Многофазный наполнитель, содержащий углерод, и способы его получения

Многофазный наполнитель, содержащий углерод, и способы его получения

Реферат

 

Изобретение относится к получению наполнителя. Наполнитель содержит углеродную фазу и фазу, содержащую кремний. Фаза, содержащая кремний, находится на поверхности наполнителя или распределена по всему наполнителю. Для получения наполнителя исходное сырье вводят в первую ступень многоступенчатого реактора. Другое исходное сырье вводят в реактор после первой ступени. Один из видов сырья содержит углерод, другое сырье содержит соединения кремния или их смесь с углеродным сырьем. Соединения, содержащие кремний, разлагаются. Происходит пиролиз углеродного сырья с получением сажи. Образуется наполнитель. Наполнитель может иметь фазу, содержащую металл. Наполнитель входит в эластомерную композицию. Эти композиции улучшают сопротивление качению и сцепление во влажных условиях у использующих их шин. Наполнитель обладает уникальной структурой. 12 с. и 80 з.п. ф-лы, 11 табл., 1 ил.

Текст описания в факсимильном виде (см. графическую часть).

Формула изобретения

1. Способ получения наполнителя, содержащего углеродную фазу и фазу содержащего кремний вещества, включающий этапы а) введение одного вида исходного сырья в первую ступень многоступенчатого реактора; b) введение, по меньшей мере, одного другого вида исходного сырья в реактор после первой ступени, при этом один из видов исходного сырья содержит углеродсодержащее сырье, а другой из видов исходного сырья содержит расщепляемые или летучие соединения, содержащие кремний, или смесь расщепляемых или летучих соединений, содержащих кремний, и углеродного сырья, c) поддержание реактора при температуре, достаточной для разложения содержащего кремний соединения и пиролиза углеродного сырья для получения сажи, с образованием наполнителя, d) извлечение наполнителя.

2. Способ по п.1, в котором многоступенчатый реактор представляет собой двухступенчатый реактор, включающий первую ступень и вторую ступень, и в котором, кроме того, другое исходное сырье вводят во вторую ступень.

3. Способ по п.1, в котором первое исходное сырье содержит углеродное сырье для получения сажи и один из видов другого исходного сырья содержит углеродное сырье для получения сажи и содержащее кремний соединение.

4. Способ по п.2, в котором первое исходное сырье содержит углеродное сырье для получения сажи и второе исходное сырье содержит смесь углеродного сырья для получения сажи и содержащее кремний соединение.

5. Способ по п.1, в котором, по меньшей мере, один из видов исходного сырья содержит разбавитель.

6. Способ по п.5, в котором разбавитель присутствует в исходном сырье, включающем содержащее кремний соединение.

7. Способ по п.1, в котором углеродное сырье для получения сажи в смеси содержит спирт.

8. Способ по п.5, в котором разбавитель присутствует в количестве, достаточном для того, чтобы либо увеличить массовую скорость течения исходного сырья, или чтобы снизить температуру реактора приблизительно у точки введения исходного сырья.

9. Способ по п.1, в котором наполнитель придает эластомеру более слабое сопротивление истиранию, сравнимый или более высокий тангенс потерь при низкой температуре и более низкий тангенс потерь при высокой температуре, по сравнению с сажей.

10. Способ по п.1, в котором в первом исходном сырье присутствует приблизительно 10-100% веса всего количества углеродного сырья для получения сажи, используемого в способе.

11. Способ по п.10, в котором в первом исходном сырье присутствует приблизительно 40-100% веса всего количества углеродного сырья для получения сажи, используемого в способе.

12. Способ по п.1, в котором первое исходное сырье содержит углеродное сырье для получения сажи, а второе исходное сырье включает углеродное сырье для получения сажи, содержащее кремний соединение и разбавитель.

13. Способ по п.1, в котором, по меньшей мере, одно исходное сырье дополнительно включает содержащее бор соединение.

14. Способ по п.1, в котором дополнительно извлекают сажу, двуокись кремния или их смесь.

15. Способ получения наполнителя, содержащего углеродную фазу и фазу содержащего кремний вещества, включающий введение первого исходного сырья в первую ступень многоступенчатого реактора, имеющего, по меньшей мере, три ступени для ввода исходного сырья; введение, по меньшей мере, второго и третьего исходного сырья в реактор после первой ступени, в котором, по меньшей мере, один из видов исходного сырья содержит смесь углеродного сырья для получения сажи и расщепляемого или летучего соединения, содержащего кремний, при этом реактор имеет температуру, достаточную для разложения содержащего кремний соединения и образования сажи из углеродного сырья для получения сажи.

16. Способ по п.15, в котором каждое исходное сырье содержит углеродное сырье для получения сажи.

17. Способ по п.15, в котором каждое исходное сырье содержит смесь углеродного сырья для получения сажи и содержащее кремний соединение.

18. Способ по п.15, в котором третье исходное сырье содержит по существу содержащее кремний соединение.

19. Способ по п.15, в котором второе и третье исходное сырье содержат смесь содержащего кремний соединения и углеродного сырья для получения сажи.

20. Способ по п.15, в котором углеродное сырье для получения сажи в смеси содержит спирт.

21. Способ по п.15, в котором в первом исходном сырье присутствует приблизительно 10-100% веса всего количества углеродного сырья для получения сажи, используемого в способе.

22. Способ по п.15, в котором в первом исходном сырье присутствует приблизительно 40-100% веса всего количества углеродного сырья для получения сажи, используемого в способе.

23. Способ по п.15, в котором наполнитель придает эластомеру более слабое сопротивление истиранию, сравнимый или более высокий тангенс потерь при низкой температуре и более низкий тангенс потерь при высокой температуре, по сравнению с сажей.

24. Способ по п.15, в котором, по меньшей мере, одно исходное сырье дополнительно включает содержащее бор соединение.

25. Способ по п.15, в котором дополнительно извлекают сажу, двуокись кремния или их смесь.

26. Способ получения наполнителя, содержащего углеродную фазу, фазу содержащего металл вещества и, необязательно, фазу содержащего кремний вещества, включающий этапы a) введение одного вида исходного сырья в первую ступень многоступенчатого реактора; b) введение, по меньшей мере, одного другого вида исходного сырья в реактор после первой ступени; при этом один из видов исходного сырья содержит углеродсодержащее сырье, другой из видов исходного сырья содержит расщепляемые или летучие соединения, содержащие металл или смесь расщепляемых или летучих соединений, содержащих металл, и углеродного сырья, и необязательно один из видов исходного сырья содержит расщепляемые или летучие соединения, содержащие кремний; с) поддержание реактора при температуре, достаточной для разложения содержащего металл соединения, разложения содержащего кремний соединения и пиролиза углеродного сырья для получения сажи, с образованием наполнителя; d) извлечение наполнителя.

27. Способ по п.26, в котором содержащее металл соединение представляет собой соединение, содержащее алюминий, цинк, магний, кальций, титан, ванадий, кобальт, никель, цирконий, олово, сурьму, хром, неодим, свинец, теллур, барий, цезий, железо и молибден или их смеси.

28. Способ по п.26, в котором фазу содержащего металл вещества подвергают окислению.

29. Способ по п.26, в котором фаза содержащего металл вещества включает приблизительно 0,1-25% элементарного металла от веса наполнителя.

30. Способ по п.26, в котором, по меньшей мере, одно исходное сырье содержит, по меньшей мере, два различных содержащих металл соединения.

31. Способ по п.26, в котором, по меньшей мере, одно исходное сырье дополнительно включает содержащее бор соединение.

32. Способ по п.26, в котором, по меньшей мере, один из видов первого исходного сырья и второе исходное сырье включают содержащее кремний соединение и наполнитель содержит приблизительно 0,1-25% кремния от веса наполнителя.

33. Способ по п.26, в котором фаза содержащего металл вещества и фаза содержащего кремний вещества совокупно составляют приблизительно 0,1-25% веса наполнителя.

34. Способ по п.26, включающий, по меньшей мере, три этапа, когда исходное сырье вводят в многоступенчатый реактор, в котором исходное сырье на каждом этапе включает, по меньшей мере, одно из: a) углеродное сырье для получения сажи; b) по меньшей мере, одно расщепляемое или летучее соединение, содержащее металл, и необязательно c) расщепляемое или летучее содержащее кремний соединение, кроме того, такие виды сырья в совокупности включают, по меньшей мере, углеродное сырье для получения сажи и, по меньшей мере, одно расщепляемое или летучее соединение, содержащее металл.

35. Способ по п.26, в котором дополнительно извлекают сажу, оксид металла или их смесь.

36. Наполнитель, включающий углеродную фазу и фазу содержащего кремний вещества, отличающийся, тем, что он обладает одним из следующих показателей: a) разностью между площадью BET (N₂) поверхности и t-площадью поверхности приблизительно 2-100 ²/г; b) разностью между площадью BET (N₂) поверхности и t-площадью поверхности приблизительно 1-50 м²/г после обработки HF; с) отношением приблизительно 0,1-10 на основании 1) разности площадей BET (N₂) поверхности у наполнителя после обработки и перед обработкой HF к 2) содержанию кремния в весовых процентах в упомянутом наполнителе без обработки HF; d) уменьшением средневзвешенного размера частиц наполнителя, измеренного с помощью дискового центрифугирующего фотоседиментометра (DCP), после обработки HF приблизительно от 5 до 40% по сравнению со средневзвешенным размером частиц наполнителя без обработки HF; e) содержанием золы двуокиси кремния в упомянутом наполнителе приблизительно 0,05-1% на основе веса упомянутого наполнителя после обработки HF и золы, полученной из содержащего кремний соединения; и f) площадью BET поверхности золы двуокиси кремния в упомянутом наполнителе приблизительно 200-700 м²/г.

37. Наполнитель по п.36, отличающийся тем, что он обладает, по меньшей мере, двумя из показателей.

38. Наполнитель по п.36, отличающийся тем, что он обладает, по меньшей мере, тремя из показателей.

39. Наполнитель по п.36, отличающийся тем, что он обладает, по меньшей мере, четырьмя из показателей.

40. Наполнитель по п.36, отличающийся тем, что он обладает показателями а) и b).

41.Наполнитель по п.36, отличающийся тем, что он обладает показателями а) и с).

42. Наполнитель по п.36, отличающийся тем, что он обладает показателем а).

43. Наполнитель по п.36, отличающийся тем, что он обладает показателем b).

44. Наполнитель по п.36, отличающийся тем, что он обладает показателем с).

45. Наполнитель по п.36, отличающийся тем, что он обладает показателем d).

46. Наполнитель по п.36, отличающийся тем, что он обладает показателем е).

47. Наполнитель по п.36, отличающийся тем, что он обладает показателем а) и имеет площадь BET поверхности золы двуокиси кремния в упомянутом наполнителе приблизительно 200-700 м²/г.

48. Наполнитель по п.36, отличающийся тем, что он имеет t-площадь более приблизительно 100 м²/г, а разность между площадью BET (N₂) поверхности и t-площадью составляет приблизительно 10-50 м²/г.

49. Наполнитель по п.36, отличающийся тем, что после его обработки HF он имеет разность между площадью BET (N₂) поверхности и t-площадью приблизительно 5-40 м²/г.

50. Наполнитель по п.36, отличающийся тем, что отношение для с) составляет приблизительно 0,1-5.

51. Наполнитель по п.36, отличающийся тем, что площадь BET поверхности золы двуокиси кремния в наполнителе составляет приблизительно 200-700 м²/г.

52. Наполнитель по п.36, отличающийся тем, что содержание элементарного кремния в наполнителе составляет приблизительно 0,1-25 вес.% от веса наполнителя.

53. Наполнитель по п.36, отличающийся тем, что содержание элементарного кремния в наполнителе составляем приблизительно от 4 до 10 вес.% от веса наполнителя.

54. Наполнитель по п.36, отличающийся тем, что содержание элементарного кремния в упомянутом наполнителе составляет приблизительно от 8 до 15 вес.% от веса наполнителя.

55. Наполнитель по п.36, отличающийся тем, что фаза содержащего металл вещества присутствует преимущественно на поверхности наполнителя.

56. Наполнитель по п.36, отличающийся тем, что фаза содержащего металл вещества распределена по всему наполнителю.

57. Наполнитель по п.36, отличающийся тем, что его введение в эластомерную композицию улучшает сопротивление заносу эластомерной композиции на влажной поверхности по сравнению с эластомерной композицией, содержащей сажу.

58. Наполнитель по п.36, отличающийся тем, что он придает эластомеру более низкое сопротивление истиранию, сравнимый или более высокий тангенс потерь при низкой температуре и более низкий тангенс потерь при высокой температуре, по сравнению с сажей.

59. Наполнитель по п.36, отличающийся тем, что его введение в эластомерную композицию улучшает сопротивление качению по сравнению с такой же эластомерной композицией, содержащей сажу.

60. Наполнитель по п.36, отличающийся тем, что имеет, по меньшей мере, одну присоединенную органическую группу.

61. Эластомерная композиция, включающая, по меньшей мере, один эластомер и наполнитель по п.36 и, необязательно, связующий агент.

62. Эластомерная композиция по п.61, в которой эластомер содержит натуральный каучук, полиизопрен, полибутадиен, эмульсию стирол-бутадиенового каучука, раствор стирол-бутадиенового каучука с присоединенной функциональной группой, стирол-бутадиеновый каучук, нитрильный каучук, бутилкаучук, каучук на основе сополимера этилена, пропилена и диенового мономера, статистический сополимер этилена с пропиленом, или гомо-, или сополимеры на основе или содержащие 1,3-бутадиен, стирол, изопрен, изобутилен, 2,3-диметил-1,3-бутадиен, акрилонитрил, этилен, пропилен или их производные.

63. Эластомерная композиция по п.61, которая дополнительно содержит вулканизирующий агент, упрочняющий наполнитель, связующий агент, технологические ускорители, масляные разбавители, противостарители или их комбинации.

64. Эластомерная композиция по п.61, которая дополнительно содержит двуокись кремния, сажу или их смеси.

65. Эластомерная композиция по п.61, которая дополнительно содержит двуокись кремния, сажу, модифицированную сажу, имеющую присоединенную органическую группу, модифицированную двуокись кремния, сажу, по меньшей мере, частично покрытую двуокисью кремния, или их комбинации.

66. Эластомерная композиция по п.61, в которой наполнитель имеет, по меньшей мере, одну присоединенную органическую группу.

67. Эластомерная композиция по п.61, которая дополнительно содержит наполнитель, содержащий углеродную фазу и фазу содержащего кремний вещества и имеющий по меньшей мере одну присоединенную органическую группу.

68. Эластомерная композиция по п.61, которая имеет низкий гистерезис при высокой температуре, причем упомянутая высокая температура составляет 20-100°С.

69. Эластомерная композиция по п.61, которая имеет низкое сопротивление качению, когда ее используют в композициях для шин.

70. Эластомерная композиция по п.61, которая имеет повышенное сопротивление заносу на влажной поверхности по сравнению с такой же эластомерной композицией, содержащей сажу.

71. Эластомерная композиция по п.61, которая обеспечивает повышение сопротивления заносу на влажной поверхности более чем на 3% по сравнению с такой же эластомерной композицией, содержащей сажу.

72. Эластомерная композиция по п.61, которая обеспечивает повышение сопротивления заносу на влажной поверхности более чем на 3%, приблизительно до 20% по сравнению с такой же эластомерной композицией, содержащей сажу.

73. Способ повышения сопротивления заносу на влажной поверхности у эластомерной композиции, включающий введение наполнителя по п.36 в эластомерную композицию.

74. Способ по п.73, отличающийся тем, что он обеспечивает повышение сопротивления заносу на влажной поверхности, по меньшей мере, более чем на 3% по сравнению с такой же эластомерной композицией, содержащей сажу.

75. Способ по п.73, отличающийся тем, что он обеспечивает повышение сопротивления заносу на влажной поверхности, по меньшей мере, на 8% по сравнению с такой же эластомерной композицией, содержащей сажу.

76. Способ по п.73, отличающийся тем, что он обеспечивает повышение сопротивления заносу на влажной поверхности по меньшей мере более чем 3-20% по сравнению с такой же эластомерной композицией, содержащей сажу.

77. Способ улучшения сопротивления качению у эластомерной композиции, включающий введение в эластомерную композицию наполнителя по п.36.

78. Наполнитель, получаемый способом по п.1.

79. Наполнитель, включающий углеродную фазу и фазу содержащего кремний вещества и имеющий разность между площадью BET (N₂) и t-площадью, по меньшей мере, 19,4 м²/г.

80. Наполнитель по п.79, в котором упомянутая разность составляет 19,4-52,6 м²/г.

81. Наполнитель по п.79, в котором содержание элементарного кремния составляет приблизительно 0,1-25 вес.% от веса наполнителя.

82. Наполнитель по п.79, в котором содержание элементарного кремния составляет приблизительно 0,5-10 вес.% от веса наполнителя.

83. Наполнитель по п.79, который придает эластомеру более низкое сопротивление истиранию, сравнимый или более высокий тангенс потерь при низкой температуре и более низкий тангенс потерь при высокой температуре, по сравнению с сажей.

84. Эластомерная композиция, включающая, по меньшей мере, один эластомер и наполнитель по п.79 и, необязательно, связующий агент.

85. Эластомерная композиция по п.84, которая обеспечивает увеличение сопротивления заносу на влажной поверхности.

86. Эластомерная композиция по п.84, которая обеспечивает уменьшение сопротивления качению.

87. Способ получения наполнителя, содержащего углеродную фазу и фазу содержащего кремний вещества, включающий введение первого исходного сырья в первую ступень многоступенчатого реактора, имеющего, по меньшей мере, две ступени для введения исходного сырья; введение, по меньшей мере, второго исходного сырья в реактор в месте после первой ступени, в котором, по меньшей мере, один из видов исходного сырья содержит углеродное сырье для получения сажи и, по меньшей мере, один из видов исходного сырья включает содержащее кремний соединение; и реактор имеет температуру, достаточную для разложения содержащего кремний соединения и для образования сажи из углеродного сырья для получения сажи, и, по меньшей мере, один из видов упомянутого первого и второго исходного сырья содержит разбавитель.

88. Способ по п.87, в котором упомянутый разбавитель присутствует в, по меньшей мере, одном упомянутом исходном сырье в количестве, достаточно эффективном для увеличения массовой скорости течения исходного сырья, снижения температуры реактора приблизительно у точки ввода исходного сырья либо того и другого.

89. Способ по п.87, в котором разбавитель содержит, по меньшей мере, один спирт, воду, раствор на водной основе или их смеси.

90. Способ по п.87, в котором разбавитель вводят в реактор отдельно от упомянутого первого и второго исходного сырья.

91. Способ по п.87, в котором как исходное сырье, включающее содержащее кремний соединение, так и упомянутый разбавитель содержат спирт или смесь спиртов.

92. Способ получения наполнителя, содержащего углеродную фазу и фазу содержащего кремний вещества, включающий введение первого исходного сырья в первую ступень многоступенчатого реактора, имеющего, по меньшей мере две ступени для введения исходного сырья; введение, по меньшей мере, второго исходного сырья в реактор после первой ступени, в котором, по меньшей мере, один из видов исходного сырья включает углеродное сырье для получения сажи и, по меньшей мере, один из видов исходного сырья включает содержащее кремний соединение; и реактор имеет температуру, достаточную для разложения содержащего кремний соединения и для образования фазы сажи из углеродного сырья для получения сажи.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14, Рисунок 15, Рисунок 16, Рисунок 17, Рисунок 18, Рисунок 19, Рисунок 20, Рисунок 21, Рисунок 22, Рисунок 23, Рисунок 24, Рисунок 25, Рисунок 26, Рисунок 27, Рисунок 28, Рисунок 29, Рисунок 30, Рисунок 31, Рисунок 32, Рисунок 33, Рисунок 34, Рисунок 35, Рисунок 36, Рисунок 37, Рисунок 38, Рисунок 39, Рисунок 40, Рисунок 41, Рисунок 42, Рисунок 43, Рисунок 44, Рисунок 45, Рисунок 46, Рисунок 47, Рисунок 48, Рисунок 49, Рисунок 50, Рисунок 51, Рисунок 52, Рисунок 53, Рисунок 54, Рисунок 55, Рисунок 56, Рисунок 57, Рисунок 58, Рисунок 59, Рисунок 60, Рисунок 61, Рисунок 62, Рисунок 63, Рисунок 64, Рисунок 65, Рисунок 66, Рисунок 67, Рисунок 68, Рисунок 69, Рисунок 70, Рисунок 71, Рисунок 72, Рисунок 73