society, Division of Coatings and Plastic Chemistry, To¬ ronto, Kanada, maj 1970. Pozorna srednice Da uzyskuje sie z obliczenia wartosci (2270 + 63,5 /DBiP/) powierzchnie oznaczona metoda absorpcji jodu. W miare potrzeby sadze mozna okreslic procentowym udzialem w zabarwieniu, mnozac przez 100 wartosc stosunku zabarwienia do wspól¬ czynnika zabarwienia.

Jak z powyzszych^ danych wynika, nowa sadza stosowana w mieszance wedlug wynalazku cha¬ rakteryzuje sie wlasciwosciami lezacymi w kry¬ tycznych, dobrze zdefiniowanych granicach, przy czym jak uprzednio podano sadza ta nadaje mie¬ szance wedlug wynalazku ulepszone wlasciwosci fizyczne. Produkty wytworzone z tych mieszanek wykazuja wyzsza wytrzymalosc na rozciaganie, modul, odpornosc na scieranie w warunkach dro¬ gowych i zuzycie bieznika opony.

Mieszanke wedlug wynalazku wytwarza sie przez zmieszanie kauczuku naturalnego lub syn¬ tetycznego z 10—250 czesciami wagowymi, korzy¬ stnie 20—100, a zwlaszcza 48—80 czesciami wa¬ gowymi nowej sadzy w przeliczeniu na 100 czesci wagowych kauczuku. Nowa sadza jest srodkiem wzmacniajacym zarówno dla kauczuku natural¬ nego jak i syntetycznego. Stosuje sie ja ido kauczu¬ ku naturalnego i jego pochodnych, takich jak kau¬ czuk chlorowany, kopolimerów li0^7<0°/a wagowych styrenu i 90^30% wagowych 'butadienu, takich jak Jfeopoliimer 19 czesci styrenu i 8il czesci butadienu, kopolimer 30 czesci styrenu i 70 czesci butadienu, kopolimer 43 czesci styrenu i 57 czesci butadienu oraz kopolimer 50 czesci styrenu i 50 czesci bu¬ tadienu, polimerów i kopolimerów sprzezonych dienów, takich jak polifoutadien, poliizopren, po- lichloropren itp. i kopolimerów takich sprzezonych dienów z kopolimeryzujacymi z nimi monomerami zawierajacymi wiazania etylenowe, takimi jak styren, metylostyren, chlorostyren, akrylonitryl, 2--winylopirydyna, 5-metylo-2-winylopirydyna, 5- -etylo-2-winylopirydyna, 2-metylo-5-winylopirydy- na, alkilopodstawione akrylany, takie jak keton winylowy, keton metyloizopropylenowy, eter me- tylowowinylowy, kwasy a-metylenokarboksylowe, ich estry i amidy, takie jak amid kwasu akrylo¬ wego i amid kwasu dwualkiloakrylowego. Sadze wedlug wynalazku stosuje sie tez do kopolimerów etylenu i innych wyzszych a-olefin, takich jak propylen, buten-1 i penten-1; szczególnie korzyst¬ ne sa kopolimery etylenowo-propylenowe, w któ¬ rych zawartosc etylenu wynosi 20—90% wago¬ wych, a takze kopolimery etylenowo-propylenowe zawierajace dodatkowo trzeci monomer, taki jak dwucyMopentadien, heksadien-1,4 i metylenonon- bornen.

Nowa sadze wytwarza sie latwo, stykajac suro¬ wiec do produkcji sadzy ze strumieniem goracych gazów spalinowych, plynacym ze srednia pred¬ koscia liniowa wynoszaca co najmniej 30,48 m/sek.

Gorace gazy spalinowe, stosowane do wytwa- rzania nowego rodzaju sadz wedlug wynalazku wytwarza sie w dowolnej konwencjonalnej ko¬ morze spalania, poddajac ciekle lufo gazowe pa¬ liwo reakcji ze strumieniem odpowiedniego utle¬ niacza, takiego jak powietrze, tlen, mieszaniny powietrza z tlenem itp. Do paliw, nadajacych sie do reagowania w komorze spalania ze strumie¬ niem utleniacza, w celu wytworzenia goracych gazów spalinowych naleza dowolne latwopalne gazy, pary i ciecze, takie jak wodór, tlenek we¬ gla, metan, acetylen, alkohole, nafta. Zwykle jed¬ nak korzystnie stosuje sie paliwa o wysokiej zawartosci skladników bogatych w wegiel, a zwla¬ szcza weglowodory. Doskonalymi paliwami sa na przyklad surowce bogate w metan, takie jak gaz ziemny i modyfikowany lub wzbogacany gaz ziemny, a takze inne surowce o wysokiej zawar¬ tosci weglowodorów, takie jak rózne gazy i cie¬ cze z przerobu ropy naftowej, produkty uboczne rafinerii, takie jak frakcje etanowe, propanowe, butanowe i pentanowe, oleje opalowe itp. Nowa sadze wytwarza sie, poddajac reakcji wspomnia¬ ne poprzednio produkty reakcji spalania z dowol¬ nym surowcem weglowodorowym.

Dokladniej, nowe sadze stosowane w mieszance wedlug wynalazku wytwarza sie poddajac reakcji surowiec weglowodorowy dajacy sadze z gora¬ cymi gazowymi produktami poczatkowej reakcji spalania, które przeplywaja przez odpowiednia reakcyjna strefe z wysoka predkoscia liniowa.

Gorace gazy spalinowe wytwarza sie latwo przez zetkniecie w znanym palniku dowolnego typu, przeznaczonym do wytwarzania strumienia .gora¬ cych gazów spalinowych plynacych z duza pred¬ koscia liniowa palnego paliwa z utleniaczem, ta¬ kim jak powietrze lub tlen, w miare potrzeby wstepnie podgrzanym, w ilosci wynoszacej 50—500% ilosci potrzebnej do calkowitego spala¬ nia paliwa. Ponadto pozadane jest, aby róznica cisnienia w komorze spalania i komorze reakcyj¬ nej wynosila co najmniej 0,07 kG/cm2, a korzyst¬ nie 0,105—0,7 kG/cm2. W takich warunkach otrzy¬ muje sie strumien gazów spalinowych o energii wystarczajacej do przeprowadzenia surowca we¬ glowodorowego w produkt sadzowy. Powstaly strumien gazów spalinowych, wychodzacych ze strefy spalania osiaga temperature co najmniej 1315,5°C, a w wiekszosci przypadków jego tem¬ peratura wynosi 1649,2°C. Gorace gazy spalinowe plyna z pradem z wysoka predkoscia liniowa, uzyskiwana dzieki przejsciu przez dowolny kanal lub wylot, zwezajacy sie stozkowo lub ograniczo¬ ny znana zwezka Venturiego. Nastepnie do stru¬ mienia goracych gazów spalinowych plynacych z duza predkoscia w punkcie, w którym róznica cisnienia pomiedzy komora spalania a komora re¬ akcyjna wynosi 0,07 kG/cm8 wprowadza sie su¬ rowiec weglowodorowy dajacy sadze, zapewnia¬ jac w ten sposób intensywne mieszanie pomiedzy goracymi gazami spalinowymi a surowcem we¬ glowodorowym tak, aby szybko i calkowicie prze- 40 45 50 58 6088 prowadzic z wysoka wydajnoscia surowiec w no¬ wa sadze stosowana w mieszance wedlug wyna¬ lazku. Surowiec weglowodorowy wtryskuje sie za¬ sadniczo poprzecznie z obszaru peryferyjnego stru¬ mienia goracych gazów spalinowych, w postaci pojedynczego lub korzystnie wielu koherentnych stroumiieni, które przenikaja do wewnetrznych ob¬ szarów strumienia gazów spalinowych. Ilosc sto¬ sowanego surowca dopasowuje sie do ilosci u- zytego paliwa i utleniacza tak, aby uzyskac cal¬ kowity procent spalania 12—65%, a korzystnie —50%. Po krótkim okresie reakcji w strefie reakcyjnej, wynoszacym 1—100 milisekund lub nawet krótszym, wyplywajace gazy, zawierajace zawieszone w nich sadze kierowane sa zgodnie z kierunkiem przeplywu do dowolnego urzadzenia chlodzacego i rozdzielajacego, w którym odzysku¬ je sie sadze. Wydzielenie sadzy ze strumienia gazów osiaga sie latwo stosujac zwykle urzadze¬ nia, takie jak filtry elektrostatyczne, cyklony lub filtry workowe.

Do oznaczania i oceny wlasciwosci fizycznych i skutecznosci dzialania nowej sadzy stosuje sie otpj&ane dalej metody badan. Wlasciwosci okresla¬ ne analitycznie oznacza sie stosujac sadze w po¬ staci granulowanej. W przypadku, gdy uzywa sie sadze do celów, w których potrzebna jest sadza puszysta, czyli niegranulowana, czesc puszystej sadzy granuluje sie w celu oznaczenia jej wla¬ sciwosci za pomoca nizej opisanych prób.

Absorpcja ftaianu dwubutylu (DBP). Wlaisci- wosci absorpcyjne granulowanej sadzy oznacza sie sposobem (podanym w normie AlSTM D-2414- -65T, obecnie oznaczonej ASTM D-24-14-70. W skrócie, badanie to polega na dodawaniu do gra¬ nulowanej sadzy ftaianu dwubutylu (DBP) az do chwili* gdy nastapi jej przejscie ze stanu swobod¬ nie plynacego proszku w pólplastyczny aglomerat.

Wartosc te wyraja sie w cm8 ftaianu dwubutylu (DBP) na 100 g sadzy.

Powierzchnie wlasciwa oznacza sie metoda ab¬ sorpcji jodu w nastepujacy sposób. Próbke sadzy umieszcza sie w tyglu porcelanowym, wyposazo¬ nym w luzno dopasowana pokrywe pozwalajaca na uchodzenie gazów i pozbawia sie ja czesci lot¬ nych przez ogrzewanie w ciagu 7 minut w tem¬ peraturze 926,7°C w piecu muflowym, a nastepnie pozostawia do ochlodzenia. Usuwa sie wierzchnia warsfcwe wyprazonej sadzy do glebokosci 0,635 mm i pozostala cizesc sadzy wazy sie. Do tak przygoto¬ wanej próbki dodaje sie 100 ml 0,01 N roztworu jodu i "powstala mieszanine miesza sie w ciagu 'minut. Nastepnie podwielokrotna czesc próbki o objetosci 50 ml odwirowuje sde az do uzys¬ kania klarownego roztworu, po czym 40 ml tej próbki miareczkuje sie 0,01 N roztworem tiosiar¬ czanu sodowego az do zaadsorbowania wolnego jodu, uzywajac jako wskaznika 1% roztwór roz¬ puszczalnej skrobii. Procentowa ilosc zaadsorbo- wanego jodu oznacza sie ilosciowo, miareczkujac slepa próbke. Powierzchnie wlasciwa, oznaczona metoda absortpcjii jodu wyraza sie w metrach kwa¬ dratowych na gram sadzy, obliczajac ja wedlug wzoru 679 6 Powierzchnlia wlasciwa oznacza metode absorjpcji jodu

Claims (4)

Zastrzezenia patentowe

1. Mieszanka gumowa zawierajaca kauczuk, taki jak kauczuk naturalny lub syntetyczny, znamien¬ na tym, ze jako srodek wzmacniajacy zawiera 25 nowy rodzaj sadzy typu piecowego, o wartosci wspólczynnika zabarwienia, okreslonego zaleznos¬ cia [zabarwienie + 0,6 (Da)], w której Da oznacza pozorna srednice równa co najmniej 311—316, wartosci stosunku udzialu w zabarwieniu wyra- 30 zona stosunkiem wartosci zabarwienia do wspól¬ czynnika zabarwienia równa co najmniej 0,75—0,82, wartosci pH co najmniej 4 i powierzchni wlasci¬ wej, oznaczonej metoda absorpcji jodu ponizej 160 m2/g, przy czym zawartosc sadzy w tej mie- J5 szance wynosi 10—250 czesci wagowych na 100 czesci wagowych kauczuku.

2. Mieszanka wedlug zastrz. 1, znamienna tym, ze zawiera sadze typu piecowego charakteryzujaca sie udzialem zaalbrwienia 0,76—0,80^ 40

3. Mieszanka wedlug zastrz. 1, znamienna tym, ze zawiera sadze o powierzchni wlasciwej 69—145 m*/g.

4. Mieszanka wedlug zastrz. 1, znamienna tym, ze zawiera sadze o powierzchni wlasciwej 75—135 45 m*/g. Bfak 240/77 r. 105 egz. A4 Cena 10 zl