DE2035778A1 - Neue Schwefel enthaltende Organo organooxysilane und deren Verwendung - Google Patents
Neue Schwefel enthaltende Organo organooxysilane und deren VerwendungInfo
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Description
DEUTSCI-IB GOLD- OTD SILBER-SOHEIDEAKSSALT VORMALS EOESSLER
Prankfurt am Main, Weissfrauenstrasse 9
Neue Schwefel enthaltende Organo-organooxysilane und deren Verwendung " ■
Die Erfindung bezieht sich auf neue, wertvolle, zwei'wichtige
Punktionen ausübende schwefelo.rganische Organooxysilane
und auf deren Verwendung in Kautschukmischungen.
Die Anlagerungsreaktion von Siliziumverbindungen mit mindestens einem an Silizium gebundenen Wasserstoffatom an
nicht aromatische Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppel- und Dreifachbindungen ist literaturbekannt. Diese Additionsreaktion
verläuft am Beispiel des Trichlorsilans und einer doppelbindigen
Substanz nach folgender Gleichung:
^0=0^1 + HSiCl-,.—>--C.— C—— SiCl,, . .
^ ' * ■■ ■ H| ^
Als Katalysatoren werden hierbei u.a. mit vielen Vorteilen
ELatin-Verbindungen eingesetzt, z.B. Dichlorplatin(IV)-acetyl-acetonat
(Deutsche Auslegeschrift 1 271 712).
Verwendet man beispielsweise als ungesättigte" organische
Ausgangsverbindung die technisch leicht zugänglichen Allylhalogenide, so liefert die Addition von Trichlorsilan
unter Verwendung des obengenannten speziellen Katalysators nach folgender Reaktionsgleichung 3-Halogenpropyltrichlorsilan;
HaI-CH2-CH=CH2 +
(Hal = Cl, Br, J)
(Hal = Cl, Br, J)
Die entstandenen Halogenorgano-halogensilane können mit den verschiedensten Alkoholen umgesetzt werden. Es entstehen
Halogenorgano-organooxysilane; beispielsweise in einer
Umsetzung gemäß folgender Formel ausgehend vom oben er-
-2-
109885/1942
wähnten 3-Halogenpropyltrichlorsilan!
Hal-(CH2) 5-Si015 + 3 ROH-^HaI-(CH2 J5-Si(OR)-
+ 3 H-HaI
Es entsteht demnach das 3-Halogenpropyltrialkoxysilan.
Die Alkoxysilane werden auch als Oxysilane bezeichnet (s. üllmanns Enzyklopädie der technischen Chemie,
15,- Band, 1964, S. 762).
Man kann aber auch so vorgehen^ daß zunächst aus Silicochloroform
und einem vorzugsweise niederen einwertigen Alkohol das Trialkoxysilan'hergestellt wird, das dann nach
folgender Reaktionsgleichung an- einen ungesättigten Halogenkohlenwasserstoff angelagert werden kanns
HaI-CH2-CH=CH2 + HSi(OR)5-->Hal~(CH2J5-Si(OR)5
Auch bei dieser Umsetzung werden Pt-Yerbindungen als
Katalysator benötigt.
Die erfindungsgemäßen Schwefel enthaltenden Organo-organooxysilane
werden aus den Halogenorgano-organooxysilanen durch Umsetzung mit organischen Schwefelverbindungen gewonnen,
vorzugsweise mit deren Metall- oder Ammoniumsalzen. Die Umsetzungen verlaufen nach der allgemeinen Gleichung
(I) A-Me + HaI-X-Z -»A -X-Z -ä- Me-- Hai
Bei der Reaktion (I) wird vorzugsweise in lösung gearbeitet. Das lösungsmittel sollte Yorteilhafterweise so gewählt v/erden,
daß das Salz A-Me darin löslich, das bei der Reaktion
gebildete Salz Me - Hai dagegen schwer löelicb-ist. Das ausgefallene
Salz Me - Hai wird abfiltriert imä ias Schwefel"
enthaltende Organo-organooxysilan bleibt naoh. iex Entfernung
des Lösungsmittels zurück^ oder es wird, wenn seine Zersetzung ausgeschlossen-ist t dureh fakuumdestillation rein
gewonnen." ~ 3 -
203£778
Sollten die -Metall·? oder Ammoniumsalze der Ausgangsverbindungen
in besonderen Fällen nicht verfügbar sein* so
kaiin die Umsetzung in Gegenwart von Halogenwasserstoff-Acceptoren
auch nach der allgemeinen Gleichung (II) durchgeführt
werden:
(II) A- H + Hai - X - Z + Acceptor-^A -X- Z
+ H-HaI »Acceptor
In den allgemeinen Gleichungen (I) und (II) bedeuten:
In den allgemeinen Gleichungen (I) und (II) bedeuten:
Me: Ammonium, Kohlenwasserstoff-substituiertes Ammonium,
ein Metall aus der Gruppe der Alkalimetalle, der Erdalkalimetalle sowie Mangan, Eisen, Kobalt, Nickel,
"Zink, Cadmium, Kupfer, Silber in Äquivalenz zu A;
vorzugsweise bedeutet Me jedoch Ammonium, Triäthylammonium, Natrium oder Kalium,
Hai: ein Halogen aus der Gruppe Chlor, Brom und Jod,
vorzugsweise Chlor oder Brom, '
X: einen zweiwertigen organischen Rest, gesättigt oder ungesättigt, mehrfach ungesättigt, verzweigt oder
nicht verzweigt, jedoch mit mindestens drei Kohlenstoffatomen in der Hauptkette, acyclisch, cyclisch,
bi- oder tricyclisch, mit 3 bis 18 Kohlenstoffatomen,
deren Wasserstoffe gegebenenfalls substituiert sein
können durch *\
Halogen, Pseudohalogen, Phenyl, Halogenphenyl, Alkyl- oder Dialkylphenyl (Alkyl mit einem bis
drei Kohlenstoffatomen), wobei de* organische
Rest X durch ein oder mehrere Heteroatome (Sauerstoff, Stickstoff, Schwefel und/oder Phosphor)
unterbrochen oder über diese Hereroatome cyclisiert sein kann; vorzugsweise bedeutet X jedoch
-CH2-(CH2Jn-CH2- ( η = 1 bis 15). _ 4 _
*) s, RÖmpps Chemisches Wörterbuqh,, 1969, S.7o7
10 9 88 5/Ί8 42
b. R - S -
C. RO - CS - S -
d. RS - CS - S -
e. R1 - CS - S -
In den Formeln a bis e bedeuten R und R einen einwertigen,
organischen Rest, gesättigt oder ungesättigt, verzweigt oder nicht verzweigt, acyclisch, cyclisch,
heterocyclisch oder heteroaromatisch mit einem bis 15 Kohlenstoffatomen und einem bis 5 Heteroatomen aus
der Gruppe Stickstoff, Sauerstoff und Schwefel, vorzugsweise Kohlenv/asserstoffreste, gesättigt oder ungesättigt,
verzweigt oder nicht verzweigt, mit einem bis 15 Kohlenstoffatomen oder heterocyclische
Reste mit bis zu drei Stickstoffatomen und gegebenenfalls einem Schwefelatom sowie gegebenenfalls Merkapto-
und bzw. oder Aminogruppen, letztere auch mit niederen Alkylgruppen substituiert, als Seitenketten daran. .
Z: -SiR"(OR1J2; -Si(OR' J3; -Si(OR' J2-O-Si(OR1 J3 ;
-Si(OR' J2-HH-Si(OR1)3.; -Si(OR' J2-O-Si(OR' J2-X-A;
-Si(OR1J2-NH-Si(OR1J2-X-A, worin R' und R", gleich
oder verschieden?die folgende Bedeutungen haben
-CH3, -CH2 CH5, -CH2-CH2-CH5, -CH(CH5J2 und
-CH2-CH2-CH2-CH5, vorzUggweise bedeutet Z jedoch
-Si(OCH3J5, -Si(OCH2CH3) , -Si(OCH2-CH2-CH5J3 und
-Si(OCH
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Vorzugsweise werden für dio Roste R in den Bedeutungen für
A genannt: 'C- 2035778
-CH5J -CH2-GH5; -CH2CH2-CH5J -CH(CH5)2; -CH2-CH2-CH2-CH5;
-CH=CH2; -CH2-CH=CH2;
Q-<O->
< Jö-.
CO-Cl
SH
in letztgenanntem Heterocyclus bedeutet R Wasserstoff und bzw. oder niederes Alkyl
? oder Phenyl. Für die Reste R1 in den Beaeutungen
A werden vorgezogen: .
H2C=CH-CH2-NH- ; (H2C=CH-CH2)2-N-j
—I w— *
und
Ein weiteres spezielles Beispiel für R ist die
Gruppe Z - X- S-, mit den gleichen Bedeutungen für X und J? wie hierin angeführt. ·
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Im allgemeinen lassen sich nach den Gleichungen (I) und (II) durch Variation der Verbindung A - Me die verschiedensten
schwefelhaltigen Organo-organooxysilane gewinnen, ohne daß es für jede neue Verbindung einer gesonderten
Synthesemethode bedarf. Sie lassen sich somit aus billigen Ausgangsmaterialien in einer wirtschaftlich sehr günstigen
Weise herstellen· Die Einsatzmöglichkeiten können demnach stark erweitert werden, denn bei der Verwendung der
neuen Verbindungen wird die eingesetzte Menge nicht in erster Linie vom Ereis des Schwefel enthaltenden Organoorganooxysilans
bestimmt* Die neuen Schwefel enthaltenden Organo-Organooxysilane finden bevorzugte.Verwendung als
Ψ Vulkanisationsmittel bei der Vernetzung von Elastomeren
und als Bindungsvermittler zwischen anorganischem Füllstoffen und organischen Polymeren.
Die neuen schwefelhaltigen Organo-organooxysilane können folgendermaßen hergestellt werden:
Beispiel 1
^-Thiocyanatopropyltriäthoxysilan
272 g wasserfreies Kallumrhodanid werden in 1500 ml
Dimethylformamid gelöst und zum Sieden erhitzt. Dann werden im Verlaufe von etwa zwei Stunden 674 g 3-Chlorpropyltriäthoxysilan
zugetropft. Hach weiteren 3o Minuten Kochen am Rückfluss wird die Reaktion gemäss
HCS-K + Cl-(CH2)3-S;i(0C2H5)3 —>
NCS-(CH2)j-Si
> KGl
beendet· Nach dem Abkühlen wird nun das ausgeschiedene
Kaliumchlorid über ein Seitz-Iiltea? abfiltriert, und nach
dem Abziehen dee Löeungsmittels wird daraus selilieBlich im
Vakuum das 3~Thiocyanatopropyltriäthöxysilan durch !Destillation
gewonnen. KP0 ^tf^^^O· Auabeute etwa 85$, fce-
^ 203§778
zogen auf das Gewichx des 3-Ohlorpropyltriäthoxysilans,
welche erfahrungsgemäss bei Optimierung der Reaktionsbe-'
dingungen noch erhöht werden kann.
Analyse: C H Si N S ber.($): 44,7o 7,98 1o,68 5,31 12,18
gef.(#): 44,8o 7,93 1o,3o 5,35 12,2o
Das 3-Thiocyanato-propyl-triäthoxysilan ist ferner durch
sein charakteristisches IR-Spektrum definiert.
Beispiel 2
3-Triäthoxysilyl-propyl-äthyl-xanthogenat
8o g Kaliumxanthogenat werden in 5oo ml Aceton gelöst und
zu dieser Lösung 12o g 3-Chlorpropyltriäthoxysilan tropfenweise
zugegeben. Der Ansatz wird 5 Tage bei Zimmertemperatur
gerührt. Danach ist die Reaktion gemäss S S
-Si'( OC2H5 )5+KCl
praktisch beendet. Das ausgeschiedene Kaliumchlorid wird
abfiltriert und das Lösungsmittel destillativ. entfernt.
Die zurückbleibende gelbe Flüssigkeit kann auch im Vakuum nicht ohne Zersetzung destilliert werden. Ausbeute: 82$,
bezogen auf das Gewicht des 3-Chlorpropyltriäthoxysilans.
Analyse: C H Si Cl S ber.(?i): 44,12 8,o3 8,60 - 19,64
gef.(^): 43,85 8,23 8,4.0 0,6 18,65
Die Reaktion kann auch in Äthanol als Reaktionsmedium
durchgeführt werden. In diesem PalIe wird das Natriumäthyl-xanthogenat
vorteilhafterweise in situ so erzeugt:
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In 4oo ml Äthanol werden 23 g Natriummetall gelöst, anschließend
werden bei 5o C 76 g Schwefelkohlenstoff zugegeben. Nach einer kurzen Nachreaktionszeit werden 241 g
3-Chlor-propyl-triäthoxysilan zugetropft. Nach Beendigung
der Reaktion, wird das abgeschiedene Kochsalz- abfiltriert
und der Ansatz wie oben, angegeben aufgearbeitet.
Beispiel 3
3-Thiocyanatopropyltri-n-butoxysilan
NCS-K + 01 (CH2 )5-Si(O-n C4H9 )3->
NCS-(CHg)5-Si(O-H-C^H9
+ KCl
24,3 g Kaliumrhodanid werden in 9oo ml n-Butanol gelöst
und die lösung zum Sieden erhitzt. Dann werden in etwa 3o Minuten 81,3 g 3-Ohlorpropyltri-n-butoxysilan zugetropft.
Nach weiteren 2o h Sieden am Rückfluß wird das ausgeschiedene Kaliumchlorid über ein Seitz-Filter abfiltriert.
Aus dem Piltrat wird das Lösungsmittel jabdestilliert und
das 3-Thiocyanatopropyltri-n-butoxysilan im Vakuum destilliert.
KPo, 1 | : 128 | - 1 | C | 29° | G | Ausbeute | 4 | 85 # | S |
Analyse: | t5o | H ' | Si | 3 | N | 9,2o | |||
ber.($): | 55 | ,61 | 9 | ,49 | 8,2o | ,01 | 9,oo | ||
gef.(#): | 54 | 9 | ,26 | 7,9o | ,9o | ||||
2-33iäthylamino-4-mercapto-6-(3-triäthQxysilyl'--propylj)
thiotriazin
HS-C G-S-[II + CJJ - (CHp), - Si
109885/1142
C-S-(CH2 ).3 - Si (OC2H5 )3 .+ N (O2H5J3 · HCl
27»1 g 2~Diäthylamino-4.6-dimercaptotriazin werden in
35° ml Aceton gelöst und 15 g Triäthylamin als HCl-Acceptor hinzugefügt. Dann wird zum Sieden erhitzt und
im Verlaufe von 2ο min. werden 3o, 1 g 3-Chlorpropyltriäthoxysilan
zugetropft. Nach weiteren 2o h wird das ausgeschiedene Triäthylammoniumchlorid über ein Seitz-Filter abfiltriert.
Aus dem Filtrat wird das lösungsmittel· abgezogen, der Rest '
davon unter Zuhilfenahme 'von Vakuum. Das Reaktionsprodukt, es ist eine beige, kristalline Masse, ist selbst bei gutem
Vakuum (0,01 Torr) nicht destillierbar. Ausbeute 94 ^.
Das Reaktionsprodukt ist wahrscheinlich ein Gemisch mehrerer
Triazinverbindungen mit 0, 1 und 2 Mercaptogruppen.
Analyse: C H Si N S
ber.(^): 44,15 7,84 6,88 13,74 15,71
45,18 8,2o 6,4 13,06 15,26
Es ist bereits bekannt, daß 3-Mercaptopropyltrimethoxysilan
in Kautschuk-Kieselsäuremischungen die Verstrammung der Rohmischungen vermindert und die Spannungswerte der Vulkanisate
erheblich, ihre Stoßelastizitäten und Shorehärten deutlich
heraufsetzt. Dagegen werden die Verarbeitungseigenschaften der Mischung nachteilig beeinflußt, z.B. werden die Änvulkanisationszeiten
stark verkürzt. Das bedeutet eine Verminderung der Verarbeitungssicherheit. Ferner werden die
Defo-Elastizitäten (s. nachfolgende Tabelle 1) stark erhöht, was eine Erhöhung des elastischen Kautschukanteils in der
Rohmischung bedeutet und eine Erschwerung ihrer Weiterverarbeitung, z.B, beim Spritzen, zur Folge hat.
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.ß a j
Dagegen wurde nun gefunden^ daß die erfindungsgemä'ßen
Verbindungen einerseits weitgehend die Vorteile des. S-Mercaptopropyltrimethoxysilans erbringen? aber andererseits
die Verarbeitungseigenschaften der Kautschuk-Füll»
stoff-Mischungen wesentlich günstiger gestalten» Ferner
sind viele der erfindungsgemäßen Verbindungen auf Grund ihrer einfachen Herstellungsverfahren mit guten Ausbeuten
und der leichten Verfügbarkeit der Ausgangsstoffe in sehr wirtschaftlicher Weise zugänglich und somit für den technischen
Einsatz ausgeseichnet«
Es ist auch schon ein Verfahren zur Herstellung von Organosilisiumsulfiden
bekannt, wonach u°a0 Haiogenathylalkoxysilane
mit Alkali- oder Erdalkalisalζen von organischen Sulfiden
oder sulfidischen Verbindungen umgesetzt werden (Deutsche Offenlegungsschrift 1 911 227)* Die so erzeugten
Verbindungen können als Haftvermittler oder als Zwischenprodukte für die Herstellung von wasserabweisenden Mitteln
oder von Oxydationsinhibitoren verwendet werdenο
Zur Anwendung der neuen schwefelhaltigen Organo·=»orgaöooxysilane
können diese beispielsweise den Kautschukmischungen
'direkt zugesetzt werdenο Dabei ist es nicht notwendig, diese Organo-Qxysilane vor dem Einsatz zu hydrolysieren»"Wahrscheinlich
bewirkt die vorhandene Peuchtigkeit der Mischung
eine partielle Hydrolyse9 die s,Bo bei Anwesenheit von kieselsäurehaltigen
Verbindungen bawo bei Kieselsäurefüllstof-
fen sur Herstellung von Siloxan~-Brücken oder bei Anwesenheit
¥oa sonstigen anorganischen Stoffen in der Ausgangsmischung
zur Ausbildung von anderen Bindungen v beispielsweise Sauerstoff brücken» durch Wasserabspaltung aus Hydroxylgruppen8
notwendig ist0 ■ ■ " -
Me neuen Organooxysilane können 9 aber mit Vorteilen bram«
©nj>
chen sie nicht vorher auf den Organischen Stoff s Z0B0 einen Füllstoff aufgebracht werden8 waa eine fachung sein kann«.
chen sie nicht vorher auf den Organischen Stoff s Z0B0 einen Füllstoff aufgebracht werden8 waa eine fachung sein kann«.
Beispiele 5 bis 8 (Mengenangaben in Gewichtsteilen)
1 | Tabelle | 5 | 1 | 5 | 6 | 7 | 8 | |
Testmischung | I oo | 2 | 5 | Io ο | 1oo | 1oo | 1oo | |
Styrol-Butadien- Kauts chuk (Typ 15oo) |
4o | 1oo | 75 | 4o | 4o | 4o | 4o | |
Ultrasil VN 31^ | 4 | 4o | 5 | 4 | 4 | 4 | 4 | |
Zinkoxyd | 2 | 4 | 2 | 2 | 2 | 2 | ||
Stearinsäure | 1, | 2 | 1,5 | 1,5 | 1,5 | 1,5 | ||
Dibenzothiazylr disulfid |
1, | 5 1, | 1,5 | 1,5 | 1,5 | 1,5 | ||
Diphenylguanidin | 2, | 5 1, | 2,75 | 2,75 | 2,75 | 2,75 | ||
Schwefel | - | 75 2, | — | - | - | —" | ||
3-Mercaptopropyl- trimethoxysilan (gem. Stand der Technik) |
1, | |||||||
Beispiel^ | ||||||||
3-Thiocyanatopro-
pyltriäthoxysilan - - 1,5 - - ~
Beispiel 6
' \
3-Thiocyanatopro-
pyl-tri-n-propoxy- .
silan - - . - 1,5 - -
Beispiel 7 .
3-Triäthoxysilyl- ·
propyl-äthyl-xantho- '
genat - - - ■ . -. 1,5 ■ -
2-Diäthylamino-4-mercapto-6-(3-triäthoxysilylpropyl)-thio-
triazin - - - - -
1) iJ . ■
'gefällte Kieselsäure der Firma Füllstoffgesellschaft m.b.H.,
Wesseling
Die Vulkanisation der Mischungen erfolgte bei 16o°C. Die
Vulkanisationszeit betrug 40 Minuten.
"- 12 ■—
109885/1942
Tabelle 1 (Fortsetzung): Prüfungsergebnisse | 2 | 5 | 6. | 2035778 | 8- |
Testmischung 1 | 22oo | 195ο | 225ο | JL. | 23οο |
Defo^Härte2' [g] 3o5o | 33 | 21 | 22 | 19οο | 23 |
Defο-Elastizität2' Γ<fo] 16 | 5 | 17 | 2ο | 29 | 13 |
Mo oney-Scorch-Zeit 3) [min] 25 |
6 | 21 | 25 | 11 | 17 |
Mooney-Cure-Zeit '[mini 33 | 152 | 156 | 149 | 15 | 141 |
Zugfestigkeit4' jkp/cm j 154 | 134 | 12ο | 117 | 153 | 118 |
Spannungswert 3oo fo 4' [kp/cm^ 55 |
365 | 33ο | 3·5ο | 13ο | 31ο |
A \ Bruchdehnung *' RH 53o |
47 | 47 | 46 | 345 | 44 |
Stosselastizität^ Vfi\ 43 | 74 | 74 | 74 | 47 | 73 |
Shorehärte ' 71 | 8 | 7 | 7 | 73 | 7 |
Bleibende Dehnung7'Μ 14 | 7 |
' Bestimmungen geinäss DIN 53 514
3) | Il | It | ti | It | DIN 53 | 524 | *) |
4) | ·· · | It " | Il | tt | DIN 53 | 504 | |
5) | It | Il | ti | Il | DIN 53 | 512 | |
6) | Il | Il | Il | It | DIN 53 | 5o 5 | |
7) | gemessen | eine | Stunde | nach | dem | Reissen des Ringes |
Die Mooney-Scorch-Zeit wird auch als Anvulkanisationszieit
\. und die Mooney-Cure-Zeit als Anvulkanisatiöns-
zeit t.._ bezeichnet.
35
35
-13-
/73
Die Verminderung der Defo-Härten der Testmischungen 5
bis 8 (Tabelle l) gegenüber Mischung 1 urn rund ein Drittel weist auf deren leichtere Verarbeitbarkeit hin.
Die Erhöhung der Spannungswerte gegenüber der Nullraischung
um mehr als das Doppelte lässt auf eine hohe Vernetzungsausbeute schliessen.
Die Erhöhung der Stosselaetizität gegenüber der NuIlmischung
weist auf günstigere dynamische Eigenschaften hin, Die Erhöhung der Shore-Härte gegenüber der Nullraischung
kann sonst häufig nur durch Erhöhung des Füllstoffanteils in der Mischung erreicht werden.
Schliesslich ist die Verminderung der bleibenden Dehnung
gegenüber der Nullmischung als wichtige Verbesserung ά&τ
Gebrauchseigenschaften zu interpretieren»
Gegenüber der Testmischung 2 (Stand der Technik) ergeben
sich eindeutig günstigere Verhältnisse hinsichtlich der Defo-Elastizitäten und Anvulkanisationazeiten t.* sowie
t_M, die die Verarbeitung einer solchen Mischung im Betrieb
wesentlich erleichtern bzw. erst ermöglichen.
109365/1
Beispiel 9 (Mengenangaben in {JeviehTS teilen) OfIQR7 7Q
Ea ist bekannt, daß Zinkoxid und Stearinsäure für eine Vulkanisation von Kautschuk-Kieselsäure-Mischungen nicht
unbedingt erforderlich sind. Die Wirkung des 3-Thiocyanatopropyltrimethoxysilans
in einer Zinkoxid- und stearinsäurefreien Mischung wird nachstehend gezeigt.
Testmischung | -9 | 1oo |
Styrol-Butadien-Kautschuk | 4o | |
Typ 15oo | 1oo | 1,5 |
TJltrasil VN 3 1 ^ | 4o | 1,5 |
Dibenzothiazyldisulfid | 1,5 | 2,75 |
Diphenylguanidin | V 1,5. | |
Schwefel | 2,75 | |
3-Thiocyanatopropyl-
trimethoxysilan - „ 1,5
Die Vulkanisation erfolgte bei 16q°C und die Vulkanisationszeit
betrug 6o Minuten
Prüfergebnisse | H | 9 | 10 |
Mischungen | 29oo | 2ooo | |
Defohärte | [iniifj | ■ . 25 | 22 |
Defo-Elastizität | fminl | 11 | 11 |
Mooney-Scorch-Zeit | [kp/cm2j | 15 | 15 |
Mooney-Öure-Zeit | [icp/ei!i2j | " 153 | 168 |
Zugfestigkeit | 73 | 144 | |
Spannungswert 3oo# | 425 | 330 | |
Bruchdehnung | .."' 42 | - 44 ■ | |
Stosselastizität | 72 | 75 | |
Shorehärte . | 1 | ||
Bleibende Dehnung | |||
Di© Bestimmungen erfolgten wi© la äen Beispielen 5 Ma 8
(Tabelle 1) angegeben«, Μ.Ψ forteile siad im wesentlichen
die gleichen wie in den vorigen Beispielen«, "".. -
* vgl. Tabelle 1 ^ m ' - i'5 -
108906/1042 - ^
Beispiel 10 . IwT
Zur Prüfung, ob die erfindungsgemässen Schwefel enthaltenden
Organo-organooxysilane auch, zum Einsatz geeignet sind, nachdem
sie vorher auf den Füllstoff aufgebracht worden sind, wurde als Testsubstanz das 3-Thiocanatopropyltriäthoxysllan
in Äthylalkohol gelöst, das Ultrasil VN 3 (s.Fussnote zu Tabelle l) in die Lösung eingebracht und das Lösungsmittel verdampft.
Die Mengenverhältnisse wurden so gewählt, dass genau '. ho Gewichtsteile Ultrasil VN 3 und 1,5 Gewichtsteile Thiocyanatopropyltriäthoxysilan
in beiden Mischungen vorhanden waren. Die Prüfung erfolgte mit der gleichen Mischung 5 und auf die
gleiche Weise wie in Tabelle 1 angegeben.
Bei der Testmischung 11 wurden jedoch das Ultrasil VN 3 und das Thiocyanatopropyltriäthoxysilan getrennt zugemischt, bei
der Testmischung 12 wurde dagegen das mit der Wirksubstahz
'beladene Ultrasil VN 3 (siehe obige Herstellung) verwendet.
Tabelle 3
Prüfergebnisse . ·
Testmischung 11 12
Defo-Härte | c# 1 | 2150 | 2200 |
Defo-Elastizität | Cminl | 23 | 20 |
Mooney-Scorch-Zeit | £min| | 17 | 17 |
Mooney-Cure-Zeit | pcp/cin22 | 20 | 21 |
Zugfestigkei t | /"kp/cai2 I | Ikk | 152 |
Spannungswert 300 c/o |
116 | 115 | |
Bruchdehnung | 3'fO | 365 | |
Stosselastizität | 45 | hk | |
Shorehärte | »ι | 72 | 73 |
Bleibende | 7 | 9 | |
Dehnung
- 16 -
109885/1942
Aus diesen Werten ist ersichtlich, dass ein voi'heriges Aufbringen
des 3-Thiocyariatopropyltriäthoxysilans auf einen
Kieselsäure-Füllstoff mit Erfolg praktiziert werden kann»
Diese Arbeitsweise hat wichtige technische Anwendungen zur
Folge. Die schwefelhaltigen Organo-organooxysilane. können
aus wässriger oder nicht wässriger Lösung auf die Teilchen der anorganischen Stoffe, Z0B0 auf aus Kieselsäure bzw*
SiO2 bestehenden oder diese enthaltenden Materialien oder
auch auf Silikate natürlicher oder künstlicher Herkunft oder auch auf Silikatglaserzeugnisse niedergeschlagen werden.
Diese so präparierten Materialien werden dann beispielsweise als Füllstoffe, Vei'stärkungs- oder Einlegematerialien
in Polymeren, vorzugsweise in Elastomeren oder in diese enthaltenden
Mischungen, vor Ausführung der Vernetzung eingemischt bzw. verwendet. Besonders gut geeignet sind hierfür
die wasserlöslichen 3-Thiocyanatopropyl-triiriethoxy» und triäthoxysilane.
Die Wirkung des 3-Thiocyanatopropyltri-n-propoxysilans wird
im folgenden anhand einer Naturkautschukmischung mit Aerosil,
einer auf pyrogeneni Wege gewonnenen Kieselsäure, gezeigt»
Die Mengen sind in Gewichtsteilen angegeben. Die Bestimmungen erfolgten auf gleiche Weise wie in Tabelle. 1 dargelegt«
Tabelle h
"Testmischung 13 l'+
"Testmischung 13 l'+
Ribbed smoked sheets I Aerosil ' (130 m2/g BET-Oberflache)
Zinkoxid
Stearinsäure
DibenzothiazyldisTilfid
Diphenylguanidin Schwefel
3-Thiocyanatopropyltri-n-propoxysilan
Die Vulkanisation erfolgte bei li|5°C, die Vulkan.isat.Lonszeit
bet ruf; 20 Minuten,
100 | 5 | 100 |
5 | ho | |
h | 75 | h |
2 | 2 | |
1, | 1,5 | |
1, | 1,5 | |
2,75 | ||
X . 5 | ||
109885/1842
2300 | 1650 |
29 | 24 |
18 | 13 |
21 | .15 |
264 | 284 |
55 | 100 |
670 | 6OO |
52 | 56 |
6k | 66 |
1ψ
Fortsetzung Tabelle 4
Prüfergebnisse
Mischung 13
Defo-Härte Cel
Defo-Elastizität [~# J Mooney-Scorch-Zeit
Mooney-Cure-Zeit
Zugfestigkeit £kg/cm2 J
Spannungswert 300$ /kg/cm27
Bruchdehnung (jij_
Stosselastizität f$7
Shorehärte -
Es werden somit mit Naturkautschuk und einer pyrogen gewonnenen
Kieselsäure im Prinzip die gleichen vorteilhaften Wirkungen
erzielt wie mit einer gefällten Kieselsäure in Butadien-Styrol-Kautschuk»
Dass mit den erfindungsgemässen Verbindungen auch ohne Zusatz
konventioneller Beschleuniger und bzw. oder Aktivatorea ein
normaler Vulkanisationsverlauf...und übliche gummitechnische
Daten erzielt werden können, zeigt das folgende Beispiel.
Beispiel 12 ,
Die Ausgangsmischung (l5) wurde aus den folgenden Bestandteilen
(in Gewichtsteilen) zusammengestellt:
Styrol-Butadien-Kautschuk, Typ 1500 100
Ultrasil VN 3 (siehe Tabelle l) 40
Zinkoxid 4
Stearinsäure 2
3-Thiocyanatopropyltriäthoxysilan 3
Schwefel . 2.7.5
Die Vulkanisation erfolgte bei 1000C, die Vulkanisationszeit betrug 60 Minuten, und es wurden die folgenden Prüf·-
orgöbnisae festgestellt:
■ " ■ - 18 -
109885/1942
Zugfestigkeit iipannungsx/erte
kp/cm2 300 </£ 500 %
206 56 I2U
Bruchdehnung Stosselastizität Shorehärte
in io in $
670 . 4o 66
Die neuen schwefelhaltigen Organo-organooxysilane finden,
wie gesagt, im weitesten Sinne hervorragende Verwendung in vernetzbaren bzw. vulkanisierbaren Mischungen aus organischen
Polymeren, anorganischen Stoffen und entsprechenden Vernetzungs- oder Vulkanisationsmittel bzw. -systemen.
Als organische Polymere kommen insbesondere die bekannten Elastomeren und davon in erster Linie natürliche und synthetische
Kautschuke zum Einsatz„ Zu den vernetzbaren Mischungen
aus organischen Polymeren, anorganischen Stoffen und Vernetzungsmitteln können gegebenenfalls noch bekannte Reaktionsbeschleuniger
und weiterhin gegebenenfalls eine oder mehrere Verbindungen aus der Gruppe der Alterungsschutzmittel,
Verarbeitungshilfsmittel, Weichmacher"und Wärme- bzw.
Lichtstabilisatoren, die in der Kunststofftechnik bekannt
sind, hinzugefügt werden, Für die Vulkanisation sind der Mischung Vulkanisationsmittel, also insbesondere Schwefel,
und gegebenenfalls Vulkanisationsbeschleuniger hinzuzufügen? ferner können dieser Mischung auch noch eine oder mehrere Ver-
P bindungen aus der Gruppe der Alterungsschutzmittel, Verarbeitungshilfsmittel,
Pigmente und Stearinsäure zusammen mit Zinoxid, die sämtlich in der Gummitechnik bekannt sind und dort
angewendet werden, hinzugefügt und darin homogen verteilt werden«, Die schwefelhaltigen Organo-organooxysilane greifen
offenbar in die Vernetzungs- bzw. Vulkanisationsreaktion ein.
Die genannten anorganischen Stoffe können dabei als Füllstoffe, Pigmente, Fasern oder dergleichen eingesetzt werden.
Mit besonderem Vorteil werden in diesem Sinne die in der Kautschukindustrie als verstärkende Füllstoffe oder als Verstärkerfüllstoffe
bezeichneten Substanzen als anorganische Stoffe vorzugsweise eingesetzt. Dieser vorzugsweise Einsatz
- 19 -
109885/1 9A2
bezieht sich insbesondere auf 'Cieselsäuren verschiedener
Provenienz oder auf solche Kieselsäuren (Siliciumdioxid) enthaltende Gxidgemische und Mischoxide, und zwar mit oxidischen
Verbindungen der Metalle Aluminium, Magnesium, Calcium, Barium, Zink, Eisen, Zirkon oder Titan.
Diese auch als hochdisperse Stoffe bezeichneten Oxidverbindungen werden vorzugsweise in der Gasphase durch oxidative
bzw« hydrolytische Zersetzung in der Hitze hergestellt und zwar ausgehend von flüchtigen Halogeniden der Metalle oder
Metalloide. Gleichfalls gut geeignet sind auch nassgefällte
Oxide der genannten Elementeo Gegebenenfalls können aber
auch natürliche oder auf chemischen Wege hergestellte Silikate, darunter auch z.B. Asbeste, Wollastonite und Kaoline,
ferner Quarze, Sande, Tone, Russe oder dergleichen oder auch Glas, insbesondere Silikatglas oder Quarzglas, in Form
von Fasern, Matten, Geweben oder anderen Fasererzeugnissen
oder Gebilden, auch kompakter Art, oder Metallfasern, als
anorganische Stoffe eingesetzt werden.
Die neuen schwefelhaltigen Organo-organooxysilane haben
wertvolle Eigenschaften; sie besitzen im Sinne der vorliegenden
Erfindung bifunktionelle Wirkungen, die von den reaktionsfähigen
Endgruppen der Verbindung ausgehen. Diese neuen Oxysilane fördern z.B. die Vulkanisation bzw. die Vernetzung
von Elastomeren- bzw. Kautschukmischungen. Auch ohne
Zusatz konventioneller Beschleuniger oder Aktivatoren erhält man mit den erfindungsgemässen Verbindungen bei üblichen
Vernetzungs- bzw. Vulkanisationstemperaturen und -zeiten
Vulkanisate mit normalen Gebrauchs- und Prüfdaten. Sie wirken auch als Bindungsvermittler. Die Bindungsvermittlung beispielsweise
zur Kieselsäure- bzw, Silikatoberfläche tritt über die Trialkoxysilangruppen durch chemische Reaktion unter
Si-0-Si-Brückenbildung und bzw. oder durch Chemisorption ein.
Besonders vorteilhaft ist die Wirkung der neuen schwefelhaltigen Organo-organooxysilane in Kautschukmischungen für
die Reifenherstellung, die sogenannte helle Verstärkerfüllstoffe enthalten; auch bei der Reifenherstellung unter
- 20.- .■
10988 5/19 42
Benutzung von Glasfaden, -garnen, -geweben, - vliesen oder
ähnlichen Gebilden entwickeln sie wertvolle Eigenschaften,
wobei als Kautschuke beispielsweise Styrol-Butadienkautschuke, Butadien-Kautschuke, Naturkaxitschuke oder dergleichen
in der Reifenindustrie eingesetzte Elastomere infrage kommen,,
Somit ist es zum Beispiel möglich, weisse oder farbige Reifen oder Reifenlaufflächen mit Hilfe der neuen Verbindungen
aus Kautschuk und hellen verstärkenden Füllstoffen herzustellen. Zu den verwendbaren Kautschuksorten sollen aber
auch die übrigen bekannten Dienkautschuke, Nitrilkautschuke,
Co- und Terpolymere, z.B» von Äthylen und Propylen u<,s.wffl
gezählt werden,
k Die neuen Schwefel enthaltenden Organo- organooxysilane
können in Mengen von 0,1 bis 20$, vorzugsweise von 0,5
10 $, bezogen auf das Gewicht des organischen Polymeren,
eingesetzt werden»
109885/19 42
Claims (8)
- Patentansprüche./Schwefel enthaltende Organo-organöoxysilane der FormelA-X-Z, .in der bedeutetA: die GruppierungenNÖ5 C - S -R-S-RO - CS - S RS - GS - S R1 - CS -S-worin bedeuten R und R1 einen einwertigen organischen Rest, gesättigt oder ungesättigt, verzweigt oder nicht verzweigt, acyclisch, cyclisch, heterocyclisch oder heteroaromatisch mit einem bis 15 Kohlenstoffatomen und einem bis 5 Heteroatomen aus der Gruppe Stickstoff, Sauerstoff und Schwefel,X: einen zweiwertigen organischen Rest, gesättigt oder ungesättigt, mehrfach ungesättigt, verzweigt oder nicht verzweigt, jedoch mit mindestens drei Kohlenstoffatomen in der Hauptkette, acyclisch, cyclisch, bi- oder tricyclisch, mit 3 bis 18 Kohlenstoffatomen, deren Wasserstoffe gegebenenfalls substituiert sein können durchHalogen, Pseudohalogen, Phenyl, Halogenphenyl, Alkyl- oder Dialkylphenyl (Alkyl mit einem bis drei Kohlenstoffatomen), wobei der organische Rest X durch ein oder mehrere der Heteroatome Sauerstoff, Stickstoff, Schwefel und/oder Phosphor unterbrochen oder über diese Heteroatome cyclisiert sein kann undZs die Gruppierungen-SiR"(0R')2» -Si(OR»Ja» -Si(OR*)2-0-Si(OR')3; -Si(ORV)2-NH-Si(OR1)3; -Si(OR·)2-0-Si(0R»)a-X-A? -Si(OR1I2-NH-Si(OR')2--X-Af worin R1 und R", gleich oder verschieden, die folgende Bedeutung haben -CH3, - CH2 CH3, -CH2-CH2-CH3, -CH(CH3 )2 und— 22 —10 9 885/1942- CH2 - CH2 - CH2 - CH3 .
- 2. Verwendung von Schwefel enthaltenden Organo-organooxysilanen der FormelA-X-Z,in der bedeutetA: die Gruppierungen■ N S=C -S-R-S-RO - CS - S - .
RS - CS - S R1 - CS - S -worin bedeuten R und R1 einen einwertigen organischen Rest, gesättigt oder ungesättigt, verzweigt oder nicht verzweigt, acyclisch, cyclisch, heterocyclisch oder heteroaromatisch mit einem bis 15 Kohlenstoffatomen und einem bis 5 Heteroatomen aus der Gruppe Stickstoff, Sauerstoff und Schwefel,Xs einen zweiwertigen organischen Rest, gesättigt oder ungesättigt, mehrfach ungesättigt, verzweigt oder nichtverzweigt, jedoch mit mindestens drei Kohlenstoffatomen in der Hauptkette, acyclisch, cyclisch, bi- oder tricyclisch, mit 3 bis 18 Kohlenstoffatomen, deren Wasserstoffe gegebenenfalls substituiert sein können durchHalogen, Pseudohalogen, Phenyl, Halogenphenyl, Alkyl- oder DialkyOphenyl (Alkyl mit einem bis drei Kohlenstoffatomen), wobei der organische Rest X durch ein oder mehrere der Heteroatome iSauerstoff, Stickstoff, Schwefel und/oder Phosphor unterbrochen oder über diese Heteroatome cyclisiert sein kann undZi die Gruppierungen-SiR1^OR1J2; -Si(OR1J3? -Si(OR ' )2 -O-Si(OR':), ; -Si(OR1)2-NH-Si(OR')3; -Si(OR·)2-0-Si(OR·)2-X-A; -Si(OH» J2-NH-Si(OR-* J2-X-A,- worin R" und R", gleich oder verschieden, die folgende Bedeutung haben -CH31-CH2—CH3, -CH2-CH2-CH3, -CH(CH3)2 und -CH2-CH2-CH2-CH3,109885/1942 -23-als Zusätzmittel zu einer vernet2haren Mischung aus einem oder mehreren organischen Polymeren, insbeson-. dere Elastomeren, anorganischen Stoffen, insbesondere einem oder mehreren verstärkenden Füllstoffen, Vernetzungsmitteln, gegebenenfalls Reaktionsbeschleunigern und gegebenenfalls einer oder mehreren in der Kunststoffteehnik üblichen Verbindungen aus der Gruppe Alterungsschutzmittel, Verarbeitungshilfsmittel, Weichmacher und Wärme- bzw. Lichtstabilisatoren. - 3. Verwendung der im Anspruch 1 genannten Schwefel enthaltenden Organo—organooxysilane"als Zusatzmittel zu einer vulkanisierbaren Mischung aus einer oder mehreren Elastomeren aus der Gruppe Naturkautschuk und synthetischem Kautschuk, einem oder mehreren verstärkenden Füllstoffen, Vulkanisationsmittel (Schwefel), gegebenenfalls Vulkanisationsbeschleuniger und gegebenenfalls einer oder mehreren in der Gummitechnik üblichen Verbindung ert*aus der Gruppe Alterungsschutzmittel, Verarbeitungshxlfsmittel, Pigmente und Stearinsäure/Zinkoxid.
- k. Verwendung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichr net, daß als verstärkende Füllstoffe feinteilige, in der Gasphase durch oxydative bzw. hydrolytische Zersetzung von flüchtigen Halogeniden von Metallen oder Metalloiden gewonnene Oxide oder Mischoxide der Metalle oder Metalloide eingesetzt werden.
- 5. Verwendung nach Anspruch 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, daß als verstärkende Füllstoffe näßgefällte Oxide der Metalle oder Metalloide Silicium, Aluminium oder Magnesium eingesetzt werden.
- 6. Verwendung nach Anspruch -2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, daß als verstärkende Füllstoffe Silikatglas oder Quarz in Form von Fasern oder Fasererzeugnissen eingesetzt werden.109 88 5/19 42 BADORiQiNAU
- 7. Verwendung nach Anspruch 2 oder 3? dadurch gekennzeichnet, daß als verstärkende Füllstoffe Silikate eingesetzt werden.
- 8. Verwendung nach den Ansprüchen 2 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß die Schwefel enthaltenden Organo-organooxysilane in Form von auf den Teilchen der verstärkenden Füllstoffe aufgebrachten Materialien eingesetzt werden.Gt/Re/Pr
17.7.197O109885/1942
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