DE1289654B - Verwendung von Stabilisatormischungen fuer ungesaettigte elastomere Terpolymere - Google Patents
Verwendung von Stabilisatormischungen fuer ungesaettigte elastomere TerpolymereInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf die Verwendung von Stabilisatorgemischen in bestimmten Mengenanteilen
für ungesättigte elastomere Terpolymere aus Äthylen, Propylen und einem mischpolymerisierbaren,
nicht konjugierten Dien.
Es ist bekannt, durch Niederdruckpolymerisation erhaltene Polymere aus Äthylen oder Propylen
bzw. deren Gemischen, insbesondere Ziegler-Polyäthylen,
durch Zugabe organischer Phosphite zu stabilisieren, die auch zusammen mit anderen, w
normalerweise zur Stabilisierung von Polyvinylchlorid verwendeten Stabilisatoren, wie beispielsweise
Glycidylpolyäthern, zur Anwendung kommen können.
Ferner ist es bekannt, Polyäthylen, vorzugsweise Niederdruck-Polyäthylen, durch Zugabe von Epoxyverbindungen
zu stabilisieren.
Weiterhin ist es bekannt, durch Polymerisation von «-Olefinen erhaltene Polyolefine, die mindestens
teilweise kristallin sind, mit Trithiophosphiten oder einem Gemisch aus Trithiophosphiten und organischen
Triphosphiten, wie Triphenylphosphit, zu stabilisieren. Dabei können zusätzlich zu diesem
stabilisierenden Zweiergemisch weitere, die Stabilisierung unterstützende Mittel, unter anderem Epoxyverbindungen,
zugesetzt werden.
Bei allen nach den bekannten Arbeitsweisen zu stabilisierenden Polymeren handelt es sich um eine
bestimmte Gruppe von plastischen Kunststoffen mit mehr oder weniger großer Kristallinität. Derartige
Polymere unterscheiden sich grundsätzlich von elastomeren Terpolymeren der vorstehend genannten
Art. Im Gegensatz zu den nach den bekannten Arbeitsweisen zu stabilisierenden Polyolefinen
sind Elastomere nicht kristalline, mit Schwefel vulkanisierbare kautschukartige Massen,
die z. B. bei der Wärmealterung einen ganz anderen Zersetzungsmechanismus aufweisen als die genannten
Polyolefine.
Es hat sich gezeigt, daß ungesättigte elastomere Terpolymere aus Äthylen, Propylen und einem
mischpolymerisierbaren, nicht konjugierten Dien, die nachfolgend kurz als ÄPDM bezeichnet werden,
besonders schwierig zu stabilisieren sind, vor allem gegen Verfärbung beim Wärmealtern. So verhindern
die als Stabilisatoren für die genannten Polyolefine bekannten Mittel, wie z. B. epoxydiertes Sojabohnenöl
oder epoxidierte höhere Fettsäureester oder Tris(alkylphenyl)-phosphite, nicht, daß ungesättigte
ÄPDM-Polymere infolge der Einwirkung von Wärme gelb und eventuell sogar braun bzw. dunkel werden.
Aufgabe der Erfindung ist daher die wirksamere Stabilisierung von ÄPDM-Polymeren und die Erzielung
besserer Farbbeständigkeit beim Wärmealtern dieser Polymeren.
überraschenderweise wurde nun gefunden, daß eine Kombination aus Mitteln, die sich einzeln nicht
zur Stabilisierung von ÄPDM eignen, dieses dann wirksam zu stabilisieren vermag, wenn sie in bestimmten
Mengenanteilen zur Anwendung kommt.
Die Erfindung besteht darin, daß man zur Stabilisierung von ungesättigten elastomeren Terpolymeren
aus Äthylen, Propylen und einem mischpolymerisierbaren, nicht konjugierten Dien Gemische aus
Tris(alkylphenyl)-phosphit, worin die Alkylgruppen 8 bis 30 Kohienstoffatome aufweisen, und epoxidiertem
Sojabohnenöl oder epoxidiertem Ester einer Fettsäure mit 10 bis 30 Kohlenstoffatomen und
eines Alkanols mit bis zu 10 Kohlenstoffatomen, wobei die Epoxidmenge, bezogen auf die Phosphitmenge,
50 bis 500 Gewichtsprozent beträgt, in einem Mengenanteil von 0,1 bis 1 Gewichtsteil Phosphit
und 0,5 bis 5 Gewichtsteilen Epoxyverbindung je 100 Gewichtsteile Terpolymeres verwendet.
überraschenderweise hat sich herausgestellt, daß die im Gegensatz zur Stabilisierung von Polyolefinen
einzeln zur Stabilisierung von ÄPDM ungeeigneten bestimmten Epoxyverbindungen und Phosphite bei
Anwendung der genannten speziellen Kombination nicht nur eine ausgezeichnete Stabilisatorwirkung
entfalten, sondern darüber hinaus einen bemerkenswerten Synergismus aufweisen und das Elastomere
gegen unerwünschte Farbänderungen beim Erwärmen hoch widerstandsfähig machen.
Das gemäß der Erfindung zu stabilisierende ÄPDM • ist ein bekanntes Mischpolymerisat aus Äthylen
und Propylen mit einer kleinen Menge mindestens eines mischpolymerisierbaren Multiolefins mit zwei
Doppelbindungen, die durch mehr als 2 Kohlenstoffatome voneinander getrennt sind. Gewöhnlich
enthält das Multiolefin 5 bis 22 Kohlenstoffatome. Das Multiolefin macht ungefähr 0,5 bis ungefähr
20 Molprozent des Mischpolymeren aus. Die Äthylen- und Propyleneinheiten sind in Verhältnissen
von ungefähr 1:4 bis ungefähr 3 : 1 anwesend. Beispiele für geeignete Multiolefine sind gerade oder
verzweigte Diolefine, wie z. B. jene, in denen beide Doppelbindungen endständig sind, wie in 1,4-Pentadien,
1,5-Hexadien (Biallyl), 2-Methyl-l,5-hexadien,
3,3-Dimethyl-l,5-hexadien, 1,7-Octadien, 1,9-Decadien
oder 1,19-Eicosadien; Diolefine, in denen nur
eine Doppelbindung endständig ist, wie z. B. in 1,4-Hexadien, 1,9-Octadecadien, 6-Methyl-l,5-heptadien,
7-Methyl-l,6-octadien und 11 -Äthyl-1,11-tridecadien,
in denen die innere Doppelbindung abgeschirmt ist. Geeignet sind auch Brücken-Ring-Kohlenwasserstoffe
ähnlicher Natur einschließlich der endocyclischen Kohlenwasserstoffe mit 7 bis 10 Kohlenstoffatomen
und zwei Doppelbindungen, insbesondere jene, welche eine Methan- oder eine Äthanbrücke enthalten,
wie z. B. ^a) ungesättigte Derivate von Bicyclo[2,2,l]-heptan, die mindestens zwei Doppelbindungen
enthalten, beispielsweise Bicyclo[2,2,l]-hepta-2,5-dien; Dicyclopentadien (auch als 3a,4,7a-Tetrahydro
- 4,7 - methanoinden bezeichnet), Tricyclopentadien und Tetracyclopentadien; (b) ungesättigte
Derivate von Bicyclo[2,2,2]-octan, welche mindestens zwei Doppelbindungen enthalten, wie z. B.
Bicyclo[2,2,2]-octa-2,5-dien; (c) ungesättigte Derivate von Bicyclo[3,2,l]-octan, welche mindestens
zwei Doppelbindungen enthalten; (d) ungesättigte Derivate von Bicyclo[3,3,l]-nonan, welche mindestens
zwei Doppelbindungen enthalten; ferner (e) ungesättigte Derivate von Bicyclo[3,2,2]-nonan,
welche mindestens zwei Doppelbindungen enthalten. Bevorzugt sind Dicyclopentadien, 1,4-Hexadien und
Methylennorbornen.
Die gemäß der Erfindung verwendeten epoxidierten Sojabohnenöle und epoxidierten höheren
Fettsäureester sind in Kohlenwasserstofflösungsmitteln (wie z. B. Hexan) im wesentlichen löslich,
in Wasser im wesentlichen unlöslich und sieden nicht bei Temperaturen, die bei der Verarbeitung
von ÄPDM normalerweise angewendet werden. Hierbei handelt es sich z. B. um Ester aus Cm- bis
Cao-Fettsäuren mit Alkanolen mit bis zu 10 Kohlen-
Stoffatomen, wie ζ. B. Methylalkohol, Octylalkohol und Decylalkohol. Beispiele für handelsübliche
Typen von epoxidiertem Sojabohnenöl sind Materialien, wie Kondensationsprodukte aus Adipinsäure
und mehrwertigen Alkoholen mit endständigen Epoxidgruppen und epoxidiertes Sojabohnenöl, die
ein durchschnittliches Molekulargewicht von 1000 aufweisen (s. beispielsweise USA.-Patentschrift
2 829 135). Beispiele für epoxidierte höhere Fettsäureester sind die handelsüblichen Materialien, wie
Octyiepoxystearat, mit einem Molekulargewicht von 410 oder ein epoxidierier ölsäureester mit einem
durchschnittlichen Molekulargewicht von 380. Die Epoxidgehalte in solchen Materialien belaufen sich
häufig von ungefähr 2°/o bis ungefähr 10%.
Das bei der Erfindung gemeinsam mit dem angegebenen Epoxid verwendete Aralkylphosphit ist
ein Tris(alky!phenyl)-phosphit, in welchem die Phenylgruppen
mit Alkylresten, vorzugsweise höheren Alkylgruppen (C8 bis Cm), substituiert sind, wie in
der USA.-Patentschrift 2 733 226 beschrieben. Beispiele sind Tris(o-octylphenyl)-phosphit, Tris(p-nonylphenyl)-phosphit,
Tris(p-dodecylphenyl)-phosphit, Tris(dinonylphenyl) - phosphit, Mono(nonylphenyl)-di(octylphenyl)-phosphit
und Tris(mischnonylphenyl)-phosphit.
Das Epoxid und das Phosphit können dem ÄPDM-Polymeren zu jeder Zeit zugesetzt werden. So werden
das Epoxid und das Phosphit der Lösung oder der Masse, in der das ÄPDM hergestellt wird, in geeigneter
Weise am Ende der Polymerisationsreaktion und vor der Gewinnung und Reinigung des ÄPDM
zugesetzt. Das Epoxid und das Phosphit werden zweckmäßigerweise in Form einer Lösung in einem
organischen Lösungsmittel zugesetzt, nachdem das Terpolymere gewaschen ist, und zwar geeigneterweise
im gleichen Lösungsmittel wie demjenigen, das bei der Polymerisationsreaktion verwendet wird,
wie z. B. Hexan. Das ÄPDM wird hierauf aus der Masse in gewöhnlicher Weise gewonnen, d. h.,
nicht umgesetzte Monomere werden entfernt, und der Katalysator wird deaktiviert. Das Lösungsmittel
wird dann entfernt, und das Polymere wird gewaschen, und zwar üblicherweise mit einem wäßrigen Medium.
Hierauf wird das ÄPDM gewöhnlich bei erhöhter Temperatur getrocknet.
Es wird angenommen, daß das anwesende Epoxid die Hydrolyse des Phosphits verhindert und auch
mit Katalysatorresten und anderen Verunreinigungen, deren Einflüsse auf die Farbe und die Stabilität des
Polymeren schädlich sind, Komplexe bildet.
Es ist aus der USA.-Patentschrift 2 733 226 bekannt, den Tris(alkylphenyl)-phosphiten gewisse
Epoxide zuzusetzen, um Spuren saurer Verunreinigungen zu entfernen. Die betreffenden Epoxide
unterscheiden sich jedoch von den gemäß der Erfindung zu verwendenden Epoxiden aus der Gruppe
der Sojabohnenöle und epoxidierten höheren Fettsäureester, die im allgemeinen ein höheres Molekulargewicht
aufweisen, in Kohlenwasserstoffen leicht und in Wasser praktisch unlöslich sind. Weiterhin
wird zur Entfernung der sauren Verunreinigungen aus dem Phosphit gemäß der bekannten Arbeitsweise
nur eine kleine Menge Epoxid (0,1 bis 10 Gewichtsprozent, bezogen auf Phosphit) verwendet,
wogegen bei der vorliegenden Erfindung 50 bis 500 Gewichtsprozent des angegebenen Epoxids,
bezogen auf das Phosphit, verwendet werden. Es wird angenommen, daß die nach der bekannten
Arbeitsweise dem Tris(alkylphenyl)-phosphit zugesetzte Spur von Epoxid im wesentlichen durch
Reaktion mit den Spuren der restlichen Säure in dem Phosphit verbraucht und/oder anschließend
verflüchtigt wird, so daß gewöhnlich nur wenig oder gar kein Epoxid im Phosphit zur Verfugung
bleibt. Darüber hinaus wird dabei ein wasserlösliches Material mit einem verhältnismäßig niedrigen Molekulargewicht,
wie z. B. Propylenoxid, zur Neutralisierung der in dem Phosphit verbleibenden Säurespuren
verwendet. Ein solches Material wäre für die Zwecke der Erfindung ungeeignet, auch wenn
es in einer ausreichend großen Menge verwendet würde, da es aus dem ÄPDM durch das bei der
Reinigung des Polymeren verwendete Wasser ausgewaschen und verlorengehen würde. Die gemäß
der vorliegenden Erfindung verwendeten Epoxide sind im wesentlichen kohlenwasserstofflöslich, so
daß ihre Einarbeitung in das ÄPDM-Polymere in Form einer Lösung in Hexan oder ähnlichem
erleichtert wird. Die nach der Erfindung zu verwendenden Epoxide haben außerdem ein ausreichend
hohes Molekulargewicht und einen ausreichend hohen Siedepunkt, so daß sie bei den normalerweise
bei der Gewinnung und Verarbeitung des ÄPDM angewandten Temperaturen nicht absieden.
Die folgenden Beispiele, in denen alle Mengen in Gewicht ausgedrückt sind, dienen der näheren
Erläuterung der Erfindung. Die gemäß der Erfindung verwendeten ÄPDM-Polymeren wurden mit Vanadiumoxytrichlorid
- Äthylaluminiiimsesquihalogenid-Katalysator hergestellt. Es wurde angenommen,
daß Spuren oder Reste vom Katalysator in den Polymeren anwesend waren.
Dieses Beispiel erläutert die Verbesserung der Antioxydationseigenschaften eines Tris(alkylphenyl)-phosphits
mittels eines epoxidierten Sojabohnenöls bei deren gemeinsamer Zugabe zu dem gewaschenen
ÄPDM-Polymeren. Drei Proben von ungesättigtem ÄPDM-Polymeren (ein Mischpolymeres, welches
Äthylen—Propylen in einem Gewichtsverhältnis von
55 : 45 und Dicyclopentadien enthält; Jodzahl 10; Viskositätszahl in Tetralin bei 135 C: 2,5), die
jeweils unterschiedlich, wie in Tabelle I gezeigt, stabilisiert waren, und eine Vergleichsprobe, welche
keinen Stabilisator enthielt, wurden 16, 24 und 48 Stunden bei 1301C gealtert. Der Prozentanteil
an Gel im Polymeren wurde bestimmt; es wurden die in der Tabelle I aufgeführten Ergebnisse erhalten.
Zusatzmenge (T/hK)*) | epoxidiertes Sojabohnenöl | 'Vo Gel nach dem Wärmealtern bei 130" C während | 16 Stunden | 24 Stunden ' | 48 Stunden | |
Tris(rionylphenyl)-phosphit | nichts | 0 Stunden | 71,1 | 72,1 | verharzt | |
I-A | nichts | nichts | 17,7 | 42,2 | 63,1 | 80,5 |
I-B | 1,0 | 1,0 | 20,0 | 29,2 | 18,3 | 70,9 |
I-C | 0,5 | 24,9 |
·) Gewichtsteile je 100 Gewichtsieile Kautschuk.
Das verwendete Tris(nonylphenyl)-phosphit war ein Tris(mischmonodinonylpnenyl)-phosphit; es war
bei der Herstellung mit einer kleinen Menge (z. B. 1,5 Gewichtsprozent, bezogen auf Phosphit) von
Propylenoxyd behandelt worden, um es von Spuren saurer Verunreinigungen zu befreien.
Das in Tabelle I verwendete Epoxid war ein epoxidiertes Sojabohnenöl mit einem durchschnittlichen
Molekulargewicht von 1000.
Dieses Beispiel erläutert die verbesserte Farbstabilität beim Wärmealtern von ungesättigtem
ÄPDM, welches Tris(mischmonodinonylphenyl)-phosphit und Octylepoxystearat enthält. Eine gewaschene
6°/oige Lösung von ÄPDM (Äthylen-Propylen - Dicyclopentadien - Mischpolymeres, Ä - P-Verhältnis
70 : 30; Jodzahl 12; Viskositätszahl in Tetralin bei 130 C: 2,3) in Hexan, welche 0,5 T/hK
Tris(mischmonodinonylphenyl) - phosphit enthält, wird in zwei Portionen geteilt; in eine Fraktion
wird 1 T/hK Octylepoxystearat eingerührt. Beide Proben läßt man durch Abdampfen des Lösungsmittels
ausflocken. Die festen Kautschukproben werden dann 3 Stunden in einen auf 130 C eingestellten
Ofen gebracht. Die Epoxid enthaltende Probe verfärbt sich nicht, während die kein Epoxid
enthaltende Probe gelb wird. Die Ergebnisse sind in Tabelle II aufgezeigt.
H-A
II-B
II-B
Menge an Zusätzen (T hK)
Tris(nonylphenyll-phosphit
0,5
epoxidierles Sojabohnenöl (durchschnittliches
Molekulargewicht
= 1000)
Molekulargewicht
= 1000)
nichts
0,5 1,0
Farbe bei
3slündigem
Wärmealtern
bei 130 C
Gelb
Weiß
Weiß
35
40
Ungesättigtes, wie im Beispiel 1 beschriebenes ÄPDM wurde in Form einer Hexenlösung (Masse)
zweimal mit destilliertem Wasser in einem Waringmischer gewaschen, wobei die Masse nach jedem
Waschen vom Wasser getrennt wurde. Die gewaschene Masse wurde mit 1 T/hK Tris(mischmonodinonylphenyl)-phosphit
stabilisiert und in zwei Portionen geteilt. Zu einer Portion wurde 1 T/hK epoxidiertes
Sojabohnenöl (durchschnittliches Molekulargewicht = 1000) gegeben; die andere Portion wurde
nicht behandelt und diente als Vergleichsprobe. Hierauf ließ man durch Abdampfen des Lösungsmittels
die Proben ausflocken. Die festen Kautschukproben wurden dann 1 Stunde in einem auf 177 C eingestellten
Ofen wärmegealtert. Die Ergebnisse dieses Versuchs sind in der folgenden Tabelle angegeben.
IH-A
IH-B
IH-B
Menge an Zusätzen (T hK)
Tris(nonylphenyll-phosphit
1.0
1.0
epoxidiertes Sojabohnenöl (durchschnittliches
M olckularge wicht
= 1000)
M olckularge wicht
= 1000)
1,0
nichts
nichts
Farbe der Probe
nach 1 stündigem
Wärmealtern
bei 130 "C
60
('5
Weiß
Hell-lohfarben
Hell-lohfarben
Dieses Beispiel erläutert die synergistische Wirkung der gemeinsamen Verwendung eines organischen
Phosphits und des Epoxids nach der Erfindung in ungesättigtem ÄPDM, bestimmt durch Sauerstoffabsorption.
Die eindeutig gesicherte Feststellung des Synergismus der Antioxydationsmittelkombinationen
in ungesättigten Verbindungen ist, wie aus der folgenden Tabelle IV ersichtlich, in der Tat außergewöhnlich.
Alle Proben in diesem Beispiel wurden getrennt aus einer einzigen Probe von gewaschener Äthylen-Propylen-Dicyclopentadien-Mischpolymerkautschuk-
masse, die keinen weiteren Stabilisator enthielt, hergestellt. Das Polymere besaß 62% Äthylen, Jodzahl
11,6, kein Gel in Cyclohexan und eine Viskositätszahl in Tetralin bei 135 "C von 2,2. Das Phosphit und
das Epoxid wurden der Kautschukmasse zugesetzt; die Proben wurden bei Raumtemperatur in Luft getrocknet.
Die in Tabelle IV als T2O angegebenen Zahlen
sind die Zeit in Minuten, die zur Absorption von 20 ml Sauerstoff je Gramm Polymeres bei 1501C in
einer Sauerstoffatmosphäre benötigt wird; sie sind ein direktes Maß für die Stabilität.
Zusammenwirken von Tris(alkylphenyl)-phosphit und Epoxyverbindung
Trisfnonyl- phenyl)-phosphil |
Zusätze (T/hK) | Absorptionszeit (T20) in Minuten |
|
Probe | epoxidierles Soja bohnenöl (durch schnittliches Molekulargewicht |
||
0,2 | = 1000) | 68 | |
IV-A | 0,4 | 0,8 | 204 |
IV-B | 0.8 | 0,8 | 342 |
IV-C | 1,2 | 0,8 | 369 |
IV-D | — | 0,8 | 29 |
IV-E | — | — | 38 |
IV-F | — | 0,2 | 39 |
IV-G | — | 0,4 | 33 |
IV-H | — | 0,5 | 40 |
IV-I | 0,8 | ||
Aus Tabelle IV ist ersichtlich, daß das Epoxid allein keine merkliche Wirkung auf die Stabilität besitzt
(Proben IV-F bis IV-I), daß aber in Kombination mit Tris(nonylphenyl)-phosphit (Proben IV-A bis IV-D)
eine synergistische Wirkung auftritt.
Claims (1)
- Patentanspruch:Verwendung von Gemischen aus Tris(alkylphenyl)-phosphit, worin die Alkylgruppen 8 bis 30 Kohlenstoflatome aufweisen, und epoxidiertem Sojabohnenöl oder epoxidiertem Ester einer Fettsäure mit 10 bis 30 Kohlenstoffatomen und eines Alkanols mit bis zu 10 Kohlenstoffatomen, wobei die Epoxidmenge, bezogen auf diePhosphitmenge, 50 bis 500 Gewichtsprozent beträgt, als Stabilisatoren für ungesättigte elastomere Terpolymere aus Äthylen, Propylen und einem mischpolymerisierbaren, nicht konjugierten Dien in einem Mengenanteil von 0,1 bis 1 Gewichtsteil Phosphit und 0,5 bis 5 Gewichtsteilen Epoxyverbindung je 100 Gewichtsteile Terpolymeres.
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