DE3243141A1 - Vulkanisationsbeschleuniger - Google Patents
VulkanisationsbeschleunigerInfo
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Description
- Vulkanisationsbeschleuniger
- Neuere Untersuchungen haben gezeigt, daß Kautschukerzeugnisse, wie. Autoreifen etc., mit zum Teil hohen Konzentrationen an krebserzeugenden Nitrosaminen belastet sein können (Fajen et al., Science 205, 1262-1264 (1979; IARC Monographs on the Evaluation of the Carcinogenic Risk of Chemicals to Humans, vol. 28, Tlic Rubber indusLry, IARC Sci. L'ubl., Lyon, trane 1982). Die Ursachen dafür liegen im Einsatz von Vulkanisationsbeschleunigern vom Typ der Dithiobisamine, der Dialkyl-oder cyclischen Dithiocarbamate und ihrer Alkali- und Zinksalze, von Thiurammono-, di- oder Polysulfiden sowie von Sulfenamiden und zum Teil von entsprechenden freien Aminen, die durch Umsetzung mit Nitrosierungsmitteln, wie beispielsweise dem Vulkanisationshemmer N-Nitrosodiphenylamin, aber auch mit ubiquitär vorhandenen Stickoxiden oder Nitrit, zu krebserzeugenden Nitrosaminen umgesetzt werden.
- Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, Kautschukvulkanisationen unter Verwendung neuartiger Vulkanisationsbeschleuniger zu ermöglichen, bei deren Einsatz nicht mehr die Gefahr der Bildung von krebserzeugenden Nitrosaminen besteht.
- Diese Aufgabe wird durch die Erfindung gemäß den Patentanspruch gelöst.
- Die Erfindung ermöglicht daher eine Vulkanisation von Kautschukmaterialien in der gleichen Weise wie beim Einsatz der bisher bekannten Vulkanisationsbeschleuniger mit Aminkomponenten, wobei jedoch durch den Ersatz der Aminkomponenten in den bekannten Beschleunigern durch die angegebenen spezifischen Amine Vulkanisationen ohne die Gefahr der Bildung von krebserzeugenden Nitrosaminen möglich sind, so daß sowohl das die Vulkanisationen ausführende Personal als auch die Verbraucher der durch die Vulkanisation erzeugten Gegenstände, wie beispielsweise Babysauger, keiner Krebsgefahr mehr durch Bildung von Nitrosaminen ausgesetzt sind.
- Dies bedeutet mit anderen Worten, daß beim Einsatz der erfindungsgemäß spezifizierten Vulkanisationsbeschleuniger unter nitrosierenden Verhältnissen, wie sie bei der Vulkanisation und unter Umständen auch bei der Verwendung der erzeugten Kautschukartikel vorliegen können, keine krebserzeugenden Nitrosamine oder deren Vorstufen entstehen, so daß sowohl die Vulkanisation als auch die Verwendung von Kautschukartikeln von der Gefahr einer Bildung krebserzeugender Nitrosamine befreit sind.
- Die erfindungsgemäß vorgesehenen Aminkomponenten, die zum Austausch der Aminkomponenten der bekannten, eine Aminkomponente enthaltenden Vulkanisationsbeschleuniger vorgesehen sind, werden nachfolgend erläutert.
- 1. Beispiele für primäre Amine, die erfindungsgemäß eingesetzt werden können, sino folgende: - t-Butylamin und entsprechende Homologe bzw. davon abgeleitete Verbindungen der nachstehenden Formeln t-Butylamin | l-Afethyl-l-aminobutan t-Pentinamin 2-Methyl-2-amino-propanol-3 | 2-Methyl-2-amino-butynol-4 | 2,5-Dimethyl-2,5-diaminohexan - 3-(4-Methyl-piperazinyl-1-)-2-methyl-2-aminopropan bzw. davon abgeleitete Verbindungen 3-(4-Methyl-piperazinyl-1-)2-methyl-2-aminopropan - 3-[4-(hydroxyethyl)-piperazinyl-1-]-2-methyl-2-aminopropan 3-/4(2-Hydroxyethal)-piperazinyl-1-/-2-methyl-2-aminopropan - N-(2-Methyl-2-aminopropyl)-4-aminopyridin N-(2-Methyl-2-aminopropyl)-4-aminopyridin - 4-Aminopyridin 4-Aminopyridin - 3-[(3,5-Dimethyl)morpholinyl-4]-2-methly-2-aminopropan 3-/(3,5-Dimethyl)morpholinyl-4]-2-methyl-2-amino-propan - Di-n-octylamin 12) H18C8 NH2 n-Octylamin 2. Beispiele für sekundäre Amine, die in a-Position mindestens eine tertiäre Verzweigung besitzen, sind folgende: - Methyl-t-butylamin N-Methyl-N-t-butylamin - Ethyl-t-butylamin sowie längerkettige Homologe mit bis zu 18 Kohlenstoffatomen, wobei die nicht tertiäre Alkylkette ihrerseits verzweigt oder geradkettig ist, eine oder mehrere Doppel- oder Dreifachbindungen enthalten kann und mit einer oder mehreren NR2-Gruppen (R=H oder α-tertiär verzweigtes C1-C8-Alkyl, insbesondere C1-C4-Alkyl) oder OR'-Gruppen (R'=H oder geradkettiges oder verzweigtes C1-C8-Alkyl, vorzugsweise C1-C4-Alkyl) substituiert sein kann.
- N-Ethyl-N-t-butylamin | Ein wichtiges Beispiel ist das Ethyl-t-butylamin, dessen entsprechendes Nitrosamin (N-Nitroso-N-ethyl-N-tbutylamin) im Tierversuch nicht krebserzeugend ist (vgl. Druckrey et al., Z. Krebsforsch. 69, 103-201 (1967)).
- 3. Beispiele für Dibenzylaminanaloga, die zusätzlich an den Methylengruppen mit 1 bis 2 geradkettigen oder verzweigten Alkylgruppen mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen substituiert sein können, sind folgende: - Bis-(a,a-dimethylbenzyl)amin oder andere dialkylsubstituierte Verbindungen. Dibenzylnitrosamin ist nicht canceroqen (Druckrey et al., Z.
- Krebsforsch. 69, 103-201 (1967)).
- 4. Beispiele für heterocyclische gesättigte Amine mit Fünf-, Sechs- und Siebenringen, die in der a-Stellung zum Stickstoff di- bzw. tetrasubstituiert sind, und zwar vorzugsweise mit Methylgruppen oder mit geradkettigen oder verzweigten C1-C8-Alkylgruppen, insbesondere C1-C4-Alkylgruppen, die ihrerseits eine oder mehrere OR'- oder NR2-Gruppen (R'=H oder geradkettiges oder verzweigtes C1-C8-, insbesondere C1-C 4-Alkyl oder R =H oder a-tertiär-verzweigte C1-C8-, insbesondere C1-C4-Alkylgruppen) tragen können, sind folgende: - 2,6-Dimethylpiperidin und 2,2,6,6-Tetramethylpiperidin.
- - N-Nitroso-2,6-dimethylpiperidin und N-Nitroso-2,2,6,6-tetramethylpiperidin sind, wie Tierversuche an Ratten ergeben haben, nicht krebserzeugend (Lijinsky v Taylor, Int. J. Cancer 6, 318-322 (1975)).
- 5. Bei den heterocyclisch substituierten Morpholinderivaten, die in a-Stellung zum Stickstoff tetraalkylsubstituiert sind, handelt es sich vorzugsweise um Derivate mit geradkettigen oder verzweigten C1-C8-, vorzugsweise C1-C4-Alkylgruppen, die ihrerseits eine oder mehrere OR'- oder NH2-Gruppen (R'=H oder geradkettiges oder verzweigtes C1-C8-, vorzugsweise C1-C4-Alkyl, R=H oder a-tertiärverzweigtes C1-C8-, vorzugsweise C1-C4-Alkyl) tragen können. Ein Beispiel hierfur ist 3,5-Dimethylmorpholin 6. Beispiele für Piperazinderivate vom Typ des N-1-Alkylpiperazins oder des 2,3,5,6-Tetraalkyl-piperazins, wobei die Alkylsubstituenten geradkettig oder verzweigt sind und 1 bis 8 Kohlenstoffatome, vorzugsweise 1 bis 4 Kohlenstoffatome, enthalten und gegebenenfalls durch eine oder mehrere OR'- oder NR2-Gruppen (R'=H oder geradkettiges oder verzweigtes C1-C8-, vorzugsweise C1 -C4-Alkyl, R=H oder a-tertiär-verzweigtes C1-C8-, vorzugsweise C1-C4-Alkyl) substituiert sein können, sind folgende: - 4-Methyl-piperazin 4-(Hydroxyethyl)-piperazin - und 2,3,5,6-Tetramethylpiperazin 1-Nitroso-4-methylpiperazin ist gemäß einer Untersuchung als sehr schwach krebserzeugend (Druckrey et al., Z.
- Krebsforsch. 69, 103-201 (1967) und gemäß einer weiteren Untersuchung als nicht krebserzeugend an Ratten beschrieben worden (Lijinsky & Taylor, Z. Krebsforsch. 89, 31-36 (1977)). 1 ,4-Dinitroso-2,3,5,6-tetramethylpiperazin ist als nicht krebserzeugend beschrieben worden (Lijinsky & Taylor, Z. Krebsforsch. 89, 31-36 (1977)).
- 7. Das dem Methoxymethylamin II CO - NH - CH3 entsprechende Nitrosamin ist in zwei Untersuchungen an Ratten als nicht krebserzeugend beschrieben worden (Lijinsky & Taylor, Z. Krebsforsch. 89, 31-36 (1977); Druckrey et al., Z. Krebsforsch. 69, 103-201 (1967)).
- Diese Feststellungen gelten jedoch nicht für andere Alkoxyderivate.
- 8. Beispiele für geradkettige oder verzweigte fluorierte sekundäre C1-C18-Alkylamine, die entweder voll durchfluoriert sind oder nur in der d-Position noch freie H-Atome aufweisen, sind Perfluordimethylamin, Bis(2,2,2-trifluorethyl)-amin sowie Bis-(2,2,3,3,4,4-heptafluorbutyl)amin.
- Eigene Untersuchungen haben ergeben, daß beispielsweise N-Nitroso-bis(2,2,2-trifluorethyl)amin sowie N-Nitrosobis(2,2,3,3,4,4,4-heptafluorbutyl)amin nicht krebserzeugend und nicht mutagen sind (Preussmann et al., 1981 Carcinogenesis 2, 753 bis 756) 9. Beispiele für Alkylaminopyridine, bei denen der Substituent in der 3- und/oder 4-Stellung des Pyridinringes steht und geradkettige oder verzweigte Alkylgruppen mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen aufweist und zusätzlich eine oder mehrere, vorzugsweise bis zu 8, OH- oder Amingruppen tragen kann, sind: - 3-N-Methylaminopyridin und 4-N-Methylaminopyridin Die entsprechenden Nitrosamine sind nicht krebserzeugend (Preussmann et al., J. Natl. Cancer Inst. 62, 153 (1979)).
- 10. Ein Beispiel für langkettige Dialkylamine ist: - Dioctylamin Dioctylnitrosamin ist nicht krebserzeugend (Lidinsky u. Taylor 1978, Ecotoxicology Environ. Safety 2, 407 bis 411).
- Die Herstellung der erfindungsgemäß eingesetzten Vulkanisationsbeschleuniger und Schwefelspender erfolgt analog im wesentlichen bekannter Methoden unter Umsetzung der beschriebenen neuen Aminkomponenten, z.B.: 1. Thiocarbamate CS2 + NaOH + Amin Dithiocarbamat Na-Salz, evtl. weitere Umsetzung mit z. B. Zink-Sulfat zum Zinkdithiocarbamat; 2. Thiuramsulfide Dithiocarbamate + Oxidationsmittel Thiuramdisulfid.
- Monosulfide werden durch weitere Umsetzung mit z. B. KCN erhalten. Polysulfide werden aus Na-Dithiocarbamaten und S2Cl2 gewonnen.
- 3. Dithiocarbamylsulfenamide Dithiocarbamat + Amin Jod Dithiocarbamylsulfenamid; 4. Dithiodiamine Sek. Amin (R1-nNR2)+S2Cl2 Dithiodiamin (R1NR2)S2, zusätzliche Umsetzung mit Br oder S führt zu Mono-und Polythioverbindungen.
- 5. Sulfenamide z. B. Mercaptobenzothiazol + Amin Sulfenamid.
- Die Synthese der Vulkanisationsbeschleuniger und Schwefelspender nach Standardtechniken ist in Handbüchern der präparativen Chemie (Houben-Weyl, Ullmann's Encyklopädie der technischen Chemie) beschreiben worden.
- Die Aminkomponenten werden, soweit nicht schon allgemein z-ugänglich, aus entsprechenden Vorstufen nach gängigen Synthese-Methoden dargestellt. So werden z.B. sek. Amine aus Aldehyd + Amin zur Schiffschen Base umgesetzt. Nachfolgende Reduktion (katalytisch o.ä.) führt zum sek. Amin.
- Wesentlich für die primären Aminkomponenten ist die Vermeidung der Entstehung von krebserzeugenden Nitrosaminen bei Kontakt mit nitrosierenden Agentien. Auch die vielfach in der Literatur beschriebene Bildung von krebserzeugenden N-Nitrosostrukturen im Magen-Darm-Trakt, wie sie bei direktem Kontakt (z.B. über Kindersauger) oder über Migration in Lebensmittel denkbar ist, wird hierdurch vermieden.
- Wesentlich für die erfindungsgemäß spezifizierten sekundären Aminkomponenten ist eine Blockierung in der a-Stellung, eine Perfluorierung ( wobei jedoch die a-Stellung nicht fluoriert sein muß ),die Verwendung von Alkylaminopyridinen mit den Substituenten in 3- und/oder 4-Stellung oder die Verwendung von Methoxymethylamin oder langkettiger Amine wie des Di-n-octylamins.
- Es ist eine heute weitgehend gefestigte Tatsache, daß Nitrosamine als solche nicht krebserzeugend wirken, sondern im Organismus durch die Tätigkeit von hydroxylierenden Enzymen in a-Stellung zur N-Nitrosogruppe hydroxyliert werden. Die a-hydroxylierten Derivate sind extrem instabil und zersetzen sich unter Elimination von Aldehyd zum entsprechenden Alkandiazohydroxid, -diazotat oder -diazonium-Ion, welches alkylierend wirkt. Das zur Ausbildung von Krebs führende Ereignis besteht mit hoher Wahrscheinlichkeit in der Auslösung von Mutationen im genetischen Material durch Alkylierung der Nukleinsäuren gemäß folgendem Formelschema: enzymatisch oxydiert Alkylierung von DNS, RNS, Protein Verhindert man nun diese in vivo stattfindende Giftung dadurch, daß man durch geeignete Substitution die a-Position unzugänglich für den enzymatischen Angriff macht, beispielsweise dadurch, daß man, wie vorstehend dargelegt, die a-Position durch Alkylsubstitution blockiert, dann sind die resultierenden Verbindungen nicht mehr krebserzeugend. Andere Möglichkeiten, die Reaktivität der a-Position in dem gewünschten Sinne zu verändern, sind beispielsweise der Einbau von Perfluor lkylsubstituenten oder die Verwendung von 3- und 4-Pyridylsubstituenten, wie vorstehend dargelegt. Ebenso sind langkettige symmetrische Dia'lnitrosamine (ab C8) wie das Di-n-octylnitrosamin nicht carcinogen.
- Die erfindungsgemäß modifizierten Vulkanisationsbeschleuniger können für alle klassischen Vulkanisationszwecke zur Herstellung von Elastomerartikeln verwendet werden, beispielsweise zum Tauchen, Formen, Giessen, Spritzen, Streichen und Verschäumen von Kautschuklatex, bzw. zur Herstellung von Gummiartikeln jeglicher Art.
- Die erfindungsgemäß eingesetzten Vulkanisationsbeschleuniger sind für diesen Zweck in der Literatur noch nicht beschrieben worden. Es handelt sich, teilweise auch bei den Aminkomponenten, zum größten Teil um neue Verbindungen.
- Folgendes Beispiel erläutert die Erfindung.
- Ansatz zur Herstellung von Flaschensaugern: Gew.-Teile Naturkautschuklatex (60ig) 100 (bzw. auf Trockensubstanz) kolloidaler Schwefel ca. 1.5 Emulgator ca. 1.0 oberflächenaktive Substanz ca. 0.5 - 1.5 Silikonöl 0.5 Zn-t-Butyldithiocarbamat (zuvor in wäßriger Suspension in 0.2 - 0.3 einer Kugelmühle dispergiert) Zweitbeschleuniger 0.1 - 0.2 (z.B. Mercaptobenzothiazol1 oder Dibenzothiazyldisulfid) Dieser Ansatz wurde in üblicher Weise verarbeitet.
- );lercaptobenzthiazol schmeckt selbst in geringsten Spuren bittcr. Um dies zu vermeiden, wird deshalb besser einDithiocarbamat auf der Basis des bekannten Dibenzylamins oder der hier beschriebenen Analoga als Zweitbeschleuniger eingesetzt oder analoge Verbindungen auf der Basis von erfindungsgemäß beschriebenen langkettigen primären Aminen.
- Unter Einsatz des gleichen Ansatzes, wobei jedoch das Zn-t-Butyldithiocarbamat durch Na-t-Butyldithiocarbamat ersetzt war, werden ebenfalls Flaschensauger guter Qualität hergestellt.
- Je nach vorgesehenem Anwendungsbereich und nach den Vulkanisationsbedingungen können die im Beispiel genannten Beschleuniger durch andere, erfindungsgemässe Substanzen, die die spezifischen technologischen Anforderungen in optimaler Weise erfüllen, ausgetauscht werden.
Claims (6)
- Vulkanisationsbeschleuniger Patentanspruch Verwendung von Dithiocarbamaten, Thiurammono-, -di- und -oligosulfiden, N,N'-Disulfiden bzw. Dithiobisaminen sowie Sulfenamiden, vorzugsweise als 2-Benzothiazolsulfenamide und dessen Derivaten, N,N'-Thiocarbonylthiodiaminen bzw. Thiocarbamylsulfenamiden, 6,6'-Dithiobis-1,3,5-triazin-2,4-diaminverbindungen sowie Aminothiobenzothiazolverbindungen, deren Aminkomponenten bestehen aus 1. primären Aminen: 1.1.die in«-Stellung mindestens eine tertiäre Verzweigung aufweisen, wobei die Alkylketten, die geradkettig oder ver2weigt sein und eine oder mehrere Doppel- bzw. Dreifachbindungen aufweisen können, eine Kettenlänge von 1 bis 18 und vorzugsweise 1 bis 4 Kohlenstoffatomen besitzen und mit einer oder mehreren NR2-Gruppen (R=H oder a-tertiär verzweigtes C1-C8-, vorzugsweise C1-C4-Alkvl) oder OR'-Gruppen (R'=H oder geradkettiges oder verzweigtes C1-C8-, vorzugsweise C1 -c 4-Alkyl) substituiert sein können, 1. 2. die sich von -tertiär verzeigten Alkylaminen mit einer Kettenlänge von 1 bis 8 und vorzugsweise 1 bis 4 Kohlenstoffatomen ableiten, wobei die a>-Stellung der Alkylkette durch mindestens eine 1-(N-4-Alkylpiperazinyl)-gruppe substituiert ist, wobei die Alkylgruppe 1 bis 8 und vorzugsweise 1 bis 4 Kohlenstoffatome aufweist und gegebenenfalls mit einer oder mehreren Hydroxylgruppen substituiert ist, die sich von -tertiär verzweigten Alkylaminen mit einer Ket-1.3. tenlänge von 1 bis 8, vorzugsweise 1 bis 4, Kohlenstoffatomen ableiten, wobei die w-Position der Alkylkette mindestens einen 3- bzw. 4-N-Methyl-Aminopyridin-Substituenten trägt, 1.4. die sich vonα-tertiär verzweigten Alkylaminen mit einer Kettenlänge von 1 bis 8, vorzugsweise 1 bis 4 Kohlenstoffatomen ableiten, wobei dieO-Position der Alkylkette nsben den vorstehend beschriebenen Substituenten auch 1- (3, 5-Dialkylmorpholin), 1- (3,3,5 5-Tetraalkylmorpholin), 1-(2,3,5,6-Tetraalkylmorpholin) (Alkyl = C1 bis C8, vorzugsweise C1 bis C4), Piperazinderivate, die an der N-4-Position mit Alkylgruppen mit 1 bis 8 und vorzugsweise 1 bis 4 Kohlenstoffatomen substituiert sind, wobei die Alkylgruppe zusätzlich durch OH oder NH2 substituiert sein kann und der Piperazinring zusätzlich in den Positionen 2,3,5 und 6 ALkylgruppen tragen kann, sowie1-(2,6-Dialkyl)- oder höher alkyliertes Piperidin infrage kommen (Alkyl = C1 bis C8, vorzugsweise C1 bis C4), 1.5.die durch gesättigte Sechsringe einfach substituiert sind, wobei der Sechsring zusätzlich mit einer oder mehreren NR2-Gruppen (R=H oder α-tertiär-verzweigtes C1-C8-, vorzugsweise C1-C4-Alkyl) oder OR'-Gruppen (R'=H oder geradkettiges oder verzweigtes C1 -C8-, vorzugsweise C1-C4-Alkyl) substituiert sein kann, wobei ferner 1.6. die sich von primären Alkylaminen ableiten mit vorzugsweise 6 bis 8 Kohlenstoffatomen, die verzweigt oder geradkettig sein können und die nicht α-tertiär verzweigt sind, wobei die Alkylkette eine oder mehrere Doppel- bzw. Dreifachbindung(en) enthalten und mit einer oder mehreren NR2-(R=H oder α-tertiäre verzweigtes C1-C8-, insbesondere C1-C4 Alkyl) oder OR'-Gruppen (R'=H oder geradkettiges oder verzweigtes C1-C8- vorzugsweise C1-C4-Alkyl) substituiert sein können, 1.7. primäre 3- bzw. 4 Aminopyridine, 1.8. im Falle der Sulfenamide sollen die unter 1.1. und 1.5.definierten Aminkomponenten ausgeschlossen sein. .
- 2. sekundäre Aminen: 2.1. die in α-Stellung mindestens eine tertiäre Verzweigung besitzen, wobei die Alkylketten eine Kettenlänge von 1 bis 18 und vorzugsweise von 1 bis 8 Kohlenstoffatomen besitzen und verzweigt oder geradkettig sind und eine oder mehrere Doppel- oder Dreifachbindung(en) enthalten und mit einer oder mehreren NR2- (R=H oder c -tertiär-verzwe igt es C1-C8-, vorzugsweise C1-C4-Alkyl) oder OR'-Gruppen (R'=H oder geradkettiges oder verzweigtes C1-C8-, vorzugsweise C1-C4-Alkyl) substituiert sein können, 2.2. die sich von heterocyclischen gesättigten Aminen mit Fünf-, Sechs-oder Siebenringen ableiten, die in α -Stellung zum Stickstoff di- bzw. tetrasubstituiert sind, 2.
- 3. Dibenzylamin-Analoga, die an den Methylengruppen mit 1 bis 2 Alkylgruppen verzweigt oder unverzweigt substituiert sein können, 2.
- 4. heterocyclische Morpholinderivateu, die in 6-Stellung zum Stickstoff di- bzw. tetraalkylsubstituiert sind, 2.
- 5. Methoxymethylamin, 2.6.Alkylaminopyridinen, wobei der Substituent in der 3- und/ oder 4-Stellung des Pyridingrings steht, oder 2.7. fluorierten sekundären Alkylaminen mit 1 bis 18 Kohlenstoffatomen, wobei 2.8. zusätzlich als Dithiocarbamate und Thiuramsulfide auch sekundäre Amine, die durch gesättigte Sechsringe zweifach substituiert sind und dem Typ des N-4-Alkyl(C1-C8)-, vorzugsweise -(C1-C4)-Piperazins entsprechen, wobei die Alkylgruppe zusätzlich mit OH oder NH2 substituiert sein und der Piperazinring zusätzlich in Position 2,3,5 und
- 6 Alkylgruppen tragen kann, eingesetzt werden können und ferner 2.9. langkettige Dialkylamine mit einer Kettenlänge von je 8 bis 18 Kohlenstoffatomen, vorzugsweise 8 bis 14 Kohlenstoffatomen, die verzweigt oder geradkettig sein können, die jedoch nicht -tertiär verzweigt sind, als Kautschukvulkanisationsbeschleuniger bzw. -schwefelspender.
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