13Fuellstoffe

1.3 Füllstoffe

1.3.1 Ruße:

Herstellung 1. Furnance-Verfahren ; Rußbezeichnung (--F): Struktur von SAF-Ruß:

Verbrennung von Öl mit Flammen-Quenching mit Wasser; Ausbeute 70 bis 25 %

Herstellung 2. Thermal-Verfahren Rußbezeichnung (- T): Struktur von MT-Ruß:

Zersetzung von Methan unter Luftausschluss: CH₄ ¾¾® C + 2 H₂

In unbedeutenden Mengen sind Channel-Ruße Rußbezeichnung (- - C) im Einsatz, insbesondere als Farbruße.

Oberflächenstruktur von Rußen

Ruße werden unterschieden nach

Teilchengröße in nm

Oberflächenstruktur in m²/g

Die Rußstruktur ergibt sich aus dem Herstellungsprozess:

Thermalruße haben eine grobe, kugelförmige Struktur

Furnanceruße bilden kleine kugelförmige Partikel, die zu Ketten agglomerieren. Die Ketten bilden ihrerseits Agglomerate.

Ruße gleicher Teilchengröße können unterschiedliche Struktur aufweisen:

Low Structure (LS), Normal Structure und High Structure (HS)

Die Für Kautschuke relevante Rußstruktur wird durch Adsorption von Dibutylphthalat (DBP, einem Weichmacheröl) ermittelt. Die theoretische Rußstruktur entspricht der N₂-Absorption nach BET oder der Iodabsorption.

Mechanische Beanspruchungen von Ruß und Kautschukmischung führen zum Abbau der Rußstruktur und zur Reduzierung der Teilchengröße durch Scherung sowie zum Aufbau der Teilchengröße durch Druck. Hierdurch sinkt die Rußaktivität und somit die Härte, der Modul (Spannung bei definierter Dehnung) und die Festigkeit der Vulkanisate ebenso wie die elektrische Leitfähigkeit.

Rußtypen (Füllstoffruße)

Die Bezeichnung der Rußtypen richtet sich weltweit nach der US-Norm ASTM. Listung nach abnehmender Teilchengröße:

US-Bezeichnung	Abkürzung	ASTM	Bemerkung
(Farbruße)	--	---	hoch el. leitfähig
Super Abrasion Furnance	SAF	N 110	hoch abriebfest
Intermediate S.A.F.	ISAF	N 220	z.B. Reifenlaufflächen
ISAF - Low Modulus	ISAF-LM	N 234	besser einmischbar
High Abrasion Furnance	HAF	N 330	-
HAF - Low Structure	HAF-LS	N 326	z.B. Haftmischungen
HAF - High Structure	HAF-HS	N 347	verstärkt wie N220
Super Conductive Furnance	SCF	N 294	elektrisch leitfähig
Extra Conductive Furnance	XCF	N 472	durch Farbruße ersetzt
Fine Furnance	FF	N 440	nur in den USA
Fast Extrusion Furnance	FEF	N 550	z.B. Profile, Dichtungen
FEF - Low Structure	FEF-LS	N 539	-
FEF - High Structure	FEF-HS	N 568	-
General Purpose Furnance	GPF	N 660	z.B. Karkassenruß
High Modulus Furnance	HMF	N 601	nur in den USA
Semi Reinforcing Furnance	SRF	N 770	technische Artikel
SFF - Low Modulus non staining	SRF-LM-NS	N 762	nicht verfärbende technische Artikel
Multi Processing Furnance	MPF	N 785	selten
Fine Thermal	FT	N 880	vorwiegend in USA
Medium Thermal	MT	N 990	inaktivster Ruß
Für Kautschuke sind kaum im Einsatz (vorwiegend Farbruße):
Conductive Channel	CC
Easy Processing Channel	EPC	S 300	(langsam vulkanisieerend = slow)
Medium Processing Channel	MPC	S 301	(langsam vulkanisieerend = slow)

Verstärkungswirkung von Füllstoffen in SBR

Verstärkungswirkung durch Zugabe von 10 pphr Füllstoff in SBR:

0 = kein Härteanstieg
10 = Härteanstieg um ca. 10 Punkte Shore A - Härte

Füllstoff	Typ	Teilchengröße in nm	Verstärkungswirkung	spez. Oberfläche m²/g
Ruße	N 990	470	1	<10
-"-	N 770	60-80	3	17-33
-"-	N 660	50	4	26-42
-"-	N 550	40	5	36-52
-"-	N 330	29	6	70-90
-"-	N 220	23	7	110-140
-"-	N 110	20	8	125-155
hochleitfähiger Ruß	-	10	10	>200
Kieselsäure (Silica)	Vulkasil S (Ultrasil VN3)	-	5	-
-"-	Aerosil	-	7	-
Calciumsilikat	Sillitin N8	-	3	-
Metalloxide	Kaoline (Al₂O₃)	-	1-3	-
Carbonate	Kreide (CaCO₃)	-	1-2	-

Weichmacher	aromatisch, naphthenisch	-	-4 (erweichend)	-
-"-	paraffinisch	-	-5	-
Syntheseöle	DOP, DOA, DOS	-	-5	-

Rezeptur: Kautschuk 100 pphr (oder phr) mit Zusatz von
Füllstoffen, Weichmacher, Chemikalien in Teile pro 100 pphr Kautschuk

Verstärkungswirkung von Rußen in SBR 1500 und in NR:
Reißfestigkeit in N/mm²
Masseteile Ruß in pphr

1.3.2 Zusammenfassung: Füllstoffe in Kautschukmischungen

Art	Dichte	Handelsname	Einsatz
Ruße	1,8	ASTM-Norm	allgemein, schwarz
Kieselsäuren	1,95	Vulkasil S, N	aktiver heller Füllstoff, unter Zusatz von Aktivatoren (Silanen oder Siloxanen)
Kieselsäuren	2,0	Aerosil	hochaktiver heller Füllstoff
Calciumsilikate	2,2	Sillitin N8	halbakt. heller Füllst.
Aluminiumsilikate	2,1	Kaoline, weich	halbakt. heller Füllst.
Aluminiumsilikate	2,1	Kaoline, hart	gering aktiver heller Füllstoff
Talkum	2,8	Micron Vapor	Gleitwirkung, Diffusion, Streckmittel
Calciumcarbonat	2,6	Kreide	Streckmittel
Bariumsulfat	4,5	Baryt	Streckmittel, Geräuschdämmung
Bleioxide	4 - 9,4	Litharge	Geräuschdämmung, Strahlenabsorption
Metall	wie Blei, Aluminium, Eisen	-	spezielle Eigenschaften
Holzmehl / Holzfasern	1,1	-	Anisotrope Artikel
Kurzschnittfasern	1-2,5	-	Anisotrope Artikel, Keilriemen

1.3.3 Weichmacher in Kautschukmischungen

Art	Eigenschaft	in Elastomer	Dosierung in pphr
Mineralöle paraffinisch naphthenisch aromatisch	Verarbeitungshilfe Streckmittel Streckmittel, Konfektionshilfe (Tack)	unpolare, EPDM gering polar, SBR polar bis gering polar, CR, SBR	bis 70 bis 70 bis 70
Syntheseöle Phthalate wie DOP, Dioctylphthalat DINP Dioctyladipat DOA Dioctylsebacat DOS Phosphorsäureester Sulfonsäureester, Mesamoll Chlorkohlenwasserstoffe	Streckmittel, Kälteflexibilität Kälteflexibilität bei optimaler Hitzebeständigkeit Flamminhibitoren für Lebensmittel- Bedarfsgegenstände Flammschutz bis 42 % Chloranteil	polare Kautschuke polare Kautschuke polare Kautschuke polare Kautschuke polare Kautschuke polare Kautschuke alle Kautschuke	bis 30 bis 30 bis 30 bis 30 bis 30 bis 30 bis 30
Pflanzliche Öle wie Palmöl	Verarbeitungshilfe	alle Kautschuke	bis 15

1.3.4 Faktis

Aus der "Alchemie" der Kautschuksynthese stammt der Faktis: mit Schwefel (Schwefelfaktis) und weiteren Zusatzstoffen bei 140-160 °C vernetzte Mineral- und ungesättigte Pflanzenöle. Diese Produkte, hell oder dunkel, haben Kautschuk ähnliche Eigenschaften und werden als Verarbeitungshilfsmittel, zur Veränderung des Quellverhaltens des Gummis, zur Beeinflussung des pH-Wertes der Mischung und zur Senkung des Mischungspreises eingesetzt. Die Verwendung von Faktis ist in den letzten Jahrzehnten zurückgegangen.

1.4 Chemikalien für Kautschukmischungen