DE2233502B2 - Verwendung von bis-sulfenamiden als pruevulkanisationsinhibitoren fuer kautschuk - Google Patents
Verwendung von bis-sulfenamiden als pruevulkanisationsinhibitoren fuer kautschukInfo
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Description
R—S
N—R'
in der die Symbole R Phenyl-, Xylyl- oder
Isopropylphenylreste bedeuten und R' Methyl, Laury!, Cyclohexyl darstellt, als Prävulkanisationsinhibitoren
für Kautschuk.
Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung von Bis-sulfenamiden als Prävulkanisationsinhibitoren
für Kautschuk.
Bei der Herstellung von aus Kautschuk angefertigten Gegenständen werden ?:u diesem eine bestimmte
Anzahl an verschiedenen Zusätzen hinzugegeben wie Füllstoffe, Weichmacher, Regenerierungsmittel, Pigmente,
Zinkoxyd, Stearinsäure, Anti-Alterungsmittel sowie zur Härtung des Kautschuks befähigte Zusätze,
wie Schwefel und Vulkanisationsbeschleuniger. Die so erhaltenen »Mischungen« sind im Stande, mit der
Vulkanisation zu beginnen, sobald sie dem Einfluß der Wärme unterworfen werden. Im Laufe ihrer Verarbeitung
und vor ihrer Vulkanisation haben diese Mischungen zahlreich Gelegenheit, sich zu erwärmen, beispielsweise
in den Innenmischern oder über den Zylindermischern, im Laufe der Filtrieroperationen, des Verspinnens,
des Kalandrierens, des Verformens insbesondere durch Spritzgießen. Es ist unbedingt erforderlich, daß
die Vulkanisation nicht zufälligerweise im Laufe dieser Operationen, bevor man dem Kautschuk die endgültige
dem herzustellenden Gegenstand entsprechende Form verliehen hat, in Gang kommt.
Zur Vermeidung dieser Prävulkanisation oder dieses »Anschmorens« sind bisher zahlreiche Methoden
angewendet worden, beispielsweise die Verwendung von Vulkanisationsbeschleunigern mit verzögerter
Wirkung, die im allgemeinen Sulfenamide sind, die sich vom Mercaptobenzothiazol ableiten. Diese Sulfenamide
haben überdies in zahlreichen Fällen das Mercaptobenzothiazol selbst oder das Benzothiazyldisulfid oder die
Verwendung eines Amins aus der Klasse der Guanidine mit einer dieser beiden Verbindungen ersetzt. Man hat
ebenfalls die Verwendung bestimmter chemischer Produkte, die befähigt sind, die Wirkung der Beschleuniger
zu verzögern, nämlich von Verzögerern oder Inhibitoren vorgeschlagen. Innerhalb dieser Kategorie
sind die organischen Säuren wie die Salicylsäure oder Benzoesäure, und N-nitrosierte Derivate wie das
N-Nitrosodiphenalamin, und die Monosulfenamide wie die in der französischen Patentschrift 15 07 580
beschriebenen gut bekannt.
Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung N—R'
R-S
in der die Symbole R Phenyl-, Xylyl- oder Isopropylphenylreste bedeuten und R' Methyl, Lauryl, Cyclohexyl
darstellt, als Prävulkanisationsinhibitoren für Kautschuk.
Beispiele für die erfindungsgemäß verwendeten Vulkanisationsinhibitoren sind
N,N-Bis-(phenylthio)-methylamin,
N,N-Bis-(phenylthio)-laurylamin,
N.N-Bis-iphenylthioi-cyclohexylamin,
N,N-Bis-(isopropyl-phenylthio)-methylaminund
N,N-Bis-(xylykhio)-methylamin.
Die anmeldungsgemäß verwendeten Bis-sulfenamide reagieren als Prävulkanisationsinhibitoren von Mischungen
auf der Basis von Kautschuk, Schwefel und organischen Beschleunigern, wobei diese Mischungen
außerdem andere übliche Zusätze, wie Füllstoffe, Weichmacher, Zinkoxyd und Anti-Alterungsmittel,
enthalten können. Unter dem Begriff Kautschuk sind sowohl der Naturkautschuk als auch die ungesättigten
synthetischen Kautschuke wie die Butadien-Styrol· Copolymerisate, die Polybutadiene, die synthetischen
Polyisoprene, die Isobutylen-Isopren-Copolymerisate und die Butadien-Acrylnitril-Copolymerisate zu verstehen.
Die üblichen mitverwendeten organischen Beschleuniger sind Meruaptobenzothiazol, Benzothiazyldisulfid,
Guanidine, Thiurame, Dithiocarbamate, Sulfenamide des Mercaptobenzothiazols sowie N-Cyclohexylbenzothiazylsulfenamid,
N-t-Butylbenzothiazylsulfonamid
und N-Oxydiäthylenbenzothiazylsulfenamid.
Gegebenenfalls kann man ein oder mehrere dieser Beschleuniger verwenden.
In bestimmten Fällen kann sich die Inhibitorwirkung der erfindungsgemäßen Produkte mit einer beträchtlichen Aktivatorwirkung in bezug auf die Vulkanisation
verbinden, wobei diese letztere auf jeden Fall nur nach Beginn der Vulkanisation auftritt und so keinesfalls die
gewünschte Wirkung, die in einer Verzögerung des Beginns dieser Vulkanisation besteht, beeinträchtigt.
Die verzögernde Wirkung der erfindungsgemäßen verwendeten Produkte ist der angewendeten Dosis
proportional.
Im allgemeinen erstrecken sich die Anwendungsdosen der erfindungsgemäßen Produkte von 0,1 bis 2 Teile
je 100 Teile Elastomeres, und vorzugsweise werden sie zwischen 0,25 und 1 Teil gehalten.
Überdies sind die erfindungsgemäß verwendeten Produkte gegenüber dem Einfluß erhöhter Temperatur
beständig, wobei diej,e thermische SU'biluät bei der
Anwendung als Inhibitionsmittel wertvoll ist.
Die Bis-sulfenamide der Formel (RS):NR' werden
durch Umsetzung eines Amins R'NHj mit einer Chlorschwefelverbindung RSCI in Anwesenheit eines
Säureakzeptors wie eines Amins in ausreichender Menge zur Neutralisation der gebildeten Chlorwasserstoffsäure
und vorteilhaft in Anwesenheit Tines
chlorierten Lösungsmittels hergestellt.
Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung.
Man stellt in einem Innenmischer vom Banbury-Typ eine Basismischung her, deren Zusammensetzung die
folgende ist:
Messungen
C . D
Naturkautschuk
Zinkoxyd
Stearinsäure
Ofenruß
Kiefernteer
100 Gewichtsteile 5 Gewichtsteile
2 Gewichtsteile 50 Gewichtsteile
3 Gewichtsteile 160 Gewichtsteile
Man bringt diese Basismischung auf einen zwischen 60 und 700C erwärmten Zylindermischer und fügt die
folgenden Zusätze (in Gewichtsteile je 160 Gewichtsteile
Basismischung) hinzu: 2,25 Teile Schwefel, 1 Teil N-2-Cyclohexyl-benzothiazylsulfenamid als Beschleuniger
und 1 Teil eines erfindungsgemäß verwendeten lnhibators. Die Zusammensetzung dieser Mischungen A
bis F ist in der nachstehenden Tabelle angegeben:
Tabelle 1
Zusätze
Zusätze
Schwefel 2,25 2,25 2,25 2,25 2,25 2,25
N-2-Cyclohexyl- 1 1 1 1 l ι
benzothiazyl-
sulfenamid
N,N-Bis-(phenyl- 0 10 0 0 0 thio)-mcthylamin
N,N-Bis-(phenyl- 0 0 10 0 0 ihio)-laurylamin
N,N-Bis-(phenyl- 0 0 0 10 0 thio)-cyclohexyl-
N,N-Bis(xy!yl- 0 0 0 0 10
thio)-methylamin
N,N-Bis(iso- 0 0 0 0 0 1 propyl-phenyl-
thio)-methylamin
Man beläßt die erhaltenen 6 Mischungen während 24 Stunden bei etwa 200C, und man mißt deren
Mooney-Anschmorzeit bei 1200C gemäß der Norm NF T. 43 004. Man bestimmt die erforderliche Zeit, um einen
Wiederanstieg des Drehmoments um 10 Punkte oberhalb des Minimums (M S t+\0) zu erhalten.
Man leitet die Mischungen auch durch einen Apparat mit oszillierendem Rotor zur fortlaufenden Messung der
Vulkanisationscharakteristika (Elastometer) und bestimmt bei 153 und 180°C die folgenden Eigenschaften:
[^i erforderliche Zeit, um einen Wiederanstieg des
E)rehmoments um 2 elastometrische Einheiten
oberhalb des Minimums zu erhalten U1, erforderliche Zeit, um 90% des maximalen
Drehmoments zu erhalten
Δ ι hu - r + 2
CM. Maximum des Drehmoments nach vollständiger Vulkanisation.
Δ ι hu - r + 2
CM. Maximum des Drehmoments nach vollständiger Vulkanisation.
Man erhält die in Tabelle 2 für die verschiedenen Mischungen A his F angegebenen Ergebnisse.
s MSfbeil20°C 19,5 28,2 23 22,75 29,75 29,5
(in Minuten)
f+2 bei 153° C 4,5 5 5 4,5 5 5,5 (in Minuten)
im bei 153° C 8 9,5 9,5 8,5 10,25 10,5
(in Minuten)
Δ T bei 153°C 4,5 4,5 4,5 4 5,25 5 (in Minuten)
CM. bei 153° C 62 62 61 62,5 58 58,5
ls (in elastometri-
schen Einheiten)
f+2 bei 1800C 2,25 2,25 2,5 2.5 2,5 2.25
(in Minuten)
f» bei 180° C 3,50 3,60 3,5 3,6 3,5 3,5
(in Minuten)
.dTbei 180°C 1,25 1,35 1 1,1 1 1.25
(in Minuten)
CM. bei 180° C 59 59,50 55 59 55 57
(in elastometri-
° sehen Einheiten)
° sehen Einheiten)
Zu der gleichen Basismischung wie derjenigen von
to Beispiel 1 fügt man die in Tabelle 3 angegebenen Zusätze (in Teilen je 160 Teile der Basismischung), und
man führt die im Beispiel 1 angegebenen Messungen durch. Weiterhin vulkanisiert man unter Druck bei
1530C die rohen Mischungen bis zum Optimum und
■<< bestimmt gemäß der Norm AFNOR T 46 002 die
dynamometrischen Eigenschaften von ausgeschnittenen H2-Probestücken aus den vulkanisierten Platten, die
Hantelform haben, wobei das Mittelstück der Hantel 20 mm lang und 4 mm breit ist. Man erhält die in Tabelle
3 angeführten Ergebnisse.
Tabelle 3 | G | 2,25 | G | 140 | H | 2,25 | H | I | 2,25 | 1 | 29,5 | K | 2,25 | K |
Zusätze | 1 | 20,5 | 1 | 25,5 | 1 | 1 | 37 | |||||||
4? Schwefel | 470 | 5,5 | ||||||||||||
N-2-Cyclohexyl-benzo- | 0 | 4.5 | 0,50 | 5 | 1 | 10,5 | 2 | 6 | ||||||
thiazylsulfenamid | 9,5 | 10 | 5 | 11,5 | ||||||||||
N,N-Bis-(isopropyl- | 5 | 5 | 58,5 | 5,5 | ||||||||||
so phenylthio)-methyl- | 61,5 | 59 | 56 | |||||||||||
amin | ||||||||||||||
Messungen | 244 | |||||||||||||
MSf+io bei 1300C | Bruchfestigkeit (kg/cm')244 | 237 | 135 | 240 | ||||||||||
(in Min.) | hS Modul bei 300% | 140 | 127 | |||||||||||
f + 2 bei 1530C (in Min.) | (kg/cm2) | 485 | ||||||||||||
fw bei 153°C (in Min.) | Dehnung beim Bruch | 460 | 505 | |||||||||||
Λ Γ bei 153°C (in Min.) | (in %) | |||||||||||||
h0 CM. bei 153° C (in | ||||||||||||||
elastometrischen Ein | ||||||||||||||
heiten) | ||||||||||||||
Man stellt noch Basismischungen wie im Beispiel 1 angegeben her und fügt zu diesen auf einem
Zylindermischer bei 60/700C die folgenden Zusätze (in Teilen je 160 Teile Basismischung) hinzu und erhält so
die Mischungen L bis Q gemäß der nachfolgenden Tabelle 4:
Zusätze
Benzothiazyl-disulfid | 0 | 1 | 0 | 0 | C.50 |
Diphenylguanidin | 0 | 0 | 1 | 0 | 0,50 |
Zink-diäthvidithio- | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 |
Zusätze
Schwefel 2,25
N^-Cyclohexyl-benzo- 1
thiazylsulfenamid
thiazylsulfenamid
2,25 0
2,25 0
2,25 0
2.25 0
carbamat
Jede der Mischungen L, M, N, P, Q wird darauf in zwei
Teile geteilt. In den ersten Teil Li1M11Ni, Pi, Qi fügt man
keinen weiteren Zusatz hinzu. In den zweiten Vergleichsteil L2, M2, N2, P2, Q2 fügt man einen Teil
N,N-Bis-(phenylthio)-methylamin hinzu. Man führt dann die Messungen, wie in den Beispielen 1 und 2 angegeben,
durch und erhält die in Tabelle 5 angegebenen Resultate.
Bestimmte
F.igenschaften
F.igenschaften
Bezeichnung der Mischungen Li L: Mi M:
I':
Q:
MS/+iobei 1200C 17,2 26 22.3 46,3 17.8. 28.8 8,6 11,2 6.8 12.2
(in Min.)
f+2bei 153cC(in Min.) 4,5 4,5 3.75 5 1 1,75 1,25 1,50 2 2.75
Nn bei 153°C(in Min.) 8,5 8.5 14 10,5 20 22 5.75 5,50 7.75 8
J7"bei 153°C(in Min.) 4 4 10.25 4.5 19 20,25 4,5 4 5.75 5,25
CM. bei 153° C (in 65 63,5 54,5 59 53 49.5 57 61,5 66,5 62
elastometrischen Einheiten)
Bruchfestigkeit 250 248 201 222 210 206 228 224 248 229
(in kg/cm2)
Modul 300% 143 132 103 116 105 97 111 122 133 114
Dehnung beim Bruch 480 510 480 495 490 510 500 475 495 505
P Die Anschmorzeit wurde jedoch bei 13O15C anstelle von
Man stellt in einem Innenmischer vom Banbury-Typ 40 120°C gemessen.
eine Basismischung der folgenden Zusammensetzung Man erhält die in Tabelle 7 angegebenen Ergebnisse;
Styrol-Butadsen-Copolymerisat,
Typ 1500
Zinkoxyd
Stearinsäure
Ofenruß
Aromatischer Weichmacher
lOOGew.-Teile
5 Gew.-Teile
2 Gew.-Teile
50 Gew.-Teile
8 G^w.Teile
165 Gew.-Teile
4S Messungen
Die Mischung wird darauf in mehrere Teile geteilt, zu denen man auf einem zwischen 60 und 7O0C gehaltenen
Zylindermischer die folgenden Produkte (in Gew.-Teilen je 165 Gew.-Teile Basismischung) hinzufügt:
A/S/+iobei 130°C(in Min.)
f+2 bei 153°C I
Nu bei 153°C \ (in Min.)
zirbei 153°C J
CM. bei 153° C (in elastometrischen 73
Einheiten)
Beispiel 5
Man stellt auf einem Banbury-Innenmischer eine
Man stellt auf einem Banbury-Innenmischer eine
Bezeichnungen | S | T |
R | 27 | 25 |
19 | 7 | 7,25 |
6 | 10,5 | 10.5 |
9,5 | 3.5 | 3.25 |
3.5 | 69 | 65,5 |
rischen 73 |
Tabelle 6 | R | S | T | 0 | Basismischung der folgenden Zusammensetzung her: | 100 Gew.-Teile |
Zusätze | 0,75 | Naturkautschuk | 5 Gew.-Teile | |||
2 | 2 | 2 | ho Zinkoxyd | 2 Gew.-Teile | ||
Schwefel | 1 | 1 | 1 | i, T die | Stearinsäure | 60 Gew.-Teile |
N-Cyclohexyl-benz.othiazyl-sulfenamid | 0,50 | 0,50 0,50 | durch. | Ofenruß | 5 Gew. Teile | |
Tetramethylthiuram-disulfid | 0 | 1 | Kiefernteer | |||
N.N-Bis-(pheny!thio)-methylamin | 0 | 0 | Bis-4,4'-(<x,<x-dimethyl-benzyl)- | 1 Gew.-Teil | ||
N,N-Bis-(xylylthio)-methylamin | 65 diphenylamin | |||||
Man führt mit den erhaltenen Mischungen | R, S | N-Phenyl-N'-isopropyl-p-phenylen- | 2 Gew.-Teile | |||
in den Beispielen 1 und 2 angeführten Messungen | diamin | 1 7S Ctpw -TpiIp | ||||
Man teilt diese Mischung in zwei gleiche Teile, zu denen man auf einem Zylindermischer bei 60/703C
jeweils (in Teilen je 175 Gew.-Teile der Basismischung) die folgenden Zusätze hinzufügt (Man erhält so die
Mischungen V und W):
Zusätze
Schwefel 2 2
N-2-Cyclohexyl-benzothiazylsulfenamid 1 1
N.N-Bis-(phenylthio)-methylamin O 1
N.N-Bis-(phenylthio)-methylamin O 1
Jede der Mischungen V und W wird darauf in zwei gleiche Teile geteilt. Die Teile V1 und Wi werden 24
Stunden bei Raumtemperatur belassen. Die Teile V2 und W2 werden während 15 Minuten über einem Zylindermischer
bearbeitet, wobei diese letzteren bei einer Temperatur von 1200C gehalten werden. Diese
Behandlung soll die auf den Kautschuk ausgeübte Erwärmung während der industriellen Verarbeitungsoperationen reproduzieren. Die Teile V2 und W2 werden
darauf 24 Stunden belassen.
Man bestimmt darauf mit den Mischungen Vi, V2, Wi
und W2, wie im Beispiel 1 angegeben, die Mooney-Anschmorzeit.
Man erhält die folgenden Ergebnisse:
V:
Wi
W:
bei 12O0C (in Min.) 20 8 34 25
Dieses Beispiel zeigt sehr deutlich die Vergrößerung der Anschmorzeit durch ein erfindungsgemäßes Pro-
dukt und die große Stabilität der Mischungen, die dieses enthalten.
Man baut aus einem 250-ml-Pyrexkolben, der in ein
thermostatisiertes Bad gebracht ist und mit einem Einlaß und einem Auslaß für Luft versehen ist, eine
Apparatur auf. Der Lufteinlaß ist aus Glas, taucht ein und trägt einen Vorwärmer, der in das therrnostatisierte
Bad eintaucht, ein Ventil und einen Strömungsmesser. Der Luftauslaß, der aus Glas ist und nicht eintaucht,
mündet am Boden eines 250-ml-Becherglases, versehen mit einem elektromagnetischen Rührer.
Man bringt in den Kolben die erfindungsgemäß verwendeten Produkte ein. Man erwärmt sie auf 60°C
während 8 Stunden im Luftstrom und bestimmt das Amin, das aus der Zersetzung des zu untersuchenden
Produktes hervorgeht. Diese Bestimmung gestattet es, die Geschwindigkeit der Zersetzung des Produktes zu
ermitteln.
Man erhält die nachfolgenden Ergebnisse, die ein Hinweis für die große thermische Stabilität sind.
Tabelle ΊΟ
Inhibitoren | % an zersetz |
tem Produkt | |
nach 8 Std. | |
bei 60= C | |
N,N-Bis-(phenylthio)-methylamin | 0.3% |
N,N-Bis-(xylylthio)-methylamin | 0.3% |
N.N-Bis-(isopropyl-phenylthio)- | 0,125% |
methylamin | |
N.N-Bis-vphenylihioJ-cyclohcxylarnir. | 0 175% |
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Verwendung von Bis-sulfenamiden der Formelvon Bis-sulfenamiden der Formel
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