具有再生填充材料的彈性體組合物的製作方法

2023-06-12 14:31:46 3

專利名稱：具有再生填充材料的彈性體組合物的製作方法
技術領域：
本發明涉及包括再生填充材料的彈性體組合物。
背景技術：
在橡膠工業中，橡膠產品(例如車輛輪胎和密封件)典型地是通過混煉填料(例 如碳黑或二氧化矽)在橡膠中的混合物然後硫化而製備的。對於車輛輪胎，通過包埋簾線 (cords)以及通過在輪胎面、側壁和內部襯裡中使用不同類型的橡膠來引入另外的結構性 質。橡膠材料的製造商(例如輪胎製造商)典型地接收來自不同來源的原材料。橡 膠以大包形式或可能作為碎屑或粉末收到。在該橡膠的製備中，使用填充材料，例如碳黑。 最適用作橡膠配混物(包括輪胎)中的填料的碳黑的初始或「原始」狀態稱作鬆散碳黑 (fluffy carbon black)。鬆散碳黑是已經精製成細顆粒或聚集體的碳黑材料，其為納米 (nm)尺寸且具有非常低的容積密度。有幾種用於製備碳黑的方法，包括油爐方法。該油爐 方法典型地用於製備碳黑，以及在很多這些方法中，製備稱作鬆散碳黑的填料。更近以來， 對於用廢橡膠產品(例如廢輪胎)製備碳黑類填料存在更大的興趣。這種方法實質上可以 從該廢橡膠產品中提取出再生碳質材料(包括碳黑)和其他填料並將其作為填充材料再循 環回到新的橡膠產品中。為了用再循環的輪胎和其他橡膠產品由稱作熱解的方法製備細填料已經有過很 多的嘗試。通過熱解，將輪胎和其他油基配混物進行處理以製備燃料和焦炭，其包括包括碳 黑和其他填充材料的顆粒的聚集體或團簇。已經嘗試使用這種焦炭作為用作一類填料的低 等級碳黑。然而，這遇到了幾個缺點，最重要的是由構成該填料的聚集體的粒度的無規分布 產生的該焦炭中的雜質的缺點。另外，該顆粒的表面化學對該填料的性能具有影響。因此 存在提供與原始碳黑材料相比適用作高等級填充材料的、包含碳黑和其他填料的細聚集體 混合物的彈性配混物的需求。還存在「包裝」該細聚集體混合物以使得能夠將其輸送給消 費者的需求。另外，還存在「包裝」該細聚集體混合物以使得將其預分散以使其在混合以制 備橡膠配混物時更有用的需求。

發明內容
本發明是用於製備具有再生填充材料的彈性體組合物的方法。本發明涉及彈性體組合物，其具有該載體彈性體組合物重量的約20%-約80%的 彈性體材料。該載體彈性體組合物還包括源自熱解的聚合材料的填料的細聚集體混合物。 該填料的細聚集體混合物構成該載體彈性體組合物重量的約10% -約70%。該載體彈性體 組合物還具有以該載體彈性體組合物重量的約25 % -約30 %的量存在的加工油。依照本發 明的該載體彈性體組合物用作用於輸送包括具有等於或小於35nm的平均粒度的聚集體的 該細聚集體混合物的載體。該細聚集體混合物本身容易成為空氣傳播的，因此依照本發明 的該載體彈性體組合物將該細聚集體混合物「包裝」在介質中以便於輸送給消費者。此外， 該載體彈性體組合物為橡膠製造商提供了預分散有碳黑和其他填料的材料，其特別有利於 通常面對在整個混煉過程中獲得良好填料分散的挑戰的橡膠製造商。下面將更詳細地討論 依照本發明的彈性體組合物的實施例。從下面提供的詳細描述中，本發明的其他可適用方面將變得顯而易見。應當認識 到該詳細描述和特別實施例儘管表示本發明的優選實施方案，但僅用於舉例說明的目的， 而不用於限制本發明的範圍。


從詳細描述和附圖中，本發明將得到更充分的理解，其中圖1是選分和識別裝置的現有技術示意圖；圖2是依照本發明的粉碎研磨機和碳黑通過其流動的平面示意圖；圖3是依照本發明的選分機的平面示意圖；圖4a是依照本發明的教導分散在水溶液中並放大285，650倍的細聚集體混合物 的顯微照片；圖4b是依照本發明的教導分散在水溶液中並放大28，650倍的細聚集體混合物的 顯微照片；圖5a是分散在水溶液中並放大285，650倍的KHC1聚集體的顯微照片；圖5b是分散在水溶液中並放大28，650倍的KHC1聚集體的顯微照片；圖6a是描述依照本發明的教導的細聚集體混合物的粒度分布的圖表；圖6b是描述KHC1樣品的粒度分布的圖表；圖6c是描述KHC2樣品的粒度分布的圖表；圖6d是描述CBpO樣品的粒度分布的圖表；圖7是依照本發明的實施方案CBp-25-填料、N550填料和N660填料在EPDM中的 流變學曲線的圖表；圖8是依照本發明的實施方案的CBp-25-填料、N550填料和N660填料在SBR中 的流變學曲線的圖表。
具體實施例方式以下優選實施方案的描述本身僅是示例性的，絕不意於限制本發明、其應用或用途。本發明涉及具有與該彈性體混合的細聚集體混合物的載體彈性體組合物。該細聚集體混合物是適用於橡膠混煉的填充材料。將該細聚集體混合物與該彈性體的混合提供了 將該細聚集體混合物以預分散形式包裝的方法，這樣使其對於與彈性體配混物相混合而言 是理想的。圖1顯示了依照本發明的識別和分離裝置10的示意圖。現在參照所有附圖特別 是圖1，該裝置10包括粉碎研磨機12和選分機14。料鬥16用作供給該裝置10的該再生 碳質材料的來源。該料鬥16用於收集由循環聚合材料(比如但不局限於廢輪胎、汽車的聚 合物部件、廢橡膠材料或塑料容器等)的熱解製備的再生碳質材料。該再生碳質材料由碳 黑和其他材料的大聚集體和小聚集體組成。當使用收集料鬥16來保持該再生碳質材料時， 該再生碳質材料可以直接由熱解反應器(未示出)供給到該裝置10中，而不首先收集在該 料鬥16中。閥18控制該再生碳質材料從該料鬥16到磁力分離機20的流動。該再生碳質材 料有時具有在熱解之前就存在於該循環聚合材料中的金屬顆粒。這些金屬顆粒能夠損害該 粉碎研磨機12，該磁力分離機20除去這些不希望的金屬顆粒。該磁力分離機20的使用是 不必需的，能夠使用更多或更少數量的磁力分離機。在通過該磁力分離機20之後，將該再生碳質材料送往螺杆22，其轉動並控制該材 料流向該粉碎研磨機12的流動。使用閥24開關該再生碳質材料到混合節點26的流動。 在該混合節點26處，該再生碳質材料與由空氣源28產生的經過濾的乾燥高壓空氣混合。 該乾燥加壓空氣和再生碳質材料的混合物一起是被引導通過該粉碎研磨機12的原料入口 30 (參見圖2)的原料。圖2顯示了該粉碎研磨機12的示意圖，其具有渦流塔28，在其中將加壓原料引導 通過該原料入口 30並在該渦流塔28周圍形成渦旋，使該原料中存在的小聚集體移動到該 渦流塔28的頂部而較大的聚集體下降。儘管描述了單一的原料入口 30，但可以具有更多數 量的原料入口以調節或提高該渦流塔28內的渦旋。在該渦流塔28中存在選分盤32，其有 助於該原料的渦旋並防止大聚集體運動通過該選分盤22。該選分盤32使該聚集體和空氣 在該渦流塔28中形成渦旋，並利用比重將重的緻密聚集體和顆粒與較輕的較不緻密的聚 集體和顆粒分離開。因此該重的緻密聚集體沉降到該渦流塔28的底部，而該較不緻密的聚 集體移動到該渦流塔28的頂部。隨著該較大的聚集體移動到該渦流的底部，其進入該粉碎研磨機12的分級腔34。 在該分級腔34中存在至少兩個對置的空氣入口 36，用於在該腔室的相對兩側彼此相對地 對該大聚集體顆粒吹風。儘管討論了兩個對置空氣入口 36，但也可以具有更多或更少數量 的對置空氣入口 36。該大聚集體顆粒朝向彼此加速、碰撞並分級成較小的聚集體。將該較 小的聚集體再次引入該渦流塔28中，在其中如果聚集體密度足夠小就會通過該選分盤32， 然後離開小聚集體埠 38。沒有分級的較大的聚集體離開腔出口 38並收集。非必要地，通 過該腔出口 38離開的該大聚集體能夠再次引入該閥24處的再生碳質材料中。通過該小聚集體埠 38的該小聚集體流到兩個過濾器料鬥40、40』中的一個。該 過濾器料鬥包含聚合物表面積過濾器，其收集在離開該渦流塔28之後具有變成空氣傳播 的趨勢的小聚集體。本發明描述了使用兩個過濾器料鬥來收集該小聚集體，然而，根據該粉 碎研磨機12的生產速率使用更多或更少數量的過濾器料鬥也在本發明的範圍內。閥42、 42』控制小聚集體從該過濾器料鬥40、40』到用於向該選分機14供給小聚集體的小聚集體供給料鬥44的流動。儘管圖1描述了多個閥42、42』與過濾器料鬥40、40』相結合，但也可 以具有更多或更少數量的閥。在離開該小聚集體供給料鬥44之後，該小聚集體非必要地通 過第二磁力過濾器46以進一步除去任何存在的金屬雜質。進料螺杆48接收該小聚集體並 控制小聚集體供給到傳送機50的流動，該傳送帶50將該小聚集體移動到另一進料螺杆52 和控制該小聚集體到該選分機14的流動的閥54。具有直接流向該選分機14的進料螺杆 48在本發明的範圍內，然而，優選使用多個進料螺杆和傳送機，因為該識別和分離裝置10 中部件的物理尺寸需要將該小聚集體在部件之間移動一段距離。現在參照圖1和3，小聚集體通過兩個高壓入口 66之一進入該選分機14。將小聚 集體與通過該兩個入口 66之一供給的乾燥加壓空氣混合，並在該選分機14的渦流塔56中 產生渦旋，在此處將該小聚集體分離成粗聚集體混合物和細聚集體混合物。小聚集體中的 一些是由粗聚集體與粘附到該粗聚集體上的細聚集體製成的。該小聚集體的渦旋使具有低 密度且尺寸在納米範圍內的細聚集體與更緻密得多且微米尺寸的粗聚集體顆粒分離。由通 過該高壓入口 66和旋轉選分輪58流動的氣壓造成在該渦流塔56中的渦旋運動，使該較不 緻密且具有較小粒度的細聚集體移動到該渦流塔56的頂部。比該小聚集體更緻密且通常 尺寸更大的粗聚集體移動到該渦流塔的底部。具有更多或更少數量的空氣入口 66以及該 小聚集體通過多於一個該高壓入口 66進入該渦流塔56也在本發明的範圍內。該旋轉選分輪58以與該粉碎研磨機12的選分盤32相同的方式作用，僅允許特定 尺寸和密度的聚集體通過細聚集體出口 64離開該渦流塔58。粗聚集體沉降到該渦流塔56 的底部，並收集在容器62中以在其中粗聚集體可接受的工藝中用作填料。通過該細聚集體 出口 64的該細聚集體流到包含收集該細聚集體的聚合表面積過濾器的過濾器料鬥68。這 一步驟是必須的，因為該細聚集體的尺寸小以使得其容易變成空氣傳播的。在通過該過濾 器料鬥68之後，然後將該細聚集體非必要地通過磁力分離機70以除去可能存在的任何金 屬雜質，然後該細聚集體移動到保存區域72，在此處其形成存儲在容器、造粒機、袋子中或 混合有彈性體的細聚集體混合物，以防止該細聚集體變成空氣傳播的。該細聚集體混合物 和粗聚集體混合物都包含高含量的碳黑，且都是可與原始碳黑相當的可用的填充材料。在保存區域72中的細聚集體混合物是依照本發明的包括碳黑顆粒的顆粒簇。該 細聚集體混合物是由聚合材料(例如輪胎、汽車聚合部件、可循環利用的聚合物部件(例如 奶盒和其他容器)、浙青或任意其他適合的將產生在橡膠混煉工藝中適用作填料的細聚集 體的聚合材料來源)的熱解形成的。該細聚集體混合物包括通常為該細聚集體混合物重量 的約80% -約95%;典型地約85% -約90%;優選約89% -約91%，且在本發明的優選實 施方案中為約90%的碳含量。該細聚集體混合物的平均聚集體尺寸小於或等於4微米，且由當分散在水溶液並 使用電子顯微鏡測定時平均小於或等於35nm的細聚集體顆粒的團簇形成。從該聚集體尺 寸越小其用作可與N500-N600等級原始碳黑相當的高等級填料越好的角度來看，該細聚集 體顆粒的尺寸是重要的。該細聚集體混合物的氮表面積是決定填充材料是否適用作高等級填充材料的另 一重要因素。該氮表面積指示在用於橡膠混煉中時該填充材料的結合親和性。本發明的細 聚集體混合物通常具有使用兩種不同技術(BET技術和碘吸收技術)進行面積測定的氮表 面積。該細聚集體混合物具有通常約46m2/g-約72m2/g，優選約58m2/g的使用BET技術測定的氮表面積。該細聚集體混合物具有約53mgl2/g-約254mgl2/g，優選約176mgl2/g的使 用碘吸收技術測定的氮表面積。該細聚集體混合物還具有熱解的碳黑顆粒和無機功能填充材料，所述無機功能 填充材料使得在通過該分離和識別裝置處理之後該細聚集體混合物的功能類似於具有 N500-N600等級的商業碳黑。該無機功能填料能夠是選自以下組的一種二氧化矽、氧化 鋁、氧化鈦、氧化鐵、氧化鈣、鎂或其組合。其他無機填充材料也可以使用，只要其可使該細 聚集體混合物的功能類似於所需等級的原始碳黑即可。本發明具有通常為該細聚集體混合 物重量的約5% -約20% ；典型地為約8% -約15% ；優選約9% -約11% ；且在本發明的 優選實施方案中為約10%的功能無機填料。使用該識別和分離裝置10得到細聚集體混合物。依照本發明，使用該細聚集體混 合物作為源自熱解的聚合材料的填料製備該載體彈性體組合物。依照本發明的載體彈性體 組合物包括通常為該載體彈性體組合物重量的約20% -約80% ；典型地約15% -約30% ； 優選約19% -約21% ；且在優選實施方案中為該載體彈性體組合物重量的約20%的彈性 體材料。該彈性材料能夠包括苯乙烯_ 丁二烯共聚物(SBR)、乙烯-丙烯-二烯M等級橡膠 (EPDM)、腈類彈性體(nitrile elastomer)、丁基彈性體(butyl elastomer)、天然橡膠及其 組合。該彈性材料實際上是橡膠工業中所用的任意類型的合成或天然彈性體也在本發明的 範圍內。該載體彈性體組合物還包括填料的細聚集體混合物，其通常為所述載體彈性體組 合物重量的約10% -約70%;典型地為該載體彈性體組合物的約40% -約60%;優選為該 載體彈性體組合物的約52% -約57%，且在本發明的優選實施方案中為約55%。該細聚 合物混合物源自熱解的聚合材料，後者包括供熱解的汽車聚合部件(例如輪胎)和其它產 生適當量碳黑的其他汽車塑料。該聚合材料也能夠包括源自非汽車來源的可循環利用的聚 合材料，且能夠包括粉碎的浙青、塑料容器或會產生足夠量碳黑的任何其他適合的聚合材 料。該載體彈性體組合物還具有加工油，其通常為該載體彈性體組合物重量的約25% -約 30% ；典型地為該載體彈性體組合物重量的約25% -約30% ；優選為該載體彈性體組合物 重量的約23%-約27%，且在本發明的優選實施方案中為約25%。該加工油能夠是有助於 該細聚集體混合物與該彈性體材料混合的任意適合的油。加工油的一種實例是由Sunoco Oil Company, Tulsa, Okalahoma，UnitedStates of America 製備的 Sunthene 4240 ；然 而，根據特定應用的需要能夠使用任何其他適合的加工油。除包括彈性材料、細聚集體混合物和加工油的上述載體彈性體組合物之外，還有 幾種其他非必要的組分能夠根據本發明的特殊應用的需求添加。本發明的某些實施方案也 可以包括加工助劑、活化劑、抗氧化劑和其他填充材料以及這些組的每一種的組合。該加工 助劑有助於通過防止粘合到該混合部件上來幫助改進該載體彈性體組合物的混合併改善 該彈性體材料、填料的再生碳質混合物和加工油的分散(disbursion)。該加工助劑能夠包 括鋅皂、脂肪酸鹽及其組合以及任意其他適合的或需要的或已知的加工助劑。在上述載體彈性體組合物中添加活化劑也是非必要的。該活化劑用於在硫化過程 中加速該載體彈性體組合物的硫化。活化劑能夠包括氧化鋅、硬脂酸、矽烷(特別是在存在 二氧化矽填料時)及其組合。根據特殊應用的需求使用其他適合的已知活化劑也在本發明 的範圍內。
此外也可以在上述載體彈性體組合物中添加抗氧化劑。抗氧化劑用於防止該載體 彈性體組合物在硫化之後變硬。已知適合的抗氧化劑包括苯胺類、苯乙烯化酚類及其組合。 根據特殊應用的需求使用任意其他適合的抗氧化劑也在本發明的範圍內。在上述載體彈性體組合物中包括其他填充材料也在本發明的範圍內。填充材料 能夠提供所需的物理和化學性質，例如提高密度、耐熱性、或改變該載體彈性體組合物的顏 色。可能的填充材料包括白堊、碳酸鈣、二氧化矽及其組合。另外，也可以根據特殊應用的 需求包括其他已知適合的填充材料。此外，本發明的其他實施方案包括添加到該載體彈性體組合物中的促進劑。促進 劑有助於加快該硫化過程。該促進劑的數量非常多，存在大量不同類型的促進劑，其能夠用 於形成載體彈性體組合物。待添加到該載體彈性體組合物中的促進劑的選擇取決於一些因 素，其部分包括製造商的要求以及其他因素，例如設備、加工變量和各個配製者的偏好。適 合與本發明一起使用的一些促進劑包括已知為輔助促進劑的促進劑的組，例如四甲基秋蘭 姆一硫化物，其是一組稱作thiurons的促進劑的一部分。也能夠添加延遲作用促進劑。一 種適合的延遲作用促進劑是N-叔丁基-苯並噻唑磺醯胺(TBBS)。另一種適合的促進劑包 括稱作主促進劑的一類，其包括巰基苯並噻唑(MBT)。儘管上面描述了特別的促進劑和促進 劑組，但實際上任何類型的促進劑與依照本發明的載體彈性體組合物一起使用都在本發明 的範圍內。因此本發明絕不意於限制到促進劑的任何單一類型。實施例1形成載體彈性體組合物，彈性體材料的存在量通常為該載體彈性體組合物重量的 約20% -約80%;典型地為該載體彈性體組合物重量的約20% -約30%;優選為該載體彈 性體組合物重量的約19% -約21%，在優選實施方案中為約20%。細聚集體混合物的存 在量通常為該載體彈性體組合物重量的約10% -約70%;典型地為該載體彈性體組合物重 量的約40% -約55%;優選為該載體彈性體組合物重量的約52% -約57%，在本發明的優 選實施方案中為約55%。加工油的存在量通常為該載體彈性體組合物重量的約25%-約 30% ；典型地為該載體彈性體組合物重量的約25% -約30% ；優選為該載體彈性體組合物 重量的約23% -約27%，在本發明的優選實施方案中為約25%。將該載體彈性體組合物混 合以使得該細聚集體混合物均勻分散在整個該載體彈性體組合物中。在本發明的另一方面，將依照本發明的載體彈性體組合物與商業彈性體配方相混 合，分析其化學和機械性質，並與使用原始碳黑的其他商業彈性體組合物進行比較。另外， 使用依照本發明的彈性體組合物製備高負載的商業彈性體配方，將其分析並與包含原始碳 黑的高負載彈性體組合物進行比較。前面已經使用CBp-25E-填料來表示已經混合到依照本發明的載體彈性體組合物 中的細聚集體。使用之前已經混合到載體彈性體組合物中的CBp-25E-填料製備彈性體組 合物和高負載彈性體組合物的實施例。通過將細聚集體與苯乙烯-丁二烯共聚物(SBR)和 乙烯_丙烯_ 二烯M等級橡膠(EPDM)相混合來製備載體彈性體組合物，然後將其與使用 SBR和EPDM的商業配方進行混合。還可以使用粉末或顆粒狀的該細聚集體，然而，使用依照 本發明的本實施方案的彈性體組合物允許該細聚集體更容易地輸送和更好地分散在商業 組合物中。實施例2
配製並測試商業彈性體組合物。下表1列出了在SBR中作為商業彈性體配混物混 合的細聚集體的混合物(下文稱作CBp-25E-填料)。表1還顯示了 N550填料和N660填料 (其是由原始碳黑來源(例如原油熱解)得到的碳黑填充材料)與SBR混合的混合物。表 1與SBR混合的批次 如上表1中所示，該CBp-25E-填料、N550-填料和N660-填料都與80/100份橡膠 (phr)混合。其他成分都以相等的比例添加。表2是用表1中上面討論的CBp-25E-填料、N550填料和N660填料製備的SBR彈 性體組合物樣品的機械性質。表2在SBR中的機械性質 如上表2中所示，當依照本發明的本實施方案與SBR混合時，CBp-25E-填料的密 度、硬度和抗張強度與N550和N660填料相似。該CBp_25E_填料顯示出比用N550和N660 填充材料製備的彈性體組合物更大的斷裂伸長百分率。因此，該CBp-25E-填料具有比天然 碳黑填料更好的彈性。此外，該CBp-25E-填料樣品的其他性質(例如抗撕強度和DIN磨 損)也與N550和N660樣品相似。基於上述試驗數據，在與SBR混合時，該CBp_25E_填料 是適用於與SBR配製彈性體配混物(elastomercompound)的材料。該CBp_25E_填料的機 械性質如果不是比所測試的天然碳黑填料優越的，也是適合的。圖8是上表1中列出的三種樣品的流變學曲線的圖表。從橡膠製造的角度來看， 樣品的流變學性質是重要的，因為其提供了對你能夠用所述材料混煉的速度的了解。在本 例中，該流變學性質表明了用CBp-25E-填料與用N550和N660原始碳黑相比製備和SBR 的商業彈性體組合物的速度。流變測試是在MDR2000E、0. 5°的弧、170°C的溫度、30min持 續時間、4. ONm的扭矩軸上進行的。該圖表描繪了扭矩與時間的關係。如圖8中所示，該 CBp-25E-填料具有與N550和N660樣品類似的曲線。這表明使用CBp_25E_填料的配混物 的硫化時間範圍與使用原始碳黑的混合物相似。下表3列出了對用SBR製備的各樣品測定的流變性質。該流變測試是在MDR2000E、 0. 5°的弧、170°C的溫度、30min持續時間、4. ONm的扭矩軸上進行的。表3在SBR中的流變性質 上表3中的結果顯示該CBp-25E-填料樣品的ts2值小於N550和N660樣品。該 ts2值表明該樣品開始硫化的初始時間。因此該CBp-25E-填料更快開始硫化。該ts90值表明該樣品的90%已經硫化的時間。該CBp-25E-填料樣品比該N550和N660樣品更快到 達該點。因此用該CBp-25E-填料處理的時間更快。ML測試是該配混物在混合過程中的粘 度，其表明如果混合該組合物則有多粘或多難，這從獲得所有組分在該組合物中良好分散 的角度來看是重要的。該CBp-25E-填料具有比N550樣品更低的ML值，而比N660樣品的 值略高或測試近似相等。該AS值是圖8中各樣品的曲線斜率。這表示粘度如何隨時間改 變。在測試這三種樣品的情況下，在測試的三種樣品中CBp-E25改變最少。實施例3配製並測試商業彈性體組合物。下表4列出了在EPDM中作為商業彈性體配混物 混合的細聚集體(下文稱作CBp-25E-填料)的混合物。表4還顯示了 N550填料和N660 填料(其是由原始碳黑來源(例如原油熱解)得到的碳黑填充材料)與EPDM混合的混合 物。表 4在EPDM中的批次混合物
CBp-25EN550N660Keltan 4502100.OOphr100.OOphr100.OOphrCBp-25E-填料70.OOphrFEF-N550-填料70.OOphrGPF-N660-填料70.OOphrSunpar 22805. OOphr5. OOphr5. OOphr氧化鋅5. OOphr5. OOphr5. OOphrMBT1. OOphr1. OOphr1. OOphrTMTM1. 5phr1. 5phr1. 5phr硫1. 5phr1. 5phr1. 5phr如上表中所示，該CBp-25E彈性體配混物、N550-填料和N660-填料都與70/100份 橡膠(phr)混合。其他成分都以相等的比例添加。表5是用上面討論的CBp-25E填料、N550填料和N660填料製備的EPDM彈性體組 合物樣品的機械性質的表。表 5在EPDM中的機械性質 如上表中所示，當依照本發明的本實施方案與EPDM混合時，CBp-25E樣品的密度、 硬度和抗張強度與N550和N660填料幾乎相等。該CBp_25E樣品顯示出比用N550填料或 N660填料製備的彈性體組合物更大的斷裂伸長百分率。因此，該CBp-25E樣品具有比天然 碳黑填料更好的彈性。此外，該CBp-25E樣品的其他性質(例如抗撕強度和壓縮百分比) 也與N550和N660樣品相似。圖7是本實施例中的三種樣品的流變曲線的圖表。從橡膠製造的角度來看，樣品 的流變學性質是重要的，因為其提供了對你能夠用該材料復配的速度的了解。在本例中， 該流變學性質表明了用CBp-25E-填料與用N550和N660原始碳黑相比製備具有EPDM的 商業彈性體組合物的速度。流變測試是在MDR2000E、0. 5°的弧、170°C的溫度、30min持續 時間、4. ONm的扭矩軸上進行的。圖7的圖表描繪了扭矩與時間的關係。如圖7中所示，該 CBp-25E-填料具有與N550和N660樣品類似的曲線。這表明使用CBp_25E_填料的配混物 的硫化時間範圍與使用原始碳黑的類似混合物相似。下表6列出了對用SBR製備的各樣品測定的流變性質。該流變測試是在MDR2000E、 0. 5°的弧、170°C的溫度、30min持續時間、4. ONm的扭矩軸上進行的。表 6在EPDM中的流變性質 上表6中的結果顯示該CBp-25E填料樣品的ts2值與N660樣品相等且略高於N550 樣品。該ts2值表示該樣品開始硫化的初始時間。該CBp-25E填料樣品可與其他樣品相當。 該ts90值表示該樣品的90%已經硫化的時間。該CBp-25E填料樣品比該N550和N660樣品更快到達該點。因此用該CBp-25E填料處理的時間更快。ML測試是該配混物在混合過程 中的粘度，其表明如果混合該組合物則有多粘或多難，這從獲得所有組分在該組合物中良 好分散的角度來看是重要的。該CBp-25E填料具有比N550和N660樣品更低的ML值。該 AS值是圖8中各樣品的曲線斜率。這表明粘度隨時間改變的多少。在測試這三種樣品的 情況下，在測試的三種樣品中CBp-25E填料樣品改變最少。實施例4在本發明的另一實施方案中，用CBp55%mb SBR(其是具有55%細聚集體含量/ 重量載體彈性體組合物的載體彈性體組合物)製備高負載彈性體組合物。這種高負載配混 物對於其中能夠使用較大量的填料以節省材料成本的特定橡膠應用是合意的。例如，塗覆 有橡膠的金屬部件以及其他應用可能不需要具有使用更昂貴的原始碳黑填充材料或其等 價物的彈性體的機械性質的彈性體配混物。下表7列出了 CBp55% mb SBR的一種示例性混合物，以形成高負載SBR彈性體配 混物。表 7具有SBR的高負載配方一母料 該CBpES mb_S55%彈性體配混物具有以該彈性體組合物的55wt%的量存在的細 聚集體混合物。在該應用中，將該CBp樣品與300/100份橡膠(phr)混合。表8是該高負載SBR彈性體組合物的機械性質的表。表 8成本有效的SBR配混物的機械性質 如上表8中所示，該樣品的機械性質與上述樣品差別很大，上述樣品表現出更不 同的抗張強度、斷裂伸長率、模量100%和300%。然而，高負載彈性體配混物典型地用於其 他類型應用中，例如橡膠塗覆工具、墊、緩衝器和其它其中性質例如抗張強度和斷裂伸長率 並不是那麼至關重要的部件。相反，該高負載彈性體組合物提供了更成本有效的組合物，其 是由再生碳質材料得到的，並降低了對使用更昂貴的原始碳黑的需求。實施例5在本發明的另一實施方案中，用CBp60%mb EPDM(其是具有60%細聚集體含量/ 重量載體彈性體組合物的載體彈性體組合物)製備高負載彈性體組合物。這種高負載配混 物對於其中能夠使用較大量的填料以節省材料成本的特定橡膠應用是合意的。例如，塗覆 有橡膠的金屬部件、墊、緩衝器以及其他應用可能不需要具有使用更昂貴的原始碳黑填充 材料或其等價物的彈性體的機械性質的彈性體配混物。表9列出了混合有EPDM的CBp-填料的母料混合物，以形成高負載EPDM彈性體配 混物。表9具有EPDM的高負載配方一母料 該CBpES mbE-60 %彈性體配混物是具有以該彈性體配混物的60wt %的量存在的 細聚集體的配混物。將該CBp樣品以375phr混合。下表10顯示了使用上表10中列出的母料配方製備的高負載EPDM彈性體組合物 的機械性質。表 10EPDM配混物的機械性質 如上表10中所示，該樣品的機械強度與上述沒有高負載的樣品差別很大。在當 和非高負載彈性體配混物相比時，本實施例表現出差別很大的抗張強度、斷裂伸長率、模量 100%和300%。然而，高負載彈性體配混物典型地用於其它類型應用，比如橡膠塗覆工具、 墊、緩衝器和其他其中例如抗張強度和斷裂伸長率並不是那麼至關重要的部件。相反，該高負載彈性體組合物提供了更成本有效的組合物，其是由再生碳質材料得到的，並降低了對 使用更昂貴的原始碳黑的需求。在以下申請中能夠發現依照本發明使用的材料的其他信息和實例2007年10月9 日提交的名稱為「Elastomer Composition with ReclaimedFiller Material」的美國專利 申請號60/998，197 ;2007年 11 月 8 日提交的名稱為「Process For Classifying Particles In A Pyrolysed Char」 的申請號 60/986，318 ;2007 年 11 月 8 日提交的名稱為"Asphalt Composition UsingPyrolysed Carbonaceous Materials，，的申請號 60/986，369 ；和 2007 年 11 月 7 日提交的名稱為「Enhanced Fine Agglomerate Mixture」的申請號 60/986，126， 其中通過引用將各申請的全部內容由此引入。本發明的描述本身僅是示例性的，因此不脫離本發明的要旨的變型意於在本發明 的範圍之內。這種變型不應視作脫離了本發明的精神和範圍。
權利要求
載體彈性體組合物，包括所述載體彈性體組合物重量的約20％-約80％的彈性體材料；所述載體彈性體組合物重量的約10％-約70％的源自熱解的聚合材料的填料的細聚集體混合物；和所述載體彈性體組合物重量的約25％-約30％的加工油。
2.權利要求1的載體彈性體組合物，其中該彈性體材料是選自包括以下的組中的一種苯乙烯_ 丁二烯共聚物、乙烯_丙烯_ 二烯M等級橡膠、腈類彈性體、丁基彈性體、天然 橡膠及其組合。
3.權利要求1的載體彈性體組合物，進一步包括其他填充材料，選自包括以下的組中 的一種白堊、碳酸鈣、二氧化矽、高嶺土、碳酸鹽、重晶石及其組合。
4.權利要求1的載體彈性體組合物，進一步包括抗氧化劑，選自包括以下的組中的一 種苯胺類、苯乙烯化酚類及其組合。
5.權利要求1的載體彈性體組合物，進一步包括活化劑，選自包括以下的組中的一種 氧化鋅、硬脂酸、矽烷及其組合。
6.權利要求1的載體彈性體組合物，進一步包括選自包括以下的組中的一種無機填料、抗氧化劑、活化劑、加工助劑及其組合。
7.權利要求1的載體彈性體組合物，其中所述熱解的聚合材料源自廢輪胎的熱解。
8.權利要求1的載體彈性體組合物，其中所述填料的細聚集體混合物包括具有小於或 等於35nm的平均粒度的聚集體。
9.權利要求1的載體彈性體組合物，其中所述細聚集體混合物具有大於或等於46m2/g 的氮表面積。
10.權利要求1的載體彈性體組合物，其中所述細聚集體混合物具有大於或等於 53mgl2/g的氮表面積。
11.權利要求1的載體彈性體組合物，其中所述再生碳質材料進一步包括在所述細聚 集體混合物重量的約5% -約20%範圍內的無機功能填料；和具有小於或等於35nm的平均 粒度的聚集體。
12.權利要求1的載體彈性體組合物，進一步包括促進劑。
13.權利要求1的載體彈性體組合物，進一步包括加工助劑，其包括選自包括以下的組 中的一種鋅皂、脂肪酸鹽及其組合。
14.權利要求1的載體彈性體組合物，其中所述填料的細聚集體混合物包括具有約10 微米 約20微米的平均粒度的聚集體。
15.載體彈性體組合物，包括所述載體彈性體組合物重量的約20% -約30%的彈性體材料；源自熱解的聚合材料且形成所述載體彈性體組合物重量的約40% -約55%的細聚集 體混合物；和所述載體彈性體組合物重量的約25% -約30%的加工油。
16.權利要求15的載體彈性體組合物，其中該彈性體材料是選自包括以下的組中的一種苯乙烯_ 丁二烯共聚物、乙烯_丙烯_ 二烯M等級橡膠、腈類彈性體、丁基彈性體、天然 橡膠及其組合。
17.權利要求15的載體彈性體組合物，進一步包括其他填充材料，選自包括以下的組 中的一種白堊、碳酸鈣、二氧化矽、高嶺土、碳酸鹽、重晶石及其組合。
18.權利要求15的載體彈性體組合物，進一步包括抗氧化劑，選自包括以下的組中的 一種苯胺類、苯乙烯化酚類及其組合。
19.權利要求15的載體彈性體組合物，進一步包括活化劑，選自包括以下的組中的一 種氧化鋅、硬脂酸、矽烷及其組合。
20.權利要求15的載體彈性體組合物，進一步包括選自包括以下的組中的一種無機填料、抗氧化劑、活化劑、加工助劑及其組合。
21.權利要求15的載體彈性體組合物，其中所述熱解的聚合材料源自廢輪胎的熱解。
22.權利要求15的載體彈性體組合物，其中所述填料的細聚集體混合物包括具有小於 或等於35nm的平均粒度的聚集體。
23.權利要求15的載體彈性體組合物，其中所述細聚集體混合物具有大於或等於 46m2/g的氮表面積。
24.權利要求15的載體彈性體組合物，其中所述細聚集體混合物具有大於或等於 53mgl2/g的氮表面積。
25.權利要求15的載體彈性體組合物，其中所述再生碳質材料進一步包括在所述細 聚集體混合物重量的約5% -約20%範圍內的無機功能填料；和具有小於或等於35nm的平 均粒度的聚集體。
26.權利要求15的載體彈性體組合物，進一步包括促進劑。
27.權利要求15的載體彈性體組合物，進一步包括加工助劑，其包括選自包括以下的 組中的一種鋅皂、脂肪酸鹽及其組合。
28.權利要求15的載體彈性體組合物，其中所述填料的細聚集體混合物包括具有約10 微米 約20微米的平均粒度的聚集體。
29.載體彈性體組合物，包括形成所述載體彈性體組合物重量的20%的彈性體材料；源自熱解的聚合材料且形成 所述載體彈性體組合物重量的約55%的填料的細聚集體混合物；和形成所述載體彈性體組合物重量的約25%的加工油。
30.權利要求29的載體彈性體組合物，其中該彈性體材料是選自包括以下的組中的一種苯乙烯_ 丁二烯共聚物、乙烯_丙烯_ 二烯M等級橡膠、腈類彈性體、丁基彈性體、天然 橡膠及其組合。
31.權利要求29的載體彈性體組合物，進一步包括其他填充材料，選自包括以下的組 中的一種白堊、碳酸鈣、二氧化矽、高嶺土、碳酸鹽、重晶石及其組合。
32.權利要求29的載體彈性體組合物，進一步包括抗氧化劑，選自包括以下的組中的一種苯胺類、苯乙烯化酚類及其組合。
33.權利要求29的載體彈性體組合物，進一步包括活化劑，選自包括以下的組中的一 種氧化鋅、硬脂酸、矽烷及其組合。
34.權利要求29的載體彈性體組合物，進一步包括選自包括以下的組中的一種無機填料、抗氧化劑、活化劑、加工助劑及其組合。
35.權利要求29的載體彈性體組合物，其中所述熱解的聚合材料源自廢輪胎的熱解。
36.權利要求29的載體彈性體組合物，其中所述填料的細聚集體混合物包括具有小於 或等於35nm的平均粒度的聚集體。
37.權利要求29的載體彈性體組合物，其中所述細聚集體混合物具有大於或等於 46m2/g的氮表面積。
38.權利要求29的載體彈性體組合物，其中所述細聚集體混合物具有大於或等於 53mgl2/g的氮表面積。
39.權利要求29的載體彈性體組合物，其中所述再生碳質材料進一步包括在所述細 聚集體混合物重量的約5%-約20%範圍內的無機功能填料；和具有小於或等於35nm的平 均粒度的聚集體。
40.權利要求29的載體彈性體組合物，其中所述填料的細聚集體混合物包括具有約10 微米 約20微米的平均粒度的聚集體。
41.權利要求29的載體彈性體組合物，進一步包括促進劑。
42.權利要求29的載體彈性體組合物，進一步包括加工助劑，其包括選自包括以下的 組中的一種鋅皂、脂肪酸鹽及其組合。
全文摘要
本發明涉及載體彈性體組合物，具有該載體彈性體組合物重量的約20％-約80％的彈性體材料。該載體彈性體組合物還包括源自熱解的聚合材料的填料的細聚集體混合物。該填料的細聚集體混合物包括該載體彈性體組合物重量的約10％-約70％。該載體彈性體組合物還具有以該載體彈性體組合物重量的約25％-約30％的量存在的加工油。依照本發明的該載體彈性體組合物用作用於輸送包括具有等於或小於35nm的平均粒度的聚集體的該細聚集體混合物的載體。
文檔編號C08K3/04GK101889043SQ200880119766
公開日2010年11月17日 申請日期2008年10月9日 優先權日2007年10月9日
發明者J·H·費德 申請人:三氯聯苯碳工業公司