JPS6362550B2 - - Google Patents
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- JPS6362550B2 JPS6362550B2 JP59135032A JP13503284A JPS6362550B2 JP S6362550 B2 JPS6362550 B2 JP S6362550B2 JP 59135032 A JP59135032 A JP 59135032A JP 13503284 A JP13503284 A JP 13503284A JP S6362550 B2 JPS6362550 B2 JP S6362550B2
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Description
本発明はシリコーンの補強に有用な無定形の沈
降水和シリカの製造に関する。本発明のシリカ生
成物を主充てん剤として補強したシリコーンゴム
は4%を超えない水容積膨潤、および好ましくは
少くとも400ボルト/ミルの湿潤絶縁耐力を表わ
す。
本発明の目的は、シリコーンゴム用の主充てん
剤として使用する微粒無定形の、沈降、高ストラ
クチヤーシリカを提供することである。その目的
は特許請求の範囲第1項記載のシリカ生成物およ
び特許請求の範囲第8項記載の組成物を用いるこ
とにより得られる。特許請求の範囲第1項記載の
シリカ生成物は特許請求の範囲第16項および第
20項記載の方法により得ることができる、サブ
クレームには発明の好ましい実施態様が記載され
る。
非補強、加硫シリコーンエラストマーは比較的
低い引張強さを有し、従つて、それらは有用な機
械的特性を表わすために微粒充てん剤による補強
が必要である。高温度における四塩化ケイ素の酸
化により製造される無定形のヒユームドシリカ
は、その高度の純度、粒径および熱安定性のため
にシリコーンゴムに使用される主要補強充てん剤
である。
他の有機ゴム、例えばスチレン―ブタジエンゴ
ムに充てん剤として広く使用される無定形の沈降
水和シリカは、その高い水および電解質含量のた
めにシリコーンゴムに広く使用されない。沈降シ
リカで充てんされたシリコーンゴムは一般に縁縁
耐力および水膨潤の性質でヒユームドシリカ充て
んシリコーンゴムに劣る。従つて、沈降シリカは
主にヒユームドシリカと組合せる二次的充てん剤
としてシリコーンゴム中に、あるいは電気的性質
および水膨潤が重要でない用途に使用された。
沈降シリカは最も普通にはアルカリ金属ケイ酸
塩、通常ケイ酸ナトリウム、の水溶液を無機酸、
すなわち、炭酸、塩化水素酸または硫酸で中和す
ることにより製造される。沈降シリカ中の不純
物、例えば電解質の水準は、多くは製造工程に用
いた原料および生成物の洗浄の程度による。水溶
性アルカリ金属例えばナトリウム、の無機塩(電
解質)は一般に沈降シリカ中の最大の単一の不純
物を構成する。これらの塩は塩化ナトリウム、硫
酸ナトリウム、炭酸ナトリウムおよび重炭酸ナト
リウムにより例示することができ、そのような塩
は単独または種々の組合せおよび量で沈降シリカ
中に存在できる。硫酸塩の塩はシリコーンゴムの
パーセント水容積膨潤の低い値の開発に殊に有害
であると思われる。上記の塩類は沈殿中に生ずる
酸―塩基反応によつて発生される。それらのシリ
コーンゴムの補強に用いられるシリカ中の存在
が、ヒユームドシリカが補強充てん剤として使用
されるシリコーンゴムに比較して、そのようなゴ
ムのより高いパーセント水膨潤および、より低い
絶縁耐力の値の原因である。
製造工程中の沈殿したシリカの普通の洗浄は、
混入した可溶性アルカリ金属無機塩の一部を除去
するが、しかし無型的な無定形の沈降水和シリカ
生成物中のそのような塩の水準は、なお1〜4ま
たは5重量%、例えば1〜3重量%の範囲である
ことができる。シリカ中の可溶性無機塩水準の一
層の低下は電解質を含まない水によるさらに外延
的な洗浄によりまたはイオン交換樹脂の床にシリ
カの水性スラリーを通すことにより達成できる。
しかし、そのような方法は製造コストにかなり付
加する。
今回、シリコーンゴムの補強に有用な無定形
の、沈降水和シリカを、典型的な商業製品中に認
められる可溶性無機塩不純物、例えば塩化ナトリ
ウムおよび硫酸ナトリウムの量を非常に低い水
準、例えば0.6重量%未満に低下するのに必要な
追加の水洗浄(またはイオン交換樹脂の使用)を
しないで製造できることが見出された。より詳し
くは、沈降シリカの表面を、少量のある金属の水
溶性化合物で処理すると、そうでなければシリカ
中に存在する塩化物および硫酸塩のアルカリ金属
可溶性塩が水膨潤に関して有する不利な影響を相
殺し、またそのように処理したシリカをシリコー
ンゴムに混入したときに絶縁耐力を利することが
見出された。そのように有用であると思われる金
属は、比較的水に不溶性の白色または無色の硫酸
塩を形成するもの、例えばカルシウムおよびバリ
ウムである。所望の有利な結果を生じさせるため
にシリカの処理に必要な金属の量は、シリカ中の
アルカリ金属無機塩、特に塩化物および硫酸塩の
量に関連し、殊にシリカ中に存在するアルカリ金
属、例えばナトリウムの総量に関連する。
発明の一般的説明
本発明によれば、比較的水に不溶性の白色また
は無色の硫酸塩の塩を形成する金属陽イオンの小
添加量を含有する微粒、無定形の、沈降水和シリ
カが提供される。そのシリカは無水基準で、すな
わち結合水を含み、少くとも80または85%、好ま
しくは少くとも90%、より好ましくは93〜97重量
%のSiO2を含有する。上記未変性(添加金属陽
イオンのない)無定形の沈降水和シリカは、可溶
性ケイ酸塩、例えばナトリウム、リチウムまたは
カリウムのケイ酸塩、最も普通にはケイ酸ナトリ
ウム、の水溶液と無機鉱酸、殊に炭酸、硫酸また
は塩化水素酸との反応により製造できる。この方
法は米国特許第2940830号に適切に記載される。
そのようなシリカは結合水(約2〜5重量%)お
よび吸着水(約3〜7重量%)を変化量で含有
し、後者は一部は優勢な相対湿度による。吸着水
は研究室乾燥器中大気圧で24時間105℃で加熱す
ることによりシリカから除去される水である。結
合水はシリカをさらにか焼温度、例えば1000〜
1200℃、で加熱することにより除去される水であ
る。
シリカは5〜100ナノメートル、通常5〜40、
より普通には15〜30ナノメートルの範囲に極限粒
径を有することができる。好ましくは極限粒径は
約20ナノメートルである。窒素ガスを用いて測定
したシリカのBET表面積は毎グラム75〜600平方
メートル(m2/g)の範囲であることができる
が、しかし通常75〜250m2/gの範囲、より普通
には120〜160m2/gの範囲である。表面積を測定
するBET法はジヤーナル、オブ、ジ、アメリカ
ン、ケミカル、ソサイエテイ、第60巻、304頁
(1930)に記載される。
本発明により処理された無定形の沈降シリカは
補強シリカであり、すなわち、それは有機固体に
対する、殊にタイヤおよび靴底に用いるゴム組成
物における補強充てん剤またはピグメントとして
有用である。そのような補強ピグメントはまた、
補強沈降無定形シリカの製造中に得られるろ過ケ
ークに関連する高率の水(ときには構造水として
示される)のために高ストラクチヤーシリカとし
て技術的に示された。高ストラクチヤーシリカは
ろ過ケーク中の水パーセントが約70〜85重量%で
あるものである。70重量%未満、例えば約50〜70
重量%を保持するシリカは技術的に低ストラクチ
ヤーシリカとして示される。例えば米国特許第
4157920号(第4欄29〜40行)参照。
全構造水含量はシリカピグメントの重要な性質
であり、シリカの官能性最終用途特性に直接関連
する。従つて、高ストラクチヤーシリカは、それ
らが高ストラクチヤー、低バレー摩耗および低充
てん密度のような物理的性質を表わすので、エラ
ストマーおよびゴムにおける補強充てん剤として
の主要最終用途を見出す。対照的に低ストラクチ
ヤーシリカは、それらが低ストラクチヤー、高摩
耗および高充てん密度の物理的性質を表わすの
で、補強充てん剤として有用ではない。低ストラ
クチヤーシリカは歯みがき組成物用の研摩または
磨き剤として特定有用性を有する。
シリコーンゴムの補強に用いる本発明の高スト
ラクチヤー無形沈降シリカは、典型的には約2重
量%未満、好ましくは1重量%未満の水溶性硫酸
塩塩含量、約1重量%未満、好ましくは約0.5重
量%未満の水溶性塩化物塩含量、約0.05〜5重量
%、好ましくは約2重量%未満、より好ましくは
1重量%未満のアルカリ金属、例えばナトリウム
酸化物含量を有する。そのようなシリカ中の可溶
性硫酸塩および塩化物の塩並びにアルカリ金属酸
化物、例えば酸化ナトリウム、の合計総含量は好
ましくは約1〜3重量%の範囲、より好ましくは
約2.5重量%未満である。塩化物および硫酸塩の
塩並びに酸化ナトリウムの上記水準はX線けい光
スペクトロスコピーによる塩素、硫黄およびナト
リウムの分析により測定される。塩素、硫黄およ
びナトリウムの量は、それぞれ塩化ナトリウム、
硫酸ナトリウムおよび酸化ナトリウムとして沈降
シリカを基にして示される。
補強沈降シリカの表面を処理する金属の量は、
未処理沈降シリカ中に存在するアルカリ金属、例
えばナトリウム(通常金属酸化物として表わされ
る)並びに塩素および硫黄の量、殊にその中に存
在するアルカリの総量の分析により、そして応答
する。本発明によれば、シリコーンゴム中に主シ
リカ充てん剤として混入したときに、4%を超え
ない、好ましくは2%未満、より好ましくは1%
未満の水容積膨潤を有する補強されたシリコーン
ゴムを生ずるシリカ生成物を生ずるのに十分な量
の選んだ金属が未処理沈降シリカの表面に添加さ
れる。
1実施態様では、アルカリ金属を基にして少く
とも約1モル当量の金属(それぞれの元素、また
はそれらの普通の安定酸化物の原子量を基にして
計算した)をシリカの処理に使用する。典型的に
は1モル当量以上の金属、例えば約1:1〜2:
1、より典型的には約1:1〜1.5:1の金属対
アルカリ金属のモル当量比、が使用される。こゝ
に用いたシリカ中に存在するアルカリ金属の「総
量」は存在する全アルカリ、すなわち硫酸塩およ
び塩化物の塩として、および酸化物として示され
るアルカリについての分析の合計を意味するもの
とする。
本発明の実施に有用と思われる金属は比較的水
に不溶性の白色または無色の硫酸塩の塩を形成す
るものである。典型的にはそのような金属の硫酸
塩の塩は冷(0〜30℃)水100立方センチメート
ル当り1g未満、好ましくは0.75g未満、より好ま
しくは0.3g未満の溶解度を有する。そのような金
属の典型には、カルシウム、バリウム、鉛、銀、
ストロンチウムおよびチタンが含まれる。そのよ
うな金属の混合物もまた、望むなら使用できる。
沈降シリカに添加する金属の量はX線けい光スペ
クトロスコピーにより測定することができ、通常
金属酸化物として示される。加える金属陽イオン
の量の計算において、シリカの製造に用いた試薬
(水を含む)中の不純物から沈降シリカ中に既に
与えられた添加すべきそのような金属陽イオンの
量を考慮することができる。カルシウムおよびバ
リウムは加える金属陽イオンとして好ましい。
カルシウムはその相対的コスト、入手性および
低い分子量のためにシリカ表面の処理に使用でき
る金属のより好ましいものである。シリカ上に存
在するカルシウムの量は酸化物(CaO)として表
わして、未処理沈降シリカを基にして少くとも
0.45〜約3重量%、より普通には約0.5〜3重量
%、より典型的には約0.5〜2重量%で変化する。
使用される他の金属、例えばバリウムの量はカル
シウムに関する記載に対しモル基準で当量であ
る。重量基準では、使用する他の金属の量はカル
シウムに対するそれらの分子量の比に比例する。
例えば、必要なバリウムの量は所要カルシウムの
重量基準量の約3.4(137/40)倍である。同様に
必要な鉛、銀、ストロンチウムおよびチタンの重
量基準の量はカルシウムに必要な量の約5.2、
2.7、2.2および1.2倍である。
沈降シリカ中のアルカリ金属、例えばナトリウ
ム、硫黄および塩素とパーセント水膨潤との相互
関係は周知の多重回帰分析の手法により決定でき
る。用いる金属がカルシウムであるとき、パーセ
ント水容積膨潤を、そのような元素のイオン形態
の関数として示す線形モデルは式:
/0水膨潤≡S=
C1〔Cl-〕+C2〔SO4 =〕+C3〔Na+〕+C4〔Ca++〕 (1)
であり、式中のC1、C2、C3およびC4は数回帰係
数であり、〔Cl-〕、〔SO4 =〕、〔Na+〕および
〔Ca++〕はそれぞれ塩化ナトリウム(NaCl)、硫
酸ナトリウム(Na2SO4)、酸化ナトリウム
(Na2O)および酸化カルシウム(CaO)として
表わされる沈降シリカ中のこれらのイオンの重量
%である。上記の式(1)は高ストラクチヤーシリカ
で補強したシリコーンゴムのパーセント水容積膨
潤の評価に使用できる。
上式において、C1、C2、C3およびC4の数係数
は変化できる。C1は8から12まで変化し例えば
10、C2は1から3まで変化し例えば2、C3は9.5
から14.5まで変化し例えば12、C4は−5.5から−
8.5まで変化し例えば−7℃である。従つて、沈
降シリカの塩化物、硫酸塩および(または)ナト
リウムイオン含量が増すと、そのような変性シリ
カを含有するシリコーンゴムのパーセント水容積
膨潤が増し、沈降シリカ中のカルシウムイオン含
量が増すとその変性シリカを含有するシリコーン
ゴムのパーセント水容積膨潤が低下する。
4%またはそれ未満の計算パーセント水膨潤に
対する沈降シリカ中の塩化ナトリウム、酸化ナト
リウムおよび硫酸ナトリウムとしてそれぞれ示さ
れる塩化物、ナトリウムおよび硫酸塩陰イオンの
濃度(重量基準)と酸化カルシウムとして示され
るカルシウム陽イオンの濃度との関係は比:
4―C1〔Cl-〕―C2〔SO4 =〕―C3〔Na+〕/C4
〔Ca++〕 (2)
によつて表わすことができ、式中のC1、C2、C3、
C4、〔Cl-〕、〔SO4 =、〔Na+〕および〔Ca++〕は前
記のとおりである。カルシウム以外の金属を用い
るときには係数C4は分子量の比、すなわち40/
M(Mは他の金属の原子量である)を乗ぜられる。
上記の比(2)はシリコーンゴム中の水容積膨潤の4
%またはそれ未満を得るのに必要な金属陽イオ
ン、例えばCa++の量の評価に使用できる。
本発明の沈降シリカはヒユームドシリカで達成
できるものに近似する機械的および電気的性質を
シリコーンゴムに与える。殊に4未満、しばしば
3未満のパーセント小容積膨潤を有するシリコー
ンゴムは本発明の沈降シリカを用いて得るとがで
きる。1%またはそれ未満のパーセント水容積膨
潤を有するシリコーンゴムが、そのように処理し
た沈降シリカを用いて得られた。
シリコーンゴムの電気的性質はゴムの絶縁耐力
(湿潤および乾燥)によつて典型的に表わされる。
絶縁耐力に対して少くとも400ボルト/ミル、例
えば少くとも435ボルト/ミルの湿潤絶縁耐力値
が良好な電気的特性を必要とする用途に望まれ
る。絶縁耐力とパーセント水容積膨潤とは並行す
る性質ではなく、すなわち、容積膨潤の低い値は
必らずしも絶縁耐力に対する高い値に一致しな
い。しかし、一般に上記金属を前記の量で沈降シ
リカの表面に添加すると、未処理シリカを混入し
たシリコーンゴムに比較して、そのようなシリカ
を混入したシリコーンゴムの絶縁耐力およびパー
セント水容積膨潤がともに有利になる。
本発明の補強高ストラクチヤーシリカは無定形
の、高ストラクチヤー沈降シリカを前記金属の化
合物の水溶液で処理することにより製造すること
ができる。例えば、沈降シリカろ過ケークを溶液
中に金属化合物を含有する水溶液中に分散し、金
属化合物の溶液で洗浄することができ、またはシ
リカ粉を事実上電解質を含まない水性媒質中に分
散し、例えばろ過により回収し、ろ過ケークを金
属化合物の水溶液で洗浄し、または前記水溶液中
に分散することができる。固体微粉粒子を水性金
属陽イオン含有溶液で処理する当業者に知られた
他の等価の方法もまた使用できる。上記の処理、
すなわち洗浄、分散などは必要により数回繰返し
てシリカを選んだ金属の所望量で処理することが
できる。金属化合物、例えばカルシウムまたはバ
リウム、の金属陽イオンはシリカの表面上に吸着
される。吸着された金属が多塩基性陽イオンまた
は非常に小さい正荷電コロイド金属酸化物粒子と
して存在すると思われる。
上記処理は、無定形の水和沈降シリカの製造の
普通の湿式法における回収段階を変更することに
より達成することができる。上記方法において、
粗沈降シリカの水性スラリーが製造される。粗沈
降スラリーを水で1回またはより多くの回数洗浄
し、次いで、例えばろ過により水性懸濁媒質から
分離する。湿潤シリカケーク、例えばろ過ケーク
を乾燥し、微粒生成物に粉砕する。本発明の一実
施態様によれば、水性スラリーから回収された湿
潤シリカ、例えばろ過ケークを金属陽イオンを含
有する水で1回またはより多くの回数洗浄し、望
むならば次いで蒸留水または脱イオン水で洗浄す
る。処理し、洗浄したシリカを技術的に知られた
方法で乾燥し、粉砕する。
他の実施態様では、粗沈降シリカの水性スラリ
ーを等容量の蒸留水または脱イオン水で希釈(1
回またはより多くの回数)してシリカを洗浄し、
洗浄したシリカを等容量の金属陽イオン含有水で
希釈する。生ずるスラリー中のシリカの濃度は変
化できるけれども、その濃度は、シリカの粒子と
水または金属陽イオン含有水との間に密接な接触
をさせるように十分に希釈すべきである。典型的
にはスラリーは約5重量%のシリカ濃度を有す
る。希釈したスラリーはろ過し、ろ過ケークを少
くとも1回蒸留水または脱イオン水で、あるいは
必要なら金属陽イオン含有水で洗浄する。処理し
たシリカの洗浄したろ過ケークを次いで乾燥し粉
砕する。
従つて、粗沈降シリカ生成物は、塩化物および
硫酸塩のイオンが上記普通の市販範囲内に低下さ
れるまで蒸留水または脱イオン(デミネラライズ
ド)水で連続的に洗浄することができ、次の金属
陽イオン含有水による洗浄がシリカ上に十分な金
属陽イオンを置き、それによりシリコーンゴム中
混入したときに低パーセントの水容積膨潤を有す
る物質を生ずる沈降シリカが与えられる。
あるいは、粗シリカを、可溶性塩化物および硫
酸塩の塩がシリカから除去され、同時に所望水準
の金属陽イオンがシリカ上に維持または析出され
るように水性金属陽イオン含有溶液で洗浄または
スラリーにすることができる。シリカ上の種々の
イオンの濃度は処理シリカの乾燥試料のX線けい
光スペクトロスコピーにより測定できる。
水性金属陽イオン含有溶液は希釈液または洗浄
液中に金属陽イオン含有化合物を(その溶解度の
程度まで)溶解することにより製造することがで
きる。用いるそのような液の量は多くはシリカ中
に存在する塩化物および硫酸塩の可溶性塩並びに
アルカリ金属の量、並びにシリコーンゴムの中に
混入したとき3または4%未満、好ましくは2%
未満、例えば1%未満の水容積膨潤を有する生成
物を与える処理した無定形の、沈降高ストラクチ
ヤーシリカを生ずるのに必要な金属陽イオン、例
えばカルシウム、の量による。好ましい実施態様
では、処理した高ストラクチヤーシリカは2%未
満、より好まくは1%未満のパーセント水容積膨
潤および少くとも400ボルト/ミルの湿潤絶縁耐
力を有する。
金属陽イオン含有洗浄水または希釈水の形成に
使用される金属化合物は、選んだ金属の金属酸化
物または水酸化物、あるいは水と混合したときに
加水分解して金属酸化物を形成する選んだ金属の
任意の他の無機または有機化合物であることがで
きる。金属化合物の溶液はシリカ中へ他の陰イオ
ン種、例えば硫酸塩および塩化物を導入しないこ
とが好ましく、これはそのような陰イオンがパー
セント水溶積膨潤を増加する傾向があるからであ
る。さらに、金属化合物の溶液は、特定以外の陽
イオン種の有意量を導入しないことを遵守するよ
うに注意すべきであり、これはそれらが湿潤絶縁
耐力またはパーセント水容積膨潤に不利に影響で
きるからである。例えば、アルミニウムは湿潤絶
縁耐力を低下する傾向がある。使用できる化合物
の例には:イオン化性無機酸化物、水酸化物また
は金属の塩およびC1〜C4カルボン酸のイオン化
性金属塩、例えば酸化カルシウム、水酸化カルシ
ウム、炭酸バリウム、水酸化バリウム、酸化バリ
ウム、酢酸カルシウムおよびギ酸カルシウムが含
まれる。
本発明の処理した沈降シリカは、シリコーンエ
ラストマーガム中へ、加硫したときにシリコーン
ゴムを補強するのに十分な量、すなわち補強量混
入される。典型的には、用いる処理沈降シリカの
量はシリコーンエラストマーガム100部当りシリ
カ約10〜100部、より普通には20〜70部、好まし
くは30〜60部の範囲である。
遊離基発生剤によりシリコーンゴムに加硫、す
なわち架橋、される技術的に知られた任意のシリ
コンーンガムをシリコーンエラストマーガムとし
て使用できる。シリコーンガムの例にはメチル、
ビニル、フエニル、メチルビニル、メチルフエニ
ルおよびフツ素化シリコーンガムが含まれる。
シリコーンガムの加硫(架橋)の触媒に用いる
遊離基発生剤は有機過酸化物およびガンマまたは
高エネルギー電子放射線である。普通に用いられ
る有機過酸化物の典型はベンゾイルペルオキシ
ド、ビス(2,4―ジクロロベンゾイル)ペルオ
キシド、2,5―ジメチル―2,5―ジ(t―ブ
チルペルオキシ)ヘキサン、t―ブチルペルオキ
シベンゾアートおよびジクミルペルオキシドであ
る。過酸化物は典型的にはガム100部当り0.2〜
1.0部の量で使用される。
沈降充てん剤および遊離基発生剤に加えて、シ
リコーンガムは加工助剤(0〜12部/ガム100
部)、シラン添加剤(0〜1部/ガム100部)、着
色剤、熱安定剤、可塑剤などのような他の添加剤
を含有することができる。成分はすべて(過酸化
物を除く)バンバリーインターナルミキサーまた
はシグマミキサーのような装置中で均一になるま
で混合される。混合物は次に、必要なら冷却さ
れ、過酸化物触媒が添加される。触媒添加混合物
は次いで技術的に知られた方法で加硫される。典
型的には、混合物は約170℃で10〜15分間加硫さ
れる。約250℃で1〜4時間の後加硫もまた使用
される。
以下の例は本発明およびその好ましい実施態様
の例示として意図される。例中の部および百分率
はすべて、特に示さなければ重量基準である。
例 1
ケイ酸ナトリウムの水溶液を二酸化炭素で酸性
にすることにより生じた粗沈降高ストラクチヤー
シリカ約100g/を含有する水性スラリー20
を100のステンレス鋼容器に装てんし、蒸留水
80で希釈した。SiO2基準で0.4重量%の量の沈
降助剤(中位分子量のポリカチオニツク重合体)
を槽に加え、スラリーを70℃まで加熱した。その
スラリーを65〜70℃で一夜放置させた。翌朝、槽
中の上澄液を排除し、沈降したスラリー約36を
残した。2度目に蒸留水を槽に全量100まで加
えた。スラリーを撹拌しながら70℃まで加熱し、
その温度で6時間熟成させた。その後第2上澄液
を排除し、再び槽に蒸留水を満した。スラリーを
撹拌しその間に70℃まで加熱し、65〜70℃で一夜
放置させた。翌朝第3上澄液を排出し、残留沈降
スラリーのPHを5N硫酸で3.7に調整した。酸性に
したスラリーを95℃まで加熱し、撹拌しながら1
時間熟成した。熱熟成したスラリー(これは6.0
のPHを有した)をろ過し、ろ過ケーク17500グラ
ムを得た。
ろ過ケークを、酸化カルシウムで飽和した蒸留
水61で再びスラリーにし希釈した。そのスラリ
ーを撹拌し、その間に70℃まで加熱し、30分間熟
成した。熱スラリーをろ過し、ろ過ケークを酸化
カルシウム飽和蒸留水で全容量100に再びスラ
リーにした。そのスラリーは9.9のPHを有し、そ
れを希硫酸で5.5に下げ、次いで70℃で30分間熟
成した。熱スラリーをろ過し、ろ過ケークを回転
乾燥機中140℃で乾燥した。
乾燥したシリカは138m2/gのBET表面積を有
した。シリカの5%スラリーのPHは6.8であつた。
シリカを塩化物イオン、硫酸イオン、ナトリウム
イオンおよびカルシウムイオンについて、モデル
XRD―410自動X線スペクトログラフを用いたX
線けい光スペクトロスコピーにより分析した。ス
ペクトログラフは小および微量の元素スペクトル
の励起のため60キロボルト、50ミリアンペアで作
動する二元ターゲツトX線管(タングステン/ク
ロム)を用いる。乾燥したシリカは硫酸ナトリウ
ム2.43%、塩化ナトリウム0.00%、酸化ナトリウ
ム0.49%および酸化カルシウム1.18%を含有する
ことが認められた。
上記乾燥沈降シリカ60部を0.98の比重を有する
メチルビニルシリコーンガム(SWSシリコーン
Corp.―C―155)100部および可塑剤6部と混合
することによりシリコーンゴムを製造した。45%
活性過酸化物を有する粉末過酸化物〔2,5―ジ
メチル―2,5―ジ(t―ブチルペルオキシ)ヘ
キサン〕0.5部を加え、混合物を15分間170℃でプ
レス加硫した。そのゴムを研究室炉中250℃で1
時間後加硫した。
生じたシリコーンゴムをASTM法D―471によ
る水溶積膨潤およびASTM法D―149による絶縁
耐力について試験した。得られたパーセント溶積
膨潤は1.0%であつた。得られた絶縁耐力は408ボ
ルト/ミル(乾燥)および427ボルト/ミル(湿
潤)であつた。
例 2
ケイ酸ナトリウムの水溶液を二酸化炭素で中和
し、次に硫酸で3.7のPHに後酸性化することによ
り製造した沈降シリカの水性スラリーをろ過する
ことにより得られた沈降高ストラクチヤーシリカ
14000gを蒸留水20中にスラリーにした。次い
で濃硫酸33.3gを含有する蒸留水10を撹拌スラ
リーに加えた。撹拌スラリーを70℃まで加熱し、
30分間熟成した。熟成したスラリー(2.8のPHを
有した)をろ過した。ろ過ケークを蒸留水30中
に再びスラリーにし、スラリーを70℃まで加熱
し、30分間熟成した。熱スラリー(3.3のPHを有
した)をろ過した。このろ過ケークを、酸化カル
シウムで飽和した蒸留水30中に再びスラリーに
した。そのスラリーを70℃に加熱し、30分間熟成
した。熟成したスラリー(8.5のPHを有した)を
過し、ろ過ケークを回転乾燥機中140℃で乾燥
した。最終乾燥生成物は133m2/gのBET表面積
を有した。5%スラリーは7.3のPHを有した。乾
燥したシリカ生成物を例1記載の方法によりX線
けい光スペクトロスコピーにより硫酸塩、塩化
物、ナトリウムおよびカルシウムシイオンについ
て分析した。得られた結果は硫酸ナトリウム0.07
%、塩化ナトリウム0.01%、酸化ナトリウム0.56
%および酸化カルシウム1.34%であつた。
乾燥シリカ生成物を、シリコーンガム混合物を
15分でなくて10分間170℃でプレス加硫したこと
を除き例1記載の方法および量でシリコーンガム
の中へ混入した。シリコーンガムを水容積膨潤お
よび絶縁耐力について試験した。得られた結果
は、水容積膨潤0.4%および絶縁耐力419ボルト/
ミル(乾燥)および421ボルト/ミル(湿潤)で
あつた。
例 3
(比 較)
従来の湿式法により製造した未処理沈降高スト
ラクチヤーシリカ3ロツトを、粉末過酸化物0.8
部を用いたことを除き例1記載の量および方法で
シリコーンガム中に別々に混入した。シリカ―シ
リコーンガム混合物を170℃で10分間プレス加硫、
次いで250℃炉中1時間後加硫することによりシ
リコーンゴムに加硫した。ゴムを水容積膨潤につ
いて試験した。表はこの試料について得られた
データの表である。
This invention relates to the production of amorphous precipitated silica useful for reinforcing silicone. Silicone rubbers reinforced with the silica products of this invention as the primary filler exhibit a water volume swell of not more than 4%, and preferably a wet dielectric strength of at least 400 volts/mil. It is an object of the present invention to provide a finely divided amorphous, precipitated, high structure silica for use as a primary filler for silicone rubber. That object is obtained by using a silica product according to claim 1 and a composition according to claim 8. The silica product according to claim 1 can be obtained by the process according to claims 16 and 20, the subclaims describing preferred embodiments of the invention. Unreinforced, vulcanized silicone elastomers have relatively low tensile strengths, and therefore they require reinforcement with particulate fillers to exhibit useful mechanical properties. Amorphous fumed silica, produced by the oxidation of silicon tetrachloride at high temperatures, is the primary reinforcing filler used in silicone rubber due to its high degree of purity, particle size and thermal stability. Amorphous precipitated silica, which is widely used as a filler in other organic rubbers such as styrene-butadiene rubber, is not widely used in silicone rubbers due to its high water and electrolyte content. Precipitated silica-filled silicone rubbers are generally inferior to fumed silica-filled silicone rubbers in edge strength and water swelling properties. Therefore, precipitated silica has been used primarily as a secondary filler in combination with fumed silica in silicone rubbers or in applications where electrical properties and water swelling are not important. Precipitated silica is most commonly prepared by combining an aqueous solution of an alkali metal silicate, usually sodium silicate, with an inorganic acid.
That is, it is produced by neutralizing with carbonic acid, hydrochloric acid or sulfuric acid. The level of impurities, such as electrolytes, in precipitated silica depends in large part on the raw materials used in the manufacturing process and the degree of cleaning of the product. Inorganic salts (electrolytes) of water-soluble alkali metals, such as sodium, generally constitute the largest single impurity in precipitated silica. These salts can be exemplified by sodium chloride, sodium sulfate, sodium carbonate and sodium bicarbonate, and such salts can be present in the precipitated silica alone or in various combinations and amounts. Sulfate salts appear to be particularly detrimental to the development of low values of percent water volume swell of silicone rubber. The above salts are generated by the acid-base reactions that occur during precipitation. Their presence in the silica used to reinforce silicone rubbers results in higher percent water swelling and lower dielectric strength values of such rubbers compared to silicone rubbers in which fumed silica is used as a reinforcing filler. Responsible. Normal cleaning of precipitated silica during the manufacturing process
Although some of the contaminating soluble alkali metal inorganic salts are removed, the level of such salts in the amorphous precipitated silica product is still between 1 and 4 or 5% by weight, e.g. -3% by weight. Further reduction in the level of soluble inorganic salts in the silica can be achieved by more extensive washing with electrolyte-free water or by passing an aqueous slurry of silica through a bed of ion exchange resin.
However, such methods add considerably to manufacturing costs. Now, we have developed amorphous, precipitated silica useful for reinforcing silicone rubber, reducing the amount of soluble inorganic salt impurities found in typical commercial products, such as sodium chloride and sodium sulfate, to very low levels, e.g. 0.6 wt. It has been found that it can be made without the additional water washes (or use of ion exchange resins) required to reduce the drop to below %. More specifically, treating the surface of precipitated silica with small amounts of water-soluble compounds of certain metals eliminates the adverse effects that the alkali metal soluble salts of chloride and sulfate that would otherwise be present in the silica have on water swelling. It has been found that offset and dielectric strength benefits are obtained when silica so treated is incorporated into silicone rubber. Metals that may be so useful are those that form relatively water-insoluble white or colorless sulfates, such as calcium and barium. The amount of metal required for the treatment of silica to produce the desired beneficial results is related to the amount of alkali metal inorganic salts, especially chlorides and sulfates, in the silica, and especially the amount of alkali metal present in the silica. , e.g. related to the total amount of sodium. GENERAL DESCRIPTION OF THE INVENTION In accordance with the present invention, there is provided a finely divided, amorphous, precipitated silica containing a small addition of metal cations that form relatively water-insoluble white or colorless sulfate salts. be done. The silica contains on an anhydrous basis, ie with bound water, at least 80 or 85%, preferably at least 90%, more preferably 93-97% by weight SiO2 . The unmodified (free of added metal cations) amorphous precipitated silica is prepared by combining an aqueous solution of a soluble silicate, such as a sodium, lithium or potassium silicate, most commonly sodium silicate, with an inorganic mineral acid. , especially by reaction with carbonic acid, sulfuric acid or hydrochloric acid. This method is well described in US Pat. No. 2,940,830.
Such silicas contain varying amounts of bound water (about 2-5% by weight) and adsorbed water (about 3-7% by weight), the latter depending in part on the prevailing relative humidity. Adsorbed water is water that is removed from silica by heating at 105° C. for 24 hours at atmospheric pressure in a laboratory dryer. The bound water further calcinates the silica at temperatures e.g.
This water is removed by heating at 1200℃. Silica is 5-100 nanometers, usually 5-40,
More commonly, they can have ultimate particle sizes in the range of 15 to 30 nanometers. Preferably the ultimate particle size is about 20 nanometers. The BET surface area of silica, measured using nitrogen gas, can range from 75 to 600 square meters per gram (m 2 /g), but usually ranges from 75 to 250 m 2 /g, more usually from 120 to 600 m 2 /g. The range is 160m 2 /g. The BET method for measuring surface area is described in Journal of the American Chemical Society, Vol. 60, p. 304 (1930). The amorphous precipitated silica treated according to the invention is a reinforcing silica, that is, it is useful as a reinforcing filler or pigment for organic solids, especially in rubber compositions for use in tires and shoe soles. Such reinforcing pigments are also
Technically designated as high structure silica due to the high percentage of water (sometimes designated as structured water) associated with the filter cake obtained during the manufacture of reinforced precipitated amorphous silica. High structure silicas are those in which the percent water in the filter cake is about 70-85% by weight. less than 70% by weight, e.g. about 50-70
Silica that retains the weight percent is technically designated as low structure silica. For example, US Patent No.
See No. 4157920 (column 4, lines 29-40). Total structural water content is an important property of silica pigments and is directly related to the functional end-use properties of the silica. Accordingly, high structure silicas find major end use as reinforcing fillers in elastomers and rubbers because they exhibit physical properties such as high structure, low valley wear, and low packing density. In contrast, low structure silicas are not useful as reinforcing fillers because they exhibit physical properties of low structure, high abrasion, and high packing density. Low structure silica has particular utility as an abrasive or polishing agent for toothpaste compositions. The highly structured amorphous precipitated silicas of the present invention for use in reinforcing silicone rubber typically have a water-soluble sulfate content of less than about 2% by weight, preferably less than 1% by weight, less than about 1% by weight, preferably about 0.5% by weight. It has a water-soluble chloride salt content of less than about 0.05-5% by weight, preferably less than about 2% by weight, more preferably less than 1% by weight of alkali metals, such as sodium oxides. The combined total content of soluble sulfate and chloride salts and alkali metal oxides, such as sodium oxide, in such silica is preferably in the range of about 1-3% by weight, more preferably less than about 2.5% by weight. . The levels of chloride and sulfate salts and sodium oxide are determined by analysis of chlorine, sulfur and sodium by X-ray fluorescence spectroscopy. The amounts of chlorine, sulfur and sodium are respectively sodium chloride and
Shown on the basis of precipitated silica as sodium sulfate and sodium oxide. The amount of metal treating the surface of the reinforced precipitated silica is
The amount of alkali metals, such as sodium (usually expressed as metal oxides) as well as chlorine and sulfur, present in the untreated precipitated silica, in particular the total amount of alkali present therein, is determined. According to the invention, when incorporated as the main silica filler in silicone rubber, the amount of silica does not exceed 4%, preferably less than 2%, more preferably 1%.
A sufficient amount of the selected metal is added to the surface of the untreated precipitated silica to yield a silica product that yields a reinforced silicone rubber having a water volume swell of less than 100 mL. In one embodiment, at least about 1 molar equivalent of metal based on the alkali metal (calculated based on the atomic weight of each element or common stable oxide thereof) is used to treat the silica. Typically one or more molar equivalents of metal, such as about 1:1 to 2:
A molar equivalent ratio of metal to alkali metal of 1, more typically from about 1:1 to 1.5:1 is used. As used herein, the "total amount" of alkali metals present in silica shall mean the sum of all alkalis present, i.e., the sum of the analyzes for alkalis expressed as sulfate and chloride salts and as oxides. . Metals that may be useful in the practice of this invention are those that form white or colorless sulfate salts that are relatively water insoluble. Typically such metal sulfate salts have a solubility of less than 1 g per 100 cubic centimeters of cold (0-30°C) water, preferably less than 0.75 g, more preferably less than 0.3 g. Typical such metals include calcium, barium, lead, silver,
Contains strontium and titanium. Mixtures of such metals can also be used if desired.
The amount of metal added to the precipitated silica can be determined by X-ray fluorescence spectroscopy and is usually expressed as metal oxide. In calculating the amount of metal cations to be added, it is possible to take into account the amount of such metal cations to be added already present in the precipitated silica from impurities in the reagents (including water) used to prepare the silica. can. Calcium and barium are preferred as added metal cations. Calcium is the more preferred metal that can be used to treat silica surfaces because of its relative cost, availability, and low molecular weight. The amount of calcium present on the silica, expressed as oxide (CaO), is at least
It varies from 0.45 to about 3% by weight, more usually from about 0.5 to 3%, more typically from about 0.5 to 2%.
The amounts of other metals used, such as barium, are equivalent on a molar basis to the statements regarding calcium. On a weight basis, the amounts of other metals used are proportional to the ratio of their molecular weight to calcium.
For example, the amount of barium required is approximately 3.4 (137/40) times the weight basis amount of calcium required. Similarly, the amount of lead, silver, strontium and titanium required on a weight basis is approximately 5.2 of the amount required for calcium.
2.7, 2.2 and 1.2 times. The correlation between alkali metals such as sodium, sulfur, and chlorine in precipitated silica and percent water swelling can be determined by the well-known technique of multiple regression analysis. When the metal used is calcium, a linear model describing the percent water volume swelling as a function of the ionic form of such element is: /0 water swelling ≡S= C 1 [Cl - ] + C 2 [SO 4 = ] +C 3 [Na + ] + C 4 [Ca ++ ] (1), where C 1 , C 2 , C 3 and C 4 are numerical regression coefficients, [Cl - ], [SO 4 = ] , [Na + ] and [Ca ++ ] are expressed as sodium chloride (NaCl), sodium sulfate (Na 2 SO 4 ), sodium oxide (Na 2 O) and calcium oxide (CaO), respectively. Weight percent of ions. Equation (1) above can be used to evaluate the percent water volume swelling of silicone rubber reinforced with high structure silica. In the above formula, the numerical coefficients of C 1 , C 2 , C 3 and C 4 can be varied. C 1 varies from 8 to 12, for example
10, C 2 varies from 1 to 3, for example 2, C 3 is 9.5
For example, C 4 changes from −5.5 to −
It changes to 8.5, for example -7°C. Therefore, increasing the chloride, sulfate and/or sodium ion content of the precipitated silica increases the percent water volume swelling of silicone rubber containing such modified silica, and increasing the calcium ion content in the precipitated silica increases the percent water volume swelling of silicone rubber containing such modified silica. The percent water volume swelling of silicone rubber containing the modified silica is reduced. Concentrations (by weight) of chloride, sodium and sulfate anions, expressed as sodium chloride, sodium oxide and sodium sulfate, respectively, and calcium cations, expressed as calcium oxide, in precipitated silica for a calculated percent water swelling of 4% or less. The relationship with the concentration of ions can be expressed by the ratio: 4-C 1 [Cl - ]-C 2 [SO 4 = ]-C 3 [Na + ]/C 4 [Ca ++ ] (2) , C 1 , C 2 , C 3 in the formula,
C 4 , [Cl - ], [SO 4 = ], [Na + ] and [Ca ++ ] are as described above. When using metals other than calcium, the coefficient C 4 is the ratio of molecular weights, i.e. 40/
Multiplied by M (M is the atomic weight of the other metal).
The above ratio (2) is 4 for the volumetric swelling of water in silicone rubber.
It can be used to evaluate the amount of metal cations, e.g. Ca ++ , required to obtain % or less. The precipitated silicas of this invention provide silicone rubber with mechanical and electrical properties that approximate those achievable with fumed silicas. In particular, silicone rubbers having a percent low volume swelling of less than 4, often less than 3, can be obtained using the precipitated silicas of the invention. Silicone rubbers with percent water volume swellings of 1% or less were obtained using the precipitated silicas so treated. The electrical properties of silicone rubber are typically described by the dielectric strength (wet and dry) of the rubber.
Wet dielectric strength values of at least 400 volts/mil for dielectric strength, such as at least 435 volts/mil, are desired for applications requiring good electrical properties. Dielectric strength and percent water volumetric swelling are not parallel properties, ie, a low value of volumetric swelling does not necessarily correspond to a high value for dielectric strength. However, in general, when the metals mentioned above are added to the surface of precipitated silica in the amounts mentioned above, both the dielectric strength and the percent water volume swelling of silicone rubbers incorporating such silicas decrease compared to silicone rubbers incorporating untreated silicas. It will be advantageous. The reinforced high structure silica of the present invention can be produced by treating an amorphous, high structure precipitated silica with an aqueous solution of a compound of the metal. For example, a precipitated silica filter cake can be dispersed in an aqueous solution containing a metal compound in solution and washed with a solution of the metal compound, or a silica powder can be dispersed in an aqueous medium substantially free of electrolytes, e.g. It can be recovered by filtration and the filter cake washed with or dispersed in an aqueous solution of the metal compound. Other equivalent methods known to those skilled in the art of treating solid fine powder particles with aqueous metal cation-containing solutions can also be used. The above processing,
That is, washing, dispersion, etc. can be repeated several times as necessary to treat the silica with the desired amount of the selected metal. Metal cations of metal compounds, such as calcium or barium, are adsorbed onto the surface of the silica. It is believed that the adsorbed metals exist as polybasic cations or very small positively charged colloidal metal oxide particles. The above treatment can be accomplished by modifying the recovery step in the conventional wet process of producing amorphous hydrated precipitated silica. In the above method,
An aqueous slurry of crude precipitated silica is produced. The crude settled slurry is washed one or more times with water and then separated from the aqueous suspension medium, for example by filtration. The wet silica cake, such as the filter cake, is dried and ground into a finely divided product. According to one embodiment of the invention, the wet silica, e.g. filter cake, recovered from the aqueous slurry is washed once or more times with water containing metal cations, and if desired then with distilled water or deionized water. Wash with water. The treated and washed silica is dried and ground by methods known in the art. In other embodiments, an aqueous slurry of crude precipitated silica is diluted (1
times or more times) to wash the silica,
Dilute the washed silica with an equal volume of water containing metal cations. Although the concentration of silica in the resulting slurry can vary, it should be sufficiently diluted to provide intimate contact between the silica particles and the water or metal cation-containing water. Typically the slurry has a silica concentration of about 5% by weight. The diluted slurry is filtered and the filter cake is washed with at least once distilled or deionized water, or if necessary with water containing metal cations. The washed filter cake of treated silica is then dried and ground. Thus, the crude precipitated silica product can be washed successively with distilled or demineralized water until the chloride and sulfate ions are reduced to the above-mentioned common commercial range; A subsequent wash with water containing metal cations places sufficient metal cations on the silica to provide a precipitated silica that, when incorporated into a silicone rubber, yields a material with a low percent water volume swell. Alternatively, the crude silica is washed or slurried with an aqueous metal cation-containing solution such that soluble chloride and sulfate salts are removed from the silica while the desired level of metal cations is maintained or precipitated on the silica. be able to. The concentration of various ions on the silica can be determined by X-ray fluorescence spectroscopy of dried samples of the treated silica. Aqueous metal cation-containing solutions can be prepared by dissolving the metal cation-containing compound (to the extent of its solubility) in a diluent or wash solution. The amount of such liquid used will often be based on the amount of soluble salts of chlorides and sulfates and alkali metals present in the silica and less than 3 or 4%, preferably 2% when incorporated into the silicone rubber.
depending on the amount of metal cation, such as calcium, required to produce a treated amorphous, precipitated high structure silica that yields a product with a water volume swell of less than 1%, such as less than 1%. In preferred embodiments, the treated high structure silica has a percent water volume swelling of less than 2%, more preferably less than 1%, and a wet dielectric strength of at least 400 volts/mil. The metal compounds used to form the wash water or dilution water containing metal cations are metal oxides or hydroxides of the selected metal, or metal compounds that hydrolyze to form metal oxides when mixed with water. It can be any other inorganic or organic compound of the metal. Preferably, the solution of metal compounds does not introduce other anionic species into the silica, such as sulfate and chloride, as such anions tend to increase the percent aqueous volume swelling. Furthermore, care should be taken to ensure that solutions of metal compounds do not introduce significant amounts of cationic species other than those specified, since they can adversely affect wet dielectric strength or percent water volume swelling. It is. For example, aluminum tends to reduce wet dielectric strength. Examples of compounds that can be used include: ionizable inorganic oxides, hydroxides or metal salts and ionizable metal salts of C1 - C4 carboxylic acids, such as calcium oxide, calcium hydroxide, barium carbonate, barium hydroxide, Includes barium oxide, calcium acetate and calcium formate. The treated precipitated silica of the present invention is incorporated into the silicone elastomer gum in an amount sufficient to reinforce the silicone rubber when vulcanized, ie, in a reinforcing amount. Typically, the amount of treated precipitated silica used will range from about 10 to 100, more usually 20 to 70, preferably 30 to 60 parts of silica per 100 parts of silicone elastomer gum. Any silicone gum known in the art that is vulcanized, ie, crosslinked, to silicone rubber with a free radical generator can be used as the silicone elastomer gum. Examples of silicone gum include methyl,
Includes vinyl, phenyl, methyl vinyl, methyl phenyl and fluorinated silicone gums. The free radical generators used to catalyze the vulcanization (crosslinking) of silicone gums are organic peroxides and gamma or high energy electron radiation. Typical commonly used organic peroxides are benzoyl peroxide, bis(2,4-dichlorobenzoyl) peroxide, 2,5-dimethyl-2,5-di(t-butylperoxy)hexane, and t-butylperoxybenzoate. and dicumyl peroxide. Peroxide typically ranges from 0.2 to 100 parts of gum.
Used in an amount of 1.0 part. In addition to settling fillers and free radical generators, silicone gums contain processing aids (0 to 12 parts/100 parts of gum).
%), silane additives (0-1 parts/100 parts gum), colorants, heat stabilizers, plasticizers, etc. may be included. All ingredients (except peroxide) are mixed until homogeneous in equipment such as a Banbury internal mixer or a Sigma mixer. The mixture is then cooled, if necessary, and peroxide catalyst is added. The catalyst-added mixture is then vulcanized in a manner known in the art. Typically, the mixture is cured at about 170°C for 10-15 minutes. Post-vulcanization at about 250°C for 1 to 4 hours is also used. The following examples are intended as illustrations of the invention and its preferred embodiments. All parts and percentages in the examples are by weight unless otherwise indicated. Example 1 Aqueous slurry containing approximately 100 g of crude precipitated high structure silica produced by acidifying an aqueous solution of sodium silicate with carbon dioxide20
100% stainless steel container and distilled water.
Diluted with 80%. A settling aid (medium molecular weight polycationic polymer) in an amount of 0.4% by weight based on SiO2
was added to the tank and the slurry was heated to 70°C. The slurry was allowed to stand at 65-70°C overnight. The next morning, the supernatant liquid in the tank was drained, leaving approximately 3 ml of settled slurry. A second time, distilled water was added to the tank to a total volume of 100 ml. Heat the slurry to 70℃ while stirring.
It was aged for 6 hours at that temperature. Thereafter, the second supernatant liquid was removed and the tank was again filled with distilled water. The slurry was stirred and heated to 70°C while it was being stirred and left at 65-70°C overnight. The next morning, the third supernatant was discharged, and the pH of the remaining sediment slurry was adjusted to 3.7 with 5N sulfuric acid. Heat the acidified slurry to 95℃ and add 1
Time aged. Heat aged slurry (this is 6.0
) was filtered to obtain 17,500 grams of filter cake. The filter cake was reslurried and diluted with distilled water 61 saturated with calcium oxide. The slurry was stirred while being heated to 70°C and aged for 30 minutes. The hot slurry was filtered and the filter cake was reslurried to a total volume of 100 with calcium oxide saturated distilled water. The slurry had a pH of 9.9, which was lowered to 5.5 with dilute sulfuric acid and then aged at 70°C for 30 minutes. The hot slurry was filtered and the filter cake was dried in a rotary dryer at 140°C. The dried silica had a BET surface area of 138 m 2 /g. The pH of the 5% silica slurry was 6.8.
Silica is modeled for chloride, sulfate, sodium and calcium ions.
X using XRD-410 automatic X-ray spectrograph
Analyzed by line fluorescence spectroscopy. The spectrograph uses a dual target x-ray tube (tungsten/chromium) operating at 60 kilovolts and 50 milliamps for excitation of the small and trace element spectrum. The dried silica was found to contain 2.43% sodium sulfate, 0.00% sodium chloride, 0.49% sodium oxide, and 1.18% calcium oxide. 60 parts of the above dried precipitated silica was added to methyl vinyl silicone gum (SWS silicone) having a specific gravity of 0.98.
A silicone rubber was prepared by mixing 100 parts of Polymer Co., Ltd.-C-155) and 6 parts of a plasticizer. 45%
0.5 part of powdered peroxide with active peroxide [2,5-dimethyl-2,5-di(tert-butylperoxy)hexane] was added and the mixture was press-vulcanized for 15 minutes at 170°C. The rubber was heated at 250℃ in a laboratory furnace.
Vulcanized after hours. The resulting silicone rubber was tested for aqueous volume swelling by ASTM method D-471 and dielectric strength by ASTM method D-149. The percent volumetric swelling obtained was 1.0%. The dielectric strength obtained was 408 volts/mil (dry) and 427 volts/mil (wet). Example 2 Precipitated high structure silica obtained by filtering an aqueous slurry of precipitated silica prepared by neutralizing an aqueous solution of sodium silicate with carbon dioxide and then post-acidifying with sulfuric acid to a pH of 3.7.
14000g was slurried in 20ml of distilled water. Then 10 g of distilled water containing 33.3 g of concentrated sulfuric acid was added to the stirred slurry. Heat the stirred slurry to 70℃,
Aged for 30 minutes. The aged slurry (which had a pH of 2.8) was filtered. The filter cake was reslurried in 30 ml of distilled water and the slurry was heated to 70°C and aged for 30 minutes. The hot slurry (which had a PH of 3.3) was filtered. The filter cake was reslurried in 30 g of distilled water saturated with calcium oxide. The slurry was heated to 70°C and aged for 30 minutes. The aged slurry (with a pH of 8.5) was filtered and the filter cake was dried at 140°C in a rotary dryer. The final dry product had a BET surface area of 133 m 2 /g. The 5% slurry had a PH of 7.3. The dried silica product was analyzed for sulfate, chloride, sodium and calcium ions by X-ray fluorescence spectroscopy according to the method described in Example 1. The result obtained is sodium sulfate 0.07
%, sodium chloride 0.01%, sodium oxide 0.56
% and calcium oxide 1.34%. Dry silica product, silicone gum mixture
It was incorporated into the silicone gum in the manner and amount described in Example 1, except that it was press cured at 170 DEG C. for 10 minutes instead of 15 minutes. Silicone gums were tested for water volume swelling and dielectric strength. The results obtained were a water volume swelling of 0.4% and a dielectric strength of 419 volts/
mil (dry) and 421 volts/mil (wet). Example 3 (Comparison) Three lots of untreated precipitated high structure silica produced by a conventional wet process were mixed with powdered peroxide of 0.8
were separately incorporated into the silicone gum in the amounts and manner described in Example 1, except that a portion of each was used. Press vulcanization of silica-silicone gum mixture at 170℃ for 10 minutes.
It was then vulcanized into silicone rubber by post-vulcanization in a 250°C oven for 1 hour. The rubber was tested for water volume swelling. The table is a table of data obtained for this sample.
【表】
例1、2および3のデータは、こゝに記載した
塩化物、硫酸塩、ナトリウムおよびカルシウムの
イオンの規定関係を有する沈降シリカをシリコー
ンゴムに混入すると水容積膨潤のパーセントが4
未満であることを示す。
例 4
試験 A
ケイ酸ナトリウムの水溶液を二酸化炭素で中和
することにより生じた粗沈降高ストラクチヤーシ
リカの水性スラリーを研究室中の水道水で外延的
に洗浄し、無機塩含量を典型的な商業的な製造し
た試料に得られるよりかなり低い水準に低下させ
た。洗浄したスラリーをろ過した。生じたろ過ケ
ーク約20Kgを回転乾燥機中140℃で乾燥した。乾
燥したシリカ生成物を、例1記載の方法により硫
酸塩、塩化物、カルシウムおよびナトリウムのイ
オンについて分析した。この乾燥シリカ生成物の
BET表面積は156m2/Kgであつた。結果は表に
示される。
試験 B
試験Aで製造した沈降シリカろ過ケーク20Kgを
酸化カルシウムで飽和した水溶液55で再びスラ
リーにした。希釈酸化カルシウムで溶液は過剰の
酸化カルシウムを蒸留水に(酸化カルシウム
1.48g/)に加えることにより調製した。その
スラリーを1時間撹拌し沈降させた。上澄酸化カ
ルシウム含有溶液をこの試験および後の試験に、
ここに記載した方法で用いた。
再スラリー沈降シリカろ過ケークを1時間撹拌
し、週末中放置した。その後スラリーを撹拌し、
約1/3(25)をろ過した。ろ過ケークを酸化カ
ルシウム含有溶液6で洗浄した。洗浄したろ過
ケークを回転乾燥機中140℃で乾燥した。乾燥生
成物は129m2/gのBET表面積を有した。乾燥ピ
グメントの5重量%スラリーのPHは9.2であつた。
乾燥シリカ生成物を例1記載の方法で硫酸塩、塩
化物、ナトリウムおよびカルシウムのイオンにつ
いて分析した。結果は表に示される。
試験 C
試験Bからの酸化カルシウム水溶液で希釈した
沈降シリカスラリーの残り2/3(約50)を6時
間沈降させた。生じた上澄液(20)を排除し、
残留沈降容量(約30)を飽和酸化カルシウム含
有水溶液20で希釈した。このスラリーを撹拌
し、約1/2(25)をろ過した。生じたろ過ケー
クを飽和酸化カルシウム含有水溶液6で洗浄
し、洗浄したシリカを回転乾燥機中140℃で乾燥
した。乾燥生成物のBET表面積は125m2/gであ
つた。乾燥生成物の5%スラリーは9.35のPHを有
した。乾燥シリカ生成物を例1記載の方法で硫酸
塩、塩化物、ナトリウムおよびカルシウムについ
て分析した。結果は表に示される。
試験 D
試験Cの残留スラリー25を一夜放置させた。
上澄液(約5)を除去し、飽和酸化カルシウム
含有水溶液5で置換した。生じたスラリーを撹
拌しろ過した。ろ過ケークを飽和酸化カルシウム
水溶液6で洗浄し、洗浄生成物を回転乾燥機中
140℃で乾燥した。乾燥生成物のBET表面積は
124m2/gであつた。乾燥ピグメントの5%スラ
リーのPHは9.4であつた。乾燥シリカ生成物を例
1記載のように硫酸塩、塩化物、ナトリウムおよ
びカルシウムのイオンについて分析した。結果は
表に示される。
例 5
シリカ―シリコーンガム―可塑剤―過酸化物の
混合物を10分間170℃でプレス加硫したことを除
きそれぞれ例4の試験A、B、CおよびDの乾燥
シリカ生成物を用いて例1記載の方法でシリコー
ンゴムを製造した。生じたシリコーンゴムを例1
記載のASTM法に従い水容積膨潤および湿潤絶
縁耐力(WDS)について試験した。得られた結
果は表に示される。Table: The data for Examples 1, 2, and 3 show that when a precipitated silica with the defined relationship of chloride, sulfate, sodium, and calcium ions described herein is incorporated into a silicone rubber, the percent water volume swelling is 4.
Indicates that it is less than Example 4 Test A An aqueous slurry of crude precipitated high structure silica produced by neutralizing an aqueous solution of sodium silicate with carbon dioxide was washed extensively with laboratory tap water to reduce the inorganic salt content to a typical was reduced to a level significantly lower than that obtained in commercially produced samples. The washed slurry was filtered. Approximately 20 Kg of the resulting filter cake was dried at 140°C in a rotary dryer. The dried silica product was analyzed for sulfate, chloride, calcium and sodium ions by the method described in Example 1. This dry silica product
The BET surface area was 156 m 2 /Kg. The results are shown in the table. Test B 20 Kg of the precipitated silica filter cake prepared in Test A was reslurried with 55 kg of an aqueous solution saturated with calcium oxide. Dilute calcium oxide solution. Remove excess calcium oxide in distilled water (calcium oxide
1.48g/). The slurry was stirred for 1 hour and allowed to settle. The supernatant calcium oxide containing solution was used in this and subsequent tests.
It was used as described here. The reslurry precipitated silica filter cake was stirred for 1 hour and left over the weekend. Then stir the slurry,
Approximately 1/3 (25) was filtered. The filter cake was washed with calcium oxide containing solution 6. The washed filter cake was dried in a rotary dryer at 140°C. The dry product had a BET surface area of 129 m 2 /g. The pH of the 5% by weight slurry of dried pigment was 9.2.
The dried silica product was analyzed for sulfate, chloride, sodium and calcium ions using the method described in Example 1. The results are shown in the table. Test C The remaining two-thirds (approximately 50) of the precipitated silica slurry diluted with aqueous calcium oxide solution from Test B was allowed to settle for 6 hours. Discard the resulting supernatant (20) and
The residual sedimentation volume (approx. 30) was diluted with 20 of a saturated calcium oxide-containing aqueous solution. The slurry was stirred and about 1/2 (25) was filtered. The resulting filter cake was washed with a saturated calcium oxide-containing aqueous solution 6 and the washed silica was dried in a rotary dryer at 140°C. The BET surface area of the dry product was 125 m 2 /g. A 5% slurry of dried product had a PH of 9.35. The dried silica product was analyzed for sulfate, chloride, sodium and calcium using the method described in Example 1. The results are shown in the table. Test D The residual slurry 25 from Test C was allowed to stand overnight.
The supernatant (approximately 5 ml) was removed and replaced with 5 ml of a saturated calcium oxide-containing aqueous solution. The resulting slurry was stirred and filtered. The filter cake was washed with a saturated aqueous calcium oxide solution 6 and the washing product was placed in a rotary dryer.
Dry at 140°C. The BET surface area of the dry product is
It was 124m 2 /g. The PH of the 5% slurry of dried pigment was 9.4. The dried silica product was analyzed for sulfate, chloride, sodium and calcium ions as described in Example 1. The results are shown in the table. Example 5 Example 1 using the dry silica products of Tests A, B, C and D of Example 4, respectively, except that the silica-silicone gum-plasticizer-peroxide mixture was press-vulcanized at 170° C. for 10 minutes. Silicone rubber was produced by the method described. Example 1 of the resulting silicone rubber
Tested for water volume swelling and wet dielectric strength (WDS) according to the ASTM method described. The results obtained are shown in the table.
【表】
例4および5のデータは沈降シリカピグメント
に対するカルシウムイオンの添加が、カルシウム
処理沈降シリカを混入したシリコーンゴムのパー
セント水容積膨潤を著しく低下し、湿潤絶縁耐力
を著しく改善することを示す。さらに、そのデー
タは全塩含量を低水準に低下するための沈降高ス
トラクチヤーシリカの外延的洗浄がパーセント水
容積膨潤を4%未満の値に低下するのに役立つこ
とを示す。
例 6
試験 A
例4の試験Aで製造した沈降シリカろ過ケーク
20Kgを、酸化バリウム3.36g/を含有する蒸留
水(以下飽和酸化バリウム溶液)55で再びスラ
リーにした。生じたスラリーを1時間撹拌し、一
夜放置させた。翌朝スラリーを撹拌し、スラリー
の1/3(約25)をろ過した。生じたろ過ケーク
を飽和酸化バリウム溶液6で洗浄し、回転乾燥
機中140℃で乾燥した。乾燥生成物は123m2/gの
BET表面積を有した。乾燥シリカの5%スラリ
ーは9.1のPHを有した。乾燥シリカ生成物を例1
記載の方法で硫酸塩、塩化物、ナトリウム、カル
シウムおよびバリウムイオンについて分析した。
結果は表に示される。
試験 B
本例の試験Aのスラリーの残り2/3(約50)
を6時間沈降させた。上澄液(約18)を除き飽
和酸化バリウム水溶液18で置換した。生じた混
合物を撹拌し、1/2(約25)をろ過した。ろ過
ケークを飽和酸化バリウム溶液6で洗浄し、回
転乾燥機中140℃で乾燥した。乾燥生成物の表面
積は116m2/gであつた。乾燥生成物の5%のス
ラリーのPHは9.5であつた。乾燥シリカ生成物を
例1記載の方法で硫酸塩、塩化物、ナトリウム、
カルシウムおよびバリウムのイオンについて分析
した。結果は表に示される。
試験 C
試験Bのスラリーの残り25を週末中沈降させ
た。上澄液(約7)を除き飽和酸化バリウム水
溶液7で置換した。生じた混合物を撹拌し、ろ
過した。ろ過ケークを酸化バリウム水溶液6で
洗浄し、洗浄生成物を回転乾燥機中140℃で乾燥
した。乾燥生成物の表面積は111m2/gであつた。
乾燥生成物の5%スラリーは9.6のPHを有した。
乾燥生成物を例1記載の方法で硫酸塩、塩化物、
ナトリウム、カルシウムおよびバリウムイオンに
ついて分析した。結果は表に示される。
例 7
例6の試験A、BおよびCの乾燥シリカ生成物
をそれぞれ用いて例1記載の方法でシリコーンゴ
ムを製造した。生じたシリコーンゴムを水容積膨
潤および湿潤絶縁耐力について試験した。結果は
表に示される。The data for Examples 4 and 5 show that the addition of calcium ions to precipitated silica pigments significantly reduces the percent water volume swelling and significantly improves the wet dielectric strength of silicone rubbers incorporating calcium-treated precipitated silicas. Additionally, the data shows that extensive washing of the precipitated high structure silica to reduce the total salt content to low levels helps to reduce the percent water volume swelling to values below 4%. Example 6 Test A Precipitated silica filter cake produced in Test A of Example 4
20Kg was slurried again with distilled water containing 3.36g of barium oxide (hereinafter referred to as saturated barium oxide solution). The resulting slurry was stirred for 1 hour and allowed to stand overnight. The next morning, the slurry was stirred and 1/3 (approximately 25) of the slurry was filtered. The resulting filter cake was washed with saturated barium oxide solution 6 and dried at 140° C. in a rotary dryer. The dry product is 123m 2 /g
It had a BET surface area. The 5% slurry of dry silica had a PH of 9.1. Example 1 of dry silica product
Analyzed for sulfate, chloride, sodium, calcium and barium ions as described.
The results are shown in the table. Test B The remaining 2/3 of the slurry from Test A in this example (approximately 50)
was allowed to settle for 6 hours. The supernatant liquid (approximately 18 ml) was removed and replaced with a saturated barium oxide aqueous solution 18 ml. The resulting mixture was stirred and 1/2 (approximately 25) was filtered. The filter cake was washed with saturated barium oxide solution 6 and dried in a rotary dryer at 140°C. The surface area of the dry product was 116 m 2 /g. The pH of the 5% slurry of dried product was 9.5. The dried silica product was treated with sulfate, chloride, sodium,
Analyzed for calcium and barium ions. The results are shown in the table. Test C The remaining 25 of the slurry from Test B was allowed to settle over the weekend. The supernatant liquid (approximately 7) was removed and replaced with a saturated barium oxide aqueous solution (7). The resulting mixture was stirred and filtered. The filter cake was washed with an aqueous barium oxide solution 6 and the washed product was dried at 140° C. in a rotary dryer. The surface area of the dry product was 111 m 2 /g.
A 5% slurry of dried product had a PH of 9.6.
The dried product was treated with sulfate, chloride,
Analyzed for sodium, calcium and barium ions. The results are shown in the table. Example 7 Silicone rubbers were prepared in the manner described in Example 1 using the dried silica products of Tests A, B and C of Example 6, respectively. The resulting silicone rubber was tested for water volume swelling and wet dielectric strength. The results are shown in the table.
【表】
例6および7の結果は、バリウムイオンによる
沈降シリカピグメントの処理がバリウム変性沈降
シリカを混入されたシリコーンゴムのパーセント
水容積膨潤を低下し、絶縁耐力を改善することを
示す。
例 8
ケイ酸ナトリウムの水溶液を二酸化炭素による
中和、次に硫酸による3.7のPHへの後酸性化によ
り製造した沈降シリカの水性スラリーのろ過によ
り得られた沈降高ストラクチヤーシリカろ過ケー
ク約40Kgを蒸留水で再びスラリーにし150に希
釈した。生じたスラリーを30分間撹拌し、スラリ
ーを70℃まで加熱した後一夜沈降させた。
第1上澄液を沈降容積(約80)から除き、蒸
留水を加えて150の全容積にした。生じたスラ
リーを撹拌し、70℃まで加熱し次いで6時間沈降
させた。第2上澄液を沈降容積(約80)から除
き、蒸留水を加えて150の全容積にした。スラ
リーを撹拌し、70℃まで加熱し、一夜沈降させ
た。第3上澄液を除去して沈降スラリー約80を
残し、それは約7%の固形分を有した。
試験 A
最終スラリー10をろ過し、ろ過ケークを回転
乾燥機中140℃で乾燥した。この乾燥生成物は146
m2/gの表面積および7.6のPH(5%スラリー)
を有した。それを例1記載の方法で硫酸塩、塩化
物、ナトリウムおよびカルシウムイオンについて
分析した。結果は表に示される。
試験 B
6.8のPHを有した最終スラリー10を、Ca
(C2H3O2)2・H2O 110g/含有する酢酸カルシ
ウム水溶液300mlで希釈した。生じたスラリーを
30分間撹拌し、6.8のPHを有した。そのスラリー
をろ過し、ろ過ケークを回転乾燥機中140℃で乾
燥した。乾燥生成物は139m2/gの表面積および
7.3のPH(5%スラリー)を有した。それを例1
記載の方法で硫酸塩、塩化物、ナトリウムおよび
カルシウムのイオンについて分析した。結果は表
に示される。
例 9
例8の試験AおよびBの乾燥シリカ生成物のそ
れぞれを用いて例1記載の方法でシリコーンゴム
を製造した。生じたシリコーンゴムを水容積膨潤
および湿潤絶縁耐力について試験した。結果は表
に示される。TABLE The results of Examples 6 and 7 show that treatment of precipitated silica pigments with barium ions reduces the percent water volume swelling and improves dielectric strength of silicone rubber incorporated with barium-modified precipitated silica. Example 8 Approximately 40 Kg of precipitated high structure silica filter cake obtained by filtration of an aqueous slurry of precipitated silica prepared by neutralization of an aqueous solution of sodium silicate with carbon dioxide and subsequent acidification to a pH of 3.7 with sulfuric acid. Slurry again with distilled water and dilute to 150. The resulting slurry was stirred for 30 minutes and the slurry was heated to 70°C and allowed to settle overnight. The first supernatant was removed from the sedimentation volume (approximately 80) and distilled water was added to bring the total volume to 150. The resulting slurry was stirred, heated to 70°C and allowed to settle for 6 hours. The second supernatant was removed from the settling volume (approximately 80) and distilled water was added to bring the total volume to 150. The slurry was stirred, heated to 70°C and allowed to settle overnight. The third supernatant was removed leaving a settled slurry of about 80%, which had a solids content of about 7%. Test A The final slurry 10 was filtered and the filter cake was dried in a rotary dryer at 140°C. This dry product is 146
Surface area of m 2 /g and PH of 7.6 (5% slurry)
It had It was analyzed for sulfate, chloride, sodium and calcium ions using the method described in Example 1. The results are shown in the table. Test B The final slurry 10 with a pH of 6.8 was
Diluted with (C 2 H 3 O 2 ) 2.H 2 O 110 g/300 ml of calcium acetate aqueous solution. The resulting slurry
Stirred for 30 minutes and had a pH of 6.8. The slurry was filtered and the filter cake was dried in a rotary dryer at 140°C. The dry product has a surface area of 139 m 2 /g and
It had a PH of 7.3 (5% slurry). Example 1
It was analyzed for sulfate, chloride, sodium and calcium ions as described. The results are shown in the table. Example 9 Silicone rubbers were prepared in the manner described in Example 1 using each of the dried silica products of Tests A and B of Example 8. The resulting silicone rubber was tested for water volume swelling and wet dielectric strength. The results are shown in the table.
【表】
例8および9の結果は、酢酸カルシウムを用い
てよく洗浄した沈降シリカを処理できることを示
す。酢酸イオンが水容積膨潤を少し増加させると
思われるが、その湿潤絶縁耐力もまた増加した。
次の例において、米国特許第3960586号の手順
に従つて低ストラクチヤー沈降シリカを製造し
た。
例 10
(比 較)
硫酸ナトリウム(4.2Kg)を、水道水37.85を
容れた100容器に加え、10%硫酸ナトリウムを
含有する反応媒質を与えた。2.6のSiO2/Na2O重
量比および2ポンド/ガロンの濃度を有し、7%
硫酸ナトリウムを含有するケイ酸ナトリウム水溶
液を反応媒質にPHが9.0になるまで加えた。次い
で反応媒質を65℃(149〓)に加熱し、ケイ酸ナ
トリウムおよび11.4%濃度の硫酸をそれぞれ756
ml/分および453ml/分の速度で反応媒質に加え、
9.0の定沈殿PHを維持した。30分後、ケイ酸ナト
リウムの添加を停止した。過剰の硫酸をスラリー
のPHが5.4に達するまで加えた。スラリーを77℃
(171〓)まで加熱し、20分間熟成した。生じたス
ラリー16をろ過した。ろ過ケークはシリカ約
1000gを含有した。
ろ過ケークを、カルシウム約0.84g/含有す
る酸化カルシウム飽和水溶液12で再びスラリー
にした。再スラリー懸濁液を30分間撹拌してろ過
した。ろ過ケークを飽和酸化カルシウム8で再
びスラリーにし、30分間撹拌し、ろ過した。この
ろ過ケークの試料はCaO、1.58%およびNa2O、
1.46%を含有すると認められた。ナトリウム水準
が1%より高かつたので、ろ過ケークを蒸留水10
中に再びスラリーにし、30分間撹拌した。スラ
リーをろ過し、ろ過ケークを強制通風炉中105℃
で一夜乾燥した。乾燥した処理生成物は37m2/g
のBET表面積、9.9のPH(5%スラリー)および
次の分析:NaCl、<0.01重量%;Na2SO4、0.10
重量%;Na2O、1.25重量%およびCaO、1.57重
量%を有した。それらはX線けい光スペクトロス
コピーにより得られた。
前記乾燥シリカ生成物60部をメチルビニルシリ
コーンガム(SWSシリコーンCorp―C―155)
100部、可塑剤6部、45%活性過酸化物を有する
粉末過酸化物〔2,5―ジメチル―2,5―ジ
(t―ブチルペルオキシ)ヘキサン〕0.5部と混合
し、170℃で10分間混合物をプレス加硫し、250℃
で1時間後加硫することによりシリコーンゴムを
製造した。そのシリカピグメントは、シリコーン
ガム―シリカ混合物が易流動性に留まり、ゴム状
混合物を生成しなかつたので、シリコーンガムを
適当に補強しなかつたことが明らかであつた。
生じたシリコーンゴムを水容積膨潤、湿潤絶縁
耐力およびあるゴム特性について試験した。得ら
れたパーセント容積膨潤は4.9%であつた。湿潤
絶縁耐力は394ボルト/ミルであつた。生じたシ
リコーンゴムのゴム特性をヒユームドシリカ、従
来の高ストラクチヤー沈降シリカ、および高スト
ラクチヤー外延的洗浄沈降シリカを用いて製造し
たシリコーンゴムと比較した。結果は表に示さ
れる。TABLE The results of Examples 8 and 9 demonstrate that calcium acetate can be used to treat well-washed precipitated silica. Although acetate ion appears to slightly increase the water volume swelling, its wet dielectric strength also increased. In the following example, low structure precipitated silica was prepared according to the procedure of US Pat. No. 3,960,586. Example 10 (Comparison) Sodium sulfate (4.2 Kg) was added to 100 containers containing 37.85 g of tap water to give a reaction medium containing 10% sodium sulfate. With a SiO 2 /Na 2 O weight ratio of 2.6 and a concentration of 2 lbs/gal, 7%
An aqueous sodium silicate solution containing sodium sulfate was added to the reaction medium until the pH was 9.0. The reaction medium was then heated to 65 °C (149 °C) and sodium silicate and 11.4% sulfuric acid were added at 756 °C, respectively.
ml/min and 453 ml/min into the reaction medium,
A constant precipitation pH of 9.0 was maintained. After 30 minutes, the sodium silicate addition was stopped. Excess sulfuric acid was added until the pH of the slurry reached 5.4. Slurry at 77℃
(171〓) and aged for 20 minutes. The resulting slurry 16 was filtered. The filter cake is about silica
Contained 1000g. The filter cake was reslurried with 12 ml of a saturated aqueous calcium oxide solution containing approximately 0.84 g of calcium. The reslurry suspension was stirred for 30 minutes and filtered. The filter cake was reslurried with saturated calcium oxide, stirred for 30 minutes, and filtered. This filter cake sample contained CaO, 1.58% and Na2O ,
It was recognized that it contained 1.46%. Since the sodium level was higher than 1%, the filter cake was diluted with distilled water.
Re-slurry the mixture and stir for 30 minutes. Filter the slurry and place the filter cake in a forced draft oven at 105℃.
It was dried overnight. The dry processed product is 37m 2 /g
BET surface area, PH of 9.9 (5% slurry) and analysis of: NaCl, <0.01 wt%; Na2SO4 , 0.10
Weight %: Na 2 O, 1.25% by weight and CaO, 1.57% by weight. They were obtained by X-ray fluorescence spectroscopy. 60 parts of the dry silica product was added to methyl vinyl silicone gum (SWS Silicone Corp-C-155).
100 parts of plasticizer, 6 parts of plasticizer, 0.5 part of powdered peroxide [2,5-dimethyl-2,5-di(t-butylperoxy)hexane] with 45% active peroxide and mixed at 170°C for 10 Press vulcanize the mixture for 250℃ for min.
A silicone rubber was produced by post-vulcanization for 1 hour. It was apparent that the silica pigment did not adequately reinforce the silicone gum, as the silicone gum-silica mixture remained free-flowing and did not form a rubbery mixture. The resulting silicone rubber was tested for water volume swell, wet dielectric strength and certain rubber properties. The percent volume swelling obtained was 4.9%. The wet dielectric strength was 394 volts/mil. The rubber properties of the resulting silicone rubber were compared to silicone rubbers made using fumed silica, conventional high structure precipitated silica, and high structure extended washed precipitated silica. The results are shown in the table.
【表】
表のデータは、米国特許第3960586号記載の
方法により製造した低ストラクチヤーシリカが、
シリコーンゴムが非常に低い硬さ、小さい耐伸び
性、および非常に低い引張強さを有したので補強
シリカとして有用でないシリカを生成することを
示す。[Table] The data in the table shows that low structure silica produced by the method described in U.S. Patent No. 3,960,586
We show that silicone rubber produces silica that has very low hardness, low elongation resistance, and very low tensile strength and is therefore not useful as reinforcing silica.
Claims (1)
質的になる微粒無定形の、沈降高ストラクチヤー
シリカであつて、水溶性アルカリ金属硫酸塩の塩
2重量%未満、水溶性アルカリ金属塩化物塩1重
量%未満およびアルカリ金属酸化物0.05〜5重量
%を有し、前記シリカ中の前記アルカリ金属の塩
および酸化物の総量が約1〜5重量%であり、そ
の表面上に、カルシウム、バリウムおよびそのよ
うな金属の酸化物の混合物からなる群から選んだ
金属の酸化物を、シリカ中に存在するアルカリ金
属の総量を基にして前記金属の少くとも等モル量
を前記シリカ上に与えるのに十分な量析出させ、
金属の前記の量が、前記シリカを主シリカ充てん
剤として補強したシリコーンゴムが4%を超えな
い水容積膨潤を示す量であるシリカ。 2 金属とアルカリ金属とのモル当量比が約1:
1〜2:1である、特許請求の範囲第1項記載の
シリカ。 3 アルカリ金属がナトリウムである、特許請求
の範囲第1項または第2項記載のシリカ。 4 シリカが可溶性硫酸塩の塩2重量%未満、可
溶性塩化物塩0.5重量%未満、アルカリ金属酸化
物2重量%未満を含有し、前記アルカリ金属の塩
および酸化物の前記シリカ中の総量が約1〜3重
量%であり、シリコーンゴムの水容積膨潤が2%
未満である、特許請求の範囲第3項記載のシリ
カ。 5 金属がカルシウムであり、塩化物、硫酸塩、
ナトリウムおよびカルシウムのイオン種の濃度の
関係が次式 4―C1〔Cl-〕―C2〔SO4 =〕―C3〔Na+〕/C4≦〔Ca++〕 (式中C1、C2、C3およびC4はそれぞれ8から12
まで、1から3まで、9.5から14.5までおよび−
5.5〜−8.5まで変化する数係数であり、Cl-、
SO4 =、Na+およびCa++は塩化ナトリウム、硫酸
ナトリウム、酸化ナトリウムおよび酸化カルシウ
ムとして表わされたシリカ中の前記イオンの重量
%である) により表わされる、特許請求の範囲第4項記載の
シリカ。 6 シリカが約120〜160m2/gのBET表面積を
有する、特許請求の範囲第5項記載のシリカ。 7 シリカ中に存在するカルシウムの量が、酸化
物として表わして約0.5〜3重量%である、特許
請求の範囲第5項記載のシリカ。 8 遊離基発生剤で加硫できるシリコーンエラス
トマーガムと、シリコーンガム100部当り1.0〜
100部の、実質的に無水基準でSiO2少くとも85重
量%、水溶性アルカリ金属硫酸塩の塩2重量%未
満、水溶性アルカリ金属塩化物塩1重量%未満お
よびアルカリ金属酸化物約0.05〜5重量%からな
り、前記シリカ中の前記アルカリ金属の塩および
酸化物の総量が約1〜5重量%であり、その表面
上に、カルシウム、バリウムおよびそのような金
属の酸化物の混合物からなる群から選んだ金属の
酸化物を、シリカ中に存在するアルカリ金属の総
量を基にして前記金属の少くとも等モル量を前記
シリカ上に与えるのに十分な量析出させた補強、
無定形の沈降高ストラクチヤーシリカとを含む組
成物で、金属の前記の量が、前記シリコーンエラ
ストマーガム組成物を加硫したときに生ずるシリ
コーンゴムが4%を超えない水容積膨潤を表わす
量である組成物。 9 アルカリ金属がナトリウムであり、アルカリ
金属に対するモル当量の比が約1:1〜2:1で
ある、特許請求の範囲第8項記載のシリコーンエ
ラストマー組成物。 10 金属がカルシウムであり、塩化物、硫酸
塩、ナトリウムおよびカルシウムのイオン種の濃
度の関係が次式: 4―C1〔Cl-〕―C2〔SO4 =〕―C3〔Na+〕/C4≦〔Ca++〕 (式中C1、C2、C3およびC4はそれぞれ8から12
まで、1から3まで、9.5から14.5までおよび−
5.5〜−8.5まで変化する数係数であり、Cl-、
SO4 =、Na+およびCa++は塩化ナトリウム、硫酸
ナトリウム、酸化ナトリウムおよび酸化カルシウ
ムとして表わされたシリカ中の前記イオンの重量
%である) により表わされる、特許請求の範囲第9項記載の
シリコーンエラストマー組成物。 11 シリカ中に存在するカルシウムの量が酸化
物として表わして約0.5〜3重量%である、特許
請求の範囲第10項記載のシリコーンエラストマ
ー組成物。 12 用いたシリカの量がシリコーンガム100部
当りシリカ20〜70部の範囲である、特許請求の範
囲第8項または第10項記載のシリコーンエラス
トマー組成物。 13 特許請求の範囲第8項記載の加硫されたシ
リコーンエラストマーガムを含むシリコーンゴム
組成物。 14 さらに2%未満の水容積膨潤を有すること
を特徴とする、特許請求の範囲第10項記載の加
硫されたシリコーンエラストマーガムを含むシリ
コーンゴム組成物。 15 さらに少くとも400ボルト/ミルの湿潤絶
縁耐力を有することを特徴とする、特許請求の範
囲第14項記載の加硫シリコーンゴム組成物。 16 アルカリ金属ケイ酸塩水溶液を無機酸で酸
性化することにより無定形の沈降高ストラクチヤ
ーシリカを製造する方法において、沈降シリカの
アルカリ金属の総量を測定し、その測定に応答し
て前記沈降シリカの表面上に、カルシウム、バリ
ウムおよびそのような金属の酸化物の混合物から
なる群から選んだ金属の金属酸化物を、シリカ中
に存在するアルカリ金属の総量を基にして前記金
属の少くとも等モル量を前記シリカ上に与えるの
に十分な量で析出させ、金属の量が、前記沈降シ
リカを主シリカ充てん剤として補強したシリコー
ンゴムが4%を超えない水容積膨潤を示すような
量であり、金属酸化物は前記金属のイオン化性酸
化物、水酸化物またはC1〜C6カルボン酸塩の水
溶液から析出させることを含む補強シリコーンゴ
ムに有用な沈降高ストラクチヤーシリカの製造方
法。 17 アルカリ金属がナトリウムであり、金属と
ナトリウムとのモル当量比が約1:1〜2:1で
ある、特許請求の範囲第16項記載の方法。 18 シリカを金属のイオン化性酸化物または水
酸化物の水溶液中にスラリーにすることにより金
属酸化物を沈降シリカ上に析出させる、特許請求
の範囲第17項記載の方法。 19 シリカの湿潤ケークを金属のイオン化性酸
化物または水酸化物の水溶液で洗浄することによ
り金属酸化物を沈降シリカ上に析出させる、特許
請求の範囲第17項記載の方法。 20 ケイ酸ナトリウム水溶液を無機酸で酸性化
することによる無定形の沈降高ストラクチヤーシ
リカを製造する方法において、シリカ中の塩化
物、硫酸塩およびナトリウムのイオン種の濃度を
測定し、前記測定に応答して前記沈降シリカの表
面上に、カルシウムのイオン化性酸化物または水
酸化物の水溶液からカルシウムの酸化物を次の関
係: 4―C1〔Cl-〕―C2〔SO4 =〕―C3〔Na+〕/C4≦〔Ca++〕 (式中C1、C2、C3およびC4はそれぞれ8から12
まで、1から3まで、9.5から14.5まで、および
−5.5〜−8.5まで変化する数係数であり、Cl-、
SO4 =、Na+およびCa++は塩化ナトリウム、硫酸
ナトリウム、酸化ナトリウムおよび酸化カルシウ
ムとして表わされたシリカ中の前記イオンの重量
%である) を満たすのに十分な量析出させることを含むシリ
コーンゴムの補強に有用な沈降高ストラクチヤー
シリカの製造方法。 21 シリカ上に存在するカルシウムの量が、酸
化カルシウムとして計算して、約0.5〜3重量%
である、特許請求の範囲第20項記載の方法。 22 シリカをカルシウムの酸化物または水酸化
物の水溶液中にスラリーにすることにより酸化カ
ルシウムを沈降シリカ上に析出させる、特許請求
の範囲第20項または第21項記載の方法。 23 シリカの湿潤ケークをカルシウムの酸化物
または水酸化物の水溶液で洗浄することにより酸
化カルシウムを沈降シリカ上に析出させる、特許
請求の範囲第20項または第21項記載の方法。Claims: 1. A finely divided amorphous, precipitated high structure silica consisting essentially of at least 85% by weight SiO 2 on an anhydrous basis, less than 2% by weight of a water-soluble alkali metal sulfate salt; less than 1% by weight of water-soluble alkali metal chloride salts and 0.05-5% by weight of alkali metal oxides, the total amount of the alkali metal salts and oxides in the silica is about 1-5% by weight; on the surface an oxide of a metal selected from the group consisting of calcium, barium and mixtures of oxides of such metals in at least an equimolar amount of said metal based on the total amount of alkali metal present in the silica. precipitating on the silica in sufficient amount to provide
Silica, wherein said amount of metal is such that the silicone rubber reinforced with said silica as a predominant silica filler exhibits a volumetric swelling in water of not more than 4%. 2 The molar equivalent ratio of metal and alkali metal is approximately 1:
1-2:1 silica according to claim 1. 3. The silica according to claim 1 or 2, wherein the alkali metal is sodium. 4. The silica contains less than 2% by weight of soluble sulfate salts, less than 0.5% by weight of soluble chloride salts, and less than 2% by weight of alkali metal oxides, and the total amount of said alkali metal salts and oxides in said silica is about 1 to 3% by weight, and the water volume swelling of silicone rubber is 2%.
The silica according to claim 3, wherein the silica is less than or equal to 5 The metal is calcium, chloride, sulfate,
The relationship between the concentrations of sodium and calcium ionic species is as follows : , C 2 , C 3 and C 4 are each from 8 to 12
up to, 1 to 3, 9.5 to 14.5 and −
It is a numerical coefficient that varies from 5.5 to −8.5, and Cl - ,
SO 4 = , Na + and Ca ++ are the weight percentages of said ions in the silica expressed as sodium chloride, sodium sulfate, sodium oxide and calcium oxide). of silica. 6. The silica of claim 5, wherein the silica has a BET surface area of about 120-160 m <2> /g. 7. The silica of claim 5, wherein the amount of calcium present in the silica is about 0.5 to 3% by weight expressed as oxide. 8 Silicone elastomer gum that can be vulcanized with a free radical generator and 1.0 to 100 parts of silicone gum.
100 parts, on a substantially anhydrous basis, of at least 85% by weight SiO 2 , less than 2% by weight of a water-soluble alkali metal sulfate salt, less than 1% by weight of a water-soluble alkali metal chloride salt, and from about 0.05% to an alkali metal oxide. 5% by weight, and the total amount of salts and oxides of said alkali metals in said silica is about 1-5% by weight, and on its surface consists of a mixture of calcium, barium and oxides of such metals. reinforcement, wherein an oxide of a metal selected from the group is precipitated on the silica in an amount sufficient to provide at least an equimolar amount of said metal based on the total amount of alkali metal present in the silica;
and an amorphous precipitated high structure silica, said amount of metal being such that the silicone rubber produced upon vulcanization of said silicone elastomer gum composition exhibits a water volume swelling of not more than 4%. A certain composition. 9. The silicone elastomer composition of claim 8, wherein the alkali metal is sodium and the ratio of molar equivalents to alkali metal is about 1:1 to 2:1. 10 The metal is calcium, and the relationship between the concentrations of chloride, sulfate, sodium, and calcium ionic species is as follows: 4-C 1 [Cl - ]-C 2 [SO 4 = ]-C 3 [Na + ] /C 4 ≦ [Ca ++ ] (In the formula, C 1 , C 2 , C 3 and C 4 are each from 8 to 12
up to, 1 to 3, 9.5 to 14.5 and −
It is a numerical coefficient that varies from 5.5 to −8.5, and Cl - ,
SO 4 = , Na + and Ca ++ are the weight percentages of said ions in the silica expressed as sodium chloride, sodium sulfate, sodium oxide and calcium oxide. silicone elastomer composition. 11. The silicone elastomer composition of claim 10, wherein the amount of calcium present in the silica is about 0.5 to 3% by weight expressed as oxide. 12. A silicone elastomer composition according to claim 8 or 10, wherein the amount of silica used is in the range of 20 to 70 parts of silica per 100 parts of silicone gum. 13. A silicone rubber composition comprising the vulcanized silicone elastomer gum according to claim 8. 14. A silicone rubber composition comprising a vulcanized silicone elastomer gum according to claim 10, further characterized in that it has a water volume swell of less than 2%. 15. The vulcanized silicone rubber composition of claim 14 further characterized in that it has a wet dielectric strength of at least 400 volts/mil. 16 In a method for producing amorphous precipitated high structure silica by acidifying an aqueous alkali metal silicate solution with an inorganic acid, the total amount of alkali metal in the precipitated silica is measured, and in response to the measurement, the precipitated silica is On the surface of the silica, a metal oxide of a metal selected from the group consisting of calcium, barium and mixtures of oxides of such metals is added, based on the total amount of alkali metals present in the silica. the metal is precipitated in an amount sufficient to provide a molar amount on said silica, and the amount of metal is such that the silicone rubber reinforced with said precipitated silica as a predominant silica filler exhibits a water volume swelling of not more than 4%. A method for producing a precipitated high structure silica useful in reinforced silicone rubber, the metal oxide being precipitated from an aqueous solution of an ionizable oxide, hydroxide or C1 - C6 carboxylate of said metal. 17. The method of claim 16, wherein the alkali metal is sodium and the molar equivalent ratio of metal to sodium is about 1:1 to 2:1. 18. The method of claim 17, wherein the metal oxide is precipitated onto the precipitated silica by slurrying the silica in an aqueous solution of an ionizable oxide or hydroxide of the metal. 19. The method of claim 17, wherein the metal oxide is precipitated onto the precipitated silica by washing the silica wet cake with an aqueous solution of an ionizable oxide or hydroxide of the metal. 20 In a method for producing amorphous precipitated high structure silica by acidifying an aqueous sodium silicate solution with an inorganic acid, the concentrations of chloride, sulfate, and sodium ionic species in the silica are measured, and In response, an oxide of calcium is deposited on the surface of the precipitated silica from an aqueous solution of an ionizable oxide or hydroxide of calcium according to the following relationship: 4-C 1 [Cl - ]-C 2 [SO 4 = ]- C 3 [Na + ]/C 4 ≦ [Ca ++ ] (where C 1 , C 2 , C 3 and C 4 are each from 8 to 12
is a numerical coefficient varying from 1 to 3, from 9.5 to 14.5, and from −5.5 to −8.5, and Cl − ,
SO 4 = , Na + and Ca ++ are the weight percentages of said ions in the silica expressed as sodium chloride, sodium sulfate, sodium oxide and calcium oxide). A method for producing precipitated high structure silica useful for reinforcing silicone rubber. 21 The amount of calcium present on the silica is approximately 0.5 to 3% by weight, calculated as calcium oxide.
21. The method according to claim 20. 22. The method of claim 20 or claim 21, wherein the calcium oxide is precipitated onto the precipitated silica by slurrying the silica in an aqueous solution of calcium oxide or hydroxide. 23. The method of claim 20 or claim 21, wherein the calcium oxide is precipitated onto the precipitated silica by washing the silica wet cake with an aqueous solution of calcium oxide or hydroxide.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13503284A JPS6114254A (en) | 1984-06-29 | 1984-06-29 | Sedimented silica pigment for silicone rubber |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13503284A JPS6114254A (en) | 1984-06-29 | 1984-06-29 | Sedimented silica pigment for silicone rubber |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6114254A JPS6114254A (en) | 1986-01-22 |
| JPS6362550B2 true JPS6362550B2 (en) | 1988-12-02 |
Family
ID=15142346
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13503284A Granted JPS6114254A (en) | 1984-06-29 | 1984-06-29 | Sedimented silica pigment for silicone rubber |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6114254A (en) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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Family Cites Families (3)
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|---|---|---|---|---|
| US2940830A (en) * | 1955-08-23 | 1960-06-14 | Columbia Southern Chem Corp | Method of preparing silica pigments |
| NL132893C (en) * | 1960-12-24 | |||
| US4159280A (en) * | 1976-09-15 | 1979-06-26 | J. M. Huber Corporation | Therapeutic dentifrices in unlined container and methods |
-
1984
- 1984-06-29 JP JP13503284A patent/JPS6114254A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6114254A (en) | 1986-01-22 |
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