DE69030498T2 - Kautschukmischung mit hohem Elastizitätsmodul - Google Patents
Kautschukmischung mit hohem ElastizitätsmodulInfo
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Description
- Manchmal ist es wünschenswert, den Modul von Kautschukcompounds zu erhöhen. Z.B. ist es im allgemeinen wünschenswert, den Modul von Kautschukcompounds zu erhöhen, die in Reifenlaufflächen- Basiszusammensetzungen und in Reifendrahtschicht-Compounds verwendet werden. Ein höherer Grad an Steifigkeit in derartigen Kautschukzusammensetzungen wird herkömmlicherweise durch Einschluß größerer Mengen an Füllstoffen, wie z.B. Ruß, in die Kautschukcompounds und/oder durch Erhöhen des Vulkanisationsgrades derartiger Compounds erzielt. Leider führen diese beiden Verfahren zu nicht wünschenswerten Ergebnissen. Der Einschluß von zusätzlichem Ruß in Kautschukcompounds führt z.B. typischerweise zu hohen Hystereseniveaus. Demzufolge führt die Verwendung derartiger Compounds in Reifen zu einem übermäßigen Wärmestau und schlechten Rißwachstums- Eigenschaften. Die Verwendung großer Mengen an Schwefel, um einen hohen Vulkanisationsgrad zu erzielen, führt typischerweise zu schlechter Alterungsbeständigkeit. Des weiteren ist es äußerst unpraktisch, hohe Steifigkeitsgrade allein durch einen höheren Vulkanisationsgrad zu erzielen. Aus diesen Gründen ist es nicht möglich, den gewünschten Grad an Steifigkeit in Reifenlaufflächen- Basiscompounds einfach durch Zugabe höherer Konzentrationen an Füllstoffen oder Vulkanisationsmitteln zu erzielen.
- FR-A-2,508,046, FR-B-1,576,887 und DE-B-1,118,447 betreffen Verfahren zur Synthese von Polyhamstoffen und Polyurethanen in Kautschuken. FR-A-2,508,046 offenbart ein Verfahren, wonach ein Diisocyanat mit einem primären Diamin in Gegenwart von cis-1,4-Polyisopren-Kautschuk umgesetzt wird. Seine Lehren offenbaren Verfahren zum Umsetzen des Diisocyanats mit einem Diamin sowohl durch Festphasen- als auch durch Flüssigphasen-Verfahren.
- Die vorliegende Erfindung offenbart ein Verfahren zur Herstellung einer Kautschukzusammensetzung mit hohem Modul, welches die Polymerisation mindestens eines Diisocyanats mit mindestens einem aus der Gruppe bestehend aus Diolen und Diamin ausgewählten Mitglieds in der Matrix mindestens eines trockenen kautschukartigen Elastomers umfaßt, um die Kautschukzusammensetzung mit hohem Modul herzustellen, worin das Verfahren durch (1) Einmischen des Diisocyanats in einen ersten Teil des Kautschuks, (2) Einmischen des Diols oder Diamins in einen zweiten Teil des Kautschuks und (3) Mischen des das Diisocyanat enthaltenden Kautschuks mit dem das Diol oder Diamin enthaltenden Kautschuk durchgeführt wird.
- Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
- Die mit Hilfe dieses Verfahrens hergestellten Kautschukzusammensetzungen mit hohem Modul sind für Anwendungen gut geeignet, bei denen ein hoher Grad an Steifigkeit gewünscht wird. Mit Hilfe dieses Verfahrens hergestellte Kautschukzusammensetzungen weisen jedoch keinen höheren Hysteresegrad auf.
- Praktisch jede Art von Elastomer kann bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Kautschukzusammensetzungen mit hohem Modul verwendet werden. Die kautschukartigen Elastomere, die gemäß dieser Erfindung verwendet werden, enthalten typischerweise wiederkehrende Einheiten, die von Dien-Monomeren, wie z.B. konjugierten Dien- Monomeren und/oder nicht-konjugierten Dien-Monomeren, abgeleitet sind. Derartige konjugierte oder nicht-konjugierte Dien-Monomere enthalten typischerweise 4 bis 12 Kohlenstoffatome und vorzugsweise enthalten sie 4 bis 8 Kohlenstoffatome. Einige repräsentative Beispiele für geeignete Dien-Monomere umfassen 1,3-Butadien, Isopren, 2,3-Dimethyl-1,3-butadien, 2-Methyl-1,3-pentadien, 3,4-Dimethyl-1,3-hexadien, 4,5-Diethyl-1,3-octadien und Phenyl-1,3-butadien. Der Polydien-Kautschuk kann auch wiederkehrende Einheiten enthalten, die von verschiedenen vinylaromatischen Monomeren, wie z.B. Styrol, 1-Vinylnaphthal in, 2-Vinylnaphthal in, α-Methylstyrol, 4-Phenylstyrol und 3-Methylstyrol, abgeleitet sind. Einige repräsentative Beispiele für Polydien-Kautschuke, die durch Verwendung der Kautschukzusammensetzungen mit hohem Modul dieser Erfindung modifiziert werden können, umfassen Polybutadien, Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR), synthetisches Polyisopren, Naturkautschuk, Isopren-Butadien-Kautschuk, Isopren- Butadien-Styrol-Kautschuk, Nitril-Kautschuk, carboxylierten Nitril- Kautschuk und EPDM-Kautschuk. Das Verfahren dieser Erfindung ist zur Verwendung bei der Modifizierung von Naturkautschuk, synthetischem Polyisopren und cis-1,4-Polybutadien besonders gut geeignet.
- Die in den erfindungsgemäßen Kautschukzusammensetzungen mit hohem Modul verwendeten Elastomere können durch Lösungspolymerisation, Emulsionspolymerisation oder Massepolymerisation hergestellt werden. Es ist natürlich auch möglich, Naturkautschuk bei der Herstellung der Kautschukzusammensetzungen dieser Erfindung zu verwenden. Die Art und Weise, in der das trockene kautschukartige Elastomer synthetisiert wurde, ist nicht von großer Bedeutung.
- Praktisch jede Art von Diisocyanat-Monomer kann verwendet werden. Diese Diisocyanat-Monomere haben typischerweise die Strukturformel:
- O=C=N-A-N=C=O
- worin A eine Alkylen-, Cycloalkylen-, Arylen- oder Cycloarylen- Einheit darstellt. Einige repräsentative Beispiele für Diisocyanat- Monomere, die verwendet werden können, umfassen 1,6-Hexamethylendiisocyanat, 4,4'-Methylendiphenyldiisocyanat, Toluoldiisocyanat, Naphthalindiisocyanat und Isophorondiisocyanat. Isophorondiisocyanat ist auch als 5-Isocyanato-1-(isocyanatomethyl)-1,3,3-trimethylcyclohexan bekannt und hat die Strukturformel:
- Praktisch jede Art von Diamin-Monomer kann verwendet werden. Einige repräsentative Beispiele für Diamin-Monomere, die verwendet werden können, umfassen Ethylendiamin, Phenylendiamin, 1,6-Hexandiamin, Naphthalindiamine, 1,4-Butylendiamin, Piperazin und Hydrazin. Ebenso kann jedwedes Diol-Monomer verwendet werden. Einige repräsentative Beispiele für Diol-Monomere, die verwendet werden können, umfassen Ethylenglykol, Butylenglykol, Neopentylglykol, Cyclohexandimethanol und 1,6-Hexandiol. Geringe Mengen an Polyisocyanaten, Polyaminen oder Polyolen können in das Polymer eincopolymerisiert werden, um eine Vernetzung zu bewirken. In einigen Fällen ist es wünschenswert, aufgrund der im allgemeinen hohen Reaktionsgeschwindigkeit, die erzielt wird, ein aromatisches Diamin zu verwenden. Hohe Reaktionsgeschwindigkeiten sind besonders wünschenswert, wenn der Polyharnstoff oder das Polynrethan in der Matrix eines trockenen Kautschuks synthetisiert wird.
- Bei der Durchführung dieser Erfindung wird das Polyisocyanat in einen ersten Teil des trockenen Kautschuks eindispergiert. Das Diol- Monomer oder Diamin-Monomer wird in einen zweiten Teil des Kautschuks eingemischt. Die beiden Komponenten können dann gemischt werden, um den das Diisocyanat enthaltenden Kautschuk mit dem das Diol- oder Diamin-Monomer enthaltenden Kautschuk zu mischen. Diese Vorgehensweise führt auch zur Bildung einer hochdispersen Mischung von Polyurethan oder Polyharnstoff in der Matrix des trockenen Kautschuks.
- Der Polyharnstoff oder das Polyurethan können in der Kautschukmatrix innerhalb eines breiten Temperaturbereichs synthetisiert werden. Die Temperatur, bei der die Polymerisation durchgeführt wird, liegt typischerweise im Bereich von 60ºC bis 200ºC. Es ist bevorzugt, daß derartige Polymerisationen bei einer Temperatur im Bereich von 100ºC bis 160ºC durchgeführt werden, wobei es am meisten bevorzugt ist, daß die Polymerisation bei einer Temperatur im Bereich von 120ºC bis 140ºC erfolgt.
- Die Polymerisation wird durchgeführt, während der Kautschuk und die Monomere mechanischen Scherkräften ausgesetzt werden. Typischerweise wird die Polymerisation in einem Extruder oder Mischer durchgeführt, der in der Lage ist, ausreichend hohe Scherkräfte bereitzustellen, um die Monomere homogen in dem gesamten trockenen Kautschuk zu dispergieren. Banbury-Mischer und Brabender-Mischer sind zur Verwendung in diesem Verfahren sehr gut geeignet.
Claims (7)
1. Verfahren zur Herstellung einer Kautschukzusammensetzung mit
hohem Modul, welches die Polymerisation mindestens eines
Diisocyanats mit mindestens einem aus der Gruppe bestehend aus
Diolen und Diaminen ausgewählten Mitglied in der Matrix
mindestens eines trockenen kautschukartigen Elastomers umfaßt,
um die Kautschukzusammensetzung mit hohem Modul herzustellen,
worin das Verfahren durch (1) Einmischen des Diisocyanats in
einen ersten Teil des Kautschuks, (2) Einmischen des Diols oder
Diamins in einen zweiten Teil des Kautschuks und (3) Mischen
des das Diisocyanat enthaltenden Kautschuks mit dem das Diol
oder Diamin enthaltenden Kautschuk durchgeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, worin das kautschukartige Elastomer
Polybutadien ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1, worin das kautschukartige Elastomer
Polyisopren ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1, worin das kautschukartige Elastomer
Styrol-Butadien-Kautschuk ist.
5. Verfahren nach Anspruch 1, worin das kautschukartige Elastomer
Styrol-Isopren-Butadien-Kautschuk ist.
6. Verfahren nach Anspruch 1, worin die aus der Gruppe bestehend
aus Diolen und Diaminen ausgewählten Mitglieder Diole sind.
7. Verfahren nach Anspruch 1, worin die aus der Gruppe bestehend
aus Diolen und Diaminen ausgewählten Mitglieder Diamine sind.
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1990
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