Materia carbonácea con distribución del tamaño de agregados anchos y dispersabilidad mejorada.

Negro de carbón con ΔD50/Dmodo superior a 0,9 y un índice de heterogeneidad (HI) vía QTM superior a 2,3.

Materia carbonácea con distribución del tamaño de agregados anchos y dispersabilidad mejorada Antecedentes de la invención [0001] Negro de carbón es un carbón granuloso elemental creado por ingeniería que se encuentra en innumerables artículos usados a diario. Es un ingrediente esencial en, por ejemplo, neumáticos y otros productos de caucho mecánicos, mejora su resistencia, durabilidad y rendimiento total. También se usa como un pigmento en, por ejemplo, tintas de impresión, pinturas y plásticos.

Negros de carbón para aplicaciones de caucho son típicamente identificados por un número de cuatro caracteres "N" o "S", por ejemplo, NXXX o SXXX. La categoría (calidad) se determina por ASTM D1765. El primer carácter de la categoría da alguna indicación de la influencia del negro de carbón en el índice de polimerización de una formulación de caucho típica que contiene el negro. El segundo carácter da información sobre el área de superficie media del negro de carbón. Negros con el mismo segundo carácter se reagrupan en una serie que termina en "00", por ejemplo, serie N200. Los dos últimos caracteres se asignan de forma arbitraria. Número de absorción de yodo (yodo n°) (ASTM D1510, ISO 1304) ha sido la indicación primaria de área de superficie para definir calidades diferentes. Área de superficie de nitrógeno (NSA, ASTM D6556) y área de superficie de espesor estadística (STSA, ASTM D6556) se usan ahora más frecuentemente para área de superficie. Absorción de N-dibutil ftalato (DBPA) (ASTM D2414, ISO 4656/1) (ahora número de absorción de aceite, OAN, ASTM D2414) ha sido el indicador de estructura primaria en las calidades de negro de carbón distintivas diferentes.

Las características físicas (morfología) de negro de carbón, tales como tamaño de partícula y estructura, afectan a varias características de tratamiento y varias propiedades de rendimiento de productos finales, por ejemplo, neumáticos, tales como desgaste de la banda de rodadura del neumático, resistencia a la rodadura, acumulación de calor y resistencia al desgarro. Por consiguiente, negros de carbón de calidades diferentes se usan en diferentes formulaciones poliméricas dependiendo de los requisitos de servicio específicos de los neumáticos. Varias calidades de negro de carbón son también usadas en varias partes de un neumático, por ejemplo, negros de series N100, N200 y N300 son frecuentemente usados en bandas de rodadura, mientras negros de series N300, N500, N600 y N700 se encuentran frecuentemente en laterales y carcasas.

Características morfológicas de negro de carbón incluyen, por ejemplo, tamaño/finura de partícula, área de superficie, tamaño/estructura de agregado, distribución del tamaño de agregados y forma de agregado.

Tamaño de partícula es una medición de diámetro de las partículas primarias de negro de carbón. Estas partículas aproximadamente esféricas de negro de carbón tienen un diámetro medio en los intervalos de nanómetros. El tamaño de partícula se puede medir directamente vía microscopía electrónica o por medición de área de superficie indirecta. El tamaño de partícula medio es un factor importante que determina resistencia de color relativa de un negro de carbón y dispersabilidad. A igual estructura, tamaño de partícula más pequeña imparte color más fuerte y dificultad aumentada de dispersión. Finura es una medida del tamaño de partícula.

Área de superficie de negro de carbón es una función de tamaño de partícula y porosidad. El área de superficie se mide por técnicas de adsorción de fase gaseosa y líquida y depende de la cantidad de adsorbente requerido para formar un monoestrato de superficie. Área de superficie de nitrógeno (NSA, ASTM D6556) y área de superficie de espesor estadística (STSA, ASTM D6556) se miden mejor que número de adsorción de yodo (yodo nº ASTM D1510) de la área de superficie real, ya que están menos influidos por la composición química de la superficie de negro de carbón. Estas pruebas usan nitrógeno líquido y se basan en el método Brunauer, Emmett y Teller (BET) original, pero usan una medición multipunto para excluir la adsorción en los microporos. En una solicitud final, área de superficie refleja el área accesible para moléculas de caucho por peso unitario de negro de carbón. Área de superficie alta se une con un nivel alto de refuerzo, pero a costa de dispersión más difícil, tratamiento e histéresis aumentada.

Partículas de negro de carbón se unen para formar agrupaciones más grandes, agregados, que son las unidades dispersables de negro de carbón. Tamaño de agregado se controla en el reactor. Medición de estructura de agregados se puede obtener de microscopía electrónica o absorción de aceite. Calidades con agregados relativamente grandes son calidades de estructura alta, que son más voluminosos, tienen espacio más vacío y absorciones de aceite altas en áreas de superficie dadas. La estructura de negro de carbón se determina por la forma y tamaño de los agregados de negro de carbón. Negro de carbón de estructura alta aumenta la viscosidad del compuesto de caucho, módulo y conductividad. Estructura alta también reduce dilatación, capacidad de carga y mejora dispersabilidad. Negros de estructura inferior dan mayor alargamiento y carga de negro de carbón aumentada reduce el alargamiento. Si todas las otras características de un negro de carbón se mantienen constantes, distribución del tamaño de agregados estrecha aumenta dificultad de dispersión de negro de carbón y baja la resilencia.

Distribución del tamaño de agregados (ASD) es una medida de la distribución del tamaño de agregados de negro de carbón y ha sido reconocida como un factor importante en la capacidad de refuerzo de caucho. Donnet, et al., "Carbon Black Science and Technology, " 2nd ed., Marcel Dekker, Inc. New York (1993) , pp. 289-347; Jones, "ASTM

Committee D24: Keeping the Rubber Industr y in the Black, " Standardization News (Aug. 1992; updated Melsom, Januar y 1998) hftp: //www.astm.org/COMMIT/CUSTOM1/D24.htm. Negro de carbón ASD ancho muestra una tendencia para reducir la resistencia a la rodadura de banda de rodadura. You, et al., "A New Characterization method of Tread Carbon Black by Statistical Regression Treatment, " DC Chemical Co. Ltd, (Korea) http://www.dcchem.co.kr/english/product/ p petr/image/carbon%20black att2.pdf. Una distribución del tamaño de agregados ancha proporcionará una incorporación de negro de carbón más rápida y dispersabilidad de negro de carbón mejorada en una matriz polimérica (por ejemplo, caucho) .

Química de superficie es una medida de especies quimisorbidas en la superficie de negro de carbón. Estos grupos funcionales orgánicos pueden mejorar rendimiento de negros en determinadas aplicaciones.

Características de tratamiento del negro y las características físicas del producto final, tales como caucho polimerizado, son frecuentemente medidos (además de la características del negro de carbón propias) para comparar los efectos relativos de varios negros de carbón para una formulación de prueba polimérica dada. Características de tratamiento incluyen, por ejemplo, energía de mezcla y tiempo de incorporación de negro. Características de producto final incluyen, por ejemplo, índice de dispersión, desgarro, resistencia a la tracción, viscosidad de Mooney, módulo, abrasión DIM, fatiga y rebote.

Tiempo de incorporación de negro (BIT) es el tiempo requerido para incorporar negro de carbón en una formulación polimérica particular. Cuando el negro de carbón se mezcla con caucho, el primer paso es penetración del caucho en el espacio vacío, reemplazar el aire retenido y eliminación del negro suelto. Este paso se llama incorporación del negro de carbón. El tiempo requerido para llenar todos los vacíos con caucho es referido como tiempo de incorporación de negro. Un tiempo de incorporación de negro corto puede reducir tiempo de mezcla real y aumentar de rendimiento de equipamiento de mezcla.

Índice de dispersión (DI) es una medición de la dispersión del negro de carbón en un caucho polimérico de formulación/polimerizado. Después de incorporación de negro de carbón, los agregados son separados entre sí y dispersados en todo el caucho. El estado de dispersión del negro de carbón es normalmente medido por índice de dispersión de negro de carbón. Un nivel pobre de dispersión de negro de carbón puede causar fallo prematuro de un producto de caucho final y propiedades definitivas menos favorables, tales como resistencia a la fatiga, resistencia al desgarre... [Seguir leyendo]

1. Negro de carbón con LD50/Dmodo superior a 0, 9 y un índice de heterogeneidad (HI) vía QTM superior a 2, 3.

5 2. Negro de carbón según la reivindicación 1, donde la finura está en el intervalo de 100 a 120m2/g de área de superficie de nitrógeno (NSA) .

3. Negro de carbón según la reivindicación 1, donde el LD50 vía DCP es superior a 0, 07 Im.

10 4. Composición elastomérica incorporando el negro de carbón según la reivindicación 1.

5. Composición elastomérica según la reivindicación 4, donde la composición elastomérica es polimerizada después de la incorporación de la materia carbonácea.

15 6. Negro de carbón con un área de superficie de nitrógeno (NSA) de 100 a 120m2/g, un HI vía QTM superior a 2, 3 y un número de absorción de aceite (OAN) inferior a 135.

7. Composición polimérica comprendiendo un polímero y un negro de carbón con LD50/Dmodo superior a 0, 9 y un HI

vía QTM superior a 2, 3. 20

8. Composición polimérica según la reivindicación 7, donde el polímero comprende caucho.