Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
САЖА И ПОЛИМЕРНАЯ КОМПОЗИЦИЯ НА ЕЕ ОСНОВЕ
САЖА И ПОЛИМЕРНАЯ КОМПОЗИЦИЯ НА ЕЕ ОСНОВЕ

САЖА И ПОЛИМЕРНАЯ КОМПОЗИЦИЯ НА ЕЕ ОСНОВЕ

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Изобретение относится к новым сажам, которые применяются в каучуках, эластомерах, пластомерах, а также к полимерным композициям, которые содержат эти новые сажи. Сущность изобретения состоит в том, что эти сажи имеют число адсорбции иода I2No 65-95 мг/г, размеры первичных частиц меньше или равны 20 нм; либо I2No 100-112 мг/г, размеры частиц меньше или равны 20 нм; либо I2No 65-112 мг/г, размеры частиц меньше или равны 20 нм, величину абсорбции дибутилфталата - CDBP, меньше или равную 102 см3/100 г; либо I2No 50-70 мг/г, размеры первичных частиц меньше или равны 25 нм; либо сажа имеет I2No 50-85 мг/г, размеры меньше или равны 25 нм, CDBP меньше или равна 96 см3/100 г. Сущность изобретения также состоит и в полимерной композиции, содержащей полимер, например полиэтилен, и указанные выше сажи. При этом композиция имеет 0,5-300 вес.ч. сажи на 100 вес.ч. полимера. Согласно изобретению улучшается вязкость композиции и ее влагопоглощение. 10 с. и 57 з.п.ф-лы, 7 табл., 5 ил.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2172755
Класс(ы) патента: C09C1/48, C08K3/04
Номер заявки: 97117984/12
Дата подачи заявки: 22.01.1997
Дата публикации: 27.08.2001
Заявитель(и): КАБОТ КОРПОРЕЙШН (US)
Автор(ы): САНТ Равиндра (US)
Патентообладатель(и): КАБОТ КОРПОРЕЙШН (US)
Описание изобретения: Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к классу новых и полезных саж, которые пригодны для различных применений и особенно хорошо подходят для использования в натуральных каучуках, синтетических каучуках, эластомерах, пластомерах и/или их комбинациях или смесях. Кроме того, настоящее изобретение относится к новым и полезным полимерным композициям (натуральные каучуки, синтетические каучуки, эластомеры, пластомеры и/или их комбинации или смеси), которые содержат сажи.
Предпосылки создания изобретения
Как правило, сажи получают в реакторе печного типа путем пиролиза углеводородного сырья горячими газообразными продуктами сгорания для получения продуктов сгорания, содержащих сажу в виде частиц.
Сажи можно использовать как пигменты, наполнители и/или упрочняющие наполнители в полимерных композициях. Используемый здесь термин "полимер" обозначает натуральный каучук, синтетический каучук, эластомер, пластомер и/или их комбинации или смеси.
Сажи также можно использовать для того, чтобы придать полимерным композициям электропроводность и защиту от разложения при воздействии ультрафиолетового (УФ) излучения. Например, сажи широко используют для сведения к минимуму разложения полимерных композиций при воздействии УФ излучения. Такое УФ излучение присутствует как компонент естественного солнечного света. Общепринято, что степень защиты от разложения при воздействии УФ света улучшается при использовании саж с уменьшенным размером частиц, например не более 25 нанометров (нм). Обычно полагают, что есть дополнительные выгоды от применения саж с размерами частиц не более 20 нм.
Сажи вводят в полимерную композицию посредством различных методик смешения. В случае саж, имеющих приемлемые характеристики в отношении защиты от УФ излучения, как правило желательно использовать те из них, которые обеспечивают как можно меньшую вязкость и таким образом улучшат обрабатываемость композиционной смеси сажа-полимер. Другим желательным признаком саж, используемых в таких применениях, была бы возможность максимально, до практически возможного уровня, повысить относительное содержание сажи в композиционной смеси сажа-полимер. Для того чтобы свести к минимуму склонность пластичной композиции к поглощению влаги, желательно использовать сажи с как можно более низким композиционным поглощением влаги (compound moisture absorption, СМА). СМА указывает на способность сажи поглощать влагу после того, как сажа введена в представляющую интерес полимерную композицию.
Соответственно, было бы выгодно получить новые сажи, которые придают улучшенную вязкость или характеристики по обрабатываемости для полимерных композиций, в которые они введены.
Кроме того, было бы выгодно получить новые сажи, которые приводят к более низким характеристикам композиционного поглощения влаги для полимерных композиций, в которые они введены.
Было бы также выгодно иметь новые полимерные композиции, которые обладают улучшенной вязкостью и/или характеристиками по обрабатываемости, а также меньшим композиционным поглощением влаги.
Эти и другие преимущества достигаются посредством саж и полимерных композиций по настоящему изобретению.
Краткое изложение сущности изобретения
В настоящем изобретении предлагаются новые классы саж, которые можно охарактеризовать как имеющие показатель адсорбции иода (I2No) 50-112 миллиграммов/грамм (мл/г) и размер первичных частиц, измеренный в соответствии с методиками испытаний по ASTM D3849-89 (далее называемый "размером первичных частиц"), меньший или равный 25 нанометрам (нм). Кроме того, некоторые сажи по настоящему изобретению могут быть дополнительно охарактеризованы величиной абсорбции дибутил-[фталата] раздробленной сажей (dibuthyl absorption value of the crushed carbon black, CDBP), меньшей или равной 102 кубическим сантиметрам DBP на 100 граммов сажи (куб.см/100 г), которая измерена в соответствии с методикой испытаний по ASTM D3493-86.
В частности, в настоящем изобретении предлагаются новые сажи, имеющие I2No 65-95 мл/г и размер первичных частиц, меньший или равный 20 нм. Предпочтительно, чтобы сажи имели I2No 73-94 мл/г и/или размер первичных частиц, меньший или равный 19 нм. Более предпочтительно, чтобы сажи имели I2No 85-93 мл/г и/или размер первичных частиц, меньший или равный 19 нм.
Кроме того, в настоящем изобретении предлагаются новые сажи, имеющие I2No 100-112 мл/г и размер первичных частиц, меньший или равный 20 нм. Предпочтительно, чтобы сажи имели размер первичных частиц, меньший или равный 19 нм.
Затем в настоящем изобретении предлагаются новые сажи, имеющие I2No 65-112 мл/г; размер первичных частиц, меньший или равный 20 нм, и CDBP меньшую или равную 102 куб. см/100 г. Предпочтительно, чтобы сажи имели I2No 73-104 мл/г; размер первичных частиц, меньший или равный 19 нм, и/или CDBP 70-100 куб. см/100 г. Более предпочтительно, чтобы сажи имели I2No 75-99 мл/г; размер первичных частиц, меньший или равный 19 нм, и/или CDBP 80-95 куб.см/100 г.
Кроме того, в настоящем изобретении предлагаются новые сажи, имеющие I2No 50-70 мл/г и размер первичных частиц, меньший или равный 25 нм. Предпочтительно, чтобы сажи имели I2No 55-65 мл/г и/или размер первичных частиц от более 20 нм до 25 нм.
Далее в настоящем изобретении предлагаются новые сажи, имеющие I2No 50-85 мл/г; размер первичных частиц, меньший или равный 25 нм, и CDBP меньшую или равную 96 куб.см/100 г. Предпочтительно, чтобы сажи имели I2No 55-80 мл/г; размер первичных частиц от более 20 нм до 25 нм и/или CDBP 50-96 куб. см/100 г. Более предпочтительно, чтобы сажи имели I2No 60-78 мл/г; размер первичных частиц от более 20 нм до 25 нм и/или CDBP 50-96 куб.см/100 г.
Кроме того, в настоящем изобретении предлагаются полимерные композиции, которые включают сажи по настоящему изобретению. В широком смысле слова используемый здесь термин "полимер" относится к любому натуральному каучуку, синтетическому каучуку, эластомеру, пластомеру и/или к их комбинациям и смесям.
Сажи по настоящему изобретению можно получить любым способом, известным на уровне техники. Сажи по настоящему изобретению предпочтительно получают в печном реакторе для саж, имеющем первую зону (сгорания), переходную зону и реакционную зону, в котором
образующее сажу сырье впрыскивают в поток горячих газообразных продуктов сгорания; полученную смесь горячих газообразных продуктов сгорания и сырья пропускают в реакционную зону; и
пиролиз образующего сажу сырья прекращают путем резкого охлаждения смеси, когда образовались сажи по настоящему изобретению, причем уровень первичного сгорания составляет более 300%, предпочтительно по меньшей мере 550%, более предпочтительно - 650-1200%. Предпочтительно, чтобы уровень общего сгорания в способе получения саж по настоящему изобретению составлял по меньшей мере 22%, предпочтительно 22-35%, более предпочтительно - 25-28%. Также предпочтительно, чтобы время пребывания для образующих сажу реакций в способе получения саж по настоящему изобретению составляло 0,55-9,9 секунд, более предпочтительно - 1,06-8,01 секунд. Далее способ получения новых саж по настоящему изобретению будет описан более подробно.
К полимерным композициям по настоящему изобретению относятся натуральные каучуки, синтетические каучуки, эластомеры, пластомеры и их комбинации и/или смеси. Количество сажи, используемой в полимерных композициях по настоящему изобретению, является любым количеством, эффективным для достижения результатов, желательных для предполагаемого конечного применения полимерной композиции, причем такие количества являются обычными и хорошо известными рядовым специалистам. Как правило, можно использовать количества продукта-сажи в интервале от 0,5 до 300 весовых частей на каждые 100 весовых частей полимера. Однако предпочтительно использовать количества, изменяющиеся от 0,5 до 100 весовых частей сажи на 100 весовых частей полимера, и особенно предпочтительно использовать 0,5-80 весовых частей сажи на 100 весовых частей полимера.
К числу полимеров, пригодных для применения в настоящем изобретении, относятся натуральный каучук, синтетический каучук, например полиизопрен и полибутадиен, и их производные, такие как хлорированный каучук; сополимеры, содержащие от примерно 10 до примерно 70 весовых процентов стирола и от примерно 90 до примерно 30 весовых процентов бутадиена, такие как сополимер из 19 частей стирола и 81 части бутадиена, сополимер из 30 частей стирола и 70 частей бутадиена, сополимер из 43 частей стирола и 57 частей бутадиена, а также сополимер из 50 частей стирола и 50 частей бутадиена; полимеры и сополимеры сопряженных диенов, такие как полибутадиен, полиизопрен, полихлоропрен и т. п., и сополимеры таких сопряженных диенов и сополимеризуемых с ними мономеров, содержащих этиленовую группу, таких как стирол, метилстирол, хлорстирол, акрилонитрил, 2-винилпиридин, 5-метил-2-винилпиридин, 5-этил-2-винилпиридин, 2-метил-5-винилпиридин, алкилзамещенные акрилаты, винилкетон, метилизопропенилкетон, метилвиниловый эфир, альфа-метиленкарбоновые кислоты и их сложные эфиры и амиды, такие как акриловая кислота и амид диалкилакриловой кислоты; для применения в данном случае также пригодны сополимеры этилена и других высших альфа-олефинов, таких как пропилен, бутен-1 и пентен-1; особенно предпочтительными являются этилен-пропиленовые сополимеры, в которых содержание этилена находится в интервале от 20 до 90 весовых процентов, а также этилен-пропиленовые полимеры, которые дополнительно содержат третий мономер, такой как дициклопентадиен, 1,4-гексадиен и метиленнорборнен. Этиленсодержащий полимер предпочтительно содержит этилен-пропиленовый сополимер или тройной этилен-пропиленовый полимер. Более предпочтительно, чтобы этиленсодержащий полимер включал тройной этилен-пропиленовый каучук с диеновым сомономером (EPDM). Предпочтительным также является этиленсодержащий полимер, включающий 0,5-98 весовых % мономера этилена.
Кроме того, к предпочтительным полимерным композициям относятся полиолефины, такие как полипропилен и полиэтилен.
Далее, к подходящим полимерам относятся:
а) гомополимеры пропилена, гомополимеры этилена, а также сополимеры этилена и его привитые полимеры, где сомономеры выбирают из бутена, гексена, пропена, октена, винилацетата, акриловой кислоты, метакриловой кислоты, C15-алкиловых сложных эфиров акриловой кислоты, С1- С8-алкиловых сложных эфиров метакриловой кислоты, малеинового ангидрида, полуэфира малеинового ангидрида и монооксида углерода;
б) эластомеры, выбираемые из натурального каучука, полибутадиена, полиизопрена, статистического или блочного стиролбутадиенового каучука (SBR), полихлоропрена, акрилонитрилбутадиена, сополимеров и тройных полимеров этилена и пропилена, тройного этилен-пропиленового каучука с диеновым сомономером (EPDM);
в) гомополимеры и сополимеры стирола, включая линейный и радиальный стирол-бутадиен-стирольный полимер, акрилонитрилбутадиенстирол (ABS) и сополимер стирола и акрилонитрила (SAN);
г) термопластики, включая полиэтилентерефталат (PET), полибутилентерефталат (PET), поликарбонаты, полиамиды, поливинилхлориды (PVC), ацетали; и
д) термореактивные пластики, включая полиуретан, эпоксидные смолы и сложные полиэфиры.
Преимуществом саж по настоящему изобретению является то, что сажи приводят к низкой вязкости полимерных композиций, в которые их вводят.
Другое преимущество саж по настоящему изобретению заключается в том, что они приводят к низкому СМА (композиционному поглощению влаги) для полимерных композиций, в которые их вводят.
Дополнительным преимуществом саж по настоящему изобретению является то, что сажи можно вводить в полимерные композиции при их большой загрузке.
Преимуществом полимерных композиций по настоящему изобретению является их низкая вязкость.
Другим преимуществом полимерных композиций по настоящему изобретению является их низкое СМА (композиционное поглощение влаги).
Дополнительным преимуществом полимерных композиций по настоящему изобретению является то, что в них можно вводить большие загрузки сажи.
Другие преимущества настоящего изобретения будут очевидны из более подробного описания изобретения.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 является поперечным разрезом части одного типа печного реактора для сажи, который можно использовать для получения саж по настоящему изобретению.
Фиг. 2 является поперечным разрезом части другого типа печного реактора для сажи, который можно использовать для получения саж по настоящему изобретению.
Фиг. 3 представляет собой гистограмму выборки для весовой доли агрегатов в образце сажи как функции стоксова диаметра для данного образца.
Фиг. 4 представляет собой график, иллюстрирующий влияние загрузки сажи на показатель текучести полимерных композиций, содержащих сажи по настоящему изобретению, вместе с соответствующими данными для полимерных композиций, содержащих контрольные сажи, как описано в примерах.
Фиг. 5 представляет собой график, иллюстрирующий влияние загрузки сажи на кажущуюся вязкость при скорости сдвига 100 сек-1 в случае полимерных композиций, содержащих сажи по настоящему изобретению, вместе с соответствующими данными для полимерных композиций, содержащих контрольные сажи, как описано в примерах.
Подробное описание изобретения
В настоящем изобретении предлагаются сажи и полимерные композиции, в которые введены сажи.
По одному из аспектов настоящего изобретения предлагается сажа, имеющая: I2No 65-95 мл/г, предпочтительно 73-94 мл/г, более предпочтительно 85-93 мл/г, и размер первичных частиц, меньший или равный 20 нм, предпочтительно меньший или равный 19 нм. Более конкретно, к этим сажам относятся следующие:
1a) сажа с I2No 65- 95 мл/г и с размером первичных частиц, меньшим или равным 20 нм;
2a) сажа с I2No 73-94 мл/г и с размером первичных частиц, меньшим или равным 20 нм;
3a) сажа с I2No 85-93 мл/г и с размером первичных частиц, меньшим или равным 20 нм;
4a) сажа с I2No 65-95 мл/г и с размером первичных частиц, меньшим или равным 19 нм;
5a) сажа с I2No 73-94 мл/г и с размером первичных частиц, меньшим или равным 19 нм; и
6a) сажа с I2No 85-93 мл/г и с размером первичных частиц, меньшим или равным 19 нм.
По другому аспекту настоящего изобретения предлагается сажа, имеющая: I2No 100-112 мл/г и размер первичных частиц, меньший или равный 20 нм, предпочтительно меньший или равный 19 нм. Более конкретно, к этим сажам относятся следующие:
1b) сажа с I2No 100-112 мл/г и с размером первичных частиц, меньшим или равным 20 нм; и
2b) сажа с I2No 100-112 мл/г и с размером первичных частиц, меньшим или равным 19 нм.
По другому аспекту настоящего изобретения предлагается новая сажа, имеющая I2No 65-112 мл/г; предпочтительно 73-104 мл/г, более предпочтительно 75-99 мл/г; размер первичных частиц, меньший или равный 20 нм, предпочтительно меньший или равный 19 нм; и CDBP меньшую или равную 102 куб.см/100 г, предпочтительно 70-100 куб. см/100 г, более предпочтительно - 80-95 куб. см/100 г. Более конкретно, к этим сажам относятся следующие:
1c) сажа с I2No 65-112 мл/г; с размером первичных частиц, меньшим или равным 20 нм; и с CDBP, меньшей или равной 102 куб.см/100 г; >
2c) сажа с I2No 65-112 мл/г; с размером первичных частиц, меньшим или равным 20 нм; и с CDBP 70-100 куб.см/100 г;
3c) сажа с I2No 65-112 мл/г; с размером первичных частиц, меньшим или равным 20 нм; и с CDBP 80-95 куб.см/100 г;
4c) сажа с I2No 65-112 мл/г; с размером первичных частиц, меньшим или равным 19 нм; и с CDBP, меньшей или равной 102 куб.см/100 г;
5c) сажа с I2No 65-112 мл/г; с размером первичных частиц, меньшим или равным 19 нм; и с CDBP 70-100 куб.см/100 г;
6c) сажа с I2No 65-112 мл/г; с размером первичных частиц, меньшим или равным 19 нм; и с CDBP 80-95 куб.см/100 г;
7c) сажа с I2No 73-104 мл/г; с размером первичных частиц, меньшим или равным 20 нм; и с CDBP, меньшей или равной 102 куб.см/100 г;
8c) сажа с I2No 73-104 мл/г; с размером первичных частиц, меньшим или равным 20 нм; и с CDBP 70-100 куб.см/100 г;.
9c) сажа с I2No 73-104 мл/г; с размером первичных частиц, меньшим или равным 20 нм; и с CDBP 80-95 куб.см/100 г;
10c) сажа с I2No 73-104 мл/г; с размером первичных частиц, меньшим или равным 19 нм; и с CDBP, меньшей или равной 102 куб.см/100 г;
11e) сажа с I2No 73-104 мл/г; с размером первичных частиц, меньшим или равным 19 нм; и с CDBP 70-100 куб.см/100 г;
12c) сажа с I2No 73-104 мл/г; с размером первичных частиц, меньшим или равным 19 нм; и с CDBP 80-95 куб.см/100 г;
13c) сажа с I2No 75-99 мл/г; с размером первичных частиц, меньшим или равным 20 нм; и с CDBP, меньшей или равной 102 куб.см/100 г;
14c) сажа с I2No 75-99 мл/г; с размером первичных частиц, меньшим или равным 20 нм; и с CDBP 70-100 куб.см/100 г;
15c) сажа с I2No 75-99 мл/г; с размером первичных частиц, меньшим или равным 20 нм; и с CDBP 80- 95 куб.см/100 г;
16c) сажа с I2No 75-99 мл/г; с размером первичных частиц, меньшим или равным 19 нм; и с CDBP, меньшей или равной 102 куб.см/100 г;
17c) сажа с I2No 75-99 мл/г; с размером первичных частиц, меньшим или равным 19 нм; и с CDBP 70-100 куб.см/100 г; и
18c) сажа с I2No 75-99 мл/г; с размером первичных частиц, меньшим или равным 19 нм; и с CDBP 80-95 куб.см/100 г.
По еще одному аспекту настоящего изобретения предлагаются новые сажи, имеющие I2No 50-70 мл/г и размер первичных частиц, меньший или равный 25 нм. Предпочтительно, сажи имеют I2No 55-65 мл/г и/или размер первичных частиц от более 20 нм до 25 нм. Если говорить более подробно, к этим сажам относятся следующие:
Id) сажа с I2No 50-70 мл/г и с размером первичных частиц, меньшим или равным 25 нм;
2d) сажа с I2No 50-70 мл/г и с размером первичных частиц от более 20 нм до 25 нм;
3d) сажа с I2No 55-65 мл/г и с размером первичных частиц, меньшим или равным 25 нм; и
4d) сажа с I2No 55-65 мл/г и с размером первичных частиц от более 20 нм до 25 нм.
По еще одному аспекту настоящего изобретения предлагаются новые сажи, имеющие I2No 50-85 мл/г; размер первичных частиц, меньший или равный 25 нм, и CDBP, меньшую или равную 96 куб.см/100 г. Предпочтительно, чтобы сажи имели l2No 55- 80 мл/г; размер первичных частиц от более 20 нм до 25 нм и/или CDBP 50-96 куб.см/100 г. Более предпочтительно, чтобы сажи имели I2No 60-78 мл/г; размер первичных частиц от более 20 нм до 25 нм и/или CDBP 50-96 куб. см/100 г. Если говорить более подробно, к этим сажам относятся следующие:
1e) сажа с I2No 50-85 мл/г; с размером первичных частиц, меньшим или равным 25 нм; и с CDBP, меньшей или равной 96 куб.см/100 г;
2e) сажа с I2No 55-80 мл/г; с размером первичных частиц, меньшим или равным 25 нм; и с CDBP, меньшей или равной 96 куб.см/100 г;
3e) сажа с I2No 60-78 мл/г; с размером первичных частиц, меньшим или равным 25 нм; и с CDBP, меньшей или равной 96 куб.см/100 г;
4e) сажа с I2No 50-85 мл/г; с размером первичных частиц, меньшим или равным 25 нм; и с CDBP 50-96 куб.см/100 г;
5e) сажа с I2No 55-80 мл/г; с размером первичных частиц, меньшим или равным 25 нм; и с CDBP 50-96 куб.см/100 г;
6e) сажа с I2No 60-78 мл/г; с размером первичных частиц, меньшим или равным 25 нм; и с CDBP 50-96 куб.см/100 г;
7e) сажа с I2No 50-85 мл/г; с размером первичных частиц от более 20 нм до 25 нм; и с CDBP, меньшей или равной 96 куб.см/100 г;
8e) сажа с I2No 55-80 мл/г; с размером первичных частиц от более 20 нм до 25 нм; и с CDBP, меньшей или равной 96 куб.см/100 г;
9e) сажа с I2No 60-78 мл/г; с размером первичных частиц от более 20 нм до 25 нм; и с CDBP, меньшей или равной 96 куб.см/100 г;
10e) сажа с I2No 50-85 мл/г; с размером первичных частиц от более 20 нм до 25 нм; и с CDBP 50-96 куб.см/100 г;
11e) сажа с I2No 55-80 мл/г; с размером первичных частиц от более 20 нм до 25 нм; и с CDBP 50-96 куб.см/100 г; и
12e) сажа с I2No 60-78 мл/г; с размером первичных частиц от более 20 нм до 25 нм; и с CDBP 50-96 куб.см/100 г.
Сажи по настоящему изобретению могут быть получены любым способом, однако их предпочтительно получают так, как описано ниже. Тем не менее, следует понять, что, хотя способ получения саж по настоящему изобретению описан ниже со ссылкой на один тип печного реактора для сажи, способ можно осуществить в других типах реакторов для сажи.
В частности, сажи по настоящему изобретению можно получить в соответствии со способом по изобретению в модульном, также называемом "ступенчатом" печном реакторе для сажи. На фиг. 1 изображен разрез типичного модульного печного реактора для сажи, который можно использовать для получения саж по настоящему изобретению. Другие детали типичного модульного печного реактора для сажи можно найти, например, в описании, содержащемся в патенте США N 3922335, изложение которого включено сюда как ссылка.
Согласно фиг. 1, сажи по настоящему изобретению можно получить в печном реакторе для сажи 2, имеющем зону сгорания 10, которая содержит зону со сходящимся диаметром 11, переходную зону 12 и реакционную зону 18. Ближайший к переходной зоне 12 конец реакционной зоны 18 содержит зону или зоны 17A и 17B уменьшенного диаметра. Диаметр зоны сгорания 10 вплоть до места, откуда начинается зона со сходящимся диаметром 11, показан как D-1; диаметр зоны 12 - как D-2; диаметр зоны 17A - как D-3A; диаметр зоны 17B - как D-3B; и диаметр зоны 18 - как D-4. Длина зоны сгорания 10 вплоть до места, откуда начинается зона со сходящимся диаметром 11, показана как L-1; длина зоны со сходящимся диаметром 11 показана как L-2; длина переходной зоны 12 показана как L-3; длина зоны 17A с уменьшенным диаметром показана как L-4A; и длина зоны 17B с уменьшенным диаметром показана как L-4B.
Чтобы получить сажи по настоящему изобретению, в зоне горения 10 образуют горячие газообразные продукты сгорания посредством реакции жидкого или газообразного топлива с подходящим окислителем, таким как воздух, кислород, смеси воздуха и кислорода и т.д. К числу топлив, пригодных для применения в реакции с потоком окислителя в зоне горения 10 с образованием горячих газообразных продуктов сгорания, относятся любые легко сжигаемые газообразные, парообразные или жидкие потоки, такие как природный газ, водород, монооксид углерода, метан, ацетилен, спирты или керосин. Однако предпочтительно использовать топлива с большим содержанием углеродсодержащих компонентов, в частности углеводородов. Отношение воздуха к природному газу, используемому для получения саж по настоящему изобретению, составляет по меньшей мере 30: 1, предпочтительно от 45:1 до 100:1. Для того чтобы облегчить образование горячих газообразных продуктов сгорания, поток окислителя можно предварительно подогреть.
Для того чтобы получить сажи по настоящему изобретению, уровень первичного сгорания в процессе получения сажи превышает 300% и предпочтительно составляет по меньшей мере 550%. Более предпочтительно получать сажи по настоящему изобретению при уровне первичного сгорания в процессе получения сажи, составляющем 650-1200%.
Здесь уровень первичного сгорания представляет собой количество окислителя, такого как воздух, используемого на первой стадии многоступенчатого процесса, отнесенное к теоретическому количеству окислителя, которое требуется для полного сгорания углеводорода на первой стадии до диоксида углерода и воды. Для удобства уровень первичного сгорания выражают в процентах.
Теоретическое количество окислителя, которое требуется для полного сгорания углеводорода на первой стадии до диоксида углерода и воды, называется здесь "Отношение воздух - сжигаемый газ" и выражается как отношение объемов теоретического окислителя и углеводорода с первой стадии. Количества окислителя и углеводорода с первой стадии могут быть выражены в любой удобной и согласованной системе единиц.
Уровень первичного сгорания можно определить следующей формулой:

где "Измеренный расход воздуха" = объемный расход воздуха, вводимого в зону сгорания реактора, измеренный при стандартных условиях по температуре и давлению
"Измеренный расход газа" = объемный расход газа, вводимого в зону сгорания реактора, измеренный при стандартных условиях по температуре и давлению
и "Измеренный расход воздуха", "Измеренный расход газа" и "Отношение воздух - сжигаемый газ" выражены в системе взаимно согласующихся единиц. Используемые здесь "стандартные условия по температуре и давлению" относятся к температуре 273 по Кельвину (К) и давлению 101,3 килопаскаль (кПа) при описании воздуха или газа; и "стандартные условия по температуре и давлению" относятся к температуре 288,6 К и давлению 101,3 кПа при описании масла или сырья.
Поток горячих газообразных продуктов сгорания течет вниз из зон 10 и 11 в зоны 12, 17A, 17B, и затем - в 18. Направление потока горячих газообразных продуктов сгорания показано стрелкой на фиг. 1. Образующее сажу сырье 30 вводят в точке 32, расположенной в зоне 12. Сырье можно вводить либо через трубку 15 с концом 34, либо, предпочтительно, радиально внутрь через множество отверстий, расположенных на стенке зоны 12 в положении 32, либо комбинацией этих двух способов. В качестве образующего сажу углеводородного сырья, которое легко испаряется в условиях реакции, для применения здесь пригодны ненасыщенные углеводороды, такие как ацетилен; олефины, такие как этилен, пропилен, бутилен; ароматические углеводороды, такие как бензол, толуол и ксилол; определенные насыщенные углеводороды; а также испаренные углеводороды, такие как керосины, нафталины, терпены, этиленовые смолы, сырье с ароматическими циклами и т.п.
Расстояние от точки 32 вниз до начала зоны уменьшенного диаметра 17A в реакционной зоне показано как F-1. В определенных описанных здесь примерах образующее сажу сырье 30 впрыскивали радиально внутрь через множество отверстий, расположенных на стенке зоны 12 в положении 32, причем образовавшиеся струи проникали во внутренние области потока горячих газообразных продуктов сгорания, чтобы произошло быстрое разложение и превращение сырья в новые сажи по настоящему изобретению.
В других описанных здесь примерах образующее сажу сырье 30 впрыскивали наружу в направлении по существу аксиального потока вниз через множество отверстий на конце 34 трубки 15, причем образовавшиеся струи проникали во внешние области потока горячих газообразных продуктов сгорания, чтобы произошло быстрое разложение и превращение сырья в сажи. Расстояние от конца трубки 15 до начала зоны 17A показано как F-2.
Для того чтобы получить сажи по настоящему изобретению, уровень общего сгорания в процессе получения сажи предпочтительно составляет по меньшей мере 22%, более предпочтительно 22-35% и даже более предпочтительно 25-28%.
Как говорится здесь и как известно специалистам, уровень общего сгорания представляет собой общее количество окислителя, такого как воздух, используемого в процессе образования углерода, отнесенное к количеству окислителя, которое требуется для полного сгорания всего количества углеводорода, используемого в процессе образования углерода, с получением диоксида углерода и воды. Уровень общего сгорания обычно выражают в процентах.
Для удобства количество окислителя, которое требуется для полного сгорания образующего сажу сырья до диоксида углерода и воды, называется здесь "Отношение воздух - сжигаемое масло" и выражается как отношение объемов теоретического окислителя и образующего сажу сырья. Количества окислителя и образующего сажу сырья могут быть выражены в любой удобной и согласованной системе единиц.
Уровень общего сгорания можно определить по следующей формуле:

где "Измеренный расход воздуха" = объемный расход воздуха, вводимого в зону сгорания реактора, измеренный при стандартных условиях по температуре и давлению
"Измеренный расход газа" = объемный расход газа, вводимого в зону сгорания реактора, измеренный при стандартных условиях по температуре и давлению
"Измеренный расход масла" = объемный расход масла, вводимого в реактор, измеренный при стандартных условиях по температуре и давлению
и "Измеренный расход воздуха", "Измеренный расход газа", "Измеренный расход масла", "Отношение воздух - сжигаемый газ" и "Отношение воздух -сжигаемое масло" выражены в системе взаимно согласующихся единиц.
Смесь образующего сажу сырья и горячих газообразных продуктов сгорания течет вниз через зоны 12, 17A, 17B в зону 18. Устройство для резкого охлаждения 40, расположенное в положении 42 и впрыскивающее охлаждающую жидкость 50 (которая в описанных здесь примерах является водой), используют для того, чтобы остановить пиролиз образующего сажу сырья, когда образуются новые сажи по настоящему изобретению. Положение 42 можно определить любым известным на уровне техники способом выбора положения устройства для резкого охлаждения с целью остановки пиролиза.
Один из способов определения положения устройства для резкого охлаждения с целью остановки пиролиза заключается в определении места, в котором достигается приемлемая градация толуольного экстракта для новых саж по настоящему изобретению. Градацию толуольного экстракта можно измерить с использованием методики испытания по ASTM D1618-83 "Экстрагируемые из сажи вещества - обесцвечивание толуола".
В предпочтительном варианте способа получения саж по настоящему изобретению расположение устройства для резкого охлаждения определяют так, чтобы гарантировать окончательное условное время пребывания для реакций образования сажи в реакторе в интервале от 0,55 секунд до 9,9 секунд и предпочтительно - от 1,06 до 8,01 секунд. Условное время пребывания в реакторе определено здесь как время, условно необходимое для того, чтобы проходящий через реактор окислитель прошел от точки впрыскивания образующего сажу сырья до точки резкого охлаждения при условии, что окислитель не был изменен каким-либо процессом, происходящим на любой из ступеней ступенчатого реактора, и при этом объемный расход окислителя определен при стандартных условиях по температуре и давлению.
После того как смесь горячих газообразных продуктов-сгорания и образующего сажу сырья подвергли резкому охлаждению, охлажденные газы проходят вниз в любое обычное средство для охлаждения и разделения, где извлекают сажи. Отделение сажи от газового потока легко осуществляется обычными средствами, такими как электрофильтр, циклонный сепаратор или рукавный фильтр. После такого отделения можно осуществить гранулирование с применением, например, устройства для гранулирования во влажном состоянии.
На фиг. 2 изображен разрез другой конфигурации реактора для сажи, который можно использовать для получения саж по настоящему изобретению и который применяли для получения определенных саж, описанных далее в примерах. Показанный на фиг. 2 реактор 2 по существу идентичен ректору, изображенному на фиг. 1, и номера для ссылки, используемые на фиг. 2, применяются так же, как на фиг. 1, со следующими исключениями.
B изображенном на фиг. 2 реакторе реакционная зона дополнительно содержит зоны 18A, 18B и 18C. Зона 18A расположена рядом с зоной 17B. Зона 18B расположена рядом с зоной 18A и направлена под углом Ω, как показано на фиг. 2. Зона 18C расположена рядом с зоной 18B. Диаметр зоны 18A показан как D-4A; диаметр зоны 18B - как D-4B и диаметр зоны 18C - как D-4C. Длина зоны 18A показана как L-5A; длина каждой из секций зоны 18B в направлении, параллельном горизонтальному, обозначена либо как L-5B, либо как L-5C, как показано на фиг. 2.
Полимерные композиции по настоящему изобретению содержат полимер и сажу по настоящему изобретению.
Так, по одному из аспектов настоящего изобретения предлагаются полимерные композиции, содержащие полимер и сажу, имеющую I2No 65-95 мл/г, предпочтительно 73-94 мл/г, более предпочтительно 85-93 мл/г, и размер первичных частиц, меньший или равный 20 нм, предпочтительно меньший или равный 19 нм. Если говорить более подробно, к этим полимерным композициям относятся следующие:
1a) Полимерная композиция, содержащая полимер и сажи с I2No 65-95 мл/г и с размером первичных частиц, меньшим или равным 20 нм.
2a) Полимерная композиция, содержащая полимер и сажу с I2No 73-94 мл/г и с размером первичных частиц, меньшим или равным 20 нм.
3a) Полимерная композиция, содержащая полимер и сажу с I2No 85-93 мл/г и с размером первичных частиц, меньшим или равным 20 нм.
4a) Полимерная композиция, содержащая полимер и сажу с I2No 65-95 мл/г и с размером первичных частиц, меньшим или равным 19 нм.
5a) Полимерная композиция, содержащая полимер и сажу с I2No 73-94 мл/г и с размером первичных частиц, меньшим или равным 19 нм; и
6a) Полимерная композиция, содержащая полимер и сажу с I2No 85-93 мл/г и с размером первичных частиц, меньшим или равным 19 нм.
По другому аспекту настоящего изобретения предлагается полимерная композиция, содержащая полимер и сажу, имеющую I2No 100-112 мл/г и размер первичных частиц, меньший или равный 20 нм, предпочтительно меньший или равный 19 нм. Если говорить более подробно, к этим полимерным композициям относятся следующие:
1b) Полимерная композиция, содержащая полимер и сажу с I2No 100-112 мл/г и с размером первичных частиц, меньшим или равным 20 нм.
2b) Полимерная композиция, содержащая полимер и сажу с I2No 100-112 мл/г и с размером первичных частиц, меньшим или равным 19 нм.
По другому аспекту настоящего изобретения предлагается полимерная композиция, содержащая полимер и сажу, имеющую I2No 65-112 мл/г; предпочтительно 73-104 мл/г, более предпочтительно 75-99 мл/г; размер первичных частиц, меньший или равный 20 нм, предпочтительно меньший или равный 19 нм; и CDBP, меньшую или равную 102 куб.см/100 г, предпочтительно 70-100 куб.см/100 г, более предпочтительно 80-95 куб.см/100 г. Если говорить более подробно, к этим полимерным композициям относятся следующие:
1c) Полимерная композиция, содержащая полимер и сажу с I2No 65-112 мл/г; с размером первичных частиц, меньшим или равным 20 нм; и с CDBP, меньшей или равной 102 куб.см/100 г.
2c) Полимерная композиция, содержащая полимер и сажу с I2No 65-112 мл/г; с размером первичных частиц, меньшим или равным 20 нм; и с CDBP 70-100 куб. см/100 г.
3c) Полимерная композиция, содержащая полимер и сажу с I2No 65-112 мл/г; с размером первичных частиц, меньшим или равным 20 нм; и с CDBP 80-95 куб. см/100 г.
4c) Полимерная композиция, содержащая полимер и сажу с I2No 65-112 мл/г; с размером первичных частиц, меньшим или равным 19 нм; и с CDBP, меньшей или равной 102 куб. см/100 г.
5c) Полимерная композиция, содержащая полимер и сажу с I2No 65-112 мл/г; с размером первичных частиц, меньшим или равным 19 нм; и с CDBP 70-100 куб. см/100 г.
6c) Полимерная композиция, содержащая полимер и сажу с I2No 65-112 мл/г; с размером первичных частиц, меньшим или равным 19 нм; и с CDBP 80-95 куб. см/100 г.
7c) Полимерная композиция, содержащая полимер и сажу с I2No 73-104 мл/г; с размером первичных частиц, меньшим или равным 20 нм; и с CDBP, меньшей или равной 102 куб. см/ 100 г.
8c) Полимерная композиция, содержащая полимер и сажу с I2No 73-104 мл/г; с размером первичных частиц, меньшим или равным 20 нм; и с CDBP 70-100 куб. см/100 г.
9c) Полимерная композиция, содержащая полимер и сажу с I2No 73-104 мл/г; с размером первичных частиц, меньшим или равным 20 нм; и с CDBP 80- 95 куб. см/100 г.
10c) Полимерная композиция, содержащая полимер и сажу с I2No 73-104 мл/г; с размером первичных частиц, меньшим или равным 19 нм; и с CDBP, меньшей или равной 102 куб. см/100 г.
11c) Полимерная композиция, содержащая полимер и сажу с I2No 73-104 мл/г; с размером первичных частиц, меньшим или равным 19 нм; и с CDBP 70-100 куб.см/100 г.
12c) Полимерная композиция, содержащая полимер и сажу с I2No 73-104 мл/г; с размером первичных частиц, меньшим или равным 19 нм; и с CDBP 80-95 куб.см/100 г.
13c) Полимерная композиция, содержащая полимер и сажу с I2No 75-99 мл/г; с размером первичных частиц, меньшим или равным 20 нм; и с CDBP, меньшей или равной 102 куб.см/100 г.
14c) Полимерная композиция, содержащая полимер и сажу с I2No 75-99 мл/г; с размером первичных частиц, меньшим или равным 20 нм; и с CDBP 70-100 куб. см/100 г.
15c) Полимерная композиция, содержащая полимер и сажу с I2No 75-99 мл/г; с размером первичных частиц, меньшим или равным 20 нм; и с CDBP 80-95 куб. см/100 г.
16c) Полимерная композиция, содержащая полимер и сажу с I2No 75-99 мл/г; с размером первичных частиц, меньшим или равным 19 нм; и с CDBP, меньшей или равной 102 куб.см/100 г.
17c) Полимерная композиция, содержащая полимер и сажу с I2No 75-99 мл/г; с размером первичных частиц, меньшим или равным 19 нм; и с CDBP 70-100 куб. см/100 г.
18c) Полимерная композиция, содержащая полимер и сажу с I2No 75-99 мл/г; с размером первичных частиц, меньшим или равным 19 нм; и с CDBP 80- 95 куб. см/100 г.
По еще одному аспекту настоящего изобретения предлагаются новые полимерные композиции, содержащие полимер и сажу, имеющую I2No 50-70 мл/г и размер первичных частиц, меньший или равный 25 нм. Предпочтительно сажа имеет I2No 55-65 мл/г и/или размер первичных частиц от более 20 нм до 25 нм. Если говорить более подробно, к этим полимерным композициям относятся следующие:
1d) Полимерная композиция, содержащая полимер и сажу с I2No 50-70 мл/г и с размером первичных частиц, меньшим или равным 25 нм.
2d) Полимерная композиция, содержащая полимер и сажу с I2No 50-70 мл/г и с размером первичных частиц от более 20 нм до 25 нм.
3d) Полимерная композиция, содержащая полимер и сажу с I2No 55-65 мл/г и с размером первичных частиц, меньшим или равным 25 нм.
4d) Полимерная композиция, содержащая полимер и сажу с I2No 55-65 мл/г и с размером первичных частиц от более 20 нм до 25 нм.
По еще одному аспекту настоящего изобретения предлагаются новые полимерные композиции, содержащие полимер и сажи, имеющие I2No 50-85 мл/г; размер первичных частиц, меньший или равный 25 нм, и CDBP, меньшую или равную 96 куб. см/100 г. Предпочтительно, чтобы сажа имела I2No 55-80 мл/г; размер первичных частиц от более 20 нм до 25 нм и/или CDBP 50-96 куб.см/100 г. Более предпочтительно, чтобы сажа имела I2No 60-78 мл/г; размер первичных частиц от более 20 нм до 25 нм и/или CDBP 50-96 куб.см/100 г. Если говорить более подробно, к этим полимерным композициям относятся следующие:
1e) Полимерная композиция, содержащая полимер и сажу с I2No 50-85 мл/г; с размером первичных частиц, меньшим или равным 25 нм; и с CDBP, меньшей или равной 96 куб.см/100 г.
2e) Полимерная композиция, содержащая полимер и сажу с I2No 55-80 мл/г; с размером первичных частиц, меньшим или равным 25 нм; и с CDBP, меньшей или равной 96 куб.см/100 г.
3e) Полимерная композиция, содержащая полимер и сажу с I2No 60-78 мл/г; с размером первичных частиц, меньшим или равным 25 нм; и с CDBP, меньшей или равной 96 куб.см/100 г.
4e) Полимерная композиция, содержащая полимер и сажу с I2No 50-85 мл/г; с размером первичных частиц, меньшим или равным 25 нм; и с CDBP 50-96 куб. см/100 г.
5e) Полимерная композиция, содержащая полимер и сажу с I2No 55-80 мл/г; с размером первичных частиц, меньшим или равным 25 нм; и с CDBP 50-96 куб. см/100 г.
6e) Полимерная композиция, содержащая полимер и сажу с I2No 60-78 мл/г; с размером первичных частиц, меньшим или равным 25 нм; и с CDBP 50-96 куб. см/100 г.
7e) Полимерная композиция, содержащая полимер и сажу с I2No 50-85 мл/г; с размером первичных частиц от более 20 нм до 25 нм; и с CDBP, меньшей или равной 96 куб.см/100 г.
8e) Полимерная композиция, содержащая полимер и сажу с I2No 55-80 мл/г; с размером первичных частиц от более 20 нм до 25 нм; и с CDBP, меньшей или равной 96 куб.см/100 г.
9e) Полимерная композиция, содержащая полимер и сажу с I2No 60-78 мл/г; с размером первичных частиц от более 20 нм до 25 нм; и с CDBP, меньшей или равной 96 куб.см/100 г.
10e) Полимерная композиция, содержащая полимер и сажу с I2No 50-85 мл/г; с размером первичных частиц от более 20 нм до 25 нм; и с CDBP 50-96 куб. см/100 г.
11e) Полимерная композиция, содержащая полимер и сажу с I2No 55-80 мл/г; с размером первичных частиц от более 20 нм до 25 нм; и с CDBP 50-96 куб. см/100 г.
12e) Полимерная композиция, содержащая полимер и сажу с I2No 60-78 мл/г; с размером первичных частиц от более 20 нм до 25 нм; и с CDBP 50-96 куб. см/100 г.
Хотя в полимерных композициях по настоящему изобретению можно использовать любое количество сажи, эффективное для достижения предполагаемого конечного применения, как правило можно использовать количества сажи в интервале от примерно 0,5 до примерно 300 весовых частей на каждые 100 весовых частей полимера. Однако предпочтительно использовать количества, изменяющиеся от примерно 0,5 до примерно 100 весовых частей сажи на 100 весовых частей полимера, и особенно предпочтительно использовать от примерно 0,5 до примерно 80 весовых частей сажи на 100 весовых частей полимера.
Полимерные композиции могут включать в себя другие обычные добавки, такие как отвердители, технологические добавки, углеводородные масла, ускорители, сореагенты, антиоксиданты и т.п.
Используемый здесь термин "полимер" включает натуральные каучуки, синтетические каучуки, эластомеры, пластомеры и их комбинации и/или смеси. Примеры полимеров, пригодных для применения в полимерных композициях по настоящему изобретению, включены в представленный выше список.
Полимерные композиции по настоящему изобретению могут быть получены любым известным на уровне техники способом соединения полимеров и компонентов в виде частиц.
Для определения и оценки аналитических свойств саж по настоящему изобретению и свойств полимерных композиций, включающих сажи по настоящему изобретению, использовали следующие методики испытаний.
СТАВ (площадь адсорбции для цетилтриметиламмонийбромида) саж определяли согласно методике испытаний по ASTM D3765-85.
I2No. Определяли согласно методике испытаний по ASTM D1510.
Значение оттенка ("Tint") саж определяли согласно методике, приведенной в ASTM D3265.
DBP (dibutyl phthalate absorption value, величина абсорбции дибутилфталата) гранул сажи определяли согласно методике испытаний по ASTM D2414.
CDBP (величина абсорбции дибутилфталата для раздавленных гранул) для гранул сажи определяли согласно методике, приведенной в ASTM D3493-86.
Градацию толуольного экстракта из саж определяли с использованием Milton Roy Spectronic 20 Spectrophotometer, производства Milton Roy, Rochester, New York, в соответствии с методикой испытания по ASTM D1618.
Размер частиц саж определяли в соответствии с методикой, представленной в ASTM D3849-89.
Значения Dmode, Dst и Δ D50 для саж определяли из гистограммы стоксова диаметра агрегатов сажи для соответствующих образцов саж как функции относительной частоты их существования в образце, как показано на фиг. 3. Гистограмма построена для стоксова диаметра агрегатов образца сажи в зависимости от относительной частоты их присутствия в образце.
Для примеров 1-14 и для примеров 26-33 используемые для построения гистограмм данные определяли путем использования дисковой центрифуги, такой как центрифуга, производимая Joyce Loebl Со. Ltd. от Туnе and Wear, Великобритания. Следующая методика является модификацией методики, описанной в инструкции по эксплуатации дисковой центрифуги Joyce Loebl, справочном разделе DCF 4.008, опубликованном 1 февраля 1985 г., содержание которого включено сюда как ссылка и было использовано для получения данных.
Методика заключается в следующем. Десять мг (миллиграммов) образца сажи взвешивают в сосуде для взвешивания, после чего добавляют к 50 куб. см раствора 10% абсолютированного этанола и 90% дистиллированной воды, который содержит 0,05% поверхностно-активного вещества NONIDET Р-40 (NONIDET Р-40 является зарегистрированной торговой маркой поверхностно-активного вещества, производимого и продаваемого Shell Chemical Co.). Полученную суспензию диспергируют с помощью энергии ультразвука в течение 15 минут с применением Sonifer Model No. W 385, производимого и продаваемого Heat Systems Ultrasonics Inc., Farmingdale, New York.
Перед включением дисковой центрифуги в компьютер, записывающий данные от нее, вводят следующие параметры:
1. Удельный вес сажи, принимаемый равным 1,86 г/куб.см.
2. Объем раствора сажи, диспергированной в водно-этанольном растворе, который в данном случае составляет 0,5 куб.см.
3. Объем вращающейся жидкости, который в данном случае составляет 10 куб. см воды.
4. Вязкость вращающейся жидкости, которая в данном случае принимается равной 0,933 сантипуаз (9,33•10-4 паскаль-секунд (Па-с)) при 23 градусах С.
5. Плотность вращающейся жидкости, которая в данном случае составляет 0,9975 г/куб.см при 23 градусах С.
6. Скорость диска, которая в данном случае составляет 8000 об/мин.
7. Интервал между снятием показаний, который в данном случае составляет 1 секунду.
Дисковая центрифуга работает при 8000 об/мин при включенном стробоскопе. В качестве вращающейся жидкости во вращающийся диск впрыскивают десять куб. см дистиллированной воды. Мутность устанавливают на уровень 0 и впрыскивают 1 куб.см раствора 10% абсолютированного этанола и 90% дистиллированной воды в качестве буферной жидкости. После этого оперируют кнопками замедления и разгона дисковой центрифуги, чтобы получить пологий градиент концентрации между вращающейся жидкостью и буферной жидкостью, причем градиент отслеживают визуально. Когда градиент становится пологим, так как нет различимой границы между двумя жидкостями, во вращающийся диск впрыскивают 0,5 куб. см дисперсной сажи в водно-этанольном растворе и немедленно начинают сбор данных. Если имеет место течение, опыт прекращают. Диск вращают в течение 20 минут после впрыскивания дисперсной сажи в водно-этанольном растворе. После 20 минут вращения диск останавливают, измеряют температуру вращающейся жидкости, и среднее значение между температурой вращающейся жидкости, измеренной в начале опыта, и температурой вращающейся жидкости, измеренной в конце опыта, вводят в компьютер, который записывает данные от дисковой центрифуги. Данные анализируют согласно стандартному уравнению Стокса и представляют с использованием следующих определений.
Агрегат сажи - дискретная жесткая коллоидная частица, которая является наименьшей диспергируемой единицей; он образован сильно коалесцированными частицами.
Стоксов диаметр - диаметр сферы, которая оседает в вязкой среде в центробежном или гравитационном поле в соответствии с уравнением Стокса. Несферический объект, такой как агрегат сажи, также можно охарактеризовать через стоксов диаметр, если рассматривать, что он ведет себя как гладкая жесткая сфера с той же плотностью и скоростью седиментации, что и объект. Обычными единицами для выражения стоксова диаметра являются нанометры.
Мода (для записи - Dmode) - Стоксов диаметр в точке пика (точка А на фиг. 3) кривой распределения для стоксова диаметра.
Медианный стоксов диаметр (для записи - Dst) - точка на кривой распределения стоксова диаметра, где 50 вес.% образца либо крупнее, либо мельче (точка Н на фиг. 3). Таким образом, он представляет собой медианное значение определения. Несферический объект, такой как агрегат сажи, также можно охарактеризовать через стоксов диаметр, если рассматривать, что он ведет себя как гладкая жесткая сфера с той же плотностью и скоростью седиментации, что и несферический объект.
Δ D50 - ширина графика распределения по массам, измеренная в точке полувысоты моды, которая является мерой ширины распределения агрегатов по размером. Ее определяли следующим образом. Как показано на фиг. 3, из пика А гистограммы к оси X проводят линию В в направлении, параллельном оси Y, причем линия заканчивается на оси X в точке С гистограммы. Определяют середину F полученной линии В и через нее проводят линию G параллельно оси X. Линия G пересекает кривую распределения на гистограмме в двух точках D и Е. Абсолютное значение разности стоксовых диаметров агрегатов сажи в точках D и E является величиной D50.
В примерах 15-25 для построения вышеописанных гистограмм использовали дисковую центрифугу, производимую Brookhaven Instruments, Model BI-DCP (производство Brookhaven Instruments Corp., 750 Blue Point Road, Holtsville, NY 11742, США). Применяли следующую методику.
Десять мг (миллиграммов) образца сажи взвешивают в сосуде для взвешивания, после чего добавляют к 25 куб. см раствора 10% абсолютированного этанола и 90% дистиллированной воды, который содержит 0,025% поверхностно-активного вещества NONI-DET Р-40 (NONIDET Р-40 является зарегистрированной торговой маркой поверхностно-активного вещества, производимого и продаваемого Shell Chemical Co.). Полученную суспензию диспергируют с помощью энергии ультразвука в течение 10 минут с применением Sonicator Model No. XL 2015, производимого и продаваемого Heat Systems Ultrasonics Inc., Farmingdale, New York.
Перед включением дисковой центрифуги в компьютер, записывающий данные от нее, вводят следующие параметры:
1. Удельный вес сажи, принимаемый равным 1,86 г/куб.см.
2. Объем раствора сажи, диспергированной в водно-этанольном растворе, который в данном случае составляет 0,2 куб.см.
3. Объем вращающейся жидкости, который в данном случае составляет 10 куб. см воды.
4. Вязкость вращающейся жидкости, которая в данном случае принимается равной 0,933 сантипуаз (9,33•10-4 паскаль-секунд (Па-с)) при 23 градусах С.
5. Плотность вращающейся жидкости, которая в данном случае составляет 0,998 г/куб.см при 23 градусах С.
6. Скорость диска, которая в данном случае составляет 4000 об/мин.
7. Интервал между снятием показаний, который в данном случае составляет 1 секунду.
Дисковая центрифуга работает при 4000 об/мин при включенном стробоскопе. В качестве вращающейся жидкости во вращающийся диск впрыскивают десять куб. см смеси дистиллированной воды и раствора сахарозы, где количество дистиллированной воды составляет 9 куб.см и количество раствора сахарозы составляет 1 куб.см. Мутность устанавливают на уровень 0 и впрыскивают 1 куб.см раствора 10% абсолютированного этанола и 90% дистиллированной воды в качестве буферной жидкости. После этого оперируют кнопками замедления и разгона дисковой центрифуги, чтобы получить пологий градиент концентрации между вращающейся жидкостью и буферной жидкостью, причем градиент отслеживают визуально. Когда градиент становится пологим, так что нет различимой границы между двумя жидкостями, во вращающийся диск впрыскивают 0,2 куб.см дисперсной сажи в водно-этанольном растворе и немедленно начинают сбор данных. Если имеет место течение, опыт прекращают. Диск вращают в течение такого времени, которое требуется для того, чтобы отклик детектора вернулся на базовую линию после впрыскивания дисперсной сажи в водно-этанольном растворе. После вращения диск останавливают, с помощью встроенного температурного зонда измеряют температуру вращающейся жидкости, и среднее значение между температурой вращающейся жидкости, измеренной в начале опыта, и температурой вращающейся жидкости, измеренной в конце опыта, вводят в компьютер, который записывает данные от дисковой центрифуги.
Измерения кажущейся вязкости и показателя текучести осуществляли для полимерных композиций, полученных путем введения образов сажи в линейный полиэтилен низкой плотности (ЛПЭНП) при загрузке 35 мас.% сажи в смесь с полимером, за исключением случаев, когда ниже указана другая загрузка сажи. Для получения смеси сажи и полимера с загрузкой сажи 35 мас.% использовали следующую методику. Также следовали этой методике, когда требовались загрузки сажи иные, чем 35 мас.%, за исключением того, что относительные пропорции сажи и полимера изменяли до величин, необходимых для получения требуемой загрузки сажи в смеси.
В лабораторный смеситель Бенбери от Farrel с камерой смешения объемом 1100 кубических сантиметров загрузили 420,7 г сажи и 781,4 г линейного полиэтилена низкой плотности (ЛПЭНП), обозначенного как DFDA7510 для саж из примеров 1-14 и как GRSN7510 для саж из примеров 26-33. Полиэтилен DFDA7510 и полиэтилен GRSN7510 производятся и продаются от Union Carbide. Начальная температура стадии смешения была примерно 120oF (322 К) и смешение проводили 3 минуты; первые 30 секунд при 77 об/мин; следующие 45 секунд - при 116 об/мин, и в оставшееся время смешения - при 155 об/мин. После смешения продукт раскатывали на двухвалковой мельнице при 180oF (355 К) в листы толщиной 3/8 дюйма (0,0095 м). После этого листы разрезали на полосы и пропускали через машину для нарезания кубиков, которая переводила их в кубики со стороной 3/8 дюйма (0,0095 м). Продукт просеивали для гарантии того, чтобы в последующем испытании использовались только частицы одинакового размера.
Кажущуюся вязкость измеряли по методике, описанной в ASTM D3835-93A, при температуре 190oC. Для полимерных композиций, содержащих сажи из примеров 1-14, эти измерения производились с использованием Gottfert Capillary Rheometer Model 1501 с капилляром длиной 30 миллиметров (мм) и диаметром 1 мм. Для полимерных композиций, содержащих сажи из примеров 26-33, эти измерения производились с использованием Monsanto Processability Tester с капилляром длиной 20 миллиметров (мм) и диаметром 1 мм.
Для получения образцов с целью измерения коэффициента поглощения (СОА) вышеуказанную смесь сажи и ЛПЭНП, содержащую 35 мас.% сажи, загружали в смеситель Бенбери с таким количеством дополнительного ЛПЭНП, которое требовалось для получения конечной смеси, содержащей 2,5 мас.% сажи. Полученную смесь с данной стадии затем использовали для измерения СОА. СОА измеряли по методике, описанной в ASTM D3349-86.
Показатель текучести измеряли в соответствии с методикой испытания по ASTM D1238-90, используя температуру 190oC для полимерных композиций, содержащих сажи из примеров 1-14, и температуру 230oC для полимерных композиций, содержащих сажи из примеров 26-33; а также вес 21,5 кг, причем была проведена следующая адаптация (см. табл.A).
Нужную массу содержащей сажу полимерной композиции взвешивали, загружали в цилиндр прибора Keyness Model 2051 или эквивалентного прибора для определения индекса расплава и сжимали. В цилиндр вставляли поршень, и при грузе веса 1100 г на поршне загрузку предварительно нагревали в течение 6 минут при температуре испытания. По завершении периода предварительного нагрева предварительно нагретый груз снимали с поршня и заменяли грузом для испытания, равным 21,5 кг в случае результатов, приведенных в таблице 4. Одновременно с исчезновением насечки на поршне в цилиндре острым шпателем или ножом отрезали экструдат снизу отверстия головки, и начинался интервал времени испытания. Когда интервал времени испытания закончился, отрезали и взвешивали экструдат снизу отверстия головки. Данный вес записывали и переводили в измеряемый показатель текучести путем умножения на нужный коэффициент из вышеприведенной таблицы.
Композиционное поглощение влаги (СМА) измеряли для смеси сажи и полимера, полученной в пластомере Брабендера при 100oC с использованием 35,75 г ранее упомянутого полимера ЛПЭНП и 19,25 г сажи. Роторы вращали при 60 об/мин после того, как была достигнута требуемая температура, и взвешенные количества полимера и сажи загружали через загрузочный желоб в течение 30 секунд. К плунжеру желоба добавляли груз 10.000 кг, который заставлял ингредиенты течь вниз. После течения грузы и желоб удаляли. Скорость ротора доводили до 60 об/мин, опускали плунжер Брабендера и композицию перемешивали пять минут. По завершении этого периода времени композицию удаляли и дважды пропускали через двухвалковую мельницу. Полученные листы разрезали на кубики меньшего размера для испытаний на СМА.
Испытание на СМА проводили на вышеуказанной смеси, содержащей сажу и полимер, по следующей методике. После того как исследуемая композиция была разрезана на кубики так, как указано в предыдущем абзаце, ее просеивали через сита 4 меш и 10 меш, и для использования оставляли фракцию -4, +10. Включали Wiley Mill с ситом 4 мм - модель #3 или эквивалентное устройство, и в нее погружали примерно 25 г просеянной композиции. Гранулированную композицию удаляли и хранили в закрытом сосуде с ярлыком. Чистую сухую склянку для взвешивания и ее крышку взвешивали на аналитических весах Ainswoth Model 10, или на эквивалентных весах, и этот вес записывали до четвертого знака после запятой. В эту склянку для взвешивания помещали 2,0±0,1 г гранулированной композиции. Склянку для взвешивания с приоткрытой крышкой помещали в вакуумную печь, закрывали дверцу печи и включали печь и вакуум. Устанавливали температуру 140oF (333 К) и вакуум 10 дюймов рт. столба (Hg) (33,9 кПа). Пробу оставляли в печи в течение по меньшей мере 2 часов и максимально - на 16 часов.
Камеру для увлажнения Blue М Model FR-251B-1 или эквивалентную камеру отрегулировали на 80oF (300 К) или 26,67oC и относительную влажность 83%. Когда сушка образца была закончена, вакуумную печь выключали, сбрасывали вакуум, быстро открывали дверцу и крышку помещали на склянку с образцом, не касаясь ее непосредственно руками; с этой целью использовали либо перчатки, либо пинцет. Склянку с образцом помещали в пластиковую емкость, содержащую осушитель. Емкость закрывали и склянку оставляли охлаждаться в течение примерно тридцати минут при температуре окружающей среды. После этого склянку взвешивали на аналитических весах. При обращении со склянкой только с помощью перчаток или пинцета записывали вес до четвертого знака после запятой. Затем склянку помещали в камеру для увлажнения. Когда испытание проводилось одновременно с более чем одной склянкой, между стенками камеры и каждой склянкой с образцом оставляли пространство по меньшей мере в два дюйма (5,08 см), и каждая склянка с образцом отстояла по меньшей мере на половину дюйма (1,27 см) от любой другой склянки с образцом. Склянку открывали и крышку оставляли на ней полуоткрытой. Внутреннюю дверцу камеры закрывали и герметизировали. После этого закрывали наружную дверцу. Склянку оставляли в камере для увлажнения на семь дней при указанных в ней температуре и относительной влажности.
После указанного периода времени пребывания в камере для увлажнения дверцы последней открывали и склянку закрывали крышкой. Склянку снова помещали в пластиковую емкость, содержащую осушитель; для обращения со склянкой использовали только перчатки или пинцет. Каждую закрытую склянку взвешивали на аналитических весах. Величину СМА рассчитывали из прироста веса образца.
Признаки и преимущества саж и полимерных композиций по настоящему изобретению дополнительно иллюстрируются следующими примерами.
Примеры 1-33
Тридцать три сажи были получены в реакторе, который был в основном описан выше и изображен либо на фиг. 1, либо на фиг. 2 (как указано далее), при использовании условий и геометрии, представленных в таблице 2. Полученные в примерах 3-10 сажи являются печными сажами по настоящему изобретению, причем сажи, полученные в примерах 1 и 2, являются соответствующими контрольными сажами. Полученные в примерах 12-14 сажи также являются печными сажами по настоящему изобретению, причем сажа, полученная в примере 11, является соответствующей контрольной сажей. Полученные в примерах 15-25 сажи являются контрольными сажами. Полученные в примерах 26-29 сажи являются печными сажами по настоящему изобретению, причем сажи, полученные в примерах 30-33, являются соответствующими контрольными сажами.
Топливом, используемым в реакции сгорания, является природный газ. Типичные свойства типа жидкого сырья, используемого в примерах 1-14, представлены в таблице 1. Свойства жидкого сырья, используемого в примерах 15-33, представлены в таблице 1A.
Условия и геометрия реактора, используемые в каждом примере, приведены ниже в таблице 2. В случае примеров 16-18, каждое отверстие, используемое для впрыскивания сырья, было оборудовано вращающимися вставками. В примерах 19 и 20 сырье впрыскивали в процесс в по существу аксиальном направлении вниз через выходящую от конца 34 трубки 15 головку для распыления масла под давлением, диаметром 0,09 дюйма (0,00229 метра (м)), которая была втянута примерно на 0,8 дюйма (0,02 м) от аксиальной середины второй ступени настоящего процесса. Масляная головка представляла собой распылительную головку Monarch номер F-94-120-45, изготовленную Monarch Manufacturing (Philadelphia, PA, США).
Аналитические свойства саж, полученные в примерах 1-33, анализировали с помощью описанных здесь методик. Результаты представлены в таблице 3.
Примеры 34-55
Эффективность и преимущества сажи полимерных композиций по настоящему изобретению далее иллюстрируются этой совокупностью примеров.
Полимерные композиции А, В, С, D, E, F, G, H, I, J, К, L, М и N были получены для того, чтобы оценить кажущуюся вязкость, показатель текучести и коэффициент поглощения полимерных композиций с введенными сажами по примерам 1-14, которые включают сажи по настоящему изобретению и контрольные сажи. Полимерные композиции О, P, Q, R, S, Т, U и V были получены для того, чтобы оценить кажущуюся вязкость и показатель текучести полимерных композиций с введенными сажами по примерам 26-33, которые включают сажи по настоящему изобретению и контрольные сажи.
Каждую из полученных в примерах 1-14 и 26-33 саж вводили в полимерные композиции при загрузке сажи 35 мас.%. Полимерные композиции A-N были получены с использованием саж, приготовленных в примерах 1-14. Полимерные композиции С, D, E, F, G, H, I и J представляли собой полимерные композиции по настоящему изобретению, содержащие печные сажи по настоящему изобретению, причем полимерные композиции А и В являются соответствующими контрольными композициями. Полимерные композиции L, М и N также были полимерными композициями по настоящему изобретению, содержащими печные сажи по настоящему изобретению, причем полимерная композиция К была соответствующей контрольной композицией. Полимерные композиции O-V были получены с использованием саж, приготовленных в примерах 26-33. Полимерные композиции О, P, Q и R были полимерными композициями по настоящему изобретению, содержащими печные сажи по настоящему изобретению, причем полимерные композиции S, Т, V и U соответственно являлись контрольными композициями.
Полимерные композиции A-V были получены следующим образом.
В лабораторный смеситель Бенбери от Farrel с камерой смешения объемом 1100 кубических сантиметров загрузили 420,7 г сажи и 781,4 г линейного полиэтилена низкой плотности (ЛПЭНП), обозначенного как DFDA7510 для саж из примеров 1-14 (полимерные композиции A-N) и как GRSN7510 для саж из примеров 26-33 (полимерные композиции O-V). Полиэтилен DFDA7510 и полиэтилен GRSN7510 производятся и продаются Union Carbide. Начальная температура на стадии смешения была примерно 120oF (322 К) и смешение проводили 3 минуты; первые 30 секунд при 77 об/мин; следующие 45 секунд - при 116 об/мин, и в оставшееся время смешения - при 155 об/мин. После смешения продукт раскатывали на двухвалковой мельнице при 180oF (355 К) или 82,2oC в листы толщиной 3/8 дюйма (0,0095 м). После этого листы разрезали на полосы и пропускали через машину для нарезания кубиков, которая переводила их в кубики со стороной 3/8 дюйма (0,0095 м). Продукт просеивали для гарантии того, чтобы в последующем испытании были использованы только частицы одинакового размера.
Свойства полимерных композиций оценивали так же, как описано выше, и результаты приведены в таблице 4. Как было описано выше, оценка определенных свойств полимерных композиций производилась при загрузках сажи менее 35%, которые были достигнуты путем использования дополнительного количества ЛПЭНП.
Способ получения содержащих сажу полимерных композиций включает в себя одну или несколько стадий обработки смеси сажи и расплавленного полимера. Вязкость смеси сажи и расплавленного полимера является важным свойством при определении простоты ее обрабатываемости. При более низкой вязкости обрабатываемость указанной смеси сажи и расплавленного полимера улучшается, и поэтому она является особенно важным и полезным свойством таких композиций. Представленные в таблице 4 данные ясно показывают, что полимерные композиции С, D, E, F, G и H по настоящему изобретению, содержащие сажи по настоящему изобретению, проявляют более низкую кажущуюся вязкость при указанных скоростях сдвига в сравнении с соответствующими контрольными полимерными композициями А и В. Кроме того, представленные в таблице 4 данные показывают, что полимерные композиции L, М и N по настоящему изобретению, содержащие сажи по настоящему изобретению, проявляют более низкую кажущуюся вязкость при указанных скоростях сдвига в сравнении с соответствующей контрольной полимерной композицией К. Полимерные композиции I и J по настоящему изобретению при указанных скоростях сдвига проявляют вязкости, которые сравнимы с вязкостями соответствующих контрольных полимерных композиций А и В. Полагаем, что значения вязкости полимерных композиций I и J связаны с тем фактом, что сажи 9 и 10, используемые в полимерных композициях I и J соответственно имеют более высокий уровень структуры (о чем указывают их значения DBP), чем контрольные сажи 1 и 2, используемые в полимерных композициях А и В соответственно.
Более высокий показатель текучести является другим указанием на улучшенные характеристики по обрабатываемости для композиции, содержащей смесь сажи и расплавленного полимера, и, таким образом, он также является особенно желательным свойством, когда есть стремление к улучшенной обрабатываемости. Представленные в таблице 4 данные ясно показывают, что полимерные композиции С, D, E, F, G и H по настоящему изобретению, содержащие сажи по настоящему изобретению, имеют более высокие показатели текучести в сравнении с соответствующими контрольными полимерными композициями А и В. Кроме того, представленные в таблице 4 данные показывают, что полимерные композиции L, М и N по настоящему изобретению, содержащие сажи по настоящему изобретению, имеют более высокие показатели текучести в сравнении с соответствующей контрольной полимерной композицией К.
Кроме того, в таблице 4 представлены данные по кажущейся вязкости и показателю текучести для полимерных композиций, содержащих сажи из примеров 26-33. Как показано в таблице 4, полимерные композиции P, Q и R, содержащие сажи по настоящему изобретению из примеров 27, 28 и 29, имеют более низкую вязкость и более высокие индексы расплава в сравнении с их соответствующими контрольными композициями Т, U и V, содержащими сажи из примеров 31, 33 и 32. Данные из таблицы 4 показывают, что полимерная композиция, содержащая сажу из примера 26, имеет более высокую вязкость и примерно эквивалентный показатель текучести в сравнении с полимерной композицией, содержащей сажу из примера 30. Полагаем, что этот результат возникает вследствие значительно более высокого уровня структуры для сажи из примера 26, которую получали при использовании значительно отличающейся скорости добавления влияющего на структуру реагента в сравнении с сажей из примера 30.
Полагаем, что коэффициент поглощения содержащей сажу полимерной композиции указывает на степень устойчивости такой композиции по отношению к воздействию УФ света при минимальном ухудшении физических свойств. Представленные в таблице 4 данные показывают, что полимерные композиции С, D, E, F, G, H, I и J по настоящему изобретению, содержащие сажи по настоящему изобретению, имеют коэффициенты поглощения, сравнимые с коэффициентами поглощения контрольных полимерных композиций А и В. Кроме того, представленные в таблице 4 данные показывают, что полимерные композиции L, М и N по настоящему изобретению, содержащие сажи по настоящему изобретению, имеют коэффициенты поглощения, сравнимые с коэффициентом поглощения контрольной полимерной композиции К.
Примеры 56-77
Эффективность и преимущества саж и полимерных композиций по настоящему изобретению также иллюстрируются в данной совокупности примеров.
Полимерные композиции AA, BB, СС, DD, ЕЕ, FF, GG, HH, II, JJ, KK, LL, MM, NN, OO, PP, QQ, RR, SS, TT, UU и VV были получены для того, чтобы оценить композиционное поглощение влаги (СМА) полимерных композиций, включающих сажи по настоящему изобретению, в сравнении с полимерными композициями, включающими контрольные сажи. Каждую из саж, полученных в примерах 1-14 и 26-33, вводили в полимерные композиции. Полимерные композиции СС, DD, ЕЕ, FF, GG, HH, II и JJ представляли собой полимерные композиции по настоящему изобретению, содержащие печные сажи по настоящему изобретению из примеров 3-10, причем полимерные композиции AA и BB были соответствующими контрольными композициями, содержащими печные сажи из примеров 1 и 2. Полимерные композиции LL, ММ и NN также представляли собой полимерные композиции по настоящему изобретению, содержащие печные сажи по настоящему изобретению из примеров 12, 13 и 14, причем полимерная композиция KK была соответствующей контрольной композицией, содержащей печную сажу из примера 10. Полимерные композиции OO, PP, QQ и RR представляли собой полимерные композиции по настоящему изобретению, содержащие печные сажи по настоящему изобретению из примеров 26-29, причем полимерные композиции SS, TT, VV и UU соответственно были соответствующими контрольными композициями, содержащими печные сажи из примеров 30-33.
Полимерные композиции AA-VV получали следующим образом.
Полимерные композиции получали в пластомере Брабендера при 100oC с использованием 35,75 г ЛПЭНП, обозначенного как DFDA7510 для саж из примеров 1-14 и как GRSN7510 для саж из примеров 26-33, а также 19,25 г сажи. Полиэтилен DFDA7510 и полиэтилен GRSN7510 производятся и продаются Union Carbide. Роторы включали на 60 об/мин после достижения требуемой температуры и взвешенные количества полимера и сажи вводили через загрузочный желоб в течение 30 секунд. На загрузочный плунжер добавляли груз 10,000 кг, который заставлял ингредиенты течь вниз. После потока грузы и плунжер убирали. Скорость ротора доводили до 60 об/мин, опускали плунжер Брабендера и смесь перемешивали пять минут. По завершении этого периода времени композицию удаляли и дважды пропускали через двухвалковую мельницу. Полученные листы разрезали на кубики малого размера для испытания на СМА.
Полимерные композиции оценивали на СМА с использованием описанных здесь методик. Результаты представлены в таблице 5.
Как указано ранее, композиционное поглощение влаги (СМА), содержащей сажу полимерной композиции, является особо важным свойством таких композиций. Представленные в таблице 5 данные ясно указывают на то, что полимерные композиции СС, DD, ЕЕ, FF, GG, HH, II, JJ, LL, ММ и NN по настоящему изобретению, содержащие сажи по настоящему изобретению, имеют меньшие значения СМА в сравнении с соответствующими контрольными полимерными композициями AA, BB и KK.
В таблице 5 также показаны величины СМА для полимерных композиций, содержащих сажи из примеров 26-33. При сравнении полимерных композиций OO, PP, QQ и RR, содержащих сажи по настоящему изобретению, с соответствующими им контрольными композициями (полимерные композиции SS, TT, VV и UU) для данной группы примеров наблюдается то, что полимерные композиции по настоящему изобретению имеют значения СМА, которые либо ниже, либо сравнимы со значениями СМА соответствующих контрольных композиций.
Примеры 78 и 79
Эффективность и преимущества саж и полимерных композиций по настоящему изобретению дополнительно иллюстрируются полимерными композициями, представленными в примерах 78 и 79.
Полимерные композиции W и X по настоящему изобретению были получены путем введения сажи, образованной в опыте по примеру 7 при загрузках сажи в полимерную композицию более 35 мас.%. Используемый полимер представлял собой ЛПЭНП, обозначенный как DFDA7510, который производится и продается Union Carbide. В таблице 6 представлены реальные используемые загрузки (по массе) и свойства полимерных композиций, которые определяли с использованием описанных здесь методик.
Другой механизм сравнения характеристик обрабатываемости для любых двух полимерных композиций, отличающихся только загрузкой сажи по массе, заключается в том, чтобы сравнивать показатели текучести каждой из них или же, альтернативно, вязкости каждой полимерной композиции при равных скоростях сдвига. Обычно полагают, что легче перерабатывать полимерную композицию с меньшей вязкостью или с более высоким показателем текучести.
Расширяя это суждение на любые два ряда полимерных композиций, каждая из которых изготовлена из различных саж, причем так, что композиции конкретного ряда содержат различную загрузку сажи по массе, но сравнимы в других отношениях, полагаем, что улучшенной обрабатываемостью обладает ряд, где возможна большая загрузка сажи по массе для данного показателя текучести или вязкости при постоянной скорости сдвига.
Представленные на фиг. 4 и фиг. 5 результаты показывают, что сажи по настоящему изобретению обеспечивают лучшую обрабатываемость при введении в описанные здесь полимерные композиции по следующим причинам.
На фиг. 4 изображены показатели текучести полимерных композиций G, W и X по настоящему изобретению, в которые введена полученная в примере 7 сажа по настоящему изобретению, при увеличивающейся загрузке по массе. Кроме того, на фиг. 4 отражены показатели текучести контрольных полимерных композиций А и В. Как указано выше, больший показатель текучести характеризует полимерную композицию, которую легче обрабатывать. Таким образом, фиг. 4 ясно показывает то, что полимерные композиции G, W и X по настоящему изобретению, содержат сажу с загрузками по массе, большими чем те, которые могут быть достигнуты в случае введения саж в любую из соответствующих контрольных полимерных композиций А и В, хотя они все еще имеют по существу такой же или более высокий показатель текучести.
Аналогично, на фиг. 5 изображены кажущиеся вязкости при скорости сдвига 100 с-1 для полимерных композиций G, W и X по настоящему изобретению, в которые введена полученная в опыте по примеру 7 сажа по настоящему изобретению, при увеличивающейся загрузке по массе. Кроме того, на фиг. 5 отражены кажущиеся вязкости при скорости сдвига 100 с-1 для контрольных полимерных композиций А и В. Таким образом, фиг. 5 ясно показывает то, что полимерные композиции G, W и X по настоящему изобретению содержат сажу с загрузками по массе, большими чем те, которые могут быть достигнуты в случае введения сажи в любую из соответствующих контрольных полимерных композиций А и В, хотя они все еще имеют по существу эквивалентную или более низкую кажущуюся вязкость.
Обычному специалисту будет очевидно то, что сажи по настоящему изобретению можно использовать при больших загрузках, чем те, которые обычно используют. Однако применение таких больших загрузок саж по настоящему изобретению не приведет к существенно худшим способностям по композиционному поглощению влаги вследствие степени, в которой эта способность улучшается сажами по настоящему изобретению.
Следует ясно понять то, что описанные здесь формы изобретения являются только иллюстративными, и не предполагается, что они ограничивают объем изобретения. Настоящее изобретение включает в себя все модификации, попадающие в объем приведенной далее формулы изобретения.
Формула изобретения: 1. Сажа с числом адсорбции иода I2No 65 - 95 мг/г и с размером первичных частиц, меньшим или равным 20 нм.
2. Сажа по п.1, отличающаяся тем, что I2No составляет 73 - 94 мг/г.
3. Сажа по п.2, отличающаяся тем, что I2No составляет 85 - 93 мг/г.
4. Сажа по п.1, отличающаяся тем, что размер первичных частиц меньше или равен 19 нм.
5. Сажа по п.2, отличающаяся тем, что размер первичных частиц меньше или равен 19 нм.
6. Сажа по п.3, отличающаяся тем, что размер первичных частиц меньше или равен 19 нм.
7. Сажа с числом адсорбции иода I2No 100 - 112 мг/г и с размером первичных частиц, меньшим или равным 20 нм.
8. Сажа по п.7, отличающаяся тем, что размер первичных частиц меньше или равен 19 нм.
9. Сажа с числом адсорбции иода I2No 65 - 112 мг/г, с размером первичных частиц, меньшим или равным 20 нм, и с величиной абсорбции дибутилфталата раздробленной сажи - CDBP, меньшей или равной 102 см3/100 г.
10. Сажа по п.9, отличающаяся тем, что CDBP составляет 70 - 100 см3/100 г.
11. Сажа по п.10, отличающаяся тем, что CDBP составляет 80 - 95 см3/100 г.
12. Сажа по п.9, отличающаяся тем, что размер первичных частиц меньше или равен 19 нм.
13. Сажа по п.10, отличающаяся тем, что размер первичных частиц меньше или равен 19 нм.
14. Сажа по п.11, отличающаяся тем, что размер первичных частиц меньше или равен 19 нм.
15. Сажа по п.9, отличающаяся тем, что I2No составляет 73 - 104 мг/г.
16. Сажа по п.10, отличающаяся тем, что I2No составляет 73 - 104 мг/г.
17. Сажа по п.11, отличающаяся тем, что I2No составляет 73 - 104 мг/г.
18. Сажа по п.12, отличающаяся тем, что I2No составляет 73 - 104 мг/г.
19. Сажа по п. 13, отличающаяся тем, что I2No составляет 73 - 104 мг/г.
20. Сажа по п.14, отличающаяся тем, что I2No составляет 73 - 104 мг/г.
21. Сажа по п.15, отличающаяся тем, что I2No составляет 75 - 99 мг/г.
22. Сажа по п.16, отличающаяся тем, что I2No составляет 75 - 99 мг/г.
23. Сажа по п.17, отличающаяся тем, что I2No составляет 75 - 99 мг/г.
24. Сажа по п.18, отличающаяся тем, что I2No составляет 75 - 99 мг/г.
25. Сажа по п.19, отличающаяся тем, что I2No составляет 75 - 99 мг/г.
26. Сажа по п.20, отличающаяся тем, что I2No составляет 75 - 99 мг/г.
27. Сажа с I2No 50 - 70 мг/г и с размером первичных частиц, меньшим или равным 25 нм.
28. Сажа по п. 27, отличающаяся тем, что размер первичных частиц составляет от более 20 до 25 нм.
29. Сажа по п.27, отличающаяся тем, что I2No составляет 55 - 65 мг/г.
30. Сажа по п.28, отличающаяся тем, что I2No составляет 55 - 65 мг/г.
31. Сажа с I2No 50 - 85 мг/г; с размером первичных частиц, меньшим или равным 25 нм; и с CDBP, меньшей или равной 96 см3/100 г.
32. Сажа по п.31, отличающаяся тем, что I2No составляет 55-80 мг/г.
33. Сажа по п. 31, отличающаяся тем, что размер первичных частиц составляет от более 20 до 25 нм.
34. Сажа по п.31, отличающаяся тем, что CDBP составляет 50 - 96 см3/100 г.
35. Сажа по п.32, отличающаяся тем, что I2No составляет 60 - 78 мг/г.
36. Сажа по п.33, отличающаяся тем, что I2No составляет 60 - 78 мг/г.
37. Сажа по п.34, отличающаяся тем, что I2Noсоставляет 60 - 78 мг/г.
38. Сажа по п. 32, отличающаяся тем, что размер первичных частиц составляет от более 20 до 25 нм.
39. Сажа по п. 34, отличающаяся тем, что размер первичных частиц составляет от более 20 до 25 нм.
40. Сажа по п. 35, отличающаяся тем. что размер первичных частиц составляет от более 20 до 25 нм.
41. Сажа по п. 37, отличающаяся тем, что размер первичных частиц составляет от более 20 до 25 нм.
42. Сажа по п.33, отличающаяся тем, что CDBP составляет 50 - 96 см3.
43. Полимерная композиция, содержащая полимер и сажу с числом адсорбции иода I2No 65-95 мг/г и с размером первичных частиц, меньшим или равным 20 нм.
44. Полимерная композиция, содержащая полимер и сажу с числом адсорбции иода I2No 100 - 112 мг/г и с размером первичных частиц, меньшим или равным 20 нм.
45. Полимерная композиция, содержащая полимер и сажу с числом адсорбции иода I2No 65 - 112 мг/г; с размером первичных частиц, меньшим или равным 20 нм; и с CDBP, меньшей или равной 102 см3/100 г.
46. Полимерная композиция, содержащая полимер и сажу с числом адсорбции иода I2No 50-70 мг/г и с размером первичных частиц, меньшим или равным 25 нм.
47. Полимерная композиция, содержащая полимер и сажу с числом адсорбции иода I2No 50-85 мг/г; с размером первичных частиц, меньшим или равным 25 нм; и с CDBP, меньшей или равной 96 см3/100 г.
48. Полимерная композиция по п.43, отличающаяся тем, что содержит 0,5 - 300 вес. ч. сажи на 100 вес. ч. полимера.
49. Полимерная композиция по п.44, отличающаяся тем, что содержит 0,5 - 300 вес. ч. сажи на 100 вес. ч. полимера.
50. Полимерная композиция по п.45, отличающаяся тем, что содержит 0,5 - 300 вес. ч. сажи на 100 вес. ч. полимера.
51. Полимерная композиция по п.46, отличающаяся тем, что содержит 0,5 - 300 вес. ч. сажи на 100 вес. ч. полимера.
52. Полимерная композиция по п.47, отличающаяся тем, что содержит 0,5 - 300 вес. ч. сажи на 100 вес. ч. полимера.
53. Полимерная композиция по п.48, отличающаяся тем, что содержит 0,5 - 100 вес. ч. сажи на 100 вес. ч. полимера.
54. Полимерная композиция по п.49, отличающаяся тем, что содержит 0,5 - 100 вес. ч. сажи на 100 вес. ч. полимера.
55. Полимерная композиция по п.50, отличающаяся тем, что содержит 0,5 - 100 вес. ч. сажи на 100 вес. ч. полимера.
56. Полимерная композиция по п.51, отличающаяся тем, что содержит 0,5 - 100 вес. ч. сажи на 100 вес. ч. полимера.
57. Полимерная композиция по п.52, отличающаяся тем, что содержит 0,5 - 100 вес. ч. сажи на 100 вес. ч. полимера.
58. Полимерная композиция по п.53, отличающаяся тем, что содержит 0,5 - 80 вес. ч. сажи на 100 вес. ч. полимера.
59. Полимерная композиция по п.54, отличающаяся тем, что содержит 0,5 - 80 вес. ч. сажи на 100 вес. ч. полимера.
60. Полимерная композиция по п.55, отличающаяся тем, что содержит 0,5 - 80 вес. ч. сажи на 100 вес. ч. полимера.
61. Полимерная композиция по п.56, отличающаяся тем, что содержит 0,5 - 80 вес. ч. сажи на 100 вес. ч. полимера.
62. Полимерная композиция по п.57, отличающаяся тем, что содержит 0,5 - 80 вес. ч. сажи на 100 вес. ч. полимера.
63. Полимерная композиция по п.43, отличающаяся тем, что полимер является полиэтиленом.
64. Полимерная композиция по п.44, отличающаяся тем, что полимер является полиэтиленом.
65. Полимерная композиция по п.45, отличающаяся тем, что полимер является полиэтиленом.
66. Полимерная композиция по п.46, отличающаяся тем, что полимер является полиэтиленом.
67. Полимерная композиция по п.47, отличающаяся тем, что полимер является полиэтиленом.