CN110709405A - 含苯并噻唑的硅烷及其制备方法和用途 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及式I的含苯并噻唑的硅烷,
Figure DDA0002255122360000011
其通过以下方法制备:使式II的含苯并噻唑的硅烷
Figure DDA0002255122360000012
与式III的化合物R2‑H(III)反应。式I的含苯并噻唑的硅烷可用于橡胶混合物中。

Description

含苯并噻唑的硅烷及其制备方法和用途
本发明涉及含苯并噻唑的硅烷,及其制备方法和用途。
已知的是硅烷可用作粘合促进剂。例如,氨基烷基三烷氧基硅烷,甲基丙烯酰氧基烷基三烷氧基硅烷,聚硫烷基三烷氧基硅烷和巯基烷基三烷氧基硅烷用作无机材料和有机聚合物之间的粘合促进剂,还用作交联剂和表面改性剂(E.P.Plueddemann,“SilaneCoupling Agents”,2nd Ed.Plenum Press 1982,p.153-181)。
这些粘合促进剂或偶联剂或粘合剂与填料和弹性体形成粘合,从而在填料表面和弹性体之间产生良好的相互作用。
WO2003097734、US6465581和Macromolecules 2002,35,10026-10037公开了式(RO)a(R'O)3-aSi-Z-Sx-Bt的硅烷,其中Bt是苯并噻唑基,该基团导致橡胶混合物具有高的强度。
CN 104045664A、CN 102344462A和103923115A公开了单硫代苯并噻唑硅烷。
O.Klockmann,J.Hahn,H.Scherer,"The Chemistry of Mercapto Silanes",International Rubber Conference 2009,Nuremberg、A.Wehmeier,O.Klockmann,"Solutions for processing challenges with an advanced silica-silane system",180th Technical Meeting of the rubber Division,American Chemical Society 2011,Cleveland,(p.3)、和C.Roeben,"Application of the high performance silane Si363TM in green tire tread compounds",tire technology conference 2015,Cologne(p.5-6)公开了在生产橡胶混合物的过程中形成的具有与二氧化硅偶联的苯并噻唑基的硅烷。
已知的含苯并噻唑的硅烷的缺点是所得生胶混合物的高混合物粘度,这会导致这些混合物的加工特性差。
本发明的一个目的是提供一种含有苯并噻唑的硅烷,与现有技术中已知的具有相同橡胶值曲线的硅烷相比,其具有改进的加工特性。
本发明提供了一种式I的含苯并噻唑的硅烷,
Figure BDA0002255122350000021
其中R1相同或不同且为R4O-基团,R4为H、甲基、乙基、丙基、C9-C30支化或非支化的一价烷基、烯基、芳基或芳烷基,
其中R2是烷基聚醚基团-O-(R5-O)m-R6,其中R5相同或不同并且是支化或非支化,饱和或不饱和的脂族二价C1-C30烃基,优选CH2-CH2、CH2-CH(CH3)、-CH(CH3)-CH2-、CH2-CH2-CH2或其混合物,m为1至30,优选2至20,更优选2至15,甚至更优选3至10,特别优选4至7,R6是支化或非支化的C1-C30烷基,优选C11-C30烷基,更优选C12-C20烷基,甚至更优选C12至C15烷基,
R3是支化或非支化,饱和或不饱和的脂族、芳族或混合的脂族/芳族二价C1-C30烃基,
x=2-10,优选2-4,更优选2,和
n=0、1或2,优选2。
含苯并噻唑的硅烷可以是式I的含苯并噻唑的硅烷的混合物。
该方法产物可以包括通过式I的含苯并噻唑的硅烷的烷氧基硅烷官能团的水解和缩合反应形成的低聚物。
式I的含苯并噻唑的硅烷可以应用于载体,例如蜡,聚合物或炭黑。
R3可以优选为-CH2-、-CH2CH2-、-CH2CH2CH2-、-CH2CH2CH2CH2-、-CH(CH3)-、-CH2CH(CH3)-、-CH(CH3)CH2-、-C(CH3)2-、-CH(C2H5)-、-CH2CH2CH(CH3)-、-CH(CH3)CH2CH2-、-CH2CH(CH3)CH2-、-CH2CH2CH2CH2CH2-、-CH2CH2CH2CH2CH2CH2-、-CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2-、-CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2-、-CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2-、-CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2-、-CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2-、-CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2-、-CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2-、-CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2-
Figure BDA0002255122350000031
R1可以优选为甲氧基或乙氧基。
R2可以优选为-O-(C2H4-O)5-C11H23、-O-(C2H4-O)5-C12H25、-O-(C2H4-O)5-C13H27、-O-(C2H4-O)5-C14H29、-O-(C2H4-O)5-C15H31、-O-(C2H4-O)3-C13H27、-O-(C2H4-O)4-C13H27、-O-(C2H4-O)6-C13H27、-O-(C2H4-O)7-C13H27、-O-(CH2CH2-O)5-(CH2)10CH3、-O-(CH2CH2-O)5-(CH2)11CH3、-O-(CH2CH2-O)5-(CH2)12CH3、-O-(CH2CH2-O)5-(CH2)13CH3、-O-(CH2CH2-O)5-(CH2)14CH3、-O-(CH2CH2-O)3-(CH2)12CH3、-O-(CH2CH2-O)4-(CH2)12CH3、-O-(CH2CH2-O)6-(CH2)12CH3、-O-(CH2CH2-O)7-(CH2)12CH3
Figure BDA0002255122350000032
Figure BDA0002255122350000033
式I的含苯并噻唑的硅烷可以是:
[C11H23O-(CH2-CH2O)2](EtO)2Si(CH2)3S2Bt、[C11H23O-(CH2-CH2O)3](EtO)2Si(CH2)3S2Bt、[C11H23O-(CH2-CH2O)4](EtO)2Si(CH2)3S2Bt、[C11H23O-(CH2-CH2O)5](EtO)2Si(CH2)3S2Bt、[C11H23O-(CH2-CH2O)6](EtO)2Si(CH2)3S2Bt、[C12H25O-(CH2-CH2O)2](EtO)2Si(CH2)3S2Bt、[C12H25O-(CH2-CH2O)3](EtO)2Si(CH2)3 S2Bt、[C12H25O-(CH2-CH2O)4](EtO)2Si(CH2)3S2Bt、[C12H25O-(CH2-CH2O)5](EtO)2Si(CH2)3 S2Bt、[C12H25O-(CH2-CH2O)6](EtO)2Si(CH2)3S2Bt、[C13H27O-(CH2-CH2O)2](EtO)2Si(CH2)3 S2Bt、[C13H27O-(CH2-CH2O)3](EtO)2Si(CH2)3S2Bt、[C13H27O-(CH2-CH2O)4](EtO)2Si(CH2)3 S2Bt、[C13H27O-(CH2-CH2O)5](EtO)2Si(CH2)3S2Bt、[C13H27O-(CH2-CH2O)6](EtO)2Si(CH2)3 S2Bt、[C14H29O-(CH2-CH2O)2](EtO)2Si(CH2)3S2Bt、[C14H29O-(CH2-CH2O)3](EtO)2Si(CH2)3 S2Bt、[C14H29O-(CH2-CH2O)4](EtO)2Si(CH2)3S2Bt、[C14H29O-(CH2-CH2O)5](EtO)2Si(CH2)3 S2Bt、[C14H29O-(CH2-CH2O)6](EtO)2Si(CH2)3S2Bt、[C15H31O-(CH2-CH2O)2](EtO)2Si(CH2)3 S2Bt、[C15H31O-(CH2-CH2O)3](EtO)2Si(CH2)3S2Bt、[C15H31O-(CH2-CH2O)4](EtO)2Si(CH2)3 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S4Bt、[C17H35O-(CH2-CH2O)6]2(EtO)Si(CH2)2C(CH3)2 S4Bt、[C11H23O-(CH2-CH2O)2]3Si(CH2)2C(CH3)2 S4Bt、[C11H23O-(CH2-CH2O)3]3Si(CH2)2C(CH3)2 S4Bt、[C11H23O-(CH2-CH2O)4]3Si(CH2)2C(CH3)2 S4Bt、[C11H23O-(CH2-CH2O)5]3Si(CH2)2C(CH3)2 S4Bt、[C11H23O-(CH2-CH2O)6]3Si(CH2)2C(CH3)2 S4Bt、[C12H25O-(CH2-CH2O)2]3Si(CH2)2C(CH3)2 S4Bt、[C12H25O-(CH2-CH2O)3]3Si(CH2)2C(CH3)2S4Bt、[C12H25O-(CH2-CH2O)4]3Si(CH2)2C(CH3)2S4Bt、[C12H25O-(CH2-CH2O)5]3Si(CH2)2C(CH3)2S4Bt、[C12H25O-(CH2-CH2O)6]3Si(CH2)2C(CH3)2S4Bt[C13H27O-(CH2-CH2O)2]3Si(CH2)2C(CH3)2S4Bt、[C13H27O-(CH2-CH2O)3]3Si(CH2)2C(CH3)2S4Bt、[C13H27O-(CH2-CH2O)4]3Si(CH2)2C(CH3)2S4Bt、[C13H27O-(CH2-CH2O)5]3Si(CH2)2C(CH3)2S4Bt、[C13H27O-(CH2-CH2O)6]3Si(CH2)2C(CH3)2S4Bt、[C14H29O-(CH2-CH2O)2]3Si(CH2)2C(CH3)2S4Bt、[C14H29O-(CH2-CH2O)3]3Si(CH2)2C(CH3)2S4Bt、[C14H29O-(CH2-CH2O)4]3Si(CH2)2C(CH3)2S4Bt、[C14H29O-(CH2-CH2O)5]3Si(CH2)2C(CH3)2S4Bt、[C14H29O-(CH2-CH2O)6]3Si(CH2)2C(CH3)2S4Bt、[C15H31O-(CH2-CH2O)2]3Si(CH2)2C(CH3)2S4Bt、[C15H31O-(CH2-CH2O)3]3Si(CH2)2C(CH3)2S4Bt、[C15H31O-(CH2-CH2O)4]3Si(CH2)2C(CH3)2S4Bt、[C15H31O-(CH2-CH2O)5]3Si(CH2)2C(CH3)2S4Bt、[C15H31O-(CH2-CH2O)6]3Si(CH2)2C(CH3)2S4Bt、[C16H33O-(CH2-CH2O)2]3Si CH2)2C(CH3)2S4Bt、[C16H33O-(CH2-CH2O)3]3Si(CH2)2C(CH3)2S4Bt、[C16H33O-(CH2-CH2O)4]3Si(CH2)2C(CH3)2S4Bt、[C16H33O-(CH2-CH2O)5]3Si(CH2)2C(CH3)2S4Bt、[C16H33O-(CH2-CH2O)6]3Si(CH2)2C(CH3)2S4Bt、[C17H35O-(CH2-CH2O)2]3Si(CH2)2C(CH3)2S4Bt、[C17H35O-(CH2-CH2O)3]3Si(CH2)2C(CH3)2S4Bt、[C17H35O-(CH2-CH2O)4]3Si(CH2)2C(CH3)2S4Bt、[C17H35O-(CH2-CH2O)5]3Si(CH2)2C(CH3)2S4Bt、[C17H35O-(CH2-CH2O)6]3Si(CH2)2C(CH3)2S4Bt、
其中Bt为苯并噻唑基团。
式I的含苯并噻唑的硅烷可以优选为:
具有R1=-O-C2H5,R2=-O-(CH2CH2O)5-C13H27和R3=-(CH2)3-的式I的硅烷,和
具有R1=-O-C2H5,R2=-O-(CH2CH2O)5-C13H27和R3=-(CH2)2C(CH3)2-的式I的硅烷。
特别优选的化合物为[C13H27O-(CH2-CH2O)5](EtO)2Si(CH2)3S2Bt。
本发明还提供了一种制备本发明的式I的含苯并噻唑的硅烷的方法,
Figure BDA0002255122350000251
其中,R1,R2,R3,x和n分别如上定义,其特征在于式II的含苯并噻唑的硅烷,
Figure BDA0002255122350000252
与式III的化合物反应
R2-H(III)。
式II的含苯并噻唑的硅烷可以优选为:
(EtO)3Si(CH2)3S2Bt、(EtO)3Si(CH2)2C(CH3)2S2Bt、(EtO)3Si(CH2)3S3Bt、(EtO)3Si(CH2)2C(CH3)2S3Bt或(EtO)3Si(CH2)3S4Bt、(EtO)3Si(CH2)2C(CH3)2S4Bt,
其中Bt为苯并噻唑基团。
式III的化合物可以优选为:[C11H23O-(CH2-CH2O)2]OH、[C11H23O-(CH2-CH2O)3]OH、[C11H23O-(CH2-CH2O)4]OH、[C11H23O-(CH2-CH2O)5]OH、[C11H23O-(CH2-CH2O)6]OH、[C12H25O-(CH2-CH2O)2]OH、[C12H25O-(CH2-CH2O)3]OH、[C12H25O-(CH2-CH2O)4]OH、[C12H25O-(CH2-CH2O)5]OH、[C12H25O-(CH2-CH2O)6]OH、[C13H27O-(CH2-CH2O)2]OH、[C13H27O-(CH2-CH2O)3]OH、[C13H27O-(CH2-CH2O)4]OH、[C13H27O-(CH2-CH2O)5]OH、[C13H27O-(CH2-CH2O)6]OH、[C14H29O-(CH2-CH2O)2]OH、[C14H29O-(CH2-CH2O)3]OH、[C14H29O-(CH2-CH2O)4]OH、[C14H29O-(CH2-CH2O)5]OH、[C14H29O-(CH2-CH2O)6]OH、[C15H31O-(CH2-CH2O)2]OH、[C15H31O-(CH2-CH2O)3]OH、[C15H31O-(CH2-CH2O)4]OH、[C15H31O-(CH2-CH2O)5]OH、[C15H31O-(CH2-CH2O)6]OH、[C16H33O-(CH2-CH2O)2]OH、[C16H33O-(CH2-CH2O)3]OH、[C16H33O-(CH2-CH2O)4]OH、[C16H33O-(CH2-CH2O)5]OH、[C16H33O-(CH2-CH2O)6]OH、[C17H35O-(CH2-CH2O)2]OH、[C17H35O-(CH2-CH2O)3]OH、[C17H35O-(CH2-CH2O)4]OH、[C17H35O-(CH2-CH2O)5]OH或[C17H35O-(CH2-CH2O)6]OH。
可以使用1H,13C和29Si NMR的方法分析本发明的含苯并噻唑的硅烷。
在根据本发明的方法中,可以将式II的含苯并噻唑的硅烷计量到式III的化合物中。
在根据本发明的方法中,优选将式III的化合物计量到式II的含苯并噻唑的硅烷中。
在根据本发明的方法中,相对于式III化合物,可以以1:1至1:3,优选1:1至1:2的摩尔比,更优选以1:1至1.1:1的比例,使用式II的含苯并噻唑的硅烷。
根据本发明的方法可以在催化剂存在消除R1-H下进行。
用作反应催化剂的化合物可以是含金属的或不含金属的。
所使用的不含金属的化合物可以是有机酸,例如三氟乙酸,三氟甲磺酸或对甲苯磺酸,三烷基铵化合物E3NH+Z-或碱,例如三烷基胺NE3,其中E=烷基且Z-=平衡离子。
用作反应催化剂的金属化合物可以为过渡金属化合物。
用于催化剂的金属化合物可以为金属氯化物、金属氧化物、金属氯氧化物、金属硫化物、金属硫氯化物、金属醇盐、金属硫醇盐、金属氧基醇盐、金属酰胺、金属酰亚胺或包含多个结合配体的过渡金属化合物。
例如,所用的金属化合物可以是第3主族的卤化物、酰胺或醇盐(M3+=B,Al,Ga,In,Tl:M3+(OMe)3,M3+(OEt)3,M3+(OC3H7)3,M3+(OC4H9)3),
涉及的镧系元素(元素周期表中的原子数58至71的稀土元素)化合物上多个结合配体的取代基类别的卤化物,氧化物,硫化物,酰亚胺,醇盐,酰胺,硫醇盐以及组合,
涉及的第3过渡金属族化合物上多个结合配体的取代基类别的卤化物、氧化物、硫化物、酰亚胺、醇盐、酰胺、硫醇盐以及组合(M3+=Sc,Y,La:M3+(OMe)3、M3+(OEt)3、M3+(OC3H7)3、M3+(OC4H9)3、cpM3+(Cl)2、cp cpM3+(OMe)2、cpM3+(OEt)2、cpM3+(NMe2)2,其中cp=环戊二烯基),
第4主族的卤化物、硫化物、酰胺、硫醇盐或醇盐(M4+=Si、Ge、Sn,Pb:M4+(OMe)4M4+(OEt)4、M4+(OC3H7)4、M4+(OC4H9)4;M2+=Sn,Pb:M2+(OMe)2、M2+(OEt)2、M2+(OC3H7)2、M2+(OC4H9)2)、二月桂酸锡,二乙酸锡、Sn(OBu)2
涉及的第4过渡金属族化合物上多个结合配体的取代基类别的卤化物、氧化物、硫化物、酰亚胺、醇盐、酰胺、硫醇盐以及组合(M4+=Ti、Zr、Hf:(M4+(F)4、M4+(Cl)4、M4+(Br)4、M4+(I)4;M4+(OMe)4、M4+(OEt)4、M4+(OC3H7)4、M4+(OC4H9)4、cp2Ti(Cl)2、cp2Zr(Cl)2、cp2Hf(Cl)2、cp2Ti(OMe)2、cp2Zr(OMe)2、cp2Hf(OMe)2、cpTi(Cl)3、cpZr(Cl)3、cpHf(Cl)3;cpTi(OMe)3、cpZr(OMe)3、cpHf(OMe)3、M4+(NMe2)4、M4+(NEt2)4、M4+(NHC4H9)4),
涉及的第5过渡金属族化合物上多个结合配体的取代基类别的卤化物、氧化物、硫化物、酰亚胺、醇盐、酰胺、硫醇盐以及组合(M5+,M4+或M3+=V、Nb、Ta:M5+(OMe)5、M5+(OEt)5、M5+(OC3H7)5、M5+(OC4H9)5、M3+O(OMe)3、M3+O(OEt)3、M3+O(OC3H7)3、M3+O(OC4H9)3、cpV(OMe)4、cpNb(OMe)3、cpTa(OMe)3;cpV(OMe)2、cpNb(OMe)3、cpTa(OMe)3),
涉及的第6过渡金属族化合物上多个结合配体的取代基类别的卤化物、氧化物、硫化物、酰亚胺、醇盐、酰胺、硫醇盐以及组合(M6+、M5+或M4+=Cr、Mo、W:M6+(OMe)6、M6+(OEt)6、M6+(OC3H7)6、M6+(OC4H9)6、M6+O(OMe)4、M6+O(OEt)4、M6+O(OC3H7)4、M6+O(OC4H9)4、M6+O2(OMe)2、M6+O2(OEt)2、M6+O2(OC3H7)2、M6+O2(OC4H9)2、M6+O2(OSiMe3)2)或
涉及的第7过渡金属族化合物上多个结合配体的取代基类别的卤化物、氧化物、硫化物、酰亚胺、醇盐、酰胺、硫醇盐以及组合(M7+、M6+、M5+或M4+=Mn、Re:M7+O(OMe)5、M7+O(OEt)5、M7+O(OC3H7)5、M7+O(OC4H9)5、M7+O2(OMe)3、M7+O2(OEt)3、M7+O2(OC3H7)3、M7+O2(OC4H9)3、M7+O2(OSiMe3)3、M7+O3(OSiMe3)、M7+O3(CH3))。
金属和过渡金属化合物可以在金属上具有自由配位点。
所用催化剂也可以为金属或过渡金属化合物,其通过加水得到可水解的金属或过渡金属化合物来形成。
在特定的实施方案中,可以使用钛酸酯(例如原钛酸四正丁酯或原钛酸四异丙酯)作为催化剂。
该反应可以在隔绝空气的条件下进行。
该反应可以在保护性气体气氛下(例如在氩气或氮气下,优选在氮气下)进行。
本发明的方法可以在大气压,加压或减压下进行。优选地,根据本发明的方法可以在减压下进行。
加压可以为1.1巴至100巴,优选地1.5巴至50巴,更优选地2巴至20巴,非常优选地2至10巴的压力。
减压可以是1毫巴至1000毫巴,优选1毫巴至500毫巴,更优选1毫巴至250毫巴,非常优选5毫巴至100毫巴的压力。
该反应可以在20-200℃,优选50-170℃,更优选80-150℃的温度下进行。为了避免缩合反应,有利的是在无水环境中,理想地在惰性气体环境中进行反应。
在反应之后或反应过程中,可以除去醇R1-H,优选将其蒸馏掉。
随后可以将反应产物干燥。
式I的含苯并噻唑的硅烷可用作无机材料(例如玻璃珠,玻璃薄片,玻璃表面,玻璃纤维)或氧化性填料(优选二氧化硅,例如沉淀和热解法二氧化硅)
和有机聚合物(例如热固性塑料,热塑性塑料或弹性体)之间的粘合促进剂,或作为交联剂和用于氧化表面的表面改性剂。
式I的含苯并噻唑的硅烷可用作填充橡胶混合物中的偶联剂,例如轮胎胎面,工业橡胶制品或鞋底。
本发明还提供了一种橡胶混合物,其包含:
(A)一种橡胶或多种橡胶的混合物,
(B)填料和
(C)至少一种通式I的含苯并噻唑的硅烷。
橡胶(A)可以优选为二烯橡胶,优选天然橡胶,聚异戊二烯,聚丁二烯,苯乙烯-丁二烯共聚物,异丁烯/异戊二烯共聚物,丁二烯/丙烯腈共聚物,乙烯/丙烯/二烯共聚物(EPDM),部分氢化或完全氢化的NBR橡胶。
所用橡胶可以为天然橡胶和/或合成橡胶。例如,优选的合成橡胶描述在W.Hofmann,Kautschuktechnologie[Rubber Technology],Genter Verlag,Stuttgart1980中。这些合成橡胶可以包括:
聚丁二烯(BR),
聚异戊二烯(IR),
苯乙烯/丁二烯共聚物(例如乳液SBR(E-SBR)或溶液SBR(S-SBR),其苯乙烯含量优选为1-60重量%,更优选为5-50重量%(SBR)),
氯丁二烯(CR)
异丁烯/异戊二烯共聚物(IIR),
丁腈/丙烯腈共聚物,其丙烯腈含量为5-60重量%,优选10-50重量%(NBR),
部分氢化或完全氢化的NBR橡胶(HNBR),
乙烯/丙烯/二烯共聚物(EPDM)
也具有官能团例如羧基、硅烷醇或环氧基的上述橡胶,例如环氧化NR,羧基官能化的NBR或胺(NR2),硅烷醇(-SiOH)-或硅氧基(-Si-OR)官能化SBR,
和这些橡胶的混合物。上述橡胶可以另外为硅或锡偶联的。
在优选的实施方案中,橡胶可以是硫磺可硫化的。为了生产汽车轮胎胎面,特别可以使用玻璃化转变温度高于-50℃的阴离子聚合的S-SBR橡胶(溶液SBR),以及其与二烯橡胶的混合物。特别优选地可以使用丁二烯部分具有大于20重量%的乙烯基分数的S-SBR橡胶。非常特别优选地可以使用其丁二烯部分具有大于50重量%的乙烯基分数的S-SBR橡胶。
优选可以使用具有大于50重量%,优选大于60重量%的S-SBR含量的上述橡胶的混合物。
橡胶可以是官能化橡胶,其中官能团可以是胺和/或酰胺和/或尿烷和/或脲和/或氨基硅氧烷和/或硅氧烷和/或甲硅烷基和/或烷基甲硅烷基,例如N,N-双(三甲基甲硅烷基)氨基丙基甲基二乙氧基硅烷或甲基三苯氧基硅烷,和/或卤代甲硅烷基和/或硅烷硫化物和/或硫醇和/或羟基和/或乙氧基和/或环氧基和/或羧基和/或锡,例如四氯化锡或二丁基二氯锡,和/或硅烷醇和/或六氯二硅氧烷和/或硫代羧基和/或腈和/或氮氧化物和/或酰胺基和/或亚氨基和/或氨基甲酸酯和/或尿素和/或二甲基咪唑啉酮和/或2-甲基-2-噻唑啉和/或2-苯并噻唑乙腈和/或2-噻吩甲腈和/或2-(N-甲基-N-3-三甲氧基甲硅烷基丙基)噻唑啉和/或碳二亚胺和/或具有氨基和/或异氰酸酯和/或异硫氰酸酯和/或肼和/或磺酰基和/或亚磺酰基和/或恶唑啉和/或酯基的N-取代的氨基醛和/或N-取代的氨基酮和/或N-取代的氨基硫醛和/或N-取代的氨基硫酮和/或二苯甲酮和/或硫代二苯甲酮。
本发明橡胶混合物所用的填料包括以下填料:
炭黑:此处使用的炭黑是通过灯黑法,炉黑法,气黑法或热法生产的,BET表面积为20-200m2/g。炭黑还可任选地包含杂原子,例如Si。
非晶态二氧化硅,例如通过从硅酸盐溶液中沉淀或卤化硅火焰水解生产的,其比表面积为5-1000m2/g,优选为20-400m2/g(BET表面积),且初级粒径从10nm到400nm。二氧化硅也可以任选地为与其他金属氧化物(例如Al,Mg,Ca,Ba,Zn和钛)的氧化物的混合氧化物的形式。
BET表面积为20-400m2/g,初级粒径为10-400nm的合成硅酸盐(例如硅酸铝),碱土金属硅酸盐(例如硅酸镁或硅酸钙)。
合成或天然氧化铝和合成或天然氢氧化铝。
天然硅酸盐,例如高岭土和其他天然存在的二氧化硅。
玻璃纤维和玻璃纤维产品(垫子,线)或玻璃微珠。
在每种情况下,基于100份橡胶,可以优选使用5-150重量份的量的无定形二氧化硅,所述无定形二氧化硅是通过从硅酸盐溶液中沉淀而产生的,BET表面积为20-400m2/g,特别是从100m2/g到250m2/g。
非常特别优选地,可以使用沉淀二氧化硅作为填料。
所述填料可以单独使用或混合使用。
根据本发明的橡胶混合物可包含5-150重量份的填料(B)和0.1-25重量份,优选2-20重量份,更优选5-15重量份的式I的含苯并噻唑的硅烷(C),其中重量份为基于100重量份的橡胶计。
根据本发明的硅烷与所用的硫化促进剂的重量比可以大于3,优选大于5。
本发明的式I的含苯并噻唑的硅烷的优点在于它们能够生产具有足够加工特性的高度强化的橡胶混合物。根据本发明的硅烷的另一个优点是,即使在仅包含少量硫化促进剂的橡胶混合物中,它们也能实现高强化。
实施例
比较例1:2-[[3-(三乙氧基甲硅烷基)丙基]二硫]苯并噻唑的制备
2-[[3-(三乙氧基甲硅烷基)丙基]二硫代]苯并噻唑如US6465581实施例1中制备,但是使用CH2Cl2作为溶剂。
实施例1:2-[[((3,6,9,12,15-五氧二十八烷氧基)(二乙氧基)甲硅烷基)丙基]二硫]苯并噻唑的制备
向比较例1的2-[[3-(三乙氧基甲硅烷基)丙基]二硫]苯并噻唑(0.150mol)中加入3,6,9,12,15-五氧二十八烷-1-醇(0.150mol)和Ti(OnBu)4(0.05重量%/2-[[3-(三乙氧基甲硅烷基)丙基]二硫]苯并噻唑)。将混合物加热至140℃,蒸馏出形成的乙醇,并在1小时后,达到400-600mbar的压力。1小时后,将压力降至16-200mbar,并将混合物搅拌4小时。随后,使反应混合物冷却至室温,并将反应产物过滤。获得粘稠液体的2-[[((3,6,9,12,15-五氧二十八烷氧基)(二乙氧基)甲硅烷基)丙基]二硫]苯并噻唑(收率:85%,酯交换度31%=0.93mol聚醚醇/Si)。
通过13C NMR的方法测定纯度。在NMR中,与62.1ppm处的键合变体相比,CH2基团的位移为61.8ppm(与OH基团相邻)是特征性的,可以与58.0ppm处的硅原子上残留的环氧基进行比较。
实施例2:2-[[((双-3,6,9,12,15-五氧二十八烷氧基)(乙氧基)甲硅烷基)丙基]二硫]苯并噻唑的制备
向比较例1的2-[[3-(三乙氧基甲硅烷基)丙基]二硫]苯并噻唑(0.150mol)中加入3,6,9,12,15-五氧二十八烷-1-醇(0.300mol)和Ti(OnBu)4(0.05重量%/2-[[3-(三乙氧基甲硅烷基)丙基]二硫]苯并噻唑)。将混合物加热至140℃,蒸馏出形成的乙醇,并在1小时后,达到400-600mbar的压力。1小时后,将压力降至16-200mbar,并将混合物搅拌4小时。随后,使反应混合物冷却至室温,并将反应产物过滤。获得粘稠液体的2-[[((双-3,6,9,12,15-五氧二十八烷氧基)(乙氧基)甲硅烷基)丙基]二硫]苯并噻唑(收率:98%,酯交换度65%=1.95mol聚醚醇/Si)。
通过13C NMR的方法测定纯度。在NMR中,与62.1ppm处的键合变体相比,CH2基团的位移为61.8ppm(与OH基团相邻)是特征性的,可以与58.0ppm处的硅原子上残留的环氧基进行比较。
实施例3:2-[[((三-3,6,9,12,15-五氧二十八烷氧基)甲硅烷基)丙基]二硫]苯并噻唑的制备
向比较例1的2-[[3-(三乙氧基甲硅烷基)丙基]二硫]苯并噻唑(0.150mol)中加入3,6,9,12,15-五氧二十八烷-1-醇(0.450mol)和Ti(OnBu)4(0.05重量%/2-[[3-(三乙氧基甲硅烷基)丙基]二硫]苯并噻唑)。将混合物加热至140℃,蒸馏出形成的乙醇,并在1小时后,达到400-600mbar的压力。1小时后,将压力降至16-200mbar,并将混合物搅拌4小时。随后,使反应混合物冷却至室温,并将反应产物过滤。获得粘稠液体的2-[[((三-3,6,9,12,15-五氧二十八烷氧基)甲硅烷基)丙基]二硫]苯并噻唑(收率:94%,酯交换度>95%=>2.85mol聚醚醇/Si)。
通过13C NMR的方法测定纯度。在NMR中,与62.1ppm处的键合变体相比,CH2基团的位移为61.8ppm(与OH基团相邻)是特征性的,可以与58.0ppm处的硅原子上残留的环氧基进行比较。
实施例4:橡胶混合物
在该实施例中,将本发明的硅烷与现有技术中已知的含苯并噻唑的硅烷进行比较。
下表1中列出了用于橡胶混合物的配方。在该表中,单位phr是指基于100份所用的粗橡胶的重量份。
用于实施例混合物I的本发明的硅烷I是在实施例I中制备的本发明的硅烷。其结构对应于通式I,其中R1=乙氧基,R2=O(C2H4O)5C13H27,R3=–CH2CH2CH2-,n=2。
用于实施例混合物II的本发明的硅烷II是在实施例II中制备的本发明的硅烷II。其结构对应于通式I,其中R1=乙氧基,R2=O(C2H4O)5C13H27,R3=–CH2CH2CH2-,n=1。
用于实施例混合物III的本发明的硅烷III是在实施例III中制备的本发明的硅烷。其结构对应于通式I,其中R2=O(C2H4O)5C13H27,R3=–CH2CH2CH2-,n=0。
计量入根据本发明的硅烷,从而使硅烷与硫化促进剂Vulkacit CZ的比例超过数值5。
通常,在橡胶混合物中使用1.5phr至2.5phr的硫化促进剂量。在该实施例中,仅使用0.8phr的硫化促进剂Vulkacit CZ,因此在每种情况下所用的硅烷与促进剂的比例均大于5。
用于对照混合物I和II的硅烷
Figure BDA0002255122350000331
和Si 363TM可购自Evonik Industries AG。用于对照混合物III的硅烷为2-[[3-(三乙氧基甲硅烷基)丙基]二硫]苯并噻唑,其在比较例1中制备。
表1
Figure BDA0002255122350000341
所用的物质:
a聚合物VSL 4526-2是Lanxess AG的溶液聚合的SBR共聚物,其苯乙烯含量为26重量%,丁二烯含量为74重量%。该共聚物包含26重量%的油,门尼粘度(ML1+4/100℃)为50。
聚合物Buna CB 24为Bayer AG的顺式1,4-聚丁二烯(钕型),顺式1,4含量至少为96%,门尼粘度为44。
7000GR为Evonik Industries AG的易分散二氧化硅,BET表面积为170m2/g。
所用的工艺油为Hansen&Rosenthal KG的Vivatec 500。Vulkanox 4020(6PPD)、Vulkacit CZ(CBS)和Vulkacit D(DPG)为Lanxess Deutschland GmbH的商业产品,Protektor G3108为Paramelt B.V.的抗臭氧蜡。助活化剂Perkacit Richon TBzTD(四苄基秋兰姆四硫化物)为Weber&Schaer GmbH&Co KG的产品。
Corax N330为Orion Engineered Carbons GmbH的商用炭黑。
根据表2中所述的混合说明,在1.5升内部混合器(E型)中,批料温度为155℃,分三步制备混合物。
表2
Figure BDA0002255122350000351
Figure BDA0002255122350000352
Figure BDA0002255122350000361
生产橡胶混合物及其硫化产物的一般方法描述在“Rubber TechnologyHandbook”,W.Hofmann,Hanser Verlag 1994中。
根据表3中指定的测试方法进行橡胶测试。
表3
Figure BDA0002255122350000362
所有混合物均通过在165℃的压力下硫化15分钟来生产试样。表4列出了获得的橡胶数据。
表4
所有三个实施例混合物的门尼粘度ML(1+4)[100℃]低于含有现有技术中已知的硅烷的对照混合物II和III。与含有常规硅烷
Figure BDA0002255122350000372
的对照混合物I的比较表明,在实施例混合物中,对照混合物II和III的有利橡胶值曲线得以保持。与对照混合物I相比,在300%伸长率下的模量和300%/100%模量增强指数仍然高得多。tanδ、60℃值明显降低所表示的迟滞损耗大大降低了。
对于本领域技术人员而言,令人惊讶且出乎意料的是,根据本发明的具有最低用量的硅烷的实施例混合物I具有最平衡的橡胶值曲线。其具有实施例混合物的最高动态模量E*(0℃)。门尼粘度与包含常规硅烷
Figure BDA0002255122350000381
的对照混合物I的数量级相同。与对照混合物II和III相比,拉伸强度有所提高。同时,它具有较高的断裂伸长率。
实施例5:
在该实施例中,将在包含天然橡胶的橡胶混合物中的本发明的硅烷与含有现有技术中已知的苯并噻唑的硅烷进行比较。
下表5中列出了用于橡胶混合物的配方。单位phr再次是指基于100份所用的粗橡胶的重量份。硅烷的用量要与二氧化硅的用量相匹配。
用于实施例混合物I的本发明的硅烷I是在实施例I中制备的本发明的硅烷。其结构对应于通式I
其中R1=乙氧基,R2=O(C2H4O)5C13H27,R3=–CH2CH2CH2-和n=2。
用于实施例混合物II的本发明的硅烷II是在实施例II中制备的本发明的硅烷。其结构对应于通式I
其中R1=乙氧基,R2=O(C2H4O)5C13H27,R3=–CH2CH2CH2-,n=1。
用于实施例混合物III的本发明的硅烷III是在实施例III中制备的本发明的硅烷。其结构对应于通式I
其中R2=O(C2H4O)5C13H27,R3=–CH2CH2CH2-,n=0。
用于对照混合物I和II的硅烷
Figure BDA0002255122350000382
和Si 363TM可购自Evonik Industries AG。用于对照混合物III的硅烷为2-[[3-(三乙氧基甲硅烷基)丙基]二硫]苯并噻唑,其在比较例1中制备。如实施例4中所述可得到其他化学品。
根据本发明的硅烷以等摩尔剂量使用。
表5
Figure BDA0002255122350000391
根据表6中所述的混合说明,在1.5升内部混合器(E型)中在批料温度为150℃下分三阶段制备混合物。所有混合物通过在150℃的压力下硫化来生产试样。根据表3中指定的测试方法进行橡胶测试。结果如表7中所示。
表6
Figure BDA0002255122350000401
Figure BDA0002255122350000402
表7
Figure BDA0002255122350000421
对于所有三种实施例混合物,门尼粘度均低于对照混合物III的粘度。所有实施例混合物均比三种对照混合物具有更高的拉伸强度和更高的300%模量。同时,所有这些实施例混合物的断裂伸长率都有所增加。与对照混合物相比,增加的60℃的落球回弹值以及较低的tanδ(60℃)的值是其他的优点。

Claims (10)

1.一种式I的含苯并噻唑的硅烷,
其中R1相同或不同且为R4O-基团,R4为H、甲基、乙基、丙基、C9-C30支化或非支化的一价烷基、烯基、芳基或芳烷基,
R2为烷基聚醚基-O-(R5-O)m-R6,其中R5相同或不同,为支化或非支化、饱和或不饱和的脂肪族二价C1-C30烃基,m为1至30,并且R6是支化或非支化的C1-C30烷基,
R3是支化或非支化、饱和或不饱和的脂族、芳族或混合的脂族/芳族二价C1-C30烃基,
x=2-10和
n=0、1或2。
2.根据权利要求1所述的含苯并噻唑的硅烷,其特征在于,R1为甲氧基或乙氧基。
3.根据权利要求1所述的含苯并噻唑的硅烷,其特征在于,R2=-O-(CH2CH2O)5-C13H27
4.根据权利要求1所述的含苯并噻唑的硅烷,其特征在于,R1=-O-C2H5,R2=-O-(CH2CH2O)5-C13H27,R3=(CH2)3,x=2,且n=2。
5.一种制备根据权利要求1的式I的含苯并噻唑的硅烷的方法,其特征在于,式II的含苯并噻唑的硅烷
与式III的化合物反应
R2-H(III),
其中R1、R2、R3、x和n具有上述的定义。
6.根据权利要求5的制备所述式I的含苯并噻唑的硅烷的方法,其特征在于,反应在催化剂存在消除R1-H下进行。
7.权利要求1的式I的含苯并噻唑的硅烷在填充的橡胶混合物中作为偶联剂的用途。
8.橡胶混合物,其包括
(A)一种橡胶或多种橡胶的混合物,
(B)填料,和
(C)至少一种权利要求1的通式I的含苯并噻唑的硅烷。
9.根据权利要求8所述的橡胶混合物,其特征在于,所使用的硅烷与所使用的硫化促进剂的比例大于5。
10.根据权利要求8所述的橡胶混合物,其特征在于,
(A)是天然橡胶或橡胶与天然橡胶的混合物。
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