DE1669910A1 - Verfahren zur Vulkanisation von Polymerisaten - Google Patents

Verfahren zur Vulkanisation von Polymerisaten

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DE1669910A1 DE19661669910 DE1669910A DE1669910A1 DE 1669910 A1 DE1669910 A1 DE 1669910A1 DE 19661669910 DE19661669910 DE 19661669910 DE 1669910 A DE1669910 A DE 1669910A DE 1669910 A1 DE1669910 A1 DE 1669910A1
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Description

Verfahren zur Vulkanisation von Polymerisaten
Die Erfindung betrifft ein Verfahren ssur Vulkanisation von Polymerisaten und bezieht sich insbesondere auf ein Verfahren zur Vulkanisation ungesättigter Polymerisate, die Äther- oder Thioätherbindungen enthalten.
Das erfindungsgemässe Verfahren zur Vulkanisation eines ungesättigten Polymerisats, das Äther- oder Thioätherbindungen enthält, besteht darin, dass das Polymerisat in Gegenwart einer organischen Verbindung der allgemeinen Formel RHN.CSS"."1NHjR1, worin R eine Alkylgruppe, eine Aralkylgruppe oder eine Arylgruppe sein kann oder worin R und R1 zusammen
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wenigstens den Teil einer zyklischen Verbindung bilden können, als Vulkanisationsmittel erhitzt wird.
Als vorzugsweise verwendete Vulkanisationsmittel der vorstehend angegebenen allgemeinen Formel werden solche Verbindungen eingesetzt, bei denen wenigstens eine der Gruppen R und R1 eine Alkyl-, Aryl- oder Aralkylgruppe darstellt. Die Verbindungen sind Salze N-substituiert er Dithiocarbaminsäuren; Beispiele für geeignete Verbindungen sind: Mähylammoiiium-Methyldithiocarbamat, Isopropylammonium-Isopropyldithiocarbamat, Hethylammonium-Isopropyldithiocarbamat und n.-Butylammonium-n-butyldithiocarbamat. Die Gruppen R und R1 können dem gleichen organischen System angehören; ein Beispiel für eine derartige Verbindung ist das Reaktionsprodukt aus Äthylendiamini und Tetrachlorkohlenstoff, das die Formel (-CH2MH-OSS~ 4 +HH3CH2%-)n besitzt. Diese Verbindung kann zyklisch oder linear aufgebaut sein, wahrscheinlich liegt eine Mirschuig aujs beiden Formen vor.
Das charakteristische Merkmal der Vulkanisationsmittel 1st darin ȟ jeehen, dass sie, Heim Erhitzen Schwefelwasserstoff in jfreAheit setzen. DIt Temperatur, bei der diese
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Freisetzung erfolgt, ist von Mittel zu Mittel verschieden; daher hängt die Temperatur, bei der das Polymerisat zur Bewirkung der Vulkanisation erhitzt wird, in gewissem Ausmass von dem speziell verwendeten Vulkanisationsmittel ab. So setzt beispielsweise Methylammonium-Methyldithiocarbamat Schwefelwasserstoff bei einer Temperatur frei, die unterhalb der Temperatur liegt, bei welcher n-iiutylammonium-n-Butyldithiocarbamat Schwefelwasserstoff abspaltet. Obwohl die zur Vulkanisation des Polymerisats angewendete Temperatur je nach dem speziell verwendeten Vulkanisationsmittel innerhalb eines breiten Bereiches schwanken kann, werden doch Temperaturen von 104 - 2320C (220 - 45O0P) und.vorzugsweise von 132 - 1710O (270 - 3400P) verwendet.
Sie Menge dee eingesetzten Vulkanisationsmittels kann innerhalb eines breiten Bereiches schwanken, und zwar je nach der gewünschten Vulkanisationsgeschwindigkeit des Polymerisats; jedoch werden Mengen von 1-10 Gewichtsteilen des Mittels pro Gewichts teil des Polymerisats in allgemeinen angewendet. Vorzugsweise liegt die Menge zwischen 3 und 6 Gewichtsteilen, bezogen auf das Polymerisat.
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Als Polymerisate, die nach den erflndungsgemässen Verfahren, polymerisiert werden können, sind solche Polymerisate geeignet, die eine UnsättIgung aufweisen and ausserdem Äther- oder ThIoätherbindungen besitzen. Beispiele für derartige Polymerisate sind Copolymerisate aus einem oder mehreren gesättigten Episulfid en oder Epoxyden, wie beispielsweise Alkylensulfiden oder -ozyden, e«.B. Äthylensulfid» Propyle»su3fJd, Propylenoxyd, Butylensulfid, mit ungesättigten Bpisulfiden oder Bpoxyden, z.B. Allyloxypropyl-Eplsulfid, Vinylthiiran, 1,5-Hexadien-MonoepieulfId, DimethylTmtadlen-Monoepisulfia, Piperylen-Monoeplsulfid Allylglyc idyläther, 1,4-Pentadien-Monoepisulf Id, Cyclopentadien-Monoeplsulf id, Llmonen-Honoepisulfid, 1 yi-C^clohe.TBdlen-Monoepisulrid, 1,4-Dimethylen-Cyclohexan-Monoepisulfld, !Ehloglycidylmethacrylat, Thioglacidylacrylat und ähnlichen Epoxyden.
Sie Menge an dem in dem Copolymerisat vorllvpvalen ungesättigten Monomeren kann zwischen 0,1 und 20 MoI-%, bezogen auf das gesamte Polymerisat, schwanken, sie liegt jedoch gewöhnlich zwischen 1 und 10 Mol-$, bezogen auf das Polymerisat. Bis zu einem gewissen Ausmass hängt die verwendete Menge von der Art des gewünschten PoIy-
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merisatß ab.
Polymerisate, die sich für die Anwendung bei der Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens besondere eignen, sind ungesättigte Copolymerisate von Propylenoxyd oder Propyleneulfid. Die Polymerisatmasse kann gegebenenfalls inerte füllstoffe enthalten, wie beispielsweise Ruse, Silicumdioxyd und Schlämmkreide, wobei die Menge des Füllstoffes nicht kritisch ist. Der Füllstoff (sofern ein solcher verwendet wird) und das Vulkanisationsmittel können der Polymerisatmasse unter Verwendung einer üblichen Vorrichtung, beispielsweise einer Mühle oder eines Sanbury-Mischers, zugemengt werden. Die Vulkanisation kann durch Erhitzen der Polymerisatmasse in einer Presse durchgeführt werden.
Bisher war es übliche, ungesättigte Polymerisatmassen unter Verwendung von Schwefel als Vulkanisationsmittel su vulkanisieren; die dabei erhaltenen vulkanisierten Massen besassen hohe ZusammendrUckbarkeitswerte (compression set values). Das erfindungsgemässe Verfahren gestattet nun die Vulkanisation von Polymerisaten in Abwesenheit von
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Schwefel, wobei vulkanisierte Polymerisate erhalten werden, die niedrigere Zusammendrückbarkeits-Werte besitzen. Es ist jedoch darauf hinzuweisen, dass die Polymerisate nach dem erf indungsgemässen Verfahren auch in Gegenwart von Schwefel zusätzlich zu dem Dlthiocarbaminsäuresalz vulkanisert werden können· Das erhaltene vulkanisierte Polymerisat besitzt dann natürlich nicht derart niedrige Zusammendrückbarke it s-Werte wie ein Polymerisat, das in Abwesenheit von Schwefel vulkanisiert wurde.
Sie folgenden Beispiele erläutern die Erfindung, ohne sie zu beschränken; alle Seilangaben beziehen sich auf φ das Gewicht.
Beispiel 1
Dieses Beispiel zeigt die Vulkanisation eines ungesättigten lerpolymerisats aus PropyleneulfId in Abwesenheit von Schwefel. Sas Serpolymerisat enthielt Propylensulfid (68 MoI-Ji), Äthylensulfid (26 MoI-^) und Allyloxypropylepisulfid (6,0
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100 Teile des Terpolymerisats wurden mit 5 Teilen ZJnkoiyd, 40 Teilen HAF-Russ und 6 Teilen n-Butylammonium-n-Butyldithiocarbamat kompoundiert-, worauf die erhaltene Masse Minuten lang zur Vulkanisation des Terpolymerisats auf eine Temperatur von 1520C (3070F) erhitzt wurde. Es wurden folgende physikalische Eigenschaften der vulkanisierten Masse bestimmt:
Modul bei 100 # Dehnung in kg/cm2 (M 100) Modul bei 300 % Dehnung in kg/cm2 (M 300) Zugfestigkeit (T.S.) in kg/cm
Verformung beim Bruch (#) (S) Härte ( Shore A) (H)
Bleibende Verformung (CS.) gemessen bei 700C (1580P) nach 22-stündiger Behandlung
Das vorstehend beschriebene Verfahren wurde 6 mal wiederholt (Versuche 2-7)» mit der Ausnahme, dass n-Butylammoniumn-Butyldithiocarbamat durch die nachstehend angegebenen Vulkanisationsmittel ersetzt wurde:
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~ 8
Versuch-Nr. Vulkaniaat ionsmittel
2 Isopropylammonium-isopropyldithiocarbamat
3 Methylammonium-methyld ithiocar bamat
4 (-CH2NH. CSS". "1HH5OH2-)n
5 Ammoniumsalz der Phenyldithiocarbaminsäure
6 Ammoniumdithiocarbamat
7 Dimethylammonium-dimethy'idithiocarbamat (-CH2NH.CSS"".+NH5CH2-)n ist das Reaktionsprodukt aus
Äthylendiamin und Tetrachlorkohlenstoff.
Die physikalischen Eigenschaften der vulkanisierten Hassen sind in der folgenden Tabelle I zusammengefasst:
. M 100 Tabelle I S H C^S.
Versuch-Nr 35,2 M 300 T, S. E 5 68 19
1 35,2 80,1 190 10 69 -
2 11,2 - 87,2 230 17 48
3 45,0 36,6 42,2 370 5 75 15
4 70,3 150 Eigenschaften
gemessen
wurden nicht
5 geringe Aus—
härtung
6 keine Aushärtung
7 keine Aue
»härtung
10 98 13/173 1
Die Versuche 1, 2 und 3 wurden wiederholt (Versuche 8 - 10), mit der Ausnahme, dass bei jedem Versuch das Zinkoxyd weggelassen wurde. Die dabei erhaltenen Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle IA zusammengefasst:
M 100 Tabelle IA S H CS
Versuch-lir. 33,7
40,8
47,8
T.S. E 5
5
2
71
71
73
27
43
39
O VO 00 75,9 180
78,7 170
66,1 140
Diese Ergebnisse zeigen, dass Verbindungen der allgemeinen Formel RHIi.GSS"".+NELR, worin R eine Alky!gruppe bedeutet, wirksame Vulkanisationsmittel JHVLr das Polymerisat in Abwesenheit; von Schwefel sind; diesen Ergebnissen ist ferner zu entnehmen, dass das Zinkoxyd keinen merklichen Effekt auf die Eigenschaften des Vulkaniserte ausübt, obwohl es dazu neigt, die Vulkanlsatlonsgeschwlndlgkeit zu verringern.
Beispiel 2
In diesem Beispiel werden die Eigenschaften einer Masse, die unter Anwendung einer Schwefel-Härtung vulkanisiert
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- ίο -
wurde, mit den Eigenschaften oiner Masse verglichen, die in Abwesenheit von Schwefel vulkanisiert wurde.
Es wurden 5 Massen aus den nachstehend angegebenen Ansätzen hergestellt, wobei das verwendete Polymerisat das gleiche wie in Beispiel 1 war.
A Ma»se (Seile) 3 E
100 C 100 130
Polymerisat 2 100 100 2 2
Stearinsäure 5 2 2 -
Zinkoxyd 50 - 50 50
HAP-Russ 2 50 50 -
Schwefel 1 - -
Tetramethylthiuram-
disulfid
0. _
Mercaptobenzthiazol - 5 - -
Mittel 1 6 -
Mittel 2 6 6 -
Mittel 3 6
Mittel 4
Mittel 1 ist n-Butylanraonium-n-Butyläithiocarbfunat Mittel 2 ist (-CH2HN.CSS"*.+ilH3CH2-)n
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1669310
Mittel 3 ist Isopropylajnmonium-Isopropylditliiocarbamat Mittel 4 ist Methylammonium-Methyldithiocarbamat.
Jede Masse wurde die in der nachstehenden Tabelle II angegebene Zeit lang bei einer Temperatur von 1520C (3070J1) gehärtet; die physikalischen Eigenschaften eines jeden Vulkanisats wurden bestimmt. In der nachstehenden Tabelle II sind die Härtungszeiten in Minuten angegeben.
Zeit Masse A
Tabelle II Eigenschaften
M 100 M 500 T.S.
10 28,1 88,6 113,9 410 75
20 39,4 119,5 290 79
30 42,2 105,5 230 78
60 38,0 91,4 220 77
Masse B
25,3 81,5 111,1 450 72
33.7 - 109,7 290 74
40.8 - 105,5 230 74 49,2 - 99,8 190 76
20 Vj
2V, 10 K)
Ίο
CS,
83
32 32
,10981 3/1731
1669810
gortget gong [gabeile II
Zeit M 100 Μ30υ I8S. EH
81,5
Masse C 26,7
10 40,8
20 57,7
30 64,7
60
Masse D 28,1
10 35,2
20 39,4
30 53,4
60
Masse E 36,6
10 53,4
20 66,1
30
60
88,6
98,4 360 71 25
99,8 230 76 10 28
94,2 170 79 7.5 -
84,4 130 82 5
105,5 390 75 22
88,6 220 73 10
102,6 230 77 12 39
97.7 170 81 •7 _
9S,8 250 74 10
95,6 160 73 5
86,6 130 76 2 33
88,6 50 7B 2
Diese Ergebnisse zeigen, dass die Kuaaiamend i Werte der Vulkanisate, die in Abwesenheit vr> η Schwefel hergestellt wurden, beträchtlich niedriger ,ind al« ,jane dös Vulkanisats, die in Anwesenheit von Schwefel ei'l
wurden.
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°BlQlt*AL
Beispiel 3
100 Teile eines Polymerisats, das dem in Beispiel 1 verwendeten Polymerisat ähnlich war, jedoch 6,7 Mol-# Unsättigung auf Grund des Allylojcypropylepisulfids enthielt wurden mit 50 Teilen HAP-Russ und 6 Teilen Isopropylammonium-Isopropyldithiocarbamat kompoundiert.
Diese Hasse (Hasse F) wurde die in der nachstehenden Tabelle III angegebenen Zeiten lang bei einer Temperatur von 1880C (3070F) gehärtet; die dabei erhaltenen Eigenschaften sind ebenfalls in der Tabelle angegeben.
Der Versuch wurde dann unter Verwendung von 4 Teilen anstelle von 6 Teilen des Vulkanisationsmittels wiederholt (Masse G), worauf 2 Teile anstelle von 6 Teilen des Mittels (Hasse H) eingesetzt wurden.
M 100 ,6 Tabelle III j. £ H S1
,4
Härtungezelt 36 ,1
09
M 300 8 250 74 10
Masse P 53 6 160 77 5
10 66
1
- Eigenschaften 6 130 79 2
20 T. S
30 8 η /17
99,
95,
88,
31
CS
33
Tabelle III (Fortsetzung)
Masse G M 100 M 300 T.S. E H S
Härtezeit 28,1 88,6 102,6 340 70 15
10 38,0 99,8 220 73 10
20 47,8 90,0 180 76 5
30
Hasse H 8,4 21 ?1 35,2 530 65 55
10 12,7 40,8 56,2 420 67 30
20 18,3 91,1 101,2 320 68 20
30 22,5 _ 81,5 290 71 17
60
CS.
Diese Ergebnisse zeigen, dass bei Verwendung des Vulkanisationsmittels in einer Menge von nur 2 Seilen pro 1Ou Teilen des Polymerisate zufriedenstellende Vulkanisate erhalten werden können, wobei natürlich, die Vulkanisationsgeschwindigkeit mit abnehmender Menge des Vulkanisationsmittels abs inkt.
Beispiel 4
Dieses Beispiel zeigt die Vulkanisation einer Polymorisatmasse, die einen inerten Füllstoff enthält.
1 0 9 8 η / 1 7 3 1
Vier Massen (A,B,C and D) warden unter Verwendung des in Beispiel 1 eingesetzten Polymerisats nach folgenden Ansätzen hergestellt:
A Masse (Teile) D
Bestandteile 100 B σ 100
Polymerisat - 100 100 2
Stearinsäure 2 2 -
Diäthylenglykol 3,5
HiSiI 233 - 54 -
S chlämmkre ide - 75 50
HAF-Russ 6 - 6
Mittel 6 6
Als Mittel wird Isopropylammonium-Isopropylditliiocarbamat verwendet. HiSii 233 ist eine ausgefälltehydratisierte Kieselerde mit kleiner Teilchengrosse, die ungefähr 87,5 Siliciumdioxyd enthält.
Jede Masse wurde bei 1520O (3070P) 30 Minuten lang vulkanisiert; die physikalischen Eigenschaften der Yulkanisate sind in der nachstehenden Tabelle XV zusammengefasst:
10 9 8 13/1731
M 100 Tabelle IV H S
12,7 51 2
Kasse 75,9 3).S. Eigenschaften 90 10
A - 16,9 E 56 2
B 66,1 137,8 130 76 5
C 11,2 210
D 88,6 80
Beispiel 5 180
Dieses Beispiel zeigt die Vulkanisation eines ungesättigten Copolymerisate aus Propylenoxyd. Das (/©polymerisat enthielt zur Übertragung von Unsättigung auf das Polymerisat Allylglycidyläther.
100 Teile des Copolymerisate wurden mit 50 Teilen ΗΑΪ-Russ, .2 Teilen Stearinsäure, 5 Teilen Zinkoxyd und 4 Teilen Isopropylammonium-Isopropyldithiocarbamat kompoundiert. Die Masse wurde 35 Minuten lang bei 1520C (3070F) vulkanisiert. Die Eigenschaften des Vulkanisats sind in der nachstehenden Tabelle V zusammengefasst:
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Tabelle Y
M 100 M 300 T.S. EHS, G.S.
25,3 90,0 132,2 450 61 10 9
Dieser Zusammendrückbarkeits-Wert ist beträchtlich niedriger als der Wert, der für die Massen ermittelt wurde, welche in Gegenwart von Schwefel gehärtet worden waren.
Beispiel 6
100 leile des in Beispiel 3 verwendeten Polymerisats wurden mit 50 Teilen HAF-Russ, 2 Teilen Stearinsäure und 6 Teilen Isopropylaiamonium-Isopropyldithiocarbamat (Masso A) koiapoundiert.
Zwei weitere Hassen (B und C) wurden wie vorstehend hergestellt, mit der Ausnahme, daaa 5 Teile Zinkoxyd in die Maase und 5 Teile Zinktmlfid in die Masse C eingemeng1; wurden.
Die Massen (A,B und G) wurden jeweils 50 Minuten, 25 Minuten und 20 Minuten lang bei 1520O (3070F) vulkanisiert; die ßigens cha! ton eines jeden VuI Iranisa to sind Ln der nachstehenden Tabelle VL zusammengefasst:
BAD ORIGINAL 109813/1731
Tabelle YI Eigenschaften
Masse M 100 T.S. £
Es stellte sich heraus, dass Zinkoxyd die YuIkanistvt!emsiges chw ind igke it verminderte, wohingegen Zinksulfid mir eine geringfügige Wirkung ausübte.
28 ,1 88, 6 260 5 69
11 ,2 42, 2 670 17 48
50 ,6 70, 3 130 5 69
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Claims (11)

Patentansprüche
1. Verfahren zur Vulkanisation eines ungesättigten Polymerisats, das Äther- oder Thioätherbindungen aufweist, durch Erhitzen des Polymerisats in Gegenwart ©ines Vulkanisationsmittels, dadurch gekennzeichnet, dass als Vulkanisationsmittel eine organische Verbindung der allgemeinen Formel RHNCSS"". NH^R.., worin R eine Alkylgruppe, eine Aralkylgruppe oder eine Arylgruppe bedeutet oder worin R und R^ zusammen wenigstens den Teil einer zyklischen Verbindung darstellen könnenj verwendet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Polymerisat zusammen mit dem Vulkanisationsmittel bis zu der Temperatur erhitzt wird, bei welcher Schwefelwasserstoff in Freiheit gesetzt v?ird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Polymerisat zusammen mit dem Vulkanisationsmittel bis zu einer Temperatur von 104 -· 232°C (220-4500J?) erhitzt wird.
109813/1731
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Arujpj iche,
dadurch gekennzeichnet, dass das Yollcanisatii iamittsl in einer Kenge von 1 -- 10 Gewichtsteilen pro 100 Govfiiil· "■;: teile des Polymerisats verwendet wird.
5. Verfahren nach einem üer vox'herget.enden Ansprüche5
dadurch gekennzeichnet j dass als Talkaniaati nssiittal Kethylanunonium^MethjrldithiocarbauKvt vsr-iier.de ; wird.
6. Verfahren nach eine:-n der Ansprüche 1-4» de iurcl*. &&- kennzeichnet, dass als Vulkanisationsmittel Laops^ejl-
at roriv endet \ isrd.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 ~* 4» el durch gekennte lehnet, dass als TulkaniaatiasoBrlttel Methyl αν?-ΐί··2·!.ιν Is opropyla. i thio carbariat wen\ /ends· '· w i: ..'d ·,
8. Verfahren nach oinei!>. eier .iiisprücij:; '■< - 4f c iC'rij/ob z-j» kennzeichnet, dase ala Vulkariiauui.^s^plt-uoj n--j'fcl?l<;a; xi-ButyldithiocEvr'ba^ai; verwendet Γ·;:ΐΓΓί.,
9. Verfahren nach einem d©r Ansprücho 1 - 4» « Μιιτοί? gekennzeichnet, daeß als Vr.!l.lt:aa.lc":M:.eixu?nitte das Roiik·;
109813/1731
BAD ORIGiNAU
1669810
produkt aus Äthylendiamin und !tetrachlorkohlenstoff der allgemeinen Formel (-GH2HHCSS*".+HH,CH2-Jn verwendet wird.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche» dadurch gelcennselchnet, dass als Polymerisat ein ungesättigtes Copolymerisat von Propylenoxyd verwendet wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 9» dadurch gekennaθlehnet, dass als Polymerisat ein ungesättigtes Copolymerisat ron Propylenepisulfid verwendet wird·
1 U1J M 3 / 1 7 3 1
ORIGINAL INSPECTED
DE19661669910 1965-07-10 1966-07-08 Verfahren zur Vulkanisation von Polymerisaten Pending DE1669910A1 (de)

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