200613. lajstromszámú szabadalom • Eljárás kormok felületi jellemzőinek módosítására
1 HU 200613 B 2 A találmány tárgya eljárás 140 m2/g-nál nagyobb fajlagos felületű korom kezelésére oly módon, hogy a kormot érintkezésbe hozzuk egy szerves adszorbeátummal, - mely 4-16 szénatomot tartalmazó egyenes láncú alkán, alkil-amin, alkil-halogenid vagy alkil-alkohol - majd felületkezelt kormot szárítjuk. A kormokat szénhidrogéneknek igen magas hőmérsékleten történő hőbontásával állítják elő. Az így előállított kormok gyakorlatilag kolloid méretű és nagy fajlagos felületű, agglomerált elemi szénrészecskékből állnak. Az előállítás módjától és a gyártáshoz felhasznált nyersanyagoktól függetlenül a kormoknak sok hasonló tulajdonságuk van. Az egyes koromtípusok közötti különbség nem annyira fajtákat, mint inkább fokozatokat jelent, és olyan jellemzőkön alapul, mint például a részecskék mérete, fajlagos felület, a részecskék felületének kémiai összetétele és a részecskék közötti agglomerációs hajlam mértéke. A koromrészecskék általában porózusak, így „külső” és „belső” felületük is van. A kormokat az általában adszorpciós módszerekkel mért fajlagos felület alapján osztályozzák. A kormok felhasználásával készült termékek különböző teljesítmény-jellemzőit erősen befolyásolja az alkalmazott korom belső és/vagy külső fajlagos felülete. Az 1 537 379 számú angol szabadalom - kezelési eljárást ismertet, illetve egy olyan eljárást, mellyel bevonóanyagok színezőképessége megjavítható. A leírás szerint korom-pigmentek színezőképessége a bevonóanyagban megnövelhető, ha a pigment diszpergálásával egyidőben hozzáadnak az elegyhez kismennyiségű szerves vassót, cirkőniumsót vagy ezek keverékét. A leírásban azonban nincs szó arról, hogy a színezőképesség összefüggne a korom porozitásúval. A kormokat széleskörűen használják olyan célra, hogy polimer részecskéket vezetőképessé tegyenek. Az elektrosztatikus feltöltódés és a robbanásveszély minimalizálása céljából vezetőképes keverékekből készült lemezeket, hevedereket, tömlőket és sajtolt cikkeket (préstermékeket) használnak pl. a bányákban, kórházakban és más olyan helyeken, ahol oldószergőzök vagy oxidálószerek gyűlhetnek fel. A huzal- és kábelipar területén vezetőképes kormot tartalmazó keveréket alkalmaznak a fémből készült vezetékszál árnyékolására. Viszont ha polimer rendszerekbe kormot keverünk be, megnövekedhet a keverék nedvesség-abszorpciója, vagyis a keverék által megkötött nedvesség menynyisége. Vezetőképes polimerekben a keverék vízmegkötő képességének növekedése legalább két fontos problémát okoz. Az egyik az, hogy az extrudálás során - ahol a hőmérséklet meghaladhatja a 100 °C-ot - a keverékben megkötött víz elpárologhat, s ezáltal az extrudátum felületén hólyagok képződnek, melyek szigetelési „gyenge pontok" forrásaivá válhatnak. A másik probléma, hogy a keverékben megkötött nedvesség maga is átütést okozhat egy olyan jelenség révén, amit a szakmában faalakú kisülésnek neveznek. (A leíró jellegű „faalakú kisülés” kifejezés az átütési útvonalak mikroszkóppal észlelhető képéből származik.) Ha polimerekbe bizonyos vezetőképes kormokat keverünk be. a keverék vízmegkötő képességének növekedése elsősorban a korom mikroporozitásának tulaji donítható. A jelen találmány tárgya egy olyan eljárás, mellyel a korom mikroporozitását szelektíve módosíthatjuk úgy, hogy a kormot valamilyen szerves adszorbeátummal kezeljük. Ez az anyag megkötődik a kormon, és egy bizonyos mérettartományban hatásosan blokkolja annak míkropórusait, ugyanakkor a keverék egyéb tulajdonságait nem befolyásolja károsan. Az tapasztaltuk, hogy a kormot egy adott molekulaméretű adszorbeátummal kezelve kitölthetők azok a pórusok, amelyeknek átmérője az adott mérettartományba esik, s így ezek a pórusok a nedvesség abszorpciójával szemben hatásosan blokkolódnak. Az adszorbeátum molekulái erősen megkötődnek a korom felületén, így a szokásos kezelési, tárolási és felhasználási körülmények között nem szabadulnak fel. Elméleti megfontolások szerint az ilyen kicsiny pórusokban jelenlevő, egymást átfedő potenciálterek olyan nagy energiával kötik meg a molekulákat, hogy azok nehezen távolíthatók el a mikropórusokból. A találmány szerinti eljárás hatásosan alkalmazható minden olyan koromtípusnál, melynek felületi mikroszerkezetében jelentős mennyiségű mikropórus található azon mérettartományban, mely a a vízmolekulák számára áthatolható. Megjelenési formájukat tekintve a kormok lehetnek pelletizáltak vagy laza (pelyhes) szerkezetűek. A találmány szerinti kezelés kedvező eredménnyel jár a nagy fajlagos felületű kemencekormoknál (melyeknek nitrogén-adszorpcióval meghatározott fajlagos felülete [NzSA] nagyobb mint 140 m2/g), minthogy ezek a kormok jelentős mennyiségű mikropórust tartalmaznak a fenti mérettartományban. Előnyösen kezelhetők a találmány szerinti eljárással az olyan kemencekonmok, melyeknek NiSA értéke 200 és 260 m2/g közé esik. A találmány táraya tehát eljárás nitrogénnel meghatározott 140 m-/g-nál nagyobb fajlagos felületű kemencekorom felületi tulajdonságainak módosítására, oly módon, hogy a komiot érintkezésbe hozzuk a korom összmennyiségére vonatkoztatva 0,5-5 t% mennyiségű szerves adszorbeátummal - mely 4-16 szénatomot tartalmazó, egyenes láncú alkán, alkil-amin, alkil-halogenid vagy alkil-alkohol - majd a nem adszorbeálódott és/vagy feleslegben lévő szerves adszorbeátum eltávolítására a felületkezelt kormot szárítjuk. Az eljárás során alkalmazott adszorbeátum lehet bármely 4-16 szénatomból álló alkán vagy szubsztituált alkán (így aminok, halogenidek és alkoholok) mint például az n-oktán, n-amino-oktán, n-hexanol, n-bróm-oktán, n-klór-oktán,4-metil-heptán, 2,5-dimetiI-heptán, 2,3,4-trimetil-pentán, 2,2,4-trimetil-pentán, hexametil-pentán, 2,2,4-trimetil-pentán, hexametil-etán, n-nonán, n-dekán. n-dodekán és az 1,3-diklór-propán. A kezelés hatékonysága és e hatásnak a hőközléssel járó feldolgozási folyamatok során való megőrzése érdekében előnyösen olyan adszorbeátumokat alkalmazunk, melyeknek egyenes lánca legalább 10 szénatomból áll. Különösen előnyösen alkalmazhatók a 10-16 szénatomszámú n-alkánok, melyeknek hőstabilitása meghaladja a 250 “C-ot (523 °K). Az adszorbeátumokat különféle módon vihetjük fel a korom felületére, azaz többféle ismert módon hozhatjuk érintkezésbe a kezelendő korommal. A kezelés rendszerint egyszerűen annyiból áll, hogy az adszorbeátum meghatározott mennyiségét egy alkal-5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
