專利名稱：炭黑的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及新的炭黑，它們適用于各種應(yīng)用，特別適用于塑料和橡膠組合物。
炭黑可用作顏料、填料、增強(qiáng)劑以及用于其它各種應(yīng)用。它們被廣泛地用于制備橡膠組合物及塑料組合物，在這些應(yīng)用中有必要達(dá)到混合物加工特性和制件物理性能的最佳結(jié)合。
一般來(lái)說(shuō)，炭黑的特征在于它們的基本性質(zhì)，這包括(但并不限于)它們的表面積、表面化學(xué)性能、聚集體粒度及顆粒度。炭黑的這些性質(zhì)可由本領(lǐng)域已知的試驗(yàn)分析測(cè)定，這包括碘吸收值(I2No.)、鄰苯二甲酸二丁酯吸收值(DBP)、著色度(TINT)、Dst、Dmode及M-Ratio，其定義為中值Stokes直徑除以mode Stokes直徑(M-Ratio＝Dst/Dmode)。
從現(xiàn)有技術(shù)已知一些參考文獻(xiàn)，它們包括美國(guó)專利4，366，139;4，221，772;3，799，788;3，787，562;蘇聯(lián)專利1279991;加拿大專利455，504;日本專利61-047，759;英國(guó)專利1，022，988;日本專利61-283，635。上述參考文獻(xiàn)中沒有一篇披露了本發(fā)明的炭黑，而且，也沒有一篇敘述了本發(fā)明炭黑的預(yù)期應(yīng)用。
我們已發(fā)現(xiàn)了用于橡膠和塑料組合物的九類新的炭黑的優(yōu)點(diǎn)，在這些應(yīng)用中混合物加工和物理性能如混合能、粘度、硫化速率、擠出收縮、張力、疲勞壽命、壓縮變形、硬度、電阻率和外觀都是重要的。已發(fā)現(xiàn)這些炭黑可提供極好的結(jié)合性能，因此它們特別適用于擠壓、模制件、軟管和膠帶。
第一類炭黑具有碘吸收值(I2No.)為17-23mg/g(每克炭黑的I2毫克數(shù))以及DBP(鄰苯二甲酸二丁酯值)為115-150cc/100g(每100克炭黑的鄰苯二甲酸二丁酯立方厘米數(shù))，優(yōu)選的這類炭黑以具有約20mg/g的I2No.表征。
第二類炭黑具有I2No.為10-19mg/g且DBP為70-95cc/100g。
第三類炭黑具有I2No.為12-20mg/g且DBP為34-65cc/100g。優(yōu)選的這類炭黑以具有I2No.為14-18mg/g和DBP為36-55cc/100g表征，更優(yōu)選的是DBP為36-42cc/100g或45-55cc/100g。
第四類炭黑具有I2No.為28-43mg/g，且DBP為28-47cc/100g。優(yōu)選的這類炭黑以具有I2No.為30-42mg/g表征。
第五類炭黑具有I2No.為8-32mg/g，DBP為28-150cc/100g且M-Ratio為1.25-2.00。
第六類炭黑具有I2No.為33-70mg/g，DBP為28-60 cc/100g且M-Ratio為1.25-2.00。
第七類炭黑具有I2No.為42-50mg/g，DBP為61-105cc/100g且M-Ratio為1.25-2.00。
第八類炭黑具有I2No.為51-62mg/g，DBP為61-125cc/100g且M-Ratio為1.25-2.00。
第九類炭黑具有I2No.為63-70mg/g，DBP為61-105cc/100g且M-Ratio為1.25-2.00。
我們還發(fā)現(xiàn)了含有該炭黑的一類新的橡膠和塑料組合物。
本發(fā)明的炭黑可在帶有燃燒區(qū)、過(guò)渡區(qū)和反應(yīng)區(qū)的爐法炭黑反應(yīng)器中生產(chǎn)。生產(chǎn)炭黑的原料被噴入熱的燃燒氣流中。生成的熱燃燒氣和原料的混合物通入反應(yīng)區(qū)。本發(fā)明的炭黑形成以后用急冷混合物來(lái)停止生產(chǎn)炭黑的原料的熱解。優(yōu)選的是用注入急冷流體來(lái)停止熱解。制備本發(fā)明炭黑的方法將在下文中更詳細(xì)地加以敘述。
本發(fā)明炭黑起作用的橡膠和塑料包括天然和合成橡膠及塑料。一般來(lái)說(shuō)，每100重量份的橡膠或塑料可使用的炭黑產(chǎn)品量為約10-約300重量份。
屬于本發(fā)明適用的橡膠或塑料之列的是天然橡膠、合成橡膠和它們的衍生物，例如氯化橡膠，約10-約70重量份的苯乙烯和約90-約30重量份的丁二烯的共聚物，如19份苯乙烯和81份丁二烯的共聚物，30份苯乙烯和70份丁二烯的共聚物，43份苯乙烯和57份丁二烯的共聚物和50份苯乙烯和50份丁二烯的共聚物;共軛二烯的聚合物或共聚物，如聚丁二烯、聚異戊二烯、氯丁橡膠等，以及這些共軛二烯與可與之聚合的含乙烯基單體的共聚物，這些單體如苯乙烯、甲基苯乙烯、氯苯乙烯、丙烯腈、2-乙烯基吡啶、5-甲基-2-乙烯基吡啶、5-乙基-2-乙烯基吡啶、2-甲基-5-乙烯基吡啶、烷基取代的丙烯酸酯、乙烯基甲酮、甲基異丙烯基酮、甲基乙烯基醚、α-亞甲基羧酸及其酯和酰胺如丙烯酸和二烷基丙烯酸酰胺;這里也適用的是乙烯和其它高級(jí)α-烯烴如丙烯、丁烯-1和戊烯-1的共聚物，特別優(yōu)選的是乙烯-丙烯共聚物，其中乙烯含量為20-90%(重量)，且該乙烯-丙烯共聚物還含有第三單體如二環(huán)戊二烯、1，4-己二烯和亞甲基降冰片烯。另外優(yōu)選的聚合組合物是烯烴如聚丙烯和聚乙烯。
本發(fā)明炭黑的第一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是該炭黑適于加入天然橡膠、合成橡膠、塑料或它們的摻混物以用于工業(yè)應(yīng)用，特別是在混合物加工和部件性能特征都是重要時(shí)的應(yīng)用。
本發(fā)明炭黑的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是本發(fā)明的某些炭黑將在應(yīng)用中代替炭黑混合物，在這些應(yīng)用中目前需要使用炭黑混合物來(lái)達(dá)到要求的性能特征。
本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)通過(guò)以下更詳細(xì)的說(shuō)明將會(huì)更加明顯。
附圖簡(jiǎn)介

圖1是用于生產(chǎn)本發(fā)明炭黑的一種類型的爐法炭黑反應(yīng)器的部分剖面圖。
圖2是炭黑樣品聚集體的重量百分?jǐn)?shù)對(duì)給定樣品的Stokes Diameter關(guān)系曲線的樣品直方圖。
本發(fā)明九類炭黑中每一類的分析性質(zhì)都列在表1中
表1.
本發(fā)明炭黑可在標(biāo)準(zhǔn)型(也稱作“分級(jí)”)爐法炭黑反應(yīng)器中生產(chǎn)?？捎糜谏a(chǎn)本發(fā)明炭黑的典型的標(biāo)準(zhǔn)型爐法炭黑反應(yīng)器的一部分示于圖1中。典型的標(biāo)準(zhǔn)型爐法炭黑反應(yīng)器的其它細(xì)節(jié)可以從例如美國(guó)專利3，922，335中看到，該文在此引作參考。在1992年1月10日提出的序號(hào)為07/818，943的共同轉(zhuǎn)讓的美國(guó)專利申請(qǐng)中敘述了特別適用于生產(chǎn)本發(fā)明炭黑的炭黑反應(yīng)器，該文在此引作參考。此處實(shí)施例敘述的炭黑是用該07/818，943號(hào)美國(guó)申請(qǐng)中敘述的方法制備的。
該07/818，943號(hào)美國(guó)申請(qǐng)敘述了一種生產(chǎn)炭黑的方法，其中輔助烴被加入到多段反應(yīng)器的反應(yīng)區(qū)，且調(diào)節(jié)反應(yīng)的初級(jí)燃燒和完全燃燒使得方法的SSI小于零。方法的SSI可由以下關(guān)系式確定SSI= (SASm f-SASa h)/(｜SASm f｜) (1)式中SASmf= (△(DBP)m f)/(△(Iodine Number)mf) ；SASah= (△(DBPa h))/(△(Iodine Number)ah) ；(2)｜SASmf｜＝SASmf的絕對(duì)值;
△(DBP)mf＝當(dāng)所有其它工藝操作條件保持恒定時(shí)，由于原料流動(dòng)速率的改變引起的炭黑的DBPA的改變;
△(Iodine Number)mf＝當(dāng)所有其它工藝操作條件保持恒定時(shí)，由于原料流動(dòng)速率的改變引起的炭黑的碘吸收值的改變;
△(DBP)ah＝當(dāng)所有其它工藝操作條件保持恒定時(shí)，由于輔助烴流動(dòng)速率的改變引起的炭黑的DBPA的改變;
△(Iodine Number)ah＝當(dāng)所有其它工藝操作條件保持恒定時(shí)，由于輔助烴流動(dòng)速率的改變引起的炭黑的碘吸收值的改變。
“輔助烴”包括氫或任何具有氫對(duì)碳的摩爾比大于原料的氫對(duì)碳的摩爾比的烴。
參考圖1，本發(fā)明炭黑可在爐法炭黑反應(yīng)器2中生產(chǎn)，該反應(yīng)器具有燃燒區(qū)10，它具有直徑減小區(qū)11、過(guò)渡區(qū)12、通道部分18和反應(yīng)器19。燃燒區(qū)10的直徑，直到直徑減小區(qū)開始的那一點(diǎn)，表示為D-1;區(qū)域12的直徑示為D-2，臺(tái)階式通道部分18的直徑示為D-4、D-5、D-6和D-7;區(qū)19的直徑示為D-3。燃燒區(qū)10的長(zhǎng)度，直到直徑減小區(qū)11開始的那點(diǎn)，示為L(zhǎng)-1;直徑減小區(qū)的長(zhǎng)度示為L(zhǎng)-2;過(guò)渡區(qū)的長(zhǎng)度示為L(zhǎng)-3;反應(yīng)器通道部分18的臺(tái)階的長(zhǎng)度示為L(zhǎng)-4、L-5、L-6和L-7。
為了生產(chǎn)炭黑，在燃燒區(qū)10中，通過(guò)使液體或氣體燃料與合適的氧化劑物流如空氣、氧、空氣和氧的混合物等接觸產(chǎn)生燃燒氣。在這些燃料中，適用于在燃燒區(qū)10中與氧化劑物流接觸產(chǎn)生熱燃燒氣的燃料是任何容易燃燒的氣體、蒸汽或液體物流，如天然氣、氫、一氧化碳、甲烷、乙炔、醇或煤油。但是，一般來(lái)說(shuō)優(yōu)選的是用碳組分含量高的燃料，特別是含烴的燃料。用于生產(chǎn)本發(fā)明炭黑的空氣與天然氣的比例可從約10∶1到約100∶1。為了促進(jìn)產(chǎn)生熱燃燒氣，可以把氧化劑物流預(yù)熱。
熱燃燒氣流從區(qū)10和11向下流到區(qū)12、18和19。圖中熱燃燒氣的流向以箭頭表示。產(chǎn)生炭黑的原料30在點(diǎn)32處(位于區(qū)12)和/或在點(diǎn)70(位于區(qū)11)導(dǎo)入。這里適用于生產(chǎn)炭黑的烴原料，在反應(yīng)條件下很容易揮發(fā)，它們是不飽和烴如乙炔;烯烴如乙烯、丙烯、丁烯;芳烴如苯、甲苯和二甲苯、某些飽和的烴;以及其它烴如煤油、萘、萜烯、乙烯焦油、芳烴循環(huán)油等。
從直徑減小區(qū)11的末端點(diǎn)到點(diǎn)32的距離表示為F-1。通常，生產(chǎn)炭黑的原料30以多個(gè)物流的形式噴入，它貫穿到熱燃燒氣流的內(nèi)部區(qū)域，保證用熱燃燒氣使生產(chǎn)炭黑的原料高速度的混合和剪切，以便使原料迅速和完全的分解并轉(zhuǎn)化成炭黑。
輔助烴在點(diǎn)70通過(guò)探測(cè)管72或通過(guò)形成生產(chǎn)炭黑過(guò)程的區(qū)12的輪廓的壁上的輔助烴通道75或通過(guò)形成生產(chǎn)炭黑過(guò)程的區(qū)18和/或19的輪廓的壁上的輔助烴通道76引入。輔助烴可以從緊靠第一級(jí)燃料初始燃燒反應(yīng)后的那一點(diǎn)和緊靠形成炭黑終點(diǎn)前的那一點(diǎn)之間的任何位置上引入，只要未反應(yīng)的輔助烴最終進(jìn)入反應(yīng)器即可。
從點(diǎn)32到點(diǎn)70的距離表示為H-1。
這里敘述的實(shí)施例中，將輔助烴通過(guò)與生產(chǎn)炭黑的原料物料同一軸平面中的三個(gè)噴管或者四個(gè)噴管引入。這些噴管以交替的方式排列，一個(gè)為原料，下一個(gè)為輔助烴，間距均勻地繞區(qū)12的外緣周圍放置。但是，要注意的是，這些僅僅是舉例性的，并不想限制用于引入輔助烴的方法。
生產(chǎn)炭黑的原料和熱燃燒氣流的混合物向下經(jīng)區(qū)12流到區(qū)18，然后流到區(qū)19。當(dāng)炭黑生成時(shí)用急冷60(位于點(diǎn)62，噴入急冷流體50，可以是水)來(lái)終止化學(xué)反應(yīng)。對(duì)于選擇終止熱解的急冷的位置，可以按本領(lǐng)域已知的任何方法確定點(diǎn)62。確定終止熱解的急冷的位置的一種方法是通過(guò)測(cè)定炭黑達(dá)到可接受的甲苯萃取物水平之點(diǎn)來(lái)確定的。甲苯萃取物水平可以用ASTM Test D1618-83“炭黑可萃取物-甲苯脫色”來(lái)測(cè)定。Q是從區(qū)18的開始處到急冷點(diǎn)62的距離，且將根據(jù)急冷60的位置變化。
當(dāng)熱燃燒氣和生產(chǎn)炭黑的原料的混合物被急冷后，冷卻的氣體向下流入任何普通的冷卻和分離裝置，由此回收炭黑。從氣流中分離炭黑用常規(guī)的設(shè)備如沉降器、旋風(fēng)分離器或袋濾器可很容易地完成。這樣的分離之后，接著可以用例如濕法造粒機(jī)造粒。
本發(fā)明的炭黑的分析和物理性能用以下試驗(yàn)方法進(jìn)行評(píng)定。炭黑的碘吸收值按照ASTM試驗(yàn)方法D 1510測(cè)定。炭黑的著色強(qiáng)度(Tint)按照ASTM試驗(yàn)方法D 3265-85a測(cè)定。炭黑的DBP(鄰苯二甲酸二丁酯吸附值)按前述的ASTM D 3493-86法測(cè)定。炭黑的十六烷基-三甲基溴化銨吸附值(CTAB)按ASTM試驗(yàn)方法D 3765-85測(cè)定。
炭黑的Dmode和Dst由示于圖2的炭黑的重量百分?jǐn)?shù)對(duì)炭黑聚集體的Stokes直徑關(guān)系曲線的直方圖測(cè)定。用于作直方圖的數(shù)據(jù)是用例如由Joyce Loebl Co.Ltd of Tyne and Wear，United Kingdom所制造的一種盤式離心機(jī)測(cè)定的。下面的方法是Joyce Loebl盤式離心機(jī)(檔案號(hào)DCF 4，008，1985年2月1日出版)的說(shuō)明書所述方法的一種改良，該說(shuō)明書的介紹在此引作參考，并用于測(cè)定數(shù)據(jù)。
現(xiàn)將方法敘述如下，在取樣器中稱取10mg炭黑樣品，然后加入到50cc的10%無(wú)水乙醇和90%含0.05%NONIDET P-40表面活性劑的蒸餾水溶液中，NONIDET P-40是Shell Chemical Co.生產(chǎn)和銷售的一種表面活性劑的注冊(cè)商標(biāo)。將所得的懸浮液用超聲能分散15分鐘，使用的設(shè)備Sonifier Modd No.W385是由Heat System Ultrasonics Inc，F(xiàn)armingdale，New York制造和銷售的。
在進(jìn)行盤式離心操作前，將下面的數(shù)據(jù)輸入記錄來(lái)自盤式離心機(jī)數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)1、炭黑比重，取1.86g/cc;
2、分散于水和乙醇溶液中的炭黑懸浮液的體積，本例為0.5cc;
3、旋轉(zhuǎn)流體的體積，本例為10cc水;
4、旋轉(zhuǎn)流體的粘度，本例取0.933厘泊(23℃);
5、旋轉(zhuǎn)流體的密度，本例是0.9975g/cc(23℃);
6、圓盤速度，本例為8000rpm;
7、數(shù)據(jù)取樣間隔，本例為1秒鐘。
使盤式離心機(jī)在8000rpm下運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)操作閃光測(cè)速儀。將10cc蒸餾水注入旋轉(zhuǎn)圓滑盤作為旋轉(zhuǎn)流體。將濁度設(shè)定于0，注入1cc 10%無(wú)水乙醇和90%蒸餾水的溶液作為緩沖液。操作盤式離心機(jī)的聯(lián)動(dòng)式選擇按鈕(Cut and boost buttons)以使旋轉(zhuǎn)流體和緩沖液體之間產(chǎn)生一平滑的濃度梯度，并用肉眼進(jìn)行監(jiān)測(cè)。當(dāng)梯度變得很平滑以致在兩液體間區(qū)別不出界限時(shí)，將分散于乙醇水溶液中的炭黑0.5cc注入旋轉(zhuǎn)的圓盤，立即開始收集數(shù)據(jù)。如果有流失現(xiàn)象出現(xiàn)，此實(shí)驗(yàn)即失敗了。注入分散于乙醇水溶液中的炭黑后，將圓盤旋轉(zhuǎn)20分鐘，然后停止旋轉(zhuǎn)。測(cè)定旋轉(zhuǎn)流體的溫度，并將實(shí)驗(yàn)開始渢的平均溫度與結(jié)束時(shí)測(cè)得旋轉(zhuǎn)流體的溫度輸入計(jì)算機(jī)，該計(jì)算機(jī)記錄來(lái)自盤式離心機(jī)的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)按標(biāo)準(zhǔn)Stokes方程進(jìn)行分析并以下述定義來(lái)表示炭黑聚集體-一種不連續(xù)的剛性膠態(tài)實(shí)體，為最小分散單位，由廣泛聚集的粒子組成;
Stokes直徑-按Stokes方程在離心或重力場(chǎng)中沉降于粘性介質(zhì)中的球體直徑。非球形物體，如炭黑聚集體，如果被認(rèn)為有如相同密度和沉降率的平滑剛性球體的行為，也可用Stokes直徑表示。其慣用單位為毫微米直徑。
模式(Dmode為記錄形式)-Stokes直徑分布曲線最高點(diǎn)(圖2中之A點(diǎn))的Stokes直徑。
中值Stokes直徑(Dst為記錄形式)-在Stokes分布曲線上的一點(diǎn)，該點(diǎn)有50%(重量)的樣品或者是較大的或者是較小的，因而代表測(cè)定的中值。
EPDM組合物的模數(shù)、張力和延伸用ASTM D 412-87規(guī)定的方法測(cè)定。
EPDM組合物的Shore A Hardness按ASTM D 2240-86規(guī)定的方法測(cè)定。
EPDM組合物的回彈數(shù)據(jù)按ASTM D 1054規(guī)定的方法，使用ZWICK Reboud Resilience Tester，Model 5109(由Zwick of America，Inc.，Post Office Box 997，East Windsor，Connecticut 06088制造)，進(jìn)行測(cè)定。儀器附帶有測(cè)定回彈值的說(shuō)明。
EPDM組合物的壓縮變形按ASTM D 395規(guī)定的方法測(cè)定，其中組合物在150°F測(cè)定70小時(shí)。
EPDM組合物的壓出收縮按ASTM D 3674規(guī)定的方法測(cè)定，壓出收縮用BRABENDER壓出機(jī)在100℃和50rpm用5mm直徑的模頭測(cè)定。
EPDM組合物的粘度按ASTM D-1646用Monsanto MPT毛細(xì)流變儀保持在100℃測(cè)定，所用的模頭具有L/D′比＝16且D＝0.0787mm。剪切速率從10-150l/sec.。
混合能是加到組合物中的總能量，它由混合扭矩曲線對(duì)混合周期積分，在下文將描述。
EPDM組合物的硫化特性用Monsanto MDR硫化儀保持在160℃測(cè)定。對(duì)于實(shí)施例EPDM組合物給出達(dá)到90%硫化反應(yīng)的時(shí)間(t′90)、硫化反應(yīng)期間總扭矩的變化(△L)和硫化速率指數(shù)CRI;(CRI＝1/(t′90-ts1)×100)式中ts1＝扭矩水平為1個(gè)單位的上述最小扭矩的時(shí)間(ts1也稱作焦燒時(shí)間)。按Monsanto MDR硫化儀提供的說(shuō)明書進(jìn)行試驗(yàn)。
組合物電阻率用2英寸寬×6英寸長(zhǎng)×0.085英寸厚的平板測(cè)定。在該平板的兩端涂有半英寸寬的銀涂料。為了得到穩(wěn)定的讀數(shù)，用從室溫升至100℃，再回到室溫的循環(huán)來(lái)調(diào)節(jié)樣品，然后在90℃老化24小時(shí)。在老化周期結(jié)束時(shí)測(cè)定穩(wěn)定的電阻率，當(dāng)樣品再冷卻到室溫時(shí)重復(fù)一次試驗(yàn)。
本發(fā)明的效果和優(yōu)點(diǎn)用下列實(shí)施例進(jìn)一步加以說(shuō)明。
實(shí)施例1-8本發(fā)明的新型炭黑的實(shí)施例基本上在所述的反應(yīng)器中制備，如圖1所示。所用反應(yīng)器的條件和規(guī)格列在表3中。燃燒反應(yīng)中所用的燃料是天然氣。所用的輔助烴也是天然氣。所用液體原料的比例表示在下表2中
表 2
反應(yīng)器條件和規(guī)格列在下表3中。
表 3 反應(yīng)器規(guī)格和操作條件
(＊)－原料和輔助烴噴管在同一軸平面上沿反應(yīng)器周緣以交替順序排列。
HC＝烴然后按照下述的方法分析實(shí)施例1-8生產(chǎn)的炭黑。炭黑的分析性能列在表4中。
表 4 炭黑分析性能
將這些炭黑和四種對(duì)照炭黑用在下列實(shí)施例中。所用的四種對(duì)照炭黑的分析性能列在表5中表 5 對(duì)照炭黑分析性能
GRF＝通用爐黑FEF＝快壓出爐黑Thermal＝熱裂法生產(chǎn)的炭黑SRF＝半補(bǔ)強(qiáng)爐黑實(shí)施例9將實(shí)施例1-8生產(chǎn)的本發(fā)明炭黑加入EPDM(乙烯-丙烯二烯聚亞甲基)組合物并與摻合四種對(duì)照炭黑的EPDM組合物進(jìn)行比較。在EPDM組合物配方中用200重量份的每種炭黑樣品來(lái)制備EPDM組合物。該組合物配方示于下表6中。
表 6 EPDM組合物配方
EPDM-EXXON VISTALON 5600，由EXXON Corporation，Houston，Texas生產(chǎn)及出售Sunpar 2280-由Sun Oil Company生產(chǎn)、出售的油的商品名稱TMTDS-二硫化四甲基秋蘭姆Buty1 Zimate-由R.T.Vanderbilt Co.生產(chǎn)、出售的二丁基二硫代氨基甲酸鋅的商品名稱Methyl Zimate-由R.T.Vanderbilt Co.生產(chǎn)、出售的二甲基Sulfasan R-4，4′-二硫代二嗎啉的商品名稱，由Monsanto Co.，St.Louis，Missouri制造、出售EPDM組合物制備如下啟動(dòng)Banbury BR混合器，并保持溫度為45℃和轉(zhuǎn)子速度為77RPM。將EPDM加入混合物混合約30秒鐘。將Sunpar 2280油、氧化鋅和硬脂酸加入EPDM并再混合約2分鐘。再將炭黑加入混合物，混合室溫度被冷卻和保持在低于約135℃。將含有炭黑的EPDM混合物混合約4 1/2分鐘然后將硫化劑、TMTDS.Buty1 Zimate.Methyl Zimate、硫和Sulfasan R加入混合物。將形成的混合物混合約1 1/2分，且溫度維持在約135℃以下。然后從混合器中卸出批料組合物并用本文所述的技術(shù)分析。
用所述的實(shí)施例1-8生產(chǎn)的本發(fā)明炭黑制備的EPDM組合物具有的性能特性列在表7中。
摻有對(duì)照炭黑A-D的EPDM組合物也按照所述方法評(píng)定。結(jié)果列在表8-13中，在此將含有本發(fā)明炭黑的EPDM組合物和含有最適合的對(duì)照炭黑的EPDM組合物進(jìn)行比較。
表 8 EPDM組合的性能比較
表8列出的這些結(jié)果說(shuō)明當(dāng)每百份有炭黑量200重量份時(shí)，摻有本發(fā)明炭黑的EPDM組合物具有較低粘度和較低的混合能。因而，摻有本發(fā)明炭黑的EPDM組合物比摻有對(duì)照炭黑的EPDM組合物顯示更好的加工性能。
表 9 EPDM組合的性能比較
表9所列的結(jié)果表明在EPDM組合物中使用本發(fā)明炭黑的優(yōu)點(diǎn)，該組合物適用于嚴(yán)格要求電阻的應(yīng)用中。如表所示，當(dāng)每百份加入150重量份時(shí)，它常用于冷卻軟管，摻有本發(fā)明炭黑的EPDM組合物比摻有對(duì)照炭黑的EPDM組合物具有更高的電阻率。
此外，摻有本發(fā)明炭黑的EPDM組合物比摻有對(duì)照炭黑的EPDM組合物具有更低的粘度和更低的混合能。這表明摻有本發(fā)明炭黑的EPDM組合物與摻有對(duì)照炭黑的EPDM組合物相比改善了加工性能。
表 10 EPDM組合的性能比較
表10所列的結(jié)果表明摻有本發(fā)明炭黑的EPDM組合物的壓縮變形低于摻有對(duì)照炭黑的EPDM組合物。因此，摻有本發(fā)明炭黑的EPDM組合物能更好地抗永久變形。由此組合物將特別有益于用在密封應(yīng)用中，如門密封和風(fēng)雨膠條。
表 11 EPDM組合的性能比較
表11所列的結(jié)果表明本發(fā)明炭黑提供了改善的補(bǔ)強(qiáng)性能，尤其是與熱裂法炭黑的比較時(shí)給予EPDM較高的模量和較大的硬度。因此本發(fā)明的炭黑有利地提供了代替熱裂法炭黑或含熱裂法炭黑的炭黑混合物的爐法炭黑。
表 12 EPDM組合的性能比較
表12所列的結(jié)果表明本發(fā)明的炭黑可代替熱裂法和SRF型炭黑的摻混物的用途以提供滿意的性能特性。摻有例5的炭黑的EPDM組合物，當(dāng)壓出或成型時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生具有無(wú)光澤、起紋理成品的型材。
表 13 EPDM組合的性能比較
表13所列的結(jié)果表明摻有本發(fā)明炭黑的EPDM組合物比摻有對(duì)照炭黑的EPDM組合物具有更高的壓出速率。因此摻有本發(fā)明炭黑的EPDM組合物可比摻有對(duì)照炭黑的EPDM組合物以更高的通過(guò)量壓出。
摻有本發(fā)明炭黑的EPDM組合物也具有較低的壓出收縮，所以在壓出操作時(shí)比摻有對(duì)照炭黑的EPDM組合物具有更好的尺寸控制能力。
這些結(jié)果還表明摻有本發(fā)明炭黑的EPDM組合物具有良好的綜合物理性能。此外，本發(fā)明的炭黑具有表面積和結(jié)構(gòu)的極好結(jié)合，其結(jié)果是炭黑可用于制備UHF固體的EPDM組合物。
應(yīng)該明確本發(fā)明所述的類型僅僅是說(shuō)明性的，而不想限制本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種炭黑，其碘吸收值(I2No.)為17-23mg/g且DBP為115-150cc/100g。
2.權(quán)利要求1的炭黑，其中I2No.為20mg/g。
3.一種炭黑，其I2No.為10-19mg/g且DBP為70-95cc/100g。
4.一種炭黑，其I2No.為12-20mg/g且DBP為34-65cc/100g。
5.權(quán)利要求4的炭黑，其中I2No.為14-18mg/g且DBP為36-55cc/100g。
6.權(quán)利要求5的炭黑，其中DBP為36-42cc/100g。
7.權(quán)利要求5的炭黑，其中DBP為45-55cc/100g。
8.一種炭黑，其I2No.為28-43mg/g且DBP為28-47cc/100g。
9.權(quán)利要求8的炭黑，其中I2No.為30-42mg/g。
10.一種炭黑，其I2No.為8-32mg/g，DBP為28-150cc/100g且M-Ratio為1.25-2.00。
11.一種炭黑，其I2No.為33-70mg/g，DBP為28-60cc/100g且M-Ratio為1.25-2.00。
12.一種炭黑，其I2No.為42-50mg/g，DBP為61-105cc/100g且M-Ratio為1.25-2.00。
13.一種炭黑，其I2No.為51-62mg/g，DBP為61-125cc/100g且M-Ratio為1.25-2.00。
14.一種炭黑，其I2No.為63-70mg/g，DBP為61-105cc/100g且M-Ratio為1.25-2.00。
15.一種組合物，含有選自橡膠和塑料的物質(zhì)以及權(quán)利要求1的炭黑。
16.一種組合物，含有選自橡膠和塑料的物質(zhì)以及權(quán)利要求3的炭黑。
17.一種組合物，含有選自橡膠和塑料的物質(zhì)以及權(quán)利要求4的炭黑。
18.一種組合物，含有選自橡膠和塑料的物質(zhì)以及權(quán)利要求8的炭黑。
19.一種組合物，含有選自橡膠和塑料的物質(zhì)以及權(quán)利要求10的炭黑。
20.一種組合物，含有選自橡膠和塑料的物質(zhì)以及權(quán)利要求11的炭黑。
21.一種組合物，含有選自橡膠和塑料的物質(zhì)以及權(quán)利要求12的炭黑。
22.一種組合物，含有選自橡膠和塑料的物質(zhì)以及權(quán)利要求13的炭黑。
23.一種組合物，含有選自橡膠和塑料的物質(zhì)以及權(quán)利要求14的炭黑。
全文摘要
一種新型炭黑，它使橡膠、塑料組合物具有優(yōu)良的性能，并可取代燈黑、熱裂法炭黑及炭黑混合物。本發(fā)明還披露了一種摻有該新型炭黑的橡膠、塑料組合物，它們表現(xiàn)出混合物加工和物理性能的有益結(jié)合性。
文檔編號(hào)C09C1/50GK1084533SQ9310975
公開日1994年3月30日 申請(qǐng)日期1993年8月27日 優(yōu)先權(quán)日1992年8月27日
發(fā)明者布魯斯·E·麥考, 馬克·A·威爾克森, 巴里·J·耶特斯 申請(qǐng)人:卡伯特公司