[发明专利]炭黑、其生产方法和用途

说明书

本发明涉及炭黑、其生产方法和用途。

炭黑传统上用作颜料或补强填料或其他填料，并也用于各种其他应用。举例来说，炭黑在可用作轮胎胎面的原料的橡胶混合物中用作补强填料。

众所周知，炭黑的比表面积对橡胶混合物中的炭黑的补强性能有相当大的影响。比表面积越高，补强性能就越好，特别是轮胎胎面的耐磨性能[G.Kraus，AngewandteMakromolekulareChemie[AppliedMacromolecularChemistry]，卷60/61(1977)，第215页]。然而，高比表面积的缺点是橡胶混合物具有很高的滞后现象，结果是增加了轮胎胎面的滚动阻力[W.M.Hess等人，RubberChemistryandTechnology，卷56，第390页]。轮胎胎面的较高滚动阻力造成较高的燃料消耗，因而能源消耗高和/或二氧化碳排放量高。出于经济和环境的原因，这是不可取的。

因此，出于环境和经济原因，对于给定的比表面积，希望实现橡胶混合物的滞后进一步降低，并因而降低轮胎胎面的滚动阻力。已知的是，对于给定的比表面积，通过扩大聚集体粒径分布可以实现这一点[W.M.Hess等人，RubberChemistryandTechnology，卷56，第390页]。然而，当聚集体粒径分布扩大时，炭黑的着色强度(tintstrengh)同时降低[C.J.Stacy等人，RubberChemistryandTechnology，卷48，第538页]。此外，已知的是，特别是在涉及到高应力水平时，炭黑的扩大的聚集体粒径分布损害了橡胶混合物的耐磨性能，因此损害了轮胎胎面的耐磨性能[W.M.Hess等人，RubberChemistryandTechnology，卷56，第390页]。因此，聚集体粒径分布的扩大有利于滚动阻力，但一般与较差的耐磨性能有关。

US2005/0256249披露了一种ΔD50/M大于0.9和不均匀性指数(heterogeneityindex)大于2.3的碳材料。

EP0754735披露了炉黑(furnaceblack)，当被加到SSBR/BR橡胶混合物中时，与具有相同CTAB表面积的炭黑相比，具有更低的滚动阻力以及相同或更好的湿滑性能。它们可以在传统的炭黑反应器中生产，通过在燃烧室中进行燃烧过程，使得形成炭黑核，并立即与用于炭黑的原料接触。

EP0754735中披露的炭黑的缺点是耐磨性太低，同时橡胶混合物中的滚动阻力也低(损耗因子tan8)。

EP0949303披露了炭黑，当与EP0754735的炭黑相比时，在其聚集体粒径分布中大直径聚集体所占比例较小。这使得改善了橡胶混合物的耐磨性能。运行炭黑反应器中使得形成炭黑核，并立即与用于炭黑的原料接触，同时适当增加燃烧空气和用于炭黑的原料的供应。

EP0949303中披露的炭黑的缺点是着色强度降低以及耐磨性与滚动阻力之间的非理想平衡，尽管耐磨性比EP0754735的炭黑更好同时滚动阻力也低(损耗因子tanδ)。

EP1783178披露了炉黑形成过程，其中用于炭黑的原料在第一阶段引入，并与热气体流混合，以形成前体，基本上由反应流中的炭黑构成，然后将额外量的用于炭黑的原料导入所述前体中，其目的是为了部分地猝灭反应流，随后完全猝灭整个反应流。EP1783178中的热气体流可以从燃料与氧化剂(如空气)的反应以燃烧气体的形式生产，并且空气与燃料之比可以从1∶1(化学计量)变化到无限大比例。燃料可以是固体、液体或气体燃料。

本发明的目的是提供一种炭黑，其在橡胶混合物中提供了高耐磨性(＝低磨损)与低滚动阻力的良好平衡。

本发明提供一种炭黑，其特征在于，其CTAB表面积为100～160m²/g，优选100～149m²/g，特别优选100～144m²/g，非常特别优选105～140m²/g，四分位数比值(quartileratio)大于1.60，优选1.65～2.30，特别优选1.70～2.30，非常特别优选1.75～2.30，特别优选1.80～2.30，极优选1.85～2.25，FP指数＞0，优选＞0.5，特别优选＞1.0，非常特别优选＞1.5。

从以下等式计算FP指数：