Ruße
Der wichtigste aktive Füllstoff der Gummiindustrie ist Ruß, der zur Reißfestigkeit und zur Abriebbeständigkeit des Vulkanisats beiträgt. Ein wesentliches Kriterium ist die spezifische Oberfläche des Füllstoffes. Mit Zunahme der spezifischen Oberfläche sinkt der Abrieb und die Reißfestigkeit steigt. International üblich ist die Klassifizierung von Standardrußen nach der US-amerikanischen ASTM-Norm, im Bereich der GUS-Staaten ist auch die abweichende GOST-Norm gebräuchlich.
Kurzübersicht
Flammruße
Trockener, leichter Flammruß, der durch ungenügende, kontrollierte Verbrennung von festen oder dickflüssigen Materialien, wie Anthracen, Harz, Naphthalin, Pech, Teer, Teeröl und auch aus Destillationsrückständen der Mineralölfabrikation gewonnen wird. Flammruß ist weitgehend reiner Kohlenstoff mit nur geringen Beimengungen von anorganischen Bestandteilen und Teer.
Im Gegensatz zur Kristallstruktur der thermischen Ruße besitzt Flammruß eine Blättchenform. Mischungen mit Flammrußen ergeben eine sehr gute Verarbeitbarkeit. Wegen seines feinen Korns und starken Färbevermögens wird Flammruß vor allem in Druckfarben, Wasserfarben (Aquarelle) und Tusche verwendet.
Furnaceruße
Beim Furnace-Verfahren kommen flüssige und gasförmige Kohlenwasserstoffe zum Einsatz, falls Erdgas zur Verfügung steht, wird der flüssige Rohstoff in eine aus Erdgas und erhitzter Luft erzeugte Flamme eingesprüht. Wegen der hohen Temperatur findet die Reaktion in einem mit keramischem Material ausgekleideten Ofen (Furnace) statt; davon hat das Verfahren seinen Namen erhalten. Nach der Rußbildung wird das Prozessgasgemisch durch Einsprühen von Wasser schlagartig abgekühlt, um störende Nachreaktionen zu unterbinden. Die rußhaltigen Prozessgase strömen dann zur weiteren Abkühlung durch einen Wärmetauscher, der zugleich die benötigte Prozessluft aufheizt. Diese gelangen dann in eine Schlauchfilteranlage, um die festen Rußteilchen vom Abgas zu trennen. Die Reaktionsabgase sind brennbar und werden daher in den meisten Fällen einer Nachverbrennung zugeführt. Durch ein spezielles Mischaggregat wird der Ruß in ein kugelförmiges Granulat überführt, indem Wasser und ein Bindemittel zugeführt wird. Anschließend werden die Rußpartikel im Drehrohrtrockner wieder vom Wasser befreit.
Auf Grund des Bindemittelzusatzes entstehen abriebfeste Perlen, die sich gut fördern, silieren und transportieren lassen. Zur Einarbeitung dieser nassgeperlten Ruße in eine Polymermatrix sind hohe Scherkräfte erforderlich, wie sie nur in der kautschukverarbeitenden Industrie anzutreffen sind. Hauptabnehmer von Ruß ist die Reifenindustrie, daneben ist Ruß ein wesentlicher Bestandteil von Druckertinten und Tonern, von Speziallacken und Farben.
Gasruße
Im Gasruß-Verfahren wird ein wasserstoffhaltiges Gas über ein erhitztes Öl geleitet und das mit Öldämpfen gesättigte Traggas einem Brennerrohr zugeführt, das eine Vielzahl von kleinen Brennerhütchen trägt. Die vielen kleinen Flammen schlagen gegen eine wassergekühlte Walze. Ein Teil des entstehenden Ruß scheidet sich an der Walze ab, der andere Teil gelangt in den Filter, anschließend werden die beiden Ruß-Ströme vereinigt. Die weitere Behandlung erfolgt analog dem Furnaceruß-Verfahren.
Das Gasruß-Verfahren arbeitet im Gegensatz zum Furnaceruß-Verfahren in einem nicht vollständig geschlossenen System. Während man die Rohstoffzuführung mit Hilfe des Traggasstromes und der Ölbeladung steuern kann, hat die Luft freien Zutritt. Trotz dieser Einschränkung ist das Gasruß-Verfahren bezüglich der Einstellung der Teilchengröße sehr flexibel. Die Struktur des Gasruß kann nicht gezielt verändert werden, dies ist jedoch kein Nachteil, da dieser von Haus aus eine hohe, lockere Struktur aufweist, die zu einer besonders leichten Dispergierbarkeit führt.
Die Anwendung der Gasruße liegt heute fast ausschließlich im Pigment-Bereich, nachdem sie ihre frühere Bedeutung als Laufflächenruße fast ganz verloren haben.
Leitfähige Ruße
Besitzt der Ruß kleine Primärteilchen und hat weitverzweigte Aggregate, so ermöglicht er eine elektrische Leitfähigkeit in verschiedenen Anwendungen, man spricht daher speziell von Leitruß oder Leitfähigkeitsruß. Leitfähigkeitsruß wird u. a. in der Elektroindustrie genutzt und als Rohstoff für Ingenieurkeramiken, sowie für Elektrodenmaterial verwendet. Eine spezielle Anwendung besteht in der Herstellung elektrisch leitfähiger Druckfarben, die als Sicherheitsmerkmal für Dokumente dienen. Mit diesen schwarzen, leitenden Druckfarben werden auch Leiterbahnen gedruckt.
Die elektrische Leitfähigkeit von Kautschukmischungen wird als indirekte Messmethode zur Beurteilung der Mischgüte verwendet. Die elektrische Leitfähigkeit von Kautschukmischungen wird online während des Mischprozesses am Innenmischer ermittelt. Zumeist wird die Leitfähigkeitsmessung aber erst am Ende des Mischprozesses an speziellen Probekörpern vorgenommen.
Rußdispersionen
Rußdispersionen enthalten neben Ruß Wasser und Tenside. Sie werden herstellt, indem man den Ruß und die anderen Bestandteile mittels z. B. Perlmühlen und Ultraschallmühlen in Wasser dispergiert. Wässrige Rußdispersionen werden hauptsächlich zur Herstellung von Farben, Druckfarben oder auch direkt als Tinten in Tintenstrahldruckern (Ink-Jet) eingesetzt.
In der kautschukverarbeitenden Industrie besteht ein direkter Zusammenhang zwischen dem Dispersionskoeffizienten und den mechanischen Eigenschaften von Vulkanisaten mit unterschiedlichen Rußtypen gleichen Rußvolumenanteils. Der effektive Rußvolumenanteil wird über den Dispersionskoeffizienten sowie einem Ansatz zur Berechnung des Volumenanteils der im Lichtmikroskop nicht sichtbaren Agglomerate bestimmt.
Flüssigkeiten
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Thermalruße
Eine Thermalrußanlage besteht aus zwei Reaktoren, die abwechselnd mittels eines Erdgas/Luft-Gemisches auf ca. 1.300 °C aufgeheizt und anschließend mit reinem Erdgas beschickt wird. Nach einigen Minuten bildet sich aus Methan Ruß und Wasserstoff. Der Ruß wird in Filtern abgeschieden, der Wasserstoff dient zum Aufheizen der Reaktoren. Aufgrund der relativ langen Verweilzeit entstehen grobteilige Ruße mit Partikelgrößen zwischen 150 und 500 µm. Thermalruße sind aufgrund des hohen Energiebedarfs wesentlich teurer als Furnaceruße.
Thermalruße haben eine geringe verstärkende Wirkung und ergeben Vulkanisate mit niedriger Härte und niedrigem Druckverformungsrest. Die mit Thermalruß gefüllten Kautschukmischungen haben auch bei hohen Füllgraden sehr gute Verarbeitungseigenschaften.