DE2819638B2 - Vulkanisierbare Halogenkautschuk-Mischungen - Google Patents
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- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
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Description
in der bedeuten X Chlor, Brom oder Jod, m eine Zahl
von 1 bis 5, R1 eine C1- bis Cs-Alkylgruppe, eine C5-bis Cg-Cycloalkyigruppe, oder die Phenylgruppe, R
eine Ci- bis Cs-AIkylgruppe, eine Cs- bis Ce-Cycloalkylgruppe, die Methoxyäthylgruppe, die Phenylgruppe oder die Benzylgruppe und η 0,1 oder 2, in
Mengen von 0,1 bis 20 Gewichtsteilen enthält, wobei alle angegebenen Mengen bezogen sind auf 100
Gewichtsteile des Halogenkautschuks.
2. Verfahren zum Vulkanisieren bzw. Vernetzen von Halogenkautschuk-Mischungen bestehend aus
mindestens einem Halogenkautschuk, mindestens einem silikatischen Füllstoff in Mengen von I bis 250
Gewichtsteilen, Magnesiumoxid und/oder Bleioxid in Mengen von 0 bis 15 Gewichtsteilen, Zinkoxid in
Mengen von 0,1 bis 15 Gewichtsteilen, Schwefel in Mengen von 0 bis 15 Gewichtsteilen, eine Fettsaure
wie Stearinsäure, Benzoe- oder Salicylsäure in Mengen von 0 bis 10 Gewichtsteilen, mindestens
einem Vulkanisationsbeschleuniger in Mengen von 0 bis 10 Gewichtsteilen, mindestens einem Weichmacher in Mengen von 0 bis 100 Gewichtsteilen,
mindestens einem Stabilisierungsmittel aus der Gruppe der Alterungsschutzmittel, Ermüdungsschutzmittel, Oxidationsschutzmittel, Lichtschutzmittel und Ozonschutzmittel in Mengen von 0 bis 10
Gewichtsteilen, RuO in Mengen von 0 bis 150 Gewichtsteilen und aus mindestens einem Organosilan durch nach der Verformung erfolgender
Erhitzung der Mischungen auf Temperaturen zwischen 100 und 200°C während einer von der
Erhitzungstemperaiur abhängigen Zeildauer zwischen I und 200 Minuten, dadurch gekennzeichnet,
daß als Organosilan mindestens eine Verbindung der allgemeinen Formel
gruppe oder die Benzylgruppe und η 0, 1 oder 2, in
Mengen von 0,1 bis 20 Gewichtsteilen verwendet wird, wobei alle angegebenen Mengen bezogen sind
auf 100 Gewichtsteile des Halogenkautschuks,
in der bedeuten X Chlor. Brom oder Jod. m eine Zahl
von I bis 5. R1 eine Ci- bis CYAlkylgruppe, eine CV
bis Ca-Cyiloalkylgruppe oder die Phenylgruppe, R
eine Ci- bis CYAlkylgruppe. eine Cs- bis CYCycloal·
kylgruppe, die Methoxyälhylgruppe, die PhenylDie Erfindung bezieht sich auf form- und vulkanisierbare Kautschuk-Mischungen, die als wesentliche Be-
standteile einen Halogenkautschuk, einen silikatischen Füllstoff, gegebenenfalls in Mischung mit Ruß, und ein
Vernetzungssystem für den Halogenkautschuk enthalten.
Es ist bekannt, daß mit Schwefel vulkanisierbare
Kautschuk-Mischungen, die einen höheren Anteil an
silikatischen Füllstoffen wie beispielsweise gefällte Kieselsäure enthalten sollen, als Mischungsbestandteil
unbedingt ein Silan benötigen, um den V"!kanisaten
ausreichend gute Eigenschaften zu erteilen. Solche
Silane sind zum Beispiel die hervorragend geeigneten,
aber einen relativ hohen Herstellungsaufwand erfordernden Bis-(aikoxysiiyiaikyi)-oiigosuifide wie beispielsweise das Bis-(triäthoxysilylpropyl)-tetrasuind.
Eine Alternative zu der getrennten Zugabe von
silikatischen Füllstoffen und Silanen zu den Kautschuk-Mischungen besteht in vorgängigem Mischen der
genannten Substanzen (US-PS 38 73 489).
Es ist auch schon eine vernetzbare Kautschuk-Mischung, welche schwefelhaltige Organosilane, bekannte
Vulkanisationsbeschleuniger und als Füllstoff einen silikatischen Füllstoff, aber keinen elementaren Schwefel enthält, bekannt (BE-PS 8 32 970).
Für Mischungen auf Basis von SBR- und EPDM-Kautschuken sind auch schon Mercaptosilane wie das
3-Mercaptopropyltrimeihoxysilan, Vinylsilane wie das
nopropyltriäthoxysilan bekannt geworden (Rubber
silikatische Füllstoffe enthaltenden Kautschuk-Mischungen auf Basis der ausgewählten Gruppe der
halogenhaltigen Kautschuksorten sehr wertvolle Vulkanisationsprodukte entstehen, wenn die Mischungen
bestimmte, auf einfache Weise herstellbare und leicht
verfügbare, halogenhalt ige Silane enthalten.
Gefunden wurden vulkanisierbare Halogenkautschuk-Mischungen aus mindestens einem Halogenkautschuk, mindestens einem silikatischen Füllstoff in
Mengen von I bis 250 Gewichtsteilen, Magnesiumoxid
so in Mengen von 0 bis 15 Gewkhtstrjen, Zinkoxid in
Mengen von 0,1 bis 15 Gewichtsteilen, Schwefel in Mengen von 0 bis 15 Gewichtsteilen, Stearinsäure in
Mengen von 0 bis 10 Gewichtsteilen, mindestens einem Vulkanisalionsbeschleuniger in Mengen von 0 bis IO
•Ά Gewichtsteilen, mindestens einem Weichmacher in
Mengen von 1 bis 100 Gewichtsteilen, mindestens einem Stabilisierungsmittel aus der Gruppe der Alterungsschulzmittel, Ermüdungsschutzmittel, Oxidationsschutzmittel, Lichtschutzmittel und Ozonschutzmittel in
Mengen von 0 bis 10 Gewichtsteileit, Ruß in Mengen von 0 bis 15 Gewichtsteilen und aus mindestens einem
Organosilan. Die Halogenkautschuk Mischung ist dadurch gekennzeichnet, daß sie als Organosilan mindestens eine Verbindung der allgemeinen Formel
hi X -Ch1Hm,-SiRnI(OR), „.
in der bedeuten X Chlor, Brom oder Jod, /;; eine Zahl
von I bis 5, R1 eine C,- his Ci-Alkylgruppe, eine Ci- bis
Ce-Cycloalkylgruppe oder die Phenylgruppe, R eine Cp
bis Cs-Alkylgruppe, eine Cs- bis Ce-Cycloalkylgruppe,
die Methoxyäthylgruppe, die Phenylgruppe oder die
Benzylgruppe und nO, 1 oder 2, in Mengen von 0,1 bis 20
Gewichtsteilen enthält, wobei alle angegebenen Mengen bezogen sind auf 100 Gewichtsteile des Halogenkautschuks.
Zu den Halogensilanen, die erfindungsgemäß in den
Halogenkautschuk-Mischungen in Mengen von 0,1 bis Gewichtsteilen, bezogen auf 100 Gewichtsteile des
Halogenkautschuks, zugegen sein müssen, zählen insbesondere folgende Silane:
Chlormethyltriäthoxysilan,
Brommethyltriäthoxysilan,
l-Chlor-l-methyl-methyl-trimethoxysiian,
2-Chloräthyltrimethoxysilan,
2- B romäthy Itrimethoxysilan,
2-Jodäthyltrimethoxysilan,
3-Brompropyltrimethoxysilan,
3-ChIorpropyltriinethoxysilan,
3-]odpropy(jrnmethoxysilan,
3-GhlorpropyfüiäthoxysiIan,
3-BrompropyItriäthoxysiIan,
3-JodpropyItriäthoxysilan,
2-Brom-r-methyl-äthyltripropoxysiIan,
2-JodäthyI-tri-n-butoxysiIan,
2-ChloräthyI-tri-2^methyl-prop<?Kysilan,
3-Brompropyl-tri-t-butoxysilan,
3-JodpropyltriisopropoxysiIan,
3-Brompropyltri-n-pentoxysilan,
2-ChloräthyI-tri-2'-äthyl-äthoxysiIan,
2-Brom-2'-melLyl-äthyIdimethoxyäthoxysilan,
3-]odpropylmethoxyäthoxyprofoxysilan,
3-ChlorpropyIdiinelhoxyiTiethyisiIan,
3-BrompropyldiäthoxyäthylsJlan,
3-Chlorpropyläthoxydiäthylsilan,
3-BrompropyI-tris-(r-methoxyäthoxy)-silan,
3-Chlorpropyldiäthoxyphenylsilan,
3-jodpropyldiniethoxycycIopentylsilan,
3-Brompropyl-di-n-profK)xy-cycIohexylsiIan,
3-Chlorpropyldicyclohexoxycyclohexylsilan,
S-Brompropyldiäthoxycycloheptylsilan,
3-ChlorpropyläthoxyphenyloxyäthylsiIan,
3-Jodpropylbenzyloxyäthoxyäthylsilan,
4-Chlor-n-butyltrimethoxysilan,
4- Brombutyltrimethoxysilan,
S-Chlor^'-methyi-propyltrimethoxysilan,
S-Chlor-J'-methyl-propylcyclooctyldipropoxysilan,
S-Chlor^'^athyl-propyldialhoxymethylsilan,
3-Brofn-3'*athyl'propyldinieihoxyniethylsilan,
3-Chlor-2'-methyl-propyldimethoxyphenylsilan,
5-Chlor-n-pentyltriä thoxysilan,
4-Brom-1 '-methyl-butylcyclooetoxy-
dimethoxysilan,
4-BΓom-2'-ft1ethyl■butyllriäthoxysilan,
2'Chlor-2'-meihyl'ä«hylirioctox>silanund
2-jOd-2''inethyl<äthyltrioctyloxysilan.
Zu den verwendbaren Halogenkautschuken zählen beispielsweise halogenierte Bulylkauischuke, insbesondere bromierie oder chlorierte Butylkautschuke, Chlorkaulschuke, Kaulschukhydrochloride und vorzugsweise
halogenierte Bulylkautschuke und insbesondere die Polymeren von 2-Chlorbutadien-l,3. Es kann auch
chlorsulfoniertes Polyäthylen eingesetzt werden.
Die nach der Erfindung verwendbaren .silikatischen
Füllstoffe, auch als Mischung von zwei oder mehr Füllstoffen, sind an sich in der Kautschuktechnnlogie
bekannte Füllstoffe. Dabei ist der Begriff »silikatischer
Füllstoff« ein weitgefaßter und bezieht sich auf mit
Kautschuken verträgliche bzw, in Kautschukmischungen einarbeitbare Füllstoffe, die aus Silikaten bestehen,
Silikate enthalten und bzw. oder Silikate im weitesten Sinne chemisch gebunden enthalten. Insbesondere
zählen zu den silikatischen Füllstoffen:
Hochdisperse Kieselsäure-Füllstoffe (Siliciumdioxid) mit spezifischen Oberflächen im Bereich von etwa 5 bis
1000, vorzugsweise 20 bis 40Om2Zg (mit gasförmigem
tu Stickstoff bestimmt nach der Methode gemäß BET) und
mit Primärteilchengrößen im Bereich von etwa 10 bis 400nm, die hergestellt werden können z.B. durch
Ausfällung aus Lösungen von Silikaten mit anorganischen Säuren, durch hydro'hermalen Aufschluß, durch
hydrolytische und bzw. oder oxidative Hochtemperaturumsetzung auch Flammenhydrolyse genannt, von
flüchtigen Siliciumhalogenide!! oder durch ein Lichtbogenverfahren. Diese Kieselsäuren können gegebenenfalls auch als Mischoxide oder Oxidgemische mit den
Oxiden der Metalle Aluminium, Magnesium, Calcium, Barium, Zink, Zirkon und/oder Titan vorliegen.
Synthetische Silikate, z.B. Aluminiumsilikat oder
Erdalkalisilikate wie Magnesium- oder Calciumsilikat,
mit spezifischen Oberflächen von etwa 20 bis 400 m2/g
und Primärteilchengrößen von etwa 10 bis 400 nm.
Natürliche Silikate, z. B. Kaoline, Tone und Asbeste
sowie natürliche Kieselsäuren wie beispielsweise Quarz und Kieselgur.
Glasfasern und Glasfasererzeugnisse wie Matten,
Stränge, Gewebe, Gelege und dergleichen sowie
Mikroglaskugeln.
Die genannten Silifeatfüllstoffe werden vorzugsweise
in Mengen von etwa 10 oder gegebenenfalls noch darunter bis zu etwa 250 Gewichtsteilen, bezogen auf
Γ) 100 Gewichtsteile des Kautschukpolymeren, eingesetzt.
Als Füllstoffmischungen können genannt werden Kieselsäure/Kaolin oder Kieselsäure/Glasfasern/Asbest sowie Verschnitte der silikathaltigen Verstärkerfüllstoffe mit den bekannten Gummiruße, z. B. Kiesel-
säure/ISAF-Ruß oder Kieselsäure/Glatoaierkord/HAF-RuB.
Erfindungsgemäß werden als silikatische Füllstoffe die hochdispersen oder aktiven Kieselsäuren vorgezogen, insbesondere die gefällten Kieselsäuren und
vorzugsweise in Mengen von 5 bis 150 Gewichtsteilen, bezogen auf* 100 Gewich Steile Kautschuk.
Ruß kann zusätzlich in den erfindungsgemäßen
Kautschuk-Mischungen zugegen sein, nicht nur zur Grau- oder Schwarzfärbung der Vulkanisate, sondern
so zur Erzielung von besonderen, wertvollen Vulkanisateigenschaften, wobei die bekannten Gummiruße vorgezogen werden. Der Ruß wird in Mengen von 0 bis 150
Gewichtsteilen, bezogen auf 100 Gewichtsteile Kautschuk, in den neuen Kautschuk-Mischungen eingesetzt.
Eine Untere Grenze mit der Zahl Null bedeutet im Rahmen der vorliegenden Erfindung, daß der Mischungsbestandteil in der Kautschukmischung vorhanden sein kann, aber nicht muß. Wenn Ruß in einer
Mischung zugegen ist, ist die untere Grenze praktisch
bei 0,1 Gewichtsteilen anzusetzen.
Für den Fall des Vorhandenseins von silikatischem Füllstoff und Ruß in den Kautschuk-Mischungen wird
der Gesamtfüllstoffgehalt, bezogen auf 100 Gewichtsteile Kautschuk, auf maximal 250 Gewichtsteile
h> begrenzt. Im allgemeinen kann man 150 Gewichtsteile
als obere Grenze ansehen.
Zur Vulkanisation benötigen die neuen Kautschukmischungen mindestens ein Vulkanisationsmittel für den
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entsprechenden Halogenkautschuk. Dafür kommen die Weitere sulfidische Triazin-Beschleuniger sind die
t;. in der Kautschuk-Technologie bekannten, die Vernet- polyüulfidischen oder oligosulfidischen Triazinderivate
[I zung oder Vulkanisation bewirkenden Mittel in Frage. und deren Polymere, die gemäß der DE-OS 20 27 635
[| Beispielsweise sind dies für die Polychjorbutadien-Kau- hergestellt werden und auch in der GB-PS 13 53 532
;" tschuke die bekannten Metalloxide wie Magnesium-, 5 offenbart sind.
:: siumoxid. sationsprodukte gesättigter oder ungesättigter aliphati-
sind die in der Kautschuk verarbeitenden Industrie Aminen, wie beispielsweise Butyraldehydanilin und
eingesetzten und meist für mehrere Kautschukarten io Butyraldehyd-butylamin. Andere basische Beschleuni-
verwendbaren Beschleuniger geeignet Es können in ger sind beispielsweise Guanidinderivate wie Diphenyl-
den neuen Halogenkautschuk-Mischungen aber auch guanidin und Di-o-tolylguanidin sowie Aminbeschleuni-
die speziellen Vulkanisationsbeschleuniger enthalten ger wie Hexamethylentetramin u. a. Zu den Thioharn-
sein. Zu den verwendbaren Vulkanisationsbeschleuni- stoff-Beschleunigern zählen beispielsweise der Thio-
gern zählen die Dithiocarbamat-, Xanthogenat- und 15 harnstoff selbst und die Diarylthioharnstoffe wie der
ger, wozu die Mercapto- und Sulfenamidbeschleuniger Vorzugsweise werden für die erfindungsgemäßen
rechnen, Aminbeschleuniger bzw. Aldehydaminbe- Halogenkautschuk-Mischungen die Beschleuniger der
schleuniger, basische Beschleuniger, zu denen beispiels- Thioharnstoffklasse wie beispielsweise der Äthylenthio-
k weise die Guanidinbeschleuniger und sonstige basische 20 harnstoff eingesetzt Es eignen sich aber auch besonders
g Beschleuniger zählen; siehe »Vulkanisation und Vulka- die Mischungen aus den Thio&tsnistoff-Beschleunigern
^ nisätionsnflfsmitteUv zusammenfassende Darstellung und den genannten Sulfenamiden, c^en Thiuramen oder
r* von Dr. W. Hofmann, Leverkusen (Verlag Berliner den Aminen oder Mischungen aus einem Thiuram- und
't Union, Stuttgart, 1965, Seiten 140 ff, insbesondere Seite einem Guanidinbeschleuniger, gegebenenfalls zusam-
··. 122) sowie — unabhängig von obiger Einteilung — die 25 men mit Schwefel als Vulkanisationsmittel.
!-] allgemeinen Vulkanisationsbeschleunigerklassen der Zur Vulkanisation der chlorsulfonierten Polyäthylene
' und Thioharnstoff-Beschleuniger. Zu den Thiurambe- feiner bzw. kleiner Teilchengröße, gegebenenfalls in
schleunigem rechnen im wesentlichen die Tetraalkyl- Kombination mit einem der genannten Thiazolbe-
,; bzw. Dialkyldiarylthiurammono-, -di- und -tetrasulfide 30 schleuniger und bzw. oder Thiurambeschleuniger wie
wie Dibenzothiazyldisulfid und bzw. oder Dipentamethy-
\t Tetramethylthiurammonosulfid, Ienthiuramtetrasulfid eingesetzt Als Alterungsschutz-
!,! Dipentamethylenthiurammonosulfid, 35 Zur Vulkanisation der Halogen- und insbesondere der
' -disulfid, -tetrasulfid und -hexasulfid, Chlorbutyl-Kautschake werden beispielsweise Zink-
nen Derivate der Dialkyl-, Alkylcycloalkyl- und 40 Die Beschleuniger werden erfindungsgemäß in
ter dieser Beschleunigerklasse sind das N-Pentamethy- von 0,2 bis 10 Gewichtsteilen, bezogen auf iOO
!" lenammonium-N'-pentamethylendithiocarbamat und Gewichtsteile des Halogenkautschuks. .
die Zinkdialkyldithiocarbamate. An sich bekannte Stabilisierungsmittel, insbesondere
vate der Alkyl- und Arylxanthogensäuren wie beispiels- Ermüdungsschutzmittel, der Oxidationsschutzmittel, der
weise das Zinkäthylxanthogenat Lichtschutzmittel und der Ozonschutzmittel sowie auch
das 2'Mercaptobeiizthiazol, 2-Mercaptoimidazolin, erfindungsgemäßen Kautschukmischungen zugegen
to- und Dimercaptotriazinderivaten (siehe zum Beispiel bezogen auf 100 Gewichtsteile des Halogenkautschuks.
zum Beispiel 2-Diäthanol-amino-4,6-bis-mercaptotri- die Halogenkautschukmischungen Weichmacher oder
azin und 2-Äthylamino-4-diäthylamino-6-mercapto-j· Wsichmacheröle enthalten, beispielsweise hocharoma-
triazin. 55 tische naphthenische oder paraffinische Weichmacher-
das 2-Diäthylamino-4,6'bis-(cyelohe?;yl- Weichmacheröl kann in weiten Grenzen schwanken, so
sulfenamido)-s-triazin, kann er mehr als 04 oder 5 Gewichtsteile betregen,
das2-Di-n-pröpylamino-4,6-bis-(N-tert-butyI- 60 insbesondere mehr als 10 bis etwa 100 Gewichtsteile.
sulfenamido)-s-triazin sowie Die genannten, erfindungsgemäß eingesetzten HaIo-
das N-Cyclohexyl^-benzthiazolsulfenamid. gensilane werden nach an sich bekannten Verfahren aus
dasBis-(2-äthylamino-4-diäthylamino- Halogensilanen durch katalytisch gesteuerte Anlage-
triazin-6-yl)-disulfid, 65 rung an einen eine C —C-Doppelbindung aufweisenden
das Bis-(2-methylamino-4-di-isopropylamino- Halogenkohlenwasserstoff (Hydrosilylierung) erhalten.
triazin-6-yl)-disulfid sowie Das bzw. die am Siliziumatom befindlichen Halogenato-
das Dibenzoth azyldisulfid. me werden sodann in ebenfalls bekannter Reaktion
beispielsweise durch Alkoholyse in Alkoxysilane umgewandelt.
Die neuen Halogenkautschuk-Mischungen enthalten vorzugsweise eine organische, bei Zimmertemperatur
feste Säure wie sie in der Kautschuktechnologie Verwendung finden in Mengen von 0,2 bis 10
Gewichtsteilen, bezogen auf 100 Gewichtsteile des Kautschuks, vorzugsweise Fettsäuren wie Stearinsäure
oder entsprechende Säuren der homologen Reihe, fei ner Benzoe- oder Salicylsäure.
Weiterhin müssen den erfindungsgemäßen Kautschukmischungen
Oxide von mehrwertigen Metallen, wie sie ebenfalls in der Kautschuktechnologie Verwendung
finden, in Mengen von 0,1 — 15 Gewichtsteilen,
bezogen auf 100 Gewichtsteile des Kautschuks hinzugefügt werden. Zu diesen Metalloxiden zählt in erster
Linie das Zinkoxid, insbesondere in feinteiliger und bzw. oder aktiver Form. Weiterhin sind gut verwendbar
Magnesiumoxid oder gegebenenfalls Bleioxid. Diese Oxide werden vorzugsweise in feinteiliger, aktiver oder
pulveriger Form eingesetzt. Auch Mischungen der Metalloxide können verwendet werden.
Die neuen Halogenkautschuk-Mischungen werden auf übliche Weise hergestellt. Vorgezogen wird ein
zweistufiger Mischzyklus. In der ersten Stufe werden in einer Knetvorrichtung bei Durchflußtemperaturen
zwischen 55 und 650C, vorzugsweise von 600C. folgende
Bestandteile gemischt:
Innerhalb der ersten Minute der Kautschuk und das Metalloxid, beispielsweise also das Polychlorbutadien
und das Magnesiumoxid;
innerhalb der dann folgenden anderthalb Minuten die Hälfte des silikatischen Füllstoffs und die
übrigen Füllstoffe;
innerhalb der darauf folgenden anderthalb Minuten die zweite Hälfte des silikatischen Füllstoffs, das
Verzeichnis der verwendeten Abkürzungen
ill Organosilan, der Weichmacher, z. B. das Weichmacheröl
und die übrigen Mischungsbestandteile mit Ausnahme des Beschleunigers und des Zinkoxids;
nach insgesamt vier und einer halben Minute wird die Mischung aus dem Kneter ausgefahren.
In der zweiten Mischungsstufe wird zu der Vormischung aus der ersten Mischungsstufe nun auf einem Walzenpaar bei einer Durchflußtemperatur von etwa 45 bis 55°C, vorzugsweise von 5O0C, das Zinkoxid und der (die) Beschleuniger hinzugemischt.
In der zweiten Mischungsstufe wird zu der Vormischung aus der ersten Mischungsstufe nun auf einem Walzenpaar bei einer Durchflußtemperatur von etwa 45 bis 55°C, vorzugsweise von 5O0C, das Zinkoxid und der (die) Beschleuniger hinzugemischt.
Dieses zweistufige Mischungsverfahren vermeidet das vorzeitige Anvulkanisieren der Mischung.
Industrielle Einsatzgebiete für die beschriebenen Kautschukmischungen und deren Vulkanisate sind
beispielsweise:
Technische Gummiartikel wie Kabelmantel, Schläuche. Heizschläuche. Treibriemen. Keilriemen, Förderbänder.
Walzenbelege, Dichtungen, elektrische Isolierungen. Auskleidungen. Imprägnierungen und Beschichtungen
von hitzebeständigen Geweben, Dämpfungs- und Vibrationselemente und dergleichen Artikel, an die
hohe Anforderungen hinsichtlich Temperatur- und bzw. Ölbeständigkeit gestellt werden. Die ausgezeichnete
Wirkung der Halogensilane der oben genannten allgemeinen Formel gerade in Halogenkautschuk
enthaltenden Mischungen bzw. Formmassen und deren Vernetzungsprodukten bzw. Vulkanisaten war sehr
überraschet.
Ohne die Erfindung einzuschränken, werden im folgenden einige beispielhafte Rezepturen für die neuen
Halogenkauischuk-Mischungen mit Prüfergebnissen, einschließlich der Vernetzungsprodukte, mit Auswertungen
bzw. Vergleichen dieser Ergebnisse gegeben. Darin wiederholen sich viele verschiedene Begriffe, so
daß folgende Abkürzungen verwendet werden.
Abkürzung Bezeichnung
Gemessen in
i~ Mooney-Scorch-Zeit (130 C)
r.is Mooney-Cure-Zeit (130 C)
ML 4 Mooney-Plastizität-Viskosität bei 100 C, Normalrotor, Prüfdauer: 4 Minuten
VT Vulkanisationstemperatur
ZF Zugfestigkeit
M 100 Spannungswert bei 100%
M 200 Spannungswert bei 200% und
M 300 Spannungswert bei 300% Dehnung (Moduli)
BD Bruchdehnung
E Stoßelastizität
SH Shore-A-Härte
A Abrieb (auch »DIN-Abrieb«)
A T Wärmebildung, Temperaturanstieg (siehe Seite 12: Goodrich Flexometer)
CS Druckverformungsrest (Compression Set B, 22 Stunden, 70 C)
Minuten
Minuten
Minuten
kp/cm2
kp/cm2
kp/cm2
kp/cm2
kp/cm2
kp/cm2
kp/cm2
mm3
C
C
Prüfungsnormen
Die physikalischen Prüfungen wurden bei Raumtemperatur nach folgenden Normvorschriften ausgeführt:
Zugfestigkeit, Bruchdehnung und
Spannungswert an 6 mm starken
Ringen DIN 53 504
Weiterreißwiderstand DIN 53 507
Sto3elastizität DIN 53 512
Shore-A-Härte
Spezifisches Gewicht
Mooney-Prüfung
Goodrich Flexometer
(Bestimmung der Wännebildung
= HeatbuiId-up.zlT)
Abrieb, auch DIN-Abrieb genannt
Bestimmung des Druckverformungsrestes von Gummi
Spezifisches Gewicht
Mooney-Prüfung
Goodrich Flexometer
(Bestimmung der Wännebildung
= HeatbuiId-up.zlT)
Abrieb, auch DIN-Abrieb genannt
Bestimmung des Druckverformungsrestes von Gummi
DIN 53 505
DIN 53 550
DIN 53 524
DIN 53 550
DIN 53 524
ASTM D 623-62 DIN 53 516
DIN 53 517
Die Vernetzungsprodukte bzw. die Prüflinge wurden in einer dampfbeheizten Stufenpresse bei den angegebenen
Vulkanisationstemperaturen und Heizzeiten (Vernetzungszeiten) hergestellt.
In den Beispielen sind die Mengen der Mischungsbestandteile
in Gewichtsteilen angegeben.
10
Die jeweils vorangestellten Vergleichsmischungen
sind mit dem Buchstaben »V« vor der Nummer gekennzeichnet. Die entsprechenden erfindungsgemäßen
Mischungen sind mit dem vorangestellten Buchstaben »E« gekennzeichnet.
Beispiel I
Es wurden drei Kautschuk-Mischungen aus folgenden Bestandteilen hergestellt
Mischung | ι·: Ii | [■: 1.2 | |
V 1 | |||
Polychlurhntiidicnkiuitschuk (Chlorgehalt etwa 38%; | 100 | 100 | |
Viskosität 40 bis 45 Mooney-Einheiten): | 100 | 4 | 4 |
Muan^ciiimnv irl fpint<»iliti | 4 | 1 | I |
Stearinsäure | I | ||
Vaseline (salbenartiges, reines KnhlenwasserstolTgemisch | I | I | |
aus Rückständen der Erdöldestillation) | 1 | 2 | 2 |
Phenyl-/J-naphthylamin | 2 | 50 | 50 |
Feinteilige gefällte Kieselsäure | 50 | 10 | η |
llocharomalisches Weichmacheröl | 10 | 2 | - |
3-Chlorpropyltriäthoxysilan | - | - | 2 |
2-Chloräthyltriäthoxysilan | - | 0,75 | 0,75 |
ÄthylenthioharnstofT | 0,75 | 5 | 5 |
Zinkoxid, feinteilig, aktiv | 5 | ||
Die Viskositätsbestimmung der Mischungen ergab folgende Werte:
Mischung
V 1
V 1
E 1.1
F. 1.2
ML 4
133
108
109
Nach der Formgebung der aus den Mischungen hergestellten Probestücke erfolgte die Vernetzung bei
155° C in 60 Minuten. Die Prüfungen ergaben folgende Werte:
Mischung | E 1.1 | E 1.2 | |
Vl | 202 | 195 | |
ZF | 172 | 24 | 24 |
M 100 | 19 | 60 | 56 |
M 200 | 37 | 104 | 100 |
M 300 | 60 | 525 | 520 |
BD | 703 | 26 | 27 |
E | 28 | 67 | 68 |
SH | 65 | 103 | 110 |
A | 132 | 10,2 | 16,9 |
CS 22 h/70 C | 30,1 | 22,6 | 27,4 |
CS 70 h/100 C | 44,0 | ||
Chlorsilane die Viskositäten der erfindungsgemäßen Kautschukmischungen E 1.1 und E 1.2 deutlich gegenüber
der Viskosität der Vergleichsmischung V I ohne Silan herabgesetzt werden. Das ist gleichbedeutend mit
einer Arbeitserleichterung. So benötigt man bei niedrigeren Viskositäten einen geringeren Energiearrwand
bei der Herstellung der Mischungen. Ohne Chlorsilanzusatz kann sogar der Fall eintreten, daß die
Mischungsbestandteile wegen zu hoher Viskosität nicht
4> zu einer homogenen Mischung verarbeitet werden
können.
Die Vernetzungsprodukte der erfindungsgemäßen Mischungen zeigen eine deutlich erhöhte Zerreißfestigkeit,
eine kräftige Erhöhung der Moduli, eine starke Verbesserung des Druckverformungsrestes »Compression
Set« und eine Verringerung des Abriebs. Alle genannten Meßwerte für die erfindungsgemäßen
Kautschuk-Mischungen bzw. deren Vernetzungsprodukte lassen eine bedeutende Verbesserung der
gummitechnischen Eigenschaften der Vernetzungsprodukte erkennen.
Aus den Werten für die Mooney-Viskositäten (ML 4) läßt sich erkennen, daß durch den Zusatz der
Von den acht folgenden Kautschuk-Mischungen sind vier erfindungsgemäße Mischungen und vier sind
Vergleichsmischungen. Die Vergleichsmischungen sind jeweils vorangestellt, und sie sind sogenannte Blindmischungen,
das heißt, sie enthalten kein Silan. Die erfindungsgemäßen Mischungen enthalten dagegen ein
Chlorsilan. Die vier Gruppen von jeweils zwei Mischungen enthalten vier verschiedene helle Füllstoffe.
Π 12
4,0 | 4.0 | 4,0 | 4,0 | 4,0 | 4,0 | 4,0 | 4,0 |
1,0 | 1.0 | 1,0 | 1,0 | 1,0 | 1,0 | 1,0 | 1,0 |
1.0 | 1.0 | 1,0 | 1.0 | 1,0 | 1,0 | 1,0 | 1.0 |
2.0 | 2.0 | 2,0 | 2,0 | 2,0 | 2,0 | 2,0 | 2.0 |
Polychlorbutadienkautschuk 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0
(Beispiel 1)
Magnesiumoxid, feinteilig Stearinsäure
Vaseline (siehe Beispiel 1) Alterungsschutzmittel Poly-2,2.4-trimethyl-1.2-dihydrochinolin
Feinteilig gefälltes Aluminiumsilikiit - 50,0 50,0
Gelallter heller VerstärkerfüllstulT, 50.0 50.0 - ■ -
im wesentlichen aus Kieselsäure bestehend (mittlere Primärteilchcngröße
etwa 25 nm;
Oberfläche nach BET 16 m7g)
Oberfläche nach BET 16 m7g)
KieselsäurefullstofT mittlerer Aktivität - - 50,0 50.0 -
(mittlere Primärteilchengröße etwa 85 nm;
Oberfläche nach BET 35 nr'/g)
Kaolin ______ I0O1O loO.O
(sogen, llardclay, luftgesichtet)
Hocharomatisches Weichmacheröl 3-Chlorpropyltriäthoxysilan
Äthylenharnstoff
Zinkoxid, feinteilig, aktiv
Zinkoxid, feinteilig, aktiv
Die Vernetzung der acht Mischungen erfolgte nach der Formgebung bei 155 C in 60 Minuten. Die Prüfung der
Vernetzungsprodukte ergab folgende Werte.
V 2 E2 V 3 F. 3 V4 E4 V5 C 5
0.0 | 10,0 | 10,0 | 10,0 | 10,0 | 10,0 | 10,0 | 10,0 |
2.0 | - | 2,0 | - | 2,0 | - | 2,0 | |
0,75 | 0,75 | 0,75 | 0,75 | 0,75 | 0,75 | 0,75 | 0,75 |
5,0 | 5,0 | 5,0 | 5,0 | 5,0 | 5,0 | 5,0 | 5,0 |
ZF | 63 | 117 | 64 | 97 | 59 | 96 | 95 | 125 |
M 100 | 28 | 35 | 21 | 25 | 24 | 31 | 33 | 66 |
M 200 | 46 | 83 | 34 | 56 | 44 | 76 | 45 | 120 |
M 300 | - | - | 47 | 85 | - | - | 56 | - |
BD | 270 | 270 | 390 | 360 | 280 | 240 | 557 | 225 |
E | 42 | 46 | 46 | 47 | 45 | 50 | 39 | 42 |
SH | 68 | 72 | 62 | 66 | 66 | 68 | 68 | 69 |
A | 202 | 139 | 280 | 224 | 229 | 157 | 323 | 272 |
CS 22 h/70 C | 11,9 | 5,5 | 9,5 | 5,5 | 7,3 | 4,9 | 40,2 | 10,7 |
AT | 65 | 54 | 54 | 46 | 59 | 47 | 67 | 75 |
Wie aus den Werten der obigen Tabelle 2 ersichtlich
ist, ergeben sich wiederum für die Veraetzungsprodukte Mischungsbestandteile Mischungen
aus den erfindungsgemäßen Mischungen E2bisE5 V6E6
bemerkenswerte Eigenschaftsverbesserungen, im glei-
chen Sinne wie die im vorangegangenen Beispiel ω
beschriebenen Verbesserungen. Chlorierter Butylkautschuk 100 100
(Chlorgehalt 1,1 bis 1,3%; Viskosität 51 bis 60 Mooney-
Beispiel 3 Einheiten)
Die folgende erfindungsgemäße Mischung enthält b5 Niedrigstrukturierter Furnace-Ruß 35 35
zum Unterschied von den vorangegangenen Mischun- (iruttlere Teilchengröße
gen ein Ruß/Kieselsäure-Gemisch als Füllstoff und etwa 50 nm;
hatte folgende Zusammensetzung. Oberfläche nach BETetwa30m2/g)
Fortsetzung
Mischungsbestandteile
Mischungen V (ι I- (,
!•"einteilige geRillte Kieselsäure 35
3-Chlorpropyl-triäthoxysilan
Stearinsäure I
Magnesiumoxid 2
2,2'-Methylen-bis-(4-mcthyl-6-terl.- 1
butylphenol
I locharomatisches Weichmacheröl 25
Zinkoxid, teinteilig, aktiv 5
Tetramethylthiuramdisuind 1
Dibenzothiazyldisulfid 2
35 2
Die Vernetzung der beiden Kautschuk-Mischungen
erfolgte nach der Verformung bei 165°C in 30 Minuten. Die Prüfung der Vernetzungsprodukte ergab folgende
Werte.
V7
F-: 7
25 S
ZF
M 300
BD
SII
CS 22 h/70 (
360
22,7
90
87
310
64
12,2
87
310
64
12,2
Die Verletzung erfolgte bei IbO0C in 60 Minuten. Die
Prüfung der Vernetzungsprodukte ?rgab folgende Werte.
V 6 | 75 | |
ZF | 62 | 39 |
M 300 | 29 | 500 |
BD | 57? | 50 |
SH | 49 | 9.2 |
CS 22 h/70 C | 17.7 | |
Aus den Werten zu der erfindungsgemäßen Mischung E 6 läßt sich ersehen, daß durch den Zusatz von nur
2 Gewichtsteilen 3-Chlorpropyltriäthoxysilan die wichtigsten
gummitechnischen Eigenschaften deutlich verbessert werden. So nimmt insbesondere der Druckverformungsrest
»Compression Set« von 17,7 auf 9,2% ab, was eine bemerkenswerte Verbesserung darstellt.
Die beiden folgenden Mischungen enthielten einen weiteren Halogenkautschuk und hatten die folgende
Zusammensetzung.
Mischungsbestandteile | V7 | E7 |
Bromierter Butylkautschuk | 100 | 100 |
Magnesiumoxid, feinteilig | 4 | 4 |
Stearinsäure | 1 | 1 |
Vaseline (siehe Beispiel 1) | 1 | 1 |
Alterungsschutzmittel PoIy- | 2 | 2 |
2,2,4-trimethyl-l,2-dihydrochinolin | ||
Feinteilige gefällte Kieselsäure | 50 | 50 |
Hocharomatisches Weichmacheröl | 10 | 10 |
3-Chlorpropyl-triäthoxysilan | - | 2 |
Äthylenthioharnstoff | 0,75 | 0,75 |
Zinkoxid, feinteilig, aktiv | 5 | 5 |
Die Vernetziingsprodukte aus der erfindungsgemäßen Mischung E 7 wiesen wiederum insbesondere eine
deutliche Modulerhöhung und eine beachtliche Verminderung des Druckverformungsrestes (Compression Set)
auf.
Die Erfindung bezieht sich auch auf das Verfahren zum Vulkanisieren bzw. Vernetzen der Halogennau-
>-> tschuk-Mischungen aus mindestens einem Halogenkautschuk,
mindestens einem silikatischen Füllstoff in Mengen von 1 bis 250 Gewichtsteilen, Magnesiumoxid
in Mengen von 0 bis 15 Gewichtsteilen, Zinkoxid in Mengen von 0,1 bis 15 Gewichtsteilen, Schwefel in
so Mengen von 0 bis 15 Gewichtsteilen, Stearinsäure in Mengen von 0 bis 10 Gewichtsteilen, mindestens einem
Vulkanisationsbeschieuniger in Mengen von 0 bis 10 Gewichtsteilen, mindestens einem Weichmacher in
Mengen von 0 bis 100 Gewichtsteilen, mindestens einem
j) Stabilisierungsmittel aus der Gruppe der Alterungsschutzmittel,
Ermüdungsschutzmittel, Oxidationsschutzmittel, Lichtschutzmittel und Ozonschutzmittel in
Mengen von 0 bis 10 Gewichtsteilen. Ruß in Mengen von 0 bis 150 Gewichtsteilen und aus mindestens einem
Organosilan durch nacii der Verformung erfolgender
Erhitzung der Mischungen auf Temperaturen zwischen 100 und 200° C während einer von der Erhitzungstemperatur
abhängigen Zeitdauer zwischen 1 und 200 Minuten. Dieses Verfahren ist dadurch gekrrnzeichnet,
daß in die Halogenkautschuk-Mischung als Organosilan mindestens eine Verbindung der allgemeinen Formel
X-CmH2m-SiR„'(OR)3-n,
in der bedeuten X Chlor, Brom oder Jod, m eine Zahl
von 1 bis 5, R1 eine Ci- bis C5-Alkylgruppe, eine C5- bk
Ce-Cycloalkylgruppe oder die Phenylgruppe, R eine Cibis Cs-Alkylgruppe, eine C5- bis Ce-Cycloalkylgruppe,
die Methoxyäthylgruppe, die Phenylgruppe oder die Benzylgruppe und η 0,1 oder 2, in Mengen von 0,1 bis 20
Gewichtsteilen enthält, wobei alle angegebenen Mengen bezogen sind auf 100 Gewichtsteile des Halogenkautschuks,
eingearbeitet und darin gleichmäßig verteilt wird.
Gleichfalls bezieht sich die Erfindung auch auf die Anwendung der halogenhaltigen Organosilane der oben
genannten allgemeinen Formel als Verst&rkungsadditiv in den beschriebenen vernetzbaren bzw. vulkanisierbaren
Kautschuk-Mischuneen.
Claims (1)
1. Vulkanisierbare Kautschuk-Mischungen bestehend aus mindestens einem Halogenkautschuk,
mindestens einem silikatischen Füllstoff in Mengen von 1 bis 250 Gewichtsteilen, Magnesiumoxid
und/oder Bleioxid in Mengen von 0 bis 15 Gewichtsteilen, Zinkoxid in Mengen von 0,1 bis 15
Gewichtsteilen, Schwefel in Mengen von 0 bis 15 Gewichtsteilen, eine Fettsäure wie Stearinsäure,
Benzoe- oder Salicylsäure in Mengen von 0 bis 10 Gewichts'.eilen, mindestens einem Vulkanisationsbeschleuniger in Mengen von 0 bis 10 Gewichtsteilen,
mindestens einem Weichmacher in Mengen von 0 bis 100 Gewichtsteilen, mindestens einem Stabilisierungsmittel aus der Gruppe der Alterungsschutzmittel, Ermündungsschutzmittel, Oxidationsschutzmittel, Lichtschutzmittel und Ozonschutzmittel in
Mengen von 0 bis 10 Gewichtsteilen, Ruß in Mengen von 0 bis 150 Gewichtsteilen und aus mindestens
einem Organosilan, dadurch gekennzeichnet, daß die Halogenkautschuk-Mischung als
Organosilan mindestens eine Verbindung der allgemeinen Formel
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---|---|
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Family
ID=6038680
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YU (2) | YU40552B (de) |
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