DE102022105040A1 - PROCESSES FOR THE RECOVERY OF HYDROGENATED, VULCANIZED NITRILE RUBBER WASTE MATERIALS AND THEIR USE IN TECHNICAL COMPOUNDS - Google Patents

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Abstract

Beschrieben wird ein Verfahren zur Devulkanisierung von hydrierten Nitrilgummis (H-NBR) durch ihre thermomechanische Behandlung bei einer Temperatur von 240°C bis 360°C, vorzugsweise bei Anwendung eines gleichläufigen Doppelschneckenextruders, wodurch ein H-NBR Gummi gewonnen wird, das teilweise devulkanisiert ist und in technischen Mischungen wiederverwendet werden kann.A process is described for the devulcanization of hydrogenated nitrile rubbers (H-NBR) by their thermomechanical treatment at a temperature of 240°C to 360°C, preferably using a co-rotating twin-screw extruder, whereby a H-NBR rubber which is partially devulcanized is obtained and can be reused in technical mixes.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Rückgewinnung und anschließenden Verwendung von Verarbeitungsabfällen oder überschüssigen oder nicht spezifikationsgerechten Endprodukten, die aus Vulkanisaten auf der Basis von hydrierten Nitrilgummis bestehen (die im Anschluss H-NBR genannt werden) sowie deren anschließende Wiederverwertung in technischen Mischungen; die Rückgewinnung nach vorherigem Mahlen erfolgt über ein Devulkanisierungsverfahren in einem gleichläufigen Doppelschneckenextruder, wobei die entsprechenden Temperatur-, Leistungs- und Verweilzeitbedingungen gewählt werden und die Kombination der genannten Parameter mit der Zielsetzung gewählt wird, ein Material zu gewinnen, dessen chemische und chemisch-physikalische Eigenschaften so beschaffen sind, dass sie der technischen Mischung, die es enthält, die besten Eigenschaften von Fließfähigkeit und dem Endprodukt die besten technologischen Eigenschaften verleiht.The present invention relates to a process for the recovery and subsequent use of processing scraps or surplus or off-spec end products consisting of vulcanizates based on hydrogenated nitrile rubbers (hereinafter referred to as H-NBR) and their subsequent recycling in technical compounds; the recovery after previous grinding is carried out via a devulcanization process in a co-rotating twin-screw extruder, choosing the appropriate temperature, power and residence time conditions and choosing the combination of the parameters mentioned with the aim of obtaining a material whose chemical and chemical-physical characteristics are such as to confer the best fluidity characteristics on the technical mixture it contains and the best technological characteristics on the final product.

Bezüglich der Definition von „hydrierten Nitrilgummis“ und deren unterschiedliche Typologien und Strukturen siehe auch zum Beispiel Robert Keller in Practical Guide to Hydrogenated Nitrile Butadiene Rubber Technology, 2012, Smithers Rapra Technology, ISBN:978-1-84735-522-5 (E-Book).For the definition of "hydrogenated nitrile rubbers" and their different typologies and structures, see also, for example, Robert Keller in Practical Guide to Hydrogenated Nitrile Butadiene Rubber Technology, 2012, Smithers Rapra Technology, ISBN:978-1-84735-522-5 (E- books).

Die H-NBR Gummis gehören zusammen mit den Acrylgummis (ACM) und den fluorierten Elastomeren (FKM, FFKM) zur Klasse der High Performance Elastomers und zeichnen sich durch hervorragende Leistungen bei durch herkömmliche Elastomere nicht erreichbaren Temperaturen aus, sowie durch hohe Kosten, die mindestens eine Größenordnung höher rangieren als die von herkömmlichen Gummis, die alkenische, dienische und vinylaromatische Monomere verwenden. Es ist daher in wirtschaftlicher Hinsicht von Interesse, eine Technologie zu finden, die in der Lage ist, Verarbeitungsabfälle zurückzugewinnen und folglich zu verwenden, welche durchschnittlich 25-30% der Transformationsphase mit Spitzenwerten bis zu 50% darstellen.H-NBR rubbers, together with acrylic rubbers (ACM) and fluorinated elastomers (FKM, FFKM), belong to the class of high-performance elastomers and are characterized by excellent performance at temperatures unattainable by traditional elastomers, as well as a high cost that at least an order of magnitude higher than that of conventional rubbers using alkenic, dienic and vinyl aromatic monomers. It is therefore of interest from an economic point of view to find a technology capable of recovering and consequently using processing waste, which represents on average 25-30% of the transformation phase with peak values up to 50%.

Abhängig von der Menge an Acrylnitril (ACN) des NBR Gummis, das bei dem Hydrierungsverfahren verwendet wird, ergeben sich etliche unterschiedliche Grade an HNBR Gummis, bei denen der Gehalt an ACN zwischen 17 und 50% (in Molen) schwanken kann, neben Ungesättigkeitsgraden, die zwischen 4 und 9% liegen (Grade mi Hydrierungsgraden <1% fehlen dabei nicht) und mit unterschiedlicher Mooney Viskosität.Depending on the amount of acrylonitrile (ACN) of the NBR gum used in the hydrogenation process, there are several different grades of HNBR gums where the ACN content can vary between 17 and 50% (by moles), in addition to unsaturation levels, which are between 4 and 9% (grades with degrees of hydrogenation <1% are not missing) and with different Mooney viscosities.

Die HNBR Gummis sind wegen ihrer Wärme- und Schmierölbeständigkeit hochgeschätzt, bei technologischen Eigenschaften, die im allgemeinen denen der fluorierten Elastomere zwar unterlegen, aber gewöhnlich wegen der geringeren Dichte kostengünstiger sind.HNBR rubbers are valued for their resistance to heat and lubricating oils, with technological properties that are generally inferior to those of fluorinated elastomers, but are usually cheaper because of their lower density.

Unter der Bezeichnung „hydrierte vulkanisierte Nitrilgummis“ versteht man HNBR, die Querverbindungen zwischen den Polymerketten aufweisen, wobei die oben genannten Querverbindungen gewonnen werden, indem man das nicht vulkanisierte Gummi mit Peroxiden oder mit Systemen auf der Basis von Schwefel und Beschleunigern reagieren lässt.The term "hydrogenated vulcanized nitrile rubber" means HNBR having crosslinks between the polymer chains, the above crosslinks being obtained by reacting the unvulcanized rubber with peroxides or with sulfur-based systems and accelerators.

Größtenteils enthalten die handelsüblichen HNBR residuale Ungesättigtkeiten, die in der Lage sind, mit den gewählten Vulkanisiersystemen zu interagieren und die oben genannten Querverbindungen zu bilden. In allen Fällen erfordern die HNBR Gummis im Vergleich zu einem NBR Gummi erheblich größere Mengen an Peroxiden und Co-Agenzien (6 -10 phr Peroxid und 2-6 phr Co-Agens) bzw. an Schwefel und Beschleunigern, und zwar wegen der geringeren Menge an doppelten residualen Verbindungen (durchschnittlich 4-8%).For the most part, commercially available HNBR contain residual unsaturations capable of interacting with the curing systems of choice and forming the cross-links mentioned above. In all cases, the HNBR rubbers require significantly higher amounts of peroxides and co-agents (6-10 phr peroxide and 2-6 phr co-agent) or sulfur and accelerators due to the lower amount compared to an NBR rubber of duplicate residual connections (4-8% on average).

Der Stand der Technik liefert keine entsprechenden Unterlagen oder Lehren, anhand derer es möglich wäre, schnell und mit hoher Transformationsgeschwindigkeit vulkanisierte H-NBR Gummis zu devulkanisieren und dadurch devulkanisierte Polymermaterialien zu gewinnen, die erneut insgesamt oder teilweise wiederverwertet werden können für die Herstellung von Mischungen, die für die Erzeugung von Endprodukten mit technologischen Eigenschaften geeignet sind, welche den für die verschiedenen Anwendungsbereiche erforderlichen Spezifikationen gerecht werden. Für weitere Arten von vulkanisierten Elastomeren, gewöhnlich für die gebräuchlichsten, wie zum Beispiel die Styrol-Butadien-Copolimere (SBR), die Ethylen-Propylen-Dien-Copolymere (EPDM), die Ethyen-Propylen-Copolymere (EPR), die AcrylnitrilButadien-Copolymere (NBR) und die vulkanisierten Silikongummis, wurden etliche Devulkanisierungsverfahren erprobt; wir wollen hier unter anderen die thermomechanischen, die chemischen und hydrolytischen Behandlungen, die bakterielle Verdauung erwähnen und Technologien weglassen, die die Degradierung der Vulkanisate auf Nichtpolymerprodukte (wie z.B. Pyrolyse und Verbrennungen) vorsehen. Beispielsweise wird der Einsatz von Ultraschallgeneratoren am Kopf eines Extruders, durch den ein vulkanisiertes Elastomer hindurch gepresst wird, von Isayev in US 5,284,625 und US 5,258,413 als ein System beschrieben, das in der Lage ist, das so behandelte Material zu devulkanisieren, das bei Zusatz in einer geringfügigen Menge von nicht über 20-30 Gew.% in Bezug auf sein Roh-Äquivalent für die Herstellung von qualitativ hochwertigen Artikeln verwendet werden kann.The prior art does not provide any relevant documentation or teachings that would make it possible to devulcanize vulcanized H-NBR rubber quickly and with a high transformation rate and thereby obtain devulcanized polymer materials that can be recycled in whole or in part for the production of compounds, suitable for the creation of finished products with technological characteristics that meet the specifications required for the various fields of application. For other types of vulcanized elastomers, usually the most common, such as styrene-butadiene copolymers (SBR), ethylene-propylene-diene copolymers (EPDM), ethylene-propylene copolymers (EPR), acrylonitrile-butadiene Copolymers (NBR) and the vulcanized silicone rubbers, several devulcanization processes have been tried; we want to mention here, among others, the thermomechanical, chemical and hydrolytic treatments, bacterial digestion, omitting technologies that envisage the degradation of vulcanizates to non-polymer products (such as pyrolysis and incineration). For example, the use of ultrasonic generators at the head of an extruder, through which a vulcanized elastomer is pressed will, by Isayev in U.S. 5,284,625 and U.S. 5,258,413 described as a system capable of devulcanizing the material so treated, when added in a minor amount not exceeding 20-30% by weight with respect to its raw equivalent, are used for the manufacture of high quality articles can.

In allen in der technischen, wissenschaftlichen und patentrechtlichen Literatur angeführten Fällen haben die Arbeitsmethoden und -Bedingungen, die für das Devulkanisierungsverfahren gewählt wurden, das Ziel, die Verteilung der ursprünglichen Molekulargewichte des Rohgummis wiederherzustellen.In all the cases cited in the technical, scientific and patent literature, the working methods and conditions chosen for the devulcanization process aim to restore the original molecular weight distribution of the raw rubber.

Bei dieser Zielsetzung müssen folglich Verhältnisse ausfindig gemacht werden, die so beschaffen sind, dass sie den Bruch der Querverbindungen der Aktivierung von Reaktionen vorziehen, die Kohlenstoffatome involvieren, welche Teil der Molekularkette des Polymers sind, wie zum Beispiel die Oxydationsreaktionen, die bekanntlich die Bildung von Peroxyradikalen auf Atomen von tertiärem Kohlenstoff verursachen, und zwar im Fall von gesättigten Polymeren wie den EPR Gummis, oder auf Kohlenstoffatomen in Allylposition, wie im Fall von Polymeren oder Copolymeren auf dienischer Basis.In order to achieve this goal, it is therefore necessary to identify conditions such as to favor the breaking of crosslinks over the activation of reactions involving carbon atoms which are part of the molecular chain of the polymer, such as the oxidation reactions, which are known to lead to the formation of Causing peroxy radicals on tertiary carbon atoms, in the case of saturated polymers such as EPR rubbers, or on carbon atoms in the allyl position, as in the case of polymers or copolymers based on diene.

Das Verfahren der vorliegenden Erfindung beabsichtigt folglich, ein einfaches und wirkungsvolles Verfahren für die Transformation von vulkanisierten H-NBR Gummis in Polymermaterialien zu liefern, die für die Herstellung von technischen Mischungen und deren entsprechenden Produkten wiederverwendet werden können.The process of the present invention thus intends to provide a simple and efficient process for the transformation of vulcanized H-NBR rubbers into polymeric materials that can be reused for the manufacture of technical compounds and their corresponding products.

Kurze Beschreibung der ErfindungBrief description of the invention

Demzufolge betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Devulkanisierung einer Zusammensetzung, welche ein oder mehrere hydrierte Nitrilgummis I(H-NBR) enthält, das folgende Stadien umfasst:

  1. 1) die Einspeisung der Zusammensetzung, welche ein oder mehrere hydrierte Nitrilgummis (H-NBR) umfasst, in einen gleichläufigen Doppelschneckenextruder, der mit einer Drehzahl von 200 bis 600 U/Min. funktioniert, wobei der o.g. gleichläufige Doppelschneckenextruder jeweils eine Vielzahl von Heizelementen umfasst, die auf vorbestimmte Temperaturen eingestellt sind.
  2. 2) die Beibehaltung der Zusammensetzung von Punkt 1) im Innern des gleichläufigen Doppelschneckenextruders auf den oben genannten voreingestellten Temperaturen, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Höchsttemperatur von einem oder mehreren Heizelementen von 240 bis 360° C beträgt, und zwar vorzugsweise von 260 bis 330 °C.
Accordingly, the present invention relates to a process for devulcanizing a composition containing one or more hydrogenated nitrile rubbers I(H-NBR), comprising the following stages:
  1. 1) feeding the composition comprising one or more hydrogenated nitrile rubbers (H-NBR) into a co-rotating twin screw extruder operating at a speed of 200 to 600 rpm. works, wherein the above-mentioned co-rotating twin-screw extruder each comprises a plurality of heating elements which are set at predetermined temperatures.
  2. 2) the maintenance of the composition of point 1) inside the co-rotating twin-screw extruder at the above preset temperatures, characterized in that the maximum temperature of one or more heating elements is from 240 to 360 ° C, preferably from 260 to 330 °C

Die vulkanisierten H-NBR Gummis, die im Verfahren der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden, können von Verarbeitungsabfällen von H-NBR oder Endprodukten auf H-NBR Basis stammen, die das Ende ihrer Lebensdauer erreicht haben. Vorzugsweise werden die oben genannten vulkanisierten H-NBR Gummis vor der Devulkanisierung einer vorherigen Zerkleinerung unterzogen, so dass Partikel mit einem durchschnittlichen Durchmesser von 1 bis 5 mm gewonnen werden, vorzugsweise von 1 bis 3 mm, sowie bei Bedarf einem entsprechenden Trocknung. Zudem wird das Verfahren der vorliegenden Erfindung bei vulkanisierten H-NBR Gummis angewendet, die einen Acrylnitrilgehalt von 17 bis 50 mol% aufweisen. Schlussendlich beträgt die Verweilzeit des vulkanisierten H-NBR Gummis im Innern des gleichläufigen Doppelschneckenextruders (in der beschriebenen Ausrüstung und Größe) von 45 bis 140 Sekunden, vorzugsweise von 70 bis 120 Sekunden.The vulcanized H-NBR rubbers used in the process of the present invention may be derived from H-NBR processing scraps or end-of-life H-NBR based end products. Preferably, before devulcanization, the above vulcanized H-NBR rubbers are subjected to a preliminary crushing to obtain particles with an average diameter of 1 to 5 mm, preferably 1 to 3 mm, and appropriate drying if necessary. In addition, the process of the present invention is applied to vulcanized H-NBR rubbers having an acrylonitrile content of 17 to 50 mol%. Finally, the residence time of the vulcanized H-NBR rubber inside the co-rotating twin screw extruder (in the equipment and size described) is from 45 to 140 seconds, preferably from 70 to 120 seconds.

Ein zweiter Gegenstand der vorliegenden Erfindung betrifft eine H-NBR Gummi-Zusammensetzung, die nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung gewonnen werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass sie:

  1. (i) eine Mooney Viskosität von 20 bis 80 Mooney Einheiten (MU) aufweist, vorzugsweise von 35 bis 70 MU, und dass sie
  2. (ii) aus einer in Tetrahydrofuran (THF) unlöslichen Fraktion und einer in THF löslichen Fraktion besteht, wobei das Gewichtsverhältnis zwischen der unlöslichen Fraktion und der löslichen Fraktion von 90:10 bis 60:40, vorzugsweise von 80:20 bis 70:30 beträgt.
A second subject of the present invention relates to a H-NBR rubber composition obtainable by the process of the present invention, characterized in that it:
  1. (i) has a Mooney viscosity of from 20 to 80 Mooney Units (MU), preferably from 35 to 70 MU, and that it
  2. (ii) consists of a tetrahydrofuran (THF) insoluble fraction and a THF soluble fraction, the weight ratio between the insoluble fraction and the soluble fraction being from 90:10 to 60:40, preferably from 80:20 to 70:30 .

In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt der Wert α des devulkanisierten Materials, der sich von Stress relaxation Messungen ableitet, von -0,700 bis - 0,300, vorzugsweise von - 0,400 bis -0,320.In a preferred embodiment, the value α of the devulcanized material, which is derived from stress relaxation measurements, is from -0.700 to -0.300, preferably from -0.400 to -0.320.

Ein dritter Gegenstand der vorliegenden Erfindung betrifft die Verwendung des devulkanisierten H-NBR Gummis, das nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung für die Herstellung von technischen Mischungen gewonnen wurde, die für die Herstellung von vulkanisierten Produkten geeignet sind, bzw. von Gegenständen die mittels Einspritzung, Kompression oder Extrusion hergestellt wurden. Die o.g. technischen Mischungen umfassen sowohl devulkanisiertes H-NBR Gummi wie Roh-H-NBR Gummi, wobei das Gewichtsverhältnis zwischen devulkanisiertem Gummi und Rohgummi zwischen 60:40 und 5:95 liegt. Ein letzter Gegenstand der vorliegenden Erfindung betrifft Produkte, die aus den oben erwähnten Mischungen hergestellt werden, wie Dichtungen, O-Ringe, Platten, technische Artikel.A third subject of the present invention relates to the use of the devulcanized H-NBR rubber obtained according to the process of the present invention for the manufacture of technical mixtures suitable for the manufacture of vulcanized products, or objects made by injection, Compression or extrusion were made. The above technical mixtures include both devulcanized H-NBR rubber and raw H-NBR rubber, the weight ratio between devulcanized rubber and raw rubber being between 60:40 and 5:95. A final object of the present invention relates to products made from the mixtures mentioned above, such as gaskets, O-rings, plates, technical articles.

Ausführliche Beschreibung der ErfindungDetailed Description of the Invention

Das Verfahren der vorliegenden Erfindung ermöglicht die Eliminierung oder Reduzierung der im vulkanisierten H-NBR Gummi vorhandenen Querverbindungen, wodurch die Zerstörung des elastischen Netzwerks verursacht und den noch teilweise miteinander verbundenen Polymerketten die Fließfähigkeit wiedergegen wird, die folglich für die Herstellung von entsprechend formulierten Mischungen wiederverwendet werden können.The process of the present invention allows the elimination or reduction of the crosslinks present in the vulcanized H-NBR rubber, causing the destruction of the elastic network and restoring the fluidity of the polymer chains still partially connected, which are consequently reused for the manufacture of appropriately formulated compounds be able.

Dieses Verfahren der vorliegenden Erfindung, welches mit dem Begriff Devulkanisierung bezeichnet wird, liefert ein Material, das sich allerdings vom Roh-Polymer in Bezug auf die Makrostruktur unterscheidet, da die thermomechanische Behandlung Reaktionen nicht vermeiden kann, die zu Brüchen an beliebigen Stellen des elastischen Netwerks führen und folglich an einigen Stellen der Masche des Netzwerks, das aus einem Segment der Polymerkette besteht, sowie daher zu der anschließenden zufälligen Rekombination. Der Hauptunterschied zwischen dem devulkanisierten Material (das wir in der Folge mit dem Begriff TT-HNBR bezeichnen) und dem Roh-HNBR ist der, eine Minderheitsfraktion aufzuweisen, die in polaren organischen Lösemitteln wie THF löslich ist, neben einer unlöslichen Fraktion, die wir in der Folge „carbon gel“ nennen werden.This process of the present invention, which is denoted by the term devulcanization, provides a material which, however, differs from the raw polymer in terms of macrostructure, since the thermomechanical treatment cannot avoid reactions leading to fractures anywhere in the elastic network and consequently at some points of the mesh of the network consisting of a segment of the polymer chain and therefore to the subsequent random recombination. The main difference between the devulcanized material (which we will refer to as TT-HNBR in the following) and the raw HNBR is that it has a minority fraction that is soluble in polar organic solvents such as THF, alongside an insoluble fraction that we will subsequently be called “carbon gel”.

Diese unlösliche Fraktion weist, wenn sie durch das für die Extraktion des löslichen Anteils verwendete Lösemittel wieder aufgebläht wird, ein gelartiges Aussehen auf, mit dem typischen Verhalten von Materialien, in denen Verbindungen vorhanden sind, die die Makromoleküle miteinander verbinden oder die sie an einen Filler binden, und zwar typischerweise Ruß. Diese Makromolekül-Makromolekülverbindungen und Makromolkül-Filler erzeugen ein dreidimensionales Netzwerk mit niedrigem Verbindungsgrad, das die Lösungsmittelmoleküle aufnehmen kann, wodurch auf makroskopischer Ebene eine starke Zunahme des Volumens verursacht wird. Die unlösliche Fraktion weist nach ihrer Trennung von der löslichen Fraktion und nach der Trocknung eine lederähnliche Konsistenz auf.This insoluble fraction, when re-inflated by the solvent used to extract the soluble fraction, presents a gelatinous appearance, with the typical behavior of materials in which there are compounds that bind the macromolecules together or attach them to a filler bind, typically soot. These macromolecule-macromolecule linkages and macromolecule fillers create a three-dimensional network with a low degree of linkage, which can accommodate the solvent molecules, causing a large increase in volume at the macroscopic level. The insoluble fraction has a leather-like consistency after it has been separated from the soluble fraction and dried.

Im Fall der TT-HNBR, besteht die dreidimensionale Struktur folglich aus einer leicht retikulären Polymerfraktion, die an die Partikel des Verstärkungsfüllstoffs gebunden ist, wobei die genannte Fraktion in der Lage ist, sowohl die nicht gebundenen Füllstoffteile wie das übrige nicht auf dem Füllstoff absorbierte Polymer zu übernehmen, das sich folglich als im Lösemittel löslich erweist. Genauer gesagt, bezieht sich die wissenschaftliche Literatur, wenn man von carbon gel spricht, auf eine Gummifraktion, die in einer nicht vulkanisierten Mischung vorhanden ist, aber sich in einer geeigneten Lösung als unlöslich erweist. Das Phänomen ist seit 1925 bekannt (D.F. Twiss, J. Chem. Soc. Ind. 44, 1067 (1925) und stellt das sichtbare Resultat der Wechselwirkungen zwischen dem Verstärkungsfüllstoff und dem Elastomer dar, eine Wechselwirkung, die während der Phase der Aufbereitung der Mischung entsteht.In the case of TT-HNBR, the three-dimensional structure is therefore composed of a slightly reticular fraction of polymer bound to the particles of reinforcing filler, said fraction being capable of absorbing both the unbound portions of the filler and the remainder of the polymer not adsorbed on the filler to take over, which consequently turns out to be soluble in the solvent. More specifically, when speaking of carbon gel, the scientific literature refers to a rubber fraction present in an unvulcanized compound, but which turns out to be insoluble in a suitable solution. The phenomenon has been known since 1925 (D.F. Twiss, J. Chem. Soc. Ind. 44 , 1067 (1925)) and represents the visible result of the interactions between the reinforcing filler and the elastomer, an interaction that occurs during the compound preparation phase arises.

Bezüglich der Modalitäten, mit denen die Messung der Menge an carbon gel erfolgt, siehe beispielsweise E.M. Dannemberg in Bound Rubber and Carbon Black Reinforcement, Rubber Chemistry and Technology, July 1986, 59, Nr.3, Seiten 512-524.For the modalities by which the measurement of the amount of carbon gel is made, see, for example, E.M. Dannemberg in Bound Rubber and Carbon Black Reinforcement, Rubber Chemistry and Technology, July 1986, 59, No. 3, pages 512-524.

In der gängigen Praxis bezieht sich der Begriff carbon gel oder gebundenes Gummi genauer gesagt auf eine Polymerfraktion, die in der Phase der Vorbereitung der Mischung auf der Oberfläche des Verstärkungsfüllstoffs adsorbiert wird, wo sie eine Art Verbindung herstellt, die stark genug ist, um der Einwirkung des Lösemittels widerstehen zu können; in unserem Fall wird das genannte carbon gel, das in der Mischung vor der Vulkanisierung in geringfügiger Menge (10-15%) vorhanden sein kann, während der Phase der Thermobehandlung mit den Modalitäten und unter den Bedingungen, die den Gegenstand des vorliegenden Patents bilden, zum überweigenden Teil.In current practice, the term carbon gel or bonded rubber refers more precisely to a polymer fraction that is adsorbed on the surface of the reinforcing filler during the mixture preparation phase, where it creates a kind of bond strong enough to withstand the impact to be able to withstand the solvent; in our case, said carbon gel, which may be present in a small amount (10-15%) in the mixture before vulcanization, during the heat treatment phase, with the modalities and under the conditions that form the subject of the present patent, for the most part.

Das Verfahren der vorliegenden Erfindung besteht daher aus einem thermomechanischen Prozess, der zur Eliminierung eines Teils der Querverbindungen führt, die die Molekularketten des HNBR verbinden, bei dementsprechender Bildung von komplexen strukturierten molekularen Strukturen (das carbon gel), die aber nicht miteinander verbunden sind und frei fließen können, wenn sie bei Vorhandensein einer Minderheitsfraktion an löslichem Polymer einer Scherspannung ausgesetzt sind. Die genannte strukturierte Fraktion, die in den gebührenden Verhältnissen mit Rohgummi gemischt wird, und zwar abhängig von den gewünschten technologischen Eigenschaften des technischen Endprodukts, verleiht dem Endvulkanisat Eigenschaften höheren mechanischen Widerstands im Vergleich mit ähnlichen Vulkanisaten, die ausschließlich mit Rohgummi hergestellt werden.Außerdem garantiert das Vorhandensein einer Minderheitsfraktion an löslichem Polymer eine gute Fließfähigkeit der Mischung bei entsprechend guter Verarbeitbarkeit.The method of the present invention therefore consists of a thermomechanical process leading to the elimination of a part of the cross-linkages connecting the molecular chains of the HNBR, with consequent formation of complex structured molecular structures (the carbon gel) but which are not interconnected and free to flow when subjected to shear stress in the presence of a minority fraction of soluble polymer. Said structured fraction, mixed with raw rubber in the appropriate proportions depending on the desired technological properties of the final technical product, gives the final vulcanizate properties of higher mechanical resistance compared to similar vulcanizates made exclusively with raw rubber. In addition, it guarantees Presence of a minority fraction of soluble polymer good flowability of the mixture with correspondingly good processability.

In allen in der technischen, wissenschaftlichen und patentrechtlichen Literatur erwähnten Fällen haben die im Devulkanisierungsverfahren gewählten Arbeitsmethoden und -Bedingungen das Ziel, die Verteilung der ursprünglichen Molekulargewichte des Rohgummis wiederherzustellen.In all the cases mentioned in the technical, scientific and patent literature, the working methods and conditions chosen in the devulcanization process aim to restore the original molecular weight distribution of the raw rubber.

Bei oxydations- oder protonenextraktionsresistenten Polymeren, wie z.B. den Mischungen auf FKM Basis, kann sich die Devulkanisierung erfolgreich auf die Querverbindungen konzentrieren, um devulkanisierte Materialien mit Molekulargewichtsverteilungen zu gewinnen, die denen der ursprünglichen Produkte ähneln und sich für die Herstellung von technischen Artikeln eignen. Wie z.B. das Patent US 2014/378562 , bei dem der Bruch der Querverbindungen ätherischen Typs durch das Vorhandensein protogenischer Sorten begünstigt wird. In der Patentanmeldung IT201800010348 geht, in Ermangelung protogenischer Substanzen und mit unterschiedlichen Thermoprofil, die Bildung einer löslichen Fraktion einher mit dem Vorhandensein einer unlöslichen Fraktion, die in den entsprechenden Verhältnissen eine Verbesserung der mechanischen Eigenschaften zur Folge hat, wenn die Vulkanisierung unvollständig ist, wie z.B. bei den Vulkanisierverfahren im Dauerbetrieb, speziell bei der Rotocuring Technologie.In the case of oxidation or proton extraction resistant polymers, such as FKM-based compounds, devulcanization can successfully focus on the crosslinks to obtain devulcanized materials with molecular weight distributions close to the original products, suitable for the manufacture of technical articles. Like the patent US2014/378562 , in which the rupture of the ethereal-type cross-connections is favored by the presence of protogenic varieties. In the patent application IT201800010348 In the absence of protogenic substances and with a different thermal profile, the formation of a soluble fraction goes hand in hand with the presence of an insoluble fraction which, in the right proportions, results in an improvement in the mechanical properties when the vulcanization is incomplete, such as in the vulcanization processes im Continuous operation, especially with rotocuring technology.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Tatsache, dass Arbeitsbedingungen gefunden wurden, mit denen ausgehend von vulkanisiertem H-NBR Materialien gewonnen werden können, welche aus Mehrheitsfraktionen retikulärer Strukturen (carbon gel) neben löslichen HNBR Fraktionen bestehen, die folglich nicht an die retikulären Strukturen gebunden sind. Diese letzteren weisen eine retikuläre Struktur auf, die ausreicht, um mechanische Eigenschaften zu verleihen, aber einen ausreichend niedrigen Vernetzungsgrad aufweist, um deren Mischung mir Rohgummi zu ermöglichen, und folglich formuliert ist, um vulkanisierte Endprodukte mit den gewünschten Eigenschaften zu gewinnen.The object of the present invention is the fact that working conditions have been found with which, starting from vulcanized H-NBR, it is possible to obtain materials consisting of majority fractions of reticular structures (carbon gel) together with soluble HNBR fractions, which are consequently not bound to the reticular structures . The latter have a reticular structure sufficient to confer mechanical properties, but with a sufficiently low degree of crosslinking to allow their mixing with raw rubber and consequently formulated to obtain vulcanized end products with the desired properties.

In der Tat ist die Ermittlung der optimalen Bedingungen, um die Leistung der Spaltungsreaktionen der Querverbindungen maximieren zu können, komplex und nicht ableitbar; im Fall einer Maschine, die im Dauerbetrieb arbeitet, wie zum Beispiel ein Doppelschneckenextruder, muss die kontrastgebende Wirkung zahlreicher Variablen berücksichtigt werden, wie z.B. hauptsächlich die Geometrie der Maschine, die Kombination der rotierenden Elemente und deren Positionierung abhängig vom Temperaturprofil, dem das Material bei Durchquerung des Extruders ausgesetzt ist.In fact, the identification of the optimal conditions to be able to maximize the performance of the cross-link cleavage reactions is complex and non-derivable; in the case of a machine that works in continuous operation, such as a twin-screw extruder, it is necessary to take into account the contrasting effect of numerous variables, such as mainly the geometry of the machine, the combination of rotating elements and their positioning depending on the temperature profile that the material encounters when passing through it of the extruder is exposed.

Neben der Temperatur sind wichtige Arbeitsparameter die durchschnittliche Verweildauer und die Verteilung der Verweilzeiten, wobei der erste vorrangig von der Leistung und der Geschwindigkeit der Schnecken beeinflusst wird, während der zweite, außer den beiden o.g. Parametern, stark von der Geometrie der Schnecken abhängt.In addition to the temperature, important operating parameters are the average residence time and the distribution of the residence times, the first being primarily influenced by the power and speed of the screws, while the second, in addition to the two parameters mentioned above, depends heavily on the geometry of the screws.

Hier und im Anschluss verwenden wir den Begriff „devulkanisiert“ in einem anderen Sinn als der der üblichen Bedeutung, und zwar als „teilweise devulkanisiertes“ Material, wobei neben einer löslichen Minderheitsfraktion eine unlösliche Mehrheitsfraktion existiert, die mehr oder weniger retikulär, aber fließfähig ist, selbst wenn sie bei Raumtemperatur verarbeitet wird.Here and hereinafter we use the term "devulcanized" in a different sense than the usual meaning, namely as "partially devulcanized" material, where there exists alongside a soluble minority fraction an insoluble majority fraction which is more or less reticular but flowable, even when processed at room temperature.

In allen Fällen wird die Verteilung der Molekulargewichte des Ausgangs-H-NBR Polymers nicht wiederhergestellt, sondern ein völlig unterschiedliches Material gewonnen, mit eigenen Eigenschaften, das ansonsten ausschließlich mit den in der vorliegenden Erfindung beschriebenen Modalitäten gewonnen werden kann und daher als ein „neues Material“ angesehen werden muss.In all cases, the distribution of molecular weights of the starting H-NBR polymer is not restored, but a completely different material is obtained, with properties of its own, which can otherwise only be obtained with the modalities described in the present invention and is therefore classified as a "new material". ' must be viewed.

Gemäß der oben genannten Definition des „teilweise vulkanisierten“ Materials, ist der Gegenstand der vorliegenden Erfindung ein Verfahren für die Devulkanisierung von Mischungen auf der Basis von vulkanisierten HNBR, welche einen Gehalt an ACN aufweisen, der von 17 bis 50 Mol% reicht, und sowohl mit Hilfe von Systemen mit Peroxid wie mit Schwefel, mit dem genannten gleichläufigen Doppelschneckenextruder vulkanisiert sind.According to the above definition of "partially vulcanized" material, the subject of the present invention is a process for the devulcanization of compounds based on vulcanized HNBR having an ACN content ranging from 17 to 50 mol%, and both with the aid of systems with peroxide such as with sulfur, are vulcanized with said co-rotating twin-screw extruder.

Dabei wird hervorgehoben, wie wichtig die Kontrolle der Verteilung der Verweilzeiten und der durchschnittlichen Verweilzeiten zusammen mit dem angewandten Temperaturprofil sind, um den Vernetzungsgrad des unlöslichen Anteils zu steuern; dabei erweist es sich als besonders nützlich, Schnecken in einer solchen Konfiguration zu verwenden, dass die „back streaming“ genannte Erscheinung auf ein Mindestmaß reduziert wird, um die Menge an Material, das längere Verweildauern als die durchschnittlichen beansprucht, zu reduzieren. Dieser Effekt, der durch die Einführung von invertierten Förderschnecken erzielt wird und notwendig ist, um den richtigen Druck in den kritischeren Bereichen zu garantieren, muss sorgfältig gemessen und evaluiert werden; dabei müssen die korrekte Montage der Schnecken und die Betriebsbedingungen in Bezug auf Leistung und Geschwindigkeit der Schnecken mit Hilfe der Messung der Verteilung der Verweildauern (RTD) festgestellt werden. Diese Messung sieht die Verwendung eines Tracers vor, der in den Eingangsfluss eingeführt wird, und zwar so, dass eine Einführzeit gewährleistet wird, die erheblich kürzer als der Umfang der Verteilung der Ansprechzeiten ist.It emphasizes the importance of controlling the distribution of residence times and average residence times together with the temperature profile used to control the degree of crosslinking of the insoluble fraction; it proves particularly useful to use snails in such a configuration that the phenomenon called "back streaming" is minimized in order to reduce the amount of material that takes longer than average residence times. This effect, obtained by introducing inverted augers and necessary to guarantee the right pressure in the more critical areas, must be carefully measured and evaluated; it is necessary to determine the correct assembly of the screws and the operating conditions in terms of power and speed of the screws by measuring the residence time distribution (RTD). This measurement envisages the use of a tracer injected into the input flow in such a way as to ensure an injection time that is significantly shorter than the scope of the response time distribution.

Die Messung der Konzentration des Tracers erfolgte über die Einführung in den Ladetrichter des Extruders BaSO4, dessen Konzentration im Streifen von TT-HNBR über Fluoreszenz-Spektroskopie X (XRF) festgestellt wurde.The concentration of the tracer was measured by introducing BaSO 4 into the loading funnel of the extruder, the concentration of which was determined in the strip of TT-HNBR by means of fluorescence spectroscopy X (XRF).

Die Konzentrations-Zeit-Kurve (C(t), die durch die Messung der Tracermenge im extrudierten Material gewonnen wurde, wird durch die Anwendung von folgender Relation normiert: E ( t ) = C ( t ) Σ t C ( t )

Figure DE102022105040A1_0001
aus der sich die durchschnittliche Verweilzeit τ ergibt, die so definiert wird: τ = Σ t  E ( t ) Δ t Σ t  E ( t ) Δ t
Figure DE102022105040A1_0002
The concentration-time curve (C(t)) obtained by measuring the amount of tracer in the extruded material is normalized by applying the following relation: E ( t ) = C ( t ) Σ t C ( t )
Figure DE102022105040A1_0001
which results in the average residence time τ, which is defined as: τ = Σ t E ( t ) Δ t Σ t E ( t ) Δ t
Figure DE102022105040A1_0002

In der anliegenden wird die Funktion E (t) gezeigt, die sich aus den Bedingungen von Versuchen ergibt, die in den Beispielen 3, 4, 5, 6 und 7 wiedergegeben werden, denen man eine durchschnittliche Verweildauer von 91 Sekunden entnehmen kann.In the adjacent shows the function E(t) resulting from the conditions of experiments presented in Examples 3, 4, 5, 6 and 7, from which an average residence time of 91 seconds can be observed.

Die Kurve zeigt das Vorhandensein einer Materialfraktion rechts vom Modus auf, die eine längere Verweilauer als die dem Modus entsprechende aufweist, und zwar wegen der umgekehrten Transportelemente, sowie eine geringfügige Materialfraktion, die eine kürzere Verweildauer als die Dauer des Modus aufweist, und zwar aufgrund der Erscheinung, die als „channeling“ bekannt ist und durch den Abstand der Spitze der Schnecke im Bezug auf die Innenwand des Extruders entsteht; während dieser zweite Effekt typisch für die Maschine ist, kann der Teil rechts von der Kurve geändert werden, indem man auf die Leistung einwirkt (wobei die innere Geometrie fest beibehalten wird).The curve reveals the presence of a fraction of material to the right of the mode that has a longer residence time than that of the mode due to the reversed transport elements, and a minor fraction of material that has a residence time shorter than that of the mode due to the phenomenon known as "channeling" caused by the distance of the tip of the screw in relation to the inner wall of the extruder; while this second effect is specific to the machine, the part to the right of the curve can be modified by acting on the power (while keeping the internal geometry fixed).

Zur weiteren Vertiefung wird auf Residence time distribution in a commercial Twin-Screw Extruder, D.Wolf, N. Holin and H. White, Polymer Engineering and Science, 1986, Vol. 26, 9, 640-646 und Residence Time Distribution, V. Sans, N. Karbass ed al., RSC Advanced, 2012, 2, 8721-8728) und die dort zitierte Literatur verwiesen.For further depth reference is made to Residence time distribution in a commercial Twin-Screw Extruder, D.Wolf, N. Holin and H. White, Polymer Engineering and Science, 1986, Vol. 26, 9, 640-646 and Residence Time Distribution, V . Sans, N. Karbass et al., RSC Advanced, 2012, 2, 8721-8728) and the literature cited there.

Der gleichläufige Doppelschneckenextruder wird mit Drehzahlen angewendet, die zwischen 200 und 600 U/Min liegen und mit einem Verhältnis Länge/Durchmesser zwischen 50 und 150, bei Temperaturen, die zwischen 240 und 360°C liegen. Die Konfiguration der Schnecken des Extruders umfasst die Elemente, die den Einspeisungsbereich, den Kompressionsbereich und den Dosierbereich bilden, wobei jeder Bereich über Heizung mit elektrischen Widerständen auf einer voreingestellten Temperatur gehalten wird. Es folgt ein Entgasungsbereich und eine Endbeförderung, wobei das Material teilweise abgekühlt wird. In allen Fällen hängt die optimale Drehzahl, nach Einstellung der Temperatur oder der Temperaturen entlang der Extruderachse, von der Geometrie des Extruders ab, dessen Dimensionierung, insbesondere dessen Länge, die Form der Schnecken und der geometrische Aufbau sowie die angewendete Leistung, die mit der Materialmenge zusammenhängt, welche in der Zeiteinheit bearbeitet wird, im Stand der Technik bekannt sind; dazu siehe z.B. Reactive Extrusion Principles and Practice, Ed. Marino Xanthos, Polymer processing Institute at Steven Institute of Technology, 1992, (ISBN 3-446-15677 Carl Hanser Verlag, Munich, ISBN 0-19-520951-6 Oxford University Press N.Y., und entsprechende bibliographische Verweise. Das Verfahren der vorliegenden Erfindung ermöglicht die Gewinnung eines devulkanisierten Materials, das geeignet ist, in technischen Mischungen in Mengen zwischen 5 Gew.% und 95 Gew.% der Elastomerfüllung verwendet zu werden, wobei die Ergänzung auf 100 aus Roh-H-NBR besteht, mit einer Mooney Viskosität zwischen 20 und 80, je nach den für das Endprodukt erforderlichen Eigenschaften. In der bevorzugten Ausführungsform weist der lösliche Anteil des mit dem Verfahren der vorliegenden Erfindung erhältlichen Devulkanisats eine lösliche Fraktion H-NBR in einer Menge von etwa 20% auf, eine Menge, die für die bevorzugten Temperaturbereichen praktisch konstant ist. Die Steigerung der Temperatur über den Grenzwert von 350° hinaus (Muster A des experimentellen Teils) resultiert in einer höheren Menge an löslicher Fraktion, aber bei einem Verfall der mechanischen Eigenschaften des vulkanisierten Produkts.The co-rotating twin screw extruder is used with speeds ranging between 200 and 600 rpm and with a length/diameter ratio between 50 and 150, at temperatures ranging between 240 and 360°C. The configuration of the extruder screws includes the elements that form the feeding zone, the compression zone and the dosing zone, each zone being kept at a preset temperature by heating with electrical resistances. This is followed by a degassing area and a final conveyance where the material is partially cooled. In all cases, the optimal speed, after setting the temperature or temperatures along the extruder axis, depends on the geometry of the extruder, its dimensions, especially its length, the shape of the screws and the geometric structure, as well as the power used, which is related to the amount of material related, which is processed in the unit of time, are known in the prior art; see eg Reactive Extrusion Principles and Practice, Ed. Marino Xanthos, Polymer processing Institute at Steven Institute of Technology, 1992, (ISBN 3-446-15677 Carl Hanser Verlag, Munich, ISBN 0-19-520951-6 Oxford University Press NY, and corresponding bibliographical references. The method of the present invention allows obtaining a devulcanized material suitable for technical mixing ments to be used in amounts between 5% and 95% by weight of the elastomeric filler, the make-up to 100 being crude H-NBR, with a Mooney viscosity between 20 and 80, depending on the properties required for the final product. In the preferred embodiment, the soluble portion of the devulcanizate obtainable by the process of the present invention has a soluble fraction H-NBR in an amount of about 20%, an amount that is practically constant for the preferred temperature ranges. Increasing the temperature beyond the limit of 350° (sample A of the experimental part) results in a higher amount of soluble fraction, but with a deterioration in the mechanical properties of the vulcanized product.

Was die Verteilung der Molekulargewichte der löslichen Fraktionen der Devulkanisate anbetrifft, welche mit dem Verfahren der vorliegenden Erfindung gewonnen wurden, wird in der beiliegenden als Beispiel, das Resultat der Ausschlusschromatographien an Muster A (hohe Temperatur) und an Muster F (niedrige Temperatur) gezeigt.As for the distribution of the molecular weights of the soluble fractions of the devulcanizates obtained by the process of the present invention, is given in the appended as an example, the result of exclusion chromatographies on sample A (high temperature) and on sample F (low temperature) are shown.

Dabei kann man beobachten, dass das Devulkanisat, das mit dem Verfahren der vorliegenden Erfindung gewonnen werden kann, bezüglich des löslichen Teils eine wesentliche Äquivalenz der Verteilungen der Molekulargewichte für den Bereich der Molekulargewichte aufweist, der unter dem Verteilungsmodus liegt, während bezüglich des Bereichs der Molekulargewichte, die über dem Modus liegen, die Niedertemperaturbehandlung eine zwar beschränkte, aber signifikante größere Menge an Molekulargewichten > 200 kD (10,6 vs. 4,8%) für Muster F zeigt.It can be observed that the devulcanizate that can be obtained with the process of the present invention, with respect to the soluble part, has a substantial equivalence of the distributions of molecular weights for the range of molecular weights, which is below the distribution mode, while with respect to the range of molecular weights , which are above the mode, the low temperature treatment shows a limited but significantly larger amount of molecular weights > 200 kD (10.6 vs. 4.8%) for sample F.

Hinsichtlich der Eigenschaften des wärmebehandelten Materials gestatten die Verarbeitungsbedingungen daher, unterschiedliche Mooney Viskositäten zu erzielen, bei einer Menge an löslicher Fraktion, die praktisch mengenmäßig konstant und ähnlich in Bezug auf die Molekulargewichtverteilung bleibt. Gegenüber einer wesentlichen Äquivalenz der löslichen Fraktion, weisen die Materiale wie gesagt unterschiedliche Mooney Viskositäten auf; dieser Unterschied ist auf die unterschiedlichen Verhaltensweisen zurückzuführen, die beobachtet werden können, wenn Stress Relaxation (ASTM D1646 - 19a) Messungen erfolgen. Diese Messung, auch bekannt unter der Bezeichnung Mooney decay, misst die Verfallsgeschwindigkeit des Drehmoments, wenn, nach Beendung einer Messung der „Mooney Viskosität“, die Bewegung des Rotors gestoppt wird. Das Vorhandensein von retikulären Strukturen im Innern der Masse hat eine höhere Beständigkeit gegen den viskosen Fluss zur Folge und der Verfall des Kraftaufwands ist dementsprechend langsamer. Gemäß der erwähnten Methode ASTM D1646, werden die Daten des Drehmoments in Bezug auf die Zeit durch eine Verteilung nach folgendem Leistungsgesetz dargestellt: M = k t α

Figure DE102022105040A1_0003
wobei

  1. 1. M, das Drehmoment, in Mooney Einheiten ausgedrückt wird
  2. 2. K, eine Konstante ist, die dem Wert des Drehmoments eine Sekunde nach dem Stoppen des Rotors entspricht
  3. 3. t, die Dauer des Experiments in Sekunden ist
  4. 4. α, der Exponent im Zusammenhang mit der Geschwindigkeit der Kraftabnahme ist.
With regard to the properties of the heat-treated material, the processing conditions therefore make it possible to obtain different Mooney viscosities, with a quantity of soluble fraction that remains practically quantitatively constant and similar in terms of molecular weight distribution. As stated, the materials have different Mooney viscosities versus substantial equivalence in the soluble fraction; this difference is due to the different behaviors that can be observed when taking Stress Relaxation (ASTM D1646 - 19a) measurements. This measurement, also known as Mooney decay, measures the decay rate of torque when, after completing a measurement of "Mooney Viscosity", the rotor is stopped moving. The presence of reticular structures inside the mass results in a higher resistance to viscous flow and the decay of the effort is correspondingly slower. According to the ASTM D1646 method mentioned, the torque versus time data is represented by a distribution according to the following power law: M = k t a
Figure DE102022105040A1_0003
whereby
  1. 1. M, the torque, expressed in Mooney units
  2. 2. K, is a constant corresponding to the value of the torque one second after the rotor has stopped
  3. 3. t, is the duration of the experiment in seconds
  4. 4. α, which is an exponent related to the rate of depletion.

Die Verteilung nach dem Gesetz des linearisierten Leistungsgesetzes ermöglicht die Feststellung des Wertes von Parameter α log M = α  log t + log k

Figure DE102022105040A1_0004
Distribution according to the linearized power law allows to determine the value of parameter α log M = a log t + log k
Figure DE102022105040A1_0004

Da der Wert α immer negativ ist (die Kraft nimmt ab) entsprechen höhere Werte α gebundeneren Strukturen, die sich dem viskosen Fluss entgegensetzen, das Gegenteil ist der Fall bei geringeren α Werten.Since the value of α is always negative (the force decreases), higher values of α correspond to more bound structures that oppose viscous flow, the opposite is true for lower values of α.

In unserem Fall wurde festgestellt, dass die Stress Relaxation Messung, die bei TT/HNBR Mustern angewendet wurde, welche unter verschiedenen Versuchsbedingungen hergestellt wurden, untereinander sehr unterschiedliche und sowohl mit der Temperatur des Verfahrens wie mit den Verarbeitungsbedingungen zusammenhängende Werte des Parameters α liefert, und zwar gewöhnlich mit einem Wert α, der schwankt zwischen -0,700 und - 0,300, vorzugsweise zwischen -0,400 und -0,320; daraus ergibt sich, dass Materialien mit α Werten, die unter -0,500 liegen, schwach strukturiert sind und Mooney Viskositätswerte < 30 aufweisen, während Materialien, die α Werte zwischen -0,300 und -0,500 aufweisen, stärker strukturiert sind und Mooney Viskositätswerte >45 aufweisen.In our case, it has been found that the stress relaxation measurement applied to TT/HNBR samples produced under different experimental conditions gives values of the parameter α that are very different from each other and related both to the temperature of the process and to the processing conditions, and usually with a value α varying between -0.700 and -0.300, preferably between -0.400 and -0.320; as a result, materials with α values below -0.500 are weakly structured and have Mooney viscosity values < 30, while materials that have α values between -0.300 and -0.500 are more structured and have Mooney viscosity values >45.

Die Verwendung von TT-HNBR mit Werten von α < -0,500 erweist sich als günstig, wenn Fließfähigkeitseigenschaften gefordert werden, während die Verwendung von TT-HNBR mit α > -0,500, besser noch > -0,400, Mischungen liefert, die erhebliche Verbesserungen der mechanischen Eigenschaften mit sich bringen.The use of TT-HNBR with values of α < -0.500 proves beneficial when fluidity properties are required, while the use of TT-HNBR with α > -0.500, better still > -0.400, provides blends showing significant improvements in mechanical properties entail properties.

Die Bestimmung des Parameters α gestattet daher in einfacher und effizienter Weise die Evaluierung des residualen Vernetzungsgrades der Materialien und stellt somit ein nützliches Mittel zur Verfahrenskontrolle dar.The determination of the parameter α therefore allows the evaluation of the residual degree of crosslinking of the materials in a simple and efficient manner and thus represents a useful tool for process control.

Wie oben angedeutet, kann die Elastomermischung, welche mit dem Verfahren der vorliegenden Erfindung gewonnen werden kann, für die Herstellung von Mischungen verwendet werden.As indicated above, the elastomeric blend which can be obtained by the process of the present invention can be used for the preparation of blends.

Diese Eigenschaft wird in der Transformationsindustrie des H-NBR gern gesehen, dessen in den typischen Verarbeitungsphasen auftretenden Schwierigkeiten wie die Beimischung der Füllstoffe und die geringe Fließfähigkeit, wohl bekannt sind, Probleme, die normalerweise und teilweise durch die Beigabe entsprechender Prozessöle gelöst werden können und hier natürlich gelöst wurden.This property is appreciated in the transformation industry of H-NBR, whose difficulties encountered in the typical processing phases, such as the incorporation of fillers and poor fluidity, are well known, problems that can usually and partially be solved by the addition of appropriate processing oils and here were of course resolved.

E ist daher offensichtlich, dass nur ein optimales Gleichgewicht der einzelnen Fraktionen wärmebehandelte Materialien liefert, die nützlich sind, um in für technische Artikel verwendeten Mischungen eingesetzt zu werden: das Vorhandensein einer Fraktionsmenge mit niedrigem Molekulargewicht bildet in rheologischer Hinsicht den Ausgleich für die Fraktion mit hohem Molekulargewicht , während die unlösliche Fraktion ein vorgeformtes Netzwerk mit unterschiedlichen Vernetzungsgraden je nach den Verfahrensbedingungen liefert, dessen Eigenschaften additiv zum elastischen Netzwerk sind, das sich während der Vulkanisierungsphase bildet.E is therefore evident that only an optimal balance of the individual fractions provides heat-treated materials useful to be used in mixtures used for technical articles: the presence of a low molecular weight fraction constitutes the rheological balance for the high molecular weight fraction Molecular weight , while the insoluble fraction provides a preformed network with varying degrees of crosslinking depending on the process conditions, whose properties are additive to the elastic network that forms during the vulcanization phase.

Da dieses Gleichgewicht der einzelnen Fraktionen sowohl von den Verfahrensbedingungen (Temperatur und Verweildauer) wie von der Innengeometrie des Doppelschneckenextruders (Geometrie der Elemente der Schnecken und deren Kombination) sowie vom Verhältnis Länge/Durchmesser abhängt, ergibt sich, dass die Erzielung der genannten Eigenschaften auch für einen erfahrenen Techniker weder selbstverständlich noch voraussehbar ist. Einen weiteren Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildet die Verwendung der Elastomerzusammensetzung der vorliegenden Erfindung für die Herstellung von Mischungen, die geeignet sind für die Herstellung von vulkanisierten Produkten wie Platten, O-Ringe oder Dichtungen beliebigen Typs, oder jedes beliebigen anderen Gegenstands auf der Basis von H-NBR, das per Einspritzung, Kompression oder Extrusion gewonnen wird, wobei die genannten Endprodukteausgehend von einer devulkanisierten H-NBR Mischung gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung und mit Roh-H-NBR hergestellt werden, und das Verhältnis zwischen den beiden jeweils von unterschiedlich formulierten 80:20 bis 5:95 reicht, je nach den gewünschten mechanischen Eigenschaften.Since this balance of the individual fractions depends both on the process conditions (temperature and residence time) and on the internal geometry of the twin-screw extruder (geometry of the screw elements and their combination) as well as on the length/diameter ratio, it follows that achieving the properties mentioned is also possible for an experienced technician is neither self-evident nor foreseeable. Another object of the present invention is the use of the elastomeric composition of the present invention for the manufacture of mixtures suitable for the manufacture of vulcanized products such as plates, O-rings or gaskets of any type, or any other H -NBR obtained by injection, compression or extrusion, said final products being made starting from a devulcanized H-NBR mixture according to the process of the present invention and with raw H-NBR, and the ratio between the two each of different formulated ones 80:20 to 5:95 is sufficient, depending on the desired mechanical properties.

Die nachstehenden experimentellen Beispiele beschreiben:

  1. a. Die Herstellung von TT-HBNR bei unterschiedlichen Versuchsbedingungen ausgehend von vulkanisiertem HNBR
  2. b. Die Herstellung und Evaluierung von Mischungen, die bei Verwendung von Roh-HNBR hergestellt wurden, im Vergleich zu Mischungen, die die Elastomerzusammensetzung der vorliegenden Erfindung enthalten und entsprechenden Mischungen.
The following experimental examples describe:
  1. a. The production of TT-HBNR under different test conditions starting from vulcanized HNBR
  2. b. The Preparation and Evaluation of Blends Made Using Crude HNBR Compared to Blends Containing the Elastomeric Composition of the Present Invention and Corresponding Blends.

Zur besseren Übersichtlichkeit der vorliegenden Erfindung sind die nachfolgenden Beispiele zitiert.The examples below are cited to provide a better overview of the present invention.

BEISPIELEEXAMPLES

Analytische MethodenAnalytical Methods

  1. 1) Unlösliche Fraktion
    • Die Fraktion unlöslichen Materials wird bestimmt als unlöslicher Rückstand nach Extraktion. Ein Anteil von etwa 50 g an wärmebehandeltem und wird in kleine Stücke geschnittenem Material, auf der Analysewaage (P1) gewogen und in eine Soxhlet Hülse gegeben, dessen Gewicht (P2) bestimmt wird, und dann extrahiert mit 250 Kubikzentimetern THF während 6 Stunden. Die Hülse, die den Extraktionsrückstand enthält, wird anschließend getrocknet und gewogen (P3); sämtliche Einwaagen weisen dabei eine Approximation von 0,001 g auf. Die nicht extrahierbare Materialmenge wird mit dem Begriff „% unlöslich" angegeben und unter Hinzuziehung folgender Relation quantifiziert: %  unl o ¨ sich = ( P 3 P 2 ) × 100 / P 1
      Figure DE102022105040A1_0005
    1) Insoluble fraction
    • The fraction of insoluble material is determined as the insoluble residue after extraction. A portion of about 50 g of material heat treated and cut into small pieces, weighed on the analytical balance ( P1 ) and placed in a Soxhlet thimble, whose weight (P2) is determined, and then extracted with 250 cc THF for 6 hours. The sleeve that holds the extraction back contains stand is then dried and weighed (P 3 ); all weights show an approximation of 0.001 g. The amount of material that cannot be extracted is given by the term "% insoluble" and is quantified using the following relation: % unl O ¨ itself = ( P 3 P 2 ) × 100 / P 1
      Figure DE102022105040A1_0005
  2. 2) Verteilung der molekularen Massen (MWD) der löslichen Fraktion
    • Zur Bestimmung der Verteilung der molekularen Massen, des Zahlendurchschnitts (Mn), des Gewichtsdurchschnitts (Mw) und des Polydispersionsgrad (Mw/Mn) wird die Technik der Elutions-Chromatographie auf Gel (GPC) angewendet, die auch Ausschlusschromatographie (SEC) genannt wird. Die Analyse der in THF aufgelösten Probe erfolgt bei Verwendung einer Pumpe Waters Modell 590, einer Reihe von Ultrastyragel Säulen 103, 104, 105 und 106 Angstrom, eines Detektors mit Refraktionsindex RI HP 1047 und, als Elutionsmittel, THF bei 30°C. Die Bestimmung der Molekularmassen erfolgt nach der Methode der Universalkalibrierung bei Verwendung der folgenden Werte der Mark-Houwink Gleichungsparameter k = 5,6 10-4 und α = 0,68.
    2) Molecular mass distribution (MWD) of the soluble fraction
    • To determine the distribution of molecular masses, number average (Mn), weight average (Mw) and degree of polydispersion (Mw/Mn), the technique of elution chromatography on gel (GPC), also called size exclusion chromatography (SEC), is used. Analysis of the sample dissolved in THF was performed using a Waters Model 590 pump, a series of Ultrastyragel columns 10 3 , 10 4 , 10 5 and 10 6 Angstroms, a refractive index detector RI HP 1047 and, as eluant, THF at 30° C The molecular masses are determined by the universal calibration method using the following values of the Mark-Houwink equation parameters k = 5.6 10 -4 and α = 0.68.
  3. 3) Messung der Mooney Viskosität und Stress Relaxation Test nach ASTM D1646-19a3) Measurement of Mooney Viscosity and Stress Relaxation Test according to ASTM D1646-19a
  4. 4) DSC nach ASTM E 13564) DSC according to ASTM E 1356
  5. 5) TGA nach ASTM D63705) TGA per ASTM D6370
  6. 6) Rheometrie nach ASTM D20846) Rheometry according to ASTM D2084
  7. 7) Zugfestigkeitseigenschaften nach ASTM D4127) Tensile properties according to ASTM D412
  8. 8) Härte nach ASTM D22408) Hardness according to ASTM D2240
  9. 9) Dichte nach ASTM D2979) Density according to ASTM D297

Verfahren der ErfindungMethod of the Invention

In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die vulkanisierten HNBR Gummiabfälle einer groben Zerkleinerungsstufe unterzogen, vorzugsweise bis Partikel mit einem Durchmesser zwischen 1 und 5 mm gewonnen werden, besser noch zwischen 1 und 3 mm, vor der Einspeisung in einen gleichläufigen Doppelschneckenextruder. Bei dem verwendeten Extruder muss der Anteil mit einem Durchmesser unter 1 mm per Siebung aussortiert werden, da während der Bearbeitung geringere Korngrößen deren Austreten aus dem Extruder bei Verweilzeiten erlauben würde, die kürzer als der Modus der Verteilung der Verweilzeiten sind, und zwar aufgrund von „channeling“ genannten Erscheinungen, welche durch eine Zunahme des Abstands zwischen der Spitze der Schnecke und der Innenwand des Extruders entstehen. Diese Fraktion wird einer Teilbearbeitung unterzogen, erweist sich als nicht ausreichend devulkanisiert und hat Unregelmäßigkeiten auf der Oberfläche des Vulkanisats zur Folge, außer geminderten mechanischen Eigenschaften.In the preferred embodiment of the invention, the vulcanized HNBR scrap rubber is subjected to a coarse grinding step, preferably to obtain particles between 1 and 5 mm in diameter, more preferably between 1 and 3 mm, before being fed into a co-rotating twin screw extruder. In the case of the extruder used, the part with a diameter of less than 1 mm must be sorted out by sieving, because during processing, smaller grain sizes would allow their exit from the extruder with residence times shorter than the mode of distribution of residence times, due to " channeling”, which is caused by an increase in the distance between the tip of the screw and the inner wall of the extruder. This fraction undergoes partial processing, turns out to be insufficiently devulcanized and results in irregularities on the surface of the vulcanizate, in addition to reduced mechanical properties.

Die Zunahme des Abstands zwischen der Spitze der Schnecke und der Innenwand des Extruders kann je nach Typ des Extruders variieren, bzw. durch einen fortschreitenden Verlust der anfänglichen Toleranzen verursacht werden; dieser Aspekt muss berücksichtigt werden, um durch Sieben aus dem eingespeisten Material die Fraktion mit Größen zu entfernen, die bei größerer Geschwindigkeit als der durchschnittlichen ausgeschieden werden könnten.The increase in the distance between the tip of the screw and the inner wall of the extruder can vary depending on the type of extruder or be caused by a progressive loss of the initial tolerances; this aspect must be taken into account in order to remove, by sieving, from the material fed, the fraction with sizes that could be eliminated at a rate greater than the average.

Die Verwendung eines gleichläufigen Doppelschneckenextruders gestattet es, die Intensität der Scherspannungen und der Dehnung sorgfältig zu justieren, welche notwendig sind, um das vulkanisierte HNBR Gummi teilweise zu devulkanisieren, wobei die Modularität der Schnecke genutzt wird, die aus einer ganz bestimmten Reihe von direkten und umgekehrten Förderelementen (Transporte) besteht, sowie aus Mischelementen (kneading, Hämmer). All diese Elemente weisen Geometrietypen auf, die variieren können, wie zum Beispiel die Schneckengewinde und die entsprechenden Abmessungen.The use of a co-rotating twin screw extruder allows to carefully adjust the intensity of the shearing stresses and strains necessary to partially devulcanize the vulcanized HNBR rubber, utilizing the modularity of the screw, consisting of a very specific series of direct and inverse Conveyor elements (transports) consists, as well as mixing elements (kneading, hammers). All of these elements have types of geometries that can vary, such as the screw threads and the corresponding dimensions.

Eine typische Konfiguration der Schnecke umfasst dabei Folgendes:

  1. 1. Einen Anfangsabschnitt für die Einspeisung
  2. 2. Einen Bereich, in dem die Wärmebehandlung (Aufweichen und teilweise Degradierung des Materials) erfolgt
  3. 3. Einen Bereich, in dem die Mischung und Devulkanisierung durch Ausübung einer intensiven mechanischen Einwirkung auf das Material erfolgen
  4. 4. Einen vakuumierten Kühl- und Entgasungsbereich vor dem Austritt des Materials aus dem Extruder.
A typical configuration of the screw includes the following:
  1. 1. An initial section for the feed
  2. 2. An area where the heat treatment (softening and partial degradation of the material) takes place
  3. 3. An area where mixing and devulcanization are carried out by exerting an intense mechanical action on the material
  4. 4. A vacuumed cooling and degassing area before the material exits the extruder.

In allen Fällen hängt die optimale Drehzahl, nach Festsetzung des Temperaturprofils entlang der Achse des Extruders, von der Geometrie des Extruders ab, dessen Dimensionierung, insbesondere dessen Länge, der Durchmesser und die Form der Schnecken und der geometrische Aufbau sowie die angewandte Leistung im Zusammenhang mit der in der Zeiteinheit verarbeiteten Materialmenge bekannt sind; dazu siehe man z.B. K. Kohlgruber, Co-rotating Twin-Screw Extruders, Hanser Gardner Pubns., October, 2007 und Reactive Extrusion Principles and Practice, Ed. Marino Xanthos, Polymer processing Institute at Steven Institute of Technology, 1992, Carl Hanser Verlag, München, ISBN 0-19-520951-6 Oxford University Press N.Y.In all cases, after establishing the temperature profile along the axis of the extruder, the optimal speed depends on the geometry of the extruder, its dimensions, especially its length, the diameter and shape of the screws and the geometric structure and the power used in relation to the amount of material processed per unit time is known; see for example K. Kohlgruber, Co-rotating Twin-Screw Extruders, Hanser Gardner Pubns., October, 2007 and Reactive Extrusion Principles and Practice, Ed. Marino Xanthos, Polymer processing Institute at Steven Institute of Technology, 1992, Carl Hanser Verlag, Munich, ISBN 0-19-520951-6 Oxford University Press N.Y.

In der beiliegenden werden gezeigt:

  1. 1. Seitenansicht ( und Ansicht von oben ( des Extruderschemas
  2. 2. Die Konfiguration der Schnecken in den einzelnen Elementen (TABELLE 1)
TABELLE 1: Zusammensetzung der Schnecken in den verschiedenen Bereichen Bereich Hammeranzahl/insges. 0/6 4/6 6/6 0/7 0/8 0/10 0/7 0/8 Transportanzahl/insges. 6/6 2/6 0/6 7/7 6/8 8/10 7/7 8/8 Transportanzahl/ umgekehrt/insges. 0/6 0/6 0/6 0/7 2/8 2/10 0/7 0/8 In the enclosed are shown:
  1. 1. Side view ( and top view ( of the extruder scheme
  2. 2. The configuration of the screws in the individual elements (TABLE 1)
TABLE 1: Composition of the snails in the different areas area number of hammers/total 0/6 4/6 6/6 0/7 0/8 0/10 0/7 0/8 number of transports/total 6/6 2/6 0/6 7/7 6/8 8/10 7/7 8/8 Number of transports/ vice versa/total 0/6 0/6 0/6 0/7 2/8 2/10 0/7 0/8

Sämtliche o.g. Elemente haben den Zweck, das Verfahren besser zu beschreiben und müssen als nicht einschränkende Beispiele angesehen werden. Dem Stand der Technik ist effektiv bekannt, dass die optimale Drehzahl, nach Einstellung der Temperatur oder der Temperaturen entlang der Extruderachse, von der Geometrie des Extruders abhängt, dessen Dimensionierung, insbesondere dessen Länge, die Form der Schnecken und der geometrische Aufbau sowie die angewandte Leistung, die mit der Menge des in der Zeiteinheit verarbeiteten Materials zusammenhängt, mit einem hohen Ermessensspielraum variiert werden können.All the above elements have the purpose of better describing the process and must be considered as non-limiting examples. It is effectively known in the prior art that the optimal speed, after setting the temperature or temperatures along the extruder axis, depends on the geometry of the extruder, its dimensions, in particular its length, the shape of the screws and the geometric structure and the power used , which is related to the amount of material processed in the unit of time, can be varied with a high degree of discretion.

Zwingend und Bestandteil der Erfindung ist jedoch die Tatsache, dass festgestellt wurde, dass die typischen Verfahrensparameter wie die Verweildauer und die Temperaturen, verwendet in entsprechender Kombination, die von der Geometrie des Extruders abhängt, ein a priori nicht vorhersehbares experimentelles Intervall liefern, in dem ein teilweise devulkanisiertes Material hergestellt werden kann, das jedoch fließfähig und daher vergleichbar mit einer hochgradig viskosen Flüssigkeit ist, welche eine strukturierte Fraktion enthält, die sich dadurch auszeichnet, Stress Relaxation-Eigenschaften aufzuweisen, die unter ein bestimmtes Intervall fallen.Mandatory and part of the invention, however, is the fact that it has been found that the typical process parameters such as residence time and temperatures, used in an appropriate combination that depends on the geometry of the extruder, provide an a priori unpredictable experimental interval in which a partially devulcanized material can be produced, but which is flowable and therefore comparable to a highly viscous liquid containing a structured fraction characterized by exhibiting stress relaxation properties falling below a certain interval.

Die bevorzugten Bedingungen für die Durchführung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung sind die, die oben angegeben werden. Sie ermöglichen die Gewinnung einer pastösen Masse, die unter den Verfahrensbedingungen fließfähig, aber gleichzeitig konsistent und elastisch beim Austreten aus dem Extruder sowie in der Lage ist, einen Streifen zu liefern, der aus einer unlöslichen Fraktion besteht, in einer Menge, die jeweils abhängig von den Verfahrensbedingungen variiert. Insbesondere ergibt sich daraus, dass die unlösliche Fraktion bei den bevorzugten Durchführungsbedingungen, je höher die Temperatur der zentralen Elemente (4, 5 und 6) ist, zusammen mit einer Verlängerung der Verweildauer einen geringeren Vernetzungsgrad aufweist, bei gleichzeitiger Beibehaltung der Menge der löslichen Fraktion auf praktisch konstanten Werten.The preferred conditions for carrying out the process of the present invention are those indicated above. They make it possible to obtain a pasty mass, fluid under the process conditions, but at the same time consistent and elastic when exiting the extruder, capable of delivering a strip made up of an insoluble fraction, in an amount that varies depending on each varies with the process conditions. In particular, it follows that, under the preferred operating conditions, the higher the temperature of the central elements (4, 5 and 6), together with an increase in the residence time, the insoluble fraction has a lower degree of crosslinking, while maintaining the amount of the soluble fraction practically constant values.

Das Verfahren der kontrollierten Devulkanisierung reagiert extrem empfindlich auf die Betriebsbedingungen, insbesondere auf die Temperatur der den Extruder bildenden Elemente und die entsprechenden Verweilzeiten; Änderungen von nur 5-10° C verursachen erhebliche Änderungen der viskoelastischen Eigenschaften des Materials, wie sich aus der Veränderlichkeit des Koeffizienten α ergibt, der zuvor bestimmt wurde.The controlled devulcanization process is extremely sensitive to the operating conditions, in particular the temperature of the elements that make up the extruder and the relative residence times; Changes of as little as 5-10°C cause significant changes in the viscoelastic properties of the material, as evidenced by the variability of the coefficient α, which was previously determined.

Was die Empfindlichkeit der Eigenschaften des behandelten Materials gegen begrenzte Änderungen der Verfahrensparameter anbetrifft, insbesondere gegen Temperatur und Verweilzeiten, so wird sie deutlich, wenn man den Verlust an Gewicht der vulkanisieren Bezugsmischung V-RIF untersucht, der aus einer thermogravimetrischen Kurve (TGA) resultiert, die mit einer Temperaturerhöhung um 20°C/Min (siehe beiliegende ) aufgezeichnet wurde.As for the sensitivity of the properties of the treated material to limited changes in the process parameters, in particular temperature and residence times, it becomes clear when examining the loss in weight of the vulcanized reference mixture V-RIF, resulting from a thermogravimetric curve (TGA), those with a temperature increase of 20°C/min (see enclosed ) was recorded.

Wie man erkennen kann, geht der Gewichtsverlust eines Polymermaterials, der den letzten Vorgang eines Abbauprozesses darstellt, sehr schnell vonstatten. In einem Extruder wird dieser Abbauprozess, sichtbar in TGA, durch geringfügige Änderungen von Temperatur und Verweilzeiten ausgelöst; daher müssen die Arbeitsparameter präzise definiert werden, um Materialien mit Vernetzungsgraden zu gewinnen, die unter die Akzeptanzintervalle fallen, welche von den Endeigenschaften vorgegeben werden, die bei Vulkanisaten wünschenswert sind. Dabei versteht es sich von selbst, dass die Änderung der Geometrie des Extruders, Länge und Durchmesser, die Geometrie der Schnecken und die Leistung jeweils Größen sind, die voneinander abhängen und dass deren Änderung folglich die Werte ändert; aus diesem Grund müssen die Produkteigenschaften unbedingt mit dem Wert des Koeffizienten a der von Stress relaxation Messungen abgeleitet wird, korreliert werden. Außerdem muss die innere Geometrie der Schnecken, insbesondere di Anzahl und die Stellung der umgekehrten Transportelemente, die notwendig für die Gewährleistung eines ausreichenden Drucks in den kritischen Bereichen sind, sorgfältig unter Hinzuziehung der Verteilung der Verweilzeiten gewählt werden, um übertriebene Verweilzeiten des Material im Innern des Extruders zu vermeiden.As can be seen, the weight loss of a polymeric material, which is the last step in a degradation process, is very rapid. In an extruder, this degradation process, visible in TGA, is triggered by subtle changes in temperature and residence times; therefore, the operating parameters must be precisely defined in order to obtain materials with degrees of crosslinking that fall below the acceptance intervals dictated by the final properties that are desirable in vulcanizates. It goes without saying that the change in the geometry of the extruder, length and diameter, the geometry of the screws and the power are all variables that are dependent on each other and that changing them consequently changes the values; for this reason it is imperative that the product properties are correlated with the value of the coefficient a derived from stress relaxation measurements. In addition, the internal geometry of the screws, in particular the number and position of the inverted transport elements, necessary to ensure sufficient pressure in the critical areas, must be carefully chosen, taking into account the distribution of the residence times, in order to avoid excessive residence times of the material inside the to avoid extruders.

Die thermogravimetrischen Daten gestatten jedoch auf jeden Fall, die Temperaturen der Elemente des Extruders, in dem die Reaktion der kontrollierten Degradierung durchgeführt werden soll, einzuschätzen.In any case, the thermogravimetric data make it possible to estimate the temperatures of the elements of the extruder in which the controlled degradation reaction is to be carried out.

Vorbereitung der Materialienpreparation of materials

Beispiel 1 (Herstellung der Bezugsmischung)Example 1 (preparation of the reference mixture)

Roh-H-NBR (Grad H-NBR ZETPOL 2020L®) wird wie in Tabelle 2 angegeben formuliert TABELLE 2: Zusammensetzung der Bezugsmischung M-RIF Inhaltsstoffe p.h.r. H-NBR ZETPOL 2020L® 100 Ruß N990 60 Ruß N762 5 LUPEROX F40 T-SP 11 TAIC 70 3,5 Vanox CDPA 1,5 Vanox ZMTI 1 Stearinsäure 1
H-NBR ZETPOL 2020L®, hydriertes Nitrilgummi, hergestellt von Nippon Zeon, ACN 36 Gew.%, Mooney Viskosität 50-65, lodnummer 28 g/100g
LUPEROX F40 T-SP, Peroxid, 1,3 1, 4-bis(Tert-Butyl-Peroxi- Isopropyl)Benzen
Taic 70, Vulkanisierungs-Hilfsstoff, 1,3,5, Triallil Isocyanurate
Vanox CDPA, Antioxydans, 4,4'-Bis(alpha,Alpha-Dimetyl Benzyl)Diphenylamin
Vanox ZMTI, Antioxydans, Zink-Methyl-Mercapto-Benzimidazol
Crude H-NBR (grade H-NBR ZETPOL 2020L ® ) is formulated as indicated in Table 2 TABLE 2: Composition of the reference mixture M-RIF ingredients phr H-NBR ZETPOL 2020L ® 100 Carbon black N990 60 Carbon Black N762 5 LUPEROX F40 T-SP 11 TAIC 70 3.5 Vanox CDPA 1.5 Vanox ZMTI 1 stearic acid 1
H-NBR ZETPOL 2020L®, hydrogenated nitrile rubber, manufactured by Nippon Zeon, ACN 36% by weight, Mooney viscosity 50-65, iodine number 28 g/100g
LUPEROX F40 T-SP, peroxide, 1,3 1,4-bis(tert-butyl-peroxy-isopropyl)benzene
Taic 70, Vulcanization Aid, 1,3,5, Triallil Isocyanurate
Vanox CDPA, Antioxidant, 4,4'-Bis(alpha,alpha-dimethylbenzyl)diphenylamine
Vanox ZMTI, Antioxidant, Zinc Methyl Mercapto Benzimidazole

So erhält man eine Referenzmischung (M-RIF) die als Basis für die Zugabe von TT-HBNR in den nachstehend angegebenen Mengen und Rezepturen verwendet wird.A reference mixture (M-RIF) is thus obtained, which is used as a basis for the addition of TT-HBNR in the amounts and recipes given below.

Ein Teil der Referenzmischung wird in Form von 200x200x2 mm großen Platten bei einer Temperatur von 180°C 10' lang vulkanisiert und anschließend einem vierstündigen Standard-Post curing bei 160° zur Evaluierung der mechanischen Eigenschaften unterzogen, welche mit V-RIF angegeben wird. Auch ein Post curing von unter 2 Stunden wurde in Erwägung gezogen.A portion of the reference mixture is vulcanized in the form of 200x200x2 mm slabs at a temperature of 180°C for 10' and then subjected to a four-hour standard post-curing at 160° to evaluate the mechanical properties, which is indicated by V-RIF. A post curing of less than 2 hours was also considered.

Beispiel 2 (Herstellung von TT-HNBR bei unterschiedlichen Temperaturen)Example 2 (Production of TT-HNBR at different temperatures)

Verarbeitungsabfälle von mit Peroxid vulkanisiertem H-NBR mit einem Gehalt an Gummi von etwa 60% werden gemahlen, um ein Material mit Korngrößen zwischen 1 und 5 mm zu gewinnen, das in den Extruder mit Hilfe eines stufenloses Wiegesystems mit Förderschnecke eingespeist wird.Processing scraps of peroxide vulcanized H-NBR with a rubber content of about 60% are ground to obtain a material with grain sizes between 1 and 5 mm, which is fed into the extruder by means of a stepless weighing system with screw conveyor.

Bei Verwendung einer Schneckenanordnung wie der in Tabelle 1 angegebenen und mit einem in Tabelle 3 angegebenen Temperaturprofil, gewinnt man bei 400 U/Min und 20 kg/h ein Material mit einer sehr geringen Viskosität, das am Ausgang des Extruders als eine sehr flüssige Paste aufgefangen wird und nicht in der Lage war, zu erstarren und einen kontinuierlichen Streifen zu bilden. TABELLE 3: Temperaturen der einzelnen Bestandteile des Extruders, die bei der Herstellung von TT-HNBR A verwendet werden. Beispiel 2 TT-HNBR A Bereiche# 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Temp (°C) 200 350 350 350 350 330 250 130 110 Using a screw arrangement such as that indicated in Table 1 and with a temperature profile indicated in Table 3, at 400 rpm and 20 kg/h, a very low viscosity material is obtained which is collected at the exit of the extruder as a very liquid paste and was unable to solidify and form a continuous strip. TABLE 3: Temperatures of the individual components of the extruder used in the production of TT-HNBR A. example 2 TT-HNBR A Areas# 1 2 3 4 5 6 7 8th 9 Temp (°C) 200 350 350 350 350 330 250 130 110

Beispiele 3-4-5-6-7Examples 3-4-5-6-7

Mit unterschiedlichen Temperaturprofilen, aber dem gleichen Maschinen- und Verfahrensaufbau wie in Beispiel 1 werden jeweils TT-HNBR B (Beispiel 2), C (Beispiel 3), D (Beispiel 4) und F (Beispiel 5) gewonnen TABELLE 4: Temperaturen der einzelnen Bestandteile des Extruders, die für die Herstellung von TT-HNBR B, C, D, E, F verwendet werden Beispiel 3: TT-HNBR B Bereiche# 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Temp (°C) 200 340 330 330 330 310 230 130 110 Beispiel 4 TT-HNBR C Bereiche# 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Temp (°C) 200 300 310 310 310 290 230 110 90 Beispiel 5 TT-HNBR D Bereihe# 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Temp (°C) 200 285 285 285 285 270 230 100 90 Beispiel 6 TT-HNBR E Bereiche# 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Temp (°C) 200 250 275 275 275 260 220 90 90 Beispiel 7 TT-HNBR F Bereiche# 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Temp (°C) 200 240 260 260 260 260 210 90 90 TT-HNBR B (Example 2), C (Example 3), D (Example 4) and F (Example 5) are obtained with different temperature profiles but the same machine and process setup as in Example 1. TABLE 4: Temperatures of the individual Extruder components used to manufacture TT-HNBR B, C, D, E, F Example 3: TT-HNBR B Areas# 1 2 3 4 5 6 7 8th 9 Temp (°C) 200 340 330 330 330 310 230 130 110 example 4 TT-HNBR C Areas# 1 2 3 4 5 6 7 8th 9 Temp (°C) 200 300 310 310 310 290 230 110 90 Example 5 TT-HNBR D Series# 1 2 3 4 5 6 7 8th 9 Temp (°C) 200 285 285 285 285 270 230 100 90 Example 6 TT-HNBR E Areas# 1 2 3 4 5 6 7 8th 9 Temp (°C) 200 250 275 275 275 260 220 90 90 Example 7 TT-HNBR F Areas# 1 2 3 4 5 6 7 8th 9 Temp (°C) 200 240 260 260 260 260 210 90 90

Die mit den Temperaturprofilen D, E, F hergestellten Produkte besitzen eine ausreichende Viskosität, um in Form eines kontinuierlichen Streifens extrudiert zu werden, der bei der Extrusionstemperatur (150-170°C) genügend zäh ist.The products made with temperature profiles D, E, F have sufficient viscosity to be extruded in the form of a continuous strip that is sufficiently tough at the extrusion temperature (150-170°C).

Die Materialien, die unter diversen Betriebsbedingungen hergestellt wurden, weisen die Mooney Viskositäten {ML1+5+1@100°C} auf, die in Tabelle 5 angegeben werden. In der selben Tabelle werden die Menge an löslichem Material und der Wert des Koeffizienten α angegeben, der den Stress relaxation Messungen entnommen wurde. TABELLE 5: Mooney Viskosität, Parameter a und molekulare Eigenschaften des löslichen Anteils der Proben TT HNBR, A, B, C, D, E, F. Maßeinheit TT-HNBR-A TT-HNBR-B TT-HNBR-C TT-HNBR-D TT-HNBR-E TT-HNBR-F Mooney Viskosität MU 21,4 26,7 27,3 44,5 64,8 67,9 α dimensionslos -0,625 -0,605 -0,596 -0,395 -0,350 -0,322 Lösl. Anteil % Gewicht 20,8 20,7 21,1 20,5 21,2 21,1 Mn kD 29,2 29,1 28,8 29,3 29,1 28,9 Mw kD 81,2 81,5 83,5 93,1 96,0 99,5 Mw/Mn dimensionslos 2,8 2,8 2,9 3,2 3,3 3,4 The materials prepared under various operating conditions have the Mooney viscosities {ML1+5+1@100°C} reported in Table 5. In the same table the amount of soluble material and the value of the coefficient α taken from the stress relaxation measurements are given. TABLE 5: Mooney viscosity, parameter a and molecular properties of the soluble fraction of samples TT HNBR, A, B, C, D, E, F. Unit of measurement TT-HNBR-A TT-HNBR-B TT-HNBR-C TT-HNBR-D TT-HNBR-E TT-HNBR-F Mooney viscosity MU 21:4 26.7 27.3 44.5 64.8 67.9 a dimensionless -0.625 -0.605 -0.596 -0.395 -0.350 -0.322 solvent Portion % Weight 20.8 20.7 21:1 20.5 21.2 21:1 Mn kD 29.2 29.1 28.8 29.3 29.1 28.9 VAT kD 81.2 81.5 83.5 93.1 96.0 99.5 Mw/Mn dimensionless 2.8 2.8 2.9 3.2 3.3 3.4

Die Daten von Tabelle 5 verdeutlichen, dass

  • 1. Die Menge der löslichen Fraktion praktisch konstant für alle untersuchten Temperaturprofile ist
  • 2. Die Verteilungen der Molekulargewichte des löslichen Anteils sehr ähnlich sind, da sie sich durch eine geringfügig höhere Fraktion als hohe Molekulargewichte unterscheiden, die bei Sinken der Verfahrenstemperatur zunimmt
  • 3. Der Wert des Koeffizienten α, der den abnehmenden Verlauf des Drehmoments in einem Stressrelaxationsversuch beschreibt, sich bei Sinken der Höchsttemperatur des Transformationsverfahrens erhöht: dies wird durch eine höhere Residualvernetzung des Materials verursacht, das mit den Temperaturprofilen E und F gewonnen wurde.
The data of Table 5 make it clear that
  • 1. The amount of the soluble fraction is practically constant for all temperature profiles studied
  • 2. The molecular weight distributions of the soluble portion are very similar, differing by a slightly higher fraction than high molecular weights, which increases as the process temperature decreases
  • 3. The value of the coefficient α, which describes the decreasing course of the torque in a stress relaxation test, increases as the maximum temperature of the transformation process decreases: this is caused by a higher residual crosslinking of the material obtained with the temperature profiles E and F.

Die nachstehende Tabelle 6 zeigt die Daten, die aus den Analysen TGA und DSC der Materialien gewonnen wurden: es werden die Daten angegeben, die sich auf die Referenzmischung (M-RIF) und die Materialien TT-HNBR-A und B beziehen, die typisch für Materialien mit niedriger Mooney Viskosität sind, und TT-HNBR-D und F, die typisch für Materialien mit mittlerer und hoher Mooney Viskosität sind. TABELLE 6: Resultate der DSC Analysen (Säulen 2 und 3) und TGA der Proben M-RIF und TT HNBR A, B, C, D, E, F. Material Tg Kristallinität Flüchtige Fraktion Gummifra ktion Oxidierbare Fraktion Aschen Degradierung des Gummis * Oxydierung Ruß* °C J/g %w %w %w %w °C °C M-RIF -31,1 1,9 4,3 60,9 28,6 6,2 475 730 A -31,6 0 6,4 58,9 28,4 6,3 468 748 C -31,5 1,1 5,3 59,3 28,1 6,3 471 750 D -31,8 0,9 6,1 60,1 27,9 6,6 476 738 F -32,6 1,6 5,5 59,8 28,3 6,4 468 740
* Festgestellt als Temperatur am Wendepunkt der Kurve
Table 6 below shows the data obtained from the TGA and DSC analyzes of the materials: data are given relating to the reference mixture (M-RIF) and the materials TT-HNBR-A and B, which are typical for low Mooney viscosity materials, and TT-HNBR-D and F, which are typical for medium and high Mooney viscosity materials. TABLE 6: Results of the DSC analyzes (columns 2 and 3) and TGA of the samples M-RIF and TT HNBR A, B, C, D, E, F. material day crystallinity Fugitive Faction rubber fraction Oxidizable Fraction ashes Rubber Degradation * oxidation soot* °C y/g %w %w %w %w °C °C M-RIF -31.1 1.9 4.3 60.9 28.6 6.2 475 730 A -31.6 0 6.4 58.9 28.4 6.3 468 748 C -31.5 1.1 5.3 59.3 28.1 6.3 471 750 D -31.8 0.9 6.1 60.1 27.9 6.6 476 738 f -32.6 1.6 5.5 59.8 28.3 6.4 468 740
* Determined as the temperature at the inflection point of the curve

Tabelle 6 zeigt, wie die Materialien, welche mit unterschiedlichen Modalitäten hergestellt wurden, praktisch alle die gleichen thermischen Eigenschaften aufweisen, während sie sich im Vergleich zu Tabelle 5 nach rheologischen Eigenschaften unterscheiden. Wenn man berücksichtigt, dass sowohl die Menge an löslicher Fraktion wie die Verteilung der Molekulargewichte der einzelnen Fraktionen (A, B, D, F) sehr ähnlich sind, kann die unterschiedliche Mooney Viskosität von einem unterschiedlichen Vernetzungsgrad der unlöslichen Fraktion herrühren, der durch die hohe Variabilität und Temperaturabhängigkeit des Transformationsprozesses des Koeffizienten α verdeutlicht wird.Table 6 shows how the materials made with different modalities all have practically the same thermal properties while compared to Table 5 differentiate according to rheological properties. If one considers that both the amount of soluble fraction and the molecular weight distribution of the individual fractions (A, B, D, F) are very similar, the different Mooney viscosity can result from a different degree of crosslinking of the insoluble fraction, which is caused by the high Variability and temperature dependence of the transformation process of the coefficient α is illustrated.

Im Anschluss zeigen wir, wie die physikalischen Eigenschaften der Vulkanisate vom angewendeten Temperaturprofil beeinflusst werden, das praktisch einer höheren oder niedrigeren Durchschnittstemperatur angeglichen werden kann, der das Material jeweils ausgesetzt wird; die Transformationsbedingungen müssen daher so gewählt werden, dass ein Material hergestellt wird, bei dem die Bilanz zwischen rheologischen Eigenschaften und mechanischen Eigenschaften für die jeweilige spezielle Anwendung entsprechend optimiert wird.We then show how the physical properties of the vulcanizates are affected by the applied temperature profile, which can be practically adjusted to a higher or lower average temperature to which the material is exposed; the transformation conditions must therefore be chosen in such a way that a material is produced in which the balance between rheological properties and mechanical properties is correspondingly optimized for the respective special application.

Sollte beabsichtigt werden, Mischungen zu gewinnen, die einen hohen Fließgrad aufweisen, um Formen mit komplexer Geometrie einwandfrei füllen zu können und mit gleichzeitig mittlerer bis niedriger Härte, empfiehlt es sich, sich bei der Produktion auf TT-HNBR zu konzentrieren, mit einer Mooney Viskosität zwischen 20 und 40, will man im Gegenteil Mischungen erhalten, deren Vulkanisate hohe mechanische Eigenschaften aufweisen, sollte TT-HNBR mit Mooney Viskosität zwischen 40 und 80, vorzugsweise 50-70, vorgezogen werden.If you intend to obtain mixtures that have a high degree of fluidity in order to be able to fill molds with complex geometries without problems and at the same time a medium-low hardness, it is advisable to focus on production on TT-HNBR, with a Mooney viscosity between 20 and 40, if on the contrary one wishes to obtain compounds whose vulcanizates have high mechanical properties, preference should be given to TT-HNBR with Mooney viscosity between 40 and 80, preferably 50-70.

Das Vorhandensein einer vorvernetzten Fraktion garantiert in allen Fällen bessere Zerreißwerte beim Endvulkanisat, vor allem bei Wärme, wodurch z.B. das Ausziehen der vulkanisierten Produkte aus komplexen Formen und mit kritischen Hinterschnitten vereinfacht wird.The presence of a pre-crosslinked fraction guarantees in all cases better tear values in the final vulcanizate, especially when hot, making it easier, for example, to extract vulcanized products from complex shapes and with critical undercuts.

Beispiele 7a und 7b Herstellung von TT-HNBR mit unterschiedlichen LeistungenExamples 7a and 7b Production of TT-HNBR with different performances

Um die Auswirkungen der einzelnen Leistungen auf die Eigenschaften des austretenden Materials zu untersuchen, wurden zwei unterschiedliche Bearbeitungen mit der gleichen Wärmebehandlung vorgenommen, die in Beispiel 7 gezeigt wird, wobei die Drehzahl geändert und auf 300 (Probe G) und 500 U/Min gebracht wurde (Probe H); die Einspeiseleistung wird auf 20 kg/St beibehalten, wobei eine Einspeisetechnik gewählt wurde, die „starve feeding“ genannt wird; in diesem Fall ist der Trichter immer leer und die eingespeiste Produktmenge wird durch die Ladeschnecke geregelt.To study the effects of each power on the exiting material properties, two different operations were performed with the same heat treatment shown in example 7, changing the speed and bringing it to 300 (sample G) and 500 rpm (Sample H); the feed rate is maintained at 20 kg/h, using a feeding technique called "starve feeding"; in this case the hopper is always empty and the amount of product fed is regulated by the loading auger.

Unter den beschriebenen Bedingungen führt die Erhöhung der Drehzahl zu einer Verringerung der Verweilzeit des Materials auf hoher Temperatur; das Gegenteil ist der Fall bei Senkung der Drehzahl.Under the conditions described, increasing the number of revolutions leads to a reduction in the residence time of the material at high temperature; the opposite is the case when the speed is reduced.

Die Bestimmung der Verteilungen der Verweilzeiten, die in den angeführten Fällen gemäß den zuvor beschriebenen Ausführungen erfolgt, ermöglicht die Evaluierung der durchschnittlichen Verweilzeit für die drei Proben.The determination of the residence time distributions, carried out in the cases cited according to the explanations described above, allows the evaluation of the average residence time for the three samples.

Dadurch wird die Evaluierung der Auswirkung der Verweilzeit des Materials in dem Extruder bei gleichen Temperaturen ermöglicht. TABELLE 7: Änderung der Eigenschaften abhängig von der durchschnittlichen Verweilzeit Maßeinheit TT-HNBR-F TT-HNBR-G TT-HNBR-H Beispiel Nr. 7 (Referenz) 7a 7b Drehgeschwindigkeit U/Min 400 300 500 Durchschn. Verweilzeit s 91 112 74 Mooney Viskosität MU 73,3 45,5 78,2 Löslicher Anteil % Gewicht 23,9 24,1 22,5 Fraktion mit Molekulargewicht <20 kD % Gewicht <20% < 20% < 20% Partikeldurchm. <0,5 mmim extrudierten Produkt Bei Beobachtung fehlend fehlend zahlreich α dimensionslos -0,322 -0,375 -0,295 This allows the evaluation of the effect of the residence time of the material in the extruder at the same temperatures. TABLE 7: Change in properties depending on the average residence time Unit of measurement TT-HNBR-F TT-HNBR-G TT-HNBR-H example no 7 (reference) 7a 7b rotation speed rpm 400 300 500 avg dwell time s 91 112 74 Mooney viscosity MU 73.3 45.5 78.2 soluble portion % Weight 23.9 24.1 22.5 Fraction with molecular weight <20 kD % Weight <20% < 20% < 20% particle diameter <0.5 mm in the extruded product When observed missing missing numerous a dimensionless -0.322 -0.375 -0.295

Im Vergleich zu den Herstellungsbedingungen der Referenzfraktion F verursacht die Steigerung der Drehzahl (TT-HNBR-H) neben der Verringerung der Verweilzeiten Folgendes:

  1. 1. Die Erhöhung des Wertes des Koeffizienten α
  2. 2. Die Verringerung der Mooney Viskosität
  3. 3. Die Beibehaltung des Wertes der löslichen Fraktion auf sehr ähnlichem Level
  4. 4. Das Erscheinen einer nicht quantifizierbaren, aber sichtbaren Fraktion an Partikeln eines nicht ausreichend devulkanisierten Materials.
Compared to the production conditions of the reference fraction F, the increase in speed (TT-HNBR-H), in addition to reducing the residence times, causes the following:
  1. 1. Increasing the value of the coefficient α
  2. 2. The reduction in Mooney viscosity
  3. 3. Maintaining the value of the soluble fraction at a very similar level
  4. 4. The appearance of an unquantifiable but visible fraction of particles of insufficiently devulcanized material.

Dabei wird hervorgehoben, dass das Vorhandensein nicht ausreichend devulkanisierter Partikel einen negativen Einfluss sowohl auf die mechanischen wie ästhetischen Eigenschaften des Endprodukts hat; in der Tat kann man, neben verminderten Bruchlasten, die durch das Vorhandensein von im Innern der Elastomermatrix ungebundenen Fremdmaterialien verursacht werden, eine unregelmäßige und sich rau anfühlende Oberfläche beobachten.It is emphasized that the presence of insufficiently devulcanized particles has a negative impact on both the mechanical and aesthetic properties of the final product; in fact, in addition to reduced breaking loads caused by the presence of foreign materials unbound inside the elastomeric matrix, an irregular and rough-to-the-touch surface can be observed.

Im Vergleich zu den Herstellungsbedingungen der Referenzfraktion F verursacht die Senkung der Drehzahlen (TT-HBNR-G) Folgendes:

  1. 1. Die Verringerung des Wertes des Koeffizienten α
  2. 2. Die Verringerung der Mooney Viskosität
  3. 3. Die Beibehaltung des Wertes der löslichen Fraktion auf sehr ähnlichem Level
Compared to the manufacturing conditions of the reference fraction F, the reduction in speeds (TT-HBNR-G) causes:
  1. 1. Decreasing the value of the coefficient α
  2. 2. The reduction in Mooney viscosity
  3. 3. Maintaining the value of the soluble fraction at a very similar level

In diesem Fall hat die Erhöhung der Verweilzeiten als Hauptauswirkung die Verringerung des Vernetzungsgrades der unlöslichen Fraktion bei dementsprechender progressiver Prävalenz der Viskositäts- über die elastischen Eigenschaften des wärmebehandelten Materials.In this case, the main effect of increasing the residence times is the reduction in the degree of crosslinking of the insoluble fraction, with a consequent progressive prevalence of the viscosity over the elastic properties of the heat-treated material.

Beispiele 8-18Examples 8-18

Die als M2, M3, M4, M5, M6, M7, M8, M9, M10, M11, M12 angegebenen Mischungen werden gewonnen, indem man TT-HNBR-F mit der Mischung M-RIF mit den in Tabelle 8 angegebenen Verhältnissen mischt; in Tabelle 9 werden die typischen Parameter der Vulkanisierungskurven gezeigt.

Figure DE102022105040A1_0006
Figure DE102022105040A1_0007
The mixtures indicated as M2, M3, M4, M5, M6, M7, M8, M9, M10, M11, M12 are obtained by mixing TT-HNBR-F with the mixture M-RIF in the proportions indicated in Table 8; in Table 9 the typical parameters of the cure curves are shown.
Figure DE102022105040A1_0006
Figure DE102022105040A1_0007

In Tabelle 9 werden die Parameter der Vulkanisierungskurven, die Werte der Dichte und Härten angegeben.

Figure DE102022105040A1_0008
Table 9 gives the parameters of the vulcanization curves, the values of the density and hardness.
Figure DE102022105040A1_0008

Beispiele 19-30Examples 19-30

Ausgehend von den Mischungen M-RIF, M2, M3, M4, M5 werden vulkanisierte Platten in der Größe 200x200x2 mm in einer Presse 10' lang bei 180°C hergestellt; die Platten werden anschließend 4 Stunden lang bei 160°C wärmebehandelt (post curing). Die Vulkanisate werden mit den Kürzeln V-RIF, Vn mit n von 2 bis 12 angegeben..

Figure DE102022105040A1_0009
Figure DE102022105040A1_0010
Starting from the mixtures M-RIF, M2, M3, M4, M5, vulcanized sheets measuring 200×200×2 mm are produced in a press at 180° C. for 10'; the panels are then post-cured at 160°C for 4 hours. The vulcanizates are given the abbreviations V-RIF, Vn with n from 2 to 12.
Figure DE102022105040A1_0009
Figure DE102022105040A1_0010

Beispiele 31 - 35Examples 31 - 35

Die Platten der Vulkanisate V-RIF, V5, V8, V9 und V10 und M5 werden nach der 10' dauernden Vulkanisierung bei 180°C einer unterschiedlichen Nachbehandlung, zwei Stunden bei 160°C, unterzogen. Sie werden mit M-RIF-2, V5-2, V8-2, V9-2, V10-2 bezeichnet. In Tabelle 10 werden die jeweiligen mechanischen Eigenschaften angegeben. TABELLE 11: mechanische Eigenschaften nach der Vulkanisierung {10' @180°C} und anschließender Post-Vulkanisierung {2 St @ 160°C} Beispiele 31 32 33 34 35 Ref.Abk. V-RIF-2 V5-2 V8-2 V9-2 V10-2 Härte ShA 69,4 70,00 70,1 70,3 70,4 Spezifisches Gewicht g/cm3 1,24 1,23 1,23 1,23 1,23 Modul zu 100% MPa 3,94 4,39 4,05 4,32 4,33 Bruchlast MPa 20,6 20,2 20,4 20,1 20,2 Bruchdehnung % 342,1 304,1 365,2 338,8 339,3 The sheets of the vulcanizates V-RIF, V5, V8, V9 and V10 and M5 are subjected to a different post-treatment of two hours at 160° C. after vulcanization at 180° C. for 10 minutes. They are designated M-RIF-2, V5-2, V8-2, V9-2, V10-2. Table 10 gives the respective mechanical properties. TABLE 11: Mechanical properties after vulcanization {10' @180°C} and subsequent post-vulcanization {2 h @ 160°C} examples 31 32 33 34 35 Ref.abbr. V-RIF-2 V5-2 V8-2 V9-2 V10-2 hardness ShA 69.4 70.00 70.1 70.3 70.4 specific weight g/cm 3 1.24 1.23 1.23 1.23 1.23 Module 100% MPa 3.94 4.39 4.05 4.32 4.33 breaking load MPa 20.6 20.2 20.4 20.1 20.2 elongation at break % 342.1 304.1 365.2 338.8 339.3

Anmerkungen

  1. 1. Die Verwendung von Mischungen, die TT-HBNR bis zu Gehalten von 27 Gew.% enthalten, ändert die technologischen Eigenschaften des vulkanisierten Materials nicht wesentlich, wenn man die Rezepturen aus Tabelle 8 anwendet.
  2. 2. Materialien mit Gehalten über 27% (bis 50%) zeigen einen progressiven Verlust der technologischen Eigenschaften, was teilweise durch eine Änderung der Rezeptur ausgeglichen wird; dieser Verlust ist allerdings sehr gering und akzeptabel bei zahlreichen Anwendungen, zudem bei zusätzlichen wirtschaftlichen Vorteilen.
  3. 3. Überraschenderweise sind die Eigenschaften des Vulkanisats, das einem kürzeren Post curing (2 St @ 160°) unterzogen wurde, besser bezw. entsprechen zumindest denen des Materials mit einem längeren Post curing Zyklus, bei entsprechenden Vorteilen in produktiver Hinsicht.
Remarks
  1. 1. The use of mixtures containing TT-HBNR up to levels of 27% by weight does not significantly change the technological properties of the vulcanized material when using the recipes from Table 8.
  2. 2. Materials with levels above 27% (up to 50%) show a progressive loss of technological properties, which is partially offset by a change in formulation; however, this loss is very small and acceptable in many applications, also with additional economic advantages.
  3. 3. Surprisingly, the properties of the vulcanizate that was subjected to a shorter post-curing (2 h @ 160°) are better or at least correspond to those of the material with a longer post-curing cycle, with corresponding advantages in terms of production.

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

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  • US 5258413 [0008]US5258413 [0008]
  • US 2014/378562 [0025]U.S. 2014/378562 [0025]
  • IT 201800010348 [0025]IT 201800010348 [0025]

Claims (11)

Ein Verfahren zur Devulkanisierung einer Zusammensetzung, die ein oder mehrere hydrierte vulkanisierte Nitrilgummis (H-NBR) enthält, das folgende Stadien umfasst: 1) die Einspeisung der Zusammensetzung, welche ein oder mehrere hydrierte vulkanisierte Nitrilgummis (H-NBR) enthält, in einen gleichläufigen Doppelschneckenextruder, der mit einer Drehzahl von 200 bis 600 U/Min funktioniert, wobei der oben genannte gleichläufige Doppelschneckenextruder eine Vielzahl von Heizelementen umfasst, die auf vorbestimmte Temperaturen eingestellt werden, 2) die Beibehaltung der Zusammensetzung aus Punkt 1) auf den oben genannten vorbestimmten Temperaturen in dem gleichläufigen Doppelschneckenextruder, dadurch gekennzeichnet, dass die Höchsttemperatur von einem oder mehreren Heizelementen des Doppelschneckenextruders von 240°C bis 360°C reicht.A process for devulcanizing a composition containing one or more hydrogenated vulcanized nitrile rubbers (H-NBR) comprising the steps of: 1) feeding the composition containing one or more hydrogenated vulcanized nitrile rubbers (H-NBR) into a co-flow Twin-screw extruder operating at a speed of 200 to 600 rpm, said co-rotating twin-screw extruder comprising a plurality of heating elements controlled at predetermined temperatures, 2) maintaining the composition of point 1) at the above predetermined temperatures in the co-rotating twin-screw extruder, characterized in that the maximum temperature of one or more heating elements of the twin-screw extruder ranges from 240°C to 360°C. Das Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Höchsttemperatur von einem oder mehreren Heizelemente von 260°C bis 330°C reicht.The procedure according to claim 1 , with the maximum temperature of one or more heating elements ranging from 260°C to 330°C. Das Verfahren gemäß den Ansprüchen von 1 bis 2, wobei die vulkanisierten H-NBR Gummis aus den Verarbeitungsabfällen und den Artikeln gewählt werden, die die Endphase ihrer Lebensdauer erreicht haben.The process according to claims 1 to 2, wherein the vulcanized H-NBR rubbers are selected from the processing scraps and the articles that have reached the end of their useful life. Das Verfahren gemäß den Ansprüchen von 1 bis 3, wobei die Zusammensetzung, die ein oder mehrere H-NBR Gummis enthält, aus Partikeln besteht, die eventuell getrocknet und gesiebt wurden und einen Durchmesser aufweisen, der innerhalb eines Intervalls zwischen 1 und 5 mm liegt, am besten zwischen 1 und 3 mm.The process according to claims 1 to 3, wherein the composition containing one or more H-NBR rubbers consists of particles, possibly dried and sieved, having a diameter comprised within an interval between 1 and 5 mm, preferably between 1 and 3 mm. Das Verfahren gemäß den Ansprüchen von 1 bis 4, wobei der Gehalt an Acrylnitril des vulkanisierten H-NBR Gummis von 17 bis 50 Mol% beträgt.The process according to claims 1 to 4, wherein the acrylonitrile content of the vulcanized H-NBR rubber is from 17 to 50 mol%. Das Verfahren gemäß den Ansprüchen von 1 bis 5, wobei die Verweilzeit von 45 bis 140 Sekunden beträgt, vorzugweise von 70 bis 120 Sekunden, aufgrund der Geometrie des verwendeten Extruders.The process according to claims 1-5, wherein the residence time is from 45 to 140 seconds, preferably from 70 to 120 seconds, due to the geometry of the extruder used. Zusammensetzung von H-NBR Gummi, das gemäß einem oder mehreren Ansprüchen von 1 bis 6 gewonnen werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass: (i) es eine Mooney Viskosität von 20 bis 80 MU aufweist, vorzugsweise von 35 bis 70 MU und (ii) aus einer in Tetrahydrofuran (THF) unlöslichen Fraktion und einer in THF löslichen Fraktion besteht, wobei das Gewichtsverhältnis zwischen der unlöslichen Fraktion und der löslichen Fraktion von 90:10 bis 40:60, vorzugsweise von 80:20 bis 70:30 ist.Composition of H-NBR rubber obtainable according to one or more of claims 1 to 6, characterized in that: (i) it has a Mooney viscosity of 20 to 80 MU, preferably 35 to 70 MU and (ii) consists of a tetrahydrofuran (THF) insoluble fraction and a THF soluble fraction, the weight ratio between the insoluble fraction and the soluble fraction being from 90:10 to 40:60, preferably from 80:20 to 70:30. Zusammensetzung von H-NBR Gummi gemäß Anspruch 7, wobei der Wert des Koeffizienten α, der sich von Stressrelaxationsmessungen ableitet, von -0,700 bis -0,300 beträgt, vorzugsweise von -0,400 bis -0,320.Composition of H-NBR rubber according to claim 7 , where the value of the coefficient α derived from stress relaxation measurements is from -0.700 to -0.300, preferably from -0.400 to -0.320. Die Anwendung der Zusammensetzung aus H-NBR Gummi, welche gemäß dem Verfahren der Ansprüche 1-8 gewonnen wurde, für die Herstellung von technischen Mischungen, welche für die Herstellung von vulkanisierten Produkten oder Gegenständen geeignet sind, die für die Einspritzung, Kompression oder Extrusion vorgesehen sind.The application of the composition of H-NBR rubber prepared according to the method of Claims 1 - 8th for the manufacture of technical mixtures suitable for the manufacture of vulcanized products or objects intended for injection, compression or extrusion. Mischungen, die für die Herstellung von Produkten gemäß Anspruch 9 geeignet sind, welche devulkanisiertes H-NBR Gummi umfassen, welche nach einem oder mehreren Ansprüchen von 1-8 zusammen mit Roh-H-NBR Gummi hergestellt wird, wobei das Verhältnis zwischen den beiden jeweils von 80:20 bis 5:95 reicht.Mixtures for the manufacture of products according to claim 9 are suitable which comprise devulcanized H-NBR rubber produced according to one or more of claims 1-8 together with raw H-NBR rubber, the ratio between the two ranging from 80:20 to 5:95 respectively. Vulkanisierte Produkte, welche ausgehend von Mischungen nach Anspruch 10 hergestellt werden, insbesondere per Einspritzung, Kompression oder Extrusion erzeugte Dichtungen, O-Ringe und Platten.Vulcanized products, which starting from mixtures according to claim 10 are manufactured, in particular gaskets, O-rings and plates produced by injection, compression or extrusion.
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