Verstärkung von Naturkautschuk mit Kieselsäure/Silanen in Abhängigkeit von verschiedenen Amintypen

Abstract

Diphenylguanidin (DPG) ist der am häufigsten verwendete Zweitbeschleuniger für Kieselsäure/Silan-verstärkte Elastomercompounds, weil es sowohl die Silanisierungsreaktion als auch die Deaktivierung freier Silanolgruppen, die nach der ­Silanisierung übrig bleiben, begünstigt. Aufgrund von Gesundheits- und Sicherheitsbedenken bei der Verwendung von DPG, das sich bei hohen Verarbeitungstemperaturen unter Freisetzung von hochtoxischem Anilin zersetzt, sind sichere Alternativen gefragt. Diese Arbeit untersucht den Einfluss verschiedener linearer oder zyklischer aliphatischer Amine mit ähnlichem pKa-Wert auf die ­Eigenschaften von kieselsäureverstärkten Naturkautschukcompounds, wobei die DPG-haltigen Compounds als Referenz betrachtet werden. Die untersuchten Amine sind: Hexylamin (HEX), Decylamin (DEC), Octadecylamin (OCT), Cyclohexylamin (CYC), Dicyclohexylamin (DIC) und Chinuclidin (QUI). Der Einsatz von Aminen, gleich welchen Typs, führt im Vergleich zu Compounds ohne Amine zu geringeren Füllstoff-Füllstoff-Wechselwirkungen (Payne-Effekt) und verstärkter Füllstoff-Elastomer-Wechselwirkung, die sich durch den Bound-Rubber-Anteil und eine reduzierte Wärmekapazitätsdifferenz zeigt. Im Vergleich zu zyklischen Aminen haben Amine mit Alkylketten einen besserer Zugang zur Kieselsäureoberflache und zeigen durch die geringere sterische Hinderung einen gewissen Abschirmeffekt, sodass sie den Payne-Effekt besser reduzieren und die Vulkanisationsgeschwindigkeit besser steigern können. Die längeren Kohlenstoffketten der linearen Amine von HEX über DEC zu OCT führen zu einem geringeren Payne-Effekt, einer geringeren Wärmekapazitätsdifferenz, einem höheren Bound-Rubber-Anteil sowie zu ­einem größeren Modul und größerer Zugfestigkeit. Insgesamt sind kieselsäureverstärkte Kautschukcompounds mit OCT den entsprechenden Compounds mit DPG in ihren Eigenschaften am ähnlichsten, sodass OCT eine mögliche Alternative für DPG sein könnte