RU2563504C1 - Method of producing granular modified soot, soot for high-modulus polymer compositions and polymer compositions using same - Google Patents

Method of producing granular modified soot, soot for high-modulus polymer compositions and polymer compositions using same Download PDF

Info

Publication number
RU2563504C1
RU2563504C1 RU2014124290/05A RU2014124290A RU2563504C1 RU 2563504 C1 RU2563504 C1 RU 2563504C1 RU 2014124290/05 A RU2014124290/05 A RU 2014124290/05A RU 2014124290 A RU2014124290 A RU 2014124290A RU 2563504 C1 RU2563504 C1 RU 2563504C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
soot
carbon black
rubber
granular modified
modulus
Prior art date
Application number
RU2014124290/05A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Лариса Александровна Ляпина
Михаил Антонович Иваницкий
Валерий Антонович Иваницкий
Нелли Николаевна Анисимова
Александр Трофимович Ткаченко
Александр Матвеевич Пичугин
Татьяна Вениаминовна Титова
Анна Егоровна Золкина
Татьяна Геннадиевна Афанасьева
Ринат Файзрахманович Шаяхметов
Павел Андреевич Пигалёв
Борис Михайлович Есиков
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Техуглерод и огнеупоры"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Техуглерод и огнеупоры" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Техуглерод и огнеупоры"
Priority to RU2014124290/05A priority Critical patent/RU2563504C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2563504C1 publication Critical patent/RU2563504C1/en

Links

Landscapes

  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
  • Processes Of Treating Macromolecular Substances (AREA)

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: method includes first mixing soot powder with an aqueous solution of a primary aromatic amine in the form of a prepared concentrated solution of metaphenylene diamine or metatoluylene diamine in chemically treated water, which is acidified to pH 3-6.5. Before feeding into a granulator, the mixture is diluted with chemically treated water to working concentration of 0.5-2.0, preferably 0.5-1.2 pts.wt per 100 pts.wt soot, and then fed through the nozzle of the granulator into a stream of dusty soot. The ratio of soot to the solution is 1:1. The obtained wet soot granules are dried at 220-260°C and air access. The granular modified soot contains 0.15-0.40% bound nitrogen, including 36-58% in amine form, and not less than 0.6% oxygen. The polymer composition contains the following components, wt %: synthetic or natural rubber 40-65; granular modified soot obtained using said method 25-40; target additives 1-10; process additives - the balance.
EFFECT: polymer composition based on said soot combines high wear resistance with low hysteresis losses.
3 cl, 15 tbl, 24 ex

Description

Область техникиTechnical field

Данное изобретение относится к гранулированной модифицированной саже для высокомодульных полимерных композиций, обладающей улучшенной перерабатываемостью и повышенной усиливающей способностью, к способу ее получения и к полимерным композициям с ее использованием, сочетающих высокую износостойкость с пониженными гистерезисными потерями.This invention relates to granular modified soot for high modulus polymer compositions having improved processability and increased reinforcing ability, to a method for its preparation and to polymer compositions using it, combining high wear resistance with reduced hysteresis losses.

Уровень техники по способуThe prior art method

Модификацию сажи осуществляют для изменения ее поверхностной активности в полимерных композициях. Наиболее часто для этой цели используют азотосодержащие соединения.Modification of carbon black is carried out to change its surface activity in polymer compositions. Most often, nitrogen-containing compounds are used for this purpose.

Первоначально обработку сажи азотосодержащими соединениями проводили в газовой фазе под давлением (патент Великобритании №1054620, опубл. 1967.01.17, патент Японии №46-20886, опубл. 1971.06.11).The soot was initially treated with nitrogen-containing compounds in the gas phase under pressure (UK patent No. 1054620, publ. 1967.01.17, Japan patent No. 46-20886, publ. 1971.06.11).

В настоящее время ее осуществляют с использованием углеводородных растворов модификатора (заявка Японии №2002053768, опубл. 2002.02.19, патенты Кореи №06-43459 и №06-91730 - описаны в докладе H.Y. Rhyoo. Carbon. Black World, 2006, 6-9 November, патент RU №2.272.055 C2, опубл. 2006.03.20 с приоритетом US 60/207.254 от 2000.05.26).Currently, it is carried out using hydrocarbon modifier solutions (Japanese application No. 20052053768, publ. 2002.02.19, Korean patents No. 06-43459 and No. 06-91730 - described in the report of HY Rhyoo. Carbon. Black World, 2006, 6-9 November, patent RU No. 2.272.055 C2, published 2006.03.20 with priority US 60 / 207.254 from 2000.05.26).

Процессы модификации сажи с использованием растворителей являются пожароопасными, требуют установки специального оборудования для полного удаления и регенерации растворителей и их реализация нецелесообразна.The processes of soot modification using solvents are fire hazardous, require the installation of special equipment for the complete removal and regeneration of solvents, and their implementation is impractical.

Обработку в твердой фазе проводят при интенсивном смешении или напылении агента модификации на поверхность сажи (патент US №4.557.306, опубл. 1985.10.12, патент RU №2.272.055 С2, опубл. 2006.03.20).Processing in the solid phase is carried out with vigorous mixing or spraying of the modification agent on the soot surface (US patent No. 4,557.306, publ. 1985.10.12, patent RU No. 2.272.055 C2, publ. 2006.03.20).

Считается, что при этом модифицированная сажа представляет физическую смесь, способствующую равномерной модификации полимера.It is believed that the modified carbon black is a physical mixture that promotes uniform polymer modification.

Активацию процессов твердофазной модификации обеспечивают за счет приемов механохимии, например, при использовании энергии подвижных электромагнитных полей на рабочие ферромагнитные частицы (патенты SU №475385, опубл. 1975.06.30, SU №653896, опубл. 1978.11.28, SU №707286, опубл. 1979.09.07, SU №1392079, опубл. 1988.04.30). Недостатком способов модификации, использующих прием механохимической активации, является рост зольности сажи за счет намола с рабочих частиц и стенок реактора выше допустимой нормы для использования в резиновой промышленности (0,45% max). Кроме того, модифицированная сажа не является гранулированной, что затрудняет ее практическое использование в производственных условиях.The activation of solid-phase modification processes is ensured by mechanochemical techniques, for example, when using the energy of mobile electromagnetic fields on working ferromagnetic particles (patents SU No. 475385, publ. 1975.06.30, SU No. 653896, publ. 1978.11.28, SU No. 707286, publ. 1979.09.07, SU No. 1392079, publ. 1988.04.30). The disadvantage of modification methods using mechanochemical activation is the increase in soot ash due to grinding from working particles and reactor walls above the permissible norm for use in the rubber industry (0.45% max). In addition, the modified carbon black is not granular, which complicates its practical use in a production environment.

С точки зрения промышленной реализации более доступным и перспективным является совмещение процесса модификации сажи со стадией ее "мокрой" грануляции.From the point of view of industrial implementation, it is more affordable and promising to combine the process of soot modification with the stage of its wet granulation.

Известны способы обработки сажи водными растворами или суспензиями ряда азотсодержащих технических продуктов, не являющихся индивидуальными соединениями (патент US 3.565.658, опубл. 1971.02.23, SU 1120006, опубл. 1984.10.23, US 4.764.547, опубл. 1988.08.16). Нестабильность химического состава используемых технических продуктов, их недостаточная растворимость в воде, чувствительность к воздействию тепла и кислорода приводят к кинетической нестабильности водных растворов или суспензии модификатора, что отрицательно влияет на однородность продукта модификации.Known methods for treating soot with aqueous solutions or suspensions of a number of nitrogen-containing technical products that are not individual compounds (US patent 3.565.658, publ. 1971.02.23, SU 1120006, publ. 1984.10.23, US 4.764.547, publ. 1988.08.16) . The instability of the chemical composition of the technical products used, their insufficient solubility in water, and sensitivity to the effects of heat and oxygen lead to kinetic instability of aqueous solutions or suspension of the modifier, which negatively affects the uniformity of the modification product.

Более перспективно использование для прививки на сажу индивидуальных аминов. В частности, первичные ароматические амины применяют совместно с нитритом и избыточным количеством кислоты для модификации сажи через промежуточные образования солей диазония (патент US №6.780.389, опубл. 2004.08.24).The use of individual amines for soot vaccination is more promising. In particular, primary aromatic amines are used together with nitrite and an excess of acid to modify soot through intermediate formations of diazonium salts (US patent No. 6.780.389, publ. 2004.08.24).

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату (прототип) является патент RU 2211230 C2, опубл. 2003.08.27. Используемый первичный амин имеет формулу AyArNH2, где Ar - ароматический или гетероароматический радикал, Ay - заместитель на указанном радикале, например, функциональная группа, линейный, разветвленный или циклический углеводородный радикал. По патенту используют любую сажу, как пылящую, так и предварительно гранулированную. Условия реакции должны обеспечивать стабильность образующейся диазониевой соли. В зависимости от типа растворителя - апротонного или протонного pH среды может составлять от 1 до 9. Однако при модификации на стадии «мокрой» грануляции с использованием воды в качестве протонного растворителя pH среды должен быть достаточно кислым, чтобы образовались водородные связи для стабилизации диазониевой соли. Наибольший интерес с точки зрения целевых свойств сажи представляет обработка сажи соединениями, отвечающими формуле Ar(CH2)gSk(CH2)rAr', где Ar и Ar' могут быть одинаковыми или различными, «k» - равно целому числу от 1 до 8, «g» равно целому числу от 0 до 4, а «r» равно целому числу от 0 до 4 (аминофенилсульфиды: 4-аминофенилдисульфид, 4-аминофенилтетрасульфид, 4-аминофенилфенилдисульфид). Обработке подвергают сажу с широким диапазоном дисперсности и структурности. Для использования в резинах сажу по патенту обрабатывают незамещенным ароматическим диамином с положением первичных аминогрупп в пара-положении (опыты 137 и 138) и аминофенилсульфидами (опыты 80-84, 86-89, 118-120, 123-126, 129-133, 136, 143-147, 150, 155-156, 158). Реакцию диазотирования проводят в присутствии избытка соляной кислоты, имеющей нормальность от 0,37 до 1,43, что в соответствии с известной зависимостью соответствует pH раствора HCl от 0,6 и ниже (А. Гордон, Р. Форд, Спутник химика. Пер. с англ. Москва: Изд-во «Мир», 1976, с. 91-92).The closest in technical essence and the achieved technical result (prototype) is the patent RU 2211230 C2, publ. 2003.08.27. The primary amine used is of the formula AyArNH 2 , where Ar is an aromatic or heteroaromatic radical, Ay is a substituent on said radical, for example, a functional group, a linear, branched or cyclic hydrocarbon radical. According to the patent, any soot, both dusting and pre-granulated, is used. Reaction conditions should ensure the stability of the resulting diazonium salt. Depending on the type of solvent — an aprotic or proton — the pH of the medium can range from 1 to 9. However, when modified at the wet granulation stage using water as the proton solvent, the pH of the medium must be acidic enough to form hydrogen bonds to stabilize the diazonium salt. Of greatest interest from the point of view of the target properties of carbon black is the treatment of carbon black with compounds corresponding to the formula Ar (CH 2 ) g Sk (CH 2 ) r Ar ', where Ar and Ar' can be the same or different, "k" is an integer from 1 to 8, “g” is an integer from 0 to 4, and “r” is an integer from 0 to 4 (aminophenyl sulfides: 4-aminophenyl disulfide, 4-aminophenyl tetrasulfide, 4-aminophenyl phenyl disulfide). Soot is treated with a wide range of dispersion and structure. For use in rubbers, the soot of the patent is treated with an unsubstituted aromatic diamine with the primary amino groups in the para position (experiments 137 and 138) and aminophenyl sulfides (experiments 80-84, 86-89, 118-120, 123-126, 129-133, 136 , 143-147, 150, 155-156, 158). The diazotization reaction is carried out in the presence of an excess of hydrochloric acid having a normality of 0.37 to 1.43, which, in accordance with the known dependence, corresponds to a HCl solution pH of 0.6 or lower (A. Gordon, R. Ford, Sputnik chemist. Per. from English Moscow: Mir Publishing House, 1976, p. 91-92).

В примере 17 прототипа описан способ обработки сажи с удельной поверхностью по СТАВ 133 м2/г и структурностью 190 см3/100 г с использованием гранулятора непрерывного действия и сульфаниловой кислоты в качестве соединения AyArNH2. В непрерывно работающий штифтовый гранулятор одновременно загружают сажу со скоростью 100 частей в час по весу, 30%-ный раствор нитрита натрия со скоростью 16 частей в час и со скоростью 112 частей в час суспензию, состоящую из 85,9% воды, 5,43% концентрированной азотной кислоты и 8,72% сульфаниловой кислоты. Соотношение количества сажи и вводимой жидкой фазы составляет 1:1,28. Полученный гранулированный продукт сушат при температуре 125°C.In Example 17, the prototype described method of processing carbon black with a CTAB surface area of 133 m 2 / g and structurally 190 cm 3/100 g using a continuous pelletizer and sulfanilic acid as AyArNH 2 compound. A soot with a speed of 100 parts per hour by weight, a 30% sodium nitrite solution with a speed of 16 parts per hour and a speed of 112 parts per hour, a suspension consisting of 85.9% water, 5.43 is loaded into a continuously working pin granulator at a time % concentrated nitric acid and 8.72% sulfanilic acid. The ratio of the amount of carbon black and the injected liquid phase is 1: 1.28. The obtained granular product is dried at a temperature of 125 ° C.

В примерах 137 и 138 описан способ обработки сажи с йодным числом 120 г/кг и структурностью 125 см3/100 г продуктом диазотирования пара-фенилендиамина. Пара-фенилендиамин в количестве 4,87 и 2,43 г растворяют в 250 мл воды, содержащей 9,11 г 37% раствора соляной кислоты. В соответствии с известной зависимостью pH воды для растворения амина составляет 0,6. Раствор выдерживают на бане со льдом и добавляют 3,36 г NaNO2, растворенного в 125 мл воды. Полученный сине-зеленый раствор добавляют одной порцией к быстро перемешиваемой взвеси 225 г сажи в 2 л воды, содержащей 280 г льда. Взвесь перемешивают на протяжении ночи и фильтруют. Затем продукт промывают водой, вновь фильтруют и сушат при температуре 125°C до постоянного веса. В этих примерах концентрация пара-фенилендиамина составляет 2,16 и 1,08 масс.ч. на 100 масс.ч. сажи, соотношение «сажа: водная фаза» составляет 1:10,6, а продукт обработки не является гранулированным.In Examples 137 and 138 discloses a method of processing carbon black with an iodine number of 120 g / kg and structurally 125 cm 3/100 g product diazotization of para-phenylenediamine. 4.87 and 2.43 g of para-phenylenediamine are dissolved in 250 ml of water containing 9.11 g of a 37% hydrochloric acid solution. In accordance with the known dependence of the pH of the water for dissolving the amine is 0.6. The solution was kept in an ice bath and 3.36 g of NaNO 2 dissolved in 125 ml of water was added. The resulting blue-green solution is added in one portion to a rapidly mixed suspension of 225 g of carbon black in 2 l of water containing 280 g of ice. The suspension is stirred overnight and filtered. Then the product is washed with water, filtered again and dried at a temperature of 125 ° C to constant weight. In these examples, the concentration of para-phenylenediamine is 2.16 and 1.08 parts by weight per 100 parts by weight carbon black, the ratio of soot: aqueous phase is 1: 10.6, and the processing product is not granular.

В примерах 80-84 описана методика обработки сажи аминофенилсульфидами. Процесс является многоступенчатым. В частности, про примеру 80 концентрированную HCl (16,2 г) разбавляют 40 г воды и добавляют 9,3 г 4-аминофенилдисульфида, что соответствует pH среды для растворения модификатора ниже 0,1. Смесь перемешивают на ледяной бане. Холодный раствор 6,21 г NaNO2 в 30 г воды добавляют при перемешивании, выдерживая температуру ниже 10°C. При этом образуется 4-диазофенилдисульфодихлорид. Эту смесь добавляют к подготовленной суспензии 250 г гранулированной сажи в 1,3 л воды при перемешивании в течение 2,5 часов и поддержании температуры 10°C. При этом взаимодействие с сажей сопровождается выделением пузырьков газа. В данном примере соотношение «сажа: жидкая фаза» составляет 1:5,58. Затем продукт фильтруют, промывают этанолом, дополнительно водой и сушат при температуре 125°C до постоянного веса. После экстракции продукта в аппарате Сокслета тетрагидрофураном в течение ночи анализ показал наличие в саже 1,75% связанной серы. По данным примеров 80-84 в модифицированной саже количество серы варьируется от 1,32 до 1,97% по сравнению с 1,08% для необработанной сажи. При этом на 100 масс.ч. сажи расходуется от 2,34 до 3,72% аминофенилсульфидов. Получаемый продукт не является гранулированным.Examples 80-84 describe a procedure for treating carbon black with aminophenyl sulfides. The process is multi-stage. In particular, in Example 80, concentrated HCl (16.2 g) is diluted with 40 g of water and 9.3 g of 4-aminophenyl disulfide is added, which corresponds to a pH of the medium for dissolving the modifier below 0.1. The mixture is stirred in an ice bath. A cold solution of 6.21 g of NaNO 2 in 30 g of water is added with stirring, keeping the temperature below 10 ° C. In this case, 4-diazophenyl disulfodichloride is formed. This mixture is added to a prepared suspension of 250 g of granular carbon black in 1.3 L of water with stirring for 2.5 hours and maintaining a temperature of 10 ° C. In this case, interaction with soot is accompanied by the release of gas bubbles. In this example, the soot: liquid phase ratio is 1: 5.58. Then the product is filtered, washed with ethanol, additionally with water and dried at a temperature of 125 ° C to constant weight. After extracting the product in a Soxhlet apparatus with tetrahydrofuran overnight, analysis showed the presence of 1.75% bound sulfur in soot. According to examples 80-84, in the modified soot, the amount of sulfur varies from 1.32 to 1.97%, compared with 1.08% for untreated soot. At the same time, for 100 parts by weight soot is consumed from 2.34 to 3.72% of aminophenyl sulfides. The resulting product is not granular.

Недостатками описанных в прототипе способов обработки сажи ароматическими аминами являются:The disadvantages described in the prototype methods for processing soot with aromatic amines are:

- использование концентрированных минеральных кислот и кислотообразующих соединений, приводящих к преждевременной коррозии грануляционного и сушильного оборудования;- the use of concentrated mineral acids and acid-forming compounds, leading to premature corrosion of granulation and drying equipment;

- необходимость проведения реакции диазотирования при пониженных температурах вплоть до использования ледяной бани для обеспечения стабильности образующихся солей диазония;- the need for a diazotization reaction at low temperatures up to the use of an ice bath to ensure the stability of the formed diazonium salts;

- расходование первичной аминогруппы модификатора на образование соли диазония;- expenditure of the primary amino group of the modifier on the formation of diazonium salts;

- многостадийность и длительность процесса из-за необходимости предварительного приготовления взвеси сажи в воде и продуктов диазотирования, их многочасового перемешивания, предварительной - multi-stage and duration of the process due to the need for preliminary preparation of a suspension of soot in water and diazotization products, their many hours of mixing, preliminary

фильтрации продуктов реакции, отмывки целевого продукта реакции от побочных продуктов и несвязанного модификатора и ограничения температуры сушки продукта реакции не выше 125°C по причине термодеструкции азосоединения.filtering the reaction products, washing the target reaction product from by-products and an unbound modifier, and limiting the drying temperature of the reaction product to not higher than 125 ° C due to thermal decomposition of the azo compound.

Задачей настоящего изобретения является разработка способа получения гранулированной аминированной сажи с повышенным содержанием азота в составе первичных аминогрупп, упрощение процесса, повышение его эффективности и увеличение срока службы оборудования.The objective of the present invention is to develop a method for producing granular aminated carbon black with a high nitrogen content in the primary amino groups, simplifying the process, increasing its efficiency and increasing the service life of the equipment.

Поставленная задача достигается тем, что в способе получения гранулированной модифицированной сажи, включающем смешивание порошка сажи с водорастворимым первичным ароматическим амином, гранулирование сажи и последующую сушку гранул при повышенной температуре и доступе воздуха, в отличие от прототипа, в качестве первичного ароматического амина используют мета-фенилендиамин или мета-толуилендиамин, готовят его концентрированный раствор в химочищенной воде, подкисленной до pH 3-6,5, перед подачей в гранулятор смешивают с химочищенной водой до рабочей концентрации от 0,5 до 2 (предпочтительно 0,5-1,2) масс, частей на 100 масс.ч. сажи и вводят через форсунки смесителя-гранулятора в поток пылящей сажи при соотношении «сажа: раствор»=1:1, после чего сушку мокрых гранул осуществляют при температуре 220-260°C.The problem is achieved in that in the method for producing granular modified carbon black, comprising mixing carbon black powder with a water-soluble primary aromatic amine, granulating the carbon black and subsequent drying of the granules at elevated temperature and air access, unlike the prototype, meta-phenylenediamine is used as the primary aromatic amine or meta-toluylenediamine, prepare its concentrated solution in chemically purified water, acidified to pH 3-6.5, before being fed into the granulator, mixed with chemically purified water Oh to a working concentration of from 0.5 to 2 (preferably 0.5 to 1.2) mass, parts per 100 mass.h. soot and introduced through the nozzles of the mixer-granulator into the flow of dusty soot at a ratio of soot: solution "= 1: 1, after which the drying of wet granules is carried out at a temperature of 220-260 ° C.

В используемом аминирующем агенте первичные аминогруппы находятся в мета-положении и, являясь заместителями первого рода, способствуют двойной активации одного из незамещенных атомов ароматического кольца, вследствие чего становится возможной прививка части диамина на поверхность сажи без расходования аминогрупп. Первичные ароматические амины, в том числе мета-замещенные, являются оксидационными красителями и склонны к окислению, благодаря чему на поверхности сажи увеличивается количество кислородсодержащих функциональных групп.In the aminating agent used, the primary amino groups are in the meta position and, being first-order substituents, contribute to the double activation of one of the unsubstituted atoms of the aromatic ring, as a result of which it is possible to graft part of the diamine on the carbon black surface without consuming amino groups. Primary aromatic amines, including meta-substituted ones, are oxidative dyes and are prone to oxidation, due to which the amount of oxygen-containing functional groups increases on the surface of soot.

В примерах 1-12 представлены свойства использованных базовых саж, параметры процесса аминирования и результаты физико-химического анализа образцов модифицированных саж (Таблица 1 - приведена в Приложении).Examples 1-12 show the properties of the used base soot, the parameters of the amination process, and the results of physicochemical analysis of samples of modified soot (Table 1 is shown in the Appendix).

При расчете общего и аминного азота и связанного кислорода в модифицированных сажах внесены поправки на их количества в базовых сажах. Химочищенную воду, используемую для растворения ароматических диаминов, подкисляют соляной кислотой до pH от 3 до 6,5 и на ней готовят концентрированные растворы диаминов, например, с концентрацией 25%, для последующего их разбавления до рабочей концентрации непосредственно перед введением в гранулятор.When calculating total and amine nitrogen and bound oxygen in modified carbon blacks, corrections were made for their amounts in base carbon blacks. The chemically purified water used to dissolve aromatic diamines is acidified with hydrochloric acid to a pH of 3 to 6.5 and concentrated solutions of diamines, for example, with a concentration of 25%, are prepared on it for subsequent dilution to a working concentration immediately before introduction into the granulator.

Лабораторный смеситель-гранулятор непрерывного действия представляет собой неподвижный барабан, имеющий внутренний диаметр 120 мм и длину 400 мм. Внутри барабана вращается ротор с пальцами, насаженными на нем по двухзаходной винтовой линии с шагом 100 мм. Расстояние между пальцами 12 мм. Привод ротора снабжен частотным регулятором. Корпус смесителя-гранулятора обогревается изолированной спиралью, по которой проходит электрический ток регулируемой мощности для поддержания температуры в грануляторе 60-80°C. Для обработки используют уплотненную пылящую сажу различных марок, а ее обработку проводят при соотношении «раствор модификатора: сажа» = 1:1 в течение времени, достаточного для формирования гранул. Сушку мокрых гранул осуществляют при контролируемой температуре 220-260°C, не превышающей температуру кипения аминирующего агента. Высушенные образцы модифицированной сажи экстрагируют в течение 12 часов в аппарате Сокслета изопропиловым спиртом, после чего в них определяют количество общего азота методом Кьельдаля в варианте Терентьева (Н.Н. Лежнев, А.П. Терентьев, И.С. Новикова, Т.А. Кобзева «Каучук и резина», 1961, №11, с. 21-27) и количество азота в аминной форме методом неводного титрования (Гущина И.В., Листикова И.В., Орехина Г.А. «Интенсификация производства технического углерода». Сборник научных трудов №3, Москва, ЦНИИТЭнефтехим, 1983, с. 41-46). Общее количество связанного кислорода на поверхности сажи определяют термохимическим методом при пиролитическом разложении сажи при температуре (1000±50)°C в токе инертного газа с поглощением и количественной оценкой выделяющихся при этом окиси и двуокиси углерода (Rivin D. "Chemistry and Technology", 1963, v. 36, N 3, p. 729).The laboratory continuous mixer granulator is a stationary drum having an internal diameter of 120 mm and a length of 400 mm. Inside the drum, a rotor rotates with the fingers mounted on it along a two-way helical line with a pitch of 100 mm. The distance between the fingers is 12 mm. The rotor drive is equipped with a frequency regulator. The body of the mixer-granulator is heated by an insulated spiral, through which an electric current of controlled power passes to maintain the temperature in the granulator 60-80 ° C. For processing, compacted dusting soot of various grades is used, and its processing is carried out at a ratio of “modifier solution: soot” = 1: 1 for a time sufficient to form granules. Wet granules are dried at a controlled temperature of 220-260 ° C, not exceeding the boiling point of the aminating agent. The dried samples of modified carbon black are extracted for 12 hours in a Soxhlet apparatus with isopropyl alcohol, after which the amount of total nitrogen is determined using the Kjeldahl method in the Terentyev variant (N.N. Lezhnev, A.P. Terentyev, I.S. Novikova, T.A. Kobzeva "Rubber and rubber", 1961, No. 11, pp. 21-27) and the amount of nitrogen in the amine form by non-aqueous titration (Gushchina IV, Listikova IV, Orekhina GA "Intensification of technical production carbon. ”Collection of scientific papers No. 3, Moscow, TsNIITEneftekhim, 1983, pp. 41-46). The total amount of bound oxygen on the soot surface is determined by the thermochemical method for pyrolytic decomposition of soot at a temperature of (1000 ± 50) ° C in an inert gas stream with absorption and quantification of the carbon monoxide and carbon dioxide released (Rivin D. "Chemistry and Technology", 1963 , v. 36, N 3, p. 729).

Достигаемый технический результат по способуAchievable technical result by the method

За счет использования в способе получения гранулированной модифицированной сажи отличительных признаков по предлагаемому изобретению достигаются следующие технические результаты:By using the distinctive features of the present invention in the method for producing granular modified carbon black, the following technical results are achieved:

- повышение эффективности процесса за счет увеличения количества связанного азота и доли в нем азота в аминной форме и повышения температуры сушки;- increasing the efficiency of the process by increasing the amount of bound nitrogen and the proportion of nitrogen in the amine form and increasing the drying temperature;

- уменьшение стадийности процесса;- reducing the staging process;

- быстрое внедрение процесса в действующие на заводах системы «мокрой» грануляции;- rapid implementation of the process in the wet granulation systems operating at the plants;

- снижение коррозии грануляционного и сушильного оборудования вследствие проведения процесса в нейтральной или слабощелочной среде;- reduction of corrosion of granulation and drying equipment due to the process in a neutral or slightly alkaline environment;

- увеличение поверхностной активности сажи, обеспечивающей получение высокомодульных полимерных композиций.- an increase in the surface activity of soot, providing high modulus polymer compositions.

Предшествующий уровень техники по сажеPrior art for soot

Модули резин при заданных удлинениях являются следствием ограничения подвижности полимерных цепей за счет образования вулканизационной сетки и взаимодействия «полимер-сажа», что определяет способность резин противостоять воздействию внешней растягивающей силы. Соответствие величины модуля при 300% удлинении эталонной резины нормам контроля ASTM D1765 подтверждает правомерность отнесения сажи к той или иной марке. Величина модуля при 300% удлинении в значительной мере определяет работоспособность шинных резин, поскольку от его величины зависят износостойкость, сцепление с дорогой и сопротивление шин качению. Обеспечение повышенного модуля резин наиболее целесообразно для протекторных резин радиальных шин, эксплуатирующихся на дорогах с усовершенствованным покрытием -автобусных и троллейбусных шин, шин для междугородных и международных перевозок [A.M. Пичугин «Материаловедческие аспекты создания шинных резин» // Научное издание - Москва, 2008, с. 47].Rubber modules at given extensions are a consequence of the limitation of the mobility of polymer chains due to the formation of a vulcanization network and the polymer-soot interaction, which determines the ability of rubbers to withstand external tensile forces. The compliance of the module value at 300% elongation of the reference rubber with the ASTM D1765 control standards confirms the validity of classifying soot to a particular brand. The value of the module at 300% elongation largely determines the performance of tire rubbers, since wear resistance, grip and tire rolling resistance depend on its value. The provision of an increased rubber module is most appropriate for tread rubber radial tires operating on roads with improved coating - bus and trolleybus tires, long-distance and international tires [A.M. Pichugin “Material science aspects of creating tire rubbers” // Scientific publication - Moscow, 2008, p. 47].

Модуль 300% резин, как видно из данных ASTM 1765, возрастает при увеличении дисперсности и, в наибольшей степени, структурности сажи. Однако, при их одновременном росте неизбежно затрудняется диспергирование техуглерода, и для реализации потенциально возможной усиливающей способности сажи требуется значительно повысить удельные энергозатраты на смешение [Лежнев Н.Н., Балан И.Д., Аленина С.С. и др. // «Пневматические шины из синтетического каучука». Сб. научных трудов ПИИТ ТТЛ. Москва: ЦНИИТЭнефтехим, 1979, с. 57-72]. При этом ухудшаются и технологические свойства резиновых смесей. Связь между величиной М300% резин и структурностью сжатого образца сажи (метод ASTM D3493) является функциональной, поскольку коэффициент их корреляции выше 0,8 [Крушевская И.Я., Шварц А.Г, Мизонов В.М. и др. // «Каучук и резина», 1974, №7, с. 20-23].The modulus of 300% rubber, as can be seen from ASTM 1765, increases with increasing dispersion and, to the greatest extent, soot structure. However, with their simultaneous growth, the dispersion of carbon black is inevitably difficult, and in order to realize the potentially possible enhancing ability of soot, it is necessary to significantly increase the specific energy consumption for mixing [Lezhnev NN, Balan I.D., Alenina S.S. and others // "Pneumatic tires made of synthetic rubber." Sat scientific works of PIIT TTL. Moscow: TsNIITEneftekhim, 1979, p. 57-72]. At the same time, the technological properties of rubber compounds are also deteriorating. The relationship between the M300% value of rubbers and the structure of the compressed carbon black sample (ASTM method D3493) is functional, since their correlation coefficient is higher than 0.8 [Krushevskaya I.Ya., Shvarts A.G., Mizonov V.M. and others // "Rubber and rubber", 1974, No. 7, p. 20-23].

Известны так называемые «улучшенные» (improved) марки сажи, получаемые по патентам US №3.725.103 (опубл. 3.04.1973) и US №3.799.788 (опубл. 26.03.1974), сообщающие при близкой структурности и меньшей дисперсности более высокий уровень модуля в связи с тем, что они имеют меньший размер агрегатов с их узким распределением по размеру, агрегаты имеют более открытый и разветвленный характер, а повышенное содержание связанного кислорода способствует разупорядочиванию поверхностных слоев сажи и повышению ее поверхностной активности [Toussaint U.E "New Results on New Technology Black” / Intemational Rubber Symposium, Sept., 1-5, 1975, Gotvaldov].The so-called “improved” soot grades are known, obtained according to US patents No. 3.725.103 (publ. 3.04.1973) and US No. 3.799.788 (publ. 03/26/1974), reporting higher structural similarity and lower dispersion the level of the module due to the fact that they have a smaller aggregate size with a narrow size distribution, the aggregates are more open and branched, and the increased content of bound oxygen contributes to the disordering of the surface layers of soot and increase its surface activity [Toussaint UE "New Results on New Technology Black ”/ Intematio nal Rubber Symposium, Sept., 1-5, 1975, Gotvaldov].

Известны сажи, получаемые по патенту RU №2131766 С1, опубл. 20.06.1999, на многоканальных реакторах, которые являются монодисперсными, имеют повышенную поверхностную активность и дают эффект, аналогичный сажам «improved» [В.Ю. Орлов, A.M. Комаров, Л.А. Ляпина «Производство и использование технического углерода для резин». Ярославль. Издательство «Александр Рутман», 2002, с. 492-494].The soot obtained by patent RU No. 2131766 C1, publ. 06/20/1999, on multichannel reactors, which are monodisperse, have increased surface activity and give an effect similar to soot "improved" [V.Yu. Orlov, A.M. Komarov, L.A. Lyapina "Production and use of carbon black for rubber." Yaroslavl Alexander Rutman Publishing House, 2002, p. 492-494].

Освоение инновационных реакторных процессов для получения саж для высокомодульных резин требует реконструкции действующих реакторов, больших капиталовложений и затруднено для производств, выпускающих преимущественно обычные сажи ассортимента ASTM D1765.The development of innovative reactor processes for the production of soot for high modulus rubbers requires the reconstruction of existing reactors, a large investment, and is difficult for industries that produce mainly ordinary soot from the ASTM D1765 range.

Повышают модуль резин сажи, выпущенные по традиционной технологии и модифицированные на стадии пост-обработки азотсодержащими соединениями.The soot rubber modulus is increased, manufactured according to traditional technology and modified at the post-treatment stage with nitrogen-containing compounds.

Из авторского свидетельства СССР №804660, опубл. 12.02.1981, известна сажа, модифицированная мочевиной, этоксилированным алкиламидом жирной кислоты или продуктом их взаимодействия. Эффект роста модуля резин незначителен и является, очевидно, следствием улучшенной диспергируемости сажи.From the copyright certificate of the USSR No. 804660, publ. 02/12/1981, carbon black modified with urea, ethoxylated fatty acid alkylamide or the product of their interaction is known. The growth effect of the rubber modulus is negligible and is obviously a consequence of the improved dispersibility of soot.

Из патента US №4.557.306 (опубл. 10.12.1985) известны сажи, модифицированные водными суспензиями ароматических фуразаноксидов. Однако в резинах на основе натурального каучука роста модуля 300% не наблюдалось в отличие от резины на бутадиен-стирольном каучуке.From US patent No. 4,557.306 (publ. 10.12.1985) carbon blacks are known which are modified with aqueous suspensions of aromatic furazanoxides. However, in rubber based on natural rubber, a 300% module growth was not observed, unlike styrene-butadiene rubber.

Сажа, полученная по SU 1.068.455 (опубл. 23.01.84), при обработке дифенилгуанидином дает большее увеличение модуля 300%, чем алифатический диамин-гексаметилендиамин (патент Японии №46-20886, опубл. в 1971 г.). Однако выпуск такой сажи возможен только в пылящей форме. Сажа, полученная при обработке промотирующим агентом - паранитрозодифениламином по SU 1.068.455, существенно повышает модуль 300% резин, однако этот продукт запрещен к применению из-за его канцерогенности.Soot obtained according to SU 1.068.455 (publ. 23.01.84), when treated with diphenylguanidine, gives a greater modulus increase of 300% than aliphatic diamine-hexamethylenediamine (Japanese patent No. 46-20886, publ. In 1971). However, the release of such soot is possible only in dusty form. Soot obtained by treatment with a promoting agent, paranitrosodiphenylamine according to SU 1.068.455, significantly increases the modulus of 300% rubbers, but this product is prohibited for use due to its carcinogenicity.

Специфической особенностью промотированного усиления при правильном подборе типа, дозировки сажи и количества вводимого промотора является пониженное значение модулей резин при малых удлинениях и их высокий уровень при деформации 300% (Дж. Харрис, Р. Уайз «Промоторы усиления эластомеров». Гл. 9 в сб. «Усиление эластомеров» под ред. Дж. Крауса. Пер. с англ. Москва: Изд-во «Химия», с. 211-232).A specific feature of the promoted reinforcement with the correct selection of the type, dosage of soot, and the amount of promoter introduced is the reduced value of the rubber moduli at low elongations and their high level at 300% deformation (J. Harris, R. Wise, “Elastomer Reinforcement Promoters”, Chapter 9 in Sat “Strengthening of Elastomers” edited by J. Kraus. Translated from English by Moscow: “Chemistry” Publishing House, pp. 211-232).

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату (прототип) является патент RU 2211230 С2, опубл. 27.08.2003, использующий сажу, модифицированную продуктами взаимодействия первичного амина общей формулы AyArNH2 (где Ar - ароматический или гетероароматический радикал, Ay - заместитель на указанном радикале) с нитритом и кислотой через промежуточное образование диазониевых солей. Авторы используют как незамещенный ароматический амин (пара-фенилендиамин), как и соединения формулы Ar(CH2)ρSk(CH2)rAr', где Ar и Ar' могут быть одинаковыми или различными, "k" равно целому числу от 1 до 8, "ρ" равно целому числу от О до 4, а "r" равно целому числу от 0 до 4 (аминофенилсульфиды: 4-аминофенилдисульфид, 4-аминофенилтетрасульфид, 4-аминофенилфенилдисульфид). Приведенные в патенте данные по напряжениям резин при различных удлинениях позволяют выделить показатель усиливающей способности сажи от ее влияния на степень вулканизации. По методике фирмы "Columbian" (Ayala J.A., Hess W.M. Kistler F.D., Joyce C.A. "Rubber Chemistry and Technology", 1991, v.64, №1, p. 19-39) степень усиления оценивают по углу наклона кривой «напряжение -удлинение» в относительно линейной области при коэффициенте λ=1-3.The closest in technical essence and the achieved technical result (prototype) is the patent RU 2211230 C2, publ. 08/27/2003, using carbon black modified by the reaction products of a primary amine of the general formula AyArNH 2 (where Ar is an aromatic or heteroaromatic radical, Ay is a substituent on the indicated radical) with nitrite and acid through the intermediate formation of diazonium salts. The authors use as unsubstituted aromatic amine (para-phenylenediamine), as well as compounds of the formula Ar (CH 2 ) ρ Sk (CH 2 ) r Ar ', where Ar and Ar' can be the same or different, "k" is an integer from 1 to 8, "ρ" is an integer from O to 4, and "r" is an integer from 0 to 4 (aminophenyl sulfides: 4-aminophenyl disulfide, 4-aminophenyl tetrasulfide, 4-aminophenyl phenyl disulfide). The data on rubber stresses given in the patent for various elongations make it possible to distinguish an indicator of the soot's reinforcing ability from its effect on the degree of vulcanization. According to the methodology of Columbian (Ayala JA, Hess WM Kistler FD, Joyce CA "Rubber Chemistry and Technology", 1991, v. 64, No. 1, p. 19-39), the degree of amplification is estimated from the angle of inclination of the stress-strain curve »In a relatively linear region with a coefficient λ = 1-3.

На практике степень усиления сажами оценивают соотношением модулей при 300% и 100% удлинении (Б.С. Гришин «Материалы резиновой промышленности. Информационно-аналитическая база данных». Часть 1. Казань - КГТУ. 2010, с. 319).In practice, the degree of soot reinforcement is estimated by the ratio of modules at 300% and 100% elongation (BS Grishin “Materials of the rubber industry. Information and analytical database.” Part 1. Kazan - KSTU. 2010, p. 319).

В таблице 2 приведены данные по сажам из прототипа, полученным по примерам 80, 81, 83 и 89 (примеры 104, 105, 107 и контрольный пример прототипа).Table 2 shows the data on carbon black from the prototype obtained in examples 80, 81, 83 and 89 (examples 104, 105, 107 and a control example of the prototype).

Figure 00000001
Figure 00000001

При увеличении содержания связанной серы в сажах на 62% модуль 300% вулканизатов увеличился на 39%, в то время как показатель степени усиления - всего на 8%. Следовательно, увеличение количества связанного каучука в смесях на 58% и указанный рост модуля 300% обусловлены не столько повышением степени усиления, сколько увеличением количества серы в саже и ростом степени вулканизации резин.With an increase in the content of bound sulfur in soot by 62%, the modulus of 300% of the vulcanizates increased by 39%, while the degree of enhancement increased by only 8%. Therefore, an increase in the amount of bound rubber in the mixtures by 58% and a specified increase in the modulus of 300% are due not so much to an increase in the degree of reinforcement as to an increase in the amount of sulfur in soot and an increase in the degree of vulcanization of rubbers.

Поскольку для безопасной переработки смесей количество серы в саже нормируется не более 1,1%, неизбежна подвулканизация смесей.Since for the safe processing of mixtures, the amount of sulfur in soot is normalized to not more than 1.1%, vulcanization of mixtures is inevitable.

Задачей предлагаемого изобретения по саже является сажа, пригодная для получения высокомодульных полимерных композиций, сочетающая повышенную усиливающую способность и улучшенную перерабатываемость.The objective of the invention for carbon black is carbon black, suitable for producing high modulus polymer compositions, combining increased reinforcing ability and improved processability.

Раскрытие изобретения по сажеSoot disclosure

Поставленная задача достигается тем, что, в отличие от прототипа, используемая гранулированная модифицированная сажа содержит на поверхности от 0,15 до 0,40 связанного азота, в том числе от 36 до 58% в аминной форме при количестве связанного кислорода не менее 0,6%.This object is achieved in that, in contrast to the prototype, the used granular modified carbon black contains on the surface from 0.15 to 0.40 bound nitrogen, including from 36 to 58% in amine form with the amount of bound oxygen not less than 0.6 %

Перерабатываемость сажи определяется ее способностью к качественному диспергированию, вязкостью резиновых смесей и их стойкостью к подвулканизации. Качество диспергирования оценивают по величине удельного объемного электросопротивления (Gembrola R.J. "Rubber Chemistry and Technology", 1983, v. 56, №1, p. 233-243) с использованием электродного устройства по авт. свид. СССР №318884 (опубл. 28.10.1971).The processability of soot is determined by its ability to disperse qualitatively, the viscosity of rubber compounds and their resistance to vulcanization. The dispersion quality is evaluated by the value of the specific volume electrical resistivity (Gembrola R.J. "Rubber Chemistry and Technology", 1983, v. 56, No. 1, p. 233-243) using an electrode device according to ed. testimonial. USSR No. 318884 (publ. 10/28/1971).

Наличие в смесях прямых контактов агрегатов недиспергированной сажи оценивают также по интенсивности снижения величины комплексного модуля сдвига G* на приборе RPA2000 при 60°C и росте амплитуды сдвига от 0,56 до 0,04%, характеризующей так называемый «эффект Пейна».The presence of undispersed soot aggregates in direct contact mixtures is also evaluated by the intensity of the decrease in the complex shear modulus G * on the RPA2000 at 60 ° C and the increase in shear amplitude from 0.56 to 0.04%, which characterizes the so-called “Payne effect”.

Показатели вязкости и кинетики подвулканизации оценивают по методике ASTM D1646, а прочностные показатели вулканизатов - по методике ASTM D412 на малоинерционной разрывной машине с записью диаграммы «напряжение - деформация».Values of viscosity and kinetics of scorching are evaluated according to ASTM D1646, and strength indicators of vulcanizates are evaluated according to ASTM D412 on a low-inertia tensile testing machine with a stress – strain diagram.

Предлагаемое изобретение раскрывается данными примеров 13-18.The present invention is disclosed by the data of examples 13-18.

Пример 13Example 13

Модифицированную сажу, полученную по примерам 1 и 2 путем грануляции базовой сажи с йодным числом 42 г/кг и абсорбцией масла 120 см3/100 г 1,0 масс.ч. мета- и пара-изомеров фенилендиамина, вводят в резиновую смесь стандартного состава на основе изопренового каучука СКИ-3. Характеристика используемых саж и свойства содержащих их резин приведены в таблице 3. В качестве контрольного варианта представлено введение мета-фенилендиамина непосредственно при изготовлении резиновой смеси.A modified carbon black obtained in Examples 1 and 2 by a base carbon black with an iodine number of granulation 42 g / kg and oil absorption of 120 cm 3/100 g 1.0 pbw meta- and para-isomers of phenylenediamine are introduced into a rubber composition of standard composition based on SKI-3 isoprene rubber. The characteristics of the soot used and the properties of the rubbers containing them are shown in Table 3. The introduction of meta-phenylenediamine directly in the manufacture of the rubber compound is presented as a control option.

Таблица 3Table 3 ПоказателиIndicators Сажа по примеруSoot as an example Контр. с необр. сажейCounter. with neobr. soot 1one 22 Свойства сажиSoot Properties МодификаторModifier 1 масс.ч. м-фда в саже1 parts by weight m-fda in soot 1 масс.ч. п-фда в саже1 parts by weight p-fda in soot м-фда введен на вальцахm-fda introduced on rollers Общее количество азота по Кьельдалю, %The total amount of nitrogen according to Kjeldahl,% 0,2010.201 0,2090.209 -- Количество азота в аминной форме, %The amount of nitrogen in amine form,% 0,0810,081 0,0520,052 -- Доля аминного азота от общего количества азота, %The proportion of amino nitrogen in the total amount of nitrogen,% 40,340.3 24,924.9 -- Количество связанного кислорода, %The amount of bound oxygen,% 0,840.84 0,510.51 -- Свойства смесейMixture Properties Уд. об. электросопротивление, Ом·смBeats about. electrical resistance, Ohm · cm 2,10×1011 2.10 × 10 11 1,78×1010 1.78 × 10 10 1,93×1010 1.93 × 10 10 Вязкость при 100°С, ед. МуниViscosity at 100 ° C, units Mooney 3838 4242 4747 Параметры подвулканизации при 121°С:Parameters of vulcanization at 121 ° C: τ5, минτ 5 min 10,910.9 10,610.6 9,39.3 τ35, минτ 35 min 15,615.6 14,314.3 11,211,2 Свойства вулканизатов (143°C - 15 мин.)Properties of vulcanizates (143 ° C - 15 min.) Модуль при деформацииDeformation modulus 100%, МПа100%, MPa 3,53,5 3,73,7 4,44.4 300%, МПа300%, MPa 15,815.8 14,214.2 16,116.1 Степень усиления М300%/М100%Amplification degree M300% / M100% 4,514,51 3,843.84 3,663.66

Пример 14Example 14

Модифицированную сажу, имеющую до обработки йодное число 92 г/кг и структурность 113 см3/100 г, гранулированную 0,7 масс.ч. мета-фенилендиамина при его растворении в воде с pH 6,1 (пример 3) и 3,0 (пример 4), вводят в резиновую смесь стандартного состава на основе эмульсионного каучука СКМС-30АРК (ASTM D3191). Характеристика используемых саж и свойства содержащих их резин приведены в таблице 4. Для сравнения приведены данные примера 109 патента-прототипа для резины на основе аналогичного каучука эмульсионной полимеризации SBR 1500 с сажей, имеющей аналогичный уровень дисперсности и структурности, обработанной продуктом диазотирования 3,7 масс.ч. 4-аминофенил-дисульфида и содержащей 2,12% связанной серы. Данные по технологическим свойствам смесей в прототипе отсутствуют.The modified carbon black having an Iodine Number prior to treatment with 92 g / kg and structurally 113 cm 3/100 g, 0.7 parts by weight of granular meta-phenylenediamine when dissolved in water with a pH of 6.1 (example 3) and 3.0 (example 4), is introduced into the rubber composition of a standard composition based on emulsion rubber SKMS-30ARK (ASTM D3191). The characteristics of the used carbon blacks and the properties of the rubber containing them are shown in Table 4. For comparison, the data of Example 109 of the prototype patent for rubber based on the same rubber of emulsion polymerization SBR 1500 with carbon black having a similar level of dispersion and structure treated with a diazotization product of 3.7 wt. hours 4-aminophenyl disulfide and containing 2.12% bound sulfur. Data on the technological properties of the mixtures in the prototype are missing.

Таблица 4Table 4 ПоказателиIndicators Сажа по примеруSoot as an example Сажа по примеру 85 в примере 109 (прототип)Soot according to example 85 in example 109 (prototype) 33 4four Свойства сажиSoot Properties МодификаторModifier 0,7 масс.ч. мета-фенилендиамина0.7 parts by weight meta-phenylenediamine 3,7 масс.ч. 4-аминофенил-дисульфида3.7 parts by weight 4-aminophenyl disulfide Общее количество азота по Кьельдалю, %The total amount of nitrogen according to Kjeldahl,% 0,2520.252 0,2740.274 Количество азота в аминной форме, %The amount of nitrogen in amine form,% 0,1240.124 0,1440.144 Доля аминного азота от общего количества азота, %The proportion of amino nitrogen in the total amount of nitrogen,% 49,249.2 52,452,4 Количество связанного кислорода, %The amount of bound oxygen,% 0,780.78 0,950.95 Свойства смесейMixture Properties Уд. об. электросопротивление, Ом·смBeats about. electrical resistance, Ohm · cm 2,01×108 2.01 × 10 8 3,18×108 3.18 × 10 8 Вязкость при 100°C, ед. МуниViscosity at 100 ° C, units Mooney 88,988.9 86,786.7 Параметры подвулканизации при 130°C:Vulcanization parameters at 130 ° C: τ5, минτ 5 min 17,917.9 20,420,4 τ35, минτ 35 min 23,823.8 27,627.6 Свойства вулканизатов (143°C - 50 мин)Properties of vulcanizates (143 ° C - 50 min) Модуль при деформацииDeformation modulus 100%, МПа100%, MPa 2,32,3 2,42,4 4,124.12 300%, МПа300%, MPa 11,111.1 11,811.8 19,319.3 Степень усиления М300%/М100%Amplification degree M300% / M100% 4,834.83 4,924.92 4,684.68

В примере 109 прототипа содержание серы в саже (2,12%) значительно превышает максимально допустимый уровень, вследствие чего неизбежна подвулканизация смесей.In example 109 of the prototype, the sulfur content in soot (2.12%) significantly exceeds the maximum allowable level, as a result of which vulcanization of mixtures is inevitable.

Пример 15Example 15

Модифицированную сажу, имеющую до обработки йодное число 104 г/кг и абсорбцию масла 114 см3/100 г, обработанную по примерам 6 и 7 при грануляции 2,0 масс.ч. мета-фенилендиамина и мета-толуилендиамина, вводят в стандартную смесь на основе СКМС-30АРК. Характеристика используемых саж и свойства содержащих их резин представлены в таблице 5. Контрольным вариантом является смесь, содержащая немодифицированную сажу (пример 5).The modified carbon black having an Iodine Number prior to treatment with 104 g / kg and oil absorption of 114 cm 3/100 g, treated according to Examples 6 and 7, with 2.0 pbw of granulation meta-phenylenediamine and meta-toluene diamine are introduced into a standard mixture based on SKMS-30ARK. The characteristics of the soot used and the properties of the rubber containing them are presented in table 5. The control variant is a mixture containing unmodified soot (example 5).

Таблица 5Table 5 ПоказателиIndicators Сажа по примерамSoot by examples 66 77 55 Свойства сажиSoot Properties МодификаторModifier 2,0 масс.ч. м-фда2.0 parts by weight m-fda 2,0 масс.ч. м-тда2.0 parts by weight m-tda -- Общее количество азота по Кьельдалю, %The total amount of nitrogen according to Kjeldahl,% 0,3960.396 0,3810.381 0,010.01 Количество азота в аминной форме, %The amount of nitrogen in amine form,% 0,1930.193 0,1370.137 -- Доля аминного азота от общего количества азота, %The proportion of amino nitrogen in the total amount of nitrogen,% 48,748.7 36,036.0 -- Количество связанного кислорода, %The amount of bound oxygen,% 0,930.93 0,620.62 0,360.36 Свойства смесейMixture Properties Уд. об. электросопротивление, Ом·смBeats about. electrical resistance, Ohm · cm 8,18×107 8.18 × 10 7 6,74×107 6.74 × 10 7 3,2×107 3.2 × 10 7 Вязкость при 100°C, ед. МуниViscosity at 100 ° C, units Mooney 92,492.4 90,590.5 85,185.1 Параметры подвулканизации при 130°C:Vulcanization parameters at 130 ° C: τ5, минτ 5 min 12,012.0 14,114.1 13,613.6 τ35, минτ 35 min 17,717.7 23,323.3 20,420,4 Свойства вулканизатов (143°C - 50 мин)Properties of vulcanizates (143 ° C - 50 min) Модуль при деформацииDeformation modulus 100%, МПа100%, MPa 3,73,7 2,92.9 2,82,8 300%, МПа300%, MPa 16,116.1 11,211,2 8,98.9 Степень усиления М300%/М100%Amplification degree M300% / M100% 4,354.35 3,863.86 3,183.18

Пример 16Example 16

Модифицированную сажу, имеющую до обработки йодное число 102 г/кг и абсорбцию масла 94 см3/100 г, обработанную по примерам 8 и 9 при грануляции 0,5 и 1,2 масс.ч. мета-фенилендиамина, вводят в смесь, аналогичную используемой в примерах 14 и 15. Контрольным вариантом является резина, содержащая сажу марки N234, имеющую йодное число 122 г/кг, абсорбцию масла 123 см3/100 г. и количество неводных летучих, определенных по методике DIN 53552 - 3,4%., а количество связанного кислорода - 2,7%. Результаты испытаний приведены в таблице 6.The modified carbon black having an Iodine Number prior to treatment with 102 g / kg and oil absorption of 94 cm 3/100 g, treated according to Examples 8 and 9 during granulation 0.5 and 1.2 phr meta-phenylene diamine, is introduced into a mixture similar to that used in Examples 14 and 15. The control is one rubber containing carbon black grade N234, having an iodine value of 122 g / kg and oil absorption of 123 cm 3/100 g and the amount of nonaqueous volatile defined by according to DIN 53552 - 3.4%., and the amount of bound oxygen - 2.7%. The test results are shown in table 6.

Таблица 6Table 6 ПоказателиIndicators Сажа по примерамSoot by examples Контр. (N234)Counter. (N234) 88 99 Свойства сажиSoot Properties МодификаторModifier 0,5 масс.ч. м-фда0.5 parts by weight m-fda 1,2 масс.ч. м-фда1.2 parts by weight m-fda -- Общее количество азота по Кьельдалю, %The total amount of nitrogen according to Kjeldahl,% 0,1500.150 0,3170.317 Количество азота в аминной форме, %The amount of nitrogen in amine form,% 0,0870,087 0,1700.170 -- Доля аминного азота от общего количества азота, %The proportion of amino nitrogen in the total amount of nitrogen,% 58,058.0 53,653.6 -- Количество связанного кислорода, %The amount of bound oxygen,% 0,580.58 1,071,07 2,72.7 Свойства смесейMixture Properties Уд. об. электросопротивление, Ом·смBeats about. electrical resistance, Ohm · cm 1,27×108 1.27 × 10 8 1,42×108 1.42 × 10 8 3,17×108 3.17 × 10 8 Вязкость при 100°С, ед. МуниViscosity at 100 ° C, units Mooney 7373 7474 7171 Параметры подвулканизации при 130°C:Vulcanization parameters at 130 ° C: τ5, минτ 5 min 16,316.3 17,317.3 16,416,4 τ35, минτ 35 min 25,525.5 26,326.3 22,522.5 Свойства вулканизатов (143°C - 40 мин)Properties of vulcanizates (143 ° C - 40 min) Модуль при деформацииDeformation modulus 100%, МПа100%, MPa 2,52.5 3,13,1 3,153.15 300%, МПа300%, MPa 10,610.6 13,313.3 13,213,2 Степень усиления М300%/М100%Amplification degree M300% / M100% 4,244.24 4,294.29 4,194.19

Пример 17Example 17

Модифицированную сажу, имеющую до обработки йодное число 119 г/кг и абсорбцию масла 115 см3/100 г, обработанную по 10 примеру 1,2 масс.ч. мета-фенилендиамина, вводят в смесь, аналогичную используемой в примерах 14-16. Контрольными вариантами являются резины с базовой необработанной сажей и введенным на вальцах аналогичным количеством мета-фенилендиамина, а также резина с сажей N121, имеющей йодное число 122 г/кг, структурность 134 см3/100 г, количество неводных летучих 4,2%, а количество связанного кислорода - 3,96%. Результаты приведены в таблице 7.The modified carbon black having an Iodine Number prior to treatment with 119 g / kg and oil absorption of 115 cm 3/100 g, treated by 1.2 pbw Example 10 meta-phenylenediamine is introduced into a mixture similar to that used in examples 14-16. The control options are rubber base with an untreated carbon black and rollers inserted in the same number of meta-phenylenediamine, and the tires with carbon black N121, having an iodine value of 122 g / kg, structuring 134 cm 3/100 g, the amount of nonaqueous volatile of 4.2%, and the amount of bound oxygen is 3.96%. The results are shown in table 7.

Таблица 7Table 7 ПоказателиIndicators Сажа по примеру 10Soot according to example 10 Контр.Counter. N121N121 амин введен на вальцахamine introduced on rollers Свойства сажиSoot Properties МодификаторModifier 1,2 масс.ч. м-фда1.2 parts by weight m-fda -- Общее количество азота по Кьельдалю, %The total amount of nitrogen according to Kjeldahl,% 0,3420.342 -- Количество азота в аминной форме, %The amount of nitrogen in amine form,% 0,1870.187 -- Доля аминного азота от общего количества азота, %The proportion of amino nitrogen in the total amount of nitrogen,% 54,654.6 -- Количество связанного кислорода, %The amount of bound oxygen,% 1,911.91 -- 3,963.96 Свойства смесейMixture Properties Эффект Пейна на приборе RPA 2000 при амплитуде сдвига от 0,56 до 40,04%, kPaPayne effect on an RPA 2000 device with a shear amplitude of 0.56 to 40.04%, kPa 1037,21037.2 2722,42722.4 1703,41703.4 Уд. об. электросопротивление, Ом·смBeats about. electrical resistance, Ohm · cm 7,86×107 7.86 × 10 7 3,6×106 3.6 × 10 6 7,18×105 7.18 × 10 5 Вязкость при 100°C, ед. МуниViscosity at 100 ° C, units Mooney 104104 120120 111111 Параметры подвулканизации при 130 С:Parameters of vulcanization at 130 C: τ5, минτ 5 min 26,426,4 12,712.7 23,223,2 τ35, минτ 35 min 35,535.5 21,521.5 32,532,5 Свойства вулканизатов (145°C - 40 мин)Properties of vulcanizates (145 ° C - 40 min) Модуль при деформацииDeformation modulus 100%, МПа100%, MPa 3,003.00 4,304.30 3,063.06 300%, МПа300%, MPa 17,3717.37 19,2019,20 16,5316.53 Степень усиления М300%/М100%Amplification degree M300% / M100% 5,795.79 4,474.47 5,405.40

Пример 18Example 18

Для сравнения с результатами примера 217 прототипа по использованию в резине на основе комбинации бутадиен-стирольных каучуков растворной полимеризации NS-116 и NS-114 сажи, имеющей йодное число 120 г/кг и структурность 125 см3/100 г, обработанной продуктом диазотирования 1 масс.ч. пара-фенилендиамина, приведены показатели резины из примера 17 (по примеру 10), вулканизованной в режиме (145° - 60 мин.), имеющей близкий уровень модуля при 300% удлинении. Результаты приведены в таблице 8. Данные о технологических свойствах в прототипе отсутствуют.For comparison with the results of Example 217 prototype for use in rubber based on a combination of styrene-butadiene rubbers, solution polymerization NS-116 and NS-114 carbon black having an Iodine Number of 120 g / kg and structurally 125 cm 3/100 g, the treated product diazotization 1 wt .h. para-phenylenediamine, the rubber indicators of Example 17 (as in Example 10), vulcanized in the mode (145 ° - 60 minutes), having a close modulus level at 300% elongation, are shown. The results are shown in table 8. Data on technological properties in the prototype are missing.

Таблица 8Table 8 ПоказателиIndicators Сажа по примеру 138 в примере 217 (прототип)Soot according to example 138 in example 217 (prototype) Сажа по примеру 10 в примере 17 (вулканизат 145°C - 60 мин.)Soot according to example 10 in example 17 (vulcanizate 145 ° C - 60 min.) Модуль при деформацииDeformation modulus 100%, МПа100%, MPa 4,114.11 3,523.52 300%, МПа300%, MPa 21,6421.64 20,5220.52 Степень усиления М300%/М100%Amplification degree M300% / M100% 5,275.27 5,835.83 Прочность при растяжении, МПа, в расчете на начальное сечениеTensile strength, MPa, calculated on the initial section 26,6926.69 29,1329.13 Относительное удлинение при разрыве, %Elongation at break,% 323323 394394 Прочность при растяжении, МПа, в расчете на сечение в момент разрываTensile strength, MPa, calculated per section at the time of rupture 112,9112.9 143,9143.9

Достигаемый технический результат по сажеAchievable technical result on soot

Преимуществом заявляемой сажи перед прототипом являются:The advantage of the claimed soot over the prototype are:

- сохранение или улучшение технологических свойств смесей по сравнению с базовой сажей и введением амина непосредственно при смешении;- the preservation or improvement of the technological properties of the mixtures in comparison with the soot base and the introduction of the amine directly during mixing;

- рост модуля при 300% удлинении резин при одновременном снижении модуля при 100% удлинении, т.е. достижение эффекта, характерного для промотированного усиления;- module growth at 300% elongation of rubbers while reducing module at 100% elongation, i.e. achievement of the effect characteristic of promoted gain;

- возможность получения легкоперерабатываемых марок техуглерода с одновременным увеличением достигаемой степени усиления;- the possibility of obtaining easily processed grades of carbon black with a simultaneous increase in the achieved degree of gain;

- возможность придания саженаполненным полимерным композициям высокой износостойкости с одновременным снижением гистерезисных потерь.- the possibility of imparting high wear resistance to carbon black polymer compositions while reducing hysteresis losses.

Предшествующий уровень техники по саженаполненным полимерным композициям с низкими гистерезисными потерямиBACKGROUND OF THE INVENTION OF SADFILLED POLYMER COMPOSITIONS WITH LOW HYSTERESIS LOSS

Гистерезисные потери в саженаполненных резинах обусловлены наличием в них сеточной структуры сажи с прямыми контактами частиц, разрушаемой при динамическом нагружении резин уже при малых амплитудах деформации (Kraus G. "Mechanical Losses in carbon-black-Filled Rubbers". Journal of Applied Polymer Symposium. 1984. Bd. 39, p. 75-92). Уровень гистерезисных потерь на 90-95% определяет сопротивление шин качению и их топливную экономичность (A.M. Пичугин «Материаловедение, аспекты создания шинных резин». Научное издание. Москва, 2008, с. 17), а их рассеивание в деформируемом материале приводит к интенсивному теплообразованию (Medalia. "Heat generation in elastomer compounds: causes and effect". Rubber Chemistry and Technology. 1991. V. 64, №3, p. 481-492).The hysteresis losses in carbon black filled rubber are due to the presence of a carbon black network with direct particle contacts, which is destroyed by dynamic loading of the rubber even at low strain amplitudes (Kraus G. "Mechanical Losses in carbon-black-Filled Rubbers. Journal of Applied Polymer Symposium. 1984 . Bd. 39, p. 75-92). The level of hysteresis losses by 90-95% determines the rolling resistance of the tires and their fuel economy (AM Pichugin “Materials science, aspects of creating tire rubbers. Scientific publication. Moscow, 2008, p. 17), and their dispersion in the deformable material leads to intense heat generation (Medalia. "Heat generation in elastomer compounds: causes and effect". Rubber Chemistry and Technology. 1991. V. 64, No. 3, p. 481-492).

Снижение гистерезисных потерь саженаполненных резин при одновременном сохранении или даже повышении их износостойкости всегда было и остается важнейшей задачей исследователей и практиков резиновой промышленности (Wolff H., Wolff S. status und global trends in rubber carbon black. // Kautschuk, Gummi, Kunststoffe. - 1990. - Bd.43. N 2. s. 1082-1085).Reducing the hysteretic losses of carbon black filled while maintaining or even increasing their wear resistance has always been and remains the most important task for researchers and practitioners of the rubber industry (Wolff H., Wolff S. status und global trends in rubber carbon black. // Kautschuk, Gummi, Kunststoffe. - 1990. - Bd. 43. N 2. s. 1082-1085).

Упругогистерезисные свойства саженаполненных резин и их износостойкость определяются (W. Niedermeier, J. Frohlich. H.D. Luginsland // Kautschuk, Gummi, Kunststoffe. 2002. Bd.55, N 7-8, s. 356-366):The elastic hysteretic properties of carbon black filled rubbers and their wear resistance are determined (W. Niedermeier, J. Frohlich. H.D. Luginsland // Kautschuk, Gummi, Kunststoffe. 2002. Bd.55, N 7-8, s. 356-366):

- размером первичных частиц и удельной поверхностью сажи, которые наряду с ее дозировкой определяют эффективную площадь контакта между сажей и полимером;- the size of the primary particles and the specific surface area of the carbon black, which, along with its dosage, determine the effective contact area between the carbon black and the polymer;

- структурностью и морфологией агрегатов, которые ограничивают подвижность полимерных цепей при деформации;- structural and morphology of aggregates that limit the mobility of polymer chains during deformation;

- поверхностной активностью, которая определяет соотношение связей полимер-сажа и сажа-сажа.- surface activity, which determines the ratio of polymer-carbon black and carbon black.

В исследовательской практике и литературе гистерезисные потери для прогнозирования сопротивления качению определяют показателем tg δ в динамических испытаниях сдвига при амплитуде 6% и 25% при температуре 50-70°C и частоте 1-110 Гц, показателем потерь (К/Е) при 60-100°C в режиме симметричного знакопеременного изгиба, а также показателем (100-Э), где Э - эластичность при 60-100°C (Ф.Е. Куперман. Новые каучуки для шин. Приоритетные требования. Методы оценки. - Москва - 2005, с. 32-34).In research practice and literature, hysteresis losses for predicting rolling resistance are determined by the tg δ parameter in dynamic shear tests at an amplitude of 6% and 25% at a temperature of 50-70 ° C and a frequency of 1-110 Hz, a loss indicator (K / E) at 60- 100 ° C in symmetric alternating bending mode, as well as an indicator (100-E), where E is the elasticity at 60-100 ° C (F.E. Kuperman. New rubbers for tires. Priority requirements. Assessment methods. - Moscow - 2005 , p. 32-34).

Гистерезисные потери в резинах снижаются при уменьшении дозировки сажи (J.R. Wallace. 1987. Цитируется по книге И.А. Агаянц «Натуральный каучук. В поисках рецепта» - Москва, 2005, с. 32-34).Hysteresis losses in rubbers decrease with decreasing soot dosage (J.R. Wallace. 1987. Quoted from the book by I. A. Agayants “Natural rubber. In search of a recipe” - Moscow, 2005, p. 32-34).

Получение высокомодульных резин с пониженными гистерезисными потерями возможно при повышении структурности сажи при одновременном снижении ее дисперсности (Wolff S., Wang M.J., Tan E.N. "Kautschuk, Gummi, Kunststoffe". 1995, Bd. 48, №2, p. 1111-1117). Такие резины обладают достаточно высокой износостойкостью.Obtaining high-modulus rubbers with reduced hysteresis losses is possible by increasing the structure of soot while reducing its dispersion (Wolff S., Wang MJ, Tan EN "Kautschuk, Gummi, Kunststoffe". 1995, Bd. 48, No. 2, p. 1111-1117) . Such rubbers have a fairly high wear resistance.

Эффективным средством снижения гистерезисных потерь является использование саж, имеющих более широкое распределение агрегатов по размеру: патенты US 4478973 (опубл. 23.10.1984), US 4786677 (опубл. 2.12.1987), US 4988493 (опубл. 21.01.1991) и US 5593644 (опубл. 14.01.1997). При узком распределении агрегатов сажи по размеру, в частности, полученной по патенту RU 2131766 С1 (опубл. 20.06.1999), существенный рост модулей 300% резин сопровождается некоторым снижением гистерезисных потерь, что позволяет снизить дозировку сажи в резинах.An effective means of reducing hysteresis losses is the use of soot having a wider distribution of aggregates in size: patents US 4478973 (publ. 23.10.1984), US 4786677 (publ. 2.12.1987), US 4988493 (publ. 21.01.1991) and US 5593644 (published on January 14, 1997). With a narrow distribution of carbon black aggregates by size, in particular, obtained according to patent RU 2131766 C1 (publ. 06/20/1999), a significant increase in the modules of 300% rubbers is accompanied by some reduction in hysteresis losses, which allows to reduce the dosage of soot in rubbers.

Положительное влияние как на гистерезисные, так и на прочностные свойства резин оказывает снижение пористости сажи (заявка DE 4016475 A1, опубл. 29.11.1990).A positive effect on both the hysteresis and strength properties of rubbers has a decrease in the soot porosity (application DE 4016475 A1, publ. 11.29.1990).

Н. Hirakawa показал, что повышение качества диспергирования сажи за счет использования более жестких каучуков, повышающих сдвиговые усилия при смешении, и увеличение стадийности процесса смешения повышают количество связанного каучука, препятствующего агломерации сажи, что снижает гистерезисные потери при повышении уровня модуля резин ("Hysteresis Loss Mechanism of Carbon Black Filled Rubber". "Kautschuk, Gummi, Kunststoffe". 1985. Bd. 38 №10, s. 898-900).N. Hirakawa showed that improving the quality of dispersion of soot through the use of stiffer rubbers that increase shear forces during mixing and increasing the staging of the mixing process increase the amount of bound rubber that prevents soot from agglomerating, which reduces hysteresis losses with increasing level of rubber modulus ("Hysteresis Loss Mechanism of Carbon Black Filled Rubber "." Kautschuk, Gummi, Kunststoffe ". 1985. Bd. 38 No. 10, s. 898-900).

Вклад поверхностной активности сажи в обеспечение баланса усиливающего эффекта и гистерезисных свойств резин реализован в так называемых «инверсионных» сажах с наноструктурой, разработанных фирмой «Degussa». Сажи, выпускаемые по патентам: DE 19521565 А1 (опубл. 16.01.1997) и DE 19839925 А1 (опубл. 14.10.1999), имеют микрошероховатую поверхность, обусловленную наличием в поверхностном слое более мелких и неупорядоченно расположенных графитоподобных кристаллитов, что увеличивает количество активных центров и обеспечивает множественную адсорбцию сегментов полимерных цепей (Niedermeier W., Freund В. Nano-Stmcture Blacks // Kautschuk, Gummi, Kunststoffe. - 1999. Bd.52, N 10. s. 670-676). Такие сажи позволяют получать высокомодульные резины с низкими гистерезисными потерями.The contribution of the surface activity of soot to providing a balance between the reinforcing effect and the hysteretic properties of rubbers is realized in the so-called “inverse” soot with a nanostructure developed by Degussa. The soot produced by the patents: DE 19521565 A1 (publ. 16.01.1997) and DE 19839925 A1 (publ. 14.10.1999) have a microrough surface due to the presence in the surface layer of smaller and randomly arranged graphite-like crystallites, which increases the number of active centers and provides multiple adsorption of segments of polymer chains (Niedermeier W., Freund B. Nano-Stmcture Blacks // Kautschuk, Gummi, Kunststoffe. - 1999. Bd.52, N 10. s. 670-676). Such carbon blacks make it possible to obtain high modulus rubbers with low hysteresis losses.

Для увеличения взаимодействия сажи с полимером, конкурирующим с образованием сеточной структуры сажи, используют добавки промотирующих агентов. В качестве промотирующих агентов по патентам США US 4557306 (опубл. 18.06.1984) и US 4751271 (опубл. 1.04.1987) используют ароматические производные фуразаноксида. По патенту US 5001171 (опубл. 19.03.1991) промотирующие агенты, в том числе бензофуразаноксид, гетероциклический ди-N-оксид, 1-гидрокси-бензимидозол-3-оксид, 1,3-дигидроксибензимидазолинон, а также ароматические нитрозосоединения, вводят совместно с сажей и полимером в виде предварительно изготавливаемого мастер-бэтча. По патенту US 7053137 В2 (опубл. 30.05.2006) в аналогичном мастер-бэтче используется азодикарбонамид.To increase the interaction of carbon black with a polymer competing with the formation of a network structure of carbon black, additives of promoting agents are used. Aromatic derivatives of furazanoxide are used as promoters according to US patents US 4,557,306 (publ. 06/18/1984) and US 4751271 (publ. 1.04.1987). According to the patent US 5001171 (publ. March 19, 1991), promoting agents, including benzofurazanoxide, heterocyclic di-N-oxide, 1-hydroxy-benzimidozole-3-oxide, 1,3-dihydroxybenzimidazolinone, as well as aromatic nitroso compounds, are introduced together with carbon black and polymer in the form of a pre-made master batch. According to the patent US 7053137 B2 (publ. 30.05.2006) in a similar master batch used azodicarbonamide.

Каждый из приведенных приемов снижения гистерезисных свойств резин не лишен недостатков:Each of the above methods of reducing the hysteresis properties of rubbers is not without drawbacks:

- использование пониженных дозировок сажи не только снижает модули и износостойкость резин, но и приводит к их удорожанию;- the use of reduced dosages of soot not only reduces the modules and wear resistance of rubbers, but also leads to their cost increase;

- использование саж с регулируемым распределением агрегатов по размерам затруднено с точки зрения контроля их качества и может привести к снижению усиливающего эффекта;- the use of soot with an adjustable distribution of aggregates by size is difficult from the point of view of quality control and can lead to a decrease in the reinforcing effect;

- использование саж с узким распределением агрегатов по размерам возможно только со снижением их дозировки, что удорожает резины и нивелирует их преимущество по сцеплению с дорогой;- the use of soot with a narrow distribution of aggregates in size is possible only with a decrease in their dosage, which increases the cost of rubber and eliminates their advantage in adhesion to the road;

- увеличение стадийности процесса смешения приводит к росту энергозатрат на диспергирование;- an increase in the staging process of the mixing leads to an increase in energy consumption for dispersion;

- использование инверсионных саж с наноструктурой требует коренной перестройки реакторного процесса и освоения новейших уникальных методик оценки их качества (Donnet J.B., Wang Т.К. International Rubber Conf., 1995, Kobe, Japan. Full Texts, p. 451-454);- the use of inversion soot with a nanostructure requires a fundamental restructuring of the reactor process and the development of the latest unique methods for assessing their quality (Donnet J.B., Wang TK International Rubber Conf., 1995, Kobe, Japan. Full Texts, p. 451-454);

- использование промотирующих добавок требует дополнительной стадии изготовления мастер-бэтча, которая является экзотермическим процессом, после чего смесь нуждается в охлаждении.- the use of promotional additives requires an additional stage of manufacturing a master batch, which is an exothermic process, after which the mixture needs to be cooled.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату (прототип) является патент RU 2211230 C2 (опубл. 27.08.2003), по которому полимерная композиция содержит сажу, модифицированную продуктами взаимодействия первичного амина общей формулы AyArNH2 (где Ar - ароматический или гетероароматический радикал, Ay - заместитель на указанном радикале) с нитритом и кислотой через промежуточное образование диазониевых солей. При этом амин может быть как незамещенный (пара-фенилендиамин), так и иметь формулу Ar(СН2)pSk(CH2)rAr', где Ar и Ar' могут быть одинаковыми или различными, «к» равно целому числу от 1 до 8, «р» равно целому числу от 0 до 4, а «r» равно целому числу от 0 до 4 (аминофенилсульфиды). В соответствии с данными патента использование аминофенилсульфидов увеличивает количество связанной серы в саже выше допустимой нормы (не более 1,1%), что приводит к подвулканизации смесей. Кроме того оказывается, что наблюдаемый эффект повышения износостойкости однозначно связан именно с количеством связанной серы, способствующей увеличению степени вулканизации. При использовании незамещенного амина (пара-фенилендиамина) и серусодержащих аминов, не являющихся полисульфидами, эффект повышения износостойкости отсутствует. Кроме того, использование пара-фенилендиамина нежелательно ввиду его канцерогенной активности.The closest in technical essence and the achieved technical result (prototype) is patent RU 2211230 C2 (publ. 08/27/2003), according to which the polymer composition contains carbon black modified by the reaction products of the primary amine of the general formula A y A r NH 2 (where A r - aromatic or heteroaromatic radical, A y is a substituent on the indicated radical) with nitrite and acid through the intermediate formation of diazonium salts. Moreover, the amine can be either unsubstituted (para-phenylenediamine) or have the formula Ar (CH 2 ) p Sk (CH 2 ) r A r ′, where A r and A r ′ can be the same or different, “k” is an integer from 1 to 8, “p” is an integer from 0 to 4, and “r” is an integer from 0 to 4 (aminophenyl sulfides). In accordance with the patent, the use of aminophenyl sulfides increases the amount of bound sulfur in soot above the permissible norm (not more than 1.1%), which leads to vulcanization of the mixtures. In addition, it turns out that the observed effect of increasing wear resistance is uniquely associated precisely with the amount of bound sulfur, which contributes to an increase in the degree of vulcanization. When using an unsubstituted amine (para-phenylenediamine) and sulfur-containing amines that are not polysulfides, the effect of increasing wear resistance is absent. In addition, the use of para-phenylenediamine is undesirable due to its carcinogenic activity.

Задачей настоящего изобретения является разработка саженаполненных высокомодульных полимерных композиций с улучшенным соотношением износостойкости и гистерезисных потерь.An object of the present invention is to provide a carbon black filled high modulus polymer composition with an improved ratio of wear resistance and hysteresis loss.

Поставленная задача достигается тем, что полимерная композиция, включающая синтетический или натуральный каучук, модифицированную первичным ароматическим амином сажу, целевые добавки и вспомогательные добавки, содержит сажу, гранулированную водным раствором метафенилендиамина или метатолуилендиамина в количестве (0,5-2,0), предпочтительно (0,5-1,2) масс.ч. на 100 масс.ч. сажи, содержащую от 0,15 до 0,40% связанного азота, в том числе от 36 до 58% - в аминной форме, при количестве связанного кислорода более 0,6%, при следующем соотношении компонентов (в % вес.):This object is achieved in that the polymer composition, including synthetic or natural rubber, modified with primary aromatic amine carbon black, target additives and auxiliary additives, contains carbon black granulated with an aqueous solution of metaphenylenediamine or metatoluylenediamine in an amount of (0.5-2.0), preferably ( 0.5-1.2) parts by weight per 100 parts by weight carbon black containing from 0.15 to 0.40% bound nitrogen, including from 36 to 58% in amine form, with the amount of bound oxygen more than 0.6%, in the following ratio of components (in wt%):

- каучук-40-65;- rubber-40-65;

- гранулированная модифицированная сажа - 25-40;- granular modified carbon black - 25-40;

- целевые добавки - 1-10;- target additives - 1-10;

- технологические добавки - остальное.- technological additives - the rest.

В качестве каучука используют натуральный каучук или синтетические диеновые каучуки и их полярные сополимеры, в том числе изопреновые, бутадиенстирольные, бутадиеннитрильные и другие полимеры.As rubber, natural rubber or synthetic diene rubbers and their polar copolymers, including isoprene, styrene butadiene, butadiene nitrile and other polymers, are used.

В качестве целевых добавок используют вулканизующие агенты (сера, пероксимон F), ускорители вулканизации (альтакс, сантокюр, тиурам, дифенилгуанидин), активаторы вулканизации (окись цинка, стеариновая кислота и синтетические жирные кислоты), замедлители подвулканизации The target additives are vulcanizing agents (sulfur, peroximon F), vulcanization accelerators (altax, Santokyur, thiuram, diphenylguanidine), vulcanization activators (zinc oxide, stearic acid and synthetic fatty acids), vulcanization inhibitors

(фталевый ангидрид), термо- и светостабилизаторы (параоксинеозон, 4010NA, воск защитный, противоутомители (сантофлекс)). (phthalic anhydride), thermal and light stabilizers (paraoxyneozone, 4010NA, protective wax, anti-fatigue agents (santoflex)).

В качестве технологических добавок используют мягчители (масло ГШ-6, вазелиновое масло), диспергирующие агенты (рубракс, кумаронинденовые смолы), минеральные наполнители (кремнекислоты).Softeners (GSH-6 oil, liquid paraffin), dispersing agents (rubrax, coumaronindene resins), mineral fillers (silicic acids) are used as technological additives.

Наилучшие варианты реализации изобретения по полимерной композицииBest embodiments of the invention in polymer composition

Пример 19Example 19

Сажу, имеющую до обработки йодное число 119 г/кг и структурность 115 см3/100 г, обработанную на стадии грануляции 1,2 масс.ч. мета-фенилендиамина, содержащую общее количество связанного азота 0,342%, в том числе 54,6% в аминной форме, и количество связанного кислорода 1,91% (пример 10), вводят на вальцах в смесь эталонного состава по ASTM D3191 на основе бутадиен-стирольного каучука СКМС-30АРК. Параллельно готовят и испытывают резину с необработанной сажей и резину, содержащую более активную сажу марки N121, имеющую йодное число 122 г/кг, абсорбцию масла 134 см3/100 г и содержащую 4,2% неводных летучих. Наряду с показателями усиливающей способности сажи определяют индекс износостойкости на приборе МИР-1 при качении с проскальзыванием 14%, величину эффекта Пейна вулканизатов на приборе RPA2000 при 100°C при увеличении амплитуды сдвига от 0,56 до 40,04% и тангенс угла механических потерь при амплитуде 6 и 25%. Кроме того, уровень гистерезисных потерь оценивают по величине (100 - Э60°С), где Э60°С - показатель эластичности по отскоку при 60°C, а также по интенсивности теплообразования при многократном сжатии на флексометре Гудрича. По методике фирмы "Columbian" интенсивность взаимодействия сажи с полимером оценивают частным от деления показателя степени усиления (М300% / М100%) на тангенс угла механических потерь при амплитуде сдвига 25%. Степень пригодности сажи для получения высокомодульных низкогистерезисных резин оценивают произведением этого показателя на величину модуля при 300% удлинении (Ляпина Л.А., Иваницкий М.А., Есиков Б.М. «Особенности усиления резин высокоактивными марками техуглерода». Материалы XVIII Междунар. науч.-практ.конф. «Резиновая промышленность: сырье, материалы, технологии». Москва, 21-25 мая 2012 г., с. 95-97). Результаты испытаний приведены в таблице 9.A carbon black having an Iodine Number prior to treatment with 119 g / kg and structurally 115 cm 3/100 g, treated in the granulation step 1.2 pbw meta-phenylenediamine containing a total amount of bound nitrogen of 0.342%, including 54.6% in amine form, and a quantity of bound oxygen of 1.91% (Example 10), are introduced on rollers into a mixture of the reference composition according to ASTM D3191 based on butadiene styrene rubber SKMS-30ARK. Parallel prepared and tested with the untreated carbon black rubber and rubber containing carbon black mark more active N121, having an iodine value of 122 g / kg and oil absorption of 134 cm 3/100 g and containing 4.2% non-aqueous volatiles. Along with the soot reinforcing properties, the wear resistance index on the MIR-1 device for rolling with slippage of 14% is determined, the Pain effect of vulcanizates on the RPA2000 device at 100 ° C with an increase in shear amplitude from 0.56 to 40.04% and the tangent of the angle of mechanical losses with an amplitude of 6 and 25%. In addition, the level of hysteresis losses is estimated by the value (100 - Э 60 ° C ), where 60 60 ° C is the rebound elasticity indicator at 60 ° C, as well as by the heat generation rate upon repeated compression on a Goodrich flexometer. According to the Columbian method, the intensity of carbon black interaction with the polymer is estimated as the quotient of dividing the degree of amplification (M300% / M100%) by the tangent of the angle of mechanical losses at a shear amplitude of 25%. The degree of suitability of carbon black for producing high-modulus low hysteresis rubbers is estimated by the product of this indicator by the modulus at 300% elongation (Lyapina L.A., Ivanitsky M.A., Esikov B.M. “Features of reinforcing rubbers with highly active carbon blacks.” Materials XVIII Intern. Scientific and Practical Conference “Rubber Industry: Raw Materials, Technologies,” Moscow, May 21–25, 2012, pp. 95–97). The test results are shown in table 9.

Таблица 9Table 9 ПоказателиIndicators Контр. необр. (эталон)Counter. neobr. (reference) Сажа по примеру 10Soot according to example 10 Введение амина на вальцахThe introduction of the amine on the rollers N 121N 121 Свойства вулканизатов (143° - 40 мин.)Properties of vulcanizates (143 ° - 40 min.) Модуль, МПа, при деформацииModulus, MPa, during deformation 100%one hundred% 2,482.48 3,03.0 4,304.30 3,063.06 300%300% 13,2113.21 17,3717.37 19,2019,20 16,5316.53 Степень усиления М300%/М100%Amplification degree M300% / M100% 5,335.33 5,795.79 4,474.47 5,405.40 Прочность при разрыве, МПа, в расчете на начальное сечениеTensile strength, MPa, calculated on the initial section 28,428,4 29,329.3 27,127.1 29,329.3 Относительное удлинение при разрыве, %Elongation at break,% 509509 448448 413413 485485 Истинная прочность, МПа, в расчете на сечение в момент разрываTrue strength, MPa, calculated per section at the time of rupture 173,0173.0 160,6160.6 139,0139.0 174,3174.3 Индекс износостойкостиWear index 100one hundred 126,7126.7 124,8124.8 128,1128.1 Показатель эффекта Пейна, кРаPayne Effect Index, kPa 1201,11201.1 1405,31405.3 3285,13285,1 2187,02187.0 Тангенс угла механических потерь при амплитуде сдвигаThe tangent of the angle of mechanical losses at shear amplitude 6%6% 0,1530.153 0,1510.151 0,2130.213 0,1820.182 25%25% 0,1660.166 0,1690.169 0,2570.257 0,1990.199 Степень усиления/t δ25% Gain / t δ 25% 32,132.1 34,334.3 17,417.4 27,127.1 Критерий пригодности сажи для получения высокомодульных низкогистерезисных резин М300 % × Степень усилен./tg δ 25%Suitability criterion for carbon black for producing high modulus low hysteresis rubbers M300% × Strength reinforced / tg δ 25% 424,2424.2 595,8595.8 334,1334.1 448,6448.6 Гистерезисные потери по показателю эластичности (100-Э60°C), %Hysteresis losses in terms of elasticity (100-E 60 ° C ),% 51,551.5 52,252,2 5959 58,858.8 Теплообразование при многократном сжатии ΔТ, °CHeat generation during multiple compression ΔТ, ° C 3131 2929th 3737 3434

Пример 20Example 20

Сажу, полученную по примеру 10, вводят в протекторную смесь действующей рецептуры для легковых радиальных шин на основе маслонаполненного бутадиен-стирольного каучука СКМС-30APKN-15 в количестве 60 масс.ч. на 100 масс.ч. каучука. Параллельно вводят сажу N 234 с йодным числом 122 г/кг, структурностью 127 см3/100 г и содержанием неводных летучих 3,4%. Целевые свойства резиновых смесей и вулканизатов приведены в таблице 10.The carbon black obtained in example 10, is introduced into the tread mixture of the current formulation for passenger radial tires based on oil-filled styrene-butadiene rubber SKMS-30APKN-15 in an amount of 60 parts by weight per 100 parts by weight rubber. Simultaneously introduced N 234 carbon black with an iodine number of 122 g / kg, structure 127 cm 3/100 g and a volatile content of 3.4% non-aqueous. The target properties of rubber compounds and vulcanizates are shown in table 10.

Таблица 10Table 10 ПоказателиIndicators Сажа по примеру 10Soot according to example 10 N 234N 234 Технологические свойства смесейTechnological properties of mixtures Эффект Пейна, кРаPayne effect, kPa 1762,111762.11 2890,772890.77 Вязкость при 100°С. ед. МуниViscosity at 100 ° C. units Mooney 6161 7171 Время подвулканизации при 130°C:Vulcanization time at 130 ° C: τ5, минτ 5 min 27,827.8 26,026.0 Свойства вулканизатов (155°C - 15 мин)Properties of vulcanizates (155 ° C - 15 min) Истираемость, см3/м·10-3, на приборе Шоппера-ШлобахаAbrasion, cm 3 / m · 10 -3 , on a Schopper-Schlobach device 2,02.0 2,02.0 Теплообразование, ΔТ, °CHeat generation, ΔТ, ° C 51,351.3 57,757.7 Показатели гистерезисных потерь:Hysteresis loss indicators: (100-Э60°C), %(100-E 60 ° C ),% 5858 6161 К/ЕK / E при 20°Cat 20 ° C 0,610.61 0,640.64 при 100°Cat 100 ° C 0,360.36 0,390.39 tg δ при 100°C и деформации сдвига 6%tg δ at 100 ° C and shear strain 6% 0,1960.196 0,2240.224 25%25% 0,1750.175 0,1990.199

Пример 21Example 21

В таблице 11 приведены данные прототипа по свойствам резин на основе бутадиен-стирольного каучука NS114 растворной полимеризации по примерам 104, 105, 107 и контрольному примеру с сажей, имевшей до грануляции йодное число 120 г/кг и структурность 125 см3/100 г, обработанной по примерам 80, 81 и 83 различными типами аминофенилсульфидов в количестве от 2,3 до 3,7 масс.ч. на 100 масс.ч. сажи и содержащими от 1,32 до 1,75% связанной серы при 1,08% в базовой саже.Table 11 shows data of the prototype of rubber properties based on SBR NS114 solution polymerization of Examples 104, 105, 107 and test case with carbon black, which had to granulation, the Iodine Number of 120 g / kg and structurally 125 cm 3/100 g, the treated according to examples 80, 81 and 83 by various types of aminophenyl sulfides in an amount of from 2.3 to 3.7 parts by weight per 100 parts by weight carbon black and containing from 1.32 to 1.75% bound sulfur at 1.08% in base soot.

Таблица 11Table 11 ПоказателиIndicators Сажа по примерам прототипаSoot prototype examples 8989 8383 8181 8080 в примерахin examples контр.counter. 107107 105105 104104 Количество связанной серы, %The amount of bound sulfur,% 1,081,08 1,321.32 1,561,56 1,751.75 Степень усиления М200%100% Amplification degree M 200% / M 100% 2,672.67 2,712.71 2,902.90 2,852.85 Модуль 300%, МПаModule 300%, MPa 14,114.1 15,215,2 -- -- Относительное удлинение, %Relative extension, % 385385 372372 274274 290290 Прочность при разрыве, МПаTensile strength, MPa 18,418,4 19,619.6 16,716.7 19,519.5 tg δ при 70°Сtg δ at 70 ° C 0,1730.173 0,1700.170 0,1370.137 0,1140.114 Индекс износостойкости, %Wear Resistance Index,% 100one hundred 103103 114114 122122

Эти данные свидетельствуют, что снижение гистерезисных потерь и рост износостойкости резин связаны не с повышением степени усиления, а с количеством связанной серы в модифицированной саже, повышающей степень вулканизации резин.These data indicate that a decrease in hysteresis losses and an increase in the wear resistance of rubbers are associated not with an increase in the degree of reinforcement, but with the amount of bound sulfur in the modified soot, which increases the degree of vulcanization of the rubbers.

Пример 22Example 22

Сажу, имеющую до обработки йодное число 42 г/кг и структурность 120 см3/100 г, обработанную по 1-му примеру 1,0 масс.ч. мета-фенилендиамина, содержащую общее количество азота 0,201%, в том числе 40,3% в аминной форме, при количестве связанного кислорода 0,84%, вводят в смесь для обкладки конвейерной ленты следующего состава (масс.ч.):A carbon black having an Iodine Number prior to treatment with 42 g / kg and structurally 120 cm 3/100 g, treated by the 1st Example 1.0 pbw meta-phenylenediamine containing a total amount of nitrogen of 0.201%, including 40.3% in amine form, with an amount of bound oxygen of 0.84%, is introduced into the mixture for lining a conveyor belt of the following composition (parts by weight):

- СКИ-3 - 50,0;- SKI-3 - 50.0;

- СКМС-30АРК - 50,0;- SKMS-30ARK - 50.0;

- сера - 0,2;- sulfur - 0.2;

- Тиурам - 2,0;- Tiuram - 2.0;

- Альтакс - 0,8;- Altax - 0.8;

- окись цинка - 12,0;- zinc oxide - 12.0;

- сажа - 50,0;- soot - 50.0;

- масло вазелиновое - 10,0;- petroleum jelly - 10.0;

- инденкумароновая смола - 8,0;- indencumarone resin - 8.0;

- синтетические жирные кислоты (C17÷C20) - 2,0;- synthetic fatty acids (C 17 ÷ C 20 ) - 2.0;

- Рубракс - 7,0;- Rubrax - 7.0;

- параоксинеозон - 2,0;- paraoxynozone - 2.0;

- фталевый ангидрид - 1,0.- phthalic anhydride - 1.0.

При замене необработанной сажи на сажу по примеру 1 количество окиси цинка, являющегося активатором вулканизации, снижают с 12 до 7 масс.ч. Результаты испытаний приведены в таблице 12.When replacing untreated soot with soot in Example 1, the amount of zinc oxide, which is a vulcanization activator, is reduced from 12 to 7 parts by weight. The test results are shown in table 12.

Таблица 12Table 12 ПоказателиIndicators Модиф. сажа, 7 масс.ч. окиси цинкаModif. carbon black, 7 parts by weight zinc oxide Необр. сажа, 12 масс.ч. окиси цинкаNeobr. carbon black, 12 parts by weight zinc oxide Параметры подвулканизации при 121°СParameters of vulcanization at 121 ° C τ5, минτ 5 min 6,96.9 7,07.0 τ35, минτ 35 min 11,111.1 11,811.8 Модуль при 300% удлинении, МПаModulus at 300% elongation, MPa 3,23.2 3,83.8 Прочность при разрыве, МПаTensile strength, MPa 10,410,4 9,39.3 Относительное удлинение, %Relative extension, % 798798 695695 Твердость по Шору, ед.Shore hardness, units 5959 5959 Истираемость на приборе МИР-1, см3/кВт·часAbrasion on the device MIR-1, cm 3 / kW · h 174174 195195 Индекс износостойкости, %Wear Resistance Index,% 112,1112.1 100one hundred Гистерезисные потери (100-Э60°C), %Hysteresis losses (100-E 60 ° C),% 4343 4848

Пример 23Example 23

Сажу, полученную по примеру 1, вводят в количестве 40 масс.ч. в резиновую смесь на основе бутадиен-нитрильного каучука СКН-26М с перекисным вулканизующим агентом следующего состава (масс.ч):The carbon black obtained in example 1 is introduced in an amount of 40 parts by weight into the rubber mixture based on nitrile butadiene rubber SKN-26M with a peroxide vulcanizing agent of the following composition (mass.h):

- СКН-26N - 100;- SKN-26N - 100;

- окись цинка - 5,0;- zinc oxide - 5.0;

- сажа - 40,0;- soot - 40.0;

- Пероксимон F-40 - 1,5.- Peroximon F-40 - 1.5.

В другом варианте в смеси дополнительно вводят 10 масс.ч. реакционноактивного олигомера - олигоэфиракрилата ТГМ-3. Смеси вулканизуют при 160°C в течение 30 мин. Свойства резиновых смесей и вулканизатов приведены в таблицах 13 и 14.In another embodiment, an additional 10 parts by weight of the mixture are added. reactive oligomer - oligoester acrylate TGM-3. The mixture was vulcanized at 160 ° C for 30 minutes. The properties of rubber compounds and vulcanizates are given in tables 13 and 14.

Таблица 13Table 13 ПоказателиIndicators Сажа по примеру 1Soot according to example 1 Контр. (необр. сажа)Counter. (untreated soot) Вязкость при 100°C. ед. МуниViscosity at 100 ° C. units Mooney 4646 6565 Параметры подвулканизации при 121°CVulcanization parameters at 121 ° C τ5, минτ 5 min 8,28.2 6,76.7 τ35, минτ 35 min 17,317.3 20,320.3 Модуль, МПа, при деформацииModulus, MPa, during deformation 100%one hundred% 4,84.8 4,04.0 200%200% 16,516.5 7,87.8 300%300% 21,921.9 15,915.9 Степень усиления (М300%100%)Gain (M 300% / M 100% ) 4,564,56 3,983.98 Прочность при разрыве, МПаTensile strength, MPa 26,026.0 17,317.3 Относительное удлинение, %Relative extension, % 370370 310310 Гистерезисные потери (100-Э60°C), %Hysteresis losses (100-E 60 ° C ),% 3333 3838

Таблица 14Table 14 ПоказателиIndicators В присутствии 10 масс.ч. ТГМ-3In the presence of 10 parts by weight TGM-3 Модиф. сажа (по примеру 1)Modif. soot (as in example 1) Контр. (необр. сажа)Counter. (untreated soot) Вязкость при 100°C. ед. МуниViscosity at 100 ° C. units Mooney 4040 3333 Параметры подвулканизации при 121°CVulcanization parameters at 121 ° C τ5, минτ 5 min 4,54,5 8,48.4 τ35, минτ 35 min 8,98.9 14,614.6 Модуль, МПа, при деформацииModulus, MPa, during deformation 100%one hundred% 5,35.3 4,94.9 200%200% 17,617.6 15,715.7 M200%/M100% M 200% / M 100% 3,323.32 3,203.20 Прочность при разрыве, МПаTensile strength, MPa 28,028.0 23,823.8 Относительное удлинение, %Relative extension, % 275275 225225 Гистерезисные потери (100-Э60°С), %Hysteresis losses (100-E 60 ° С ),% 3636 3737

Эффект влияния модифицированной сажи снижается при наличии в смеси реакционно-способных олигомеров, конкурирующих с полимером во взаимодействии с поверхностью сажи и вулканизующим агентом.The effect of the modified carbon black decreases when there are reactive oligomers in the mixture that compete with the polymer in interaction with the carbon black surface and the vulcanizing agent.

Пример 24Example 24

Сажу, полученную по примеру 10, вводят в протекторную смесь действующей рецептуры для ЦМК грузовых шин на основе натурального каучука в дозировке 55 масс.ч. Для сравнения вводят сажу N121 в той же дозировке. Свойства резиновых смесей и вулканизатов приведены в таблице 15.The carbon black obtained in example 10 is introduced into the tread mixture of the current formulation for CMC truck tires based on natural rubber in a dosage of 55 parts by weight For comparison, carbon black N121 is introduced in the same dosage. The properties of rubber compounds and vulcanizates are shown in table 15.

Таблица 15Table 15 ПоказателиIndicators Сажа по примеру 10Soot according to example 10 N121N121 Свойства смесейMixture Properties Вязкость, ед. Муни при температуреViscosity, units Mooney at temperature 100°С100 ° C 7676 7575 130°С130 ° C 5555 5555 Параметры подвулканизации при 130°С:Parameters of vulcanization at 130 ° C: τ5, минτ 5 min 15,515,5 14,814.8 τ35, минτ 35 min 1616 15,515,5 Свойства вулканизатов (155°C - 15 мин)Properties of vulcanizates (155 ° C - 15 min) Модуль 300%, МПаModule 300%, MPa 11,811.8 12,012.0 Прочность при растяжении, МПаTensile strength, MPa 22,022.0 23,823.8 Относительное удлинение, %Relative extension, % 468468 491491 Твердость по Шору, ед.Shore hardness, units 6969 6868 Показатели гистерезисных потерь:Hysteresis loss indicators: 100-Э100°C 100-E 100 ° C 5151 5656 К/Е при температуре:K / E at temperature: 200°C200 ° C 0,450.45 0,470.47 100°С100 ° C 0,340.34 0,370.37 ΔТ, °CΔТ, ° C 40,740.7 42,742.7 Истираемость на приборе Шоппера-Шлобаха, см3/м·10-3 Abrasion on a Schopper-Schlobach device, cm 3 / m · 10 -3 2,072.07 2,222.22

Достигаемый технический результат по полимерным композициямAchievable technical result on polymer compositions

Преимуществами заявляемых полимерных композиций перед прототипом являются:The advantages of the claimed polymer compositions over the prototype are:

- обеспечение стойкости высокомодульных резин к подвулканизации за счет улучшения качества диспергирования сажи, отсутствия в модифицированной саже связанной серы и повышения количества связанного кислорода;- ensuring the resistance of high-modulus rubbers to vulcanization by improving the quality of dispersion of soot, the absence of bound sulfur in the modified soot and increasing the amount of bound oxygen;

- увеличение вклада сажи в величину модуля резин за счет повышения уровня взаимодействия сажи с полимером, оцениваемого показателем степени усиления;- an increase in the contribution of soot to the magnitude of the rubber modulus by increasing the level of interaction of soot with the polymer, as assessed by the degree of amplification;

- снижение гистерезисных потерь высокомодульных резин без ухудшения или с увеличением их износостойкости за счет повышенного взаимодействия сажи с полимером и участия связанного азота в аминной форме в образовании вулканизационной сетки резин;- reduction of hysteresis losses of high-modulus rubbers without deterioration or with an increase in their wear resistance due to increased interaction of carbon black with the polymer and the participation of bound nitrogen in the amine form in the formation of the vulcanization network of rubbers;

- возможность снижения потерь на качение шин и расхода топлива, поскольку существует линейная зависимость сопротивления качению и тангенса угла механических потерь при амплитуде сдвига 6% (Kraus G. "Journal of Applied Polymer Science: Applied Polymer Symposium", 1984, Bd. 23, s. 75-92);- the possibility of reducing tire rolling loss and fuel consumption, since there is a linear relationship between rolling resistance and the tangent of the angle of mechanical losses at a shear amplitude of 6% (Kraus G. "Journal of Applied Polymer Science: Applied Polymer Symposium", 1984, Bd. 23, s . 75-92);

- возможность замены дорогостоящих и трудно диспергируемых саж с повышенной дисперсностью и структурностью для получения высокомодульных резин на легко перерабатываемые модифицированные сажи с меньшей дисперсностью и структурностью с достижением экономического эффекта.- the possibility of replacing expensive and difficult to disperse soot with increased dispersion and structure to obtain high modulus rubbers with easily processed modified soot with less dispersion and structure to achieve an economic effect.

Figure 00000002
Figure 00000002

Claims (3)

1. Способ получения гранулированной модифицированной сажи, включающий смешивание порошка сажи с водным раствором первичного ароматического амина, гранулирование сажи и последующую сушку гранул при повышенной температуре и доступе воздуха, отличающийся тем, что в качестве первичного ароматического амина используют метафенилендиамин или метатолуилендиамин, предварительно готовят его концентрированный раствор в химочищенной воде, подкисленной до pH от 3 до 6,5, перед введением в гранулятор разбавляют химочищенной водой до рабочей концентрации от 0,5 до 2,0, предпочтительно от 0,5 до 1,2 масс.ч. в расчете на 100 масс.ч. сажи, и вводят через форсунки гранулятора в поток пылящей сажи при соотношении «сажа: раствор» = 1:1, после чего сушку мокрых гранул осуществляют при температуре 220-260°C.1. A method of producing granular modified carbon black, comprising mixing carbon black powder with an aqueous solution of a primary aromatic amine, granulating carbon black and subsequent drying of the granules at elevated temperature and air access, characterized in that metaphenylenediamine or metatoluene diamine is used as the primary aromatic amine, and concentrated it is preliminarily prepared a solution in chemically purified water, acidified to a pH of 3 to 6.5, before being introduced into the granulator, dilute with chemically purified water to a working concentration radios from 0.5 to 2.0, preferably from 0.5 to 1.2 phr based on 100 parts by weight soot, and introduced through the nozzles of the granulator into the flow of dusty soot at a ratio of soot: solution "= 1: 1, after which the drying of wet granules is carried out at a temperature of 220-260 ° C. 2. Гранулированная модифицированная сажа, полученная способом по п. 1, содержащая от 0,15 до 0,40% связанного азота, в том числе от 36 до 58% в аминной форме, с содержанием кислорода не менее 0,6%.2. Granular modified carbon black obtained by the method according to claim 1, containing from 0.15 to 0.40% bound nitrogen, including from 36 to 58% in amine form, with an oxygen content of at least 0.6%. 3. Полимерная композиция, включающая синтетический или натуральный каучук, гранулированную модифицированную сажу, целевые добавки и технологические добавки, отличающаяся тем, что в качестве сажи она содержит сажу по п. 2 при следующем соотношении компонентов (% вес.):
- каучук - 40-65;
- гранулированная модифицированная сажа - 25-40;
- целевые добавки - 1-10;
- технологические добавки - остальное.
3. A polymer composition comprising synthetic or natural rubber, granular modified carbon black, target additives and processing aids, characterized in that as carbon black it contains carbon black according to claim 2 in the following ratio of components (% weight):
- rubber - 40-65;
- granular modified carbon black - 25-40;
- target additives - 1-10;
- technological additives - the rest.
RU2014124290/05A 2014-06-16 2014-06-16 Method of producing granular modified soot, soot for high-modulus polymer compositions and polymer compositions using same RU2563504C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014124290/05A RU2563504C1 (en) 2014-06-16 2014-06-16 Method of producing granular modified soot, soot for high-modulus polymer compositions and polymer compositions using same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014124290/05A RU2563504C1 (en) 2014-06-16 2014-06-16 Method of producing granular modified soot, soot for high-modulus polymer compositions and polymer compositions using same

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2563504C1 true RU2563504C1 (en) 2015-09-20

Family

ID=54147850

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014124290/05A RU2563504C1 (en) 2014-06-16 2014-06-16 Method of producing granular modified soot, soot for high-modulus polymer compositions and polymer compositions using same

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2563504C1 (en)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3565658A (en) * 1968-07-19 1971-02-23 Phillips Petroleum Co Carbon black dispersing agent
SU1120006A1 (en) * 1982-12-20 1984-10-23 Всесоюзный Научно-Исследовательский Институт Технического Углерода Method of obtaining modified granulated carbon black
SU1392079A1 (en) * 1986-01-13 1988-04-30 Ярославское научно-производственное объединение "Техуглерод" Vulcanizable rubber mixture based on unsaturated carbon-chain rubber for fastening to brass-plated metal
US4764547A (en) * 1986-04-23 1988-08-16 Bridgestone Corporation Rubber composition comprising surface-treated carbon black
RU2211230C2 (en) * 1994-12-15 2003-08-27 Кабот Корпорейшн Carbon black subjected for interaction with diazonium salts and products
RU2339666C2 (en) * 2003-03-07 2008-11-27 Дегусса Аг Granulated carbon-black
RU2426752C1 (en) * 2010-02-17 2011-08-20 Общество с ограниченной ответственностью "Техуглерод и огнеупоры" Method of producing granular modified soot, soot for thermoplastic polymers and polymer compositions based on said soot

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3565658A (en) * 1968-07-19 1971-02-23 Phillips Petroleum Co Carbon black dispersing agent
SU1120006A1 (en) * 1982-12-20 1984-10-23 Всесоюзный Научно-Исследовательский Институт Технического Углерода Method of obtaining modified granulated carbon black
SU1392079A1 (en) * 1986-01-13 1988-04-30 Ярославское научно-производственное объединение "Техуглерод" Vulcanizable rubber mixture based on unsaturated carbon-chain rubber for fastening to brass-plated metal
US4764547A (en) * 1986-04-23 1988-08-16 Bridgestone Corporation Rubber composition comprising surface-treated carbon black
RU2211230C2 (en) * 1994-12-15 2003-08-27 Кабот Корпорейшн Carbon black subjected for interaction with diazonium salts and products
RU2339666C2 (en) * 2003-03-07 2008-11-27 Дегусса Аг Granulated carbon-black
RU2426752C1 (en) * 2010-02-17 2011-08-20 Общество с ограниченной ответственностью "Техуглерод и огнеупоры" Method of producing granular modified soot, soot for thermoplastic polymers and polymer compositions based on said soot

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ОРЛОВ В.Ю. и др., Производство и использование технического углерода для резин, Ярославль, Александр Рутман, 2002, с.с. 492-494. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2572321C2 (en) Soot, method for production thereof and use thereof
CN110418816B (en) Carbon and elastomer integration
RU2552728C2 (en) Using surface-modified technical carbon in elastomers for reducing rubber hysteresis and tyre rolling resistance and improving adhesion with wet road
TW448208B (en) Pre-coupled aggregate, reinforcing agent and elastomeric compound containing the same, and their preparation methods
RU2627877C2 (en) Modified technical carbon, which has low quantity of pah containing its elastomers
JPH11505879A (en) Elastomer compounds containing silicon-treated carbon black
WO2005092970A1 (en) Rubber composition for tire tread and pneumatic tire utilizing the same
CN114127163A (en) Functionalized carbon blacks, their preparation and use in vulcanizable rubber compositions
EP3207091A1 (en) Improved rubber compositions and uses thereof
KR20020067675A (en) Carbon black, process for its production and its use
JP5291902B2 (en) Method for producing modified carbon black for rubber compound treated with aqueous solution of sulfur oxoacid and modified carbon black for rubber compound obtained thereby
WO2017141452A1 (en) Carbon black, carbon black production method, and rubber composition
KR20000022337A (en) Process for producing modified carbon black for reinforcing rubber and process for producing rubber composition containing modified carbon black
CN105189635A (en) Rubber composition and tire using same
CN105246965B (en) Rubber composition
RU2563504C1 (en) Method of producing granular modified soot, soot for high-modulus polymer compositions and polymer compositions using same
RU2552748C2 (en) Rubber mixture and tyre
Begum Use of antioxidant-modified precipitated silica in natural rubber
US11753549B2 (en) Surface modified carbon black to simultaneously improve rolling resistance, wet traction, and wear resistance
JP2006199832A (en) Tire tread rubber composition
CN103261166A (en) Method for producing 2,2,4-trimethyl-1,2-dihydroquinoline polymer-containing compositions
WO2019130727A1 (en) Method for producing rubber wet master batch and method for producing rubber composition
JP2003096332A (en) Hard carbon black
JP2019089881A (en) Surface-treated carbon black and method of producing the same
CN113321856B (en) Rubber composition for improving performance of tire in ice and snow fields and tire

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20160617

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20170620

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20180617