DE1470881B - Process for vulcanizing blends of natural rubber and cis-1,4-polybutadiene - Google Patents
Process for vulcanizing blends of natural rubber and cis-1,4-polybutadieneInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Vulkanisieren von Verschnitten aus Naturkautschuk und eis-1,4-Poly butadien, die Ruß, Strecköl, Klebharz, Zinkoxyd, Stearinsäure, Dibenzothiazyldisulfid, Tetramethylthiuramdisulfid, sonstige Alterungsschutzmittel und gegebenenfalls bis 1 Gewichtsteil Schwefel, bezogen auf das Gewicht der Kautschukverschnitte, enthalten, unter Druck und Wärme.The invention relates to a method for vulcanizing blends of natural rubber and eis-1,4-polybutadiene, which contain carbon black, extender oil, adhesive resin, Zinc oxide, stearic acid, dibenzothiazyl disulfide, tetramethylthiuram disulfide, other anti-aging agents and optionally contain up to 1 part by weight of sulfur, based on the weight of the rubber blends, under pressure and heat.
Durch Untersuchungen wurde festgestellt, daß elementarer Schwefel auf eis-1,4-Polybutadien schädlich einwirkt und dabei die Wandlung von der cisin die trans-Form begünstigt wird, ein Vorgang, der bei Naturkautschuk nicht eintritt. Bereits 1,5 Teile elementaren Schwefels reichen zum Einleiten dieses Wandels aus. Andererseits stellt dieser Schwefelanteil für ein normales Beschleunigersystem die kleinstmö gliche Menge dar, die zur Erzielung guter physikalischer Ergebnisse in den Mischungen enthalten sein muß.Research has shown that elemental sulfur is detrimental to cis-1,4-polybutadiene acts and thereby the conversion from the cisin to the trans form is favored, a process that does not occur with natural rubber. Just 1.5 parts of elemental sulfur are enough to introduce this Change. On the other hand, this sulfur content is the smallest possible for a normal accelerator system the same amount as contained in the mixtures for good physical results have to be.
Es sind bereits Vulkanisate aus Verschnitten von Naturkautschuk und eis-1,4-Polybutadien bekannt, deren Mischungen 0,5 bis 1,5 Gewichtsteile Schwefel, bezogen auf die gesamte Kautschukverschnittmenge, enthalten. Dabei wird die Vulkanisation mit einem üblichen Vulkanisationssystem durchgeführt. Mischungen dieser Art verlangen außerordentlich lange Heizzeiten, wenn die Eigenschaften von Standardvulkanisaten erreicht werden sollen, deren Mischungen bei gleichem Vulkanisationssystem und gleichen Beschleunigertypen höhere Schwefelmengen enthalten. Werden, die aus bekannten Nichtstandard-Mischungen erzeugten Vulkanisate zu Fahrzeugreifen verarbeitet, dann erreichen Wärmebildung und Hysteresis in diesen zu hohe Werte, die zum alsbaldigen Verschleiß des Reifens im Betrieb führen müssen.Vulcanizates made from blends of natural rubber and ice-1,4-polybutadiene are already known, their mixtures 0.5 to 1.5 parts by weight of sulfur, based on the total amount of rubber blended, contain. The vulcanization is carried out with a conventional vulcanization system. Mixtures of this type require extremely long heating times if the properties of standard vulcanizates to be achieved, their mixtures with the same vulcanization system and the same accelerator types contain higher amounts of sulfur. Are generated from known non-standard mixtures Vulcanizates processed into vehicle tires, then heat generation and hysteresis in them too high values, which must lead to the immediate wear of the tire in operation.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein neues Vulkanisationssystem zu entwickeln, mit dem die sich durch das neue cis-1,4-Polybutadien latent gegebenen Möglichkeiten vollständiger aktiviert werden können. Das gegenwärtige Wissen zum Herstellen von Mischungen des eis-1,4-Polybutadiene und von Vulkanisaten desselben beruht auf mit Naturkautschuk durchgeführten Versuchsergebnissen. Wird der Verlauf der Entwicklung der Vulkanisiermittelsysteme verfolgt, so ergibt sich die überraschende Feststellung, daß diese hinter der Entwicklung der neuen Polymeren, z. B. des eis-1,4-Polybutadiene und der anderen Zusätze, zurückgeblieben sind. Dementsprechend wurde bis jetzt für Naturkautschuk und bisher bekannte synthetische Kautschuke die gleichen VuI-kanisiermittel eingesetzt. Die Folge ist, daß die Eigenschaften der Vulkanisate der neuen Polymeren nicht ganz den Anforderungen entsprechen, die z. B. im Bereich der technischen Gummiartikel, wie Fahrzeugreifen, Seilrollenfutter u. dgl., gestellt werden.The invention is based on the task of developing a new vulcanization system with which which is latent through the new cis-1,4-polybutadiene given possibilities can be activated more fully. The current knowledge to manufacture of mixtures of ice 1,4-polybutadiene and of Vulcanizates of the same are based on test results carried out with natural rubber. Will the course followed the development of the vulcanizing agent systems, the surprising finding emerges that that this is behind the development of new polymers, e.g. B. the cis-1,4-polybutadiene and the others Additives that are lagging behind. Accordingly, it has been used up to now for natural rubber and so far known synthetic rubbers use the same VuI-Kanisiermittel. The consequence is that the properties the vulcanizates of the new polymers do not quite meet the requirements that z. B. in Field of technical rubber articles, such as vehicle tires, pulley linings and the like.
Es stellte sich daher die Aufgabe, ein Vulkanisationssystem zu finden, das mit einer Mindestmenge an elementarem Schwefel oder nur mit schwefelabspaltenden Substanzen allein arbeitet und dabei eine Isomerisation des eis-1,4-Polybutadiene verhindert.The task was therefore to find a vulcanization system with a minimum amount works on elemental sulfur or only with sulfur-releasing substances and thereby one Prevents isomerization of the cis-1,4-polybutadiene.
Verändert sich von Anfang an durch Isomerisation die Konfiguration des Polymeren, so können diese Zusätze keine Verbesserung der Alterung bewirken. Die Alterungswerte zeigen wohl bei den verschiedenen Vulkanisaten den gleichen Abbau, aber der chemische Abbaumechanismus während der Alterung ist unterschiedlich und von verschiedenen Faktoren abhängig. Das Kriterium für den praktischen Einsatz guter Vulkanisiermittelsysteme sind vor und nach der Alterung gute physikalische Eigenschaften der VuI-kanisate. If the configuration of the polymer changes from the beginning due to isomerization, these additives can do not improve aging. The aging values probably show with the various Vulcanizates have the same degradation, but the chemical degradation mechanism during aging is different and depending on various factors. The criterion for practical use is good Vulcanizing agent systems are good physical properties of the VuI-Kanisate before and after aging.
Es wurde nun gefunden, daß alterungsbeständige Vulkanisate mit guten physikalischen Eigenschaften erzielt werden, wenn man Mischungen vulkanisiert, die außerdem Mercaptobenzthiazol, p,p'-Dibenzoylchinondioxim sowie Mercaptobenzimidazol enthalten.It has now been found that aging-resistant vulcanizates with good physical properties be achieved when vulcanizing mixtures that also contain mercaptobenzothiazole, p, p'-dibenzoylquinone dioxime as well as mercaptobenzimidazole.
Es wurde weiter gefunden, daß ein Zusatz von 4,4'-Dithiodimorpholin an Stelle von elementarem Schwefel weitere Vorteile bringt.It was also found that an addition of 4,4'-dithiodimorpholine instead of elemental sulfur brings further advantages.
Die in das erfindungsgemäße Vulkanisationssystem eingebauten Beschleuniger sind auf die anderen Mischungskomponenten so abgestimmt, daß das Polar- und Radikalsystem bei der Vulkanisation berücksichtigt wird und ein stabiles Vulkanisat entsteht. The accelerators built into the vulcanization system according to the invention are on the others Mixture components matched so that the polar and radical system during vulcanization is taken into account and a stable vulcanizate is created.
Die nachfolgenden Ergebnisse der Mischungsbeispiele A bis H mit dem erfindungsgemäßen Vulkanisiermittelsystem lassen die Vorteile gegenüber anschließend dargestellten Prüfergebnissen von Vulkanisaten bekannter Mischungen V 01 und V 02 ( aus cis-l^-Polybutadien- Naturkautschuk-Verschnitten gut erkennen.The following results of the mixing examples A to H with the vulcanizing agent system according to the invention leave the advantages compared to the test results of vulcanizates presented below known mixtures V 01 and V 02 (from cis-l ^ -Polybutadiene- natural rubber blends recognize well.
Rezepte MischungenRecipes mixes
Naturkautschuk Natural rubber
cis-1,4-Polybutadien cis-1,4-polybutadiene
Sehr hoch abriebfester Ofenruß ...Very highly abrasion-resistant furnace soot ...
Zinkoxyd Zinc oxide
Stearinsäure Stearic acid
N-Phenyl-N'-isopropyl-p-phenylen-N-phenyl-N'-isopropyl-p-phenylene-
diamin diamine
Phenyl-a-naphthylamin Phenyl-a-naphthylamine
Mercaptobenzimidazol Mercaptobenzimidazole
Klebharz Adhesive resin
Weichmacher Plasticizers
4,4'-Dithiomorpholin 4,4'-dithiomorpholine
ölschwefel-0,2 oleosulfur-0.2
40,040.0
60,060.0
70,070.0
3,03.0
2,02.0
1,5
1,0
1,0
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18,0
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60,060.0
3,03.0
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1,5
1,0
1,0
5,0
12,0
0,61.5
1.0
1.0
5.0
12.0
0.6
40,040.0
60,060.0
60,060.0
3,03.0
2,02.0
1,5
1,0
1,0
5,0
12,01.5
1.0
1.0
5.0
12.0
0,550.55
Fortsetzungcontinuation
Mercaptobenzothiazol Mercaptobenzothiazole
Tetramethylthiuramdisulnd..Tetramethylthiuramdisulnd ..
Dibenzothiazyldisulfid Dibenzothiazyl disulfide
ρ,ρ'-Dibenzoyl-chinondioximρ, ρ'-dibenzoyl-quinonedioxime
0,5 0,1 2,0 1,50.5 0.1 2.0 1.5
PrüfergebnisseTest results
Heizung bei 143° CHeating at 143 ° C
45'45 '
60'60 '
45'45 '
60'60 '
45'45 '
60'60 '
45'45 '
Modul bei 300% (kg/cm2) . Modul bei 500% (kg/cm2) . Zugfestigkeit (kg/cm2) .....Modulus at 300% (kg / cm 2 ). Modulus at 500% (kg / cm 2 ). Tensile strength (kg / cm 2 ) .....
Bruchdehnung (%) Elongation at break (%)
Shore-Härte (0A) Shore hardness ( 0 A)
Elastizität (%) Elasticity (%)
Kerbzähigkeit (kg/cm) Notch toughness (kg / cm)
Ausreißfestigkeit (kg/cm) ... Mooney-Anvulkanisation (i5)Pull-out strength (kg / cm) ... Mooney vulcanization (i 5 )
6666
120120
125125
520520
6565
2525th
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6969
6868
124124
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2626th
3535
8181
98-98-
156
460156
460
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2727
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6262
120120
142142
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6363
2828
4040
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6565
3030th
3636
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9898
172172
172172
'505'505
6868
3030th
29 : 29 :
7575
10'10 '
29'29 '
Alterung 3 Tage bei 100° CAging for 3 days at 100 ° C
Modul bei 300% (kg/cm2) .. Modul bei 500% (kg/cm2) ..Module at 300% (kg / cm 2 ) .. module at 500% (kg / cm 2 ) ..
Zugfestigkeit (kg/cm2) Tensile strength (kg / cm 2 )
Bruchdehnung (%) Elongation at break (%)
Shore-Härte (°A) Shore hardness (° A)
Elastizität (%) Elasticity (%)
Kerbzähigkeit (kg/cm) Notch toughness (kg / cm)
Ausreißfestigkeit (kg/cm) ....Pull-out strength (kg / cm) ....
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122122
170
375
72
27
18
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375
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27
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66
8181
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7070
134134
138138
520520
RezepteRecipes
130130
150 350 72 31 15 52150 350 72 31 15 52
MischungenMixtures
Naturkautschuk Natural rubber
eis-1,4-Polybutadien cis-1,4-polybutadiene
Sehr hochabriebfester Ofenruß ....Very highly abrasion-resistant furnace soot ....
Hochabriebfester Ofenruß Highly abrasion-resistant furnace soot
Zinkoxyd Zinc oxide
Stearinsäure Stearic acid
N-Phenyl-N'-isopropyl-p-phenylen-N-phenyl-N'-isopropyl-p-phenylene-
diamin diamine
Phenyl-o-naphthylamin Phenyl-o-naphthylamine
Mercaptobenzimidazol Mercaptobenzimidazole
Klebharz Adhesive resin
Weichmacher Plasticizers
4,4'-Dithiomorpholin 4,4'-dithiomorpholine
ölschwefel-0,2 oleosulfur-0.2
Mercaptobenzothiazol Mercaptobenzothiazole
Tetramethylthiuramdisulfid Tetramethylthiuram disulfide
Dibenzothiazyldisulfid Dibenzothiazyl disulfide
ρ,ρ'-Dibenzoyl-chinondioxim ρ, ρ'-dibenzoyl-quinonedioxime
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1.0
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18.0
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40,0
60,040.0
60.0
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3,0
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1,0
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1.0
1.0
5.0
25.0
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PrüfergebnisseTest results
Heizung bei 143° CHeating at 143 ° C
45'45 '
60'60 '
45'45 '
60'60 '
45'45 '
60'60 '
45'45 '
Modul bei 300% (kg/cm2) .. Modul bei 500% (kg/cm2) ..Module at 300% (kg / cm 2 ) .. module at 500% (kg / cm 2 ) ..
Zugfestigkeit (kg/cm2) Tensile strength (kg / cm 2 )
Bruchdehnung (%) Elongation at break (%)
Shore-Härte (0A) Shore hardness ( 0 A)
Elastizität (%) Elasticity (%)
Kerbzähigkeit (kg/cm) Notch toughness (kg / cm)
Ausreißfestigkeit (kg/cm) Pull-out strength (kg / cm)
Mooney-Anvulkanisation (i5)Mooney vulcanization (i 5 )
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6464
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28
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485
66
35
28
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166166
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27'27 '
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Modul bei 300% (kg/cm2) .. Modul bei 500% (kg/cm2) ..Module at 300% (kg / cm 2 ) .. module at 500% (kg / cm 2 ) ..
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Bruchdehnung (%) Elongation at break (%)
Shore-Härte (0A) Shore hardness ( 0 A)
Elastizität (%) Elasticity (%)
Kerbzähigkeit (kg/cm) Notch toughness (kg / cm)
Ausreißfestigkeit (kg/cm) Pull-out strength (kg / cm)
RezepteRecipes
8484
154154
505505
6262
3939
2626th
eis-1,4-Poly butadien cis-1,4-polybutadiene
Naturkautschuk Natural rubber
Sehr hochabriebfester OfenrußVery highly abrasion-resistant furnace soot
Zinkoxyd Zinc oxide
Stearinsäure Stearic acid
N- Phenyl-N'-isopropyl-N- phenyl-N'-isopropyl-
p-phenylendiamin p-phenylenediamine
Phenyl-a-naphthylamin Phenyl-a-naphthylamine
N- Phenyl-N'-cyclohexyl-N- phenyl-N'-cyclohexyl-
p-phenylendiamin p-phenylenediamine
Klebharz Adhesive resin
Weichmacher Plasticizers
ölschwefel-0,2 oleosulfur-0.2
2-Morpholino-mercaptobenz-2-morpholino-mercaptobenz-
thiazol thiazole
Prüfergebnisse Mischungen
V 01 V 02Test results mixtures
V 01 V 02
60,060.0
40,040.0
60,060.0
3,03.0
2,02.0
1,5 1,01.5 1.0
1,01.0
5,05.0
12,012.0
2,22.2
1,5 60,01.5 60.0
40,040.0
60,060.0
3,03.0
2,02.0
1,5
1,01.5
1.0
1,0
5,0
12,0
1,651.0
5.0
12.0
1.65
1,51.5
Heizung bei 143° CHeating at 143 ° C
Modul bei 300%Module at 300%
(kg/cm2) (kg / cm 2 )
Modul bei 500%Module at 500%
(kg/cm2) (kg / cm 2 )
Zugfestigkeit (kg/cm2).. Bruchdehnung (%) ....Tensile strength (kg / cm 2 ) .. Elongation at break (%) ....
Shore-Härte ( A) Shore hardness (A)
Elastizität (%) Elasticity (%)
VOl 45' 60'VOl 45 '60'
8686
174174
181181
515515
6060
3939
8282
170170
186186
535535
6060
42 V 02
45' 60'42 V 02
45 '60'
7979
170170
192192
545545
6060
4040
116116
146
375
70
44
13
65146
375
70
44
13th
65
116116
145
380
70
42
15
64145
380
70
42
15th
64
114114
146 380 66 40 24 62146 380 66 40 24 62
120120
136 340 67 42 18 65136 340 67 42 18 65
108108
147 415 70 39 19 74147 415 70 39 19 74
Alterung 3 Tage bei 100° CAging for 3 days at 100 ° C
Modul bei 300% (kg/cm2) Module at 300% (kg / cm 2 )
Modul bei 500% (kg/cm2) Module at 500% (kg / cm 2 )
Zugfestigkeit (kg/cm2).. Bruchdehnung (%) ....Tensile strength (kg / cm 2 ) .. Elongation at break (%) ....
Shore-Härte ("A) Shore hardness ("A)
Elastizität (%) Elasticity (%)
Mooney-.s Anvulkanisation (r5)Mooney-. s vulcanization (r 5 )
VOlVOl
124124
235235
7272
4242
132132
255255
7070
4545
28'28 '
νν
118118
245245
7171
3737
27'27 '
Die vorstehenden Prüfergebnisse zeigen, daß die physikalischen Werte des Vulkanisats vor und nach der Alterung eine Güte besitzen, die mit den her-The above test results show that the physical values of the vulcanizate before and after aging have a quality that is consistent with the
kömmlichen Verfahren nicht erzielt wurde. Die zusätzliche Verwendung von 4,4'-Dithiomorpholin verhindert das Eintreten der Isomerisation ebenso wie die in den Mischungsbeispielen A, C und E enthaltene geringe Menge an elementarem Schwefel weitgehend.conventional procedure was not achieved. The additional use of 4,4'-dithiomorpholine prevents the occurrence of isomerization as well as those contained in Mixture Examples A, C and E. small amount of elemental sulfur largely.
Das in dem erfindungsgemäßen Vulkanisiermittelsystem enthaltene 4,4'-Dithiomorpholin vermittelt eine kurze Mooney-Anvulkanisation, elementarer Schwefel dagegen einen höheren Mooney-Wert. Als Erklärung dafür wird angenommen, daß 4,4'-Dithio-The 4,4'-dithiomorpholine contained in the vulcanizing agent system according to the invention mediates a short Mooney scorch, elemental sulfur, on the other hand, a higher Mooney value. When Explanation for this is assumed that 4,4'-dithio-
morpholin und ρ,ρ'-Dibenzoyl-chinondioxim miteinander reagieren und ein aktives Produkt bilden, das wiederum mit den Kautschukmolekülen reagiert.morpholine and ρ, ρ'-dibenzoyl-quinonedioxime with one another react and form an active product, which in turn reacts with the rubber molecules.
Die Wirkung des geringen Anteils elementaren Schwefel in den einzelnen Mischungen ist gut. Modul,The effect of the small amount of elemental sulfur in the individual mixtures is good. Module,
Festigkeit und die anderen physikalischen Eigenschaften sind besser, abgesehen von einer etwas geringeren Schnittfestigkeit gegenüber den 4,4'-Dithiomorpholin enthaltenden Mischungen. Interessant ist,Strength and the other physical properties are better except for one thing lower cut resistance compared to the mixtures containing 4,4'-dithiomorpholine. Interesting is,
daß der elementare Schwefel in dem erfindungsgemäßen Vulkanisationssystem nicht nur als Vulkanisationsmittel, sondern auch als Verzögerer wirkt.that the elemental sulfur in the vulcanization system according to the invention is not only used as a vulcanizing agent, but also acts as a retarder.
Zusammenfassend kann zum Ausdruck gebracht werden, daß die unter Verwendung des erfindungsgemäßen Vulkanisationssystems erzeugten Vulkanisate eines Verschnittes von cis-1,4-Polybutadien und Naturkautschuk für den praktischen Einsatz in Laufflächen für Fahrzeugluftreifen gut geeignet sind.In summary, it can be expressed that using the inventive Vulcanization system produced vulcanizates of a blend of cis-1,4-polybutadiene and Natural rubber are well suited for practical use in treads for pneumatic vehicle tires.
Claims (2)
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