DE3844670C2

DE3844670C2 -

Info

Publication number: DE3844670C2
Application number: DE19883844670
Authority: DE
Inventors: Edward P. Fairhaven Mass. Us Pinigis
Original assignee: Acushnet Co
Current assignee: Acushnet Co
Priority date: 1987-03-31
Filing date: 1988-03-17
Publication date: 1991-04-25
Anticipated expiration: 2008-03-18
Also published as: DE3808864A1; JPS63245452A; GB2202852A; GB2202852B; AU592040B2; DE3808864C2; AU1379088A; GB8805605D0

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Element aus einem gummiartigen Material bzw. aus einer Masse auf Basis von Butylkautschuk. Das Element, welches z. B. eine Membrane oder eine Dichtung ist, ist zur Verwendung in einem Trinkwassersystem bestimmt.

Bekannt ist es, Kautschukmischungen zusätzlich zu Schwefel als Vulkanisiermittel auch Vulkanisations-Beschleuniger, z. B. Thiazol-Beschleuniger, Thiuram-Beschleuniger oder Sulfenamid- Beschleuniger, beizumischen, um die Geschwindigkeit und die Ausbeute der Verletzungsreaktion zwischen dem Kautschuk und dem Vernetzer zu steigern (Hofmann, W.: Kautschuk-Technologie, Gentner Verlag, Stuttgart, 1980, S. 259-261).

Die Verwendung von Massen auf Butylkautschuk-Basis ist dort, wo eine hohe Flexibilität erforderlich ist, weit verbreitet. Butyl-Kautschuks sind Copolymere von Isobutylen mit einem geringen Prozentanteil an Diolefin. Das Diolefin ist dabei häufig Isopren oder Butadien, aber auch andere C₃-C₆-Diolefine können verwendet werden. Das Diolefin wird dabei für den Zweck verwendet, um Bereiche für die Vulkanisation zu liefern. Der Anteil an Diolefin liegt üblicherweise etwa zwischen 0,5 bis 5%, wobei die heute auf dem Markt erhältlichen Produkte üblicherweise einen Diolefinanteil in der Größenordnung von ungefähr 2-3% aufweisen.

Butylgummi, d. h. Massen auf der Basis von Butylkautschuk, werden allgemein unter Verwendung von einem oder mehreren Beschleunigern, Füllern und anderen Zusätzen hergestellt, wie dies nachfolgend noch näher angegeben wird. Wegen seiner hohen Elastizität, seiner guten Dichtungseigenschaften und Wasserundurchlässigkeit wird Butylgummi allgemein auch in Trinkwassersystemen verwendet und dabei speziell auch als Material für Membranen, Dichtungen usw.

Bekannt sind dabei speziell auch Massen auf Basis von Butylkautschuk, die Schwefel und Fettsäure enthalten (Derwent- Abstract 47 531 D/26).

Übliche Massen auf Butylkautschuk-Basis, die in Trinkwassersystemen verwendet werden, sind einigermaßen zufriedenstellend. Es wurde jedoch festgestellt, daß bei Verwendung solcher Verbindungen oder hieraus hergestellter Elemente in einem Trinkwassersystem das Trinkwasser einen nicht zufriedenstellenden Geschmack aufweist, und zwar insbesondere dann, wenn das Wasser über eine längere Zeit in dem System, in welchem Elemente aus Butylgummi verwendet sind, ohne zu fließen, steht bzw. verweilt. Obwohl dies in jedem Trinkwassersystem auftreten kann, wurde ein nachteiliger bzw. unangenehmer Geschmack besonders häufig in solchen Trink- oder Brauchwassersystemen angetroffen, die eine geringe Fließgeschwindigkeit bzw. eine hohe Standzeit für das Wasser bedingen, wie beispielsweise Filter und dabei insbesondere solche, die in Rückstrom-Osmose (reverse osmosis) verwendet und nachfolgend als "Osmosefilter" bezeichnet werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein neuartiges Element, hergestellt aus einer Masse auf Basis von Butylkautschuk, aufzuzeigen, welches die Nachteile bekannter Elemente aus Butylkautschuk nicht aufweist und den Geschmack von Trinkwasser nicht beeinträchtigt, und zwar selbst bei einer hohen Wasser-Verweildauer, wie sie beispielsweise bei Filtern und dabei insbesondere auch bei Osmose-Filtern vorliegt.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Element aus Butylkautschuk erfindungsgemäß entsprechend dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 ausgebildet.

Die Gummi-Grundlage ist bei dem erfindungsgemäßen Element ein Butyl-Kautschuk. In Übereinstimmung mit der allgemein üblichen Praxis in der Gummi-Industrie werden die anderen Bestandteile der für die Herstellung des Elementes verwendeten Masse jeweils bezogen auf 100 Gewichtsanteile an Butylkautschuk angegeben. Bei der späteren Beschreibung der anderen Bestandteile wird hier die Bezeichnung "phb" verwendet, die für "Anteile bezogen auf 100 Anteile Butylgummi" steht.

Um einen Butylkautschuk auszuhärten bzw. zu vulkanisieren, ist es notwendig, einen Beschleuniger oder aber, wie dies üblicher ist, ein System von Beschleunigern zu verwenden. Die Beschleuniger sind Verbindungen auf Schwefelbasis und führen zu einer Vulkanisation des Kautschuks. Der Gesamtanteil an Beschleuniger liegt in der Regel zwischen ungefähr 1-5 phb und dabei vorzugsweise zwischen ungefähr 1-3 phb.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß dann, wenn Butylgummi in Trinkwassersystemen verwendet werden, die Probleme in geschmacklicher Hinsicht auf Carbamat-Beschleuniger zurückzuführen sind. Ein üblicherweise verwendeter Beschleuniger dieser Art ist Zinkdimethyldithiocarbamat. Geeignete carbamat-freie Beschleuniger, d. h. für Beschleuniger, die Carbamat nicht enthalten, sind Thiurame, Thiazole und Sulfenamide.

Es ist notwendig, Füller in einer Masse auf Butylkautschuk- Basis zu verwenden. Der Gesamtanteil an Füller beträgt etwa 20-100 phb, und dabei vorzugsweise ungefähr 40-80 phb. Geeignete Füller sind dabei vorzugsweise Kieselerde oder Siliciumoxyd oder Ruß. Entsprechend der vorliegenden Erfindung sind wenigstens ungefähr die Hälfte und dabei bevorzugt etwa 75% des Füllers Ruß. Diese Ruß-Füller, die seit vielen Jahrzehnten bekannt sind, werden durch Verbrennen von Kohlenwassersotff-Brennstoffen bei ungenügender Luftzufuhr erhalten. Entsprechend der Erfindung enthält die Masse aber vorzugsweise auch ungefähr 1-30 phb an Ruß, welcher aus Kohle gewonnen wurde, und dabei vorzugsweise ungefähr 5-25 phb an diesem Ruß. Der Ruß sowie die Kieselerde oder das Siliciumoxyd werden vorzugsweise in einer Vielzahl von Partikelgrößen verwendet.

Unabhängig von seinem Ursprung kann der Ruß auch solcher aktivierter Art sein, falls dies gewünscht wird. Derartiger aktivierter Ruß kann auf verschiedenste Weise hergestellt werden, und zwar z. B. durch Behandlung mit einem gasförmigen Medium, beispielsweise mit Dampf oder heißer Luft oder durch Behandlung mit einem chemischen Mittel, wie beispielsweise mit Metallchloriden oder Phosphorsäure.

Ein Aktivator in einem Anteil von ungefähr 3-10 phb, vorzugsweise in einem Anteil von ungefähr 4-6 phb, wird verwendet. Der Aktivator ist dabei typischerweise ein Metalloxyd, wie Magnesiumoxyd oder Zinkoxyd, wobei von diesen beiden Aktivatoren Zinkoxyd wegen seines größeren bzw. besseren Aktivierungsvermögens bevorzugt wird.

Die Masse auf Butylkautschuk-Basis enthält vorzugsweise ungefähr 0-2 phb einer Fettsäure und dabei speziell ungefähr 0,75-1,5 phb Fettsäure. Die Fettsäure wirkt dabei sowohl als ein Aktivator als auch als Dispersionsmittel. Die Fettsäure ist vorzugsweise eine solche mit einem höheren Molekulargewicht, beispielsweise C₁₄-C₂₄. Falls es gewünscht wird, kann auch eine Kombination von verschiedenen Fettsäuren verwendet werden.

Die Masse auf Butylkautschuk-Basis enthält vorzugsweise auch ein Paraffinwachs, und zwar in einem Anteil von ungefähr 0-3 phb und dabei vorzugsweise in einem Anteil von ungefähr 1-3 phb. Das Paraffinwachs wirkt dabei als Verfahrenshilfsmittel und erhöht auch die Ozon-Widerstandsfähigkeit der Verbindung.

Weiterhin kann auch Schwefel enthalten sein, und zwar in einem Anteil von ungefähr 0-3 phb, und zwar vorzugsweise in einem Anteil von ungefähr 1-3 phb. Obwohl dieser Bestandteil nicht notwendig ist, hat er Vorteile für die Herstellung der Masse, da sich durch ihn der Anteil an erforderlichen Beschleunigern reduziert. In Massen, die Schwefel und Fettsäure enthalten, ist der Schwefel mit Magnesiumoxid gemischt oder überzogen.

In Massen auf Butylkautschuk-Basis werden in üblicher Weise Weichmacher verwendet. Derartige Weichmacher sind typischerweise Öle auf Hydrocarbonbasis. Nach Erkenntnis der Erfindung gelangen solche Weichmacher vielfach in das Wasser, und zwar in einer solchen Menge, daß sich hierdurch dann Geschmacks- und/oder Geruchsprobleme ergeben. Bei der Erfindung werden daher bevorzugt keine Weichmacher verwendet. Falls dennoch ein Weichmacher benutzt wird, ist dieser so ausgewählt, daß er nur in äußerst geringem Maße oder aber überhaupt nicht vom Wasser aufgenommen bzw. aus der Masse auf Butylkautschuk- Basis gelöst wird.

Die Elemente gemäß der Erfindung werden ansonsten unter Anwendung derjenigen Techniken hergestellt und verarbeitet, wie sie bei der Herstellung und Verarbeitung von Massen auf Butylkautschuk-Basis üblich sind. Alle Bestandteile werden gemischt, und zwar mit Ausnahme der Beschleuniger sowie auch mit Ausnahme des Schwefels, falls dieser verwendet wird. Nach dem Mischen, welches über einer Zeitdauer auf einer erhöhten Temperatur erfolgt, werden die Beschleuniger und ggf. auch der Schwefel den anderen Bestandteilen zugegeben und der Mischvorgang fortgesetzt. Das herzustellende Teil oder Element, beispielsweise eine Membrane, wird dann aus dieser Masse geformt, und zwar vorzugsweise aus einem aus der Masse vorgeformten oder extrudierten Rohling.

Entsprechend der Erfindung wird das Gummiteil oder -element nachgehärtet. Dieses Nachhärten wird nach dem Formen des Gumiteils durchgeführt, und zwar vorzugsweise bei einer Temperatur oberhalb von ungefähr 93°C (200°F) oder bevorzugt bei einer Temperatur oberhalb von 150°C (300°F), und zwar während einer Zeit von ungefähr 1 Stunde, bevorzugt während einer Zeit von 2 Stunden.

Zum besseren Verständnis dieser und weiterer Aspekte der Erfindung wird auf die nachfolgenden Beispiele Bezug genommen:

Beispiel 1

Bei diesem Beispiel wurde eine Gummimembrane zur Verwendung in einem Osmose-Filter für ein Trinkwassersystem vorbereitet. Die Verbindung enthielt 100 Anteile Butylkautschuk und bezogen auf 100 Teile Butylkautschuk (phb), die folgenden Bestandteile:

Stearinsäure
1,0
Paraffinwachs	1,5
Kieselerde oder Siliciumoxyd	10,0
Kohlenwasserstoff-Weichmacher	2,0
Ruß	50,0
Dipentamethylenthiuramdisulfid	0,35
Zinkdimethyldithiocarbamat	0,5
Tetramethylthiuramdisulfid	1,0
Schwefel	2,0
Zinkoxyd	5,0

Aus der vorstehend genannten Masse wurden Proben für einen Geschmackstest hergestellt, und zwar unter Verwendung der üblichen Gummiverarbeitungstechniken. Mit Ausnahme der Beschleuniger sowie des Schwefels wurden alle Bestandteile in einem Mischer (Banbury-Mischer oder Kugelmischer) bei ungefähr 150°C (300°F) etwa 8 Minuten gemischt. Die so erhaltene Mischung wurde dem Mischer entnommen und auf Umgebungstemperatur abgekühlt, worauf die Beschleuniger sowie der Schwefel zugegeben wurden. Die Mischung wurde dann in den Mischer zurückgegeben und nochmals 3-4 Minuten bei etwa 93°C (200°F) gemischt. Aus dieser Mischung wurden dann durch Extrudieren Rohlinge hergestellt, die dann anschließend unter Druck bei einer Temperatur von ungefähr 171°C (340°C) und während einer Zeit von 5-6 Minuten druckgeformt wurden, und zwar in Proben mit einer Grundfläche von 2,54×2,54 cm (1 Zoll×1 Zoll) und mit einer Dicke von ungefähr 0,6 cm (ungefähr 1/4 Zoll).

Nach dem Abkühlen der Proben wurden 15 dieser Proben in etwa 0,5 l eines geschmacks- und geruchlosen Wassers gegeben. Das Wasser mit den Proben wurde etwa 24 Stunden bei Umgebungstemperatur aufbewahrt. Anschließend wurde das Wasser durch eine Jury von Geschmackstestern getestet. Hierbei wurde festgestellt, daß das Wasser einen leichten bis mäßigen Geschmack sowie einen leichten bis mäßigen Geruch aufwies.

Beispiel 2

Das Beispiel 1 wurde wiederholt, und zwar mit dem Unterschied, daß die Masse auf Butylkautschuk-Basis in Übereinstimmung mit der Erfindung hergestellt wurde. Die Masse enthielt dann bezogen auf 100 Anteile Butylkautschuk die folgenden Bestandteile:

Stearinsäure
1,0
Paraffinwachs	1,5
Kieselerde bzw. Siliciumoxyd	20,0
Ruß	50,0
Dipentamethylenthiuramhexasulfid	0,35
Tetramethyltlhiuramdisulfid	1,0
Schwefel	2,0
Zinkoxyd	5,0
auf Kohlebasis hergestellter Ruß	20,0

Aus dieser Verbindung wurden in der gleichen Weise wie im Beispiel 1 Proben hergestellt, allerdings mit dem Unterschied, daß nach dem Druckformen die Proben einer Nachhärtung über etwa 3 Stunden und bei einer Temperatur von 150°C (300°F) unterzogen wurden.

Bei dem Geschmackstest, der unter Verwendung des gleichen Wassers sowie der gleichen Testjury wie beim Beispiel 1 durchgeführt wurde, wurde festgestellt, daß das Wasser keinen oder nur einen sehr sehr leichten Geschmack sowie keinen oder nur einen sehr sehr leichten Geruch aufwies.

Beispiel 3

Das Beispiel 2 wurde wiederholt, und zwar mit dem Unterschied, daß das Paraffinwachs, die Stearinsäure sowie der Schwefel nicht verwendet wurden. Vergleichbare Ergebnisse wurden erzielt.

Beispiel 4

Das Beispiel 2 wurde wiederholt, allerdings mit dem Unterschied, daß eine Nachhärtung nicht angewandt wurde. Die Ergebnisse waren wesentlich besser als beim Beispiel 1 und nahezu gleich gut wie beim Beispiel 2.

Beispiel 5

Beispiel 2 wurde wiederholt, allerdings mit dem Unterschied, daß kein aus Kohle gewonnener Ruß verwendet wurde. Obwohl die hier erhaltenen Ergebnisse besser waren als die Ergebnisse beim Beispiel 1, waren diese Ergebnisse feststellbar schlechter als die Ergebnisse beim Beispiel 2.

Die Erfindung wurde voranstehend an bevorzugten Ausführungsformen beschrieben. Es versteht sich, daß Änderungen sowie Abwandlungen möglich sind, ohne daß dadurch der der Erfindung tragende Gedanke verlassen wird.

Claims

1. Element, hergestellt aus einer Masse, bestehend aus Butylkautschuk und bezogen auf 100 Anteile Butylkautschuk (phb)
1-5 phb carbamat-freier Beschleuniger aus der Gruppe Thiurame, Thiazole und Sulfenamide
20-100 phb Füller
3-10 phb Aktivator,
zur Verwendung in einem Trinkwassersystem.

2. Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens die Hälfte des Füllers Ruß ist.

3. Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens 75% des Füllers Ruß ist.

4. Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse bis 30 phb, vorzugsweise 10 bis 30 phb Ruß enthält, der aus Kohle gewonnen wurde.

5. Element nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse weiterhin die folgenden Bestandteile enthält:
0-3 phb Paraffinwachs
0-3 phb Schwefel
0-2 phb Fettsäure,
wobei in Massen, die Schwefel und Fettsäure enthalten, der Schwefel mit Magnesiumoxyd gemischt oder überzogen ist.

6. Element nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwefel mit Magnesiumoxyd gemischt oder überzogen ist.

7. Element nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Füller von Ruß und Kieselerde oder Siliciumoxyd gebildet ist.

8. Element nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch seine Ausbildung als Membrane.

9. Verwendung wenigstens eines Elementes nach einem der Ansprüche 1 bis 8 in einem Trinkwassersystem.