DE2010708B2 - Verwendung von alkylenpolyaminen als stabilisatoren in einer hocharomatischen, gekuppelte loesungspolymerisate enthaltenden oelgrundmischung - Google Patents

Verwendung von alkylenpolyaminen als stabilisatoren in einer hocharomatischen, gekuppelte loesungspolymerisate enthaltenden oelgrundmischung

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DE2010708B2
DE2010708B2 DE19702010708 DE2010708A DE2010708B2 DE 2010708 B2 DE2010708 B2 DE 2010708B2 DE 19702010708 DE19702010708 DE 19702010708 DE 2010708 A DE2010708 A DE 2010708A DE 2010708 B2 DE2010708 B2 DE 2010708B2
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Description

worin R eine Alkylen-, eine Cycloalkylen- oder eine Alkylcycloalkylengruppe oder eine Cycloalkylalkylengruppe bedeutet, die 3 bis 20 Kohlenstoffatome enthält, und worin jc eine ganze Zahl von 0 bis 6 ist, in einer Menge von 0,05 bis 1,0 Gewichtsteilen pro 100 Gewichtsteile Polymerisat, als Zusatzstoff in einer Grundmischung aus hocharomatischem öl und einem gekuppelten, in Lösung polymerisieren Polymerisat zum Zwecke der Stabilisierung der Mooney-Viskosität dieser Grundmischung.
2. Verwendung eines Alkylenpolyamins gemäß Anspruch 1 in einer Menge von 0,1 bis 0,75 Gewichtsteilen pro 100 Gewichtsteile des Polymcrisats.
30
Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit einer Methode /ur Stabilisierung der Mooney-Viskosität von hocharoniatischen, mit öl gestreckten Grundmischungen von gekuppelten, in Lösung polymerisierten Polymerisaten.
In den vergangenen Jahren wurden verbesserte kautschukartige Polymerisate durch ein bekanntes Lösungspolymerisationsverfahren hergestellt. Bei diesem Verfahren wurden viele Arten von organometallischen Polymerisations-Initiatoren verwendet. Es ist ebenfalls bekann , daß gewisse dieser in Lösung polymerisierten Polymerisate, wie sie beispielsweise durch einige konjugierte Diene hergestellt werden, und die Mischpolymerisate aus konjugierten Dienen und verschiedenen anderen Verbindungen, wie vinylsubstituierten aromatischen Verbindungen, eine Tendenz zum Kaltfluß aufweisen, während sie in nichtvulkanisiertem oder ungehärtetem Zustand vorliegen.
Es ist auch bekannt, daß zur Beseitigung des Kaltflusses die Möglichkeit besteht, die Moleküle des Polymerisats zu vernetzten, wie dies durch übliche Härtungsmittel geschieht. Diese Möglichkeit kann man jedoch in solchen Fällen nicht anwenden, in denen die Polymerisate später in Kneteinrichtungen weiterverarbeitet werden. Die Bildung von relativ großen Mengen von Gel als Ergebnis dieser Vernetzung erschwert das Zumischen dieser Polymerisate zu anderen Materialien bei der Fabrikation. Es stellte sich deshalb die Aufgabe, eine Methode zu finden, die der Tendenz dieser Polymerisate zum Kaltfließen entgegenwirkt, ohne daß die Schwierigkeit der Verarbeitung in üblichen Kneteinrichtungen zunimmt.
Verschiedene Kupplungsmittel, d.h. Kurzbeendigungsbehandlungsagenzien, lieferten ein verbessertes Polymerisat, das leicht zu verarbeiten ist, das jedoch eine sehr geringe Tendenz zum Kaltfluß in dem nicht gehärteten Zustand aufweist, wie oben angegeben. In den USA.-Patentschriften 3 281383 und 3 393 182 werden Beispiele dieser Behandiungsagenzien angegeben, die man verwendet, um die Tendenz dieser Polymerisate zum Kaltfluß zu vermindern.
Es wurde jedoch gefunden, daß, obgleich diese Behandlungsagenzien sich fiir die Lösung des KaItflußproblemes als erfolgreich erwiesen haben, unerwünschte Abnahmen in der Mooney-Viskosität beobachtet wurden, wenn diese Polymerisate mit hocharomatischen ölen gestreckt wurden, um ÖJ-Polymerisatgrundmischungen, wie sie im Handel gewünscht werden, herzustellen.
Diese hocharomatischen ölgrundmischungen tendieren zu einer geringeren Hochtemperatur-Wärmestabilität. Ihre Lagerungsfähigkeit führt zu manchen Problemen.
Fs ist ebenfalls in Fabrikanlagen manchmal erforderlich, Grundmischungen aus Polymerisatteilchei: unter Rühren bei hohen Temperaturen in einem Aufschiamniungslank für längere Zeit, ei h dann wenn beispielsweise Probleme in der Trockenzone auftreten, aufzubewahren. Dies führt zu einer schädlicher. Abnahme der Mooney-Viskositat ebenso wie dl·.· Lagerung während längerer Zeit. Die Bedeutung der Stabilisation von ölgrundmischungen von Polymer: säten tritt dann besonders stark auf, wenn d:, Grundmischung technisch hergestellt wurde, um besondere Spezifizierungen und Mooney-Viskosiiiitserfordernisse des Verbrauchers zu erfüllen.
Es wurde nun eine Methode entwickelt, die Mooney-Viskosität von hocharomatischen ölgrundmischungen von in Lösung polymerisierten Polymerisaten zu stabilisieren, die mit einem Kupplungiagens behandelt worden waren, wie es in den USA.-Patentschriften 3 393 182 und 3 281 383 beschrieben ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine stabilisierte, hocharomatische ölgrundmischung eines gekuppelten, in Lösung polymerisierten Polymerisats gewonnen, indem man ein Alkylcnpolyamin dem lösungspolymerisierten Polymerisat zu einem beliebigen Zeitpunkt beimischt, nachdem die Polymerisationsreaktion durch ein Kupplungsmittel, wie es zuvor erwähnt wurde, kurz beendigt wurde, und bevor die ölgrundmischung dampfdeslilliert beigefügt wurde. Die Zugabe eines Alkylenpolyamins bewirkt die Aufrechlerhaltung der Beständigkeit der Mooney-Viskosität der ölgrundmischung bei den gewünschten Einstellungen.
Die Alkylenpolyamin-Stabilisatoren für hocharomatische ölgrundmischungen für in Lösung polymerisierte, gekuppelte Polymerisate können durch die folgende Formel dargestellt werden:
N — R
-NH2
worin R ein Alkylen-, eine Cycloalkylen-, eine Alkylcycloalkylen- oder eine Cycloalkylalkylengruppe mit 3 bis 20 Kohlenstoffatomen bedeutet und worin χ eine ganze Zahl von 0 bis 6 darstellt. Innerhalb dieser Gruppe von Verbindungen wird eine bevorzugte Gruppe durch die Formel
H2NCH2(CH2NHCH2IxCH2NH2
dargestellt, worin χ eine ganze Zahl von 1 bis 6 bedeutet. Es ist ebenfalls notwendig, daß diese Verbindung einen Siedepunkt bei Normalbedingungen besitzt, der höher als 93° C liegt. Beispiele Tür einige
dieser Verbindungen sind: 1,3-Diaminopropan, 1,4-Diaminocyclohexan, 1,10 - Diaminodecan, 1,20 - Diaminoeicosan, 1,8 - Diaminocyclododecan, 3-Äthyl-1,4-diaminocyclooctan, 4 - Cyclopentyl -1,8 - diaminooctan, Diäthylentriamin, Triäthylentetramin, Tetraäthylenpentamin, Pentaäthylenhexamin, Hexaäthylenheptamin u. ä.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein weiter Bereich von Verbindungen als Monomere bei dem Lösungspolymerisationsverfahren verwendet werden. Grob gesehen sind das im allgemeinen konjugierte Diene und spezifische, konjugierte Diene, die 4 bis 12 Kohlenstoflatome im Molekül enthalten, vorzugsweise solche, die 4 bis 8 Kohlenstoffatome im Molekül enthalten. Beispiele für diese Monomeren sind: 1,3-Butadien, Isopren. Piperylen, 2,3-Dimethyl-1,3-butadien, 1.3-Ociadien. 4,5-Diäthyl-l,3-octadien und ähnliche. Diese konjugierten Diene können unter Bildung um Ilomopolymcrisaten polymerisiert werden, oder sie können miteinander mischpolymerisiert werden. Konjugierte Diene können ebenfalls mit Monomeren mischpolymerisiert werden, die eine oder mehr Vinylgruppen enthalten, wie Styrol und Alkylstyrole. beispielsweise 3-Methvlstyrol, 3,5-Diüihylstyrol. 4 - η - Propylstyrol, 2.4,6 - Trimethylstyrol, 3 - Methyl - 5 - η - hexylsty rol. 2,3,4,5 -Tctramethylstyrol, 4-Dodecylstyrol. 4-Cyclohexylslyrol. 4- Phenylstyrol. 4-p-Tolylslyrol u a
Die konjugierten Diene können mit anderen Monomeren, die Monovinylgruppen enthalten, mischpolymeriMcrt werden, wie 1-Vinylnaphthalin. 2-Vinylnaphthalin. 1 - Methyl - 1 - vinylnaphthalin, 3 - Äthyl-2-vinylnaphthalin, 4,5-Dimethyl-1 -vinylnaphlhalin. 4,5-Diäthyl-2-vinylnaphlhalin, 6-Isopropyl-1 -\inylnaphihalin, 2.4 - Diisopropyl - 1 - \ inylnaphthalin, 4-n-Propyl-5-n-butyl-2-vinylnaphthalin u.a. Wenn Mischpolymerisate aus konjugierten Dienen und monovinylaromatischen Verbindungen gebildet werden, ist es bevorzugt, einen größeren Anteil der konjugierten Diene und einen geringeren Anteil der Vinylgruppen enthaltenden aromatischen Verbindungen in dem Polyrnerisationssystem zu haben.
Organoalkalimetall verbindungen, einschließlich Mono- und Polyalkalimctallverbindungen. wie sie in der USA.-Patentschrift 3 393 182 verwendet werden, können gemäß der Erfindung als Polymerisationsinitiatoren eingesetzt werden. Multifunktionelle Polymerisations-Initiatoren können ebenfalls verwendet werden. Die Organolithium-Initialorcn sind bevorzugt.
Wie zuvor angegeben, wird das ausgeführte Polymerisationsverfahren durch Behandlungsmittel, wie sie in den USA.-Patentschriften 3 393 182 und 3 281 383 beschrieben sind, abgestoppt. Gemäß der USA.-Patentschrift 3 393 182 wird vorzugsweise SnCl4 und gemäß der USA.-Patentschrift 3 281383 wird SiCl4 als Kupplungsmittel verwendet.
Die gekuppelten, in Lösung hergestellten Polymerisate, die genriß der angegebenen Literaturstellen abgestoppt wurden, werden gemäß der vorliegenden Erfindung behandelt.
Die ölarten, die zur Bildung der Olgrundmischung verwendet werden, werden als hocharomatische öle klassifiziert und als »Typ 101« bei der ASTM-Klassifizierung (ASTM D-2226) bezeichnet. In der Beschreibung und in den Ansprüchen werden sie ebenfalls als »hocharomatische öle« bezeichnet.
Im allgemeinen wird das öl in Konzentrationen von 10 bis 50 Gewichtsteilen pro 100 Gewichtsteile Kautschuk verwendet.
Erfindungsgemäß wird das AlkylenpolyamJn jederzeit nach der Abstoppung, d. h. nachdem das Kupplungsmittel zugefügt wurde, beigemischt, aber bevor die ölgruridmischung mit Dampf destilliert wird oder auf andere Weise behandelt wird, um das Polymerisat zu isolieren. Es kann ein hocharomatisches öl zugefügt werden, bevor das öl oder nachdem das
ίο öl mit der gekuppelten Polymerisatlösung vermischt wird. Die bevorzugte Reihenfolge der Herstellung ist die Zugabe des Abstoppmittels, gefolgt von dem Alkylenpolyamin-Stabilisator und dann von dem öl, gefolgt von einer Dampfdestillation und Extrudertrocknen. Die Menge an Alkylenpolyamin, die erfindungsgemäß verwendet wird, beträgt etwa 0,05 bis 1.0 Gewichtsteile pro 100 Gewichtsteile des Polymerisats. Der bevorzugte Bereich liegt von 0.1 bis 0,75 Gewichtsteilen pro 100 Gewichtsteilen des PoIynierisats.
Die folgenden Beispiele dienen der Erläuterung der Erfindung.
Beispiel 1
Polymerisat proben wurden hergestellt, indem man n-Butyllithium oder mullifunktionelle Polymerisa-.10 tions-lnitiatoren verwendete und entweder SnCl4 oder SiCl4 als das Abstopp-Kupplungsmittel einsetzte gemäß folgender Formulierung:
Rezeptur
Teile
Cyclohexan 800
Butadien 100
n-Butyllilhium oder variabel
multifunktioneller Initiator
(Divinylbenzol)-lithium
Molverh. 0,35/1 variabel
Abstoppen:
SnCl4 oder variabel
SiCl4 variabel
Telramethylenpentamin (TEPA)
(wenn gebraucht) variabel
Zuerst wurde Cyclohexan eingefüllt, dann wurde der Reaktor mit Stickstoff gespült und Butadien zugegeben, gefolgt von dem n-Butyllithium oder multifunktionellem Initiator. Die Polymerisation wurde bei 54 C iniliiert, und die maximale Temperatur betrug 93'C. Quantitative Umwandlungen wurden in 30 bis 40 Minuten erhalten. Das Abstopp- oder Kurzbcendigungsmittel wurde bei hohen Temperaturen zugegeben, und die Mischung wurde 10 Minuten lang gekühlt, nachdem das Abstoppmittel zugefügt worden war. Das Alkylenpolyamin wurde zugefügt, gefolgt von 37.5 phr (parts hundred rubber) Philrich-5-Ö1. die Reaktionsmischung wurde dampfdestillierl und extrudergetrocknet. PhiIrich-5-öl ist ein viskoses,
<>5 dunkel gefärbtes, hocharomatisches Beiztyp-Öl, das als »Typ 101« unter der laufenden ASTM D-2226-63 T klassifiziert wurde. Es besitzt die folgenden Eigenschaften:
API, Gewicht
Spezifische Dichte bei 16° C
Flammpunkt COC, 0C
Brennpunkt COC, 0C
Fließpunkt, 0C
Viskosität, SUV bei 99° C
Anilinpunkt, 0C
Tongelanalysen, Gewichtsprozent
Asphaltverbindungen
Polare Verbindungen
Aromatische Verbindungen
Gesättigte Verbindungen
Typisch Min. Max. 18 20 Teslverlahren
11,2 10,0 13,5 43 es ASTM D 287-55
0,9916 0,9759 1,0000 60 ASTM D 1350-56
246 227 0,75 ASTM D 92-57
288 279 25 ASTM D 92-57
10 ASTM D 97-57
36 es ASTM D 88-56
49 38 ASTM D 611-55 T
0,0 ASTM D 2007-62 T
13,0 ASTM D 2007-62 T
72,0 55 ASTM D 2007-62 T
14.4 ASTM D 2007-62 T
Wurde ein multifunklioneller Initiator verwendet, so wurde er durch Umsetzung einer polyvinylaromatischen Verbindung in Gegenwart eines lösungsvermittelnden Monomeren, wie Butadien, mit einer Organolilhiumverbindung hergestellt, wobei man die folgende Rezeptur verwandte und in einem 76-1-Rcaktor arbeitete.
(iewichtsieile (m'1ol)
Butadien 100
Divinylbenzol (DVB) 9,1 (70)
Cyclohexan KKX)
n-Butyllithium 12,8 (200)
Die obigen Verbindungen wurden zur Herstellung des multifunktionellen Initiators in der folgenden Reihenfolge eingefüllt: Cyclohexan, DVB, Butadien und n-Butyllithium.
Feuchte Polymerisatteilchen der Grundmischung wurden unter Bewegung und bei <νΊ C längere Zeit bei dieser Temperatur gehalten. Proben wurden nach
0. 6 und 16 Stunden der Wärmebehandlung entfernt und auf einer Mühle getrocknet, dann wurden die Mooney-Viskositäten bestimmt.
Die Änderungen der Mooney-Viskosität während dieser Retention der feuchten Polymerisatteilchen bei hoher Temperatur sind in Tabelle I angegeben.
Das Beispiel und Ergebnis in Tabelle I zeigen die überraschende stabilisierende Wirkung von relativ geringen Mengen von Alkylenpolyamin auf die Mooney-Viskosität.
Tabelle I
Versuch
Nr
3")
4")
5")
6")
ΙΟ11)
Initiatoren"
NBI.
NBL
NBL
NBL
NBL
NBL
MI
MI
NBL
NBL
Initiator
(phm)
0,051
0,051
0,050
0,050
0,050
0,050
0,0728
0,0728
0,052
0,052
Abstoppinillel
SiCl4 SiCl4 SiCl4 SiCI4 SiCI4 SiCl4 SiCl4 SiCl4 SnCl4 SnCI4
Ahslopp (phm I
0,0115
0,115
0,021
0,021
0,021
0,021
0.0074
0,0074
0,0447
0,0447
TLI1A ) Gi unii- Mooncy-ML-4 53 16
mischung Dauerwärniebehandluni! hei X 50 44
{phrl 53 0 38 58
55 53 49 31
0,5 51 55 52 50
- 50 51 49 44
0,5 53 50 46 47
0,25 53 53 48 37
0,10 49 53 42 50
50 49 44 25
0,5 52 50 41
52 52
0,5 52
") NBL bedeutet n-Butyllithium, MI ist ein multifunktioncller Initiator (0,351I-Divinylbenzol/Lithium MolvcrhaUnis).
*) .1 = Abnahme des Mooney-Werts von 0 bis 16 Stunden.
r) phr = Gewichtsteile/Hundert von Kautschuk (Polymerisat).
J) lonol - 1,0 phm (2.6-di-tert.-Butyl-4-methylphenol)-Antio>sydans wurde zugefügt.
') Möoney-Viskosität nach dem Vermischen mit öl.
Beispiel 2
Ein Mischpolymerisat von Butadien/Styrol wurde gemäß der folgenden Rezeptur hergestellt:
Teile
Butadien 75
Styrol 25
Teile
Cyclohexan 800
Tetrahydrofuran 1,5
Multifunktioneller Initiator*) variabel
Abstoppmittel, SiCl4 variabel
lonol**) 1
*l Wie im Beispiel I.
**) Antioxydans (2.6-di-tert.-Butyl-4-methylphenol).
Zuerst wurde Cyclohexan in den Reaktor gefüllt, und dann wurde mit Stickstoff gespült. Das Butadien wurde dann zugegeben, gefolgt von dem Styrol und dem multifunktionellen Initiator. Die Polymerisation wurde bei 54° C initiiert, und die maximale Temperatur betrug 93°C. In 24 Minuten wurde 100% Umwandlung erreicht. Das Abstoppmittel wurde bei der höchsten Temperatur zugegeben; der Alkylenpolyamin-Stabilisator wurde dann zugefügt (wenn überhaupt), gefolgt von der Zugabe von 37,5 phr von Philrich 5 wie im Beispiel 1. Die Mischung wurde dampfdestilliert, wobei man die Grundmischungsteilchen erhielt, und die feuchten Grundmischungsteilchen wurden unter Bewegung bei 820C bis zu 16 Stunden, wie im Beispiel 1, erwärmt. Proben wurden entnommen und die Mooney-Viskositäten wie im Beispiel 1 gemessen.
Das vorhergehende Beispiel und die Tabellen zeigen die stabilisierende Wirkung der Alkylenpolyamin-Stabilisatoren auf die Mooney-Viskosität von ίο Mischpolymerisaten.
Tabelle II
Initiator Ahsmppmittel ΤΕΡΛ Grund- Moonev-N υ 6
Versuch mischung''! 65 60
(phm; (phm) (phr) 65 Warmebcha 61 59
Nr. 0,1315 0,043 61 60 54
1 0,1315 0,043 0,5 60 59 58
2 0,109 0.0313 .._ 59 64 60
3 0,109 0.0313 0.5 64 66 52
4 0.108 0.027 -- 66
5 0,108 0.027 0.5
6
i6 J η
53 -12
59 _ ~l
53 -7
62 3
43 -21
71 + 5
") J = Wechsel der Mooney-Vjskositäl innerhalb von 0 bis 16 Stunden. *) Mooney-Viskositäl nach der Zugabe von Dl.
Beispiel 3
453 s, Proben jeder Grundmischung aus Beispiel 1 wurden verpackt und bei Zimmertemperatur oder bei 71 ~C in einem Drucklufttrockner aufbewahrt. In wöchentlichen Intervallen wurden während 3 Wochen die Mooney-Viskositäten bestimmt. Die Ergebnisse sind in Tabelle III angegeben.
Tabelle III
Grund
mischung
TEPA
(phr)
/ersuch von
Beispiel 1
(Versuch
Nr.
Tabelle I)
0,5
1
2
1
7
3 7 0.5
4 8
5 0.5
6 4 0.1
7 6
Moonev-ML-4
53 55 49 50 51 50
iaumtemperaiur. Alterung Wochei 2 3 1 I
1 53 55 + 2
52 55 57 + 2
55 47 45 -4
47 49 49 -1
50 50 49 _2
51 51 51 + 1
ί 54 54 56 + 3
55
71 C. Allerune Wochen
45
55
40
49
48
59
56
2 47
51 53
55 41
44 52
50 33
39 -49
56 46
5S
-6
-8
+ 2
-IS
°) 1 = Wechsel in der Moonc)-Viskosität während 0 bis 3 Wochen
Beispiel 4
Proben des Stammansatzes, der aus Teilchen bestand, aus Beispiel 1. wurden auf ihre physikalischen Eigenschaften geprüft, indem sie nach den folgenden Rezepturen eingearbeitet wurden:
Teile
Grundmischung (verschiedene Versuche von Beispiel 1) 137,5
NBS0IHAF'1) Ruß 85
NBS. Zinkoxyd 3
Catalinharz Nr 8318Ί 5
Staybelite-Har/) 5
NBS. Stearinsäure 2
NOBS Nr. Π 1.2
NBS, Schwefel 2.5
°) National Bureau of Standards
Ί Furnace-RuB mit hoher Abriebsfestigkeit r| Ullösliches, thermoplastisches, mehl wärmereaklives phenolisches Hare *) Handelsbezeichnung, hydriertes Mar/
1 Eine Mischung von W%n-O\ydiäth>lenbenzothia7o1-2-sulfenamid und 10% BenzothiaTvldisulfid.
309515/443
Die obige, kompoundierte Mischung wurde gehärtet, und ihre physikalischen Eigenschaften wurden geprüft. Die Ergebnisse dieser verschiedenen Testverfahren sind in Tabelle IV angegeben. Die Ergebnisse zeigen, daß die Eigenschaften eines vulkanisierten Kautschuks, der erfindungsgemäß behandelt wurde, gleich oder verbessert sind, verglichen mit anderem Kautschuk, der nicht behandelt worden war.
Grund-
mischung
Versuch aus
Beispiel I
(Versuch Nr
Tabellen
Nr.
1 1
2 2
3 3
4 4
5 5
6 6
7 7
8 8
Ί ASTM D-412-62T.
11I ASTM D-623-62.
r) ASTM D-945-59.
") ASTM D-1706-61.
TEPA
[phrl
0,5
0,5
0,25
0,10
0,5
Tabelle IV
Häriungszeit. Min.
25 50
30 80
30 77
35 83
47 96
50,6 83
36 94
29 72
41 80
kg/crrr
1in.
Zugfestigkeit. 50 Minuten Härtungszeit T Rückprall.
kg.'Cm3 "I Dehnung. Γ CYl %' I
UH) 189 0Zn11I 44.3 57.8
94 190 560 42.5 58.2
89 188 550 47.0 57.3
95 188,5 530 45,2 60,1
108 190 480 46.5 58.2
105 179 530 47,0 58.2
100 188.5 495 46,0 56,3
96 183 590 44,9 58,2
99.5 530
Sliore-A-Häne11)
64.5
fo
66
64
62.5
65

Claims (1)

Patentansprüche:
1. Verwendung eines Alkylenpolyarains der allgemeinen Formel
H2N-
-R— In—r L—nh,
IO
DE19702010708 1969-03-07 1970-03-06 Verwendung von alkylenpolyaminen als stabilisatoren in einer hocharomatischen, gekuppelte loesungspolymerisate enthaltenden oelgrundmischung Pending DE2010708B2 (de)

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