DE2905977C2 - Vulcanizable rubber compound with low sulfur excursion - Google Patents
Vulcanizable rubber compound with low sulfur excursionInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine vulkanisierbare Kautschukmischung mit geringem Schwefelausschlag.The invention relates to a vulcanizable rubber compound with low sulfur growth.
Bei der Herstellung von Gummiprodukten, wie Radreifen, Förderbändern usw. ist es oftmals erforderlich, Kautschuk mit Kautschuk oder Kautschuk mit anderem Material, wie Metall oder organischen Fasern, zu verbinden, wobei es allgemein bekannt ist, daß die Erhaltung der Klebfähigkeit des Kautschukmaterials von erheblicher Bedeutung für die Verarbeitbarkeit und Produktivität istIn the manufacture of rubber products, such as wheel tires, conveyor belts, etc., it is often necessary to mix rubber with rubber or rubber with other material, such as metal or organic fibers, to connect, it is well known that the Maintaining the adhesiveness of the rubber material is of considerable importance for the processability and Productivity is
Einer der Gründe, durch welchen die Klebfähigkeit des Kautschukmaterials verringert wird, ist das Auftreten von Fremdstoffen, welche eine geringere Klebfähigkeit als die Eigenklebfähigkeit des Kautschuks haben, und zwar in Teilen oder in der Gesamtheit des Klebebereichs des Kautschukmaterials infolge einer verlängerten Lagerzeit usw, wodurch eine Benetzungsfläche zwischen jedem klebend berührten MaterialOne of the reasons by which the adhesiveness of the rubber material is lowered is that Occurrence of foreign substances, which have a lower bond strength than the self-adhesive strength of the rubber have, in part or in whole of the adhesive area of the rubber material as a result of a extended storage time etc, creating a wetting area between each sticky material verringert wird, d. h. es tritt ein sogenanntes Ausblühen oder Rückwandern an die Oberfläche auf. Insbesondere vermindert das Rückwandern von als Vulkanisiermittel verwendetem Schwefel an die Oberfläche im beträchtlichen Maße die Klebrigkeit und Klebrigkeit des Kautschuks, so daß es bei Kautschukmischungen als unbedingt erforderlich und unabdingbar erscheint, eine derartige Rückwanderung von Schwefel an die Oberfläche zu verhindern.is decreased, d. H. so-called blooming occurs or migrate back to the surface. In particular, it reduces back migration as a vulcanizing agent sulfur used to the surface considerably reduces the stickiness and tackiness of the Rubber, so that it appears to be absolutely necessary and indispensable for rubber mixtures, a to prevent such back migration of sulfur to the surface.
Untersuchungen des Zustandes von Schwefel im Gummi während eines tatsächlichen Herstellungsverfahrens mittels eines Röntgenstrahlen-Mikroanalysators eines optischen Mikroskops, eines Elektronenmikroskops und eines Abtast-Elektronenmikroskops ergaben einen Erscheinungsmechanismus des Schwefelausschlags entsprechend den in nachstehender Tabelle aufgeführten einzelnen Bearbeitungsschritten:Investigations of the state of sulfur in rubber during an actual manufacturing process by means of an X-ray microanalyzer of an optical microscope, an electron microscope and a scanning electron microscope revealed a mechanism of appearance of the Sulfur excursion according to the individual processing steps listed in the table below:
Fcrmgebungs-
und Behandlungsschritte
Ambient
and treatment steps
29 (Erscheinungsraechanismus des
Schwefelausschlages) 29 (mechanism of appearance of
Sulfur rash)
Banibury-MischerBanibury mixer ,,
kalandern, /Temeratur-\calendering / temperature- \
extrudieren XErhöhungextrude X elevation
Was serkühlung,
Aufwickeln What cooling,
Winding up
Schrumpfen, SchneidenShrink, Cut
Stationäre
BehandlungStationary
treatment
<C.Stationär><C. Stationary>
(A)(A)
Beigemengter Schwefel (S)
wird im Kautschuk als 8-gliedriger ringförmiger
Schwefel (S„) gelöstAdmixed sulfur (S)
becomes more ring-shaped than 8-membered in rubber
Dissolved sulfur (S “)
(B)(B)
SQ in übersättigtem Zustand]
in KautschukS Q in supersaturated state]
in rubber
(C)(C)
Ansammlung von
übersättigtem
Sg an der Kautschukober flächei
(Kernbildung an
der Oberfläche)Accumulation of
oversaturated
Sg on the rubber surface
(Nucleation on
the surface)
Zusammenstoßcollision
durchby
Braunsche
ί Molekül cirjbewegung
oder
| AnsammlungBraunsche
ί molecule cirjbewegung or
| collection
von übeγ-Ι
sättigten-. S.
'innerhalb
j(innere Ktrnjbiidung) from übeγ-Ι saturated-. S.
'within
j (inner cladding)
im Kautschuk]
diffundiert zum
Oberflächenkern in rubber]
diffuses to the
Surface core
—1Ώ 1
Kristall^ —1Ώ 1
Crystal ^
wachstum
innerhalb
des Kautschuks growth
within
of rubber
Als Resultat intensiver Studien zur Steuerung des Schwefelausschlags auf der Basis der vorstehenden Feststellungen wurde festgestellt, daß der Schwefelaus- so schlag bisher durch Verwendung eines unlöslichen Schwefels (JP-PS 13 075/61) oder durch Verwendung eines Schwefelspenders (JP-PS 6 096/72 und 6 498/72) gesteuert wurde, so daß der beigemischte Schwefel soweit wie möglich daran gehindert wird, als 8gliedriger ringförmiger Schwefel (Se) im Kautschuk gelöst zu werden, wenn die Temperatur erhöht wird, oder im Kautschuk gelöst zu werden, wenn die Temperatur erhöht wird, oder im Kautschuk gelöster Se daran gehindert wird, in übersättigten Zustand zu gelangen und beim Überkühlen auszufällen, wenn man die Punkte (A) und (B) in der vorstehenden Tabelle beachtet. Da die Temperatur beim Übergang des unlöslichen Schwefels in S8 jedoch etwa 105-UO0C beträgt, muß die Geschwindigkeit beim Kalandern oder beim Extrudieren zwangsläufig so weit gesenkt werden, daß die Temperatur insbesondere beim Kalandern oder Extrudieren von hochelastischem Kautschuk nicht dieAs a result of intensive studies to control the sulfur rash on the basis of the above findings, it was found that the sulfur rash hitherto was achieved by using an insoluble sulfur (JP-PS 13 075/61) or by using a sulfur dispenser (JP-PS 6 096 / 72 and 6 498/72) so that the admixed sulfur is prevented as much as possible from being dissolved as 8-membered ring-shaped sulfur (Se) in the rubber when the temperature is increased or from being dissolved in the rubber when the Temperature is increased, or Se dissolved in the rubber is prevented from being over-saturated and precipitated when overcooling, if points (A) and (B) in the table above are observed. However, since the temperature at the transition of the insoluble sulfur in S 8 is about 105-UO 0 C, the speed during calendering or extrusion must inevitably be reduced to such an extent that the temperature, especially during calendering or extrusion of highly elastic rubber, does not reach the Übergangstemperatur überschreitet Infolgedessen sinkt nicht nur die Produktivität, sondern auch die Feinstverteilung des unlöslichen Schwefels selbst wird nachteilig zerstört. Andererseits ist die Verwendung eines Schwefelspenders ein Kostenproblem, so daß es bis zum heutigen Tage äußerst schwierig war, das Rückwandern von Schwefel an die Oberfläche in der Praxis effektiv zu steuern.Transition temperature exceeds As a result, not only productivity but also decreases Very fine distribution of the insoluble sulfur itself is disadvantageously destroyed. The other hand is the use of a sulfur dispenser posed a cost problem, so it has been extremely difficult to date to obtain that To effectively control the migration of sulfur back to the surface in practice.
Die Punkte (C) und (D) der vorstehenden Aufstellung werden durch die Stärke und die Bedingungen der Erregung und der Lagertemperatur usw. beschleunigt, und die Bildung des Schwefelkerns sowie das Wachstum von Kristallen an der Kautschukoberfläche als Schwefelausschlag sind ein Diffusionsprozeß, bei welchem der übersättigte Schwefel sich längs der Kautschukoberfläche bewegt oder innerhalb der Kautschukmischung wandert und sich sammelt sowie rund um den Kern anwächst.Points (C) and (D) of the above list are accelerated by the strength and conditions of excitation and storage temperature, etc., and the formation of the sulfur nucleus and the growth of crystals on the rubber surface as sulfur rash are a diffusion process in which the oversaturated sulfur moves along the rubber surface or within the rubber compound migrates and collects and grows around the core.
Es ist zwar auch schon bekannt (Kautschuk-Lexikon, 1966, Seite 137/131$), Natur- und/oder synthetischem Kautschuk Diäthylenglykolstearat als WeichmacherIt is also already known (Kautschuk-Lexikon, 1966, page 137/131 $), natural and / or synthetic Rubber diethylene glycol stearate as a plasticizer
zuzusetzen. Das hat aber die Probleme um den Schwefelausschlag einer Lösung bisher nicht nähergebracht to add. However, this has so far not brought the problems around the sulfur rash closer to a solution
Aufgabe der Erfindung ist es, die ursprüngliche Klebfähigkeit vulkanisierbarer Kautschukmischungen s auch bei längerer Lagerung bzw. über eine nachfolgende Verarbeitungszeit zu erhalten.The object of the invention is to restore the original adhesiveness of vulcanizable rubber mixtures to be preserved even after longer storage or over a subsequent processing time.
Diese Aufgabe wird gemäß ler Erfindung dadurch gelöst, daß die Mischung besteht aus Natur- und/oder synthetischem Kautschuk sowie als Vulkanisiermittel bezogen auf das Kautschukgewicht 0,5 bis 10 Gewichtsprozent Schwefel, 0,5 bis 100 Gewichtsprozent bezogen auf das Schwefelgewicht wenigstens eines einen H LB-Wert von 1 bis 8 aufweisenden, einen übersättigten Schwefel in der Kautschukmischung feinst verteilt is haltenden Tensids aus der Verbindungsgruppe Sorbitanoleinsäureester, Sorbitanstearinsäureester, Sorbitanpalmitinsäureester, Sorbitanlaurinsäureester und ggf. üblichen Zusätzen.This object is achieved according to the invention in that the mixture consists of natural and / or synthetic rubber and as a vulcanizing agent, based on the rubber weight, 0.5 to 10 percent by weight Sulfur, 0.5 to 100 percent by weight based on the sulfur weight of at least one H LB value of 1 to 8, a supersaturated sulfur is finely distributed in the rubber mixture holding surfactant from the compound group sorbitanoleinic acid ester, Sorbitan stearic acid ester, sorbitan palmitic acid ester, sorbitan lauric acid ester and possibly usual additives.
Die Erfindung nutzt hierbei die Erkenntnis, daß man die Verminderung der Klebfähigkeit am besten dadurch verhindern kann, daß man den Schwefel in feinst dispergierter Form in der Mischung festhält, d. h. die Diffusion des Schwefels an die Mischungsoberfläche unterbindet. Dieses Verhalten ist überraschend einfach durch eine Zumischung der im einzelnen angegebenen Tenside erreichbar, wobei andere Eigenschaften der Kautschukmischung aber nicht verschlechtert werden.The invention makes use of the knowledge that this is the best way to reduce the adhesiveness can prevent the sulfur from being retained in the mixture in a finely dispersed form, d. H. the Prevents sulfur from diffusing to the surface of the mixture. This behavior is surprisingly easy by adding the individually specified Surfactants can be achieved, but other properties of the rubber mixture are not impaired.
Wenn der HLB-Wert des Tensids unter 1 liegt, ist die Affinität zum Kautschuk so hoch, daß das Tensid kaum an der Grenzfläche zwischen Kautschuk und Schwefel adsorbiert wird und infolgedessen im Kautschuk gelöst wird, während die Affinität zum Kautschuk bei einem H LB-Wert über 8 so niedrig ist, daß die adsorbierte Tensidmenge infolge einer partiellen Adsorption an der Grenzfläche zwischen Kautschuk und Schwefel gering ist und ein stabiler Zustand für eine lange Zeitspanne nicht erzielbar ist. Bei einem Tensidzusatz von unter 0,1 Gewichtsprozent reicht die Tensidmenge nicht aus, um eine monomolekulare Adsorption an der Grenzfläche zwischen dem gesamten Schwefel und dem Kautschuk zu bewirken, während bei einem Tensidzusatz von mehr als 150 Gewichtsprozent die physikalischen Eigenschaften des Kautschuks nachteilig beeinflußt werden.If the HLB of the surfactant is less than 1, the The affinity for rubber is so high that the surfactant is hardly at the interface between rubber and sulfur is adsorbed and is consequently dissolved in the rubber, while the affinity for rubber at a H LB value above 8 is so low that the adsorbed Small amount of surfactant due to partial adsorption at the interface between rubber and sulfur and a stable state cannot be obtained for a long period of time. With a surfactant addition of less than 0.1 Percentage by weight, the amount of surfactant is insufficient for monomolecular adsorption at the interface between all of the sulfur and the rubber, while with a surfactant addition of more than 150 weight percent adversely affect the physical properties of the rubber.
Die Erfindung eignet sich insbesondere für all die Fälle, bei denen eine Erregungs- oder Anreizzeit der Gummioberfläche auf die Kühlung und die jeweiligen Anfangszeiten der Stillhalteschritte wie bei der Extrusion und beim Anrichten des Kautschuks beschränkt istThe invention is particularly suitable for all cases in which an excitation or stimulus time of Rubber surface on the cooling and the respective start times of the standstill steps as with the Extrusion and when serving the rubber is limited
Bei der erfindungsgemäßen Kautschukmischung können außer Schwefel auch ein anderes Vulkanisiermittel, ein Vulkanisierbeschleuniger, ein Vulkanisationsunterstützer, ein Weichmacher, ein Antoxidans, ein verstärkender Füller usw. je nach Wunsch ausgewählt und gemischt werden. Für die Kautschukmischung können alle Arten von synthetischem Kautschuk, wie beispielsweise Polyisopren-Kautschuk, Polybutadien-Kautschuk, Styrol-Butadien-Copolymer- Kautschuk, Acrylonitril-Butadien-Copolymer-Kautschuk. Äthylenpropylen-Copolymer-Kautschuk, Butyl-Kautschuk und alle anderen Kautschukarten verwendet werden.In the case of the rubber mixture according to the invention, in addition to sulfur, another vulcanizing agent, a vulcanization accelerator, a vulcanization promoter, a plasticizer, an antioxidant reinforcing filler, etc. can be selected and mixed as desired. For the rubber compound all types of synthetic rubber, such as polyisoprene rubber, polybutadiene rubber, Styrene-butadiene copolymer rubber, acrylonitrile-butadiene copolymer rubber. Ethylene propylene copolymer rubber, Butyl rubber and all other types of rubber can be used.
Das erfindungsgemäß der Kautschukmischung zugesetzte Tensid hat praktisch keinerlei Einfluß auf die physikalischen Eigenschaften von unvulkanisiertem und vulkanisiertem Kautschuk.That added to the rubber mixture according to the invention Surfactant has practically no influence on the physical properties of unvulcanized and vulcanized rubber.
Die Erfindung wird nachstehend anhand einiger Beispiele im einzelnen erläutertThe invention is explained in detail below with the aid of a few examples
Verschiedene Kautschukmischungen gemäß anhängender Tabelle 1 wurden geknetet, durch einen 6zölligen, kalten Tubus extrudiert, mit Wasser gekühlt, durch einen Schrumpfzug angereizt und dann 1 —3 Tage lang liegengelassen. Um den Zustand des Schwefelausschlages zu prüfen, wurden die Kautschukoberflächen durch ein optisches Mikroskop fotografiert und die Fläche des Schwefelausschlags durch einen Bildanalysator gemessen. Anschließend wurde das Ausschlagverhältnis bezogen auf die Kautschukoberfläche bestimmt. Die physikalsichen Eigenschaften verschiedener unvulkanisierter und vulkanisierter Kautschukmischungen wurden entsprechend den japanischen Normen JIS K 6300 und JlS K 6301 gemessen; die Ergebnisse sind ebenfalls in Tabelle 1 angegeben.Various rubber compounds according to the attached Table 1 were kneaded by a 6-inch, cold tube extruded, cooled with water, stimulated by a shrink tension and then 1 to 3 days left lying around for a long time. To check the state of the sulfur rash, the rubber surfaces were photographed through an optical microscope and the area of the sulfur rash through an image analyzer measured. The deflection ratio based on the rubber surface was then determined. The physical properties of various unvulcanized and vulcanized rubber compounds were measured in accordance with Japanese standards JIS K 6300 and JIS K 6301; the results are also given in Table 1.
Wie sich aus der Tabelle 1 ergibt, zeigen die erfindungsgemäßen Kautschukmischungen mit einem Tensid bezüglich des Schwefelausschlags eine wesentliche Verbesserung und sind die physikalischen Eigenschaften von unvulkanisiertem und vulkanisiertem Kautschuk praktisch nicht verändert wenn man diese Werte mit der Kautschukmischung vergleicht, welche kein Tensid enthielt.As can be seen from Table 1, show the rubber mixtures according to the invention with a Surfactant is a significant improvement in terms of sulfur rash and physical properties of unvulcanized and vulcanized rubber practically does not change if you change them Compare values with the rubber mixture which did not contain any surfactant.
Fortsetzungcontinuation
(Vergleichs- (Beispiel) (Beispiel) (Beispiel) (Vergleichs- (Beispiel) (Beispiel) beispiel) beispiel)(Comparative (example) (example) (example) (comparative (example) (example) example) example)
O, V ο η
O, V
') Ν,Ν'-diphenyl-p-phenylendiamin.') Ν, Ν'-diphenyl-p-phenylenediamine.
2) N-Oxydiäthylen-2-benzothiazylsulphenamid. 2 ) N-oxydiethylen-2-benzothiazylsulphenamide.
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