Oblast techniky
Vynález se týká sloučenin nebo směsi sloučenin obecného vzorce RnZn(NCO)2, které aktivují chemická nadouvadla nebo které aktivují působení urychlovačů vulkanizace kaučuku.
Dosavadní stav techniky
Při výrobě pěnových plastických hmot se již po mnoho let používá chemických nadouvadel, zejména azokarboxamidu. Vlastnosti takových pěnových plastů do značné míry závisí na vlastnostech nadouvadla při rozkladu za použité teploty. Proto se stalo běžným používat tzv. aktivátorů nadouvadel, které slouží k modifikaci vlastností nadouvadel při rozkladu. Nejběžnějšími z těchto aktivátorů jsou sloučeniny zinku, kadmia a olova. Pečlivou volbou těchto aktivátorů a jejich množství je možno dosáhnout značného rozmezí vlastností výsledných napěněných výrobků. Nejúčinnějšími aktivátory jsou až dosud směsi sloučenin kadmia a zinku. Sloučeniny kadmia a zinku jsou však drahé a toxické, a proto je velká potřeba najít účinný aktivátor, za jehož použití by bylo možno se vyhnout nebo podstatně snížit použití těchto sloučenin.
Při vulkanizaci nebo vytvrzování kaučuku se jako vulkanizačního činidla obvykle používá síry. Pro urychlení reakce se používá organických urychlovačů ve spojení s oxidem zinečnatým, kterým se aktivuje urychlovač. Se zvyšující se cenou oxidu zinečnatého existuje stále potřeba najít nový aktivátor, který by byl účinnější jak z hlediska technologického, tak z hlediska nákladů.
Nyní byla v souvislosti s vynálezem nalezena skupina sloučenin, které jsou nové a mají zlepšené vlastnosti jako aktivátory pro chemická nadouvadla a jako aktivátory pro urychlovače vulkanizace kaučuku. Tyto sloučeniny mohou také samy sloužit jako urychlovače vulkanizace kaučuku.
Podstata vynálezu
Podstatou vynálezu jsou tedy sloučeniny nebo směsi sloučenin obecného vzorce I
RnZn(NCO)2 kde znamená
R NH3 n číslo s hodnotou v rozmezí 0,5 do 4, přičemž může znamenat i zlomek.
Tato struktura sloučenin obecného vzorce I podle vynálezu byla potvrzena jejich analýzou, přičemž se zdá, že závisí na teplotě použité při reakci a na popřípadě přítomném rozpouštědle, takže je obtížné popsat tyto produkty vzorcem. Nicméně, uvedený vzorec je potvrzen jejich analýzou.
Pokud n představuje zlomek, je pravděpodobné, že jde o směs sloučenin, z nichž v každé znamená n celé číslo. Tento předpoklad
I není zcela nepochybný. Symbol n může znamenat 0,5 až 4, s výhodou 1,0 až 3,0 a především 1,5 až 2,5.
Vynález se týká aktivované nadouvací kompozice obsahující tepelně rozložitelné nadouvadlo, zejména azodikarboxamid, sulfonylhydrazid nebo dinitrosopentamethylentetramin ve směsi se vhodným množstvím jednoho nebo několika popřípadě solvatovaných reakčních produktů močoviny a oxidu, uhličitanu nebo hydroxidu zinečnatého .
Poměr popřípadě solvatovaného reakčního produktu k nadouvadlu je přednostně v rozmezí od 1:20 do 1:1, s výhodou od 1:10 do 1:2 (přičemž je poměr míněn hmotnostně).
Vynález se také týká vulkanizačni kompozice pro kaučuk obsahující síru a vhodné množství jednoho nebo několika popřípadě solvatovaných reakčnich produktů močoviny a oxidu, uhličitanu nebo hydroxidu zinečnatého.
Hmotnostní poměr popřípadě solvatovaného reakčního produktu k síře je přednostně v rozmezí od 1:5 do 5:1, s výhodou od 1:2 do 2:1.
Reakce oxidu, uhličitanu nebo hydroxidu s močovinou se přednostně provádí společným zahříváním reakčnich složek, popřípadě v přítomnosti vhodného rozpouštědla, na teplotu 120 až 180 °C. Analýza produktů, získaných při různých teplotách, ukazuje, že hodnota n v obecném vzorci I klesá se zvyšující se teplotou, takže produkty s požadovanou hodnotou n je možno vyrobit za použití vhodné regulace reakční téploty.
Na jeden mol oxidu, uhličitanu nebo hydroxidu zinku se přednostně používá 2 až 5 mol močoviny.
Některá reakční rozpouštědla, například methanol, dimethylformamid a dímethylsulfoxid, se zdají být pravými rozpouštědly a poskytují stejný reakční produkt, jako když se pracuje v nepřítomnosti rozpouštědla, to je produkt, ve kterém R znamená NH3.
Naproti tomu jiná rozpouštědla, zejména glykoly, jako ethylenglykol, propylenglykol, polyethylenglykol nebo polypropylenglykol produkt solvatují, přičemž nahrazují jeden nebo více ligandů NH3 ligandy rozpouštědla. Takové solvatované produkty jsou kapalné a často mají lepší vlastnosti než odpovídající nesolvatované sloučeniny obecného vzorce I. Pod pojmem solvatované sloučeniny se rozumějí sloučeniny shora uvedeného typu. Výhodou zinku ve sloučenině obecného vzorce I je jeho nízká toxicita i cena.
Reakční produkt, kterému se dává obzvláštní přednost, se připravuje reakcí močoviny s oxidem, uhličitanem nebo hydroxidem zinečnatým při teplotě 135 až 160 eC. Složení tohoto produktu v podstatě odpovídá obecnému vzorci I, kde znamená R NH3 a n má hodnotu přibližně 2. Jestliže se reakce provádí v glykolovém rozpouštědle, zejména v polyethylenglykolu nebo jestliže se reakční produkt rozpustí v ethylenglykolu a potom se zahřívá, připraví se obzvláště výhodná solvatované sloučenina, ve které jsou oba ligandy NH3 vytěsněny ligandy glykolu.
Reakční produkty podle vynálezu jsou vysoce účinnými aktivátory nadouvadel, zejména azodikarboxamidu, které poskytují větší napěnění při stejném dávkování nebo stejné napěnění při nižším dávkování ve srovnání s běžnými aktivátory na bázi směsí sloučenin zinku a kadmia. Proto se jich může používat v menších množstvích. Jelikož kovem v reakčnim produktu je zinek, je možno vyhnout se problémům s toxicitou a nákladnosti běžných kademnatých sloučenin.
Jestliže se sloučenin obecného vzorce I podle vynálezu používá při tzv. inhibiční metodě chemického reliéfního tisku, je možno je inhibovat kyselinami, například kyselinou linolenovou. Těchto kyselin je proto možno použít jako inhibitorů místo anhydridu kyseliny trimellithové, který je toxický a se kterým se obtížně manipuluje, používaného při běžné aktivaci oxidem zinečnatým.
Reakční produkty obecného vzorce I podle vynálezu jsou také vysoce účinnými aktivátory urychlovačů vulkanizace kaučuku, které poskytují vyšší aktivaci při stejném dávkování nebo stejnou aktivaci při nižším dávkování ve srovnání s oxidem zinečnatým.
Vynález blíže objasňují příklady praktického provedení, které však vynález nijak neomezují.
Příklady provedení vynálezu
Příklad 1
V otevřené kádince se spolu zahřívají močovina (300 g) a oxid zinečnatý (100 g). Reakce začíná při teplotě 120 °C, ale potom teplota stoupne na 125 až 128 °c, přičemž na této hodnotě se ustálí. Uvolňuje se amoniak. Po 30 minutách se reakce zpomalí a roztok se vyčeří. Potom se teplota zvýší na dobu 15 až 20 minut na 140 C. Vzniklá bílá pevná látka se promyje za chladu methanolem, aby se odstranila nezreagovaná močovina a vedlejší produkty. Výtěžek je 220 g produktu.
Analýza pro (NH3)2Zn(NCO)2 vypočteno: NH3 18,6 % Zn 35,5 % NCO 45,9 % nalezeno: NH3 19,4 % Zn 34,9 % NCO 42,0 %
Příklad 2
K polyethylenglykolu (400 g) se přidá močovina (300 g) a oxid zinečnatý (100 g) a směs se zahřívá. Uvolňování amoniaku začíná při teplotě 125 °C a teplota stoupá na 130 až 135 °C. Po jedné hodině se roztok vyčeří a potom se teplota zvýší na 140 až 145 eC, aby se odstranil amoniak. Po ochlazení se získá světle žlutý viskozní roztok, jehož složení odpovídá podle analýzy obecnému vzorci I, kde znamená n číslo 2 a R polyethylenglykolový ligand .
Příklad 3
Zkouší se 40% hmot. roztok produktu podle příkladu 1 v ethylenglykolu jako aktivační, roztok ve srovnání se dvěma běžnými aktivačními roztoky na bázi kademnatozinečnatých mýdel, která jsou obchodním produktem společnosti Akzo Chemie M-3450 a obchodním výrobkem společnosti Diamond Shamrock LC90.
Každý aktivátor se zapracuje do polyvinylchloridové formulace obsahující polyvinylchlorid (100 dílů hmot.), dioktylftalát (75 dílů hmot.), uhličitan vápenatý jako plnivo (25 dílů hmot.) a Genitron AC4 50% disperze (5 dílů hmot.), azokarboxamid jako nadouvadlo v množství 1 a 2 dílů hmot.
Formulace se nanesou na separační papír a nechají se projít Spoonerovou horkovzdušnou sušárnou, ve které je teplota 160 až 200 ’C. Po napěnění se změří výška vzniklé pěny. Sloučenina zinku obecného vzorce I podle vynálezu způsobuje ve všech případech o 50 % větší expanzi pěny než srovnávané obchodně dostupné aktivátory při stejném dávkování. Za použití 1 hmot. dílu sloučeniny zinku obecného vzorce I podle vynálezu se dosáhne přibližně stejného napěnění jako použití 2 hmot. dílů shora uvedených obchodně dostupných aktivátorů.
Příklad 4
Způsobem, popsaným v příkladu 1, se spolu v otevřené kádince zahřívá uhličitan zinečnatý (100 g) a močovina (250 g). Vzniklá pevná hmota je v podstatě totožná s produktem získaným podle příkladu 1.
Příklad 5
Ve formulaci obsahující hmotnostně styrenbutadienový kaučuk 17,0 % anorganické plnivo (zejména uhličitan vápenatý) 17,0 % změkčovadla 17,5 % azodikarboxamid 3,0 % oxid zinečnatý 1,5 % síru - 1,0 % di-2-benzothiazyldisulfid 0,1 % merkaptobenzothiazyl zinku 0,1 % je možno nahradit oxid zinečnatý 1,25 % sloučeniny zinku podle příkladu 1 (což představuje více než 60% úsporu požadovaného zinku), aniž by se změnila rychlost vulkanizace. Navíc se dosáhne dobré aktivace azodikarboxamidu, což se projeví v získání vysoce kvalitního pěnového kaučuku.
Průmyslová využitelnost
Sloučeniny podle vynálezu jsou použitelné jako aktivátory pro chemická nadouvadla nebo jako urychlovače nebo aktivátory při vulkanizaci kaučuku.