DE3311217C2 - Verwendung eines Kautschukgegenstandes mit Ölbeständigkeit und Beständigkeit gegenüber Schädigung im Kontakt mit Polyolefinöl - Google Patents

Verwendung eines Kautschukgegenstandes mit Ölbeständigkeit und Beständigkeit gegenüber Schädigung im Kontakt mit Polyolefinöl

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Description

Die Erfindung betrifft die Verwendung von Kautschukgegenständen mit ausgezeichneter Ölbeständigkeit und Alterungsbeständigkeit im Kontakt mit Polyolefinöl oder Motoren- bzw. Schmierölen, die Polyolefinöle enthalten.
In den letzten Jahren war es als Ergebnis einer Verlängerung der Wartungsperiode von Kraftfahrzeugen erwünscht, die Haltbarkeit bzw. Lebensdauer von Automobilteilen zu verbessern. Es wurden Untersuchungen hinsichtlich der Verlängerung der Lebensdauer von Motoren- bzw. Maschinenölen durchgeführt und es wurden einige herkömmliche Mineralöle als Schmieröle durch Polyolefin-Motoröle mit einer ausgezeichneten Wärmestabilität ersetzt (Journal of the Society of Automotive Engineers of Japan, Band 35, Nr. 8, Seiten 928-933, 1981). Inzwischen wurde ein Acrylnitril-Butadien-Copolymeren-Kautschuk (nachfolgend zuweilen abgekürzt mit "NBR") in großem Umfang in Kraftfahrzeugteilen für Maschinenöle wie Schläuchen, Dichtungen, O-Ringen, Ölverschlüssen etc. als synthetischer Kautschuk mit ausgezeichneter Ölbeständigkeit verwendet. Jedoch entstand, da Kautschukteile, die überwiegend aus NBR bestehen, schwer geschädigt und hierdurch hart werden, wenn sie mit Polyolefinölen oder Schmierölen, die Polyolefinöle enthalten, in Kontakt gelangen und keiner Langzeit-Verwendung standhalten können, ein Bedürfnis, neue Kautschukteile zu entwickeln.
Ziel der Erfindung ist die Verwendung eines Kautschukgegenstands, der selbst unter den vorgenannten Umständen einer langfristigen Verwendung standhalten kann.
Erfindungsgemäß wird als Kautschukgegenstand, der diesem Ziel gerecht wird, ein Kautschukgegenstand verwendet, bei dem sich zumindest die Oberfläche mit einem Polyolefinöl oder einem Schmier- bzw. Motorenöl, das ein Polyolefinöl enthält, in Kontakt befindet, der im wesentlichen aus einem vulkanisierten Produkt eines Copolymeren-Kautschuks besteht, umfassend (1) 10 bis 60 Gew.-% sich von einem ungesättigten Nitril ableitende Einheiten, (2) 0 bis 30 Gew.-% sich von einem konjugierten Dien ableitende Einheiten und (3) 90 bis 10 Gew.-% sich von einem ethylenisch ungesättigten Monomeren, das von dem ungesättigten Nitril verschieden ist, ableitende Einheiten und/oder Einheiten, die der Hydrierung der sich von einem konjugierten Dien ableitenden Einheiten entstammen.
Derartige Kautschukgegenstände können unter schärferen Bedingungen während einer langen Zeitdauer verwendet werden als ein herkömmlicher Kautschukgegenstand, der überwiegend aus einem vulkanisierten NBR besteht, wenn er im Kontakt mit Polyolefinölen oder Schmierölen, die Polyolefinöle enthalten, verwendet wird.
Die Polyolefinöle oder die Polyolefinöle enthaltenden Schmieröle, mit denen die erfindungsgemäß verwendeten Kautschukgegenstände in Kontakt gelangen, sind solche, die weit verbreitet auf dem Gebiet der Düsentriebwerköle, Kraftfahrzeugmaschinenöle, Luftfahrzeugöle, elektrischen Isolationsöle, Kühlmaschinenöle, Niedrigtemperatur-Schmiermittelgrundöle usw. verwendet werden.
Bei der Erfindung unterliegen die Polyolefinöle im einzelnen keiner Einschränkung und sind im allgemeinen solche, die unter Verwendung von zumindest einem der Olefine mit 4 bis 20 Kohlenstoffatomen als Ausgangsmaterial-Hauptkomponente erhalten werden. Zum Beispiel sind sie flüssige Polymere aus Buten, 1-Hexen, 1-Octen, 1-Decen, 1-Dodecen und dergleichen. Die die Polyolefinöle enthaltenden Schmieröle sind solche, die als Grundöle Polyolefinöle allein oder Mischungen von Polyolefinölen und Polyolestern, Diestern, Alkylbenzolen, Mineralölen etc. enthalten.
Bei der Erfindung besteht der Kautschukgegenstand, bei dem sich zumindest die Oberfläche mit dem Polyolefinöl oder dem das Polyolefinöl enthaltenden Schmieröl im Kontakt befindet, aus dem vorstehend angegebenen Copolymeren-Kautschuk.
Der Copolymeren-Kautschuk, der den verwendeten Kautschukgegenstand der Erfindung bildet, ist ein Copolymeren-Kautschuk, umfassend (1) sich von einem ungesättigten Nitril ableitende Einheiten, (2) sich von einem konjugierten Dien ableitende Einheiten und (3) sich von dem ethylenisch ungesättigten Monomeren, das von dem ungesättigten Nitril verschieden ist, ableitende Einheiten und/oder Einheiten, die der Hydrierung der sich von einem konjugierten Dien ableitenden Einheiten entstammen. Die Menge der Einheiten aus dem ungesättigten Nitril in dem Kautschuk beträgt 10 bis 60 Gew.-%, vorzugsweise 20 bis 50 Gew.-%. Ist sie geringer als 10 Gew.-%, besitzt der erhaltene Kautschuk eine schlechte Ölbeständigkeit. Überschreitet sie 60 Gew.-% wird die Beständigkeit des Kautschuks gegenüber Kälte schlechter. Die Menge der sich von dem konjugierten Dien ableitenden Einheiten in dem Kautschuk beträgt 0 bis 30 Gew.-%, vorzugsweise 0 bis 20 Gew.-%, insbesondere 0 bis 10 Gew.-%. Überschreitet sie 30 Gew.-%, besitzt der Kautschuk eine schlechte Beständigkeit gegenüber dem Verfall bzw. Schädigung infolge von Polyolefinölen. Die Menge der sich von dem ethylenisch ungesättigten Monomeren, das von dem ungesättigten Nitril verschieden ist, ableitenden Einheiten und/oder der Einheiten, die der Hydrierung der sich von dem konjugierten Dien ableitenden Einheiten entstammen, in dem Kautschuk beträgt 90 bis 10 Gew.-%, vorzugsweise 80 bis 35 Gew.-%, insbesondere 80 bis 40 Gew.-%. Ist sie geringer als 10 Gew.-%, neigt der erhaltene Kautschuk zu einem Verfall bzw. Schädigung infolge der Polyolefinöle.
Der bei der Erfindung verwendete Copolymerenkautschuk ist ein Kautschuk, erhalten durch partielle Hydrierung der konjugierten Dieneinheiten eines Copolymeren-Kautschuks, bestehend aus einem ungesättigten Nitril und einem konjugierten Dien; ein Copolymeren-Kautschuk, bestehend aus einem ungesättigten Nitril, einem konjugierten Dien und einem ethylenisch ungesättigten, hiermit copolymerisierbaren Monomeren; und ein Kautschuk, erhalten durch partielle Hydrierung der konjugierten Dieneinheiten eines Copolymeren-Kautschuks, bestehend aus einem ungesättigten Nitril, einem konjugierten Dien und einem ethylenisch ungesättigten Monomeren.
Geeignete, bei der Bildung des Copolymeren-Kautschuks verwendete Monomere umfassen ungesättigte Nitrile wie Acrylnitril und Methacrylnitril; konjugierte Diene wie Butadien, Isopren und 1,3-Pentadien; ungesättigte Carbonsäuren wie Acrylsäure, Methacrylsäure, Itaconsäure und Maleinsäure; Alkylester der vorgenannten Carbonsäuren wie Methylacrylat, 2-Ethylhexylacrylat und Octylacrylat; Alkoxyalkylacrylate wie Methoxyethylacrylat, Ethoxyethylacrylat und Methoxyethoxyethylacrylat; und ethylenisch ungesättigte Monomere wie Allylglycidylether, Vinylchloracetat, Ethylen, Buten-1 und Isobutylen.
Spezielle Beispiele für den Copolymeren-Kautschuk sind Hydrierungsprodukte von einem Butadien-Acrylnitril-Copolymeren-Kautschuk, Isopren-Acrylnitril-Copolymeren-Kautschuk und Butadien-Isopren-Acrylnitril-Copolymeren-Kautschuk; Butadien-Methylacrylat-Acrylnitril-Copolymeren-Kautschuk und ein Hydrierungsprodukt hiervon; Butadien-Acrylsäure- Acrylnitril-Copolymeren-Kautschuk und ein Hydrierungsprodukt hiervon; und Butadien-Ethylen-Acrylnitril-Copolymeren-Kautschuk und ein Hydrierungsprodukt hiervon. Diese Copolymeren-Kautschuke können entweder allein oder erforderlichenfalls mit einem anderen Kautschuk zusammen, ohne das Wesen und den Bereich der Erfindung zu verlassen, verwendet werden.
Der erfindungsgemäß verwendete Kautschukgegenstand wird hergestellt, indem man den vorgenannten Copolymeren-Kautschuk und herkömmliche Compoundierungsbestandteile einschließlich Füllstoffe, Verstärkungsmittel, Vulkanisationsmittel, Weichmacher, Antioxidationsmittel oder andere Compoundierungsadditive, die üblicherweise zur Bildung einer Kautschuk-Stamm-Mischung verwendet werden, verknetet, in eine gewünschte Form wie eine Folie, einen Schlauch, ein Rohr, einen Riemen etc. direkt oder durch Einfügen einer faserverstärkten Schicht in der Mitte unter Verwendung einer herkömmlichen Formungsmaschine formt und den geformten Gegenstand dann einer Vulkanisation wie einer Vulkanisation unter Druck etc. unterzieht. Zur Bildung der Kautschukgegenstände der Erfindung verwendete Vulkanisationssysteme können ein Schwefelvulkanisationssystem, ein organisches Peroxid-Härtungssystem etc., wie sie üblicherweise in der Kautschukindustrie verwendet werden, sein und unterliegen im einzelnen keiner Einschränkung. Spezielle Beispiele für den erfindungsgemäßen Kautschukgegenstand sind Verschlußteile wie Dichtungen, O-Ringe etc. und Förderteile wie Schläuche, Riemen usw. Diese Beispiele stellen keine Einschränkung dar und die Erfindung umfaßt sämtliche Kautschukgegenstände, die im Kontakt mit Polyolefinöl oder Schmierölen, die Polyolefinöle enthalten, verwendet werden.
Aus der DE 29 13 992 B2 sind bereits Kautschukmassen ähnlicher Zusammensetzung bekannt (im folgenden mitunter als HNBR bezeichnet), die eine Ölbeständigkeit aufweisen, jedoch ist in der DE 29 13 992 B2 die Beständigkeit gegenüber Heizölen gemeint; das in Beispiel 1 dieser DE in dem Öleintauchtest verwendete JIS Nr. 3-Öl ist kein Olefin enthaltendes Öl. In dieser DE befindet sich kein Hinweis auf das Problem einer Beständigkeit gegenüber Polyolefine enthaltenden Schmier- bzw. Motorölen und auch nicht darauf, daß HNBR in der Lage wäre, derartigen Polyolefine enthaltenden Motor- bzw. Schmierölen standzuhalten. Die erfindungsgemäße Verwendung ist gegenüber dieser DE nicht nur neu, sondern auch erfinderisch. Ob nämlich Kautschukgegenstände mit der erfindungsgemäß angegebenen Zusammensetzung sich für eine Verwendung in Kontakt mit polyolefinhaltigen Motor- bzw. Schmierölen eignen würden, war nicht vorhersehbar. Wie aus der folgenden Tabelle hervorgeht, zeigt ein Vergleich des erfindungsgemäß verwendeten HNBR mit anderen Kautschuken wie NRB bzw. FKM (fluorenthaltende Kautschuke) gegenüber einem polyolefinhaltigen Schmieröl eine eindeutig bessere Beständigkeit. Dies war nicht vorhersehbar, da die untersuchten Kautschuke sämtlich gegenüber Heizölen beständig sind, sich jedoch gegenüber polyolefinhaltigen Schmierölen ganz unterschiedlich verhalten.
Tabelle
Gemäß der genannten DE soll eine Kautschukmasse geschaffen werden, die beständig gegenüber Schädigung und Erhärtung durch saures Benzin ist, jedoch die Wärmebeständigkeit, Benzinbeständigkeit und Ölbeständigkeit von NBR beibehalten wird. Die Verwendung als Kautschuk in Kontakt mit einem polyolefinhaltigen Schmiermittel ist in der genannten DE nicht erwähnt. In diesem Zusammenhang wird noch darauf hingewiesen, daß in den letzten Jahren Polyolefinöle als Schmieröle anstelle der Mineralöle zum Einsatz gelangen. Derartige Polyolefinöle verursachen jedoch im Gegensatz zu Mineralölen einen Abbau des Kautschukbestandteils, der in Kontakt mit einem derartigen Polyolefinöl verwendet wird. Dies geht im übrigen aus den Testergebnissen der nachstehenden Tabellen 1 und 2 hervor. So zeigt Versuchsbeispiel 1 (in diesem wird ein generell als ausgezeichneter ölbeständiger Kautschuk bekannter NBR verwendet) in dem 180°C Biegetest nach 7tägigem Eintauchen bei 150°C (Tabelle 1), obgleich NBR eine ausgezeichnete Ölabbaubeständigkeit gegenüber JIS Nr. 1 Öl (Mineralöl) besitzt, daß dieser für eine längerwährende Verwendung ungeeignet ist, da sich aufgrund eines merklichen Abbaus Risse bilden, wenn dieser mit einem Öl der Polyolefinreihen verwendet wird. Auch die Testergebnisse im Hinblick auf die Anzahl der Tage, die bis zum Auftreten von Rissen verstreichen (Tabelle 2), zeigen, daß NBR eine bemerkenswert geringe Abbaubeständigkeit gegenüber Ölen der Polyolefinreihen besitzt, obgleich er eine gewisse Abbaubeständigkeit gegenüber Schmierölen der Mineralölreihen wie JIS Nr. 1 Öl und Nisseki PAN-S zeigt. Eine ähnliche Tendenz ist auch im Hinblick auf HNBR mit einem niedrigen Hydrierungsverhältnis (Vergleichsbeispiel 2) und auf Butadien- Butylacrylat-Acrylnitril (35/30/35)-Copolymerisatkautschuk (Vergleichsbeispiel 3) zu beobachten.
Verglichen mit diesen Kautschuken zeigt der erfindungsgemäß verwendete Copolymerkautschuk (Beispiele 1 bis 6) eine ausgezeichnete Ölabbaubeständigkeit selbst unter derart drastischen Bedingungen wie beim 180°C Biegetest nach 40tägigem Eintauchen bei 150°C.
Es ergibt sich somit, daß, obgleich NBR im herkömmlichen Sinn als typischer ölbeständiger Kautschuk anzusehen ist, dieser erheblich durch Schmieröle der Polyolefinreihen beeinträchtigt wird, während der bei der vorliegenden Erfindung eingesetzte Copolymerkautschuk eine bemerkenswerte Ölabbaubeständigkeit gegenüber Schmierölen der Polyolefinreihen zeigt. Ein derartiger Effekt wurde erstmals durch die Erfinder der vorliegenden Anmeldung aufgefunden und war aufgrund des Stands der Technik und vor allem aufgrund der Ergebnisse von üblicherweise durchgeführten Tests hinsichtlich der Ölbeständigkeit gegenüber Schmierölen, wie Mineralölen, nicht vorhersehbar.
Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung eingehender.
Beispiele 1 bis 4 und Vergleichsbeispiele 1 bis 4
Man mischt 100 Gew.-Teile eines jeden der nachstehend angegebenen sieben Copolymeren-Kautschuke auf einer 15,24 cm Walzenmühle mit 5 Gew.-Teilen Zinkoxid, 1 Gew.-Teil Stearinsäure, 40 Gew.-Teilen FEF-Ruß, 0,5 Gew.-Teilen Schwefel, 2 Gew.-Teilen Tetramethylthiuramdisulfid, 0,5 Gew.-Teilen Mercaptobenzothiazol, 1 Gew.-Teil octyliertem Diphenylamin und 1 Gew.-Teil N-Phenyl-N′-isopropyl-p-phenylendiamin, um eine Kautschuk-Stammzusammensetzung zu bilden. Die Kautschuk- Stammzusammensetzung wurde 20 Minuten bei 160°C vulkanisiert, um eine Folie mit einer Dicke von 2 mm zu bilden.
Der Typ und die Zusammensetzung eines jeden der in den Beispielen und Vergleichsbeispielen verwendeten Kautschuke waren wie folgt.
Beispiel 1
Partiell hydrierter Acrylnitril-Butadien-Copolymeren-Kautschuk
Acrylnitrileinheiten
37 Gew.-%
Hydrierte Butadieneinheiten 44,1 Gew.-%
Butadieneinheiten 18,9 Gew.-%
Beispiel 2
Butadien-Butylacrylat-Acrylnitril-Copolymeren-Kautschuk
Butadieneinheiten
5 Gew.-%
Butylacrylateinheiten 60 Gew.-%
Acrylnitrileinheiten 35 Gew.-%
Beispiel 3
Partiell hydrierter Acrylnitril-Butadien-Copolymeren-Kautschuk
Acrylnitrileinheiten
37 Gew.-%
Hydrierte Butadieneinheiten 56,7 Gew.-%
Butadieneinheiten 6,3 Gew.-%
Beispiel 4
Partiell hydrierter Acrylnitril-Butadien-Copolymeren-Kautschuk
Acrylnitrileinheiten
45 Gew.-%
Hydrierte Butadieneinheiten 49,5 Gew.-%
Butadieneinheiten 5,5 Gew.-%
Vergleichsbeispiel 1
Acrylnitril-Butadien-Copolymeren-Kautschuk
Gebundenes Acrylnitril (NIPOL 1043: Produkt von Nippon Zeon Co., Ltd.)
33 Gew.-%
Vergleichsbeispiel 2
Partiell hydrierter Acrylnitril-Butadien-Copolymeren-Kautschuk
Acrylnitrileinheiten
37 Gew.-%
Hydrierte Butadieneinheiten 28,4 Gew.-%
Butadieneinheiten 34,6 Gew.-%
Vergleichsbeispiel 3
Butadien-Butylacrylat-Acrylnitril-Copolymeren-Kautschuk
Butadieneinheiten
35 Gew.-%
Butylacrylateinheiten 30 Gew.-%
Acrylnitrileinheiten 35 Gew.-%
Für eine jede der Kautschukfolien wurde gemäß JIS K-6301 für die mechanischen Eigenschaften im normalen Zustand die Ölbeständigkeit untersucht.
Ölbeständigkeitstest
Die Kautschukfolie wurde 7 Tage in auf 150°C erhitztes Öl eingetaucht. Nach dem Eintauchen wurden die mechanischen Eigenschaften der Kautschukfolie in gequollenem Zustand gemessen und in der Tabelle als prozentuale Änderung angegeben. Das Auftreten von Rissen, als die Folie in gequollenem Zustand um 180° gebogen wurde, wurde bestimmt. Die für den Test verwendeten Öle sind JIS Nr. 1 Öl, PAOL 50 (ein Polyolefinöl, hergestellt von The Lion Fat Co., Ltd.), KYOSEKI ACE (ein Polyolefinschmieröl, hergestellt von Kyodo Sekiyu K.K.) und Mobil 1 (ein Polyolefinschmieröl, hergestellt von Mobil Oil). Die Ergebnisse sind in der Tabelle angegeben.
Außerdem wurden die Kautschukfolien bei 150°C in ein jedes von JIS Nr. 1 Öl, NISSEKI PAN-S (Schmieröl vom Mineralöltyp, hergestellt von Nippon Oil Co., Ltd.) PAOL 40, PAOL 50 oder PAOL 60 (ein Polyolefinöl, hergestellt von The Lion Fat Co, Ltd.), KYOSEKI ACE (ein Polyolefinschmieröl, hergestellt von Kyodo Sekiyu K.K.), Mobil 1 (ein Polyolefinschmieröl, hergestellt von Mobil Oil), Super G (ein Polyolefinschmieröl, hergestellt von Gulf Oil), Subzero Fluid (ein Polyolefinschmieröl, hergestellt von Chevron), Fire (ein Polyolefinschmieröl, hergestellt von Shell Oil) oder P-Z-L (ein Polyolefinschmieröl, hergestellt von Pennz Oil) während längstenfalls 40 Tagen eingetaucht. Die Anzahl der Tage, die verstrich, bis die Folie beim Biegen um 180° in gequollenem Zustand Risse zeigte, wurde bestimmt. Die Ergebnisse sind in Tabelle II angegeben.

Claims (1)

  1. Verwendung eines Kautschukgegenstands, im wesentlichen bestehend aus einem vulkanisierten Produkt eines Copolymeren-Kautschuks, umfassend (1) 10 bis 60 Gew.-% sich von einem ungesättigten Nitril ableitende Einheiten, (2) 0 bis 30 Gew.-% sich von einem konjugierten Dien ableitende Einheiten und (3) 90 bis 10 Gew.-% Einheiten, die sich von einem ethylenisch ungesättigten Monomeren ableiten, das verschieden ist von dem ungesättigten Nitril, und/oder Einheiten, die der Hydrierung der sich von einem konjugierten Dien ableitenden Einheiten entstammen, als ölbeständiger Gegenstand, der im Kontakt mit einem Polyolefinöl oder einem ein Polyolefinöl enthaltenden Motoren- bzw. Schmieröl steht, wobei zumindest die Oberfläche des Kautschukgegenstands mit diesem Öl in Kontakt steht.
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