DE602004012287T2

DE602004012287T2 - Barrierebeschichtung aus einem nicht-butyl-elastomer und einem dispergierten schichtförmigen füllstoff in einem flüssigen träger und beschichtete gegenstände

Info

Publication number: DE602004012287T2
Application number: DE602004012287T
Authority: DE
Inventors: Carrie A. Bridgewater FEENEY; Harris A. Edison GOLDBERG; Michele Bethlehem FARRELL; Douglas P. Green Brook KARIM; Keisha R. Montclair OREE
Original assignee: InMat Inc
Current assignee: IPL Inc
Priority date: 2003-08-29
Filing date: 2004-07-27
Publication date: 2008-09-18
Anticipated expiration: 2024-07-28
Also published as: ATE388199T1; EP1660575A1; US7078453B1; DE602004012287D1; EP1660575B1; WO2005061608A1

Description

Diese nicht-vorläufige Anmeldung beansprucht den Vorteil des Einreichungsdatums der US-Serien-Nr. 10/741 251, eingereicht am 19. Dezember 2003, welche auf der vorläufigen US-Patentanmeldungs-Serien-Nr. 60/498 820, eingereicht am 29. August 2003, basiert. Die Prioritäten der vorgenannten Anmeldungen werden hiermit beansprucht.
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft neue Sperrbeschichtungszusammensetzungen, und insbesondere Beschichtungen, die eine verbesserte Verringerung der Gaspermeabilität sowie einen relativ hohen Flexibilitätsgrad aufweisen.
Hintergrund der Erfindung
Sperrbeschichtungen, welche die Permeation eines ausgewählten Substrats mit einem Gas, Dampf, einer Chemikalie und/oder Aroma verhindern, verringern oder hemmen, sind umfassend beschrieben worden, und solche Beschichtungen werden in einer Vielzahl von Industriezweigen, z. B. Verpackungsindustrie, Automobilindustrie, Farbindustrie, Reifenindustrie etc. verwendet.
Es ist allgemein bekannt, dass die Sperreigenschaften eines Polymers durch die Hinzufügung von undurchlässigen Plättchen-artigen Strukturen verbessert werden können. Wenn die Platten senkrecht zu der Diffusion-(Permeation-)Richtung orientiert sind, muss das Diffundieren von Molekülen um die Platten herum erfolgen. Dies führt zu signifikanten Verringerungen der Permeabilität des Polymers. Siehe zum Beispiel E. L. Cussler et al., J. Membrane Sci., 38: 161–174 (1988); W. J. Ward et al., J. Membrane Sci., 55: 173–180 (1991); Chang, J. et al., Journal of Applied Polymer Science, Bd. 84, 2294 (2002); Yano, K. et al., Journal of Polymer Science A: Polymer Chemistry, 35, 2289 (1997); Lan, T. et al., Chem. Mater. 6, 573 (1994); Messersmith, P. B. und Giannelis, E. P., Journal of Polymer Science A: Polymer Chemistry 33, 1047 (1995); U.S. Pat. Nr. 4 528 235 ; 4 536 425 ; 4 911 218 ; 4 960 639 ; 4 983 432 ; 5 091 467 ; und 5 049 609 ; und Internationale Patentanmeldung Nr. WO 93/04118 , veröffentlicht am 4. März, 1993, u. a.
Trotz der zahlreichen Offenbarungen von Sperrbeschichtungsmischungen verringern die meisten der in der Industrie nützlichen Beschichtungen entweder nicht optimal die Permeabilität oder sie tendieren dazu, spröde und nicht flexibel zu sein. Zum Beispiel beinhalteten Versuche zur Verbesserung der Gaspermeabilität von Butylkautschuk sowie zur Beibehaltung von deren Elastizität und Ermüdungsbeständigkeit das Beschichten von Butylkautschuk bei Reifen mit einem Polymer, welches einen Plättchenfüllstoff enthält. Siehe z. B. die U.S.-Patente Nr. 4 911 218 und 5 049 609 . Es wurden nur minimale Verringerungen der Permeabilität durch dieses Verfahren erzielt.
Andere Versuche zur Verbesserung der Gassperreigenschaften von in Reifen verwendetem Kautschuk schlossen Zusammensetzungen von Kautschuk mit Schichtsilicatplättchen, dispergiert innerhalb der Kautschukzusammensetzung, ein. Siehe z. B. das U.S. Pat. Nr. 4 857 397 ; WO 97/00910 und G. J. van Amerogen, "Diffusion in Elastomers" (Diffusion in Elastomeren), Rubber Chem Tech, 37, S. 1065–1152 (1964).
Die meisten der früheren Arbeiten verwenden Plättchen mit einem relativ niedrigen Längenverhältnis bei niedrigen Konzentrationen, die thermoplastisch bei hohen Scherraten verarbeitet werden. Diese Bedingungen führen zu relativ geringen Verbesserungen der Sperreigenschaften des Polymers. Dies liegt daran, weil die Verringerung in der Permeabilität rasch mit dem Längenverhältnis und der Konzentration der Plättchen variiert, wenn die Plättchen gut ausgerichtet sind [E. L. Cussler et al., J. Membrane Sci. 38: 161–174 (1988); L. E. Nielsen, Journal of Macromolecular Science, Chemistry Al, 929, (1967); R. K. Bharadwaj, "Modeling the Barrier Properties of Polymer-Layered Silicate Nanocomposites" (Gestalten der Sperreigenschaften von polymerbeschichteten Silicat-Nanokompositen), Macromolecules 34, 9189 (2001); G. H. Fredrickson und J. Bicerano, "Barrier properties of oriented disk composites" (Sperreigenschaften von Scheibenkompositen), Journal of Chemical Physics 110, 2181 (1999)]. Wenn die Platten nicht gut ausgerichtet sind, werden die Verringerungen in der Permeabilität weiter gemindert. Das Ziel dieser früheren Anstrengungen waren keine Beschichtungen, sondern ein Massepolymer mit verbesserten Sperr- und/oder mechanischen Eigenschaften.
Die Verwendung von Plättchenfüllstoffen in Beschichtungsformulierungen ist ebenfalls allgemein bekannt. Am häufigsten wurden diese in Lacken zur Modifizierung der Rheologie verwendet, wodurch die Herstellung von nicht tropfenden Lacken ermöglicht wurde. Diese Plättchenfüllstoffe sind typischerweise Montmorillonite oder andere abgeblätterten Silicate mit einem Längenverhältnis von 50 oder weniger. Sie bilden eine Struktur vom Kartenhaus-Typ in der Schichtungssuspension, was dem Lack (oder der Beschichtung) eine gelartige Eigenschaft verleiht, wenn sie keinerlei Scherung erfährt. Bei diesen Strukturen sind die Plättchen nicht in geeigneter Weise ausgerichtet, um die Permeabilität der Beschichtung signifikant zu verringern.
Die Verwendung von abgeblätterten Silicaten zur Herstellung von Nanokomposit-Sperrbeschichtungen ist durch mehrere Verfahren erreicht worden. Das am gebräuchlichsten Angewandte war das Kombinieren eines gelösten Polymers mit abgeblättertem Füllstoff. Wasserlösliche Polymere, wie Polyvinylalkohol (PVOH), sind mit durch Wasser abgeblättertem Füllstoff, wie Vermiculit, kombiniert worden. [ Japan-Patent 11-246 729 , 14. Sept. 1999, "Gas-Barrier Poly(vinyl alcohol)/poly(acrylic acid) Compositions and their Laminates and Shaped Articles" (Gassperre-Poly(vinylalkohol)/Poly(acrylsäure)-Zusammensetzungen und ihre Laminate und Formartikel). Sumitomo Chemical Co., Ltd.]. Polycarbonat, gelöst in Toluol, ist mit organisch funktionalisiertem Füllstoff zur Bildung guter Sperrbeschichtungen kombiniert worden. [W. J. Ward et al., "Gas Barrier Improvement using Vermiculite and Mica in Polymer Films" (Gassperreverbesserung unter Verwendung von Vermiculit und Glimmer in Polymerfolien), Journal of Membrane Science, 55: 173–180 (1991)]. Andere Polymere sind zu verbesserten Sperrbeschichtungen durch das Lösen in einem Lösemittel und die Verwendung eines organisch funktionalisierten Füllstoffs zur Verbesserung der Sperreigenschaften verarbeitet worden. [Yano, K. et al., "Synthesis and properties of polyimide-filler hybrid composites" (Synthese und Eigenschaften von Polyimidfüllstoff-Hybridkompositen), Journal of Polymer Science A: Polymer Chemistry, 35, 2289 (1997)].
Ein alternatives Verfahren, das zur Bildung von Nanokompositen verwendet wurde, war das Einbringen des abgeblätterten Füllstoffs in das Monomer vor der Polymerisation [ U.S.-Patent Nr. 4 472 538 "Composite Material Composed of Filler Mineral and Organic High Polymer and Method for Producing the Same" (Kompositmaterial, aufgebaut aus Füllstoffmineral und einem hohen organischen Polymergehalt und Verfahren zur Herstellung von Selbigem), 18. Sept. 1984; U.S. Patent Nr. 4 889 885 "Composite Material Containing a Layered Silicate" (Kompositmaterial, enthaltend ein Schichtsilicat), 26. Dez. 1989]. In einigen Fällen erfolgte dies in wässriger Dispersion. Bei mehreren Monomeren, welche in Elastomere polymerisiert werden können, wurde abgeblätterter Füllstoff in die Monomertröpfchen vor der Emulsionspolymerisation eingebracht [PCT Patent Nr. WO 97/00910 , 9. Jan. 1997, "Polymer Nanocomposite Formation by Emulsion Synthesis" (Polymer-Nanokompositbildung durch Emulsionssynthese), Exxon Research and Engineering Co], Methacrylatmonomer wurde mit abgeblättertem Füllstoff in wässriger Dispersion vor dessen Polymerisation zu einem Nanokomposit kombiniert. [Lee, D. C. und Jang, L. W., Journal of Applied Polymer Science, Bd. 61, 1117–1122 (1996)]. Keines dieser Verfahren führte zu zweckmäßigen Beschichtungsformulierungen. Diese wurden zur Unterstützung der Herstellung von großen Mengen an Nanokompositen für die thermische Verarbeitung erzeugt.
Verschiedene Veröffentlichungen betreffend die Orientierung von Plättchenmaterialien in Kautschuk- und polymeren Zusammensetzungen wurden ebenfalls gemacht. Bei einer spezifischen senkrechten Orientierung der Plättchen zu der Richtung der Gasdiffusion zeigte sich, dass die Gaspermeabilität von Kautschukzusammensetzungen, welche Schichtsilicatplättchen enthalten, verringert wird, dabei aber gleichzeitig die Flexibilität des Kautschuks nicht nachteilig beeinflusst wird. Siehe z. B. die U.S.-Patente Nr. 6 232 389 , US 6 087 016 , 5 576 372 ; 5 576 373 ; und 5 665 183 . Die Durchstoßfestigkeit ist bei polymerem Schichtmaterial, welches diskrete Plättchen umfasst, die im Wesentlichen parallel zu der Ebene des Schichtmaterials in einem überlappenden Verhältnis angeordnet sind, verbessert. Siehe z. B. das U.S.-Patent Nr. 5 665 810 .
Die meisten der in der Industrie nützlichen Beschichtungen, welche Füllstoffe vom Plättchen-Typ enthalten, werden durch Schmelzverarbeitung hergestellt, wobei festes Polymer und fester Füllstoff miteinander verschmolzen werden und bei hohen Scherraten vermischt werden. Solche schmelzverarbeiteten Beschichtungen weisen zu 100% Feststoffe auf, und verwenden in der Regel weniger als etwa 3 Gew.-% der Plättchenfüllstoffe. Solche Beschichtungen verringern die Permeabilität nicht optimal.
Reifen mit integralen Innenseelen bzw. Innendichtschichten sind in dem U.S. Patent Nr. 5 178 702 offenbart, in dem der Reifen eine Deckschicht und mehrere Schichten aus Kautschuklaminat aufweist, wobei mindestens zwei Schichten Sperrschichten sind, welche eine schwefelgehärtete Kautschukzusammensetzung mit 100 Gewichtsteilen Kautschuk, 100 Gewichtsteilen Acrylnitril/Dienpolymer und etwa 25–150 Gewichtsteilen plättchenförmigem Füllstoff von nichtspezifizierter Breite und Dicke umfassen. Diese Zusammensetzungen, so wird gesagt, verringern die Kosten der Innenseelen unter gleichzeitiger Beibehaltung der Flexibilität und Sperrleistung.
Es gibt mehrere Beispiele für die Verwendung einer wässrigen Dispersion von abgeblättertem Füllstoff mit einer wässrigen Dispersion von Polymer zur Bildung eines Nanokomposits. Die meisten Arbeiten verwendeten elastomere Polymere in Suspension. [Wu, Y-P et al., "Structure of Carboxylated Acrylonitrile-Butadiene Rubber(CNBR)-Filler Nanocomposites by Co-coagulating Rubber Latex and Filler Aqueous Suspension" (Struktur von carboxylierten Acrylnitril-Butadien-Kautschuk(CNBR)-Füllstoff-Nanokompositen durch Co-Koagulation von Kautschuklatex und wässriger Füllstoffsuspension), Journal of Applied Polymer Science, 82, 2842–2848 (2001); Wu, Y-P et al. "Structure and Properties of Nitrile Rubber(NBR)-Filler Nanocomposites by Co-coagulating NBR Latex and Filler Aqueous Suspension" (Struktur und Eigenschaften von Nitrilkautschuk(NBR)-Nanokompositen durch Co-Koagulation von NBR-Latex und wässriger Füllstoffsuspension), Journal of Applied Polymer Science, 89, 3855–3858 (2003): Varghese and Karger-Kocsis, "Natural rubber-based nanocomposites by latex compounding with layered silicates" (Natürliche Nanokomposite auf Kautschukbasis durch Latexkompoundierung mit Schichtsilicaten), Polymer (in Druck) (2003); Feeney et al., U.S. Patent Nr. 6 087 016 , "Barrier Coating of an Elastomer and a Dispersed Layered Filler in a Liquid Carrier" (Sperrbeschichtung eines Elastomers und eines dispergierten geschichteten Füllstoffs), 11. Juli, 2000; Feeney et al., U.S.-Patent Nr. 6 232 389 , "Barrier Coating of an Elastomer and a Dispersed Layered Filler in a Liquid Carrier and Coated Articles" (Sperrbeschichtung eines Elastomers und eines dispergierten geschichteten Füllstoffs in einem flüssigen Träger und von beschichteten Artikeln), 15. Mai 2001; Goldberg et al., "Nanocomposite Barrier Coatings for Elastomeric Applications" (Nanokomposit-Sperrbeschichtungen für Elastomeranwendungen), Materials Research Society, Symposium T: Polymer nanocomposites, Dokument T4.7, (April 2002); Goldberg et al., "Elastomeric Barrier Coatings for Sporting Goods" (Elastomere Sperrbeschichtungen für Sportartikel), ACS Rubber Section, 29. April 2002, Dokument 17, veröffentlicht in Rubber World, Bd. 226, Nr. 5, S. 15 (August 2002)]. Die typische Anwendung eines Ionenaustausches, um die Füllstoffoberfläche mit dem Polymeren kompatibler zu machen, findet in diesen Referenzen nicht Verwendung, wobei in der Regel der Füllstoff aus der wässrigen Suspension ausfällt. Um ein Nanokomposit aus einer Kombination von Polymerkügelchen und Füllstoffplättchen zu bilden, benötigt man ein beträchtliches Fließvermögen und eine Verformung des Polymers.
Die GB 2 134 094 und die US 4 505 755 betreffen Bariumsulfatzusammensetzungen, die in Harzformungszusammensetzungen verwendet werden, die EP 747 323 A1 beschreibt die Herstellung von Silicat-Plättchenmaterialien durch Interkalation eines Polymeren zwischen Plättchen eines geschichteten Materials, die US 5 595 750 betrifft antimikrobielle Zusammensetzungen, welche beschichtete Metallverbindungen umfassen, die US 2002/032272 A1 beschreibt die Herstellung von Gelen durch Interpenetrieren von organischen und anorganischen Netzwerken durch Siliciumdioxidkomponenten, die EP 0 569 646 A1 beschreibt eine Natrium-Empfänger-Tintenzusammensetzung, und die WO 2004/022635 beschreibt Sperrbeschichtungen mit guten Sperreigenschaften, welche nicht-polymere organische Bindemittel, die mit Borsäure modifiziert wurden, umfassen.
Keines der oben genannten Fachgebiete erläutert Behandlungen des Füllstoffs, welche die Flexiblilität des am Ende erhaltenen Nanokomposits verbessern.
Es bleibt ein Bedarf an Beschichtungen mit niedriger Permeabilität mit verbesserter Flexibilität bei einer Vielzahl von Anwendungen bestehen. Diese Anwendungen schließen chemische Schutzhandschuhe, Gesichtsmasken und Schutzanzüge ein. Andere Anwendungen schließen Beschichtungen mit geringer Permeabilität für Sportbälle, Gummi schläuche, aufblasbare Boote und andere aufblasbare Produkte, in der Herstellung und zum Schutz von Vorratstanks verwendete Blasen bzw. Balge und Fensterversiegelungen, Innenschläuche für Fahrräder und Reifen ein. Pneumatische Produkte erfordern eine verbesserte Luftbarriere. Gummischläuche für Kraftstoffleitungen, Schutzausrüstung (wie Handschuhe) und andere Produkte benötigen eine verbesserte Beständigkeit gegenüber mineralischen Ölen und Benzin. Kautschuk wird häufig als Schutz gegen Korrosion (Vorratstanks) und gefährliche Chemikalien (Handschuhe, chemische Schutzanzüge, Gesichtsmasken und Hauben bzw. Abzüge) verwendet.
Zusammenfassung der Erfindung
Vorteilhafterweise löst die vorliegende Erfindung die Probleme des Stands der Technik durch Bereitstellen einer Beschichtungszusammensetzung, welche im Wesentlichen dispergierten abgeblätterten Schichtsilicat-Füllstoff, der mit Säure oder Base behandelt wurde, und ein wasserdispergiertes elastomeres Nicht-Butyl-Polymer enhält. Diese Beschichtung führt, wenn sie getrocknet ist, zu einer Barriere mit großen Verringerungen in der Permeabilität im Verhältnis zu dem ungefüllten Polymer.
In einer Ausführungsform stellt diese Erfindung eine Sperrbeschichtung aus einer wässrigen Dispersion von einem elastomeren Nicht-Butyl-Polymer, einem im Wesentlichen abgeblätterten, mit Säure oder Base modifizierten oder behandelten Silicat-Füllstoffmaterial, das nicht mit organischen Kationen funktionalisiert ist bereit, wobei das Silicat ein Längenverhältnis von mehr als 25 aufweist, wobei der %-Gehalt des Silicats weniger als 60% des Feststoff-Gesamtgehalts beträgt, und von mindestens einem Additiv, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus oberflächenaktiven Stoffen, Emulgiermitteln, Antischäumungsmitteln, Dispergiermitteln, Benetzungsmitteln, Nivellierungsmitteln und Verdickungsmitteln besteht, wobei die Beschichtung mindestens eine 5-fache Verringerung in der Gaspermeabilität als eine Beschichtung zeigt, die aus dem elastomeren Nicht-Butyl-Polymer allein gebildet wird. Die Beschichtung behält ihre Sperreigenschaften unter Spannungsbeanspruchung bei, wobei die Beschichtung umfassend den abgeblätterten, mit Säure oder Base modifizierten oder behandelten Silicat- Füllstoff eine erste Schädigung erst bei einer Spannungsbeanspruchung von mindestens 5% biaxialer Dehnung bei 0% RH aufweist.
Die Sperrbeschichtung kann weiter ihre Sperreigenschaften unter einer Spannungsbeanspruchung bis zu einer ersten Schädigung von mindestens 10%, 25% und 40% biaxialer Dehnung bei 0% RH beibehalten.
Die Sperrbeschichtung kann weiter mindestens eine 25-fache, 50-fache, 100-fache und 200-fache Verringerung in der Gaspermeabilität im Vergleich mit einer Beschichtung zeigen, die aus dem elastomeren Nicht-Butyl-Polymer allein gebildet wird.
Die Sperrbeschichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine Dispersion, eine Emulsion, eine Suspension und ein Latex sein.
Das bevorzugte elastomere Nicht-Butyl-Polymer wird aus Neopren, Nitrilkautschuken und EPDM gewählt. Diese Polymere können gehärtet, nicht gehärtet und teilweise gehärtet sein.
Der mit Säure oder Base modifizierte oder behandelte Silicat-Füllstoff ist aus der Gruppe bestehend aus Bentonit, Vermiculit, Montmorillonit, Nontronit, Beidellit, Volkonskoit, Hectorit, Saponit, Laponit, Sauconit, Magadiit, Kenyait, Ledikit und Mischungen und Dispersionen von den oben erwähnten Silicaten ausgewählt. Der bevorzugte Silicat-Füllstoff ist Vermiculit, das in der Dispersion mit weniger als 60% der gesamten Feststoffe, vorzugsweise zwischen etwa 5 bis etwa 50% der gesamten Feststoffe, vorliegt. Die Sperrbeschichtung weist einen Feststoff-Gesamtgehalt von etwa 1 bis etwa 30%, vorzugsweise von etwa 5 bis etwa 25% auf.
Der Silicat-Füllstoff kann vor dem Mischen mit dem elastomeren Nicht-Butyl-Polymer mit Säure oder Base behandelt werden. Die Säure wird ausgewählt aus Essigsäure, Glycin und Citronensäure, und die Base wird ausgewählt aus Ammoniumhydroxid, Natriumhydroxid und Kaliumhydroxid.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung stellt ein Verfahren zur Herstellung eines Beschichtungsfilms gemäß Anspruch 19 dar, welches das Auftragen auf ein Substrat einer wässrigen Dispersion, die ein elastomeres Nicht-Butyl-Polymer enthält, von einem im Wesentlichen abgeblätterten, mit Säure oder Base modifizierten oder behandelten Silicat-Füllstoffmaterial, das nicht mit organischen Kationen funktionalisiert ist, wobei der Silicat-Füllstoff ein Längenverhältnis von mehr als 25 aufweist, wobei der %-Gehalt des Silicat-Füllstoffs zwischen 5 und 60% des Feststoff-Gesamtgehalts beträgt, und von mindestens einem Additiv, das aus der Gruppe bestehend aus Tensiden, Emulgiermitteln, Antischäumungsmitteln, Dispergiermitteln, Benetzungsmitteln, Nivellierungsmitteln und Verdikkungsmitteln besteht ausgewählt ist, und das Trocknen der Dispersion zu einer Sperrbeschichtung umfassend den mit Säure oder Base modifizierten oder behandelten Silicat-Füllstoff mit dem gleichen Polymer-zu-Füllstoff-Verhältnis wie in der Dispersion umfasst, wobei die Beschichtung mindestens eine 5-fache Verringerung in der Gaspermeabilität als eine Beschichtung zeigt, die aus dem elastomeren Nicht-Butyl-Polymer allein gebildet wird, und wobei die Beschichtung ihre Sperreigenschaften unter Spannungsbeanspruchung beibehält und eine erste Schädigung erst bei einer Spannungsbeanspruchung von mindestens 5% biaxialer Dehnung bei 0% RH aufweist.
Die Sperrbeschichtung kann weiter ihre Sperreigenschaften unter Spannungsbeanspruchung bis zu einer ersten Schädigung von mindestens 10%, 25% und 40% biaxialer Dehnung bei 0% RH beibehalten.
Die Sperrbeschichtung kann werter mindestens eine 25-fache, 50-fache, 100-fache und 200-fache Verringerung in der Gaspermeabilität im Vergleich mit einer Beschichtung zeigen, die aus dem elastomeren Nicht-Butyl-Polymer allein gebildet wird.
Die Sperrbeschichtung kann eine Dispersion, eine Emulsion, eine Suspension und ein Latex sein.
Das bevorzugte elastomere Nicht-Butyl-Polymer wird aus Neopren, Nitrilkautschuken und EPDM gewählt. Diese Polymere können gehärtet, nicht gehärtet und teilweise gehärtet sein.
Der mit Säure oder Base modifizierte oder behandelte Silicat-Füllstoff ist ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Bentonit, Vermiculit, Montmorillonit, Nontronit, Beidellit, Volkonskoit, Hectorit, Saponit, Laponit, Sauconit, Magadiit, Kenyait, Ledikit und Mischungen und Dispersionen von den oben erwähnten Silicaten. Der bevorzugte Silicat-Füllstoff ist Vermiculit, das in der Dispersion mit weniger als 60% der gesamten Feststoffe, vorzugsweise zwischen etwa 5 bis etwa 50% der gesamten Feststoffe, vorliegen kann. Die Sperrbeschichtung weist einen Feststoff-Gesamtgehalt von etwas weniger als 30%, vorzugsweise von etwa 5 bis etwa 25% auf.
Der Silicat-Füllstoff kann vor dem Mischen mit dem elastomeren Nicht-Butyl-Polymer mit Säure oder Base behandelt werden. Die Säure wird ausgewählt aus Essigsäure, Glycin und Citronensäure, und die Base wird ausgewählt aus Ammoniumhydroxid, Natriumhydroxid und Kaliumhydroxid.
Das Substrat wird aus der Gruppe ausgewählt, die aus Filmen, Membranen, Handschuhen, Tennisbällen, Basketbällen, Fußbällen, Volleybällen, Racket-Bällen, Handbällen, Beach-Bällen und Spielzeugbällen und aufgeblasenen Produkten, wie Kraftfahrzeug- und Lastwagenreifen, Fahrradreifen, Booten, Luftmatrazen und aufblasbaren Betten besteht.
Die vorliegende Erfindung basiert zum Teil auf der Erkenntnis, dass durch Bereitstellen einer Beschichtungszusammensetzung, gemäß Anspruch 1, die im Wesentlichen dispergierten abgeblätterten Schichtsilicat-Füllstoff enthält, welcher mit Säure oder Base behandelt wurde, in einem elastomeren Nicht-Butyl-Polymer eine Beschichtung mit geringer Permeabilität mit verbesserter Flexibilität für eine Vielzahl von Anwendungen erhalten werden kann. Diese Beschichtung führt, wenn sie getrocknet ist, zu einer elastomeren Barriere mit einer Permeabilität, die um einen Faktor des mehr als 5-Fachen im Vergleich mit einem Film verringert ist, der aus dem getrockneten, ungefüllten elastomeren Nicht-Butyl-Polymer allein gebildet ist, und behält ihre verringerte Permeabilität unter Spannungsbeanspruchung bei und weist eine Spannungsbeanspruchung bis zu einer ersten Schädigung von mindestens 5% biaxialer Dehnung bei 0% RH auf. Diese Erfindung zeichnet sich gegenüber Feeney et al. dadurch aus, dass sie Formulierungen und Beschichtungen beschreibt, welche eine signifikant verbesserte Flexibilität (im Verhältnis zu den früher beschriebenen Nanokompositbeschichtungen), unter Beibehaltung einer großen Verringerung in der Permeabilität im Verhältnis zu dem ungefüllten Polymer, aufweisen.
Andere Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden in der ausführlichen Beschreibung weiter unten und in den Ansprüchen beschrieben.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung kommt dem unerfüllten Bedarf in dem Fachbereich nach Sperrbeschichtungen durch Bereitstellen von Sperrbeschichtungsmischungen nach, die für die Aufbringung auf flexible oder elastomere Substrate geeignet sind, darin eingeschlossen sind flexible oder elastomere Substrate unter Druck. Diese Beschichtungen nach der Erfindung verringern die Gaspermeabilität dieser Substrate. Die beschichteten Artikel sowie selbsttragende Filme und Membrane, die durch diese Sperrbeschichtungsmischungen hergestellt werden können, werden ebenfalls durch die Erfindung bereitgestellt.
Eine Ausführungsform dieser Erfindung stellt eine Sperrbeschichtung bereit, die von einer wässrigen Dispersion eines elastomeren Nicht-Butyl-Polymers, einem im Wesentlichen abgeblätterten, mit Säure oder Base modifizierten oder behandelten Silicat-Füllstoffmaterial, das nicht mit organischen Kationen funktionalisiert ist, wobei der Silicat-Füllstoff ein Längenverhältnis von mehr als 25 aufweist, wobei der Prozentgehalt des Silicat-Füllstoffs weniger als 60% des Feststoff-Gesamtgehalts beträgt, und von mindestens einem Additiv, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Tensiden, Emulgiermitteln, Antischäumungsmitteln, Dispergiermitteln, Benetzungsmitteln, Nivelierungsmitteln und Verdickungsmitteln besteht, abgeleitet ist, wobei die Beschichtung mindestens eine 5-fache Verringerung in der Gaspermeabilität gegenüber einer Beschichtung zeigt, die aus dem ungefüllten elastomeren Nicht-Butyl-Polymer allein gebildet wird, wobei die Beschichtung ihre Sperreigenschaften unter Spannungsbeanspruchung beibehält und eine erste Schädigung erst bei einer Spannungsbeanspruchung von mindestens 5% biaxialer Dehnung bei 0% RH aufweist. Die Sperrbeschichtung kann in der Form einer Dispersion, einer Emulsion, einer Suspension und eines Latex vorliegen.
Die bevorzugten elastomeren Nicht-Butyl-Polymere sind Neopren, Nitrilkautschuke und EPDM.
Der bevorzugte, mit Säure oder Base modifizierte oder behandelte Silicat-Füllstoff ist Vermiculit, welcher vor dem Mischen mit der Polymermischung entweder mit Säure oder Base behandelt werden kann. Die bevorzugten Säuren sind ausgewählt aus Essigsäure, Glycin und Citronensäure, und die bevorzugten Basen sind ausgewählt aus Ammoniumhydroxid, Natriumhydroxid und Kaliumhydroxid.
Die bevorzugte Sperrbeschichtung hat einen Feststoff-Gesamtgehalt von etwa 5% bis etwa 25%, und der dispergierte Silicat-Füllstoff liegt mit 10 bis etwa 50 Gew.-% des Feststoff-Gesamtgehalts vor.
In einer weiteren Ausführungsform stellt die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Sperrbeschichtungsfilms bereit, welches das Auftragen auf ein Substrat einer wässrigen Dispersion, die ein elastomeres Nicht-Butyl-Polymer enthält, von einem im Wesentlichen abgeblätterten Silicat-Füllstoffmaterial, das nicht mit organischen Kationen funktionalisiert ist, wobei der Silicat-Füllstoff ein Längenverhältnis von mehr als 25 aufweist, wobei der %-Gehalt des Silicat-Füllstoffs zwischen 5 und 60% des Feststoff-Gesamtgehalts beträgt, und von mindestens einem Additiv, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Tensiden, Emulgiermitteln, Antischäumungsmitteln, Dispergiermitteln, Benetzungsmitteln, Nivellierungsmitteln und Verdickungsmitteln besteht, und das Trocknen der Dispersion zu einer Sperrbeschichtung, umfassend den mit Säure oder Base modifizierten oder behandelten Silicat-Füllstoff mit dem gleichen Polymer-zu-Füllstoff-Verhältnis wie in der Dispersion, umfasst, wobei die Beschichtung mindestens eine 5-fache Verringerung in der Gaspermeabilität gegenüber einer Beschichtung zeigt, die aus dem elastomeren Nicht-Butyl-Polymer allein gebildet wird, und wobei die Beschichtung ihre Sperreigenschaften unter Spannungsbeanspruchung beibehält und eine Spannungsbeanspruchung bis zu einer ersten Schädigung von mindestens 5% biaxialer Dehnung bei 0% RH aufweist. Die Sperrbeschichtung kann in der Form einer Dispersion, einer Emulsion, einer Suspension und eines Latex vorliegen.
Die bevorzugten elastomeren Nicht-Butyl-Polymere sind Neopren, Nitrilkautschuke und EPDM.
Der bevorzugte mit Säure oder Base modifizierte oder behandelte Silicat-Füllstoff ist Vermiculit, welcher entweder mit Säure oder Base vor dem Mischen mit der Polymermischung behandelt werden kann. Die bevorzugten Säuren werden aus Essigsäure, Glycin und Citronensäure ausgewählt, und die bevorzugten Basen werden aus Ammoniumhydroxid, Natriumhydroxid und Kaliumhydroxid ausgewählt.
Die bevorzugte Sperrbeschichtung weist einen Feststoff-Gesamtgehalt von etwa 5% bis etwa 25% auf, und der dispergierte Silicat-Füllstoff ist mit 10 bis etwa 50 Gew.-% des Feststoff-Gesamtgehalts vorhanden.
Die Substrate werden aus der Gruppe ausgewählt, die aus Filmen, Membranen, Handschuhen, Tennisbällen, Basketbällen, Fußbällen, Volleybällen, Racket-Bällen, Handbällen, Beach-Bällen und Spielzeugbällen und aufgeblasenen Produkten, wie Kraftfahrzeug- und Lastwagenreifen, Fahrradreifen, Booten, Luftmatrazen und aufblasbaren Betten besteht.
I. Definitionen
Der Begriff "Längenverhältnis" ist als eine Charakteristik von jedem Plättchenmaterial in fester Form definiert. Längenverhältnis ist das Produkt der lateralen Dimension eines Plättchenfüllstoffpartikels, z. B. Glimmerflocken, geteilt durch die Dicke des Plättchen. "Hohes Längenverhältnis" bezieht sich auf einen Plättchenfüllstoff, dessen laterale Dimension geteilt durch die Dicke größer als 25 ist. Das Längenverhältnis von jeglichem Füllstoff ist eine inhärente Eigenschaft des ausgewählten Füllstoffs. Zum Beispiel besitzt wässrige MICROLITE^® 963-Vermiculitlösung [W. R. Grace, siehe EP-Anmeldung Nr. 601 877, veröffentlicht am 15. Juli 1994] ein charakteristisches Längenverhältnis von etwa 10 000 oder Dimensionen von 10 bis 30 μm × 10.
Eine "Sperrbeschichtungsmischung" schließt eine Flüssigkeit ein, welche suspendierte Feststoffe enthält, die zur Aufbringung der Feststoffe auf ein Substrat verwendet wird. Ein neuer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es, dass die Sperrbeschichtungsmischungen für eine bessere Dispersion von Plättchenfüllstoffen in Flüssigkeit bei einem unüblich geringen Feststoffgehalt, zum Beispiel zwischen etwa 1 bis etwa 30% Feststoffe, sorgen, wie ausführlicher weiter unten beschrieben wird. Gemäß dieser Erfindung wird die "Beschichtungsmischung", nachdem sie getrocknet wurde, als eine "getrocknete Beschichtung" oder ein "Film" bezeichnet.
Der Begriff "Schädigung" bedeutet jede mit dem bloßen Auge feststellbare Veränderung in der Oberfläche der Sperrbeschichtung, wie Risse, Craze-Bildung oder andere Veränderungen in der Textur.
"Abblätterung" ist für geschichtete Füllstoffe als die vollständige Abtrennung von einzelnen Schichten des ursprünglichen Partikels definiert, so dass ein Polymer vollständig jedes Partikel umgibt. Erwünschtermaßen liegt das Polymer zwischen jedem Plättchen vor, so dass die Plättchen statistisch voneinander getrennt sind. Es erscheint keine Röntgenlinie aufgrund des statistischen Abstands von abgeblätterten Plättchen. Unter gewissen Umständen kann der Füllstoff abblättern, wenn er in einem wässrigen oder nicht-wässrigen Medium dispergiert wird. Dies würde zu einem höheren Längenverhältnis führen als demjenigen eines festen Partikels vor der Dispersion.
Der Begriff "Gasbarriere" schließt eine Barriere gegenüber Sauerstoff, Stickstoff, Kohlendioxid und anderen Gasen ein.
"Mesoskopische Domäne" bedeutet, dass die Platten lokal orientierte Domänen bilden, wo die Plättchen gut ausgerichtet sind. Makroskopische Domänen sind zu sehen, wenn Suspensionen von Partikeln, welche mesoskopische Domänen bilden, durch Kreuzpolarisatoren betrachtet werden. Diese Domänen sind dann schwierig zu sehen, wenn das Polymer in Wasser dispergiert ist.
Wie hierin verwendet, soll der Begriff "Mischung" oder "Beschichtungsmischung" so ausgelegt werden, dass koloidale Dispersionen, Suspensionen, Emulsionen und Latexe eingeschlossen sind, wie sie herkömmlicherweise definiert sind. Zum Beispiel ist mit "kolloidale Dispersion oder Latex" jegliche Dispersion oder Suspension von Partikeln in Flüssigkeit gemeint, wobei die Partikel eine Größe von größer als dem Molekülmaßstab haben, z. B. etwa 0,001 bis etwa 0,1 Mikrometer. Eine Emulsion enthält allgemein Partikel von etwa 0,05 bis 1,0 Mikrometer in Flüssigkeit. Eine "Suspension" enthält allgemein Partikel von größer als 1,0 Mikrometer in Flüssigkeit.
Der Ausdruck "Nanokomposit" oder "gefüllter Polymernanokomposit" bezieht sich auf die Mischung von im Wesentlichen abgeblättertem Füllstoff und Polymer. Der Abblätterungsgrad des Füllstoffs in dem Polymer ist nicht spezifiziert. Die Dicke mindestens einiger Füllstoffpartikel liegt unter 1 Mikrometer und vermutlich deutlich unter 100 nm.
Der Ausdruck "Nicht-Butyl-Elastomer" ist als ein polymeres Material definiert, welches im Wesentlichen nicht aus von Isobutylen abgeleiteten Einheiten besteht, wie dies bei Butylkautschuk der Fall ist. Vorzugsweise weist das Nicht-Butyl-Elastomer, das zum Einsatz kommt, weniger als 50 Molprozent an Einheiten, die von Isobutylen abgeleitet sind, auf.
Der Begriff "Substrat" oder "Artikel", die mit diesen Beschichtungen beschichtet sind, schließen ohne Einschränkung flexible und elastomere (oder hoch elastische) Materialien, wie Kautschuk, und andere Oberflächen, wie Reifen, Ballone, Handschuhe, Prophylaktika, Diaphragmen und Membrane für die Akkumulation, Aktuatoren bzw. Steuererlemente und Regulatoren und dergleichen ein.
II. Die Sperrbeschichtung
Eine Sperrbeschichtung gemäß dieser Erfindung schließt die folgenden Komponenten ein:

(a) ein wasserdispergiertes elastomeres Nicht-Butyl-Polymer;
(b) einen dispergierten, abgeblätterten Plättchen-Schichtsilicat-Füllstoff, welcher mit Säure oder Base behandelt wurde, mit einem Längenverhältnis von mehr als 25; und
(c) mindestens ein Additiv, gewählt aus der Gruppe bestehend aus Tensiden, Emulgiermitteln, Antischäumungsmitteln, Dispergiermitteln, Benetzungsmitteln, Nivelierungsmitteln und Verdickungsmitteln;

wobei der Feststoff-Gesamtgehalt erwünschtermaßen unter 30% Feststoffgehalt liegt und die Menge des behandelten Füllstoffs 5–60% des Feststoff-Gesamtgehalts ausmacht. Diese Sperrbeschichtungsmischungen führen zu Filmen mit Verringerungen in der Permeabilität des 5-Fachen bis 100-Fachen oder mehr im Verhältnis zu dem ungefüllten Polymer, das seine verringerte Permeabilität unter Spannungsbeanspruchung beibehält und eine Spannungsbeanspruchung bis zu einer ersten Schädigung von mindestens 5% biaxialer Dehnung bei 0% RH aufweist. Diese Ergebnisse sind wesentlich höher als im Stand der Technik bei anderen mit Plättchen gefüllten Sperrbeschichtungen.
Die Sperrbeschichtungsmischungen dieser Erfindung sind dadurch charakterisiert, dass sie mehrere kristische Merkmale ausbalancieren, das heißt eine geeignete Dispersion des Füllstoffs in dem elastomeren Nicht-Butyl-Polymer, eine Orientierung der Füllstoffplättchen in dem elastomeren Nicht-Butyl-Polymer, sowie ein hohes Längenverhältnis des Füllstoffs, um die gewünschten Verringerungen in der Permeabilität und Flexibilität bei der getrockneten Sperrbeschichtung zu erzielen. Die Sperrbeschichtungsmischung dieser Erfindung enthält erwünschterweise einen ungewöhnlich niedrigen Feststoffgehalt, das heißt zwischen etwa 1% und etwa 30% Feststoffe. Ein stärker gewünschter Bereich für den Feststoffgehalt liegt zwischen etwa 5% bis etwa 25% Feststoffe. Der Feststoffgehalt ist ein wichtiger Faktor bei den Sperrbeschichtungszusammensetzungen, was die Leistung der getrockneten Beschichtungen angeht, weil der Feststoffgehalt die Dispersion des Füllstoffs mit einem hohen Längenverhältnis beeinflusst. Wenn ein hoher Feststoff-Gesamtgehalt in der Sperrbeschichtungszusammensetzung verwendet wird, würde man keinen gut dispergierten Füllstoff, zum Beispiel Vermiculit, erhalten und die Verringerungen in der Permeabilität, die für die Beschichtungen dieser Erfindung charakteristisch sind, und in den Beispielen und Figuren hierin ausgewiesen sind, werden nicht erreicht. Der bevorzugte Bereich für den Feststoffgehalt (5–25%) liegt unerwartet deutlich unterhalb demjenigen, der typischerweise in der Beschichtungsindustrie zur Anwendung kommt und daher nicht durch die Lehren des Stands der Technik betreffend Sperrbeschichtungsformulierungen vorhergesagt ist.
Der Feststoff-Gesamtgehalt der Beschichtungsmischungen dieser Erfindung beträgt weniger als 30%, wobei der behandelte Füllstoff für 5–60% des Feststoff-Gesamtgehalts steht. Bevorzugte Nicht-Butyl-haltige Polymere schließen Neopren, Nitril- und Ethylenpropylen-Dien-(EPDM-)Kautschuk ein, und der Füllstoff ist eine Vermiculit-Suspension. Die Beispiele 3–4, 6–12 und 15–21 geben eine Vielzahl erwünschter Zusammensetzungen dieser Erfindung an, die durch Polymer- und Füllstoffkonzentrationen innerhalb des oben genannten Bereichs gekennzeichnet sind.
Vorzugsweise liegt in der getrockneten Sperrbeschichtung (Film) das Polymer mit etwa 50 bis etwa 90 Gew.-% vor und der dispergierte geschichtete Füllstoff ist mit etwa 10 bis etwa 50 Gew.-% vorhanden.
A. Das elastomere Nicht-Butyl-Polymer
Elastomere Nicht-Butyl-Polymere, die bei der Bildung von Beschichtungsmischungen dieser Erfindung von Nutzen sind, schließen Polymere ein, die allgemein unter zahlreichen Klassen ausgewählt werden. Die ausgewählten Polymere können härtbare Polymere, teilweise gehärtete Polymere oder nicht gehärtete Polymere sein und sind in Wasser dispergierbar. Solche Polymere schließen ohne Beschränkung olefinisches thermoplastisches Elastomer (TPO); thermoplastisches Polyamidelastomer (Polyamid TPE); thermoplastisches Polybutadienelastomer, z. B. syndiotaktisches thermoplastisches 1,2-Polybutadienelastomer (Polybutadien TPE); thermoplastisches Polyesterelastomer (Polyester TPE); thermoplastisches Polyurethanelastomer (TUPR), zum Beispiel thermoplastisches Polyester-Polyurethan-Elastomer (TPAU) und thermoplastisches Polyether-Polyurethan-Elastomer (TPEU); thermoplastisches Styrolelastomer (Styrol-TPE); thermoplastisches Vinylelastomer, z. B. Polyvinylchloridpolyol (pPVC), ein.
Eine Vielzahl von Kautschukpolymeren kann ebenfalls als Polymerkomponente der vorliegenden Erfindung verwendet werden, darin eingeschlossen Acrylkautschuk, wie Ethylen-Acrylat-Copolymer (EACM); und Butadienkautschuk, wie Polybutadien.
Noch weitere nützliche elastomere Nicht-Butyl-Polymere sind chlorsulfonierter Polyethylenkautschuk, z. B. chlorsulfoniertes Polyethylen (CSM); Epichlorhydrinkautschuk, wie Polyepichlorhydrin (CO), Polyepichlorhydrin-Copolymer (CO-Copolymer); Ethylen-Propylen-Kautschuk (EPR), wie Ethylen-Propylen-Copolymer (EPM), Ethylen-Propylen-Dien-Copolymer (EPDM).
Andere Polymere für eine derartige Verwendung schließen Fluorelastomere, zum Beispiel Vinylidenfluorid-Hexafluorpropylen-Copolymer (FKM); Naturkautschuk (NR); Neoprenkautschuk, wie Polychloropren (CR); Nitrilkautschuk, zum Beispiel Acrylnitril-Butadien-Copolymer (NBR); Polysulfidkautschuk; Polyurethan, zum Beispiel Polyesterurethan (AU), und Polyetherurethan (EU); Propylenoxidkautschuk; Siliconkautschuk, zum Beispiel Silicon (MQ), und Methylvinylfluorsilicon (FVMQ) und Styrol-Butadien-Kautschuk, zum Beispiel Styrol-Butadien-Copolymer (SBR), ein.
Besonders bevorzugte Polymere schließen Neoprenkautschuk, Nitrilkautschuk und EPDM-Kautschuk ein.
Das Polymer ist vorzugsweise zur Bildung einer Dispersion, von Latex, einer Suspension oder Emulsion in Wasser oder einer Mischung von Wasser und etwas Lösemittel fähig.
B. Der Füllstoff
Die Beschichtungsmischungen dieser Erfindung, wie weiter oben beschrieben, schließen auch eine Säure oder Base, behandelt mit dispergiertem, abgeblättertem Füllstoff, ein, welcher in Mischung ein an sich hohes Längenverhältnis aufweist, welches von etwa 25 bis etwa 30 000 reichen kann. Der in der vorliegenden Erfindung bevorzugte Füllstoff ist Vermiculit. Insbesondere ist ein erwünschter Vermiculit eine wasserbasierte MICROLITE^® 963-Vermiculit-Dispersion (W. R. Grace) [Siehe die EP-Anmeldung Nr. 601 877 , veröffentlicht am 15. Juni 1994], bei der es sich um eine 7,5 gew.-%ige wässrige Lösung von dispergiertem Glimmer handelt. In den Beschichtungsmischungen (der Flüssigkeit) ist der geschichtete Füllstoff mit einem Anteil von etwa 5 bis etwa 60 Gew.-% der Gesamtfeststoffe vorhanden. In den getrockneten Beschichtungen dieser Erfindung liegt der geschichtete Füllstoff mit einem Mindestanteil von etwa 5 Gew.-% bis zu einem maximalen Anteil von etwa 60 Gew.-% der getrockneten Beschichtung vor. Die Zusammensetzungen der vorliegenden Erfindung erhalten den Füllstoff, wenn er getrocknet ist, in einer gut dispergierten Form, was zu einem hohen Längenverhältnis des getrockneten Füllstoffs in der Beschichtung und einer stark erhöhten Reduzierung der Permeabilität führt.
Beispiele für einen Füllstoff schließen abgeblätterte Silicate, z. B. Bentonit, Vermiculit, Montmorillonit, Nontronit, Beidellit, Volkonskoit, Hectorit, Saponit, Laponit, Sauconit, Magadiit, Kenyait, Ledikit und Mischungen davon ein. MICROLITE^®-Vermiculit ist der bevorzugte Füllstoff auf Grund seines sehr hohen Längenverhältnisses. Die Vermiculit-Platten haben eine durchschnittliche laterale Größe zwischen 10 und 30 Mikrometer. Die Platten werden größtenteils in Wasser abgeblättert, und daher beträgt ihre Dicke 1 bis 2 nm. Das Längenverhältnis des Füllstoffs in Wasserdispersion beträgt im Durchschnitt 10 000 bis 30 000. Es ist klar, dass viele Platten sich während des Beschichtungs- und Trocknungsverfahrens der vorliegenden Erfindung neu anordnen. Es ist ein großer Vorteil, mit einem Längenverhältnis zu beginnen, das so groß wie möglich ist. Die Auswahl und Verwendung anderer bekannter Silicate, die ähnliche Eigenschaften besitzen wie diejenigen von MICROLITE^®-Vermiculit, sowie von ausreichend hohen Längenverhältnissen sollten dem Fachmann auf dem Gebiet nach den Lehren dieser Erfindung klar sein.
Plättchen mit einem großen Längenverhältnis in dem Füllstoff können lokal orientiert sein. Die mesoskopische Natur der suspendierten Platten ist eine direkte Folge des Längenverhältnisses. Ein einfacher Nachweis des großen Längenverhältnisses von MICROLITE^® 963 ist die Tatsache, dass orientierte makroskopische Domänen festzustellen sind, wenn es in Wasser in einer Konzentration von 0,02 Gew.-% oder 0,01 Vol.-% dispergiert ist. Die Konzentration, oberhalb welcher ein Plättchenfüllstoff in Suspension lokal orientiert ist, ist in etwa angegeben durch ein 1/Längenverhältnis. Somit müssten Füllstoffe, die mit einem Längenverhältnis von 25 beginnen, oberhalb 4 Vol.-% in einer Dispersion vorgesehen werden, um eine hohe lokale Orientierung zu erreichen.
Obwohl MICROLITE^® 963-Vermiculit (W. R. Grace) bevorzugt ist, können gute Resultate auch mit anderen abgeblätterten Güteklassen von MICROLITE-Vermiculit (d. h. die Güteklassen 963 ++, 923 und 903) erreicht werden. Andere Schichtsilicate sind ebenfalls nützlich in den Sperrbeschichtungen und Filmen dieser Erfindung. Insbesondere sind dies SOMASIF^TM ME-100 von CO-OP Chemical Co. Ltd. (Tokio, Japan) und SCPX-2041 von Southern Filler Products (Gonzales, Texas). Die Wirksamkeit anderer Silicate in der Sperrbeschichtung dieser Erfindung hängt von der lateralen Größe der Plättchen, dem Abschälungsgrad in Wasser und dem Grad, in welchem sie sich neu anordnen unter Bildung größerer Partikel während des Beschichtungs- und Trocknungsverfahrens, ab.
Eine Sperrbeschichtung schließt eine Vorbehandlung des abgeblätterten Silicat-Füllstoffs mit Säure oder Base ein. Während der Mechanismus noch nicht völlig verstanden wird, welcher zwischen der Säure oder Base und den Füllstoffteilchen stattfindet, schließen die Hauptgründe für die Verwendung einer solchen Behandlung die folgenden ein:

1. Eine verbesserte Kompatibilität der wässrigen Polymerdisperson und des wässrigen dispergierten Füllstoffs. Dies unterscheidet sich in ziemlicher Weise von anderen Arbeiten, die auf die Verbesserung der Kompatibilität des Polymers und des Füllstoffs abzielen. Organische Gruppen werden nicht auf die flache Oberfläche zu dem Füllstoff in einer signifikanten Menge hinzugefügt (weil jene Gruppen negativ geladen sind und an dieser Oberfläche nicht anhaften würden).
2. Verbesserte Stabilität der Beschichtungsformulierung. In beiden Fällen modifiziert die Säure- oder Basenbehandlung die detaillierte Wechselwirkung unter Füllstoffpartikeln und zwischen dem Füllstoff und dem Polymer, die in dem Wasser dispergiert sind. Diese kann auch die Wechselwirkung mit Tensiden und Verdickungsmitteln modifizieren. Obwohl diese Wechselwirkungen nicht vollständig verstanden werden, entstehen die festgestellten Verbesserungen vermutlich durch einen oder beide der folgenden Mechanismen:
1. Chemische Modifikation des Füllstoffs – das heißt, die Bindung von Säure- oder Basegruppen an die Ränder oder an Defektstellen in der Füllstoffstruktur. Außerdem kann die Behandlung Metallionen aus dem Füllstoff entfernen, wodurch dessen Wechselwirkung mit geladenen Tensiden und anderen Komponenten in der Formulierung verändert wird.
2. Physikalische Veränderungen in der Plattenstruktur: Wenn die Säure- oder Basenbehandlung lokal den Füllstoff an Defektstellen und/oder Verunreinigungen modifiziert, kann dies ein Verbiegen der Platten verursachen. Wenn die Platten nicht flach sind, haben sie Regionen, wo sie in Kontakt sind. Andererseits können sie nicht vollständig in größere Füllstoffpartikel agglomerieren, wenn sie nicht flach sind. Diese Typen von physikalischen Veränderungen stimmen mit der Beobachtung von Veränderungen in der Viskosität und Stabilität überein, wenn der Füllstoff behandelt wird. Die physikalischen Veränderungen, wie die beschriebenen, stimmen ebenfalls mit der Tatsache überein, dass die Veränderungen nicht umkehrbar sind, wenn ein mit Säure behandelter Füllstoff im Anschluss mit einer Base behandelt wird. Wenn physikalische Veränderungen kritisch sind für verbesserte Eigenschaften, können solche Veränderungen durch andere Verfahren als die Säure- oder Basebehandlung erzielt werden.

C. Oberflächenaktive Stoffe und andere Additive
Beschichtungsmischungen dieser Erfindung enthalten auch mindestens einen oder mehr als einen geeigneten Tenside zur Verringerung der Oberflächenspannung. Tenside schließen Materialien ein, die ansonsten als Benetzungsmittel, Antischäumungsmittel, Emulgiermittel, Dispergiermittel, Nivellierungsmitel etc. bekannt sind. Tenside können anionisch, kationisch und nichtionisch sein, und zahlreiche Tenside jedes Typs sind im Handel erhältlich. Ein geeignetes Tensid für den Einschluss in diesen Zusammensetzungen besitzt eine kritische Micellenkonzentration, die ausreichend niedrig ist, um eine getrocknete Beschichtung sicherzustellen, die nicht durch restliches Tensid beeinträchtigt wird. Vorzugsweise sind der/die Tenside, die in den Verfahren und Dispersionen dieser Erfindung nützlich sind, nichtionisch, besonders nützlich mit einem hoch geladenen Füllstoff, wie Vermiculit. Im Falle einer ungünstigen Wechselwirkung des in der Latexdispersion vorhandenen anionischen Emulgiermittels müssen etwaige zusätzliche ionische Additive auf ein Minimum beschränkt werden. Diese Variable wird eliminiert, wenn das Tensid oder das Emulgiermittel nichtionisch ist. Eine Erhöhung der Ionenkonzentration der Vermiculit enthaltenden Zusammensetzungen, wie durch die Zugabe einer Base zur Einstellung des pH-Wertes, z. B. KOH, NH₄OH und NaOH, kann eine Agglomeration des Füllstoffs bewirken, was die Verringerung in der Permeabilität nachteilig beeinflusst.
Kationische Tenside, die mit den in den Schichtsilicaten vorhandenen Alkalimetallgegenionen Ionen austauschen können, sind nicht verwendet worden. Diese machen die Füllstoffoberfläche typischerweise hydrophob, und damit machen sie eine stabile Wassersuspension unmöglich. Beschränkte Mengen an kationischen Tensiden können eingeschlossen werden, solange sie nicht die Beschichtungsformulierungsstabilität negativ beeinflussen.
Einige Ausführungsformen dieser Erfindung schließen mindestens zwei Tenside ein, welche vorzugsweise sowohl ein Benetzungsmittel als auch ein Antischäumungsmittel einschließen. Noch andere Zusammensetzungen können zusätzliche Tenside aufweisen, um zusätzliche Wirkungen zu vollbringen. Erwünschte, in den Beispielen weiter unten zum Einsatz kommende Tenside, sind das nichtionische SILWET^® L-77-Benetzungsmittel auf Siloxanbasis [OSI Specialties, Inc.], ZONYL FSP und 8952 (DuPont Performance Chemicals and Intermediates) und FOAMASTER^® VL-Entschäumer (Henkel).
Andere geeignete Tenside können ebenfalls ausgewählt werden. Die Menge und Anzahl der zu der Geschichtszusammensetzung hinzugefügten Tenside hängt von den/dem jeweils ausgewählten Tensiden ab, sollte aber auf die Mindestmenge an Tensid beschränkt sein, die notwendig ist für die Erzielung einer Benetzung des Substrats, ohne gleichzeitig die Leistung der getrockneten Beschichtung zu beeinträchtigen. Zum Beispiel können typische Tensid-Mengen weniger als oder gleich etwa 15 Gew.-% der getrockneten Beschichtung ausmachen.
Alternativ kann das gleiche Tensidmolekül chemisch an das Polymer als 1) eine Copolymereinheit oder 2) eine hinzugefügte reaktive Einheit, die später mit dem Polymer reagieren kann, gebunden werden.
Andere optionale Komponenten der Beschichtungsmischung schließen herkömmliche Mittel zur Einstellung des pH-Wertes, wie Basen, z. B. NH₄OH, NaOH oder KOH oder Säuren, zum Beispiel Essigsäure, Citronensäure oder Glycin ein, mit der Maßgabe, dass darauf geachtet wird, dass eine Agglomeration vermieden wird, wir weiter oben erläutert wird.
In einer weiteren Ausführungsform können Verdickungsmittel in den Beschichtungsformulierungen zur Einstellung der Viskosität verwendet werden. Ein Fachmann auf dem Gebiet würde ohne Weiteres den Typ und die Mengen an Verdickungsmitteln bestimmen und einstellen, je nach dem Typ und der Menge des in der Beschichtungsmischung verwendeten Füllstoffs, und zwar auf Basis der hierin enthaltenen Lehren.
Wenn ein Film oder eine Beschichtung die Diffusion eines Moleküls oder einer Chemikalie einschränkt, dann ist allgemein bekannt, dass das Eindringen des Säuremoleküls weiter verringert werden kann durch die Zugabe von Absorptionsmitteln oder Gettern entweder zu der Beschichtung oder in einer Schicht oder einem Material unter der Beschichtung. Dieses Konzept wird kommerziell in Honeywell's AEGIS^TM-Nylonfilmen zum Blockieren der Diffusion von Sauerstoff verwendet. Es ist klar, dass das gleiche Konzept in Verbindung mit Nanokompositbeschichtungen zum Blockieren des Eindringens von Sauerstoff, Wasser, chemischen Kampfstoffen oder jeglichem anderen Material verwendet werden kann. Die Verwendung solcher Absorptionsmittel hat keinen großen Effekt auf die stationäre Permeabilität, sondern beeinflusst in erster Linie die Zeit, die benötigt wird, damit die ersten Moleküle durch das System diffundieren. Diese Durchbruchszeit ist bei Verpackungs-, chemischen Schutz- und elektronischen Anwendungen höchst bedeutend.
In mehreren Anwendungen ist es vorteilhaft, die Sperrbeschichtung auf die Innenseite des Produkts zu plazieren. Dies ist bereits bei Tennisbällen erfolgt. Reifeninnenseelen sehen die Barriere vor, welche die Luftzurückhaltung unterstützt, und es handelt sich um die letzte Schicht auf der Innenseite des Reifens.
Um eine Beschichtung auf die Innenseite von Kautschukprodukten, wie Blasen und/oder Schläuchen zu platzieren, ist ein Verfahren, das angewandt werden kann, ein Stülpen des Produkts vor dem Beschichten. Die Beschichtung kann dann auf die Außenseite mittels eines Standardverfahrens, wie Tauch- oder Sprühbeschichten, aufgebracht werden. Die Beschichtung kann dann getrocknet werden (und dies wird durch die Tatsache erleichtert, dass sie sich auf der Außenseite befindet). Nach dem Trocknen kann das Produkt erneut gestülpt werden, so dass die Beschichtung am Ende die Innenschicht ist. Diese elastomere Natur sowohl des Produkts als auch der Beschichtung sind wesentlich, damit dieses Verfahren wirksam ist und keinen größeren Schaden anrichtet. Zwei Beispiele für Produkte, in denen dieser Verarbeitungstyp wichtig sein kann, sind Sportballblasen (wie Fußbälle) und Fahrrad- und andere Reifenschläuche.
D. Die Trägerflüssigkeit
Die Beschichtungsmischungen dieser Erfindung sind in einer geeigneten Trägerflüssigkeit vorhanden, welche vorwiegend Wasser ist. Kombinationen von Wasser mit einem organischen Träger können ebenfalls als Trägerflüssigkeit verwendet werden. Beispiele für geeignete organische Träger könnten Hexan, Heptan, Toluol, Isopropylalkohol, Cyclohexanon, Ethanol, Methanol, andere Kohlenwasserstoffe und Kombinationen hiervon einschließen. Die Auswahl eines geeigneten organischen Lösungsmittelträgers liegt im Erfahrungsbereich des Fachbereichs.
E. Ausführungsformen von Sperrbeschichtungsmischungen
Ein Beispiel für eine Sperrbeschichtungsmischung, die für die Auftragung auf einen Reifen oder die Reifenoberfläche oder eine Grenzfläche gemäß dieser Erfindung nützlich ist, umfasst eine Beschichtung, die durch eine Sperrbeschichtungsmischung gebildet wird, welche in einer Trägerflüssigkeit Folgendes umfasst: (a) ein elastomeres Nicht-Butyl-Polymer; (b) einen mit einer Säure oder Base behandelten abgeblätterten geschichteten Plättchenfüllstoff mit einem Längenverhältnis von mehr als 25; und (c) mindestens ein Additiv, wobei der Feststoff-Gesamtgehalt der Mischung weniger als 30% beträgt und der Füllstoff in Mengen von 5 bis 60% der gesamten Feststoffe vorhanden ist. Diese Trägerbeschichtungsmischungen führen zu Filmen mit einer Verringerung in der Permeabilität von dem 5- bis 100-Fachen oder noch höher im Verhältnis zu dem ungefüllten Polymer, welches seine verringerte Permeabilität unter Spannungsbeanspruchung beibehält und eine Spannungsbeanspruchung bis zu einer ersten Schädigung von mindestens 5% biaxialer Dehnung bei 0% RH aufweist. Diese Ergebnisse sind wesentlich höher als diejenigen des Stands der Technik bei anderen mit Plättchen gefüllten Sperrbeschichtungen.
In einer bevorzugten Ausführungsform weisen die oben beschriebenen Beschichtungsmischungen Feststoff-Gesamtgehalte von gleich oder weniger als 30% auf, wobei der Füllstoff 5 bis 60% der gesamten Feststoffe und zwischen etwa 0,1 bis etwa 15 Gew.-% des/der Additive aufweist. Die getrockneten Beschichtungen der oben beschriebenen Mischungen enthalten Füllstoffe, welche die Gaspermeabilität um mehr als das 5-Fache des getrockneten ungefüllten Polymers allein verringern, was deren verringerte Permeabilität unter Spannungsbeanspruchung beibehält, und weist eine Spannungsbeanspruchung bis zu einer ersten Schädigung von mindestens 5% biaxialer Dehnung bei 0% RH auf.
Eine bevorzugte Beschichtungsmischung, die in dieser Erfindung von Nutzen ist, weist einen Feststoffgehalt zwischen etwa 5 bis etwa 25 Gew.-% auf, und die getrocknete Beschichtung umfasst zwischen etwa 50 bis etwa 90 Gew.-% eines elastomeren Nicht-Butyl-Polymerlatex, zwischen etwa 10 bis etwa 50 Gew.-% eines mit Säure oder Base behandelten Vermiculit-Füllstoffs, wobei der Gesamtgehalt an Additiv in Gew.-% bis zu etwa 15% beträgt. Weitere bevorzugte Sperrbeschichtungsmischungen, die in dieser Erfindung von Nutzen sind, können durch Verfahren hergestellt werden, die ausführlich in den Beispielen 3–4, 6–12 und 15–21 beschrieben werden.
III. Der beschichtete Artikel
Nachdem die Beschichtungsmischungen wie beschrieben hergestellt wurden, können sie auf ein geeignetes Substrat zur Verringerung der Permeationsrate des Substrats gegenüber Gas aufgetragen werden. In der getrockneten Beschichtung liegt das Polymer stärker bevorzugt in der Mischung vor, wenn es bei einem Gewichtsprozentanteil von mindestens etwa 40% getrocknet ist. Der mit Säure oder Base behandelte Füllstoff ist vorzugsweise in der genannten Mischung in einem getrockneten Zustand bei einem Gewichtsprozentanteil bei mehr als etwa 5 Gew.-% vorhanden. Die getrocknete Beschichtung verringert die Gaspermeabilität um mehr als das 5-Fache im Vergleich zu dem getrockneten ungefüllten Polymer allein. Verringerungen in der Permeabilität, die den Zusammensetzungen dieser Erfindung zugeschrieben werden können, können im Bereich von ungefähr dem 5- bis etwa 100-Fachen oder mehr gegenüber einem ungefüllten Polymer allein betragen.
Erwünschte Substrate zum Beschichten mit den Beschichtungsmischungen dieser Erfindung können flexible und/oder elastomere Substrate sein, gegebenenfalls unter Druck. Beispiele für flexible oder elastomere Substrate schließen Ballone, Handschuhe, Luftschiffen, Reifen für Fahrräder, Kraftfahrzeuge und Lastwägen etc. und Reifenschichtenprophylaktika, Druckspeicher, Regulatoren und Aktuatoren, Diaphragmen und Membranen ein.
Eine weitere gewünschte Anwendung dieser Erfindung ist eine Verkleidung oder Beschichtung für eine pneumatische Vorrichtung oder jede Vorrichtung unter Druck, wie Sport- und Spielzeugbälle, wie Tennisbälle, Basketbälle, Fußbälle, Volleybälle, Racket-Bälle, Handbälle, Beach-Bälle und dergleichen. Im Wesentlichen kann jeder elastomerhaltige Gegenstand, welcher entweder Luft oder ein anderes Gas unter Druck enthält oder den Ausschluss von Luft oder anderen Gasen erfordert, mit den Zusammensetzungen dieser Erfindung beschichtet werden, zum Beispiel aufgeblasene Produkte, wie Boote, Luftmatratzen und aufblasbare Betten etc. Eine noch weitere Sportanwendung für diese Beschichtung ist eine Grundierung für Golfbälle für deren Feuchtigkeitsbeständigkeit.
Viele der Sportbälle verwenden eine Blase, um die Luft oder sonstiges Gas innerhalb der Bälle zu halten. Die Blasen werden derzeit aus Naturkautschuk, Butylkautschuk und Polyurethan hergestellt. Die Beschichtungszusammensetzungen dieser Erfindung sind besonders nützlich, wenn sie auf diese Blasen zur Verbesserung ihrer Fähigkeit Luft zurückzuhalten beschichtet werden. Die Beschichtungen werden wie hierin beschrieben aufgetragen, z. B. durch Tauchbeschichten, wie es häufig zur Herstellung der Blase selbst angewandt wird, oder durch Sprühbeschichten. Die Beschichtungen werden entweder während der Blasenfertigung oder nachdem die Blase gefertigt wurde, aufgetragen. Die Beschichtungen der vorliegenden Erfindung werden auf die Innenseite oder Außenseite der Blase aufgetragen, je nach dem Fertigungsverfahren für die Blase. Außerdem werden einige Blasen in mehreren Schichten angefertigt, und eine Beschichtungszusammensetzung dieser Erfindung wird auf einer oder mehreren der Schichten verwendet, wodurch eine laminierte Struktur mit dem Blasenmaterial gebildet wird.
Ein Vorteil der Verwendung der Beschichtungszusammensetzungen dieser Erfindung ist es, dass die Beschichtungen einer relativ dicken Blase mit einer dünnen Beschichtung eine Barriereleistung hinzufügen, die keine größere Wirkung auf das Gewicht oder die mechanischen Eigenschaften des Endprodukts hätte.
In den Fällen von Produkten, welche keine Blase verwenden, wie Tennisbälle, werden die Beschichtungszusammensetzungen dieser Erfindung vorzugsweise auf die Innenseite des Balles aufgetragen. Auf diese Weise beeinflusst die Beschichtung nicht die Haftung des außen liegenden Filzes an dem Kautschuk. Die Beschichtung wird durch Standardtechniken, wie bereits erläutert, aufgetragen, wobei ein Sprühbeschichten vermutlich am wirksamsten ist. Im Hinblick auf die Verbesserung der Feuchtigkeitsbeständigkeit von Golfbällen wird die Sperrbeschichtung dieser Erfindung erwünschterweise auf die Innenseite der äußeren Schicht des Golfballes aufgetragen. Die Sperrbeschichtungen dieser Erfindung werden ebenfalls erwünschtermaßen auf die Innenseite (oder eine Innenschicht) von Spielzeugbällen, aufblasbaren Booten oder Luftmatratzen aufgetragen.
Diese Beschichtungen können auch als Hauptkomponente bei chemischen Schutzhandschuhen, Gesichtsmasken und Schutzanzügen verwendet werden. Alle diese Produkte verwenden häufig Butylkautschuk oder andere Elastomere als eine Diffusionsbarriere, um den Träger vor Lösemitteln und anderen gefährlichen Chemikalien zu schützen. Die Nanokompositbeschichtungen, die hier beschrieben werden, können als eine oder mehrere Schichten bei einer solchen Schutzvorrichtung verwendet werden, wodurch der geleistete Schutzgrad verbessert wird. Die Nanokompositbeschichtung kann auf der Innenseite, Außenseite und/oder einer Innenschicht eines mehrschichtigen Produkts erfolgen.
IV. Verfahren zum Beschichten eines Substrats oder Bilden eines Films
Die durch die Zusammensetzungen der Erfindung zu beschichtenden Artikel können zuvor unbehandelt sein oder können eine Vielzahl von Vorbehandlungen ihrer Oberflächen erfahren, je nach der Identität und dem Nutzen des Artikels. Zum Beispiel kann der Artikel auf mindestens einer Seite eine Heißsiegelschicht aufweisen. Solche Heißsiegelschichten können aus einem Ethylen-Propylen-Copolymer oder Ethylen-Propylen-Butylen-Terpolymer bestehen. Auf diese Weise wird die Beschichtungslösung auf die Oberfläche der Heißsiegelschicht aufgetragen. Alternativ können das Substrat oder der Artikel eine schützende Deckschicht, wie Polyurethan oder Materialien vom TEFLON^®-Typ [DuPont] für die Abriebbeständigkeit etc. umfassen. Solche Deckschichten können durch einen Fachmann auf dem Gebiet ausgewählt werden. Die Beschichtungen dieser Erfindung können über oder unter der Deckschicht aufgetragen werden.
Alternativ können die Beschichtungsmischungen der Erfindung auf eine abtrennbare Form aufgetragen werden, um einen Film zu bilden, statt eines beschichteten Artikels. Der Film besteht somit aus einer getrockneten Mischung des oben beschriebenen Polymers und mehr als 2 Vol.-% (5 Gew.-%) des geschichteten Füllstoffs mit einem Längenverhältnis von mehr als 25. Der Film, welcher in der Form einer Membran vorliegen kann, kann selbst als eine Gassperrschicht für die Verwendung in verschiedenen Laborverfahrensweisen eingesetzt werden, oder als ein Handschuh- oder Ballonmaterial. Ein(e) derartiger getrockneter selbsttragender Film oder Membran ist durch eine Verringerung in der Gaspermeabilität von mehr als dem 5-Fachen der Permeabiltät eines aus dem getrockneten Polymer allein gebildeten Films gekennzeichnet.
Um den beschichteten Artikel oder selbsttragenden Film dieser Erfindung zu bilden, können die Beschichtungsmischungen dieser Erfindung auf die ausgewählte Oberfläche oder den Artikel durch Techniken aufgetragen werden, welche ohne Einschränkung Walzbeschichtungs-, Sprühbeschichtungs-, Bürstenstreichbeschichtungs- und Tauchbeschichtungstechniken einschließen. Walzbeschichtungstechniken schließen ein, sind aber nicht beschränkt auf, Stab-, Umkehrwalzen-, Vorwärtswalzen-, Luftbürstenauftragungs-, Messerwalzen-, Rakelstreich-, Rasterwalzen- und Schlitzdüsenbeschichtungsverfahren. Allgemeine Beschreibungen dieser Typen von Beschichtungsverfahren sind in Texten, wie "Modern Coating and Drying Techniques" (Moderne Beschichtungs- und Trocknungstechniken), (E. Cohen und E. Gutoff, Hrsg.; VCH Publishers), New York (1992) und "Web Processing and Converting Technology and Equipment" (Gewebeverarbeitungs- und umwandlungstechnologie und -gerätschaft), (D. Satas, Hrsg.; Van Nostrand Reinhold) New York (1984). Dreidimensionale Artikel können vorzugsweise durch die Techniken beschichtet werden, welche das Sprühbeschichten oder Tauchbeschichten einschließen, ohne auf diese beschränkt zu sein. Das Auftragungsverfahren bedeutet keine Einschränkung der vorliegenden Erfindung, kann aber unter diesen und anderen allgemein bekannten Verfahren durch einen Fachmann auf dem Gebiet ausgewählt werden. Allerdings muss die Beschichtung so aufgetragen werden, dass ein Trocknen auf dem Substrat und nicht in der Luft erfolgt (d. h. Pulverbeschichtung). Wenn das Trocknen während des Besprühens oder während anderer Aufbringungsmethoden erfolgt, kann es zu einer Agglomeration kommen.
Die Beschichtungsmischungen können auf ein Substrat oder eine Form in jeder gewünschten Dicke je nach dem Substrat, dem Zweck, für welchen die Beschichtung aufgebracht wird und dem Endzweck des beschichteten Artikels aufgetragen werden. Somit können zum Beispiel die Beschichtungsmischungen der vorliegenden Erfindung auf einen Artikel oder ein Substrat durch die weiter oben beschriebenen Verfahren zur Bildung einer getrockneten Beschichtung mit einer Dicke zwischen etwa 0,1 μm bis etwa 200 μm Trockenbeschichtung aufgetragen werden. Solche Einstellungen liegen klar innerhalb des Kenntnisstands des Fachgebiets [siehe zum Beispiel das kanadische Patent Nr. 993 738 ).
Nach dem Beschichten kann der beschichtete Artikel oder die Form bei einer ausgewählten Temperatur, zum Beispiel Raumtemperatur oder einer höheren Temperatur als Raumtemperatur getrocknet werden. Die Auswahl der Trocknungstemperatur, der relativen Feuchtigkeit und der Konvektionsluftströmungsraten hängt von der gewünschten Zeit für das Trocknen ab; das bedeutet, herabgesetzte Trocknungszeiten können bei erhöhten Lufttemperaturen, einer geringeren relativen Feuchtigkeit und höheren Luftzirkulationsraten über der trocknenden Beschichtungsoberfläche erzielt werden. Nach dem Trocknen werden die abgeblätterten Silicat-Füllstoffpartikel innerhalb des elastomeren Latex (Lösung, Emulsion etc.) in einem hohen Grad parallel zueinander und zu der Substratoberfläche orientiert. Ein Fachmann auf dem Gebiet kann ohne Weiteres die Trocknungsbedingungen wie gewünscht einstellen.
Die getrockneten Beschichtungen zeigen eine überraschende Verringerung in der Permeabilität im Vergleich mit dem Stand der Technik und insbesondere im Vergleich mit ungefüllten Polymeren. Wie in den Beispielen weiter unten gezeigt wird, ergeben sich Verringerungen in der Permeabiltät, die durch die getrockneten Beschichtungen dieser Erfindung bewirkt werden, von etwa dem 5-Fachen bis etwa 100-Fachen im Verhältnis zu den ungefüllten Polymeren allein. Die Bewertungen der Permeabilität der Beschichtungen der vorliegenden Erfindung werden mit Hilfe der folgenden Parameter ermittelt. Die Sauerstoffdurchlassrate (OTR) der getrockneten Beschichtung auf dem Artikel oder dem selbsttragenden Film wird allgemein mit Hilfe einer herkömmliche Apparatur, wie einem Mocon OXTRAN 2/20-Modul, gemessen. Die OTR-Einheiten sind cm³/m² Tag bei 1 Atmosphäre, 0% relativer Feuchtigkeit bei 23°C. Die Permeabilität der Beschichtung wird durch Multiplizieren der OTR und der Beschichtungsdicke berechnet. Die Permeabilitätseinheiten sind cm³ mm/m² Tag Atmosphäre bei 0% relativer Feuchtigkeit bei 23°C. Wenn die Beschichtung auf einem bekannten Substrat vorliegt, wird die Permeabilität des bekannten Substrats mit Hilfe der folgenden Gleichung heraussubtrahiert: Permeabilität der Sperrbeschichtung = X1/[1/OTR) – (X2/Px2)]worin X₁ die Beschichtungsdicke ist; X₂ die Substratdicke ist und P_x2 die Permeabilität des Substrats ist. Die Verringerung in der Permeabilität von dem ungefüllten Polymer wird durch Teilen der Permeabilität des ungefüllten Polymers durch die Permeabilität des gefüllten Polymers berechnet. Die Verringerung in der Permeabilität ist ein einheitsloses Verhältnis.
Die getrocknete Beschichtung behält vorzugsweise ihre geringe Permeabilität unter Spannungsbeanspruchung bei und weist eine Spanungsbeanspruchung zu einer ersten Schädigung von mindestens 5% biaxialer Dehnung bei 0% RH auf.
BEISPIELE
Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele veranschaulicht, die keine Beschränkung des Umfangs dieser Erfindung sein sollen.
EXPERIMENTELLE VERFAHRENSWEISEN
Sauerstoffdurchlassrate-Test
Filme und beschichtete Substrate werden auf die Sauerstoffdurchlassrate getestet mit Hilfe eines Mocon OXTRAN 2/20- oder 2/60-Moduls bei 23°C und 0% RH. Die Proben werden auf die Module geladen und 2 Stunden lang vor dem Testen auf Sauerstoff konditioniert. Nachdem das Gleichgewicht erreicht ist, wird die OTR (Sauerstoffdurchlassrate) in Einheiten von cm³/m² Tag atm angegeben.
Messungen der Dicke
Alle Berechnungen der Dicke basieren auf dem Gewicht der Beschichtung und einer angenommenen Dichte. Die Dichte für die Polymerphase wird mit 0,95 g/cm³ in allen Fällen angenommen, obwohl anerkannt wird, dass jedes Polymer eine unterschiedliche Dichte besitzt. Die Dichte des Nanokomposits wurde mit Hilfe einer Mischungsregel und einer angenommenen Dichte des Tons von 2 g/cm³ geschätzt. Eine Korrektur bzw. Bereinigung hiervon auf die tatsächliche Dichte modifiziert die Permeabilitätswerte leicht, hat aber eine geringe Auswirkung auf die in den Tabellen 1–3 angegebene X-fache Verringerung.
Die Dicke der Beschichtung auf einem Substrat wird gemessen, nachdem die OTR ausgewiesen ist. Jede Probe wird aus dem Mocon-Modul entnommen und es wird ein Kreis mit der spezifizierten Größe aus der Probe geschnitten. Der ausgeschnittene Kreis wird gewogen. Das Gewicht der Beschichtung wird durch Subtrahieren des Gewichts des unbeschichteten Kreises erhalten, und die Dicke wird aus der Größe des Kreises und dem Gewicht der Beschichtung berechnet. Die Dicke des Films wird in Millimetern angegeben und zur Berechnung der Permeabilität des Films herangezogen.
Permeabilitätsberechnungen
Die Permeabilität wird unter Verwendung der Dicke des Films und der OTR der Probe in der folgenden Gleichung berechnet: Beschichtungspermeabilität = (Beschichtungsdicke)/[(1/OTR) – (Substratdicke/Substratpermeabilität)].
Der Vorteil des Erhalts der Permeabilität der Beschichtung im Verhältnis zu der OTR der Probe ist, dass die Permeabilität die OTR bei einer spezifizierten Dicke ausweist. Daher können verschiedene Beschichtungen direkt verglichen werden. Dies ist wichtig bei der Bestimmung der Leistung einer Beschichtung auf unterschiedlichen Substraten und bei verschiedener Dicke.
Messungen der Spannungsbeanspruchung
Dieser Test bestimmt die prozentuale Spannungsbeanspruchung auf einer Probe, wenn die erste sichtbare Schädigung auftritt. Eine Schädigung ist als jede mit dem bloßen Auge feststellbare Veränderung in der Oberfläche definiert, wie Risse, Crazes oder andere Veränderungen in der Textur. Ein 2'' × 2'' beschichtetes Substrat wird auf einer spezifisch gestalteten Druckklemme in einer feuchtigkeitsregulierten Kammer angebracht. Die Probe wird biaxial unter Anwendung kontrollierter Mengen an Druckluft in 1-Pfund-Inkrementen gedehnt. Die Probe wird während dieses Tests mit Hilfe eines Leitz-Zoom-Stereomikroskops in 16-facher Vergrößerung betrachtet und auf ein Videoband aufgezeichnet. Die % Spannungsbeanspruchung bzw. Dehnung, wenn eine Schädigung zuerst auftritt, wird durch die Veränderung im Abstand der Bezugsmarken auf der Probe berechnet. Der Test definiert auf diese Weise die Spannungsbeanspruchung bis zu einer ersten Schädigung für Beschichtungen.
BEISPIELE
Behandelter-Füllstoff-Verfahrensweisen
Das abgeblätterte MICROLITE^®-Silicat (W. R. Grace, 7,5%) wurde mit Säure oder Base mit Hilfe der folgenden Verfahrensweisen behandelt:
A. 18% Säure oder Base, bezogen auf das Gewicht von Füllstoff
In ein 2-Liter-Kunststoffgefäß mit einem Deckel wurden 600 Gramm MICROLITE^® 963 eingewogen. Diesem dispergierten Silicat-Füllstoff wurden 8,3 Gramm Säure oder Base (100% konzentriert) in 303 Gramm destilliertem Wasser zugegeben. Die resultierende Dispersion wurde für eine festgelegte Zeit in dem geschlossenen Behälter bei Raumtemperatur gemischt. Nach der festgelegten Zeit (zu der spezifischen Zeit siehe Beispiel) wurde der behandelte Füllstoff unverzüglich verwendet.
B. 2% Säure oder Base, bezogen auf das Gewicht von Füllstoff
In ein 2-Liter-Kunststoffgefäß mit einem Deckel wurden 600 Gramm MICROLITE^® 963 eingewogen. Diesem dispergierten Silicat-Füllstoff wurden 0,9 Gramm Säure oder Base (100% konzentriert) in 310 Gramm destilliertem Wasser zugegeben. Die resultierende Dispersion wurde für eine festgelegte Zeit in dem geschlossenen Behälter bei Raumtemperatur gemischt. Nach der festgelegten Zeit (zu der spezifischen Zeit siehe Beispiel) wurde der behandelte Füllstoff unverzüglich verwendet.
C. 61% Säure oder Base, bezogen auf das Gewicht von Füllstoff
In ein 2-Liter-Kunststoffgefäß mit einem Deckel wurden 600 Gramm MICROLITE^® 963 eingewogen. Diesem dispergierten Silicat-Füllstoff wurden 27,3 Gramm Säure oder Base (100% konzentriert) in 283,7 Gramm destilliertem Wasser zugegeben. Die resultierende Dispersion wurde für eine festgelegte Zeit in dem geschlossenen Behälter bei Raumtemperatur gemischt. Nach der festgelegten Zeit (zu der spezifischen Zeit siehe Beispiel) wurde der behandelte Füllstoff unverzüglich verwendet.
D. 100% Säure oder Base, bezogen auf das Gewicht von Füllstoff
In ein 2-Liter-Kunststoffgefäß mit einem Deckel wurden 600 Gramm MICROLITE^® 963 eingewogen. Diesem dispergierten Silicat-Füllstoff wurden 45,5 Gramm Säure oder Base (100% konzentriert) in 265,5 Gramm destilliertem Wasser zugegeben. Die resultierende Dispersion wurde für eine festgelegte Zeit in dem geschlossenen Behälter bei Raumtemperatur gemischt. Nach der festgelegten Zeit (zu der spezifischen Zeit siehe Beispiel) wurde der behandelte Füllstoff unverzüglich verwendet.
EPDM-NANOKOMPOSITE
Beispiel 1: EPDM ungefüllt
Eine wässrige Sperrbeschichtungslösung gemäß dieser Erfindung wird wie folgt hergestellt, in welcher die Matrix Ethylen-Propylen-Dien-Copolymer (EPDM) ist. Dieser Film enthält keinen Füllstoff und wurde zur Referenz hergestellt.
In einem 8-Unzen-Gefäß wurden 50 Gramm EPDM-Latex (CHEM-LOK EP872, 50% Feststoffgehalt, Lord Corporation) mit 12 Tropfen SILWET L-77 (OSI) und 2 Tropfen FOAMASTER VL (Cognis) verrührt. Danach wurde diese Beschichtungslösung auf ein Polypropylenfilm-Substrat aufgetragen und trocknen gelassen, die ungefüllte EPDM-Beschichtung wird bewertet.
Die Sauerstoffdurchlassrate (OTR) wird mit Hilfe eines Mocon OXTRAN 2/20-Moduls gemessen. Die OTR für den EPDM-Film auf Polypropylen beträgt 1055,5 cm³/m² Tag bei 1 Atmosphäre, 0% RH, 23°C. Die Permeabilität des 77,7 Mikrometer dicken EPDM-Films beträgt 184,5 cm³ mm/m² Tag Atmosphäre bei 0°C RH, 23°C.
Beispiel 2: EPDM-Nanokomposit, unbehandelter Füllstoff
Eine wässrige Sperrbeschichtungslösung gemäß dieser Erfindung wird wie folgt hergestellt, in welcher die Matrix Ethylen-Propylen-Dien-Copolymer (EPDM, CHEM-LOK EP872, 50% Feststoffgehalt, Lord Corporation) und der Füllstoff abgeblättertes Microlite^®-Silicat ist. Der Füllstoff war in diesem Beispiel unbehandelt und wurde wie erhalten verwendet.
In ein 8-Unzen-Gefäß wurden 1,1 Gramm ACUSOL^® 880 (35,2%, Rohm & Haas), 2,28 Gramm ACUSOL^® 882 (17,1%, Rohm & Haas), 2,64 Gramm 2-%iges Ammoniumhydroxid (Mallinckrodt) und 18,52 Gramm destilliertes Wasser eingewogen. Ein Rührstab wurde hinzugefügt und die Lösung wurde langsam über Nacht umgerührt. Dieser Lösung wurde eine Mischung von 29,64 Gramm EPDM-Latex (CHEM-LOK EP872), 2,64 Gramm 2%igem Ammoniumhydroxid (Mallinckrodt), 6 Tropfen SILWET L77 (OSI), 2 Tropfen FOAMASTER VL (Cognis) und 6,17 Gramm destilliertem Wasser zugegeben. Die resultierende Lösung wurde gründlich vermischt.
Der oben stehenden Lösung wurden 52 Gramm Microlite^® 963 (7,5%, W. R. Grace) und 35 Gramm destillieres Wasser zugegeben. Die resultierende Lösung wurde mit einem Rührstab umgerührt. Die resultierende Dispersion ist bei Raumtemperatur für die Auftragung, z. B. das Sprühbeschichten, auf ein Kunststoff- oder ein Gummisubstrat anwendungsbereit. Die Beschichtungsmischung hat einen Feststoff-in-Wasser-Gehalt von 13,1%.
Nachdem diese Beschichtungslösung auf ein Polypropylenfilm-Substrat aufgebracht und trocknen gelassen wurde, enthält die Beschichtung 75,3 Gew.-% EPDM, 19,8 Gew.-% Füllstoff, 0,5% SILWET L-77-Benetzungsmittel, 2,0 Gew.-% ACUSOL 880, 2,0 Gew.-% ACUSOL 882 und 0,1 Gew.-% FOAMASTER VL-Antischäumungsmittel.
Die Sauerstoffdurchlassrate (OTR) wird mit Hilfe eines Mocon OXTRAN 2/20-Moduls gemessen. Die OTR ist 140,8 cm³/m² Tag bei 1 Atmosphäre, 0% RH, 23°C. Die Permeabilität des 18,5-Mikrometer-EPDM-Nanokomposits beträgt 2,84 cm³ mm/m² Tag Atmosphäre bei 0°C RH, 23°C. Die Verringerung in der Permeabilität dieser Beschichtung ist das 65-Fache der Verringerung in der Permeabilität des ungefüllten EPDM-Latex.
Die Beschichtungslösung wurde auch auf Ethylen-Propylen-Dien-Copolymer-Substrat (McMaster-Carr, 0,8 mm) aufgetragen. Der Film wurde trocknen gelassen und enthält die gleiche Zusammensetzung wie die Polypropylenbeschichtung. Eine Bewertung der Spannungsbeanspruchung erfolgte wie im Abschnitt der Testmessungen beschrieben, und es wurde die "Spannungsbeanspruchung bis zu einer ersten Schädigung" bei 23°C und 0% relativer Feuchtigkeit mit 4% ausgewiesen.
Beispiel 3: EPDM-Nanokomposit, 18% Essigsäure/3-Tage-Füllstoff-Vorbehandlung
Eine wässrige Sperrbeschichtungslösung gemäß dieser Erfindung wird wie folgt hergestellt, in welcher die Matrix Ethylen-Propylen-Dien-Copolymer (EPDM, CHEM-LOK EP872, 50% Feststoffgehalt, Lord Corporation) und der Füllstoff abgeblättertes MICROLITE^®-Silicat ist. Der Füllstoff wurde in diesem Beispiel mit 18% Essigsäure 3 Tage lang entsprechend der Prozedur A für behandelten Füllstoff behandelt.
In ein 8-Unzen-Gefäß wurden 1,1 Gramm ACUSOL^® 880 (35,2%, Rohm & Haas), 2,28 Gramm ACUSOL^® 882 (17,1%, Rohm & Haas), 2,64 Gramm 2-%iges Ammoniumhydroxid (Mallinckrodt) und 18,52 Gramm destilliertes Wasser eingewogen. Ein Rührstab wurde hinzugefügt und die Lösung wurde langsam über Nacht umgerührt. Dieser Lösung wurden eine Mischung von 29,64 Gramm EPDM-Latex (CHEM-LOK EP872), 2,64 Gramm 2%igem Ammoniumhydroxid (Mallinckrodt), 6 Tropfen SILWET L-77 (OSI), 2 Tropfen FOAMASTER VL (Cognis) und 6,17 Gramm destilliertem Wasser zugegeben. Die resultierende Lösung wurde gründlich vermischt.
Der oben stehenden Lösung wurden 75 Gramm behandelter Füllstoff unter Verwendung von 18 Gew.-% Essigsäure von der Prozedur A, 7,8 Gramm 2-%iges Ammoniumhydroxid und 4,2 Gramm destillieres Wasser zugegeben. Die resultierende Lösung wurde mit einem Rührstab umgerührt. Die resultierende Dispersion ist bei Raumtemperatur für die Auftragung, z. B. das Sprühbeschichten, auf ein Kunststoff- oder ein Gummisubstrat anwendungsbereit. Die Beschichtungsmischung hat einen Feststoff-in-Wasser-Gehalt von 13,1%.
Nachdem diese Beschichtungslösung auf ein Polypropylenfilm-Substrat aufgebracht und trocknen gelassen wurde, enthält die Beschichtung 75,3 Gew.-% EPDM, 19,8 Gew.-% Füllstoff, 0,8% SILWET L-77-Benetzungsmittel, 2,0 Gew.-% ACUSOL 880, 2,0 Gew.-% ACUSOL 882 und 0,1 Gew.-% FOAMASTER VL-Antischäumungsmittel.
Die Sauerstoffdurchlassrate (OTR) wird mit Hilfe eines Mocon OXTRAN 2/20-Moduls gemessen. Die OTR ist 505,5 cm³/m² Tag bei 1 Atmosphäre, 0% RH, 23°C. Die Permeabilität des 29,1-Mikrometer-EPDM-Nanokomposits beträgt 20,0 cm³ mm/m² Tag Atmosphäre bei 0°C RH, 23°C. Die Verringerung in der Permeabilität dieser Beschichtung ist das 9-Fache der Verringerung in der Permeabilität des ungefüllten EPDM-Latex.
Die Beschichtungslösung wurde auch auf Ethylen-Propylen-Dien-Copolymer-Substrat (McMaster-Carr, 0,8 mm) aufgetragen. Der Film wurde trocknen gelassen und enthält die gleiche Zusammensetzung wie die Polypropylenbeschichtung. Eine Bewertung der Spannungsbeanspruchung erfolgte wie im Abschnitt der Testmessungen beschrieben und es wurde die "Spannungsbeanspruchung bis zu einer ersten Schädigung" bei 23°C und 0% relativer Feuchtigkeit mit 18% ausgewiesen.
Beispiel 4: EPDM-Nanokomposit 18% NH₄OH/3-Tage-Füllstoff-Vorbehandlung
Eine wässrige Sperrbeschichtungslösung gemäß dieser Erfindung wird wie folgt hergestellt, in welcher die Matrix Ethylen-Propylen-Dien-Copolymer (EPDM, CHEM-LOK EP872, 50% Feststoffgehalt, Lord Corporation) und der Füllstoff abgeblättertes Microlite^®-Silicat ist. Der Füllstoff wurde in diesem Beispiel mit 18%igem Ammoniumhydroxid 3 Tage lang gemäß der Prozedur A für behandelten Füllstoff behandelt.
In ein 8-Unzen-Gefäß wurden 1,1 Gramm ACUSOL^® 880 (35,2%, Rohm & Haas), 2,28 Gramm ACUSOL^® 882 (17,1%, Rohm & Haas), 2,64 Gramm 2-%iges Ammoniumhydroxid (Mallinckrodt) und 18,52 Gramm destilliertes Wasser eingewogen. Ein Rührstab wurde hinzugefügt und die Lösung wurde langsam über Nacht umgerührt. Dieser Lösung wurden eine Mischung von 29,64 Gramm EPDM-Latex (CREM-LOK EP872), 2,64 Gramm 2%igem Ammoniumhydroxid (Mallinckrodt), 6 Tropfen SILWET L-77 (OSI), 2 Tropfen FOAMASTER VL (Cognis) und 6,17 Gramm destilliertem Wasser zugegeben. Die resultierende Lösung wurde gründlich vermischt.
Der oben stehenden Lösung wurden 75 Gramm behandelter Füllstoff unter Verwendung von 18 Gew.-% Essigsäure von der Prozedur A, 5,73 Gramm 2%ige Essigsäure und 6,27 Gramm destillieres Wasser zugegeben. Die resultierende Lösung wurde mit einem Rührstab umgerührt. Die resultierende Dispersion ist bei Raumtemperatur für die Auftragung, z. B. das Sprühbeschichten, auf ein Kunststoff- oder ein Gummisubstrat anwendungsbereit. Die Beschichtungsmischung hat einen Feststoff-in-Wasser-Gehalt von 13,1%.
Nachdem diese Beschichtungslösung auf ein Polypropylenfilm-Substrat aufgebracht und trocknen gelassen wurde, enthält die Beschichtung 75,3 Gew.-% EPDM, 19,8 Gew.-% Füllstoff, 0,8% SILWET L-77-Benetzungsmittel, 2,0 Gew.-% ACUSOL 880, 2,0 Gew.-% ACUSOL 882 und 0,1 Gew.-% FOAMASTER VL-Antischäumungsmittel.
Die Sauerstoffdurchlassrate (OTR) wird mit Hilfe eines Mocon OXTRAN 2/20-Moduls gemessen. Die OTR ist 417,2 cm³/m² Tag bei 1 Atmosphäre, 0% RH, 23°C. Die Permeabilität des 32,3-Mikrometer-EPDM-Nanokomposits beträgt 17,3 cm³ mm/m² Tag Atmosphäre bei 0°C RH, 23°C. Die Verringerung in der Permeabilität dieser Beschichtung ist das 11-Fache der Verringerung in der Permeabilität des ungefüllten EPDM-Latex.
Die Beschichtungslösung wurde auch auf Ethylen-Propylen-Dien-Copolymer-Substrat (McMaster-Carr, 0,8 mm) aufgetragen. Der Film wurde trocknen gelassen und enthält die gleiche Zusammensetzung wie die Polypropylenbeschichtung. Eine Bewertung der Spannungsbeanspruchung erfolgte wie im Abschnitt der Testmessungen beschrieben und es wurde die "Spannungsbeanspruchung bis zu einer ersten Schädigung" bei 23°C und 0% relativer Feuchtigkeit mit 15% ausgewiesen.
Eine Zusammenfassung der in den Beispielen 1–4 erhaltenen Daten ist in Tabelle 1 aufgeführt.

Wie zu erkennen ist, können Beschichtungen der vorliegenden Erfindung um das 4-Fache der Kontrolle gedehnt werden und behalten immer noch ausreichende Verringerungen in der Permeabilität bei. TABELLE 1 EPDM-NANOKOMPOSITE

	Behandlung¹	Spannungsbeanspruchung⁴	Permeabilität²	Verringerung in der Permeabilität³	Beispiel #
Ungefüllt	n/a		184,5	n/a	1
Unbehandelt	n/a	4	2,84	65	2
Behandelt	18% Essigsäure, 3 Tage	18	20,0	9	3
Behandelt	18% NH₄OH, 3 Tage	15	17,3	11	4

Bemerkungen:

1. Die Füllstoffbehandlung ist in den Beispielen detailliert angegeben.
2. Permeabilität ist die Sauerstoffpermeabilität und in Einheiten von cm³ mm/m² Tag atm bei 23°C, 0% relativer Feuchtigkeit angegeben.
3. Verringerung in der Permeabilität ist die Verringerung der Sauerstoffpermeabilität des Nanokomposits im Verhältnis zu der Sauerstoffpermeabilität des ungefüllten Polymers, ausgewiesen in der x-fachen Verringerung.
4. Spannungsbeanspruchung ist als die% biaxiale Dehnung für die erste sichtbare Schädigung ausgewiesen.

NITRIL-NANOKOMPOSITE
Beispiel 5: Nitril ungefüllt
Eine wässrige Sperrbeschichtungslösung gemäß dieser Erfindung, in welcher die Matrix Nitrilkautschuk ist, wird wie im folgenden beschrieben hergestellt. Dieser Film enthält keinen Füllstoff und wurde zu Referenzzwecken hergestellt.
In einem 8-Unzen-Gefäß wurden 50 Gramm Nitrillatex (TYLAC 68073-00, 44,1% Feststoffgehalt, Reichhold, Inc.) mit 12 Tropfen SILWET L-77 (OSI) und 2 Tropfen FOAMASTER VL (Cognis) verrührt. Nachdem diese Beschichtungslösung auf ein Polypropylenfilm-Substrat aufgetragen und trocknen gelassen wurde, wird die ungefüllte Nitrilkautschukbeschichtung bewertet.
Die Sauerstoffdurchlassrate (OTR) wird mit Hilfe eines Mocon OXTRAN 2/20-Moduls gemessen. Die OTR für den Nitril-Film auf Polypropylen ist 871,1 cm³/m² Tag bei 1 Atmosphäre, 0% RH, 23°C. Die Permeabilität des 80,2 Mikrometer dicken Nitril-Films ist 129 cm³ mm/m² Tag Atmosphäre bei 0°C RH, 23°C.
Beispiel 6: Nitril-Nanokomposit, 18% Essigsäure/3-Tage-Füllstoff-Vorbehandlung
Eine wässrige Sperrbeschichtungslösung gemäß dieser Erfindung wird wie im folgenden beschrieben hergestellt, wobei die Matrix Nitrilkautschuk (TYLAC 68073-00, 44,1% Festoffanteil, Reichhold, Inc.) und der Füllstoff abgeblättertes MICROLITE^®-Silicat ist. Der Füllstoff wurde in diesem Beispiel mit 18% Essigsäure 3 Tage lang gemäß der Prozedur A für behandelten Füllstoff behandelt.
In ein 8-Unzen-Gefäß wurden 1,1 Gramm ACUSOL^® 880 (35,2%, Rohm & Haas), 2,28 Gramm ACUSOL^® 882 (17,1%, Rohm & Haas), 2,64 Gramm 2-%iges Ammoniumhydroxid (Mallinckrodt) und 18,92 Gramm destilliertes Wasser eingewogen. Ein Rührstab wurde hinzugefügt und die Lösung wurde langsam über Nacht umgerührt. Dieser Lösung wurde eine Mischung von 33,6 Gramm Nitrillatex (TYLAC 68073–00), 2,64 Gramm 2 %igem Ammoniumhydroxid (Mallinckrodt), 10 Tropfen SILWET L-77 (OSI), 2 Tropfen FOAMASTER VL (Cognis) und 6,31 Gramm destilliertem Wasser zugegeben. Die resultierende Lösung wurde gründlich vermischt.
Der oben stehenden Lösung wurden 75 Gramm behandelter Füllstoff unter Verwendung von 18 Gew.-% Essigsäure gemäß der Prozedur A, 5,73 Gramm 2-%iges Ammoniumhydroxid und 1,77 Gramm destillieres Wasser zugegeben. Die resultierende Lösung wurde mit einem Rührstab umgerührt. Die resultierende Dispersion ist bei Raumtemperatur für die Auftragung, z. B. das Sprühbeschichten, auf ein Kunststoff- oder ein Gummisubstrat anwendungsbereit. Die Beschichtungsmischung hat einen Feststoff-in-Wasser-Gehalt von 13,1%.
Nachdem diese Beschichtungslösung auf ein Polypropylenfilm-Substrat aufgebracht und trocknen gelassen wurde, enthält die Beschichtung 75,3 Gew.-% Nitril, 19,8 Gew.-% Füllstoff, 0,8% SILWET L-77-Benetzungsmittel, 2,0 Gew.-% ACUSOL 880, 2,0 Gew.-% ACUSOL 882 und 0,1 Gew.-% FOAMASTER VL-Antischäumungsmittel.
Die Sauerstoffdurchlassrate (OTR) wird mit Hilfe eines Mocon OXTRAN 2/20-Moduls gemessen. Die OTR ist 216,8 cm³/m² Tag bei 1 Atmosphäre, 0% RH, 23°C. Die Permeabilität des 27,7-Mikrometer-Nitril-Nanokomposits beträgt 6,78 cm³ mm/m² Tag Atmosphäre bei 0°C RH, 23°C. Die Verringerung in der Permeabilität dieser Beschichtung ist das 19-Fache der Verringerung in der Permeabilität des ungefüllten Nitrillatex.
Die Beschichtungslösung wurde auch auf Ethylen-Propylen-Dien-Copolymer-Substrat (McMaster-Carr, 0,8 mm) aufgetragen. Der Film wurde trocknen gelassen und enthält die gleiche Zusammensetzung wie die Polypropylenbeschichtung. Eine Bewertung der Spannungsbeanspruchung erfolgte wie im Abschnitt der Testmessungen beschrieben und es wurde die "Spannungsbeanspruchung bis zu einer ersten Schädigung" bei 23°C und 0% relativer Feuchtigkeit mit 34% ausgewiesen.
Beispiel 7: Nitril-Nanokomposit, 18% NH₄OH/3-Tage-Füllstoff-Vorbehandlung
Eine wässrige Sperrbeschichtungslösung gemäß dieser Erfindung wird wie im folgenden beschrieben hergestellt, wobei die Matrix Nitrilkautschuk (TYLAC 68073–00, 44,1% Festoffanteil, Reichhold, Inc.) und der Füllstoff abgeblättertes MICROLITE^®-Silicat ist. Der Füllstoff wurde in diesem Beispiel mit 18% Ammoniumhydroxid 3 Tage lang gemäß der Prozedur A für behandelten Füllstoff behandelt.
In ein 8-Unzen-Gefäß wurden 1,1 Gramm ACUSOL^® 880 (35,2%, Rohm & Haas), 2,28 Gramm ACUSOL^® 882 (17,1%, Rohm & Haas), 2,64 Gramm 2-%iges Ammoniumhydroxid (Mallinckrodt) und 18,52 Gramm destilliertes Wasser eingewogen. Ein Rührstab wurde hinzugefügt und die Lösung wurde langsam über Nacht umgerührt. Dieser Lösung wurde eine Mischung von 33,6 Gramm Nitrillatex (TYLAC 68073–00), 2,64 Gramm 2 %igem Ammoniumhydroxid (Mallinckrodt), 10 Tropfen SILWET L-77 (OSI), 2 Tropfen FOAMASTER VL (Cognis) und 6,31 Gramm destilliertem Wasser zugegeben. Die resultierende Lösung wurde gründlich vermischt.
Der oben stehenden Lösung wurden 75 Gramm behandelter Füllstoff unter Verwendung von 18 Gew.-% Ammoniumhydroxid gemäß der Prozedur A, 5,73 Gramm 2%ige Essigsäure und 6,27 Gramm destillieres Wasser zugegeben. Die resultierende Lösung wurde mit einem Rührstab umgerührt. Die resultierende Dispersion ist bei Raumtemperatur für die Auftragung, z. B. das Sprühbeschichten, auf ein Kunststoff- oder ein Gummisubstrat anwendungsbereit. Die Beschichtungsmischung hat einen Feststoff-in-Wasser-Gehalt von 13,1%.
Nachdem diese Beschichtungslösung auf ein Polypropylenfilm-Substrat aufgebracht und trocknen gelassen wurde, enthält die Beschichtung 75,3 Gew.-% Nitril, 19,8 Gew.-% Füllstoff, 0,8% SILWET L-77-Benetzungsmittel, 2,0 Gew.-% ACUSOL 880, 2,0 Gew.-% ACUSOL 882 und 0,1 Gew.-% FOAMASTER VL-Antischäumungsmittel.
Die Sauerstoffdurchlassrate (OTR) wird mit Hilfe eines Mocon OXTRAN 2/20-Moduls gemessen. Die OTR ist 187,8 cm³/m² Tag bei 1 Atmosphäre, 0% RH, 23°C. Die Permeabilität des 28,3-Mikrometer-Nitril-Nanokomposits beträgt 5,90 cm³ mm/m² Tag Atmosphäre bei 0°C RH, 23°C. Die Verringerung in der Permeabilität dieser Beschichtung ist das 22-Fache der Verringerung in der Permeabilität des ungefüllten Nitrillatex.
Die Beschichtungslösung wurde auch auf Ethylen-Propylen-Dien-Copolymer-Substrat (McMaster-Carr, 0,8 mm) aufgetragen. Der Film wurde trocknen gelassen und enthält die gleiche Zusammensetzung wie die Polypropylenbeschichtung. Eine Bewertung der Spannungsbeanspruchung erfolgte wie im Abschnitt der Testmessungen beschrieben und es wurde die "Spannungsbeanspruchung bis zu einer ersten Schädigung" bei 23°C und 0% relativer Feuchtigkeit mit 5% ausgewiesen.
Beispiel 8: Nitril-Nanokomposit, 18% Citronensäure/30-Minuten-Füllstoff-Vorbehandlung
Eine wässrige Sperrbeschichtungslösung gemäß dieser Erfindung wird wie im folgenden beschrieben hergestellt, wobei die Matrix Nitrilkautschuk (TYLAC 68073–00, 44,1% Festoffanteil, Reichhold, Inc.) und der Füllstoff abgeblättertes MICROLITE^®-Silicat ist. Der Füllstoff wurde in diesem Beispiel mit 18% Citronensäure 30 Minuten lang gemäß der Prozedur A für behandelten Füllstoff behandelt.
In ein 8-Unzen-Gefäß wurden 1,1 Gramm ACUSOL^® 880 (35,2%, Rohm & Haas), 2,28 Gramm ACUSOL^® 882 (17,1%, Rohm & Haas), 2,64 Gramm 2-%iges Ammoniumhydroxid (Mallinckrodt) und 18,92 Gramm destilliertes Wasser eingewogen. Ein Rührstab wurde hinzugefügt und die Lösung wurde langsam über Nacht umgerührt. Dieser Lösung wurde eine Mischung von 33,6 Gramm Nitrillatex (TYLAC 68073–00), 2,64 Gramm 2 %igem Ammoniumhydroxid (Mallinckrodt), 10 Tropfen SILWET L-77 (OSI), 2 Tropfen FOAMASTER VL (Cognis) und 1,81 Gramm destilliertem Wasser zugegeben. Die resultierende Lösung wurde gründlich vermischt.
Der oben stehenden Lösung wurden 75 Gramm behandelter Füllstoff unter Verwendung von 18 Gew.-% Citronensäure gemäß der Prozedur A, 5,73 Gramm 2-%iges Ammoniumhydroxid und 6,27 Gramm destillieres Wasser zugegeben. Die resultierende Lösung wurde mit einem Rührstab umgerührt. Die resultierende Dispersion ist bei Raumtemperatur für die Auftragung, z. B. das Sprühbeschichten, auf ein Kunststoff- oder ein Gummisubstrat anwendungsbereit. Die Beschichtungsmischung hat einen Feststoff-in-Wasser-Gehalt von 13,1%.
Nachdem diese Beschichtungslösung auf ein Polypropylenfilm-Substrat aufgebracht und trocknen gelassen wurde, enthält die Beschichtung 75,3 Gew.-% Nitril, 19,8 Gew.-% Füllstoff, 0,8% SILWET L-77-Benetzungsmittel, 2,0 Gew.-% ACUSOL 880, 2,0 Gew.-% ACUSOL 882 und 0,1 Gew.-% FOAMASTER VL-Antischäumungsmittel.
Die Sauerstoffdurchlassrate (OTR) wird mit Hilfe eines Mocon OXTRAN 2/20-Moduls gemessen. Die OTR ist 208,2 cm³/m² Tag bei 1 Atmosphäre, 0% RH, 23°C. Die Permeabilität des 25,1-Mikrometer-Nitril-Nanokomposits beträgt 5,87 cm³ mm/m² Tag Atmosphäre bei 0°C RH, 23°C. Die Verringerung in der Permeabilität dieser Beschichtung ist das 22-Fache der Verringerung in der Permeabilität des ungefüllten Nitrillatex.
Die Beschichtungslösung wurde auch auf Ethylen-Propylen-Dien-Copolymer-Substrat (McMaster-Carr, 0,8 mm) aufgetragen. Der Film wurde trocknen gelassen und enthält die gleiche Zusammensetzung wie die Polypropylenbeschichtung. Eine Bewertung der Spannungsbeanspruchung erfolgte wie im Abschnitt der Testmessungen beschrieben und es wurde die "Spannungsbeanspruchung bis zu einer ersten Schädigung" bei 23°C und 0% relativer Feuchtigkeit mit 9% ausgewiesen.
Beispiel 9: Nitril-Nanokomposit, 2% KOH/1-Tag-Füllstoff-Vorbehandlung
Eine wässrige Sperrbeschichtungslösung gemäß dieser Erfindung wird wie im folgenden beschrieben hergestellt, wobei die Matrix Nitrilkautschuk (TYLAC 68073–00, 44,1% Festoffanteil, Reichhold, Inc.) und der Füllstoff abgeblättertes MICROLITE^®-Silicat ist. Der Füllstoff wurde in diesem Beispiel mit 2% Kaliumhydroxid 1 Tag lang gemäß der Prozedur B für behandelten Füllstoff behandelt.
In ein 8-Unzen-Gefäß wurden 0,94 Gramm ACUSOL^® 880 (35,2%, Rohm & Haas), 1,93 Gramm ACUSOL^® 882 (17,1%, Rohm & Haas), 2,24 Gramm 2-%iges Ammoniumhydroxid (Mallinckrodt) und 20,42 Gramm destilliertes Wasser eingewogen. Ein Rührstab wurde hinzugefügt und die Lösung wurde langsam über Nacht umgerührt. Dieser Lösung wurde eine Mischung von 28,43 Gramm Nitrillatex (TYLAC 68073–00), 2,24 Gramm 2%igem Ammoniumhydroxid (Mallinckrodt), 10 Tropfen SILWET L-77 (OSI), 2 Tropfen FOAMASTER VL (Cognis) und 6,80 Gramm destilliertem Wasser zugegeben. Die resultierende Lösung wurde gründlich vermischt.
Der oben stehenden Lösung wurden 63,46 Gramm behandelter Füllstoff unter Verwendung von 2 Gew.-% Kaliumhydroxid gemäß der Prozedur B, 4,85 Gramm 2%ige Essigsäure und 18,69 Gramm destillieres Wasser zugegeben. Die resultierende Lösung wurde mit einem Rührstab umgerührt. Die resultierende Dispersion ist bei Raumtemperatur für die Auftragung, z. B. das Sprühbeschichten, auf ein Kunststoff- oder ein Gummisubstrat anwendungsbereit. Die Beschichtungsmischung hat einen Feststoff-in-Wasser-Gehalt von 11,1%.
Nachdem diese Beschichtungslösung auf ein Polypropylenfilm-Substrat aufgebracht und trocknen gelassen wurde, enthält die Beschichtung 75,2 Gew.-% Nitril, 19,8 Gew.-% Füllstoff, 0,9% SILWET L-77-Benetzungsmittel, 2,0 Gew.-% ACUSOL 880, 2,0 Gew.-% ACUSOL 882 und 0,1 Gew.-% FOAMASTER VL-Antischäumungsmittel.
Die Sauerstoffdurchlassrate (OTR) wird mit Hilfe eines Mocon OXTRAN 2/20-Moduls gemessen. Die OTR ist 222,8 cm³/m² Tag bei 1 Atmosphäre, 0% RH, 23°C. Die Permeabilität des 21,4-Mikrometer-Nitril-Nanokomposits beträgt 5,4 cm³ mm/m² Tag Atmosphäre bei 0°C RH, 23°C. Die Verringerung in der Permeabilität dieser Beschichtung ist das 24-Fache der Verringerung in der Permeabilität des ungefüllten Nitrillatex.
Die Beschichtungslösung wurde auch auf Ethylen-Propylen-Dien-Copolymer-Substrat (McMaster-Carr, 0,8 mm) aufgetragen. Der Film wurde trocknen gelassen und enthält die gleiche Zusammensetzung wie die Polypropylenbeschichtung. Eine Bewertung der Spannungsbeanspruchung erfolgte wie im Abschnitt der Testmessungen beschrieben und es wurde die "Spannungsbeanspruchung bis zu einer ersten Schädigung" bei 23°C und 0% relativer Feuchtigkeit mit 9% ausgewiesen.
Beispiel 10: Nitril-Nanokomposit, 2% KOH/2-Tage-Füllstoff-Vorbehandlung
Eine wässrige Sperrbeschichtungslösung gemäß dieser Erfindung wird wie im folgenden beschrieben hergestellt, wobei die Matrix Nitrilkautschuk (TYLAC 68073–00, 44,1% Festoffanteil, Reichhold, Inc.) und der Füllstoff abgeblättertes MICROLITE^®-Silicat ist. Der Füllstoff wurde in diesem Beispiel mit 2% Kaliumhydroxid 2 Tage lang gemäß der Prozedur B für behandelten Füllstoff behandelt.
In ein 8-Unzen-Gefäß wurden 0,94 Gramm ACUSOL^® 880 (35,2%, Rohm & Haas), 1,93 Gramm ACUSOL^® 882 (17,1%, Rohm & Haas), 2,24 Gramm 2-%iges Ammoniumhydroxid (Mallinckrodt) und 20,42 Gramm destilliertes Wasser eingewogen. Ein Rührstab wurde hinzugefügt und die Lösung wurde langsam über Nacht umgerührt. Dieser Lösung wurde eine Mischung von 28,43 Gramm Nitrillatex (TYLAC 68073–00), 2,24 Gramm 2%igem Ammoniumhydroxid (Mallinckrodt), 10 Tropfen SILWET L-77 (OSI), 2 Tropfen FOAMASTER VL (Cognis) und 6,80 Gramm destilliertem Wasser zugegeben. Die resultierende Lösung wurde gründlich vermischt.
Der oben stehenden Lösung wurden 63,46 Gramm behandelter Füllstoff unter Verwendung von 2 Gew.-% Kaliumhydroxid gemäß der Prozedur B, 4,85 Gramm 2%ige Essigsäure und 18,69 Gramm destillieres Wasser zugegeben. Die resultierende Lösung wurde mit einem Rührstab umgerührt. Die resultierende Dispersion ist bei Raumtemperatur für die Auftragung, z. B. das Sprühbeschichten, auf ein Kunststoff- oder ein Gummisubstrat anwendungsbereit. Die Beschichtungsmischung hat einen Feststoff-in-Wasser-Gehalt von 11,1%.
Nachdem diese Beschichtungslösung auf ein Polypropylenfilm-Substrat aufgebracht und trocknen gelassen wurde, enthält die Beschichtung 75,2 Gew.-% Nitril, 19,8 Gew.-% Füllstoff, 0,9% SILWET L-77-Benetzungsmittel, 2,0 Gew.-% ACUSOL 880, 2,0 Gew.-% ACUSOL 882 und 0,1 Gew.-% FOAMASTER VL-Antischäumungsmittel.
Die Sauerstoffdurchlassrate (OTR) wird mit Hilfe eines Mocon OXTRAN 2/20-Moduls gemessen. Die OTR ist 253,8 cm³/m² Tag bei 1 Atmosphäre, 0% RH, 23°C. Die Permeabilität des 17,1-Mikrometer-Nitril-Nanokomposits beträgt 5,01 cm³ mm/m² Tag Atmosphäre bei 0°C RH, 23°C. Die Verringerung in der Permeabilität dieser Beschichtung ist das 26-Fache der Verringerung in der Permeabilität des ungefüllten Nitrillatex.
Die Beschichtungslösung wurde auch auf Ethylen-Propylen-Dien-Copolymer-Substrat (McMaster-Carr, 0,8 mm) aufgetragen. Der Film wurde trocknen gelassen und enthält die gleiche Zusammensetzung wie die Polypropylenbeschichtung. Eine Bewertung der Spannungsbeanspruchung erfolgte wie im Abschnitt der Testmessungen beschrieben und es wurde die "Spannungsbeanspruchung bis zu einer ersten Schädigung" bei 23°C und 0% relativer Feuchtigkeit mit 12% ausgewiesen.
Beispiel 11: Nitril-Nanokomposit, 2% KOH/3-Tage-Füllstoff-Vorbehandlung
Eine wässrige Sperrbeschichtungslösung gemäß dieser Erfindung wird wie im folgenden beschrieben hergestellt, wobei die Matrix Nitrilkautschuk (TYLAC 68073–00, 44,1% Festoffanteil, Reichhold, Inc.) und der Füllstoff abgeblättertes MICROLITE^®-Silicat ist. Der Füllstoff wurde in diesem Beispiel mit 2% Kaliumhydroxid 3 Tage lang gemäß der Prozedur B für behandelten Füllstoff behandelt.
In ein 8-Unzen-Gefäß wurden 0,94 Gramm ACUSOL^® 880 (35,2%, Rohm & Haas), 1,93 Gramm ACUSOL^® 882 (17,1%, Rohm & Haas), 2,24 Gramm 2-%iges Ammoniumhydroxid (Mallinckrodt) und 20,42 Gramm destilliertes Wasser eingewogen. Ein Rührstab wurde hinzugefügt und die Lösung wurde langsam über Nacht umgerührt. Dieser Lösung wurde eine Mischung von 28,43 Gramm Nitrillatex (TYLAC 68073–00), 2,24 Gramm 2%igem Ammoniumhydroxid (Mallinckrodt), 10 Tropfen SILWET L-77 (OSI), 2 Tropfen FOAMASTER VL (Cognis) und 6,80 Gramm destilliertem Wasser zugegeben. Die resultierende Lösung wurde gründlich vermischt.
Der oben stehenden Lösung wurden 63,46 Gramm behandelter Füllstoff unter Verwendung von 2 Gew.-% Kaliumhydroxid gemäß der Prozedur B, 4,85 Gramm 2%ige Essigsäure und 18,69 Gramm destillieres Wasser zugegeben. Die resultierende Lösung wurde mit einem Rührstab umgerührt. Die resultierende Dispersion ist bei Raumtemperatur für die Auftragung, z. B. das Sprühbeschichten, auf ein Kunststoff- oder ein Gummisubstrat anwendungsbereit. Die Beschichtungsmischung hat einen Feststoff-in-Wasser-Gehalt von 11,1%.
Nachdem diese Beschichtungslösung auf ein Polypropylenfilm-Substrat aufgebracht und trocknen gelassen wurde, enthält die Beschichtung 75,2 Gew.-% Nitril, 19,8 Gew.-% Füllstoff, 0,9% SILWET L-77-Benetzungsmittel, 2,0 Gew.-% ACUSOL 880, 2,0 Gew.-% ACUSOL 882 und 0,1 Gew.-% FOAMASTER VL-Antischäumungsmittel.
Die Sauerstoffdurchlassrate (OTR) wird mit Hilfe eines Mocon OXTRAN 2/20-Moduls gemessen. Die OTR ist 260,7 cm³/m² Tag bei 1 Atmosphäre, 0% RH, 23°C. Die Permeabilität des 16,4-Mikrometer-Nitril-Nanokomposits beträgt 4,99 cm³ mm/m² Tag Atmosphäre bei 0°C RH, 23°C. Die Verringerung in der Permeabilität dieser Beschichtung ist das 26-Fache der Verringerung in der Permeabilität des ungefüllten Nitrillatex.
Die Beschichtungslösung wurde auch auf Ethylen-Propylen-Dien-Copolymer-Substrat (McMaster-Carr, 0,8 mm) aufgetragen. Der Film wurde trocknen gelassen und enthält die gleiche Zusammensetzung wie die Polypropylenbeschichtung. Eine Bewertung der Spannungsbeanspruchung erfolgte wie im Abschnitt der Testmessungen beschrieben und es wurde die "Spannungsbeanspruchung bis zu einer ersten Schädigung" bei 23°C und 0% relativer Feuchtigkeit mit 13% ausgewiesen.
Beispiel 12: Nitril-Nanokomposit, 18% Glycin/4-Tage-Füllstoff-Vorbehandlung
Eine wässrige Sperrbeschichtungslösung gemäß dieser Erfindung wird wie im folgenden beschrieben hergestellt, wobei die Matrix Nitrilkautschuk (TYLAC 68073–00, 44,1% Festoffanteil, Reichhold, Inc.) und der Füllstoff abgeblättertes MICROLITE^®-Silicat ist. Der Füllstoff wurde in diesem Beispiel mit 18% Glycin 4 Tage lang gemäß der Prozedur A für behandelten Füllstoff behandelt.
In ein 8-Unzen-Gefäß wurden 1,11 Gramm ACUSOL^® 880 (35,2%, Rohm & Haas), 2,28 Gramm ACUSOL^® 882 (17,1%, Rohm & Haas), 2,64 Gramm 2-%iges Ammoniumhydroxid (Mallinckrodt) und 18,92 Gramm destilliertes Wasser eingewogen. Ein Rührstab wurde hinzugefügt und die Lösung wurde langsam über Nacht umgerührt. Dieser Lösung wurde eine Mischung von 33,6 Gramm Nitrillatex (TYLAC 68073–00), 2,64 Gramm 2 %igem Ammoniumhydroxid (Mallinckrodt), 10 Tropfen SILWET L-77 (OSI), 2 Tropfen FOAMASTER VL (Cognis) und 1,81 Gramm destilliertem Wasser zugegeben. Die resultierende Lösung wurde gründlich vermischt.
Der oben stehenden Lösung wurden 75 Gramm behandelter Füllstoff unter Verwendung von 18 Gew.-% Glycin gemäß der Prozedur A, 5,73 Gramm 2-%iges Ammoniumhydroxid und 6,27 Gramm destillieres Wasser zugegeben. Die resultierende Lösung wurde mit einem Rührstab umgerührt. Die resultierende Dispersion ist bei Raumtemperatur für die Auftragung, z. B. das Sprühbeschichten, auf ein Kunststoff- oder ein Gummisubstrat anwendungsbereit. Die Beschichtungsmischung hat einen Feststoff-in-Wasser-Gehalt von 13,1%.
Nachdem diese Beschichtungslösung auf ein Polypropylenfilm-Substrat aufgebracht und trocknen gelassen wurde, enthält die Beschichtung 75,3 Gew.-% Nitril, 19,8 Gew.-% Füllstoff, 0,8% SILWET L-77-Benetzungsmittel, 2,0 Gew.-% ACUSOL 880, 2,0 Gew.-% ACUSOL 882 und 0,1 Gew.-% FOAMASTER VL-Antischäumungsmittel.
Die Sauerstoffdurchlassrate (OTR) wird mit Hilfe eines Mocon OXTRAN 2/20-Moduls gemessen. Die OTR ist 198,6 cm³/m² Tag bei 1 Atmosphäre, 0% RH, 23°C. Die Permeabilität des 20,3-Mikrometer-Nitrit-Nanokomposits beträgt 4,50 cm³ mm/m² Tag Atmosphäre bei 0°C RH, 23°C. Die Verringerung in der Permeabilität dieser Beschichtung ist das 29-Fache der Verringerung in der Permeabilität des ungefüllten Nitrillatex.
Die Beschichtungslösung wurde auch auf Ethylen-Propylen-Dien- Copolymer-Substrat (McMaster-Carr, 0,8 mm) aufgetragen. Der Film wurde trocknen gelassen und enthält die gleiche Zusammensetzung wie die Polypropylenbeschichtung. Eine Bewertung der Spannungsbeanspruchung erfolgte wie im Abschnitt der Testmessungen beschrieben und es wurde die "Spannungsbeanspruchung bis zu einer ersten Schädigung" bei 23°C und 0% relativer Feuchtigkeit mit 8% ausgewiesen.
Eine Zusammenfassung der in den Beispielen 5–11 erhaltenen Daten ist in Tabelle 2 aufgelistet.

Noch einmal können Spannungsbeanspruchungsgrade bis 34% toleriert werden, während immer noch Verringerungen in der Permeabilität im Bereich des 19- bis 29-Fachen im Verhältnis zu dem ungefüllten Polymer beibehalten werden. TABELLE 2 NITRIL-NANOKOMPOSITE

	Behandlung	Spannungs-beanspruchung⁴	Permeabilität²	Verringerung in der Permeabilität³	Beispiel #
Ungefüllt	n/a		129	n/a	5
Behandelt	18% Essigsäure, 3 Tage	34	6,78	19	6
Behandelt	18% NH₄OH, 3 Tage	5	5,90	22	7
Behandelt	18% Citronensäure, 30 min	9	5,87	22	8
Behandelt	2% KOH, 1 Tag	9	5,44	24	9
Behandelt	2% KOH, 1 Tag	12	5,01	26	10
Behandelt	2% KOH, 3 Tage	13	4,99	26	11
Behandelt	18% Glycin, 4 Tage	8	4,50	29	12

Bemerkungen:

1. Die Füllstoffbehandlung ist in den Beispielen detailliert angegeben.
2. Permeabilität ist die Sauerstoffpermeabilität und in Einheiten von cm³ mm/m² Tag atm bei 23°C relativer Feuchtigkeit angegeben.
3. Verringerung in der Permeabilität ist die Verringerung der Sauerstoffpermeabilität des Nanokomposits im Verhältnis zu der Sauerstoffpermeabilität des ungefüllten Polymers, ausgewiesen in der x-fachen Verringerung.
4. Spannungsbeanspruchung ist als die% biaxiale Dehnung für die erste sichtbare Schädigung ausgewiesen.

NEOPREN-NANOKOMPOSITE
Beispiel 13: Neopren ungefüllt
Eine wässrige Sperrbeschichtungslösung gemäß dieser Erfindung wird wie im folgenden beschrieben hergestellt, wobei die Matrix Neoprenkautschuk ist. Dieser Film enthält keinen Füllstoff und wurde zu Referenzzwecken hergestellt.
In einem 8-Unzen-Gefäß wurden 38,34 Gramm Neopren 571-Latex (48,9% Feststoffgehalt, DuPont Dow Elastomers, LLC), 98,17 Gramm Neopren 671 (57,3% Feststoffe, DuPont Dow Elastomers, LLC) mit 120 Tropfen SILWET L-77 (OSI), 4 Tropfen FOAMASTER VL (Cognis), 1,0 Gramm ZONYL 8952 (50% DuPont Performance Chemicals and Intermediates) und 13,49 Gramm destilliertem Wasser verrührt. Nachdem diese Beschichtungslösung auf ein Polypropylenfilm-Substrat aufgetragen und trocknen gelassen wurde, wird die ungefüllte Neoprenkautschukbeschichtung bewertet.
Die Sauerstoffdurchlassrate (OTR) wird mit Hilfe eines Mocon OXTRAN 2/20-Moduls gemessen. Die OTR für den Neopren-Film auf Polypropylen ist 812,3 cm³/m² Tag bei 1 Atmosphäre, 0% RH, 23°C. Die Permeabilität des 88,1 Mikrometer dicken Neoprenfilms ist 125 cm³ mm/m² Tag Atmosphäre bei 0°C RH, 23°C.
Beispiel 14: Neopren-Nanokomposit, unbehandelter Füllstoff
Eine wässrige Sperrbeschichtungslösung gemäß dieser Erfindung wird wie im folgenden beschrieben hergestellt, wobei die Matrix Neoprenkautschuk und der Füllstoff abgeblättertes MICROLITE^®-Silicat ist. Der Füllstoff war in diesem Beispiel unbehandelt und wurde wie erhalten verwendet.
In einem 8-Unzen-Gefäß wurden 1,05 Gramm ACUSOL^® 880 (35,2%, Rohm & Haas), 2,17 Gramm ACUSOL^® 882 (17,1%, Rohm & Haas) und 20,16 Gramm destilliertes Wasser eingewogen. Ein Rührstab wurde hinzugefügt und die Lösung wurde langsam über Nacht umgerührt. Dieser Lösung wurde eine Mischung von 4,05 Gramm Neopren-571-Latex (48,9% Feststoffgehalt, DuPont Dow Elastomers, LLC), 10,37 Gramm Neopren 671-Latex (57,3% Feststoffe, DuPont Dow Elastomers, LLC), 25 Tropfen SILWET 177 (OSI), 2 Tropfen FOAMASTER VL (Cognis) und 8,38 Gramm destilliertem Wasser zugegeben. Die resultierende Lösung wurde gründlich vermischt.
Der oben stehenden Lösung wurden 49,5 Gramm MICROLITE^® 963 (7,5%, W. R. Grace) und 54,3 Gramm destilliertes Wasser zugegeben. Die resultierende Lösung wurde mit einem Rührstab umgerührt. Die resultierende Dispersion ist bei Raumtemperatur für die Auftragung, z. B. das Sprühbeschichten, auf ein Kunststoff- oder ein Gummisubstrat anwendungsbereit. Die Beschichtungsmischung hat einen Feststoff-in-Wasser-Gehalt von 8,45%.
Nachdem diese Beschichtungslösung auf ein Polypropylenfilm-Substrat aufgebracht und trocknen gelassen wurde, enthält die Beschichtung 62,5 Gew.-% Neopren, 29,2 Gew.-% Füllstoff, 2,4% SILWET L-77-Benetzungsmittel, 2,9 Gew.-% ACUSOL 880, 2,9 Gew.-% ACUSOL 882 und 0,1 Gew.-% FOAMASTER VL-Antischäumungsmittel.
Die Sauerstoffdurchlassrate (OTR) wird mit Hilfe eines Mocon OXTRAN 2/20-Moduls gemessen. Die OTR ist 55,0 cm³/m² Tag bei 1 Atmosphäre, 0 % RH, 23°C. Die Permeabilität des 10,3-Mikrometer-Neopren-Nanokomposits beträgt 0,6 cm³ mm/m² Tag Atmosphäre bei 0°C RH, 23°C. Die Verringerung in der Permeabilität dieser Beschichtung ist das 208-Fache der Verringerung in der Permeabilität des ungefüllten Neoprenlatex.
Die Beschichtungslösung wurde auch auf Ethylen-Propylen-Dien-Copolymer-Substrat (McMaster-Carr, 0,8 mm) aufgetragen. Der Film wurde trocknen gelassen und enthält die gleiche Zusammensetzung wie die Polypropylenbeschichtung. Eine Bewertung der Spannungsbeanspruchung erfolgte wie im Abschnitt der Testmessungen beschrieben und es wurde die "Spannungsbeanspruchung bis zu einer ersten Schädigung" bei 23°C und 0% relativer Feuchtigkeit mit 3% ausgewiesen.
Beispiel 15: Neopren-Nanokomposit, 18% Essigsäure/3-Tage-Füllstoff-Vorbehandlung
Eine wässrige Sperrbeschichtungslösung gemäß dieser Erfindung wird wie im folgenden beschrieben hergestellt, wobei die Matrix Neoprenkautschuk (DuPont Dow Elastomers, LLC) und der Füllstoff abgeblättertes MICROLITE^®-Silicat ist. Der Füllstoff wurde in diesem Beispiel mit 18%iger Essigsäure 3 Tage lang gemäß der Prozedur A für behandelten Füllstoff behandelt.
In ein 8-Unzen-Gefäß wurden 1,05 Gramm ACUSOL^® 880 (35,2%, Rohm & Haas), 2,17 Gramm ACUSOL^® 882 (17,1%, Rohm & Haas) und 20,16 Gramm destilliertes Wasser eingewogen. Ein Rührstab wurde hinzugefügt und die Lösung wurde langsam über Nacht umgerührt. Dieser Lösung wurde eine Mischung von 4,05 Gramm Neopren-571-Latex (48,9% Feststoffgehalt, DuPont Dow Elastomers, LLC), 10,37 Gramm Neopren 671-Latex (57,3% Feststoffe, DuPont Dow Elastomers, LLC), 25 Tropfen SILWET 177 (OSI), 2 Tropfen FOAMASTER VL (Cognis) und 8,38 Gramm destilliertem Wasser zugegeben. Die resultierende Lösung wurde gründlich vermischt.
Der oben stehenden Lösung wurden 71,39 Gramm behandelter Füllstoff unter Verwendung von 18 Gew.-% Essigsäure gemäß der Prozedur A, 0,74 Gramm 29-%iges Natriumhydroxid (Fisher Scientific), 2,21 Gramm 29- %iges Kaliumhydroxid (Fisher Scientific) und 29,48 Gramm destilliertes Wasser zugegeben. Die resultierende Lösung wurde mit einem Rührstab umgerührt. Die resultierende Dispersion ist bei Raumtemperatur für die Auftragung, z. B. das Sprühbeschichten, auf ein Kunststoff- oder ein Gummisubstrat anwendungsbereit. Die Beschichtungsmischung hat einen Feststoff-in-Wasser-Gehalt von 8,45%.
Nachdem diese Beschichtungslösung auf ein Polypropylenfilm-Substrat aufgebracht und trocknen gelassen wurde, enthält die Beschichtung 62,5 Gew.-% Neopren, 29,2 Gew.-% Füllstoff, 2,4% SILWET L-77-Benetzungsmittel, 2,9 Gew.-% ACUSOL 880, 2,9 Gew.-% ACUSOL 882 und 0,1 Gew.-% FOAMASTER VL-Antischäumungsmittel.
Die Sauerstoffdurchlassrate (OTR) wird mit Hilfe eines Mocon OXTRAN 2/20-Moduls gemessen. Die OTR ist 135,9 cm³/m² Tag bei 1 Atmosphäre, 0% RH, 23°C. Die Permeabilität des 26,4-Mikrometer-Neopren-Nanokomposits beträgt 3,9 cm³ mm/m² Tag Atmosphäre bei 0°C RH, 23°C. Die Verringerung in der Permeabilität dieser Beschichtung ist das 32-Fache der Verringerung in der Permeabilität des ungefüllten Neoprenlatex.
Die Beschichtungslösung wurde auch auf Ethylen-Propylen-Dien-Copolymer-Substrat (McMaster-Carr, 0,8 mm) aufgetragen. Der Film wurde trocknen gelassen und enthält die gleiche Zusammensetzung wie die Polypropylenbeschichtung. Eine Bewertung der Spannungsbeanspruchung erfolgte wie im Abschnitt der Testmessungen beschrieben und es wurde die "Spannungsbeanspruchung bis zu einer ersten Schädigung" bei 23°C und 0% relativer Feuchtigkeit mit 25% ausgewiesen.
Beispiel 16: Neopren-Nanokomposit, 18% NH₄OH/3-Tage-Füllstoff-Vorbehandlung
Eine wässrige Sperrbeschichtungslösung gemäß dieser Erfindung wird wie im folgenden beschrieben hergestellt, wobei die Matrix Neoprenkautschuk (DuPont Dow Elastomers, LLC) und der Füllstoff abgeblättertes MICROLITE^®-Silicat ist. Der Füllstoff wurde in diesem Beispiel mit 18%igem Ammoniumhydroxid 3 Tage lang gemäß der Prozedur A für behandelten Füllstoff behandelt.
In ein 8-Unzen-Gefäß wurden 1,05 Gramm ACUSOL^® 880 (35,2%, Rohm & Haas), 2,17 Gramm ACUSOL^® 882 (17,1%, Rohm & Haas) und 20,16 Gramm destilliertes Wasser eingewogen. Ein Rührstab wurde hinzugefügt und die Lösung wurde langsam über Nacht umgerührt. Dieser Lösung wurde eine Mischung von 4,05 Gramm Neopren-571-Latex (48,9% Feststoffgehalt, DuPont Dow Elastomers, LLC), 10,37 Gramm Neopren 671-Latex (57,3% Feststoffe, DuPont Dow Elastomers, LLC), 25 Tropfen SILWET L-77 (OSI), 2 Tropfen FOAMASTER VL (Cognis) und 8,38 Gramm destilliertem Wasser zugegeben. Die resultierende Lösung wurde gründlich vermischt.
Der oben stehenden Lösung wurden 71,39 Gramm behandelter Füllstoff unter Verwendung von 18 Gew.-% Ammoniumhydroxid gemäß der Prozedur A und 32,43 Gramm destilliertes Wasser zugegeben. Die resultierende Lösung wurde mit einem Rührstab umgerührt. Die resultierende Dispersion ist bei Raumtemperatur für die Auftragung, z. B. das Sprühbeschichten, auf ein Kunststoff- oder ein Gummisubstrat anwendungsbereit. Die Beschichtungsmischung hat einen Feststoff-in-Wasser-Gehalt von 8,45%.
Nachdem diese Beschichtungslösung auf ein Polypropylenfilm-Substrat aufgebracht und trocknen gelassen wurde, enthält die Beschichtung 62,5 Gew.-% Neopren, 29,2 Gew.-% Füllstoff, 2,4% SILWET L-77-Benetzungsmittel, 2,9 Gew.-% ACUSOL 880, 2,9 Gew.-% ACUSOL 882 und 0,1 Gew.-% FOAMASTER VL-Antischäumungsmittel.
Die Sauerstoffdurchlassrate (OTR) wird mit Hilfe eines Mocon OXTRAN 2/20-Moduls gemessen. Die OTR ist 110,9 cm³/m² Tag bei 1 Atmosphäre, 0% RH, 23°C. Die Permeabilität des 21,7-Mikrometer-Neopren-Nanokomposits beträgt 2,5 cm³ mm/m² Tag Atmosphäre bei 0°C RH, 23°C. Die Verringerung in der Permeabilität dieser Beschichtung ist das 50-Fache der Verringerung in der Permeabilität des ungefüllten Neoprenlatex.
Die Beschichtungslösung wurde auch auf Ethylen-Propylen-Dien-Copolymer-Substrat (McMaster-Carr, 0,8 mm) aufgetragen. Der Film wurde trocknen gelassen und enthält die gleiche Zusammensetzung wie die Polypropylenbeschichtung. Eine Bewertung der Spannungsbeanspruchung erfolgte wie im Abschnitt der Testmessungen beschrieben und es wurde die "Spannungsbeanspruchung bis zu einer ersten Schädigung" bei 23°C und 0% relativer Feuchtigkeit mit 5% ausgewiesen.
Beispiel 17: Neopren-Nanokomposit, 61% NH₄OH/3-Tage-Füllstoff-Vorbehandlung
Eine wässrige Sperrbeschichtungslösung gemäß dieser Erfindung wird wie im folgenden beschrieben hergestellt, wobei die Matrix Neoprenkautschuk (DuPont Dow Elastomers, LLC) und der Füllstoff abgeblättertes MICROLITE^®-Silicat ist. Der Füllstoff wurde in diesem Beispiel mit 61%igem Ammoniumhydroxid 3 Tage lang gemäß der Prozedur C für behandelten Füllstoff behandelt.
In ein 8-Unzen-Gefäß wurden 1,05 Gramm ACUSOL^® 880 (35,2%, Rohm & Haas), 2,17 Gramm ACUSOL^® 882 (17,1%, Rohm & Haas) und 20,16 Gramm destilliertes Wasser eingewogen. Ein Rührstab wurde hinzugefügt und die Lösung wurde langsam über Nacht umgerührt. Dieser Lösung wurde eine Mischung von 4,05 Gramm Neopren-571-Latex (48,9% Feststoffgehalt, DuPont Dow Elastomers, LLC), 10,37 Gramm Neopren 671-Latex (57,3% Feststoffe, DuPont Dow Elastomers, LLC), 0,6 Gramm ZONYL FSP (35%, DuPont Performance Chemicals and Intermediates) 2 Tropfen FOAMASTER VL (Cognis) und 8,38 Gramm destilliertem Wasser zugegeben. Die resultierende Lösung wurde gründlich vermischt.
Der oben stehenden Lösung wurden 71,39 Gramm behandelter Füllstoff unter Verwendung von 18 Gew.-% Ammoniumhydroxid gemäß der Prozedur A und 32,43 Gramm destilliertes Wasser zugegeben. Die resultierende Lösung wurde mit einem Rührstab umgerührt. Die resultierende Dispersion ist bei Raumtemperatur für die Auftragung, z. B. das Sprühbeschichten, auf ein Kunststoff- oder ein Gummisubstrat anwendungsbereit. Die Beschichtungsmischung hat einen Feststoff-in-Wasser-Gehalt von 8,4%.
Nachdem diese Beschichtungslösung auf ein Polypropylenfilm-Substrat aufgebracht und trocknen gelassen wurde, enthält die Beschichtung 62,9 Gew.-% Neopren, 29,4 Gew.-% Füllstoff, 1,7 Gew.-% ZONYL FSP-Benetzungsmittel, 2,9 Gew.-% ACUSOL 880, 2,9 Gew.-% ACUSOL 882 und 0,1 Gew.-% FOAMASTER VL-Antischäumungsmittel.
Die Sauerstoffdurchlassrate (OTR) wird mit Hilfe eines Mocon OXTRAN 2/20-Moduls gemessen. Die OTR ist 122,7 cm³/m² Tag bei 1 Atmosphäre, 0% RH, 23°C. Die Permeabilität des 18,3-Mikrometer-Neopren-Nanokomposits beträgt 2,4 cm³ mm/m² Tag Atmosphäre bei 0°C RH, 23°C. Die Verringerung in der Permeabilität dieser Beschichtung ist das 52-Fache der Verringerung in der Permeabilität des ungefüllten Neoprenlatex.
Die Beschichtungslösung wurde auch auf Ethylen-Propylen-Dien-Copolymer-Substrat (McMaster-Carr, 0,8 mm) aufgetragen. Der Film wurde trocknen gelassen und enthält die gleiche Zusammensetzung wie die Polypropylenbeschichtung. Eine Bewertung der Spannungsbeanspruchung erfolgte wie im Abschnitt der Testmessungen beschrieben und es wurde die "Spannungsbeanspruchung bis zu einer ersten Schädigung" bei 23°C und 0% relativer Feuchtigkeit mit 9% ausgewiesen.
Beispiel 18: Neopren-Nanokomposit, 2% NaOH/3-Tage-Füllstoff-Vorbehandlung
Eine wässrige Sperrbeschichtungslösung gemäß dieser Erfindung wird wie im folgenden hergestellt, wobei die Matrix Neoprenkautschuk (DuPont Dow Elastomers, LLC) und der Füllstoff abgeblättertes MICROLITE^®-Silicat ist. Der Füllstoff wurde in diesem Beispiel mit 2%igem Natriumhydroxid 3 Tage lang gemäß der Prozedur B für behandelten Füllstoff behandelt.
In ein 8-Unzen-Gefäß wurden 1,05 Gramm ACUSOL^® 880 (35,2%, Rohm & Haas), 2,17 Gramm ACUSOL^® 882 (17,1%, Rohm & Haas) und 20,16 Gramm destilliertes Wasser eingewogen. Ein Rührstab wurde hinzugefügt und die Lösung wurde langsam über Nacht umgerührt. Dieser Lösung wurde eine Mischung von 4,05 Gramm Neopren-571-Latex (48,9% Feststoffgehalt, DuPont Dow Elastomers, LLC), 10,37 Gramm Neopren 671-Latex (57,3% Feststoffe, DuPont Dow Elastomers, LLC), 25 Tropfen SILWET 177 (OSI), 2 Tropfen FOAMASTER VL (Cognis) und 8,38 Gramm destilliertem Wasser zugegeben. Die resultierende Lösung wurde gründlich vermischt.
Der oben stehenden Lösung wurden 71,39 Gramm behandelter Füllstoff unter Verwendung von 2 Gew.-% Natriumhydroxid gemäß der Prozedur B, 2,95 Gramm 29-%iges Ammoniumhydroxid (Mallinckrodt) und 29,48 Gramm destilliertes Wasser zugegeben. Die resultierende Lösung wurde mit einem Rührstab umgerührt. Die resultierende Dispersion ist bei Raumtemperatur für die Auftragung, z. B. das Sprühbeschichten, auf ein Kunststoff- oder ein Gummisubstrat anwendungsbereit. Die Beschichtungsmischung hat einen Feststoff-in-Wasser-Gehalt von 8,45%.
Nachdem diese Beschichtungslösung auf ein Polypropylenfilm-Substrat aufgebracht und trocknen gelassen wurde, enthält die Beschichtung 62,5 Gew.-% Neopren, 29,2 Gew.-% Füllstoff, 2,4 Gew.-% SILWET-L-77-Benetzungsmittel, 2,9 Gew.-% ACUSOL 880, 2,9 Gew.-% ACUSOL 882 und 0,1 Gew.-% FOAMASTER VL-Antischäumungsmittel.
Die Sauerstoffdurchlassrate (OTR) wird mit Hilfe eines Mocon OXTRAN 2/20-Moduls gemessen. Die OTR ist 149,1 cm³/m² Tag bei 1 Atmosphäre, 0% RH, 23°C. Die Permeabilität des 8,5-Mikrometer-Neopren-Nanokomposits beträgt 1,4 cm³ mm/m² Tag Atmosphäre bei 0°C RH, 23°C. Die Verringerung in der Permeabilität dieser Beschichtung ist das 89-Fache der Verringerung in der Permeabilität des ungefüllten Neoprenlatex.
Die Beschichtungslösung wurde auch auf Ethylen-Propylen-Dien-Copolymer-Substrat (McMaster-Carr, 0,8 mm) aufgetragen. Der Film wurde trocknen gelassen und enthält die gleiche Zusammensetzung wie die Polypropylenbeschichtung. Eine Bewertung der Spannungsbeanspruchung erfolgte wie im Abschnitt der Testmessungen beschrieben und es wurde die "Spannungsbeanspruchung bis zu einer ersten Schädigung" bei 23°C und 0% relativer Feuchtigkeit mit 5% ausgewiesen.
Beispiel 19: Neopren-Nanokomposit, 2% KOH/3-Tage-Füllstoff-Vorbehandlung
Eine wässrige Sperrbeschichtungslösung gemäß dieser Erfindung wird wie im folgenden beschrieben hergestellt, wobei die Matrix Neoprenkautschuk (DuPont Dow Elastomers, LLC) und der Füllstoff abgeblättertes MICROLITE^®-Silicat ist. Der Füllstoff wurde in diesem Beispiel mit 2 %igem Kaliumhydroxid 3 Tage lang gemäß der Prozedur B für behandelten Füllstoff behandelt.
In ein 8-Unzen-Gefäß wurden 1,05 Gramm ACUSOL^® 880 (35,2%, Rohm & Haas), 2,17 Gramm ACUSOL^® 882 (17,1%, Rohm & Haas) und 20,16 Gramm destilliertes Wasser eingewogen. Ein Rührstab wurde hinzugefügt und die Lösung wurde langsam über Nacht umgerührt. Dieser Lösung wurde eine Mischung von 4,05 Gramm Neopren-571-Latex (48,9% Feststoffgehalt, DuPont Dow Elastomers, LLC), 10,37 Gramm Neopren 671-Latex (57,3% Feststoffe, DuPont Dow Elastomers, LLC), 25 Tropfen SILWET 177 (OSI), 2 Tropfen FOAMASTER VL (Cognis) und 8,38 Gramm destilliertem Wasser zugegeben. Die resultierende Lösung wurde gründlich vermischt.
Der oben stehenden Lösung wurden 71,39 Gramm behandelter Füllstoff unter Verwendung von 2 Gew.-% Kaliumhydroxid gemäß der Prozedur B, 2,95 Gramm 29-%iges Ammoniumhydroxid (Mallinckrodt) und 29,48 Gramm destilliertes Wasser zugegeben. Die resultierende Lösung wurde mit einem Rührstab umgerührt. Die resultierende Dispersion ist bei Raumtemperatur für die Auftragung, z. B. das Sprühbeschichten, auf ein Kunststoff- oder ein Gummisubstrat anwendungsbereit. Die Beschichtungsmischung hat einen Feststoff-in-Wasser-Gehalt von 8,45%.
Nachdem diese Beschichtungslösung auf ein Polypropylenfilm-Substrat aufgebracht und trocknen gelassen wurde, enthält die Beschichtung 62,5 Gew.-% Neopren, 29,2 Gew.-% Füllstoff, 2,4 Gew.-% SILWET-L-77-Benetzungsmittel, 2,9 Gew.-% ACUSOL 880, 2,9 Gew.-% ACUSOL 882 und 0,1 Gew.-% FOAMASTER VL-Antischäumungsmittel.
Die Sauerstoffdurchlassrate (OTR) wird mit Hilfe eines Mocon OXTRAN 2/20-Moduls gemessen. Die OTR ist 311,4 cm³/m² Tag bei 1 Atmosphäre, 0% RH, 23°C. Die Permeabilität des 7,4-Mikrometer-Neopren-Nanokomposits beträgt 2,8 cm³ mm/m² Tag Atmosphäre bei 0°C RH, 23°C. Die Verringerung in der Permeabilität dieser Beschichtung ist das 45-Fache der Verringerung in der Permeabilität des ungefüllten Neoprenlatex.
Die Beschichtungslösung wurde auch auf Ethylen-Propylen-Dien-Copolymer-Substrat (McMaster-Carr, 0,8 mm) aufgetragen. Der Film wurde trocknen gelassen und enthält die gleiche Zusammensetzung wie die Polypropylenbeschichtung. Eine Bewertung der Spannungsbeanspruchung erfolgte wie im Abschnitt der Testmessungen beschrieben und es wurde die "Spannungsbeanspruchung bis zu einer ersten Schädigung" bei 23°C und 0% relativer Feuchtigkeit mit 10% ausgewiesen.
Beispiel 20: Neopren-Nanokomposit, 18% Essigsäure/3-Tage-Füllstoff-Vorbehandlung
Eine wässrige Sperrbeschichtungslösung gemäß dieser Erfindung wird wie im folgenden hergestellt, wobei die Matrix Neoprenkautschuk (DuPont Dow Elastomers, LI.C) mit Härtungsmitteln und der Füllstoff abgeblättertes MICROLITE^®-Silicat ist. Der Füllstoff wurde in diesem Beispiel mit 18%iger Essigsäure 3 Tage lang gemäß der Prozedur A für behandelten Füllstoff behandelt.
In ein 8-Unzen-Gefäß wurden 1,05 Gramm ACUSOL^® 880 (35,2%, Rohm & Haas), 2,17 Gramm ACUSOL^® 882 (17,1%, Rohm & Haas) und 20,16 Gramm destilliertes Wasser eingewogen. Ein Rührstab wurde hinzugefügt und die Lösung wurde langsam über Nacht umgerührt. Dieser Lösung wurde eine Mischung von 3,64 Gramm Neopren-571-Latex (48,9% Feststoffgehalt, DuPont Dow Elastomers, LLC), 9,32 Gramm Neopren 671-Latex (57,3% Feststoffe, DuPont Dow Elastomers, LLC), 1,52 Gramm Ti-Rite IM400 (52,1%, Technical Industries, Inc.), 25 Tropfen SILWET 177 (OSI), 2 Tropfen FOAMASTER VL (Cognis) und 8,38 Gramm destilliertem Wasser zugegeben. Die resultierende Lösung wurde gründlich vermischt.
Der oben stehenden Lösung wurden 71,39 Gramm behandelter Füllstoff unter Verwendung von 18 Gew.-% Essigsäure gemäß der Prozedur A, 0,74 Gramm 29-%iges Natriumhydroxid (Fisher Scientific), 2,21 Gramm 29-%iges Kaliurihydroxid (Fisher Scientific) und 29,48 Gramm destilliertes Wasser zugegeben. Die resultierende Lösung wurde mit einem Rührstab umgerührt. Die resultierende Dispersion ist bei Raumtemperatur für die Auftragung, z. B. das Sprühbeschichten, auf ein Kunststoff- oder ein Gummisubstrat anwendungsbereit. Die Beschichtungsmischung hat einen Feststoff-in-Wasser-Gehalt von 8,44%.
Nachdem diese Beschichtungslösung auf ein Polypropylenfilm-Substrat aufgebracht und trocknen gelassen wurde, enthält die Beschichtung 56,2 Gew.-% Neopren, 29,3 Gew.-% Füllstoff, 2,4% SILWET L-77-Benetzungsmittel, 2,9 Gew.-% ACUSOL 880, 2,9 Gew.-% ACUSOL 882, 6,2% Ti-Rite IMN400-Härtungsmittel und 0,1 Gew.-% FOAMASTER VL-Antischäumungsmittel.
Die Sauerstoffdurchlassrate (OTR) wird mit Hilfe eines Mocon OXTRAN 2/20-Moduls gemessen. Die OTR ist 174,9 cm³/m² Tag bei 1 Atmosphäre, 0% RH, 23°C. Die Permeabilität des 16,8-Mikrometer-Neopren-Nanokomposits beträgt 3,2 cm³ mm/m² Tag Atmosphäre bei 0°C RH, 23°C. Die Verringerung in der Permeabilität dieser Beschichtung ist das 39-Fache der Verringerung in der Permeabilität des ungefüllten Neoprenlatex.
Die Beschichtungslösung wurde auch auf Ethylen-Propylen-Dien-Copolymer-Substrat (McMaster-Carr, 0,8 mm) aufgetragen. Der Film wurde trocknen gelassen und enthält die gleiche Zusammensetzung wie die Polypropylenbeschichtung. Eine Bewertung der Spannungsbeanspruchung erfolgte wie im Abschnitt der Testmessungen beschrieben und es wurde die "Spannungsbeanspruchung bis zu einer ersten Schädigung" bei 23°C und 0% relativer Feuchtigkeit mit 12% ausgewiesen.
Beispiel 21: Neopren-Nanokomposit, 100% NH₄OH/3-Tage-Füllstoff-Vorbehandlung
Eine wässrige Sperrbeschichtungslösung gemäß dieser Erfindung wird wie im folgenden beschrieben hergestellt, wobei die Matrix Neoprenkautschuk (DuPont Dow Elastomers, LLC) und der Füllstoff abgeblättertes MICROLITE^®-Silicat ist. Der Füllstoff wurde in diesem Beispiel mit 100 %igem Ammoniumhydroxid 3 Tage lang gemäß der Prozedur D für behandelten Füllstoff behandelt.
In ein 8-Unzen-Gefäß wurden 1,05 Gramm ACUSOL^® 880 (35,2%, Rohm & Haas), 2,17 Gramm ACUSOL^® 882 (17,1%, Rohm & Haas) und 20,16 Gramm destilliertes Wasser eingewogen. Ein Rührstab wurde hinzugefügt und die Lösung wurde langsam über Nacht umgerührt. Dieser Lösung wurde eine Mischung von 4,05 Gramm Neopren-571-Latex (48,9% Feststoffgehalt, DuPont Dow Elastomers, LLC), 10,37 Gramm Neopren 671-Latex (57,3% Feststoffe, DuPont Dow Elastomers, LLC), 0,4 Gramm ZONYL FSP (35%, DuPont Performance Chemicals and Intermediates), 0,27 Gramm ZONYL 8952 (50% DuPont Performance Chemicals and Intermediates), 4 Tropfen FOAMASTER VL (Cognis) und 6,72 Gramm destilliertem Wasser zugegeben. Die resultierende Lösung wurde gründlich vermischt.
Der oben stehenden Lösung wurden 71,39 Gramm behandelter Füllstoff unter Verwendung von 100 Gew.-% Ammoniumhydroxid gemäß der Prozedur D und 32,43 Gramm destilliertes Wasser zugegeben. Die resultierende Lösung wurde mit einem Rührstab umgerührt. Die resultierende Dispersion ist bei Raumtemperatur für die Auftragung, z. B. das Sprühbeschichten, auf ein Kunststoff- oder ein Gummisubstrat anwendungsbereit. Die Beschichtungsmischung hat einen Feststoff-in-Wasser-Gehalt von 8,34%.
Nachdem diese Beschichtungslösung auf ein Polypropylenfilm-Substrat aufgebracht und trocknen gelassen wurde, enthält die Beschichtung 62,6 Gew.-% Neopren, 29,3 Gew.-% Füllstoff, 1,1 Gew.-% ZONYL FSP-Benetzungsmittel, 1,0% ZONYL-8952-Benetzungsmittel, 2,9 Gew.-% ACUSOL 880, 2,9 Gew.-% ACUSOL 882 und 0,1 Gew.-% FOAMASTER VL-Antischäumungsmittel.
Die Sauerstoffdurchlassrate (OTR) wird mit Hilfe eines Mocon OXTRAN 2/20-Moduls gemessen. Die OTR ist 203,7 cm³/m² Tag bei 1 Atmosphäre, 0% RH, 23°C. Die Permeabilität des 14,9-Mikrometer-Neopren-Nanokomposits beträgt 3,4 cm³ mm/m² Tag Atmosphäre bei 0°C RH, 23°C. Die Verringerung in der Permeabilität dieser Beschichtung ist das 37-Fache der Verringerung in der Permeabilität des ungefüllten Neoprenlatex.
Die Beschichtungslösung wurde auch auf Ethylen-Propylen-Dien-Copolymer-Substrat (McMaster-Carr, 0,8 mm) aufgetragen. Der Film wurde trocknen gelassen und enthält die gleiche Zusammensetzung wie die Polypropylenbeschichtung. Eine Bewertung der Spannungsbeanspruchung erfolgte wie im Abschnitt der Testmessungen beschrieben und es wurde die "Spannungsbeanspruchung bis zu einer ersten Schädigung" bei 23°C und 0% relativer Feuchtigkeit mit 14% ausgewiesen.
Eine Zusammenfassung der in den Beispielen 13–21 erhaltenen Daten ist in Tabelle 3 aufgeführt.

In diesen Beispielen konnte die Kontrolle nur auf 3% gedehnt werden, bevor eine sichtbare Schädigung zu sehen ist. Die Beschichtungen dieser Erfindung können um etwa 5 bis 25%, unter Beibehaltung von Verringerungen in der Permeabilität im Bereich von einer 32- bis etwa 89- Fachen Verringerung im Verhältnis zu dem ungefüllten Polymer, gedehnt werden. TABELLE 3 NEOPREN-NANOKOMPOSITE

	Behandlung¹	Spannungs-beanspruchung⁴	Permeabilität²	Verringerung in der Permeabilität³	Beispiel #
Ungefüllt	n/a		125	n/a	13
Unbehandelt	n/a	3	0,6	208	14
Behandelt	18% Essigsaure, 3 Tage	25	3,9	32	15
Behandelt	18% NH₄OH„ 3 Tage	5	2,5	50	16
Behandelt	61% NH₄OH, 3 Tage	9	2,4	52	17
Behandelt	2% NaOH, 3 Tage	5	1,4	89	18
Behandelt	2% KOH, 3 Tage	10	2,8	45	19
Behandelt	18% Essigsäure, 3 Tage #	12	3,2	39	20
Behandelt	100% NH₄OH, 3 Tage	14	3,4	37	21

Bemerkungen:

1. Die Füllstoffbehandlung ist in den Beispielen detailliert angegeben.
2. Permeabilität ist die Sauerstoffpermeabilität und in Einheiten von cm³ mm/m² Tag atm bei 23°C, 0% relativer Feuchtigkeit angegeben.
3. Verringerung in der Permeabilität ist die Verringerung der Sauerstoffpermeabilität des Nanokomposits im Verhältnis zu der Sauerstoffpermeabilität des ungefüllten Polymers, ausgewiesen in der x-fachen Verringerung.
4. Spannungsbeanspruchung ist als die% biaxiale Dehnung für die erste sichtbare Schädigung ausgewiesen.
# Enthält Härtungsmittel

ALTERNATIVE AUSFÜHRUNGSFORMEN
In einer ersten alternativen Ausführungsform (alternative Ausführungsform Nr. 1) wird eine Beschichtungsdispersion bereitgestellt, welche ein elastomeres Nicht-Butyl-Polymer, ein dispergiertes, im Wesentlichen abgeblättertes, mit Säure oder Base modifiziertes oder behandeltes Silicat-Füllstoffmaterial, das nicht mit organischen Kationen funktionalisiert ist, wobei das Silicat ein Längenverhältnis von mehr als 25 aufweist und das Silicat mit weniger als 60% des Feststoff-Gesamtgehalts vorliegt, und mindestens ein Additiv, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Tensiden, Emulgiermitteln, Antischäumungsmitteln, Dispergiermitteln, Benetzungsmitteln, Nivellierungsmitteln und Verdickungsmitteln besteht, enthält, wobei der Feststoff-Gesamtgehalt weniger als 30% der Dispersion beträgt, die Dispersion stellt eine Beschichtung mit mindestens einer 5-fachen Verringerung in der Gaspermeabilität gegenüber einer Beschichtung bereit, die aus dem elastomeren Nicht-Butyl-Polymer allein gebildet wird, und wobei die Beschichtung ihre Sperreigenschaften unter Spannungsbeanspruchung beibehält und eine Spannungsbeanspruchung bis zu einer ersten Schädigung von mindestens 5% biaxialer Dehnung bei 0% RH zeigt.
Die Beschichtungssuspension kann eine Dispersion, eine Emulsion, eine Suspension und ein Latex sein.
Die Beschichtungssuspension enthält ein elastomeres Nicht-Butyl-Polymer, das aus Neopren, Nitrilkautschuken und EPDM gewählt wird. Diese Polymere können gehärtet, nicht gehärtet und teilweise gehärtet sein und sind in der Dispersion mit etwa 40 bis etwa 95 Gew.-% vorhanden.
Der mit Säure oder Base modifizierte oder behandelte Silicat-Füllstoff ist ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Bentonit, Vermiculit, Montmorillonit, Nontronit, Beidellit, Volkonskoit, Hectorit, Saponit, Laponit, Sauconit, Magadiit, Kenyait, Ledikit und Mischungen und Dispersionen von den oben erwähnten Silicaten. Der bevorzugte Silicat-Füllstoff ist Vermiculit und ist in der Dispersion mit weniger als 60% Feststoffen, vorzugsweise zwischen etwa 5 bis etwa 50% Feststoffen vorhanden.
Der Silicat-Füllstoff kann vor dem Mischen mit dem elastomeren Nicht-Butyl-Polymer mit Säure oder Base behandelt werden. Die Säure wird ausgewählt aus Essigsäure, Glycin und Citronensäure, und die Base wird ausgewählt aus Ammoniumhydroxid, Natriumhydroxid und Kaliumhydroxid.
Der Feststoff-Gesamtgehalt der Beschichtungssuspension beträgt etwa 1 bis etwa 30%, vorzugsweise etwa 5 bis etwa 25%.
Die Beschichtungssuspension kann weiter eine Komponente umfassen, die aus der Gruppe bestehend aus Wasser, Hexan, Heptan, Toluol, Isopropylalkohol, Cyclohexanon, Ethanol, Methanol, anderen Kohlenwasserstoffen und Kombinationen davon ausgewählt wird.
Die alternative Ausführungsform Nr. 2 ist ein Verfahren zur Herstellung einer Beschichtungsdispersion, welches das Mischen einer wässrigen Dispersion eines elastomeren Nicht-Butyl-Polymers, eines mit Säure oder Base behandelten dispergierten, im Wesentlichen abgeblätterten Silicat-Füllstoffmaterials, das nicht mit organischen Kationen funktionalisiert ist, wobei das Silicat ein Längenverhältnis von mehr als 25 aufweist und das Silicat mit weniger als 60% des Feststoff-Gesamtgehalts vorliegt, und mindestens ein Additiv, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Tensiden, Emulgiermitteln, Antischäumungsmitteln, Dispergiermitteln, Benetzungsmitteln, Nivellierungsmitteln und Verdickungsmitteln besteht, enthält, wobei der Feststoff-Gesamtgehalt weniger als 30% der Dispersion ausmacht und wobei die Dispersion eine Beschichtung mit mindestens einer 5-fachen Verringerung in der Permeabilität gegenüber einer Beschichtung, die aus dem ungefüllten elastomeren Nicht-Butyl-Polymer allein gebildet wird, bereitstellt und wobei die Beschichtung ihre Sperreigenschaften unter Spannungsbeanspruchung beibehält und eine Spannungsbeanspruchung bis zu einer ersten Schädigung von mindestens 5% biaxialer Dehnung bei 0% RH aufweist.
Die Beschichtungssuspension kann eine Dispersion, eine Emulsion, eine Suspension und ein Latex sein.
Die Beschichtungssuspension enthält ein elastomeres Nicht-Butyl-Polymer, das aus Neopren, Nitrilkautschuken und EPDM gewählt wird. Diese Polymere können gehärtet, nicht gehärtet und teilweise gehärtet sein und sind in der Dispersion mit etwa 40 bis etwa 95 Gew.-% vorhanden.
Der Silicat-Füllstoff ist ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Bentonit, Vermiculit, Montmorilionit, Nontronit, Beidellit, Volkonskoit, Hectorit, Saponit, Laponit, Sauconit, Magadiit, Kenyait, Ledikit und Mischungen und Dispersionen von den oben erwähnten Silicaten. Der bevorzugte Silicat-Füllstoff ist Vermiculit und ist in der Suspension mit weniger als 60% Feststoffen, vorzugsweise zwischen etwa 5 bis etwa 50% Feststoffen vorhanden.
Der Silicat-Füllstoff kann vor dem Mischen mit dem elastomeren Nicht-Butyl-Polymer mit Säure oder Base behandelt werden. Die Säure wird ausgewählt aus Essigsäure, Glycin und Citronensäure, und die Base wird ausgewählt aus Ammoniumhydroxid, Natriumhydroxid und Kaliumhydroxid.
Der Feststoff-Gesamtgehalt der Beschichtungssuspension beträgt etwa 1 bis etwa 30%, vorzugsweise etwa 5 bis etwa 25%.
Die Beschichtungssuspension kann weiter eine Komponente umfassen, die aus der Gruppe bestehend aus Wasser, Hexan, Heptan, Toluol, Isopropylalkohol, Cyclohexanon, Ethanol, Methanol, anderen Kohlenwasserstoffen und Kombinationen davon ausgewählt wird.
Die alternative Ausführungsform Nr. 3 ist ein beschichteter Artikel, welcher auf mindestens einer Oberfläche oder Grenzfläche eine getrocknete Sperrbeschichtung aufweist, die durch die Auftragung der weiter oben beschriebenen Sperrbeschichtungsmischung hergestellt wird. Die Beschichtung auf dem Artikel verringert die Gaspermeationsrate des Artikels, indem dieser eine Permeabilität aufweist, die mindestens eine 5-fache Verringerung in der Permeabilität aufweist als bei einer Beschichtung, die aus dem angefüllten elastomeren Nicht-Butyl-Polymer allein gebildet wird.
Die alternative Ausführungsform Nr. 4 ist eine Sperrbeschichtung, welche etwa 50 bis etwa 90 Gew.-% eines elastomeren Nicht-Butyl-Polymers, etwa 10 bis etwa 50 Gew.-% eines mit einer Säure oder Base behandelten dispergierten, abgeblätterten Schichtsilicatplättchen-Füllstoffs mit einem Längenverhältnis von mehr als 25; und zwischen etwa 0,1 bis etwa 15 Gew.-% mindestens eines Additivs umfasst, wobei das Silicat in der getrockneten Beschichtung oder Film ein Längenverhältnis von mehr als 25 besitzt, wobei das Silicat in der/dem getrockneten Beschichtung oder Film größer als 25 ist, wobei die getrocknete Beschichtung die Gaspermeabilität des beschichteten Artikels um mehr als das 5-Fache der Permeabilität des mit dem Polymer allein beschichteten Substrats verringert.
Die Erfindung wurde in Verbindung mit mehreren Ausführungsformen beschrieben, indes sind Modifizierungen dieser Ausführungsformen innerhalb des Wesens und Umfangs der vorliegenden Erfindung für Fachleute auf dem Gebiet ohne Weiteres ersichtlich. Die Erfindung wird in den anhängigen Ansprüchen definiert.

Claims

Sperrbeschichtung, abgeleitet von einer wässrigen Dispersion aus einem elastomeren Nicht-Butyl-Polymer, einem im Wesentlichen abgeblätterten, mit Säure oder Base modifizierten oder behandelten Silicat-Füllstoffmaterial, das nicht mit organischen Kationen funktionalisiert ist, wobei das Silicat ein Längenverhältnis von mehr als 25 aufweist, wobei der %-Gehalt des Silicats weniger als 60% des Feststoff-Gesamtgehalts beträgt, und von mindestens einem Additiv, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Tensiden, Emulgiermitteln, Antischäumungsmitteln, Dispergiermitteln, Benetzungsmittein, Nivellierungsmitteln und Verdickungsmitteln besteht, wobei die Beschichtung mindestens eine 5-fache Verringerung in der Gaspermeabilität als eine Beschichtung zeigt, die aus dem elastomeren Nicht-Butyl-Polymer allein gebildet wird, und wobei die Beschichtung ihre Sperreigenschaften unter Spannungsbeanspruchung beibehält und wobei die Beschichtung umfassend den abgeblätterten, mit Säure oder Base modifizierten oder behandelten Silicat-Füllstoff eine ersten Schädigung erst bei einer Spannungsbeanspruchung von mindestens 5% biaxialer Dehnung bei 0% RH aufweist.
Sperrbeschichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Beschichtung ihre Sperreigenschaften unter Spannungsbeanspruchung beibehält und eine ersten Schädigung erst bei einer Spannungsbeanspruchung von mindestens 10% biaxialer Dehnung bei 0% RH zeigt.
Sperrbeschichtung gemäß Anspruch 2, wobei die Beschichtung ihre Sperreigenschaften unter Spannungsbeanspruchung beibehält und eine ersten Schädigung erst bei einer Spannungsbeanspruchung von mindestens 25% biaxialer Dehnung bei 0% RH zeigt.
Sperrbeschichtung gemäß Anspruch 3, wobei die Beschichtung ihre Sperreigenschaften unter Spannungsbeanspruchung beibehält und eine ersten Schädigung erst bei einer Spannungsbeanspruchung von mindestens 40% biaxialer Dehnung bei 0% RH zeigt.
Sperrbeschichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Beschichtung eine mindestens 25-fache Verringerung in der Gaspermeabilität im Vergleich mit einer Beschichtung zeigt, die aus dem elastomeren Nicht-Butyl-Polymer allein gebildet ist.
Sperrbeschichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Beschichtung eine mindestens 50-fache Verringerung in der Gaspermeabilität im Vergleich mit einer Beschichtung zeigt, die aus dem elastomeren Nicht-Butyl-Polymer allein gebildet ist.
Sperrbeschichtung gemäß Anspruch 6, wobei die Beschichtung eine mindestens 100-fache Verringerung in der Gaspermeabilität im Vergleich mit einer Beschichtung zeigt, die aus elastomeren Nicht-Butyl-Polymer allein gebildet ist.
Sperrbeschichtung gemäß Anspruch 7, wobei die Beschichtung eine mindestens 200-fache Verringerung in der Gaspermeabilität im Vergleich mit einer Beschichtung zeigt, die aus dem elastomeren Nicht-Butyl-Polymer allein gebildet ist.
Sperrbeschichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Dispersion in einer Form vorliegt, die aus der Gruppe gewählt ist, welche aus einer Dispersion, einer Emulsion, einer Suspension und einem Latex besteht.
Sperrbeschichtung gemäß Anspruch 1, wobei das elastomere Nicht-Butyl-Polymer aus der Gruppe gewählt wird, die aus Neopren, Nitrilkautschuken und EPDM besteht.
Sperrbeschichtung gemäß Anspruch 10, wobei das elastomere Nicht-Butyl-Polymer gehärtet, nicht gehärtet oder teilweise gehärtet sein kann.
Sperrbeschichtung gemäß Anspruch 1, wobei der mit Säure oder Base modifizierte oder behandelte Silicat-Füllstoff aus der Gruppe gewählt wird, die aus Bentonit, Vermiculit, Montmorillonit, Nontronit, Beidellit, Volkonskoit, Hectorit, Saponit, Laponit, Sauconit, Magadiit, Kenyait, Ledikit und Mischungen und Dispersionen von den oben erwähnten Silicaten besteht.
Sperrbeschichtung gemäß Anspruch 12, wobei der mit Säure oder Base modifizierte oder behandelte Silicat-Füllstoff Vermiculit ist.
Sperrbeschichtung gemäß Anspruch 12, wobei der mit Säure oder Base modifizierte oder behandelte Silicat-Füllstoff mit Säure oder Base vor dem Mischen mit dem elastomeren Nicht-Butyl-Polymer behandelt wird.
Sperrbeschichtung gemäß Anspruch 1, wobei der modifizierte oder behandelte Silicat-Füllstoff mit einer Säure ausgewählt aus Essigsäure, Glycin und Zitronensäure behandelt wird.
Sperrbeschichtung gemäß Anspruch 1, wobei der modifizierte oder behandelte Silicat-Füllstoff mit einer Base ausgewählt aus Ammoniumhydroxid, Natriumhydroxid und Kaliumhydroxid behandelt wird.
Sperrbeschichtung gemäß Anspruch 1, wobei das mit Säure oder Base modifizierte oder behandelte Silicat in der Dispersion zwischen 5 bis etwa 50%, bezogen auf das Gewicht des Feststoff-Gesamtgehalts, vorliegt.
Sperrbeschichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Dispersion einen Feststoff-Gesamtgehalt von etwa 5 bis etwa 25% aufweist.
Verfahren zur Herstellung eines Sperrbeschichtungsfilms, umfassend: a) Modifizieren von im Wesentlichen abgeblätterten Silicat-Füllstoffmaterial, das nicht mit organischen Kationen funktionalisiert ist, mit Säure oder Base, um mit Säure oder Base modifizierten oder behandelten Silicat-Füllstoff mit einem Längenverhältnis von mehr als 25 zu bilden; b) Auftragen einer wässrigen Dispersion, die ein elastomeres Nicht-Butyl-Polymer, mindestens ein Additiv, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Tensiden, Emulgiermitteln, Antischäumungsmitteln, Dispergiermitteln, Benetzungsmitteln, Nivellierungsmitteln und Verdickungsmitteln besteht, und den modifizierten oder behandelten Füllstoff enthält, wobei der %-Gehalt des modifizierten oder behandelten Füllstoffs in der wässrigen Dispersion zwischen etwa 5% bis etwa 60% des Feststoff-Gehalts beträgt, auf ein Substrat; und c) Trocknen der Dispersion zu einer Sperrbeschichtung mit dem gleichen Polymer-zu-Füllstoff-Verhältnis wie in der Dispersion, wobei die Beschichtung umfassend den mit Säure oder Base modifizierten oder behandelten Silicat-Füllstoff mindestens eine 5-fache Verringerung in der Gaspermeabilität als eine Beschichtung zeigt, die aus dem elastomeren Nicht-Butyl-Polymer allein gebildet wird, und wobei die Beschichtung umfassend den mit Säure oder Base modifizierten oder behandelten Silicat-Füllstoff ihre Sperreigenschaften unter Spannungsbeanspruchung beibehält und eine ersten Schädigung erst bei einer Spannungsbeanspruchung von mindestens 5% biaxialer Dehnung bei 0% RH aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 19, wobei die Dispersion in einer Form vorliegt, die aus der Gruppe gewählt ist, welche aus einer Dispersion, einer Emulsion, einer Suspension und einem Latex besteht.
Verfahren gemäß Anspruch 19, wobei das elastomere Nicht-Butyl-Polymer aus der Gruppe gewählt wird, die aus Neopren, Nitrilkautschuken und EPDM besteht.
Verfahren gemäß Anspruch 21, wobei das elastomere Nicht-Butyl-Polymer gehärtet, nicht gehärtet oder teilweise gehärtet sein kann.
Verfahren gemäß Anspruch 19, wobei das Silicat aus der Gruppe gewählt wird, die aus Bentonit, Vermiculit, Montmorillonit, Nontronit, Beidellit, Volkonskoit, Hectorit, Saponit, Laponit, Sauconit, Magadiit, Kenyait, Ledikit und Mischungen und Dispersionen von den oben erwähnten Silicaten besteht.
Verfahren gemäß Anspruch 23, wobei das Silicat Vermiculit ist.
Verfahren gemäß Anspruch 19, wobei das Silicat mit einer Säure ausgewählt aus Essigsäure, Glycin und Zitronensäure gemischt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 19, wobei das Silicat mit einer Base ausgewählt aus Ammoniumhydroxid, Natriumhydroxid und Kaliumhydroxid gemischt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 19, wobei der modifizierte oder behandelte Füllstoff in der Dispersion mit zwischen 5 bis etwa 50 Gew-% des Feststoff-Gesamtgehalts vorliegt.
Verfahren gemäß Anspruch 19, wobei die Dispersion einen Feststoff-Gesamtgehalt von etwa 5 bis etwa 25% aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 19, wobei das Substrat aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus Filmen, Membranen, Handschuhen, Tennisbällen, Basketbällen, Fußbällen, Volleybällen, Racket-Bällen, Handbällen, Beach-Bällen und Spielzeugbällen und aufgeblasenen Produkten, wie Kraftfahrzeug- und Lastwagenreifen, Fahrradreifen, Booten, Luftmatrazen und aufblasbaren Betten, besteht.