ES2654665T3 - Composición de caucho de copolímero de nitrilo - Google Patents
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Abstract
Una composición de caucho de copolímero de nitrilo que contiene un caucho (A) de copolímero de nitrilo que contiene del 15 al 80% en peso de unidades (a1) monoméricas de nitrilo α,ß-etilénicamente insaturadas, del 20 al 85% en peso de unidades (a2) monoméricas de dieno conjugado y del 0 al 30% en peso de unidades monoméricas catiónica y/o unidades monoméricas capaces de formar cationes (a3), y partículas (B) de celulosa, planas, con una relación de aspecto de 30 a 600, en la que un contenido de dichas partículas (B) de celulosa, planas, es de 1 a 200 partes en peso con respecto a 100 partes en peso de dicho caucho (A) de copolímero de nitrilo.
Description
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convertirlo en un caucho de copolímero de nitrilo hidrogenado, es posible mejorar la resistencia al calor, la resistencia a la intemperie, la resistencia al ozono, etc.
Partículas (B) de celulosa planas
Las partículas (B) de celulosa, planas, usadas en la presente invención son celulosa plana con una relación de aspecto de 30 a 600. En la presente invención, al mezclar las partículas (B) de celulosa, planas, en el caucho (A) de copolímero de nitrilo indicado anteriormente, es posible hacer que el caucho reticulado obtenido tenga una resistencia a la permeación de gasolina y una resistencia a la tracción excelentes. En particular, en la presente invención, cuando se mezclan las partículas (B) de celulosa, planas, en el caucho (A) de copolímero de nitrilo, incluso cuando se mezclan en estado seco, es posible hacer que las partículas (B) de celulosa, planas, se dispersen bien en el caucho (A) de copolímero de nitrilo, de manera que es posible obtener caucho reticulado en el que la resistencia a la permeación de gasolina y la resistencia a la tracción se aumenten adecuadamente.
Las partículas (B) de celulosa, planas, usadas en la presente invención solo necesitan ser partículas con forma plana con una relación de aspecto en el intervalo de 30 a 600 y compuestas principalmente de celulosa, pero por ejemplo pueden ser partículas que se producen mediante el procedimiento siguiente. Es decir, como las partículas (B) de celulosa, planas, es posible usar unas partículas que se producen usando como materiales madera o algodón, fibras de celulosa recicladas u otras sustancias celulósicas, añadiendo y mezclando polímeros sintéticos, ácidos grasos, agua, disolventes orgánicos, N-acilaminoácidos u otros aditivos a las sustancias celulósicas, a continuación, triturando mecánicamente la mezcla obtenida y eliminando los ingredientes añadidos después de la trituración.
Cabe señalar que las sustancias celulósicas usadas como los materiales normalmente tienen aproximadamente del 3 al 10% en peso de humedad adsorbida, por lo que cuando se producen las partículas (B) de celulosa, planas, es preferente secar por adelantado los materiales hasta un contenido de humedad de preferentemente el 1% o menos, más preferentemente del 0,1% en peso o menos, usar las sustancias celulósicas secas, y a continuación mezcla en los polímeros sintéticos, ácidos grasos, agua, disolventes orgánicos, N-acilaminoácidos u otros aditivos.
Como los polímeros sintéticos, pueden usarse alcohol polivinílico y otros polialcoholes, polietilenglicol y otros poliéteres, polietileno y otras poliolefinas, poliamida, etc. Como los ácidos grasos, pueden mencionarse ácido esteárico y otros ácidos grasos saturados, derivados de ácidos grasos saturados, ácido oleico y otros ácidos grasos insaturados, sales de zinc o sales de sodio de ácidos grasos insaturados y otras sales de ácidos grasos insaturados, derivados de ácidos grasos insaturados, etc.
Además, como el aparato de trituración que se usa cuando se tritura la mezcla que se obtiene mediante la adición y el mezclado de diversos ingredientes a la sustancia celulósica, por ejemplo, un molino de bolas vibratorio, molino de bolas rotatorio, molino de bolas de tipo planetario, molino de rodillos, molino de discos, puede usarse un mezclador de alta velocidad con cuchillas giratorias de alta velocidad, homomezclador, etc.
Solo es necesario que las partículas (B) de celulosa, planas, tengan una relación de aspecto en el intervalo de 30 a 600, pero las que tienen una relación de aspecto en el intervalo de 50 a 500 son preferentes y las que tienen una relación de aspecto en el intervalo de 100 a 400 son más preferentes. Si las partículas (B) de celulosa, planas, tienen una relación de aspecto demasiado pequeña, la resistencia a la permeación de gasolina del caucho reticulado obtenido se deteriora. Por otra parte, si tienen una relación de aspecto demasiado grande, la dispersión en el caucho (A) de copolímero de nitrilo se hace difícil y la resistencia a la tracción y otra resistencia mecánica del caucho reticulado obtenido se reduce.
La relación de aspecto de las partículas (B) de celulosa, planas, puede calcularse mediante una búsqueda de la relación del diámetro medio superficial y el espesor promedio de las partículas primarias de las partículas (B) de celulosa, planas. Aquí, el diámetro promedio superficial y el espesor promedio son valores numéricos promedio que se obtienen midiendo los diámetros en la dirección de la superficie y los espesores de 100 partículas (B) de celulosa, planas, que se seleccionan aleatoriamente mediante un microscopio de fuerza atómica y calculando los promedios aritméticos.
El tamaño de partícula promedio volumétrico de las partículas (B) de celulosa, planas, que se mide mediante un analizador de tamaño de partícula de difracción/dispersión láser es preferentemente de 0,05 a 100 μm, más preferentemente de 0,1 a 75 μm, de manera más preferentemente de 0,5 a 50 μm.
En la composición de caucho de copolímero de nitrilo de la presente invención, el contenido de las partículas (B) de celulosa, planas, es de 1 a 200 partes en peso con respecto a 100 partes en peso del caucho (A) de copolímero de nitrilo, preferentemente de 1 a 100 partes en peso, más preferentemente de 2 a 50 partes en peso. Si el contenido de las partículas (B) de celulosa, planas, es demasiado pequeño, el efecto de la adición de las partículas (B) de celulosa, planas, tiende a ser difícil de obtener. Por otra parte, si el contenido es demasiado grande, es probable que la elongación del caucho reticulado obtenido se reduzca.
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Además, la composición de caucho de copolímero de nitrilo de la presente invención puede contener además una resina de cloruro de vinilo y/o una resina acrílica además del caucho (A) de copolímero de nitrilo indicado anteriormente y partículas (B) de celulosa, planas. Al hacer que la composición de caucho de copolímero de nitrilo de la presente invención contenga además una resina de cloruro de vinilo y/o una resina acrílica, preferentemente una resina de cloruro de vinilo, puede mejorarse la resistencia al ozono del caucho reticulado obtenido.
La resina de cloruro de vinilo tiene un monómero constituyente principal constituido por cloruro de vinilo. El contenido de las unidades del monómero constituyente principal es preferentemente del 50 al 100% en peso, más preferentemente del 60 al 100% en peso, más preferentemente del 70 al 100% en peso. La resina de cloruro de vinilo tiene un grado de polimerización medio basado en el procedimiento de viscosidad en solución descrito en JIS K6721 de preferentemente 400 a 3.000, más preferentemente de 600 a 2.000, y tiene una temperatura (Tg) de transición vítrea preferentemente de 50 a 180ºC.
La resina de cloruro de vinilo puede producirse mediante la polimerización en emulsión o la polimerización en suspensión conocida convencionalmente.
Por ejemplo, cuando se produce mediante polimerización en emulsión, un recipiente de reacción resistente a la presión se carga con agua, laurosulfato de sodio u otro emulsionante y persulfato de potasio u otro iniciador de polimerización, se reduce repetidamente bajo presión y se desgasifica, a continuación se carga con el monómero de cloruro de vinilo (con otro monómero capaz de copolimerizar con el mismo, que pueda añadirse según se desee), la mezcla se calienta mientras se agita para realizar la polimerización en emulsión, se añade un terminador de polimerización cuando la tasa de conversión de polimerización alcanza un valor predeterminado, a continuación, la solución se enfría a la temperatura ambiente y los monómeros sin reaccionar se eliminan para obtener el látex de resina de cloruro de vinilo. A continuación, el látex de resina de cloruro de vinilo obtenido se coagula y, si es necesario, se enjuaga y se seca de la misma manera que en el caso del látex de caucho (A) de copolímero de nitrilo anterior para obtener la resina de cloruro de vinilo.
Una resina acrílica es una resina en la que el monómero constituyente principal es un éster alquílico de ácido (met)acrílico. El contenido de las unidades del monómero constituyente principal es preferentemente del 50 al 100% en peso, más preferentemente del 60 al 100% en peso, más preferentemente del 70 al 100% en peso. Además, una resina acrílica tiene un peso molecular medio numérico (Mn) determinado mediante cromatografía de permeación en gel (GPC) convertida en poliestireno estándar de preferentemente 10.000 a 7.000.000, más preferentemente de 100.000 a 2.000.000, y una temperatura (Tg) de transición vítrea de preferentemente 60 a 150ºC.
La resina acrílica puede producirse mediante la polimerización en emulsión o la polimerización en suspensión conocida convencionalmente.
Por ejemplo, cuando se produce mediante polimerización en emulsión, un recipiente de reacción se carga con agua, octilsulfato de sodio u otro emulsionante, persulfato de amonio u otro iniciador de polimerización, metacrilato de metilo u otro monómero (con otro monómero capaz de copolimerizarse con el mismo, que pueda añadirse según se requiera), la mezcla puede calentarse mientras se agita para realizar la polimerización en emulsión, se añade un terminador de polimerización cuando la tasa de conversión de polimerización alcanza un valor predeterminado, a continuación la solución se enfría a temperatura ambiente y los monómeros sin reaccionar se eliminan para obtener el látex de resina acrílica. A continuación, el látex de resina acrílica obtenido se coagula y, si es necesario, se enjuaga y se seca de la misma manera que en el caso del caucho (A) de copolímero de nitrilo anterior para obtener la resina acrílica.
En la composición de caucho de copolímero de nitrilo de la presente invención, el contenido de resina de cloruro de vinilo y/o de resina acrílica es preferentemente de 10 a 150 partes en peso con respecto a 100 partes en peso del caucho (A) de copolímero de nitrilo, más preferentemente de 15 a 130 partes en peso, más preferentemente de 20 a 100 partes en peso. Si el contenido de resina de cloruro de vinilo y/o de resina acrílica es demasiado pequeño, es posible que la resistencia a la permeación de gasolina y la resistencia al ozono sean inferiores, mientras que, si el contenido es demasiado grande, es posible que la resistencia al frío se deteriore.
Otros ingredientes
Además, la composición de caucho de copolímero de nitrilo de la presente invención puede contener una carga inorgánica estratificada o plastificante además de los ingredientes anteriores.
Solo es necesario que la carga inorgánica estratificada sea una que tenga una estructura estratificada, pero una con una relación de aspecto de 30 a 2.000 es preferente, más preferentemente una con una relación de aspecto de 40 a 1.000, más preferentemente una con una relación de aspecto de 50 a 500. Mezclando la carga inorgánica estratificada, puede mejorarse la resistencia a la permeación de gasolina del caucho reticulado obtenido. Cabe señalar que la relación de aspecto de la carga inorgánica estratificada puede encontrarse, por ejemplo, de la misma manera que las partículas (B) de celulosa, planas, indicadas anteriormente.
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Además, la carga inorgánica estratificada tiene un tamaño de partícula promedio volumétrico, medido por un analizador de tamaños de partículas de difracción/dispersión láser, de preferentemente 0,1 a 80 μm, más preferentemente de 0,1 a 60 μm, más preferentemente de 0,1 a 40 μm.
La carga inorgánica estratificada no está particularmente limitada. Puede ser uno derivada a partir de un material natural, puede ser un material natural que ha sido refinado o tratado de otra manera, o puede ser un material sintético. Como ejemplos específicos, pueden mencionarse la caolinita, halloysita y otras caolinitas; montmorillonita, beidelita, nontronita, saponita, hectorita, estevensita, mica y otras esmectitas; y vermiculitas; cloritos; talco; vidrio E o vidrio C u otras partículas con forma de placas amorfas que constituyen escamas de vidrio, etc. Entre estos también, las esmectitas son preferentes, mientras que la montmorillonita, la mica y la saponita son más preferentes y la montmorillonita es particularmente preferente. Estos pueden usarse como un solo tipo individual o como una pluralidad de tipos juntos. Cabe señalar que la montmorillonita, la mica y la saponita son estructuras multicapa que tienen iones positivos intercambiables entre capas, de manera que, si el caucho de copolímero de nitrilo anterior tiene unidades monoméricas catiónicas, la capacidad de dispersión en el caucho de copolímero de nitrilo es buena.
Aquí, entre los anteriores, la montmorillonita está contenida como el ingrediente principal en bentonita. Por esta razón, como la montmorillonita, es posible usar una obtenida refinando bentonita.
En la composición de caucho de copolímero de nitrilo de la presente invención, el contenido de la carga inorgánica estratificada es preferentemente de 0 a 100 partes en peso con respecto a 100 partes en peso del caucho (A) de copolímero de nitrilo, más preferentemente de 0 a 50 partes en peso, más preferentemente de 0 a 30 partes en peso. Si el contenido de la carga inorgánica estratificada es demasiado grande, es probable que la elongación del caucho reticulado obtenido se reduzca.
Además, el plastificante no está particularmente limitado, pero debido a que el caucho reticulado obtenido tiene una resistencia a la permeación de gasolina y una resistencia al frío excelentes y debido a que la temperatura de fragilización se reduce (la resistencia al frío se mejora), un plastificante con un valor SP (parámetro de solubilidad) determinado por el procedimiento HOY de 8 a 10,2 (cal/cm3)1/2 es preferente.
Como ejemplos específicos de dicho plastificante (las unidades de valor SP son "(cal/cm3)1/2") pueden mencionarse, por ejemplo, adipato de dibutoxietilo (valor SP: 8,8), adipato de di(butoxietoxietilo) (valor SP: 9,2), adipato de dit(metoxitetraetilenglicol), adipato de di(metoxipentaetilenglicol), (metoxipentaetilenglicol) adipato de (metoxitetraetilenglicol), adipato de di(metoxitrietoxietilo), (metoxitetraetoxietil)adipato de (metoxitrietoxietilo), adipato de di(metoxitetraetoxietilo), (pentoxitetraetoxietil) adipato de (butoxitrietoxietilo), (pentoxitetraetoxietil) adipato de (pentoxitrietoxietilo) y otros compuestos éster de ácido adípico y alcoholes que contienen enlaces éter; azelato de dibutoxietilo; azelato de di(butoxietoxietilo) y otros compuestos éster de ácido azelaico y alcoholes que contienen enlaces éter; sebacato de dibutoxietilo, sebacato de di(butoxietoxietilo) y otros compuestos éster de ácido sebácico y alcoholes que contienen enlaces éter; ftalato de dibutoxietilo, ftalato de di(butoxietoxietilo) y otros compuestos éster de ácido ftálico y alcoholes que contienen enlaces éter; isoftalato de dibutoxietilo, isoftalato de di(butoxietoxietilo) y otros compuestos éster de ácido isoftálico y alcoholes que contienen enlaces éter; adipato de di-(2-etilhexilo) (valor SP: 8,5), adipato de diisodecilo (valor SP: 8,3), adipato de diisononilo, adipato de dibutilo (valor SP: 8,9) y otros ésteres de dialquilo de ácido adípico; azelato de di-(2-etilhexilo) (valor SP: 8,5), azelato de diisooctilo, azelato de di-n-hexilo y otros ésteres de dialquilo de ácido azelaico; sebacato de di-n-butilo (valor SP: 8,7), sebacato de di-(2-etilhexilo) (valor SP: 8,4) y otros ésteres de dialquilo de ácido sebácico; ftalato de dibutilo (valor SP: 9.4), ftalato de di-(2-etilhexilo) (valor SP: 9,0), ftalato de di-n-octilo, ftalato de diisobutilo, ftalato de diheptilo (valor SP: 9,0), ftalato de diisodecilo (valor SP: 8,5), ftalato de diundecilo (valor SP: 8,5), ftalato de diisononilo (valor SP: 8,9) y otros ésteres de dialquilo de ácido ftálico; ftalato de diciclohexilo y otros ésteres dicicloalquílicos de ácido ftálico; ftalato de difenilo, ftalato de butilbencilo (valor SP: 10,2) y otros ésteres de arilo de ácido ftálico; isoftalato de di-(2-etilhexilo), isoftalato de diisooctilo y otros ésteres dialquílicos de ácido isoftálico; tetrahidroftalato de di-(2-etilhexilo), tetrahidroftalato de di-n-octilo, tetrahidroftalato de diisodecilo y otros ésteres dialquílicos de ácido tetrahidroftálico; trimelitato de tri(2-etilhexilo) (valor SP: 8,9), trimelitato de tri-n-octilo (valor SP: 8,9), trimelitato de triisodecilo (valor SP: 8,4), trimelitato de triisooctilo, trimelitato de tri-n-hexilo, trimelitato de triisononilo (Valor SP: 8.8), trimelitato de triisodecilo (valor SP: 8,8) y otros derivados de ácido trimelítico; aceite de soja epoxilado (valor SP: 9,0), linaza epoxilada (valor SP: 9,3) y otros plastificantes basados en epoxi; fosfato de tricresilo (valor SP: 9,7), y otros plastificantes basados en ésteres de ácido fosfórico; etc. Estos pueden usarse como tipos únicos individuales o como una pluralidad de tipos combinados.
Entre estos también, puede mejorarse mucho la resistencia a la permeación de gasolina y la resistencia al frío del caucho reticulado obtenido, por lo que los compuestos éster de ácido adípico, ácido azelaico, ácido sebácico, ácido ftálico y otros ácidos dibásicos y alcoholes que contienen enlaces éter son preferentes, los compuestos éster de ácido adípico y los alcoholes que contienen enlaces éter son más preferentes, y el adipato de di(butoxietoxietilo es particularmente preferente.
En la composición de caucho de copolímero de nitrilo de la presente invención, el contenido del plastificante es preferentemente de 0,1 a 200 partes en peso con respecto a 100 partes en peso del caucho (A) de copolímero de nitrilo,
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a 190ºC, mientras que el tiempo de reticulación es normalmente de 1 minuto a 24 horas, preferentemente de 2 minutos a 1 hora.
Además, dependiendo de su forma, tamaño, etc., a veces, el caucho reticulado no estará suficientemente reticulado hasta el interior, incluso si su superficie está reticulada, de manera que es posible calentar adicionalmente el producto para una reticulación secundaria.
El caucho reticulado obtenido de la presente invención, de esta manera, tiene una resistencia al aceite y una resistencia a la tracción excelentes. Por lo tanto, el caucho reticulado de la presente invención se usa también, de manera adecuada, para empaquetaduras, juntas, juntas tóricas, sellos de aceite y otros miembros de sello; mangueras de aceite, mangueras de combustible, mangueras de entrada, mangueras de gas, mangueras de freno, mangueras de refrigerante y otras mangueras; diafragmas; vejigas acumuladoras; botas; etc., pero es particularmente adecuado para mangueras, sellos, empaquetaduras y juntas.
Entre estos, el caucho reticulado de la presente invención se usa adecuadamente como una manguera de combustible, etc. usando una capa compuesta por el caucho reticulado de la presente invención para al menos una capa de una manguera compuesta por una o dos o más capas. En este momento, en el caso de un estratificado de dos o más capas, la capa compuesta del caucho reticulado de la presente invención puede usarse para la capa interior, la capa intermedia y la capa exterior. Como las otras capas del laminado, pueden mencionarse caucho de nitrilo con un contenido de unidades monoméricas de nitrilo α,β-etilénicamente insaturado preferentemente del 5 al 35% en peso, más preferentemente del 18 al 30% en peso y también caucho que contiene ese caucho de nitrilo y resina de cloruro de vinilo o resina acrílica o caucho fluorado, caucho de cloropreno, caucho de hidrina, caucho de polietileno clorosulfonado, caucho acrílico, copolímero de etileno-ácido acrílico, copolímero de etileno-propileno, copolímero ternario de etileno-propileno-dieno, caucho de butilo, caucho de isopreno, caucho natural, copolímero de estireno-butadieno, fluororesina, resina de poliamida, alcohol polivinílico, resina de copolímero de etileno-acetato de vinilo, resina de copolímero de etileno-alcohol vinílico, naftalato de polibutileno, sulfuro de polifenileno, resina de poliolefina, resina de poliéster, etc. Estos pueden usarse como tipos únicos individuales o como una pluralidad de tipos combinados.
Además, según la necesidad, para unir una capa compuesta del caucho reticulado de la presente invención y otra capa, es posible incluir benzotriazolato de tetrabutilfosfonio, benzotriazolato de tetraoctilfosfonio, benzotriazolato de metiltrioctilfosfonio, toliltriazolato de tetrabutilfosfonio, toliltriazolato de tetraoctilfosfonio y otras sales de fosfonio, sal de 1,8-diazabiciclo(5.4.0)undeceno-7 (sal de DBU), sal de 1,5-diazabiciclo(4.3.0)-noneno-5 (sal de DBN), etc., en una o ambas capas compuestas del caucho reticulado de la presente invención y otra capa.
El procedimiento de producción cuando se fabrica el caucho reticulado de la presente invención en una manguera que tiene dicha configuración no está particularmente limitado, pero puede mencionarse el procedimiento en el que se usa una extrusora, etc. para formar una forma tubular y reticular la misma, etc.
Ejemplos
A continuación, se proporcionarán ejemplos y ejemplos comparativos para explicar más específicamente la presente invención, pero la presente invención no está limitada a estos ejemplos. A continuación, a menos que se especialmente, las "partes" son en base al peso. Los procedimientos de ensayo y de evaluación de las propiedades y las características físicas son los siguientes.
Viscosidad Mooney
La viscosidad Mooney (viscosidad Mooney del polímero) (ML1+4, 100ºC) del caucho de copolímero de nitrilo se midió según JIS K6300.
Propiedades físicas normales (Resistencia a la tracción, alargamiento, esfuerzo de tracción 100%, esfuerzo de tracción 200%, esfuerzo de tracción 300% y dureza)
La composición de caucho de nitrilo reticulable se colocó en un molde de 15 cm vertical, 15 cm horizontal y 0,2 cm de profundidad y se prensó a 160ºC durante 20 minutos mientras se aplicaba una presión de 10 MPa para obtener un caucho reticulado con forma de lámina. El caucho reticulado con forma de lámina obtenido se perforó con una matriz de pesas tipo JIS Nº 3 para preparar piezas de ensayo, a continuación, se usaron estas piezas para medir para la resistencia a la tracción, el alargamiento, el esfuerzo de tracción del 100%, el esfuerzo de tracción del 200% y la de tracción estrés del 300% del caucho reticulado según JIS K6251. Además, según JIS K6253, se usó un durómetro Durometer Hardness Tester Type A para medir la dureza del caucho reticulado.
Coeficiente de permeación de gasolina
Se preparó un caucho reticulado con forma de lámina similar al usado para la evaluación de las propiedades físicas
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