WO2004014797A1 - Fällungskieselsäure mit hoher oberfläche - Google Patents

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WO2004014797A1
WO2004014797A1 PCT/EP2003/008235 EP0308235W WO2004014797A1 WO 2004014797 A1 WO2004014797 A1 WO 2004014797A1 EP 0308235 W EP0308235 W EP 0308235W WO 2004014797 A1 WO2004014797 A1 WO 2004014797A1
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precipitated silica
silica
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mixtures
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Stefan Uhrlandt
André WEHMEIER
Detlef Luginsland
Oleg Stenzel
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Degussa Ag
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Definitions

  • the present invention relates to a highly disperse precipitated silica which has a high surface area, a process for its production and its use as a tire fuel for commercial vehicles, motorcycles and high-speed vehicles.
  • US 6013234 discloses the production of precipitated silica with a BET and CTAB surface area of 100 to 350 m 2 / g each.
  • This silica is particularly suitable for incorporation into elastomer mixtures, the BET / CTAB ratios being between 1 and 1.5.
  • EP 0937755 discloses various precipitated silicas which have a BET surface area of approximately 180 to approximately 430 m 2 / g and a CTAB surface area of approximately 160 to 340 m 2 / g. These silicas are particularly suitable as a carrier material and have a BET to CTAB ratio of 1.1 to 1.3.
  • EP 0647591 discloses a precipitated silica which has a ratio of BET to CTAB surface area of 0.8 to 1.1, wherein these surface characteristics can assume absolute values of up to 350 m 2 / g.
  • EP 0643015 presents a precipitated silica which can be used as an abrasive and / or thickening component in toothpastes and which has a BET surface area of 10 to 130 m 2 / g and a CTAB surface area of 10 to 70 m 2 / g, ie has a BET to CTAB ratio of approximately 1 to 5.21.
  • Silicas which are particularly suitable as a filler for elastomer mixtures, here in particular car tires, are described in EP 0901986 with the following properties: BET surface area 120-300m 2 / g
  • CTAB surface 100-300m 2 / g
  • Vehicle tires have very different requirements depending on the application. In the case of a rough division into car and truck tires, at least the following differences should be noted:
  • Cars in the sense of the present invention are vehicles for the transport of people for predominantly private use, ie no commercial vehicles such as. B. Delivery vehicles. This does not include vehicles that are usually operated at high speeds if, according to their design, they could count as cars. These vehicles also have different requirements for tires than the car tires mentioned in the table.
  • Tires for motorcycles and high-speed cars have to withstand very high loads at high speeds and have a very good dry and wet slip behavior (traction). However, good traction should not be associated with increased abrasion or high rolling resistance.
  • a precipitated silica which has a high CTAB surface area is particularly suitable as a filler in elastomer mixtures for commercial vehicle tires, for motorcycle tires and tires for high-speed passenger cars.
  • the present invention therefore relates to precipitated silicas with a BET surface area of 200-300 m 2 / g, a CTAB surface area of> 170 m 2 / g s, a DBP number of 200-300 g / (100 g) and one Sears number V 2 from 23 - 35 ml / (5 g).
  • the precipitated silicas according to the invention can have a maximum CTAB surface area of 300 m 2 / g, in particular a CTAB surface area of 170-220 m 2 / g or 245-300 m 2 / g.
  • the precipitated silicas according to the invention can each independently have properties in the following preferred ranges:
  • the WK coefficient is defined as the ratio of the peak height of the particles that cannot be broken down by ultrasound in the size range 1.0 - 100 ⁇ m to the peak height of the broken down particles in the size range ⁇ 1.0 ⁇ m (see FIG. 1).
  • EP 1186629 discloses silicas with high CTAB surfaces, which are suitable as a filler for tires. EP 1186629 does not provide any information about the Sears number or thus about the concentration of hydroxyl groups on the silica surface.
  • Another object of the present invention is a method for producing a precipitated silica with a BET surface area of 200-300 m 2 / g
  • the precipitated silica produced according to the invention can have properties in the preferred ranges mentioned.
  • the initial charge can be approximately 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80 or 90% of the final volume of the precipitation.
  • the basic compounds added are selected in particular from the group of alkali metal hydroxides, alkaline earth metal hydroxides, alkali metal carbonates, alkali metal hydrogen carbonates and alkali metal silicates. Water glass or sodium hydroxide solution are preferably used.
  • the pH of the template is> 9, preferably between 9.0 and 12, especially between 9 and 10.5. It is possible to use a template with little or no electrolyte (salt) and to add the electrolytes continuously or in batches (preferably at the beginning of the precipitation).
  • the method according to the invention can optionally have a breakpoint. Between steps b) and e), steps c) stopping the metering in for 30-90 minutes while maintaining the temperature and d) simultaneous metering in of water glass and sulfuric acid, preferably sulfuric acid at the same temperature, with stirring for 20-120, preferably 20- 80 minutes.
  • organic or inorganic salts can also be added during steps b) and d). This can be preferred in solution or as a solid, in each case continuously over the addition time of the water glass and the sulfuric acid
  • Alkali or alkaline earth metal salts are preferably used as inorganic salts.
  • combinations of the following ions can be used: Li + , Na + , K + , Rb + , Be 2+ , Mg 2+ , Ca 2+ , S Ba 2+ , H + , F “ , CT, B, I “ , SO 3 2 " , SO, 2 ' , HSO 4 ' , PO 3 3 ⁇ PO 4 3 ' , NO 3 “ , NO 2 -, CO 3 2 ⁇ HCO 3 “ , OH “ , TiO 3 2 ⁇ ZrO 3 2 " , ZrO 4 ⁇ AlO 2 " , Al 2 O 4 2 “ , BO 4 3 ' .
  • the salts of formic, acetic and propionic acid are suitable as organic salts.
  • the alkali or alkaline earth ions mentioned may be mentioned as the cation.
  • the concentration of these salts in the initial charge can be 0.01 to 5 mol / 1.
  • Na 2 SO 4 is preferably used as the inorganic salt. It is possible to add the acidulant in steps b) and d) in the same or different way, ie with the same or different concentrations and / or feed rates. Analogously, the water glass can also be carried out in steps b) and d) in the same or different way of the reaction.
  • the components acidulant and water glass are added in steps b) and d) in such a way that the feed rates in step d) are 125-140% of the feed rates in step b), the components in both steps in equimolar concentration be used.
  • the components are preferably added at the same concentration and feed rate.
  • silicates such as potassium or calcium silicate can also be used.
  • acidifying agents such as HO, HNO 3 , H 3 PO or CO 2 can be used as acidifying agents.
  • the filtration and drying of the silicas according to the invention are familiar to the person skilled in the art and can, for. B. can be read in the documents mentioned.
  • the precipitated silica is preferably dried in a current dryer, spray dryer, floor dryer, belt dryer, rotary tube dryer, flash dryer, spin-flash dryer or nozzle tower. These drying options include operation with an atomizer, a one- or two-fluid nozzle or an integrated fluid bed.
  • the Precipitated silica according to the invention after the drying step has a particle shape with an average diameter of over 15 ⁇ m, in particular over 80 ⁇ m, particularly preferably over 200 ⁇ m. The average particle diameter is defined so that 50% by weight of the particles have a larger or smaller diameter.
  • granulation can also be carried out using a roller compactor.
  • the average particle diameter is> 1 mm.
  • the silica according to the invention is preferably used in tires for commercial vehicles, trucks, high-speed cars and motorcycles.
  • commercial vehicles are all vehicles whose tires have high demands with regard to mileage or wear.
  • tires for buses, trucks and / or delivery vehicles and trailers should be mentioned in particular.
  • wear resistance such.
  • B. stud tear resistance, chipping, chunking are tires for off-road vehicles, construction and agricultural machinery, mine vehicles and tractors. This refers in particular to vehicles with an axle load of more than 1 ton or with a permissible total weight of over 2, 4, 7.5 or 15 tons.
  • the silicas according to the invention can be used in particular in traction tires for heavy trucks or their trailers. Such vehicles often have axle loads of over 5 tons or a tire diameter of over 17 ".
  • Tires for commercial vehicles such as trucks are classified according to speed classes.
  • the silicas according to the invention are particularly suitable for (truck) tires which are approved for speeds between 80 and 140 km / h and which carry the symbols F, G, J, K, L, M or N.
  • Tires for high-speed vehicles are those that are approved for speeds over 180 km / h. These are (car) tires with the symbols S, T, U, H, V, W, Y and ZR.
  • Another object of the invention are elastomer mixtures, vulcanizable _ _ « ,, -, -j, ⁇
  • Rubber mixtures and / or other vulcanizates which contain the silica according to the invention, such as, for example, moldings such as pneumatic tires, tire treads, cable sheaths, hoses, drive belts, conveyor belts, roller coverings, tires, shoe soles, sealing rings and damping elements.
  • the silicas according to the invention can be used in all fields of application in which silicas are usually used, such as, for. B. in battery separators, as anti-blocking agents, as matting agents in paints and varnishes, as carriers for agricultural products and foodstuffs, in coatings, in printing inks, in fire extinguishing powders, in plastics, in the non-impact printing area, in paper pulp, in the personnel area care and special applications.
  • silicas are usually used, such as, for. B. in battery separators, as anti-blocking agents, as matting agents in paints and varnishes, as carriers for agricultural products and foodstuffs, in coatings, in printing inks, in fire extinguishing powders, in plastics, in the non-impact printing area, in paper pulp, in the personnel area care and special applications.
  • silica according to the invention can optionally be modified with silanes or organosilanes of the formulas I to III
  • Atoms which can optionally be substituted with the following groups:
  • Alk a divalent unbranched or branched hydrocarbon radical with 1 to 6 carbon atoms, m: 0 or 1,
  • Ar an aryl radical having 6 to 12 carbon atoms, preferably 6 carbon atoms, which can be substituted by the following groups: hydroxyl, amino, alcoholate, cyanide,
  • Thiocyanide, halogen, sulfonic acid, sulfonic acid ester, thiol, benzoic acid, benzoic acid ester, carboxylic acid, carboxylic acid ester, organosilane residue, p: 0 or 1, with the proviso that p and n do not simultaneously mean 0, q: 1 or 2, w: a number from 2 to 8, r: 1, 2 or 3, with the proviso that r + n + m + p 4, alkyl: a monovalent unbranched or branched saturated
  • Hydrocarbon radical having 1 to 20 carbon atoms, preferably 2 to 8
  • Hydrocarbon radical having 2 to 20 carbon atoms, preferably 2 to 8 carbon atoms.
  • the silica according to the invention can also be used with organosilicon compounds having the composition SiR 4 .
  • R 2 can be alkyl and / or aryl radicals with 1-20 carbon atoms, which have functional groups such as the hydroxyl group, the amino group.
  • Polyethers such as ethylene oxide and / or propylene oxide and halide groups such as fluoride can be substituted.
  • R 2 can also contain groups such as alkoxy, alkenyl, alkynyl and aryl groups and sulfur-containing groups.
  • X can be reactive groups such as silanol, amino, thiol, halide, alkoxy, alkenyl and hydride groups.
  • the optionally granulated, ungranulated, ground and / or unmilled precipitated silica can be modified with one or more of the organosilanes mentioned in mixtures of 0.5 to 50 parts, based on 100 parts precipitated silica, in particular 1 to 15 parts, based on 100 parts precipitated silica, where the reaction between precipitated silica and organosilane during the preparation of the mixture (in situ) or outside by spraying and then tempering the mixture, by mixing the organosilane and the silica suspension with subsequent drying and tempering (for example according to DE 3437473 and DE 19609619) or according to the process in DE 19609619 or DE-PS 4004781 can be carried out.
  • the organosilanes mentioned in mixtures of 0.5 to 50 parts, based on 100 parts precipitated silica, in particular 1 to 15 parts, based on 100 parts precipitated silica where the reaction between precipitated silica and organosilane during the preparation of the mixture (in situ) or outside by spray
  • all bifunctional silanes are suitable as organosilicon compounds, which on the one hand can couple to the filler containing silanol groups and on the other hand can couple to the polymer.
  • Organosilicon compounds are 1 to 10% by weight based on the total amount Precipitated silica.
  • organosilicon compounds examples include:
  • the bis (triethoxysilylpropyl) tetrasulfane can be used as the silane.
  • the silica according to the invention can be mixed into elastomer mixtures, tires or vulcanizable rubber mixtures as reinforcing filler in amounts of 5 to 200 parts, based on 100 parts of rubber as powder, spherical product or granulate, both with silane modification and without silane modification. Rubber and elastomer mixtures are to be regarded as equivalent in the sense of the present invention.
  • the elastomer or rubber mixtures can additionally be filled with one or more more or less reinforcing fillers.
  • carbon blacks The carbon blacks to be used here are based on the flame black, furnace or
  • the carbon blacks may also contain heteroatoms such as silicon, for example, highly disperse pyrogenic silicas, produced, for example, by flame hydrolysis of silicon halides.
  • the silicas can optionally also be present as mixed oxides with other metal oxides, such as Al, Mg, Ca, Ba, Zn and titanium oxides.
  • Synthetic silicates such as aluminum silicate, alkaline earth silicates such as
  • Natural silicates such as kaolin, other naturally occurring ones
  • Starch and modified starch types - natural fillers such as clays and pebbles
  • the blending ratio also depends here, as with the dosing of the organosilanes, on the property profile to be achieved of the finished rubber mixture.
  • a ratio of 5-95% between the silicas according to the invention and the other fillers mentioned above (also as a mixture) is conceivable and is also realized in this context.
  • 10 to 150 parts by weight of silicas wholly or partly consisting of the silica according to the invention, optionally together with 0 to 100 parts by weight of carbon black, and 1 to 10 parts by weight of an organosilicon compound, in each case based on 100 parts by weight of rubber can be used to produce the mixtures.
  • the organosilanes and other fillers form a further important component of the rubber mixture.
  • elastomers natural and synthetic, oil-stretched or not, as a single polymer or blend with other rubbers, such as natural rubbers, polybutadiene (BR), polyisoprene (IR), styrene / butadiene copolymers with styrene contents from 1 to 60, preferably 2 to 50% by weight (SBR), in particular produced by means of the solution polymerization process, butyl rubbers, isobutylene / isoprene copolymers (IIR), butadiene / acrylonitrile copolymers with acrylonitrile contents of 5 to 60, preferably 10 to 50% by weight (NBR), partially hydrogenated or fully hydrogenated NBR rubber (HNBR), ethylene / propylene / diene copolymers (EPDM), and mixtures these rubber
  • the following additional rubbers are also suitable for rubber mixtures with the rubbers mentioned: carboxyl rubbers, epoxy rubbers, trans-polypentenamers, halogenated butyl rubbers, rubbers made from 2-chloro-butadiene, ethylene-vinyl acetate copolymers, ethylene-propylene copolymers, optionally also chemical derivatives of natural rubber as well as modified natural rubbers.
  • Preferred synthetic rubbers are described, for example, by W. Hofmann, “Kautschuktechnologie”, Genter Verlag, Stuttgart 1980.
  • silicas according to the invention can be used in all rubber applications, such as moldings, tires, tire treads, conveyor belts, conveyor belts, seals, drive belts, hoses, shoe soles, cable jackets, roller coverings, damping elements, etc.
  • This silica is incorporated and the mixtures containing this silica are prepared in the manner customary in the rubber industry on an internal mixer or rolling mill at preferably 80-200 ° C.
  • the form of administration or use of the silicas can be in the form of powder, spherical product or granules.
  • the silicas according to the invention do not differ from the known light fillers.
  • the rubber vulcanizates according to the invention can contain further rubber auxiliaries in the customary dosages, such as reaction accelerators, anti-aging agents, heat stabilizers, light stabilizers, ozone protection agents, processing aids, plasticizers, tackifiers, blowing agents, dyes, pigments, waxes, extenders, organic acids, retarders, metal oxides and activators, such as triethanolamine , Polyethylene glycol, hexanetriol. These compounds are known in the rubber industry.
  • the rubber auxiliaries can be used in known amounts, which can be adjusted according to the Set up the intended use. Usual amounts are, for example, amounts of 0.1 to 50% by weight, based on rubber. Sulfur or sulfur-donating substances can be used as crosslinkers.
  • the rubber mixtures according to the invention can also contain vulcanization accelerators. Examples of suitable main accelerators are mercaptoberizthiazoles, sulfenamides, thiurams, dithiocarbamates in amounts of 0.5 to 3% by weight. Examples of co-accelerators are guanidienes, thioureas and thiocarbonates in amounts of 0.5 to 5% by weight. Sulfur can usually be used in amounts of 0.1 to 10% by weight, preferably 1 to 3% by weight, based on rubber.
  • the silicas according to the invention can be used in rubbers which can be crosslinked with accelerators and or sulfur, but also peroxidically.
  • the vulcanization of the rubber mixtures according to the invention can take place at temperatures from 100 to 200 ° C., preferably 130 to 180 ° C., optionally under pressure from 10 to 200 bar.
  • Mixing of the rubbers with the filler, optionally rubber auxiliaries and the organosilicon compound can be carried out in known mixing units, such as rollers, internal mixers and mixing extruders.
  • the highly dispersible high-surface area silicas according to the invention have the advantage that they give the rubber vulcanizates an improved abrasion resistance due to the higher CTAB surface.
  • the dry handling is improved due to the higher dynamic stiffness at 0 ° C and 60 ° C and the rolling resistance, indicated by the reduced tan ⁇ (60 ° C) value, is reduced.
  • an improved cut & chip or chunking behavior is achieved (for definition and further explanations see "New insights into the tear mechanism" and references herein, presented at Tire Tech 2003 in Hamburg by Dr. W. Niedermeier).
  • the rubber mixture according to the invention is particularly suitable for the production of tire treads with improved lower rolling resistance, improved wet skid resistance, improved drying properties and good abrasion resistance compared to an identical rubber mixture with previously known silicas.
  • These tread compounds are particularly suitable for high-speed passenger car and motorcycle tires, but also tires for commercial vehicles with reduced rolling resistance with good abrasion resistance and improved cut & chip and chunking behavior.
  • the silicas according to the invention are also suitable for improving the cut & chip behavior of construction, agricultural and pit tires.
  • the dispersion of the precipitated silica in the matrix, the polymer, is of crucial importance in order to achieve a good image in a polymer mixture. This can be estimated from the WK coefficient.
  • Fig. 1 is a schematic representation of the values necessary for the calculation of the WK coefficient.
  • the curves show a first maximum in the particle size distribution in the range around 1.0 - 100 ⁇ m and a further maximum in the range ⁇ 1.0 ⁇ m.
  • the peak in the range of 1.0 - 100 ⁇ m indicates the proportion of uncrushed silica particles after the ultrasound treatment. These rather coarse particles are poorly dispersed in the rubber compounds.
  • the second peak with significantly smaller particle sizes ( ⁇ 1.0 ⁇ m) indicates that part of the silica particles that was crushed during the ultrasound treatment. These very small particles are excellently dispersed in rubber compounds.
  • the WK coefficient is now the ratio of the peak height of the non-degradable particles (B), the maximum of which is in the range 1.0 - 100 ⁇ m (B '), to the peak height of the degraded particles (A), whose maximum is in the range ⁇ 1.0 ⁇ m (A ') lies.
  • the silicas according to the invention have WK coefficients ⁇ 3.4, preferably ⁇ 3.0, particularly preferably ⁇ 2.5.
  • Known precipitated silicas have different WK coefficients and other maxima in the particle size distributions measured with the Coulter LS 230 and are therefore more difficult to disperse.
  • the physical / chemical data of the precipitated silicas according to the invention are determined using the following methods:
  • the volatile fractions (hereinafter referred to as moisture for the sake of simplicity) of silica are determined after drying for 2 hours at 105 ° C.
  • This drying loss generally consists mainly of water moisture.
  • the modified Sears number (hereinafter referred to as Sears number V 2 ) can be determined as a measure of the number of free hydroxyl groups by titration of silica with potassium hydroxide solution in the range from pH 6 to pH 9.
  • the determination method is based on the following chemical reactions, with "Si” -OH symbolizing a silanol group of silica: “Si” -OH + NaCl ⁇ "Si” -ONa + HC1 HC1 + KOH ⁇ > KC1 + H 2 O.
  • the pH measuring device (from Knick, type: 766 Calimatic pH meter with temperature sensor) and the pH electrode (combination electrode from Schott, type N7680) are calibrated at room temperature using buffer solutions (pH 7.00 and 9.00).
  • buffer solutions pH 7.00 and 9.00.
  • the initial pH value of the suspension is first measured at 25 ° C, then, depending on the result, the pH value is adjusted with potassium hydroxide solution (0.1 mol / 1) or hydrochloric acid solution (0.1 mol / 1) 6:00 set.
  • the consumption of KOH or HCl solution in ml up to pH 6.00 corresponds to Vf.
  • 20.0 ml sodium chloride solution (250.00 g NaCl p. A. made up to 1 liter with deionized water) are metered in.
  • the specific nitrogen surface area (hereinafter referred to as BET surface area) of the powdery, spherical or granular silica is determined in accordance with ISO 5794-1 / Annex D using an AREA meter (from Ströhlein, JUWE).
  • CTAB N-hexadecyl-N, N, N-trimethylammonium bromide
  • Rubber-effective surface is referred to, based on ASTM 3765, or
  • NFT 45-007 (Chapter 5.12.1.3).
  • CTAB is adsorbed in aqueous solution with stirring and ultrasound treatment. Excess, non-adsorbed CTAB is removed by
  • NDSS dioctyl sodium sulfosuccinate solution, "Aerosol OT” solution
  • Pressure filtration device 100 ml content membrane filter made of cellulose nitrate, pore size 0.1 ⁇ m, 47 mm 0, z.
  • Whatman order no.
  • CTAB 0.015 mol / 1 in deionized water
  • NDSS 0.00423 mol / 1 in deionized water
  • the consumption of NDSS solution for titration of 5 ml CTAB solution must be checked once a day before each series of measurements.
  • the phototrode is set to 1000 ⁇ 20 mV before the titration begins (corresponding to a transparency of 100%).
  • Exactly 5.00 ml of CTAB solution are pipetted into a titration beaker and 50.0 ml are added deionized water.
  • the titration with NDSS solution is carried out with stirring using the DL 55 titroprocessor up to the max. Turbidity of the solution.
  • the consumption V. of NDSS solution is determined in ml.
  • Each titration is carried out as a triple determination. adsorption
  • Hydrophobic silicas are stirred with an Ultra Turrax T 25 stirrer (stirrer shaft KV-18G, 18 mm diameter) at 18,000 rpm for a maximum of 1 minute until completely wetted.
  • the titration vessel is screwed onto the DL 70 titroprocessor and the pH of the suspension is adjusted to a value of 9 + 0.05 with KOH (0.1 mol / 1).
  • the suspension is sonicated for 4 minutes in the titration vessel in an ultrasonic bath (Bandelin, Sonorex RK 106 S, 35 kHz) at 25 ° C. This is followed by immediate pressure filtration through a membrane filter at a nitrogen pressure of 1.2 bar. The flow of 5 ml is discarded.
  • Vi consumption of NDSS solution in ml when titrating the blank sample
  • V ⁇ consumption of NDS S solution in ml when using the filtrate:
  • Vi / V ⁇ amount of substance CTAB of the blank / remaining amount of substance CTAB in the filtrate sample. From this it follows for the adsorbed substance quantity N of CTAB in g:
  • N ((Vi - V ⁇ ) * 5.5 g * 5 ml) / (Vi * 1000 ml).
  • CTAB surface area (not water-corrected) in m 2 / g ((V. - V ⁇ ) * 636.2785 m 2 / g) / Vi.
  • the CTAB surface is related to the anhydrous silica, which is why the following
  • CTAB surface area in m 2 / g (CTAB surface area (not water-corrected) in m 2 / g * 100%) / (100% - moisture in%).
  • DBP number which is a measure of the absorbency of the precipitated silica, is determined based on the standard DIN 53601 as follows:
  • the "Dosimaten Brabender T 90/50" dibutyl phthalate is dripped into the mixture at a rate of 4 ml / min at room temperature. Mixing takes place with only a small amount of force and is based on the Towards the end of the determination, the mixture becomes pasty, which is indicated by a steep increase in the power requirement.
  • a display of 600 digits (torque of 0.6 Nm) the kneader and the DBP metering are switched off by an electrical contact.
  • the synchronous motor for the DBP supply is coupled to a digital counter, so that the consumption of DBP can be read in ml
  • the DBP intake is given in g / (100 g) and calculated from the measured DBP consumption using the following formula.
  • the density of DBP is typically at 20 ° C 1,047 g / ml.
  • DBP intake in g / (100 g) ((consumption of DBP in ml) * (density of DBP in g / ml) * 100) / (12.5 g).
  • the DBP intake is defined for the anhydrous, dried silica.
  • moist precipitated silica the value should be corrected using the following correction table.
  • the correction value corresponding to the water content is added to the experimentally determined DBP value; z. B. a water content of 5.8% would mean a supplement of 33 g / (100 g) for the DBP intake.
  • the silica to be measured is granules
  • 5 g of the granular silica are placed in a beaker and the coarse-grained pieces of granules are crushed with a pestle but not ground.
  • the centrifuge glass is then placed in a double-walled glass cooling vessel (80 ml capacity, height 9 cm, 3.4 cm) with cooling water connections for tap water (20 ° C) and the sample is taken for 270 s with an ultrasonic mixer (from Bandelin, type UW 2200 with Hörn DH 13 G and diamond plate 0 13 mm) treated.
  • an ultrasonic mixer from Bandelin, type UW 2200 with Hörn DH 13 G and diamond plate 0 13 mm
  • 50% power and 80% pulses are set on the power supply unit (Sonopuls, Bandelin, type HD 2200) of the ultrasonic finger.
  • the water cooling ensures that the suspension is heated to a maximum of 8 ° C.
  • the suspension is stirred with a magnetic stirrer to prevent any sedimentation. execution
  • the ultrasound points "during sample addition”, “10 seconds before each measurement” and “during measurement” must be activated.
  • the following points are selected in this file window: offset measurement, adjustment, background measurement, set measurement concentration, enter sample information, Enter measurement info, start 2 measurements, automatic rinsing, with PIDS data
  • the sample is added. Suspended silica is added until light absorption of 45 - 55% is reached and that Device reports "OK”.
  • the measurement is carried out at room temperature using the evaluation model of the .rfd file specified above. Three duplicate determinations of 60 seconds each are carried out for each silica sample with a waiting time of 0 seconds.
  • the software calculates the particle size distribution from the raw data curve on the basis of the volume distribution taking into account Mie theory and the optical model from Fraunhofer.
  • a bimodal distribution curve is typically found with a mode A between 0 - 1 ⁇ m (maximum at approx. 0.2 ⁇ m) and a mode B between 1 - 100 ⁇ m (maximum at approx. 5 ⁇ m).
  • the WK coefficient can be determined from this, which is given as the average of six individual measurements.
  • the pH measuring device Kernick, type: 766 pH meter Calimatic with temperature sensor
  • the pH electrode single-rod measuring chain from Schott, type N7680
  • the calibration function should be selected so that the two buffer solutions used include the expected pH value of the sample (buffer solutions with pH 4.00 and 7.00, pH 7.00 and pH 9.00 and possibly pH 7.00 and 12.00).
  • 20.0 g of silica are first comminuted for 20 s using a mill (from Krups, model KM 75, article no. 2030-70).
  • the solids content of filter cakes is determined by removing the volatile components at 105 ° C. execution
  • the electrical conductivity (LF) of silicas is determined in an aqueous suspension.
  • silica When using granules, 20.0 g of silica are first comminuted for 20 s using a mill (from Krups, model KM 75, article no. 2030-70). 4.00 g of powdered or spherical silica with a moisture content of 5 ⁇ 1% (if necessary, the moisture content is adjusted by drying at 105 ° C in a drying cabinet or evenly moistening before comminution), are suspended in 50.0 ml of deionized water and heated to 100 ° C for 1 min , The sample cooled to 20 ° C is made up to exactly 100 ml and homogenized by shaking.
  • the measuring cell of the conductivity measuring device LF 530 (from WTW) is rinsed with a small amount of sample before the measuring cell LTAOl is immersed in the suspension.
  • the powdery product obtained has a BET surface area of 238 m 2 / g, a CTAB surface area of 199 m 2 / g, a DBP absorption of 288 g / (100 g), a Sears number V 2 of 23.6 ml / (5 g) and a conductivity of 570 ⁇ S / cm.
  • the suspension obtained is filtered as usual and washed with water.
  • the filter cake with 18% solids content is liquefied with aqueous sulfuric acid and a shaving unit.
  • the 16% solids silica feed is then spray dried.
  • the powdery product obtained has a BET surface area of 233 m Ig, a CTAB surface area of 193 m 2 / g, a DBP absorption of 276 g / (100 g), a Sears number V 2 of 23.2 ml / (5 g) and a conductivity of 420 ⁇ S / cm.
  • Ultrasil 7000 GR is a well dispersible precipitated silica from Degussa AG with a CTAB surface area of 160 + 10 m 2 / g.
  • Zeosil 1205 MP is a high-surface silica from Rhodia with a CTAB surface area of 200 + 10 m 2 / g.
  • the formulation used for the rubber compounds is given in Table 1 below.
  • the unit phr means parts by weight, based on 100 parts of the used raw rubber.
  • Mixtures A and B contain the silicas according to the invention and mixtures R1 and R2 serve as references according to the prior art.
  • the shear forces introduced during mixing must be kept as constant as possible. This can be achieved by adjusting the dosage of the silane to the CTAB surface, but in order to keep the crosslinking density comparable when the amount of silane changes, a sulfur correction is necessary according to the sulfur content of the silane (H.-D. Luginsland, J. Fröhlich, A Wehmeier, paper No. 59 presented at the ACS meeting, April 24-27, 2001, Buffalo / Rhode Island, USA).
  • the polymer Buna 1500 is an SBR copolymer from Bayer AG polymerized in emulsion with a styrene content of 23.5% by weight.
  • Si 69 is the coupling reagent bis (3-triethoxysilylpropyl) tetrasulfan from Degussa AG.
  • Renopal NS is a mineral oil from Fuchs Mineralöltechnike.
  • Vulkanox HS / LG (TMQ), Vulkacit CZ / EG (CBS) and Vulkacit Thiuram / C (TMTD) are commercial products from Bayer AG.
  • the rubber mixtures are produced in an internal mixer in accordance with the mixing instructions in Table 2.
  • Table 3 lists the methods for rubber testing.
  • Viscoelastic properties DIN 53 513, ISO 2856 0 and 60 ° C, 16 Hz, 50 N preload and 25 N amplitude force Recording of measured values after 2 min test time, i.e. 2 min conditioning Complex module E * (MPa) loss factor tan ⁇ (-)
  • the dispersion coefficient is determined optically. The determination can be carried out by the German Institute for Rubber Technology eV, Hanover / Germany. The process is also described in: H. Geisler, "Determination of the Mix Quality", presented at the DIK workshop, 27-28. November 1997, Hannover / Germany. The mixtures are vulcanized at 165 ° C for 15 min. Table 4 shows the results of the rubber test.
  • the mixtures A and B with the silicas according to the invention have a higher Mooney viscosity than the reference mixture R1. This is due to the stronger silica network, due to the higher silica surface of the silicas according to the invention compared to the reference silica Ultrasil 7000 GR. Compared to the conventional high-surface silica Zeosil 1205 MP in reference mixture R2, however, the viscosity is advantageously reduced, which implies improved processability.
  • the vulcanization time t90% is due to the missing accelerator adaptation in cf.
  • the crosslink density measured as the torque difference Dmax-Dmin
  • the tensile strengths, stress values and hardness of mixtures A and B according to the invention indicate good reinforcement.
  • the hardness of the mixtures Rl, A and B are comparable, while the hardness of the mixture R2 is significantly increased. This already indicates an insufficient dispersion of the conventional high-surface silica in R2.
  • the dispersion quality of mixtures A and B is very good at over 90% and reaches the level of highly dispersible Silicic acid in R1, while the dispersion in R2 with the high-surface silica according to the prior art is significantly worse.
  • Example 4 Examination of the precipitated silicas according to the invention from Examples 1 and 2 in an S-SBR / BR rubber mixture.
  • the silicas Ultrasil 7000 GR and Zeosil 1205 MP were again selected as state of the art.
  • the formulation used for the rubber compounds is given in Table 5 below.
  • the reference silica Ultrasil 7000 GR in mixture R3 was modified with 6.4 phr Si 69.
  • the amount of silane in the mixtures R4, C and D was increased to 8 phr and the amount of sulfur was reduced accordingly.
  • a sulfur correction is necessary according to the sulfur content of the silane (H.- D. Luginsland, J. Fröhlich, A. Wehmeier, paper No. 59 presented at the ACS-Meeting, April 24-27, 2001, Reed / Rhode Island, USA) ,
  • the polymer VSL 5025-1 is an SBR copolymer from Bayer AG polymerized in solution with a styrene content of 25% by weight and a butadiene content of 75% by weight.
  • the copolymer contains 37.5 phr oil and has a Mooney viscosity (ML 1 + 4/100 ° C) of 50 +4.
  • the polymer Buna CB 24 is an ice 1,4-polybutadiene (neodymium type) from Bayer AG with ice 1.4 content of at least 97% and a Mooney viscosity of 44 +5. Naftolen ZD from Chemetall is used as the aromatic oil.
  • Vulkanox 4020 is 6PPD from Bayer AG and Protektor G35P is an ozone protection wax from HB-Fuller GmbH.
  • Vulkacit D / C (DPG) and Vulkacit CZ / EG (CBS) are commercial products from Bayer AG.
  • Perkazit TBZTD is available from Akzo Chemie GmbH.
  • the rubber mixtures are produced in an internal mixer in accordance with the mixing instructions in Table 6.
  • Table 3 lists the methods for rubber testing.
  • This improvement in road abrasion can also be achieved when the high-surface area silicas according to the invention are used in natural rubber mixtures, such as are used in truck tread mixtures. Especially in combination with a high-surface high structure carbon black like the N 121 an excellent road abrasion can be achieved with truck tires. Especially in this area of application, an improvement in the cut & chip and chunking behavior is of particular interest and can be achieved by using the high-surface area silicas according to the invention.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine hoch disperse Fällungskieselsäure, die eine hohe Oberfläche aufweist, ein Verfahren zu deren Herstellung und deren Verwendung als Reifenfüllstoff für Nutzfahrzeuge, Motorräder und Hochgeschwindigkeitsfahrzeuge.

Description

Fällungskieselsäure mit hoher Oberfläche
Die vorliegende Erfindung betrifft eine hoch disperse Fällungskieselsäure, die eine hohe Oberfläche aufweist, ein Verfahren zu deren Herstellung und deren Verwendung als ReifenfuUstoff für Nutzfahrzeuge, Motorräder und Hochgeschwindigkeitsfahrzeuge.
Der Einsatz von Fällungskieselsäuren in Elastomerenmischungen wie Reifen ist lange bekannt. An Kieselsäuren, die in Reifen eingesetzt werden, werden hohe Anforderungen gestellt. Sie sollen leicht und gut im Kautschuk dispergierbar sein, eine gute Verbindung mit den im Kautschuk enthaltenen Polymerketten bzw. den übrigen Füllstoffen eingehen und einen hohen, rußähnlichen Abriebwiderstand aufweisen. Neben der Dispergierbarkeit der Kieselsäure sind daher u. a. die spezifischen Oberflächen (BET oder CTAB) und die Ölaufnahmekapazität (DBP) wichtig. Die Oberflächeneigenschaften von Kieselsäuren bestimmen maßgeblich deren mögliche Anwendung, bzw. bestimmte Anwendungen einer Kieselsäure (z. B. Trägersysteme oder Füllstoffe für Elastomerenmischungen) verlangen bestimmte Oberflächeneigenschaften.
So offenbart US 6013234 die Herstellung von Fällungskieselsäure mit einer BET- und CTAB- Oberfläche jeweils von 100 bis 350 m2/g. Diese Kieselsäure ist besonders zur Einarbeitung in Elastomerenmischungen geeignet, wobei die BET/CTAB-Verhältnisse zwischen 1 und 1.5 liegen. In EP 0937755 werden verschiedene Fällungskieselsäuren offenbart, die eine BET- Oberfläche von ca. 180 bis ca. 430 m2/g und eine CTAB-Oberfläche von ca. 160 bis 340 m2/g besitzen. Diese Kieselsäuren sind besonders als Trägermaterial geeignet und weisen ein BET- zum CTAB-Verhältnis von 1.1 bis 1.3 auf. EP 0647591 offenbart eine Fällungskieselsäure, die ein Verhätnis von BET- zu CTAB-Oberfläche von 0.8 bis 1.1 aufweist, wobei diese Oberflächenkennzeichen Absolutwerte von bis zu 350 m2/g annehmen können. In EP 0643015 wird eine Fällungskieselsäure, die als Abrasiv- und/oder Verdickungskomponente in Zahnpasten eingesetzt werden kann, vorgestellt, die eine BET-Oberfläche von 10 bis 130 m2/g und eine CTAB-Oberfläche von 10 bis 70 m2/g, d. h. ein BET- zu CTAB-Verhältnis von ca. 1 bis 5.21 aufweist.
Kieselsäuren, die besonders als Füllstoff für Elastomerenmischungen, hier insbesondere PKW- Reifen geeignet sind, werden in EP 0901986 mit den folgenden Eigenschaften beschrieben: BET-Oberfläche 120-300m2/g
CTAB-Oberfläche 100-300m2/g
Verhältnis BET/CTAB 0.8-1.3
Searszahl V2 (Verbrauch 0.1 N NaOH) 6-25ml/(5g)
DBP-Zahl 150-300g/(100g)
WK-Koeffizient <3.4
Partikelgröße der abgebauten Partikel <1.0μm
Partikelgröße der nicht abgebauten Partikel 1.0- 100 μ
An Fahrzeugreifen werden je nach Einsatzzweck sehr unterschiedliche Anforderungen gestellt. Bei einer groben Unterteilung in PKW- und LKW-Reifen sind zumindest die folgenden Unterschiede zu beachten:
Figure imgf000003_0001
PKW im Sinne der vorliegenden Erfindung sind Fahrzeuge für den Personentransport zur überwiegend privaten Nutzung, d. h. keine Nutzfahrzeuge wie z. B. Lieferfahrzeuge. Hierunter fallen keine Fahrzeuge, die üblicherweise bei hohen Geschwindigkeiten betrieben werden, auch wenn diese gemäß ihrer Bauart als PKW gelten könnten. Diese Fahrzeuge haben ebenfalls andere Anforderungen an Reifen als die in der Tabelle genannten PKW-Reifen.
Reifen für Motorräder und Hochgeschwindigkeits-PKW müssen sehr hohe Belastungen bei hohen Geschwindigkeiten widerstehen und ein sehr gutes Trocken- und Nassrutschverhalten (Traktion) aufweisen. Eine gute Traktion soll jedoch nicht mit vermehrtem Abrieb bzw. hohem Rollwiderstand verbunden sein.
Die unterschiedlichen Anforderungen der Fahrzeuge an die Reifen haben entsprechende Auswirkungen an die in den Reifen verwendeten Füllstoffe. Die in PKW-Reifen lange etablierte Zumischung von Kieselsäuren und Organosilizumverbindungen als Füllstoffsystem führt zu einem vermindertem Rollwiderstand, einem verbesserten Traktionsverhalten und einem geringeren Abrieb. Eine Übertragung dieser verbesserten Eigenschaften auf Reifen für Nutzfahrzeuge wie LKW wäre wünschenswert, da mit einem verminderten Rollwiderstand ein geringerer Kraftstoffverbrauch verbunden ist. Die unterschiedlichen Anforderungen der genannten Fahrzeuge an ihre Reifen führen jedoch zwangsläufig zu unterschiedlichen Anforderungen an die verwendeten Füllstoffe.
Es hat sich gezeigt, dass die in PKW-Reifen eingesetzten Kieselsäuren zur Verwendung in LKW-Reifen, Motorradreifen und Hochgeschwindigkeitsreifen für PKW auf Grund des unterschiedlichen Anforderungsprofils ungeeignet sind. Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher, Fällungskieselsäuren mit einem speziell auf diese Fahrzeuge abgestimmten Eigenschaftsprofil bereitzustellen. Es ist dem Fachmann bekannt, dass bei der Verwendung von aktiven Rußen als Reifen-Füllstoff mit einer Erhöhung der Oberfläche eine Verbesserung der Verstärkung und somit des Abriebwiderstands des Reifens erzielt wird. Die Verwendung von Rußen mit hohen Oberflächen (CTAB Oberfläche > 130 m2/g) ist aber aufgrund des stark ansteigenden Wärmeaufbaus (Hystereseverhalten, beschrieben und meßbar nach DIN 53535, bzw. nach den in dieser DIN genannten Referenzen) in derart gefüllten Mischungen limitiert.
Es wurde nun gefunden, das eine Fällungskieselsäure, die eine hohe CTAB-Oberfläche aufweist, besonders gut als Füllstoff in Elastomerenmischungen für Nutzfahrzeugbereifungen, für Motorradreifen und Reifen für Hochgeschwindigkeits-PKW geeignet ist. Gegenstand der vorliegenden Erfindung, sind daher Fällungskieselsäuren mit einer BET- Oberfläche von 200 - 300 m2/g, einer CTAB-Oberfläche von > 170 m2/gs einer DBP-Zahl von 200 - 300 g/(100 g) und einer Searszahl V2 von 23 - 35 ml/(5 g).
Aufgrund der deutlich erniedrigten Hysterese bei der Verwendung von erfindungsgemäßen Kieselsäure als Füllstoff lassen sich damit auch Oberflächen realisieren, die sich beim Ruß aufgrund der höheren Hysterese verbieten, und so zu einer Verbesserung des Abriebwiderstands führen.
Die erfindungsgemäßen Fällungskieselsäuren können eine maximale CTAB-Oberfläche von 300 m2/g, insbesondere eine CTAB-Oberfläche von 170 - 220 m2/g oder 245 - 300 m2/g aufweisen.
Die erfindungsgemäßen Fällungskieselsäuren können jeweils unabhängig Eigenschaften in den folgenden Vorzugsbereichen aufweisen:
DBP-Aufnahme 230 - 300 g/(100 g), insbesondere 230 - 280 g/(100 g)
WK-Koeffizient < 3.4, bevorzugt < 3.0, insbesonders < 2.5
Searszahl V2 26 - 35 ml/(5 g).
Der WK-Koeffizient ist als Verhältnis der Peakhöhe der durch Ultraschall nicht abbaubaren Partikel im Größenbereich 1.0 - 100 μm zur Peakhöhe der abgebauten Partikel im Größenbereich < 1.0 μm definiert (siehe Fig. 1).
EP 1186629 offenbart Kieselsäuren mit hohen CTAB-Oberflächen, die als Füllstoff für Reifen geeignet sind. Angaben über die Searszahl bzw. damit über die Konzentration von Hydroxygruppen an der Kieselsäureoberfläche, sind EP 1186629 nicht zu entnehmen.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer Fällungskieselsäure mit einer BET-Oberfläche 200 - 300 m2/g
CTAB-Oberfläche > 170 m2/g
DBP-Zahl 200 - 300 g/(l 00 g) Searszahl V2 23 - 35 ml/(5 g) wobei a) eine wässrige Lösung eines organischen und/oder anorganischen Salzes und/oder eines Alkali- oder Erdalkalisilikats und/oder einer organischen und/oder anorganischen Base mit einem pH > 9 vorgelegt b) in diese Vorlage unter Rühren bei 55 - 95 °C für 10 - 120, bevorzugt 10 - 60 Minuten gleichzeitig Wasserglas und ein Säuerungsmittel dosiert, e) mit Schwefelsäure auf einen pH- Wert von ca. 3.5 angesäuert und f) filtriert und getrocknet wird.
Die erfindungsgemäß hergestellte Fällungskieselsäure kann Eigenschaften in den genannten Vorzugsbereichen aufweisen.
Die Vorlage kann ca. 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80 oder 90 % des Endvolumens der Fällung betragen. Die zugegebenen basischen Verbindungen sind insbesondere ausgewählt aus der Gruppe der Alkalihydroxide, Erdalkalihydroxide, Alkalicarbonate, Alkalihydrogencarbonate und Alkalisilikate. Bevorzugt werden Wasserglas oder Natronlauge verwendet. Der pH- Wert der Vorlage liegt > 9, bevorzugt zwischen 9.0 und 12, besonders zwischen 9 und 10.5. Es ist möglich, eine Vorlage mit keinen oder nur wenig Elektrolyt (Salz) einzusetzen und die Elektrolyte kontinuierlich oder batchweise (bevorzugt am Anfang der Fällung) zuzugeben.
Optional kann das erfindungsgemäße Verfahren einen Haltepunkt aufweisen. Hierbei werden zwischen den Schritten b) und e) die Schritte c) Stoppen der Zudosierung für 30 - 90 Minuten unter Einhaltung der Temperatur und d) gleichzeitiges Zudosieren von Wasserglas und Schwefelsäure bevorzugt Schwefelsäure bei gleicher Temperatur unter Rühren für 20 - 120, bevorzugt 20 - 80 Minuten durchgefiihrt.
Optional kann eine zusätzliche Zugabe von organischen oder anorganischen Salzen auch während der Schritte b) und d) erfolgen. Dies kann in Lösung oder als Feststoff, jeweils kontinuierlich über die Zugabezeit des Wasserglases und der Schwefelsäure bevorzugt
Schwefelsäure oder als Batchzugabe durchgeführt werden. Es ist auch möglich, die Salze in einer oder beiden Komponenten zu lösen und dann gleichzeitig mit diesen zuzugeben.
Als anorganische Salze werden bevorzugt Alkali- oder Erdalkalisalze verwendet. Insbesondere können Kombinationen der folgenden Ionen eingesetzt werden: Li+, Na+, K+, Rb+, Be2+, Mg2+, Ca2+, S Ba2+, H+, F", CT, B , I", SO3 2", SO,2', HSO4 ', PO3 3\ PO4 3', NO3 ", NO2-, CO3 2\ HCO3 ", OH", TiO3 2\ ZrO3 2", ZrO4 \ AlO2 ", Al2O4 2", BO4 3'.
Als organische Salze sind die Salze der Ameisen-, Essig- und Propionsäure geeignet. Als Kation seien die genannten Alkali- oder Erdalkaliionen genannt. Die Konzentration dieser Salze in der Vorlage kann 0.01 bis 5 mol/1 betragen. Bevorzugt wird als anorganisches Salz Na2SO verwendet. Es ist möglich, das Säuerungsmittel in den Schritten b) und d) in gleicher oder unterschiedlicher Weise zuzuführen, d. h. mit gleichen oder unterschiedlichen Konzentrationen und/oder Zulaufgeschwindigkeiten. Analog kann auch das Wasserglas in den Schritten b) und d) in gleicher oder unterschiedlicher Weise der Reaktion - igeführt werden.
In einer besonderen Ausfuhrungsform werden in den Schritten b) und d) die Komponenten Säuerungsmittel und Wasserglas so zugeführt, dass die Zulaufgeschwindigkeiten in Schritt d) 125 - 140 % der Zulaufgeschwindigkeiten in Schritt b) betragen, wobei die Komponenten in beiden Schritten jeweils in äquimolarer Konzentration eingesetzt werden. Bevorzugt werden die Komponenten mit gleicher Konzentration und Zulaufgeschwindigkeit zugesetzt.
Neben Wasserglas (Natriumsilikat-Lösung) können auch andere Silikate wie Kalium- oder Calciumsilikat verwendet werden. Als Säuerungsmittel können neben Schwefelsäure auch andere Säuerungsmittel wie HO, HNO3, H3PO oder CO2 eingesetzt werden.
Die Filtration und Trocknung der erfindungsgemäßen Kieselsäuren sind dem Fachmann geläufig und können z. B. in den genannten Dokumenten nachgelesen werden. Bevorzugt wird die fällungsgemäße Kieselsäure in einem Stromtrockner, Sprühtrockner, Etagentrockner, Bandtrockner, Drehrohrtrockner, Flash-Trockner, Spin-Flash-Trockner oder Düsenturm getrocknet. Diese Trocknungsvarianten schließen den Betrieb mit einem Atomizer, einer Ein- oder Zweistoffdüse oder einem integrierten Fließbett ein. Bevorzugt weist die erfindungsgemäße Fällungskieselsäure nach dem Trockungsschritt eine Partikelform mit einem mittleren Durchmesser von über 15 μm, insbesondere über 80 μm, besonders bevorzugt über 200 μm auf. Der mittlere Partikeldurchmesser ist so definiert, dass 50 Gew.-% der Partikel einen größeren oder kleineren Durchmesser aufweisen.
Nach der Trocknung kann auch einer Granulation mit einem Walzenkompaktor durchgeführt werden. Hier liegt der mittlere Partikeldurchmesser bei > 1 mm.
Bevorzugt wird die erfindungsgemäße Kieselsäure in Reifen für Nutzfahrzeuge LKW, Hochgeschwindigkeits-PKW und Motorräder verwendet.
Als Nutzfahrzeuge im Sinne der vorliegenden Erfindung gelten alle Fahrzeuge, an deren Reifen hohe Ansprüche bzgl. der Laufleistungen bzw. Verschleiss gestellt werden. Hinsichtlich der Anforderung an eine hohen Laufleistung sind insbesondere Reifen für Busse, LKW und/oder Lieferfahrzeuge sowie Anhänger zu nennen. Hinsichtlich Verschleissfestigkeit wie z. B. Stolleneinreißfestigkeit, Chipping, Chunking sind Reifen für Off-Road-Fahrzeuge, Bau- und Landmaschinen, Grubenfahrzeuge und Traktoren zu nennen. Hier sind insbesondere Fahrzeuge mit einer Achslast von mehr als 1 Tonne bzw. mit einem zulässigen Gesamtgewicht von über 2, 4, 7.5 oder 15 Tonnen gemeint. Die erfindungsgemäßen Kieselsäuren können insbesondere in Traktionsreifen für schwere LKW oder deren Anhänger verwendet werden. Solche Fahrzeuge weisen häufig Achslasten von über 5 Tonnen bzw. einen Reifendurchmesser von über 17" auf.
Reifen für Nutzfahrzeuge wie LKW werden nach Geschwindigkeitsklassen eingeteilt. Die erfindungsgemäßen Kieselsäuren sind besonders geeignet für (LKW-)Reifen, die für Geschwindigkeiten zwischen 80 und 140 km/h zugelassen sind und die Symbole F, G, J, K, L, M oder N tragen.
Reifen für Hochgeschwindigkeitsfahrzeuge (Motorrad oder PKW) sind solche, die für eine Geschwindigkeit über 180 km h zugelassen sind. Dies sind (PKW-)Reifen mit den Symbolen S, T, U, H, V, W, Y und ZR.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung sind Elastomerenmischungen, vulkanisierbare _ _«, , --, -j, ^
Kautschukmischungen und/oder sonstige Vulkanisate, die die erfindungsgemäße Kieselsäure enthalten, wie beispielsweise Formkörper wie Luftreifen, Reifenlaufϊlächen, Kabelmäntel, Schläuche, Treibriemen, Förderbänder, Walzenbeläge, Reifen, Schuhsohlen, Dichtungsringe und Dämpfungselemente.
Weiterhin können die erfindungsgemäßen Kieselsäuren in allen Anwendungsgebieten verwendet werden, in denen üblicherweise Kieselsäuren eingesetzt werden, wie z. B. in Batterieseparatoren, als Anti-Blocking-Mittel, als Mattierungsmittel in Farben und Lacken, als Träger von Agrarprodukten und Nahrungsmitteln, in Beschichtungen, in Druckfarben, in Feuerlöschpulvern, in Kunststoffen, im Bereich non impact printing, in Papiermasse, im Bereich personal care und Spezialanwendungen.
Unter Verwendung im Bereich non impact printing z. B. im InkJet- Verfahren ist die
Verwendung der erfindungsgemäßen Kieselsäuren in - Druckfarben zur Verdickung oder zum Verhindern von Spritzen und Abliegen,
- Papier als Füllstoff, Streichpigment, Lichtpauspapier, Thermopapier, bei der
Thermosublimation zur Verhinderung des Durchschlagens von Druckfarben, zur Verbesserung der Bildgrundruhe und Kontrast, zur Verbesserung der Punktschärfe und der Farbbrillianz zu verstehen. - Unter Verwendung im Bereich personal care ist die Verwendung der erfindungsgemäßen
Kieselsäuren als Füllstoff oder Verdickungsmittel z. B. im Bereich der Pharmazie oder
Körperpflege zu verstehen.
Optional kann die erfindungsgemäße Kieselsäure mit Silanen oder Organosilanen der Formeln I bis III modifiziert werden
[SiR1 n(RO)r(Alk)m(Ar)p]q[B] (I),
SiR1„(RO)3.n(Alkyl) (II), oder
SiR1„(RO)3.„(Alkenyl) (III),
in denen bedeuten
B: -SCN, -SH, -Cl, -NH2, -OC(O)CHCH2, -OC(O)C(CH3)CH2 (wenn q = 1) oder -Sw- (wenn q = 2), wobei B chemisch an Alk gebunden ist, R und R1: aliphatischer, olefinischer, aromatischer oder arylaromatischer Rest mit 2 - 30 C-
Atomen, der optional mit den folgenden Gruppen substituiert sein kann:
Hydroxy-, Amino-, Alkoholat-, Cyanid-, Thiocyanid-, Halogen-, Sulfonsäure-, Sulfonsäureester-, Thiol-, Benzoesäure-, Benzoesäureester-, Carbonsäure-,
Carbonsäureester-, Acrylat-, Metacrylat-, Organosilanrest, wobei R und R1 eine gleiche oder verschiedene Bedeutung oder Substituierung haben können, n: 0, 1 oder 2,
Alk: einen zweiwertigen unverzweigten oder verzweigten Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen, m: 0 oder 1,
Ar: einen Arylrest mit 6 bis 12 C-Atomen, bevorzugt 6 C-Atomen, der mit den folgenden Gruppen substituiert sein kann: Hydroxy-, Amino-, Alkoholat-, Cyanid-,
Thiocyanid-, Halogen-, Sulfonsäure-, Sulfonsäureester-, Thiol-, Benzoesäure-, Benzoesäureester-, Carbonsäure-, Carbonsäureester-, Organosilanrest, p: 0 oder 1, mit der Maßgabe, dass p und n nicht gleichzeitig 0 bedeuten, q: 1 oder 2, w: eine Zahl von 2 bis 8, r: 1,2 oder 3, mit der Maßgabe, dass r + n + m + p = 4, Alkyl: einen einwertigen unverzweigten oder verzweigten gesättigten
Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen, bevorzugt 2 bis 8
Kohlenstoffatomen, Alkenyl: einen einwertigen unverzweigten oder verzweigten ungesättigten
Kohlenwasserstoffrest mit 2 bis 20 Kohlenstoffatomen, bevorzugt 2 bis 8 Kohlenstoffatomen.
Auch kann die erfindungsgemäße Kieselsäure mit siliciumorganischen Verbindungen der Zusammensetzung SiR4.nXn (mit n = 1, 2, 3), [SiR2 xXyO]z (mit 0<x<2;0<y≤2;3<z< 10, mit x + y - 2), [SiR2 xXyN]z (mit 0 < x < 2; 0 < y < 2; 3 < z < 10, mit x + y = 2),
Figure imgf000010_0001
3), SiR2 nXraNSiR2 0Xp (mit 0 < n < 3; 0 < m < 3; 0 < o < 3; 0 < p < 3, mit n + m = 3, o + p = 3), SiR2nXm[SiR2 xXyO]zSiR2oXp (mit0<n≤3;0<m<3;0<x<2;0<y<2;0<o<3;0<p< 3; 1 < z < 10000, mit n + m = 3, x + y = 2, o + p = 3) modifiziert werden. Bei diesen Verbindungen kann es sich um lineare, cyclische und verzweigte Silan-, Silazan- und Siloxanverbindungen handeln. Bei R2 kann es sich um Alkyl- und/oder Arylreste mit 1-20 Kohlenstoffatomen handeln, welche mit funktionellen Gruppen wie der Hydroxygruppe, der Aminogruppe. Polyethern wie Ethylenoxid und/oder Propylenoxid und Halogenidgruppen wie Fluorid substituiert sein können. R2 kann auch Gruppen wie Alkoxy-, Alkenyl-, Alkinyl- und Aryl-Gruppen und schwefelhaltige Gruppen enthalten. Bei X kann es sich um reaktive Gruppen wie Silanol-, Amino-, Thiol-, Halogenid-, Alkoxy- Alkenyl- und Hydridgruppen handeln.
9 9 9 Bevorzugt werden lineare Polysiloxane der Zusarnmensetzung SiR nXm[SiR xXyO]zSiR 0X (mit0<n<3;0<m<3;0<x≤2;0<y<2;0<o<3;0<p<3;l<z< 10000, mit n + m = 3;x + y = 2;o + p = 3) verwendet, bei welchen R2 bevorzugt durch Methyl repräsentiert wird.
9 » 9
Besonders bevorzugt werden Polysiloxane der Zusammensetzung SiR nXm[SiR xXyO]zSιR oX (mit 0<n<3;0<m<l;0<x<2;0<y<2;0<o<3;0<p≤l;l<z< 1000, mit n + m = 3, x + y = 2, o + p = 3) verwendet, bei welchen R2 bevorzugt durch Methyl repräsentiert wird.
Die Modifizierung der optional granulierten, ungranulierten, vermahlenen und/oder unvermahlenen Fällungskieselsäure mit einem oder mehreren der genannten Organosilanen kann in Mischungen von 0.5 bis 50 Teilen, bezogen auf 100 Teile Fällungskieselsäure, insbesondere 1 bis 15 Teile, bezogen auf 100 Teile Fällungskieselsäure erfolgen, wobei die Reaktion zwischen Fällungskieselsäure und Organosilan während der Mischungsherstellung (in situ) oder außerhalb durch Aufsprühen und anschließendes Tempern der Mischung, durch Mischen des Organosilans und der Kieselsäuresuspension mit anschließender Trocknung und Temperung (zum Beispiel gemäß DE 3437473 und DE 19609619) oder gemäß des Verfahrens beschrieben in DE 19609619 oder DE-PS 4004781 durchgeführt werden kann.
Als Organosiliziumverbindungen eignen sich grundsätzlich alle bifunktionellen Silane, die einerseits eine Kopplung zu dem silanolgruppenhaltigen Füllstoff und andererseits eine Kopplung zum Polymer bewerkstelligen können. Übliche verwendete Mengen der
Organosiliziumverbindungen sind 1 bis 10Gew.-% bezogen, auf die Gesamtmenge an Fällungskieselsäure.
Beispiele für diese Organosiliziumverbindungen sind:
Bis(3 -triethoxy silylpropyl)tetrasulfan, Bis(3 -triethoxy silylpropyl)disulfan, Vinyltrimethoxysilan, Vinyltriethoxysilan, 3-Mercaptopropyltrimethoxysilan, 3- Mercaptopropyltriethoxy silan, 3 - Aminopropyltrimethoxy silan, 3 -Aminopropyltriethoxy silan. Weitere Organosiliziumverbindungen sind in WO 99/09036, EP 1108231, DE 10137809, DE 10163945, DE 10223658 beschrieben.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann als Silan das Bis(triethoxysilyl- propyl)tetrasulfan eingesetzt werden.
Die erfmdungsgemäße Kieselsäure kann in Elastomerenmischungen, Reifen oder vulkanisierbaren Kautschukmischungen als Verstärkerfüllstoff in Mengen von 5 bis 200 Teilen, bezogen auf 100 Teile Kautschuk als Pulver, kugelförmiges Produkt oder Granulat sowohl mit Silanmodifizierung als auch ohne Silanmodifizierung eingemischt werden. Kautschuk- und Elastomerenmischungen sind im Sinne der vorliegenden Erfindung als äquivalent zu betrachten.
Neben Mischungen, die ausschließlich die erfindungsgemäßen Kieselsäuren, mit und ohne den genannten Organosilanen, als Füllstoffe enthalten, können die Elastomeren- oder Kautschukmischungen zusätzlich mit einem oder mehreren mehr oder weniger verstärkenden Füllstoffen gefüllt sein.
Als weitere Füllstoffe können folgende Materialien eingesetzt werden: - Ruße: Die hierbei zu verwendenden Ruße sind nach dem Flammruß-, Furnace- oder
Gasruß- Verfahren hergestellt und besitzen BET-Oberflächen von 20 bis 200 m2/g, wie z. B. SAF-, ISAF-, HSAF-, HAF-, FEF- oder GPF-Ruße. Die Ruße können gegebenenfalls auch Heteroatome wie zum Beispiel Silizium enthalten, hochdisperse pyrogene Kieselsäuren, hergestellt zum Beispiel durch Flammenhydrolyse von Siliziumhalogeniden. Die Kieselsäuren können gegebenenfalls auch als Mischoxide mit anderen Metalloxiden, wie AI-, Mg-, Ca-, Ba-, Zn- und Titanoxiden vorliegen. weitere kommerzielle Kieselsäuren
Synthetische Silicate, wie Aluminiumsilicat, Erdalkalisilicate wie
Magnesiumsilicat oder Calciumsilicat, mit BET-Oberflächen von 20 bis 400 m2/g und Primärteilchendurchmessern von 10 bis 400 nm - Synthetische oder natürliche Aluminiurnoxide und -hydroxide
Natürliche Silicate, wie Kaolin andere natürlich vorkommende
Siliziumdioxidverbindungen
Glasfaser und Glasfaserprodukte (Matten, Stränge) oder Mikroglaskugeln
Stärke und modifizierte Stärketypen - Naturfüllstoffe, wie zum Beispiel Clays und Kieselkreide
Das Verschnittverhältnis richtet sich auch hier, wie bei der Dosierung der Organosilane, nach dem zu erzielenden Eigenschaftsbild der fertigen Gummimischung. Ein Verhältnis von 5 - 95 % zwischen den erfindungsgemäßen Kieselsäuren und den anderen oben genannten Füllstoffen (auch als Gemisch) ist denkbar und wird in diesem Rahmen auch realisiert.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform können 10 bis 150 Gew.-Teile Kieselsäuren, ganz oder teilweise bestehend aus der erfindungsgemäßen Kieselsäure, gegebenenfalls zusammen mit 0 bis 100 Gew. -Teilen Ruß, sowie 1 bis 10 Gew.-Teile einer Organosihziumverbindung, jeweils bezogen auf 100 Gew.-Teile Kautschuk, zur Herstellung der Mischungen eingesetzt werden.
Neben den erfindungsgemäßen Kieselsäuren, den Organosilanen und anderen Füllstoffen bilden die Elastomere einen weiteren wichtigen Bestandteil der Kautschukmischung. Zu nennen wären hierbei Elastomere, natürliche und synthetische, ölgestreckt oder nicht, als Einzelpolymer oder Verschnitt (Blend) mit anderen Kautschuken, wie zum Beispiel Naturkautschuke, Polybutadien (BR), Polyisopren (IR), Styrol/Butadien-Copolymerisate mit Styrolgehalten von 1 bis 60, vorzugsweise 2 bis 50 Gew.-% (SBR) insbesonders hergestellt mittels des Lösungspolymerisationsverfahrens, Butylkautschuke, Isobutylen/Isopren- Copolymerisate (IIR), Butadien/Acrylnitril-Copolymere mit Acrylnitrilgehalten von 5 bis 60, vorzugsweise 10 bis 50 Gew.-% (NBR), teilhydrierter oder vollständig hydrierter NBR- Kautschuk (HNBR), Ethylen/Propylen/Dien-Copolymerisate (EPDM), sowie Mischungen dieser Kautschuke.
Ferner kommen für Kautschukgemische mit den genannten Kautschuken die folgenden zusätzlichen Kautschuke in Frage: Carboxylkautschuke, Epoxidkautschuke, Trans- Polypentenamer, halogenierte Butylkautschuke, Kautschuke aus 2-Chlor-Butadien, Ethylen- Vinylacetat-Copolymere, Ethylen-Propylen-Copolymere, gegebenenfalls auch chemische Derivate des Naturkautschuks sowie modifizierte Naturkautschuke.
Bevorzugte Synthesekautschuke sind beispielsweise bei W. Hofmann, „Kautschuktechnologie", Genter Verlag, Stuttgart 1980, beschrieben.
Für die Herstellung der erfindungsgemäßen Reifen sind insbesondere anionisch polymerisierte L-SBR-Kautschuke (Lösungs-SBR) mit einer Glasübergangstemperatur oberhalb von -50 °C sowie deren Mischungen mit Dienkautschuken von Interesse.
Die erfindungsgemäßen Kieselsäuren, mit oder ohne Silan, können Einsatz in allen Gummianwendungen, wie zum Beispiel Formkörper, Reifen, Reifenlaufflächen, Fördergurte, Förderbänder, Dichtungen, Treibriemen, Schläuche, Schuhsohlen, Kabelmäntel, Walzenbeläge, Dämpfungselemente etc. finden.
Die Einarbeitung dieser Kieselsäure und die Herstellung der dieses Kieselsäure enthaltenden Mischungen erfolgt in der in der Gummiindustrie üblichen Art und Weise auf einem Innenmischer oder Walzwerk bei bevorzugt 80 - 200 °C. Die Darreichungs- bzw. Einsatzform der Kieselsäuren kann sowohl als Pulver, kugelförmiges Produkt oder Granulat erfolgen. Auch hier unterscheiden sich die erfindungsgemäßen Kieselsäuren nicht von den bekannten hellen Füllstoffen.
Die erfindungsgemäßen Kautschukvulkanisate können weitere Kautschukhilfsstoffe in den üblichen Dosierungen enthalten, wie Reaktionsbeschleuniger, Alterungsschutzmittel, Wärmestabilisatoren, Lichtschutzmittel, Ozonschutzmittel, Verarbeitungshilfsmittel, Weichmacher, Tackifier, Treibmittel, Farbstoffe, Pigmente, Wachse, Streckmittel, organische Säuren, Verzögerer, Metalloxide sowie Aktivatoren, wie Triethanolamin, Polyethylenglykol, Hexantriol. Diese Verbindungen sind in der Kautschukindustrie bekannt.
Die Kautschukhilfsmittel können in bekannten Mengen, die sich unter anderem nach dem Verwendungszweck richten, eingesetzt werden. Übliche Mengen sind zum Beispiel Mengen von 0.1 bis 50 Gew.-%, bezogen auf Kautschuk. Als Vernetzer können Schwefel oder schwefelspendende Substanzen eingesetzt werden. Die erfindungsgemäßen Kautschukmischungen können darüber hinaus Vulkanisationsbeschleuniger enthalten. Beispiele für geeignete Hauptbeschleuniger sind Mercaptoberizthiazole, Sulfenamide, Thiurame, Dithiocarbamate in Mengen von 0.5 bis 3 Gew.-%. Beispiele für Cobeschleuniger sind Guanidiene, Thioharnstoffe und Thiocarbonate in Mengen von 0.5 bis 5 Gew.-%. Schwefel kann üblicherweise in Mengen von 0.1 bis 10 Gew.-%, bevorzugt 1 bis 3 Gew.-%, bezogen auf Kautschuk, eingesetzt werden.
Die erfindungsgemäßen Kieselsäuren können in Kautschuken eingesetzt werden, die mit Beschleunigern und oder Schwefel, aber auch peroxidisch vernetzbar sind.
Die Vulkanisation der erfindungsgemäßen Kautschukmischungen kann bei Temperaturen von 100 bis 200 °C, bevorzugt 130 bis 180 °C, gegebenenfalls unter Druck von 10 bis 200 bar erfolgen. Die Abmischung der Kautschuke mit dem Füllstoff, gegebenenfalls Kautschukhilfsmitteln und der Organosihziumverbindung kann in bekannten Mischaggregaten, wie Walzen, Innenmischern und Mischextrudern, durchgel!ührt werden.
Die erfindungsgemäßen hochdispersiblen hochoberflächigen Kieselsäuren haben den Vorteil, dass sie den Kautschukvulkanisaten einen verbesserten Abriebwiderstand aufgrund der höheren CTAB-Oberfläche verleihen. Zudem ist das Trockenhandling aufgrund der höheren dynamischen Steifigkeit bei 0 °C und 60 °C verbessert und der Rollwiderstand, angezeigt durch den erniedrigten tan δ (60 °C)-Wert, erniedrigt. In Analogie zu Carbon Blacks wird bei Verwendung dieser erfindungsgemäßen hochdispersiblen, hochoberflächigen Kieselsäuren ein verbessertes Cut & Chip, bzw. Chunking Verhalten erreicht (Definition und weitere Ausführungen siehe „New insights into the tear mechanism" und Referenzen hierin, präsentiert auf der Tire Tech 2003 in Hamburg von Dr. W. Niedermeier).
Die erfmdungsgemäße Kautschukmischung ist insbesondere für die Herstellung von Reifenlaufϊlächen mit verbessertem niedrigerem Rollwiderstand, verbesserter Nassrutschfestigkeit, verbesserten Trockeneigenschaften und guten Abriebwiderstand gegenüber einer gleichen Kautschukmischung mit bisher bekannten Kieselsäuren geeignet. Diese Laufflächenmischungen sind besonders für Hochgeschwindigkeits-PKW- und Motorradreifen, aber auch Reifen für Nutzfahrzeuge mit erniedrigtem Rollwiderstand bei gutem Abriebwiderstand und verbessertem Cut & Chip und Chunking Verhalten geeignet.
Ferner eignen sich die erfindungsgemäßen Kieselsäuren, ohne dem Zusatz von Organosiliziumverbindungen, im Blend mit einem typischen Laufϊlächenruß auch zur Verbesserung des Cut & Chip Verhaltes von Bau-, Landmaschinen- und Grubenreifen.
Zur Erzielung eines guten Wertebildes in einer Polymermischung ist die Dispersion der Fällungskieselsäure in der Matrix, dem Polymer, von entscheidender Bedeutung. Dies kann durch den WK-Koeffizienten abgeschätzt werden.
Fig. 1 ist eine schematische Darstellung der für die Berechnung des WK-Koeffizienten nötigen Werte.
Die Kurven zeigen im Bereich um 1.0 - 100 μm ein erstes Maximum in der Partikelgrößenverteilung und im Bereich < 1.0 μm ein weiteres Maximum. Der Peak im Bereich 1.0 - 100 μm gibt den Anteil an unzerkleinerten Kieselsäurepartikeln nach der Ultraschallbehandlung an. Diese recht groben Partikel werden in den Kautschukmischungen schlecht dispergiert. Der zweite Peak mit deutlich kleineren Partikelgrößen (< 1.0 μm) gibt denjenigen Teil an Partikeln der Kieselsäure an, der während der Ultraschallbehandlung zerkleinert worden ist. Diese sehr kleinen Partikel werden in Kautschukmischungen ausgezeichnet dispergiert.
Der WK-Koeffizient ist nun das Verhältnis der Peakhöhe der nicht abbaubaren Partikel (B), deren Maximum im Bereich 1.0 - 100 μm (B') liegt, zur Peakhöhe der abgebauten Partikel (A), deren Maximum im Bereich < 1.0 μm (A') liegt.
Der WK-Koeffizient ist damit eine Maß für die „Abbaubarkeit" (=Dispergierbarkeit) der Fällungskieselsäure. Es gilt, eine Fällungskieselsäure ist umso leichter dispergierbar, je kleiner der WK-Koeffizient ist, d. h. je mehr Partikel bei der Einarbeitung in Kautschuk abgebaut werden.
Die erfindungsgemäßen Kieselsäuren weisen WK-Koeffizienten < 3.4 bevorzugt < 3.0, besonders bevorzugt < 2.5 auf. Bekannte Fällungskieselsäuren haben andere WK-Koeffizienten und andere Maxima in den Partikelgrößenverteilungen gemessen mit dem Coulter LS 230 und sind somit schlechter dispergierbar.
Die physikalisch/chemischen Daten der erfindungsgemäßen Fällungskieselsäuren werden mit den folgenden Methoden bestimmt:
Bestimmung der Feuchte von Kieselsäuren
Nach dieser Methode werden in Anlehnung an ISO 787-2 die flüchtigen Anteile (im folgenden der Einfachheit halber Feuchte genannt) von Kieselsäure nach 2 stündiger Trocknung bei 105 °C bestimmt. Dieser Trocknungsverlust besteht im allgemeinen überwiegend aus Wasserfeuchtigkeit. Durchführung
In ein trockenes Wägeglas mit Schliffdeckel (Durchmesser 8 cm, Höhe 3 cm) werden 10 g der pulverförmigen, kugelförmigen oder granulären Kieselsäure auf 0.1 mg genau eingewogen (Einwaage E). Die Probe wird bei geöffnetem Deckel 2 h bei 105 ± 2 °C in einem Trockenschrank getrocknet. Anschließend wird das Wägeglas verschlossen und in einem Exsikkatorschrank mit Kieselgel als Trocknungsmittel auf Raumtemperatur abgekühlt. Die Auswaage A wird gravimetrisch bestimmt. Man bestimmt die Feuchte in % gemäß ((E in g - A in g) * 100 %) / (E in g).
Bestimmung der modifizierten Searszahl von Kieselsäuren
Durch die Titration von Kieselsäure mit Kaliumhydroxid-Lösung im Bereich von pH 6 bis pH 9 läßt sich die modifizierte Searszahl (im folgenden Searszahl V2 genannt) als Maß für die Zahl an freien Hydroxy-Gruppen bestimmen.
Der Bestimmungsmethode liegen die folgenden chemischen Reaktionen zu Grunde, wobei „Si"-OH eine Silanolgruppe der Kieselsäure symbolisieren soll: „Si"-OH + NaCl ^ „Si"-ONa + HC1 HC1 + KOH ^> KC1 + H2O. Durchführung
10.00 g einer pulverförmigen, kugelförmigen oder granulären Kieselsäure mit 5 ± 1 % Feuchte werden 60 Sekunden mit einer IKA-Universalmühle M 20 (550 W; 20 000 U/min) zerkleinert. Gegebenenfalls muß der Feuchtegehalt der Ausgangssubstanz durch Trocknen bei 105 °C im Trockenschrank oder gleichmäßiges Befeuchten eingestellt und die Zerkleinerung wiederholt werden. 2.50 g der so behandelten Kieselsäure werden bei Raumtemperatur in ein 250 ml Titriergefäß eingewogen und mit 60.0 ml Methanol p. A. versetzt. Nach vollständiger Benetzung der Probe werden 40.0 ml entionisiertes Wasser zugegeben und man dispergiert mittels eines Ultra Turrax T 25 Rührers (Rührwelle KV-18G, 18 mm Durchmesser) 30 Sekunden lang bei einer Drehzahl von 18 000 U/min. Mit 100 ml entionisiertem Wasser werden die am Gefäßrand und Rührer anhaftenden Probepartikel in die Suspension gespült und in einem thermostatisiertem Wasserbad auf 25 °C temperiert.
Das pH-Messgerät (Fa. Knick, Typ: 766 pH-Meter Calimatic mit Temperaturfühler) und die pH-Elektrode (Einstabmesskette der Fa. Schott, Typ N7680) werden unter Verwendung von Pufferlösungen (pH 7.00 und 9.00) bei Raumtemperatur kalibriert. Mit dem pH-Meter wird zunächst der Ausgangs-pH-Wert der Suspension bei 25 °C gemessen, danach wird je nach Ergebnis mit Kaliumhydroxid-Lösung (0.1 mol/1) bzw. Salzsäurelösung (0.1 mol/1) der pH- Wert auf 6.00 eingestellt. Der Verbrauch an KOH- bzw. HCl-Lösung in ml bis pH 6.00 entspricht Vf. Danach werden 20.0 ml Natriumchlorid-Lösung (250.00 g NaCl p. A. mit entionisiertem Wasser auf 1 1 aufgefüllt) zudosiert. Mit 0.1 mol/1 KOH wird dann die Titration bis zum pH- Wert 9.00 fortgesetzt. Der Verbrauch an KOH-Lösung in ml bis pH 9.00 entspricht Vf. Anschliessend werden die Volumina Vf , bzw. Vf zunächst auf die theoretische Einwaage von 1 g normiert und mit 5 erweitert, woraus sich Vi und die Searszahl V in den Einheiten ml/(5 g) ergeben.
Bestimmung der BET-Oberfläche
Die spezifische Stickstoff-Oberfläche (im folgenden BET-Oberfläche genannt) der pulverförmigen, kugelförmigen oder granulären Kieselsäure wird gemäß ISO 5794-1/Annex D mit einem AREA-meter (Fa. Ströhlein, JUWE) bestimmt.
Bestimmung der CTAB-Oberfläche Die Methode beruht auf der Adsorption von CTAB (N-Hexadecyl-N,N,N- trimethylammoniumbromid) an der „äußeren" Oberfläche der Kieselsäure, die auch als
„kautschukwirksame Oberfläche" bezeichnet wird, in Anlehnung an die ASTM 3765, bzw.
NFT 45-007 (Kapitel 5.12.1.3). Die Adsorption von CTAB erfolgt in wässriger Lösung unter Rühren und Ultraschallbehandlung. Überschüssiges, nicht adsorbiertes CTAB wird durch
Rücktitration mit NDSS (Dioctylnatriumsulfosuccinat-Lösung, „Aerosol OT"-Lösung) mit einem Titroprozessor ermittelt, wobei der Endpunkt durch das Maximum der Trübung der
Lösung gegeben ist und mit einer Phototrode bestimmt wird. Die Temperatur während aller durchgeführten Operationen beträgt 23-25 °C um das Auskristallisieren von CTAB zu verhindern. Der Rücktitration liegt die folgende Reaktionsgleichung zu Grunde:
(C20H37O4)SO3Na + BrN(CH3)3(Cι6H33) ^ (C2oH37O4)SO3N(CH3)3(Cι6H33) + NaBr NDSS CTAB
Geräte
Titroprozessor METTLER Toledo Typ DL 55 und Titroprozessor METTLER Toledo Typ DL 70, jeweils ausgerüstet mit: pH-Elektrode, Fabrikat Mettler, Typ DG 111 und Phototrode,
Fabrikat Mettler, Typ DP 550
Titrierbecher 100 ml aus Polypropylen
Titrierglasgefaß, 150 ml mit Deckel
Druckfiltrationsgerät, 100 ml Inhalt Membranfilter aus Cellulosenitrat, Porengröße 0.1 μm, 47 mm 0, z. B. Whatman (Best. Nr.
7181-004)
Reagenzien
Die Lösungen von CTAB (0.015 mol/1 in entionisiertem Wasser) und NDSS (0.00423 mol/1 in entionisiertem Wasser) werden gebrauchsfertig bezogen (Fa. Kraft, Duisburg: Bestell-Nr. 6056.4700 CTAB-Lösung 0.015 mol/1; Bestell-Nr. 6057.4700 NDSS-Lösung 0.00423 mol/1), bei 25 °C aufbewahrt und innerhalb von einem Monat aufgebraucht.
Durchführung
Blindtitration
Der Verbrauch an NDSS-Lösung zur Titration von 5 ml CTAB-Lösung ist 1 x täglich vor jeder Meßreihe zu prüfen. Dazu wird die Phototrode vor Beginn der Titration auf 1000 ± 20 mV eingestellt (entsprechend einer Transparenz von 100 %).
Es werden genau 5.00 ml CTAB-Lösung in einen Titrierbecher pipettiert und man fügt 50.0 ml entionisiertes Wasser hinzu. Unter Rühren erfolgt die Titration mit NDSS-Lösung nach der dem Fachmann geläufigen Meßmethode mit dem Titroprozessor DL 55 bis zur max. Trübung der Lösung. Man bestimmt den Verbrauch V. an NDSS-Lösung in ml. Jede Titration ist als Dreifachbestimmung aus-αiführen. Adsorption
10.0 g der pulverförmigen, kugelförmigen oder granulierten Kieselsäure mit einem Feuchtegehalt von 5 ± 2 % (gegebenenfalls wird der Feuchtegehalt durch Trocknen bei 105 °C im Trockenschrank oder gleichmäßiges Befeuchten eingestellt) werden mit einer Mühle (Fa. Krups, Model KM 75, Artikel Nr. 2030-70) 30 Sekunden lang zerkleinert. Genau 500.0 mg der zerkleinerten Probe werden in ein 150 ml Titriergefäß mit Magnetrührstäbchen überfuhrt und es werden genau 100.0 ml CTAB-Lösung zudosiert. Das Titriergefäß wird mit einem Deckel verschlossen und 15 Minuten mit einem Magnetrührer gerührt. Hydrophobe Kieselsäuren werden mit einem Ultra Turrax T 25 Rührer (Rührwelle KV-18G, 18 mm Durchmesser) bei 18 000 U/min maximal 1 min lang bis zur vollständigen Benetzung gerührt. Das Titriergefäß wird an den Titroprozessor DL 70 geschraubt und der pH- Wert der Suspension wird mit KOH (0.1 mol/1) auf einen Wert von 9 + 0.05 eingestellt. Es erfolgt eine 4 minütige Beschallung der Suspension in dem Titriergefäß in einem Ultraschallbad (Fa. Bandelin, Sonorex RK 106 S, 35 kHz) bei 25 °C. Anschließend erfolgt eine umgehende Druckfiltration durch einen Membranfilter bei einem Stickstoffdruck von 1.2 bar. Der Vorlauf von 5 ml wird verworfen. Titration
5.00 ml des übrigen Filtrats werden in einen 100 ml Titrierbecher pipettiert und mit entionisiertem Wasser auf 50.00 ml aufgefüllt. Der Titrierbecher wird an den Titroprozessor DL 55 geschraubt und unter Rühren erfolgt die Titration mit NDSS-Lösung bis zur maximalen Trübung. Man bestimmt den Verbrauch Vπ an NDSS-Lösung in ml. Jede Trübung ist als Dreifachbestimmung auszuführen. Berechnung Mit Hilfe der Meßwerte
Vi = Verbrauch an NDSS-Lösung in ml bei der Titration der Blindprobe Vα = Verbrauch an NDS S-Lösung in ml bei Verwendung des Filtrats ergibt sich:
Vi/Vπ = Stoffmenge CTAB der Blindprobe / noch vorhandene Stoffmenge CTAB in der Filtratprobe. Daraus folgt für die adsorbierte Stoffmenge N an CTAB in g:
N = ((Vi - Vπ) * 5.5 g * 5 ml) / (Vi * 1000 ml).
Da von 100 ml Filtrat nur 5 ml titriert wurden, 0.5 g Kieselsäure einer definierten Feuchte eingesetzt wurden und der Platzbedarf von 1 g CTAB 578435 * 10'3 m2 beträgt, folgt daraus: CTAB-Oberfläche (nicht wasserkorrigiert) in m2/g = (N * 20 * 578.435 m2/g) / (0.5 g) und
CTAB-Oberfläche (nicht wasserkorrigiert) in m2/g = ((V. - Vπ) * 636.2785 m2/g) / Vi.
Die CTAB-Oberfläche wird auf die wasserfreie Kieselsäure bezogen, weshalb die folgende
Korrektur durchgeführt wird.
CTAB-Oberfläche in m2/g = (CTAB-Oberfläche (nicht wasserkorrigiert) in m2/g * 100 %) / (100 % - Feuchte in %).
Bestimmung der DBP-Aufnahme
Die DBP-Aufhahme (DBP-Zahl), die ein Maß für die Saugfähigkeit der Fällungskieselsäure ist, wird in Anlehnung an die Norm DIN 53601 wie folgt bestimmt: Durchführung
12.50 g pulverförmige oder kugelförmige Kieselsäure mit 0 - 10 % Feuchtegehalt (gegebenenfalls wird der Feuchtegehalt durch Trocknen bei 105 °C im Trockenschrank eingestellt) werden in die Kneterkammer (Artikel Nummer 279061) des Brabender- Absorptometer "E" gegeben. Im Falle von Granulaten wird die Siebfraktion von 3.15 bis 1 mm (Edelstahlsiebe der Fa. Retsch) verwendet (durch sanftes Drücken der Granulate mit einem Kunststoffspatel durch das Sieb mit 3.15 mm Porenweite). Unter ständigem Mischen (Umlaufgeschwindigkeit der Kneterschaufeln 125 U/min) tropft man bei Raumtemperatur durch den „Dosimaten Brabender T 90/50" Dibutylphthalat mit einer Geschwindigkeit von 4 ml/min in die Mischung. Das Einmischen erfolgt mit nur geringem Kraftbedarf und wird anhand der Digitalanzeige verfolgt. Gegen Ende der Bestimmung wird das Gemisch pastös, was mittels eines steilen Anstieges des Kraftbedarfs angezeigt wird. Bei einer Anzeige von 600 digits (Drehmoment von 0.6 Nm) wird durch einen elektrischen Kontakt sowohl der Kneter als auch die DBP-Dosierung abgeschaltet. Der Synchronmotor für die DBP-Zufuhr ist mit einem digitalen Zählwerk gekoppelt, so dass der Verbrauch an DBP in ml abgelesen werden kann. Auswertung
Die DBP-Aufhahme wird in g/(100 g) angegeben und anhand der folgenden Formel aus dem gemessenen DBP-Verbrauch berechnet. Die Dichte von DBP beträgt bei 20 °C typischer Weise 1.047 g/ml.
DBP-Aufnahme in g/(100 g) = ((Verbrauch an DBP in ml) * (Dichte des DBP in g/ml) * 100) / (12.5 g).
Die DBP-Aufhahme ist für die wasserfreie, getrocknete Kieselsäure definiert. Bei Verwendung von feuchten Fällungskieselsäuren ist der Wert mittels der folgenden Korrekturtabelle zu korrigieren. Der Korrekturwert entsprechend dem Wassergehalt wird zu dem experimentell bestimmten DBP- Wert addiert; z. B. würde ein Wassergehalt von 5.8 % einen Zuschlag von 33 g/(100 g) für die DBP-Aufnahme bedeuten.
Korrekturtabelle für Dibutylphthalataufnahme -wasserfrei-
Figure imgf000022_0001
Bestimmung des WK-Koeffizienten; Aggregatgrößenverteilung mittels Laserbeugung Probenvorbereitung
Handelt es sich bei der zu vermessenden Kieselsäure um Granulate, so werden 5 g der granulären Kieselsäure in ein Becherglas gegeben und die grobkörnigen Granulatstücke mit einem Pistill zerdrückt aber nicht gemörsert. 1.00 g der zerdrückten, pulverförmigen oder kugelförmigen Kieselsäure mit 5 ± 1 % Feuchtegehalt (gegegebenfalls wird der Feuchtegehalt durch Trocknen bei 105 °C im Trockenschrank oder gleichmäßiges Befeuchten eingestellt), deren Herstellung maximal 10 Tage zurückliegt, wird in ein 30 ml Zentrifugenglas mit gewölbten Boden (Höhe 7 cm, 0 3 cm, Tiefe der konvexen Wölbung 1 cm) eingewogen und mit 20.0 ml Dispersionslösung (Hydrophile Kieselsäuren: 20.0 g Natriumhexametaphosphat (Fa. Baker) auf 1000 ml mit entionisiertem Wasser aufgefüllt; Hydrophobe Kieselsäuren: 200.0 ml Ethanol p. A. mit 2.0 ml 25 %iger Ammoniaklösung und 0.50 g Triton X-100 (Fa. Merck) auf 1000 ml mit entionisiertem Wasser aufgefüllt) versetzt. Anschließend wird das Zentrifugenglas in ein doppelwandiges Glaskühlgefäß (80 ml Fassungsvermögen, Höhe 9 cm, 0 3.4 cm) mit Kühlwasseranschlüssen für Leitungswasser (20 °C) gestellt und die Probe 270 s mit einem Ultraschallfmger (Fa. Bandelin, Typ UW 2200 mit Hörn DH 13 G und Diamantteller 0 13 mm) behandelt. Dazu wird an dem Netzteil (Sonopuls, Fa. Bandelin, Typ HD 2200) des Ultraschallfingers 50 % Power und 80 % Pulse (entspricht 0.8 s Power und 0.2 s Pause) eingestellt. Durch die Wasserkühlung wird eine Erwärmung der Suspension von maximal 8 °C gewährleistet. Bis die Probenzugabe in das Flüssigkeitsmodul des Laserbeugungsgeräts innerhalb von 15 min erfolgt, wird die Suspension mit einem Magnetrührer gerührt, um eventuelle Sedimentation zu verhindern. Durchführung
Vor Beginn der Messung lässt man das Laserbeugungsgerät LS 230 (Fa. Coulter) und das Flüssigkeitsmodul (LS Variable Speed Fluid Module Plus mit integriertem Ultraschallfϊnger CV 181, Fa. Coulter) 2 h warmlaufen und spült das Modul (Menüleiste „Steuerung/Spülen") 10 min lang. In der Steuerleiste der Gerätesoftware wählt man über dem Menüpunkt „Messungen" das Dateifenster „Opt. Modell berechnen" aus und legt die Brechungsindizes in einer .rfd-Datei wie folgt fest: Flüssigkeitsbrechungsindex B. I. Real = 1.332; Material Brechungsindex Real = 1.46; Imaginär = 0.1. In dem Dateifenster „Messzyklus" stellt man die Leistung der Pumpgeschwindigkeit auf 26 % und die Ultraschalleistung des intergrierten Ultraschallfingers CV 181 auf 3 ein. Die Punkte Ultraschall „während der Probenzugabe", „vor jeder Messung 10 Sekunden" und „während der Messung" sind zu aktivieren. Zusätzlich wählt man in diesem Dateifenster die folgenden Punkte aus: Offsetmessung, Justieren, Hintergrundmessung, Messkonz. einstellen, Probeninfo eingeben, Messinfo eingeben, 2 Messungen starten, Autom. Spülen, Mit PIDS Daten. Nach Abschluss der Kalibrierungsmessung mit einem LS Size Control G15 Standard (Fa. Coulter) und der Hintergrundmessung, erfolgt die Probenzugabe. Man fügt so lange suspendierte Kieselsäure hinzu, bis eine Lichtabsorption von 45 - 55 % erreicht ist und das Gerät „OK" meldet.
Die Messung erfolgt bei Raumtemperatur mit dem Auswertemodell der oben festgelegten .rfd- Datei. Von jeder Kieselsäureprobe werden drei Doppelbestimmungen von jeweils 60 Sekunden mit einer Wartezeit von 0 Sekunden durchgeführt. Aus der Rohdatenkurve berechnet die Software auf Basis der Volumenverteilung unter Berücksichtigung der Mie-Theorie und dem optischen Modell von Fraunhofer die Teilchengrößenverteilung. Typischer Weise findet man eine bimodale Verteilungskurve mit einem Modus A zwischen 0 - 1 μm (Maximum bei ca. 0.2 μm) und einem Modus B zwischen 1 - 100 μm (Maximum bei ca. 5 μm). Gemäß der Figur 1 läßt sich daraus der WK-Koeffizient bestimmen, welcher als Mittelwert aus sechs Einzelmessungen angegeben wird.
pH- Wert-Bestimmung
Das Verfahren in Anlehnung an DIN EN ISO 787-9 dient zur Bestimmung des pH-Wertes einer wässrigen Suspension von Kieselsäuren bei 20 °C. Dazu wird eine wässrige Suspension der zu untersuchenden Probe hergestellt. Nach kurzzeitigem Schütteln der Suspension wird deren pH- Wert mittels eines zuvor kalibrierten pH-Meters bestimmt. Durchführung
Vor der Durchführung der pH-Messung ist das pH-Messgerät (Fa. Knick, Typ: 766 pH-Meter Calimatic mit Temperaturfühler) und die pH-Elektrode (Einstabmesskette der Fa. Schott, Typ N7680) täglich unter Verwendung der Pufferlösungen bei 20 °C zu kalibrieren. Die Kalibriervmgsfunktion ist so zu wählen, dass die zwei verwendeten Pufferlösungen den erwarteten pH-Wert der Probe einschließen (Pufferlösungen mit pH 4.00 und 7.00, pH 7.00 und pH 9.00 und ggf. pH 7.00 und 12.00). Bei Verwendung von Granulaten werden zunächst 20.0 g Kieselsäure mittels einer Mühle (Fa. Krups, Modell KM 75, Artikel Nr. 2030-70) 20 s lang zerkleinert.
5.00 g pulverförmige oder kugelförmige Kieselsäure mit 5 ± 1 % Feuchtegehalt (gegegebenfalls wird der Feuchtegehalt durch Trocknen bei 105 °C im Trockenschrank oder gleichmäßiges Befeuchten vor der evtl. Zerkleinerung eingestellt) werden auf einer Präzisionswaage auf 0.01 g genau in eine zuvor tarierte Glas-Weithalsflasche eingewogen. 95.0 ml entionisiertes Wasser werden zu der Probe gegeben. Anschließend wird die Suspension im verschlossenen Gefäß für die Dauer von 5 Minuten mittels einer Schüttelmaschine (Fa. Gerhardt, Modell LS10, 55 W, Stufe 7) bei Raumtemperatur geschüttelt. Die Messung des pH- Wertes erfolgt direkt im Anschluss an das Schütteln. Dazu wird die Elektrode zunächst mit entionisierten Wasser, nachfolgend mit einem Teil der Suspension abgespült und anschließend in die Suspension eingetaucht. Nach Zugabe eines Magnetfisches in die Suspension wird bei einer konstanten Rührgeschwindigkeit mit leichter Trombenbildung der Suspension die pH- Messung diirchgeführt. Wenn das pH-Meter einen gleichbleibenden Wert anzeigt, wird der pH- Wert an der Anzeige abgelesen.
Bei der Verwendung von hydrophober Kieselsäure erfolgt die Durchführung analog, allerdings werden dann 5.00 g der evtl. zerkleinerten Probe mit 5 ± 1 % Feuchtegehalt auf der Präzisionswaage auf 0.01 g genau in eine zuvor tarierte Glas-Weithalsflasche eingewogen. Es werden 50.0 ml Methanol p. A. und 50.0 ml entionisiertes Wasser hinzugegeben und anschließend wird die Suspension im verschlossenen Gefäß für die Dauer von 5 Minuten mittels einer Schüttelmaschine (Fa. Gerhardt, Modell LS10, 55 W, Stufe 7) bei Raumtemperatur geschüttelt. Die Messung des pH-Wertes erfolgt ebenfalls unter Rühren, allerdings nach exakt 5 min.
Bestimmung des Feststoffgehalts von Filterkuchen
Nach dieser Methode wird der Feststoffgehalt von Filterkuchen durch Entfernen der flüchtigen Anteile bei 105 °C bestimmt. Durchführung
In eine trockene, tarierte Porzellanschale (Durchmesser 20 cm) werden 100.00 g des Filterkuchens eingewogen (Einwaage E). Gegebenenfalls wird der Filterkuchen mit einem Spatel zerkleinert, um lockere Brocken von maximal 1 cm3 zu erhalten. Die Probe wird bei 105 ± 2 °C in einem Trockenschrank bis zur Gewichtskonstanz getrocknet. Anschließend wird die Probe in einem Exsikkatorschrar-k mit Kieselgel als Trocknungsmittel auf Raumtemperatur abgekühlt. Die Auswaage A wird gravimetrisch bestimmt. Man bestimmt die Feststoffgehalt in % gemäß 100 % - (((E in g - A in g) * 100 %) / (E in g)).
Bestimmung der elektrischen Leitfähigkeit
Die Bestimmung der elektrischen Leitfähigkeit (LF) von Kieselsäuren wird in wässriger Suspension durchgeführt. Durchführung
Bei Verwendung von Granulaten werden zunächst 20.0 g Kieselsäure mittels einer Mühle (Fa. Krups, Modell KM 75, Artikel Nr. 2030-70) 20 s lang zerkleinert. 4.00 g pulverfόrmige oder kugelförmige Kieselsäure mit 5 ± 1 % Feuchtegehalt (gegebenenfalls wird der Feuchtegehalt durch Trocknen bei 105 °C im Trockenschrank oder gleichmäßiges Befeuchten vor der evtl. Zerkleinerung eingestellt) werden in 50.0 ml entionisiertem Wasser suspendiert und 1 min auf 100 °C erhitzt. Die auf 20 °C abgekühlte Probe wird auf genau 100 ml aufgefüllt und durch Umschütteln homogenisiert. Die Meßzelle des Leitfahigkeitsmeßgeräts LF 530 (Fa. WTW) wird mit einer kleinen Probenmenge gespült, bevor die Meßzelle LTAOl in die Suspension getaucht wird. Der am Display angezeigte Wert entspricht der Leitfähigkeit bei 20 °C, da der externe Temperaturfühler TFK 530 eine automatische Temperaturkompensation durchführt. Dieser Temperaturkoeffizient als auch die Zellenkonstante k sind vor jeder Meßreihe zu überprüfen. Als Kalibrierlösung wird 0.01 mol/1 Kaliumchlorid-Lösung verwendet (LF bei 20 °C = 1278 μS/cm).
Die folgende Beispiele sollen die Erfindung näher erläutern, ohne ihren Umfang zu beschränken.
Beispiel 1
In einem Reaktor aus rostfreiem Edelstahl mit Propellerrührsystem und Doppelmantelheizung werden 41.60 1 Wasser sowie 0.02 kg Wasserglas (Dichte 1.348 kg/1, 27.1 % SiO2, 8.00 % Na2O) und 0.50 kg Na2SO4 vorgelegt. Anschließend werden unter starken Rühren bei 60 °C für 55 Minuten 8.90 1/h Wasserglas und ca. 2.10 1/h Schwefelsäure (Dichte 1.40 kg/1, 50.6 % H2SO4) zudosiert. Diese Schwefelsäuredosierung wird so geregelt, dass in dem Reaktionsmedium ein pH- Wert von 9.0 (bei Raumtemperatur gemessen) herrscht. Anschließend wird die Wasserglaszugabe gestoppt und die Schwefelsäure weiterzugeführt, bis ein pH von 3.3 (gemessen bei Raumtemperatur) erreicht ist. Die erhaltene Suspension wird wie üblich filtriert und mit Wasser gewaschen. Der Filterkuchen mit 18 % Feststoffgehalt wird mit wässriger Schwefelsäure und einem Scheraggregat verflüssigt. Die Kieselsäurespeise mit 16 % Feststoffgehalt wird anschliessend sprühgetrocknet.
Das erhaltene pulverförmige Produkt weist eine BET-Oberfläche von 238 m2/g, eine CTAB- Oberfläche von 199 m2/g, eine DBP-Aufiiahme von 288 g/(100 g), eine Searszahl V2 von 23.6 ml/(5 g) und eine Leitfähigkeit von 570 μS/cm auf.
Beispiel 2
In einem Reaktor aus rostfreiem Edelstahl mit Propellerrührsystem und Doppelmantelheizung werden 41.6 1 Wasser sowie 0.02 kg Wasserglas (Dichte 1.348 kg/1, 27.1 % SiO2, 8.00 % Na2O) und 0.5 kg Na2SO vorgelegt. Anschließend werden unter starken Rühren bei 64 °C für 56 Minuten 8.95 1/h Wasserglas und ca. 2.05 1/h Schwefelsäure (Dichte 1.40 kg/1, 50.6 % H2SO4) zudosiert. Diese Schwefelsäuredosierung wird so geregelt, dass in dem Reaktionsmedium ein pH-Wert von 9.0 (bei Raumtemperatur gemessen) herrscht. Anschließend wird die Wasserglaszugabe gestoppt und die Schwefelsäure weiterzugeführt, bis ein pH von 3.3 (gemessen bei Raumtemperatur) erreicht ist.
Die erhaltene Suspension wird wie üblich filtriert und mit Wasser gewaschen. Der Filterkuchen mit 18 % Feststoffgehalt wird mit wässriger Schwefelsäure und einem Scheraggregat verflüssigt. Die Kieselsäurespeise mit 16 % Feststoffgehalt wird anschließend sprühgetrocknet. Das erhaltene pulverförmige Produkt weist eine BET-Oberfläche von 233 m Ig, eine CTAB- Oberfläche von 193 m2/g, eine DBP-Aufnahme von 276 g/(100 g), eine Searszahl V2 von 23.2 ml/(5 g) und eine Leitfähigkeit von 420 μS/cm auf.
Beispiel 3
Untersuchung der erfindungsgemäßen, gefällten Kieselsäuren aus den Beispielen 1 und 2 in einer Emulsions-SBR Kautschukmischung. Als Stand der Technik wurde die leichtdispergierbare Laufflächenkieselsäure Ultrasil 7000 GR und die hochoberflächige Kieselsäure Zeosil 1205 MP ausgewählt. Ultrasil 7000 GR ist eine gut dispergierbare gefällte Kieselsäure der Degussa AG mit einer CTAB-Oberfläche von 160+10 m2/g. Zeosil 1205 MP ist eine hochoberflächige Kieselsäure der Rhodia mit einer CTAB-Oberfläche von 200+10 m2/g.
Die für die Kautschukmischungen verwendete Rezeptur ist in der folgenden Tabelle 1 angegeben. Dabei bedeutet die Einheit phr Gewichtsanteile, bezogen auf 100 Teile des eingesetzten Rohkautschuks. Die Mischungen A und B enthalten die erfindungsgemäßen Kieselsäuren und die Mischungen Rl und R2 dienen als Referenzen gemäß dem Stand der Technik. Um die Dispersionsgüte zu beurteilen, müssen die eingebrachten Scherkräfte beim Mischen möglichst konstant gehalten werden. Dies lässt sich durch eine auf die CTAB- Oberfläche angepasste Dosierung des Silans erreichen, um jedoch auch die Vernetzungsdichte bei geänderter Silanmenge vergleichbar zu halten, ist eine Schwefelkorrektur entsprechend des Schwefelgehalts des Silans notwendig (H.-D. Luginsland, J. Fröhlich, A. Wehmeier, paper No. 59 presented at the ACS-Meeting, April 24-27, 2001, Providence/Rhode Island, USA).
Das allgemeine Verfahren zur Herstellung von Kautschukmischungen und deren Vulkanisate ist in dem Buch: "Rubber Technology Handbook", W. Hofinann, Hanser Verlag 1994 beschrieben.
Tabelle 1
Figure imgf000028_0001
Bei dem Polymer Buna 1500 handelt es sich um ein in Emulsion polymerisiertes SBR- Copolymer der Bayer AG mit einem Styrolgehalt von 23.5 Gew.-%. Si 69 ist das Kopplungsreagenz Bis(3-triethoxysilylpropyl)tetrasulfan der Degussa AG. Renopal NS ist ein Mineralöl der Fuchs Mineralölwerke. Vulkanox HS/LG (TMQ), Vulkacit CZ/EG (CBS) und Vulkacit Thiuram/C (TMTD) sind Handelsprodukte der Bayer AG. Die Kautschiikmischungen werden in einem Innenmischer entsprechend der Mischvorschrift in Tabelle 2 hergestellt.
Tabelle 2
Stufe 1
Einstellungen
Mischaggregat Werner & Pfleiderer E-Typ
Drehzahl 70 min"1
Stempeldruck 5.5 bar
Leervolumen 1.58 1
Füllgrad 0.56
Durchflußtemp. 70 °C
Mischvorgang
0 bis 1 min Buna 1500
1 bis 3 min 14 Füllstoff, Si 69,
3 bis 4 min 14 Füllstoff, restliche
Bestandteile 1. Stufe (Renopal NS,
Stearinsäure, ZnO, Vulkanox HS/LG)
4 min Säubern
4 bis 5 min Mischen,
5 min Ausfahren
Lagerung 24 h bei Raumtemperatur
Stufe 2
Einstellungen
Mischaggregat wie in Stufe 1 bis auf:
Drehzahl 80 min"1
Durchflußtemp. 70 °C
Füllgrad 0.53
Mischvorgang
0 bis 2 min Batch Stufe 1 aufbrechen
2 bis 5 min Batchtemperatur 140-150 °C durch
Drehzahlvariation halten
5 min Ausfahren
Lagerung 4 h bei Raumtemperatur
Stufe 3
Einstellungen
Mischaggregat wie in Stufe 1 bis auf
Drehzahl 40 min"1
Füllgrad 0.51
Durchflußtemp. 40 °C Mischvorgang
0 bis 2 min Batch Stufe 2, Vulkacit CZ/EG, Vulkacit Thiuram/C,
Schwefel
2 min ausfahren und auf Labormischwalzwerk Fell bilden, Homogenisieren:
3* links, 3* rechts einschneiden und umklappen sowie 3* bei engem Walzenspalt (1 mm) und 3* bei weitem Walzenspalt (3.5 mm) stürzen und Fell ausziehen
In Tabelle 3 sind die Methoden für die Gummitestung zusammengestellt.
Tabelle 3
Physikalische Testung Norm/Bedingungen
ML 1+4, 100 °C, 3. Stufe (-) DIN 53523/3, ISO 667
Vulkameterprüfung, 165 °C DIN 53529/3, ISO 6502
Drehmomentsdifferenz: Dmax- Dmin (dNm) tl0% und t90% (min)
Zugversuch am Ring, 23 °C DIN 53504, ISO 37 Zugfestigkeit (MPa) Spannungswerte (MPa) Bruchdehnung (%)
Shore-A-Härte, 23 °C (-) DIN 53 505
Ball Rebound (%) DIN EN ISO 8307, Stahlkugel 19 mm, 28 g
Dispersionskoeffizient (%) siehe Text
Viskoelastische Eigenschaften, DIN 53 513, ISO 2856 0 und 60 °C, 16 Hz, 50 N Vorkraft und 25 N Amplitudenkraft Meßwertaufhahme nach 2 min Prüfzeit, sprich 2 min Konditionierung Komplexer Modul E* (MPa) Verlustfaktor tan δ (-)
Der Dispersionskoeffizient wird lichtoptisch bestimmt. Die Bestimmung kann vom Deutschen Institut für Kautschuktechnologie e.V., Hannover/Deutschland diirchgeführt werden. Zudem ist das Verfahren beschrieben in: H. Geisler, "Bestimmung der Mischgüte", präsentiert auf dem DIK- Workshop, 27-28. November 1997, Hannover/Germany. Die Mischungen werden 15 min bei 165 °C vulkanisiert. Tabelle 4 zeigt die Ergebnisse der gummitechnischen Prüfung.
Tabelle 4
Figure imgf000031_0001
Wie man anhand der Daten in Tabelle 4 erkennt, weisen die Mischungen A und B mit den erfindungsgemäßen Kieselsäuren eine höhere Mooney- Viskosität als die Referenzmischung Rl auf. Dies ist auf das stärkere Kieselsäurenetzwerk, bedingt durch die höhere Kieselsäureoberfläche der erfindungsgemäßen Kieselsäuren gegenüber der Referenz- Kieselsäure Ultrasil 7000 GR, zurückzuführen. Gegenüber der konventionellen hochoberflächigen Kieselsäure Zeosil 1205 MP in Referenzmischung R2 ist die Viskosität aber vorteilhafterweise erniedrigt, was eine verbesserte Verarbeitbarkeit impliziert. Die Vulkanisationszeit t90% ist aufgrund der fehlenden Beschleunigeranpassung in vgl. zu Ultrasil 7000 GR verlängert und auf die erhöhte Oberfläche der erfindungsgemäßen Kieselsäuren zurück- führen; ebenso ist die Vernetzungsdichte gemessen als Drehmomentsdifferenz Dmax- Dmin erniedrigt. Trotz der fehlenden Beschleunigeranpassung zeigen die Zugfestigkeiten, Spannungswerte und Härten der erfindungsgemäßen Mischungen A und B eine gute Verstärkung an. Die Härten der Mischungen Rl, A und B sind vergleichbar, während die Härte der Mischung R2 deutlich erhöht ist. Dies zeigt bereits eine ungenügende Dispersion der konventionellen hochoberflächigen Kieselsäure in R2 an. Die Dispersionsgüte der Mischungen A und B ist mit über 90% sehr gut und erreicht das Niveau der hoch dispersiblen Kieselsäure in Rl, während die Dispersion in R2 mit der hochoberflächigen Kieselsäure nach dem Stand der Technik deutlich schlechter ist.
Beispiel 4 Untersuchung der erfindungsgemäßen gefällten Kieselsäuren aus den Beispielen 1 und 2 in einer S-SBR/BR Kautschukmischung. Als Stand der Technik wurden wiederum die Kieselsäuren Ultrasil 7000 GR und Zeosil 1205 MP ausgewählt.
Die für die Kautschukmischungen verwendete Rezeptur ist in der folgenden Tabelle 5 angegeben. Die Referenzkieselsäure Ultrasil 7000 GR in Mischung R3 wurde mit 6.4 phr Si 69 modifiziert. Um der höheren Oberfläche der Referenzkieselsäure Zeosil 1205 MP und den erfindungsgemäßen Kieselsäuren Rechnung zu tragen, wurde in den Mischungen R4, C und D die Silanmenge auf 8 phr erhöht und die Schwefelmenge entsprechend erniedrigt. Eine Schwefelkorrektur ist entsprechend des Schwefelgehalts des Silans notwendig (H.- D. Luginsland, J. Fröhlich, A. Wehmeier, paper No. 59 presented at the ACS-Meeting, April 24-27, 2001, Providence/Rhode Island, USA).
Tabelle 5
Figure imgf000032_0001
Figure imgf000033_0001
Bei dem Polymer VSL 5025-1 handelt es sich um ein in Lösung polymerisiertes SBR- Copolymer der Bayer AG mit einem Styrolgehalt von 25 Gew.-% und einem Butadiengehalt von 75 Gew.-%. Das Copolymer enthält 37.5 phr Öl und weist eine Mooney-Viskosität (ML 1+4/100 °C) von 50 +4 auf. Bei dem Polymer Buna CB 24 handelt es sich um ein eis 1,4- Polybutadien (Neodymtyp) der Bayer AG mit eis 1,4-Gehalt von mindestens 97 % und einer Mooney-Viskosität von 44 +5. Als aromatisches Öl wird Naftolen ZD der Chemetall verwendet. Bei Vulkanox 4020 handelt es sich um 6PPD der Bayer AG und Protektor G35P ist ein Ozonschutzwachs der HB-Fuller GmbH. Vulkacit D/C (DPG) und Vulkacit CZ/EG (CBS) sind Handelsprodukte der Bayer AG. Perkazit TBZTD ist von der Akzo Chemie GmbH erhältlich.
Die Kautschukmischungen werden in einem Innenmischer entsprechend der Mischvorschrift in Tabelle 6 hergestellt.
Tabelle 6
Stufe 1
Einstellungen
Mischaggregat Werner & Pfleiderer E-Typ
Drehzahl 70 min"1
Stempeldruck 5.5 bar
Leervolumen 1.58 1
Füllgrad 0.56
Durchflußtemp. 80 °C
Mischvorgang
0 bis 1 min Buna VSL 5025-1 + Buna CB 24
1 bis 3 min 1/2 Füllstoff, ZnO, Stearinsäure, Naftolen ZD, Si 69
3 bis 4 min 1/2 Füllstoff, Vulkanox 4020, Protektor G35P 4 min Säubern
4 bis 5 min Mischen und Ausfahren
Lagerung 24 h bei Raumtemperatur
Stufe 2
Einstellungen
Mischaggregat wie in Stufe 1 bis auf:
Drehzahl 80 min"1
Füllgrad 0.53
Mischvorgang
0 bis 2 min Batch Stufe 1 aufbrechen
2 bis 5 min Batchtemperatur 140-150 °C durch
Drehzahlvariation halten
5 min Ausfahren
Lagerung 4 h bei Raumtemperatur
Stufe 3
Einstellungen
Mischaggregat wie in Stufe 1 bis auf
Drehzahl 40 min"1
Füllgrad 0.51
Durchflußtemp. 50 °C
Mischvorgang
0 bis 2 min Batch Stufe 2, Vulkacit D/C, Vulkacit CZ/EG, Perkazit
TBZTD, Schwefel
2 min ausfahren und auf Labormischwalzwerk Fell bilden,
(Durchmesser 200 mm, Länge 450 mm,
Duchflußtemperatur 50 °C)
Homogenisieren:
3* links, 3* rechts einschneiden und umklappen sowie
8* bei engem Walzenspalt (1 mm) und
3* bei weitem Walzenspalt (3.5 mm) stürzen und Fell ausziehen
In Tabelle 3 sind die Methoden für die Gummitestung zusammengestellt.
Die Mischungen werden 20 min bei 165 °C vulkanisiert. Tabelle 7 zeigt die Ergebnisse der gummitechnischen Prüfung.
Tabelle 7
Figure imgf000034_0001
Figure imgf000035_0001
Wie man anhand der Daten in Tabelle 7 erkennt, sind aufgrund der höheren Oberfläche der erfindungsgemäßen Kieselsäuren die Mooney-Viskositäten der Mischungen C und D gegenüber R3 leicht erhöht, aber weiterhin besser als die den Stand der Technik repräsentierende, schlecht verarbeitbare Referenzmischung R4 mit erhöhter Viskosität. Mit Ausnahme von Mischung R4 sind die Vulkanisationscharakteristika (Dmax-Dmin, t90%, Ü0%) aller Mischungen sehr ähnlich. Auch die Zugfestigkeiten und Spannungswerte von R3, C und D sind vergleichbar, während R4 eine deutlich höhere Härte und Spannungswert 100 besitzt, was ein deutlich höheres Kieselsäurenetzwerk aufgrund der schlechteren Dispersion anzeigt. Vorteile der Mischungen C und D gegenüber R3 sind in den erhöhten dynamischen Moduli E* 0 °C und 60 °C zu erkennen. Diese höheren Steifigkeiten sind insbesondere für Hochgeschwindigkeits-PKW- und Motorradreifen wichtig, da sie ein verbessertes Trockenhandling und eine höhere Kurvenstabilität anzeigen. Trotz der in den Mischungen C und D eingesetzten Kieselsäuren mit höheren CTAB-Oberflächen sind die tan δ Werte (60°C) vorteilhafterweise gegenüber der Mischung R3 nahezu unverändert, was einen vergleichbaren Rollwiderstand vorhersagen läßt, während Mischung R4 nach dem Stand der Technik einen signifikant höheren tan δ (60°C) und damit Rollwiderstand ausweist. Die gute Verstärkung in Kombination mit der hohen CTAB-Oberfläche der erfindungsgemäßen Kieselsäuren ermöglicht einen verbesserten Straßenabrieb der Mischungen C und D. Diese Verbesserung in Straßenabrieb ist auch beim Einsatz der erfindungsgemäßen hochoberflächigen Kieselsäuren in Naturkautschukmischungen, wie sie in LKW-Laufflächenmischungen Anwendung finden, erreichbar. Insbesondere in Kombination mit einem hochoberflächigen Hochstrukturruß wie dem N 121 kann ein exzellenter Straßenabrieb bei LKW-Reifen erreicht werden. Gerade in diesem Anwendungsbereich ist auch eine Verbesserung des Cut & Chip und Chunking Verhalten von besonderem Interesse und kann durch Verwendung der erfindungsgemäßen, hochoberflächigen Kieselsäuren realisiert werden.

Claims

Patentansprüche:
1. Fällungskieselsäure, gekennzeichnet durch BET-Oberfläche 200 - 300 m2/g CTAB-Oberfläche > 170 m2/g
DBP-Zahl 200 - 300 g/(l 00 g)
Searszahl V2 23 - 35 ml/(5 g).
2. Fällungskieselsäure nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die CTAB-Oberfläche maximal 300 m2/g beträgt.
3. Fällungskieselsäure nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Fällungskieselsäure einen WK-Koeffizient von < 3.4 (Verhältnis der Peakhöhe der durch Ultraschall nicht abbaubaren Partikel im Größenbereich 1.0 - 100 μm zur Peakhöhe der abgebauten Partikel im Größenbereich < 1.0 μm) aufweist.
4. Fällungskieselsäuren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ihre Oberflächen mit Organosilanen der Formel I bis III modifiziert sind: [SiR1 n(RO)r(Alk)m(Ar)p]q[B] (I),
SiR1„(RO)3.n(Alkyl) (II), oder SiR^ROWAlkenyl) (III), in denen bedeuten B: -SCN, -SH, -Cl, -NH2, -OC(O)CHCH2, -OC(O)C(CH3)CH2 (wenn q = 1) oder
-Sw- (wenn q = 2), wobei B chemisch an Alk gebunden ist,
R und R : aliphatischer, olefmischer, aromatischer oder arylaromatischer Rest mit 2 - 30 C-Atomen, der optional mit den folgenden Gruppen substituiert sein kann:
Hydroxy-, Amino-, Alkoholat-, Cyanid-, Thiocyanid-, Halogen-, Sulfon-säure-,
Sulfonsäureester-, Thiol-, Benzoesäure-, Benzoesäureester-, Carbonsäure-, Carbonsäureester-, Acrylat-, Metacrylat-, Organosilanrest, wobei R und R1 eine gleiche oder verschiedene Bedeutung oder Substituierung haben können, n: 0, 1 oder 2,
Alk: einen zweiwertigen unverzweigten oder verzweigten Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen, m: 0 oder 1,
Ar: einen Arylrest mit 6 bis 12 C-Atomen, bevorzugt 6 C-Atomen, der mit den folgenden Gruppen substituiert sein kann: Hydroxy-, Amino-, Alkoholat-,
Cyanid-, Thiocyanid-, Halogen-, Sulfonsäure-, Sulfonsäureester-, Thiol-, Benzoesäure-, Benzoesäureester-, Carbonsäure-, Carbonsäureester-, Acrylat-,
Metacrylat-, Organosilanrest, p: 0 oder 1, mit der Maßgabe, dass p und n nicht gleichzeitig 0 bedeuten, q: 1 oder 2, w: eine Zahl von 2 bis 8, r: 1, 2 oder 3, mit der Maßgabe, dass r + n + m + p = 4,
Alkyl: einen einwertigen unverzweigten oder verzweigten gesättigten
Kohlenwasserstoffrest mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen, bevorzugt 2 bis 8
Kohlenstoffatomen, Alkenyl: einen einwertigen unverzweigten oder verzweigten ungesättigten Kohlenwasserstoffrest mit 2 bis 20 Kohlenstoffatomen, bevorzugt 2 bis 8
Kohlenstoffatomen.
5. Verfahren zur Herstellung einer Fällungskieselsäure mit einer BET-Oberfläche 200 - 300 m2/g CTAB-Oberfläche > 170 m2/g
DBP-Zahl 200 - 300 g/(100 g)
Searszahl V2 23 - 35 ml/(5 g) wobei a) eine wässrige Lösung eines organischen und/oder anorganischen Salzes und/oder eines Alkali- oder Erdalkalisilikats und/oder einer organischen und/oder anorganischen Base mit einem pH > 9 vorgelegt, b) in diese Vorlage unter Rühren bei 55 - 95 °C für 10 - 120 Minuten gleichzeitig Wasserglas und ein Säuerungsmittel dosiert, e) mit Schwefelsäure auf einen pH- Wert von ca. 3.5 angesäuert und f) filtriert und getrocknet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Konzentration des organischen und oder anorganischen Salzes in der Vorlage 0.01 bis 5 mol/1 beträgt.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Schritt b) und e) die Schritte c) Stoppen der Zudosierung für 30 - 90 Minuten unter Einhaltung der Temperatur und d) gleichzeitiges Zudosieren von Wasserglas und Säuerungsmittel bei gleicher Temperatur unter Rühren für 20 - 120 Minuten durchgeführt werden.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Säuerungsmittel und/oder das Wasserglas in den Schritten b) und d) jeweils die gleiche Konzentration oder Zulaufgeschwindigkeit aufweisen.
9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Säuerungsmittel und/oder das Wasserglas in den Schrittten b) und d) jeweils eine andere Konzentration oder Zulaufgeschwindigkeit aufweisen.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei gleicher Konzentration des Säuerungsmittels und/oder das Wasserglas in den
Schritten b) und d) deren Zulaufgeschwindigkeit in Schritt d) 125 - 140 % der Zulaufgeschwindigkeit in Schritt b) beträgt.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zur Trocknung ein Stromtrockner, Sprühtrockner, Etagentrockner, Bandtrockner, Drehrohrtrockner, Flash-Trockner, Spin-Flash-Trockner oder Düsenturm eingesetzt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Trocknung eine Granulation mit einem Walzenkompaktor durchgeführt wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass während der Schritte b) und/oder d) eine Zugabe eines organischen oder anorganischen Salzes erfolgt.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass man die granulierten oder ungranulierten Fällungskieselsäuren mit Organosilanen in Mischungen von 0.5 bis 50 Teilen, bezogen auf 100 Teile Fällungskieselsäure, insbesondere 1 bis 15 Teile, bezogen auf 100 Teile Fällungskieselsäure modifiziert, wobei die Reaktion zwischen Fällungskieselsäure und Organosilan während der Mischungsherstellung (in situ) oder außerhalb durch Aufsprühen und anschließendes Tempern der Mischung oder durch Mischen des Organosilans und der Kieselsäuresuspension mit anschließender Trocknung und Temperung durchgeführt wird.
15. Elastomerenmischungen, vulkanisierbare Kautschukmischungen und/oder Vulkanisate, die die Fällungskieselsäure gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 enthalten.
16. Reifen, enthaltend Fällungskieselsäure nach einem der Ansprüche 1 bis 4.
17. Reifen für Nutzfahrzeuge, enthaltend Fällungskieselsäure nach einem der Ansprüche 1 bis 4.
18. Motorradreifen, enthaltend Fällungskieselsäure nach einem der Ansprüche 1 bis 4.
19. Reifen für Hochgeschwindigkeitsfahrzeuge enthaltend Fällungskieselsäure nach einem der Ansprüche 1 bis 4.
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1632458A1 (de) * 2002-08-03 2006-03-08 Degussa GmbH Hochdispersible Fällungskieselsäure
EP1803770A3 (de) * 2005-12-28 2012-06-06 Sumitomo Rubber Industries, Ltd. Kautschukzusammensetzung und daraus hergestellter Reifen
EP2268576B1 (de) 2008-03-10 2016-12-28 Rhodia Opérations Neues verfahren zur herstellung von fällungskieselsäure, fällungskieselsäure mit spezieller morphologie, garnulometrie und porosität und verwendung davon, insbesondere zur verstärkung von polymeren
WO2019161912A1 (de) 2018-02-23 2019-08-29 Wacker Chemie Ag Hoch dispergierbare gefällte kieselsäuren
WO2022008427A1 (de) * 2020-07-07 2022-01-13 Evonik Operations Gmbh Modifizierte kieselsäuren, verfahren zur deren herstellung und deren verwendung
WO2023072666A1 (en) * 2021-10-26 2023-05-04 Evonik Operations Gmbh Precipitated silica, process for production thereof and use thereof

Families Citing this family (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10146325A1 (de) * 2001-09-20 2003-04-10 Degussa Fällungskieselsäure mit hohem BET/CTAB-Verhältnis
WO2004014797A1 (de) * 2002-08-03 2004-02-19 Degussa Ag Fällungskieselsäure mit hoher oberfläche
EP1689811B1 (de) * 2003-11-14 2019-01-23 Wild River Consulting Group, LLC Metall-polymer-verbundwerkstoff mit verbesserten eigenschaften
US20110236699A1 (en) * 2003-11-14 2011-09-29 Tundra Composites, LLC Work piece comprising metal polymer composite with metal insert
US9105382B2 (en) 2003-11-14 2015-08-11 Tundra Composites, LLC Magnetic composite
US20100280164A1 (en) 2009-04-29 2010-11-04 Tundra Composites, LLC. Inorganic Composite
US20090127801A1 (en) * 2003-11-14 2009-05-21 Wild River Consulting Group, Llc Enhanced property metal polymer composite
EP1559744A1 (de) * 2004-01-30 2005-08-03 Rhodia Chimie Verwendung einer vorbehandelten Silica als verstärkender Füllstoff für Silicon Elastomer und derart erhaltene härtbare Zusammensetzungen
DE102004005411A1 (de) * 2004-02-03 2005-08-18 Degussa Ag Hydrophobe Fällungskieselsäure für Entschäumerformulierungen
DE102005043202A1 (de) * 2005-09-09 2007-03-15 Degussa Ag Fällungskieselsäuren mit besonderer Porengrößenverteilung
DE102005043201A1 (de) * 2005-09-09 2007-03-15 Degussa Ag Fällungskieselsäuren mit einer besonderen Porengrößenverteilung
KR101517317B1 (ko) * 2006-02-09 2015-05-04 와일드 리버 컨설팅 그룹 엘엘씨 증강된 점탄성 및 열적 특성을 갖는 금속 중합체 복합물
US8202502B2 (en) * 2006-09-15 2012-06-19 Cabot Corporation Method of preparing hydrophobic silica
US8455165B2 (en) * 2006-09-15 2013-06-04 Cabot Corporation Cyclic-treated metal oxide
US8435474B2 (en) * 2006-09-15 2013-05-07 Cabot Corporation Surface-treated metal oxide particles
US20080070146A1 (en) * 2006-09-15 2008-03-20 Cabot Corporation Hydrophobic-treated metal oxide
BRPI0906886A2 (pt) 2008-01-18 2015-07-07 Wild River Consulting Group Llc Composto polimérico de moldagem em fusão e método de produção e utilização do mesmo
US8281883B2 (en) * 2008-11-11 2012-10-09 Adalberto Prinz Method and apparatus for transporting construction equipment in an enclosed container within the hold of a vessel
US8114935B2 (en) * 2009-05-04 2012-02-14 Ppg Industries Ohio, Inc. Microporous precipitated silica
JP2011140613A (ja) * 2009-12-09 2011-07-21 Sumitomo Rubber Ind Ltd タイヤ用ゴム組成物及び空気入りタイヤ
JP5149316B2 (ja) * 2009-12-09 2013-02-20 住友ゴム工業株式会社 タイヤ用ゴム組成物及び空気入りタイヤ
US8845991B2 (en) * 2010-04-08 2014-09-30 Ecolab Usa Inc. Silica particle manufacturing process
JP5789968B2 (ja) * 2010-12-06 2015-10-07 横浜ゴム株式会社 タイヤトレッド用ゴム組成物
EP3502176A1 (de) * 2011-04-28 2019-06-26 Bridgestone Corporation Herstellungsverfahren einer kautschukzusammensetzung
CN103359747A (zh) * 2013-06-25 2013-10-23 安徽敬业纳米科技有限公司 一种纳米二氧化硅的产量化原位改性方法
EP3394161A4 (de) 2015-12-23 2019-08-14 Tata Chemicals Limited Fällungskieselsäure
US11242260B2 (en) 2015-12-23 2022-02-08 Tata Chemicals Limited Process for preparing precipitated silica

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0708137A1 (de) * 1994-10-21 1996-04-24 Uniroyal Englebert Reifen GmbH Vulkanisierbare Kautschukmischung und Reifen auf Basis derselben
WO1998027009A1 (en) * 1996-12-19 1998-06-25 Ppg Industries, Inc. Amorphous precipitated silica characterized by high dispersion in cured organic rubber compositions
EP0901986A1 (de) * 1997-09-15 1999-03-17 Degussa Aktiengesellschaft Leicht dispergierbare Fällungskieselsäure
EP0983966A1 (de) * 1998-09-03 2000-03-08 Degussa-Hüls Aktiengesellschaft Fällungskieselsäure

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4427137B4 (de) * 1993-10-07 2007-08-23 Degussa Gmbh Fällungskieselsäure
IN188702B (de) * 1995-06-01 2002-10-26 Degussa
US6266424B1 (en) * 1996-11-13 2001-07-24 Vxi Corporation Electret microphone circuit with low battery disable
DE60116264T2 (de) * 2000-03-03 2006-08-17 Grace Gmbh & Co. Kg Bor enthaltende amorphe kieselsäureteilchen
DE10112441A1 (de) * 2001-03-15 2002-09-19 Degussa Kieselsäure durch Fällung mit konstanter Alkalizahl und deren Verwendung
DE10112651A1 (de) 2001-03-16 2002-09-19 Degussa Inhomogene Kieselsäuren als Trägermaterial
DE10112650A1 (de) 2001-03-16 2002-09-19 Degussa Inhomogene Kieselsäuren in Zahnpflegemittel
DE10112652A1 (de) 2001-03-16 2002-09-19 Degussa Inhomogene Kieselsäuren für Elastomerenmischungen
DE10146325A1 (de) * 2001-09-20 2003-04-10 Degussa Fällungskieselsäure mit hohem BET/CTAB-Verhältnis
WO2003106339A1 (de) * 2002-06-14 2003-12-24 Degussa Ag Aluminium-haltige fällungskieselsäure mit einstellbarem bet/ctab-verhältnis
WO2004014797A1 (de) * 2002-08-03 2004-02-19 Degussa Ag Fällungskieselsäure mit hoher oberfläche
DE10330221A1 (de) * 2002-08-03 2004-02-12 Degussa Ag Hochdispersible Fällungskieselsäure

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0708137A1 (de) * 1994-10-21 1996-04-24 Uniroyal Englebert Reifen GmbH Vulkanisierbare Kautschukmischung und Reifen auf Basis derselben
WO1998027009A1 (en) * 1996-12-19 1998-06-25 Ppg Industries, Inc. Amorphous precipitated silica characterized by high dispersion in cured organic rubber compositions
EP0901986A1 (de) * 1997-09-15 1999-03-17 Degussa Aktiengesellschaft Leicht dispergierbare Fällungskieselsäure
EP0983966A1 (de) * 1998-09-03 2000-03-08 Degussa-Hüls Aktiengesellschaft Fällungskieselsäure

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
H.-D. LUGINSLAND, J. FRÖHLICH, A. WEHMEIER, ACS-MEETING, APRIL 24-27, 2001, PROVIDENCE/RHODE ISLAND, USA, 24 April 2001 (2001-04-24)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1632458A1 (de) * 2002-08-03 2006-03-08 Degussa GmbH Hochdispersible Fällungskieselsäure
EP1803770A3 (de) * 2005-12-28 2012-06-06 Sumitomo Rubber Industries, Ltd. Kautschukzusammensetzung und daraus hergestellter Reifen
EP2268576B1 (de) 2008-03-10 2016-12-28 Rhodia Opérations Neues verfahren zur herstellung von fällungskieselsäure, fällungskieselsäure mit spezieller morphologie, garnulometrie und porosität und verwendung davon, insbesondere zur verstärkung von polymeren
EP2268576B2 (de) † 2008-03-10 2022-09-14 Rhodia Operations Neues verfahren zur herstellung von fällungskieselsäure, fällungskieselsäure mit spezieller morphologie, garnulometrie und porosität und verwendung davon, insbesondere zur verstärkung von polymeren
WO2019161912A1 (de) 2018-02-23 2019-08-29 Wacker Chemie Ag Hoch dispergierbare gefällte kieselsäuren
WO2022008427A1 (de) * 2020-07-07 2022-01-13 Evonik Operations Gmbh Modifizierte kieselsäuren, verfahren zur deren herstellung und deren verwendung
WO2023072666A1 (en) * 2021-10-26 2023-05-04 Evonik Operations Gmbh Precipitated silica, process for production thereof and use thereof

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