DE3210883C2 - Verfahren zur Herstellung von Diarylamin-Antioxidantien in Körnerform - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von Diarylamin-Antioxidantien in Körnerform

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Description

Die Erfindung betrifft das in den Patentansprüchen angegebene Verfahren zur Herstellung von Diarylamin-Antioxidantien in Körnerform, die sich durch die hervorragende Fließfähigkeit und Widerstandsfähigkeit gegen Zerbröckeln auszeichnen.
Bei Raumtemperatur feste Diarylamin-Antioxidantien wie N-Isopropyl-N′-phenyl-p-phenylendiamin, N-1,3-Dimethylbutyl-N′-phenyl-p-phenylendiamin, N,N′-Diphenyl-p-phenylendiamin, N,N′-Ditolyl-p-phenylendiamin, N-Phenyl-α-naphthylamin und dergleichen sind im Handel in Form von flocken- oder stäbchenförmigen Präparaten erhältlich. Alle diese Produkte neigen dazu, während des Transportes zu zerbröckeln und zu zerstäuben, was dazu führt, daß das Pulver während des Gebrauchs zerstreut wird, was die Arbeits- und Verarbeitungsbedingungen stark verschlechtert. Insbesondere bei Verbindungen mit niedrigem Schmelzpunkt wie N-1,3-Dimethylbutyl-N′-phenyl-p-phenylendiamin neigt bereits eine kleine Menge des Pulvers zur Agglomeration unter Bildung einer festen Masse, so daß es sich als notwendig erweist, das feine Pulver vom Produkt durch Sieben zu entfernen. Dies führt zu einer merklichen Ausbeuteverringerung und es ist erforderlich, den Schmelzpunkt der Oberfläche des Produktes zu erhöhen und das Produkt in feste Behälter zu füllen, um dessen Zerbröckeln während des Transportes zu verhindern.
In letzter Zeit wurde mehr und mehr zum automatischen Wiegen beim Kompoundierverfahren in der Reifenproduktion und anderen Kautschukindustrien übergegangen. Aufgrund dieser Entwicklung ergab sich die Notwendigkeit, die Antioxidantien kontinuierlich und in definierten Mengen zu wiegen und zuzuführen.
Ferner wurden Verbesserungen im Produktionsablauf eingeführt, wonach verschiedene Typen von Komponenten im voraus gleichförmig miteinander vermischt werden. Die üblichen bekannten Formen der Handelsprodukte, nämlich Schuppen oder Stäbchen, leiden jedoch unter mangelnder Fließfähigkeit, so daß deren Abwiegen und Zuliefern in konstanten Mengen schwierig ist, und außerdem haben sie eine recht schlechte Mischbarkeit in der Kompoundier-Vorbehandlung.
Die Verformung eines Antioxidans in körnige Gestalt ist mit Hilfe eines Verfahrens denkbar, bei dem das Antioxidans pelletisiert und danach mit Hilfe einer als "Marumerizer" bekannten Vorrichtung in Kornform überführt wird, oder mit Hilfe eines Verfahrens, bei dem das Antioxidans auf ein Flockenproduktionsband zur Verfestigung und Semiglobularisierung aufgetropft wird. Derartige Verfahren erfordern jedoch spezielle Apparaturen und zur Produktionssteigerung müssen teure Einrichtungen vorgesehen werden. Aus der JP-OS 05 3210/73 ist ein Verfahren zur Herstellung eines kornförmigen Produktes bekannt, bei dem eine organische Aminverbindung in aufgeschmolzenem Zustand tropfenweise zu einer wäßrigen Lösung einer hydrophilen, hochmolekularen Verbindung, z. B. Albumin, Methylcellulose, Gelatine, zugegeben und die dispergierten Partikel durch Kühlung unter Rühren verfestigt werden. Dieses Verfahren erfordert jedoch eine große Menge an hydrophiler, hochmolekularer Verbindung, was zu einer Qualitätsverschlechterung des Produktes führt, und bei Verwendung nur einer geringen Menge einer derartigen Verbindung ist die Ausbeute an körnigem Produkt sehr gering und das Produkt neigt zum Zerbröckeln unter Bildung großer Mengen eines feinen Pulvers.
In der JP-PS 62245/79 wird ein Verfahren beschrieben, bei dem eine organische, in der Kautschukindustrie verwendbare chemische Verbindung in Pulverform dispergiert und in Wasser, das 0 bis 30 Gew.-% eines organischen Lösungsmittels enthält, erhitzt wird, worauf die Verformung erfolgt. Diese Methode erfordert jedoch zwei Verfahrensstufen, nämlich eine, bei der das Produkt als Feststoff entnommen und pulverisiert wird, und die andere, bei der das Produkt angeteigt und danach getrocknet werden muß. Dieses Verfahren ist daher sehr zeit- und kostenaufwendig und es hat darüber hinaus den Nachteil, daß organische Lösungsmittel gebraucht werden.
Aus der JP-PS 39738/77 ist es auch bereits bekannt, ein polymeres Antioxidans in aufgeschmolzenem Zustand tropfenweise von einer Düse in eine wäßrige Lösung eines grenzflächenaktiven Mittels einzubringen und rasch zu kühlen und zu verfestigen in der wäßrigen Lösung. Dieses Verfahren ist jedoch auf die Verwendung von polymeren Antioxidantien beschränkt und der Durchmesser des Verfahrensproduktes wird durch den Typ der verwendeten Düse und den angewandten Druck bestimmt. Als besonderer Nachteil ist auch zu werten, daß die Verfestigung durch rasches Abkühlen eine unbedingte Voraussetzung zur erfolgreichen Durchführung dieses Verfahrens ist.
In der DE-OS 23 00 349, die die Priorität der GB-PS 14 03 231 beansprucht, wird ein Verfahren zur Isolation von Diarylaminen in fester Form beschrieben, wobei man das geschmolzene Diarylamin zu einem gerührten wäßrigen Medium, das ein oberflächenaktives Mittel enthält, zugibt. Die beschriebenen Diarylamine, insbesondere das N-Phenyl-β-naphtylamin, fallen jedoch nicht in einem konstanten Teilchendurchmesser an und neigen überdies zum Zusammenkleben von mehreren Teilchen aneinander.
Zur Behebung der aufgezeigten Nachteile wurde nach intensiven Studien das erfindungsgemäße Verfahren geschaffen, das kostensparend, in einfacher Weise und in guten Ausbeuten die Herstellung von für Kautschuks verwendbaren Diarylamin-Antioxidantien in Kornform mit konstantem Teilchendurchmesser ermöglicht, die eine ausgezeichnete Fließfähigkeit haben und gegen Zerbröckeln widerstandsfähig sind.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders wirksam zum Granulieren in Kugelform von monomeren Diarylamin-Antioxidantien, die eine langsame Verfestigungsgeschwindigkeit haben. Die Gestalt des Produktes, z. B. dessen Durchmesser, hängt in diesem Falle nicht vom Typ irgendeiner Düse oder dem angewandten Druck ab, sondern es wird in guter Ausbeute ein korn- oder kugelförmiges Produkt mit einem Durchmesser von etwa 1 bis 6 mm erhalten, je nach Kühlgeschwindigkeit und Intensität des Rührens.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind verschiedene Typen von grenzflächenaktiven Mitteln verwendbar, z. B. amphotere grenzflächenaktive Mittel vom Aminocarbonsäure- oder -salztyp (z. B. N-Alkylaminoalkylcarbonsäure, N,N-Dialkylaminoalkylcarbonsäure, N-Alkylamino-N,N-bis-alkylcarbonsäure oder deren Salze), vom 2-Alkyl-N-carboxyalkyl-N-hydroxyäthylimidazolinium-betain-Typ, vom N,N,N-Trialkyl-N-carboxyalkylammonium-betain-Typ, vom Imidazolinium-Typ und anionische grenzflächenaktive Mittel vom Alkyloylmethylaminocarboxylat-Typ, Alkylsulfat-Typ, Alkylarylsulfonat-Typ, Alkylnaphthalin-sulfonat-Typ, Sulfo-succinat-Typ, Polyoxyäthylenalkyl- (oder alkylaryl)-sulfat-Typ; kationische grenzflächenaktive Mittel vom Tetraalkyl-ammoniumchlorid-Typ, Benzyltrialkylammoniumchlorid-Typ, Polyoxyäthylen-alkylamin-Typ, Alkylaminsalz-Typ und nichtionogene grenzflächenaktive Mittel vom Polyoxyäthylen-alkylphenoläther-Typ, Polyoxyäthylen-acylester-Typ, Fettsäurealkylolamid-Typ, Fettsäurealkylolamidäthylenoxid-Additionsprodukttyp.
Konkrete Beispiele für derartige grenzflächenaktive Mittel sind die folgenden:
Amphotere grenzflächenaktive Mittel:
N-Lauryl-N,N-dimethyl-α-carbonsäure-betain, N-Tetra- decyl-N,N-dimethyl-α-carbonsäure-betain, Alkalisalze von N-Tetradecylamino-N,N-bis-propionsäure, N,N-Dilaurylaminopropionsäure, N-Lauryl-β-aminopropionsäure, N-Laurylamino-N,N-bis-propionsäure und dergleichen, 2-Lauryl-N-carboxymethyl-N-hydroxyäthylimidazolinium-betain, 2-Tetradecyl-N-carboxyäthyl- N-hydroxyäthylimidazolinium-betain.
Anionische grenzflächenaktive Mittel:
Natriumsalz von N-Lauroyl-N-methyl-β-alanin, Natriumsalz von Cocoylsarcosin, Ammoniumlaurylsulfat, Natriumdodecylbenolsulfonat, Natriumdodecylnaphthalinsulfonat, Natriumdioctylsulfosuccinat, Natriumpolyoxyäthylenlauryläthersulfat, Natriumpolyoxyäthylen-nonylphenoläthersulfat.
Kationische grenzflächenaktive Mittel:
Lauryltrimethylammonium-chlorid, Stearyltrimethylammonium-chlorid, Cocoylbenzyldimethylammonium-chlorid, Laurylpicolinium-chlorid, Polyoxyäthylenlaurylamin, Laurylaminacetat.
Nichtionogene grenzflächenaktive Mittel:
Polyoxyäthylen-lauryläther, Polyoxyäthylen-nonylphenyläther, Laurinsäure-diäthanolamid, Additionsprodukt von Cocosnußölfettsäure-monoäthanolamid und Äthylenoxid-Additionsprodukt, Polyäthylenglycol-monooleat.
Diese grenzflächenaktiven Mittel werden für sich allein oder als Gemisch aus zwei oder mehr Verbindungen angewandt. Von den angegebenen Verbindungen haben amphotere grenzflächenaktive Mittel Vorteile in der Anwendung aufgrund ihrer breiten Toleranzgrenzen im Gebrauch, d. h. aufgrund der Leichtigkeit, mit der sich die Teilchengröße steuern läßt und mit der die Partikel am Anhaften an der Instrumentenwand oder am Rührer gehindert werden können.
Wird zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens das Diarylamin-Antioxidans im aufgeschmolzenen Zustand zu einer wäßrigen Lösung eines grenzflächenaktiven Mittels unter Rühren zugegeben, so wird das schmelzflüssige Antioxidans in Form von korn- oder kugelförmigen Partikeln bis zu deren Verfestigung dispergiert, so daß eine Agglomeration der dispergierten Partikel durch gegenseitiges Anhaften aneinander verhindert wird. Auf diese Weise wird das Antioxidans in korn- oder kugelförmige Formkörper überführt und die Bildung von feinen Partikeln wird auf minimale Mengen beschränkt. Ferner wird auch eine auf das Anhaften an der Instrumentenwand und/oder dem Rührer zurückzuführende Erniedrigung der Ausbeute unterdrückt.
Die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens angewandte Menge an grenzflächenaktivem Mittel beträgt in der Regel etwa 0,001 bis 5 Gew.-% und vorzugsweise etwa 0,01 bis 2 Gew.-% der wäßrigen Lösung.
Bei den erfindungsgemäß verarbeiteten Diarylamin-Antioxidantien handelt es sich um bekannte derartige Verbindungen, die bei Raumtemperatur fest sind, und so werden N-Isopropyl- N′-phenyl-p-phenylendiamin und N-1,3-Dimethylbutyl-N′-phenyl-p-phenylendiamin eingesetzt.
Der pH-Wert der wäßrigen Lösung kann verschieden sein je nach Typ des verwendeten grenzflächenaktiven Mittels und des eingesetzten Diarylamin-Antioxidans, doch liegt er in der Regel im Bereich von etwa 5 bis 13, vorzugsweise im Bereich von etwa 6 bis 10.
Die Temperatur der wäßrigen Lösung ist dann zufriedenstellend, wenn sie unterhalb des Verfestigungspunktes des eingesetzten Diarylamin-Antioxidans liegt. Die Kühlgeschwindigkeit und die Intensität des Rührens können beliebig verändert werden, wodurch die Teilchengröße der dispergierten Partikel gesteuert werden kann.
Die Zugabe von Impfkristallen zu der wäßrigen Lösung oder in das schmelzflüssige Diarylamin-Antioxidans erweist sich als wirksam zur Beschleunigung der Verfestigungsgeschwindigkeit.
Die Art der Zugabe des aufgeschmolzenen Diaryalamin-Antioxidans in die wäßrige Lösung ist nicht sonderlich beschränkt und das Antioxidans kann sowohl langsam als auch rasch zugesetzt werden.
Das Gewichtsverhältnis des aufgeschmolzenen Diarylamin-Antioxidans zur wäßrigen Lösung beträgt etwa 14 bis 30 Gew.-%, ausgedrückt als Aufschlämmungs-Konzentration des gebildeten kornförmigen Produktes.
Erforderlichenfalls kann erfindungsgemäß ein Schaumverhütungsmittel zur wäßrigen Lösung zugegeben werden. Ferner können auch verschiedene Typen von grenzflächenaktiven Mitteln in Kombination angewandt werden, um die speziellen Eigenschaften jedes grenzflächenaktiven Mittels wirksamer zur Geltung zu bringen. Ferner können auch andere Chemikalien zugesetzt werden, um die Funktion des Diarylamin-Antioxidans zu verbessern und/oder um auf diese Weise dem Antioxidans eine andere Funktion zu verleihen.
Auf diese Weise wird das schmelzflüssige Diarylamin-Antioxidans in der wäßrigen Lösung dispergiert in Form von dispergierten Partikeln des gewünschten Durchmessers. Nach der Abtrennung der verfestigten kornförmigen Partikel aus der wäßrigen Lösung und dem Waschen und Trocknen der abgetrennten Partikel wird in guter Ausbeute ein kornförmiges Verfahrensprodukt mit einem Durchmesser von etwa 1 bis 6 mm erhalten, das eine ausgezeichnete Fließfähigkeit und Widerstandsfähigkeit gegen Verklumpung und Zerbröckelung hat und zur kontinuierlichen Einspeisung in abgewogener Form und zum gleichförmigen Kompoundieren hervorragend geeignet ist.
Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung, wobei Teile Gewichtsteile bedeuten.
Beispiel 1
100 Teile N-1,3-Dimethylbutyl-N′-phenyl-p-phenylendiamin in aufgeschmolzenem Zustand wurden zu einer wäßrigen Lösung von 40°C zugegeben, die aus 500 Teilen Wasser und 0,5 Teilen N-Lauryl-N,N-dimethyl-α- carbonsäure-betain bestand. Durch 40 min langes Rühren bei Raumtemperatur wurden die dispergierten Partikel vollständig verfestigt. Nach dem Filtrieren, Waschen und Trocknen wurden 98 Teile eines kornförmigen Produktes erhalten, das ausgezeichnete Fließfähigkeit und Widerstandsfähigkeit gegen Zerbröckeln, einen Schmelzpunkt von F=50°C und einen Durchmesser von 1 bis 6 mm hatte.
Beispiel 2
100 Teile N-1,3-Dimethylbutyl-N′-phenyl-p-phenylendiamin wurden zu einer wäßrigen Lösung von 45°C zugegeben, die aus 0,2 Teilen 2-Lauryl-N-carboxyäthyl- N-hydroxäthylimidazolinium-betain und 500 Teilen Wasser bestand. Durch Rühren bei Raumtemperatur während 60 min wurden vollständig verfestigte kornförmige Partikel erzeugt. Nach dem Filtrieren, Waschen und Trocknen wurden 99 Teile eines kornförmigen Produktes erhalten, das einen Schmelzpunkt von F=50°C und einen Teilchendurchmesser von 1 bis 5 mm hatte.
Beispiele 3 bis 23
In analoger Weise wie in Beispiel 1 und unter den in Tabelle 1 aufgeführten Bedingungen wurden verschiedene Diarylamine in körnige Formkörper überführt. In Tabelle 1 bedeuten NDBNPP und NIPNPP Abkürzungen für die folgenden Diarylamin-Antioxidantien:
NDBNPP: N-1,3-Dimethylbutyl-N′-phenyl-p-phenylendiamin
NIPNPP: N-Isopropyl-N′-phenyl-p-phenylendiamin.
Beispiel 24
100 Teile N-1,3-Dimethylbutyl-N′-phenyl-p-phenylendiamin in aufgeschmolzenem Zustand wurden zu einer wäßrigen Lösung von 45°C zugegeben, die aus 0,3 Teilen Cocoylsarcosin-Natriumsalz und 500 Teilen Wasser bestand. Ferner wurden als Impfkristalle 1 Teil N-1,3-Dimethylbutyl-N′-phenyl-p-phenylendiamin in feinkristallinem Zustand zugesetzt. Durch Rühren bei Raumtemperatur während 50 min wurden vollständig verfestigte kornförmige Partikel erzeugt. Nach Filtration, Waschen und Trocknen wurden 99 Teile eines kornförmigen Produktes mit einem Schmelzpunkt F=50°C und einem Teilchendurchmesser von 1 bis 5 mm erhalten.
Beispiel 25
100 Teile N-Isopropyl-N′-phenyl-p-phenylendiamin in aufgeschmolzenem Zustand wurden zu einer wäßrigen Lösung von 70°C zugegeben, die aus 500 Teilen Wasser und 1 Teil Polyoxyäthylen-nonylphenyläther (Äthylenoxidaddition-Molzahl =100) bestand. Ferner wurden als Impfkristalle 1 Teil N-Isopropyl-N′-phenyl-p-phenylendiamin zugesetzt. Durch Rühren bei Raumtemperatur während 19 min wurden die dispergierten Partikeln vollständig verfestigt. Nach Filtration, Waschen und Trocknen wurden 97 Teile eines kornförmigen Produktes mit einem Schmelzpunkt F=75°C und einem Teilchendurchmesser von 1 bis 4 mm erhalten.
Beispiel 26
100 Teile N-Isopropyl-N′-phenyl-p-phenylendiamin in aufgeschmolzenem Zustand wurden zu einer wäßrigen Lösung von 65°C zugegeben, die aus 400 Teilen Wasser, 0,3 Teilen N-Lauroyl-N-methyl-β-alanin-Natriumsalz und 0,05 Teilen handelsüblichem Schaumverhütungsmittel auf Silikonbasis (Handelsprodukt TSA-730 der Toshiba Silicone Co.) bestand. Durch 19 min langes Rühren der Lösung bei Raumtemperatur wurden die dispergierten Partikeln vollständig verfestigt. Nach Filtration, Waschen und Trocknen wurden 97,5 Teile eines kornförmigen Produktes mit einem Schmelzpunkt F=75°C und einem Teilchendurchmesser von 1 bis 4 mm erhalten.

Claims (9)

1. Verfahren zur Herstellung von Diarylamin-Antioxidantien in Körnerform, bei dem ein Diarylamin-Antioxidans in aufgeschmolzenem Zustand zu einer wäßrigen Lösung eines grenzflächenaktiven Mittels zugegeben, die Lösung gerührt und das Antioxidans durch Kühlen verfestigt wird, dadurch gekennzeichnet, daß man N-Isopropyl-N′-phenyl-p-phenylendiamin oder N-1,3-Dimethylbutyl-N′-phenyl-p-phenylendiamin zu der wäßrigen Lösung eines grenzflächenaktiven Mittels in einem Gewichtsverhältnis des aufgeschmolzenen Diarylamin-Antioxidans zu dieser wäßrigen Lösung von 14 bis 30 Gew.-%, ausgedrückt als Aufschlämmungs-Konzentration des gebildeten kornförmigen Produktes, zugibt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Konzentration des grenzflächenaktiven Mittels in der wäßrigen Lösung auf 0,001 bis 5 Gew.-%, vorzugsweise auf 0,01 bis 2 Gew.-% einstellt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den pH-Wert der wäßrigen Lösung im Bereich von 5 bis 13, vorzugsweise von 6 bis 10, einstellt.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als grenzflächenaktives Mittel ein amphoteres grenzflächenaktives Mittel einsetzt.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man als amphoteres grenzflächenaktives Mittel ein solches vom N,N,N-Trialkyl-N-carboxyalkyl-ammonium-betain-Typ, Aminocarbonsäuresalz-Typ oder Imidazolinium-Typ einsetzt.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als grenzflächenaktives Mittel ein anionisches grenzflächenaktives Mittel einsetzt.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als grenzflächenaktives Mittel ein kationisches grenzflächenaktives Mittel einsetzt.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man zusammen mit dem schmelzflüssigen Diarylamin-Antioxidans Impfkristalle dieses Antioxidans zu der wäßrigen Lösung gibt.
9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Schaumverhütungsmittel zu der wäßrigen Lösung gibt.
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