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PROCEDE DE PREPARATION DES DERIVES DE NOIR DE FUMEE CONTENANT DU SOUFRE.
On sait que le noir de fumée est employé pour différents usages techniques, par exemple comme matière de charge pour le caoutchouc, On a constaté que les propriétés du noir de fumée ou de substances analogues peu- vent être modifiées de différentes manières et adaptées aux divers usages, lorsque l'on fait réagir le noir de fumée avec du soufre ou bien avec des substances génératrices de soufre. On a constaté, de façon étonnante, que le noir de fumée entre en liaison stable avec le soufre, qui ne peut être dis- sout par les procédés ordinaires tel que le traitement par des agents solvants de soufre ou par le chauffage sous vide. La réaction du noir de fumée avec le soufre ou les substances génératrices de soufre peut être exécutée de multi- ples manières, par exemple par chauffage commun de noir de fumée et de soufre.
Des températures supérieures à 200 sont déjà suffisantes à cet effet, mais on emploie de préférence des températures de 300 - 350 . La réaction est gé- néralement déjà terminée après une durée relativement courte, et est accompa- gnée, au moins partiellement, d'une émission d'hydrogène sulfuré. La mesure d'absorption de soufre dépend de la nature du noir de fumée employé. C'est ainsi par exemple que les noirs de fumée actifsde gaz, comme ceux produits par exemple par le procédé aux cylindres, absorbent 6 - 7 % de soufre. Les noirs de fumée de flamme légers se comportent de manière analogue, tandis que les noirs de fumée de flamme lourde ne peuvent absorber que des quantités con- sidérablement inférieures, par exemple 2 - 3 % de soufre.
Comme substances génératrices de soufre entrent en ligne de compte en premier lieu les polysulfures, ensuite des composés, tels que le sulfure de carbone, éventuellement aussi des composés organiques de soufre.
On adaptera de préférence l'addition de soufre ou des substances génératrices de soufre au pouvoir d'absorption du noir de fumée, de manière
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telle qu'après le traitement il n'y ait pratiquement plus de soufre en excès.
Cependant il est également possible de travailler avec un excès de soufre ou de substances génératrices de soufre, et d'éliminer l'excès après l'opéra- tion, par exemple par chauffage sous vide ou dans un courant d'azote.
Suivant une autre forme d'exécution de l'invention le soufrage du noir de fumée peut également avoir lieu en faisant passer des vapeurs de soufre au-dessus du noir de fumée, à des températures plus élevées. Si on applique une température qui est inférieure au point d'ébullition du soufre sous pression normale, il est nécessaire d'employer pour les vapeurs de soufre un gaz porteur inerte, par exemple de l'azote, ou de travailler sous vide.
Le procédé suivant l'invention peut être exécuté avantageusement dans des appareils tels qu'un tube rotatif ou une vis mélangeuse.
Comme éléments de construction pour ces appareils les métaux lé- gers ou leurs alliages, de préférence l'aluminium, ont donné d'excellents résultats.
Suivant une autre forme d'exécution du procédé, le noir de fumée qui doit être traité peut être mis en réaction avec une solution de soufre, par exemple dans du sulfure de carbone. On a constaté à cet effet qu'il était préférable de travailler à des températures comprises par exemple entre 150 et 200 , en appliquant des surpressions. Après la réaction le solvant peut être éliminé de manière connue en soi par distillation.
EXEMPLES.-
1.- Du noir de fumée de gaz est chauffé avec du soufre, dans un rapport de 10 : 1, pendant deux heures dans un tube tournant en aluminium, à 350 . Tandis que s'échappe de l'hydrogène sulfuré, des quantités considé- rables de soufre sont absorbées, de sorte que le produit de la réaction con- tient approximativement 7 % de soufre combiné.
2.- Du noir de fumée de gaz est chauffé avec du polysulfure alca- lin dans le rapport de 20 :1 de la même manière que dans l'exemple 1. Le produit de la réaction est ajouté à l'eau en vue de l'extraction de l'alcali et ensuite lavé à l'acide chlorhydrique dilué. Après le séchage, le produit de réaction obtenu contient 6,5 % de soufre.
3.- Dans une vis mélangeuse-agitatrice, du noir de fumée de flam- me lourd est exposé, à 325 , à des vapeurs de soufre, obtenues par passage d'azote à travers une fonderie de soufreà 300 . Le traitement a lieu dans le contre-courant de telle sorte que le noir de fumée soufré obtenu ne doit plus subir de traitement ultérieur. Il contient 2,5 % de soufre.
Les dérivés de noir de fumée à teneur en soufre ainsi obtenus sont des substances de charge précieuses pour le caoutchouc et pour des plas- tomères analogues à du caoutchouc. La liaison du soufre au noir de fumée fa- vorise considérablement l'opération de vulcanisation, sans doute grâce au fait que le caoutchouc forme un pont entre la molécule de caoutchouc et la substance de charge. La vulcanisation peut ainsi avoir lieu avec des quanti- tés moindres d'accélérateur et éventuellement aussi de substance de charge, tout en obtenant un produit vulcanisé ayant les mêmes caractéristiques méca- niques.
De tels noirs de fumée soufrés peuvent aussi être appliqués a- vantageusement à des matières synthétiques, surtout celles qui contiennent du soufre (par exemple Faktis). Pour d'autres applications de noir de fumée également, par exemple pour la fabrication de laques et de couleurs, les pro- priétés peuvent être influencées avantageusement par l'emploi des produits préparés suivant le procédé de la présente invention.
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PROCESS FOR PREPARING DERIVATIVES OF BLACK FUME CONTAINING SULFUR.
It is known that carbon black is used for different technical uses, for example as a filler for rubber. It has been found that the properties of carbon black or similar substances can be modified in different ways and adapted to different uses, when carbon black is reacted with sulfur or with sulfur-generating substances. It has surprisingly been found that carbon black enters into a stable bond with sulfur, which cannot be dissolved by ordinary methods such as treatment with sulfur solvents or by heating under vacuum. The reaction of carbon black with sulfur or sulfur generating substances can be carried out in a number of ways, for example by common heating of carbon black and sulfur.
Temperatures above 200 are already sufficient for this purpose, but temperatures of 300 - 350 are preferably used. The reaction is usually already completed after a relatively short time, and is accompanied, at least partially, by the emission of hydrogen sulphide. The extent of sulfur absorption depends on the nature of the carbon black used. Thus, for example, active gas carbon blacks, such as those produced for example by the roll process, absorb 6 - 7% sulfur. Light flame smoke blacks behave in a similar manner, while heavy flame smoke blacks can only absorb considerably smaller amounts, eg 2 - 3% sulfur.
Polysulphides are considered as sulfur-generating substances first, followed by compounds, such as carbon disulphide, and possibly also organic sulfur compounds.
The addition of sulfur or sulfur-generating substances will preferably be adapted to the absorption capacity of the carbon black, so
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such that after the treatment there is hardly any excess sulfur.
However, it is also possible to work with an excess of sulfur or sulfur-generating substances, and to remove the excess after the operation, for example by heating under vacuum or in a stream of nitrogen.
According to another embodiment of the invention, the sulfurization of the carbon black can also take place by passing sulfur vapors over the carbon black, at higher temperatures. If a temperature is applied which is lower than the boiling point of sulfur under normal pressure, it is necessary to use for the sulfur vapors an inert carrier gas, for example nitrogen, or to work under vacuum.
The method according to the invention can advantageously be carried out in devices such as a rotary tube or a mixing screw.
Light metals or their alloys, preferably aluminum, have given excellent results as structural elements for these devices.
According to another embodiment of the process, the carbon black which is to be treated can be reacted with a solution of sulfur, for example in carbon disulphide. It has been found for this purpose that it is preferable to work at temperatures of for example between 150 and 200, by applying overpressures. After the reaction, the solvent can be removed in a manner known per se by distillation.
EXAMPLES.-
1.- Gas carbon black is heated with sulfur, in a ratio of 10: 1, for two hours in a rotating aluminum tube, to 350. As hydrogen sulfide escapes, considerable amounts of sulfur are absorbed so that the reaction product contains approximately 7% combined sulfur.
2.- Gas carbon black is heated with polysulfide alkaline in the ratio of 20: 1 in the same manner as in Example 1. The reaction product is added to water for the preparation. 'extracting the alkali and then washing with dilute hydrochloric acid. After drying, the reaction product obtained contains 6.5% sulfur.
3.- In a mixer-stirrer screw, heavy flame carbon black is exposed, at 325, to sulfur vapors, obtained by passing nitrogen through a sulfur foundry at 300. The treatment takes place in the countercurrent so that the sulfurized carbon black obtained does not have to undergo further treatment. It contains 2.5% sulfur.
The sulfur-containing carbon black derivatives thus obtained are valuable fillers for rubber and for rubber-like plastomers. The binding of sulfur to carbon black considerably aids the vulcanization process, presumably because the rubber forms a bridge between the rubber molecule and the filler. The vulcanization can thus take place with less amounts of accelerator and possibly also of filler substance, while obtaining a vulcanized product having the same mechanical characteristics.
Such sulfur smoke blacks can also be applied advantageously to plastics, especially those which contain sulfur (eg Faktis). For other applications of carbon black as well, for example in the manufacture of lacquers and colors, the properties can be favorably influenced by the use of the products prepared according to the process of the present invention.