DE2442933A1 - Acrylatkautschuke - Google Patents
AcrylatkautschukeInfo
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- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K13/00—Use of mixtures of ingredients not covered by one single of the preceding main groups, each of these compounds being essential
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Description
Acrylatkautschuke haben sehr günstige Eigenschaften in Bezug auf Wetterbeständigkeit, Verwendbarkeit bei hohen
Temperaturen und gute Ölbeständigkeit. Aufgrund dieser Eigenschaften eignen sich diese Kautschuke für die Verwendung
in Automobilen unter der Motorhaube und für Anwendungen im Freien. Bessere Vulkanisiereigenschaften sind
jedoch erwünscht. Zahlreiche Bemühungen werden gemacht, sowohl schnellere als auch wirksamere Vulkanisationen von
Acrylatkautschuken und verbesserte Typen von Acrylatkautschuken zu entwickeln. Eine Veröffentlichung in Rubber
Chemistry and Technology, Bd. 44, No. 2 (1971), gibt einen Überblick üoer die neueren Bemühungen. Verschiedene Vulkanisationsstellen
und Vulkanisationssysteme wurden untersucht und bewertet. Hierzu wird auf die USA-Paten-tschriften
3 288 763, 3 324 o88t 3 337 492, 3 435 οίο, 3 45o 681,
3 458 461 und 3 732 19o verwiesen. Die Verwendung von Metalloxyden
und -hydroxyden als Vulkanisationsmittel wurde untersucht und bewertet. Hierzu wird auf die USA-Patentschriften
2 6oo 414, 2 649 439, 2 662 874, 2 669 55o, 2 71o 292,
2 724 7o7, 2 726 23o, 2 754 28o, 2 849 426, 2 97o 132 und
3 4o4 134 verwiesen. Keine dieser Patentschriften beschreibt
jedoch die verbesserten Produkte gemäss der Erfindung, nämlich die verbesserten Acrylatkautschuke und das verbesserte
Vulkanisationssystem.
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Gegenstand der Erfindung sind vulkanisierbare Mischungen, die einen Acrylatkautschuk, der Vulkanisationssteilen
an Halogenatomen und Carboxylgruppen auf v/eist, eine Nichtalkalimetall-Oxyverbindung aus der aus Oxyden, Hydroxyden
und Carbonaten von Ba, Pb, Ca, Mg, Sr, Cu, Sn, Fe, Zn und Cd bestehenden Gruppe und einen Vulkanisationsbeschleuniger aus der aus quaternären Ammoniumsalzen,
tertiären Aminen und Guanidinen bestehenden Gruppe enthalten. Die Vulkanisate haben verbesserte physikalische
Eigenschaften.
Acrylatkautschuk enthält etwa 40 bis 99,8 Gew.-^, "bezogen
auf das Gewicht des Polymerisats, eines Acrylats der Pormel O
CH2=CH-C-O-R1
in der R' ein Alkylrest mit 1 bis 18 C-Atomen, ein Alkoxyalkylrest
oder Alkylthioalkylrest mit insgesamt 2 bis etwa 12 C-Atomen oder ein Cyanalkylrest mit 2 bis etwa 12 C-Atomen
ist. Die Alkylstruktur kann primäre, sekundäre oder tertiäre Kohlenstoffe enthalten. Als Beispiele solcher
Acrylate seien genannt: Methylacrylat, Äthylacrylat, Propylacrylat,
n-Butylacrylat, Isobutylacrylat, n-Pentyl-•acrylat,
Iscamylacrylat, n-Hexylacrylat, 2-Metbylpentylacrylat,
n-Octylacrylat, 2-Äthylhexylacrylat, n-Deeylacrylat,
n-Dodecylacrylat, n-Octadecylacrylat, Methoxy-.25
methylacrylat, Methoxyäthylacrylat, Äthoxyäthylacrylat,
Butoxyäthylacrylat, Athoxypropylacrylat, Methylthioäthylacrylat,
Hexylthioäthylacrylat, α- und ß-Cyanäthylacrylat,
α-, ß- und γ-Cyanpropylacrylat, Cyanbutylacrylat, Cyanhexylacrylat
und Cyanoctylacrylat. Häufig werden Gemische von zwei oder mehr Monomeren und/oder Typen von Acrylatmonomeren
verwendet.
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Vorzugsweise enthält der Kautschuk etwa 65 bis-9-9,6 Gew.
Acrylate der vorstehenden Formel, in der R· ein Alkylrest mit 1 bis etwa 10 C-Atomen oder ein Alkoxyalkylrest mit
2,bis etwa 8 G-Atomen ist. Als Beispiele der bevorzugten
Acrylate sind Äthylacrylat, Propylacrylat, n-Butylacrylat,
Hexylacrylat, 2-Äthylhexylacrylat, Octylacrylat, Methoxy-'
äthylacrylat und Äthoxyäthylacrylat zu.nennen. Sowohl ein Alkylacrylat als auch ein Alkoxyalkylacrylat können verwendet
werden.
Der Kautschuk enthält etwa 0,1 bis 30 Gew.-# eines aktiven
halogenhaltigen Monomeren. Als Halogengruppen kommen Chlor, Brom und Jod in Frage. Diese Monomeren gehören zu zwei Haupttypen,
nämlich halogenhaltigen Vinylenkohlenwasserstoffen und halogenhaltigen Vinylmonomeren, in denen die Halogengruppe
um wenigstens 2 C-Atome von einem oder mehreren Sauerstoffatomen entfernt ist. Als Beispiele halogenhaltiger
Vinylenkohlenwasserstoffe sind Vinylbenzylchlorid, Vinylbenzylbromid,
5-Chlormethyl-2-norbornen, 5-Brommethyl-2-norbornen,
und 5-ß-Chloräthyl-2-norbornen zu nennen. Der !
zweite Monomerentyp, d.h. Monomere, in denen die Halogengruppe
um wcuigstens 2 C-Atome von einem Sauerstoffatom entfernt
ist, sind dadurch gekennzeichnet, daß sie Ätherstrukturen (-0-), Ketonstrukturen „ oder Esterstrukturen
0 ^~C']
Il ■
(-C0-) im Monomeren enthalten, wobei die Halogengruppe um 5 wenigstens 2 C-Atome bis zu 6 oder mehr C-Atome von einem
Sauerstoffatom entfernt ist. Als Beispiele dieser Monomeren seien genannt: halogenhaltige Vinylester, z.B. Vinylchloracetat,
Vinylbromacetat, Allylchloracetat,·Vinyl-3-chlorpropionat,
Vinyl-4-chlorbutyrat, Vinyl-4-brombutyrat,
halogenhaltige Acrylate, z.B. 2-Chloräthylacrylat, 3-Chlorpropylacrylat,
4-Chlorbutylacrylat, 2-Chlorätliylme.thacrylat,
2-Bromäthylacrylat, 2-Jodäthylacrylat, 4-Chlor-2-butenylacrylat,
2-Chloracetoxyäthylacrylat und -methacrylat,
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halogenhaltige Vinyläther, z.B. 2-Chloräthylvinylather,
halogenhaltige Vinylketone, z.B. Chlormethylvinylketon und 2-Chloräthylvinylketon, und 5-Chloracetoxyraethyl-2-norbornen
und 5- (<*·, ß-Dichlorpropionylmethyl) -2-norbornen.
Vorzugsweise enthält der Kautschuk etwa o,2 bis 15 Gew.-% des aktiven halogenhaltigen Monomeren. Bei dieser Konzentration
beträgt der Halogengehalt etwa o,1 bis 5 Gew.-% des Kautschuks. Aufgrund der Verfügbarkeit und Kosten werden die
chlorhaltigen Monomeren bevorzugt. Als Beispiele der bevorzugten Monomeren sind Vinylchloracetat, Allylchloracetat,
2-ChlorMthylacrylat, 3-Chlorpropylacrylat, 4-Chlor-2-butenylacrylat
und -methacrylat, 2-Chloräthylmethacrylat, Chlormethylvinylketon,
Vinylbenzylchlorid, 5-Chlormethyl-2-norbornen, 2-Chloracetoxyäthylacrylat und -methacrylat
15 und 5-Chloracetoxymethyl-2-norbornen zu nennen.
Die Kautschuke enthalten ferner etwa 0,1 bis 20 Gew.-fi
eines Carboxylgruppen enthaltenden Monomeren, z.B. eine Monocarbonsäure oder Poiycarbonsäure mit 3 bis etwa
8 C-Atomen. Als Beispiele solcher Monomeren sind Acrylsäure, Methacrylsäure, Äthacrylsäure, ß,ß-Dimethylacrylsäure,
Crotonsäure, 2-Pentensäure, 2-Hexensäure, Maleinsäure, Fumarsäure, Citraconsäure, Mesaconsäure, Itaconsäure
und 3-Buten-1,2,3-tricarbonsäure zu nennen.
Der Kautschuk enthält vorzugsweise etwa 0,2 bis 10 Gew.-^
2.5 des Carboxylgruppen enthaltenden Monomeren. Bei dieser Konzentration beträgt der Gehalt an Carboxylgruppen etwa
0,1 bis 7 Gew.-$ des Kautschuks. Bevorzugt als Carboxylgruppen enthaltende Monomere werden die Monocarbonsäuren,
z.B. Acrylsäure, Methacrylsäure und Itaconsäure.
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Der Kautschuk kann andere copolymerisierbare Vinylidenmonomere mit einer endständigen Vinylidengruppe (CH2=
in Mengen bis etwa 35$, vorzugsweise bis etwa 10 Gew.-5
enthalten. Als Beispiele dieser Vinylidenmonomeren seien
genannt: Vinylacrylat, Cyclohexylacrylat, Methacrylate, z.B. Methylmethacrylat und Äthylmethaerylat, VinyL- und
Allylester, z.B. Vinylacetat, Vinylpropionat und Allylacetat, Vinylketone, z.B. Methylvinylketon, Vinyl- und
Allyläther, z.B. Vinylmethyläther, Vinyläthyläther und Allylmethyläther, Vinylaromaten, z.B. Styrol, a-Methylstyrol
und Vinyltoluol, Vinylnitrile, z.B. Acrylnitril und Methacrylnitril, Vinylamide, z.B. Acrylamid, Methacrylamid
und N-Methylmethacrylamid, und Diene und Divinyle,
z.B. Butadien, Isopren, Divinylbenzol, Divinyläther und Diäthylenglykoldiacrylat. Bevorzugt von diesen copolymerisierbare
n Monomeren werden Vinylacetat, Methylmethacrylat, Äthylmethaerylat, Styrol, Acrylnitril, Acrylamid,
Divinylbenzol und Diäthylenglykoldiacrylat.
-Die Acrylatkautschuke können nach den bekannten Verfahren
der Emulsionspolymerisation (Latex), Suspensionspolymerisation, Lösungspolymerisation und Blockpolymerisation
hergestellt werden. Da es erwünscht ist, die Monomeren bis zu einem Umsatz von 90$ oder höher zu polymerisieren,
wird gewöhnlich die Emulsionspolymerisation und Suspensionspolymerisation
angewandt. Die Polymerisation kann cnargenweise durchgeführt werden, oder ein oder mehrere
Reaktionsteilnehmer können während der Polymerisation zudosiert werden. Die Polymerisationstemperatur liegt
zwischen etwa -10° und 100°C. Bevorzugt wird ein Bereich
von etwa 5 bis 800C.
Die Polymerisation kann durch freie Radikale bildendende Mittel ausgelöst werden. Als Beispiele solcher Mittel
seien genannt: Organische Peroxyde und Hydroperoxyde, z.B. Benzoylperoxyd, Dicumylperoxyd, Cumolhydroperoxyd
und Paramethanhydroperoxyd, die allein oder mit Redox-
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Systemen verwendet werden, Diazoverbindungen, z.B. Azobisisobutyronitril,
Persulfatsalze, z.B. Natrium-, Kalium- und Ammoniumpersulfat, die allein oder mit Redoxsystemen
verwendet werden, und Ultrajviolettlicht mit lichtempfindlichen Mitteln, z.'b. Benzophenon, Triphenyl-,phosphin
und organischen Diazoverbindungen.
Typische Emulsionspolymerisationsmedien enthalten ein Persulfatsalz oder ein organisches Peroxyd und gewöhnlich
ein Redoxsystem, Wasser, das/Säuren oder Basen auf einen gewünschten pH-Wert eingestellt und gewöhnlich mit anorgenischen
Salzen gepuffert ist, und bekannte anionaktive, kationaktive oder nichtionogene oberflächenaktive Verbindungen.
Die Polymerisation wird normal2rweise bis zu einem Umsatz
der Monomeren von etwa 90$ durchgeführt. Der hierbei erhaltene
Latex kann zur Isolierung des Polymerisats koaguliert werden. Die Koagulierung wird im allgemeinen nach
der Salz/Säure-Methode, durch Verwendung von mehrwertigen Metallsalzen wie MgSO., durch Verwendung von Alkoholen
wie Methanol und Isopropylalkohol oder durch Gefrieragglomerierung vorgenommen. Der Kautschuk wird dann gewöhnlich
mit Wasser gewaschen und getrocknet.
Die Acrylatkautschuke sind feste Elastomere mit einer ■ Viskosität in verdünnter Lösung (DSV) von mehr als 0,5,
gemessen an einer Lösung von 0,2 g Kautschuk in 100 ml
Benzol bei 250C Die Mooney-Viskosität des rohan Polymerisats
(ML-4 bei 1000C) beträgt 20 bis 100.
Pie Kautschuke werden mit Vulkanisations- und Verarbeitnngs-
- mitteln gemischt, wobei Zweiwalzenitiischer, Innenmischer wie
Banbury-Mischer, Extruder u.dgl. verwendet werden.
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Die Acrylatkautschuke, die Halogenatome und Carboxylgruppen
als Vulkanisationsstellen enthalten, können unter Verwendung bekannter Vulkanisationsmittel vulkanisiert werden.
Als Beispiele solcher Vulkanisationsmittel sind zu , j nennen: Seife-Schwefel-Systeme, z.B. Kalium- und Natrium- ;
stearat, Natriumacetat und Kaliumtartrat mit Schwefel oder Schwefeldonatoren, z.B. Dipen^amethylenthiuramhexasulfid,
Polyamine, z.B. Hexamethylendiamin, Triäthylendiamin und Triäthylentetraamin
und Salze von Ammonium mit Carbonsäuren,z.B. - Ammoniuinbenzoat, Ammoniumadipat und Ammoniumstearat, die
allein oder mit Alkylhalogeniden, z.B. Dodecyrbromid,
verwendet werden.
Es wurde nun^efunden, daß die Acrylatkautschuke gemäss der
Erfindung wirksam vulkanisiert werden können, wenn als Vulkanisationsmittel eine Nichte.lkalimetall-Oxyverbindung
und als Vulkanisationsbeschleuniger ein quaternäres Ammoniumsalz,
ein tertiäres Arain oder ein Guanidin verwendet wird.
Die Nichtalkalimetall-Oxyverbindungen sind Oxyde, Hydroxyde,
und Carbonate von mehrwertigem Barium (Ba), Blei (I>b),
Calcium (Ca), Magnesium (Mg), Strontium (Sr), .Kupfer (Cu),
Zinn (Sn), Eisen (Fe), Zink (Zn) und Cadmium (Cd). Bevorzugt als Nichtalkalimetall-Oxyverbindungen werden die Oxyde
und Hydroxyde von Barium, Blei, Calcium und Magnesium.
Die Verbindungen werden in einer Menge von etwa o,5 bis 2o Gew.-teilen, vorzugsweise in einer Menge von etwa 1 bis 1o
Gew.-teilen pro 1oo Gew.-teile des Acrylatkautschuks verwendet. Als Beispiele dieser Verbindungen seien genannt:
Bariumoxyd, Bariumhydroxyd, Bariumcarbonat, Bleimonoxyd, Bleidioxyd und rotes Bleioxyd, Bleiseijuioxyd, Bleihydroxyd,
Bleicarbonat, Calciumoxyd, Calciumhydroxyd, Calciumcarbonat,
Magnesiumoxyd, Magnesiumhydroxyd, Magnesiumcarbonat, Strontiumoxyd,
Kupfer(II)oxyd, Kupfer(II)-hydroxyd. Kupfer(II)-carbonat,
Dibutylzinnoxyd, Eisen(III)oxyd, Eisen(III)-hydroxyd.
Zinkoxyd, Zinkhydroxyd, Zinkcarbonat, Cadmiumoxyd und
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Cadmiumhydroxyd.
j Als Vulkanisationsbeschleuniger werden quaternäre Ammoniumsalze,
tertiäre Amine oder Guanidine in Mengen von etwa j o,1 bis 5 Gew.-teilen pro I00 Gew.-teile Acrylatkautschuk
5 verwendet. Bevorzugt werden Mengen von etwa o,3 bis 3 Gew.-■
teilen.
Die quaternären Ammoniumsalze sind Ammoniumsalze, in denen
; alle vier Wasserstoffatome durch organische Reste ersetzt
sind. Sie haben die Struktur
1o
"K
X"
in der R , R,, R und R, Kohlenwasserstoffreste mxt 1 bis
18 C-Atomen, z.B. Alkylreste, Arylreste, Alkarylreste und Aralkylreste sind, oder worin 2 oder 3 der Reste R , R, ,
Rc und R, mit dem Stickstoffatom einen Heterocyclus
bilden, der 3 bis 8 C-Atome, N-Atome, 0~Atome und/oder S-Atome enthält, wobei wenigstens zwei der Atome C-Atome
sind, und worin X ein Anion einer anorganischen oder organischen Säure ist, worin der saure Wasserstoff an Halogen
oder Sauerstoff gebunden ist. Vorzugsweise ist X ein Anion wie Cl", Br", i", HSO4", H3PO4", RCOO", ROSO3",
RSO3 1" , H2BO3" und ROPO3H" und R ein aliphatischer Alkylrest
oder Alkarylrest mit 1 bis 16 C-Atomen. Der aliphatische
Rest kann Äther-, Thioäther- und/oder Estergruppen enthalten. Er kann beispielsweise das Reaktionsprodukt einer
organischen Säure oder eines Alkohols mit Äthylenoxyd sein.
Als Beispiele geeigneter quaternärer Ammoniumsalze seien genannt:
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Tetramethylammoniumchlorid, Tetramethylammoniumbromid,
Trimethyläthylammoniumjodid, Trimethyl-Soja-Ammoniumchlorid,
Trimethylcetylammoniumbromid, Trimethyl-Soja-Ammoniumneodecanoat,
Trimethyl-Soja-Ammoniumtrimethylhexanoat, Trimethylbenzylammoniumbenzoat, Trimethyl- :
benzylammoniumchlorid, Trimethylbenzylammonium-p-toluolsulfonat,
Trimethyl-Soja-Ammoniumalkylbenzolsulfonat,
Dimethyläthylcetylammoniumchlorid, Dimethyloctylbenzylammoniumchlorid,
Dimethyloleylbenzylammoniumchlorid,
To Dimethyloctadecylbenzylarnmoniumchlorid, Dimethylphenyl-
Dimethyldibenzylainrnoniumbromid ben zylanunoniumbr omia,/Methyl at hy lpropylisobuty lanunonium-
- chlorid, (Tetradecyl)-trimethylanunoniumchlorid, Methylcetyldibenzylammoniumbromid,
Cetylpyridiniumchlorid, Dodecylpyridiniumbromid, Laurylpyridiniumsulfat, Trimethylbenzylanunoniumborat,
Trimethylbenzylammoniumhydrogenphosphat
und Trimethyl-soja-anunoniumalkylphenoxypoly(äthylenoxy)äthylphosphat.
Als tertiäre Amine eignen sich aliphatische und aromatische
Amine, cyclische Methylenamine und heterocyclische Amine. Als Beispiele solcher Amine sind Trimethylamin,
Triäthylamin, Triisopropylamin, Dimethylbutylamin, Tri-n-butylamin, Dimethylbenzylanan, Methyldibenzylamin,
Triäthanolamin, 2,4,6-Tri(dimethylaminomethyl)-phenol,
N-Methylpiperidin, N-Methylmorpholin, Triäthylendiamin,
Chinuclidin, Pyridin, 3-Äthyl-4-methylpyridin, 3-Phenylpropylpyridin und 4,4'-Dipyridy!propan zu nennen,
Bevorzugt als tertiäre Amine werden die cyclischen i-lethylenamine
und die heterocyclischen Amine mit 4 bis 8 Atomen im Ring und die tertiären aliphatischen Amine mit
3o 1 bis etwa 18 C-Atomen im aliphatischen Rest.
Die tertiären Amine können als Amin-Säure-Addukte verwendet werden. Indiaser Form kann erhöhte Sicherheit gegen
vorzeitige Anvulkanisation erzielt werden. Als Säuren kommen anorganische und organische Säuren infrage. Als
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-Ιο-Beispiele geeigneter Säuren sind Salzsäure, Phosphorsäure,
Laurylsulfonsäure, Benzolsulfonsäure, p-Toluolsulfonsäure,
Alkylbenzolsulfonsäure, aromatische Carbonsäuren, z.B. Benzoesäure und aliphatische Carbonsäuren, z.B.
Essigsäure, Propionsäure, Buttersäure, Hexansäure, 2-Äthylhexansäure, Dodecansäure, Octadecansäure und
Naphthensäure zu nennen. Bei Verwendung in Form von Amin-Säure-Addukten können zweckmässig starke tertiäre
aliphatische Amine, z.B. Trimethylamin und Triäthylamin, verwendet werden. Als Beispiele geeigneter tertiärer
Amin-Säure-Addukte seien genannt: Trimethylamin-Salzsäure-Adduk£ Trimethylamin-Phosphorsäure-Addukt, Trimethylamin-Benzoesäure-Addukt,
Triäthylamin-Buttersäure-Addukt, Triäthylamin-Dodecansäure-Addukt, Triäthylamin-Benzolsulfonsäure-Addukt,
N-Methylpiperidin-Laurylsulfonsäure-Addukt,
N-Methylpiperidin-Benzoesäure-Addukt, N-Methylpiperidin-2-Ä'thylhexansäure-Addukt,
Triäthylendiamin-Salzsäure-Addukt,
Triäthylendiamin-Octadecansäure-Addukt, Chinuclidin-Salzsäure-Addukt, 2,4,6-Tri-(dimethylaminomethyl)phenol-2-Äthylhexansäure-Addukt
und 3-Phenylpropylpyridin-Benzoesäure-Addukt.
Als tertiäre Amine können auch die Vorstufen von tertiären Aminen verwendet werden. Aminimide werden bei den Vulkanisationstemperaturen
zersetzt, wobei ein tertiäres Amin frei wird. Bei Verwendung in den Kautschukmischungen
gemäss der Erfindung gewähren die Aminimide eine größere Sicherheit gegen frühzeitiges Anvulkanisieren
und ermöglichen dennoch eine schnelle Vulkanisation. Als Beispiele dieser Verbindungen sind Bis-(trimethylamin)sebacinsäureimid,
Bis(dimethyl-2-hydroxypropylamin)-adipinsäureimid,
Dimethyl-2-hydroxypropylaminlaurinsäureimid
und Dimethyl-2-hydroxypropylaminstearinsäureimid zu nennen.
Als Beispiele geeigneter Guanidine sind Guanidin, Tetramethylguanidin,
Dibutylguanidin, Diphenylguanidin, Di-o-
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tolylguanidin, Dicyandiamid und die Reaktionsprodukte von Guanidinen mit Acylchloriden, z.B. 1,1,3,3-Tetramethyl-2-acetylguanidin
und 1,1,3,3-Tetramethyl-2-benzylguanidin
oder mit Isocyanaten, z.B. Tetramethylguanidin-Toluoldiisocyanat-Addukt und Diphenylguanidin-Phenylisocyanat-Addukt,
zu nennen. ,
Mit den Kombinationen von Metalloxyverbindung und Beschleuniger werden die Acrylatkautschuke wirksam vulkanisiert,
jedoch werden gewisse Kombinationen bevor-
To zugt, da mit diesen Kombinationen höhere Vulkanisationsgeschwindigkeiten und optimalere Eigenschaften der
Vulkanisate erzielt werden. Hinsichtlich der Vulkanisationsgeschwindigkeit werden die Metalloxyverbindungen
in der Reihenfolge Hydroxyd - Oxyd >Carbonat bevorzugt.
Ferner enthalten die Metalloxyde und -hydroxyde den höchsten Gewichtsanteil Metall pro Molekül. Bei
den ι Vulkanisationsbeschleunigern gilt hinsichtlich der Aktivität die folgende Reihenfolge: quaternäre
Ammoniumsalze > tertiäre Amine > Guanidine.
Das Vulkanisationsmittel und der Vulkanisationsbeschleuniger können mit dem Acrylatkautschuk unter Verwendung
von Banbury-Mischern, E.xtrudermischern, Zweiwalzenmischern und anderen bekannten Mischern nach
üblichen Verfahren gemischt werden.
Die Acrylatkautschuke können mit vielen anderen Zusätzen
für Kautschukmischungen gemischt werden. Als Beispiele solcher Zusätze seien genannt: Füllstoffe,
z.B. Ruße, Calciumsulfat, Aluminiumsilikate, Phenolformaldehyd- und Polystyrolharze, Asbest und Baumwollfasern.
Weichmacher und Streckmittel, z.B. organische Dialkyl-
und Diarylester, z.B. Diisobutyl-, Diisooctyl- und Dibenzylsebacat,
-acelat und -phthalat. Öle aus Erdöl, Rhizinusöl und Tallöl, Antioxydantien und Stabilisatoren,
zum Beispiel Phenyl-ß-naphthylamin, 2,6-
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Di-tert.-butyl-p-kresol, 2,2'-Methylen-bis-(4-äthyl-6-tert.-butylphenol),
2,2'-Thiobis-(4-methyl-6-tert»-butylphenol), 4f4'-Butyliden-bis-(6-tert.-butyl-mkresol),
Tris-(3,5-di-tert.-butyl-4-hydroxybenzyl)isocyanurat,
Tetrakis-methylen-3-(3f,5'-di-tert.-butyl-4'-hydroxyphenyl
)propionatmethan, Distearylthiodipropionat und
Tri(nonyliertes Phenyl)phosphit, und andere Zusätze, z.B. Pigmente, klebrigmachende Mittel, flammwidrigmachende
oder feuerhemmende Mittel und Fungizide.
\Die Kautschukmischungen gemäß der Erfindung werden bei
Temperaturen von etwa 121 bis 2320C vulkanisiert. Bevorzugt
wird ein Bereich von etwa 135 bis 2040C. Die Vulkanisationszeit
ändert sich umgekehrt mit der Temperatur und be trägt etwa 1 Minute bis 60 Minuten oder mehr. Die Polymerisate
können 3 bis 18 Stunden bei einer Temperatur- von etwa 149 bis 191 C nachvulkanisiert werden.
Die neuen Kautschukmischungen entwickeln schnelle und
stabile Vulkanisationen. Für die Vulkanisate werden der
Druckverformungsrest (an übereinander liegenden Scheiben) (ASTM D 395 V), die Zugfestigkeit und Dehnung (ASTM D 412)
und die Härte (ASTM D-676, Durometer A) bestimmt. Die Vulkanisationszeiten
wurden gemäss ASTM D 1646 mit einem Mooney-Viskosimeter bei 121°C mit grossem Rotor oder mit einem
Monsanto-Rheometer oder dem in der USA-Patentschrift ,
3 494 172 beschriebenen B.F.G.-Cone Curometer bestimmt.
Die Vulkanisate eignen sich für viele Zwecke, bei denen Wetterbeständigkeit, Einsatzmöglichkeit bei hohen Temperaturen
und Ölbeständigkeit erforderlich sind. Als Beispiele solcher Anwendungen sind Autoteile, die unter der
Haube verwendet werden, z.B. Dichtungen, Riemen und Schläuche, sowie im Freien verwendete Formteile, z.B.
Fensterdichtungen, Dichtungsmittel und Schläuche, zu nennen.
Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele weiter
_ erläutert.
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• -
Ein Polymerisat, das Äthylacrylat, n-Butylacrylat, Methacrylsäure und Vinylbenzylchlorid enthielt, wurde in
üblicher Weise durch Emulsionspolymerisation hergestellt, Der Polymerisationsansatz hatte die folgende Zusammen-
Setzung:
2400 g Wasser
1420 s
n-Butylacrylat
Äthylacrylat
Methacrylsäure *
Methacrylsäure *
Vinylbenzylchlorid " 20 g
Alkylphenoxypoly(äthylenoxy)äthylphosphat
(Gafac PE 510) . 35 g
Pplymerisierte Alkylnaphthalinsulfonsäure (Daxad 17) 9,5 g
Natriumsulfat 5,7 g
Diisopropylbenzolhydroperoxyd"' 2,8 ml
ρ \
Natriumformaldehydsulfoxalat ' . 3,6 ml
Natrium-Eisen(lII)-äthylendiamintetra-
essigsäure (Sequestrene NaPe) ' 2,0 ml
NS2O^ (0,2 Gew.-^ in V/asser) 15 ml
1:) 1,4 ml Katalysator in 10 ml Aceton 2) 5 Gew.-^ in Wasser
5) 5 Gew.-0Jo in Wasser
5) 5 Gew.-0Jo in Wasser
Das Alkylphenoxypoly(äthylenoxy)äthylphosphat wurde mit 200 g Wasser gemischt und auf pH 6,5 eingestellt. Das
Äthylacrylat, n-Butylacrylat, die Methacrylsäure und das Vinylbenzylchlorid wurden gemischt» In ein vorher evakuiertes
und mit Stickstoffgas gespültes Gefäß wurden 2200 g Wasser gegeben. Die Hälfte der Lösung des Alkylphenoxypoly(äthylenoxy)äthylphosphats
wurde zugesetzt, worauf 190 g der Monomerenlösung, die polymerisierte
Alkylnaphthalinsulfonsäure und das Natriumsulfat zuge-
509812/1006
ί -14-
geben wurden. Das Gemisch im Reaktor wurde auf 17UC ge-ι
. kühlt, worauf das Hydroperoxyd, das Natriumformaldehyd-
sulfoxalat, die Natrium-Eisen(III)-äthylendiamintetra-
! essigsäure und das Na0S9O. zur Auslösung der Reaktion
I c. c. °t
j 5 zugesetzt wurden· Die Polymerisationst.emperatur wurde
• bei etwa 20 bis 250O gehalten. Die restliche Monomerenlösung
wurde über einen Zeitraum von 7 Stunden in den
• Reaktor dosiert. Nach einer Polymerisationszeit von
• 3,5 Stunden wurde die restliche Hälfte der Lösung des
\ 1o Alkylphenoxy-poly(äthylenoxy)äthylphosphat zugesetzt.
Die Polymerisationszeit betrug insgesamt 10 Stunden. Der Umsatz von Monomerem zu Polymerisat lag über 95%. Die
Emulsion wurde mit einer 25%igen Lösung .von NaCl in
Wasser und mit Methanol koaguliert. Das isolierte Polymerisat wurde mit Wasser gewaschen und getrocknet. Es
bestand aus einem Kautschuk, das in rohem Zustand eine Mooney-Viskosität (Ml-4, 1000C) von 30 hatte.
Die Acrylatpolymerisate gemäss der Erfindung können leicht
nach üblichen Polymerisationsverfahren hergestellt werden. Ebenso leicht können die Polymerisate durch Suspensions-,
Lösungs- und Blockpolymerisation hergestellt werden. Ebenso wurden Acrylatpolymerisate, die andere halogenhaltige Monomere
und/oder andere Carboxylgruppen enthaltende Monomere enthalten, nach diesem Verfahren hergestellt.
25 Beispiel 2
Die Kautschukmischungen gemäss der Erfindung enthalten
1. einen Acrylatkautschuk, der Vulkanisationsstellen sowohl
an Halogenatomen als auch an Carboxylgruppen enthält, und
2. ein Vulkanisationssystem aus einer Nichtalkalimetall-
Oxyverbindung als Vulkanisationsmittel und einem quaternären Ammoniumsalz, einem tertiären Amin oder einem Guanidin
als Vulkanisationsbeschleuniger.
Kautschukmischungen, denen eines dieser wesentlichen Merkmale fehlt, ergeben Vulkanisate mit schlechten Eigenschaften
509812/1006
nach der Vulkanisation in der Presse. Dies wird durch das folgende Beispiel veranschaulicht.
Verschiedene Acrylatkautschuke, die als Vulkanisationsstellen nur Halogenatome, nur Carboxylgruppen bzw. sowohl
Halogenatome als auch Carboxylgruppen enthielten, wurden verwendet. Diese Kautschuke hatten die folgende Zusammensetzung
(ausgedrückt in Gew.-teilen der eingesetzten Monomeren) :
Kautschuk Äthylacrylat Methacrylsäure
A
B
B
99,2
98,3
98,3
98,1
o,8
o, 4
chlorhaltiges Monomeres
1,7 5-Chloracetoxymethyl-2-norbornen
1,5 Vinylbenzylchlorid
Diese Kautschuke wurden mit einer Nichtalkalimetall-Oxyverbindung
allein, einem quaternären Ammoniumsalz allein und einer Kombination der Metalloxyverbindung und des
quaternären Ammoniumsalzes vermischt. Die Proben hatten
die folgenden vollständigen Rezepturen:
5098 12/10 06
Kautschuk
cn ο cc
Ruß N
Acrowax C
TE )
100 100 100
100 100
octyliertes Diphenylamin
BaO
Trimethyl-soja-ammoniumchlorid
Kegel Viscurometer bei 177°C Mindestverdrehungskraft
Verdrehungskraft nach 12 Minuten A. Verdrehungskraft
a) Verarbeitungshilfsstoffe
b) kein Anzeichen einer Vulkanisation
65
2.0
16
20
65
1 1
2 0?7
11 1^b
65
65
1 1
1 1
2.0
65
1
1
1
1
0.7
Üb
65
1 1
2.0 0.7
12 28 16
100
65
1 .
2.0
46 29
100
65
1 1
0.7
100
■ 65 i
2Γ0 !
0.7 \
133 90
_ ι 7 —
Die Proben wurden in ein Kegel-Viscurometer bei 177°C
gegeben, worauf die Mindestverdrehungskraft und die 5/erdrehungskraft
nach 12 Minuten gemessen wurden. Je höher der Wert der Verdrehungskraft nach 12 Minuten und je höher
der Wert von At (12 Minuten-Verdrehungskraft minus
Mindestverdrehungskraft) ist, umso besser ist die Vulkanisation. Die Werte zeigen, daß ohne Rücksicht darauf,
welcher Kautschuk verwendet wird, nur geringe oder keine Vulkanisation eintritt, wenn nur das quatcrnäre Ammoniumsalz
verwendet wird (s. Proben 2, 5 und 8). Eine sehr geringe Vulkanisation des Kautschuks, der Vulkanisationsstellen an Carboxylgruppen enthielt (Kautschuk A) tritt
ein, wenn nur die Metalloxyverbindung verwendet wird (siehe Probe 1). Bei der Probe 7, die den Kautschuk mit Vulkanisationsstellen
sowohl an Carboxylgruppen als auch an Halogenatomen (Kautschuk C) und die Metalloxyverbindung enthielt,
fand eine geringe Vulkanisation statt. Keine Vulkanisation wurde bei der Probe 4 erreicht, die das Polymerisat,
das nur Vulkanisationsstellen an Halogenatomen - aufwies (Kautschuk B), und eine Metalloxyverbindung enthielt.
Die Proben 3, 6 und 9 enthielten ein Vulkanisationssystem, das sowohl aus einer Nichtalkalimetall-Oxyverbindung und
einem quaternären Ammoniumsalz bestand. Bei allen drei Proben wurde zumindest eine leichte Vulkanisation erreicht.
Die Probe 9 mit dem Kautschuk C, der Vulkanisationsstellen sowohl an Halogenatomen als auch an Carboxylgruppen
aufwies, zeigte bei weitem die stärkste Vulkanisation. Die Proben 3, 6 und 9 wurden weiter auf Zugfestigkeit,
Dehnung und Druckverformungsrest der Vulkänisate bewertet.
Die Vulkanisationsbedingungen und Eigenschaften sind in der folgenden Tabelle genannt.
50981 2/ 1006
Vulkanisaton 1o Min. bei 177°C (35o°F) |
38,7 55o |
41 58o |
137 195o |
Zugfestigkeit, kg/cm psig |
47o | 55o | 14o |
Dehnung, % | 6o | 65 | 71 |
Härte, Durometer A | |||
Druckverformungsrest, %
(7o Std. bei 149°C , übereinander liegende Scheiben) 1o9 91 53
(7o Std. bei 149°C , übereinander liegende Scheiben) 1o9 91 53
Diese Werte zeigen, daß ein Kautschuk, der Vulkanisationsstellen sowohl an Halogenatomen als auch an Carboxylgruppen
aufweist (Probe 9), eine schnelle-r vulkanisierende Mischung und ein Vulkanisat mit bedeutend besseren
Eigenschaften ergibt als ein Kautschuk, der nur eine der beiden Vulkanisationsstellen aufweist. Dieses Beispiel
veranschaulicht somit die Überlegenheit des verwendeten Kautschuks, des verwendeten Vulkanisationssystems und insbesondere
der Kombinationen gemäss der Erfindung.
2o Beispiel 3
Acrylatpolymerisate mit Vulkanisationsstellen sowohl an
Halogenatomen als auch an Carboxylgruppen wurden unter Verwendung von Bariumoxyd als Vulkanisationsmittel und
4,4'-Dipyridylpropan als Vulkanisationsbeschlouniger
vulkanisiert. Die verwendeten Kautschuke hatten die folgenden Zusammensetzungen (ausgedrückt in Gew.-teilen der
eingesetzten Monomeren:
D E F JL
Äthylacrylat 70 70 70 70
3o n-Butylacrylat 28.3 28.3 28.3 28.3
Methacrylsäure q.3 0.4 0.4 0.4
Vinylbenzylchlorid -j.[q 1.3 1.7
5-Chloracetoxymethyl-2- 1 - - 1.3 norbornen
35 Die Rezepturen und die Eigenschaften der Vulkanisate sind in der folgenden.Tabelle genannt:
50981 2/ 1006
Kautschuk
G
Ruß N 55o
Ruß N 881
BaO
4,4'-Dipyridylpropan
Vulkanisation 3o Min. bei
17o°C (3 38°F)
17o°C (3 38°F)
Zugfestigkeit, kg/cm
psig
Dehnung, %
Härte, Durometer A
Härte, Durometer A
Druckverformungsrest, %
(7o Std. bei 149°C mit
übereinander liegenden
Scheiben)
(7o Std. bei 149°C mit
übereinander liegenden
Scheiben)
2o Stunden bei 14 9°C nachvulkanisiert
Druckverformungsre.st, «
(7o Std. bei 149°C an
übereinander liegenden
5 Scheiben) 3o
(7o Std. bei 149°C an
übereinander liegenden
5 Scheiben) 3o
186o
100
55
20 2.5 0.5
20 2.5 0.5
121 172o 16o
67
100
100 | |
55 | 55 |
20 | 20 |
2.5 | 2.5 |
0.5 | .0,5 |
114
16
125
66
66
97
138O
35o
59
73
33
31
38
Diese Ergebnisse zeigen, daß die Vulkanisate gute physikalische Eigenschaften nach der Vulkanisation und ausgezeichnete
Eigenschaften in Bezug auf den Druckverformungsrest
nach der Vulkanisation und Nachvulkanisation haben.
3o Beispiel 4 ;
Der in Beispiel 3 beschriebene Versuch wurde wiederholt, wobei jedoch die Kautschuke E und G verwendet wurden und
die Vulkanisation unter anderen Bedingungen durchgeführt wurde. Die Zusammensetzung der Ansätze und die erhaltenen
35 Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle genannt:
5098 12/1006
-2ο-
Kautschuk
Ruß N 55ο
BaO
4,4'-Dipyridylpropan Vulkanisation 3o Min. bei 153°C
(3o7°F)
Zugfestigkeit, kg/cm
psig
Dehnung, %
Härte, Durometer A
1oo | - |
- | 1oo |
75 | 75 |
2,5 | 2,5 |
o,5 | o,5 |
1o5 | 127 |
15 oo | 18oo |
36o | 17o |
6o | 66 |
8 Stunden bei 177°C (35o°F)
nachvulkanisiert
2 15 Zugfestigkeit, kg/cm
psig
Dehnung, %
Härte, Durometer A
Härte, Durometer A
127 18oo |
139 198o |
2 oo | 12o |
65 | 7o |
Druckverformungsrest, % (7o Stunden bei 14 9°C, übereinander liegende
Scheiben)
Scheiben)
Vulkanisation 3o Min. bei 153°C 96 8 Stunden bei 177°C nachvulkanj.siert 42
79 34
Ein Acrylatkautschuk, der aus 3o Gew.-teilen Äthylacrylat, 7o Gew.-teilen n-Butylacrylat, o,43 Gew.-teilen Methacrylsäure
und 1,4 Gew.-teilen 5-Chloracetoxymethyl-2-norbornen hergestellt worden war, wurde unter Verwendung von
Bariumoxyd in verschiedenen Konzentrationen als Vulkanistionsmittel
und tertiären Aminen und eines quaternären Ammoniumsalzes als Vulkanisationsbeschleuniger in verschiedenen
Konzentrationen vulkanisiert. Die Zusammensetzung der Mischungen und die Eigenschaften der Vulkanisate
sind in der folgenden Tabelle genannt. Alle Proben
hatten gute Eigenschaften nach der Vulkanisation und Nachvulkani sation.
509812/1006
cn
co 00
_i
K)
O O
Kautschuk | Dehnung, % | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 1 | 77 |
Ruß N 55ο | Härte, Durometer A | 55 | 55 | 55 | 55 | 55 | 55 | • 55 | 55 | 55 | 11oo | |
Ruß N 881 | Druckverformungsrest, % | 20 | 20 | 20 | 20 | 20 | 20 | 20 | 20 | 20 | I65 | |
Acrowax Ca) | (7o Std. bei 14 9°C | 1.0 | 1.0 | 1.0 | 1.0 | 1.0 | 1.0 | 1.0 | 1.0 | 1.0 ' | 62 | |
BaO | 60 Min. bei 153°C (3o7°F) vulkanis. | 2.0 | 2.0 | 2.3 · | 2.3 | 2.5 | 2.0 | 2.0 | 2.3 | 2.0 | ||
Triäthylendiaxnin | 2o Std. bei 153°C nachvulkanis. | O.3 | 0.5 | 0.5 | 1.0 | 0.3 | — | « | _ | |||
N-Methylpiperidin , . | 0.5 . | 1.0 | Ο.95 | 72 | ||||||||
Dodecylpyridiniumbromid | - | - | - | - | - | 1.7 | 26 | |||||
60 Min. bei 153°C (3o7°F) vulkani | ||||||||||||
siert | ||||||||||||
Zugfestigkeit, kg/cm | 68 | 80 | 71 | 7o,3 | 7o,3 | 6o,5 | 67 | 7o,3 | ||||
psig | 97o | 114o | Ι0Ι0 | I000 | I000 | 860 | 95o | I000 | ||||
32Ü | 23Ο | 3IO | 3IO | 290 | 4oo | 36Ο | 325 | |||||
56 | 58 | "55 | 60 | • 51 | 55 | ■ 55 | 59 | |||||
89 | 76 | 91 | 89 | 85 | 92 | 86 | 87 | |||||
61 | 55 | 53 | 57 | 56 | 51 | 50 | • 51 |
5?
ω υ m
aj Verarbeitüngshilfsstoff
b) 5o Gew,-% auf gefällter hydratisierter Kieselsäure (HiSiI 233)
COl
Ein Acrylatkautschuk, der aus 78,ο Gew.-teilen Äthylacrylat,
2o,8 Gew.-teilen n-Butylacrylat, o,31 Gew.-teilen
Methacrylsäure und 1,1 Gew.-teilen Vinylbenzylchlorid hergestellt worden war (Monomerenansatz), wurde unter Verwendung
von BaO und eines N-Methylpiperidin/2-Äthylhexansäure-Addukts
vulkanisiert. Die Mischung bestand aus 1oo Teilen Kautschuk, 55 Teilen Ruß N 55o, 2o Teilen Ruß N
326, 1,o Teil Acrowax C, 2,ο Teilen BaO und 1,o Teil des
Addukts.Nach der Vulkanisation für 3o Minuten bei 153°C hatte das Vulkanisat die folgenden Eigenschaften: Zugfestigkeit
1o5 kg/cm (15oo psig), Dehnung 2oo %, Durometer A-Härte 6o, Druckverformungsrest 63 % (7o Stunden bei 149°C,
übereinander liegende Scheiben) . Nach der Nachvulkanisation für 2o Stunden bei 14 9°C ging der Druckverformungsrest
auf 35 % zurück.
Ein Acrylatkautschuk wurde aus 7o,1 Gew.-% n-Butylacrylat, 2o,8 Gew.-% Äthylacrylat, 7,7 Gew.-% Methoxyäthylacrylat,
o,3 Gew.-% Acrylsäure und 1,1 Gew.-% Vinylbenzylchlorid
(jeweils bezogen auf 1oo Gew.-% Monomereneinsatz) hergestellt.
Der Kautschuk wurde in den folgenden Mischungen vulkanisiert.
Kautschuk | Dehnung, % | Dehnung, % | 1oo | 1oo |
Ruß N 55o | Härte, Durometer A | Härte, ^rometer^8i2/1006 | 55 | 55 |
Ruß N 881 | 2o Std. bei 149°C nachvulkanis. | ο« | 2o | |
Acrowax C | Zugfestigkeit, kg/cm | 2 | 2 | |
BaO | psig | 2,ο | 2,ο | |
Dicyandiamid | 1.O | - | ||
N-Methylpiperidin/2-Äthylhexan- | ||||
säure-Addukt | 1,5 | |||
3o Min. bei 153°C vulkanisiert | ||||
Zugfestigkeit, kg/cm | 88 | 92 | ||
psig | 125o | 131o | ||
22o | 15o | |||
64 | 64 | |||
95 | 1o5 | |||
135o | 15oo | |||
15o | 13o | |||
7o | 68 |
Druckverformungsrest, %
{Ίο Std. bei 149°C) ;
{Ίο Std. bei 149°C) ;
nach der Vulkanisation 76 44
nach der Nachvulkanisation 43 27
Verschiedene Acrylatkautschuke wurden unter Verwendung . von BaO und Aminen oder quaternären Ammoniumsalzen vulkanisiert.
Die folgenden Kautschuke wurden verwendet: (H) 98 Teile Ä'thylacrylat, o,6 Teile Methacrylsäure und
1,6 Teile 5-Chloracetoxymethyl-2-norbornen;
(I) 97 Teile Äthylacrylat, o,6 Teile Methacrylsäure und
2,7 Teile 2-Chloräthylacrylat;
(J) 5o Teile n-Butylacrylat, 5o Teile Methoxyäthylacrylat,
o,24 Teile Methacrylsäure und 1,38 Teile Vinylbenzyl-Chlorid;
(K) 75 Teile n-Butylacrylat, 2 3,5 Teile Äthylacrylat, o,3 Teile Methacrylsäure und 1,2 Teile Vinylbenzyl-
chlorid.
Die Zusammensetzungen der Mischungen und die erhaltenen
Ergebnisse sind in der folgenden-Tabelle genannt:
50981 2/ 1 006
20 „ | 20 | . 20.-. | ■ 30 |
177 | 177 | 153 | 153 |
98 | 1o2 | 51 | 29 |
330' | 310 | 390 | 530 |
69 | 59 | 70. | 57 |
87 | 89 | 94 | 96 |
8 | 8 | - 20 . | 20 |
177 | 177 | 149 | 149 |
146 | 141 | 135 | 79 |
190 | 160 | 130 | 350 |
74 | 77 | 78 | 68 |
. 43 | 43 | ' 33 | 60 |
(HiSil 233) |
Kautschuk 1 2 3 _±_ _2- -Ξ- .. · -ί-
H 100 100. - - - '-
I 100 - - -
j ' „ ' 100 100 -100
κ -■-·-·.--- loo
Ruß ν 55ο 65 · 65 65 - · -55
Ruß N 326 75 · 75 75
Ruß N 881 _ - _■-·-.· 20
■i- Verarbeitungswachs · _ _ -' - - 2
OT BaO 2.5 2.5 2.5 0.5 0.8 1.2 1.8 >
> ° 3-Phenylpropylpyridin qJ$ _ _ _ - - -I
^" Jf* 3-Phenylpropylpyridin/Benzoesäure-Addukt J. 1.2- - ' - -
~p CO
,g 1^ Dodecylpyridiniumbromid - - 2.5a 0.5 0.5 · 0.5
b ^ Trimethylamin/Salzsäure-Addukt . -: - -
η ° Vulkanisation σ
co Zeit, Minuten
co Zeit, Minuten
Temperatur, 0C Zugfestigkeit, kg/cm Dehnung, %
Härte, Durometer A Druckverformungsrest, % (7o Std. bei 149°C)
Härte, Durometer A Druckverformungsrest, % (7o Std. bei 149°C)
Nachvulkanisation
Zeit, Stunden
Temperatur, 0C Zugfestigkeit, kg/cm
Dehnung, %
Härte, Durometer A Druckverformungsrest, % (7o Std. bei 14y°C)
Härte, Durometer A Druckverformungsrest, % (7o Std. bei 14y°C)
a) 5o Gew.-^ auf gefällter Kieselsäure
30 | 30 . | 40 | I |
153 | 153 | 154.4 | |
32 | 1o9 | 88 | - j- "~ JS· |
470 | • 28Ο ' | 270 | |
57 | • 62 | 58 | to |
96 | 76 | to | |
«0 | |||
20 | 20 | _ - | |
149 | 149 | ||
79 | 111 | ||
3Ö0 | 170 | ||
65 | ' 67 | ||
52 | 33 |
AlIe Proben vulkanisierten gut. Die Proben 4, 5 und 6
zeigen/ daß die Nichtalkalimetall-Oxyverbindung in niedrigen
Konzentrationen verwendet werden kann und dennoch gute nachvulkanisierte Vulkanisate erhalten werden. Bei
Verwendung von mehr als 1 Gew.-teil Metalloxyverbindung
werden ausgezeichnete Eigenschaften nach der Vulkanisation erzielt. Dieses Beispiel veranschaulicht zusammen mit den
Beispielen 2 bis 7 viele Variationen in der Zusammensetzung des Acrylatkautschuks, insbesondere in der Konzentration
und der Art des Acrylatmonomeren, des Carboxylgruppen
enthaltenden Monomeren und des chlorhaltigen .Monomeren, Variationen in der Konzentration der Nichtalkalimetall-Oxyverbindung
und schliesslich Variationen in der Konzentration und Art der als Beschleuniger ver-
wendeten Amine und quaternären Ammoniumsalze. ,
Verschiedene Acrylatkautschuke, die Vulkanisationsstellen
sowohl an Halogenatomen als auch an Carboxylgruppen aufwiesen, wurden unter Verwendung von Bleioxyd als Metalloxyverbindung
verwendet. Die Kautschuke hatten die folgende Zusammensetzung:
(L) 7o Teile n-Butylacrylat, 3o Teile Äthylacrylat, o,43 Teils Methacrylsäure und 1,4 Teile 5-Chloracetoxymethyl-2-norbornen;
(M) 96,7 Teile Äthylacrylat, o,6 Teile Methacrylsäure
(L) 7o Teile n-Butylacrylat, 3o Teile Äthylacrylat, o,43 Teils Methacrylsäure und 1,4 Teile 5-Chloracetoxymethyl-2-norbornen;
(M) 96,7 Teile Äthylacrylat, o,6 Teile Methacrylsäure
und 2,7 Teile 2-Chloräthylacrylat;
(N) 97,8 Teile Äthylacrylat, o,6 Teile Methacrylsäure und 1,6 Teile 5-Chloracetoxymethyl-2-norbornen.
509812/1006
cn ο cc oo
Kautschuk
Ruß N 55ο
Ruß N
Verarbeitungshilfswachs Acrowax C
PbO
Dodecylpyridiniumbromid
3-Phenylpropylpyridin
3-Phenylpropylpyridin/Benzoesäure-Addukt
Vulkanisation
Zeit, Minuten
Temperatur, °C Zugfestigkeit, kg/cm
Dehnung, %
Härte, Durometer A
Druckverformungsrest, % (7o Std. bei
149°C)
Nachvulkanisation
Zeit, Stunden Temperatur, 0C Zugfestigkeit, kg/cm
Dehnung, % Härte, Durometer A Druckverformungsrest, % (7o Std. bei 14 9°C).
a) 5o Gew.-% auf gefällter Kieselsäure.
100
55
1.0 2.4 1.5
100
100
fm | — | 100 | 100 |
55 | 65 | 65 | 65 |
20 | |||
l.o · | |||
2.4 | 2.5 | 2.8 | 2?8 |
2.5 | 2.5 |
0.8
1.2
30 153 |
30 153 |
30 153 |
127°7 | 6o | f 97 | -P- |
74 | 7o | 84 | 125 | 530 | ||
300 | 330 | 210 | 370 | 71 | ro CD |
|
54 | 54 | 55 | 60 | 100 | j | CO |
84 | 90 | 70 | 62 | 8 | CO | |
20 | 20 | 20 | 8 | 177 | 8 ^ | |
153 | 153 | 153 | 177 | 137 | 17f | |
83 | 93 | 94 | 13o | 140 | 88 \ | |
100 | 110 | 90 | 160 | 80 | 130 l | |
70 | 68 | 70 | 70 | 58 | 74 | |
39 | 38 | 36 | 21 | 65 | ||
I ι to
Die Ergebnisse zeigen, daß gute Eigenschaft nach der Vulkanisation und nach der Nachvulkanisation erzielt
werden, wenn eine BIeioxyverbindung, d.h. PbO, als Vulkanisationsmittel verwendet wird.
c Beispiel 1o '·-
j ,
Auf die in Beispiel 9 beschriebene Weise wurde ein Acrylatkautschuk der folgenden Zusammensetzung mit
rotem Bleioxyd vulkanisiert: 7o Teile Äthylacrylat, 28,3 Teile n-Butylacrylat, o,o6 Teile Methacrylsäure
und 1,6 Teile S-Chloracetoxymethyl^-norbornen. Die
Mischung hatte die folgende Zusammensetzung; 1oo Teile Kautschuk, 65 Teile Ruß N 55o, 5,o Teile Pb3O4
und 1,o Teil Dodecylpyridiniumbromid. Nach der Vulkanisation für 3o Minuten bei 177°C hatte das Vulkanisat
eine Zugfestigkeit von 112 kg/cm (I600 psig), eine Dehnung von 33o %, eine Durometer Α-Härte von
7o und einen Druckverformungsrest von 88 % (7o Std. bei 149°C). Nach der Nachvulkanisation für 8 Stunden
bei 177°C (35o°F) betrug die Zugfestigkeit 153 kg/cm2
(218o psig), die Dehnung II0 %, die Härte 73 und der
Druckverformungsrest 55 %.(7o Std. bei 177°C).
Ein Acrylatkautschuk, der Vulkanisationsstellen sowohl an Halogenatomen als auch an Carboxylgruppen aufwies,
(Kautschuk K von Beispiel 8) wurde uncer Verwendung von Bariumoxyd als Vulkanisationsmittel und einer
Vorstufe eines tertiären Amins als Vulkanisationsbeschleuniger vulkanisiert. Als Aminvorstufe wurde ein
Aminimid (Hersteller Ashland Chemical Company) verwendet.
Die Amitimide werden bei den Vulkanisationsteniperaturen
zu tertiären Aminen zersetzt. Ihre Verwendung in den Mischungen gemäss der Erfindung gewährt eine
größere Sicherheit bezüglich der frühzeitigen Anvulkanisation und ermöglicht dennoch eine schnelle Vulkanisation.
Die Mischung hatte die folgende Zusammen-
5098 12/1006
setzung: 1oo Teile Kautschuk, 55 Teile Ruß N 55o, 2o Teile Ruß N 881, 2 Teile Verarbeitungswachs, 1,8 Teile
Bariumoxyd und o,8 Teile des Aminimids, nämlich Bis(trimethylamin)sebacinsäureimid. Nach der Vulkanisation
für 4o Minuten bei 154°C (31o°F) hatte das VuI-kanisat eine Zugfestigkeit von 1o2 kg/cm^ (14 5o psig),
eine Dehnung von 2oo % ur.d eine Durometer Α-Härte von 61. Die Anvulkanisationszeit bei einem Anstieg der
Verdrehungskraft um 2 Einheiten (^t2) beträgt 8 Minu-■jo
ten oder ungefähr das Doppelte der Anvulkanisationszeit, die bei Verwendung eines freien tertiären Amins
typisch ist.
Um den weiten Bereich von verwendbaren Nichtalkalimetall-Oxyverbindungen
und tertiären Aminen, Guanidinen und quaternären Ammoniuirsalzen abzustecken und den Rahmen
der Erfindung zu stützen, wurde eine Prüf- oder Auswahlmethode entwickelt. Bei dieser Methode wird ein flüssiges
Acrylatpolymerisat verwendet, das alle Merkmale des festen Acrylatkautschuks gemäss der Erfindung hat,
d.h. den gleichen Gehalt an Acrylatmonomeren und (falls verwendet) copolymerisierbaren Monomeren und die gleichen
halogenhaltigen und Carboxylgruppen enthaltenden Monomeren enthält. Das niedrigmolekulare flüssige Polymerisat
kann unter Verwendung üblicher Rezepturen für die Emulsionspolymerisation und nach üblichen Emulsionspolymerisationsverfahren
hergestellt werden, außer daß tert.-Dodecylmercaptan als kettenmodifizierendes
Mittel in hohen Konzentrationen verwendet wird.
Das Auswahlverfahren besteht darin, daß man das flüssige Acrylatpolymerisat mit einer Iflichtalkalimetall-Oxyverbindung
und einem Vulkanisationsbeschleuniger, der aus tertiären Aminen, Guanidinen und quaternären Ammoniumsalzen
bestehenden Gruppe ausgewählt ist, mischt,
509812/1006
! "24 429 IT""
das Gemisch in ein grosses Reagenzglas füllt, das gefüllte Glas in ein bei 15o°C gehaltenes Ölbad stellt,·
einen Spatel aus nichtrostendem Stahl in das Glas steckt, den Spatel auf der Stelle dreht und die Zeit
bis zum Gelieren des Gemisches mißt. Eine kürzere Gelzeit zeigt eine schnellere Vulkanisation an.
Das für die Auswahlmethode verwendete Acrylatpolymere
besteht aus 48,8 Teilen Äthylacrylat, 48,8 Teilen n-Butylacrylat, o,49 Teilen Methacrylsäure und 1,95 Teilen
Vinylbenzylchlorid, wobei es sich um die in den Reaktor eingesetzten Gewichtsmengen der Monomeren handelt.
Das Polymerisat hat eine Viskosität (in bulk) von 72o ooo cP, gemessen bei 25°C unter Verwendung
eines Brookfield LVT-Viscosimeters bei o,6 UpM mit der Spindel Nr. 4. Die erhaltenen Ergebnisse sind in
der folgenden Tabelle genannt. Die Vulkanisationamittel
und Vulkanisationsbeschleuniger sind in Gew.-teilen
pro 1oo Teile Polymerisat angegeben.
509812/1006
Teile Vulkanisationsmittel Teile Vu.lkanisationsbeschleuniger
Gelzeit Min.
O
CD
OO
3,0 | Bariumoxyd |
6,0 | Il |
5,0 | Il |
3,0 | Il |
5,0 | Il |
5,0 | Il |
5,0 | Il |
5,0 | Il |
5,0 | Il |
5,0 | Il |
5,0 | Il |
5,0 | Il |
5,0 | Il |
5,0 | Il |
5,0 | 11 |
5,0 | M |
5,0 | Il |
5,0 |
U
$ |
5,0 | Bariumhydi |
5,0 | Il |
5,0 |
V
I |
4,0 | Bariumcar). |
1,0 1,0 0,5
P,5
o,5 o,5 2,o
o,5 Chinuclidin/Salzsäure-Addukt
M Il Il
Dodecylpyridiniumbromid
N-Methylpiperidin/Laurylsulfonsäure-Addukt
N-Methylpiperidin/Laurylsulfonsäure-Addukt
■ι μ H
Dicyandiamid
2,4,6-Tri(dimethylaminomethyl)phenol
Ii 11
2,4,6,-Tri(dimethylaminomethyl)phenol/2-Äthylhexansäure-Addukt
Tri-n-Butylamin
N-Methylmorpholin
N-Methylpiperidin
4,4'-Dipyridylpropan
Trimethyl-soja-ammoniumchlorid
(Tetradecyl)trimethylammoniumchlorid
N-Methylpiperidin/2-Äthylhexansäure-Addukt
Tetramethylguanidin/Toluoldiisocyanat-Äddukt
Tetramethylguanidin/2-Benzoylchlorid-Addukt
Trimethyl-soja-anunoniumchlorid
Triniethyl-soja-amrnoniumneodecanoat
Benzyl tr imet hy lanixnoniumalkylbenzo lsulfonat
Tetramethylguanidin/Toluoldiisocyanat-Addukt
N-Methylpiperidin/2-Äthylhexansäure-Addukt
Tetramethylguanidin/Toluoldiisocyanat-Äddukt
Tetramethylguanidin/2-Benzoylchlorid-Addukt
Trimethyl-soja-anunoniumchlorid
Triniethyl-soja-amrnoniumneodecanoat
Benzyl tr imet hy lanixnoniumalkylbenzo lsulfonat
Tetramethylguanidin/Toluoldiisocyanat-Addukt
17o 1o 17
I80
5o
3o
165
14 38
1o 36
11 1o
CD CO CO
CD CD CX)
O CD CO
5,ο | Bleimonoxyd | o,5 |
5,ο | •ι | o,5 |
5,ο | " | 1,o |
5,ο | Il | 1,o |
5,ο | Il | o, 6 |
5,ο | ■ι | 1/O |
5,ο | Calciumoxyd | o, 5 |
5,ο | Il | 1,o |
5,ο | Il | 1,o |
5,ο | Il | 1,o |
5,ο | Calciumhydroxyd | 1,o |
3,ο | Magnesiumoxyd | 1,o |
5,ο | Kupfer(II)-oxyd | 1,o |
1ο,ο | Zinkoxyd | 1#Q |
5,ο | Eisen (III)-oxyd | 1,o |
1ο, ο | Dibutylzinnoxyd | 1 ,o |
Trimethyl-soja-aitunoniumchlorid
Trimethyl-soj a-ammoniumtrimethylhexanoat
Trimethyl-soja-ammoniumneodecanoat
Benzyl tr imet hy lammoniumalkylbenzylsulfonat Benzyltrimethylammoniumborat
Benzyltrimethylammoniumhydrogenphosphat
Trimethyl-soja-ammoniumchlorid
Trime thyl-soj a-ammoni umneodecanoat
Benzyitrimethylammoniumhydrogenphosphat
Benzyltrimethylammoniumalkylbenzylsulfonat
Trimethyl-soja-ammoniumneodecanoat
Trimethy1-soja-ammoniumneodecanoat
Trimethyl-soja-ammoniumneodecanoat
1,o Dodecylpyridiniumbromid
73 | I CJ |
I | 4429 |
33o | I | ||
12 | |||
12o | |||
42 | |||
13 | |||
14 | |||
11 | |||
24 | |||
78 | |||
12 | |||
24 | |||
32 | |||
11o | |||
18o | |||
8 | |||
6o | |||
Claims (12)
- Patentansprüche(A) einen Acrylatkautschuk, bestehend im wesentlichen aus(a) etwa 4o bis 99,8 Gew.-% eines Acrylats derFormel ·0 CH2=CH-C-O-R'in der R1 ein Alkylrest mit 1 bis 18 C-Atomen, ein Alkoxyalkylrest, ein Alkylthioalkylrest oder ein Cyanalkylrest mit 2 bis etwa 12 C-Atomen ist,(b)etwa o,1 bis 3o Gew.-% eines halogenhaltigen yinylenkohlenwasserstoffs und/oder eines halogenhaltigen Monomeren, in deir die Halogengruppe um wenigstens 2 C-Atome von einem Sauerstoffatom entfernt ist,(c) etwa o,1 bis 2o Gew.-% eines Carboxylgruppen enthaltenden Monomeren und(d) bis zu 35 Gew.-% eines copolymerisierbaren Monomeren, das eine endständige Vinylidengruppe enthält, und(B) ein Vulkanisationssystem, bestehend im wesentlichen aus(a) einer Nichtalkalimetall-Oxyverbindung aus der aus Oxyden, Hydroxyden und Carbonaten von Barium, Blei, Calcium, Magnesium, Strontium, Kupfer, Zinn, Eisen, Zink und Cadmium bestehenden Gruppe und(b) einem Vulkanisationsbeschleuniger aus der aus quaternären Ammoniumsalzen, tertiären Aminen und Guanidinen bestehenden Gruppe.509812/1006
- 2. Acrylatkautschukmischungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Acrylatkautschuk aus(a) etwa 65 bis 99,6 Gew.-% eines Acrylats, in dem R1 ein Alkylrest mit 1 bis etwa 1o C-Atomen,oder ein Alkoxyalkylrest mit 2 bis etwa 8 C-Ätomen ist,(b) etwa o,2 bis 15 Gew.-% eines halogenhaltigen Monomeren, ;(c) etwa o,2 bis 1o Gew.-% eines Carboxylgruppen enthaltenden Monomeren und(d) bis etwa 1o Gew.-% eines copolymerisierbaren Monomeren, das eine endständige Vinylidengruppe enthält,enthalten.
- 3. Acrylatkautschukmisohungen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Nichtalkalimetall-Oxyverbindung (C) B^riumoxyd, Bariumhydroxyd, Bariumcarbonat, Bleimonoxyd, rotes Bleioxyd, Calciumoxyd, Calciumhydroxyd, Magr.esiumoxyd, Magnesiumhydroxyd, Kupfer(II)-oxyd, Zinkoxyd, Zinkhydroxyd, Eisen(III)-oxyd und/oder Dibutylzinnoxyd enthalten.
- 4. Acrylatkautschukmischungen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Acrylatkautschuk(A) enthalten, der als Bestandteil (a) Äthylacrylat, n-Butylacrylat, 3-Äthylhexylacrylat, Methoxyäthylacrylat und/oder Äthoxyäthylacrylat, als Beatandteil (b) Vinylchloracetat, Allylchloracetat, 2-Chloräthyiacrylat und/oder -methacrylat, 2-Chloräthylvinyläther, 3-Chlorpropylacrylat, Ghlormethylvinylketon, 4-Chlor-2-butenylacrylat und/oder -methacrylat, 2-Chloracetoxyäthylacrylat und/oder -methacrylat, Vinylbenzylchlorid, 5-Chlormethyl-2-norbornen und/oder 5-Chloracetoxymethyl-2-norbornen, als Bestandteil (c) Acrylsäure, Methacrylsäure und/oder Itaconsäure und als Bestandteil (d)509812/1006Vinylacetat, Methylmethacrylat, Äthylmethacrylat, Styrol, Acrylnitril, Acrylamid und/oder Diäthylenglykoldiacrylat enthält.
- 5. Acrylatkautschukmischung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Bestandteil (B) quaternäre Ammoniumsalze der Strukturin der R , R , R und R, Alkylreste, Arylreste, Alkarylreste und/oder Aralkylreste mit 1 bis 18 C-Atomen sind oder zwei oder drei der Reste R , R, , R und R . mit dem Stickstoffatom einen Heterocyclus mit 3 bis 8 C-, N-, 0- und/oder S-Atomen bilden, wobei wenigstens zwei dieser Atome C-Atone sind, und worin X ein Anion einer organischen oder anorganischen Säure ist, worin das saure Wasserstoffatom an ein Halogenatom oder Sauerstoffatom gebunden ist.
- 6; Acrylatkautschukmischungen nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß X ixi der Formel des quaternären Ammoniumsalzes für Cl", Br , I~, HSO. , H2PO4 , RCOO-, ROSO3", RSO3", H2BO3" oder ROPO3H" steht, worin R ein aliphatischer Alkylrest oder Alkarylrest mit 1 bis 18 C-Atomen ist.
- 7. Acrylatkautschmischungen nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie als quaternäres Ammoniumsalz Trimethyl-soja-ammoniumchlorid, Dodecylpyridiniumbromid, (Tetradecyl)trimethylammoniumchloria, Trimethyl-soja-ammoniumneodecanoat, Benzyltrimethylammoniumalkylbenzolsulfonat, Trimethyl-soja-ammoniumtrimethylhexanoat, Benzyltrimethylammoniumboroat und/ oder Benzyltrimethylammoniumhydrogenphosphat enthalten.509812/1006
- 8. Acrylatkautschukmischungen nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie als tertiäre Amine äli-; phatische Amine, aromatische Amine, heterocyclische Amine und/oder cyclische Methylenamine enthalten.
- 9. Acrylatkautschukmischungen nach Anspruch 1 bis 4 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie Addukte von tertiären Aminen und Säuren oder Vorstufen von tertiären Aminen als tertiäre Amine enthalten.
- 10. Acrylatkautschukmischungen nach Anspruch 1 bis 4 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie als tertiäre Amine 4,4'-Dipyridylpropan, Triäthyldiamin, N-Methylpiperidin, 3-Phenylpropylpyridin, Chinuclidin, 2,4,6-Tri(dimethylaminomethyl)-phenol, Tri-n-butylamin, N-Methylmorpholin und/oder Trimethylamin enthalten.
- 11. Acrylatkautschukmischungen nach Anspruch 1 bis 1o, dadurch gekennzeichnet, daß sie die Guanidine in Form von Guanidin/Acylchlorid-Addukten oder als Guanidin/ Isocyanat-Addukten enthalten.
- 12. Acrylatkautschukmischungen nach Anspruch 1 bis 1o, dadurch gekennzeichnet, daß sis als Guanidine Dicyandiamid und /oder Tetramethy!guanidin enthalten.50981 2/ 1 006
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