公开了一种转化碳黑及其制备方法。该转化碳黑具有更小的滚动阻力以及同样的或改善了的湿滑性能。其粒度分布中大直径的颗粒所占的比例较小。用这种碳黑制备的橡胶组合物就会具有一种改善了的磨损效应。通过控制燃烧室中的燃烧，使碳黑核形成，并使碳黑核立即与碳黑原料接触，这样就可以在传统的碳黑反应器中来制备转化碳黑。如果通过合适的方式增加燃烧空气和碳黑原料的加入量，则可以使所形成的碳黑中较大的颗粒所占的比例较小。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及。碳黑广泛用作轮胎工业中橡胶组合物的增强碳黑。在这一背景下，碳黑的性能同所使用的橡胶组合物的性能一起影响成品轮胎的性能。所要求的性能是高的耐磨损性、低的滚动阻力，以及在湿路况下良好的粘附性。其中后两个性能主要受轮胎外胎面组合物的粘弹性效应的影响。在周期性形变的情况下，可以用机械磨损因子tanδ来描述粘弹性效应，而在伸长或压缩的情况下，则可以用动态伸长模量|E*|来描述粘弹性效应。这两个数值的大小都很强地依赖于温度。在这一背景下，对湿路的粘附性直接与约0℃下的磨损因子tanδ0相关联，滚动阻力则与约60℃下的磨损因子tanδ60相关联。通常在低温条件下磨损因子越高，轮胎组合物对湿路的粘附性能就越好。相反，为了减小滚动阻力，则要求在高温条件下磨损因子尽可能地小。耐磨损性、粘弹性性能以及轮胎外胎面组合物的磨损因子，主要都是由所使用的碳黑增强剂的性能决定的。这里，基本的参数是比表面积，特别是CTAB表面积，比表面积为配有碳黑的橡胶活性表面积的测量值。随着CTAB表面积的增大，耐磨损性以及tanδ均上升。另一个重要的碳黑参数是针对初始结构测得的DBP吸收值和24M4-DBP吸收值，对于施加机械压力后的碳黑的残存结构，同样也按照DIN66132来确定其比表面积(BET-表面积)。所确定的碳黑参数取决于碳黑颗粒的形状。在制备碳黑的过程中，起初形成的是直径为10-500nm的初始颗粒，然后这些颗粒生长成三维的聚集体。作为参数测得的空间结构和粒度分布显示在沉淀析出过程中。对于轮胎外胎面组合物，适合的碳黑的CTAB表面积为20-190m2/g、24M4-DBP吸收值为40-140mL/100g。碳黑聚集体的平均粒径用在按照ASTM D-1765所进行的碳黑分类中。这一分类采用四位字母数字来命名，其中第一个字母(N或S)给出有关硫化性能的信息，后续的三位数字中的第一个数字给出有关平均粒径的信息。但是这一ASTM分类是很粗糙的。因此在一个ASTM分类范围内，可能会在很大程度上偏离轮胎外胎面组合物的粘弹性性能。DE19521565描述了转化碳黑(inversion carbon black)，这一转化碳黑在很大程度上满足了低的滚动阻力和改善的粘附性的要求。对于这些碳黑，在混入SSBR/BR橡胶组合物中以后，其比值tanδ0/tanδ60符合关系式tanδ0/tanδ60＞2.76-6.7×10-3×CTAB，并且其tanδ60的值总是低于具有相同CTAB表面积和24M4-DBP吸收值的ASTM碳黑的对应值。DE19521565的碳黑是采用炉法碳黑来制备的，现今这一方法仍用来制备用于轮胎工业中的大部分碳黑。这些方法经特别改进后可用来制备转化碳黑。炉法碳黑是以氧化裂解原理为基础的；即在涂有强耐火材料的反应器中使碳黑原料不完全燃烧。所使用的碳黑原料称为碳黑油，但气态烃也可以单独使用或与碳黑油一起使用。在碳黑反应器中可以划分为三段，并且这一划分与反应器的特殊的结构设计无关，这三段分别对应于碳黑制备的不同步骤。这三段沿着反应器的轴向顺序排列，反应介质顺次流过各段。第一段称为燃烧段，主要为反应器的燃烧室。在这里，通过燃烧燃料，通常是烃类燃料和过量的预热了的燃烧空气或其它的含氧气体，燃烧后产生热的燃烧室排放气。现今天然气为主要的燃料，但也可以使用液态烃如热油等。燃料的燃烧通常在氧气过量的条件下进行。按照“Black Carbon(碳黑)”一书第二版，Marcel Dekker Inc.，纽约，1993，第20页，为了达到最优利用能量的目的，很重要的一点是在燃烧室中使燃料尽可能完全地转化成二氧化碳和水。在这一过程中，过量的空气促使燃料完全转化。通常使用一个或多个燃烧喷枪将燃料引入到燃烧室中。通常使用K因子作为一个描述过量空气的指数。K因子为燃料按照化学计量燃烧所需要的空气量与实际燃烧中所加入的空气量的比值。当K因子为1时，意味着燃烧是按化学计量进行的。如果空气过量，则K因子小于1。通常所采用的K因子值为0.3-0.9。在碳黑反应器的第二段，即在反应段中生成碳黑。为达到这一目的，碳黑原料被喷入热的废气流中，并与之混合。针对在燃烧段中未完全反应的氧气的量，引入反应段的烃也是过量的。因此，在正常情况下，此处开始生成碳黑。可以通过不同的方式将碳黑油喷射到反应器中，例如，设置一个轴向的油喷枪，或者在与流动方向垂直的平面上，沿着反应器的周边设置一个或多个径向的油喷枪是比较合适的。一个反应器，沿着其流动方向可以有几个设有径向油喷枪的平面。在油喷枪的端部，设有一个喷射或注射的喷嘴，通过这些喷嘴将碳黑油混入到废气流中。在同时使用碳黑油和气态烃的情况下，例如将甲烷作为碳黑原料，则可以通过专门设置的气体喷枪，使气态烃与碳黑油分开并被喷射到热的废气流中。在碳黑反应器的第三段，称之为终止段(冷却段)中，通过迅速冷却含有碳黑的过程气体来终止碳黑生成。这一过程可以避免任何不希望发生的二次反应。这类二次反应可能会导致形成多孔碳黑。通常使用适当的喷嘴进行喷水来终止反应。沿着碳黑反应器通常设有几个喷水点，例如，用来“骤冷”从而可以改变碳黑在反应段的停留时间。在一个线内热交换器中，过程气体的残余热量用来预热燃烧空气。众多不同的反应器型式已经公知。针对所有的三段式反应器有不同的变形，但很多实施方式的变形是针对反应段以及碳黑原料喷枪的设置来进行的。现在的反应器通常有几个油喷枪，分别围绕反应器的周边并且也沿着轴向进行设置。分布于几束物流中的碳黑油的量，可以较好地混入从燃烧室流出的热的燃烧废气流中。通过在流动方向上空间分布的进料点，可以实现油的喷射操作在时间上错开。可以通过喷射到热的废气中的碳黑油的量来控制初始的颗粒尺寸，因此正常情况下也容易确定碳黑的比表面积。当在燃烧室中产生的废气的量及其温度保持常数时，只靠碳黑油的量就能决定初始的颗粒尺寸，这一初始颗粒尺寸与碳黑比表面积有关。与较小的碳黑油量相比，较大的碳黑油量所形成的碳黑颗粒要粗一些，比表面积要小一些。伴随着碳黑油量的变化，同时会引起反应温度的变化；由于碳黑油的喷入会降低反应器内的温度，因此较大的碳黑油量就意味着较低的温度，反之亦然。从这一点可以得出碳黑生成温度与碳黑比表面积之间的关系，碳黑的比表面积与初始的颗粒尺寸有关，这在上文所引用的“碳黑”一书中第34页有所描述。如果碳黑油经两个分别位于反应器轴向上的不同的喷射点进行分布，则在第一个上流位置处，针对所喷入的碳黑油，包含在燃烧室废气中的残余的氧仍是过量的。因此这一点比后续碳黑喷射点具有更高的温度，在这一位置碳黑开始生成，即与后续的喷射点相比，在第一喷射点处所形成的碳黑具有更细的颗粒和更大的比表面积。碳黑油的每一次喷射都会导致进一步的温度降，并生成具有更大的初始颗粒的碳黑。因此用这种方法制备的碳黑具有更宽的粒度分布曲线，在混入橡胶中以后，与具有窄的单模的(monomodular)粒度分布谱的碳黑相比，该碳黑具有不同的性能。粒度分布曲线越宽，所形成的橡胶组合物的磨损因子越低，即具有低的滞后效应，因此用低滞后效应(lh)来表征碳黑。这种类型的碳黑，或者这种碳黑的制备方法，已经在欧洲专利EP0315442和EP0519988中公开。因此，利用在反应器沿轴本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种炉法碳黑，其ＣＴＡＢ值为２０－１９０ｍ↑［２］／ｇ，２４Ｍ４－ＤＢＰ吸收值为４０－１４０ｍＬ／１００ｇ，当与ＳＳＢＲ／ＢＲ橡胶组合物掺混时，其比值ｔａｎδ↓［０］／ｔａｎδ↓［６０］符合关系式ｔａｎδ↓［０］／ｔａｎδ↓［６０］＞２．７６－６．７ｘ１０↑［－３］ｘＣＴＡＢ，其ｔａｎδ↓［６０］的值总是要低于具有相同的ＣＴＡＢ表面积和２４Ｍ４－ＤＢＰ吸收值的ＡＳＴＭ碳黑的值，其中，其粒度分布曲线的绝对斜度小于４００，０００ｎｍ↑［３］，绝对斜度ＡＳ是根据测得的碳黑聚集体的粒度分布，按照下面的公式确定的： ＡＳ＝＊Ｈ↓［ｉ］（ｘ↓［ｉ］－＊）↑［３］／＊Ｈ↓［ｉ］ 式中Ｈ↓［ｉ］代表粒径ｘ↓［ｉ］发生的频率，＊为聚集体的粒径，它的重量对应于碳黑聚集体的平均颗粒重量，加和是在１到３０００ｎｍ的范围内按照１ｎｍ的等间距进行计算的。
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：康尼福格勒，卡尔福格尔，维尔纳尼德迈尔，布克哈德弗罗因德，保罗梅塞尔，
申请(专利权)人：德古萨股份公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]
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