PL177267B1

PL177267B1 - Sposób ulepszania charakterystyki tłumienia kompozycji elastomerowej

Info

Publication number: PL177267B1
Application number: PL94314189A
Authority: PL
Inventors: James R. Halladay
Original assignee: Lord Corp
Priority date: 1993-11-04
Filing date: 1994-10-24
Publication date: 1999-10-29
Also published as: EP0726923B1; ZA948668B; PL314189A1; JP2884016B2; EP0726923A1; DE69417913D1; RU2127745C1; JPH09504570A; US5488081A; BR9407993A; DE69417913T2; WO1995012635A1; EP0726923A4

Abstract

1. Sposób ulepszania charakterystyki tlumienia kompozycji elastomerowej, w zakresie temperatur od -55°C do 125°C, zawierajacej wulkanizowalny na goraco elastomer, wybrany z grupy skladajacej sie z nastepujacych elastomerów: kauczuk naturalny, poliizopren, poli- butadien, poli(styren/butadien), polichloropren, kauczuk z kopolimeru akrylonitryl/butadien, kauczuk z kopolimeru etylen/propylen (EPM), kauczuk z kopolimeru etylen/propylen/dien (EPDM) i ich mieszaniny, znamienny tym, ze laczy sie wulkanizowalny na goraco elasto- mer z poliorganosiloksanem, poliorganosiloseskwioksanem i kompatybilizatorem. PL PL PL

Description

Przedmiotem niniejszego wynalazku jest sposób ulepszania charakterystyki tłumienia kompozycji elastomerowej. W szczególności, przedmiotem niniejszego wynalazku jest zastosowanie mieszaniny pewnych związków krzemoorganicznych w kombinacji z elastomerem organicznym do wytwarzania kompozycji, która wykazuje doskonałe właściwości tłumiące drgań w szerokim zakresie temperatur, od -55°C do 125°C.

Różne kompozycje elastomerowe i kauczukowe są stosowane do różnych zastosowań przemysłowych i urządzeń mechanicznych. W związku z tym opracowano wiele kompozycji

177 267 elastomerowych w celu dopasowania ich właściwości do konkretnych zastosowań. Jednym z przemysłowych zastosowań kompozycji elastomerowych, które spowodowało opracowanie licznych kompozycji jest wykorzystywanie kompozycji elastomerowych lub kauczukowych do tłumienia drgań i hałasu, wytwarzanych przez różne urządzenia.

Kompozycję kauczukową do tłumienia drgań ujawniono np. w patencie US 4 678 828 i podano, że zawiera ona syntetyczny polimer kauczukowy, subtelnie rozdrobniony proszek krzemionkowy i diorganopolisiloksan z końcowymi grupami hydroksylowymi.

Inne modyfikowane kompozycje elastomerowe ujawniono np. w opisie patentowym US 2 891 923, który opisuje wprowadzanie odpornych termicznie olejów silikonowych do różnych kompozycji kauczukowych. Opis patentowy US 3 355 399 ujawnia wzmacnianie silosekwioksanami organicznego lateksu polimerowego. Patent US 5 039 725 opisuje kompozycję kauczukową zawierającą kauczuk EPM lub EPDM, organopolisiloksan, subtelnie rozdrobniony napełniacz krzemionkowy i glikol polioksyetylenowy.

Stwierdzono, że wiele z opracowanych uprzednio, modyfikowanych kompozycji elastomerowych, takich jak opisane powyżej, nie jest przydatnych do nadawania właściwości tłumienia drgań lub hałasu w szerokim zakresie temperatury. Chociaż pewne z opracowanych uprzednio kompozycji mogą nadawać odpowiednie właściwości tłumienia w umiarkowanej temperaturze, to wiele z tych kompozycji staje się zbyt sztywnymi w zakresie niskiej temperatury i/lub staje się zbyt miękkimi w zakresie wysokiej temperatury, aby zapewnić stałe tłumienie w szerokim zakresie temperatury. Dlatego istnieje potrzeba opracowania sposobu ulepszania charakterystyki tłumienia elastomeru organicznego, zapewniającego właściwości tłumienia w szerokim zakresie temperatury.

Przedmiotem niniejszego wynalazku jest sposób ulepszania charakterystyki tłumienia kompozycji elastomerowej w zakresie temperatur od -55°C do 125°C zawierającej wulkanizowalny na gorąco elastomer, wybrany z grupy składającej się z następujących elastomerów: kauczuk naturalny, poliizopren, polibutadien, poli(styren/butadien), polichloropren, kauczuk z kopolimeru akrylonitryl/butadien, kauczuk z kopolimeru etylen/propylen (EPM), kauczuk z kopolimeru etylen/propylen/dien (EPDM) i ich mieszaniny. Sposób według wynalazku polega na tym, że wulkanizowalny na gorąco elastomer łączy się z poliorganosiloksanem, poliorganosiloseskwioksanem i kompatybilizatorem. .

Stwierdzono, że po wulkanizacji elastomer i oba związki krzemoorganiczne nadają synergetycznie doskonałe właściwości tłumienia w szerokim zakresie temperatury.

Wulkanizowalnym na gorąco elastomerem organicznym jest zwykle kauczuk naturalny lub syntetyczny elastomer, który jest zbliżony chemicznie do kauczuku naturalnego i ma wiele właściwości kauczuku naturalnego. Elastomery syntetyczne użyteczne jako wulkanizowalny na gorąco elastomer organiczny wytwarza się zwykle z organicznych monomerów, zawierających sprzężone wiązania podwójne lub potrójne w taki sposób, że otrzymany elastomer organiczny zawiera miejsca nienasycenia, dostępne do sieciowania lub wulkanizacji.

Wulkanizowalny na gorąco elastomer organiczny stosuje się zwykle w ilości od 20 do 80, korzystnie od 30 do 50% wagowych, w przeliczeniu na całą kompozycję elastomeru organicznego.

Zgodnie z wynalazkiem, jako poliorganosiloksan korzystnie stosuje się liniowy, nie usieciowany związek krzemoorganiczny, nazywany zwykle olejem silikonowym. Korzystny poliorganosiloksan przedstawiony jest wzorem pokazanym na rysunku, w którym R mogą być takie same lub różne i oznaczają łańcuchowy prosty, rozgałęziony, pierścieniowy lub aromatyczny rodnik węglowodorowy, podstawiony lub niepodstawiony, zawierający od 1 do 20 atomów węgla, a korzystnie od 1 do 6 atomów węgla. Rodnik węglowodorowy może być podstawiony, np. halogenem lub grupą cyjanową. Jako przykłady R można podać grupę alkilową, arylową, aryloalkilową, alkenylową i arylową podstawioną halogenem lub grupą cyjanową. R oznacza korzystnie niższą grupę alkilową, taką jak grupa metylowa, etylowa, propylowa, butylowa lub pentylowa, a najkorzystniej grupę metylową. W powyższym wzorze m lub n może być równe 0, a suma (m + n) oznacza liczbę całkowitą w zakresie od 2 do 2000, korzystnie w zakresie od około 50 do 500. Poliorganosiloksanem może być homopolimer lub kopolimer, a jako przykłady poliorganosiloksanów przydatnych w sposobie według niniejsze4

177 267 go wynalazku można obecnie wymienić korzystnie: dimetylopolisiloksany, difenylopolisiloksany, metylofenylopolisiloksany, metylowinylopolisiloksany i kopolimery dimetylopolisiloksanów z fenylometylopolisiloksanami.

Lepkość poliorganosiloksanów stosowanych w sposobie według niniejszego wynalazku jest zwykle w zakresie od 50 do 60000, korzystnie od 4000 do 10000 centystokesów (cSt) w temperaturze 25°C, tj. od 50 do 60000 · 10- m²/s. Wagowo średni ciężar cząsteczkowy poliorganosiloksanów jest zwykle w zakresie od 15000 do 120000, korzystnie od 45000 do 65000.

Jako poliorganosiloseskwioksan w sposobie według niniejszego wynalazku korzystnie stosuje się nieliniowy, usieciowany związek krzemoorganiczny, nazywany niekiedy żywicą lub proszkiem silikonowym. Korzystny poliorganosiloseskwioksan jest przedstawiony następującym wzorem:

[RSiOx]p, w którym R mogą być takie same lub różne i oznaczają łańcuchowy prosty, rozgałęziony, pierścieniowy lub aromatyczny rodnik węglowodorowy, podstawiony lub niepodstawiony, zawierający od 1 do 20 atomów węgla, a korzystnie od 1 do 6 atomów węgla. Rodnik węglowodorowy może być podstawiony, np. halogenem lub grupą cyjanową. Jako przykłady R można podać grupę alkilową, arylową, aryloalkilową, alkenylową i arylową podstawioną halogenem lub grupą cyjanową. R oznacza korzystnie niższą grupę alkilową, taką jak grupa metylowa, etylowa, propylowa, butylowa lub pentylowa, a najkorzystniej grupę metylową. Symbol x ma wartość od 1,3 do 2,0, korzystnie od 1,4 do 1,6, a p oznacza liczbę całkowitą w zakresie od 2 do 2000. Zgodnie z wynalazkiem poliorganosiloseskwioksan musi być rozpuszczalny w poliorganosiloksanie i powinien mieć temperaturę topnienia powyżej 150°C, korzystnie powyżej 175°C. Zwykle poliorganosiloseskwioksany mają postać proszku o wymiarach cząstek od 10 do 1000 A, korzystnie od około 50 do 500 A, lecz wymiary cząstek nie mają zasadniczego znaczenia. Korzystnie jako poliorganosiloseskwioksan w sposobie według wynalazku stosuje się polimetylosiloseskwioksan.

Poliorganosiloseskwioksany są znanymi materiałami i można je wytwarzać np. w wyniku dodania silanu o wzorze RSi(OR')3 do mieszaniny woda - środek powierzchniowo czynny, z jednoczesnym mieszaniem, w warunkach kwaśnych lub zasadowych. Wytwarzanie poliorganosiloseskwioksanów jest także opisane np. w opisach patentowych US nr 3 355 399 i nr 4 935 484 oraz w zgłoszeniu patentowym Wielkiej Brytanii nr 2 216 535.

Kombinację lub mieszaninę poliorganosiloksanu i poliorganosiloseskwioksanu stosuje się zwykle w ilości w zakresie od 3 do 30% wagowych, korzystnie od 10 do 20% wagowych w przeliczeniu na całą kompozycję elastomerową. Stosunek ilości poliorganosiloksanu do poliorganosiloseskwioksanu w kombinacji lub w mieszaninie jest zwykle w zakresie od 3:1 do 1:3, korzystnie od 1:1 do 1:2.

Kompatybilizatorem w sposobie według niniejszego wynalazku może być dowolny środek kompatybilizujący lub plastyfikujący, który może solwatować wulkanizowalny na gorąco elastomer organiczny, poliorganosiloksan i poliorganosiloseskwioksan. Innymi słowy, kompatybilizator musi być zdolny do plastyfikowania wulkanizowalnego na gorąco elastomeru organicznego i jednocześnie być mieszalny z mieszaniną poliorganosiloksanu i poliorganosiloseskwioksanem. Kompatybilizatorem mogą być dowolne znane zmiękczacze estrowe, zmiękczacze eterowe, zmiękczacze petrochemiczne lub ich mieszaniny. Przykładami zmiękczaczy estrowych są sebacynian dioktylu, sebacynian dibutylu i adypinian dioktylu. Przykładami zmiękczaczy eterowych są eter dietylowy glikolu tetrametylenowego i eter dietylowy glikolu tetraetylenowego. Przykładami zmiękczaczy petrochemicznych są olej naftenowy i olej aromatyczny.

Kompatybilizatorem może być także subtelnie rozdrobniony pigment z uwodnionej krzemionki o średnim wymiarze cząstek poniżej 0,1 mikrona. Zastosowanie subtelnie rozdrobnionego pigmentu z uwodnionej krzemionki jako kompatybilizatora jest ponadto opisane w opisie patentowym US nr 2 940 947. Subtelnie rozdrobniony pigment z uwodnionej krzemionki może być stosowany sam lub w mieszaninie z jednym lub kilkoma opisanymi powyżej zmiękczaczami estrowymi, eterowymi lub petrochemicznymi.

ΠΊ 267

Jako kompatybilizator w sposobie według niniejszego wynalazku korzystnie stosuje się sebacynian dioktylu i/lub olej naftenowy.

Kompatybilizator stosuje się zwykle w ilości od 1 do 30, korzystnie od 5 do 20% wagowych, w przeliczeniu na całą kompozycję elastomeru organicznego.

Kompozycja elastomeru organicznego otrzymana sposobem według niniejszego wynalazku może także zawierać inne składniki, takie jak tlenki metali, przeciwutleniacze i ziarniste wzmacniacze. Jako konkretne przykłady tlenków metali można wymienić tlenek cynku, tlenek magnezu i tlenek ołowiu, a jako ziarniste wzmacniacze według wynalazku można wymienić sadzę, krzemionkę strącaną i krzemionkę koloidalną. Ewentualny dodatek ziarnistego wzmocnienia może być stosowany w różnych ilościach i dochodzi do 50% wagowych w przeliczeniu na wulkanizowalny na gorąco elastomer organiczny.

Składniki kompozycji elastomeru organicznego zwykle łączy się ze sobą w wyniku mieszania w mieszalniku Banbury lub w innym typowym mieszalniku wewnętrznym w temperaturze w zakresie od 130°C do 180°C w ciągu 5 do 10 minut. Po zakończeniu mieszania można formować kompozycję elastomeru organicznego na dowolny kształt i utwardzać lub wulkanizować w celu utworzenia materiału elastomerowego odpowiedniego np. w zastosowaniu do tłumienia drgań. Utwardzanie lub wulkanizację wykonuje się zwykle znanymi metodami wtryskiwania, prasowania tłocznego lub przetłoczonego. Warunki wulkanizacji są zwykle następujące: temperatura w zakresie od 130°C do 200°C, korzystnie od 150°C do 170°C, w ciągu 5 minut do 30 minut, w zależności od temperatury wulkanizacji.

Po utwardzeniu lub wulkanizacji kompozycję elastomeru organicznego można stosować do tłumienia w zakresie temperatury od około -55°C do +125°C bez ujemnego wpływu temperatury na właściwości tłumienia.

Następujące przykłady podano w celu ilustracji wynalazku.

Przykład I. Wytworzono kompozycję elastomeru organicznego przy użyciu następujących ilości składników, podanych w częściach wagowych:

Składnik	Ilość, części wagowe
Kauczuk polibutadienowy (a)	160,5
Dimetylopolisiloksan (500 cSt, tj. 500 · 10⁶ m²/s)	12,5
Polimetylosiloseskwioksan (b)	25,0
Olej naftenowy	12,5

(a) Wulkanizowany siarką kauczuk polibutadienowy zawierający 50 części wagowych sadzy i 10 części wagowych środków wulkanizujących i dodatków;

(b) PR 6155-Huls America, Inc.

Powyższe składniki mieszano w mieszalniku Banbury w temperaturze 150°C w ciągu około 5 minut i wytworzoną kompozycję elastomeru organicznego wulkanizowano i związano w formie przetłoczonej w temperaturze około 162°C, w celu wytworzenia trwałej zakładkowej próbki do ścinania, zgodnie z wytycznymi normy ASTM-D-2231.

Przykład porównawczy II. Wytworzono i zwulkanizowano kompozycję elastomeru organicznego według przykładu I, z tą różnicą, że użyto 25 części wagowych oleju naftenowego i pominięto w kompozycji oba związki krzemoorganiczne.

Następnie określono w temperaturze 21°C a także w temperaturze -55°C różne właściwości dynamiczne wytworzonych podwójnie zakładkowych próbek do ścinania, przy użyciu serwohydraulicznej maszyny do prób Dynafast. Określono następujące właściwości dynamiczne: G' (dynamiczny moduł ścinania) i tg d (współczynnik stratności dielektrycznej) przy odkształceniu ± 10% i częstotliwości 10 herców. Wyniki prób dynamicznych dla przykładów I i II podano w tabeli 1.

177 267

Tabela 1

	Temperatura	G'	tg d
Przykład I	21°C	212	0,37
Przykład II	21°C	171	0,23
Przykład I	-55°C	584	0,41
Przykład II	-55°C	358	0,39

Przykład III. Wytworzono, zwulkanizowano i zbadano zgodnie z przykładem I kompozycję elastomeru organicznego, przy użyciu następujących ilości składników:

Składnik	Ilość, części wagowe
Kauczuk poli(styren/butadien) (a)	110
Dimetylo/fenylometylopolisiloksan (1000 cSt, tj. 1000 · 10'⁶ m²/s)	15
Polimetylosiloseskwioksan (b)	20
Sadza	100
Olej naftenowy	35
Sebacynian dioktylu	15

(a) Wulkanizowany siarką kauczuk poli(styren/butadien) zawierający 10 części wagowych środków wulkanizujących i dodatków;

(b) PR 6155-Huls America, Inc.

Wyniki prób dynamicznych dla powyższych kompozycji w temperaturze 21°C, -55°C i 75°C podano w tabeli 2.

Tabela 2

	Temperatura	G'	tg d
Przykład III	21°C	186	0,52
Przykład III	-55°C	397	0,72
Przykład III	75°C	133	0,48

Jak widać z powyższych danych, kompozycje elastomeru organicznego otrzymane sposobem według niniejszego wynalazku mają lepsze właściwości tłumienia niż kompozycja elastomeru organicznego, która nie zawiera mieszaniny związków krzemoorganicznych. Dane te pokazują, że kompozycje otrzymane sposobem według niniejszego wynalazku mogą wykazywać doskonałe właściwości tłumienia dla krańcowych wartości temperatury.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób ulepszania charakterystyki tłumienia kompozycji elastomerowej, w zakresie temperatur od -55°C do 125°C, zawierającej wulkanizowalny na gorąco elastomer, wybrany z grupy składającej się z następujących elastomerów: kauczuk naturalny, poliizopren, polibutadien, poli(styren/butadien), polichloropren, kauczuk z kopolimeru akrylonitryl/butadien, kauczuk z kopolimeru etylen/propylen (EPM), kauczuk z kopolimeru etylen/propylen/dien (EPDM) i ich mieszaniny, znamienny tym, że łączy się wulkanizowalny na gorąco elastomer z poliorganosiloksanem, poliorganosiloseskwioksanem i kompatybilizatorem.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako poliorganosiloksan stosuje się związek, który jest przedstawiony wzorem pokazanym na rysunku, w którym R mogą być takie same lub różne i oznaczają łańcuchowy prosty, rozgałęziony, pierścieniowy lub aromatyczny rodnik węglowodorowy, podstawiony lub niepodstawiony, zawierający od 1 do 20 atomów węgla i w którym m lub n może być równe 0, a suma (m + n) oznacza liczbę całkowitą w zakresie od 2 do 2000.
3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako poliorganosiloksan stosuje się związek z grupy obejmującej dimetylopolisiloksany, difenylopolisiloksany, metylofenylopolisiloksany, metylowinylopolisiloksany i kopolimery dimetylopolisiloksanów z fenylometylopolisiloksanami.
4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako poliorganosiloseskwioksan stosuje się związek przedstawiony wzorem [RSiO_x]p, w którym R mogą być takie same lub różne i oznaczają łańcuchowy prosty, rozgałęziony, pierścieniowy lub aromatyczny rodnik węglowodorowy, podstawiony lub niepodstawiony, zawierający od 1 do 20 atomów węgla i w którym x ma wartość od 1,3 do 2,0, a p oznacza liczbę całkowitą w zakresie od 2 do 2000.
5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako poliorganosiloseskwioksan stosuje się polimetylosiloseskwioksan.
6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako kompatybilizator stosuje się związek wybrany z grupy zawierającej zmiękczacze estrowe, zmiękczacze eterowe, zmiękczacze petrochemiczne i ich mieszaniny.
7. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako kompatybilizator stosuje się subtelnie rozdrobniony pigment z uwodnionej krzemionki o średnim wymiarze cząstek poniżej 0,1 mikrona.
8. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się wulkanizowalny na gorąco elastomer w ilości w zakresie od 20 do 80% wagowych w przeliczeniu na całą kompozycję elastomerową, kompatybilizator w ilości w zakresie od 1 do 30% wagowych w przeliczeniu na całą kompozycję elastomerową i kombinację poliorganosiloksanu z poliorganosiloseskwioksanem w ilości w zakresie od 3 do 30% wagowych w przeliczeniu na całą kompozycję elastomerową, przy czym stosunek poliorganosiloksanu do poliorganosiloseskwioksanu w kombinacji jest w zakresie od 3:1 do 1:3.