DE69519739T2

DE69519739T2 - Epdm zusammensetzungen und verfahren zur herstellung davon

Info

Publication number: DE69519739T2
Application number: DE69519739T
Authority: DE
Inventors: Bin Chung; E. Mackay; Zlatko Podobnik
Original assignee: Cabot Corp
Current assignee: Cabot Corp
Priority date: 1994-10-03
Filing date: 1995-09-14
Publication date: 2001-08-02
Anticipated expiration: 2015-09-15
Also published as: AU3631595A; DE69519739D1; CA2201632A1; MY114902A; KR100381753B1; EP0784647A1; KR970706344A; US5700845A; MX9702394A; ES2153496T3; JPH10506933A; BR9509125A; WO1996010601A1; HK1001208A1; JP3547758B2; EP0784647B1; US5801209A

Description

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft:
schäumbare Zusammensetzungen, die EPDM (Ethylen-Propylen-Dien-Polymethylen-Kautschuk), bestimmte Ruße und Treibmittel umfassen;
geschäumte, vulkanisierte bzw. gehärtete EPDM-Zusammensetzungen, die EPDM und Ruß umfassen;
ein Verfahren zur Herstellung geschäumter, vulkanisierter bzw. gehärteter EPDM-Zusammensetzungen und
die Verwendung geschäumter, vulkanisierter bzw. gehärteter EPDM-Zusammensetzungen als Dichtungen.
Die schäumbaren EPDM-Zusammensetzungen weisen eine verbesserte Aufnahmefähigkeit für UHF-Mikrowellen auf. Die geschäumten, vulkanisierten bzw. gehärteten EPDM-Zusammensetzungen weisen verbesserte Schwammeigenschaften und eine glatte Oberfläche auf (bei Sichtprüfung).

Hintergrund

Ruße werden auf vielen Gebieten als Füllstoffe und Verstärkungspigmente beim Kompundieren und Herstellen von EPDM-Zusammensetzungen verwendet. Ruße werden üblicherweise aufgrund ihrer Eigenschaften charakterisiert, einschließlich, jedoch nicht darauf beschränkt, ihrer Oberflächen, ihrer Oberflächenchemie, der Aggregatgrößen und der Partikelgrößen. Die Eigenschaften von Rußen werden durch in der Fachwelt bekannte Tests analytisch bestimmt, einschließlich der Oberflächenbestimmung mittels Cetyltrimethylammoniumbromid (CTAB) und Dibutylphthalatadsorption (DBP).
Ruße werden insbesondere in einem breiten Bereich als Füllstoffe und Verstärkungspigmente beim Kompundieren und Herstellen von EPDM-Zusammensetzungen eingesetzt, die als Schwammdichtungen verwendet werden sollen. Eine Schwammdichtung betrifft eine EPDM-Zusammensetzung, die nach Extrudieren oder Formen und Härten bzw. Vulkanisieren ein Profil aufweist, das Lufttaschen oder Zellen enthält und einem Schwamm ähnelt.
Die UHF-Vulkanisation mittels Mikrowellen ist eines der Härtungs- bzw. Vulkanisationsverfahren, die bei dem Herstellungsprozess von Schwammdichtungen bzw. Schaumgummidichtungen verwendet werden. UHF-Mikrowellenvulkanisation nimmt aufgrund ihrer hohen Wärmeeffizienz und ihrer Kompatibilität mit Umwelt- und Arbeitsplatzbestimmungen immer mehr an Bedeutung zu. Wie der Fachmann weiß, betrifft die UHF-Mikrowellenvulkanisation ein Vulkanisationsverfahren, bei dem ultrahochfrequente Mikrowellen verwendet werden, d. h. Frequenzen von etwa 300 bis 300000 Megahertz (megacycles per second oder "MHz").
Herkömmliche gering verstärkende Ruße wie ASTM N550 Carbon Black, ASTM N650 Carbon Black, ASTM N660 Carbon Black, ASTM N762 Carbon Black und ASTM N990 Carbon Black finden breite Anwendung bei der Einarbeitung in schäumbare EPDM-Zusammensetzungen, da derartige Ruße eine einfache Expansion (Schäumen) erlauben. EPDM-Zusammensetzungen, in die gering verstärkende Ruße eingebaut sind, sind jedoch für die UHF-Vulkanisation mittels Mikrowellen nicht so empfänglich wie die erfindungsgemäßen schäumbaren EPDM-Zusammensetzungen. Aufgrund ihrer höheren Empfänglichkeit gegenüber UHF-Mikrowellenvulkanisation weisen die erfindungsgemäßen schäumbaren EPDM-Zusammensetzungen eine höhere Aufheizgeschwindigkeit auf als diejenigen EPDM-Zusammensetzungen, in die ähnliche Mengen gering verstärkender Ruße eingearbeitet sind.
Darüber hinaus weisen die geschäumten, vulkanisierten, erfindungsgemäßen EPDM- Zusammensetzungen eine geringere Schwammdichte und eine geringere Schwammstauchung auf als EPDM-Zusammensetzungen, in die ähnliche Mengen gering verstärkender Ruße eingearbeitet sind. Darüber hinaus zeigen die geschäumten, vulkanisierten, erfindungsgemäßen EPDM-Zusammensetzungen eine glattere Oberfläche (bei Sichtprüfung), als es für EPDM-Zusammensetzungen, in die ähnliche Mengen gering verstärkender Ruße eingebaut sind, charakteristisch ist.

Zusammenfassung der Erfindung

Es wurden schäumbare EPDM-Zusammensetzungen gefunden, die umfassen:
EPDM;
einen Ruß, der einen CTAB (Cetyltrimethylammoniumbromid-Oberfläche) von 50 bis 60 m²/g (Quadratmeter pro Gramm) und einen DBP (Dibutylphthalatabsorptionswert) von 90 bis 115 cm³/100 g (Kubikzentimeter Dibutylphthalat pro 100 Gramm Ruß); und
ein Treibmittel.
In die schäumbaren erfindungsgemäßen EPDM-Zusammensetzungen ist Ruß in einer Menge von 50 bis 250 phr (Gewichtsteile Ruß pro 100 Gewichtsteile EPDM) eingearbeitet.
Vorzugsweise ist in die schäumbaren EPDM-Zusammensetzungen der Ruß in einer Menge von 100 bis 200 phr eingearbeitet.
Die erfindungsgemäßen schäumbaren EPDM-Zusammensetzungen werden vorteilhafterweise in Anwendungen eingesetzt, bei denen eine hohe UHF-Mikrowellen-Aufheizgeschwindigkeit erwünscht ist. Eine solche Anwendung sind Schwammdichtungen auf dem Automobilsektor.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen schäumbaren EPDM-Zusammensetzungen ist, dass die schäumbaren EPDM-Zusammensetzungen im Vergleich zu EPDM- Zusammensetzungen, in die herkömmliche Mischungen gering verstärkender Ruße eingearbeitet sind, verbesserte Qualitätseigenschaften aufweisen.
Es sind auch geschäumte, vulkanisierte EPDM-Zusammensetzungen gefunden worden, die umfassen:
EPDM und
einen Ruß, der einen CTAB von 50 bis 60 m²/g aufweist und einen DBP von 90 bis 115 cm³/100 g aufweist.
In die erfindungsgemäßen geschäumten, vulkanisierten EPDM-Zusammensetzungen ist Ruß in einer Menge von 50 bis 250 phr eingearbeitet. Vorzugsweise ist in die geschäumten, vulkanisierten EPDM-Zusammensetzungen Ruß in einer Menge von 100 bis 200 phr eingearbeitet.
Die erfindungsgemäßen geschäumten, vulkanisierten EPDM-Zusammensetzungen weisen vorteilhafterweise eine geringe Schwammdichte und eine geringe bleibende Verformung des Schwammes im Vergleich zu EPDM-Zusammensetzungen auf, in die ähnliche Mengen herkömmlicher gering verstärkender Ruße eingearbeitet worden sind.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen geschäumten, vulkanisierten EPDM-Zusammensetzungen ist, dass die geschäumten, vulkanisierten EPDM-Zusammensetzungen im Vergleich zu EPDM-Zusammensetzungen, in die ähnliche Mengen herkömmlicher Mischungen niedrig verstärkender Ruße eingearbeitet worden sind, verbesserte Qualitätseigenschaften aufweisen.
Wir haben darüber hinaus ein Verfahren zur Herstellung geschäumter, vulkanisierter EPDM-Zusammensetzungen gefunden, das umfasst:
Mischen von EPDM, einem Ruß mit einem CTAB von 50 bis 60 m²/g und einem DBP von 90 bis 150 cm³/100g und einem Treibmittel, und Schäumen und Vulkanisieren des erhaltenen Gemisches,
wobei der Ruß in einer Menge von 50-250 phr vorliegt.
Das Verfahren umfasst darüber hinaus vorzugsweise einen Verfahrensschritt, in dem das erhaltene Gemisch aus dem EPDM, dem Ruß und dem Treibmittel extrudiert oder geformt wird, bevor die Zusammensetzung vulkanisiert wird. Ebenfalls bevorzugt ist das erfindungsgemäße Verfahren, wobei UHF-Mikrowellenvulkanisation zum Vulkanisieren des erhaltenen Gemisches aus dem EPDM, dem Ruß und dem Treibmittel eingesetzt wird. Darüber hinaus ist es bevorzugt, eine Rußmenge von 100-200 phr in dem Verfahren einzusetzen, um geschäumte, vulkanisierte, erfindungsgemäße EPDM-Zusammensetzungen herzustellen.
Wir haben darüber hinaus eine vorteilhafte Verwendung der erfindungsgemäßen geschäumten, vulkanisierten EPDM-Zusammensetzungen als Abdichtungen gefunden. Erfindungsgemäß umfasst ein Verfahren zum Abdichten:
Verschließen einer Oberfläche mit einer geschäumten, vulkanisierten EPDM- Zusammensetzung, die EPDM und einen Ruß mit einem CTAB von 50 bis 60 m²/g, einem DBP von 90-115 cm³/100 g umfasst, wobei der Ruß in einer Menge von 50-250 phr vorliegt Vorzugsweise liegt der Ruß in dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Abdichten in einer Menge von 100-200 phr vor.
Andere Vorteile der vorliegenden Erfindung sind aus der folgenden ausführlicheren Beschreibung der Erfindung ersichtlich.

Ausführliche Beschreibung der Erfindung

Wie zuvor dargelegt, stellt die vorliegende Erfindung schäumbare EPDM-Zusammensetzungen; geschäumte, vulkanisierte EPDM-Zusammensetzungen; Verfahren zur Herstellung geschäumter, vulkanisierter EPDM-Zusammensetzungen; und eine Verwendung der geschäumten, vulkanisierten EPDM-Zusammensetzungen als Abdichtungen bereit. Jeder dieser erfindungsgemäßen Aspekte wird im folgenden ausführlicher beschrieben.

Schäumbare EPDM-Zusammensetzungen

Die vorliegende Erfindung stellt schäumbare EPDM-Zusammensetzungen bereit, die umfassen:
EPDM;
einen Ruß mit einem CTAB von 50 bis 60 m²/g und einem DBP von 90 bis 115 cm³/100 g und
ein Treibmittel,
wobei der Ruß in einer Menge von 50-250 phr vorliegt. Vorzugsweise liegt der Ruß in einer Menge von 100-200 phr vor.
Die in der erfindungsgemäßen schäumbaren EPDM-Zusammensetzung verwendete Treibmittelmenge reicht aus, um die erhaltene Zusammensetzung zu expandieren (schäumen). Im allgemeinen wird Treibmittel in einer Menge von 2-15 phr (Gewichtsteile Treibmittel zu 100 Gewichtsteilen EPDM) verwendet.
EPDM ist gut bekannt und im Handel aus einer Reihe von Quellen erhältlich. Treibmittel, die zur Verwendung in den erfindungsgemäßen schäumbaren EPDM-Zusammensetzungen geeignet sind, umfassen jedes Treibmittel, das mit dem Gemisch aus EPDM und dem Ruß kompatibel ist. Geeignete Treibmittel umfassen, sind jedoch nicht auf diese beschränkt: flüssigen oder gasförmigen Stickstoff, halogenierten Kohlenwasserstoff mit einem Siedepunkt unter 25ºC; chemische Treibmittel wie Azodicarbonamid (AZDC), Toluolsulfonylhydrazid (TSH), Oxybis(benzolsulfonylhydrazid) (OBSH), Natriumbicarbonat oder aktivierte Formen davon; und CELOGEN® Treibmittel, wie CELOGEN® AZ 199, CELOGEN® OT und CELOGEN® 754. CELOGEN ist eine eingetragene Marke der Uniroyal Rubber Company.
Die erfindungsgemäßen schäumbaren EPDM-Zusammensetzungen können auch herkömmliche Additive wie Öle, Stabilisatoren, Oxide, Säuren, Härtungsmittel bzw. Vulkanisiermittel usw. enthalten, von denen der Durchschnittsfachmann weiß, dass ihre Einarbeitung in EPDM-Zusammensetzungen, und während der Bildung von EPDM-Zusammensetzungen, brauchbar ist. Vulkanisationsmittel werden zu der Zusammensetzung zugegeben, indem sie vor dem Vulkanisieren und vor dem Formen oder Extrudieren des Gemisches zugemischt werden. Vulkanisationsmittel, die zur Einarbeitung in EPDM-Zusammensetzungen brauchbar sind, sind in der Technik bekannt und umfassen jedes Vulkanisationsmittel, das mit dem EPDM, dem Ruß und dem Treibmittel, die verwendet werden, kompatibel ist.
Die erfindungsgemäßen schäumbaren EPDM-Zusammensetzungen können auf jede Weise hergestellt werden, die dem Durchschnittsfachmann zur Herstellung von EPDM-Zusammensetzungen, in die Ruße eingearbeitet sind, bekannt ist. Ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Zusammensetzungen, bei dem ein BR Banbury-Mischer eingesetzt wird, ist im folgenden beschrieben.
Ein BR Banbury-Mischer wird eingeschaltet und bei einer Temperatur von 45ºC und einer Rotorgeschwindigkeit von 77 UPM gehalten. EPDM wird zu dem Mischer zugegeben und etwa 30 Sekunden lang gemischt. Öl und vorzugsweise Zinkoxid und Stearylsäure oder Zusammensetzungen mit ähnlichen Eigenschaften werden zu dem EPDM zugegeben und etwa zwei weitere Minuten lang gemischt. Der Ruß wird zu dem Gemisch zugegeben und die Temperatur in der Mischkammer wird abgekühlt und bei einer Temperatur von unterhalb etwa 135ºC gehalten. Ein Treibmittel wird vorzugsweise zu dem Gemisch aus EPDM/Ruß zugegeben. Typischerweise wird das Gemisch aus Ruß/EPDM weitere 4,5 Minuten lang gemischt. Treibmittel und Vulkanisationsmittel (wenn eingesetzt) werden zu dem Gemisch zugegeben.
Obwohl ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen schäumbaren EPDM- Zusammensetzung beschrieben worden ist, können die erfindungsgemäßen schäumbaren EPDM-Zusammensetzungen durch andere Verfahren zur Herstellung von Polymer- oder Gummizusammensetzungen, die dem Durchschnittsfachmann bekannt sind, hergestellt werden.

Geschäumte, vulkanisierte EPDM-Zusammensetzungen

Die vorliegende Erfindung stellt auch geschäumte, vulkanisierte EPDM-Zusammensetzungen bereit, die umfassen:
EPDM und 50-250 phr eines Rußes mit einem CTAB von 50 bis 60 m²/g und einem DBP von 90 bis 115 cm³/100 g,
wobei der Ruß in einer Menge von 50-250 phr vorliegt.
Vorzugsweise liegt der Ruß in einer Menge von 100-200 phr vor.
Die geschäumten, vulkanisierten, erfindungsgemäßen EPDM-Zusammensetzungen ergeben Schwammprofile mit niedriger Schwammdichte, glatterem Oberflächenaussehen (durch Sichtprüfung), geringere bleibende Verformung des Schwamms und andere verbesserte Eigenschaften im Vergleich zu EPDM-Zusammensetzungen, in die ähnliche Mengen herkömmlicher niedrig verstärkender Ruße eingearbeitet worden sind.
Wie zuvor dargelegt, ist EPDM gut bekannt und im Handel aus einer Reihe von Quellen erhältlich. Um eine erfindungsgemäße geschäumte, vulkanisierte EPDM-Zusammensetzung herzustellen, werden das EPDM und der Ruß gemischt, wobei Techniken eingesetzt werden, die dem Durchschnittsfachmann im allgemeinen bekannt sind. Ein Treibmittel wird mit dem EPDM und dem Ruß gemischt, um die "geschäumte" Charakteristik bereitzustellen. Geeignete Treibmittel umfassen jedes Treibmittel, das mit dem EPDM und dem Ruß kompatibel ist, wie die zuvor hinsichtlich der erfindungsgemäßen schäumbaren EPDM-Zusammensetzung angegebenen. Die Treibmittelmenge, die in das Gemisch aus EPDM und Ruß eingearbeitet wird, reicht aus, um die erhaltene Zusammensetzung zu expandieren (schäumen). Im allgemeinen wird das Treibmittel in einer Menge von 2-15 phr eingesetzt.
Die erfindungsgemäßen geschäumten, vulkanisierten EPDM-Zusammensetzungen können auch herkömmliche Additive enthalten, wie beispielsweise Öle, Stabilisatoren, Oxide, Säuren, Vulkanisationsmittel usw., von denen der Durchschnittsfachmann weiß, dass sie zum Einarbeiten in EPDM-Zusammensetzungen und während der Bildung von EPDM-Zusammensetzungen brauchbar sind. Vulkanisationsmittel werden der Zusammensetzung zugegeben, indem sie dem Gemisch vor dem Vulkanisieren und vor dem Formen oder Extrudieren zugemischt werden. Vulkanisationsmittel, die zum Einarbeiten in erfindungsgemäße geschäumte, vulkanisierte EPDM-Zusammensetzungen brauchbar sind, sind in der Technik bekannt und umfassen jedes Vulkanisationsmittel, das mit dem eingesetzten EPDM, Ruß und Treibmittel kompatibel ist.
Die erfindungsgemäßen geschäumten, vulkanisierten EPDM-Zusammensetzungen können mittels herkömmlicher Techniken hergestellt werden, wie beispielsweise den zuvor bezüglich der erfindungsgemäßen EPDM-Zusammensetzungen beschriebenen Techniken. Nach Zumischen des EPDM, des Rußes, des Treibmittels und der Additive (falls zutreffend) können die Zusammensetzungen extrudiert oder geformt werden, bevor sie vulkanisiert werden, wobei herkömmliche, zur Verfügung stehende Mittel verwendet werden. Das Vulkanisieren kann durchgeführt werden, indem eine im Handel erhältliche Ausrüstung für UHF-Mikrowellen eingesetzt wird. Ein Verfahren zum Vulkanisieren einer EPDM-Zusammensetzung zum Herstellen einer erfindungsgemäßen geschäumten, vulkanisierten EPDM-Zusammensetzung, das einen Extrusionsschritt umfasst, wird im folgenden beschrieben, wobei ein herkömmliches Cober UHF- Mikrowellen-Vulkanisationsanlage (Mikrowellenfrequenz bei 2450 MHz) eingesetzt wurde.
Eine schäumbare EPDM-Zusammensetzung wird mittels eines Extruders vorgeformt, dann wird das extrudierte Profil durch einen Heißlufttunnel geleitet, um die Haut des Profils vorzuerhitzen und vorzuhärten. Das EPDM-Profil wird geschäumt und in einer UHF-Mikrowellen-Vulkanisationskammer bei einer geeigneten Mikrowellenleistung vulkanisiert und das EPDM-Profil wird dann in einem anderen Heißlufttunnel am Ende der Anlage kontinuierlich nachgehärtet, um das Profil zu stabilisieren.
Obwohl ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen geschäumten, vulkanisierten EPDM-Zusammensetzung beschrieben worden ist, können die erfindungsgemäßen geschäumten, vulkanisierten EPDM-Zusammensetzungen durch andere Verfahren zur Herstellung von Polymer- oder Gummizusammensetzungen hergestellt werden, die dem Durchschnittsfachmann bekannt sind.

Verfahren zur Herstellung geschäumter, vulkanisierter EPDM-Zusammensetzungen

Die vorliegende Erfindung stellt darüber hinaus ein Verfahren zur Herstellung geschäumter, vulkanisierter EPDM-Zusammensetzungen bereit, das umfasst:
Mischen von EPDM, einem Ruß mit einem CTAB von 50 bis 60 m²/g und einem DBP von 90 bis 115 cm³/100 g und einem Treibmittel und Schäumen und Vulkanisieren des erhaltenen Gemisches, wobei der Ruß in einer Menge von 50-250 phr, vorzugsweise 100-200 phr vorliegt. Vorzugsweise umfasst das Verfahren darüber hinaus den Verfahrensschritt, das erhaltene Gemisch aus EPDM, Ruß und dem Treibmittel vor dem Schäumen und Vulkanisieren zu extrudieren oder zu formen. Ebenfalls bevorzugt ist es, das erhaltene Gemisch aus dem EPDM, dem Ruß und dem Treibmittel, oder das geformte oder extrudierte Gemisch, durch Einsatz von UHF-Mikrowellen zu vulkanisieren.
Die Treibmittelmenge, die in dem Verfahren eingesetzt wird, reicht aus, um die erhaltene Zusammensetzung zu expandieren (schäumen). Im allgemeinen wird das Treibmittel in einer Menge von 2-15 phr eingesetzt.
Das Verfahren zur Herstellung erfindungsgemäßer geschäumter, vulkanisierter EPDM-Zusammensetzungen kann darüber hinaus den Verfahrensschritt umfassen, dass das Gemisch aus EPDM, Ruß und Treibmittel mit einem Additiv gemischt wird. Additive, die zur Verwendung in dem erfindungsgemäßen Verfahren geeignet sind, umfassen herkömmliche Additive wie Öle, Stabilisatoren, Oxide, Säuren, Vulkanisationsmittel usw., von denen dem Durchschnittsfachmann bekannt ist, dass sie zur Einarbeitung in und während der Bildung von EPDM-Zusammensetzungen geeignet sind. Vulkanisationsmittel werden der Zusammensetzung durch Zumischen vor dem Härten und vor dem Formen oder Extrudieren des Gemisches zugegeben. Vulkanisationsmittel, die zur Einarbeitung in EPDM-Zusammensetzungen brauchbar sind, sind in der Technik bekannt und umfassen jedes Vulkanisationsmittel, das mit dem verwendeten EPDM, Ruß und Treibmittel kompatibel ist.
Das Mischen von EPDM, Ruß, Treibmittel und Zusatz (Zusätzen) (falls zutreffend) kann auf jede dem Durchschnittsfachmann bekannte Weise durchgeführt werden. Ein Verfahren zum Mischen ist die Verwendung eines BR Banbury-Mischers, wie bereits zuvor unter Bezugnahme auf die erfindungsgemäßen EPDM-Zusammensetzungen beschrieben wurde.
In einem bevorzugten erfindungsgemäßen Verfahren umfasst das Verfahren darüber hinaus den Verfahrensschritt, dass das erhaltene Gemisch aus EPDM, Ruß, Treibmittel und ggf. Additiv(en) extrudiert oder geformt wird. Der Extrudier- oder Formungsschritt kann unter Verwendung beliebiger herkömmlicher Mittel durchgeführt werden, wie beispielsweise zuvor unter Bezugnahme auf die erfindungsgemäßen geschäumten, vulkanisierten EPDM-Zusammensetzungen beschrieben worden ist oder die im folgenden Beispiel 2 beschriebenen Mittel.
In einem anderen bevorzugten erfindungsgemäßen Verfahren wird das erhaltene Gemisch aus EPDM, Ruß, Treibmittel und Additiv(en), falls zutreffend, unter Verwendung von UHF-Mikrowellenvulkanisation vulkanisiert.
In einem noch bevorzugteren erfindungsgemäßen Verfahren wird das erhaltene Gemisch aus EPDM, Ruß, Treibmittel und Additiv(en), falls zutreffend, extrudiert oder geformt und dann mittels UHF-Mikrowellenvulkanisation vulkanisiert.
Der Vulkanisationsschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens mittels UHF-Mikrowellen kann durchgeführt werden, indem ein beliebiges im Handel erhältliches Mikrowellengerät verwendet wird. Üblicherweise wird das Gemisch aus EPDM, Ruß, Treibmittel und Additiv(en), falls zugesetzt, bei einer Frequenz und für einen Zeitraum vulkanisiert, dass die so erhaltene geschäumte, vulkanisierte EPDM-Zusammensetzung die für die beabsichtigte letztendliche Verwendung gewünschten Eigenschaften aufweist. In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens findet der Vulkanisationsschritt mittels UHF-Mikrowellen bei einer Frequenz und für einen Zeitraum statt, sodass die geschäumte, vulkanisierte EPDM-Zusammensetzung eine niedrigere Schwammdichte, eine glattere Oberflächenerscheinung, eine geringere bleibende Verformung und andere verbesserte Eigenschaften im Vergleich zu EPDM- Zusammensetzungen, in die herkömmliche gering verstärkende Ruße in äquivalenten Mengen eingearbeitet sind, aufweist. Geeignete UHF-Mikrowellenfrequenzen umfassen, sind jedoch nicht auf diese beschränkt, Frequenzen von 300 bis 300.000 MHz, wobei 2450 MHz eine typische Frequenz ist. Ein geeignetes Vulkanisationsverfahren, das einen Extrusionsschritt umfasst, ist das bezüglich der erfindungsgemäßen geschäumten, vulkanisierten EPDM-Zusammensetzungen bereits zuvor beschriebene Verfahren.
Wie der Durchschnittsfachmann bereits aus der vorhergehenden Beschreibung erkennt, kann das Verfahren zur Herstellung erfindungsgemäßer geschäumter, vulkanisierter EPDM-Zusammensetzungen zum Herstellen der erfindungsgemäßen geschäumten, vulkanisierten EPDM-Zusammensetzungen verwendet werden. Es sollte darüber hinaus bemerkt werden, dass obwohl das erfindungsgemäße Verfahren unter Bezugnahme auf besondere Mittel zum Mischen, Extrudieren oder Formen und Vulkanisieren beschrieben worden ist, das Verfahren nicht auf die beschriebenen Mittel beschränkt ist und jedes beliebige herkömmliche Mittel zum Mischen, Extrudieren oder Formen und Vulkanisieren von EPDM-Zusammensetzungen umfasst.

Verwendung geschäumter, vulkanisierter EPDM-Zusammensetzungen als Dichtungen

Die vorliegende Erfindung betrifft darüber hinaus die Verwendung der erfindungsgemäßen geschäumten, vulkanisierten EPDM-Zusammensetzungen als Abdichtungen. Das Verfahren zum Abdichten umfasst:
Versiegeln einer Oberfläche mit einer geschäumten, vulkanisierten EPDM- Zusammensetzung, die EPDM und einen Ruß mit einem CTAB von 50 bis 60 m²/g und einem DBP von 90 bis 115 cm³/100 g umfasst, wobei der Ruß in einer Menge von 50-250 phr, vorzugsweise 100-200 phr vorliegt.
Der Versiegelungsschritt des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Abdichten kann auf jede Weise durchgeführt werden, die dem Durchschnittsfachmann bekannt ist, einschließlich herkömmlicher Arten zum Versiegeln einer Oberfläche mit Abdichtungen.
Die geschäumte, vulkanisierte EPDM-Zusammensetzung kann auf jede beliebige herkömmliche Weise zum Herstellen geschäumter, vulkanisierter EPDM-Zusammensetzungen und insbesondere durch die zuvor bezüglich der erfindungsgemäßen geschäumten, vulkanisierten EPDM-Zusammensetzungen beschriebenen Verfahren und das erfindungsgemäße Verfahren hergestellt werden. Die geschäumte, vulkanisierte EPDM-Zusammensetzung kann darüber hinaus zusätzlich Additive enthalten, die beispielsweise diejenigen Additive, auf die zuvor bezüglich der erfindungsgemäßen geschäumten, vulkanisierten EPDM-Zusammensetzungen Bezug genommen worden ist.
Die Effektivität und die Vorteile der verschiedenen Aspekte und Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden durch die folgenden Beispiele weiter veranschaulicht, bei denen die folgenden Testverfahren verwendet wurden.

Analyse der Ruße

Bei der Bestimmung und Bewertung der analytischen Eigenschaften der in den folgenden Beispielen verwendeten Ruße wurden die folgenden Testverfahren verwendet. Der DBP (Dibutylphthalatadsorptionswert) des Rußes wurde gemäß den in ASTM D2414 dargelegten Verfahren bestimmt. Die I&sub2;-Zahl (Iodadsorptionszahl) der Ruße wurde gemäß ASTM D1510 bestimmt. Der CTAB (Cetyltrimethylammoniumbromid) Absorptionswert der Ruße wurde gemäß dem ASTM Testverfahren D3765-85 bestimmt. Die Tönungskraft (Tint) der Ruße wurde gemäß dem ASTM Testverfahren D3265-85a bestimmt. Der CDBP (Dibutylphthalatadsorptionswert) der zerstoßenen (crushed) Ruße wurde gemäß dem in ASTM D3493-86 dargelegten Verfahren bestimmt.

Bewertung der EPDM-Zusammensetzungen

Die folgenden Testverfahren wurden bei der Bewertung der Qualitätseigenschaften der EPDM-Zusammensetzungen der folgenden Beispiele verwendet.
Die UHF-Mikrowellenempfänglichkeit wurde auf einem sogenannten Dielecmetre (vertrieben von Total Elastomers in Frankreich) bestimmt. Die UHF-Mikrowellenempfänglichkeit ist durch einen Koeffizienten a gekennzeichnet, der definiert ist als
α = (150ºC - 80ºC)/(t&sub1;&sub5;&sub0;-t&sub8;&sub0;) [ºC/s]
in der t&sub1;&sub5;&sub0; und t&sub8;&sub0; die Zeiten sind, die die Proben benötigen, um jeweils 150º bzw. 80ºC zu erreichen. α ist die Aufheizgeschwindigkeit zwischen den Temperaturen 80º und 150ºC.
Die Qualität der geschäumten, vulkanisierten EPDM-Zusammensetzungen wurde mittels der folgenden Verfahren bewertet.

a) Schwammdichte

Die Schwammdichte wurde mittels des folgenden Verfahrens in g/cm³ (62,43 lbs/ft³) gemessen.
1) Die Schwammprobe wurde gewogen und das Gewicht in Gramm notiert;
2) Die Probe wurde vollständig in einen mit Wasser gefüllten Messzylinder eingetaucht (der Zylinder war in Milliliter (ml) eingeteilt) und die Zunahme des Volumens (von der Schwammprobe verdrängtes Wasservolumen) wurde notiert;
3) Die Schwammdichte wurde dann aus der folgenden Beziehung berechnet: Schwammdichte g/cm³ (62,43 lbs/ft³) = (Gewicht/Volumen (g/ml)) · 62,4 (Umrechnungsfaktor)

b) Bleibende Druckverformung des Schwamms

Die bleibende Verformung des Schwamms bestimmt die Fähigkeit von Gummizusammensetzungen, elastische Eigenschaften beizubehalten, nachdem eine Probe für eine bestimmte Zeit und Temperatur einer konstanten Durchbiegung unterzogen wurde. Die bleibende Verformung des Schwammes wurde bestimmt, indem das folgende Verfahren mit einer Kompressionsvorrichtung verwendet wurde, die aus zwei parallelen Platten besteht, zwischen welchen die Proben zusammengedrückt werden. Die Durchbiegung wird erhalten, indem die obere Platte auf die Höhe der Abstandhalter herabgesenkt wird.
Das Schwammprofil wurde der Höhe nach zwischen die Metallplatten des Halters eingeführt. Es wurden drei Abstandshalter angebracht, um zwischen den Proben eine Kompression von 50% zu erreichen. Die Bolzen der Halter wurden festgezogen, so dass die Platten fest auf den Abstandshaltern ruhten. Die Kompressionsvorrichtung, die die Proben enthielt, wurde in einen Ofen gegeben und 22 Stunden lang bei 70ºC (158ºF) gehalten. Nach dieser 22-stündigen Erhitzung wurde die Kompressionsvorrichtung aus dem Ofen entfernt und die Proben wurden unmittelbar aus der Kompressionsvorrichtung herausgenommen. Die Proben wurden 30 Minuten lang abgekühlt und dann wurde ihre Höhe auf 0,025 mm (0,001 inch) Genauigkeit gemessen. Die bleibende Verformung wird berechnet aus
bleibende Verformung des Schwamms = (T&sub0;-T&sub1;)/(T&sub0;-Ts) · 100%
in der T&sub0; = ursprüngliche Höhe des Schwamms
T&sub1; = Endhöhe des Schwamms
TS = Dicke des verwendeten Abstandhalters

Beispiel 1

Dieses Beispiel veranschaulicht die größere UHF-Mikrowellen-Empfänglichkeit von EPDM-Zusammensetzungen, in die Ruße eingearbeitet sind, die typisch sind für die in den erfindungsgemäßen Zusammensetzungen und Verfahren spezifizierten Ruße, im Vergleich zu EPDM-Zusammensetzungen, in die herkömmliche gering verstärkende Ruße eingearbeitet sind.
Es wurden acht EPDM-Zusammensetzungen hergestellt, indem vier verschiedene Ruße mit jeweils zwei verschiedenen Beschickungsmengen in EPDM eingearbeitet wurden. Die Ruße A und B wurden zur Herstellung der EPDM-Zusammensetzungen RA1-RA2 bzw. RB1-RB2 verwendet. Zwei Kontrollruße, C und D, wurden zur Herstellung der EPDM-Zusammensetzungen RC1-RC2 bzw. RD1-RD2 verwendet. Die analytischen Eigenschaften der Ruße A-D sind in der folgenden Tabelle 1 angegeben. TABELLE 1 - Analytische Eigenschaften der Ruße A, B, C und D
Die EPDM-Zusammensetzungen RA1, RA2, RB1, RB2, RC1, RC2, RD1 und RD2 wurden hergestellt, indem jeder Ruß zu 150 phr und 200 phr in die in der folgenden Tabelle angegebenen EPDM-Zusammensetzungen eingearbeitet wurde. In der Zusammensetzung von Tabelle 2 wird kein Treibmittel verwendet, um eine Bewertung der UHF-Mikrowellenempfänglichkeit einer jeden der EPDM-Zusammensetzungen zu erlauben. TABELLE 2 - EPDM-Zusammensetzungen
EPDM: EXXON VISTALON®5600, hergestellt und vertrieben von EXXON Corporation, Wilmington, Delaware;
Sunpar 2280: ein von Sun Oil Company hergestelltes und vertriebenes Markenöl; TMTDS: Tetramethylthiuramdisulfid;
ButylZimate: ein von R. T. Vanderbilt Co. hergestelltes und vertriebenes Marken- Zinkdimethyldithiocarbamat;
Methylzimate: ein von R. T. Vanderbilt Co. hergestelltes und vertriebenes Marken- Zinkdimethyldithiocarbamat;
Sulfasan R: ein von Monsanto Co., St. Louis, Missouri hergestelltes und vertriebenes Marken-4,4'-Dithiodimorpholin.
Sämtliche der EPDM-Zusammensetzungen in Tabelle 2 (RA1 bis RD2) wurden wie folgt hergestellt. Ein BR Banbury-Mischer wurde eingeschaltet und bei einer Temperatur von 45ºC und einer Rotorgeschwindigkeit von 77 UPM gehalten. Das EPDM wurde zu dem Mischer zugegeben und etwa 30 Sekunden lang gemischt. Das Sunpar 2280 Öl, Zinkoxid und Stearinsäure wurden zu dem EPDM zugegeben und etwa weitere zwei Minuten lang gemischt. Der Ruß wurde zu dem Gemisch zugegeben und die Temperatur der Mischkammer wurde abgekühlt und bei einer Temperatur von unterhalb etwa 135ºC gehalten. Das erhaltene Gemisch wurde etwa 4, 5 Minuten lange gemischt und dann wurden TMTDS, Schwefel und ButylZimate, Methylzimate und Sulfasan R zu dem Gemisch zugegeben. Das erhaltene Gemisch wurde etwa 1,5 Minuten lang gemischt, während die Temperatur unter etwa 135ºC gehalten wurde.
Die durch "α" gekennzeichnete UHF-Mikrowellenempfänglichkeit einer jeden EPDM- Zusammensetzung der Tabelle 2 wurde unter Verwendung der hier beschriebenen Analysetechniken bestimmt. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle 3 angegeben. TABELLE 3 - Der α-Koeffizient (ºC/sek) von EPDM-Zusammensetzungen, die Ruße in zwei verschiedenen Beladungsmengen enthalten
Wie die Tabelle 3 zeigt, wiesen die EPDM-Zusammensetzungen RA1, RA2, RB1 und RB2, in die Ruße eingearbeitet waren, die für die in die erfindungsgemäßen EPDM- Zusammensetzungen eingearbeiteten Ruße typisch sind, höhere α-Werte, sowohl bei 150 als auch bei 200 Gewichtsteilen auf als die EPDM-Zusammensetzungen RC1, RC2, RD1 und RD2, in die ähnliche Mengen herkömmlicher Ruße eingearbeitet waren. Aus diesen Ergebnissen ist es offensichtlich, dass Zusammensetzungen, in die EPDM und Ruße eingearbeitet sind, die typisch sind für Ruße, die in die erfindungsgemäßen EPDM-Zusammensetzungen eingearbeitet werden, sich rascher erhitzen als EPDM-Zusammensetzungen, in die ähnliche Mengen herkömmlicher Ruße eingearbeitet sind.

Beispiel 2

Es wurden drei geschäumte, vulkanisierte EPDM-Zusammensetzungen hergestellt, wobei die in Tabelle 1 angegebenen Ruße A, B, C und D, verwendet wurden. Es wurde eine geschäumte, vulkanisierte EPDM-Zusammensetzung RE hergestellt, in die 130 phr Ruß A eingearbeitet war. Es wurde eine geschäumte, vulkanisierte EPDM- Zusammensetzung RF hergestellt, in die 130 phr Ruß B eingearbeitet war. Es wurde eine geschäumte, vulkanisierte EPDM-Zusammensetzung RG hergestellt, in die eine Mischung aus 20 phr Ruß C und 110 phr Ruß D eingearbeitet war.
Die geschäumten, vulkanisierten EPDM-Zusammensetzungen RE, RF und RG wurden hergestellt, indem die Ruße A-D in die in der folgenden Tabelle 4 angegebene schäumbare EPDM-Zusammensetzung eingearbeitet wurden und die Zusammensetzung geschäumt und vulkanisiert wurde, wie es in der auf die Tabelle 4 folgenden Beschreibung angegeben ist: TABELLE 4 - Schäumbare EPDM-Zusammensetzung
ROYALENE® 525: EPDM, hergestellt und vertrieben von Uniroyal Chemical Company
Sunpar 2280 011: ein von Sun Oil Company hergestelltes und vertriebenes Markenöl
TE-28 G9: Verarbeitungshilfe
MBT: 2-Mercaptobenzothiazol, verwendet als Beschleuniger Brown Factice: vulkanisiertes Pflanzenöl, verwendet als Streckmittel und Weichmacher
Ethyl Tellurac: Tellurdiethyldithiocarbamid, verwendet als Beschleuniger
Butazate Nuggets: Zinkdiburyldithiocarbamat, verwendet als Beschleuniger Sulfads; Dipentamethylenthiuramtetrasulfid, verwendet als Beschleuniger und Schwefeldonor
CELOGEN® AZ 199: Azodicarbonamid, hergestellt von Uniroyal Chemical Company, verwendet als ein Treibmittel
Die schäumbaren EPDM-Zusammensetzungen der Tabelle 4 wurden erhitzt und vulkanisiert, wobei eine handelsübliche Cober UHF-Mikrowellen-Vulkanisationsanlage verwendet wurde, deren Mikrowellenfrequenz bei 2450 MHz eingestellt war. Die schäumbaren EPDM-Zusammensetzungen wurden durch einen Extruder vorgeformt und dann durch einen Heißlufttunnel geleitet. Die schäumbaren EPDM-Zusammensetzungen wurden dann geschäumt und vulkanisiert, indem sie in der UHF-Mikrowellen-Vulkanisationskammer bei 2450 MHz erhitzt wurden. Die Mikrowellenstromversorgung war bei 4,8 KW (Kilowatt) eingestellt. Die Einlasstemperatur der schäumbaren EPDM-Zusammensetzungen am Eingang der UHF-Mikrowellen-Vulkanisationskammer betrug 240º F. Nach dem Schäumen und Vulkanisieren wurde das EPDM- Profil nachvulkanisiert, indem es durch einen zweiten Heißlufttunnel am Ende der Anlage geleitet wurde.
Um den Temperaturanstieg zu bewerten, der durch das Erhitzen mit UHF-Mikrowellen für jede der geschäumten, vulkanisierten EPDM-Zusammensetzungen (Schwammprofil) erzeugt wurde, wurde die Temperatur der geschäumten, vulkanisierten EPDM- Zusammensetzungen am Auslass der UHF-Mikrowellen-Vulkanisationskammer gemessen. Wie zuvor dargelegt wurde die Einlasstemperatur ebenfalls gemessen, als die schäumbaren EPDM-Zusammensetzungen in die UHF-Mikrowellen-Vulkanisationskammer eintraten. Die Ergebnisse sind in Tabelle 5 angegeben. TABELLE 5 - Temperaturanstieg während des Erhitzens mit UHF-Mikrowelle (@ konstanter Einlasstemperatur (T&sub1;) und Stromzufuhr (4,8 KW)
Wie in Tabelle 5 angegeben ist, zeigten die erfindungsgemäßen, geschäumten, vulkanisierten EPDM-Zusammensetzungen RE und RF einen höheren Temperaturanstieg (bei konstanter Mikrowellen-Stromversorgung 4,8 KW und konstanter Einlasstemperatur T&sub1;, 240ºF) als die geschäumte, vulkanisierte EPDM-Zusammensetzung RG, in die eine ähnliche Menge einer herkömmlichen Rußmischung eingearbeitet war. Der höhere Temperaturanstieg weist darauf hin, dass erfindungsgemäße geschäumte, vulkanisierte EPDM-Zusammensetzungen RE und RF eine höhere UHF- Mikrowellenempfänglichkeit aufweisen als die EPDM-Zusammensetzung RG, in die eine ähnliche Menge einer herkömmlichen Rußmischung eingearbeitet ist. Diese Ergebnisse bestätigen darüber hinaus die in Beispiel 1 erhaltenen Ergebnisse.
Die Qualität einer jeden der geschäumten, vulkanisierten EPDM-Zusammensetzungen RE, RF und RG bezüglich Schwammdichte und bleibender Verformung des Schwamms wurde ebenfalls mittels der hier beschriebenen Techniken bestimmt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 6 angegeben. TABELLE 6 - Schwammeigenschaften geschäumter, vulkanisierter EPDM- Zusammensetzungen
Wie Tabelle 6 zeigt ist die Schwammdichte der erfindungsgemäßen geschäumten, vulkanisierten EPDM-Zusammensetzungen RE und RF geringer als die Schwammdichte der geschäumten, vulkanisierten EPDM-Zusammensetzung RG, in die eine ähnliche Menge einer herkömmlichen Rußmischung eingearbeitet ist. Die geringere Schwammdichte der erfindungsgemäßen geschäumten, vulkanisierten EPDM-Zusammensetzungen RE und RF wird bei der Verwendung als Abdichtung bevorzugt.
Wie die Tabelle 6 ebenfalls zeigt, weisen die erfindungsgemäßen geschäumten, vulkanisierten EPDM-Zusammensetzungen eine geringere bleibende Verformung des Schwamms auf als die geschäumte, vulkanisierte EPDM-Zusammensetzung RG, in die eine ähnliche Menge einer herkömmlichen Rußmischung eingearbeitet war. Die geringere bleibende Verformung der erfindungsgemäßen geschäumten, vulkanisierten EPDM-Zusammensetzungen RE und RF ist bei der Verwendung als Abdichtung ebenfalls bevorzugt.
Darüber hinaus sind die erfindungsgemäßen geschäumten, vulkanisierten EPDM- Zusammensetzungen RE und RF dadurch gekennzeichnet, dass sie glattere Oberflächen aufweisen als die geschäumte, vulkanisierte EPDM-Zusammensetzung RG, was durch Sichtprüfung festgestellt wurde.

Claims

1. Schäumbare EPDM-Zusammensetzung, umfassend:

EPDM;

einen Ruß mit einem CTAB (Cetyltrimethylammoniumbromid-Absorptionswert) von 50 bis 60 m²/g (ASTM D3765-85) und einem DBP (Dibutylphthalat-Adsorptionswert) von 90 bis 115 cm³/100 g (ASTM D2414); und

einem Treibmittel,

wobei der Ruß in einer Menge von 50-250 phr vorliegt.

2. EPDM-Zusammensetzung nach Anspruch 1, wobei der Ruß in einer Menge von 100-200 phr vorliegt.

3. Geschäumte, gehärtete EPDM-Zusammensetzung, umfassend:

EPDM; und

einen Ruß, der einen CTAB (Cetyltrimethylammoniumbromid-Absorptionswert) von 50 bis 60 m²/g (ASTM D3765-85), und einen DBP (Dibutylphthalat-Adsorptionswert) von 90 bis 115 cm³/100 g (ASTM D2414) aufweist,

wobei der Ruß in einer Menge von 50-250 phr vorliegt.

4. Geschäumte, gehärtete EPDM-Zusammensetzung nach Anspruch 3, wobei der Ruß in einer Menge von 100-200 phr vorliegt.

5. Verfahren zur Herstellung geschäumter, gehärteter EPDM-Zusammensetzungen, umfassend:

Mischen von EPDM, einem Ruß mit einem CTAB (Cetyltrimethylammoniumbromid- Absorptionswert) von 50 bis 60 m²/g (ASTM D3765-85), und einem DBP (Dibutylphthalat-Adsorptionswert) von 90 bis 115 cm³/100 g (ASTM D2414) und einem Treibmittel, und

Schäumen und Härten des erhaltenen Gemisches,

wobei der Ruß in einer Menge von 50-250 phr vorliegt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, das darüber hinaus den Verfahrensschritt umfaßt, daß man das erhaltene Gemisch aus dem EPDM, dem Ruß und dem Treibmittel vor dem Schäumen und Härten extrudiert oder formt.

7. Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Gemisch mittels UHF-Mikrowellen gehärtet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Gemisch mittels UHF-Mikrowellen gehärtet wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Ruß in einer Menge von 100-200 phr vorliegt.

10. Verfahren zum Abdichten einer Oberfläche, umfassend:

Verschließender Oberfläche mit einer geschäumten, gehärteten EPDM- Zusammensetzung, die EPDM und einen Ruß umfaßt, der einen CTAB (Cetyltrimethylammoniumbromid-Absorptionswert) von 50 bis 60 m²/g (ASTM D3765-85) und einem DBP (Dibutylphthalat-Adsorptionswert) von 90 bis 115 cm³/100 g (ASTM D2414) umfaßt, wobei der Ruß in einer Menge von 50-250 phr vorliegt.

11. Verfahren zum Abdichten nach Anspruch 10, wobei der Ruß in einer Menge von 100-200 phr vorliegt.