DE10330118A1 - Highly disperse precipitated silica having high CTAB surface area, useful e.g. as filler in tires for commercial vehicles, motor cycles and high speed vehicles, and as antiblocking agents, and carriers for agrochemicals and foodstuffs - Google Patents
Highly disperse precipitated silica having high CTAB surface area, useful e.g. as filler in tires for commercial vehicles, motor cycles and high speed vehicles, and as antiblocking agents, and carriers for agrochemicals and foodstuffs Download PDFInfo
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Abstract
Description
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.The present invention relates to a highly disperse precipitated silica, which has a high surface area, a process for their manufacture and their use as a tire filler for commercial vehicles, motorcycles and high speed vehicles.
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.The use of precipitated silicas in Elastomer compounds such as tires have long been known. Of silicas that When used in tires, high demands are made. They should be light and easily dispersible in the rubber, one good connection with the polymer chains or other fillers contained in the rubber enter and a high, soot-like Have abrasion resistance. In addition to the dispersibility of the silica therefore u. a. the specific surfaces (BET or CTAB) and the oil absorption capacity (DBP) important. The surface properties of silicas determine significantly their possible Application, or certain applications of a silica (e.g. B. Carrier systems or fillers for elastomer mixtures) require certain surface properties.
So offenbart
Kieselsäuren, die besonders als Füllstoff
für Elastomerenmischungen,
hier insbesondere PKW-Reifen geeignet
sind, werden in
BET-Oberfläche 120 – 300 m2/g
CTAB-Oberfläche 100 – 300 m2/g
Verhältnis BET/CTAB
0.8 – 1.3
Searszahl
V2 (Verbrauch 0.1 N NaOH) 6 – 25 ml/(5
g)
DBP-Zahl 150 – 300
g/(100 g)
WK-Koeffizient < 3.4
Partikelgröße der abgebauten
Partikel < 1.0 μm
Partikelgröße der nicht
abgebauten Partikel 1.0–100 μmSilicas, which are particularly suitable as a filler for elastomer mixtures, here in particular car tires, are described in
BET surface area 120-300 m 2 / g
CTAB surface 100-300 m 2 / g
Ratio BET / CTAB 0.8 - 1.3
Sears number V 2 (consumption 0.1 N NaOH) 6 - 25 ml / (5 g)
DBP number 150 - 300 g / (100 g)
WK coefficient <3.4
Particle size of the degraded particles <1.0 μm
Particle size of the undegraded particles 1.0–100 μm
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: 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:
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.Cars in the sense of the present invention are vehicles for the transportation of people to predominantly private use, d. H. no commercial vehicles such as B. Delivery vehicles. This does not include vehicles that are usually used at high speeds are operated, even if they are considered to be a car due to their design could. These vehicles also have different requirements for tires than the car tires listed in the table.
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.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 accompanied by increased abrasion or high rolling resistance.
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.The different requirements of the vehicles on the tires have corresponding effects the fillers used in the tires. The admixture of silicas and long established in car tires Organosilicon compounds as a filler system leads to reduced rolling resistance, improved traction behavior and less abrasion. A transfer of these improved Properties on tires for Would be commercial vehicles like trucks desirable, because with reduced rolling resistance, lower fuel consumption connected is. The different requirements of the above Lead vehicles to their tires however inevitable on different requirements for the fillers used.
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.It has been shown that the silicas used in car tires are unsuitable for use in truck tires, motorcycle tires and high-speed tires for cars due to the different profile of requirements. It was therefore an object of the present invention to provide precipitated silicas with a property profile specially tailored to these vehicles. It is known to the person skilled in the art that when active carbon blacks are used as a tire filler, an increase in the surface area results in an improvement in the reinforcement and thus in the abrasion resistance of the tire. However, the use of carbon blacks with high surfaces (CTAB surface> 130 m 2 / g) is limited due to the rapidly increasing heat build-up (hysteresis behavior, described and measurable according to DIN 53535, or according to the references mentioned in this DIN) in such filled mixtures.
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.It has now been found that a precipitated silica that a high CTAB surface has, particularly good as a filler in elastomer mixtures for Commercial vehicle tires, for Motorcycle tires and tires for High speed car is suitable.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung, sind daher Fällungskieselsäuren mit einer BET-Oberfläche von 200 – 300 m2/g, einer CTAB-Oberfläche von ≥ 170 m2/g, einer DBP-Zahl von 200 – 300 g/(100 g) und einer Searszahl V2 von 23 – 35 ml/(5 g).The present invention therefore relates to precipitated silicas with a BET surface area of 200-300 m 2 / g, a CTAB surface area of 170 170 m 2 / g, a DBP number of 200-300 g / (100 g) and one Sears number V 2 from 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.Because of the significantly lowered Hysteresis when using silica according to the invention as a filler can also be used surfaces realize that due to soot the higher Forbid hysteresis, thus improving wear resistance to lead.
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.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.
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).The precipitated silicas according to the invention can each independently have properties in the following preferred ranges:
DBP intake 230 - 300 g / (100 g), in particular 230 - 280 g / (100 g)
WK coefficient ≤ 3.4, preferably ≤ 3.0, especially ≤ 2.5
Sears number V 2 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
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/(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, 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.
BET surface area 200-300 m 2 / g
CTAB surface area ≥ 170 m 2 / g
DBP number 200 - 300 g / (100 g)
Sears number V 2 23 - 35 ml / (5 g)
in which
- a) submitted an aqueous solution of an organic and / or inorganic salt and / or an alkali or alkaline earth silicate and / or an organic and / or inorganic base with a pH ≥ 9
- b) waterglass and an acidifying agent are metered into this template while stirring at 55-95 ° C. for 10-120, preferably 10-60 minutes,
- e) acidified with sulfuric acid to a pH of approx. 3.5 and
- f) is filtered and dried.
Die erfindungsgemäß hergestellte Fällungskieselsäure kann Eigenschaften in den genannten Vorzugsbereichen aufweisen.The precipitated silica produced according to the invention can Have properties in the preferred ranges mentioned.
Die Vorlage kann ca. 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80 oder 90 % des Endvolumens der Fällung betragen. 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.The template can be approx. 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80 or 90% of the final volume of the precipitation. It is possible to get one Use template with little or no electrolyte (salt) and the electrolytes continuously or batchwise (preferably on Beginning of precipitation) admit.
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 bei gleicher Temperatur unter Rühren für 20 – 120, bevorzugt 20 – 80 Minuten
- c) stopping the metering for 30-90 minutes while maintaining the temperature and
- d) simultaneous metering of water glass and sulfuric acid at the same temperature with stirring for 20-120, preferably 20-80 minutes
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 oder als Batchzugabe durchgeführt werden. Es ist auch möglich, die Salze in einer oder beiden Komponenten zu lösen und dann gleichzeitig mit diesen zuzugeben.Optionally, an additional Addition of organic or inorganic salts also during the Steps b) and d) take place. This can be in solution or as a solid, respectively continuously over the addition time of water glass and sulfuric acid or carried out as a batch addition become. It is also possible, dissolve the salts in one or both components and then simultaneously with to admit this.
Als anorganische Salze werden bevorzugt
Alkali- oder Erdalkalisalze verwendet. Insbesondere können Kombinationen
der folgenden Ionen eingesetzt werden:
Li+,
Na+, K+, Rb+, Be2+, Mg2+, Ca2+, Sr2+, Ba2+, H+, F–, Cl–,
Br–,
I–,
SO3
2–, SO4
2–,
HSO4
–, PO3
3–,
PO4
3–, NO3
–,
NO2
–, CO3
2–,
HCO3
–, OH–,
TiO3
2–, ZrO3
2–,
ZrO4
4–, AlO2
–,
Al2O4
2–,
BO4
3–. Alkali or alkaline earth metal salts are preferably used as inorganic salts. In particular, combinations of the following ions can be used:
Li + , Na + , K + , Rb + , Be 2+ , Mg 2+ , Ca 2+ , Sr 2+ , Ba 2+ , H + , F - , Cl - , Br - , I - , SO 3 2 - , SO 4 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 4– , AlO 2 - , Al 2 O 4 2– , BO 4 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/l betragen. Bevorzugt wird als anorganisches Salz Na2SO4 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.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 / l. 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.
Analog kann auch das Wasserglas in den Schritten b) und d) in gleicher oder unterschiedlicher Weise der Reaktion zugeführt werden.Similarly, the water glass in steps b) and d) in the same or different manner Reaction fed become.
In einer besonderen Ausführungsform 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.In a particular embodiment, the components acidifier 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 con concentration can be used. The components are preferably added at the same concentration and feed rate.
Neben Wasserglas (Natriumsilikat-Lösung) können auch andere Silikate wie Kalium- oder Calciumsilikat verwendet werden. Als Säuerungsmittel können neben Schwefelsäure auch andere Säuerungsmittel wie HCl, HNO3, HP3O4 oder CO2 eingesetzt werden.In addition to water glass (sodium silicate solution), other silicates such as potassium or calcium silicate can also be used. In addition to sulfuric acid, other acidifying agents such as HCl, HNO 3 , HP 3 O 4 or CO 2 can also be used as acidifying agents.
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.The filtration and drying of the silicas according to the invention familiar to the expert and can z. B. can be read in the documents mentioned. Prefers the precipitated silica in one Electricity dryer, spray dryer, Floor dryer, belt dryer, rotary tube dryer, flash dryer, Spin flash dryer or nozzle tower dried. These drying options close the operation with an atomizer, a one or two-substance nozzle or an integrated fluid bed on. The precipitated silica according to the invention preferably detects the drying step a particle shape with an average diameter from above 15 μm, especially over 80 μm, especially preferably over 200 μm. The mean particle diameter is defined so that 50% by weight the particle a larger or have a smaller diameter.
Nach der Trocknung kann auch einer Granulation mit einem Walzenkompaktor durchgeführt werden. Hier liegt der mittlere Partikeldurchmesser bei ≥ 1 mm.After drying, one can Granulation can be carried out with a roller compactor. Here is the average particle diameter at ≥ 1 mm.
Bevorzugt wird die erfindungsgemäße Kieselsäure in Reifen für Nutzfahrzeuge LKW, Hochgeschwindigkeits-PKW und Motorräder verwendet.The silica according to the invention is preferred in tires for commercial vehicles Used trucks, high speed cars and motorcycles.
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.As commercial vehicles in the sense of the present Invention apply to all vehicles whose tires have high demands regarding of mileage or wear and tear. Regarding Tires are particularly important for high mileage for buses, To name trucks and / or delivery vehicles and trailers. Regarding Wear resistance such as B. stud tear resistance, chipping, chunking are tires for off-road vehicles, Construction and agricultural machinery, mine vehicles and tractors. Here in particular are vehicles with an axle load of more than 1 ton or with a permissible Total weight over 2, 4, 7.5 or 15 tons. The silicas according to the invention can in particular in traction tires for heavy trucks or their trailers be used. Such vehicles often have axle loads of over 5 tons or a tire diameter of over 17 ''.
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.Tires for commercial vehicles such as trucks divided into speed classes. The silicas according to the invention are particularly suitable for (Truck) tires for Speeds between 80 and 140 km / h are permitted and the Wear symbols F, G, J, K, L, M or N.
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.Tires for high speed vehicles (Motorcycle or car) are those designed for speeds over 180 km / h are permitted. These are (car) tires with the symbols S, T, U, H, V, W, Y and ZR.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung sind Elastomerenmischungen, vulkanisierbare Kautschukmischungen und/oder sonstige Vulkanisate, die die erfindungsgemäße Kieselsäure enthalten, wie beispielsweise Formkörper wie Luftreifen, Reifenlaufflächen, Kabelmäntel, Schläuche, Treibriemen, Förderbänder, Walzenbeläge, Reifen, Schuhsohlen, Dichtungsringe und Dämpfungselemente.Another object of the invention are elastomer mixtures, vulcanisable rubber mixtures and / or other vulcanizates which contain the silica according to the invention, such as moldings like pneumatic tires, tire treads, Cable sheaths, hoses, Driving belts, conveyor belts, roller coverings, tires, Shoe soles, sealing rings and damping elements.
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.Furthermore, the silicas according to the invention can be in be used in all areas of application in which usually silicas are used, such as. B. in battery separators, as anti-blocking agents, as a matting agent in paints and varnishes, as a carrier of Agricultural products and food, in coatings, in printing inks, in fire extinguishing powder, in plastics, in the area of non impact printing, in paper pulp, in the area of personal care and special applications.
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.
- - printing inks for thickening or to prevent splashing and dropping,
- - To understand paper as a filler, coating pigment, blueprint paper, thermal paper, in thermal sublimation to prevent the penetration of printing inks, to improve the basic image smoothness and contrast, to improve the sharpness and color brilliance.
- - When used in the personal care area, the use of the silicas according to the invention as a filler or thickener is, for. B. to understand in the field of pharmacy or personal care.
Optional kann die erfindungsgemäße Kieselsäure mit
Silanen oder Organosilanen der Formeln I bis III modifiziert werden
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.The silica according to the invention can optionally be modified with silanes or organosilanes of the formulas I to III
B: -SCN, -SH, -Cl, -NH 2 , -OC (O) CHCH 2 , -OC (O) C (CH 3 ) CH 2 (if q = 1) or -S w - (if q = 2), where B is chemically bound to alk,
R and R 1 : aliphatic, olefinic, aromatic or arylaromatic radical having 2 to 30 carbon atoms, which may optionally be substituted by the following groups: hydroxy, amino, alcoholate, cyanide, thiocyanide, halogen, sulfonic acid -, Sulfonic acid ester, thiol, benzoic acid, benzoic acid ester, carboxylic acid, carboxylic acid ester, acrylate, methacrylate, organosilane radical, where R and R 1 can have the same or different meaning or substitution.
n: 0, 1 or 2,
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 carbon atoms,
Alkenyl: a monovalent unbranched or branched unsaturated hydrocarbon radical having 2 to 20 carbon atoms, preferably 2 to 8 carbon atoms.
Auch kann die erfindungsgemäße Kieselsäure mit siliciumorganischen Verbindungen der Zusammensetzung SiR2 4-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), SiR2 nXmOSiR2 oXp (mit 0 ≤ n ≤ 3; 0 ≤ m ≤ 3; 0 ≤ o ≤ 3; 0 ≤ p ≤ 3, mit n + m = 3, o + p = 3), SiR2 nXmNSiR2 oXp (mit 0 ≤ n ≤ 3; 0 ≤ m ≤ 3; 0 ≤ o ≤ 3; 0 ≤ p ≤ 3, mit n + m = 3, o + p = 3), SiR2 nXm[SiR2 xXyO]zSiR2 oXp (mit 0 ≤ n ≤ 3; 0 ≤ m ≤ 3; 0 ≤ x ≤ 2; 0 ≤ y ≤ 2; 0 V 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.The silica according to the invention can also be used with organosilicon compounds of the composition SiR 2 4-n X n (with n = 1, 2, 3), [SiR 2 x X y O] z (with 0 x x 2 2; 0 y y 2 2 ; 3 ≤ z ≤ 10, with x + y = 2), [SiR 2 x X y N] z (with 0 ≤ x ≤ 2; 0 ≤ y ≤ 2; 3 ≤ z ≤ 10, with x + y = 2 ), SiR 2 n X m OSiR 2 o X p (with 0 ≤ n ≤ 3; 0 ≤ m ≤ 3; 0 ≤ o ≤ 3; 0 ≤ p ≤ 3, with n + m = 3, o + p = 3 ), SiR 2 n X m NSiR 2 o X p (with 0 ≤ n ≤ 3; 0 ≤ m ≤ 3; 0 ≤ o ≤ 3; 0 ≤ p ≤ 3, with n + m = 3, o + p = 3 ), SiR 2 n X m [SiR 2 x X y O] z SiR 2 o X p (with 0 ≤ n ≤ 3; 0 ≤ m ≤ 3; 0 ≤ x ≤ 2; 0 ≤ y ≤ 2; 0 V o ≤ 3; 0 ≤ p ≤ 3; 1 ≤ z ≤ 10000, with n + m = 3, x + y = 2, o + p = 3). These compounds can be linear, cyclic and branched silane, silazane and siloxane compounds. R 2 can be alkyl and / or aryl radicals having 1 to 20 carbon atoms, which can be substituted with 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. 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.
Bevorzugt werden lineare Polysiloxane der Zusammensetzung SiR2 nXm[SiR2 xXyO]zSiR2 oXp (mit 0 ≤ 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) verwendet, bei welchen R2 bevorzugt durch Methyl repräsentiert wird.Linear polysiloxanes with the composition SiR 2 n X m [SiR 2 x X y O] z SiR 2 o X p (with 0 ≤ n ≤ 3; 0 ≤ m ≤ 3; 0 ≤ x ≤ 2; 0 ≤ y ≤ 2 ; 0 ≤ o ≤ 3; 0 ≤ p ≤ 3; 1 ≤ z ≤ 10000, with n + m = 3; x + y = 2; o + p = 3), in which R 2 is preferably represented by methyl.
Besonders bevorzugt werden Polysiloxane der Zusammensetzung SiR2 nXm[SiR2 xXyO]zSiR2 oXP (mit 0 ≤ n ≤ 3; 0 ≤ m ≤ 1; 0 ≤ x 2; 0 ≤ y ≤ 2; 0 ≤ o ≤ 3; 0 ≤ p ≤ 1; 1 ≤ z ≤ 1000, mit n + m = 3, x + y = 2, o + p = 3) verwendet, bei welchen R2 bevorzugt durch Methyl repräsentiert wird.Polysiloxanes with the composition SiR 2 n X m [SiR 2 x X y O] z SiR 2 o X P (with 0 ≤ n ≤ 3; 0 ≤ m ≤ 1; 0 ≤ x 2; 0 ≤ y ≤ 2; 0 ≤ o ≤ 3; 0 ≤ p ≤ 1; 1 ≤ z ≤ 1000, with n + m = 3, x + y = 2, o + p = 3), in which R 2 is preferably represented by methyl.
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
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 10 Gew.-% bezogen, auf die Gesamtmenge an Fällungskieselsäure.Suitable as organosilicon compounds yourself basically all bifunctional silanes, on the one hand a coupling to the filler containing silanol groups and on the other hand can achieve coupling to the polymer. Usual used Amounts of the organosilicon compounds are based on 1 to 10% by weight, on the total amount of precipitated silica.
Beispiele für diese Organosiliziumverbindungen
sind: Bis(3-triethoxysilylpropyl)tetrasulfan, Bis(3-triethoxysilylpropyl)disulfan,
Vinyltrimethoxysilan, Vinyltriethoxysilan, 3-Mercaptopropyltrimethoxysilan,
3-Mercaptopropyltriethoxysilan, 3-Aminopropyltrimethoxysilan, 3-Aminopropyltriethoxysilan.
Weitere Organosiliziumverbindungen sind in WO 99/09036,
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann als Silan das Bis(triethoxysilylpropyl)tetrasulfan eingesetzt werden.In a preferred embodiment In the invention, the bis (triethoxysilylpropyl) tetrasulfane can be used as the silane be used.
Die erfindungsgemäße 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.The silica according to the invention can be used in elastomer mixtures, Tires or vulcanizable rubber compounds as reinforcing fillers in amounts of 5 to 200 parts, based on 100 parts of rubber as Powder, spherical Product or granulate both with and without silane modification Silane modification can be mixed.
Kautschuk- und Elastomerenmischungen sind im Sinne der vorliegenden Erfindung als äquivalent zu betrachten.Rubber and elastomer mixtures are to be regarded as equivalent in the sense of the present invention.
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.In addition to mixtures that only the silicas according to the invention, with and without the mentioned organosilanes, as fillers, can Elastomer or rubber mixtures additionally with one or more more or less reinforcing fillers filled his.
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 Al-, Mg-, Ca-, Ba-, Zn- und Titanoxiden vorliegen.
- – weitere kommerzielle Kieselsäuren
- – Synthetische Silicate, wie Aluminiumsilicat, Erdalkalisilicate wie Magnesiumsilicat oder Calcitunsilicat, mit BET-Oberflächen von 20 bis 400 m2/g und Primärteilchendurchmessern von 10 bis 400 nm
- – Synthetische oder natürliche Aluminiumoxide 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
- - Carbon blacks: The carbon blacks to be used here are produced by the flame black, furnace or gas black process and have BET surface areas of 20 to 200 m 2 / g, such as. B. SAF, ISAF, HSAF, HAF, FEF or GPF carbon blacks. The carbon blacks can optionally also contain heteroatoms such as silicon.
- - highly disperse fumed 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.
- - other commercial silicas
- - Synthetic silicates, such as aluminum silicate, alkaline earth metal silicates, such as magnesium silicate or calcite silicate, with BET surface areas of 20 to 400 m 2 / g and primary particle diameters of 10 to 400 nm
- - Synthetic or natural aluminum oxides and hydroxides
- - Natural silicates, such as kaolin, other naturally occurring silicon dioxide compounds
- - Glass fiber and glass fiber products (mats, strands) or micro glass balls
- - Starch and modified starch types
- - Natural fillers such as clays and pebbles
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.The blend ratio judges here, as with the dosing of the organosilanes, after the property profile of the finished rubber mixture to be achieved. On relationship from 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.
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 Organosiliziumverbindung, jeweils bezogen auf 100 Gew.-Teile Kautschuk, zur Herstellung der Mischungen eingesetzt werden.In a particularly preferred embodiment can 10 to 150 parts by weight of silica, wholly or partly consisting of the silica according to the invention, if appropriate together with 0 to 100 parts by weight of carbon black, and 1 to 10 parts by weight an organosilicon compound, based in each case on 100 parts by weight Rubber, can be used to produce the mixtures.
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.In addition to the silicas of the invention, the Organosilanes and other fillers the elastomers form another important component of the rubber mixture. To be mentioned here 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 wt .-% (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), as well as mixtures these rubbers.
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.Furthermore come for rubber mixtures with the mentioned rubbers the following additional rubbers in question: Carboxyl rubbers, epoxy rubbers, trans-polypentenamers, halogenated butyl rubbers, Rubbers made of 2-chloro-butadiene, ethylene-vinyl acetate copolymers, ethylene-propylene copolymers, if appropriate also chemical derivatives of natural rubber and modified natural rubbers.
Bevorzugte Synthesekautschuke sind beispielsweise bei W. Hofmann, „Kautschuktechnologie", Genter Verlag, Stuttgart 1980, beschrieben.Preferred synthetic rubbers are for example at W. Hofmann, "Kautschuktechnologie", Genter Verlag, Stuttgart 1980.
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.For the manufacture of the tires according to the invention are in particular anionically polymerized L-SBR rubbers (Solution SBR) with a glass transition temperature above –50 ° C and their Mixtures with diene rubbers of interest.
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.The silicas according to the invention, with or without silane, can Use in all rubber applications, such as moldings, tires, Tire treads, Conveyor belts, Conveyor belts, seals, Driving belts, hoses, Shoe soles, cable jackets, Roll coverings, damping elements etc. find.
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.The incorporation of this silica and the preparation of the mixtures containing this silica takes place in the usual way in the rubber industry on one Internal mixer or rolling mill at preferably 80-200 ° C. The form of administration or use of silicas can be both powder, spherical Product or granules. Here too, they differ silicas according to the invention not of the well-known light fillers.
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.The rubber vulcanizates according to the invention can further rubber auxiliaries in the usual Dosages contain, 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.
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 Mercaptobenzthiazole, 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.The rubber auxiliaries can in Known amounts, which vary according to the purpose judge, be used. usual Quantities are, for example, quantities from 0.1 to 50% by weight, based on Rubber. Can be used as a crosslinker Sulfur or sulfur donors are used. The rubber mixtures according to the invention can about that also contain vulcanization accelerators. Examples of suitable ones The main accelerators are mercaptobenzthiazoles, 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 in amounts of 0.1 to 10% by weight, preferably 1 to 3% by weight on rubber.
Die erfindungsgemäßen Kieselsäuren können in Kautschuken eingesetzt werden, die mit Beschleunigern und/oder Schwefel, aber auch peroxidisch vernetzbar sind.The silicas according to the invention can be used in rubbers be with accelerators and / or sulfur, but also peroxidic can be networked.
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 Organosiliziumverbindung kann in bekannten Mischaggregaten, wie Walzen, Innenmischern und Mischextrudern, durchgeführt werden.The vulcanization of the rubber mixtures according to the invention can optionally at temperatures of 100 to 200 ° C, preferably 130 to 180 ° C under pressure from 10 to 200 bar. Mixing of rubbers with the filler, optionally rubber auxiliaries and the organosilicon compound in known mixing units, such as rollers, internal mixers and mixing extruders, carried out become.
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).The highly dispersible high-surface area silicas according to the invention have the advantage that they improve the rubber vulcanizates Abrasion resistance due to the higher Apply the CTAB surface. In addition, the dry handling is due to the higher dynamic rigidity at 0 ° C and 60 ° C improved and the rolling resistance, indicated by the reduced tan δ (60 ° C) value, decreased. Analogous to carbon blacks, when using this highly dispersible, high surface area silicas an improved cut & chip, or chunking behavior achieved (for definition and further explanations see "New insights into the tear mechanism "and references therein at Tire Tech 2003 in Hamburg by Dr. W. Niedermeier).
Die erfindungsgemäße Kautschukmischung ist insbesondere für die Herstellung von Reifenlaufflächen 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.The rubber mixture according to the invention is in particular for the Manufacture of tire treads with improved lower rolling resistance, improved wet skid resistance, improved drying properties and good abrasion resistance compared to a same rubber mixture with previously known silicas. These tread compound are especially for High-speed 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 suitable.
Ferner eignen sich die erfindungsgemäßen Kieselsäuren, ohne dem Zusatz von Organosiliziumverbindungen, im Blend mit einem typischen Laufflächenruß auch zur Verbesserung des Cut & Chip Verhaltes von Bau-, Landmaschinen- und Grubenreifen.The silicas according to the invention are also suitable without the addition of organosilicon compounds, in the blend with a typical Tread soot also Improvement of the cut & chip Behavior of construction, agricultural machinery and mine tires.
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.To achieve a good picture of values in a polymer mixture is the dispersion of the precipitated silica in the Matrix, the polymer, is vital. This can be done by estimated the WK coefficient become.
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.The curves show a first in the range around 1.0 - 100 μm Maximum in particle size distribution and another in the range <1.0 μm Maximum. The peak in the 1.0 - 100 μm range indicates the proportion of uncrushed silica particles after the ultrasound treatment. These become quite coarse particles poorly dispersed in the rubber compounds. The second peak with significantly smaller particle sizes (<1.0 μm) gives that part of particles of silica at who during the ultrasound treatment has been crushed. These very small ones Particles are excellently dispersed in rubber compounds.
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.The WK coefficient is now the ratio of the peak height the non-degradable particles (B), the maximum of which is in the range 1.0-100 μm (B '), to the peak height of the degraded particles (A), the maximum of which is in the range <1.0 μm (A ').
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.The WK coefficient is therefore one Measure of "degradability" (= Dispersibility) of the precipitated silica. It is a precipitated silica the smaller the WK coefficient, the easier it is to disperse, d. H. the more particles are broken down during incorporation into rubber become.
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.The silicas according to the invention have WK coefficients 3.4 3.4, preferably 3.0 3.0, particularly preferably ≤ 2.5 on. Known precipitated silicas other WK coefficients and other maxima in the particle size distributions measured with the Coulter LS 230 and are therefore more difficult to disperse.
Die physikalisch/chemischen Daten der erfindungsgemäßen Fällungskieselsäuren werden mit den folgenden Methoden bestimmt:The physical / chemical data of the precipitated silicas according to the invention determined using the following methods:
Bestimmung der Feuchte von KieselsäurenDetermination of the moisture of silicas
Nach dieser Methode werden in Anlehnung an ISO 787-2 die flüchtigen Anteile (im folgenden der Einfachheit halber Feuchte genannt) von Kieselsäure nach 2 ständiger Trocknung bei 105 °C bestimmt. Dieser Trocknungsverlust besteht im allgemeinen überwiegend aus Wasserfeuchtigkeit.According to ISO 787-2, the volatile components (in the following the Ein called half humidity) of silica after 2 hours of drying at 105 ° C. This drying loss generally consists mainly of water moisture.
Durchführungexecution
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.In a dry weighing glass with Ground joint cover (diameter 8 cm, height 3 cm) 10 g of the powdery, spherical or granular silica Weighed to the nearest 0.1 mg (sample weight E). The sample is opened Cover 2 h at 105 ± 2 ° C in one Drying cabinet dried. Then the weighing glass is closed and in a desiccator cabinet with silica gel as a drying agent cooled to room temperature. The weight A is determined gravimetrically.
Man bestimmt die Feuchte in % gemäß ((E in g – A in g)·100 %)/(E in g).The moisture in% is determined according to ((E in g - A in g) · 100 %) / (E in g).
Bestimmung der modifizierten Searszahl von KieselsäurenDetermination of the modified Sears number of silicas
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.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.
Der Bestimmungsmethode liegen die
folgenden chemischen Reaktionen zu Grunde, wobei „Si"-OH eine Silanolgruppe
der Kieselsäure
symbolisieren soll:
Durchführungexecution
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.10.00 g of a powder, spherical or granular silica with 5 ± 1 % Humidity is 60 seconds with an IKA M 20 universal mill (550 W; 20,000 rpm) crushed. If necessary, the moisture content the starting substance by drying at 105 ° C in a drying cabinet or even moistening set and the crushing can be repeated. 2.50 g the treated silica are weighed into a 250 ml titration vessel at room temperature and with 60.0 ml of methanol p. A. offset. After complete wetting 40.0 ml of deionized water are added to the sample and one dispersed using an Ultra Turrax T 25 stirrer (stirrer shaft KV-18G, 18 mm diameter) For 30 seconds at a speed of 18,000 rpm. With 100 ml Deionized water becomes the sample particles adhering to the rim of the vessel and stirrer rinsed into the suspension and tempered to 25 ° C in a thermostatted water bath.
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/l) bzw. Salzsäurelösung (0.1 mol/l) der pH-Wert auf 6.00 eingestellt. Der Verbrauch an KOH- bzw. HCl-Lösung in ml bis pH 6.00 entspricht V1'. 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/l KOH wird dann die Titration bis zum pH-Wert 9.00 fortgesetzt. Der Verbrauch an KOH-Lösung in ml bis pH 9.00 entspricht V2'.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). With the pH meter, 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 / l) or hydrochloric acid solution (0.1 mol / l) 6:00 set. The consumption of KOH or HCl solution in ml up to pH 6.00 corresponds to V 1 '. Then 20.0 ml of sodium chloride solution (250.00 g of NaCl p.A. made up to 1 liter with deionized water) are added. The titration is then continued with 0.1 mol / l KOH until the pH is 9.00. The consumption of KOH solution in ml up to pH 9.00 corresponds to V 2 '.
Anschliessend werden die Volumina V1', bzw. V2' zunächst auf die theoretische Einwaage von 1 g normiert und mit 5 erweitert, woraus sich V1 und die Searszahl V2 in den Einheiten ml/(5 g) ergeben.Subsequently, the volumes V 1 'or V 2 ' are first standardized to the theoretical weight of 1 g and expanded by 5, which results in V 1 and the Sears number V 2 in the units ml / (5 g).
Bestimmung der BET-OberflächeDetermination of the BET surface area
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.The specific nitrogen surface (in following BET surface called) the powdery, spherical or granular silica is in accordance with ISO 5794-1 / Annex D with an AREA meter (from Ströhlein, JUWE) determined.
Bestimmung der CTAB-OberflächeDetermination of the CTAB surface
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: The method is based on the adsorption of CTAB (N-hexadecyl-N, N, N-trimethylammonium bromide) on the “outer” surface of the silica, which is also referred to as the “rubber-active surface”, in accordance with 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 Back titration with NDSS (dioctyl sodium sulfosuccinate solution, "Aerosol OT" solution) was determined with a titroprocessor, the end point being given by the maximum turbidity of the solution and being determined with a phototrode. The temperature during all operations carried out was 23-25 ° C to prevent the crystallization of CTAB The back titration is based on the following reaction equation:
Geräteequipment
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
Titrierglasgefäß, 150 ml
mit Deckel
Druckfiltrationsgerät, 100 ml Inhalt
Membranfilter
aus Cellulosenitrat, Porengröße 0.1 μm, 47 mm ⌀, z. B.
Whatman (Best. Nr. 7181-004).Titroprocessor METTLER Toledo type DL 55 and titroprocessor METTLER Toledo type DL 70, each equipped with: pH electrode, manufactured by Mettler, type DG 111 and phototrode, manufactured by Mettler, type DP 550
Titration beaker 100 ml made of polypropylene
Titration glass vessel, 150 ml with lid
Pressure filtration device, 100 ml content
Membrane filter made of cellulose nitrate, pore size 0.1 μm, 47 mm ⌀, e.g. B. Whatman (Cat. No. 7181-004).
Reagenzienreagents
Die Lösungen von CTAB (0.015 mol/l in entionisiertem, Wasser) und NDSS (0.00423 mol/l in entionisiertem Wasser) werden gebrauchsfertig bezogen (Fa. Kraft, Duisburg: Bestell-Nr. 6056.4700 CTAB-Lösung 0.015 mol/l; Bestell-Nr. 6057.4700 NDSS-Lösung 0.00423 mol/l), bei 25 °C aufbewahrt und innerhalb von einem Monat aufgebraucht.The solutions from CTAB (0.015 mol / l in deionized, water) and NDSS (0.00423 mol / l in deionized Water) are obtained ready for use (Kraft, Duisburg: order no. 6056.4700 CTAB solution 0.015 minor; Order no. 6057.4700 NDSS solution 0.00423 mol / l), stored at 25 ° C and used up within a month.
Durchführungexecution
BlindtitrationBlank titration
Der Verbrauch an NDSS-Lösung zur Titration von 5 ml CTAB-Lösung ist 1 × täglich vor jeder Meßreihe zu prüfen. Dazu wird die Phototrode vor Beginn der Titration auf 1000 ± 20 mV eingestellt (entsprechend einer Transparenz von 100 %).The consumption of NDSS solution for Titration of 5 ml CTAB solution is 1 × daily to each series of measurements check. For this purpose, the phototrode is set to 1000 ± 20 mV before the titration begins set (corresponding to a transparency of 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 VI an NDSS-Lösung in ml. Jede Titration ist als Dreifachbestimmung auszuführen.Exactly 5.00 ml of CTAB solution are pipetted into a titration beaker and 50.0 ml of deionized water are added. 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 I of NDSS solution is determined in ml. Each titration must be carried out as a triple determination.
Adsorptionadsorption
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 überführt 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/l) 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.10.0 g of the powdery, spherical or granular silica with a moisture content of 5 ± 2 % (if necessary, the moisture content is obtained by drying at 105 ° C in a drying cabinet or even moistening set) with a grinder (Krups, Model KM 75, Article No. 2030-70) crushed for 30 seconds. Exactly 500.0 mg of the comminuted sample are transferred to a 150 ml titration vessel with magnetic stirrers and there will be exactly 100.0 ml of CTAB solution added. The titration vessel is equipped with a Cover closed and stirred for 15 minutes with a magnetic stirrer. hydrophobic silicas are with an Ultra Turrax T 25 stirrer (agitator shaft KV-18G, 18 mm diameter) at 18,000 rpm for a maximum of 1 minute until fully wetted touched. The titration vessel turns on screwed the DL 70 titroprocessor and the pH of the suspension is adjusted to a value of 9 ± 0.05 with KOH (0.1 mol / l). It takes place a 4 minute Sonication of the suspension in the titration vessel in an ultrasonic bath (Fa. Bandelin, Sonorex RK 106 S, 35 kHz) at 25 ° C. Then there is an immediate one Pressure filtration through a membrane filter at nitrogen pressure from 1.2 bar. The flow of 5 ml is discarded.
Titrationtitration
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 VII an NDSS-Lösung in ml. Jede Trübung ist als Dreifachbestimmung auszuführen.5.00 ml of the remaining filtrate are pipetted into a 100 ml titration beaker and made up to 50.00 ml with deionized water. The titration beaker is screwed onto the DL 55 titroprocessor and the titration with NDSS solution is carried out with stirring until the maximum turbidity. The consumption V II of NDSS solution in ml is determined. Each turbidity is to be carried out as a triple determination.
Berechnungcalculation
Mit Hilfe der Meßwerte
VI =
Verbrauch an NDSS-Lösung
in ml bei der Titration der Blindprobe
VII =
Verbrauch an NDSS-Lösung
in ml bei Verwendung des Filtrats
ergibt sich:
VINII = Stoffmenge
CTAB der Blindprobe/noch vorhandene Stoffmenge CTAB in der Filtratprobe.With the help of the measured values
V I = consumption of NDSS solution in ml when titrating the blank sample
V II = consumption of NDSS solution in ml when using the filtrate
surrendered:
V I N II = amount of substance CTAB of the blank / remaining amount of substance CTAB in the filtrate sample.
Daraus folgt für die adsorbierte Stoffmenge
N an CTAB in g:
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 = ((VI – VII)·636.2785
m2/g)/VI.Since only 5 ml of 100 ml of filtrate was titrated, 0.5 g of silica with a defined moisture content was used and the space requirement of 1 g of CTAB 578435 · 10 -3 m 2 follows from this:
CTAB surface (not water-corrected) in m 2 / g = (N · 20 · 578.435 m 2 /g)/(0.5 g) and
CTAB surface area (not water-corrected) in m 2 / g = ((V I - V II ) 636.2785 m 2 / g) / V I.
Die CTAB-Oberfläche wird auf die wasserfreie Kieselsäure bezogen, weshalb die folgende Korrektur durchgeführt wird.The CTAB surface is on the anhydrous silica related, which is why the following correction is made.
CTAB-Oberfläche in m2/g = (CTAB-Oberfläche (nicht wasserkorrigiert) in m2/g·100 %)/(100 %-Feuchte in %).CTAB surface area in m 2 / g = (CTAB surface area (not water-corrected) in m 2 / g · 100%) / (100% moisture in%).
Bestimmung der DBP-AufnahmeDetermination of the DBP intake
Die DBP-Aufnahme (DBP-Zahl), die ein Maß für die Saugfähigkeit der Fällungskieselsäure ist, wird in Anlehnung an die Norm DIN 53601 wie folgt bestimmt:The DBP intake (DBP number) that a measure of absorbency which is precipitated silica, is determined based on the DIN 53601 standard as follows:
Durchführungexecution
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.12.50 g of powdered or spherical silica with 0-10 % Moisture content (if necessary, the moisture content is determined by drying at 105 ° C set in the drying cabinet) in the kneader chamber (article Number 279061) of the Brabender absorptometer Given "E". In the case of granules, the sieve fraction from 3.15 up to 1 mm (stainless steel sieves from Retsch) are used (by gentle To press the granules with a plastic spatula through the sieve with 3.15 mm pore size). Under constant Mixing (circulation speed of the mixer blades 125 rpm) drips at room temperature with the "Dosimaten Brabender T 90/50" Dibutyl phthalate into the mixture at a rate of 4 ml / min. The mixing takes place with little power and is based on the digital display. Towards the end of the determination it will Mixture pasty, which is indicated by a steep increase in power requirements. With a display of 600 digits (torque of 0.6 Nm) through an electrical contact of both the kneader and the DBP dosage off. The synchronous motor for the DBP supply is with one digital counter coupled so that the consumption of DBP can be read in ml.
Auswertungevaluation
Die DBP-Aufnahme 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.The DBP intake is in g / (100 g) specified and using the following formula from the measured DBP consumption calculated. The density of DBP is typically 1,047 g / ml at 20 ° C.
DBP-Aufnahme in g/(100 g) = ((Verbrauch an DBP in ml)·(Dichte des DBP in g/ml) ·100)/(12.5 g).DBP intake in g / (100 g) = ((consumption of DBP in ml) · (density of the DBP in g / ml) 100) / (12.5 G).
Die DBP-Aufnahme 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. The DBP intake is for the anhydrous, dried silica Are defined. When using damp precipitated silica correct the value using the following correction table. The correction value corresponding to the water content becomes experimental added certain DBP value; z. B. would have a water content of 5.8 % means a supplement of 33 g / (100 g) for the DBP intake.
Korrekturtabelle für Dibutylphthalataufnahme -wasserfrei- Correction table for dibutyl phthalate intake -hydrous-
Bestimmung des WK-Koeffizienten: Aggregatgrößenverteilung mittels LaserbeugungDetermination of the WK coefficient: Aggregate size distribution by means of laser diffraction
Probenvorbereitungsample preparation
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 (gegebenenfalls 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, ⌀ 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, ⌀ 3.4 cm) mit Kühlwasseranschlüssen für Leitungswasser (20 °C) gestellt und die Probe 270 s mit einem Ultraschallfinger (Fa. Bandelin, Typ UW 2200 mit Horn DH 13 G und Diamantteller ⌀ 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.Is it the one to be measured? silica around granules, 5 g of the granular silica are placed in a beaker and the coarse-grained granular pieces crushed with a pestle but not mortar. 1.00 g of the crushed, powdery or spherical silica with 5 ± 1 % Moisture content (if necessary, the moisture content is determined by drying at 105 ° C in the drying cabinet or evenly moistened discontinued), which were manufactured a maximum of 10 days ago, is placed in a 30 ml centrifuge glass with a curved bottom (height 7 cm, ⌀ 3 cm, Depth of convex curvature 1 cm) weighed and with 20.0 ml of dispersion solution (hydrophilic silicas: 20.0 g of sodium hexametaphosphate (from Baker) to 1000 ml with deionized Replenished water; Hydrophobic silicas: 200.0 ml ethanol p. A. with 2.0 ml of 25% ammonia solution and 0.50 g Triton X-100 (Merck) to 1000 ml with deionized water filled) added. Subsequently the centrifuge glass is 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 270 s with an ultrasonic finger (from Bandelin, Type UW 2200 treated with horn DH 13 G and diamond plate ⌀ 13 mm). This will on the power supply (Sonopuls, from Bandelin, type HD 2200) of the ultrasonic finger 50% power and 80% pulses (corresponds to 0.8 s power and 0.2 s pause) set. By water cooling will warming the Suspension of maximum 8 ° C guaranteed. Until the sample is added to the liquid module of the laser diffraction device takes place within 15 min, the suspension is stirred with a magnetic stirrer prevent any sedimentation.
Durchführungexecution
Vor Beginn der Messung lässt man das Laserbeugungsgerät LS 230 (Fa. Coulter) und das Flüssigkeitsmodul (LS Variable Speed Fluid Module Plus mit integriertem Ultraschallfinger 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.Before starting the measurement, let the laser diffraction device LS 230 (from Coulter) and the liquid module (LS Variable Speed Fluid Module Plus with integrated ultrasonic finger CV 181, from Coulter) warm up for 2 hours and rinse the module (menu bar "Control / Flushing") 10 minutes long. In the control bar of the device software, select the "Opt." Calculate model "and defines the refractive indices in an .rfd file as follows: Liquid refractive index BI Real = 1,332; Material refractive index Real = 1.46; Imaginary = 0.1. In the" Measuring cycle "file window, you set the pump speed to 26% and the ultrasound power of the integrated ultrasound finger CV 181 to 3. The ultrasound points "during sample addition", "10 seconds before each measurement" and "during measurement" must be activated. In addition, 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.
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.After completing the calibration measurement with an LS Size Control G15 standard (from Coulter) and the background measurement, the sample is added. You add so long suspended silica until a light absorption of 45 - 55% is reached and that Device reports "OK".
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.The measurement is carried out at room temperature with the evaluation model of the .rfd file specified above. Of each silica sample three double determinations of 60 seconds each with one Waiting time of 0 seconds carried out.
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
pH-Wert-BestimmungpH Determination
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.The process based on DIN EN ISO 787-9 is used to determine the pH of an aqueous Silica suspension at 20 ° C. For this, an aqueous Suspension of the sample to be examined is prepared. After a short time shake the suspension becomes its pH determined using a previously calibrated pH meter.
Durchführungexecution
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 Kalibrierungsfunktion 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.This is before performing the pH measurement pH meter (Knick, type: 766 Calimatic pH meter with temperature sensor) and the pH electrode (single-rod measuring chain from Schott, type N7680) daily Use of the buffer solutions at 20 ° C to calibrate. The calibration function should be selected so that the two buffer solutions used Include the expected pH 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). When using granules, 20.0 g of silica are first used a mill (Krups, model KM 75, article no. 2030-70) crushed for 20 s.
5.00 g pulverförmige 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 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 LS 10, 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 durchgeführt. Wenn das pH-Meter einen gleichbleibenden Wert anzeigt, wird der pH-Wert an der Anzeige abgelesen.5.00 g of powdered or spherical silica with 5 ± 1 % Moisture content (if necessary, the moisture content is determined by drying at 105 ° C in the drying cabinet or evenly moistened before any shredding) are set on a precision balance Weighed to the nearest 0.01 g in a previously tared glass wide-mouth bottle. 95.0 ml of deionized water are added to the sample. Then will the suspension in the sealed vessel for 5 minutes, using a shaker (Gerhardt, model LS 10, 55 W, level 7) shaken at room temperature. The The pH value is measured immediately after shaking. To is the electrode first with deionized water, followed by part of the suspension rinsed and subsequently immersed in the suspension. After adding a magnetic fish in the suspension becomes lighter at a constant stirring speed Drum formation of the suspension carried out the pH measurement. If If the pH meter shows a constant value, the pH value becomes read on the display.
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 LS 10, 55 W, Stufe 7) bei Raumtemperatur geschüttelt. Die Messung des pH-Wertes erfolgt ebenfalls unter Rühren, allerdings nach exakt 5 min.When using hydrophobic silica the implementation takes place analog, but then 5.00 g of the possibly crushed sample with 5 ± 1 % Moisture content on the precision balance Weighed to the nearest 0.01 g in a previously tared glass wide-mouth bottle. 50.0 ml of methanol p. A. and 50.0 ml of deionized water added and then the suspension is kept in a sealed vessel for 5 minutes a shaker (Gerhardt, model LS 10, 55 W, level 7) shaken at room temperature. The The pH value is also measured with stirring, but after exact 5 min.
Bestimmung des Feststoffgehalts von FilterkuchenDetermination of the solids content of filter cake
Nach dieser Methode wird der Feststoffgehalt von Filterkuchen durch Entfernen der flüchtigen Anteile bei 105 °C bestimmt.According to this method the solids content determined by filter cake by removing the volatile components at 105 ° C.
Durchführungexecution
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 Exsikkatorschrank mit Kieselgel als Trocknungsmittel auf Raumtemperatur abgekühlt. Die Auswaage A wird gravimetrisch bestimmt.100.00 g of the filter cake are weighed into a dry, tared porcelain bowl (diameter 20 cm) (weight E). If necessary, the filter cake is crushed with a spatula in order to obtain loose chunks of a maximum of 1 cm 3 . The sample is dried to constant weight at 105 ± 2 ° C in a drying cabinet. The sample is then cooled to room temperature in a desiccator cabinet with silica gel as the drying agent. The weight A is determined gravimetrically.
Man bestimmt die Feststoffgehalt in % gemäß 100 % – (((E in g – A in g)·100 %)/(E in g)).The solids content is determined in% according to 100% - (((E in g - A in g) · 100 %) / (E in g)).
Bestimmung der elektrischen LeitfähigkeitDetermination of the electrical conductivity
Die Bestimmung der elektrischen Leitfähigkeit (LF) von Kieselsäuren wird in wässriger Suspension durchgeführt.The determination of electrical conductivity (LF) of silicas becomes watery Suspension carried out.
Durchführungexecution
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 pulverförmige 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.When using granules first 20.0 g of silica by means of a mill (Krups, model KM 75, article no. 2030-70) crushed for 20 s. 4.00 g powder or spherical Silica with 5 ± 1 % Moisture content (if necessary, the moisture content is determined by drying at 105 ° C in the drying cabinet or evenly moistened adjusted before any crushing) are deionized in 50.0 ml Suspended water and heated to 100 ° C for 1 min. The sample cooled to 20 ° C is made up to exactly 100 ml and by shaking homogenized.
Die Meßzelle des Leitfähigkeitsmeßgeräts LF 530 (Fa. WTW) wird mit einer kleinen Probenmenge gespült, bevor die Meßzelle LTA01 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.The measuring cell of the LF 530 conductivity meter (Fa. WTW) is rinsed with a small amount of sample before the measuring cell LTA01 is immersed in the suspension. The one shown on the display The value corresponds to the conductivity at 20 ° C, because the external temperature sensor TFK 530 performs automatic temperature compensation. This Temperature coefficient as well as the cell constant k are in front of everyone test series to check.
Als Kalibrierlösung wird 0.01 mol/l Kaliumchlorid-Lösung verwendet (LF bei 20 °C = 1278 μS/cm).0.01 mol / l potassium chloride solution is used as the calibration solution (LF at 20 ° C = 1278 μS / cm).
Die folgende Beispiele sollen die Erfindung näher erläutern, ohne ihren Umfang zu beschränken.The following examples are intended to Invention closer explain, without limiting its scope.
Beispiel 1example 1
In einem Reaktor aus rostfreiem Edelstahl mit Propellerrührsystem und Doppelmantelheizung werden 41.601 Wasser sowie 0.02 kg Wasserglas (Dichte 1.348 kg/l, 27.1 % SiO2, 8.00 % Na2O) und 0.50 kg Na2SO4 vorgelegt.41,601 water and 0.02 kg water glass (density 1,348 kg / l, 27.1% SiO 2 , 8.00% Na 2 O) and 0.50 kg Na 2 SO 4 are placed in a reactor made of stainless steel with a propeller stirring system and double jacket heating.
Anschließend werden unter starken Rühren bei 60 °C für 55 Minuten 8.90 l/h Wasserglas und ca. 2.10 l/h Schwefelsäure (Dichte 1.40 kg/l, 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.8.90 l / h of water glass and about 2.10 l / h of sulfuric acid (density 1.40 kg / l, 50.6% H 2 SO 4 ) are then metered in with vigorous stirring at 60 ° C. for 55 minutes. This sulfuric acid metering is regulated so that the reaction medium has a pH of 9.0 (measured at room temperature). The addition of water glass is then stopped and the sulfuric acid is continued until a pH of 3.3 (measured at room temperature) is reached.
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.The suspension obtained is filtered as usual and washed with water. The filter cake with 18% solids content becomes watery sulfuric acid and liquefied a shaving unit. The silica food with 16% solids content is then spray dried.
Das erhaltene pulverförmige Produkt weist eine BET-Oberfläche von 238 m2/g, eine CTAB-Oberfläche von 199 m2/g, eine DBP-Aufnahme von 288 g/(100 g), eine Searszahl V2 von 23.6 ml/(5 g) und eine Leitfähigkeit von 570 μS auf.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 uptake of 288 g / (100 g), a Sears number V 2 of 23.6 ml / (5 g) and a conductivity of 570 μS.
Beispiel 2Example 2
In einem Reaktor aus rostfreiem Edelstahl mit Propellerrührsystem und Doppelmantelheizung werden 41.61 Wasser sowie 0.02 kg Wasserglas (Dichte 1.348 kg/l, 27.1 % SiO2, 8.00 % Na2O) und 0.5 kg Na2SO4 vorgelegt.41.61 water and 0.02 kg water glass (density 1,348 kg / l, 27.1% SiO 2 , 8.00% Na 2 O) and 0.5 kg Na 2 SO 4 are placed in a reactor made of stainless steel with a propeller stirring system and double jacket heating.
Anschließend werden unter starken Rühren bei 64 °C für 56 Minuten 8.95 l/h Wasserglas und ca. 2.05 l/h Schwefelsäure (Dichte 1.40 kg/l, 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.8.95 l / h of water glass and about 2.05 l / h of sulfuric acid (density 1.40 kg / l, 50.6% H 2 SO 4 ) are then metered in with vigorous stirring at 64 ° C. for 56 minutes. This sulfuric acid metering is regulated so that the reaction medium has a pH of 9.0 (measured at room temperature). The addition of water glass is then stopped and the sulfuric acid is continued until a pH of 3.3 (measured at room temperature) is reached.
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.The suspension obtained is filtered as usual and washed with water. The filter cake with 18% solids content becomes watery sulfuric acid and liquefied a shaving unit. The silica food with 16% solids content is then spray dried.
Das erhaltene pulverförmige Produkt weist eine BET-Oberfläche von 233 m2/g, 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 auf.The powdery product obtained has a BET surface area of 233 m 2 / g, a CTAB surface area of 193 m 2 / g, a DBP uptake of 276 g / (100 g), a Sears number V 2 of 23.2 ml / (5 g) and a conductivity of 420 μS.
Beispiel 3Example 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.Examination of the precipitated silicas according to the invention from Examples 1 and 2 in an emulsion SBR rubber mixture. The easily dispersible tread silicic acid Ultrasil 7000 GR and the high surface silicic acid Zeosil 1205 MP were selected as state of the art. Ultrasil 7000 GR is a well dispersible precipitated silica from Degussa AG with a CTAB surface area of 160 ± 10 m2 / g. Zeosil 1205 MP is a high-surface silica from Rhodia with a CTAB surface area of 200 ± 10 m 2 / 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 R1 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).The one used for the rubber compounds The recipe is given in Table 1 below. Here means the unit phr parts by weight, based on 100 parts of the used Raw rubber. Mixtures A and B contain the silicas and the mixtures R1 and R2 serve as references according to the state of the technique. To the dispersion quality to judge the shear forces introduced when mixing as possible be kept constant. This leaves adapted to the CTAB surface Dosage of the silane, but also the crosslink density when changed To keep the amount of silane comparable is a sulfur correction of the sulfur content of the silane is necessary (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. Hofmann, Hanser Verlag 1994 beschrieben. Tabelle 1 The general process for the production of rubber mixtures and their vulcanizates is described in the book: "Rubber Technology Handbook", W. Hofmann, Hanser Verlag 1994. Table 1
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.The polymer Buna 1500 deals it is an emulsion polymerized SBR copolymer from Bayer AG with a styrene content of 23.5% by weight. Si 69 is the coupling reagent bis (3-triethoxysilylpropyl) tetrasulfan Degussa AG. Renopal NS is a mineral oil from Fuchs Mineralölwerke. Vulkanox HS / LG (TMQ), Vulkacit CZ / EG (CBS) and Vulkacit Thiuram / C (TMTD) are commercial products from Bayer AG.
Die Kautschukmischungen werden in einem Innenmischer entsprechend der Mischvorschrift in Tabelle 2 hergestellt.The rubber compounds are in an internal mixer according to the mixing instructions in Table 2 manufactured.
Tabelle 2 Table 2
In Tabelle 3 sind die Methoden für die Gummitestung zusammengestellt. Tabelle 3 Table 3 lists the methods for rubber testing. Table 3
Der Dispersionskoeffizient wird lichtoptisch bestimmt. Die Bestimmung kann vom Deutschen Institut für Kautschuktechnologie e.V., Hannover/Deutschland durchgeführt werden. Zudem ist das Verfahren beschrieben in: H. Geisler, "Bestimmung der Mischgüte", präsentiert auf dem DIK-Workshop, 27-28. November 1997, Hannover/Germany.The dispersion coefficient becomes optical certainly. The determination can be made by the German Institute for Rubber Technology e.V., Hanover / Germany. In addition, the procedure described in: H. Geisler, "Determination of the Mixing Quality", presented at the 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.The mixtures are at 15 min 165 ° C vulcanized. Table 4 shows the results of the rubber test.
Tabelle 4 Table 4
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 R1 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 zurückzuführen; 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 R1, 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 R1, während die Dispersion in R2 mit der hochoberflächigen Kieselsäure nach dem Stand der Technik deutlich schlechter ist.How to look at the data in table 4 recognizes, 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. Opposite the conventional high surface area silica Zeosil 1205 MP in reference mixture R2, however, the viscosity is advantageous decreased, which implies improved processability. The Vulcanization time is t90% due to the lack of accelerator adjustment in cf. extended to Ultrasil 7000 GR and on the elevated Surface of the attributed silicas according to the invention; as well is the crosslink density measured as the torque difference Dmax-Dmin decreased. Despite the lack of accelerator adaptation, the Tensile strengths, tension values and hardening of the mixtures according to the invention A and B are good reinforcements on. The hardships of mixtures R1, A and B are comparable, while the hardness of mixture R2 is clear is increased. This already shows an insufficient Dispersion of the conventional high-surface silica in R2. The quality of dispersion of mixtures A and B is over 90% very good and reaches the level of highly dispersible silica in R1, while the dispersion in R2 with the high-surface silica the state of the art is significantly worse.
Beispiel 4Example 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.Examination of the precipitated silicas according to the invention Examples 1 and 2 in an S-SBR / BR rubber mixture. As The ultrasil 7000 GR and Zeosil silicas were again state of the art 1205 MP selected.
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).The one used for the rubber compounds Recipe is given in Table 5 below. The reference silica Ultrasil 7000 GR in mixture R3 was modified with 6.4 phr Si 69. To the higher surface area of the reference silica Zeosil 1205 MP and the silicas according to the invention was taken into account in the mixtures R4, C and D the amount of silane increased to 8 phr and the Sulfur amount reduced accordingly. A sulfur correction is necessary according to the sulfur content of the silane (H.-D. Luginsland, J. Happy, A. Wehmeier, paper No. 59 presented at the ACS meeting, April 24-27, 2001, Providence / Rhode Iceland, USA).
Tabelle 5 Table 5
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 cis 1,4-Polybutadien (Neodymtyp) der Bayer AG mit cis 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.The polymer is VSL 5025-1 it is a in solution polymerized SBR copolymer from Bayer AG 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) from 50 ± 4 on. The polymer Buna CB 24 is a cis 1,4-polybutadiene (Neodymium type) from Bayer AG with a cis 1,4 content of at least 97% and a Mooney viscosity from 44 ± 5. As an aromatic oil Naftolen ZD from Chemetall is used. Vulkanox 4020 it is 6PPD from Bayer AG and Protektor G35P is an ozone protection wax HB-Fuller GmbH. Vulkacit D / C (DPG) and Vulkacit CZ / EG (CBS) are commercial products from Bayer AG. Perkazit TBZTD is from the Akzo Chemie GmbH available.
Die Kautschukmischungen werden in einem Innenmischer entsprechend der Mischvorschrift in Tabelle 6 hergestellt.The rubber compounds are in an internal mixer according to the mixing instructions in Table 6 manufactured.
Tabelle 6 Table 6
In Tabelle 3 sind die Methoden für die Gummitestung zusammengestellt.Table 3 shows the methods for rubber testing compiled.
Die Mischungen werden 20 min bei 165 °C vulkanisiert. Tabelle 7 zeigt die Ergebnisse der gummitechnischen Prüfung.The mixtures are vulcanized at 165 ° C for 20 min. Table 7 shows the results of gummitech African examination.
Tabelle 7 Table 7
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%, t10%) 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.How to look at the data in table 7 recognizes are due to the higher surface of the silicas of the invention Mooney viscosities of mixtures C and D. R3 slightly increased, but still better than the one that represents the state of the art, poorly processable reference mixture R4 with increased viscosity. With the exception of mixture R4 are the vulcanization characteristics (Dmax-Dmin, t90%, t10%) of all mixtures very similar. The tensile strengths too and voltage values of R3, C and D are comparable, while R4 a significantly higher one Hardness and Voltage value 100 has what a significantly higher silica network due to the poorer dispersion. Advantages of the blends C and D opposite R3 are elevated dynamic moduli E * 0 ° C and 60 ° C to recognize. These higher ones Rigidity is particularly important for high-speed passenger car and motorcycle tires are important as they improve dry handling and a higher one cornering stability Show. Despite the silicas used in mixtures C and D with higher CTAB surface are the tan δ values (60 ° C) advantageously across from the mixture R3 almost unchanged, which predicts a comparable rolling resistance while mixing R4 according to the prior art a significantly higher tan δ (60 ° C) and thus Shows rolling resistance. The good reinforcement in combination with the high CTAB surface area of the Silicas according to the invention enable one improved road abrasion of mixtures C and D. This improvement in road abrasion is also in use when using the high-surface area silicas according to the invention Natural rubber compounds, such as those used in truck tread compounds, reachable. Especially in combination with a high surface structure black like that N 121 excellent road abrasion can be achieved with truck tires. Just In this area of application there is also an improvement in cut & chip and chunking Behavior of particular interest and can be achieved by using the Realized high-surface area silicas according to the invention become.
Claims (19)
Priority Applications (15)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE10330118A DE10330118A1 (en) | 2002-08-03 | 2003-07-04 | Highly disperse precipitated silica having high CTAB surface area, useful e.g. as filler in tires for commercial vehicles, motor cycles and high speed vehicles, and as antiblocking agents, and carriers for agrochemicals and foodstuffs |
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