Modeling and Practice of Ethanol-Devolatilization of Silica-Silane Rubber Compounds in an Internal Mixer

11/2007 November

During mixing of a silica-silane rubber compound, the mixer is not only used for dispersion, but also for a chemical reaction. A good dispersion is reached by high shearing forces, preferably applied at lower temperatures, whereas the reaction rate of the silanization is increased with increasing temperature, but at the expense of scorch safety. Another limiting factor for the silanization reaction is the ethanol concentration, requiring effective devolatilization of the compound. A model for the devolatilization of a silica compound in an internal mixer is theoretically derived and experimentally verified. The most important factors are identified: the frequency of surface renewal and the surface- to-volume ratio of the compound as well as a low ethanol pressure in the void space of the mixer are the main contributors.

Entfernung von Ethanol aus Kieselsäure-Silan-Mischungen im Innenmischer – Theorie und Praxis
Bei der Herstellung von Kieselsäuremischungen muss nicht nur eine gute Dispersion, sondern auch eine schnelle Silanisierungsreaktion gewährleistet sein. Eine gute Dispersion wird durch hohe Scherkräfte bei niedriger Verarbeitungstemperatur erreicht, während die Silanisierungsreaktion durch höhere Temperaturen beschleunigt wird. Ein weiterer Einflussfaktor ist die Ethanolkonzentration: Die Entfernung von Ethanol aus der Mischung und aus der Gasphase ist ein wichtiger Faktor. Die Entgasung einer Kieselsäuremischung im Innenmischer wurde theoretisch modelliert und experimentell überprüft. Als wichtigste Einflussfaktoren auf die Silanisierungsreaktion wurden die relative Oberfläche sowie die Frequenz der Oberflächenerneuerung der Mischung und eine niedrige Ethanolkonzentration identifiziert.