SE190886C1 - - Google Patents

Description

Uppfinnare: E Wagner och H Westlinning Prioritetbegard frail den 15 december 1953 (Forbundsrepubliken Tyskland) Foreliggande uppfinning hanfor sig till ett forfarande fOr framstallning av vulkbara blandningar pa basis av elastomerer.

De t ãr kant att de till Mr vulkningen avsedda gummiblandningarna satta finfiirdelade, i gasfas framstallda metall- eller metalloidoxider, isynnerhet kiseldiokid, var for sig eller flera tillsammans, eventuellt Liven med andra fyllmedel, och pa detta satt astadkomma en forstarkning, dvs. en forbattring av de gummitekniska egenskaperna. De forsffirkande egenskaperna hos en sadan, exempelvis genom sonderdelning av kiseltetraklorid i angf as utvunnen kiselsyra aro de pa annat satt framstallda fyllmedlen vida overlagsna i flera avseenden. Emellertid ar en sadan kiselsyra behaftad med vissa nackdelar, vilka framforallt ge sig till kanna i den kraftiga krympningen (Verstrammung) av blandningama och den darigenom fOrsvarade inarbetningsmojligheten. Man kan heller icke alltid genom tillblandning av andra fyllmedel helt undvika sadana svarigheter.

Det har nu befunnits, att vid anvandning av fyllmedel pa basis av metall- eller metalloidoxider, som framstallts i gasfas pa sa satt, att blandningar av minst tva metall- ochjeller metalloidoxider, som i homogen blandning med syre och brannbara gaser, ledas till en brannare och omsattas i en lag% det icke blott är mojligt undvika dessa svarigheter, utan att det aven är indjligt uppna ovantade fordelar vid fyllmedlets anvandning.

I enlighet harmed astadkommes enligt foreliggande uppfinning ett forfarande for framstallning av vulkbara blandningar pa basis av elastomerer genom inarbetning av hogdispersa oxider som forstarkande fylImedel, vilka oxider erhallits genom omsattning av flyktiga metall- eller metalloidfOreningar i gasfas, vilket forfarande i huvudsak kannetecknas av att man som forstarkande fyllmedel anvander en blandoxid, erhallen fran en Dupl. kl. 39 b: 5/07 blandning av fasta oxider bildande, flyktiga metall- och/eller metalloidfbreningar med syre och brannbara gaser genom homogen hopblandning, tillforsel till en brannare och omsattningi en Som flyktiga foreningar valjer man med fordel halogenider, isynnerhet klorider, exempelvis av kisel, aluminium, titan, zirkonium, jam, krom m. fl. En blandning av minst tva sadana foreningar, t. ex. kiseltetraklorid och aluminiumklorid i angform, blandas fOr framstallningen av det nya fyllmedlet intimt med syre och brannbara gaser, och denna gasblandning ledes genom en brannare till en laga, i vilken foreningarna omsattas till de motsvarande oxiderna. Det har visat sig, att man med avseende pa omsattningens likformiga forlopp, som ju med hansyn till spjalkningen av de oxidbildande fOreningarna forlOper endotermt, uppnar de gynnsammaste resultaten, om blandningens syrehalt installes sá att syret ar tillrackligt for forbranningen av den brannbara gasen och f Or oxidbildningen, dvs. att Fagan kan brinna av sig sjalv utan yttre tillforsel av luft eller syrehaltiga gaser. Syret installes salunda med fordel i den for reaktionen avsedda gasblandningen pa &Mani; satt, att det fOreligger i den for fullstandig forbranning och oxidation av de ifragavarande foreningarna stokiometriska mangden.

Som brannbar gas kan man exempelvis anvanda koloxid, vid vars forbranning till koldimdd alstras den varmemangd, som erfordras for spjalkningen av de flyktiga metall- eller metalloidforeningarna i den tillforda angblandningen.

Urnsattningen gar sardeles hastigt, om man valjer branngaser, som reagera med syre under vattenbildning, dvs. omman som branngas anvander vate, vatehaltiga eller vateavgivande gaser eller gasblandningar, t. ex. metan eller lysgas. Till fOljd av vattenblldningen sonderdelas di de 2--- — ' flyktiga oxidbildande fOreningarna p. samma satt som vid en- hydrolys. Den hastiga omsattningen, som blir foljden av detta spjalkningssatt, medlar sarskilda fordelar genom att oxiderna erhallas i utomordentligt finfordelat tillstand och med likformig kornstorlek, alldenstund en utflockning eller selektiv reaktion mellan de latt sOnderdelbara kloriderna praktiskt taget ej kan intrada. A.ven om man som branngaser valjer sadana som reagera med syre under vattenbildning, skall syrgasmangden foretradesvis installas sá att den atminstone är tillracklig for vattenbildningen, dvs. man installer den brannbara gasen och syrgasen i den homogena, till Fagan ledda blandningen i stokio-, metriskt ftirhallande med avseende pa vattenbildningen.

FOr oxidernas anvandning som fyllmedel spelar bl. a. kornstorleken en avgorande roll, vilken vid forfarandet enligt uppfinningen kan paverkas pa sb. satt, att de oxidbildande foreningarna vid reaktionen i gasblandningen anvandas i storsta mojliga utspadning. Genom att andra den tillmatade mangden av de oxidbildande fOreningarna till den for forbranningen avsedda gasblandningen kan man salunda reglera kornstorleken hos de bildade oxiderna. Darvid kommer givetvis oxidproduktionen att bli mindre, vilket begransar nyttan av denna atgard. For att vid konstant oxidproduktion kunna erhalla en mera finfordelad produkt, kan man emellertid leda de syreavgivande komponenterna, t. ex. luften i gasblandningen, i en med avseende pa vattenbildningen overstoldometrisk mangd till lagan.

For att erhalla en sá aktiv yta som mojligt hos de fasta reaktionsprodukterna, vilka forst utfalla som aerosol, och for att i storsta mopiga utstrackning motverka bildningen av gitterstOrningsstallen och fOrhindra bildningen av aktiva centra i primarpartiklarna, skall lagans temperatur genom installning av branngasen hallos sh lag som mbjligt vid fullstandig omsattning. Man arbetar Odor med fordel med lagtemperaturer av c:a 900-1200° C. Den onskade lagtemperaturen kan dessutom uppratthallas genom att man till lagan satter utspadande inertgaser, t. ex. kvave, varvid samtidigt en minskning av de bildade oxidernas kornstorlek astadkommes till foljd av branngasens utspadning.

For att man skall kunna bibehalla den aktiva Ytan hos de bildade oxidpartiklarna är det av storsta vikt, att partiklarnas uppehallstid i lagan blir sa kort som mojligt. Man anvander darfor lampligen korta lagor, som uppvisa stor lagvolym vid liten flamhojd. Sadana lagor alstras exempelvis i en s. k. duschbrannare, vid vilken ett flertal smâ lagor forenas till en enda stor och fOrhallandevis kort Det namndes ovan, att vid forfarandet for framstallningen av de nya fyllmedlen den for forbranningen erforderliga syrgasen tillfordes Nan Over reaktionsblandningen och att denna darfor ej behbvde tillforas nagon syrgas utifran.

FOr att man skall kunna uppna en homogen och likformig fordelning av de olika reaktionskompo- nenterna i praktiskt taget hela lagans volym, är det icke heller onskvart att det alstras nagon turbulens eller virvelbildning i eller i narheten av lagan. Darfor skall den gas- eller angformiga utgangsblandningen pa vagen till lagan foras under laminar stromning i den utstrackning som overhuvudtaget dr mi5jlig.

Utstromningshastigheten hos den av minst tva metall- eller metalloidforeningar, syre och en brannbar gas bestaende homogena utgangsblandningen skall vid brannaroppningen utgora en multipel av blandningens tandhastighet. For att undvika att en alltfOr tidig utskiljning omkring brannarkanten av fasta reaktionsprodukter in-trader i blandningen, som redan i reaktionsbenagen sammansattning ledes till brannarmynningen, Mlles denna vid framstallningen av fyllmedlet enligt uppfinningen fri fran branngasblandningen genom att man inleder en spolgas, t. ex. luft eller vate, som i tunna skikt strommar forbi brannarmynningen, eller ocksa med mekaniska hjalpmedel.

Vid anvandning av halogenidblandningar, som omsattas med stokiometriska mangder vattenbildande gaser i intim blandning, bildas jamte de fasta oxiderna framfbrallt saltsyra, fran vilken oxiderna maste skiljas. Sasom namts tidigare, erhallas oxiderna forst i form av en aerosol, for vars utfallning fran de gasformiga reaktionsprodukterna man kan anvanda i och for sig kanda anordningar sasom filter eller eventuellt elektrofilter, men i all synnerhet cykloner. For att man skall kunna bibehalla de gynnsamma egenskaperna hos de bildade oxidpartiklarna med avseende pa finhet och ytstruktur har det visat sig utomordentligt fordelaktigt att lata koagulationen forsigga i narvaro av de pa ett tidigare stadium koagularade partiklarna, vilka i viss man kunna tjana som ympmedel eller kondensationskarnor for de annu icke koagulerade mangderna. Man hailer darfOr reaktionsprodukterna i svavande tillstand under en lang stracka, varvid koagulationen kan beframjas ytterligare genom att man hailer partiklarna i kraftig rorelse i forhallande till varandra. For detta andamal uppvirvlas den aerosolhaltiga gasstrommen i rymliga kamrar eller ledes genom langa, lampligen upprepade ganger krokta ror, sá att man far till stand en turbulent stromning och de svavande partiklarna kvarstanna nagra sekunder i koagulationsrummet fore avskiljningen i cyklonen.

De fasta reaktionsprodukterna, som besta av minst tva oxider och uppvisa speciella egenskaper, som fyilmedel, skilja sig i flera avseenden Iran sa.dana fyllmedel, som endast besta av enkla fysikaliska blandningar av motsvarande oxider. Som senare skall visas i exemplen, aro de icke endast blandningar av motsvarande oxider, utan aven de fyllmedel, som besta av en enhetlig oxid, vida Overlagsna med avseende pa bearbetbarheten i gummiblandningar och pa grund av det selektiva inflytandet pa de gummitekniska egenskaperna.

Det ror sig darvid uppenbarligen om en speciell — —3 materialklass, vars struktur endast kan erhallas genom den enligt uppfinningen foreslagna om- sattningen mellan blandningar av minst tva oxidbildande fOreningar i homogen blandning med de brannbara och syrehaltiga gasema. Dessa reaktionsbetingelser utgora uppenbarligen en garanti for att vid anvandningen av blandningar av oxidbildande fereningar, vilkas formaga att reagera med syre eller vatten är olika, ingen som heist utflockning eller selektiv reaktion intrader. Fyllmedlets karaktar kan varieras genom lampligt val av de metaller eller metalloider, av vilka fyllmedlet bestar. Det kan besta saval av en komplex oxid som ett fOrstadium till en forening. Aven en egentlig foreningsbildning kan redan ha intratt eller atminstone ha borjat. Genom omsdttming av en blandning av kiseltetraklorid och aluminiumklorid pa angivet satt kan man salunda exempelvis framstalla ett fyllmedel, som till sin kemiska natur representerar ett forstadium till ett aluminiumsilikat och som ifraga om sina egenskaper patagligt skiljer sig Iran en enkel blandning av de bada namnda oxiderna.

For kombinationen av de oxidbildande amnena fOreligger ett flertal mojligheter saval med hansyn till arten som mangden av de oxidbildande amnena. Jamte det redan anforda exemplet pa omsattningen av en blandning av kisel- och aluminiumhalogenider kan man aven anvanda blandningar av kisel- och titanforeningar, isynnerhet halogenider, som overforts till oxider och anvandas som fyllmedel, varvid man allt efter behov kan lagga huvudvikten vid kiselkomponenten eller aluminium- resp. titankomponenten. Aven kiselfria fyllmedel, t. ex. sadana bestaende av titandiwdd och aluminiumdicodd eller av zirkoniumoxid och aluminiumoxid, slutligen aven av dessa oxidkombinationer och en annan oxid sasom kromoxid, jarnoxid, vanadinoxid, kunna utvinnas enligt det nya forfarandet.

Det anfOrdes ovan, att en vasentlig fOrdel med de nya fyllmedlen jamfort med de materiellt enhetliga, pa liknande satt utvunna fyllmedlen är, att de nya fyllmedlen under bibehallande av hog aktivitet och de darav foljande, for gummiblandningarna gynnsamma egenskaperna, kunna inarbetas vasentligt lattare, dvs. visa bearbetningsegenskaper, som endast kunna uppnas hos i ovrigt mindre aktiva fyllmedel.

En annan fordel hos det fyllmedel, som i enlighet med foreliggande uppfinning kommer till anvandning vid framstallning av de vulkbara blandningarna är att man vid deras anvanclning for vulkning av gummi behOver anvanda mindre mangder svavel och vulkningsacceleratorer an vid anvandning av enhetliga wider. Genom val av de lampliga mangderna och bestandsdelarna i det nya fyllmedlet kan man exempelvis hos gummi uppna samma egenskaper vid betydligt lagre fyllnadsgrad a.n vid fyllning med storre mangder kiseldioxid enbart eller i mekanisk blandning med exempelvis aluminiumoxid.

Sarskilt lampliga ha sidana fyllmedel visat sig vara, som utvunnits genom omSattning av 'en blandning av kiseltetraklorid och aluminiumklorid, t. ex. i mangder av 0,5-30 °,/o. Pa liknande satt ha aven titanoxidhaltiga fyllmedel bestatt provet i praktiken, vilka aven kunna erhallas om man omsatter angformiga blandningar av kiseltetraklorid tillsammans med vate och syre i stokiometriskt fbrhallande i en laga, varvid kloridblandningens halt av titantetraklorid exempelvis kan variera mellan 5 och 35 %. Naturligtvis kan man aven anvanda det omvanda mangdfdrhallandet, namligen blandningar av aluminiumklorid eller titantetraklorid sinsemellan eller med mindre mangder kiseltetraklorid, for framstallningen av de uppfunna fyllmedlen, om en motsvarande modifiering av egenskaperna visar sig onskvard.

Exempel 1. I detta exempel visas en jamfOrelse mellan tva gummiblandningar I och II, som var och en innehaller 40 delar fyllmedel och 100 delar ragummi. Fyllmecllet i blandningen I bestar av kiseldioxid, som utvunnits genom termisk soliderdelning av kiseltetraklorid i gasfas, och som ar enhetligt uppbyggd. I blandningen II har ett fyllmedel enligt uppfinningen utvunnits genom omsattning av en blandning av kiseltetraklorid och aluminiumtetraklorid med en halt av 10 % aluminiumoxid och. 90 % kiseldioxid. Vid vulkningen uppnas fOr de hada blandningarna foljande varden: I II Defohardhet 1800 67 Dragbrottgrans kpfcm2. 314 313 Modul 300 kplcm2 70 6 Brottoj ning % 670 68 StOtelasticitet % 62 Shorehardhet 656 Rivhallfasthet kp/em 37 Av exemplet framgar, att man vid anvandning av det uppfunna fyllmedlet uppnar en myeket iinskvard mjukning av gummiblandningen under kraftigt reducerad defohardhet, varigenom bearbetbarheten forbdttras och kraftbehovet vid framstallningen av den for vulkningen avsedda blandningen vasentligt minskas. Trots detta amo vardena pa dragbrottgransen, brottojningen och rivhallfastheten praktiskt taget oforandrade, medan stotelasticiteten erfarit en pataglig hojning. Vulkaten utveckla darfOr mindre varme vid dynamisk pakanning, vilket kan vara av vasentlig fordel f Or manga andamal. Aven minskningen av shorehardheten verkar i samma riktning.

Exempel 2. For att visa det olikartade forhallandet gentemot ett vulkat, vid vilket en blandning av kiseldioxid och aluminiumoxid anvandes som fyllmedel, mattes vardena pa tva blandningar med en jamfort med exemplet 1 avvikande sammansattning. En blandning III framstalldes med ett fyllmedel enligt uppfinningen, bestaende av 90 % kiseldioxid och 10 % aluminiumoxid, medan man som fyllmedel vid en annan blandning IV anvande en blandning av separat ur gasfas:utvunnen, finfordelad kiseldi- — — oxid och finfordelad aluminiumoxid. Fyllnadsgraden utgjorde 40 delar fyllmedel pa 100 delar gummi. Blandningarnas sammansattning och de erhallna gummitekniska vardena hos vulkaten framga av foljande uppstallning: Blandning III IV Gummi 100 100 Fyllmedel enl. uppf. Blandning Si02 + A1203 Stearinsyra 1,0 1,0 Ozokerit 2,7 2,7 Zinkoxid 5,0 5,0 Accelerator Vulkasit (Toluylen-bisguanidin) 2,3,0 Svavel 4,0 4,8 Defohardhet 71 Defoelasticitet 15,2 25,8 Dragbrottgrans kplemz 274 284 Modul 300 kplcm2 67 79 Brottojning % 644 652 Stotelasticitet % 59 48 Shorehardhet 58 69 Rivhallfasthet kp/cm 32 31 Aven har visa resultaten en vasentlig nedgang i defohardheten vid anvandning av de uppfunna fyllmedlen jamfort med de i blandningen IV anvanda rena blandningarna av samma oxider i samma mangdforhallande. Vidare erholls aven har en kraftig nedgang i shorehardheten och en vasentlig Okning av elasticiteten, som aterigen ger mera elastiska vulkat, vid vilkas dynamiska pakanning varmeutvecklingen hailer sig mom laga granser. Papekas bor liven det mindre behovet av acceleratorer och svavel i blandningen III.

Pa analogt satt som visades for gummi, aro de nya fyllmedlen aven mycket lampliga for inarbetning i elastomer och andra plaster, isynnerhet sadana som i likhet med gummi kunna forstarkas.

Claims (8)

Patentansprak:

1. Forfarande fOr framstallning av vulkbara blandningar pa basis av elastomerer genom inarbetning av hogdispersa oxider som forstarkande fyllmedel, vilka oxider erhallits genom omsatt ning av flyktiga metall- eller metalloidforeningar i gasfas, kannetecknat av att som forstarkande. fyllmedel anvandes en blandoxid, erhallen frau en blandning av fasta oxider bildande, flyktiga metall- och/eller metalloidforeningar med syre och brannbara gaser genom homogen hopblandning, vilken hopblandning har eventuellt utforts under anvandning av indifferenta gaser som utspadningsmedel, tillforsel till en brannare och omsattning i en lap..

2. Forfarande enligt patentanspraket 1, kannetecknat av att i stokiometriskt forhallande sammansatta, homogena blandningar av metall- eller metallodiforeningar, syre och brannbara gaser bringats till omsattning.

3. Forfarande enligt patentanspraken 1 och 2, kannetecknat av att under vattenbildning brannbara gaser, t. ex. vate eller metan, och syre blandats homogent med blandningen av flyktiga metall- och/eller metalloidforeningar och darefter bringats till omsattning i lagan.

4. Forfarande enligt patentanspraken 1-3, kannetecknat av att blandningar av kiseltetraldorid och aluminiumklorid, sarskilt sadana med 0,5-30 % aluminiumklorid, bringats till omsattfling.

5. Forfarande enligt patentanspraken 1-3, kannetecknat av att blandningar av kiseltetraklorid och titantetraklorid, foretra.desvis med 5-35 % titantetraklorid, omsatts.

6. Forfarande enligt patentanspraken 1-3, kannetecknat av att blandningar av aluminiumklorid och titantetraklorid anvants.

7. FOrfarande enligt patentanspraken 1-6, kannetecknat av att den homogena gas- och/eller angformiga utgangsblandningen omedelbart fore och i lagan hallits under laminar stromning.

8. Forfarande enligt patentanspraken 1-7, kannetecknat av att de finfordelade, fasta omsattningsprodukterna fore fullstandigt overforande av aerosolen till gelform hallits nagra sekunder i svavande tillstand och forst darefter utskiljes i cykloner, filter och liknande. Anforda publikationer: Patentskrifter Iran Sverige 173 420; Frankrike 597 727; Storbritanthen 535 214; Tyskland 736 411.