NEGRO DE CARBONO, MÉTODO PARA PRODUCIR EL MISMO Y UTILIZACIÓN DEL MISMO.

Negro de carbono con una superficie CTAB de 10 a 35 m 2 /g y una absorción DBP de 40 a 180 ml/100 g,

caracterizado porque el valor ΔD50 de la distribución de tamaños de los agregados es mayor que 340 nm y el valor M de la distribución de tamaños de los agregados es mayor que 2

La invención se refiere a un negro de carbono, un proceso para su producción, y su utilización.

Los procesos industrialmente más importantes de producción de negro de carbono están basados en la pirólisis oxidante de materias primas de negro de carbono que contienen carbono. Para ello, las materias primas de 5 negro de carbono se queman incompletamente a temperaturas elevadas en presencia de oxígeno. A esta clase de procesos de producción de negro de carbono pertenecen por ejemplo el proceso del negro de horno, el proceso del negro de gas y el proceso de negro de llama. Como materias primas que contienen carbono se emplean predominantemente aceites de negro de carbono aromáticos polinucleares. La corriente de producto de la pirólisis oxidante está constituida por un gas residual que contiene hidrógeno y monóxido de carbono y negro de carbono 10 suspendido finamente en el mismo, que se separa del gas residual en una instalación de filtros. El negro de carbono así obtenido se elabora luego para mejor manipulación en su mayor parte en procesos de granulación húmedos o secos como negro perlado. La humedad del negro de carbono resultante del proceso de producción se reduce luego por un secado final a valores inferiores a 1% en peso.

Los negros de carbono producidos industrialmente se emplean en una proporción superior al 90% como 15 carga y como reforzante en la producción de mezclas de caucho. Un campo de aplicación importante son perfiles de juntas altamente cargados en la construcción de automóviles. Mezclas de caucho típicas de este tipo contienen 20 a 40% en peso de caucho sintético, preferiblemente EPDM, 20 a 50% en peso de negro de carbono, aceite mineral y otros adyuvantes, así como azufre o peróxidos como agentes de vulcanización.

Los negros de carbono influyen con sus propiedades específicas en la viscosidad de la mezcla, la velocidad 20 de inyección y el hinchamiento por inyección, la dispersión de las cargas, la dureza, la deformación permanente por compresión y muchas otras propiedades de tales perfiles de juntas. Para las mezclas de perfiles de este tipo se requiere un hinchamiento por inyección reducido, una alta velocidad de inyección, y una buena dispersabilidad para valores de dureza predeterminados. Esto hace posible una producción de perfiles particularmente económica.

Una magnitud que influye de modo importante es la superficie específica, particularmente la superficie 25 CTAB, que es una medida de la proporción de superficie del negro de carbono activa en el caucho. Con la superficie CTAB decreciente, aumentan la velocidad de inyección y la dispersabilidad.

Otros parámetros importantes del negro de carbono son la absorción de DBP como índice de medida de la textura de partida y la absorción 24M4-DBP como medida de la textura residual remanente del negro de carbono después del sometimiento a esfuerzos mecánicos. Los índices DBP altos conducen a una dispersabilidad 30 satisfactoria y a un hinchamiento por inyección relativamente bajo.

Para las mezclas de perfiles son apropiados negros de carbono que exhiben superficies CTAB entre 10 y 50 m2/g y valores de absorción de DBP entre 80 y 180 ml/100 g.

Por EP 0609433 se conocen negros de carbono de horno con número de yodo reducido y valores DBP altos. 35

Un inconveniente de los negros de carbono, a pesar de sus superficies específicas reducidas y su textura elevada, es la deficiente dispersabilidad en el caso de formulaciones cada vez más críticas, que están basadas en tipos de EPDM parcialmente cristalinos, y tiempos de mezcla cada vez más cortos condicionados por la economía.

La finalidad de la presente invención es poner a disposición un negro de carbono, que es dispersable en mezclas de perfiles de caucho con grados de carga altos más rápidamente y mejor que los negros de carbono 40 convencionales, y determina simultáneamente una extrusión rápida y un hinchamiento por inyección reducido.

Objeto de la invención es un negro de carbono con una superficie CTAB de 10 a 35 m2/g, preferiblemente 10 a 30 m2/g, y una absorción DBP de 40 a 180 ml/100 g, preferiblemente 70 a 160 ml/100 g, que se caracteriza porque el valor ∆D50 de la distribución de tamaños de los agregados es mayor que 340 nm, preferiblemente mayor que 400 nm, y de modo particularmente preferiblemente mayor que 300 nm. Todos los valores de la distribución de 45 tamaños de los agregados se refieren a la distribución ponderal.

El valor M (cociente de Dw y Dmoda) de la distribución de tamaños de los agregados puede ser mayor que 2, preferiblemente mayor que 2,15, y de modo particularmente preferible mayor que 2,3. La desviación estándar de la distribución de tamaños de los agregados puede ser mayor que 300 nm. La relación D75%/25% de la distribución de tamaños de los agregados puede ser mayor que 2,4. La relación ∆DBP/DBP puede ser mayor que 0,24, 50 preferiblemente mayor que 0,35, y de modo particularmente preferible mayor que 0,45. La relación

∆DBP · 100

DBP2

puede ser mayor que 0,29 (ml/100 g)-1, preferiblemente mayor que 0,30 (ml/100 g)-1. Los negros de carbono pueden ser negros de horno.

Un objeto adicional de la invención es un proceso para la producción del negro de carbono correspondiente a la invención en un reactor de negro de horno, que a lo largo del eje del reactor contiene una zona de combustión, una zona de reacción y una zona de interrupción, por obtención de una corriente de gas residual caliente en la zona 5 de combustión por combustión completa de un combustible en un gas que contiene oxígeno y conducción del gas residual desde la zona de combustión pasando por la zona de reacción a la zona de interrupción, incorporación por mezcla de una materia prima de negro de carbono en el gas residual caliente en la zona de reacción y parada de la formación del negro de carbono en la zona de interrupción por rociado con agua, que se caracteriza porque una materia prima de negro de carbono líquida y una gaseosa se inyectan en el punto estrecho. Las materias primas de 10 negro de carbono pueden inyectarse por medio de lanzas radiales. Pueden utilizarse 2-64, preferiblemente 8-32, y de modo particularmente preferible 12-16 lanzas radiales. La relación de lanzas radiales de aceite a gas puede estar comprendida entre 4:1 y 1:4, preferiblemente 1:1. Las lanzas de aceite y gas pueden estar dispuestas de modo alternante. La profundidad de penetración de las lanzas radiales de aceite y gas puede ser diferente en este contexto. 15

La materia prima de negro de carbono líquida puede atomizarse por presión, vapor, aire comprimido, o atomizarse en la materia prima de negro de carbono gaseosa.

Con preferencia, tanto la materia prima gaseosa como la materia prima líquida pueden introducirse simultáneamente en el punto estrecho.

Por ello se encuentran en el negro de carbono componentes que se forman a partir del gas y otros 20 formados a partir del líquido.

Sorprendentemente, el empleo de cantidades relativamente pequeñas de gas como materia prima en el punto estrecho provoca una disminución clara de la superficie específica de negro de carbono. Superficies específicas menores que 20 m2/g son por consiguiente en el caso de cantidades de aceite moderadas relativamente fáciles de producir y exentas de materias extrañas de acuerdo con la invención. Adicionalmente, el gas natural 25 puede, debido a otra cinética de pirólisis comparado con el aceite de negro de carbono, provocar una distribución de tamaños de los agregados particularmente amplia.

Como índice para la identificación del exceso de aire se utiliza a menudo el denominado factor K. En el caso del factor K se trata de la relación de la cantidad de aire necesaria para una combustión estequiométrica del combustible a la cantidad de aire añadida de hecho en la combustión. Un factor K de 1 significa por tanto una 30 combustión estequiométrica. En el caso de exceso de aire el factor K es menor que 1. En este contexto, como en el caso de los negros de carbono conocidos, pueden aplicarse factores K comprendidos entre 0,2 y 0,9. Preferiblemente, puede trabajarse con factores K entre 0,2 y 0,5.

Como materia prima líquida de negro de carbono se pueden emplear hidrocarburos líquidos alifáticos o aromáticos, saturados o insaturados, o mezclas de los mismos, destilados del alquitrán de hulla o aceites residuales, 35 que se forman en el craqueo catalítico de fracciones de petróleo... [Seguir leyendo]

1. Negro de carbono con una superficie CTAB de 10 a 35 m2/g y una absorción DBP de 40 a 180 ml/100 g, caracterizado porque el valor ∆D50 de la distribución de tamaños de los agregados es mayor que 340 nm y el valor M de la distribución de tamaños de los agregados es mayor que 2.

2. Negro de carbono según la reivindicación 1, caracterizado porque la desviación estándar de la distribución de tamaños de los agregados es mayor que 300 nm. 5

3. Negro de carbono según la reivindicación 1, caracterizado porque la relación D75%/25% de la distribución de tamaños de los agregados es mayor que 2,4.

4. Negro de carbono según la reivindicación 1,

caracterizado porque,

la relación ∆DBP/DBP es mayor que 0,35. 10

5. Negro de carbono según la reivindicación 1,

caracterizado porque

la relación ∆DBP·100

DBP2

es mayor que 0,29 (ml/100 g)-1. 15

6. Proceso para la producción de negro de carbono según la reivindicación 1 en un reactor de negro de horno, que a lo largo del eje del reactor contiene una zona de combustión, una zona de reacción y una zona de interrupción, por obtención de una corriente de gas residual caliente en la zona de combustión por combustión completa de un combustible en un gas que contiene oxígeno y conducción del gas residual desde la zona de combustión pasando por la zona de reacción a la zona de interrupción, incorporación por mezcla de una materia 20 prima de negro de carbono en el gas residual caliente en la zona de reacción y parada de la formación del negro de carbono en la zona de interrupción por rociado con agua, que se caracteriza porque una materia prima de negro de carbono líquida y una gaseosa se inyectan en el punto estrecho por medio de lanzas radiales, y las profundidades de penetración de las lanzas radiales de aceite y gas son diferentes.

7. Utilización del negro de carbono según la reivindicación 1 como negro de carbono reforzante en mezclas de 25 caucho.

8. Utilización del negro de carbono según la reivindicación 1 como negro de carbono reforzante en perfiles de extrusión.

9. Mezclas de caucho, caracterizadas porque contienen caucho, el negro de carbono según la reivindicación 1, opcionalmente sílice precipitada, organosilano y/u otros agentes adyuvantes de caucho. 30