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Chemistry

열 가역적 가교 고무 통해 딜스 - 알더 화학의 준비 및 등록

Published: August 25, 2016
doi:
10.3791/54496
, ,
1Department of Chemical Engineering,University of Groningen, 2Dutch Polymer Institute (DPI)

Summary

A simple two-step approach involving rubber modification and cross-linking yields fully reworkable, elastic rubber products.

Abstract

고무 제품의 가교 도구 딜스 알더 열 가역 화학 제를 사용하는 방법이 설명된다. 본 연구에서는 무수 말레 산으로 이식 상업 에틸렌 – 프로필렌 고무, 열 가역적으로 두 단계로 가교이다. 보류중인 무수물 부분은 먼저 고무 백본에 푸란 그룹을 접목하는 푸르 푸릴으로 수정됩니다. 이러한 펜던트 푸란 기는 다음되는 딜스 – 알더 반응을 통해 결합 비스 말레이 미드와 가교. 두 반응은 실험 조건의 넓은 범위에서 수행 될 수 있고, 용이하게 대량으로 적용될 수있다. 얻어진 딜스 – 알더 가교 고무의 재료 특성은 과산화물 경화 에틸렌 / 프로필렌 / 디엔 고무 (EPDM) 기준과 유사하다. 크로스 링크는 역 딜스 – 알더 반응을 통해 (> 150 ° C) 고온에서 분해 및 저온에서의 열 어닐링 (50-70 °의 C)에 의해 개질 될 수있다. 시스템의 가역성은 재치를 증명했다H 적외선 분광법, 용해성 시험 및 기계적 성질. 재료의 재활용은 통상적으로 가교 결합 된 고무 불가능하다 유사한 기계적 특성을 표시하는 새로운 샘플로 성형 작은 부분 및 압축에 가교 샘플을 절단하여, 즉 실용적인 방법으로 도시 하였다.

Introduction

유황 가황 과산화물 경화은 용융 재 않도록 불가역 화학 가교를 산출 고무 산업에서 주요 산업 가교 기술이다. 1, 방법 2 A '크래들 크래들'가교 고무 재활용은 재료가 필요하다는 고온에서 열가소성의 가공성 완전한 재활용을 갖는 반면, 서비스 조건에서 영구적 가교 고무와 유사한 동작합니다. 이러한 재활용을 달성하는 방법은 (미래의 산업 적용면에서 가장 가능한) 온도와 같은 외부 자극에 반응 가역적 가교와 고무 네트워크를 사용한다. 3-5 비교적 낮은 서비스에서 이러한 가교의 형성을 (일본어 이외의 가교 결합 화합물의 처리 온도와 유사) 고온에서 분해가 그들의 연구를 허용하는 동안의 온도는 고무의 기계적 동작에 필요한재료의 ecycling.

일부 특정 물질은 가역적으로 에스테르 교환 반응을 통해 냉동실 중축 합 반응 6을 통해 소위 가역 네트워크 토폴로지에 의해 소위 동적 공유 네트워크를 이용하여 가교 결합. 7-9 이러한 방법의 단점은 설계의 필요성이있을 수 있으며 이미 원하는 특성이 기존의 상업용 고무를 수정하기보다는 새로운 중합체를 합성. 기술 보온성 가역적하는 가교 고무는 열 활성화 된 디설파이드 재구성 통해 수소 결합, 이온 성 상호 작용 및 공유 결합을 포함한다. 10-13, 최근 열 가역 가교 딜스 – 알더 통해 (DA) 화학 물질이 개발되었다. 14 -21 다 화학 중합체의 광범위한 적용과 DA 반응은 비교적 빠른 반응 속도 및 온화한 반응 조건을 허용 특히 때문에, 대중적인 선택을 대표 할 수있다. 17, 22-24 토륨EIR 낮은 결합과 높은 디커플링 온도는 가역적 인 고분자 가교에 대한 퓨란 및 말레이 미드 훌륭한 후보자를합니다. 18 ~ 20, 25 ~ 28

본 연구의 목적은 산업 고무 제품 (도 1)를위한 열 가역적 가교 도구로서 DA 화학의 사용 방법을 제공하는 것이다. 5 우선, 에틸렌 등의 포화 탄화수소 탄성 중합체의 반응성 / 프로필렌 고무 (EPM)이 증가되어야한다. 이 작업을 용이하게 상업적으로 관련 예는 무수 말레인산 (MA)의 과산화수소 시작 자유 라디칼 이식이다. 둘째, 푸란 그룹이 펜던트 무수물로 푸르 푸릴 (FFA)을 삽입하여 이러한 말레 EPM 고무에 이식 할 수 있습니다 29-34 이미 드를 형성한다. (35) (36)는 마지막으로, 따라서 고무 백본에 부착 된 푸란 잔기이어서 전자 – 풍부 다이 엔과 같이 열 가역 DA 화학 반응에 참여할 수있다. (25) (37), 전자 포비스 말레이 미드 (BM)이 가교 반응에 적합한 친 디엔이다.도 19, 26, 38

그림 1
그림 1. 반응식. 푸란 이식 (5에서 허가 재판) EPM-g-MA 고무의 비스 말레이 미드 가교. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

Protocol

1. 고무 수정 단계에 나타낸 바와 같이, 실험을 시작하기 전에 말레 EPM (EPM-g-MA, 49 중량 %의 에틸렌, 2.1 중량 % MA, Mn을 50kg / 몰 = PDI = 2.0) 고무 및 푸르 푸릴 (FFA)를 준비 1.1.1- 1.1.4. (5) 무수물로 본 디 카복실산 변환 175 ° C에서 1 시간 동안 진공 오븐에서 EPM-g-MA 고무 건조. 11 압축 형 150 ° C에서 10 분, 100 바 핫 프레스에서 0.1 mm 두께의 고무 필름. 을 KBr 정제…

Representative Results

EPM-g 푸란 및 가교 비스 말레이 미드로에 EPM-g-MA의 성공적인 변형 적외선 분광법 (FTIR) (도 2)를 푸리에 변환하여 나타낸다. EPM-g 푸란 생성물 퓨란 기의 존재는 CC 지방족 스트레칭 피크의 분할 (추론 될 수있다 = 1,050cm-1)이 푸란 피크로 ( = 1,073cm …

Discussion

시판 EPM-g-MA 고무 열 가역적 가교 간단한 2 단계 접근했다. 말 레이트 고무 먼저 고무 백본에 푸란 그룹을 접목하는 FFA으로 수정되었습니다. 그 결과 대기 중 퓨란은 딜스 – 알더 디엔 등의 반응을 보여줍니다. 지방족 BM 푸란 두 부분 사이의 열 가역 다리 결과 가교제로서 사용 하였다. 두 반응은 적외선 분광법, 원소 분석에 따라 좋은 변환 (> 80 %)에 성공했다. 가교는 팽윤 용해성 시험을 100 %의 겔…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

This research forms part of the research program of the Dutch Polymer Institute, project #749.

Materials

ENB-EPDM LANXESS Elastomers B.V. Keltan 8550C
EPM-g-MA LANXESS Elastomers B.V. Keltan DE5005 Vacuum oven for one hour at 175 °C 
furfurylamine Sigma-Aldrich F20009 Freshly distillated before use
di-dodecylamine Sigma-Aldrich 36784
maleic anhydride Sigma-Aldrich M0357
octadecyl-1-(3,5-di-tert.-butyl-4-hydroxyphenyl)propionate Sigma-Aldrich 367079
bis(tert.-butylperoxy-iso-propyl) benzene Sigma-Aldrich 531685
tetrahydrofuran Sigma-Aldrich 401757
decalin Sigma-Aldrich 294772
acetone Sigma-Aldrich 320110
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Polgar, L. M., van Duin, M., Picchioni, F. The Preparation and Properties of Thermo-reversibly Cross-linked Rubber Via Diels-Alder Chemistry. J. Vis. Exp. (114), e54496, doi:10.3791/54496 (2016).
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