DE1942877A1 - Mittel gegen Ozoneinwirkung sowie diese Mittel enthaltende Massen - Google Patents

Mittel gegen Ozoneinwirkung sowie diese Mittel enthaltende Massen

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Description

PAIENTANWJi-ITE
DR.E. WIEGAND DIPL-ING. W. NIEMANN 1942877
DR. M. KÖHLER DIPL-ING. C. GERNHARDT
MÖNCHEN HAMBURG
TELEFON: 555476 8000 Mü N CH EN 15,
TELEGRAMME:KARPATENT NUSSBAUMSTRASSEIO
22. August 1969 V/. 14 4-52/69
Showa Denk ο Kabushiki Kaisha Tokyo/Japan
Mittel gegen Ozoneinwirkung sowie diese Mittel enthaltende Massen
Die-Erfindung betrifft Mittel gegen Ozoneinwirkung, die ausgezeichnete Wirkung zur Verhinderung der Zersetzung natürlicher und synthetischer Kautschuke durch Ozon aufweisen und die nicht-entfärbend und nicht-färbend sind.
Natürliche und synthetische Kautschuke werden im allgemeinen unter dem Einfluß von Ozon, Sauerstoff, Wärme oder Licht, insbesondere Ozon, zersetzt. Selbst die in der Luft vorliegenden Spuren von Ozon verursachen Risse auf der Oberfläche von Kautschukgegenständen, die v/ährend eines längeren Zeitraums der Luft ausgesetzt sind. Insbesondere,wenn der Kautschukgegenstand unter Zug steht, wird die Zersetzungs- und Rißbildungswirkung des Ozons beschleunigt. Der in Jüngster Zeit erfolgte Anstieg hinsichtlich der Abgabe von Abgasen aus Automobilen und die rasche Entwicklung der petrochemischen Industrie verursachen eine beträchtliche Steigerung der Ozonkonzentration in der Luft. Die Schädigung von Kautschukgegenständen durch Ozon wird daher mehr und mehr ein ernsthaftes Problem.
0 9 816/1680
Es wurden bisher verschiedene Mittel gegen Ozoneinwirkung für Kautschuk vorgeschlagen. Zu typischen derartigen Mitteln gegen Ozoneinwirkung gehören Derivate von Harnstoff oder Thioharnstoff (USA-Patentschrift 2 ?66 219, 2 781 550, 2 788 558 und britische . Patentschrift 887 174·)» Derivate aliphatischer Amine (USA-Patentschrift 5 Λ56 568) und Derivate aromatischer Amine. Jedoch weisen sämtliche bekannten Mittel gegen Ozoneinv/irkung den einen oder anderen Nachteil auf und erfordern noch weitere Verbesserungen. D.h., im allgemeinen sind Thioharnstoffderivate, wie z.B. N9W-Dibutylthioharnstoff, N,N'-Dicyclohexylthioharnstoff oder N,Nr-Dialkylalkandiamin nicht-entfärbend und nicht-fär— bend, sie liefern jedoch nur unzureichende Wirkung ge^ gen Ozon. Dagegen besitzen Derivate aromatischer Amine, ^ z.B. N-Phenyl-N'-isopropyl-p-phenylendiaminund-NjN'-Di-(2-naphthyl)-p-phenylendiamin praktische Werte der^■■■'■■ 1^ Antiozonwirksamkeit, sie verfärben jedoch mit der Zeit^-' Kautschuligegenstände in unangenehmer Weise, wenn diese · dem Licht ausgesetzt werden. Einige der bekannten Mittel gegen Ozoneinwirkung sind selbst gefärbte Verbindungen, und sie können daher lediglich bei dunkel gefärbten Kautschuken verwendet werden, einschließlich solcher, die Ruß enthalten. Darüberhinaus blühen die durch diese bekannten Mittel gegen Ozoneinwirkung vom Amintyp verursachten Verfärbungen aus und wandernin die benach-
Ber ■-■'■.
barten \eiche des Kautschukgegenstandes. Beispielsv/eise v/andert im Pail eines Autoreifens die Entfärbung der ein derartiges Mittel gegen Ozoneinv/irkung enthaltenden dunkel gefärbten Kautschükschicht langsam in die Sei— tenwandschicht des mit der ersten Schicht verbundenen
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weißen Kautschuks und verfärbt in häßlicher Weise das Oberflächenansehen des weißen Kautschuks. Diese Wanderungseigenschaft wird normalerweise als "Färbungseigenschaft" auf diesem Gebiet bezeichnet.
Gemäß der Erfindung wurde nun gefunden, daß N-substituierte Derivate von Xylylendiamin und Xylylendiaminen mit einem oder zwei Alkylsubstituenten an ihrem Ring ausgezeichnete Mittel gegen Ozoneinwirkung für Kautschuk darstellen· Jede der angegebenen Gruppen von Verbindungen verhindert in sehr wirksamer Weise die durch Ozon verursachte Kautschukschädigung. Darüberhinaus sind diese Verbindungen selbst farblos oder weiß,üben keine Verfärbungswirkung auf Kautschuk aus, zeigen bei Aussetzung gegenüber Licht keine Ent- oder Verfärbung und weisen absolut keine Anfärbungseigerischaften auf. Die erfindungsgemäßen Mittel gegen Ozoneinwirkung sind grundlegend von den bisher bekannten Mitteln gegen Ozoneinwirkung vom Typ aliphatischer oder aromatischer Amine dadurch unterschieden, daß die bisherigen Mittel Aralkylendiamine darstellen, d.h. Verbindungen, in denen die Stickstoffatome von zwei Aminoresten jeweils mit dem Benzolring durch einen Methylenrest verbunden sind. Es wird angenommen, daß die zwei aktiven Methylenreste, die mit den zwei Stickstoffr atomen verknüpft sind, zu den vorstehend beschriebenen ausgezeichneten Eigenschaften der Verbindungen als Mittel gegen Ozoneinwirkung beitragen.
Im speziellen sind die erfindungsgemäßen Mittel gegen Ozoneihwirkung Verbindungen der"folgenden Formel I:
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in der R und R1 jeweils Wasserstoff oder einen Alkylreet mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen und A, B, D und E jeweils Wasserstoff, Alkyl*-, Cycloalkyl-, Aryl- oder Aralkylreste mit bis zu 20 Kohlenstoffatomen, Reste der Formel X , in der X ein Halo-
gentatpm, einen Hydroxyl-, niederen Alkoxy-, niederen Alkylamino- oder di-niederen Alkylrest bedeutet, Reste der Formel -OHgY, wobei Y 5- oder 6-gliedrige heterocyclische Ringreste, die 1 bis 2 Sauerstoff-, Schwefeloder Stickstoff atome enthalten, bedeutet oder Reste der Formel -(CHR--^Z , wobei R2 ein Wasserstoff atom oder einen Methylrest bedeuten, η 1 oder 2 und Z Hydroxy-, Cyan-oder Carboxylreste, deren Salze und deren Esterreste bedeuten, darstellen und wobei nicht mehr als zwei der Reste A, B, D und E gleichzeitig Wasserstoff atome sind.
pie oben definierte Formel I deckt sehr viele Typen von Verbindungen, die sämtlich als günstige Mittel gegen Ozoneinwirkung verwendet werden können, solange sie die grundlegende Xylylendiaminstruktur aufweisen. -Einige der typischen spezifischen Beispiele werden in den später folgenden Ausführungsbeispielen wiedergegeben·
Unter den Verbindungen der Formel I werden Deri-
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vate von in- oder p-Xylylendiamin, insbesondere Faraderivate, bevorzugt. · Es können auch Gemische von Meta- und I&raderivaten mit gleicher Bevorzugung wie die Paraderivate verv;endet werden· Ferner wurde gefunden, daß die Verbindungen, in denen wenigstens einer der Substituenten A, B, D und B ein Benzylrest oder ein substituierter Benzylrest ist, den günstigsten Effekt , gegen Ozoneinwirkung aufweisen.
Die Verbindungen der Formel I können in einfacher Weise durch übliche chemische Synthesen hergestellt werden, Z.B. können sie durch Dehydrohalogenierungsreaktion eines halogenierten Alkyls mit Xylyiendiamin, Reduktion der durch Dehydratisierungskondensation einer Carbonylverbindung mit Xylyiendiamin erhaltenen Schiff-'schen Base oder durch Additionsreaktion einer einen polaren Rest enthaltenden ungesättigten Verbindung, wie beispielsweise Acrylnitril, und Xylyiendiamin hergestellt werden.
. Die Verbindungen der Erfindung sind in breitem Maße als Mittel gegen Ozoneinwirkung für natürliche und verschiedene synthetische Kautschuke anwendbar, z.B. Butadienkautschuk, Styrol-Butadienkautschuk, Nitril-Butadienkautschuk, Isoprenkautschuk, Isobutylen-Isoprenkautschuk, Chlroprenkautschuk und andere kautschukartige Polymere. Da sie niemals eine Ent- oder Verfärbung verursachen noch Anfärbungseigenschaften besitzen, können sie in sehr vorteilhaftei^eise bei weissen oder hell gefärbten Kautschukgegenständen angewendet werden. . .
Das Mischungsverhältnis der Verbindung zu Kautschuk liegt normalerweise bei 0,1 bis 5 Gewichtsprozent, be-
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vorzugt 0,j? bis 2 Gewichtsprozent der Kautsciiukkompo« nente, Natjh dem Vermischen einer desartigen Menge wird eine Kautschukmasse mit ausgezeichneter Antiozonwirksamkeit erhalten. Die Verbindungen können so wie sie j sind, während der Vulkanisation des Kautschuks einge-.. '■ mischt werden. Die Einarbeitung der Verbindungen übt keinen nachteiligen Einfluß auf andere Zusätze zu Kautschuk aus, wie beispielsweise Schwefel als Vulkanisierungsmittel, Vulkanisationsbescnleuniger, wie z.B. Dibenzothiäzyldisulfid, Vulkanisierungsaktivatoren, wie beispielsweise Zinkblume und Stearinsäure und Füllmittel, wie«beispielsweise CalciumcarbonateTitanoxyd und Kieselsäure. ö . ;
Im folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf ein typisches Ausführungsbeispiel beschriebene
Beispiel -
Verschiedene im Rahmen der Erfindung liegende Xylylendiaminderivate wurden mit natürlichen und synthetischen Kautschuken vermischt, um die Brauchbarkeitder Verbindungen als Mittel gegen Ozoneinwirkung zu prüfen.
Die verwendete R?obe war eine weiße Kautschukmasse, die durch Walzen der Mass© des. unten angegebenen Ansatzes auf einer Walze und Vulkanisieren dieser Masse während 20 Minuten bei 140° C -hergestellt wurde« Die verwendeten Kautschukkomponenten waren natürlicher Kautschuk, NR-RSSNo. 1 und synthetischer Styrol-Butadienkautschuk, SBRNq. 1502·..Sie verwendeten Mittel gegen^ Ozoneinwirkung sind in der nachfolgenden Tabelle. 1 angegeben., Auch sind zum Vergleich Proben aufgeführt, die jeweils
ORfQINALINSPECTSD
ft· r :p- ^: '■ - . '-■■: :■
ohft· Zugab· eines Mittels gegen Ozoneinwirkung oder
Zugabe Üblicher Mittel gegen Ozoneinwirkung, wie N-Pbi^yl-.N'-ieopropyl-p-.plienylendiamin, N1H1 ,thioharnstoff und N,Nf-Di(2-naphthyl)-p-phenylenin herstellt wurden. Die angegebenen drei Ver-
üngeti Bind die typischen bekannten Mittel gegen inwirkiing, die weitgehende Verwendung finden·
Ansatz.(Gewichtsteil·)ι ■■■' 100
Kautechukkomponente 100
Calciuracarbonat 1
Stearinsäure ^ 5
Zinkblume 2,5
Schwefel 1
Dibenzothiacyldisulfid 2
Mittel gegen Osoneinwirkung
'■: Π r Di· geprüften Erscheinungen, Prüfmethoden und Viriuchsergebnisae situ wie folgt:
(A) Prüfung auf Rißbildung auf Grund der durch Oi(Ht verursachten Schädigung:
-* Sie Probe (150 χ 25 χ 2 mm) wurde in einer Atmosphäre alt einer Ozonkonzentration von 50 !Heilen je Millionen Seilen bei 38° C unter Streckung auf eine 20-prozentige Dehnung gehalten, und die verstrichene Zeit (Anzahl Stunden), bevor auf der Kautschukoberfläche sich Risse gebildet hatten, die mit dem menschlichen Auge durch eine Vergrößerungslinse erkennbar waren, wurde gemessen· Die Meßergebnisse sind ebenfalls in Tabelle 1 wiedergegeben·
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ORIGINAL
(B) Verfärbungs- und Anfärbungstest: Eine Schicht der Probe, in die ein Mittel gegen Ozoneinwirkung eingemischt war, wurde gegen eine Schicht einer Probe, die kein Mittel gegen Ozoneinwirkung enthielt, während M- Stunden bei 100° C gepreßt· Die so erhalt eneii mehrschichtigen Proben wurden dann während 3 Tagen draußen gelassen, und die Verfärbung in dem ein antiozonwirksames Mittel enthaltenden Kautschuk und der Zustand der Wanderung der Entfärbung in die von antiozonwirksamen Mittel'freie Kautschukschicht wurden beobachtet* Um die Beobachtung zu erleichtern, wurde der von antiozonwirksamen Mitteln freie Kautschuk aus einer weißen Kautschukmasse hergestellt, die aus den in dem vorstehend gegebenen Ansatz plus 20 Gewichtsteile Titanoxyd aufgeführten Bestandteilen aufgebaut war, wobei das Mittel gegen Ozoneinwirkung auf Null verringert wurde. Die Anfärbeigenschaft wurde durch die unten angegebenen vier Klassen entsprechend dem Grad der Färbung des Kautschuks ohne Mittel'gegen Ozoneinwirkung bewertet.
Klasse 0: Keine Anfärbung Klasse 1: Geringe Anfärung Klasse 2: Beträchtliche Anfärbung Klasse 3 Γ Sehr starke Anfärbung
. Sämtliche Kautschukmassen, die erfindungsgemäße Mittel gegen Ozoneinwirkung enthielten und die Masse, . die "N-,N' -Dibutylharnstoff enthielt, zeigten bei Aussetzung gegenüber Sonnenlicht keine Verfärbung und folglich wurde die Anfärbungseigenschaft in sämtlichen Fällen mit der Klasse 0 bewertet. In klarem Gegensatz dazu wurden die Proben, die N-Phenyl-N'-isopropyl-p-
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phenylendiamin und N,N'-Di(2-naphthyl)-p-phenylendiamin enthielten und die Kontrollproben darstellten, beide nach gelblich-braun nach etwa 20 Stunden verfärbt, und die Bewertung der Anfärbeigenschaft lag bei Klasse 3 für erstere und Klasse 2 für letztere.
In der folgenden Tabelle sind die speziellen in Jedem Versuch verwendeten Mittel gegen Ozoneinwirkung und die Meßergebnisse des Rißbildungstests aufgeführt, wobei-die m, p-Xylylendiaminderivate ein Gemisch aus Meta- und Paraderivaten im Verhältnis von 7 * 3 bedeuten.
Tabelle
Probe Verwendetes Mittel gegen Ozon- Verstrichene Zeit No. einwirkung vor dem Auftreten
von Rißbildung
(h)
NR-RSS SBR Np.1 NOp1502
a (Vergleich) kein 3 1
b (Vergleich) N-Phenyl-N'-isopropyl-
p-phenylendiamin 8 7,5
c (Vergleich) NjN'-Dibutylthioharn-
stoff 6 4
d (Vergleich) N,N'-Di(2-naphthyl)-p-
phenylendiamin 5 3
1 N-Benzyl-N'-äthyl-p-xylylendiamin 24 . * 20
2 N-Benzyl-N'-cyclohexyl-m,p-xylylen-
diamin 21 . 21
3 N-Benzyl-N·-phenyl-p-xylylendiamin 25 26
4 N-Benzyl-N1-isopropyl-2,5-dimethyl- 20 20 p-xylylendiamin
5 N,N'-Dibenzyl-m-xylylendiamin 24 26
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N,N'-Bibenzyl-ra,p-xylylendiamin 50 29 N,N'-Dibenzyl-2,5-dimethyl-1,4-xylylendiamin 28 28
. N, N1
xylylendiamin 20 25
N,N'-Bis(4-t-butylbenzyl)-p-
xylylendiamin 51 52
N,N·-D iis opropyl-m-xylylen-
diamin ' 11 10
N-Isobutyl-N'-cyclohexyl-ra,pxylylendiamin , 12 10
. N,N'-Bicyclohexyl-m-xylylen-
diarain 15 15
N*-Isopropyl-N'-phenyl-m,p-
xylylendiamin ,15 15
Ν,Ν'-Diphenyl-p-xylylendiamin 15 14 N-Isopropyl-N'-(p-methoxyphenyl)-p-xylylendiamin 15 15
N-Isopropyl-N'-phenyl-2,5-dimethyl-1,4-xylylendiamin 15 12
N,N'-Di(i-naphthyl)-p-xylylen-
diamin 27 2$
N,N'-Di(2-naphthyl)-p-xylylendi-
amin 26 23
N,N'Di(i-naphthylmethyl)-p- ■
xylylendiarain 30 25 N^'-Diphenäthyl-p-xylylendiarain 22 19 N-m-Methylbenzyl-N1-isopropyl-
ra,p-xylylendiamin 21 22
. N,N'-Bis(2-naphthylmethyl)-p- ·
xylylendiamin 29 25
Ν,Ν'-Dimethyl-N-benzyl-p- ·
xylylendiamin ; 21 22 NjN'-Dibenzyl-N'-isopropyl-mjpxylylendiamin ., ■ 25 21 Ν,Ν,Ν'-OIribenzyl-m-xylylendiamin 50 26
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i : \: - 26 N9N9 N'-Tribenzyl^^-aimethyl- 23 23
1 p-xylylendiamin
> - 27 N~Phenyl-N-methyl-N'-benzyl-
I xylylendiamin 23 23
f 28 N9-N' -Dicyclohexyl-N-phenyl-m, p-
ti '- I - xylylendiarain 15 15
j " I 29 N-Lauryl-N,W'-dimethyl-p-
I- xylylendiamin 13 12
1*. 30 N9N1-Bis(p-chlorbenzyl)-p-
h I'
r
xylylendiamin 32 30
31 ' N, N f--Bie( p-methoxybenzyl)-m, p-
I xylylendiamin 23 23
32 N9N1-Bis(p-methylaminobenzyl)-m-
xylylendiamin 26 25
33 N-p-Chlorbenzyl-N'-isopropyl'-p-
xylylendiamin 29 26
34 N-p-oxybenzyl-N'-äthyl-m,p-
xylylendiamin 28 25
35 N-p-Oxybenzyl-N'-benzyl-p-
xylylendiamin 30 28
36 N,N9N'-Tris(p-chlorbenzyl)-m,p-
xylylendiamin 32 30
37 N9 N'-Bis(p-oxybenzyl)-N-benzyl-
p-xylylendiamin 30 29
38 N,N,N',N·-Tetramethyl-m-xylylen-
diarain 15 13
39 Jf, N1 -Dimetliyl-Ν,Ν1 -dibenzyl-m ,p-
xylylendiamin 20 21
40 N^i'-Dimefchyl-NjN'-diisopropyl-
p-xylylendiamin 19 20
41 N,N'-Dimethyl-N,N'-dicyclohexyl-
m,p-xylylendiamin 16 18
42 N 9 N,N',N'-Tetrabenzyl-m-
xylylendiamin 25 27
43 N9 N9N·,N'-Tetrabenzyl-2,5-di-
raethyl-1,4—xylylendiamin 25 26
44 N9 N,N·,N'-TetrakisCp-chlorbenzyl)-
m,p-xylylendiarain 25 23
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ORIGINAL. IMSPECTSD
N,N'-Bis(p-chlorbenzyl)-N,N·- dibenzyl-m, p-xylylendiamin
46 N,N,N'-Tris(m-dimethylamino)-N'-benzyl-p-xylylendiamin
47 NjN'-Bis^-furylmethyl)-?- xylylendiamin ' ,
48 N,Nl-Bis(2-thienylmethyl)-m,pxylylendiamin
49 N,Nl-Bls(2~pyridylmethyl)-ra,pxylylendiarain
50 N-jN'-BisC^-furylmethyD-NjN'-b (ß-oxyätliyl)-m, p-xylylendiamin
51 NVN'-Bis(ß-cyanoäthyl)-2,5-dimethyl-p-xylylendiamin
32. N, N' -Bis'( äthoxycarbonylmethyl )-mip-xylylendiamin
53 N,N1-Bis(äthoxycarbonyläthyl)-mxylylendiamin
54 N,W,N',N'-TetrakisC ß-cyanoäthyl)-m,-p-xylylendiamin
33 N,N,W .W-Tetrakis(butoxycarbonylmethyi;-p-xylylendiamin
56 N,N,N1,N1-TetrakisCäthoxycarbonyläthyl )-m , p-xylylendiarain
57 p-Xylylendianiin-tetraessigsäure
58 N,N'-Bis(ß-oxyäthyl)-N,NV-di- benzyl-p-xylylendiamin
21 19
25 23
21 20
19 19
24 22
21 20
21 20
21 17
23 22
27 26
18 18
19 17
23 21
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Claims (2)

  1. Patentansprüche
    1 β Masse, gekennzeichnet durch einen Gehalt eines mit Schwefel vulkanisierbaren kautschukartigen Polymeren und 0,1 bis 3 Gewichtsteilen je 100 Gewichtsteile Kautschuk eines Mittels gegen Ozoneinwirkung der allge meinen Formel
    A
    in der R 'und R· jeweils ein Wasserstoffatom oder einen Alkylrest mit 1 bis 4- Kohlenstoffatomen und A, B, D und E jeweils ein Wasserstoffatom, Alkyl-, Cycloalkyl-, Aryl- oder Aralkylreste mit bis zu 20 Kohlenstoffatomen, Reste der Formel
    in der X einen Halogen-, Hydroxy-, niederen Alkoxy-, niederen Alkylamino- oder di-niederen Alkylaminorest bedeuten, Reste der Formel -GHpY, wobei Y 5- oder 6-gliedrige heterocyclische Ringreste bedeuten, die 1 bis 2 Sauerstoff-, Schwefel- oder Stickstoffatome enthalten, und/oder Reste der Formel -C-CHR -)^Z, wobei R ein Wasserstoffatom oder einen Methylrest, η 1 oder 2 und Z Hydroxy-, Cyan-, oder Carboxylrestβ, deren Salze oder deren Esterreste bedeuten, darstellen, und wobei nicht mehr als zwei der Reste A, B, D und E gleichzeitig Wasserstoffatome sind·
  2. 2. Masse nach Anspruch *l, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel gegen Ozoneinwirkung N,N'~Dibenzyl?-m, und"--" p-xylylendiamin ist.
    000816/1680
    1942877 ;.;■■■■ ι ," ■ ■ ι -■ - - v' : - - ■■"■. .""'■■■ : 'L
    5· Masse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel gegen Qzoneinwirkung ff9H'-Bis(4r1wrt»~ butylbenzyl)-p-xylylendiarain ist«,
    4·. Masse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel gegen Ozoneinwirkung NjH'-BiCi-naphthylmethyl)-p-xylylendiamin ist«
    3β Masse nach Anspruch 1S dadurch gekennseichnet, daß das Mittel gegen Ozoneinwirkung NjIi'-BisCp-chlorbenzyl)-p-xylylendiarain ist«
    * 6„ Masse nach Anspruch 19 dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel gegen Ozoneinwirkung N$NfN'-iDrib©nzyl-m« und p-xylylendiamin "ist,-
    7* Masse nach Anspruch I9 dadurch gekennseichnet, daß das Mittel gegen Ozoneinwirkung N8H9N* ,
    p-xylyl@ndiamin ist
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DE1942877A 1968-08-23 1969-08-22 Ozonschutzmittel für Kautschuk Expired DE1942877C3 (de)

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