An alternative method for the vulcanization of rubber articles

Zinc oxide was treated with a sulfenamide accelerator by vacuum evaporation of a suspension of ZnO in a solution of the accelerator in dichloromethane to provide a convenient single material component to use as additive. The optimum quantity of the accelerator in the additive was found to be 350 mg/g. A large batch of the surface-modified zinc oxide with this composition (referred to as the ‘TBBS/ZnO powder’) was then prepared. The effect of an increasing loading of the TBBS/ZnO powder on the cure properties of ethylene-propylene-diene rubber (EPDM) and polybutadiene rubber (BR) containing elemental sulfur was subsequently measured. When the loading of the TBBS/ZnO powder in the rubbers was raised progressively, the scorch time was unaffected and the optimum cure time reduced. The rate of cure kept rising until it reached an optimum. The crosslink density increased substantially as the loading of the TBBS/ZnO powder in the rubber was raised progressively. All the indications are that the use of the TBBS/ZnO powder in combination with sulfur in the cure system improves efficiency of the vulcanization process, reduces cost and harmful effects while also shortening the cure cycle. The surface modified TBBS/ZnO powder is a viable alternative chemical additive for the sulfur vulcanization of rubber

New rubber compound

Ethylene-propylene-diene rubber cured with a new single chemical additive and reinforced with mineral kaolin is a suitable compound for possible use in tires

Ein alternatives Verfahren zur Vulkanisation von Gummiartikeln

Durch die Oberflächenmodifikation von Zinkoxid mit einem Beschleuniger wurde ein Einkomponentenadditiv für ein Schwefelvulkanisationssystem hergestellt. Dazu wurde eine Dichlormethanlösung von ZnO und einem Sulfenamidbeschleuniger im Vakuum verdampft. Der optimale Beschleunigeranteil wurde mit 350 mg/g bestimmt. Es wurde ein großer Ansatz des oberflächenmodifizierten ZnO mit dieser Zusammensetzung hergestellt (im Folgenden als „TBBS/ZnO-Pulver“ bezeichnet) und der Einfluss des Anteils an TBBS/ZnO-Pulver auf die Vernetzungseigenschaften eines Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuks (EPDM) und eines Polybutadienkautschuks (BR) bei der Schwefelvulkanisation untersucht. Mit ansteigendem Anteil an TBBS/ZnO-Pulver im Kautschuk nahm die optimale Vulkanisationszeit ab. Die Anvulkanisationszeit blieb jedoch unverändert. Die Vulkanisationsgeschwindigkeit nahm zu, bis sie ein Optimum erreicht hatte. Der Vernetzungsgrad nahm mit steigendem TBBS/ZnO-Pulveranteil deutlich zu. All das deutet darauf hin, dass der Einsatz des TBBS/ ZnO-Pulvers in einem Vulkanisationssystem mit Schwefel die Effizienz des Vulkanisationsprozesses erhöht und die Zykluszeit verkürzt und damit die Kosten und schädliche Auswirkungen der Vulkanisation reduziert. Das TBBS/ZnO-Pulver wäre damit ein mögliches alternatives Additiv für die Schwefelvulkanisation von Kautschuk. Zinc oxide was treated with a sulfenamide accelerator by vacuum evaporation of a suspension of ZnO in a solution of the accelerator in dichloromethane to provide a convenient single material component to use as additive. The optimum quantity of the accelerator in the additive was found to be 350 mg/g. A large batch of the surface-modified zinc oxide with this composition (referred to as the ‘TBBS/ ZnO powder’) was then prepared. The effect of an increasing loading of the TBBS/ZnO powder on the cure properties of ethylene-propylene-diene rubber (EPDM) and polybutadiene rubber (BR) containing elemental sulfur was subsequently measured. When the loading of the TBBS/ZnO powder in the rubbers was raised progressively, the scorch time was unaffected and the optimum cure time reduced. The rate of cure kept rising until it reached an optimum. The crosslink density increased substantially as the loading of the TBBS/ZnO powder in the rubber was raised progressively. All the indications are that the use of the TBBS/ZnO powder in combination with sulfur in the cure system improves efficiency of the vulcanization process, reduces cost and harmful effects while also shortening the cure cycle. The surface modified TBBS/ZnO powder is a viable alternative chemical additive for the sulfur vulcanization of rubber

A novel method for the optimization of sulfur cure systems for rubber using software

The goal of this study was to find a software approach that would make the optimization of the vulcanization system more efficient. For this purpose, a natural rubber (NR) was mixed with different amounts of elemental sulfur at ambient temperature to produce rubber compounds. Zinc oxide was treated with an organic accelerator to produce a convenient single material component to use as additive. The effect of an increasing loading of the surface modified zinc oxide on the cure properties of the sulfur-filled rubber compounds was subsequently measured at a high temperature in a curemeter. Using a JavaScript program, the cure test results were processed to develop a highly efficient method for optimizing sulfur cure systems for rubber. All the essential information such as scorch and optimum cure times, rate of cure, crosslink density changes in the rubber, and chemical curatives requirement at a given loading of sulfur were subsequently provided for the user. This method removes the need to mix and test the raw rubber with chemical curatives repeatedly to find a compound with ideal cure properties for industrial applications

Ein neues Software-Verfahren zur Optimierung von Schwefelvulkanisationssystemen

Ziel dieser Arbeit war es, einen Softwareansatz zu finden, mit dem sich Schwefelvulkanisationssysteme effizient optimieren lassen. Zu diesem Zweck wurden aus Naturkautschuk (NR) bei Raumtemperatur Compounds mit verschiedenen Anteilen an elementarem Schwefel hergestellt. Aus Zinkoxid wurde durch Beschichtung mit einem organischen Beschleuniger ein Einkomponentenadditiv hergestellt. Dann wurde der Einfluss einer zunehmenden Menge dieses Additivs auf die Vulkanisationseigenschaften der schwefelgefüllten Compounds bei hoher Temperatur bestimmt. Mithilfe eines JavaScript-Programms wurden die Ergebnisse der Vulkanisationsversuche verarbeitet, um eine effiziente Methode zur Optimierung des Schwefelvulkanisationssystems zu entwickeln. Der Nutzer erhält als Ergebnis alle wichtigen Informationen, wie Anvulkanisationszeit, optimale Vulkanisationszeit, Vulkanisationsgeschwindigkeit, Änderung des Vernetzungsgrades, sowie den Bedarf an Vernetzungsadditiven in Abhängigkeit von der Schwefelmenge. Auf diese Weise können zahlreiche Versuche zur Bestimmung der idealen Compoundzusammensetzung für optimale Vulkanisationseigenschaften eingespart werden. The goal of this study was to find a software approach that would make the optimization of the vulcanization system more efficient. For this purpose, a natural rubber (NR) was mixed with different amounts of elemental sulfur at ambient temperature to produce rubber compounds. Zinc oxide was treated with an organic accelerator to produce a convenient single material component to use as additive. The effect of an increasing loading of the surface modified zinc oxide on the cure properties of the sulfur-filled rubber compounds was subsequently measured at a high temperature in a curemeter. Using a JavaScript programme, the cure test results were processed to develop a highly efficient method for optimizing sulfur cure systems for rubber. All the essential information such as scorch and optimum cure times, rate of cure, crosslink density changes in the rubber, and chemical curatives requirement at a given loading of sulfur were subsequently provided for the user. This method removes the need to mix and test the raw rubber with chemical curatives repeatedly to find a compound with ideal cure properties for industrial applications

Comparing two highly efficient methods for sulfur curing of rubber

Using chemicals to cure or vulcanize raw rubber is a common practice in the rubber industry and is an indispensable part of rubber compounding and processing. Organic chemical accelerators in combination with primary and secondary activators are integral part of sulfur cure systems in most industrial rubber formulations. This study compares two highly efficient methods developed for the sulfur vulcanization of natural rubber and ethylene-propylene-diene rubber. One method, measures the exact amount of a sulfenamide accelerator needed to react sulfur with rubbers to form chemical crosslinks and then, adds zinc oxide as an activator to improve the efficiency of the curing process. Another method treats the surface of zinc oxide with a sulfenamide accelerator in an organic solvent to provide a convenient single material component to use as additive with elemental sulfur. In both cases, no secondary accelerator and no secondary activator were used in the vulcanization process and only the optimum amount of the chemical curatives was used for the curing of the rubbers. Both methods offer substantial benefits over the more traditional sulfur cure systems by reducing the amount and the number of the chemical curatives required in the vulcanization of the rubbers. The results suggest that the sulfur cure systems currently used to vulcanize industrial rubber compounds can be improved and be made more cost-effective and safer

Vergleich verschiedener Methoden zur hocheffizienten Schwefelvulkanisation

Die Vulkanisation von Kautschuk mit Chemikalien ist in der Industrie gängige Praxis und fester Bestandteil der Gummiverarbeitung. Die meisten Formulierungen für Schwefelvulkanisationssysteme enthalten organische chemische Beschleuniger sowie primären und sekundären Aktivatoren. In dieser Arbeit werden zwei hocheffiziente Methoden zur Schwefelvulkanisation von Naturkautschuk und EPDM miteinander verglichen. Bei einer Methode wird die genaue Menge an Sulfenamidbeschleuniger berechnet, die gebraucht wird, damit der Schwefel mit dem Kautschuk unter Bildung von Sulfidbrücken reagieren kann. Dann wird Zinkoxid als Aktivator zugegeben, um die Effizienz der Vernetzungsreaktion zu erhöhen. Bei einer anderen Methode wird Zinkoxid mit einer organischen Lösung eines Sulfenamidbeschleunigers behandelt. Auf diese Weise erhält man ein Vernetzungsadditiv, das aus nur einer Komponente besteht und zur Vulkanisation mit elementarem Schwefel eingesetzt werden kann. In beiden Fällen wird weder ein sekundärer Beschleuniger noch ein sekundärer Aktivator benötigt. Zu Vulkanisation wurde nicht mehr als die optimale Menge an chemischen Vernetzungschemikalien eingesetzt. Beide Verfahren haben gegenüber traditionellen Schwefelvulkanisationssystemen erhebliche Vorteile, da die Menge an benötigten Vulkanisationschemikalien deutlich reduziert werden kann. Die Ergebnisse legen nahe, dass die Schwefelvulkanisationsysteme, die derzeit zur Vulkanisation industrieller Gummimischungen im Einsatz sind, verbessert werden können und damit kosteneffizienter und sicherer werden

Optimum accelerator efficiency

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