JP2749548B2 - 加硫すべきエラストマー混合物のためのアミン及びニトロソアミン抑制剤 - Google Patents

加硫すべきエラストマー混合物のためのアミン及びニトロソアミン抑制剤

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、エラストマーの製
造及び使用の際のアミン及びN−ニトロソアミンの発生
の阻止又は減少に関する。
【0002】
【従来の技術】エラストマー製品からは、揮発性N−ニ
トロソアミンが環境に放出されうる。これらは、結合し
た形のアミンを含有するゴム化学製品(例えば、活性
剤、促進剤、硫黄供与剤(Schwefelspendern)及び遅延
剤)から、繰り返し形成されうる。ゴム混合物の加工の
際に、既に、同様にN−ニトロソアミンが生じる。この
化合物の形成の際に、NO(例えばエラストマー内容
物に吸着された又は環境大気からの)も、相当する第二
アミンも関与している。
【0003】ニトロソアミンの問題は、ゴム産業におい
て長年公知である。発ガン性N−ニトロソアミンを除去
するための圧力は、最大アルコール濃度に関する合法的
基準値により強化される。
【0004】Kautschuk+Gummi.Kunststoffe,Vol.43(199
0),No.2.pp.107〜113中には、臨界(kritischen)第二ア
ミンの結合のための抑制剤の使用が試験されている。殊
に、オキシム−ブロックトイソシアナートを用いる、ジ
メチルジフェニルチウラミドスルフィドからのメチルフ
ェニルアミンの抑制のための実験は、遊離するNMPh
A量の減少を生じなかった。従って、この方法は、エラ
ストマーのために慣例の用量のブロックトイソシアナー
トで、効果がないものとみなされる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、化学
化合物、次に前記アミン抑制剤を提供することであり、
毒性ニトロソアミン形成アミンをブロックするためのそ
の使用は、加硫の際だけでなく、エラストマー材料の貯
蔵、モンタージュ(Montage)及び組み込みの際にも行わ
れる。殊に、次のことを達成すべきである:エラストマ
ーの製造及び使用の際のN−ニトロソアミンの発生の阻
止又は明らかな制限。
【0006】エラストマー部材の製造、貯蔵、輸送又は
モンタージュの際の並びにその組み込まれた状態での一
般的に形成される遊離アミンのガス発生の阻止又は制
限、及びそれによる、相当するN−ニトロソアミンの後
続的形成の阻止。
【0007】加硫ゴム(Vulkanisate)の機械技術的特
性、圧縮永久歪(Druckverformungrests)並びに不変特性
及び機能特性の保持又は少なくとも非常に僅かな悪影
響。
【0008】架橋反応からの反応生成物により引き起こ
される、加硫ゴムの表面におけるブルーミング(Ausblue
hung)の阻止又は少なくとも明らかな減少。
【0009】抑制剤の高い加水分解−、アルコール分解
−もしくは加溶媒分解状態及びそれによる、混合物製造
及び−貯蔵の間の、湿度及び相当する混合状態の不利な
影響の回避。
【0010】
【課題を解決するための手段】この課題は、特許請求の
範囲に示された条件により解決される。その有利な変法
は、特許請求の範囲2〜6項に記載されている。
【0011】本発明は、加硫すべきエラストマー混合物
中でのアミン抑制剤としての一般式: R−(N=C=S) [式中、Rは任意の有機基を表し、x≧1である]の単
−又は多官能性イソチオシアナートの使用に関する。
【0012】この変法において、先ず高められた温度、
すなわち一般的な加硫条件下で、アミンの抑制のために
必要な前記式による官能性イソチオシアナート基を有す
る化学物質を形成する化合物、例えばチオ尿素を使用す
る。
【0013】その際、イソチオシアナート基のブロック
は、活性水素含有化合物との反応により、反応式:
【0014】
【化1】
【0015】[式中、R、R′は、任意の有機基を表
し、x≧1である]により可能である。
【0016】もちろん、加硫条件下で、アミンの抑制の
ために必要な官能性イソチオシアナート基を有する化学
物質を遊離する化合物を使用する際に、イソチオシアナ
ートに対するブロッキング剤(Blockierungsmittels)
R′−Hの反応性が、抑制すべきアミンの相当する反応
性よりも僅かであることに注意しなくてはならない。個
々の化合物群のその反応性の等級に関する相当する情報
は、文献から見て取れる。
【0017】まず加硫条件下でアミンの抑制のために必
要な官能性イソチオシアナート基を有する化学物質を形
成する化合物の使用の際に、多くのこの化合物が著しく
促進的に加硫経過に作用することに注意すべきである。
この効果は、これが著しすぎるほど顕著になった場合
に、エラストマー混合物の加工可能性がもはや保証され
ないような、加硫反応の初期使用をもたらす。
【0018】この理由から、前記抑制剤を遊離する使用
化合物を、前記化合物の添加をしない場合の相当する時
間と比較して、これらが、加硫されていない実質値近く
に形成されたエラストマー混合物のDIN53529に
よるスコーチ時間t 2を50%より多く減少させない
ことに関して試験しかつ選択することが必要である。
【0019】標準−基準−エラストマーSRE−NBR
28(DIN53538)の混合物177gに、分離可
能なアミンの理論的最大量に当量の加硫の間にイソチオ
シアナートを形成する化合物を混合する標準試験法を使
用することは有利であり、これは26.5mmolのイ
ソチオシアナート当量の量に相当する。このスコーチ特
性を、DIN53529によるローターレス加硫度測定
機(rotorlosenVulkameters)を用いて、160℃の温度
で、加硫等温線(Vulkanisationsisotherme)により測定
する。測定基準として、ローターの起動後のトルク−時
間−曲線の最小値の等温線の上昇に相当して、2dNm
に粘度が上昇するまでのスコーチ時間t 2を使用す
る。
【0020】イソチオシアナートの化学的ブロックのた
めに第一アミンを使用し、かつこれが、加硫条件下での
分離の際に遊離される場合に、これは、起こりうるニト
ロソ化(Nitrosierung)において、エラストマー混合物か
ら生じる抑制すべき第二アミンと競合(Konkurrenz)す
る。第一アミンは、ニトロソ化剤NOに対して、一般
的に、第二アミンよりも高い反応性を有するので、この
第一アミンの無害なニトロソ生成物が有利に生じる。第
一アミンの代わりに、同じようにして第二アミンと競合
する、アンモニアも生じうる。
【0021】イソチオシアナートを遊離する化合物にお
いて、それは、二量体、オリゴマー又はポリマーの形で
存在していてよい。
【0022】選択されたアミン抑制剤の供給は、その活
性もしくは活性化可能なNCS基の数に応じて、かつ加
硫条件下で遊離されたアミンの量に応じて行われる。そ
の際、大抵、理論的に最大可能量の遊離可能なアミンに
対して化学量論的用量を選択する。
【0023】より多いイソチオシアナート(供与体−(S
pender-))用量の選択は、濃度上昇に基づいて、アミン
の抑制に促進的に作用する。これに対して、化学量論量
より少ない用量は、アミンの部分的な抑制のみをもたら
すが、このことは、例えば経済的な理由から有利であ
る。
【0024】ゴム混合物中に、抑制すべきアミンと競合
して、同様にイソチオシアナートと反応しうる成分が含
有される場合、イソチオシアナートもしくはイソチオシ
アナート供与体は、その完全な作用を発揮するために、
相応してより多く供給される。このような成分は、例え
ばアルコール、フェノール又はアミンであってよい。
【0025】メルカプトベンズチアゾールは、その官能
性−SH基故にイソチオシアナートと反応しうる。従っ
て、本発明を用いて、この毒性エラストマー成分も、有
効にブロックされる。
【0026】抑制剤の本発明による使用により、エラス
トマーマトリックス中でその僅かな可溶性に基づいて加
硫ゴム表面でブルーミングを生じる、加硫反応からの生
成物の形成が、数週間貯蔵後にも押さえられる。これに
よって、エラストマー部材の取り扱いの際の皮膚刺激又
はアレルギー反応が避けられる。
【0027】イソシアナートに対して、イソチオシアナ
ートは、より高い加水分解−、アルコール分解−及び加
溶媒分解状態により優れている。これにより、抑制剤作
用に対する混合物の貯蔵及び加工の間の湿度及び相当す
る混合成分の不利な影響は、十分に回避される。
【0028】アミン抑制剤の作用の詳細な認識、機械技
術的及び他の重要な特性に対する課題に応じたエラスト
マー加硫ゴムのその影響を、次の例中に示す。
【0029】
【実施例】
前置き:作用に関する全記述において、それぞれ、アミ
ン抑制剤添加物を有しない及び有するエラストマー材料
の間で比較してのみ異なることは十分であるので、測定
値のできるだけ良好な比較可能性に注意することが、先
ず重要であった。
【0030】詳細には、後記の例中で記載した混合物系
を次の試験に至らせた:
【0031】
【表1】
【0032】混合物変法の製造 記載した例において、結果の最適な比較可能性のため
に、次の処置法を選択した: −内部ミキサー中での混合基本バッチの製造 −実験室圧延機での架橋物質の十分な混合 −試験すべきアミン抑制剤変法の数に応じたバッチの分
配 −実験室圧延機でのそれぞれの抑制剤の混合。
【0033】これによって、混合物製造の際の種々異な
る条件に基づく変動及び影響が、十分に避けられた。
【0034】抑制物質の融点が混合圧延機で達した約9
0℃の温度より高い場合には、この処置法と異なるべき
である。この場合には、抑制剤を、予め内部ミキサー中
に添加した。その際、ブロックされた抑制剤において、
内部ミキサー内の温度を、融点より上であるが、分解温
度(Aufspalttemperatur)より下にすべきである。
【0035】硫黄と架橋可能な二重結合含有ゴムの代わ
りに、中程度のアクリルニトリル含量を有するニトリル
−ブタジエン−ゴム(NBR)を使用した。その際に、
全ての例で、同じ基本処方物を使用した。硫黄を、より
良好な分布可能性のために、内部ミキサー中での混合工
程の最後に、予め添加した。
【0036】基本処方物 phr=ゴム100重量部当たりの重量部で量記載: アクリルニトリル−ブタジエン−コポリマー、ACN含有率28% 100.-- 酸化亜鉛(90%) 5.5 ステアリン酸 1.-- 4−及び5−メチルメルカプトベンズイミダゾールの亜鉛塩 1.-- パラフィンろう 1.-- Russ N 550 60.-- 硫黄 0.5 合計 169.-- 例1:次のもの(phrで記載)
【0037】
【表2】
【0038】及びそれから結果として生じる相当するア
ミンもしくはN−ニトロソアミンからなる架橋系Aで
の、加硫−及び加硫ゴム特性に対する特許請求の範囲に
記載の化合物の選択の影響を、次にまとめる。
【0039】使用したアミン抑制剤の種類及び量(ph
r):
【0040】
【表3】
【0041】CITC、PITC及びAITC:これ
は、遊離イソチオシアナートである。
【0042】DPTU及びPTU:これは、アニリン
(DPTU)もしくはアンモニア(PTU)でブロック
されたイソチオシアナートであり、これは、抑制剤不含
混合物のための相当する時間の50%より明らかに低く
までのスコーチ時間t 2の短縮に作用する。
【0043】TCTU:ジシクロヘキシルアミンでブロ
ックされたイソチオシアナートであり、これは、SRE
−NBR28のスコーチ時間t 2は、抑制剤不含混合
物の相当する時間に対して50%より明らかに低くまで
短縮する。
【0044】加硫ゴムにおいて得られた測定結果:
【0045】
【表4】
【0046】
【表5】
【0047】加硫ゴムからのガス発生アミン(試験法A
2) アミンmg/m3での量記載。
【0048】括弧内に記載された値は、変法A1(アミ
ン抑制剤なし)と比較した相対的割合(%)を示す。
【0049】加硫条件:185℃/4min。
【0050】
【表6】
【0051】圧縮蒸気中でのニトロソアミン(試験法N
A1) ニトロソアミンμg/毛管での量記載。
【0052】加硫条件:185℃/4min。
【0053】
【表7】
【0054】次のようなことが分かる: −熱気中での機械技術的特性、圧縮永久歪及び老化は、
使用したアミン抑制剤により、影響されないか又は僅か
にのみ影響される。
【0055】−使用架橋剤の反応生成物として加硫ゴム
から環境大気へ遊離したアミンの量は、アミン抑制剤を
有しない変法に対して、メチルフェニルアミンにおいて
明らかに減少し、更に、ジメチルアミン及びモルホリン
においては、使用した分析的測定法の検出限界より下で
ある。
【0056】−加硫の際に放出したN−ニトロソアミン
の量の測定は、明確な差異を認めない。それというの
も、既にアミン抑制剤添加物を有しない変法(A1)に
おいて、アミン抑制剤添加物を有する試験した変法にお
けるのと同様に、NDMA−及びNMOR−量は検出限
界より下であるからである。NMPhA−量において、
僅かな減退が認められ、一般的に、ここで、値は、非常
に高い水準にあった。
【0057】メチルフェニルアミンもしくはNMPhA
の遊離は、使用した抑制剤量を用いて、部分的にのみ押
さえることができたので、遊離可能なアミン合計量に対
して化学量論的用量の双方のアミン ジメチルアミン及
びモルホリンのための抑制剤に関しては過剰量のアミン
抑制剤を使用した。遊離された量のメチルフェニルアミ
ンもしくは相当するN−ニトロソアミンの完全な減少の
ために、抑制速度を高めるために、場合により、更に高
い加硫温度で、明らかに過剰量のアミン抑制剤が必要で
ある。次の例2では、この理由から、促進剤DMPhT
Dの使用を完全に省いた。
【0058】例2:
【0059】
【表8】
【0060】及びそれから結果として生じる相当するア
ミンもしくはN−ニトロソアミンからなる(phrで記
載)加硫系Bでの、抑制剤CITCの影響を示す。その
際、選択されたアミンは、ゴム産業で存在している、臨
界(kritische)第二アミンの代表的例としてみなすこと
ができる。
【0061】使用したアミン抑制剤の種類及び量(ph
r):
【0062】
【表9】
【0063】その際、変法B3における抑制剤の用量
は、理論的最大量の相当するアミンに対して化学量論的
に選択される。3つの変法の機械技術的特性、圧縮永久
歪及び老化特性は、例1からの相当する変法と同様に、
互いに僅かな相違のみを示すので、表にまとめることは
省く。
【0064】圧縮蒸気中での遊離アミン(試験法A1) アミンmg/m3での量記載;括弧内に記載された値
は、変法B1(アミン抑制剤なし)と比較した相対的割
合(%)を示す。
【0065】加硫条件:185℃/4min。
【0066】
【表10】
【0067】加硫ゴムからのガス発生アミン(試験法A
2) アミンmg/m3での量記載;括弧内に記載された値
は、変法B1(アミン抑制剤なし)と比較した相対的割
合(%)を示す。
【0068】加硫条件:185℃/4min。
【0069】
【表11】
【0070】表中に記載した結果は、次のことを示す: −加硫促進剤から形成されたアミンDNA、MOR及び
DBAの放出は、増加する用量のアミン抑制剤を用いて
明らかに減少されうる。
【0071】−変法B3において、硫化物からガス発生
するアミンの量は、それぞれ、使用した分析法の検出限
界よりも低い。従って、エラストマー部材の貯蔵、輸送
及び使用状態においても、アミン放出の及びそれにより
相当するN−ニトロソアミンの形成のほぼ完全な抑制を
生じる。

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一般式: R−(N=C=S) [式中、Rは炭化水素基を表し、x≧1である]の単
    能性又は多官能性イソチオシアナート又はこのようなイ
    ソチオシアナートを形成する化合物、又は炭化水素チオ
    尿素を含有する、加硫すべきエラストマー混合物のため
    のアミン及びニトロソアミン抑制剤。
  2. 【請求項2】 前記イソチオシアナートが、第一アミン
    により化学的にブロックされたイソチオシアナートであ
    る、請求項1記載のアミン及びニトロソアミン抑制剤。
  3. 【請求項3】 前記イソチオシアナートが、二量体、オ
    リゴマー又はポリマーのイソチオシアナートである、
    求項1記載のアミン及びニトロソアミン抑制剤。
  4. 【請求項4】 前記イソチオシアナート又は炭化水素チ
    オ尿素が、シクロヘキシルイソチオシアナート、フェニ
    ルイソチオシアナート、アリルイソチオシアナート、
    N,N′−ジフェニルチオ尿素、フェニルチオ尿素又は
    トリシクロヘキシルチオ尿素である、請求項1記載のア
    ミン及びニトロソアミン抑制剤
JP8029719A 1995-02-18 1996-02-16 加硫すべきエラストマー混合物のためのアミン及びニトロソアミン抑制剤 Expired - Lifetime JP2749548B2 (ja)

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