JPH09104761A - 天然ゴムもしくは合成ゴム用加硫促進剤としてのエナミン - Google Patents
天然ゴムもしくは合成ゴム用加硫促進剤としてのエナミンInfo
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Abstract
エナミン類化合物からなる加硫促進剤、及びその製造方
法を提供する。 【解決手段】一般式Iのエナミン化合物からなる加硫促
進剤。 (R1とR2は同じか異なり、水素、直鎖又は分枝のC
1〜C18アルキル基、直鎖又は分枝のC2〜C8アル
コキシアルキル基、酸素、窒素又は硫黄を含むことのあ
るC3〜C8シクロアルキル基、C7〜C20アリール
アルキル基を表すか、又はR1とR2が窒素原子を共有
した場合酸素、窒素又は硫黄の第二ヘテロ原子を含むこ
とのあるC3〜C8の複素環基を表し、R3は直鎖又は
分枝のC1〜C18アルキル基、C6〜C18アリール
基、C7〜C20アルキルアリール又はアリールアルキ
ル基、直鎖又は分枝のC1〜C8アルコキシル基を表
す。)
Description
なる加硫促進剤に関する。より詳しくは、本発明は、脂
肪族第一もしくは第二アミンから誘導され、エナミン類
に属する化合物からなる加硫促進剤、及びその製造方法
に関する。天然ゴム、もしくは合成ゴムの加硫は、硫
黄、もしくは過酸化物の使用により生じるポリマー鎖間
の架橋によって起きることが知られている。硫黄の存在
下での加硫のプロセスは、加硫時間を制限することがで
き、また最終製品の特性に関して再現性のある結果を保
証できる促進剤の使用により最適化されてきた。例え
ば、カーク−オスマー(Kirk-Othmer)による「化学技術
辞典」、第20巻、337〜364頁に記載されている
ように、多くの公知の生成物が加硫促進剤として用いら
れている。特に、メルカプトベンゾチアゾールとそのス
ルフェンアミド、ジチオカルバメートおよびチウラムジ
スルフィドが挙げられる。
単独ではなく、しばしば互いに組み合わせて使用する。
加硫促進剤の中には、チアゾール塩基と共に一次促進剤
の活性剤として使用する、二次促進剤と定義される生成
物のグループがある。これらの生成物の例は、N,N’
−ジフェニルグアニジン(DPG)、N,N’−ジオル
ト−トルイルグアニジン(DOTG)、2,4,6−ト
リス−ジメチルアミノメチルフェノール、及び芳香族ア
ミンと脂肪族アルデヒドとの縮合物である。本願出願人
により出願されたヨーロッパ特許出願第634,448
号には、以下の一般式を有するエナミン類に属する化合
物からなる加硫促進剤が記載されている。 ここで、R' 1 とR' 2 は、同じであっても、異なって
いてもよく、直鎖もしくは枝分かれしたC1 〜C18のア
ルキル基、C2 〜C18のアルケニル基、C3 〜C8 のシ
クロアルキル基、C6 〜C18のアリール基、C7 〜C20
のアルキルアリールもしくはアリールアルキル基を表す
か、又はR' 1 とR' 2 が窒素原子を共有しているもの
と考えた場合には、O、S、及びNから選ばれる第二ヘ
テロ原子を含むことのあるC3 〜C8 の複素環基を表
し、R' 3 とR' 4 は、同じであっても、異なっていて
もよく、水素原子、直鎖もしくは枝分かれしたC1 〜C
18のアルキル基、C2 〜C18のアルケニル基、C6〜C
18のアリール基、C7 〜C20のアルキルアリールもしく
はアリールアルキル基を表すか、又はR' 3 とR' 4 が
それらと結合している二重結合C=Cを共有しているも
のと考えた場合には、C3 〜C12のシクロアルケニル基
を表し、R' 5 は、水素原子、直鎖もしくは枝分かれし
たC1 〜C18のアルキル基、C2 〜C18のアルケニル基
を表し、R' 3 が水素原子を表す場合には、直鎖もしく
は枝分かれしたC1 〜C18のアルキル基、C2 〜C18の
アルケニル基、C6 〜C18のアリール基、又はC7 〜C
20のアルキルアリールもしくはアリールアルキル基を表
し、R' 4 とR' 5 が二重結合C=Cを有する炭素原子
を共有しているものと考えた場合には、C3 〜C12のシ
クロアルキレン基を表す。
とができ、また当該技術分野で知られている加硫促進剤
に比べて改良された特性を有する、脂肪族第一もしくは
第二アミンから誘導され、エナミン類に属する化合物を
発見した。実際、上記のエナミンは揮発性が低く、刺激
性がなく、また一般的に無臭である。従って本発明は、
一般式(I)を有するエナミン類に属する化合物からな
る加硫促進剤に関する。 ここで、R1 とR2 は、同じであっても、異なっていて
もよく、水素原子、直鎖もしくは枝分かれしたC1 〜C
18のアルキル基、直鎖もしくは枝分かれしたC2 〜C8
のアルコキシアルキル基、酸素、窒素、及び硫黄から選
ばれるヘテロ原子を含むことのあるC3 〜C8 のシクロ
アルキル基、C7 〜C20のアリールアルキル基を表す
か、又はR1 とR2 が窒素原子を共有しているものと考
えた場合には、酸素、窒素、及び硫黄から選ばれる第二
ヘテロ原子を含むことのあるC3 〜C8 の複素環基を表
し、R3 は直鎖もしくは枝分かれしたC1 〜C18のアル
キル基、C6 〜C18のアリール基、C7 〜C20のアルキ
ルアリールもしくはアリールアルキル基、直鎖もしくは
枝分かれしたC1 〜C8 アルコキシル基を表す。R1 基
とR2 基の例は、水素の他に、メチル、エチル、プロピ
ル、ブチル、オクチル、シクロヘキシル、ベンジル、メ
トキシエチル等である。
と考えた場合のC3 〜C8 の複素環基の例は、モルホリ
ン、ピロリジン、ピペリジン、ピペラジン、チオモルホ
リン、チアゾリジン、ベンゾチアゾリジン等である。R
3 基の例は、メチル、エチル、プロピル、フェニル、オ
キシメチル、オキシエチル等である。一般式(I)を有
する化合物が加硫促進剤として作用する能力を、加硫中
のゴムのサンプルに於ける振動円板の応力を測定して得
た、図2〜4(時間を横座標に示し、トルクを縦座標に
示す。流動曲線上のアルファベットの意味については、
後で記す)の流動曲線により示した。流動曲線を得るに
は、モンサント社の「レオメーター100」を用いた。
一般式(I)を有する化合物は、単独で用いることもで
きるが、例えばメルカプト−ベンゾチアゾールスルフェ
ンアミドのような他の加硫促進剤と組み合わせて使用す
ることができる。図1〜4にはN−シクロヘキシル−2
−メルカプト−ベンゾチアゾールスルフェンアミド(C
BS)を単独で、もしくは一般式(I)を有する化合物
と組み合わせて使用して得た流動曲線を示す。これらの
曲線は、CBSを一般式(I)を有する化合物と組み合
わせて使用した場合、最大加硫が90%に達する時間t
c(90)がかなり短くなり、従ってCBS単独に比べ
て加硫速度が早くなることを示している。
る化合物の合成方法である。上記の一般式(I)を有す
る化合物を合成する方法は、一般式(II) HNR1 R2 (II) (R1 とR2 は上記の通り)を有する脂肪族第一もしく
は第二アミン1モルと、β−ケトエステル、もしくは一
般式(III) (R3 は上記の通り)を有する1,3−ジケトン1モル
との反応からなる。上記の反応は、有機溶剤、好ましく
は炭化水素、特にトルエンの存在下、60〜160℃、
好ましくは115〜150℃の温度で、大気圧下で0.
5〜24時間、好ましくは3〜10時間行う。この反応
には、酢酸を触媒として添加することができる。上記の
反応中、共沸蒸留用の器具を用いて共沸蒸留により分離
される反応水を放出し、有機溶剤はリサイクルする。反
応終了時には、存在する溶剤、及び場合によっては酢酸
を蒸留により除去して、粗生成物を得る。このようにし
て得られた粗生成物を、圧力0.1〜50mm/Hgの
減圧下、40〜200℃の温度で分別蒸留を行って精製
して、一般式(I)を有するエナミンを得る。一般式
(I)を有する化合物を合成する別の方法は、文献中、
例えばハウベン−ウエイル (Houben-Weil)(1957
年)、第11/1巻、172〜178頁に記載されてい
る。
般式(II)を有する脂肪族第一もしくは第二アミン
は、シクロヘキシルアミン、tert−ブチルアミン、
tert−オクチルアミン、ベンジルアミン、2−メト
キシエチルアミン、2−フルフリルアミン、ピロリジ
ン、ピペリジン、モルホリン、ジベンジルアミン等であ
る。本発明の目的の為に用いることのできるβ−ケトエ
ステル、もしくは一般式(III)を有する1,3−ジ
ケトンは、エチルアセトアセテート、アセチルアセト
ン、ベンゾイルアセトン、p−トルイルアセトン等であ
る。上記の方法により合成された一般式(I)を有する
化合物のエナミン構造を、純度の高い(GC>95%、
ガスクロマトグラフィーにより確認)サンプルをNMR
分光分析法(BRUKER AC200分光計を使用)
により分析して確認する。これにより、N−H基と二重
結合C=Cが明確に存在し、シッフ塩基に特有な二重結
合N=Cは存在しないことが確認される。以下の実施例
では、R1 もしくはR2 が水素を表す一般式(I)を有
する化合物の場合にのみ、NMRスペクトルを示す。第
一アミンとβ−ケトエステルもしくは1,3−ジケトン
との反応から誘導されるこれらの化合物は、シッフ塩基
となる可能性があるからである。これとは逆に、第二ア
ミンとβ−ケトエステルもしくは1,3−ジケトンとの
反応から誘導される一般式(I)を有する化合物の場合
には、NMRスペクトルを示す必要がない。この反応か
らは、エナミンしか得られないからである。一般式
(I)を有する加硫促進剤は、天然ゴムと、例えばSB
R、NBR、BR、EPDM等のような合成ゴムの両方
に用いることができる。
の実施態様を示す為に、以下に幾つかの具体的な実施例
を挙げるが、それらは本発明の範囲を決して限定するも
のではない。実施例1 エチルβ−シクロヘキシルアミンクロトネート(化合物
No.1)の調製 シクロヘキシルアミン99.18g(1モル)、トルエ
ン200g、エチルアセトアセテート130.14g
(1モル)、及び氷酢酸2.08gを、機械的攪拌機、
温度計、及び水分離器を有する還流冷却器を取り付け
た、1リッターの四つ口反応器に仕込む。反応物を攪拌
しながら、115〜118℃で4時間加熱還流させる。
この間に生成した反応水を、共沸蒸留により分離する。
反応水19.2gを分離する。溶剤と酢酸を蒸留により
除去する。このようにして得られた粗残差を、分別蒸留
する。この蒸留は、温度計、攪拌機、カラム、冷却器、
及び画分を集める為の装置を取り付けた500mlのボ
イラーからなる蒸留器中で実施する。化合物No.1に
相当する蒸留生成物205.8gを含む中心画分を、上
記の蒸留を以下の条件下で行って集める。 上部温度:145〜153℃ ボイラー温度:170〜180℃ 真空度:30〜32mm/Hg このようにして得られた化合物No.1をガスクロマト
グラフィー(GC)で分析すると、純度は98.3%、
収率は約97.8%であることが分かる。化合物No.
1の特性をNMR分析により決定する。NMR分析でN
−H基と二重結合C=Cの存在がケミカルシフトにより
示されるので、化合物No.1がエナミン構造を有する
ことが分かる。1 H−NMR(200MHz、CDCl3 −TMS)δ
(ppm):8.57〜8.54(N−H);4.30
(H−C)13 C−NMR(50MHz、CDCl3 −TMS)δ
(ppm):160.58(C′);81.58
(C″) 本実施例、及び以下の実施例において(C′)と
(C″)により示される炭素原子は、以下のように二重
結合C=Cの存在を示すものである。 実施例1と同様にして、他の化合物(化合物No.2〜
No.10)を調製する。その反応条件と、得られた化
合物の特性のみを以下に記す。
2)の調製 アミン: ベンジルアミン、107.16g(1モル) カルボニル化合物: エチルアセトアセテート、13
0.14g(1モル) 溶剤: トルエン、200g 触媒: 酢酸、2.08g 分離した反応水: 19.8g 反応の時間と温度: 120〜124℃で5時間 蒸留範囲: 148〜156℃(上部)、170〜18
5℃(ボイラー)、20mm/Hg(真空度) 得られた生成物: 206.4g GCによる純度: 98.0% 収率: 94.1%1 H−NMR(200MHz、CDCl3 −TMS)δ
(ppm):8.95(N−H);4.52(H−C)13 C−NMR(50MHz、CDCl3 −TMS)δ
(ppm):161.54(C’);83.05
(C”)
ン−(4)(化合物No.3)の調製 アミン: tert−オクチルアミン、129.25g
(1モル) カルボニル化合物: アセチルアセトン、100.12
g(1モル) 溶剤: トルエン、100g 触媒: 酢酸、2.33g 分離した反応水: 19.7g 反応の時間と温度: 123〜134℃で10時間 蒸留範囲: 113〜117℃(上部)、125〜13
5℃(ボイラー)、0.3〜1.0mm/Hg(真空
度) 得られた生成物: 156.1g GCによる純度: >99.0% 収率: 73.8%1 H−NMR(200MHz、CDCl3 −TMS)δ
(ppm):11.33(N−H);4.79(H−
C)13 C−NMR(50MHz、CDCl3 −TMS)δ
(ppm):162.90(C’);96.06
(C”)
(4)(化合物No.4)の調製 アミン: シクロヘキシルアミン、99.18g(1モ
ル) カルボニル化合物: アセチルアセトン、100.12
g(1モル) 溶剤: トルエン、100g 触媒: 酢酸、2.33g 分離した反応水: 18.0g 反応の時間と温度: 120〜138℃で3時間 蒸留範囲: 105〜125℃(上部)、114〜12
6℃(ボイラー)、0.2〜0.7mm/Hg(真空
度) 得られた生成物: 175.3g GCによる純度: >99.0% 収率: 96.7%1 H−NMR(200MHz、CDCl3 −TMS)δ
(ppm):10.83〜10.85(N−H);4.
75(H−C)13 C−NMR(50MHz、CDCl3 −TMS)δ
(ppm):161.43(C’);94.57
(C”)
の調製 アミン: モルホリン、87.12g(1モル) カルボニル化合物: エチルアセトアセテート、13
0.14g(1モル) 溶剤: トルエン、200g 触媒: 酢酸、2.08g 分離した反応水: 23.1g 反応の時間と温度: 119〜120℃で7時間 蒸留範囲: 130〜138℃(上部)、145〜16
0℃(ボイラー)、0.5〜1.0mm/Hg(真空
度) 得られた生成物: 148.1g GCによる純度: 86.5% 収率: 64.3%
の調製 アミン: ピペリジン、85.15g(1モル) カルボニル化合物: エチルアセトアセテート、13
0.14g(1モル) 溶剤: トルエン、200g 触媒: 酢酸、2.08g 分離した反応水: 17.9g 反応の時間と温度: 121〜122℃で6時間 蒸留範囲: 124〜133℃(上部)、155〜18
0℃(ボイラー)、0.5〜1.0mm/Hg(真空
度) 得られた生成物: 168.0g GCによる純度: 88.0% 収率: 74.9%
合物No.7)の調製 アミン: ピペリジン、85.15g(1モル) カルボニル化合物: アセチルアセトン、100.12
g(1モル) 溶剤: トルエン、100g 触媒: 酢酸、2.33g 分離した反応水: 24.4g 反応の時間と温度: 128〜134℃で10時間 蒸留範囲: 140〜190℃(上部)、170〜19
6℃(ボイラー)、30mm/Hg(真空度) 得られた生成物: 151.7g GCによる純度: >94.9% 収率: 90.7%
の調製 アミン: ピロリジン、71.12g(1モル) カルボニル化合物: エチルアセトアセテート、13
0.14g(1モル) 溶剤: トルエン、100g 触媒: なし 分離した反応水: 18.8g 反応の時間と温度: 136〜140℃で3時間 蒸留範囲: 120〜138℃(上部)、124〜14
2℃(ボイラー)、0.2〜0.5mm/Hg(真空
度) 得られた生成物: 172.1g GCによる純度: 99.1% 収率: 93.9%
合物No.9)の調製 アミン: ピロリジン、71.12g(1モル) カルボニル化合物: アセチルアセトン、100.12
g(1モル) 溶剤: トルエン、100g 触媒: なし 分離した反応水: 19.1g 反応の時間と温度: 122〜133℃で5時間 蒸留範囲: 124〜140℃(上部)、140〜14
5℃(ボイラー)、0.2〜0.5mm/Hg(真空
度) 得られた生成物: 129.8g GCによる純度: >99.0% 収率: 84.7%
ト(化合物No.10)の調製 アミン: 2−メトキシエチルアミン、75.11g
(1モル) カルボニル化合物: エチルアセトアセテート、13
0.14g(1モル) 溶剤: トルエン、100g 触媒: 酢酸、2.33g 分離した反応水: 20.2g 反応の時間と温度: 130〜150℃で4時間 蒸留範囲: 89〜92℃(上部)、110〜130℃
(ボイラー)、0.1〜0.2mm/Hg(真空度) 得られた生成物: 153g GCによる純度: >99% 収率: 81.7%1 H−NMR(200MHz、CDCl3 −TMS)δ
(ppm):8.58(N−H)、4.36(H−C)13 C−NMR(50MHz、CDCl3 −TMS)δ
(ppm):161.36(C’)、82.50
(C”)
N−シクロヘキシル−2−メルカプト−ベンゾチアゾー
ルスルフェンアミド(CBS)と組み合わせた場合の挙
動を説明するものである。天然ゴムをベースとする混合
物を調製した。その成分を表1に示す。 *:ゴムに対しての重量% **:化合物No.1〜No.10
ーターを用いる。 振動弧: ±1 温度: 150℃ 図1〜4に示す、得られた流動曲線に基づいてtc (9
0)を計算した。その値を表2に示す。図2〜4の流動
曲線は、一般式(I)を有する化合物が加硫促進剤とし
て有効であることを明確に示している。この有効性は、
表2に示されているtc (90)値からも明らかであ
る。この表からは、CBSと一般式(I)を有する化合
物とを含む混合物のTc (90)値は、CBSを単独に
含む混合物のtc (90)よりも常に低いことが分か
る。表2 実施例No. エナミン tc (90) 11 なし 9’24” 12 化合物No.1 8’12” 13 化合物No.2 8’12” 14 化合物No.3 8’54” 15 化合物No.4 8’36” 16 化合物No.5 8’18” 17 化合物No.6 6’12” 18 化合物No.7 5’48” 19 化合物No.8 5’56” 20 化合物No.9 5’10”21 化合物No.10 7’18”
に用いた場合(A)の流動曲線を示す。
の流動曲線を示す。 (B):実施例17のエチルβ−ピペリジノクロトネー
ト(化合物No.6) (C):実施例12のエチルβ−シクロヘキシルアミノ
クロトネート(化合物No.1) (D):実施例18の2−ピペリジノ−ペンテン−
(2)−オン(4)(化合物No.7)
の流動曲線を示す。 (E):実施例13のエチルβ−ベンジルアミノクロト
ネート(化合物No.2) (F):実施例14の2−tert−オクチルアミノ−
ペンテン−(2)−オン−(4)(化合物No.3) (G):実施例15の2−シクロヘキシルアミノ−ペン
テン−(2)−オン(4)(化合物No.4)
の流動曲線を示す。 (H):実施例21のエチルβ−(2−メトキシエチル
アミノ)−クロトネート(化合物No.10) (I):実施例19のエチルβ−ピロリジノクロトネー
ト(化合物No.8) (L):実施例20の2−ピロリジノ−ペンテン−
(2)−オン(4)(化合物No.9)
Claims (13)
- 【請求項1】脂肪族第一もしくは第二アミンから誘導さ
れ、エナミン類に属する化合物からなる加硫促進剤。 - 【請求項2】下記一般式(I)を有するエナミン類に属
する化合物からなる加硫促進剤。 ここで、 R1 とR2 は、同じであっても、異なっていてもよく、
水素原子、直鎖もしくは枝分かれしたC1 〜C18のアル
キル基、直鎖もしくは枝分かれしたC2 〜C8のアルコ
キシアルキル基、酸素、窒素、及び硫黄から選ばれるヘ
テロ原子を含むことのあるC3 〜C8 のシクロアルキル
基、C7 〜C20のアリールアルキル基を表すか、又はR
1 とR2 が窒素原子を共有しているものと考えた場合に
は、酸素、窒素、及び硫黄から選ばれる第二ヘテロ原子
を含むことのあるC3 〜C8 の複素環基を表し、 R3 は直鎖もしくは枝分かれしたC1 〜C18のアルキル
基、C6 〜C18のアリール基、C7 〜C20のアルキルア
リールもしくはアリールアルキル基、直鎖もしくは枝分
かれしたC1 〜C8 のアルコキシル基を表す。 - 【請求項3】R1 基とR2 基が、水素、メチル、エチ
ル、プロピル、ブチル、オクチル、シクロヘキシル、ベ
ンジル、メトキシエチルから選択されたものである、請
求項2に記載の加硫促進剤。 - 【請求項4】R1 とR2 が窒素原子を共有しているもの
と考えた場合のC3 〜C8 の複素環基が、モルホリン、
ピロリジン、ピペリジン、ピペラジン、チオモルホリ
ン、チアゾリジン、ベンゾチアゾリジンから選ばれたも
のである、請求項2に記載の加硫促進剤。 - 【請求項5】R3 基がメチル、エチル、プロピル、フェ
ニル、オキシメチル、オキシエチルから選ばれたもので
ある、請求項2に記載の加硫促進剤。 - 【請求項6】一般式(II) HNR1 R2 (II) (R1 とR2 は上記の通り)を有する脂肪族第一もしく
は第二アミン1モルと、β−ケトエステル、もしくは一
般式(III) (R3 は上記の通り)を有する1,3−ジケトン1モル
とを、有機溶剤の存在下、更に所望により酢酸の存在
下、60〜160℃の温度で、大気圧下で0.5〜24
時間反応させることを特徴とする、請求項1〜5のいず
れか一項に記載の加硫促進剤の合成方法。 - 【請求項7】一般式(II)を有する脂肪族第一もしく
は第二アミンが、シクロヘキシルアミン、tert−ブ
チルアミン、tert−オクチルアミン、ベンジルアミ
ン、2−メトキシエチルアミン、2−フルフリルアミ
ン、ピロリジン、ピペリジン、モルホリン、ジベンジル
アミンから選択されたものである、請求項6の方法。 - 【請求項8】β−ケトエステル、もしくは一般式(II
I)を有する1,3−ジケトンがエチルアセトアセテー
ト、アセチルアセトン、ベンゾイルアセトン、p−トル
イルアセトンから選択されたものである、請求項6の方
法。 - 【請求項9】請求項1〜8のいずれか一項に記載の加硫
促進剤の天然ゴムもしくは合成ゴムにおける使用。 - 【請求項10】合成ゴムがSBR、NBR、BR、EP
DMから選ばれる、請求項9に記載の加硫促進剤の使
用。 - 【請求項11】単独での、もしくは他の加硫促進剤と組
み合わせての、請求項9または10に記載の加硫促進剤
の使用。 - 【請求項12】メルカプトベンゾチアゾールスルフェン
アミドと組み合わせての、請求項11に記載の加硫促進
剤の使用。 - 【請求項13】請求項1〜8のいずれか一項に記載の加
硫促進剤の存在下で、天然ゴムもしくは合成ゴムを加硫
して得られる最終製品。
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