CN100445260C - 化合物及含有该化合物的组合物 - Google Patents
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Abstract
本发明提供下述通式(1)表示的化合物及以该化合物为主要成分的组合物,该化合物与橡胶配合得到的橡胶组合物可以在保持加工性和高耐湿热粘接性的同时,高度抑制配合间苯二酚或RF树脂时出现的起霜,减少该橡胶组合物贮藏中的粘接性降低,显示稳定的粘接性。式中,R表示碳原子数为1~16的2价脂肪族基团。
Description
技术领域
本发明涉及一种新型组合物或化合物,该组合物能够提高与用于充气轮胎或工业用皮带等橡胶制品的钢丝等金属加强材料的粘接耐久性,更详细而言,本发明涉及具有特殊结构的化合物及以该化合物为主要成分的组合物,该化合物与橡胶配合时得到的橡胶组合物的加工性良好,并且不论该橡胶组合物的贮藏时间的长短,对金属加强材料都能稳定地显示出初期粘接性及耐湿热粘接性。
背景技术
汽车用轮胎、传送带、软管等特别要求强度的橡胶制品中,以加强橡胶,提高强度、耐久性为目的,使用由橡胶组合物包覆钢丝等金属加强材料制成的复合材料。为使该橡胶-金属复合材料发挥较高的加强效果取得可靠性,橡胶-金属加强材料间不被混合、配合、贮藏等条件左右的稳定的粘接是必须的。为得到该复合体,广泛采用所谓直接硫化粘接,即,将电镀有锌、黄铜、黄铜(真)等的钢丝等金属加强材料埋设在配合有硫磺的橡胶组合物之中,加热硫化时,在橡胶硫化的同时使之粘接,到目前为止针对提高该直接硫化粘接中的橡胶-金属加强材料间的粘接性、特别是耐湿热粘接性进行了各种探讨。
例如,有报道公开了一种为提高耐湿热粘接性而配合间苯二酚、或间苯二酚与甲醛水溶液缩合得到的间苯二酚-甲醛树脂(以下简称“RF树脂”)制成的橡胶组合物(特开2001-234140号公报)。通过配合RF树脂,钢丝和橡胶的耐湿热粘接性确实显著提高。
然而,因为间苯二酚或RF树脂的极性非常高,所以欠缺与橡胶的相溶性,因混合、配合、贮藏等条件的不同,间苯二酚或RF树脂会析出,即引起所谓的起霜,让人担心会损坏橡胶制品的外观。另外,因为引发起霜,所以如果从配合该橡胶组合物到硫化粘接,经长时间贮藏,就会产生粘接性下降的问题,所以必须使配合有间苯二酚或RF树脂的橡胶组合物迅速地硫化粘接,而且很有可能会降低橡胶制品的生产率。
另外,公开了一种粘接材料,该粘接材料由重均分子量为3000~45000、含有间苯二酚骨架的混合聚酯构成(特开平7-118621号公报)。然而,分子量大的混合聚酯与RF树脂相比,虽然与橡胶的相溶性有所改善,但仍然不能完全满足要求。而且,如果将高分子量的混合聚酯与橡胶配合,则存在配合橡胶的粘度增加、加工性降低的问题,耐湿热粘接性也不充分。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有特殊结构的化合物及以该化合物为主要成分的组合物,该化合物与橡胶配合得到的橡胶组合物可以保持加工性和高耐湿热粘接性,同时高度抑制与间苯二酚或RF树脂配合时出现的起霜,减少该橡胶组合物贮藏中的粘接性降低,显示优越的粘接稳定性。
本发明人等为完成前述课题专心讨论,结果发现,通过在橡胶中配合特定结构的化合物或以该化合物为主要成分的组合物,能够在维持与间苯二酚或RF树脂同等或更高的耐湿热粘接性的同时,保持作为间苯二酚或RF树脂存在的问题的与橡胶配合所得的橡胶组合物的加工性,并且抑制起霜的发生,不论配合、贮藏等的条件如何,都能显示优越的粘接稳定性,从而完成了本发明。
即,本发明涉及
(I)下述通式(1)表示的化合物;
(式中,R表示碳原子数为1~16的2价脂肪族基团。)
(II)如前述(I)所述的化合物,其中,上述通式(1)表示的化合物为下述通式(2)表示的化合物;
(式中,R表示碳原子数为1~16的2价脂肪族基团。)
(III)一种组合物,该组合物的组成如下:上述通式(2)表示的化合物为60~100重量%,下述通式(3)表示的且n=2的化合物为0~20重量%,下述通式(3)表示的且n=3的化合物为0~10重量%,下述通式(3)表示的且n=4~6的化合物总量为0~10重量%(但,该组合物不包括上述通式(2)表示的化合物为100重量%的纯物质)。
(式中,R表示碳原子数为1~16的2价脂肪族基团,n表示2~6的整数。)
本发明能够提供一种化合物及以该化合物为主要成分的组合物,该化合物与橡胶配合所得的橡胶组合物可以在维持加工性和高耐湿热粘接性的同时,高度抑制配合间苯二酚或RF树脂时出现的起霜,减少在该橡胶组合物贮藏中的粘接性降低,稳定地显示出粘接性。
具体实施方式
以下对本发明进行详细的说明。本发明化合物的特征为由上述通式(1)表示。通式(1)中的R表示碳原子数为1~16的2价脂肪族基团。作为通式(1)表示的化合物,例如可以举出通式(2)表示的化合物,通式(2)中的R与通式(1)中的R的定义相同。
此处,作为碳原子数为1~16的2价脂肪族基团,例如可以举出,亚甲基、亚乙基、亚丁基、异亚丁基、亚辛基、2-乙基亚己基等直链或支链的亚烷基,1,2-亚乙烯基(ethenylene group)、亚丁烯基、亚辛烯基等直链或支链亚链烯基,羟基或氨基等取代基取代上述亚烷基或亚链烯基的氢原子得到的亚烷基或亚链烯基,亚环己基等脂环基。其中,如果从容易购入等方面考虑,优选碳原子数为2~10的亚烷基,特别优选亚乙基、亚丁基、亚辛基。
作为通式(1)表示的化合物的具体例,可以举出丙二酸二(2-羟基苯基)酯、琥珀酸二(2-羟基苯基)酯、反丁烯二酸二(2-羟基苯基)酯、顺丁烯二酸二(2-羟基苯基)酯、苹果酸二(2-羟基苯基)酯、衣康酸二(2-羟基苯基)酯、柠康酸二(2-羟基苯基)酯、己二酸二(2-羟基苯基)酯、酒石酸二(2-羟基苯基)酯、壬二酸二(2-羟基苯基)酯、癸二酸二(2-羟基苯基)酯、环己烷二羧酸二(2-羟基苯基)酯、丙二酸二(3-羟基苯基)酯、琥珀酸二(3-羟基苯基)酯、反丁烯二酸二(3-羟基苯基)酯、顺丁烯二酸二(3-羟基苯基)酯、苹果酸二(3-羟基苯基)酯、衣康酸二(3-羟基苯基)酯、柠康酸二(3-羟基苯基)酯、己二酸二(3-羟基苯基)酯、酒石酸二(3-羟基苯基)酯、壬二酸二(3-羟基苯基)酯、癸二酸二(3-羟基苯基)酯、环己烷二羧酸二(3-羟基苯基)酯、丙二酸二(4-羟基苯基)酯、琥珀酸二(4-羟基苯基)酯、反丁烯二酸二(4-羟基苯基)酯、顺丁烯二酸二(4-羟基苯基)酯、衣康酸二(4-羟基苯基)酯、柠康酸二(4-羟基苯基)酯、己二酸二(4-羟基苯基)酯、酒石酸二(4-羟基苯基)酯、壬二酸二(4-羟基苯基)酯、癸二酸二(4-羟基苯基)酯、环己烷二羧酸二(4-羟基苯基)酯等。
其中,优选丙二酸二(3-羟基苯基)酯、琥珀酸二(3-羟基苯基)酯、反丁烯二酸二(3-羟基苯基)酯、顺丁烯二酸二(3-羟基苯基)酯、苹果酸二(3-羟基苯基)酯、衣康酸二(3-羟基苯基)酯、柠康酸二(3-羟基苯基)酯、己二酸二(3-羟基苯基)酯、酒石酸二(3-羟基苯基)酯、壬二酸二(3-羟基苯基)酯、癸二酸二(3-羟基苯基)酯、环己烷二羧酸二(3-羟基苯基)酯,特别优选琥珀酸二(3-羟基苯基)酯、己二酸二(3-羟基苯基)酯、癸二酸二(3-羟基苯基)酯。
通式(1)表示的化合物的制备方法没有特殊的限定,例如,可以使下述通式(4)表示的二酰卤化物和下述通式(5)表示的化合物在碱存在或不存在的条件下反应而制得。
(式中,R表示碳原子数为1~16的2价脂肪族基团,X表示卤原子。)
通式(4)中的R与前述通式(1)中的R的定义相同,X表示卤原子。作为卤原子,优选氯原子或溴原子。
作为通式(4)表示的化合物,可以举出,丙二酰二氯、琥珀酰二氯、反丁烯二酰二氯、顺丁烯二酰二氯、戊二酰二氯、己二酰二氯、辛二酰二氯、壬二酰二氯、癸二酰二氯、1,10-癸烷二酰二氯、1,12-十二烷二酰二氯、1,16-十六烷二酰二氯等脂肪族二酰二氯,环己烷二酰二氯、环己烯二酰二氯等脂环族二酰二氯,丙二酰二溴、琥珀酰二溴、反丁烯二酰二溴、顺丁烯二酰二溴、戊二酰二溴、己二酰二溴、辛二酰二溴、壬二酰二溴、癸二酰二溴、1,10-癸烷二酰二溴、1,12-十二烷二酰二溴、1,16-十六烷二酰二溴等脂肪族二酰二溴,环己烷二酰二溴、环己烯二酰二溴等脂环族二酰二溴,其中优选丙二酰二氯、琥珀酰二氯、己二酰二氯、壬二酰二氯、癸二酰二氯、丙二酰二溴、琥珀酰二溴、己二酰二溴、壬二酰二溴、癸二酰二溴等。
另一方面,作为通式(5)表示的化合物,可以举出,邻苯二酚、间苯二酚及对苯二酚。
作为通式(4)表示的化合物与通式(5)表示的化合物反应时使用的碱,通常使用吡啶、β-甲基吡啶、N-甲基吗啉、二甲基苯胺、二乙基苯胺、三甲基胺、三乙基胺、三丁基胺等有机碱。
通式(4)表示的化合物与通式(5)表示的化合物反应时,通常通式(4)表示的化合物与通式(5)表示的化合物以1∶4~1∶30的摩尔比进行反应。
通式(4)表示的化合物与通式(5)表示的化合物反应时,为了使原料溶解等目的可以使用溶剂。作为溶剂,可以直接使用上述有机碱作为溶剂,也可以使用不阻碍反应进行的其他有机溶剂。作为上述溶剂例如可以举出,二甲基醚,二噁烷等醚类溶剂。
通式(4)表示的化合物与通式(5)表示的化合物反应时的反应温度通常为-20℃~100℃。
根据前述反应得到的通式(1)表示的化合物,能够按照公知的方法从反应混合物中分离。即,可以举出下述方法:通过减压蒸馏等操作,蒸馏除去用于反应的有机碱和通式(5)表示的化合物、以及反应中使用有机溶剂时的有机溶剂使之干燥的方法;将通式(1)表示的化合物的不良溶剂加入到反应混合物中使之再沉淀的方法;将水及不与水混溶的有机溶剂添加到反应混合液中萃取有机层的方法等。另外,根据情况的不同也可通过重结晶进行精制。
作为前述通式(1)表示的化合物的不良溶剂,通常使用水。另外,作为上述不与水混溶的有机溶剂,可以使用醋酸乙酯、醋酸丁酯等酯类,甲基异丁基酮、二异丁基酮等酮类。
作为通式(5)表示的化合物使用间苯二酚时,可以得到以通式(2)表示的化合物作为主要成分、由通式(2)表示的化合物和通式(3)表示的化合物组成的组合物。
通式(3)中的R与通式(1)中的R的定义相同,n表示2~6的整数。
例如,前述反应中使用间苯二酚时得到的由通式(2)表示的化合物和通式(3)表示的化合物组成的组合物中,通常含有60~100重量%通式(2)表示的化合物、0~20重量%通式(3)中n=2的化合物、0~10重量%通式(3)中n=3的化合物、总量约为10重量%的通式(3)中n=4~6的化合物。通过改变通式(4)表示的化合物与间苯二酚的摩尔比可以控制上述比率。
前述由通式(2)表示的化合物和通式(3)表示的化合物组成的组合物也可以采用与前述通式(1)表示的化合物的分离方法相同的方法,从含有上述物质的反应混合物中分离。
组合物中通式(2)表示的化合物在60重量%或60重量%以上时,与橡胶配合后进行粘接时的湿热粘接性提高。从提高湿热粘接性的观点判断,通式(2)表示的化合物的含有量更优选为70~100重量%,进一步优选80~100重量%。
本发明的化合物及以该化合物为主要成分的组合物,与间苯二酚或RF树脂相比,具有易于与橡胶成分混合的特征。所以,配合了本发明的化合物或以该化合物为主要成分的组合物的橡胶组合物,与配合了间苯二酚或RF树脂的橡胶组合物相比,具有不易引发起霜的倾向。推断是因为本发明的化合物及以该化合物为主要成分的组合物与间苯二酚或RF树脂相比极性低。另外,配合了本发明的化合物及以该化合物为主要成分的组合物的橡胶组合物,无论贮藏时间长短,都具有优越的粘接稳定性。所以,本发明的化合物及以该化合物为主要成分的组合物作为粘接增强剂十分有效。
<实施例>
以下举出实施例、参考例、比较例,对本发明作更加详细的说明,但本发明并不仅限于下述实施例。
(实施例1)
将330.6g(3.0mol)间苯二酚溶解于600.0g吡啶而形成的溶液置于冰浴中,使温度保持在15℃或15℃以下,同时将54.9g(0.30mol)己二酰氯缓缓滴加到此溶液中。滴加结束后使所得的反应混合物升至室温,放置1昼夜完成反应。在减压条件下将吡啶从反应混合物中蒸馏除去,将1200g水加入到残留物中,冰浴冷却析出沉淀。将析出的沉淀过滤、洗涤,将所得湿体减压干燥,得到84g白色~淡黄色的粉体。利用配备有分离提取用装置的液相色谱按下述条件处理此粉体,分离提取得到含有主要成分的洗脱液。将此洗脱液浓缩,过滤回收析出的结晶,减压干燥后得到熔点为140~143℃的结晶。HPLC分析结果表明,该结晶是纯度为98%的己二酸二(3-羟基苯基)酯。
分离提取用HPLC条件如下所示。
色谱柱 :Shim-pack PREP-ODS(岛津制作所制)
柱温 :25℃
洗脱液 :甲醇/水混合溶剂(85/15(w/w%))
洗脱液流速:流量3ml/分
检测器 :UV检测器(254nm)
此外,己二酸二(3-羟基苯基)酯的鉴定数据如下所示。
MS光谱数据
EI(Pos.)m/z=330
IR光谱数据
3436cm-1:羟基
2936cm-1:烷基
1739cm-1:酯
NMR光谱数据如表1-1及表1-2所示。
表1-1 表1-2
(实施例2)
对与实施例1相同地反应得到的84g粉体用HPLC进行分析,结果表明,此粉体中己二酸二(3-羟基苯基)酯为89重量%。除此之外,粉体中含有下述式(6)表示的化合物(以下,有时也称为低聚物)中n=2的化合物7重量%,下述式(6)表示的化合物中n=3的化合物2重量%,原料间苯二酚2重量%。此外,用LC-MS对下述式(6)表示的化合物进行鉴定。
MS光谱的测定条件如下所示。
质量范围:200~2000amu(1.98+0.02sec)
电离方法:ESI(电喷雾)
模式(Mode):正
毛细管电压(Capilary):3.15KV
锥孔电压(Cone):35V
源温(S.B.Tmp.):150℃
脱溶温度(Deslv.tmp):400℃
倍增器电压(Multi):650V
N2:750L/hr
n=2:551.1[M+H]+、568.2[M+NH4]+
n=3:771.2[M+H]+、788.2[M+NH4]+
n=4:1008.3[M+NH4]+
n=5:1228.3[M+NH4]+
另外,HPLC的分析条件如下所示。
1、己二酸二(3-羟基苯基)酯、间苯二酚的分析
色谱柱:YMC社A-312 ODS
柱温 :40℃
洗脱液:甲醇/水=7/3(用磷酸调pH=3)
检测 :UV(254nm)
2、低聚物的分析
色谱柱:YMC社A-312 ODS
柱温 :40℃
洗脱液:乙腈/水=8/2(用醋酸调pH=3.5)
检测 :UV(254nm)
(实施例3)
使用176.2g(1.6mol)间苯二酚、400g吡啶、73.2g(0.4mol)己二酰氯,其余操作与实施例1相同,得到118.6g粉体。HPLC分析结果表明,粉体中含有73.4重量%己二酸二(3-羟基苯基)酯,13.9重量%前述式(6)中n=2的化合物,3.0重量%前述式(6)中n=3的化合物,0.8重量%前述式(6)中n=4的化合物,0.2重量%前述式(6)中n=5的化合物,2.9重量%作为原料的间苯二酚。
(实施例4)
将440.4g(4.0mol)间苯二酚溶解于405.0g的吡啶中形成的溶液置于冰浴中,温度保持在15℃或15℃以下,同时将62.0g(0.4mol)琥珀酰二氯缓缓滴加到此溶液中。滴加结束后将所得反应混合物升至室温,放置1昼夜完成反应。在减压条件下从反应混合物中蒸馏除去吡啶,向残留物中加入1800g水,冰浴冷却后液体全部变成白色混浊且分成两层。向油层中加入200g水及600g醋酸乙酯,进行萃取。所得的有机层用冷水洗涤5次后,用硫酸镁干燥。之后将500g甲苯添加到蒸馏除去醋酸乙酯后所得的粘稠物中,使之结晶、过滤、用甲苯洗涤后,用1L水进行2次淤浆化。将所得的湿体溶于100g甲醇后,加入1L水使之再沉淀,经过滤、洗涤、干燥,得到82.3g淡黄色粉体。HPLC分析结果表明,粉体的主要成分是相当于91.0面积%的成分。另外,此粉体中含有0.7重量%的间苯二酚。结构分析结果可判断粉体中主要成分是琥珀酸二(3-羟基苯基)酯。
此外,琥珀酸二(3-羟基苯基)酯的鉴定数据如下所示。
MS光谱数据
EI(Pos.)m/z=302
IR光谱数据
3361cm-1:羟基
2984cm-1:烷基
1732cm-1:酯
NMR光谱数据如表2-1及表2-2所示。
表2-1 表2-2
(实施例5)
将330.3g(3.0mol)间苯二酚溶解于303.7g的吡啶中形成的溶液置于冰浴中,温度保持在15℃或15℃以下,同时将71.7g(0.3m0l)癸二酰二氯缓缓滴加到此溶液中。滴加结束后将所得反应混合物升至室温,放置1昼夜完成反应。在减压条件下将吡啶从反应混合物中蒸馏除去,向残留物中加入250g水,冰浴冷却析出沉淀。过滤、洗涤析出的沉淀,对得到的湿体进行减压干燥,得到102.8g白色~淡黄色粉体。HPLC分析结果表明,粉体的主要成分是相当于98.7面积%的成分。另外,此粉体中含有0.2重量%间苯二酚。结构分析结果可判断粉体中的主要成分是癸二酸二(3-羟基苯基)酯。
此外,癸二酸二(3-羟基苯基)酯的鉴定数据如下所示。
MS光谱数据
EI(Pos.)m/z=386
IR光谱数据
3380cm-1 :羟基
3000~2800cm-1:长链烷基
1732、1749cm-1:酯
NMR光谱数据如表3-1及表3-2所示。
表3-1 表3-2
(参考例1~5)
使用2200ml的班伯里混炼机,将实施例1~5中制备的组合物作为供试化合物,按照表4所示的橡胶配合处方混炼混合,调制未硫化的橡胶组合物,用以下方法测定耐起霜性、门尼粘度(Mooneyviscosity)、配合刚完成时的粘接性及配合橡胶放置后的粘接性,并进行评价。结果如表4所示。
(耐起霜性)
将未硫化的橡胶组合物在40℃下贮藏7天后,目测确认配合剂是否在橡胶表面析出,用○、△、×进行判定。
○:配合剂未在表面析出
△:部分析出
×:配合剂在整个表面析出
(门尼粘度)
根据JIS K6300-2001测定未硫化的橡胶组合物的ML(1+4)130℃,数值越低表明结果越好。
(粘接试验)
将电镀有黄铜(Cu:63质量%,Zn:37质量%)的钢丝(1×5结构,单股钢丝直径0.25mm)以12.5mm的间隔平行排列,用各橡胶组合物从上下两侧被覆该钢丝,立刻在160℃×15分钟的条件下进行硫化,制备宽12.5mm的样品。对于下述各粘接性,根据ASTM-D-2229,将钢丝从样品中抽出后,目测观察橡胶的被覆状态,用0~100%表示,作为各粘接性的指标。数值越大表示结果越好。初期粘接性于前述硫化后立即进行测定。前述硫化后,在70℃、湿度100%RH、4天的湿热条件下使之老化后测定湿热粘接性。
(粘接稳定性试验)
将用各橡胶组合物从上下两侧被覆前述钢丝得到的尚处于未硫化状态下的钢丝-橡胶复合体,在40℃×80RH%的恒温恒湿槽中放置7天后,在160℃×15分钟的条件下进行硫化,测定初期粘接性,作为粘接稳定性的指标。
(比较例1)
不使用本发明的组合物作为供试化合物,此外与参考例同样地配合,配制橡胶组合物,进行评价。结果如表4所示。
(比较例2)
在橡胶基本配方中配合2质量份间苯二酚作为供试化合物,此外与参考例同样地进行配合,调制橡胶组合物,进行评价。结果如表4所示。
(比较例3)
在橡胶基本配方中配合2质量份RF树脂作为供试化合物,此外与参考例同样地进行配合,调制橡胶组合物,进行评价。结果如表4所示。此外,RF树脂按下述方法制备。
首先,将1100g水、1100g(10mol)间苯二酚、1.72g(10mmol)对甲苯磺酸投入到配有冷凝管、搅拌装置、温度计、滴液漏斗、氮气导入管的4颈烧瓶中,升温至70℃。用2小时滴加477g(5.9mol)的37%甲醛溶液,此温度下保持5小时,完成反应。反应结束后,加入4g 10%氢氧化钠水溶液中和后,将冷凝器改为Dean-Stack型回流冷凝器,边蒸馏除去水分边升温至150℃,再于20mmHg的减压条件下经1小时除去水分,得到RF树脂。所得RF树脂的软化点为124℃,残留的间苯二酚的量为17%。
(比较例4)
在橡胶基本配方中配合2质量份特开平7-118621号公报公开的混合聚酯作为供试化合物,此外与实施例同样地进行配合,调制橡胶组合物,进行评价。结果如表4所示。此外,混合聚酯按照上述专利中记载的实施例1制备。
将108.9g(0.99mol)间苯二酚、131.4g(0.90mol)己二酸、222.0g(2.175mol)醋酸酐及0.54g吡啶(相对于间苯二酚为0.5重量%)加入到配有回流冷凝器及温度计的300ml的4颈烧瓶中,充入氮气后,室温下搅拌15分钟,之后升温至100℃,在同温度下乙酰化2小时。之后,边从系统中蒸馏除去副反应产物醋酸边升温至140℃熟化1小时,再升温至240℃熟化2小时。然后,减压(50mmHg)、240℃下继续熟化。将反应混合物放到瓷蒸发皿中,得到195.6g黄土色糖状物。用玻璃棒混炼使之缓缓结晶。分析结果表明,含有0.1重量%间苯二酚、0.5重量%间苯二酚一乙酸酯、0.8重量%间苯二酚二乙酸酯。此外,用GPC测定分子量的结果为重均分子量约30000(换算成PS)。
Claims (6)
2、如权利要求1所述的化合物,其中,上述通式(2)中的R为碳原子数2~10的亚烷基。
3、如权利要求1所述的化合物,其中,上述通式(2)中的R为亚乙基、亚丁基和亚辛基中的任意一个。
5、如权利要求4所述的组合物,其中,上述通式(2)及上述通式(3)中的R为碳原子数2~10的亚烷基。
6、如权利要求4所述的组合物,其中,上述通式(2)及上述通式(3)中的R为亚乙基、亚丁基或亚辛基。
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