EP4508036A1 - Verbindung, ihre herstellung und verwendung in kautschukmischungen und fahrzeugreifen, als alterungsschutzmittel, antioxidationsmittel und/oder farbstoff - Google Patents

Verbindung, ihre herstellung und verwendung in kautschukmischungen und fahrzeugreifen, als alterungsschutzmittel, antioxidationsmittel und/oder farbstoff

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Publication number
EP4508036A1
EP4508036A1 EP23715022.2A EP23715022A EP4508036A1 EP 4508036 A1 EP4508036 A1 EP 4508036A1 EP 23715022 A EP23715022 A EP 23715022A EP 4508036 A1 EP4508036 A1 EP 4508036A1
Authority
EP
European Patent Office
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radicals
rubber
compound according
formula
group
Prior art date
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Pending
Application number
EP23715022.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Andreas Jacob
David-Raphael DAUER
Julian STROHMEIER
Anna-Lena Dreier
Frank Fleck
Carla Recker
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Continental Reifen Deutschland GmbH
Original Assignee
Continental Reifen Deutschland GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Continental Reifen Deutschland GmbH filed Critical Continental Reifen Deutschland GmbH
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Pending legal-status Critical Current

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    • C07D—HETEROCYCLIC COMPOUNDS
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    • C07D243/10—Heterocyclic compounds containing seven-membered rings having two nitrogen atoms as the only ring hetero atoms having the nitrogen atoms in positions 1 and 4 condensed with carbocyclic rings or ring systems
    • C07D243/38—[b, e]- or [b, f]-condensed with six-membered rings
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60C—VEHICLE TYRES; TYRE INFLATION; TYRE CHANGING; CONNECTING VALVES TO INFLATABLE ELASTIC BODIES IN GENERAL; DEVICES OR ARRANGEMENTS RELATED TO TYRES
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    • C09K15/04—Anti-oxidant compositions; Compositions inhibiting chemical change containing organic compounds
    • C09K15/30—Anti-oxidant compositions; Compositions inhibiting chemical change containing organic compounds containing heterocyclic ring with at least one nitrogen atom as ring member

Definitions

  • the invention relates to a compound, a rubber mixture containing the compound, a vehicle tire which has the rubber mixture in at least one component, a method for producing the compound and the use of the compound as an anti-aging agent and/or antioxidant and/or dye.
  • Natural rubber, synthetic polymers such as IR, BR, SSBR, ESBR, etc.
  • natural and synthetic oils, fats and lubricants are subject to oxidation reactions that are detrimental when stored for a long time and especially in the target application, which often takes place at higher temperatures affect the original desired properties.
  • the polymer chains are shortened, causing the material to liquefy, or the material is subsequently hardened.
  • Anti-aging agents therefore make a significant contribution to the longevity of vehicle tires and other technical rubber items.
  • aromatic amines such as 6PPD (N-(1,3-dimethylbutyl)-N'-phenyl-p-phenylenediamine), IPPD (N-isopropyl-N'-phenyl-p-phenylenediamine) or
  • SPPD N-(1-phenylethyl)-N'-phenyl-p-phenylenediamine.
  • These molecules can react with oxygen or ozone or radicals formed, such as alkyl, alkoxy and alkyl peroxy radicals, thus trapping them and thus protecting the polymers from further oxidation reactions.
  • Anti-aging agents that react in particular with ozone and intercept it are also referred to as “ozone inhibitors” or “antiozonants”.
  • Another problem associated with anti-aging agents is that of undesirable blooming. Due to their poor solubility in the surrounding polymer matrix of the rubber article, molecules of the anti-aging agent diffuse to the surface of the article to be protected and form a film there that can usually be distinguished in color from the rest of the article. In the case of vehicle tires, this usually manifests itself in a brown discoloration of the otherwise black sidewall. In addition to the aesthetic disadvantages, this also entails disadvantages in terms of the anti-aging effect. Most of the time, bloomed substances are removed. On the one hand, this reduces the total amount of anti-aging agent and, on the other hand, it causes further molecules of the anti-aging agent to diffuse, so that the polymers are less and less protected.
  • the invention is based on the object of providing a novel compound which can be used in particular as an anti-aging agent in vehicle tires or other technical rubber articles, with a lower risk potential and sufficient solubility in the respective matrix, for example and in particular in the polymer. This is intended to ensure continued optimal protection against oxygen and ozone while reducing the health hazard and to keep or prevent the tendency to blooming as low as possible.
  • the object is achieved by the method according to the invention for producing the compound according to the invention.
  • the compound according to claim 1 has the general formula I): where R 1 is selected from the group consisting of xi) aromatic radicals, the aromatic radicals optionally having substituents which are selected from the group consisting of halogen radicals, cyano radicals, ester radicals, ketone radicals, ether radicals and Thioether radicals, and xii) linear, branched and cyclic aliphatic C3 to C-12 radicals, where the radicals R 2 and R 3 can independently be the same or different and are selected from the group consisting of linear, branched and cyclic, saturated and unsaturated, aliphatic Ci to C-12 radicals, which optionally carry one or more halogen substituents, aryl radicals, which optionally carry one or more halogen substituents, and halogen radicals, wherein fluorine, bromine and chlorine are preferred, cyano residues, ester residues, ketone residues, ether residues and thioether residues; and where m takes the value
  • C3 to C-12 residues mean that residues with 3 to 12 carbon atoms are meant.
  • Ci is used to designate the position of the most highly oxidized carbon atom or the highest priority according to the Cahn-Ingold-Prelog Convention (CIP). It is clear to the expert in the respective context what is meant.
  • the compound according to the invention is a dibenzodiazepinone derivative and has a lower risk potential compared to known anti-aging agents based on aniline (possible cleavage product of 6PPD).
  • the compound according to the invention has improved oxidation protection compared to the known anti-aging agent 6PPD, especially at higher temperatures of more than 150 ° C, which means that the compound according to formula I) has a comparable or even improved protective effect, especially in vehicle tires and other technical rubber articles, but also in oils and lubricants.
  • the invention should not be tied to a specific mechanism of action or a specific explanation.
  • the compound according to the invention is therefore suitable as a replacement for 6PPD, the degradation products of which are extremely toxic for coho salmon and therefore also for other aquatic organisms.
  • the compound according to the invention also has sufficient solubility in rubber mixtures, in particular for vehicle tires and other technical rubber articles. This minimizes the blooming of this compound, as is known from many anti-aging agents, which in turn has a beneficial effect on the anti-aging effect.
  • the compound according to the invention according to formula I) is particularly suitable as an anti-aging agent and/or anti-ozone agent in vehicle tires and/or other technical rubber articles, such as in particular an air spring, a bellows, a conveyor belt, a belt, a hose, a rubber band, a profile, a seal, a membrane, tactile sensors for medical applications or robotic applications, or a shoe sole or parts thereof, and/or oils and/or lubricants.
  • the compound according to the invention according to formula I) is particularly suitable for producing a rubber article, in particular an air spring, a bellows, a conveyor belt, a belt, a hose, a rubber band, a profile, a seal, a membrane, tactile sensors for medical applications or robotic applications, or a shoe sole or parts thereof.
  • the compound according to formula I) is used in a composition and mixed into it.
  • this is in particular a rubber mixture.
  • a further subject of the invention is the use of the compound according to the invention according to formula I) in oils, lubricants, such as in particular fuels or operating fluids for engines.
  • the compound according to the invention can therefore be used in engines.
  • a further subject of the invention is the use of the compound according to the invention according to formula I) as a dye in fibers and/or polymers and/or paper and/or in (coating) paints and varnishes.
  • the invention includes all advantageous embodiments, which are reflected, among other things, in the patent claims.
  • the invention also includes embodiments that result from the combination of different features of different gradations in the preference for these features, so that a combination of a first feature designated as “preferred” or described in the context of an advantageous embodiment with another feature as e.g. B. “particularly preferred” feature is included in the invention.
  • the group -N(H)R 1 is preferably arranged in the meta position to X.
  • the compound according to the invention therefore preferably has the structure according to formula II): where R 1 , R 2 , R 3 , X and Y as well as m and n are as defined above.
  • X is, such as B. recognizable in formulas I) and II), integrated into the ring structure and selected from 0 (oxygen atom), S (sulfur atom) and N (H) (secondary amino group).
  • X is each equal to NH.
  • Y is, such as B. recognizable in formulas I) and II), terminally bound to the carbon atom and selected from 0 (oxygen atom), S (sulfur atom) and N (H) (secondary amino group).
  • the object on which the invention is based is achieved particularly well, with very good oxidation protection being achieved in polymers and/or rubber mixtures, in particular for vehicle tires.
  • the radicals R 2 and R 3 are independently the same or different and are selected from the group consisting of linear, branched and cyclic, saturated and unsaturated, aliphatic Ci to C-12 radicals, which optionally carry one or more halogen substituents, aryl radicals, which optionally carry one or more halogen substituents, and halogen radicals, wherein fluorine, bromine and Chlorine is preferred, cyano residues, ester residues, ketone residues, ether residues and thioether residues.
  • radicals R 2 and R 3 mentioned can already be bound to the respective benzene ring or its precursor, in particular through the selection of suitable starting substances.
  • m is equal to zero (0).
  • n is equal to zero (0).
  • X is preferably N(H) and Y is 0.
  • the radical R 1 is selected from the group consisting of xi) aromatic residues, the aromatic residues optionally carrying substituents selected from the group consisting of halogen residues, cyano residues, ester residues, ketone residues, ether residues and thioether residues, and xii) linear , branched and cyclic aliphatic C3 to C-12 residues.
  • the aromatic radical from subgroup xi) is, for example and preferably selected from phenyl radicals (-CßHs) and benzyl radicals (-CH2-C6H5), with phenyl being particularly preferred.
  • the aromatic residues of subgroup xi) can carry substituents. As stated above, these are selected from the group consisting of halogen residues, cyano residues, ester residues, ketone residues, ether residues and thioether residues.
  • the substituents are preferably selected from the group consisting of ester residues, ketone residues, ether residues and thioether residues.
  • the aromatic radical is not substituted on the two C atoms that are adjacent to the C-i atom, i.e. the carbon atom that is bonded to the N atom.
  • the aromatic radical is therefore preferably no substituent in the o/trio position to the N atom.
  • the aromatic residue of subgroup xi) is unsubstituted.
  • R 1 is bonded to the nitrogen atom (N) via a tertiary carbon atom.
  • the Ci atom is therefore preferably a tertiary carbon atom.
  • tertiary carbon atom means a carbon atom that is bonded to only one hydrogen atom.
  • R 1 in particular in the above-mentioned formulas I), II), la), Ha), is a branched or cyclic alkyl radical with three to twelve carbon atoms, preferably three to eight carbon atoms, where R 1 is particularly preferably selected from 1,3-dimethylbutyl and
  • R 1 is very particularly preferably a 1,3-dimethylbutyl radical.
  • the compound according to the invention has the structure according to formula III):
  • the compound according to formula III) has sufficient solubility in polymers, in particular in rubber mixtures for vehicle tires and other technical rubber articles.
  • the compound according to formula II) can be produced particularly easily and in an energy and cost-saving manner and shows a comparable or even improved performance compared to 6PPD
  • a further subject of the present invention is a process for producing the compound according to formula I), which comprises at least the following process steps: i) producing or providing the substance according to formula B1): ii) reaction of the compound according to formula B1) with hydrogen and a ketone or aldehyde, preferably ketone, to give the compound according to formula I): where R 1 is selected from the group consisting of xi) aromatic radicals, the aromatic radicals optionally having substituents which are selected from the group consisting of halogen radicals, cyano radicals, ester radicals, ketone radicals, ether radicals and Thioether radicals, and xii) linear, branched and cyclic aliphatic C3 to C-12 radicals, where the radicals R 2 and R 3 can independently be the same or different
  • the compound according to formula B1) can be prepared for X equal to N(H) (secondary amino group) and Y equal to 0 (oxygen atom), for example analogously to US 6919328 according to the following scheme S1): where TEA stands for triethylamine and DMSO stands for dimethyl sulfoxide.
  • the group -N(H)R 1 or, in the starting substance, the group -NO2 is preferably arranged in the meta position to X, as already explained above.
  • the compound produced according to the invention therefore preferably has the structure according to formula II):
  • the starting substance according to formula B1) preferably has the structure according to formula B1 a):
  • X is N(H) and Y is 0.
  • a suitable catalyst referred to as a “hydrogenation catalyst” in the context of the present invention, is preferably used in the reaction with hydrogen in step ii).
  • the hydrogenation catalyst is preferably a noble metal catalyst, such as in particular palladium (Pd) or platinum (Pt). Preference is given to using the noble metal on carbon (C), such as palladium on carbon (Pd/C).
  • the reaction in step ii) is particularly preferably carried out with hydrogen, using a hydrogenation catalyst.
  • the reaction in step ii) preferably takes place at a temperature of 50 to 130 °C, preferably 50 to 100 °C, particularly preferably 50 to 80 °C, in particular, for example, 60 °C.
  • Hydrogen is preferably pressed in at a pressure of 30 to 70 bar, particularly preferably 35 to 45 bar, in particular, for example, 40 bar, and then preferably for 1 to 20 hours, preferably 3 to 13 hours, particularly preferably 5 to 13 hours, in particular for Example 10 hours, stirred.
  • the reaction with hydrogen in step ii) preferably takes place in a container suitable for the preferably comparatively high pressure, such as in particular in an autoclave or in another pressure reactor.
  • the reaction in step ii) is particularly preferably carried out with hydrogen using a hydrogenation catalyst and at a temperature of 50 to 130 ° C, preferably 50 to 100 ° C, particularly preferably 50 to 80 ° C, and hydrogen at a pressure of 30 to 70 bar, particularly preferably 35 to 45 bar, especially for example 40 bar, is applied and the reaction takes place in an autoclave or in another pressure reactor.
  • the ketone in step ii) is the ketone derivative of the later radical R 1 ;
  • R 1 For an aldehyde, it is the aldehyde derivative.
  • the solvent in step ii) can be either the ketone or aldehyde when in liquid form, or an inert solvent such as toluene or xylene, particularly when the ketone or aldehyde is in solid form. In the latter case, the ketone or aldehyde is used as a reactant only in stoichiometric amounts.
  • a ketone or aldehyde R 1 O, particularly preferably ketone, is preferably used in liquid form as a solvent. This means that there is no need for an additional substance such as toluene or xylene.
  • Purification is preferably carried out following step ii), for example by filtration and washing with a solvent, in particular ethanol, and/or by column chromatography, for example on silica gel or by recrystallization from cyclohexane or higher-chain aliphatics.
  • a solvent in particular ethanol
  • column chromatography for example on silica gel or by recrystallization from cyclohexane or higher-chain aliphatics.
  • Another subject of the invention is, as stated above, a rubber mixture.
  • the rubber mixture according to the invention contains the compound according to formula I), for example and preferably the compound according to formula III).
  • the rubber mixture according to the invention can in principle be any rubber mixture, in particular in which the novel compound according to the invention according to formula I) or III) acts as an anti-aging agent and/or anti-ozone agent with lower toxicity.
  • the rubber mixture according to the invention contains at least one rubber.
  • the rubber mixture according to the invention preferably contains 0.1 to 10 phr, particularly preferably 0.1 to 7 phr, very particularly preferably 1 to 6 phr, again preferably 1 to 3 phr, of the compound according to formula I), for example and preferably the compound according to formula III).
  • the rubber mixture can also contain a mixture of several compounds that fall under formula I).
  • the specification phr (parts per hundred parts of rubber by weight) used in this document is the usual quantity specification for mixture recipes in the rubber industry.
  • the dosage of the parts by weight of the individual substances is set in this document to 100 parts by weight of the total mass of all in the Mixture of existing high molecular weight (M w greater than 20,000 g / mol) rubbers.
  • the rubber mixture according to the invention contains at least one diene rubber.
  • the rubber mixture can therefore contain a diene rubber or a mixture of two or more different diene rubbers.
  • the diene rubber is preferably selected from the group consisting of natural polyisoprene (NR), synthetic polyisoprene (IR), epoxidized polyisoprene (ENR), butadiene rubber (BR), butadiene-isoprene rubber, solution-polymerized styrene-butadiene rubber (SSBR ), emulsion-polymerized styrene-butadiene rubber (ESBR), styrene-isoprene rubber, liquid rubbers with a molecular weight M w of greater than 20,000 g/mol, halobutyl rubber, polynorbornene, isoprene-isobutylene copolymer, ethylene-propylene-diene Rubber, nitrile rubber, chloroprene rubber, acrylate rubber, fluorine rubber, silicone rubber, polysulfide rubber, epichlorohydrin rubber, styrene-isoprene-butad
  • nitrile rubber, hydrogenated acrylonitrile butadiene rubber, chloroprene rubber, butyl rubber, halobutyl rubber and/or ethylene-propylene-diene rubber are used in the production of technical rubber articles, such as belts, straps and hoses, and/or shoe soles.
  • the mixture compositions known to those skilled in the art for these rubbers - which are special with regard to fillers, plasticizers, vulcanization systems and additives - are preferred.
  • the natural and/or synthetic polyisoprene of all embodiments can be both cis-1,4-polyisoprene and 3,4-polyisoprene.
  • cis-1,4-polyisoprene with a cis-1,4 proportion > 90% by weight is preferred.
  • such a polyisoprene can be obtained by stereospecific polymerization in solution with Ziegler-Natta catalysts or using finely divided lithium alkyls.
  • natural rubber (NR) is a cis-1,4 polyisoprene in which the cis-1,4 content in the natural rubber is greater than 99% by weight.
  • natural rubber is understood to mean naturally occurring rubber that can be obtained from Hevea rubber trees and “non-Hevea” sources.
  • Non-Hevea sources include guayule bushes and dandelions such as TKS (Taraxacum kok-saghyz; Russian dandelion).
  • a low-cis polybutadiene is, for example, Li-BR (lithium-catalyzed butadiene rubber) with a cis content of 20 to 50% by weight. With a high-cis BR, particularly good properties and low hysteresis of the rubber mixture are achieved.
  • the polybutadiene(s) used can be end group modified with modifications and functionalizations and/or functionalized along the polymer chains.
  • the modification can be those with hydroxy groups and/or ethoxy groups and/or epoxy groups and/or siloxane groups and/or amino groups and/or aminosiloxane and/or carboxy groups and/or phthalocyanine -Groups and/or silane sulfide groups act.
  • other modifications known to those skilled in the art, also referred to as functionalizations also come into consideration.
  • Metal atoms can be part of such functionalizations.
  • styrene-butadiene rubber styrene-butadiene copolymer
  • SSBR solution-polymerized styrene-butadiene rubber
  • ESBR emulsion-polymerized styrene-butadiene rubber
  • the styrene-butadiene copolymer used can be end-group modified and/or functionalized along the polymer chains with the modifications and functionalizations mentioned above for polybutadiene.
  • the at least one diene rubber is selected from the group consisting of natural polyisoprene (NR, natural rubber), synthetic polyisoprene (IR), butadiene rubber (BR), solution-polymerized styrene-butadiene rubber (SSBR), emulsion-polymerized styrene-butadiene rubber (ESBR), butyl rubber (HR) and halobutyl rubber.
  • natural polyisoprene NR, natural rubber
  • synthetic polyisoprene IR
  • butadiene rubber BR
  • solution-polymerized styrene-butadiene rubber SSBR
  • ESBR emulsion-polymerized styrene-butadiene rubber
  • HR butyl rubber
  • halobutyl rubber halobutyl rubber
  • the at least one diene rubber is selected from the group consisting of natural polyisoprene (NR), synthetic polyisoprene (IR), butadiene rubber (BR), solution-polymerized styrene-butadiene rubber (SSBR) and emulsion-polymerized styrene rubber.
  • NR natural polyisoprene
  • IR synthetic polyisoprene
  • BR butadiene rubber
  • SSBR solution-polymerized styrene-butadiene rubber
  • ESBR Butadiene rubber
  • the rubber mixture contains at least one natural polyisoprene (NR), preferably in amounts of 50 to 100 phr, and according to a particularly advantageous embodiment of the invention 80 to 100 phr, very particularly preferably 95 to 100 phr, again preferably 100 phr.
  • NR natural polyisoprene
  • the rubber mixture contains less than 100 phr NR, it preferably contains as an additional rubber at least one diene rubber, which is selected from the group consisting of synthetic polyisoprene (IR), butadiene rubber (BR), solution-polymerized styrene-butadiene rubber. rubber (SSBR) and emulsion polymerized styrene-butadiene rubber (ESBR).
  • IR synthetic polyisoprene
  • BR butadiene rubber
  • SSBR solution-polymerized styrene-butadiene rubber
  • ESBR emulsion polymerized styrene-butadiene rubber
  • the rubber mixture contains at least one natural polyisoprene (NR), preferably in amounts of 5 to 55 phr, and according to a particularly advantageous embodiment of the invention 5 to 25 phr, very particularly preferably 5 to 20 phr.
  • NR natural polyisoprene
  • the rubber mixture contains at least one polybutadiene (BR, butadiene rubber), preferably in amounts of 10 to 80 phr, particularly preferably 10 to 50 phr, and according to a particularly advantageous embodiment of the invention 15 to 40 phr.
  • BR polybutadiene
  • the rubber mixture contains at least one polybutadiene (BR, butadiene rubber), preferably in amounts of 10 to 80 phr, particularly preferably 10 to 50 phr, and according to a particularly advantageous embodiment of the invention 15 to 40 phr.
  • the rubber mixture contains at least one solution-polymerized styrene-butadiene rubber (SSBR), preferably in amounts of 10 to 80 phr, particularly preferably 30 to 80 phr, and according to a particularly advantageous embodiment of the invention 50 to 70 p.m.
  • SSBR solution-polymerized styrene-butadiene rubber
  • the rubber mixture preferably contains at least one filler, preferably in amounts of 30 to 500 phr, particularly preferably 50 to 400 phr, again preferably 80 to 300 phr.
  • the filler is a reinforcing filler, which is preferably selected from the group consisting of carbon black and silicon dioxide.
  • carbon blacks All types of soot known to those skilled in the art can be used as carbon blacks.
  • the carbon black is preferably selected from industrial carbon blacks and pyrolysis carbon blacks, with industrial carbon blacks being further preferred.
  • the carbon black preferably has an iodine number, according to ASTM D 1510, which is also referred to as the iodine adsorption number, between 30 and 250 g/kg, preferably 30 to 180 g/kg, particularly preferably 40 to 180 g/kg, and very particularly preferably 40 to 130 g/kg, and a DBP number according to ASTM D 2414 of 30 to 200 ml/100 g, preferably 70 to 200 ml/100g, particularly preferably 90 to 200 ml/100g.
  • ASTM D 1510 which is also referred to as the iodine adsorption number
  • the DBP number according to ASTM D 2414 determines the specific absorption volume of a carbon black or a light filler using dibutyl phthalate.
  • Particularly suitable and preferred is a carbon black with an iodine adsorption number between 80 and 110 g/kg and a DBP number of 100 to 130 ml/100g, such as in particular carbon black of type N339.
  • the silicon dioxide is preferably amorphous silicon dioxide, for example precipitated silica, which is also referred to as precipitated silicon dioxide.
  • precipitated silicon dioxide Alternatively, for example, pyrogenic silicon dioxide can also be used.
  • a finely divided, precipitated silica which has a nitrogen surface (BET surface) (according to DIN ISO 9277 and DIN 66132) of 35 to 400 m 2 /g, preferably from 35 to 350 m 2 /g, particularly preferably from 85 to 320 m 2 /g and very particularly preferably from 120 to 235 m 2 /g, and a CTAB surface (according to ASTM D 3765) from 30 to 400 m 2 /g, preferably from 30 to 330 m 2 /g, particularly preferably from 80 to 300 m 2 /g and very particularly preferably from 115 to 200 m 2 /g.
  • BET surface nitrogen surface
  • CTAB surface accordinging to ASTM D 3765
  • the vulcanizates have particularly good physical properties.
  • Silicas can therefore be used, for example: B. both those of the type Ultrasil® VN3 (trade name) from Evonik as well as highly dispersible silicas, so-called HD silicas (e.g. Zeosil® 1165 MP from Solvay), can be used.
  • the rubber mixture contains at least one silica as a filler, preferably in amounts of 30 to 500 phr, particularly preferably 50 to 400 phr, again preferably 80 to 300 phr.
  • These amounts contain silica, in particular as the sole or main filler (more than 50% by weight based on the total amount of filler).
  • the rubber mixture contains at least one silica as a further filler, preferably in amounts of 5 to 100 phr, particularly preferably 5 to 80 phr, again preferably 10 to 60 phr.
  • silica is included in particular as a further filler in addition to another main filler, such as in particular a carbon black.
  • silicic acid and “silica” are used synonymously in the context of the present invention.
  • the rubber mixture according to the invention contains 0.1 to 60 phr, preferably 3 to 40 phr, particularly preferably 5 to 30 phr, very particularly preferably 5 to 15 phr, at least one soot.
  • carbon black is included in particular as a further filler in addition to a main filler, such as, in particular, silica.
  • the rubber mixture according to the invention contains 30 to 300 phr, preferably 30 to 200 phr, particularly preferably 40 to 100 phr of at least one carbon black. These amounts contain carbon black as the sole or main filler and possibly in combination with silica in the smaller amounts mentioned above.
  • the rubber mixture contains 5 to 60 phr, particularly preferably 5 to 40 phr, of at least one carbon black and 50 to 300 phr, preferably 80 to 200 phr of at least one silica.
  • the rubber mixture can also contain other fillers that have a reinforcing effect or do not have a reinforcing effect.
  • non-reinforcing fillers include aluminosilicates, kaolin, chalk, starch, magnesium oxide, titanium dioxide or rubber gels as well as fibers (such as aramid fibers, glass fibers, carbon fibers, cellulose fibers).
  • CNT carbon nanotubes
  • HCF hollow carbon fibers
  • modified CNT containing one or more functional groups such as hydroxy, carboxy and carbonyl groups
  • graphite and graphene so-called “carbon-silica dual-phase filier”.
  • Zinc oxide is not one of the fillers in the context of the present invention.
  • the rubber mixture can contain customary additives in customary parts by weight, which are preferably added in at least one basic mixing stage during its production.
  • additives include a) anti-aging agents known in the prior art, such as B. p-phenylenediamines, such as
  • N-Phenyl-N'-(1,3-dimethylbutyl)-p-phenylenediamine (6PPD), N,N'-diphenyl-p-phenylenediamine (DPPD),
  • SPPD N-(1-phenylethyl)-N'-phenyl-p-phenylenediamine
  • DTPD N,N'-ditolyl-p-phenylenediamine
  • stearic acid and / or other activators, such as zinc complexes such as zinc ethyl hexanoate, c) activators and / or agents for the binding of fillers, in particular carbon black or silica, such as S-(3-aminopropyl )Thiosulfuric acid and / or its metal salts (binding to soot) and silane coupling agents (binding to silicon dioxide, in particular silicic acid), d) ozone protection waxes, e) resins, in particular adhesive resins, f) mastication aids, such as. B.
  • activators such as zinc complexes such as zinc ethyl hexanoate
  • activators and / or agents for the binding of fillers in particular carbon black or silica, such as S-(3-aminopropyl )Thiosulfuric acid and / or its metal salts (binding to soot) and silane coupling agents (binding to
  • 2,2'-dibenzamidiphenyl disulfide (DBD) and g) process aids, such as in particular fatty acid esters and metal soaps, such as zinc soaps and / or calcium soaps h) plasticizers, such as in particular aromatic, naphthenic or paraffinic mineral oil plasticizers, such as MES (mild extraction solvate ) or RAE (Residual Aromatic Extract) or TDAE (treated distillate aromatic extract), or rubber-to-liquid oils (RTL) or biomass-to-liquid oils (BTL) preferably with a polycyclic aromatic content of less than 3 % by weight according to method IP 346 or triglycerides, such as. B. rapeseed oil, or facts or hydrocarbon resins or liquid polymers whose average molecular weight (determined by GPC gel permeation chromatography, based on BS ISO 11344:2004) is between 500 and 20,000 g/mol.
  • plasticizers such as in particular aromatic, naphthenic
  • the rubber mixture according to the invention contains, in addition to the compound according to the invention according to formula I), for example according to formula III), no anti-aging agents from the group of p-phenylenediamines, in particular those in list a).
  • the rubber mixture according to the invention contains 0 to 0.1 phr, in particular 0 phr, of further anti-aging agents based on p-phenylenediamines, which are selected from the group containing, preferably consisting of, N-phenyl-N'- (1,3-dimethylbutyl)-p-phenylenediamine (6PPD), N-(1-phenylethyl)-N'-phenyl-p-phenylenediamine (SPPD), N,N'-diphenyl-p-phenylenediamine (DPPD), N 'N'-Ditolyl-p-phenylenediamine (DTPD), N-isopropyl-N'-phenyl-p-phenylenediamine (IPPD), N-(1,4-dimethylpentyl)-N'-phenyl-p-phenylenediamine (7PPD) .
  • p-phenylenediamines which are selected from the group
  • the compound according to the invention according to formula I), for example according to formula III replaces the p-phenylenediamines mentioned in the prior art.
  • At least one further of the p-phenylenediamine anti-aging agents mentioned is included, so that the compound according to the invention only partially replaces the p-phenylenediamines known in the prior art.
  • the advantage according to the invention is also achieved, just not to an optimal extent.
  • anti-aging agents based on dihydroquinoline such as TMQ
  • TMQ dihydroquinoline
  • the amount of dihydroquinolines contained, such as in particular TMQ, is preferably 0.1 to 3, in particular 0.5 to 1.5 phr.
  • Ozone protection waxes (group d above) are considered separately and, according to preferred embodiments of the invention, are contained in the rubber mixture, regardless of whether additional anti-aging agents a) are included.
  • the silane coupling agents can be any type known to those skilled in the art.
  • one or more different silane coupling agents can be used in combination with one another.
  • the rubber mixture can therefore contain a mixture of different silanes.
  • silane coupling agents react with the surface silanol groups of the silicon dioxide, in particular the silica, or other polar groups during the mixing of the rubber or the rubber mixture (in situ) or before the filler is added to the rubber in the sense of a pretreatment (premodification).
  • Coupling agents known from the prior art are bifunctional organosilanes which have at least one alkoxy, cycloalkoxy or phenoxy group on the silicon atom as a leaving group and which, as other functionality, have a group which, after cleavage, can optionally enter into a chemical reaction with the double bonds of the polymer.
  • silane coupling agents can be used: B. 3-mercaptopropyltriethoxysilane, 3-thiocyanato-propyltrimethoxysilane or 3,3'-bis (triethoxysilylpropyl) polysulfides with 2 to 8 sulfur atoms, such as. B. 3,3'-bis(triethoxysilylpropyl)tetrasulfide (TESPT), the corresponding disulfide (TESPD) or mixtures of the sulfides with 1 to 8 sulfur atoms with different contents of the different sulfides can be used.
  • TESPT can also be added as a mixture with industrial carbon black (trade name X50S® from Evonik).
  • Blocked mercaptosilanes such as those found e.g. B. are known from WO 99/09036, can be used as a silane coupling agent.
  • silanes as described in WO 2008/083241 A1, WO 2008/083242 A1, WO 2008/083243 A1 and the WO 2008/083244 A1 are described can be used.
  • the proportion of the total amount of further additives is preferably 3 to 150 phr, particularly preferably 3 to 100 phr and very particularly preferably 5 to 80 phr.
  • the total amount of other additives may contain zinc oxide (ZnO) in the amounts mentioned above.
  • the conventionally used zinc oxide generally has a BET surface area of less than 10 m 2 /g.
  • a zinc oxide with a BET surface area of 10 to 100 m 2 /g such as so-called “nano-zinc oxides”, can also be used.
  • the rubber mixture according to the invention is preferably used vulcanized, in particular in vehicle tires or other vulcanized technical rubber articles.
  • the vulcanization of the rubber mixture according to the invention is preferably carried out in the presence of sulfur and/or sulfur donors with the aid of vulcanization accelerators, whereby some vulcanization accelerators can also act as sulfur donors.
  • the accelerator is selected from the group consisting of thiazole accelerators, mercapto accelerators, sulfenamide accelerators, thiocarbamate accelerators, thiuram accelerators, thiophosphate accelerators, thiourea accelerators, xanthate accelerators and guanidine accelerators.
  • a sulfenamide accelerator which is selected from the group consisting of N-cyclohexyl-2-benzothiazolesufenamide (CBS), N,N-dicyclohexylbenzothiazole-2-sulfenamide (DCBS), benzothiazyl-2-sulfenmorpholide (MBS), N- tert-Butyl-2-benzothiazylsulfenamide (TBBS) and guanidine accelerators such as diphenylguanidine (DPG).
  • CBS N-cyclohexyl-2-benzothiazolesufenamide
  • DCBS N,N-dicyclohexylbenzothiazole-2-sulfenamide
  • MFS benzothiazyl-2-sulfenmorpholide
  • TBBS N- tert-Butyl-2-benzothiazylsulfenamide
  • DPG diphenylguanidine
  • vulcanization retarders may be present in the rubber mixture.
  • the production of the rubber mixture is preferably carried out using the process common in the rubber industry, in which a basic mixture with all components except the vulcanization system (e.g. sulfur and substances influencing vulcanization) is first produced in one or more mixing stages.
  • the finished mixture is created by adding the vulcanization system in a final mixing stage.
  • the finished mixture is further processed, for example, by an extrusion process or calendering and brought into the appropriate shape.
  • the rubber mixture according to the invention is particularly suitable for use in vehicle tires, in particular pneumatic vehicle tires.
  • vehicle tires in particular pneumatic vehicle tires.
  • the application is conceivable in all tire components, in particular in an outer component, in particular and preferably in the horn profile, tread and/or the sidewall tread.
  • the rubber mixture according to the invention is preferably used at least in the cap.
  • the mixture is brought into the appropriate shape, preferably an outer component, as a ready-made mixture before vulcanization and applied in the known manner during the production of the vehicle tire blank.
  • the rubber mixture according to the invention for use as another body mixture in vehicle tires is produced as already described. The difference lies in the shaping after the extrusion process or calendering of the mixture. The resulting forms of the still unvulcanized rubber mixture for one or more different body mixtures are then used to build a green tire.
  • body mixture refers to the rubber mixtures for the inner components of a tire, such as essentially squeegee, inner liner (inner layer), core profile, belt, shoulder, belt profile, carcass, bead reinforcer, bead profile, horn profile and bandage.
  • the still unvulcanized tire blank is then vulcanized.
  • the extruded, still unvulcanized mixture is brought into the appropriate shape and, during or afterward, is often provided with strength carriers, for example synthetic fibers or steel cords.
  • strength carriers for example synthetic fibers or steel cords.
  • Another object of the present invention is a vehicle tire which has the rubber mixture according to the invention containing the compound according to the invention in at least one component.
  • the vulcanized vehicle tire has a vulcanizate of at least one rubber mixture according to the invention in at least one component. It is known to those skilled in the art that most substances, such as. B. the rubbers contained are or can be present in a chemically modified form either after mixing or only after vulcanization.
  • vehicle tires are understood to mean pneumatic vehicle tires and solid rubber tires, including tires for industrial and construction site vehicles, truck, car and bicycle tires.
  • the vehicle tire according to the invention preferably has the rubber mixture according to the invention in at least one outer component, the outer component preferably being a tread, a sidewall and/or a horn profile.
  • the vehicle tire according to the invention can therefore also have the rubber mixture according to the invention containing the compound according to the invention according to formula I) in several components in a possibly adapted composition.
  • the compound according to formula III) was examined for its potential protective effect as an anti-aging agent by measuring the oxidation-induction time under laboratory conditions.
  • the sample was kept isothermally at 180°C under an N2 atmosphere for 5 minutes and then switched to an O2 atmosphere (with a volume flow of 50 mL/min).
  • Heating to 165 °C was carried out analogously, with first heating to 155 °C with a heating rate of 20 K/min (Kelvin per minute) and then heating to 165 °C with a heating rate of 1 K/min.
  • Heating to 150 °C was carried out analogously, with first heating to 140 °C with a heating rate of 20 K/min (Kelvin per minute) and then heating to 150 °C with a heating rate of 1 K/min.
  • the oxidation was determined via a peak using DSC (differential scanning calorimetry).
  • the compound according to the invention according to formula III) as a representative of the compound according to the invention according to formula I) is therefore more environmentally and health-friendly than 6PPD or other representatives of the substance class, as stated at the beginning, and is also a comparable or even better anti-aging agent.
  • the compound according to the invention according to formula III) as a representative of the compound according to the invention according to formula I) has sufficient solubility in rubber mixtures. This keeps blooming to a minimum, which in turn has a beneficial effect on the protective effect.
  • the compound according to formula III) is mixed in, for example, in various amounts, as shown in Table 2.
  • the resulting examples according to the invention are marked E1 and E2.
  • rubber mixtures containing 6PPD instead of the compound according to formula III) serve as anti-aging agents with otherwise the same composition, with one between V1 and E1 and V2 and E2 mole-equal exchange takes place.
  • the amounts in Table 2 are given in the unit phr. Furthermore, a reference (Ref.) without anti-aging agents is given. For all mixtures, the sum of the amounts of anti-aging agent (6PPD or Formula III) and plasticizer oil MES is 10 phr.
  • the examples according to the invention show a comparable or even improved anti-aging effect compared to rubber mixtures with 6PPD.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Verbindung (I), eine Kautschukmischung enthaltend die Verbindung, einen Fahrzeugreifen, der die Kautschukmischung in wenigstens einem Bauteil aufweist, Verfahren zur Herstellung der Verbindung sowie die Verwendung der Verbindung als Alterungsschutzmittel und/oder Antioxidationsmittel und/oder Farbstoff, wobei R1 ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus xi) aromatischen Resten, wobei die aromatischen Reste optional Substituenten, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Halogen-Resten, Cyano-Resten, Ester-Resten, Keton-Resten, Ether-Resten und Thioether-Resten, tragen, und xii) linearen, verzweigten und cyclischen aliphatischen C3- bis C12-Resten, wobei X ausgewählt ist aus O (Sauerstoffatom), S (Schwefelatom) und N(H) (sekundäre Aminogruppe), wobei Y ausgewählt ist aus O (Sauerstoffatom), S (Schwefelatom) und N(H) (sekundäre Aminogruppe).

Description

Beschreibung
VERBINDUNG, IHRE HERSTELLUNG UND VERWENDUNG IN KAUTSCHUKMISCHUNGEN UND FAHRZEUGREIFEN, ALS ALTERUNGSSCHUTZMITTEL, ANTIOXIDATIONSMITTEL UND/ODER FARBSTOFF
Die Erfindung betrifft eine Verbindung, eine Kautschukmischung enthaltend die Verbindung, einen Fahrzeugreifen, der die Kautschukmischung in wenigstens einem Bauteil aufweist, Verfahren zur Herstellung der Verbindung sowie die Verwendung der Verbindung als Alterungsschutzmittel und/oder Antioxidationsmittel und/oder Farbstoff.
Es ist bekannt, dass in Fahrzeugreifen und technischen Gummiartikeln polymere Materialien, wie insbesondere Kautschuke, eingesetzt werden.
Naturkautschuk, synthetische Polymere (wie IR, BR, SSBR, ESBR, etc.) aber auch natürliche sowie synthetische Öle, Fette und Schmiermittel unterliegen bei längerer Lagerung und vor allem in der Zielanwendung, die oft bei höheren Temperaturen abläuft, Oxidationsreaktionen, die sich nachteilig auf die ursprünglichen gewünschten Eigenschaften auswirken. Je nach Art des Polymers werden die Polymerketten, bis hin zu einer Verflüssigung des Materials, verkürzt oder es kommt zur nachträglichen Härtung des Werkstoffes.
Alterungsschutzmittel tragen daher maßgeblich zur Langlebigkeit von Fahrzeugreifen und anderen technischen Gummiartikeln bei.
Bekannte Alterungsschutzmittel sind aromatische Amine, wie beispielsweise 6PPD (N-(1 ,3-Dimethylbutyl)-N’-phenyl-p-phenylendiamin), IPPD (N-lsopropyl-N’-phenyl-p-phenylendiamin) oder
SPPD (N-(1 -phenylethyl)-N’-phenyl-p-phenylendiamin). Diese Moleküle können mit Sauerstoff oder Ozon oder gebildeten Radikalen, wie Alkyl-, Alkoxy- und Alkylperoxyradikalen, reagieren und diese somit abfangen und somit die Polymere vor weiteren Oxidationsreaktionen schützen.
Nachteilig an dieser Substanzklasse ist allerdings der Verdacht, dass diese krebserregend sein könnten.
Alterungsschutzmittel, die insbesondere mit Ozon reagieren und dieses abfangen, werden auch als „Ozonschutzmittel“ oder „Antiozonant“ bezeichnet.
Eine weitere Problematik im Zusammenhang mit Alterungsschutzmitteln ist die des unerwünschten Ausblühens (engl. „blooming“). Hierbei diffundieren Moleküle des Alterungsschutzmittels aufgrund ihrer nicht so guten Löslichkeit in der umgebenden Polymer-Matrix des Gummiartikels an die Oberfläche des zu schützenden Artikels und bilden dort einen farblich vom restlichen Artikel meist unterscheidbaren Film. Bei Fahrzeugreifen äußert sich dies meist in einer Braunfärbung der ansonsten schwarzen Seitenwand. Neben den ästhetischen Nachteilen sind hiermit Nachteile hinsichtlich der Alterungsschutzwirkung verbunden. Meist werden ausgeblühte Substanzen nämlich entfernt. Hierbei wird zum einen die Gesamtmenge an Alterungsschutzmittel herabgesetzt und zum anderen bewirkt, dass weitere Moleküle des Alterungsschutzmittels nachdiffundieren, sodass die Polymere immer weniger geschützt sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine neuartige Verbindung bereitzustellen, die insbesondere als Alterungsschutzmittel in Fahrzeugreifen oder anderen technischen Gummiartikeln verwendet werden kann, und zwar mit einem geringeren Gefahrenpotential bei hinreichender Löslichkeit in der jeweiligen Matrix, beispielsweise und insbesondere im Polymer. Hierdurch soll unter Verringerung der Gesundheitsschädlichkeit ein weiterhin optimaler Schutz vor Sauerstoff und Ozon gewährleistet werden sowie die Tendenz zum Ausblühen (engl. „Blooming“) möglichst gering gehalten oder verhindert werden.
Gleichzeitig soll mit der Verbindung eine vergleichbare oder sogar verbesserte Alterungsschutzwirkung gegenüber aromatischen Aminen, wie 6PPD, erzielt werden. Gelöst wird die Aufgabe durch die erfindungsgemäße Verbindung gemäß Anspruch 1 , die erfindungsgemäße Kautschukmischung enthaltend die Verbindung sowie den erfindungsgemäßen Fahrzeugreifen, der die erfindungsgemäße Kautschukmischung in wenigstens einem Bauteil aufweist.
Ferner wird die Aufgabe durch das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Verbindung gelöst.
Die Verbindung gemäß Anspruch 1 weist die allgemeine Formel I) auf: wobei R1 ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus xi) aromatischen Resten, wobei die aromatischen Reste optional Substituenten, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Halogen-Resten, Cyano-Resten, Ester-Resten, Keton-Resten, Ether-Resten und Thioether-Resten, tragen, und xii) linearen, verzweigten und cyclischen aliphatischen C3- bis C-12-Resten, wobei die Reste R2 und R3 unabhängig voneinander gleich oder verschieden sein können und ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus linearen, verzweigten und cyclischen, gesättigten und ungesättigten, aliphatischen Ci- bis C-12-Resten, welche optional einen oder mehrere Halogen-Substituenten tragen, Aryl-Resten, welche optional einen oder mehrere Halogen-Substituenten tragen, und Halogen-Resten, wobei Fluor, Brom und Chlor bevorzugt sind, Cyano-Resten, Ester-Resten, Keton-Resten, Ether-Resten und Thioether-Resten; und wobei m den Wert 0 oder 1 oder 2 oder 3 annimmt, und wobei n den Wert 0 oder 1 oder 2 oder 3 oder 4 annimmt, wobei X ausgewählt ist aus 0 (Sauerstoffatom), S (Schwefelatom) und N(H) (sekundäre Aminogruppe), wobei Y ausgewählt ist aus 0 (Sauerstoffatom), S (Schwefelatom) und N(H) (sekundäre Aminogruppe). Dem Fachmann ist klar, dass z. B. im Fall von m gleich 0 (null) oder 1 oder 2 anstelle des R2 jeweils ein Wasserstoffatom an das entsprechende Kohlenstoffatom des Benzolringes gebunden ist. Dies gilt natürlich analog für R3 und n kleiner als 4. Dem Fachmann ist ebenfalls klar, dass die Darstellung der Verknüpfungen von (R2)m, (R3)n‘ sowie R1HN in den Benzolring des Gerüsts bedeutet, dass diese Gruppen jeweils an jeder Stelle am jeweiligen Benzolring angeordnet sein können, außer natürlich nicht jeweils zwei oder mehrere gleichzeitig an derselben Position, was schon aufgrund der Vierbindigkeit des Kohlenstoffatoms des Benzolrings ausgeschlossen wäre.
Bezeichnungen derart wie „C3- bis C-12-Reste“ bedeutet im Rahmen der vorliegenden Erfindung, dass Reste mit 3 bis 12 Kohlenstoffatomen gemeint sind. Unabhängig davon wird „Ci“ als Bezeichnung der Position des höchstoxidierten Kohlenstoffatoms bzw. der höchsten Priorität nach der Cahn-Ingold-Prelog-Konvention (CIP) verwendet. Dem Fachmann ist im jeweiligen Kontext klar, was gemeint ist.
Die erfindungsgemäße Verbindung ist ein Dibenzodiazepinon-Derivat und weist gegenüber bekannten Alterungsschutzmitteln auf Basis von Anilin (mögliches Spaltprodukt von 6PPD) ein geringeres Gefahrenpotential auf.
Gerade bei einer technischen Anwendung wie in Fahrzeugreifen oder anderen technischen Gummiprodukten ist dies ein entscheidender Vorteil, da durch Abrieb bzw. andere Abbauprozesse die Gummiinhaltsstoffe freigesetzt werden können. Ferner findet sich der Grundkörper Dibenzodiazepinon in einer Vielzahl von oral applizierten Medikamenten wieder.
Die erfindungsgemäße Verbindung weist gegenüber dem bekannten Alterungsschutzmittel 6PPD einen verbesserten Oxidationsschutz auf, insbesondere bei höheren Temperaturen von mehr als 150 °C, wodurch mit der Verbindung gemäß Formel I) eine vergleichbare oder sogar verbesserte Schutzwirkung, insbesondere in Fahrzeugreifen und anderen technischen Gummiartikeln, aber auch in Ölen und Schmierstoffen, erzielt wird. Die Erfindung soll aber nicht an einen bestimmten Wirkmechanismus oder eine bestimmte Erklärung gebunden sein.
Die erfindungsgemäße Verbindung ist somit als Ersatz von 6PPD geeignet, dessen Abbauprodukte extrem toxisch für den Silberlachs und damit wohl auch für andere aquatische Organismen sind.
Die erfindungsgemäße Verbindung weist zudem eine hinreichende Löslichkeit in Kautschukmischungen, insbesondere für Fahrzeugreifen und andere technische Gummiartikel, auf. Hierdurch wird ein Ausblühen dieser Verbindung, wie es von vielen Alterungsschutzmitteln bekannt ist, geringgehalten, was sich wiederum vorteilhaft auf die Alterungsschutzwirkung auswirkt. Je weniger an Alterungsschutzmittel ausblüht, desto weniger Alterungsschutzmittel wird beabsichtigt oder unbeabsichtigt von der Oberfläche des zu schützenden Artikels entfernt und desto weniger Alterungsschutzmittel diffundiert wiederum an die Oberfläche.
Die erfindungsgemäße Verbindung gemäß Formel I) ist besonders als Alterungsschutzmittel und/oder Ozonschutzmittel in Fahrzeugreifen und/oder anderen technischen Gummiartikeln, wie insbesondere einer Luftfeder, eines Balgs, Förderbands, Gurtes, Riemens, Schlauchs, Gummibands, Profils, einer Dichtung, einer Membran, taktilen Sensoren für medizinische Anwendungen oder Roboteranwendungen, oder einer Schuhsohle oder Teilen davon, und/oder Ölen und/oder Schmierstoffen geeignet.
Die erfindungsgemäße Verbindung gemäß Formel I) ist besonders zur Herstellung eines Gummiartikels, insbesondere einer Luftfeder, eines Balgs, Förderbands, Gurtes, Riemens, Schlauchs, Gummibands, Profils, einer Dichtung, einer Membran, taktilen Sensoren für medizinische Anwendungen oder Roboteranwendungen, oder einer Schuhsohle oder Teilen davon geeignet.
Zu Verwendung der Verbindung gemäß Formel I) in den genannten Artikeln oder Stoffen wird diese in einer Zusammensetzung verwendet und in dieser eingemischt verwendet. Bei Fahrzeugreifen oder anderen technischen Gummiartikeln ist dies insbesondere eine Kautschukmischung.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung der erfindungsgemäßen Verbindung gemäß Formel I) in Ölen, Schmierstoffen, wie insbesondere Treib- oder Betriebsstoffen für Motoren. Insbesondere kann die erfindungsgemäße Verbindung somit in Motoren verwendet werden.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung der erfindungsgemäßen Verbindung gemäß Formel I) als Farbstoff in Fasern und/oder Polymeren und/oder Papier und/oder in (Streich-)Farben und Lacken.
Von der Erfindung sind sämtliche vorteilhafte Ausgestaltungen, die sich unter anderem in den Patentansprüchen widerspiegeln, umfasst. Insbesondere sind von der Erfindung auch Ausgestaltungen umfasst, die sich durch Kombination unterschiedlicher Merkmale unterschiedlicher Abstufungen bei der Bevorzugung dieser Merkmale ergeben, sodass auch eine Kombination eines ersten als „bevorzugt“ bezeichneten Merkmals oder im Rahmen einer vorteilhaften Ausführungsform beschriebenen Merkmals mit einem weiteren als z. B. „besonders bevorzugt“ bezeichneten Merkmal von der Erfindung umfasst ist.
Ferner gelten sämtliche Ausführungen zu den Merkmalen der erfindungsgemäßen Verbindung auch für das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung der Verbindung und die erfindungsgemäße Kautschukmischung enthaltend die Verbindung sowie die erfindungsgemäßen Verwendungen.
Bevorzugt ist die Gruppe -N(H)R1 in meta-Stellung zu X angeordnet.
Damit weist die erfindungsgemäße Verbindung bevorzugt die Struktur gemäß Formel II): wobei R1, R2, R3, X und Y sowie m und n wie obenstehend definiert sind. Hierdurch wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besonders gut gelöst, wobei insbesondere eine hinreichende Löslichkeit der Verbindung in Kautschukmischungen, insbesondere für Fahrzeugreifen, erzielt wird.
X ist, wie z. B. in Formel I) und II) erkennbar, in die Ringstruktur eingebunden und ausgewählt aus 0 (Sauerstoffatom), S (Schwefelatom) und N(H) (sekundäre Aminogruppe).
Dem Fachmann ist klar, dass im Falle von X gleich NH das Stickstoffatom (N) an die benachbarten Kohlenstoffatome angebunden ist, während das Wasserstoffatom (H) nur an das Stickstoffatom gebunden ist.
Bevorzugt ist X, beispielsweise und insbesondere in den Formeln I) und II), jeweils gleich NH. Hierdurch wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besonders gut gelöst, wobei insbesondere ein sehr guter Oxidationsschutz in Polymeren und/oder Kautschukmischungen, insbesondere für Fahrzeugreifen, erzielt wird.
Y ist, wie z. B. in Formel I) und II) erkennbar, endständig an das Kohlenstoffatom gebunden und ausgewählt aus 0 (Sauerstoffatom), S (Schwefelatom) und N(H) (sekundäre Aminogruppe).
Dem Fachmann ist klar, dass im Falle von Y gleich NH das Stickstoffatom (N) an das benachbarte Kohlenstoffatom angebunden ist, während das Wasserstoffatom (H) nur an das Stickstoffatom gebunden ist.
Bevorzugt ist Y, beispielsweise und insbesondere in den Formeln I) und II), jeweils gleich 0, also ein Sauerstoffatom, womit sich eine Carbonyl-Gruppe (-C=O) neben X ergibt.
Hierdurch wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besonders gut gelöst, wobei insbesondere ein sehr guter Oxidationsschutz in Polymeren und/oder Kautschukmischungen, insbesondere für Fahrzeugreifen, erzielt wird.
Die Reste R2 und R3 sind unabhängig voneinander gleich oder verschieden und sind ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus linearen, verzweigten und cyclischen, gesättigten und ungesättigten, aliphatischen C-i- bis C-12-Resten, welche optional einen oder mehrere Halogen-Substituenten tragen, Aryl-Resten, welche optional einen oder mehrere Halogen-Substituenten tragen, und Halogen-Resten, wobei Fluor, Brom und Chlor bevorzugt sind, Cyano-Resten, Ester-Resten, Keton-Resten, Ether-Resten und Thioether-Resten.
Die genannten Reste R2 und R3 können insbesondere durch die Auswahl geeigneter Ausgangssubstanzen bereits an den jeweiligen Benzolring bzw. dessen Vorstufe angebunden sein.
Bevorzugt ist, beispielsweise und insbesondere in den Formeln I) und II), m gleich null (0).
Bevorzugt ist, beispielsweise und insbesondere in den Formeln I) und II), n gleich null (0).
Damit ergeben sich als bevorzugte Strukturen die in den Formeln la) bzw. Ha) dargestellten: wobei X, Y und R1 wie obenstehend definiert sind.
Bevorzugt ist auch hier X gleich N(H) und Y gleich 0.
Der Rest R1 ist ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus xi) aromatischen Resten, wobei die aromatischen Reste optional Substituenten, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Halogen-Resten, Cyano-Resten, Ester-Resten, Keton-Resten, Ether-Resten und Thioether-Resten, tragen, und xii) linearen, verzweigten und cyclischen aliphatischen C3- bis C-12-Resten.
Der aromatische Rest aus der Untergruppe xi) ist beispielsweise und bevorzugt ausgewählt aus Phenyl-Resten (-CßHs) und Benzyl-Resten (-CH2-C6H5), wobei Phenyl besonders bevorzugt ist.
Die aromatischen Reste der Untergruppe xi) können dabei Substituenten tragen. Wie oben ausgeführt sind diese ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Halogen-Resten, Cyano-Resten, Ester-Resten, Keton-Resten, Ether-Resten und Thioether-Resten.
Bevorzugt sind die Substituenten dabei ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Ester-Resten, Keton-Resten, Ether-Resten und Thioether-Resten.
Gemäß bevorzugter Ausführungsformen ist der aromatische Rest dabei an den beiden C-Atomen, die dem C-i-Atom, also dem Kohlenstoffatom, welches an das N-Atom gebunden ist, benachbart sind, nicht substituiert. Im Fall eines Benzolringes als Grundgerüst ist somit bevorzugt kein Substituent in o/trio-Position zum N-Atom vorhanden.
Gemäß weiterer bevorzugter Ausführungsformen ist der aromatische Rest der Untergruppe xi) nicht substituiert.
Es ist bevorzugt, dass R1 über ein tertiäres Kohlenstoffatom an das Stickstoffatom (N) gebunden ist. Damit ist das C-i-Atom bevorzugt ein tertiäres Kohlenstoffatom. Unter dem Begriff „tertiäres Kohlenstoffatom“ ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Kohlenstoffatom zu verstehen, welches an nur ein Wasserstoffatom gebunden ist.
Hiermit ergibt sich - gegenüber sekundären und quartären Kohlenstoffatomen - eine besonders gute Schutzwirkung durch die Anwesenheit der Verbindung in Kautschukmischungen, insbesondere für Fahrzeugreifen und andere technische Gummiartikel, und dabei insbesondere eine optimierte Reaktivität im Zusammenhang mit den für den Alterungsschutz relevanten Mechanismen, wobei unerwünschte Nebenreaktionen vermieden werden.
Gemäß weiterer vorteilhafter Ausführungsformen ist R1, insbesondere in den oben genannten Formeln I), II), la), Ha), ein verzweigter oder cyclischer Alkyl-Rest mit drei bis zwölf Kohlenstoffatomen, bevorzugt drei bis acht Kohlenstoffatomen, ist, wobei R1 besonders bevorzugt ausgewählt ist aus 1 ,3-Dimethylbutyl- und
Cyclohexyl-Resten, wobei R1 ganz besonders bevorzugt ein 1 ,3-Dimethylbutyl-Rest ist.
Hiermit wird eine besonders gute Löslichkeit in Kautschukmischungen für Fahrzeugreifen und andere technische Gummiartikel erzielt.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform weist die erfindungsgemäße Verbindung die Struktur gemäß Formel III) auf:
Die Verbindung gemäß Formel III) weist eine hinreichende Löslichkeit in Polymeren auf, insbesondere in Kautschukmischungen für Fahrzeugreifen und andere technische Gummiartikel. Gleichzeitig lässt sich die Verbindung gemäß Formel II) besonders einfach sowie energie- und kostensparend herstellen und zeigt im Vergleich zu 6PPD einen vergleichbaren oder sogar verbesserten
Oxidationsschutz, insbesondere bei Temperaturen von mehr als 150 °C, und damit eine vergleichbare oder verbesserte Alterungsschutzwirkung.
Die Verbindung gemäß Formel III) kann nach IPIIAC auch als
2-(1 ,3-Dimethylbutylamino)-5, 10-dihydro-dibenzo[b,e][1 ,4]diazepin-11 -on bezeichnet werden. Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist wie oben ausgeführt ein Verfahren zur Herstellung der Verbindung gemäß Formel I), welches wenigstens die folgenden Verfahrensschritte umfasst: i) Herstellen oder Bereitstellen der Substanz gemäß Formel B1 ): ii) Umsetzung der Verbindung gemäß Formel B1 ) mit Wasserstoff und einem Keton oder Aldehyd, bevorzugt Keton, zu der Verbindung gemäß Formel I): wobei R1 ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus xi) aromatischen Resten, wobei die aromatischen Reste optional Substituenten, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Halogen-Resten, Cyano-Resten, Ester-Resten, Keton-Resten, Ether-Resten und Thioether-Resten, tragen, und xii) linearen, verzweigten und cyclischen aliphatischen C3- bis C-12-Resten, wobei die Reste R2 und R3 unabhängig voneinander gleich oder verschieden sein können und ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus linearen, verzweigten und cyclischen, gesättigten und ungesättigten, aliphatischen Ci- bis C-12-Resten, welche optional einen oder mehrere Halogen-Substituenten tragen, Aryl-Resten, welche optional einen oder mehrere Halogen-Substituenten tragen, und Halogen-Resten, wobei Fluor, Brom und Chlor bevorzugt sind, Cyano-Resten, Ester-Resten, Keton-Resten, Ether-Resten und Thioether-Resten; und wobei m den Wert 0 oder 1 oder 2 oder 3 annimmt, und wobei n den Wert 0 oder 1 oder 2 oder 3 oder 4 annimmt, wobei X ausgewählt ist aus 0 (Sauerstoffatom), S (Schwefelatom) und N(H) (sekundäre Aminogruppe), wobei Y ausgewählt ist aus 0 (Sauerstoffatom), S (Schwefelatom) und N(H) (sekundäre Aminogruppe).
Für R1, R2, R3, X, Y, m und n gelten sämtliche obige im Zusammenhang mit der Beschreibung der erfindungsgemäßen Verbindung getroffenen Ausführungen, inklusive bevorzugter Ausführungsformen und hinsichtlich der Möglichkeiten jeglicher Abstufung bei der Bevorzugung dieser Merkmale und der Kombinationen dieser Merkmale.
Die Verbindung gemäß Formel B1 ) kann für X gleich N(H) (sekundäre Aminogruppe) und Y gleich 0 (Sauerstoffatom) beispielsweise analog zu US 6919328 gemäß folgendem Schema S1 ) hergestellt werden: wobei TEA für Triethylamin und DMSO für Dimethylsulfoxid stehen.
Bevorzugt ist die Gruppe -N(H)R1 bzw. in der Ausgangssubstanz die Gruppe -NO2 in meta-Stellung zu X angeordnet, wie oben bereits ausgeführt.
Damit weist die erfindungsgemäß hergestellte Verbindung bevorzugt die Struktur gemäß Formel II) auf:
Hierzu weist die Ausgangssubstanz gemäß Formel B1 ) bevorzugt die Struktur gemäß Formel B1 a) auf:
B1 a) wobei R1, R2, R3, X und Y sowie m und n wie obenstehend definiert sind, inklusiver sämtlicher Ausführungsformen und Kombinationen von Merkmalen.
Auch hier ist gemäß bevorzugter Ausführungsformen X gleich N(H) und Y gleich 0.
Bevorzugt wird bei der Umsetzung mit Wasserstoff in Schritt ii) ein geeigneter Katalysator, im Rahmen der vorliegenden Erfindung als „Hydrierungskatalysator“ bezeichnet, verwendet.
Bevorzugt ist der Hydrierungskatalysator ein Edelmetallkatalysator, wie insbesondere Palladium (Pd) oder Platin (Pt). Bevorzugt wird das Edelmetall auf Kohle (C) eingesetzt, wie Palladium auf Kohle (Pd/C).
Ferner können auch andere bekannte Katalysatoren, wie Raney-Nickel oder Kupferchromit verwendet werden.
Besonders bevorzugt erfolgt damit die Umsetzung in Schritt ii) mit Wasserstoff, unter Verwendung eines Hydrierungskatalysators. Bevorzugt erfolgt die Umsetzung in Schritt ii) bei einer Temperatur von 50 bis 130 °C, bevorzugt 50 bis 100 °C, besonders bevorzugt 50 bis 80 °C, insbesondere zum Beispiel 60 °C.
Bevorzugt wird Wasserstoff mit einem Druck von 30 bis 70 bar, besonders bevorzugt 35 bis 45 bar, insbesondere zum Beispiel 40 bar, aufgedrückt und bevorzugt anschließend für 1 bis 20 Stunden, bevorzugt 3 bis 13 Stunden, besonders bevorzugt 5 bis 13 Stunden, insbesondere zum Beispiel 10 Stunden, gerührt.
Bevorzugt erfolgt die Umsetzung mit Wasserstoff in Schritt ii) in einem für den bevorzugt vergleichsweise hohen Druck geeigneten Behälter, wie insbesondere in einem Autoklav oder in einem anderem Druckreaktor.
Besonders bevorzugt erfolgt die Umsetzung in Schritt ii) mit Wasserstoff unter Verwendung eines Hydrierungskatalysators und bei einer Temperatur von 50 bis 130 °C, bevorzugt 50 bis 100 °C, besonders bevorzugt 50 bis 80 °C, und wobei Wasserstoff mit einem Druck von 30 bis 70 bar, besonders bevorzugt 35 bis 45 bar, insbesondere zum Beispiel 40 bar, aufgedrückt wird und die Reaktion in einem Autoklav oder in einem anderen Druckreaktor stattfindet.
Bei dem Keton in Schritt ii) handelt es sich um das Keton-Derivat des späteren Restes R1; Bei einem Aldehyd entsprechend um das Aldehyd-Derivat.
Der Einfachheit halber wird verkürzt die Formel R1=O für das Aldehyd oder Keton verwendet, da der Rest R1 der Teil ist, der nach der Reaktion mit dem Aldehyd oder Keton am Stickstoffatom verbleibt.
Bevorzugt wird hierbei das Keton Methyl isobutylketon verwendet.
Das Lösungsmittel in Schritt ii) kann entweder das Keton oder Aldehyd sein, wenn dieses in flüssiger Form vorliegt, oder ein inertes Lösungsmittel, wie Toluol oder Xylol sein, insbesondere wenn das Keton oder Aldehyd in fester Form vorliegt. Im letzteren Fall wird das Keton oder Aldehyd nur in stöchiometrischen Mengen als Reaktant eingesetzt. Bevorzugt wird ein Keton oder Aldehyd R1=O, besonders bevorzugt Keton, in flüssiger Form als Lösungsmittel verwendet. Hierdurch kann auf eine zusätzliche Substanz, wie Toluol oder Xylol, verzichtet werden.
Bevorzugt erfolgt im Anschluss an Schritt ii) eine Aufreinigung, wie beispielsweise durch Filtration und Waschen mit einem Lösungsmittel, insbesondere Ethanol, und/oder säulenchromatographisch, beispielsweise an Kieselgel oder durch Umkristallisation aus Cyclohexan oder höherkettigen Aliphaten.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist wie oben ausgeführt eine Kautschukmischung.
Die erfindungsgemäße Kautschukmischung enthält die Verbindung gemäß Formel I), beispielsweise und bevorzugt die Verbindung gemäß Formel III). Bei der erfindungsgemäßen Kautschukmischung kann es sich prinzipiell um jede Kautschukmischung handeln, insbesondere in der die neuartige erfindungsgemäße Verbindung gemäß Formel I) bzw. Ill) als Alterungsschutzmittel und/oder Ozonschutzmittel bei geringerer Toxizität wirkt.
Die erfindungsgemäße Kautschukmischung enthält wenigstens einen Kautschuk.
Bevorzugt enthält die erfindungsgemäße Kautschukmischung 0,1 bis 10 phr, besonders bevorzugt 0,1 bis 7 phr, ganz besonders bevorzugt 1 bis 6 phr, wiederum bevorzugt 1 bis 3 phr, der Verbindung gemäß Formel I), beispielsweise und bevorzugt die Verbindung gemäß Formel III).
Dabei kann die Kautschukmischung auch ein Gemisch mehrerer Verbindungen, die unter die Formel I) fallen, enthalten.
Die in dieser Schrift verwendete Angabe phr (parts per hundred parts of rubber by weight) ist die in der Kautschukindustrie übliche Mengenangabe für Mischungsrezepturen. Die Dosierung der Gewichtsteile der einzelnen Substanzen wird in dieser Schrift auf 100 Gewichtsteile der gesamten Masse aller in der Mischung vorhandenen hochmolekularen (Mw größer als 20.000 g/mol) Kautschuke bezogen.
Gemäß vorteilhafter Ausführungsformen der Erfindung enthält die erfindungsgemäße Kautschukmischung wenigstens einen Dienkautschuk. Die Kautschukmischung kann somit einen Dienkautschuk oder ein Gemisch von zwei oder mehreren verschiedenen Dienkautschuken enthalten.
Als Dienkautschuke werden Kautschuke bezeichnet, die durch Polymerisation oder Copolymerisation von Dienen und/oder Cycloalkenen entstehen und somit entweder in der Hauptkette oder in den Seitengruppen C=C-Doppelbindungen aufweisen.
Der Dienkautschuk ist dabei bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus natürlichem Polyisopren (NR), synthetischem Polyisopren (IR), epoxidiertem Polyisopren (ENR), Butadien-Kautschuk (BR), Butadien-Isopren-Kautschuk, lösungspolymerisiertem Styrol-Butadien-Kautschuk (SSBR), emulsionspolymerisiertem Styrol-Butadien-Kautschuk (ESBR), Styrol-Isopren-Kautschuk, Flüssigkautschuken mit einem Molekulargewicht Mw von größer als 20000 g/mol, Halobutyl-Kautschuk, Polynorbornen, Isopren-Isobutylen-Copolymer, Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk, Nitril-Kautschuk, Chloropren-Kautschuk, Acrylat-Kautschuk, Fluor-Kautschuk, Silikon-Kautschuk, Polysulfid-Kautschuk, Epichlorhydrin-Kautschuk, Styrol-Isopren-Butadien-Terpolymer, hydriertem Acrylnitrilbutadien-Kautschuk und hydriertem Styrol-Butadien-Kautschuk.
Insbesondere Nitrilkautschuk, hydrierter Acrylnitrilbutadienkautschuk, Chloroprenkautschuk, Butylkautschuk, Halobutylkautschuk und/oder Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk kommen bei der Herstellung von technischen Gummiartikeln, wie Gurte, Riemen und Schläuche, und/oder Schuhsohlen zum Einsatz. Dabei finden die dem Fachmann für diese Kautschuke bekannten - im Hinblick auf Füllstoffe, Weichmacher, Vulkanisationssysteme und Zuschlagstoffe besonderen - Mischungszusammensetzungen bevorzugte Anwendung. Bei dem natürlichen und/oder synthetischen Polyisopren sämtlicher Ausführungsformen kann es sich sowohl um cis-1 ,4-Polyisopren als auch um 3,4-Polyisopren handeln. Bevorzugt ist allerdings die Verwendung von cis-1 ,4-Polyisoprenen mit einem cis-1 ,4 Anteil > 90 Gew.-%. Zum einen kann solch ein Polyisopren durch stereospezifische Polymerisation in Lösung mit Ziegler-Natta-Katalysatoren oder unter Verwendung von fein verteilten Lithiumalkylen erhalten werden. Zum anderen handelt es sich bei Naturkautschuk (NR) um ein solches cis-1 ,4 Polyisopren, bei welchem der cis-1 ,4-Anteil im Naturkautschuk größer 99 Gew.-% ist.
Ferner ist auch ein Gemisch eines oder mehrerer natürlicher Polyisoprene mit einem oder mehreren synthetischen Polyisopren(en) denkbar.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist unter dem Begriff „Naturkautschuk“ natürlich vorkommender Kautschuk zu verstehen, der von Hevea Gummibäumen und „Nicht-Hevea“ Quellen gewonnen werden kann. Nicht-Hevea Quellen sind beispielsweise Guayule Sträucher und Löwenzahn wie beispielsweise TKS (Taraxacum kok-saghyz; Russischer Löwenzahn).
Falls in der erfindungsgemäßen Kautschukmischung Butadien-Kautschuk (= BR, Polybutadien) enthalten ist, kann es sich um alle dem Fachmann bekannten Typen handeln. Darunter fallen u.a. die sogenannten high-cis- und low-cis-Typen, wobei Polybutadien mit einem cis-Anteil größer oder gleich 90 Gew.-% als high-cis-Typ und Polybutadien mit einem cis-Anteil kleiner als 90 Gew.-% als low-cis-Typ bezeichnet wird. Ein low-cis-Polybutadien ist z.B. Li-BR (Lithium-katalysierter Butadien-Kautschuk) mit einem cis-Anteil von 20 bis 50 Gew.-%. Mit einem high-cis BR werden besonders gute Eigenschaften sowie eine niedrige Hysterese der Kautschukmischung erzielt.
Das oder die eingesetzte(n) Polybutadiene kann/können mit Modifizierungen und Funktionalisierungen endgruppenmodifiziert und/oder entlang der Polymerketten funktionalisiert sein. Bei der Modifizierung kann es sich um solche mit Hydroxy-Gruppen und/oder Ethoxy-Gruppen und/oder Epoxy-Gruppen und/oder Siloxan-Gruppen und/oder Amino-Gruppen und/oder Aminosiloxan und/oder Carboxy-Gruppen und/oder Phthalocyanin-Gruppen und/oder Silan-Sulfid-Gruppen handeln. Es kommen aber auch weitere, dem Fachmann bekannte, Modifizierungen, auch als Funktionalisierungen bezeichnet, in Frage. Bestandteil solcher Funktionalisierungen können Metallatome sein.
Für den Fall, dass wenigstens ein Styrol-Butadien-Kautschuk (Styrol-Butadien-Copolymer) in der Kautschukmischung enthalten ist, kann es sich sowohl um lösungspolymerisierten Styrol-Butadien-Kautschuk (SSBR) als auch um emulsionspolymerisierten Styrol-Butadien-Kautschuk (ESBR) handeln, wobei auch ein Gemisch aus wenigstens einem SSBR und wenigstens einem ESBR eingesetzt werden kann. Die Begriffe „Styrol-Butadien-Kautschuk“ und „Styrol-Butadien-Copolymer“ werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung synonym verwendet.
Das eingesetzte Styrol-Butadien-Copolymer kann mit den oben beim Polybutadien genannten Modifizierungen und Funktionalisierungen endgruppenmodifiziert und/oder entlang der Polymerketten funktionalisiert sein.
Vorzugsweise ist der wenigstens eine Dienkautschuk ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus natürlichem Polyisopren (NR, Naturkautschuk), synthetischem Polyisopren (IR), Butadien-Kautschuk (BR), lösungspolymerisiertem Styrol-Butadien-Kautschuk (SSBR), emulsionspolymerisiertem Styrol-Butadien-Kautschuk (ESBR), Butylkautschuk (HR) und Halobutylkautschuk.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der wenigstens eine Dienkautschuk ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus natürlichem Polyisopren (NR), synthetischem Polyisopren (IR), Butadien-Kautschuk (BR), lösungspolymerisiertem Styrol-Butadien-Kautschuk (SSBR) und emulsionspolymerisiertem Styrol-Butadien-Kautschuk (ESBR).
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung enthält die Kautschukmischung wenigstens ein natürliches Polyisopren (NR) und zwar bevorzugt in Mengen von 50 bis 100 phr, und gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung 80 bis 100 phr, ganz besonders bevorzugt 95 bis 100 phr, wiederum bevorzugt 100 phr. Eine derartige Kautschukmischung zeigt insbesondere optimierte Reißeigenschaften und Abriebeigenschaften bei einer guten Verarbeitbarkeit und Reversionsstabilität.
Für den Fall, dass die Kautschukmischung weniger als 100 phr NR enthält, enthält sie bevorzugt als weiteren Kautschuk wenigstens einen Dienkautschuk, der ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus synthetischem Polyisopren (IR), Butadien-Kautschuk (BR), lösungspolymerisiertem Styrol-Butadien-Kautschuk (SSBR) und emulsionspolymerisiertem Styrol-Butadien-Kautschuk (ESBR).
Gemäß einer weiteren besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung enthält die Kautschukmischung wenigstens ein natürliches Polyisopren (NR) und zwar bevorzugt in Mengen von 5 bis 55 phr, und gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung 5 bis 25 phr, ganz besonders bevorzugt 5 bis 20 phr. Eine derartige Kautschukmischung zeigt insbesondere eine gute Verarbeitbarkeit und Reversionsstabilität sowie optimierte Reißeigenschaften und ein optimales Rollwiderstandsverhalten.
Gemäß einer weiteren besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung enthält die Kautschukmischung wenigstens ein Polybutadien (BR, Butadienkautschuk) und zwar bevorzugt in Mengen von 10 bis 80 phr, besonders bevorzugt 10 bis 50 phr, und gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung 15 bis 40 phr. Hiermit werden besonders gute Reiß- und Abriebeigenschaften der erfindungsgemäßen Kautschukmischung und ein optimales Bremsverhalten erzielt.
Gemäß einer weiteren besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung enthält die Kautschukmischung wenigstens einen lösungspolymerisierten Styrol-Butadien-Kautschuk (SSBR) und zwar bevorzugt in Mengen von 10 bis 80 phr, besonders bevorzugt 30 bis 80 phr, und gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung 50 bis 70 phr. Hiermit werden besonders gute Rollwiderstandseigenschaften der erfindungsgemäßen Kautschukmischung erzielt. Gemäß besonders vorteilhaften Ausführungsformen der Erfindung wird SSBR in Kombination mit wenigstens einem weiteren Kautschuk eingesetzt, um ein optimales und ausbalanciertes Eigenschaftsprofil zu erzielen. Bevorzugt enthält die Kautschukmischung wenigstens einen Füllstoff, bevorzugt in Mengen von 30 bis 500 phr, besonders bevorzugt 50 bis 400 phr, wiederum bevorzugt 80 bis 300 phr.
Gemäß vorteilhafter Ausführungsformen der Erfindung ist der Füllstoff ein verstärkender Füllstoff, der bevorzugt ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Rußen und Siliciumdioxid.
Als Ruße kommen alle dem Fachmann bekannten Rußtypen in Frage. Bevorzugt ist der Ruß ausgewählt aus Industrierußen und Pyrolyse-Rußen, wobei Industrieruße weiter bevorzugt sind.
Bevorzugt hat der Ruß eine Jodzahl, gemäß ASTM D 1510, die auch als Jodadsorptionszahl bezeichnet wird, zwischen 30 und 250 g/kg, bevorzugt 30 bis 180 g/kg, besonders bevorzugt 40 bis 180 g/kg, und ganz besonders bevorzugt 40 bis 130 g/kg, und eine DBP-Zahl gemäß ASTM D 2414 von 30 bis 200 ml/100 g, bevorzugt 70 bis 200 ml/100g, besonders bevorzugt 90 bis 200 ml/100g.
Die DBP-Zahl gemäß ASTM D 2414 bestimmt das spezifische Absorptionsvolumen eines Rußes oder eines hellen Füllstoffes mittels Dibutylphthalat.
Die Verwendung eines solchen Rußtyps in der Kautschukmischung, insbesondere für Fahrzeugreifen, gewährleistet einen bestmöglichen Kompromiss aus Abriebwiderstand und Wärmeaufbau, der wiederum den ökologisch relevanten Rollwiderstand beeinflusst.
Besonders geeignet und bevorzugt ist dabei ein Ruß mit einer Jodadsorptionszahl zwischen 80 und 110 g/kg und einer DBP-Zahl von 100 bis 130 ml/100g, wie insbesondere Rußes des Types N339.
Das Siliciumdioxid ist bevorzugt amorphes Siliciumdioxid, beispielsweise gefällte Kieselsäure, die auch als gefälltes Siliciumdioxid bezeichnet wird. Alternativ kann aber beispielsweise auch pyrogenes Siliciumdioxid eingesetzt werden.
Besonders bevorzugt ist es allerdings, wenn eine fein verteilte, gefällte Kieselsäure verwendet wird, die eine Stickstoff-Oberfläche (BET-Oberfläche) (gemäß DIN ISO 9277 und DIN 66132) von 35 bis 400 m2/g, bevorzugt von 35 bis 350 m2/g, besonders bevorzugt von 85 bis 320 m2/g und ganz besonders bevorzugt von 120 bis 235 m2/g, und eine CTAB-Oberfläche (gemäß ASTM D 3765) von 30 bis 400 m2/g, bevorzugt von 30 bis 330 m2/g, besonders bevorzugt von 80 bis 300 m2/g und ganz besonders bevorzugt von 115 bis 200 m2/g, aufweist. Derartige Kieselsäuren führen z. B. in Kautschukmischungen für Reifenlaufstreifen zu besonders guten physikalischen Eigenschaften der Vulkanisate. Außerdem können sich dabei Vorteile in der Mischungsverarbeitung durch eine Verringerung der Mischzeit bei gleichbleibenden Produkteigenschaften ergeben, die zu einer verbesserten Produktivität führen. Als Kieselsäuren können somit z. B. sowohl jene des Typs Ultrasil® VN3 (Handelsname) der Firma Evonik als auch hoch dispergierbare Kieselsäuren, so genannte HD-Kieselsäuren (z. B. Zeosil® 1165 MP der Firma Solvay), zum Einsatz kommen.
Gemäß besonders vorteilhafter Ausführungsformen der Erfindung enthält die Kautschukmischung wenigstens eine Kieselsäure als Füllstoff, bevorzugt in Mengen von 30 bis 500 phr, besonders bevorzugt 50 bis 400 phr, wiederum bevorzugt 80 bis 300 phr.
In diesen Mengen ist Kieselsäure insbesondere als alleiniger oder als Hauptfüllstoff (mehr als 50 Gew.-% bezogen auf die Gesamtfüllstoffmenge) enthalten.
Gemäß weiterer vorteilhafter Ausführungsformen der Erfindung enthält die Kautschukmischung wenigstens eine Kieselsäure als weiteren Füllstoff, und zwar bevorzugt in Mengen von 5 bis 100 phr, besonders bevorzugt 5 bis 80 phr, wiederum bevorzugt 10 bis 60 phr.
In diesen Mengen ist Kieselsäure insbesondere als weiterer Füllstoff zusätzlich zu einem anderen Hauptfüllstoff, wie insbesondere einem Ruß, enthalten.
Die Begriffe „Kieselsäure“ und „Silika“ werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung synonym verwendet.
Gemäß besonders vorteilhafter Ausführungsformen der Erfindung enthält die erfindungsgemäße Kautschukmischung 0,1 bis 60 phr, bevorzugt 3 bis 40 phr, besonders bevorzugt 5 bis 30 phr, ganz besonders bevorzugt 5 bis 15 phr, wenigstens eines Rußes. In diesen Mengen ist Ruß insbesondere als weiterer Füllstoff zusätzlich zu einem Hauptfüllstoff, wie insbesondere Kieselsäure, enthalten.
Gemäß weiterer vorteilhafter Ausführungsformen der Erfindung enthält die erfindungsgemäße Kautschukmischung 30 bis 300 phr, bevorzugt 30 bis 200 phr, besonders bevorzugt 40 bis 100 phr wenigstens eines Rußes. In diesen Mengen ist Ruß als alleiniger oder als Hauptfüllstoff und dabei ggf. in Kombination mit Kieselsäure in den oben genannten geringeren Mengen enthalten.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung enthält die Kautschukmischung 5 bis 60 phr, besonders bevorzugt 5 bis 40 phr, wenigstens eines Rußes und 50 bis 300 phr, bevorzugt 80 bis 200 phr wenigstens einer Kieselsäure.
Die Kautschukmischung kann zudem weitere Füllstoffe enthalten, die verstärkend wirken oder nicht verstärkend wirken.
Zu den weiteren (nicht verstärkenden) Füllstoffen zählen im Rahmen der vorliegenden Erfindung Alumosilicate, Kaolin, Kreide, Stärke, Magnesiumoxid, Titandioxid oder Kautschukgele sowie Fasern (wie zum Beispiel Aramidfasern, Glasfasern, Carbonfasern, Cellulosefasern).
Weitere ggf. verstärkende Füllstoffe sind z.B. Kohlenstoffnanoröhrchen (carbon nanotubes (CNT) inklusive diskreter CNTs, sogenannte hollow carbon fibers (HCF) und modifizierte CNT enthaltend eine oder mehrere funktionelle Gruppen, wie Hydroxy-, Carboxy und Carbonyl-Gruppen), Graphit und Graphene und sogenannte „carbon-silica dual-phase filier“.
Zinkoxid gehört im Rahmen der vorliegenden Erfindung nicht zu den Füllstoffen.
Des Weiteren kann die Kautschukmischung übliche Zusatzstoffe in üblichen Gewichtsteilen enthalten, die bei deren Herstellung bevorzugt in wenigstens einer Grundmischstufe zugegeben werden. Zu diesen Zusatzstoffen zählen a) im Stand der Technik bekannte Alterungsschutzmittel, wie z. B. p-Phenylendiamine, wie
N-Phenyl-N’-(1 ,3-dimethylbutyl)-p-phenylendiamin (6PPD), N,N‘-Diphenyl-p-phenylendiamin (DPPD),
N-(1 -phenylethyl)-N’-phenyl-p-phenylendiamin (SPPD), N,N‘-Ditolyl-p-phenylendiamin (DTPD),
N-(1 ,4-dimethylpentyl)-N'-phenyl-p-phenylendiamin (7PPD), N-lsopropyl-N’-phenyl-p-phenylendiamin (IPPD), oder Dihydrochinoline, wie 2,2,4-Trimethyl-1 ,2-dihydrochinolin (TMQ), b) Aktivatoren, wie z. B. Zinkoxid und Fettsäuren (z. B. Stearinsäure) und/oder sonstige Aktivatoren, wie Zinkkomplexe wie z.B. Zinkethylhexanoat, c) Aktivatoren und/oder Agenzien für die Anbindung von Füllstoffen, insbesondere Ruß oder Kieselsäure, wie beispielsweise S-(3-Aminopropyl)Thioschwefelsäure und/oder deren Metallsalze (Anbindung an Ruß) sowie Silan-Kupplungsagenzien (Anbindung an Siliciumdioxid, insbesondere Kieselsäure), d) Ozonschutzwachse, e) Harze, insbesondere Klebharze, f) Mastikationshilfsmittel, wie z. B. 2,2’-Dibenzamidodiphenyldisulfid (DBD) und g) Prozesshilfsmittel, wie insbesondere Fettsäureester und Metallseifen, wie z.B. Zinkseifen und/oder Calciumseifen h) Weichmacher, wie insbesondere wie aromatische, naphthenische oder paraffinische Mineralölweichmacher, wie z.B. MES (mild extraction solvate) oder RAE (Residual Aromatic Extract) oder TDAE (treated distillate aromatic extract), oder Rubber-to-Liquid-Öle (RTL) oder Biomass-to-Liquid-Öle (BTL) bevorzugt mit einem Gehalt an polycyclischen Aromaten von weniger als 3 Gew.-% gemäß Methode IP 346 oder Triglyceride, wie z. B. Rapsöl, oder Faktisse oder Kohlenwasserstoffharze oder Flüssig-Polymere, deren mittleres Molekulargewicht (Bestimmung per GPC = gel permeation chromatography, in Anlehnung an BS ISO 11344:2004) zwischen 500 und 20000 g/mol liegt.
Bei der Verwendung von Mineralöl ist dieses bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus DAE (Destillated Aromatic Extracts), RAE (Residual Aromatic Extract), TDAE (Treated Destillated Aromatic Extracts), MES (Mild Extracted Solvents) und naphthenischen Ölen. Gemäß besonders vorteilhafter Ausführungsformen enthält die erfindungsgemäße Kautschukmischung neben der erfindungsgemäßen Verbindung gemäß Formel I), beispielsweise gemäß Formel III), keine Alterungsschutzmittel aus der Gruppe der p-Phenylendiamine, insbesondere solche unter obiger Auflistung a). Insbesondere enthält die erfindungsgemäße Kautschukmischung gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform 0 bis 0,1 phr, insbesondere 0 phr, an weiteren Alterungsschutzmitteln auf Basis von p-Phenylendiaminen, die ausgewählt sind aus der Gruppe enthaltend, bevorzugt bestehend aus, N-Phenyl-N’-(1 ,3-dimethylbutyl)-p-phenylendiamin (6PPD), N-(1 -phenylethyl)-N’-phenyl-p-phenylendiamin (SPPD), N,N‘-Diphenyl-p-phenylendiamin (DPPD), N,N‘-Ditolyl-p-phenylendiamin (DTPD), N-lsopropyl-N’-phenyl-p-phenylendiamin (IPPD), N-(1 ,4-dimethylpentyl)-N'-phenyl-p-phenylendiamin (7PPD).
Mit den bevorzugt sehr geringen Mengen von 0 bis 0,1 phr bzw. besonders bevorzugt 0 phr an p-Phenylendiaminen, und der erfindungsgemäß enthaltenen Verbindung gemäß Formel I), beispielsweise gemäß Formel III), ist es möglich eine vergleichbare Schutzwirkung bei geringerer Toxizität zu erzielen. Hierbei ersetzt die erfindungsgemäße Verbindung gemäß Formel I), beispielsweise gemäß Formel III), die genannten im Stand der Technik bekannten p-Phenylendiamine.
Gemäß weiterer vorteilhafter Ausführungsformen der Erfindung ist noch wenigstens ein weiteres der genannten p-Phenylendiamin-Alterungsschutzmittel enthalten, sodass die erfindungsgemäße Verbindung die im Stand der Technik bekannten p-Phenylendiamine nur teilweise ersetzt. Hierdurch wird der erfindungsgemäße Vorteil auch erzielt, nur nicht in optimalem Ausmaß.
Alterungsschutzmittel auf Basis von Dihydrochinolin, wie TMQ, sind gemäß vorteilhafter Ausführungsformen neben der erfindungsgemäßen Verbindung gemäß Formel I) in der Kautschukmischung enthalten. Die Menge an enthaltenen Dihydrochinolinen, wie insbesondere TMQ, beträgt bevorzugt 0,1 bis 3, insbesondere 0,5 bis 1 ,5 phr. Ozonschutzwachse (obige Gruppe d) werden separat betrachtet und sind gemäß bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung in der Kautschukmischung enthalten, unabhängig davon ob zusätzliche Alterungsschutzmittel a) enthalten sind.
Bei den Silan-Kupplungsagenzien kann es sich um alle dem Fachmann bekannten Typen handeln.
Ferner können ein oder mehrere verschiedene Silan-Kupplungsagenzien in Kombination miteinander eingesetzt werden. Die Kautschukmischung kann somit ein Gemisch verschiedener Silane enthalten.
Die Silan-Kupplungsagenzien reagieren mit den oberflächlichen Silanolgruppen des Siliciumdioxids, insbesondere der Kieselsäure, oder anderen polaren Gruppen während des Mischens des Kautschuks bzw. der Kautschukmischung (in situ) oder bereits vor der Zugabe des Füllstoffes zum Kautschuk im Sinne einer Vorbehandlung (Vormodifizierung).
Aus dem Stand der Technik bekannten Kupplungsagenzien sind bifunktionelle Organosilane, die am Siliciumatom mindestens eine Alkoxy-, Cycloalkoxy- oder Phenoxygruppe als Abgangsgruppe besitzen und die als andere Funktionalität eine Gruppe aufweisen, die gegebenenfalls nach Spaltung eine chemische Reaktion mit den Doppelbindungen des Polymers eingehen kann. Bei der letztgenannten Gruppe kann es sich z. B. um die folgenden chemischen Gruppen handeln: -SCN, -SH, -NH2 oder -Sx- (mit x = 2 bis 8).
So können als Silan-Kupplungsagenzien z. B. 3-Mercaptopropyltriethoxysilan, 3-Thiocyanato-propyltrimethoxysilan oder 3,3‘-Bis(triethoxysilylpropyl)polysulfide mit 2 bis 8 Schwefelatomen, wie z. B. 3,3‘-Bis(triethoxysilylpropyl)tetrasulfid (TESPT), das entsprechende Disulfid (TESPD) oder auch Gemische aus den Sulfiden mit 1 bis 8 Schwefelatomen mit unterschiedlichen Gehalten an den verschiedenen Sulfiden, verwendet werden. TESPT kann dabei beispielsweise auch als Gemisch mit Industrieruß (Handelsname X50S® der Firma Evonik) zugesetzt werden.
Auch geblockte Mercaptosilane, wie sie z. B. aus der WO 99/09036 bekannt sind, können als Silan-Kupplungsagens eingesetzt werden. Auch Silane, wie sie in der WO 2008/083241 A1 , der WO 2008/083242 A1 , der WO 2008/083243 A1 und der WO 2008/083244 A1 beschrieben sind, können eingesetzt werden. Verwendbar sind z. B. Silane, die unter dem Namen NXT in verschiedenen Varianten von der Firma Momentive, USA, wie insbesondere 3-Octanoylthio-1 -propyltriethoxysilan, oder solche, die unter dem Namen VP Si 363® von der Firma Evonik Industries vertrieben werden.
Der Mengenanteil der Gesamtmenge an weiteren Zusatzstoffen beträgt bevorzugt 3 bis 150 phr, besonders bevorzugt 3 bis 100 phr und ganz besonders bevorzugt 5 bis 80 phr.
Im Gesamtmengenanteil der weiteren Zusatzstoffe kann Zinkoxid (ZnO) in den oben genannten Mengen enthalten sein.
Hierbei kann es sich um alle dem Fachmann bekannten Typen an Zinkoxid handeln, wie z.B. ZnO-Granulat oder -Pulver. Das herkömmlicherweise verwendete Zinkoxid weist in der Regel eine BET-Oberfläche von weniger als 10 m2/g auf. Es kann aber auch ein Zinkoxid mit einer BET-Oberfläche von 10 bis 100 m2/g, wie z.B. so genannte „nano-Zinkoxide“, verwendet werden.
Die erfindungsgemäße Kautschukmischung wird bevorzugt vulkanisiert verwendet, insbesondere in Fahrzeugreifen oder anderen vulkanisierten technischen Gummiartikeln.
Die Begriffe „vulkanisiert“ und „vernetzt“ werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung synonym verwendet.
Die Vulkanisation der erfindungsgemäßen Kautschukmischung wird bevorzugt in Anwesenheit von Schwefel und/oder Schwefelspendern mit Hilfe von Vulkanisationsbeschleunigern durchgeführt, wobei einige Vulkanisationsbeschleuniger zugleich als Schwefelspender wirken können. Dabei ist der Beschleuniger ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Thiazolbeschleunigern, Mercaptobeschleunigern, Sulfenamidbeschleunigern, Thiocarbamatbeschleunigern, Thiurambeschleunigern, Thiophosphatbeschleunigern, Thioharnstoffbeschleunigern, Xanthogenat-Beschleunigern und Guanidin-Beschleunigern. Bevorzugt ist die Verwendung eines Sulfenamidbeschleunigers, der ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus N-Cyclohexyl-2-benzothiazolsufenamid (CBS), N,N-Dicyclohexylbenzothiazol-2-sulfenamid (DCBS), Benzothiazyl-2-sulfenmorpholid (MBS), N-tert-Butyl-2-benzothiazylsulfenamid (TBBS) und Guanidin-Beschleunigern wie Diphenylguanidin (DPG).
Als schwefelspendende Substanz können dabei alle dem Fachmann bekannten schwefelspendenden Substanzen verwendet werden.
Außerdem können in der Kautschukmischung Vulkanisationsverzögerer vorhanden sein.
Die Herstellung der Kautschukmischung erfolgt bevorzugt ansonsten nach dem in der Kautschukindustrie üblichen Verfahren, bei dem zunächst in ein oder mehreren Mischstufen eine Grundmischung mit allen Bestandteilen außer dem Vulkanisationssystem (z. B. Schwefel und vulkanisationsbeeinflussende Substanzen) hergestellt wird. Durch Zugabe des Vulkanisationssystems in einer letzten Mischstufe wird die Fertigmischung erzeugt.
Die Fertigmischung wird z.B. durch einen Extrusionsvorgang oder Kalandrieren weiterverarbeitet und in die entsprechende Form gebracht.
Die erfindungsgemäße Kautschukmischung ist besonders für die Verwendung in Fahrzeugreifen, insbesondere Fahrzeugluftreifen geeignet. Hierbei ist die Anwendung in allen Reifenbauteilen prinzipiell denkbar, insbesondere in einem äußeren Bauteil, insbesondere und bevorzugt im Hornprofil, Laufstreifen und/oder der Seitenwand Laufstreifen. Im Falle eines Laufstreifens mit Cap/Base-Konstruktion wird die erfindungsgemäße Kautschukmischung bevorzugt wenigstens in der Cap verwendet.
Zur Verwendung in Fahrzeugreifen wird die Mischung als Fertigmischung vor der Vulkanisation in die entsprechende Form, bevorzugt eines äußeren Bauteils, gebracht und bei der Herstellung des Fahrzeugreifenrohlings wie bekannt aufgebracht. Die Herstellung der erfindungsgemäßen Kautschukmischung zur Verwendung als sonstige Body-Mischung in Fahrzeugreifen erfolgt wie bereits beschrieben. Der Unterschied liegt in der Formgebung nach dem Extrusionsvorgang bzw. dem Kalandrieren der Mischung. Die so erhaltenen Formen der noch unvulkanisierten Kautschukmischung für eine oder mehrere unterschiedliche Body-Mischungen dienen dann dem Aufbau eines Reifenrohlings.
Als Body-Mischung werden hierbei die Kautschukmischungen für die inneren Bauteile eines Reifen bezeichnet, wie im Wesentlichen Squeegee, Innenseele (Innenschicht), Kernprofil, Gürtel, Schulter, Gürtelprofil, Karkasse, Wulstverstärker, Wulstprofil, Hornprofil und Bandage.
Der noch unvulkanisierte Reifenrohling wird anschließend vulkanisiert.
Zur Verwendung der erfindungsgemäßen Kautschukmischung in Riemen und Gurten, insbesondere in Fördergurten, wird die extrudierte noch unvulkanisierte Mischung in die entsprechende Form gebracht und dabei oder nachher häufig mit Festigkeitsträgem, z.B. synthetische Fasern oder Stahlcorde, versehen. Zumeist ergibt sich so ein mehrlagiger Aufbau, bestehend aus einer und/oder mehrerer Lagen Kautschukmischung, einer und/oder mehrerer Lagen gleicher und/oder verschiedener Festigkeitsträger und einer und/oder mehreren weiteren Lagen dergleichen und/oder einer anderen Kautschukmischung.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Fahrzeugreifen, der die erfindungsgemäße Kautschukmischung enthaltend die erfindungsgemäße Verbindung in wenigstens einem Bauteil aufweist.
Der vulkanisierte Fahrzeugreifen weist wenigstens in einem Bauteil ein Vulkanisat wenigstens einer erfindungsgemäßen Kautschukmischung auf. Dem Fachmann ist bekannt, dass die meisten Substanzen, wie z. B. die enthaltenen Kautschuke entweder bereits nach dem Mischen oder erst nach der Vulkanisation in chemisch veränderter Form vorliegen oder vorliegen können. Unter Fahrzeugreifen werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung Fahrzeugluftreifen und Vollgummireifen, inklusive Reifen für Industrie- und Baustellenfahrzeuge, LKW-, PKW- sowie Zweiradreifen verstanden.
Bevorzugt weist der erfindungsgemäße Fahrzeugreifen die erfindungsgemäße Kautschukmischung in wenigstens einem äußeren Bauteil auf, wobei das äußere Bauteil bevorzugt ein Laufstreifen, eine Seitenwand und/oder ein Hornprofil ist.
Der erfindungsgemäße Fahrzeugreifen kann die erfindungsgemäße Kautschukmischung enthaltend die erfindungsgemäße Verbindung gemäß Formel I) somit auch in mehreren Bauteilen in ggf. angepasster Zusammensetzung aufweisen.
Im Folgenden soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.
Die Verbindung gemäß Formel III) als beispielhafte Ausführungsform der Verbindung gemäß Formel I) wurde auf folgende Weise, wie in den Schemata S1a) und S2) dargestellt, hergestellt:
S1a) wobei die Synthese gemäß S1 a) nach US 6919328 erfolgte.
Synthese von
2-(1 ,3-Dimethylbutylamino)-5,10-dihvdro-dibenzo[b,e][1 ,4]diazepin-11-on
(Verbindung gemäß Formel III):
In einen Edelstahlautoklav, der mit einem Tefloninliner bestückt wurde, wurden 0.30 g (1.12 mmol, 1 Äquivalent (Äq))
2-Nitro-5,10-dihydro-dibenzo[b,e][1 ,4]diazepin-11 -on, 0.10 g Platin auf Kohle (Pt/C) (5%) (0.4 g auf 4.67 mmol Substrat) und 20.0 mL Methylisobutylketon (MIBK) eingewogen. Anschließend wurde 40 bar Wasserstoff (H2) aufgedrückt und bei 60°C für 10 Stunden rühren gelassen. Nach Beendigung der Reaktion wurde der überschüssige Wasserstoff abgeblasen und die Suspension über Celite® filtriert sowie mit Ethanol nachgewaschen. Das Filtrat wurde bis zur Trockne eingeengt und im Vakuum getrocknet. Das Produkt wurde mittels Säulenchromatographie (Cyclohexan/Essigester) aufgereinigt. Bräunlicher Feststoff; Ausbeute 0.18 g (50 % d. Th.).
1H-NMR (engl. „nuclear magnetic resonance“) (500 MHz, DMSO-c/6) Ö = 9.72 (s, 1 H), 7.20 (s, 1 H), 6.97 - 6.82 (m, 5H), 6.77 (d, J = 8.5 Hz, 1 H), 6.63 (dd, J = 8.6, 2.9 Hz, 1 H), 5.00 (d, J = 8.3 Hz, 1 H), 3.31 (s, 1 H), 1 .71 (dh, J = 13.4, 6.5 Hz, 1 H), 1 .44 - 1 .32 (m, 5H), 1.18 (dt, J = 13.8, 6.9 Hz, 1 H), 1 .03 (d, J = 6.2 Hz, 3H), 0.89 (d, J = 6.6 Hz, 3H), 0.85 (d, J = 6.6 Hz, 3H).
ESI-MS (Elektrosprayionisation Massenspektrometrie) [M+H]+ = 310.
Messung der Oxidations-Induktions-Zeit (PIT, „oxidation induction time“)
Die Verbindung gemäß Formel III) wurde durch Messung der Oxidations-Induktions-Zeit unter Laborbedingungen auf ihre potenzielle Schutzwirkung als Alterungsschutzmittel untersucht.
Hierzu wurden die Verbindungen gemäß Formel III) sowie 6PPD jeweils zusammen mit einem Polymer (flüssiges synthetisches Polyisopren (IR), LIR-50, Fa. Kuraray, Gewichtsmittel der Molekulargewichtsverteilung Mw = 54.000 g/mol, Glasübergangstemperatur Tg = -63°C) bei konstanter Temperatur bei drei verschiedenen Temperaturen (180°C; 165 °C; 150 °C) erhitzt, bis Oxidation eintrat. Das Aufheizen auf 180 °C erfolgte folgendermaßen:
Starttemperatur 35 °C, Aufheizen auf 170°C mit einer Heizrate von 20 K/min (Kelvin pro Minute), Aufheizen auf 180°C mit einer Heizrate von 1 K/min; Spülgas: Stickstoff (N2) mit einem Volumenstrom von 50 mL/min).
Die Probe wurde 5 Minuten bei 180°C isotherm unter N2-Atmosphäre gehalten und anschließend wurde auf O2-Atmosphäre (mit einem Volumenstrom von 50 mL/min) umgestellt.
Das Aufheizen auf 165 °C erfolgte analog, wobei zunächst das Aufheizen auf 155°C mit einer Heizrate von 20 K/min (Kelvin pro Minute) erfolgte und anschließend das Aufheizen auf 165°C mit einer Heizrate von 1 K/min.
Das Aufheizen auf 150 °C erfolgte analog, wobei zunächst das Aufheizen auf 140°C mit einer Heizrate von 20 K/min (Kelvin pro Minute) erfolgte und anschließend das Aufheizen auf 150°C mit einer Heizrate von 1 K/min.
Die Oxidation wurde jeweils über einen Peak mittels DSC (dynamische Differenzkalorimetrie; engl. „differential scanning calorimetry“) ermittelt.
Gemessen wurde jeweils die Zeit in Minuten bis zur Oxidation.
Die Ergebnisse sind im Vergleich zu dem bekannten Alterungsschutzmittel 6PPD in Tabelle 1 zusammengefasst.
Tabelle 1
Unter Berücksichtigung der Messgenauigkeit von ± (Plusminus) 10 Minuten zeigt sich, dass die Verbindung gemäß Formel III) bei Temperaturen von mehr als 150 °C eine gegenüber 6PPD verbesserte Schutzwirkung erzielt, da es deutlich länger dauert, bis eine Oxidation eintritt.
Bei 150 °C dauert es zu lange bis eine Oxidation eintritt, sodass die Versuche jeweils nach 900 Minuten abgebrochen werden. Hier ist also bisher experimentell kein Unterschied zwischen 6PPD und der Verbindung gemäß Formel III) ermittelt worden.
Damit ist die erfindungsgemäße Verbindung gemäß Formel III) als Vertreter der erfindungsgemäßen Verbindung gemäß Formel I) umweit- und gesundheitsfreundlicher als 6PPD bzw. weitere Vertreter der Substanzklasse, wie eingangs ausgeführt, und zudem ein vergleichbares oder sogar besseres Alterungsschutzmittel.
Gleichzeitig weist die erfindungsgemäße Verbindung gemäß Formel III) als Vertreter der erfindungsgemäßen Verbindung gemäß Formel I) eine hinreichende Löslichkeit in Kautschukmischungen auf. Hierdurch wird ein Ausblühen geringgehalten, was sich wiederum vorteilhaft auf die Schutzwirkung auswirkt.
Mit der Verbindung gemäß Formel I) kann somit insgesamt eine verbesserte Schutzwirkung bei den genannten Anwendungsmöglichkeiten erzielt werden.
Für die Anwendung in einer Kautschukmischung für Fahrzeugreifen wird die erfindungsgemäße Verbindung gemäß Formel I), beispielsweise gemäß Formel III), beispielsweise anstelle der im Stand der Technik bekannten Alterungsschutzmittel, wie 6PPD, 7PPD oder IPPD usw., auf dem Fachmann bekannte Weise in einer der Mischstufen bei der Herstellung der Kautschukmischung zugegeben.
Die Verbindung gemäß Formel III) wird hierzu beispielsweise in verschiedenen Mengen, wie in Tabelle 2 gezeigt, eingemischt. Die sich ergebenden erfindungsgemäßen Beispiele sind mit E1 und E2 gekennzeichnet.
Als Vergleich dienen Kautschukmischungen enthaltend 6PPD anstelle der Verbindung gemäß Formel III) als Alterungsschutzmittel bei sonst gleicher Zusammensetzung, wobei zwischen V1 und E1 sowie V2 und E2 jeweils ein molgleicher Austausch stattfindet. Die Mengen in Tabelle 2 sind in der Einheit phr angegeben. Ferner ist eine Referenz (Ref.) ohne Alterungsschutzmittel angegeben. Bei sämtlichen Mischungen beträgt die Summe der Mengen an Alterungsschutzmittel (6PPD oder Formel III) und Weichmacheröl MES 10 phr.
Tabelle 2
Bei den erfindungsgemäßen Beispielen zeigt sich eine vergleichbare oder sogar verbesserte Alterungsschutzwirkung gegenüber Kautschukmischungen mit 6PPD.

Claims

Patentansprüche
1. Verbindung gemäß Formel I): wobei R1 ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus xi) aromatischen Resten, wobei die aromatischen Reste optional Substituenten, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Halogen-Resten, Cyano-Resten, Ester-Resten, Keton-Resten, Ether-Resten und Thioether-Resten, tragen, und xii) linearen, verzweigten und cyclischen aliphatischen C3- bis C-12-Resten, wobei die Reste R2 und R3 unabhängig voneinander gleich oder verschieden sein können und ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus linearen, verzweigten und cyclischen, gesättigten und ungesättigten, aliphatischen Ci- bis C-12-Resten, welche optional einen oder mehrere Halogen-Substituenten tragen, Aryl-Resten, welche optional einen oder mehrere Halogen-Substituenten tragen, und Halogen-Resten, wobei Fluor, Brom und Chlor bevorzugt sind, Cyano-Resten, Ester-Resten, Keton-Resten, Ether-Resten und Thioether-Resten; und wobei m den Wert 0 oder 1 oder 2 oder 3 annimmt, und wobei n den Wert 0 oder 1 oder 2 oder 3 oder 4 annimmt, wobei X ausgewählt ist aus 0 (Sauerstoffatom), S (Schwefelatom) und N(H) (sekundäre Aminogruppe), wobei Y ausgewählt ist aus 0 (Sauerstoffatom), S (Schwefelatom) und N(H) (sekundäre Aminogruppe).
2. Verbindung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass sie die Struktur gemäß Formel II) aufweist: wobei R1, R2, R3, X und Y sowie m und n wie für Anspruch 1 definiert sind.
3. Verbindung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass X gleich NH ist.
4. Verbindung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Y gleich 0 ist.
5. Verbindung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass m gleich null (0) ist und / oder n gleich null (0) ist.
6. Verbindung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass R1 über ein tertiäres Kohlenstoffatom an das Stickstoffatom (N) gebunden ist.
7. Verbindung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass R1 ein verzweigter oder cyclischer Alkyl-Rest mit 3 bis 12 Kohlenstoffatomen, bevorzugt 3 bis 8 Kohlenstoffatomen, ist.
8. Verbindung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass R1 ausgewählt ist aus 1 ,3-Dimethylbutyl- und Cyclohexyl-Resten, wobei R1 bevorzugt ein 1 ,3-Dimethylbutyl-Rest ist.
9. Verbindung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie die Struktur gemäß Formel III) aufweist:
10. Kautschukmischung enthaltend die Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Kautschukmischung bevorzugt wenigstens einen Dienkautschuk enthält, der besonders bevorzugt ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus natürlichem Polyisopren (NR), synthetischem Polyisopren (IR), Butadienkautschuk (BR), lösungspolymerisiertem Styrol-Butadien-Kautschuk (SSBR), emulsionspolymerisiertem Styrol-Butadien-Kautschuk (ESBR), Butylkautschuk (HR) und Halobutylkautschuk.
11 . Fahrzeugreifen, der die Kautschukmischung nach Anspruch 10 in wenigstens einem Bauteil, bevorzugt in wenigstens einem äußeren Bauteil, aufweist, wobei das äußere Bauteil bevorzugt ein Laufstreifen, eine Seitenwand und/oder ein Hornprofil ist.
12. Verwendung der Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 als Alterungsschutzmittel und/oder Ozonschutzmittel insbesondere in Fahrzeugreifen und/oder anderen technischen Gummiartikeln, wie insbesondere einer Luftfeder, eines Balgs, Förderbands, Gurtes, Riemens, Schlauchs, Gummibands, Profils, einer Dichtung, einer Membran, taktilen Sensoren für medizinische Anwendungen oder Roboteranwendungen, oder einer Schuhsohle oder Teilen davon, und/oder Ölen und/oder Schmierstoffen.
13. Verwendung der Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 zur Herstellung eines Gummiartikels, insbesondere einer Luftfeder, eines Balgs, Förderbands, Gurtes, Riemens, Schlauchs, Gummibands, Profils, einer Dichtung, einer Membran, taktilen Sensoren für medizinische Anwendungen oder Roboteranwendungen, oder einer Schuhsohle oder Teilen davon.
14. Verwendung der Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 als Farbstoff in Fasern und/oder Polymeren und/oder Papier und/oder in (Streich-) Farben und Lacken.
15. Verfahren zur Herstellung der Verbindung gemäß Formel I), welches wenigstens die folgenden Verfahrensschritte umfasst: i) Herstellen oder Bereitstellen der Substanz gemäß Formel B1 ): ii) Umsetzung der Verbindung gemäß Formel B1 ) mit Wasserstoff und einem Keton oder Aldehyd, bevorzugt Keton, zu der Verbindung gemäß Formel I): wobei R1 ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus xi) aromatischen Resten, wobei die aromatischen Reste optional Substituenten, die ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Halogen-Resten, Cyano-Resten, Ester-Resten, Keton-Resten, Ether-Resten und Thioether-Resten, tragen, und xii) linearen, verzweigten und cyclischen aliphatischen C3- bis C-12-Resten, wobei die Reste R2 und R3 unabhängig voneinander gleich oder verschieden sein können und ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus linearen, verzweigten und cyclischen, gesättigten und ungesättigten, aliphatischen Ci- bis C-12-Resten, welche optional einen oder mehrere Halogen-Substituenten tragen, Aryl-Resten, welche optional einen oder mehrere Halogen-Substituenten tragen, und Halogen-Resten, wobei Fluor, Brom und Chlor bevorzugt sind, Cyano-Resten, Ester-Resten, Keton-Resten, Ether-Resten und Thioether-Resten; und wobei m den Wert 0 oder 1 oder 2 oder 3 annimmt, und wobei n den Wert 0 oder 1 oder 2 oder 3 oder 4 annimmt, wobei X ausgewählt ist aus 0 (Sauerstoffatom), S (Schwefelatom) und N(H) (sekundäre Aminogruppe), wobei Y ausgewählt ist aus 0 (Sauerstoffatom), S (Schwefelatom) und N(H) (sekundäre Aminogruppe).
16. Verfahren nach Anspruch 15, wobei die Umsetzung in Schritt ii) mit Wasserstoff unter Verwendung eines Hydrierungskatalysators und/oder bei einer Temperatur von 50 bis 130 °C, bevorzugt 50 bis 100 °C, besonders bevorzugt 50 bis 80 °C, erfolgt und/oder Wasserstoff mit einem Druck von 30 bis 70 bar, besonders bevorzugt 35 bis 45 bar, insbesondere zum Beispiel 40 bar, aufgedrückt wird und die Reaktion in einem Autoklav oder in einem anderen Druckreaktor stattfindet.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung gemäß Formel I) die Struktur gemäß Formel II) aufweist: und wobei die Substanz gemäß Formel B1 ) die Struktur gemäß Formel B1 a) aufweist: wobei R1, R2, R3, X und Y sowie m und n wie für Anspruch 15 definiert sind.
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