ВУЛКАНИЗАЦИЯ КАУЧУКОВ РЕЗОЛАМИ
Вещества, пригодные для вулканизации каучука, можно разделить на три группы: соединения, отщепляющие серу при вулканизации; соединения, вулканизация которыми протекает с участием радикалов; бифункциональные соединения.
Напрашивалась мысль сравнить процесс вулканизации с реакцией между резолами и ненасыщенными соединениями с образованием хромановых циклов (описанной Хулчем). Вулканизация натурального каучука 4-метил-2,6-бис(оксиметил)фенолом (по теории хромановых циклов) [58] протекает следующим образом:
СНз |
СН3
-Н2С—с=сн—сн2- он СН2ОН
СНз
—н, о |
—2Н, о
СНз |
О СН2 |
СНз |
СНз
НО СНаОН —Н2С—С=СН-СН2- СН |
—Н2С—С—СН—сн— |
О сн2 |
|
|
|
|
|
|
В 1943 г. Ван дер Меер установил, что теория хромановых: циклов не подходит для выяснения механизма вулканизации смолами. В своих исследованиях он использовал 2,6-бис(оксиметил)~
Фенол, обе оксиметильные группы которого находились в орто - положениях, и предложил теорию метиленхинонов, согласно которой происходит образование промежуточных метиленхиноновых связей:
TOC o "1-5" h z ОН О
Л |
Ен,
=СН2 - сн^сн-сн,-
J - Н*0
НОНгС-^«^-СН2-СН _______________ ^Н2С=<^чй-СНа-СН
С-он, - н*° Ч/ А-сн,
£н 1н
-сн,—с^сн—сн,— > нА—СН2—СНг—СН
Н3С-С Ч/ С-СНз
2 |
Сн2 СН
Аналогичным образом реагируют галогенпроизводные диметил олфенолов. При вулканизации бутилкаучука 4-галоген - замещенным 2,6-бис(оксиметил)фенолом или продуктами его конденсации образуется стабильный сшитый полимер с высокой теплостойкостью [59].
В 1942 г. Вильдшут [60] сделал сообщение о том, что природный и синтетический каучуки могут быть вулканизованы фенольными смолами. Для этой цели было также предложено использовать двух - и трехатомные фенолы 1611, например пирогаллол, фЛоро- глюцин, галловую кислоту и амины или хлориды металлов в качестве ускорителей [62]. Позднее в США применяли алкифеноль - ные смолы, преимущественно п-трет-бутилдиоксиметилфенол [63], и в качестве ускорителя параформ или этаноламин. Для вулканизации бутилкаучука используют также тг-трт-бутилди - оксиметилфенол и его цинковые соли [64]. Смолы по сравнению с диоксиметилфёнолом обладают более сильным, но еще недостаточным вулканизующим действием.
При добавлении хлорсульфированного полиэфира, хлорпара - фина, неопрена или поливинилхлорида процесс вулканизации
Протекает ИНТеНСИВНее, ОСОбеННО еСЛИ ИСПОЛЬЗУЮТ еще ZllO или
Стеарат цинка [65]. При температурах 80—100 °С от галогенсодержащих эластомеров отщепляется лишь незначительная часть HG1. Из отщепленного хлористого водорода и содержащейся в смеси окиси цинка образуется ускоритель вулканизации ZnCl2, в молекуле которого почти отсутствует кристаллизационная вода.
Хлориды металлов, такие как SnCl2-2H20, FeGla»6H20, отличается исключительной активностью, поэтому уже 2 части одного из этих соединений на 100 частей бутилкаучука оказывают оптимальное действие на процесс вулканизации [66]. В присутствии хлоридов металлов происходит интенсивная реакция сшивания. Чем выше температура и больше продолжительность нагревания, тем выше способность галогенсодержащих веществ к отщеплению HG1. Требуемое количество окиси цинка определяется количеством отщепляемого хлористого водорода. Наи - лучпще результаты достигаются при добавлении 1,4—0,6 частей ZnO на 100 частей эластомера.
От продуктов вулканизации серой продукты вулканизации бутилкаучука смолами отличаются более высокой стойкостью к старению при высоких температурах и некоторым снижением прочности при растяжении. Модуль упругости при растяжении и твердость у вулканизованного смолами бутилкаучука значительно увеличиваются, а удлинение при разрыве, как правило, сильно снижается. При вулканизации в присутствии ускорителей — хлоридов металлов — необходимо избегать большого избытка смолы, так как непрореагировавшая смола, вступая в дальнейшую реакцию с хлоридом металла, приводит к ухудшению свойств конечного продукта.
В качестве пластификаторов и веществ, повышающих адгезию, для бутадиенакрильных сополимеров применяют полиэфиры с молекулярной массой 800-—1200, состоящие из тетразамещенных 2,6-бис(оксиметил)фенолов и гли^олей, например бутандиола-1,4г бутиленгликоля-1,3 и др. [67].
Семенова с сотр. [68] с помощью инфракрасной спектроскопии исследовала вулканизацию под давлением при 163 °С бута- диен-стирольного каучука тг-игре/тг-бутилфенольной смолой.
Смолами вулканизуют бутадиеновые сополимеры, содержащие CЦOH - и ОН-группы. Вулканизацию бутадиен-стирольных сополимеров осуществляют смесью новолака и уротропица [69]. Бути лкаучук также вулканизуют резолами [70]. Для алкилиро - вания аллильной связи в полиизопрене применяют бифункциональный резол.
Вулканизующими агентами на основе резолов являются [71]: 72-алкил-о, о'-бис(оксиметил)фенолы [72]; трисацилоксиметилфено - лы [73]; композиции о, о'-бис(оксиметил)-л-октил (или п-трет - бутил)фенола со стеариновой кислотой или хлорпарафином в присутствии катализаторов, например сульфокислот, А1С1а или ZnCl2 [74]; тг-алкилзамещенные оксиметилфенолы, которые обладают еще и противопригарным действием [75].
Для вулканизации необходимо 0,12 молей бифункционального резола на 0,17 молей двойных связей полиизопрена. Ниже приведен пример рецептуры вулканизующей смеси (в масс, ч.):
Бутилкаучук........................................ •................................ 100
Продукты конденсации диметилолфенолов (вулканизующий агент) 1—20
Соли металла (ускоритель) ................................................. 0,2—10
Галогенсодержащие органические соединения (сокатали - заторы), например 1,2-дибром-1,2-дифенилэфир или 2,3,5,6-тетракис(2-хлорэтилтио)гидрохинон (76) . . 0,2—10
Для повышения скорости вулканизации и улучшения физикомеханических свойств каучука в качестве вулканизующего агента используют частично или полностью галогенметилированные алкилфенолоформальдегидсульфидные смолы [77]. Смесь, состоящую из 20—80% (мол.) изопрена и по крайней мере одного ненасыщенного соединения олефинового ряда, обрабатывают фенолами и кислотами при нагревании. При присоединяется значительное количество фенола и образуются новые замещенные полифенолы с большим числом ОН-групп [78].
Фенолоформальдегидные смолы [79], строение которых приведено ниже
Где И — алкилен, галогеналкилен или их смесь; У —- водород, насыщенный или ненасыщенный алифатический остаток, циклоалкил, арил, фуронл; Л — водород, алкил, замещенный алкил, алициклический или замещенный алициклический остаток, алкилкетоновый или циклоалкилкетоновый остаток, алкилкарбоксильный или циклоалкилкарбоксильный остаток; т — 0 лли 1; п — 1—18. |
Используют в качестве соединений, повышающих адгезию; при этом на 100 частей эластомера должно приходиться 1—30 (предпочтительно 2—15) частей смолы.
Ацетилен может вступать в реакцию с я-тгсре/га-бутилфенолом с образованием соединений, которые применяются для повышения адгезии буна-каучука и в качестве смачивателя при склеивании 180].
Вещество, повышающее адгезию, получают поликонденсацией ацетилена и алкилфенолов (мольное отношение от 1 до 1,5 :1) в присутствии катализаторов, например цинковых или кадмиевых солей органических кислот, при повышенных давлениях (4—26 кгс/см2) и температурах 180—230 °С. Если в качестве алкилфенола используется /г-изопропилфенол, то одновременно с улучшением адгезии увеличивается стойкость к старению. Присоединение ацети-
Лена происходит при взаимодействии более чем 1 моля ацетилена с молем алкилфенола. Полагают, что этот процесс сопровождается дополнительным винилированием. Полученные продукты могут отверждаться уротропином, как и новолаки [81]. Термообработанные полифенилацетилены содержат длинные системы сопряженных двойных связей и парамагнитные центры. Такие центры есть и в термообработанных резинах. Эти термообработанные полимеры могут быть использованы в качестве антиоксидантов резолов. Одновременно улучшается адгезия резолов к стеклу [82].