DE102008060258A1 - Use of natural inactive rubber fillers to prevent explosive decompression in liquid CO2 - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf den Einsatz von inaktiven mineralischen Füllstoffen (wie Kieselgur) in Kautschuken, besonders Nitrilkautschuken, um explosive Dekompression bei CO2 zu vermindern.The invention relates to the use of inactive mineral fillers (such as kieselguhr) in rubbers, especially nitrile rubbers, to reduce explosive decompression in CO2.
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Einsatzgebiet von flüssigem, insbesondere superkritischem CO2, dabei insbesondere Klimaanlagen und Kühlschränke.The present invention relates to the field of use of liquid, in particular supercritical CO 2 , in particular air conditioners and refrigerators.
Bei eben diesen Vorrichtungen ist – im Zuge der Vermeidung von Fluorkohlenwasserstoffen – immer häufiger geplant, flüssiges CO2 zum Einsatz zu bringen. Von den dabei eingesetzten Materialien, insbesondere den Materialien bei Dichtungen etc. wird gefordert, dass sie genügende Beständigkeit gegen die sogenannte explosive Dekompression zeigen, wodurch eine Substitution der herkömmlichen Fluorkohlenwasserstoffe durch CO2 sehr erschwert oder gänzlich unmöglich gemacht wird.In the case of precisely these devices, in the course of avoiding hydrofluorocarbons, it is increasingly planned to use liquid CO 2 . Of the materials used, in particular the materials in seals, etc. is required that they show sufficient resistance to the so-called explosive decompression, whereby a substitution of conventional fluorocarbons by CO2 is made very difficult or completely impossible.
Unter der „explosiven Dekompression” im Sinne der vorliegenden Erfindung wird verstanden, dass in einem unter erhöhten Druck stehenden System mit flüssigen oder gasförmigen Medien ein rascher – beabsichtigter oder zufälliger – Druckabfall im Mikro- bis Millisekundenbereich erfolgt. Dichtungsmaterialien, die in solchen Anlagen eingesetzt werden stehen in direktem Kontakt mit den genannten Medien und treten mit diesen in Wechselwirkung. Bei besagtem Druckabfall kommt es dann zu einem erheblichen Diffusionsstrom innerhalb des elastomeren Systems mit der Folge, dass die Dichtung schwer geschädigt oder vollständig zerstört werden kann.Under the "explosive decompression" within the meaning of the present Invention is understood to be elevated in one Pressurized system with liquid or gaseous Media a faster - intentional or accidental - pressure drop in the micro to milliseconds range. Sealing materials, which are used in such facilities are in direct contact with the mentioned media and interact with them. At said pressure drop then it comes to a considerable diffusion current within the elastomeric system with the result that the seal badly damaged or completely destroyed can be.
Es stellt sich somit die Aufgabe, ein Material zu finden, bei dem die Gefahr der explosiven Dekompression herabgesetzt ist und welches insbesondere als Dichtungsmaterial bei besonders sensiblen Vorrichtungen wie Klimaanlagen oder Kühlschränken verwendet werden kann.It Thus, the task is to find a material in which the Danger of explosive decompression is reduced and which in particular as a sealing material for particularly sensitive devices such as air conditioners or refrigerators used can be.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Verwendung von natürlichen inaktiven Füllstoffen, insbesondere auf Basis von Silikaten, in einer Kautschukmischung enthaltend ein oder mehrere Kautschuke zur Vermeidung der explosiven Dekompression bei flüssigem und/oder superkritischem CO2.This object is achieved by the use of natural inactive fillers, in particular based on silicates, in a rubber mixture containing one or more rubbers to avoid explosive decompression in the case of liquid and / or supercritical CO 2 .
Unter „natürlichen
inaktiven Füllstoffen” werden dabei insbesondere
alle pulverförmige mineralischen Verbindungen verstanden,
die durch Ausbeutung natürlicher Lagerstätten
gewonnen und ggf. nach weiterer chemischer und physikalischer Bearbeitung
in den Handel gebracht werden. Diese Produkte sind meist inaktiv, d.
h. sie haben nur einen geringen verstärkenden Effekt in
Kautschukmischungen, wie er in der Literatur beschrieben ist (vgl
Vorteilhaft an der vorliegenden Erfindung ist ausserdem, dass die verwendeten Materialien bei bestehenden Vorrichtungen meist ohne weiteres die bisherigen ersetzen können, d. h. es sind bei den meisten Anwendungen keine neuen apparativen oder baulichen Maßnahmen erforderlich.Advantageous in the present invention is also that the used Materials in existing devices usually readily the replace previous ones, d. H. it is with most Applications no new equipment or construction measures required.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die natürlichen, inaktiven Füllstoffe ausgewählt aus der Gruppe enthaltend Kaolin, gebrannter Kaolin, Talkum, Kieselkreide, Kieselgur und Mischungen daraus.According to one preferred embodiment of the present invention The natural, inactive fillers are selected from the group comprising kaolin, calcined kaolin, talc, chalk, Diatomaceous earth and mixtures thereof.
Besonders bevorzugt enthalten die natürlichen, inaktiven Füllstoffe Kieselgur. Unter Kieselgur (auch Bergmehl, Diatomeenerde, Diatomeenpelit, Diatomit, Infusorienerde, Kieselmehl, Novaculit, Novaculite, Tripel, Tripolit, Tripolite, Celite genannt) wird im Sinne der vorliegenden Erfindung insbesondere eine (meist) weißliche, pulverförmige Substanz verstanden, die hauptsächlich aus den Siliziumdioxidschalen fossiler Kieselalgen (Diatomeen) besteht.Especially preferably contain the natural, inactive fillers Diatomaceous earth. Under kieselguhr (also mountain flour, diatomaceous earth, diatomite, Diatomite, infusorial earth, pebble, novaculite, novaculite, triple, tripolite, Tripolite, called celite) is used in the context of the present invention in particular a (mostly) whitish, powdery Substance understood, consisting mainly of the silica shells fossil diatoms (diatoms) exists.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung liegt die Menge der Füllstoffe in der Kautschukmischung im Bereich von ≥ 20 Gew.-% bis ≤ 70% bezogen auf die gesamte Kautschukmischung. Dies hat sich in der Praxis besonders bewährt. Bevorzugt liegt die Menge der Füllstoffe in der Kautschukmischung in einem Bereich von ≥ 25 Gew.-% ≤ 60 Gew.-% besonders bevorzugt in einem Bereich von ≥ 35 Gew.-% bis ≤ 65%, bezogen auf die gesamte Kautschukmischung.According to one preferred embodiment of the present invention the amount of fillers in the rubber mixture in the range of ≥ 20 wt .-% to ≤ 70% based on the entire rubber mixture. This has become particularly special in practice proven. Preferably, the amount of fillers in the rubber composition in a range of ≥25% by weight ≤ 60 % By weight particularly preferred in a range of ≥ 35% by weight to ≤ 65%, based on the total rubber mixture.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthalten die Füllstoffe Kieselgur mit einer Oberfläche von ≥ 0,5 m2/g bis ≤ 2 m2/g. Dies hat sich für die Zwecke der Anmeldung als besonders günstig herausgestellt. Ohne darauf festgelegt zu sein, wird vermutet dass die Oberflächenstruktur des Kieselgurs dem CO2 erlaubt, sich dort quasi „einzulagern” so dass eine explosive Dekompression verhindert wird. Bevorzugt enthalten die Füllstoffe Kieselgur mit einer BET-Oberfläche von ≥ 1 m2/g bis ≤ 1,9 m2/g, noch bevorzugt ≥ 1,5 m2/g bis ≤ 1,8 m2/g.According to a preferred embodiment of the present invention, the fillers contain kieselguhr with a surface area of ≥ 0.5 m 2 / g to ≦ 2 m 2 / g. This has proven to be particularly favorable for the purposes of the application. Without being committed, it is believed that the surface texture allows the kieselguhr CO 2 to "store" there so that an explosive decompression is prevented. The fillers preferably contain diatomaceous earth having a BET surface area of ≥ 1 m 2 / g to ≦ 1.9 m 2 / g, more preferably ≥ 1.5 m 2 / g to ≦ 1.8 m 2 / g.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in der Kautschukmischung zusätzlich zum inaktiven, natürlichen mineralischen Füllstoff auch mindestens ein aktiver Füllstoff wie zum Beispiel gefällte Kieselsäure und/oder Russ vorhanden. Bevorzugt werden die aktiven Füllstoffe in einer Menge im Bereich von ≥ 2,5 Gew.-% bus ≤ 20 Gew.-% bezogen auf die gesamte Kautschukmischung eingesetzt.According to one preferred embodiment of the present invention is in the rubber compound in addition to the inactive, natural mineral filler also at least one active filler such as precipitated silica and / or soot available. The active fillers are preferred in an amount in the range of ≥ 2.5% by weight bus ≤ 20 % By weight, based on the total rubber mixture used.
Unter einem „aktiven Füllstoff” werden dabei insbesondere pulverförmige Verbindungen verstanden, die die Zug-Dehnungseigenschaften von Kautschuk-Vulkanisaten verbessern. Sie kommen u. a. als Russe, gefällte oder pyrogene Kieselsäuren zum Einsatz.Under an "active filler" will be there in particular powdered compounds understood, the improve the tensile elongation properties of rubber vulcanizates. They come u. a. as Russian, precipitated or fumed silicas for use.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Kautschuk ausgewählt aus der Gruppe enthaltend Nitrilkautschuk (NBR oder XNBR), hydrierter Nitrilkautschuk (HNBR oder HXNBR) Chloroprenkautschuk (CR), vernetzbare chlorierte und chlorsulfonierte Derivate des Polyethylens, Polyepichlorhydrin und Copolymere aus Epichlorhydrin und Ethylen, Polyacrylatkautschuk, Copolymere aus Acrylsäurester und Ethylen sowie Copolymere aus Vinylacetat und Ethylen, Copolymere aus Ethylen und Propylen sowie Terpolymere aus Ethylen, Propylen und Etyhylidennorbornen, Copolymere aus Propylen und Butadien mit Butadienanteilen von ≥ 0–15 Gew.-% sowie deren halogenierte Derivate, vernetzbare Polyvinylidenfluoride und ggf. Co- bzw. Terpolymere unter Verwendung folgender Monomere: Tetrafluorethylen, Hexfluorpropen oder Perfluormethylvinylether sowie Mischungen daraus.According to one preferred embodiment of the present invention the rubber is selected from the group containing Nitrile rubber (NBR or XNBR), hydrogenated nitrile rubber (HNBR or HXNBR) chloroprene rubber (CR), crosslinkable chlorinated and chlorosulfonated derivatives of polyethylene, polyepichlorohydrin and Copolymers of epichlorohydrin and ethylene, polyacrylate rubber, Copolymers of acrylic acid ester and ethylene and copolymers of vinyl acetate and ethylene, copolymers of ethylene and propylene and terpolymers of ethylene, propylene and ethylidenenorbornene, Copolymers of propylene and butadiene with butadiene contents of ≥ 0-15 Wt .-% and their halogenated derivatives, crosslinkable polyvinylidene fluorides and optionally co- or terpolymers using the following monomers: tetrafluoroethylene, Hexfluoropropene or perfluoromethylvinylether and mixtures thereof.
Im Sinne der vorliegenden Erfindung können eine oder mehrere Kautschuke bei der erfindungsgemäßen Verwendung in der Kautschukmischung zum Einsatz gelangen, wobei bevorzugt diejenigen Kautschuke, die mit ≥ 30 Gew.-% oder mehr in der Kautschukmischung enthalten sind, bezogen auf 100 Gew.-% als Summe aller in der Kautschukmischung enthaltenen Kautschuke, vulkanisierbar sind.in the For purposes of the present invention, one or more Rubbers in the use according to the invention used in the rubber mixture, with those preferred Rubbers containing ≥ 30% by weight or more in the rubber mixture are contained, based on 100 wt .-% as the sum of all in the rubber mixture contained rubbers are vulcanizable.
Im Folgenden werden eine Reihe von Kautschuken, die insbesondere erfindungsgemäß einsetzbar sind, aufgeführt. Dies stellt jedoch keine einschränkende Auswahl dar, sondern dient dem Zweck, die Erfindung noch näher darzustellen.in the Below are a number of rubbers, which are used in particular according to the invention, listed. However, this is not limiting Selection, but serves the purpose of the invention even closer display.
Nitrilkautschuke (NBR):Nitrile Rubbers (NBR):
Unter Nitrilkautschuken, die auch als NBR abgekürzt werden, werden im Rahmen dieser Anmeldung Co- oder Terpolymere verstanden, welche Wiederholungseinheiten mindestens eines konjugierten Diens, mindestens eines α,β-ungesättigten Nitrils und gegebenenfalls einer oder mehrerer weiterer copolymerisierbarer Monomere enthalten.Under Nitrile rubbers, which are also abbreviated as NBR become For the purposes of this application, co- or terpolymers are understood which Repeating units of at least one conjugated diene, at least an α, β-unsaturated nitrile and optionally one or more other copolymerizable monomers.
Das konjugierte Dien kann von jeder Natur sein. Bevorzugt werden C4-C6-konjugierte Diene eingesetzt. Besonders bevorzugt sind 1,3-Butadien, Isopren, 2,3-Dimethylbutadien, Piperylen oder Gemische daraus. Insbesondere bevorzugt sind 1,3-Butadien und Isopren oder Gemische daraus. Ganz besonders bevorzugt ist 1,3-Butadien.The conjugated diene can be of any nature. Preference is given to using C 4 -C 6 -conjugated dienes. Particular preference is given to 1,3-butadiene, isoprene, 2,3-dimethylbutadiene, piperylene or mixtures thereof. Particular preference is given to 1,3-butadiene and isoprene or mixtures thereof. Very particular preference is given to 1,3-butadiene.
Als α,β-ungesättigtes Nitril kann jedes bekannte α,β-ungesättigte Nitril eingesetzt werden, bevorzugt sind C3-C5-α,β-ungesättigte Nitrile wie Acrylnitril, Methacrylnitril, Ethacrylnitril oder Mischungen davon. Besonders bevorzugt ist Acrylnitril.As α, β-unsaturated nitrile, any known α, β-unsaturated nitrile can be used, preferred are C 3 -C 5 -α, β-unsaturated nitriles such as acrylonitrile, methacrylonitrile, ethacrylonitrile or mixtures thereof. Particularly preferred is acrylonitrile.
Einen besonders bevorzugten Nitrilkautschuk stellt ein Copolymer aus Acrylnitril und 1,3-Butadien dar.a Particularly preferred nitrile rubber is a copolymer of acrylonitrile and 1,3-butadiene.
Neben dem konjugierten Dien und dem α,β-ungesättigten Nitril können noch ein oder mehrere weitere dem Fachmann bekannte Monomere eingesetzt werden, z. B. α,β-ungesättigte Mono- oder Dicarbonsäuren, deren Ester oder Amide. Als α,β-ungesättigte Mono- oder Dicarbonsäuren sind dabei Fumarsäure, Maleinsäure, Acrylsäure und Methacrylsäure bevorzugt. Als Ester der α,β-ungesättigten Carbonsäuren werden vorzugsweise deren Alkylester und Alkoxyalkylester eingesetzt. Besonders bevorzugte Alkylester der α,β-ungesättigten Carbonsäuren sind Methylacrylat, Ethylacrylat, Butylacrylat, Butylmethacrylat, 2-Ethylhexylacrylat, 2-Ethylhexylmethacrylat und Octylacrylat. Besonders bevorzugte Alkoxyalkylester der α,β-ungesättigten Carbonsäuren sind Methoxyethyl(meth)acrylat, Ethoxyethyl(meth)acrylat und Methoxyethyl-(meth)acrylat. Einsetzbar sind auch Mischungen von Alkylestern, wie z. B. den vorgenannten, mit Alkoxyalkylestern, z. B. in Form der vorgenannten.Next the conjugated diene and the α, β-unsaturated Nitrile can still one or more further the expert known monomers are used, for. B. α, β-unsaturated Mono- or dicarboxylic acids, their esters or amides. As α, β-unsaturated Mono- or dicarboxylic acids are fumaric acid, Maleic acid, acrylic acid and methacrylic acid prefers. As esters of α, β-unsaturated Carboxylic acids are preferably their alkyl esters and alkoxyalkyl esters used. Particularly preferred alkyl esters of α, β-unsaturated Carboxylic acids are methyl acrylate, ethyl acrylate, butyl acrylate, Butyl methacrylate, 2-ethylhexyl acrylate, 2-ethylhexyl methacrylate and Octyl. Particularly preferred alkoxyalkyl esters of the α, β-unsaturated Carboxylic acids are methoxyethyl (meth) acrylate, ethoxyethyl (meth) acrylate and methoxyethyl (meth) acrylate. It is also possible to use mixtures of alkyl esters, such as. The aforementioned, with alkoxyalkyl esters, z. B. in the form of the aforementioned.
Die Anteile an konjugiertem Dien und α,β-ungesättigtem Nitril in den einzusetzenden NBR-Polymeren können in weiten Bereichen schwanken. Der Anteil des oder der Summe der konjugierten Diene liegt üblicherweise im Bereich von ≥ 40 bis 90 Gew.-%, bevorzugt im Bereich von ≥ 55 bis 75 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtpolymer. Der Anteil des oder der Summe der α,β-ungesättigten Nitrile liegt üblicherweise bei ≥ 10 bis 60 Gew.-%, bevorzugt bei ≥ 25 bis 45 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtpolymer. Die Anteile der Monomere summieren sich jeweils zu 100 Gew.-% auf. Die zusätzlichen Monomere können in Mengen von ≥ 0,1 bis 40 Gew.-%, bevorzugt ≥ 1 bis 30 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtpolymer, vorliegen. In diesem Fall werden entsprechende Anteile des oder der konjugierten Diene bzw. des oder der α,β-ungesättigten Nitrile durch die Anteile der zusätzlichen Monomere ersetzt, wobei sich die Anteile aller Monomere jeweils zu 100 Gew.-% aufsummieren.The Proportions of conjugated diene and α, β-unsaturated Nitrile in the NBR polymers to be used can in wide Ranges vary. The proportion of or the sum of the conjugated Diene is usually in the range of ≥ 40 up to 90% by weight, preferably in the range of ≥55 to 75% by weight, based on the total polymer. The proportion of or the sum of α, β-unsaturated Nitriles is usually ≥ 10 to 60 wt .-%, preferably at ≥ 25 to 45 wt .-%, based on the total polymer. The proportions of the monomers in each case add up to 100% by weight. The additional monomers can be used in amounts of ≥ 0.1 to 40 wt .-%, preferably ≥ 1 to 30 wt .-%, based on the total polymer. In this case will be appropriate Proportions of the conjugated dienes or of the α, β-unsaturated Nitriles are replaced by the proportions of the additional monomers, wherein the proportions of all monomers add up to 100 wt .-% each.
Hydrierte Nitrilkautschuke (HNBR):Hydrogenated nitrile rubbers (HNBR):
Unter hydrierten Nitrilkautschuken sind im Rahmen dieser Anmeldung Co- oder Terpolymere auf der Basis mindestens eines konjugierten Diens und mindestens eines α,β-ungesättigten Nitrils und gegebenenfalls weitere copolymerisierbare Monomere zu verstehen, bei denen die C=C Doppelbindungen der einpolymerisierten Dieneinheiten ganz oder teilweise hydriert sind. Der Hydriergrad der einpolymerisierten Dieneinheiten liegt üblicherweise in einem Bereich von ≥ 50 bis 100%, bevorzugt ≥ 85 bis 100%, besonders bevorzugt 95 bis 100%.Under hydrogenated nitrile rubbers are used in the context of this application. or terpolymers based on at least one conjugated diene and at least one α, β-unsaturated Nitrile and optionally other copolymerizable monomers to understand in which the C = C double bonds polymerized the Diene units are fully or partially hydrogenated. The degree of hydrogenation the copolymerized diene units is usually in a range of ≥ 50 to 100%, preferably ≥ 85 to 100%, more preferably 95 to 100%.
Das konjugierte Dien kann von jeder Natur sein. Bevorzugt werden (C4-C6) konjugierte Diene eingesetzt. Besonders bevorzugt sind 1,3-Butadien, Isopren, 2,3-Dimethylbutadien, Piperylen oder Gemische daraus. Insbesondere bevorzugt sind 1,3-Butadien und Isopren oder Gemische daraus. Ganz besonders bevorzugt ist 1,3-Butadien.The conjugated diene can be of any nature. Preference is given to using (C 4 -C 6 ) conjugated dienes. Particular preference is given to 1,3-butadiene, isoprene, 2,3-dimethylbutadiene, piperylene or mixtures thereof. Particular preference is given to 1,3-butadiene and isoprene or mixtures thereof. Very particular preference is given to 1,3-butadiene.
Als α,β-ungesättigtes Nitril kann jedes bekannte α,β-ungesättigte Nitril eingesetzt werden, bevorzugt sind (C3-C5)-α,β-ungesättigte Nitrile wie Acrylnitril, Methacrylnitril, Ethacrylnitril oder Mischungen davon. Besonders bevorzugt ist Acrylnitril.As α, β-unsaturated nitrile, any known α, β-unsaturated nitrile can be used, preferred are (C 3 -C 5 ) -α, β-unsaturated nitriles such as acrylonitrile, methacrylonitrile, ethacrylonitrile or mixtures thereof. Particularly preferred is acrylonitrile.
Neben dem konjugierten Dien und dem α,β-ungesättigten Nitril können noch ein oder mehrere weitere dem Fachmann bekannte Monomere eingesetzt werden, z. B. α,β-ungesättigte Mono- oder Dicarbonsäuren, deren Ester oder Amide. Als α,β-ungesättigte Mono- oder Dicarbonsäuren sind dabei Fumarsäure, Maleinsäure, Acrylsäure und Methacrylsäure bevorzugt. Als Ester der α,β-ungesättigten Carbonsäuren werden vorzugsweise deren Alkylester und Alkoxyalkylester eingesetzt. Besonders bevorzugte Alkylester der α,β-ungesättigten Carbonsäuren sind Methylacrylat, Ethylacrylat, Butylacrylat, Butylmethacrylat, 2-Ethylhexylacrylat, 2-Ethylhexylmethacrylat und Octylacrylat. Besonders bevorzugte Alkoxyalkylester der α,β-ungesättigten Carbonsäuren sind Methoxyethyl(meth)acrylat, Ethoxyethyl(meth)acrylat und Methoxyethyl-(meth)acrylat. Einsetzbar sind auch Mischungen von Alkylestern, wie z. B. den vorgenannten, mit Alkoxyalkylestern, z. B. in Form der vorgenannten.Next the conjugated diene and the α, β-unsaturated Nitrile can still one or more further the expert known monomers are used, for. B. α, β-unsaturated Mono- or dicarboxylic acids, their esters or amides. As α, β-unsaturated Mono- or dicarboxylic acids are fumaric acid, Maleic acid, acrylic acid and methacrylic acid prefers. As esters of α, β-unsaturated Carboxylic acids are preferably their alkyl esters and alkoxyalkyl esters used. Particularly preferred alkyl esters of α, β-unsaturated Carboxylic acids are methyl acrylate, ethyl acrylate, butyl acrylate, Butyl methacrylate, 2-ethylhexyl acrylate, 2-ethylhexyl methacrylate and Octyl. Particularly preferred alkoxyalkyl esters of the α, β-unsaturated Carboxylic acids are methoxyethyl (meth) acrylate, ethoxyethyl (meth) acrylate and methoxyethyl (meth) acrylate. It is also possible to use mixtures of alkyl esters, such as. The aforementioned, with alkoxyalkyl esters, z. B. in the form of the aforementioned.
Die Anteile an konjugiertem Dien und α,β-ungesättigtem Nitril in den einzusetzenden hydrierten Nitrilkautschuken können in weiten Bereichen schwanken. Der Anteil des oder der Summe der konjugierten Diene liegt üblicherweise im Bereich von ≥ 40 bis 90 Gew.-% und bevorzugt im Bereich von ≥ 50 bis 80 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtpolymer. Der Anteil des oder der Summe der α,β-ungesättigten Nitrile legt üblicherweise bei ≥ 10 bis 60 Gew.-%, bevorzugt bei ≥ 20 bis 50 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtpolymer. Die zusätzlichen Monomere können in Mengen von ≥ 0,1 bis 40 Gew.-%, bevorzugt ≥ 1 bis 30 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtpolymer, vorliegen. In diesem Fall werden entsprechende Anteile des oder der konjugierten Diene bzw. des oder der α,β-ungesättigten Nitrile durch die Anteile der zusätzlichen Monomere ersetzt, wobei sich die Anteile aller Monomere jeweils zu 100 Gew.-% aufsummieren.The Proportions of conjugated diene and α, β-unsaturated Nitrile in the hydrogenated nitrile rubbers to be used vary widely. The proportion of or the sum of Conjugated dienes are usually in the range of ≥40 to 90 wt .-%, and preferably in the range of ≥ 50 to 80 Wt .-%, based on the total polymer. The proportion of or the sum of the α, β-unsaturated nitriles usually sets at ≥ 10 to 60 wt .-%, preferably at ≥ 20 to 50 wt .-%, based on the total polymer. The additional monomers can in amounts of ≥ 0.1 to 40 wt .-%, preferably ≥ 1 to 30 wt .-%, based on the total polymer present. In this Case become appropriate proportions of the conjugated dienes or or of the α or β-unsaturated nitriles replaced by the proportions of the additional monomers, wherein the proportions of all monomers add up to 100 wt .-% each.
Die Herstellung solcher hydrierter Nitrilkautschuke, die für das erfindungsgemäße Mehrkomponenten-System geeignet sind, ist dem Fachmann hinlänglich geläufig.The Preparation of such hydrogenated nitrile rubbers suitable for the inventive multi-component system suitable are well known to those skilled in the art.
Derartige hydrierte Nitirilkautschuke sind im Handel erhältlich. Beispiele für hydrierte Nitrilkautschuke sind voll- und teilhydrierte Nitrilkautschuke mit Acrylnitrilgehalten im Bereich von ≥ 20 bis 50 Gew.-% (Therban®-Palette der Lanxess Deutschland GmbH sowie Zetpol®-Palette der Nippon Zeon Corporation). Beispiele für hydrierte Butadien/Acrylnitril/Acrylat-Polymere ist die Therban®LT-Serie der Lanxess Deutschland GmbH, beispielsweise Therban®LT 2157 sowie Therban®VP KA 8882. Ein Beispiel für carboxylierte hydrierte Nitrilkautschuke ist die Therban®XT-Serie der Lanxess Deutschland GmbH. Beispiele für hydrierte Nitrilkautschuke mit geringen Mooney-Viskositäten und daher verbesserter Verarbeitbarkeit ist ein Produkt aus der Therban® AT-Serie, beispielweise Therban® AT A 3404, Therban® AT A 4304 oder Therban® AT A 5004 VP.Such hydrogenated nitiril rubbers are commercially available. Examples of hydrogenated nitrile rubbers are fully and partially hydrogenated nitrile rubbers with acrylonitrile contents in the range of ≥ 20 to 50 wt .-% (Therban ® range from Lanxess GmbH Germany and Zetpol ® range from Nippon Zeon Corporation). Examples of hydrogenated butadiene / acrylonitrile / acrylate polymers is the Therban ® LT range from Lanxess Germany GmbH, for example Therban ® LT 2157 and Therban ® VP KA 8882. An example of carboxylated hydrogenated nitrile rubbers is the Therban ® XT range from Lanxess Germany GmbH. Examples of hydrogenated nitrile rubbers with low Mooney viscosities and, therefore, improved processability is a product of the Therban ® AT series, for example Therban ® AT A 3404, Therban ® AT A 4304 or Therban ® AT A 5004 VP.
Ethylen-Vinylacetat-Copolymere (EVM):Ethylene Vinyl Acetate Copolymers (EVM):
Als erfindungsgemäße Kautschuke kommen ferner Copolymere auf der Basis von Ethylen und Vinylacetat als Monomere in Frage. Üblicherweise kann der Ethylengehalt im Bereich von ≥ 5 bis 70 Gew.-% liegen, der Vinylacetat-Anteil im Bereich von 30 bis ≤ 95 Gew.-%.When Rubbers according to the invention also include copolymers on the basis of ethylene and vinyl acetate as monomers in question. Usually the ethylene content may be in the range of ≥ 5 to 70% by weight the vinyl acetate content ranges from 30 to ≤95 Wt .-%.
Ethylen-Vinylacetat-Copolymere, die im erfindungsgemäßen Sinn verwendet werden können, sind käuflich erhältlich, z. B. als Produkte aus der Produktreihe der Marken Levapren® und Levamelt® von der Lanxess Deutschland GmbH, oder aber auch nach dem Fachmann geläufigen Methoden herstellbar.Ethylene-vinyl acetate copolymers which can be used in the sense of the invention are commercially available, for. B. as products from the product range of the brands Levapren ® and Levamelt ® by Lanxess Germany GmbH, or even by the skilled person familiar methods.
EPDM Kautschuke:EPDM rubbers:
Hierbei handelt es sich um Polymere, die durch Terpolymerisation von Ethylen und größeren Anteilen Propylen sowie einigen Gew.-% eines dritten Monomeren mit Dien-Struktur hergestellt werden. Das Dien-Monomer stellt dabei die für eine sich gegebenenfalls anschließende Vulkanisation benötigten Doppelbindungen bereit. Als Dien-Monomere finden vorwiegend cis,cis-1,5-Cyclooctadien (COD), exo-Dicyclopentadien (DCP), endo-Dicyclopentadien (EDCP), 1,4-Hexadien (HX) und auch 5-Ethyliden-2-norbornen (ENB) Verwendung.in this connection these are polymers obtained by terpolymerization of ethylene and larger proportions of propylene and a few% by weight of a third monomer having a diene structure. The Dien monomer represents the one for itself if necessary subsequent vulcanization required double bonds. As diene monomers find predominantly cis, cis-1,5-cyclooctadiene (COD), exo-dicyclopentadiene (DCP), endo-dicyclopentadiene (EDCP), 1,4-hexadiene (HX) and also 5-ethylidene-2-norbornene (ENB) use.
EPDM Kautschuke, die im erfindungsgemäßen Sinn verwendet werden können, sind käuflich erhältlich, z. B. als Produkte aus der Produktreihe der Marke Buna EPG® und Buna EPT® von der Lanxess Deutschland GmbH, oder aber auch nach dem Fachmann geläufigen Methoden herstellbar.EPDM rubbers which can be used in the sense of the invention are commercially available, for. B. as products from the product range of the brand Buna EPG ® and Buna EPT ® of the Lanxess Germany GmbH, or else according to methods familiar to the expert produced.
AEM:AEM:
Die erfindungsgemäßen Kautschuke umfassen ebenfalls AEM Kautschuke. Hierbei handelt es sich um Ethylen-Acrylat Kautschuke mit gegebenenfalls weiteren Termonomeren.The Rubbers of the invention also include AEM rubbers. These are ethylene-acrylate rubbers with optionally further termonomers.
AEM Kautschuke, die im erfindungsgemäßen Sinn verwendet werden können, sind käuflich erhältlich, z. B. als Produkte aus der Produktreihe der Marke Vamac® von DuPontTM oder aber auch nach dem Fachmann geläufigen Methoden herstellbar.AEM rubbers which can be used in the sense of the invention are commercially available, for. B. as products from the product range of the brand Vamac ® of DuPont TM or even by the skilled person familiar methods.
ACM:ACM:
Hierbei handelt es sich um Polyacrylate, d. h. ein Copolymer bzw. Terpolymer aus Ethylacrylat und anderen Acrylaten mit einem gewissen Anteil eines Monomers, welches die Vulkanisation ermöglicht. ACM wird mittels radikalisch initierter Emulsionspolymerisation hergestellt.in this connection these are polyacrylates, d. H. a copolymer or terpolymer of ethyl acrylate and other acrylates with a certain proportion a monomer that allows vulcanization. ACM is prepared by means of free-radically initiated emulsion polymerization.
ACM Kautschuke, die im erfindungsgemäßen Sinn verwendet werden können, sind käuflich erhältlich, z. B. als Produkte aus der Produktreihe der Marke Hytemp® und Nipol AR® von Zeon Chemicals L. P. oder aber auch nach dem Fachmann geläufigen Methoden herstellbar.ACM rubbers which may be used in the spirit of the present invention are commercially available, e.g. B. as products from the product range of the brand Hytemp ® and Nipol AR ® of Zeon Chemicals LP or in accordance with methods familiar to the expert.
Bei der erfindungsgemäßen Verwendung von natürlichen inaktiven Füllstoffen können neben einem oder mehreren der vorgenannten Kautschuke in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zusätzlich zu den genannten inaktiven und ggf. aktiven Füllstoffen auch noch die für die jeweiligen Kautschuksorten üblichen Additive bzw. Zuschlagstoffe eingesetzt werden.at the use of natural according to the invention inactive fillers may be in addition to one or a plurality of the aforementioned rubbers in a preferred embodiment the invention in addition to said inactive and possibly active fillers also for the rubbers usual additives or aggregates be used.
Diese können ggf. sein:
- – Metalloxide wie Zinkoxid, Magnesiumoxid oder Calciumoxid
- – Fettsäuren, wie zum Beispiel Stearinsäure und deren Zinksalze.
- – Alterungsschutzmittel
- – Weichmacher
- – Schwefel und Beschleuniger
- – Peroxide und Peroxidaktivatoren
- – Andere Vernetzungsmittel wie Bisphenole, Diamine, Thioharnstoffe und Thiazole, wie sie bei den entsprechenden Verfahren zur Vernetzung von Spezailkautschuken typischerweise Verwendung finden.
- - Metal oxides such as zinc oxide, magnesium oxide or calcium oxide
- - fatty acids, such as stearic acid and its zinc salts.
- - Anti-aging agent
- - Plasticizer
- - Sulfur and accelerator
- - peroxides and peroxide activators
- Other crosslinking agents, such as bisphenols, diamines, thioureas and thiazoles, as typically used in the corresponding processes for crosslinking specialty rubbers.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Kautschuk ausgewählt aus der Gruppe enthaltend Nitrilkautschuk und/oder hydrierter Nitrilkautschuk mit ≥ 34 Gew.-% bis 50 Gew.-% Gehalt an α,β-ungesättigtem Nitril bezogen auf die Polymermasse. Bevorzugt ist der Gehalt an Gehalt an α,β-ungesättigtem Nitril bezogen auf die Polymermasse ≥ 39 Gew.-% bis 50 Gew.-%, besonders bevorzugt ≥ 33 Gew.-% bis 50 Gew.-%.According to a preferred embodiment of the present invention, the rubber is selected from the group consisting of nitrile rubber and / or hydrogenated nitrile rubber with ≥ 34 wt .-% to 50 wt .-% Content of α, β-unsaturated nitrile based on the polymer composition. Preferably, the content of content of α, β-unsaturated nitrile based on the polymer composition is ≥ 39 wt .-% to 50 wt .-%, particularly preferably ≥ 33 wt .-% to 50 wt .-%.
Die bei der erfindungsgemäßen Verwendung resultierenden Kautschukmischungen werden bevorzugt z. B. auf Mischwalzen oder im Innenmischer hergestellt und einem Formgebungs- und Vulkanisationsprozess unterworfen.The resulting in the use according to the invention Rubber mixtures are preferred z. B. on mixing rollers or produced in the internal mixer and subjected to a molding and vulcanization process.
Im wesentlichen maßgeblich für den Formgebungsprozess ist dabei meist der vorgesehene Verwendungszweck.in the essential for the molding process is usually the intended use.
Im wesentlichen maßgeblich für den Vulkanisationsprozess sind meist die verwendungsmäßig vorgegebenen Vulkanisateigenschaften wie Zug-Dehnungseigenschaften, leibende Verformung, Medienbeständigkeit, Beständigkeit gegen thermisch-oxidative Alterung und Eigenschaften bei tiefen Temperaturen.in the essential for the vulcanization process are usually the vulcanizate properties prescribed by use such as tensile elongation properties, fatigue deformation, media resistance, Resistance to thermal oxidative aging and properties at low temperatures.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich insbesondere auf die Verwendung der beschriebenen Füllstoffe in den beschriebenen Kautschuken zur Vermeidung der explosiven Dekompression bei superkritischem CO2.More particularly, the present invention relates to the use of the described fillers in the rubbers described to avoid explosive decompression of supercritical CO 2 .
Die beschriebenen Kautschuke werden bevorzugt für Dichtungsmaterialien eingesetzt. Bevorzugte Einsatzgebiete bzw. bevorzugte Vorrichtungen, bei denen die erfindungsgemäßen Materialien eingesetzt werden, sind ausgewählt aus der Gruppe
- – Kühlschränke,
- – Kompressoren,
- – Klimaanlagen (hier insbesondere bei O-Ringen oder anderen Dichtungen) und
- – Innenschichten von Druckschläuchen.
- - refrigerators,
- - compressors,
- - Air conditioning systems (in particular O-rings or other seals) and
- - Inner layers of pressure hoses.
Die vorgenannten sowie die beanspruchten und in den Ausführungsbeispielen beschriebenen erfindungsgemäß zu verwendenden Bauteile unterliegen in ihrer Größe, Formgestaltung, Materialauswahl und technischen Konzeption keinen besonderen Ausnahmebedingungen, so dass die in dem Anwendungsgebiet bekannten Auswahlkriterien uneingeschränkt Anwendung finden können.The the aforementioned and the claimed and in the embodiments described to be used according to the invention Components are subject in size, shape design, Material selection and technical conception no special exceptions, so that the selection criteria known in the field of application unrestricted Application can be found.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnungen, in denen – beispielhaft – mehrere Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Kautschuks dargestellt sind. In den Zeichnungen zeigt:Further Details, features and advantages of the subject matter of the invention emerge from the dependent claims and from the following Description of the accompanying drawings, in which - by way of example - several Embodiments of the invention Rubber are shown. In the drawings shows:
BeispieleExamples
Die erfindungsgemäße Verwendung wurde anhand zweier erfindungsgemäßer Beispiele sowie eines Vergleichsbeispiels untersucht.The Use according to the invention was based on two Inventive examples and a comparative example examined.
Die
Beständigkeit der geprüften Vulkanisate gegen
explosive Dekompression wurde dabei in allen Fällen wie
folgt ermittelt:
Normprüfkörper S2, wie sie
für die Zugprüfung nach
Standard test specimen S2, as used for the tensile test
Abweichend von der gewöhnlichen Stärke von 2 mm wurden für den Versuch 4 mm starke Probekörper ausgewählt, da so die Auswirkungen der explosiven Dekompression besser erfasst werden können. Sie wurden sodann in Autoklaven geeigneter Größe so eingebracht, dass sie allseitig vom Prüfmedium umspült werden könnten.deviant of the usual thickness of 2 mm were used for the test 4 mm thick test specimens selected, because it better captures the effects of explosive decompression can be. They were then more suitable in autoclaves Size inserted so that they are all sides of the test medium could be washed around.
Sodann wurde der Autoklav verschlossen und mit Kohlendioxid beaufschlagt, wobei die Menge so gewählt wurde, dass der Autoklav bei den herrschenden Prüfbedingungen vollständig gefüllt war.thereupon the autoclave was closed and charged with carbon dioxide, the amount was chosen so that the autoclave at completely filled according to the prevailing test conditions was.
Nach der Lagerungszeit wurde der Autoklav sofort und schnellstmöglich entspannt. Die Prüfkörper werden entnommen und 10 min nach Entspannung untersucht.To the storage time, the autoclave was immediately and as quickly as possible relaxed. The test specimens are removed and 10 min after relaxation.
An den Prüfkörpern wird das Ausmaß der Zerstörung durch Blasen oder Risse optisch ermittelt und qualitativ auf einer Skala von 1–6 bewertet.At The specimens will be the extent of destruction visually determined by bubbles or cracks and qualitatively on one Scale rated from 1-6.
Dabei
werden die Kategorien
„keine Blasen” (1)
„einzelne
kleine Blasen” (2)
„deutliche Blasen bzw.
Risse” (3)
„sehr viele Blasen bzw. Risse” (4–6)
zugrunde
gelegt.Here are the categories
"No bubbles" (1)
"Single little bubbles" (2)
"Distinct bubbles or cracks" (3)
"Many bubbles or cracks" (4-6)
based on.
BEISPIEL IEXAMPLE I
Es
wurde eine Kautschukmischung anhand folgender Formulierung hergestellt:
Insgesamt ergab sich ein 39,5%iger Gewichtsanteil des HNBR Basispolymers in der Kautschukmischung und ein 41,5%iger Gewichtsanteil an Kieselgur.All in all resulted in a 39.5% by weight of the HNBR base polymer in the rubber mixture and a 41.5% by weight of diatomaceous earth.
Aus
dieser Kautschukmischung hergestellte Vulkanisate zeigten folgende
Eigenschaften:
Härte = 85 Shore A
Härte
= 35 Shore D
Festigkeit = 11 MPa
Bruchdehnung = 300%
Spannungswert
bei 50% Dehnung = 5,3 MPaVulcanizates made from this rubber mixture had the following properties:
Hardness = 85 Shore A
Hardness = 35 Shore D
Strength = 11 MPa
Elongation at break = 300%
Stress value at 50% elongation = 5.3 MPa
Beispiel IIExample II
Eine weitere Kautschukmischung wurde anhand der obigen Formulierung hergestellt, jedoch unter Einsatz eines HNBR-Basispolymers mit einem Anteil von 50% Acrylnitril (Therban® AT A 5005 VP, Lanxess Deutschland GmbH) Another rubber composition was prepared from the above formulation but using an HNBR-based polymer with a proportion of 50% of acrylonitrile (Therban ® AT A 5005 VP, Germany Lanxess GmbH)
Beispiel IIIExample III
Außerdem wurden Vulkanisate auf Basis des in der nachfolgenden Tabelle genannten s Acrylnitrilcopolymers (NBR) in analoger Weise hergestellt und geprüft.Furthermore were vulcanizates based on that mentioned in the table below s Acrylnitrilcopolymers (NBR) prepared in an analogous manner and checked.
Die
Zusammensetzung dieser Kautschukmischung ist wie folgt zu beschreiben.
Aus
dieser Kautschukmischung hergestellte Vulkanisate zeigen folgende
Eigenschaften:
Härte = 84 Shore A
Härte
= 32 Shore D
Festigkeit = 9 MPa
Bruchdehnung = 350%
Spannungswert
bei 50% Dehnung = 4,5 MPa Vulcanizates made from this rubber mixture have the following properties:
Hardness = 84 Shore A
Hardness = 32 Shore D
Strength = 9 MPa
Elongation at break = 350%
Stress value at 50% elongation = 4.5 MPa
Vergleichsbeispiel:Comparative Example:
Ein
Kautschuk (Vergleichsbeispiel) wurde ohne Kieselgur anhand folgender
Formulierung hergestellt:
Die Kautschuke wurden nun anhand folgender Prozedur auf ihre Widerstandsfähigkeit gegen explosive Dekompression untersucht:The Rubbers were now tested for resistance using the following procedure investigated for explosive decompression:
Man sieht, dass bei erfindungsgemäßer Verwendung eines natürlichen inaktiven Füllstoffes in Kautschuken in beiden Fällen eine stark erhöhte Widerstandsfähigkeit gegen explosive Dekompression gegeben ist.you sees that when using a natural inactive filler in rubbers in both cases a greatly increased resistance is given against explosive decompression.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
- - Jochen Schnetger, Lexikon der Kautschuktechnik, 2. überarbeitete und erweiterte Auflage, 1991 ISBN 3-77854-1893-3, S. 713 [0006] - Jochen Schnetger, Encyclopedia of Rubber Technology, 2nd revised and expanded edition, 1991 ISBN 3-77854-1893-3, p. 713 [0006]
- - DIN 54504 [0051] - DIN 54504 [0051]
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