Zastosowanie generowanych in situ kwasów Lewisa do sieciowania elastomerów

• Autorzy: Wolska B. , Rzymski W.M.

Warianty tytułu

EN

Use of in situ generated Lewis acids in crosslinking of elastomers

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Opisano nową, niekonwencjonalną metodę sieciowania kauczuku butadienowo-styrenowego (SBR) i epoksydowanego kauczuku naturalnego (ENR) w obecności kwasu Lewisa generowanego in situ, w reakcji prekursorów kwasu - chlorosulfonowanych polietylenów (CSM) różniących się zawartością chloru i ZnO. W przypadku mieszanin SBR/CSM/ZnO oznaczano moment wulkametryczny (M), pęcznienie równowagowe oraz zawartość frakcji ulegającej ekstrakcji w wybranych rozpuszczalnikach (butan-2-onie, toluenie i tetrahydrofuranie), zawartość związanego Cl w badanych mieszaninach, stałe elastyczności Mooney'a-Rivlina, a także wytrzymałość na rozciąganie. Zbadano wpływ rodzaju i ilości CSM oraz ZnO, a także stosunku SBR/CSM na szybkość i stopień sieciowania SBR. W celach porównawczych w mieszaninie SBR/CSM zastępowano ZnO przez MnO2, CuO, SnO, Fe2O3; dopuszczalne, aczkolwiek wyraźnie gorsze wyniki uzyskano jedynie w przypadku SnO i Fe2O3. Określono też wpływ zawartości ZnO na szybkość i stopień usieciowania mieszanin ENR/CSM. Do analizy przebiegu sieciowania SBR i ENR zastosowano metodę FT-IR, dynamiczną analizę termomechaniczną (DMTA) oraz SEM. Sieciowanie SBR jest wynikiem alkilowania jego pierścieni fenylowych polimerycznym halogenkiem (CSM) oraz autoalkilowania łańcuchami SBR zawierającymi mery 1,2- i 1,4-cis-butadienowe, katalizowanego przez ZnCl2 powstający in situ z ZnO i CSM. Analiza widm IR prowadzi do wniosku, że sieciowanie ENR jest wynikiem polimeryzacji grup oksiranowych, również inicjowanej przez powstający in situ ZnCl2.

EN

New unconventional method of crosslinking of styrene-butadiene rubber (SBR) and epoxidized natural rubber (ENR) was elaborated. To initiate the crosslinking process, Lewis acids generated in situ in reaction of acid precursors - chlorosulfonated polyethylene (CSM), differing in chlorine content (CSM - Table 1), and ZnO were used. The following properties of SBR/CSM/ZnO blends were determined: vulcametric moment (M), equilibrium swelling (Q(v)) as well as the content of a fraction soluble in chosen solvents [2-butanone - MEK (Q(v)(MEK)), toluene - TOL (Q(v)(TOL)), or tetrahydrofurane - THF (Q(v)(THF)], the content of chlorine bounded in the blends investigated (Table 6), Mooney- Rivlin elasticity constants (2C1N) as well as tensile strength (TS(b)) (Table 2-4, 7). The effects of the type and amount of CSM (Figs. 2,3) and ZnO (Fig.l) as well as SBR/CSM ratio on SBR curing rate and degree were investigated. For comparison, ZnO in SBR/CSM blend was substituted with another oxides: MnO2, CuO, SnO or Fe2O3 (Fig. 8, Table 7). Only in the cases of SnO or Fe2O3 acceptable while significantly worse results were obtained. Effect of ZnO content on ENR/CSM blend curing rate and degree has been also determined (Fig 9). Courses of SBR and ENR curing were analyzed using FTIR spectroscopy (Fig. 4 and 10, Table 5), dynamic thermomechanical analysis (DMTA - Fig. 6) and SEM (Fig. 7). SBR curing is a result of its phenyl rings' alkylation with polymeric halide (CSM) and autoalkylation with SBR chains containing 1,2- and 1,4-cis-butadiene monomer units, catalyzed with ZnCl2 formed in situ from ZnO and CSM. IR spectra analysis leads to the conclusion that ENR curing is a result of oxirane groups' polymerization also catalyzed with in situ formed ZnCl2.

Słowa kluczowe

PL

kauczuk butadienowo-styrenowy; epoksydowany kauczuk naturalny; polietylen chlorosulfonowany; tlenek cynku; sieciowanie niekonwencjonalne; kwasy Lewisa generowane in situ; chlorek cynku

EN

styrene-butadiene rubber; epoxidized natural rubber; chlorosulfonated polyethylene; zinc oxide; unconventional curing; Lewis acids generated in situ; zinc chloride

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Chemii Przemysłowej
• Czasopismo: Polimery
• Rocznik: 2004
• Tom: T. 49, nr 7-8
• Strony: 514--521
• Opis fizyczny: Bibliogr. 22 poz., tab., rys.

Twórcy

autor

Wolska B.

• Politechnika Łódzka, Instytut Polimerów, ul. Stefanowskiego 12/16, 90-924 Łódź

autor

Rzymski W.M.

• Politechnika Łódzka, Instytut Polimerów, ul. Stefanowskiego 12/16, 90-924 Łódź

Bibliografia

• 1. To B. H.: "Sulfur cure system" oraz "Cures for Specialty Elastomers", rozdz. 15. i 16. w.: "Rubber Technology. Compounding and Testing for Performance" (red. Cent J. S.), Hanser Publ., Monachium 2001.
• 2. Baldwin F. P., Buckley D. L Kuntz L, Robison S. B.: Rubber Plast. Age 1961, 42(5), 500.
• 3. Zakharov N. D., Poroshin C. V: Kauch. Rezina 1959, nr 12, 14.
• 4. Zakharov H. D., Kuznetsova V A.: Vysokomol. Sojed. 1968, AlO, 331.
• 5. Zaborski M., Ślusarski L.: Polimery 1994, 39, 308.
• 6. Rzymski W. M., Wolf M.: Materialy Jubileuszowego Zjazdu Naukowego PTChem. i SITPChem., Warszawa 1994, Komunikat S-9 P-3.
• 7. Rzymski W. M.: "Self-vulcanization and morphology of blends composed of nitrile rubber and chlorinated rubber resin", Proc. 7th Intern. Symp. "New trend s in rubber industry", Zlin 1998, str. 51-57.
• 8. Polskie zgłosz. pat. P-331111 (1999).
• 9. Rzymski W. M., Wolska B.: Polimery 2003, 48, 520.
• 10. Czub P.: "Utwardzacze do żywic epoksydowych", rozdz. 6. w: Czub P., Bończa-Tomaszewski Z., Penczek P., Pielichowski J.: "Chemia i technologia żywic epoksydowych", WNT, Warszawa 2002, wyd. IV, str. 530.
• 11. March J.: "Advanced Organic Chemistry. Reaction, Mechanisms, and Structure", J. Wiley & Sons, Inc., wydanie 4., Nowy Jork 1992, str. 534-539.
• 12. Olah C. A.: "Friedel-Crafts Chemistry", J. Wiley & Sons, Inc., Nowy Jork 1973, str. 393-398.
• 13. Maynard J. T., Johnson P. R.: Rubber Chem. Technol. 1963,36,882, 963.
• 14. Rzymski W. M., Wolska B.: Polimery 2003, 48, 246.
• 15. Tripathy A. R., Chosh M. K., Das C. K.: Kautsch. Gummi Kunslst. 1992,45,626.
• 16. von Dechant J.: "Ultrarotspektroskopische Untersuchungen an Polymeren", Akademie-Verlag, Berlin 1972.
• 17. Zieliński W., Rajca A.: "Metody spektroskopowe i ich zastosowanie w analizie związków organicznych", WNT, Warszawa 1985.
• 18. Dogadkin B. A.: "Chemia elastomerów", WNT, Warszawa 1972, str. 142-151.
• 19. Praca zbiorowa: "Poradnik fizykochemiczny", WNT, Warszawa 1974.
• 20. Roychoudhury A., De P. P., Dutta N. K., Roychoudhury N., Haidar B., Vidal A.: Rubber Chem. Technol. 1993,66,230.
• 21. Polskie zgłusz. pat. P-359 278 (2003).
• 22. Polskie zgłosz. pat. P-359 279 (2003).