JP2001527599A - 粒子を疎水性にする方法そしてそれらをポリマーマスターバッチに入れる充填材として用いる使用 - Google Patents

粒子を疎水性にする方法そしてそれらをポリマーマスターバッチに入れる充填材として用いる使用

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Abstract

(57)【要約】 粒子にアミノ基とシラン基を有する化合物を用いた処理に続いて疎水性基を有するシラン化合物を用いた処理を受けさせることを通して、上記粒子を疎水性にする。本発明は、特に、親水性鉱物粒子の処理で用いるに有用である。この処理を受けさせた粒子は、例えば、ポリマーマスターバッチにおける充填材として使用可能である。

Description

【発明の詳細な説明】 粒子を疎水性にする方法そしてそれらをポリマーマスターバッチに入れる充 填材として用いる使用技術分野 本発明は、1つの面において、粒子、特に表面にヒドロキシル基を有していて 親水性の鉱物粒子、例えばシリカ、シリケート類、粘土、アルミナ、二酸化チタ ンなどを疎水性にする(hydrophobicizing)ことに関する。し かしながら、本発明は、また、鉱物でない粒子、例えばカーボンブラックなどの 処理にも及ぶ。別の面において、本発明はまた本質的にその処理した粒子にも関 する。この処理した粒子は、排他的ではないが特にポリマー類、特にゴムに入れ る充填材として用いるに有用である。この面の別の面において、本発明は、また 、充填材を充填した(filled)、特にシリカを充填したゴムマスターバッ チ(rubber masterbatch)そしてそれの製造方法にも関する 。背景技術 近年、特に1992年のGroupe Michelin(G−M)特許(ヨ ーロッパ特許第05 01 227 A1号;オーストラリア特許出願公開第1 11 77 192号)にシリカを添加した踏み面(tread)配合を用いて 作られたタイヤは通常の充填材であるカーボンブラックを基とするタイヤに比べ て重要な性能利点をいくつか有することが示されてから、シリカで補強されたタ イヤにかなりの興味が持たれるようになってきた。この「グリーンタイヤ(Gr een Tire)」は通常のカーボンブラックが充填されているタイヤに比較 して(a)転 がり抵抗(rolling resistance)がより低くて(b)雪道の 牽引力(traction on snow)がより良好で(c)雑音発生(n oise generation)がより低いと言った面で向上していると主張 されている。 ゴム製造業者はゴム用タイヤをしばしばエラストマー(elastomer) (これは典型的に炭化水素ゴムである)とオイルエクステンダー(oil ex tender)と充填材を含有するマスターバッチの形態でタイヤ製造業者に供 給している。通常の充填材は微細粒子形態のカーボンブラックであった。このよ うな粒子は表面が疎水性であると言った特徴を有し、従って、疎水性のエラスト マー内に比較的容易に分散する。それとは対照的に、通常のシリカは比較的親水 性の表面を有することから通常のシリカを疎水性ゴムであるエラストマーに分散 させようとする時にかなりの困難さに直面していた。 過去において、Burkeが米国特許第3,700,690号で示して試みた ように、エラストマーの分散液とシリカ顔料の水分散液からマスターバッチを製 造する試みが成された。Burkeは、微細なシリカ粒子をマスターバッチの中 に均一に混合することに関して以前に知られていた困難さを克服しようとする試 みを行った。Burkeが発明を行った時点ではエラストマー−シリカのマスタ ーバッチが市場に商品として出るとは全く認識されていなかった。Burkeの 努力にも拘らず、今日でも同様に、本出願者の認識では、インサイチュー生成( in situ produced)エラストマー−シリカマスターバッチを市 場で商業的に入手するのは不可能である(即ち、生産されていて入手可能な通常 のエラストマー−シリカマスターバッチは乾燥した状態のもので ある)。発明の開示 本発明の1つの目的は、この上に述べた従来技術の欠点の少なくとも1つを回 避または軽減することにある。 本発明の別の目的は、比較的疎水性の新規な粒子状材料を提供することにある 。 本発明の更に別の目的は、粒子状材料を処理してそれを比較的疎水性にする新 規な方法を提供することにある。 本発明の更に別の目的は、エラストマーと比較的疎水性の粒子状材料を含んで 成る新規なマスターバッチ組成物を提供することにある。 本発明の更に別の目的は、エラストマーと比較的疎水性の粒子状材料を含んで 成るマスターバッチ組成物を製造する新規な方法を提供することにある。 従って、本発明は、1つの面において、粒子、特に鉱物粒子を処理してそれを 疎水性にする方法を提供し、この方法に、 (a)上記粒子を式I: {式中、 R1、R2およびR3の少なくとも1つ、好適にはR1、R2およびR3の2つ、最も 好適にはR1、R2およびR3は、ヒドロキシルまたは加水分解性基(hydro lysable groups)であり、 R4は、Si−R4結合の所の加水分解に対して耐性を示す二価の基であ り、 R5は、水素;C1-40アルキル;C2-40一不飽和、二不飽和もしくは三不飽和ア ルケニル基;C6−C40アリール基;式: [式中、xは2から10の整数であり、R13およびR14は、同一もしくは異なっ ていてもよく、各々、水素、C1-18アルキル、C2-18一不飽和、二不飽和もしく は三不飽和アルケニル、フェニル、式: (式中、bは1から10の整数である) で表される基、式:(式中、cは1から10の整数であり、そしてR22およびR23は、同一もしくは 異なっていてもよく、各々、水素、C1-10アルキル基またはC2-10アルケニル基 であるが、但し窒素原子に対してアルファの位置に二重結合が存在しないことを 条件とする) で表される基、式: −[(CH2rNH]d−H (式中、rは1から6の整数でありそしてdは1から4の整数である) で表される基である] で表される基を含む群から選択され、 R6は、R5で定義した基のいずれであってもよいか、或はR5とR6が一緒になっ て式: [式中、 Aは、−CHRまたは−NR基(ここで、Rは、水素、またはC1-40アルキルも しくはC2-40アルケニル基である)、C6−C40アリール基、酸素原子および硫 黄原子を含む群から選択され、そしてtおよびvは、各々独立して、1、2、3 または4であるが、但しtとvの合計が6を越えない、好適には4であることを 条件とする] で表される二価の基を形成していてもよい} で表される化合物またはそれの酸付加塩もしくは第四級アンモニウム塩に接触さ せ、そして (b)上記粒子を式II:{式中、 R15、R16およびR17は、R1、R2およびR3と同じ定義を有し、そして R12は、いずれにもアリール基、好適にはフェニル基が1つ以上割り込んでいて もよいC8-40アルキル基またはC8-40一不飽和、二不飽和もしくは三不飽和アル ケニル基;式: [式中、 R18は、Si−R18結合の所の加水分解に対して耐性を示す二価の基であり、R19 は、水素、C1-40アルキル基、C2-40一不飽和、二不飽和もしくは三不飽和ア ルケニル基、未置換であるか或はC1-20アルキルまたはC2-20一不飽和、二不飽 和もしくは三不飽和アルケニル基で置換されていてもよい芳香族基、例えばフェ ニレン基−(C64)−、ビフェニレン基−(C64)−(C64)−、−(C64)−O−(C64)−基またはナフチレン基−(C106)−などを含む群 から選択され、そしてR20はR19で定義した基のいずれであってもよいが、但し R19およびR20が窒素原子に隣接する第三炭素原子を持たないこととR19および R20の少なくとも1つが長さが少なくとも炭素原子8個分で如何なるヘテロ原子 も割り込んでいない炭素鎖を有することを条件とする] で表される基またはそれの酸付加塩もしくは第四級アンモニウム塩を含む群から 選択される} で表される化合物に接触させる、 段階を含める。 好適には、R18はC1−C40飽和もしくは不飽和基(例えばアルケニル、アリ ール、シクロアルキルなど)である。 本方法における段階(a)と(b)は同時または逐次的に実施可能である。段 階(a)と(b)を逐次的に実施する場合には段階(a)を実施した後に段階( b)を実施する方が好適である。 本分野の技術者に明らかなように、式IとIIが同じ化合物、例えばR5=R1 9 =C8-40アルキル基またはR5=R19=C8-40一不飽和、二不飽和もしくは三不 飽和アルケニル基であり得る場合も存在する。このよ うに、式IとIIが同じ化合物の場合には本方法を故意に単一段階方法(即ち、 式IおよびIIで表される化合物を単一段階で添加する)および多段階方法(即 ち、式IおよびIIで表される化合物を2段階以上の段階で比例させて添加する )で具体化することは明らかに理解されるであろう。 本発明は、別の面において、アミノヒドロカーボンシラン(例えばアミノ(ア ルキル)シラン)部分、即ちケイ素と窒素の両方を含んで成る炭化水素部分が結 合している粒子を含んで成る処理(treated)粒子状材料を提供する。 上記アミノヒドロカーボンシラン部分は、好適には、式 {式中、 Ra、RbおよびRcは、同一もしくは異なり各々、−O−、および場合により1 個以上の酸素原子で置換されていてもよい−Cp2p−[ここで、pは1から1 0の整数である]から選択され、そして R12は、C8-40アルキル基;C8-40一不飽和、二不飽和もしくは三不飽和アルケ ニル基;式: [式中、 R4は、Si−R4結合の所の加水分解に対して耐性を示す二価の基であり、 R5は、水素、C1-40アルキル、C2-40一不飽和、二不飽和もしくは三不飽和ア ルケニル;式: −ArCw2w+1 (式中、Arは二価の芳香族基を表しそしてwは1から20の整数である)で表 される基であり、そして R6は、R5で定義した基のいずれであってもよいが、但しR5およびR6の少なく とも1つが長さが少なくとも炭素原子8個分で何も割り込んでいない炭素鎖を有 するべきであることを条件とする] で表される基またはそれの酸付加塩もしくは第四級アンモニウム塩である} で表される。 本発明は、更に別の面において、(i)アミノヒドロカーボンシラン(例えば アミノ(アルキル)シラン)部分(即ちケイ素と窒素の両方を含んで成る炭化水 素部分)が結合していて(ii)少なくとも約100°の接触角を示す粒子を含 んで成る粒子状材料を提供する。上記アミノヒドロカーボンシラン部分は好適に は本明細書の上に挙げた式で表される。この粒子が示す接触角は、好適には少な くとも約110°、より好適には約115°から約160°の範囲、更により好 適には約120°から約150°の範囲、最も好適には約120°から約140 °の範囲である。それとは対照的に、本発明に従う処理を受けさせていないシリ カ粒子が示す接触角は典型的に75°である。 粒子と水の接触角は下記の手順に従って容易に測定可能である: (i)両面テープを探針(例えばスターラップ(sturrup))に取り付け そしてこのテープを粒子状材料のサンプルに浸漬することで上 記テープを上記粒子状材料で覆い; (ii)穏やかにたたくことで余分な粉末を除去しそして注意深く拭くことで大 きな粉末の束を除去し; (iii)通常の接触角分析装置(例えばCahn Dynamic Cont act Angle Analyzer)を用いて、その粒子状材料で覆われた 探針を蒸留水の中に1秒当たり100ミクロンの速度で浸漬する。 この手順の結果として粒子の前進接触角の測定値が得られる。 本発明は、更に別の面において、粒子を式I: {式中、 R1、R2およびR3の少なくとも1つ、好適にはR1、R2およびR3の2つ、最も 好適にはR1、R2およびR3は、ヒドロキシルまたは加水分解性基であり、 R4は、Si−R4結合の所の加水分解に対して耐性を示す二価の基であり、 R5は、水素;C1-40アルキル;C2-40一不飽和、二不飽和もしくは三不飽和ア ルケニル基;C6−C40アリール基;式: [式中、xは2から10の整数であり、R13およびR14は、同一もしくは異なっ ていてもよく、各々、水素、C1-18アルキル、C2-18一不飽和、 二不飽和もしくは三不飽和アルケニル、フェニル、式: (式中、bは1から10の整数である) で表される基、式: (式中、cは1から10の整数であり、そしてR22およびR23は、同一もしくは 異なっていてもよく、各々、水素、C1-10アルキル基またはC2-10アルケニル基 であるが、但し窒素原子に対してアルファの位置に二重結合が存在しないことを 条件とする) で表される基、式: −[(CH2rNH]d−H (式中、rは1から6の整数でありそしてdは1から4の整数である) で表される基である] で表される基を含む群から選択され、 R6は、R5で定義した基のいずれであってもよいか、或はR5とR6が一緒になっ て式: [式中、 Aは、−CHRまたは−NR基(ここで、Rは、水素、またはC1-40アルキルも しくはC2-40アルケニル基である)、C6−C40アリール基、 酸素原子および硫黄原子を含む群から選択され、そしてtおよびvは、各々独立 して、1、2、3または4であるが、但しtとvの合計が6を越えない、好適に は4であることを条件とする] で表される二価の基を形成していてもよい} で表される化合物またはそれの酸付加塩もしくは第四級アンモニウム塩および式 II: {式中、 R15、R16およびR17は、R1、R2およびR3と同じ定義を有し、そして R12は、いずれにもアリール基、好適にはフェニル基が1つ以上割り込んでいて もよいC8-40アルキル基またはC8-40一不飽和、二不飽和もしくは三不飽和アル ケニル基;式: [式中、 R18は、Si−R18結合の所の加水分解に対して耐性を示す二価の基であり、R19 は、水素、C1-40アルキル基、C2-40−不飽和、二不飽和もしくは三不飽和ア ルケニル基、未置換であるか或はC1-20アルキルまたはC2-20一不飽和、二不飽 和もしくは三不飽和アルケニル基で置換されていてもよい芳香族基、例えばフェ ニレン基−(C64)−、ビフェニレン基−(C64)−(C64)−、−(C64)−O−(C64)− 基またはナフチレン基−(C106)−などを含む群から選択され、そしてR20 はR19で定義した基のいずれであってもよいが、但しR19およびR20が窒素原子 に隣接する第三炭素原子を持たないこととR19およびR20の少なくとも1つが長 さが少なくとも炭素原子8個分で如何なるヘテロ原子も割り込んでいない炭素鎖 を有することを条件とする] で表される基またはそれの酸付加塩もしくは第四級アンモニウム塩を含む群から 選択される} で表される化合物に接触させることで調製した粒子状材料を提供する。 粒子状材料を処理する本方法を、好適には、本方法の生成物が疎水性になった 鉱物粒子が入っている水分散液またはスラリーであるように水溶液、分散液また はスラリーの状態で実施する。 1つの好適な態様では、本方法の結果として処理を受けた粒子(好適には鉱物 粒子、例えばシリカ)が入っている分散液またはスラリーを、次に、エラストマ ーが入っている炭化水素溶液と一緒に混合した後、乾燥させることで、シリカが 充填されているゴムマスターバッチを生じさせる。この充填材であるシリカは疎 水性の性質を有することからエラストマーに良好に分散する。この好適な態様の 結果としてエラストマーと処理粒子を含んで成るマスターバッチ組成物がインサ イチューで生成する。「インサイチュー生成」は、処理を受けさせた粒子を単離 することなく(即ち分散液またはスラリーからの分離に続く乾燥を行わないで) マスターバッチ組成物の中に組み込むことを意味する。この好適な態様はエラス トマーと処理粒子状材料、例えばシリカなどを含んで成るマスターバッチ組成物 の最初のインサイチュー生成であると考えている。 別法として、この処理を受けさせた粒子状材料をその分散液またはス ラリーから分離した後、乾燥させて、後で使用することも可能である。図の簡単な説明 添付図を参照して本発明の態様を記述し、ここで、 図1−4に、本方法の具体的な態様の反応路を示し、 図5に、以下に示す実施例で本方法を実施した時に用いた装置の図を示す。発明を実施する最良の様式 本明細書の全体に渡って、表面にヒドロキシル基を持つ粒子としてシリカを言 及することで本発明を説明するが、本発明は他のそのような鉱物の使用にも適用 されると理解されるべきでありそしてその説明もそれに相当して理解されるべき である。例えば、本方法は、シリケート類、シリカ類(特に二酸化炭素を用いて ケイ酸ナトリウムから沈澱を起こさせることで生じさせたシリカ)、粘土、二酸 化チタン、アルミナ、炭酸カルシウム、酸化亜鉛およびそれらの混合物から成る 群から選択される粒子状鉱物材料に適用可能である。本方法はまた鉱物でない粒 子状材料、例えばカーボンブラックなどにも適用可能である。勿論、粒子状材料 の混合物を用いることも可能である。 好適な態様では上記処理を水分散液またはスラリー中で実施し、そしてシリカ 粒子の水分散液またはスラリーの濃度を水中のシリカ量が1から30重量パーセ ントの範囲、好適には水中のシリカ量が5から25重量パーセントの範囲、最も 好適には水中のシリカ量が8から22重量パーセントの範囲になるようにしても よい。本発明に従って用いるに適切な乾燥した非晶質シリカの平均凝集粒子サイ ズ(mean agglomerate particle size)は1か ら100ミクロン の範囲、好適には10から50ミクロンの範囲、最も好適には10から25ミク ロンの範囲であってもよい。サイズが5ミクロン未満であるか或は50ミクロン を越える凝集粒子の量を凝集粒子の10体積パーセント未満にするのが好適であ る。更に、乾燥した適切な非晶質シリカのBET表面積は、DIN(Deuts che Industrie Norm)66131に従って測定して、1グラ ム当たり50から450平方メートルの範囲であり、そしてDBP吸収は、DI N53601に従って測定してシリカ100グラム当たり150から400グラ ムの範囲であり、そして乾燥損失(drying loss)は、DIN IS O 787/IIに従って測定して0から10重量パーセントである。フィルタ ーケーキ(filter cake)を用いる場合、これは公知の如何なる手段 で調製されてもよく、例えばUllmann’s Encyclopedia of Industrial Chemical 993に記述されている手段を用いて調製可能である。このフィルターケーキに 持たせる好適な固体含有量は5から30重量パーセント、最も好適には15から 25重量パーセントの範囲であり、それを本方法に従って水に再分散させてシリ カの濃度が5から20重量パーセント、最も好適には8から12重量パーセント の範囲になるようにしてもよい。フィルターケーキの使用が好適である。 アルカリ金属のケイ酸塩が入っている溶液と鉱酸または二酸化炭素を反応させ る公知反応を用いて生じさせた未濾過(never−filtered)スラリ ーを用いる場合には、その未濾過スラリーの固体含有量をシリカの量が1から3 0、より好適には5から10重量パーセント の範囲になるようにするのが好適である。このスラリーの温度は、本方法を大気 圧で実施する場合には0から100℃の範囲であってもよく、或はこの操作を加 圧容器内で実施する場合には0から135℃の範囲であってもよい。最も好適に は本方法を大気圧下で実施し、この場合の好適な温度は30から95℃の範囲、 最も好適には45から90℃の範囲である。 上記式Iで表される化合物をシリカの粒子に添加する前に上記分散液またはス ラリーのpHを6から約8の範囲、より好適には約6.8から約7.2の範囲に しておくのが望ましい。必要ならば、酸またはアルカリ、例えば鉱酸、アルカリ 金属の水酸化物、アルカリ土類の水酸化物、水酸化アンモニウムなどを添加して pHを調整してもよい。それらはそのままか或は水溶液の状態で添加可能である 。 上記式Iで表される化合物において、基R1、R2およびR3の3つ全部が容易 に加水分解を起こし得るのが好適である。適切な基R1にはヒドロキシル基およ び式OCp2p+1[式中、pは1から10の値を有する]で表される加水分解性 基が含まれる。このようなアルキル鎖には酸素原子が割り込んでいてもよく、そ の結果として、例えば式CH3OCH2O−、CH3OCH2OCH2O−、CH3( OCH24O−、CH3OCH2CH2O−、C25OCH2O−、C25OCH2 OCH2O−またはC25OCH2CH2O−で表される基になる。他の適切な加 水分解性基にはフェノキシ、アセトキシ、クロロ、ブロモ、ヨード、ONa、O Li、OK、アミノ、またはモノもしくはジアルキルアミノ[ここで、アルキル 基(類)の炭素原子は1から30である]が含まれる。 R2およびR3はR1と同じ値を取ってもよいが、但しクロロ、ブロモ またはヨードであるのはR1、R2およびR3の1つのみであることを条件とする 。好適には、R1、R2およびR3の1つのみまたは2つがヒドロキシル、ONa 、OLiまたはOKである。 加水分解性でない基R2およびR3の非制限例にはC1-10アルキル、C2-10一不 飽和もしくは二不飽和アルケニルおよびフェニルが含まれる。R2およびR3はま た各々以下に更に考察する基−R4−NR56であってもよい。R1とR2とR3が 全部同じでCH3O−、C25O−またはC38O−であるのが好適である。最 も好適には、それらの全部がCH3O−である。 二価の基R4は、好適には、N−R4−Siが式: N−(CH2)p(O)o(C64)n(CH2)m(CH=CH)k−Si− [式中、k、m、n、oおよびpは全部整数である] で表されるような基である。NとSiの間に位置する部分の順は、NもOもSi に直接結合しているべきでない以外は特に制限はない。kの値は0または1であ り、mの値は含めて0から20であり、nの値は0、1または2であり、0の値 は0または1でありそしてpの値は含めて0から20であるが、但しkとmとn と0とpの値の合計が少なくとも1で20以内であることと0が1の場合にはp が1以上でkとmとnの合計が1以上であること、即ちSi原子が炭素原子に直 接結合していることを条件とする。ケイ素原子と窒素原子の間に加水分解性結合 を存在させるべきでない。好適には、mが3でk、n、oおよびpが全部0であ る、即ちR4は−CH2CH2CH2−である。 基R5は、好適にはC8-20一不飽和アルケニル基、最も好適にはC16-18一不飽 和アルケニル基である。R6は好適には水素である。 式Iで表される適切な化合物には、これらに限定するものでないが、3−アミ ノプロピルメチルジエトキシシラン、N−2−(ビニルベンジルアミノ)−エチ ル−3−アミノプロピル−トリメトキシシラン、N−(2−アミノエチル)−3 −アミノプロピルトリメトキシシラン、トリメトキシシリルプロピルジエチレン トリアミン、N−2−(アミンエチル)−3−アミノプロピルトリス(2−エチ ルヘキソキシ)シラン、3−アミノプロピルジイソプロピルエトキシシラン、N −(6−アミノヘキシル)アミノプロピルトリメトキシシラン、4−アミノブチ ルトリエトキシシラン、4−アミノブチルジメチルメトキシシラン、トリエトキ シシリルプロピル−ジエチレントリアミン、3−アミノプロピルトリス(メトキ シエトキシエトキシ)シラン、N−(2−アミノエチル)−3−アミノプロピル トリメトキシシラン、N−2−(アミノエチル)−3−アミノプロピルトリス( 2−エチルヘキソキシ)シラン、3−アミノプロピルジイソプロピルエトキシシ ラン、N−(6−アミノヘキシル)アミノプロピルトリメトキシシラン、4−ア ミノブチルトリエトキシシランおよび(シクロヘキシルアミノメチル)−メチル ジエトキシシランが含まれる。 式Iで表される好適な化合物には、R5が水素でR6が下記:大豆油(soya )アルキル、トール油(tall oil)アルキル、ステアリル、獣脂(ta llow)アルキル、二水添獣脂アルキル、ココアルキル、ロジンアルキルおよ びパルミチル[この場合のアルキルは不飽和を含み得ると理解する]に属するア ルケニル基である化合物が含まれる。 R4、R13およびR14の少なくとも1つが炭素原子数が少なくとも8、より好 適には炭素原子数が少なくとも10で如何なるヘテロ原子も割り 込んでいない鎖を有するのが好適である。 式Iで表される化合物は遊離塩基としてか、それの酸付加塩の形態か、或は第 四級アンモニウム塩、即ち [ここで、R1、R2、R3、R4、R5およびR6はこの上で定義した通りであり、 R7は水素、C1-40アルキル基またはC2-40一不飽和、二不飽和もしくは三不飽 和アルケニル基を含む群から選択されそしてXはアニオンである] の形態で使用可能である。Xは適切には塩素、臭素またはスルフェートであるが 、塩素および臭素が好適であり、そしてR7は好適には水素である。 式Iで表される化合物の適切な塩の非制限例には、塩化N−オレイル−N−[ (3−トリエトキシシリル)プロピル]アンモニウム、臭化水素酸N−3−アミ ノプロピルメチルジエトキシ−シラン、塩酸(アミノエチルアミノメチル)フェ ニルトリメトキシシラン、塩化N−[(3−トリメトキシシリル)プロピル]− N−メチル,N−N−ジアリルアンモニウム、臭化N−テトラデシル−N,N− ジメチル−N−[(3−トリメトキシシリル)プロピル]アンモニウム、臭化水 素酸3[2−N−ベンジルアミノエチル−アミノプロピル]トリメトキシシラン 、臭化N−オクタデシル−N,N−ジメチル−N−[(3−トリメトキシシリル )プロピル]アンモニウム、塩化N−[(トリメトキシシリル)プロピル]−N −トリ(n−ブチル)アンモニウム、塩化N−オクタデシル−N− [3−トリエトキシシリル)プロピル]アンモニウムおよび塩酸N−2−(ビニ ルベンジルアミノ)エチル−3−アミノプロピル−トリメトキシシランが含まれ る。 塩形態の式Iで表される化合物の使用が好適である。最も好適な化合物は塩化 N−オレイル−N−[(3−トリメトキシシリル)プロピル]アンモニウムであ る。 上記スラリーに入れる式Iで表される化合物の量(乾燥基準)は鉱物粒子の0 .1から20重量パーセントの範囲、好適には0.25から10重量パーセント の範囲、最も好適には0.5から2重量パーセントの範囲であってもよい。好適 には、この式Iで表される化合物の使用量を上記鉱物粒子のサイズに反比例させ て変える。この化合物は、加工しない(natural)状態で、液体または固 体として上記スラリーに添加可能である。しかしながら、分散し易くなるように 上記化合物を液体として添加することも可能であり、その方が好適である。上記 化合物の融点が95℃未満の場合には、それの融点よりも少なくとも5℃高い温 度の溶融状態でそれを上記スラリーに添加するのが好適であるが、但し上記化合 物を液化させた状態の温度が100℃を越えないことと上記化合物がそのような 条件下で分解を起こさないことを条件とする。融点が95℃を越える場合には、 溶媒を用いるのが最も好適である。好適な溶媒は水および炭素原子を1から5個 、最も好適には炭素原子を1から3個含むアルコール類、即ちメタノール、エタ ノール、n−プロパノールまたはイソプロパノールである。式Iで表される化合 物がアルコキシシランの場合、最も好適には、溶媒であるアルコールのアルコキ シ基を上記アルコキシシランのアルコキシ基と同じにする。例えば、式Iで表さ れる化合物がメトキシシランの場合に好適な溶媒はメタノールである。溶媒中の 上記化合物の濃度は10から90重量パーセント、より好適には25から75重 量パーセント、最も好適には50重量パーセントであってもよい。好適には、0 ℃の下限から溶媒の沸点より少なくとも10℃低い温度である上限および95℃ に及ぶ範囲の温度で溶液を調製して上記スラリーに添加してもよい。この化合物 の分散を混合で達成する。 この添加する式Iで表される具体的な化合物の当量バランス(equival ent balance)(EB)を計算するのが好適である。このEBを用い て鉱酸を添加すべきか或はアルカリ金属の水酸化物を添加すべきか或はそれの溶 液を添加すべきかを決定する。この当量バランス(EB)は、下記の式に従い、 X(存在する場合)、R1、R2およびR3の基値(group values) の合計の絶対値およびX(存在する場合)、R1、R2およびR3の基貢献度(g roup contributions)の合計の大きさに加えて式Iで表され る化合物の添加重量(weight added)および分子量から決定可能で ある:X=ClまたはX=Brの場合のXの基貢献度はいずれも−1である、従 ってXが存在する場合には−1の値を与える。R1、R2およびR3の各々の基貢 献度は下記を除いて全ての基とも一般にゼロである:基がCH3COO、Clま たはBrの場合のそれは−1であり、或は基がアミン(イミンを包含)、ONa 、OKまたはOLiの場合のそれは+1である。X、R1、R2およびR3の基貢 献度の合計がゼロの場合には鉱酸またはアルカリ金属の水酸化物(またはそれの 溶液)を用いた調整を行う必要はない。基値の合計が正の整数の場合には鉱酸を 用いた調整を行うのが望ましく、そして基値の合計が負の場合にはアルカリ金属 の 水酸化物を用いた調整を行うのが望ましい。 例えば、R1=OCH3、R2=CH3、R3=ClおよびX=Brの場合の基値 (g.v.)の合計は Σ=(g.v.OCH3)+(g.v.CH3)+(g.v.Cl)+(g.v.Br)=(0)+(0)+(-1)+(-1)=-2 である。 合計の前に付いている負の印はアルカリ金属の水酸化物を用いた調整が必要で あることを示している。この必要なアルカリの当量数はアルカリの当量バランス (EB)で与えられ、この当量バランス(EB)は、計数逓減率としての基貢献 度の合計の絶対値(|Σ|)を包含する: この例を続けて、もし本発明に従う方法の規模が式Iで表される化学品の分子 量が350グラムで基値の合計が−2を与えて、この化学品が6,000グラム 必要なような規模の時、EBは下記の如く計算されるであろう: EB=−2x6000/350=−34.28グラム・当量 従って、この例では、アルカリ金属の水酸化物を34.28グラム当量添加す べきであろう。水酸化ナトリウムが好適なアルカリ金属の水酸化物である。この 水酸化ナトリウムの重量は、 重量=(EB)x(NaOHの当量重量)=34.28x40.0=1371. 2グラム になるであろう。 本発明に従う好適な技術は、アルカリ金属の水酸化物または鉱酸を水に5から 25重量%、最も好適には5から10重量%の濃度が得られる ように溶解させた後にその溶液を上記スラリーに添加する技術である。 加硫を受けさせて例えばタイヤなどで用いることを意図するゴムにカップリン グ剤(coupling agent)を添加することは公知である。適切なカ ップリング剤には、米国特許第4,704,414号、ヨーロッパ特許出願公開 第0,670,347A1号およびドイツ特許出願公開第4435311A1号 (これらの各々の開示は引用することによって本明細書に組み入れられる)に記 述されているカップリング剤が含まれる。適切な1つのカップリング剤は、ビス [3−(トリエトキシシリル)プロピル]モノスルファン、ビス[3−(トリエ トキシシリル)プロピル]ジスルファン、ビス[3−(トリエトキシシリル)プ ロピル]トリスルファン、ビス[3−(トリエトキシシリル)プロピル]テトラ スルファンおよび高級スルファン同族体の混合物、例えば商標Si−69(平均 スルファン3.5)、Silquest(商標)A−1589またはSi−75 (平均スルファン2.0)の下で入手可能なカップリング剤である。適切なカッ プリング剤の別の非制限例は、商標Silquest RC−2の下で入手可能 なビス[2−(トリエトキシシリル)エチル]テトラスルファンである。過去に おいて、カップリング剤と粒子、例えばシリカなどの間の良好な均衡をスコーチ ング(scorching)も早すぎる硬化も起こさせることなく達成するのは 困難であることが認められていた。粒子、特にシリカ粒子に本発明に従う処理を 受けさせることでそれを疎水性にしておき、それをゴムで用いて、このゴムに後 で加硫を受けさせる場合、本発明の方法にカップリング剤を添加する段階を含め ることも可能であり、そのカップリング剤は、その疎水性にした鉱物粒子の表面 に結合しかつその鉱物粒子と一緒にゴム の中に分散する。 従って、本発明のいくつかの好適な態様では、カップリング剤を上記分散液に 添加し、この添加をより好適には式Iの化合物を添加した後であるが式IIの化 合物を添加する前に行う。この上で考察したように、ある場合には、式IとII が同じ化合物を表すこともあり得る。このような場合には、式IおよびIIで表 される化合物を逐次的に添加する間にカップリング剤を添加するのが好適である 。 このカップリング剤の添加はEBの計算で示される任意の鉱酸もしくはアルカ リ金属水酸化物の添加後であってもよい。適切なカップリング剤の非制限例には 式: R8910MR11 [式中、R8、R9およびR10の少なくとも1つ、好適にはR8、R9およびR10の 2つ、最も好適にはR8、R9およびR10はヒドロキシルまたは加水分解性基であ る] で表される化合物が含まれる。基R8、R9およびR10は原子M(これはケイ素、 チタンまたはジルコニウムである)に結合している。基R8はヒドロキシルまた はOCP2P+1[ここで、pは1から10でありそして炭素鎖に酸素原子が割り 込んでいてもよい]であり得、酸素原子が割り込んでいる場合には、例えば式C H3OCH2O−、CH3OCH2OCH2O−、CH3(OCH24O−、CH3O CH2CH2O−、C25OCH2O−、C25OCH2OCH2O−またはC25 OCH2CH2O−で表される基を与える。また、R8はフェノキシであってもよ い。Mがチタンまたはジルコニウムの場合(Mがケイ素でない場合)のR8はネ オペンチル(ジアリル)オキシ基であり得る。基R9はR8と同じであっ てもよい。Mがケイ素の場合には、R9は、また、C1-10アルキル基、フェニル 基またはC2-10一不飽和もしくは二不飽和アルケニル基であってもよい。Mがチ タンまたはジルコニウムの場合(Mがケイ素でない場合)のR9はネオペンチル (ジアリル)オキシ基であり得る。更に、R9は以下に記述する基R11と同じで あってもよい。 R10はR8と同じであってもよいが、R8、R9およびR10の全部がヒドロキシ ルでないのが好適である。Mがケイ素の場合には、R10は、また、C1-10アルキ ル、フェニル、C2-10一不飽和もしくは二不飽和アルケニルであってもよい。M がチタンまたはジルコニウムの場合(Mがケイ素でない場合)のR10はネオペン チル(ジアリル)オキシ基であり得る。更に、R10は以下に記述する基R11と同 じであってもよい。 Mに結合している基R11は、架橋の形成に寄与するか或は他の様式で架橋に参 加することを通して不飽和ポリマー類との架橋反応に参加し得るような基である 。Mがケイ素の場合のR11は下記の構造の1つを持ち得る:R11はアリル基−H2 CCH=CH2、ビニル基−CH=CH2、5−ビシクロヘプテニル基、または −(alk)e(Ar)fi(alk)g(Ar)hSiR8910 [ここで、R8、R9およびR10はこの上で定義した通りであり、alkは、炭素 原子数が1から6の範囲の二価の直鎖炭化水素基または炭素原子数が2から6の 範囲の分枝炭化水素基であり、Arは、フェニレン−C64−、ビフェニレン− C64−C64−または−C64−OC64−基のいずれかであり、そしてe、 f、gおよびhは0、1または2のいずれかであり、iは含めて2から8の整数 であるが、但しeとfの合計が常に1または1以上であることとまたgとhの合 計も常に1または 1以上であることを条件とする] で記述される基を表し得る。別法として、R11は構造(alk)e(Ar)fSH または(alk)e(Ar)fSCN[ここで、eおよびfはこの上で定義した通 りである]で表され得る。更に、R11に構造 −(CH=CH)k(CH2)m(C64)n(O)o(CH2)p13 [ここで、k、m、n、oおよびpは全部整数でありそしてR13はアクリルオキ シCH2=CHCOO−またはメタアクリルオキシCH2=CCH3COO−基を 表す] を持たせることも可能である。更に、kの値は0または1であってもよく、mは 含めて0から20であってもよく、nは0から2の範囲であってもよく、oは0 または1であってもよくそしてpは含めて0から20であってもよいが、但しk 、m、nおよびoの合計が少なくとも1で20以下であることとnが1または2 であるか或はoが1の場合にはpが1またはそれ以上であることを条件とする。 m=3でk、n、oおよびpの全部が0であるのが最も好適である。 好適には、R8、R9およびR10の全部がOCH3、OC25またはOCH8基の いずれかであり、最も好適には全部がOCH3基である。上記カップリング剤が ビス[3−(トリメトキシシリル)プロピル]テトラスルファン(Si−168 )であるのが最も好適である。このカップリング剤の添加量は任意選択であり、 上記スラリーに入れるシリカの重量(乾燥基準)の2から10パーセントの範囲 のレベルが好適である。この化学品の分散は混合で達成可能である。 他のカップリング剤の説明的非制限例には下記が含まれる:ビス[(トリメト キシシリル)プロピル]ジスルファン(Si−166)、ビス[ (トリエトキシシリル)プロピル]ジスルファン(Si−266)、ビス[2− (トリメトキシシリル)エチル]−テトラスルファン、ビス[2−(トリエトキ シシリル)エチル]トリスルファン、ビス[3−(トリメトキシシリル)プロピ ル]ジスルファン、3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、3−メルカプ トプロピルメチルジエトキシシラン、3−メルカプトエチルプロピルエトキシメ トキシシラン、1,3−ビス(3−アクリルオキシプロピル)テトラメトキシジ シロキサン、アクリルオキシプロピルメチルジメトキシシラン、3−メタアクリ ルオキシプロピル−トリメトキシシラン、アリルトリメトキシシラン、ジアリル ジエトキシシラン、5−(ビシクロヘプテニル)トリエトキシシラン、5−(ビ シクロヘプテニル)メチルメトキシエトキシシラン、イソプロポキシトリアクリ ルチタネート、ジイソプロピルジメタアクリルチタネート、ジエトキシジ(3− メルカプトプロポキシ)ジルコネート、トリイソプロポキシ−(2−メルカプト エトキシ)ジルコネートおよびジ[ネオペンチル(ジアリル)オキシ]−ジ(3 −メルカプトプロポキシ)−ジルコネート。 他の好適なカップリング剤にはドイツ特許出願公開第44 35 311 A 1号に開示されているカップリング剤が含まれる。2および3頁に硫黄含有有機 オキシシラン類のオリゴマー類およびポリマー類が開示されていて、これらは一 般式: [式中、 R1は、炭素原子数が2から20の少なくとも三価の飽和もしくは不飽和で分枝 もしくは未分枝で置換もしくは未置換の炭化水素基であるが、但し炭素−硫黄結 合が少なくとも2つ存在していることを条件とし、R2およびR3は、互いに独立 して、炭素原子数が1から20の飽和もしくは不飽和で分枝もしくは未分枝で置 換もしくは未置換の炭化水素基、ハロゲン、ヒドロキシまたは水素であり、nは 1から3であり、mは1から1000であり、pは1から5であり、qは1から 3でありそしてxは1から8である] で表される。 好適な化合物は一般式[式中、 R2、mおよびxはこの上で与えた意味を有しそしてR2は好適にはメチルまたは エチルである] で表される化合物である。ドイツ特許出願公開第44 35 311 A1号に 開示されているそのような化合物が本発明で用いるに好適なカップリング剤であ る。 また、上述したヨーロッパ特許出願公開第0,670,347A1号に開示さ れているカップリング剤も本発明で用いるに好適であり、上記公開には一般式: R123i−Xi−(Sx−Y−)m−(−Sx−X2−SiR123)n [式中、 R1、R2およびR3は、同一もしくは異なり、C1-8アルキル、C1-8アルコキシ 、フェニルまたはフェノキシであるが、但しR1、R2およびR3の少なくとも1 つがアルコキシまたはフェノキシ基であることを条件とする] で表されるカップリング剤が開示されている。X1およびX2は、同一もしくは異 なり、場合により不飽和であってもよい二価の線状もしくは分枝C1-12アルキル 基であり、Yは、場合により不飽和であってもよくかつ場合によりC6-12アリー ル、C1-8アルコキシまたはヒドロキシ基で置換されていてもよくかつ酸素、硫 黄もしくは窒素原子または芳香族C6-12アリール基が割り込んでいてもよい二価 、三価もしくは四価の線状、分枝もしくは環状C1-18アルキル基であるか、或は YはC6-12アリールもしくはヘテロアリール基であり、mは1から20の整数で あり、nは1から6の整数でありそしてxは1から6の整数である。 特に好適なカップリング剤は下記の一般式で表されるカップリング剤である:[式中、R=−CH3または−C25、x=1−6およびn=1−10] [式中、R=−CH3または−C25、x=1−6およびn=1−10] [式中、R=−CH3、−C25または−C37、x=1−10およびn=1− 6] [式中、R=−CH3、−C25または−C37、x=1−10およびn=1− 6] [式中、R=−CH3、−C25または−C37、x=1−10およびn=1− 6] [式中、R=−CH3、−C25または−C37、x=1−10およびn=1− 6] [式中、R=−CH3、−C25または−C37、x=1−10およびn=1− 6] [式中、R=−CH3、−C25または−C37、R1=−CH3,−C2 5,−C37,−C65,−OCH3,OC25,−OC37または−OC65 、n=1−10およびx=1−8]、そして [式中、R=−CH3、−C25または−C37、r+p=2−10およびx= 1−6]。 特に好適なカップリング剤は下記の式で表されるカップリング剤である: [式中、xは1−6でnは1−4である]。 本方法の段階(b)で式IIで表される化合物を粒子状充填材に添加する。再 び、この粒子状充填材、より好適には鉱物充填材を水性スラリーまたは分散液の 形態にして、このスラリーまたは分散液に式IIで表される化合物を強力な混合 下で添加するのが好適である。この式IIで表される化合物において、R15、R16 およびR17の可能な好適な値は、この上で式Iに関連して考察したR1、R2お よびR3の可能な好適な値と同じである。R12が式−R18−NR1920で表され るアミノ基の場合の好適なR18の値は、N−R18−Siが式: N−(CH2)p(O)o(C64)n(CH2)m(CH=CH)k−Si [式中、kは0または1であり、mは含めて0から20であり、nは0、1また は2であり、0は0または1でありそしてpは含めて0から20であるが、但し kとmとnとoとpの合計が少なくとも1で20以内で あることと更にoが1の場合にはpがまた1以上でkとmとnの合計が1以上で あることを条件とする] で表される基を包含するような値である。NとSiの間に位置する部分の順はN もOもSiに直接結合しているべきでない以外は特に制限はない。ケイ素原子と 窒素原子の間に加水分解性基を存在させるべきでない。好適には、k、n、oお よびpが全部0でmが3である、即ちR18は−CH2CH2CH2−である。 R12は、第一級、第二級または第三級アミンの窒素を少なくとも1つ含む部分 であってもよい。この場合、R18−に結合しているアミノ基は式−NR1920で 表される。R19はHまたはC1-40アルキル基もしくはC2-40−不飽和、二不飽和 もしくは三不飽和アルケニル基であってもよい。R19はまたC1-20アルキルで置 換されているか或はC2-20アルケニルで置換されている芳香族基であってもよい 。この芳香族基は例えばフェニレン基−(C64)−、ビフェニレン基−(C6 4)−(C64)−、−(C64)−O−(C64)−基またはナフチレン基 −(C106)−であってもよい。R20はR19と同じ基の1つであってもよいが 、但しR19とR20の少なくとも1つが長さが少なくとも炭素8個分で如何なるヘ テロ原子も割り込んでいない連続炭素鎖を含むべきであることをさらなる条件と する。 この上で述べたように、R19およびR20が水素以外の場合、窒素原子に結合し ている炭素原子は第三でない。この窒素原子に結合している炭素原子は好適には 第一、即ち−CH2−である。 R19が長さが炭素12−20個分の一不飽和アルケニル基であるのが好適であ り、最も好適には、R19は長さが炭素16から18個分の一不 飽和アルケニル基である。また、R20がHであるのが最も好適である。 また、R12は、アミンの鉱酸塩もしくは第四級アンモニウム塩を含有する部分 であってもよい。従って、R12の式は拡張した式−R18−NR1920・R21X[ 式中、−R18−、R19およびR20はこの上で定義した通りであり、R21はHまた はC1-40アルキルもしくはC2-40一不飽和、二不飽和もしくは三不飽和アルケ ニル基であってもよくそしてXはアニオン、好適にはClまたはBrであるが、 スルフェートも使用可能である]で記述可能である。 R19とR20の少なくとも1つが長さが少なくとも炭素8個分で如何なるヘテロ 原子も割り込んでいない連続炭素鎖を含むべきであることをさらなる条件とする 。R19が長さが炭素12−20個分の一不飽和もしくは二不飽和アルケニル基で あるアミン塩の使用が好適であり、最も好適には、R19は長さが炭素16から1 8個分の一不飽和もしくは二不飽和アルケニル基である。また、R20がHでR21 がHでXが塩素であるのが最も好適である。式IIで表される好適な疎水化剤は 塩化N−オレイル−N−(3−トリメトキシシリル)プロピルアンモニウムであ る。 好ましくは、上記スラリーに添加する式IIで表される疎水性化合物の量(乾 燥基準)を一般に粒子(好適にはシリカなどの如き鉱物粒子)の重量の0.5か ら20重量パーセントの範囲にし、この量は、シリカ粒子の粒子サイズに反比例 する。この化合物は、加工しない状態で、液体または固体として上記スラリーに 添加可能である。しかしながら、分散し易くなるように上記化合物を液体として 添加することも可能であり、その方が好適である。上記化合物の融点が95℃未 満の場合には、それの融点よりも少なくとも5℃高い温度の溶融状態でそれを上 記スラリー に添加するのが好適であるが、但し上記化合物を液化させた状態の温度が100 ℃を越えないことと上記化合物がそのような条件下で分解を起こさないことを条 件とする。融点が95℃を越える場合には、溶媒を用いるのが最も好適である。 適切な溶媒は炭素原子を1から5個含むアルコール類、最も好適には炭素原子を 1から3個含むアルコール類、即ちメタノール、エタノール、n−プロパノール またはイソプロパノールである。式IIで表される化合物がアルコキシシランの 場合、最も好適には、溶媒であるアルコールのアルコキシ基を上記アルコキシシ ランのアルコキシ基と同じにする。例えば、式IIで表される化合物がメトキシ シランの場合に好適な溶媒はメタノールである。溶媒中の上記化合物の濃度は1 0から90重量パーセント、最も好適には25から75重量パーセント、最も好 適には50重量パーセントであってもよい。好適には、0℃の下限から溶媒の沸 点より少なくとも10℃低い温度である上限および95℃に及ぶ範囲の温度で溶 液を調製して上記スラリーに添加してもよい。 この添加する式IIで表される疎水性化合物を添加した後、鉱酸またはアルカ リ金属の水酸化物(またはそれの溶液)(添加する場合)をどれぐらい添加する かを決定する目的で当量バランス(EB)を計算すべきである。この当量バラン ス(EB)は、下記の式に従い、X、R15、R16およびR17の基値の合計の絶対 値および上記化合物の添加重量および分子量から決定可能である:X=Clまた はX=Brの場合のXの基貢献度はいずれも−1である、従ってXが存在する場 合には−1の値を与える。R15、R16およびR17の各々の基貢献度は下記を除い て全ての基とも一般にゼロである:基がCH3COO-、Cl-またはBr-の場合 のそれは−1であり、或は基がアミノ、ONa、OKまたはOLiの場合のそれ は+1である。X、R15、R16およびR17の基貢献度の合計がゼロの場合には鉱 酸またはアルカリ金属の水酸化物(またはそれの溶液)を用いた調整を行う必要 はない。基値の合計が正の整数の場合には鉱酸を用いた調整を行うのが望ましく 、そして基値の合計が負の場合にはアルカリの水酸化物を用いた調整を行うのが 望ましい。 例えば、R15=OC25、R16=OCH3、R17=CH3およびX=Clの場合 の基値(g.v.)の合計Σは Σ=(g.v.OC2H5)+(g.v.OCH3)+(g.v.CH3)+(g.v.Cl)=(0)+(0)+(0)+(-1)=-1 である。 合計の前に付いている負の印はアルカリ金属の水酸化物を用いた調整が必要で あることを示している。この必要なアルカリの当量数はアルカリの当量バランス (EB)で与えられ、この当量バランス(EB)は、計数逓減率としての基貢献 度の合計の絶対値(|Σ|)を包含する: この例を続けて、もし本発明に従う方法の規模が式IIで表される化合物の分 子量が466グラムで基値の合計が−1を与えて、この化合物が3450グラム 必要なような規模の時、EBは下記の如く計算されるであろう: EB=|−1|x3450/466=7.4グラム・当量 従って、この例では、アルカリ金属の水酸化物を7.4グラム当量添加すべき であろう。水酸化ナトリウムが好適なアルカリ金属の水酸化物である。この水酸 化ナトリウムの添加重量は、 重量=(EB)x(NaOHの当量重量)=7.4x40.0=296グラム になるであろう。 本発明に従う好適な技術は、アルカリの水酸化物または鉱酸を水に5から25 重量%、最も好適には5から10重量%の濃度が得られるように溶解させた後に その溶液を上記スラリーに添加する技術である。この溶液の温度は、大気圧下の 場合0℃から100℃であってもよいか、或はこの溶液の調製で加圧容器を用い る場合には0℃から130℃であってもよい。この溶液の温度を上記スラリーの 温度の10℃以内にするのが好適である。このスラリーへの上記溶液の分散を混 合で達成する。 如何なる特別な理論でも作用様式でも範囲を限定することを望むものでないが 、粒子状材料を処理する本方法の機構は図1−4に示す如く説明可能であると考 えている。この説明的反応図式では、本明細書の上で定義した式IおよびIIの 範囲内に入る具体的な化合物を用いた処理を受けさせる粒子状材料としてシリカ を示す。勿論、図1−4は単に説明の目的で示すものであり、本発明の範囲の限 定で用いられるべきでない。 図1を参照して、そこに本方法の初期段階を示す。示すように、3−CPTM S/オレイルアミン1の付加体を好適にはメタノール溶液の形態でシリカ粒子の 水性スラリーに添加する[1塩化N−(3−トリメトキシシリルプロピル)−N −(オクタデセ−9−エニル)アンモニウム、これの製造は、本出願と同じ日付 で本出願者の名前で提出した同時係属中の国際出願(これの内容は引用すること によって本明細書に組み入れられる)に考察されている]。この付加体における メトキシとシランの結合は、これがシリカ表面の酸性シラノール基に接触するこ とによるか 或は水によって容易に加水分解を受け、その結果として、シリカ粒子の表面に上 記付加体が濃縮する。 図2を参照して、本方法の好適な段階を説明する。具体的には、上記塩酸塩を 塩基(NaOHを示す)で中和することを通して、表面に結合している活性触媒 を生じさせる。このようにして生じさせた強塩基性のアミンは示すように更に表 面のシラノールと反応する結果として後者の脱プロトン化が起こると考えている 。 図3を参照して、本方法の別の好適な段階を説明する。具体的には、図2で生 じさせた表面結合活性触媒に商標Si−692の下で商業的に入手可能なカップ リング剤を添加する[2図3には、本明細書の上で考察した如きビス[3−(ト リエトキシシリル)プロピル]テトラスルファンを示すが、本分野の技術者は、 Si−69はビス[3−(トリエトキシシリル)プロピル]モノスルファンとビ ス[3−(トリエトキシシリル)プロピル]ジスルファンとビス[3−(トリエ トキシシリル)プロピル]トリスルファンとビス[3−(トリエトキシシリル) プロピル]テトラスルファンの混合物(平均スルファン3.5)であることを認 識する]。好適には、このカップリング剤の添加を高せん断条件(これによって 分散が容易になる)下でゆっくり(これによって自己縮合が最小限になる)行う 。その脱プロピル化したシラノール基は容易にSi−69のエトキシ部分と反応 して、エタノールが放出されかつ活性触媒(示していない)が再生する。この過 程がSi−69カップリング剤が反応し終わるまで継続して起こる。この縮合し たSi−69部分は数個のシリカ粒子を一緒に連結させ得る(図4および以下の 考察を参照)か、或は粒子がより大きいか或は凝集している場合には、縮合した 末端基の実 質的に全部が同じ粒子に結合することもあり得る。 図4を参照して、Si−69カップリング剤の反応が完結するに充分な時間が 経過した後、3−CPTMS/オレイルアミン付加体を更に添加してそれを残り の残存シラノール基の大部分(図1)と反応させる。好適には、その後再び塩基 を用いた中和(図2)を行う。この時点で、シリカ粒子の表面に結合した長いア ルキル基によって、その粒子は非常に疎水性になり、従って、とりわけ炭化水素 ポリマーセメント(cement)との相溶性がより高くなる。更に、上記シリ カ粒子に結合したかさ高いアルキル基は、それの表面と水分子の相互作用を立体 的に制限する働きをする。 これまでに記述した過程は、疎水性になったシリカが入っている水性スラリー または分散液を与える過程であり(即ち、これをまだ充填すべきエラストマーに も他の基質にも接触させていない)、これはそのまま使用可能であるか或はそれ を濾過して乾燥させることも可能である。疎水性になったシリカは多種の材料に 添加する充填材として使用可能であり、そのような材料には、これらに限定する ものでないが、下記が含まれる:エラストマー類、アルキド塗料、洗濯用洗剤に 入れる消泡調剤または泡調整剤の1成分として、またはフォトコピーで用いられ る如きトナーとして、そして加硫ゴム。特にタイヤ踏み面および靴底を挙げる。 本発明の好適な態様では、この疎水性にしたシリカを水性分散液またはスラリ ーの状態でポリマー、例えばエラストマーなどに添加してゴムマスターバッチを 生じさせる。この疎水性にしたシリカをこの上で考察した如きカップリング剤、 例えばSi−60、Si−168またはSilquest RC−2などで処理 しておくのが特に好適である。上記 スラリーをエラストマーが入っている炭化水素もしくは他の溶液と一緒に混合す る。このエラストマーの溶解で用いる溶媒は、好適には、プレブレンド(pre blend)が生じるように水に混和しないか或はほとんど混和しない溶媒であ る。このエラストマーは固体状のエラストマーを溶媒に溶解させることで調製可 能であるか、或はモノマー類を溶媒中で重合させる結果としてエラストマー溶液 を生じさせることも可能である。このエラストマーは炭化水素ゴム、グラフトポ リマーまたはブロックポリマー(エチレン系不飽和結合を少なくとも1つ持って いてこの不飽和を通して重合し得るモノマーから作られた)であってもよい。他 の適切なポリマー類には、これらに限定するものでないが、IIR、HIIR、 IR、EPDM、SBR、BR、NBR、HNBR、HSRE、天然ゴム、ポリ スチレン、ポリクロロプレン、ポリエピクロロヒドリン(ECO)、塩素化ポリ エチレン、シリコンおよびABSが含まれる。適切な溶媒には、これらに限定す るものでないが、シクロヘキサン、ヘキサン、ベンゼン、トルエンおよびペンタ ンが含まれる。場合により、上記スラリーと一緒に混合する前の上記炭化水素溶 液に加工油および抗酸化剤を添加してもよいか、或はそれらを上記スラリーと上 記エラストマー溶液を混合した後に添加することも可能である。 最終的なエラストマー溶液(任意材料が入っていてもよく、時にはエラストマ ーセメントと呼ぶ)の粘度は、好適には、上記シリカスラリーの粘度に非常に合 致するような粘度であり、一般に1,000から50,000センチポイズであ る。このエラストマー溶液の温度を、好適には、上記スラリーの粘度と同じにし 、そして添加するセメントの量を、最終的なマスターバッチのシリカ含有量がエ ラストマー100部当たり5か ら250部、好適にはシリカ含有量がエラストマー100部当たり35から10 0部、最も好適にはシリカ含有量がエラストマー100部当たり60から80部 になり得るような量にする。 このエラストマーセメントと任意に油および抗酸化剤を上記シリカスラリーと 一緒にこの混合物が均一になって上記シリカスラリーのミルク色が消失してプレ ブレンドが生じるまで混合する。この段階で水を少量分離することも可能である 。 油および抗酸化剤を前に添加しなかったか或は追加的量が望まれる場合には、 これらを次に添加して混合を上記油および抗酸化剤が連続相の中に取り込まれる まで更に継続してもよい。 上記プレブレンドからいくらか分離して来る水は、撹拌機を適切な期間停止し て水相を混合用タンクの底に蓄積させそして次の段階を進行させる前にそれをそ こから排出させることを通して除去するか、廃棄するか或はシリカスラリーの構 成で再利用してもよい。この水層を除去した後、好適には撹拌を再開する。 抗酸化剤および加工油を前に添加しなかったか或は追加的量が望まれる場合に は、それらをこの段階で添加してプレブレンドが再び均一になるまで撹拌を継続 してもよい。 次に、このプレブレンドを水に添加し、それを上記エラストマーセメントで用 いた溶媒の沸点に等しいか或は好適にはそれより高い温度に加熱して溶媒を除去 することで、マスターバッチ凝塊(coagulum)を、水中に懸濁したクラ ム(crumb)の形態で生じさせる。水を添加する前の上記プレブレンドの好 適な温度は50から100℃の範囲、最も好適には90から95℃の範囲であり 、そしてこのプレブレンドの 添加速度を、そのように固定したか或は適度に固定した水温が凝固中全体に渡っ て維持されるような速度にする。撹拌速度を上記クラムが水中に懸濁した状態が 維持されるに充分なほど高く設定するが、上記クラムが約5ミリメートルより小 さい粒子に再分されるほどには高くしない。 溶媒の蒸気を再縮合させることを通して溶媒を凝固装置(coagulato r)から回収してもよい。懸濁しているクラムが入っている材料を、湿っている マスターバッチが回収されるようなサイズのフィルタースクリーンに通す。この スクリーンを通過する材料を任意にさらなるシリカスラリー構成で再利用するこ とも可能である。 この湿っているクラムの乾燥を、約75から約135℃の範囲、好適には約8 5から約120℃の範囲、最も好適には約85から約105℃の範囲の温度の強 制空気もしくは流動床またはマイクロ波乾燥技術などを用いて、適切に乾燥した マスターバッチクラムが得られるまで行う。 この乾燥させたクラムに産業および消費者の要求に従うさらなる処理を受けさ せることも可能である。 本発明の好適な態様を以下の実施例で示す。本実施例は、実施例IおよびII に従う本発明のマスターバッチ加工態様の実施で用いるに適した構造配置を説明 する図5の補助で解釈可能である。図5の解説は下記の通りである: R1:秤に取り付けられている公称容量が120リットルの塗料用ポータブルポ ット。このポットにStrahman(ピストン)ボトムバルブ(Vs)、空気 作動特大モーター、単一の軸に付いている1つの6インチラジアルフロー(ra dial flow)撹拌機(上部)および1つの10インチマリンインペラー (marine impeller) (下部)および加熱用の外部蒸気コイル(J)を取り付ける。下方のインペラー とR1の底の間隙を約2インチにし、上部のインペラーを9インチ高い点に取り 付ける。内容物を移す必要がある時には取り外し可能な蓋を取り外してバルブ付 きの化学品添加口(P1)を利用することができそして別の口(N1)を通して 上記ポットを窒素でパージ洗浄することができる。水ラインを追加的口(W)に つなげてもよい。出て行くメタノールおよびエタノール排出物が出る所付近にポ ータブル排気スノーケル(exhaust snorkel)(E)を利用して もよい。R1をシリカスラリーの構成で用いそして記述する疎水化シリカスラリ ーを生じさせる添加の実施で容器として用いる。 T1:セメントの構成および貯蔵で用いそして凝固前のポリマーセメントとシリ カスラリーを混合する容器として用いる公称500USGのグラスライニング( glass−lined)化学反応槽。これに、ゴムの溶解を速める目的で、2 00rpmの空気圧式ドライブ(drive)、マリンインペラーおよび加熱用 ジャケットを取り付ける。これに、ゴムおよび油導入用の小さいマンホールM、 溶媒(ヘキサン)添加用マンホールP2、窒素ライン口(N2)[内容物をバル ブ(V2)が付いている大きな下部ドレイン(drain)に通して加圧下で移 すための]を包含するいろいろな添加口を持たせる。配管内に存在するデッドス ペース(dead space)を減少させる目的で下部バルブをタンクの底か ら短い距離の所に位置させる。 H:スラリーおよびセメント移送用の直径が2インチの保護フレックスホース( Armoured Flex hose)。 V1:流れ方向制御用3方向バルブ。 T2:公称容量が400リットルの蒸気凝固装置。これの底の近くに蒸気スパー ジ(sparge)口を取り付けそして水供給用連結具を取り付ける。生成物を 排出させるためのオーバーフロー口(P3)およびオーバーフローチャンネルを 上部に近い所に位置させる。上部の大型パイプで溶媒の蒸気をコンデンサ(C) に向ける。タンクを空気作動モーターおよび直径が8インチのマリンインペラー で撹拌する。 S:直径が24インチのSweco(商標)シェーカースクリーン(shake r screen)(100メッシュ)。 C:溶媒を凝固物から回収するためのコンデンサ。これをバルブ(V4)で処理 用冷水につなげる。 T3:再利用溶媒を貯蔵しそして水を分離するための約250USGの溶媒デカ ンター。バルブ(V3)はサンプリングと水の排出を可能にするものである。 T4:微細物沈降用の60リットルのプラスチック製タンク。 G:生成物の脱水および乾燥を行うための穴開きトレー。 Ex:可変速ギアボックスによって防爆モーターで動力が与えられる脱水用の短 い(長さが24”で直径が3インチのスクリュー)押出し加工機「Rocket 」。 以下の実施例を言及することで本発明の態様を記述するが、これは本発明の範 囲の制限で用いられるべきでない。 実施例I1)セメント調製: T−1にシクロヘキサンを351kg入れてこれに高シスのポリブタジエンゴ ム(Taktene 1203)(前以て小さい片に細断して おいた)を66.9kg加えることを通して、ポリブタジエン(〜16重量%) が入っている炭化水素溶液を調製した。この混合物にヒドロパーオキサイド捕捉 剤(Polygard)およびヒンダードフェノール系抗酸化剤(Irgano x 1076)を各々0.5キロ加えることでそれに安定化を受けさせた後、そ れを撹拌しながら60℃に2日間加熱することで溶解させた。次に、これを撹拌 なしに周囲温度に冷却した。2)疎水化(Hydrophobicied)シリカが入っているスラリーの調 製: 使用した処方/手順を以下の表1に示す。 4日間の各日で行った全段階中のR1の撹拌速度を〜250rpmに設定した 。 3)セメント/シリカスラリーの混合: 1日目、最初のバッチで調製したスラリーを真空輸送でT1に入っているセメ ントに加えた。4リットルの水を用いてR1の側面を洗い流してその洗浄液も同 様に輸送した。T1には全く撹拌を用いなかった。2日目および3日目も上記過 程を繰り返した。4日目、T1に上部のマンホールからSundex 8125 芳香族加工油を20.0kg加えた。次に、最終バッチのシリカスラリーを加え た後、撹拌速度を200rpmににまで高めてT1のジャケットに熱を加えた。 50℃の温度を達成した後、加熱と撹拌を止めて、反応槽を静置状態に30分間 保持した。4)凝固: T1に入っている混合物を窒素で加圧してT2凝固槽(低圧蒸気で92−95 ℃に保持)に直接移した。空気駆動撹拌機を〜50−60rpmで開始させた。 この低速によってクラムの大きさが約1cmになりかつセメントが水表面にケー キを形成しないようにするに充分な撹拌を与えた。5)仕上げ処理: 上記クラムを凝固槽T2からSwecoシェーカースクリーンの上に送り込む ことでそれに予備脱水を受けさせた後、開放トレー上に1時間置いた。このトレ ーに入っている材料に関して測定した初期水分レベルは平均で54%であった。 湿っている生成物が入っている2つのトレーを周囲温度で脱水用ロケット(ro cket)に一度通した。この材料の送り込み特性(feeding char acteristics)はスクリュー速度が最大の時でも優れていて、この材 料を手で押出し加工機に送り込んで排出速度(discharge rate) を維持す るに要した作業者の人数は二人であった。排出温度は約35℃であると判断し、 そしてワンパス(one−pass)材料の水分レベルは31.1%であった、 即ち水の含有量が約42%低下した。この生成物はスパゲッティーの長いストラ ンドの外観を持っていて適度な凝集力を有していた。このストランド状にした生 成物を分割した半分を乾燥試験で用い、そしてもう一方の半分を上記押出し加工 機に更に2回通し、その結果として、水分が更に低下して最終的に16.3%に なった。この2番目そして特に3番目のパスを行っている間に後方の排出口から 回収された水の量は少量のみであったが、この生成物が押出し加工機から出る時 、この材料の内部から水が定期的に噴出した。3番目のパス後の生成物の出口温 度は約55℃であった。この3パス生成物はまだ湿っている材料で注目すべき生 強度(green strength)を有していて、このストランドを手で破 断させるに要した力はかなりの力であった。 次に、得た20枚のフルトレー(full trays)を強制空気乾燥器に 入れて積み重ねて、上記乾燥器を85℃に維持することで6時間乾燥させた。こ の凝固させて乾燥させた生成物ケーキをCumberland粉砕機に通すこと でそれを均一にした後、バッグに詰めた。収量は141kgであり、理論収率の 〜96.4%であった。 生成物の特徴づけ/試験 105℃に設定した水分測定用秤を用いてその乾燥させた生成物(押出し加工 機にかけていない)を測定した時の水分レベルは平均で0.27%であり、ワン パス材料の場合平均で0.26%であり、3パスでも材料の水分は平均で0.2 4%であった。 焼成を700℃で行うことで完成品の灰分レベルを測定した。 限られた数であるが生成物の特徴づけ結果を以下の表2に示す。実施例II 1)セメント調製: T−1にヘキサンを入れてこれにBuna VSL 5025−1(Buna VSL 1950 S25)(前以て小さい片に細断しておいた)を加えるこ とを通して、油増量SBRゴムの溶液を調製した。撹拌しながら60℃に加熱す ることで溶解を起こさせた。試行時、T1を、62.84kgのBuna VS L 5025−1が183.6kgのヘキサンに入っていることに相当する状態 に保持し、それによって、ポリマーと油が25.5重量%入っているセメントを 得た。このセメントにPolygardおよびIrganox 1076を各0 .34キロ添加することで、これに安定化を受けさせた。2)疎水化シリカが入っているスラリーの調製: 下記の如くシリカのスラリーを2バッチ調製した:これを2日間かけて行った :使用した処方/手順を以下の表3に示す。両日で行った全段階中のR1の撹拌 速度を〜250rpmに設定した。 3)セメント/シリカスラリーの混合: 1日目、最初のバッチで調製したスラリーを真空輸送でT1に入っている60 ℃のセメントに加えた。4リットルの水を用いてR1の側面を洗い流してその洗 浄液も同様に輸送した。T1を60℃に温度調節しながら一晩穏やかな撹拌下で 撹拌した。2日目、再び真空輸送を用いて2番目のバッチのスラリーをT1に加 えた。再び4リットルの水を用いてR1を洗い流してその洗浄液をT1に加えた 。撹拌速度を200rpmにまで高めて10分間経過させた後、撹拌を止めた。 15分間放置した後、シリカがセメント(有機相)に移行した度合を確かめる目 的でT1の底から水層をいくらか注意深く取り出した。この水相の最初の2リッ トルに、バルブの前部に位置する配管デッドスペースに由来する被覆シリカが推 定で150グラム含まれていた。この水相の残りは若干黄色がかってはいたが透 明であった。このサンプリングの後、T1槽を再び穏やかな撹拌下に置くことで 凝固を起こさせた。輸送されなかったシリカの量は僅かであることから配合補正 を行わなかった。4)凝固: T1に入っている混合物を窒素で加圧してT2凝固槽(低圧蒸気で92−95 ℃に保持)に直接移した。撹拌機の速度を〜100rpmに下方調整しそして最 終的に〜50−60rpmにした。この低速はクラムの大きさを約1cmに保持 するに充分であると同時にプレブレンドが水表面にケーキを生じないようにする に充分であることを確認した。T1に入っている材料を1kg/分の流量で凝固 槽に移すとクラムからの揮発物除去(devolatilize)が満足される 度合で起こることを確認した。ワンパスでT1内容物の全体が凝固した。5)仕上げ処理: 上記クラムを凝固槽T2からSwecoシェーカースクリーンの上に送り込む ことでそれに予備脱水を受けさせた後、開放トレー上に1時間置いた。このトレ ーに入っている材料に関して測定した初期水分レベルは60−65%であった。 次に、得た18枚のフルトレーを強制空気乾燥器に入れて積み重ねて、上記乾燥 器を85−90℃に維持することで4−6時間乾燥させた。この期間中、乾燥を むらなく起こさせる目的で生成物を手で1回ひっくり返した。この凝固させて乾 燥させた生成物ケーキをCumberland粉砕機に通すことでそれを均一に した後、バッグに詰めた。収量は約99kgであり、理論収率の95.3%であ った。 生成物の特徴づけ/試験 105℃に設定した水分測定用秤を用いてその乾燥させた生成物を測定した時 の最終水分レベルは0.2−0.5%の範囲であった。この最終生成物の熱重量 分析(TGA)は31.72%の灰分レベルであることを示していた。 実施例III シリカを充填したビニル溶液(vinyl solution)スチレンブタ ジエンゴムのマスターバッチ(SSBR MB)、即ち実施例Iの生成物を加硫 ゴムに変換して、タイヤ踏み面で用いた。比較の目的で、また、同じゴムを本発 明に従う疎水化を受けさせていないシリカ粒子と一緒に混合したドライブレンド 物にも試験を受けさせた。 本発明に従って塩化N−オレイル−N−(3−トリメトキシシリル)プロピル アンモニウム、ビス(トリエトキシシリルプロピル)スルファ ン(Si−69)(6.4部)および再び塩化N−オレイル−N−(3−トリメ トキシシリル)プロピルアンモニウムを用いた処理を受けさせることで疎水性に しておいたシリカ粒子が80部で増量剤である芳香族油が37.5部でゴムが1 00部であるように構成させたマスターバッチ(228部)をバンバリーミキサ ーBR−82(容量1.6リットル)に下記の条件下で入れた: 速度:77RPM 開始温度:40℃ ラム(Ram)圧力:30psi Mokon:25℃に設定 上記マスターバッチにステアリン酸(1部)および酸化亜鉛(2.5部)(活 性化剤として)を加えた後、これらを180秒間混合した。このミキサーに入っ ているマス(mass)から出て表面にいくらか上昇して来た材料を清掃して上 記マスの中に戻した後、混合を更に60秒間継続し、この時間が経過した後、こ の混合物をバンバリーミキサーから落下させた。次に、この混合物に温かいミル (mill)で硫黄(1.4部)、促進剤であるVulkacit CZ/EG −C(CBS)(1.7部)およびさらなる促進剤であるVulkacit D /C(DPG)(2部)を加えた。これらの材料を上記ミルで精製(6パス)す ることで比重が1.193の生成物を得た。バンバリーミキサーを用いた混合の 開始からミル混合が完了するまでに要した全混合時間は8分間であった。 乾燥混合の場合、ビニル溶液スチレンブタジエンゴム(ポリマーが100部と 増量剤である芳香族油が37.5部入っている)をバンバリー ミキサーに入れて60秒間混合した。60秒後、未処理のシリカ粒子(Hi−S il 233を40部)およびカップリング剤であるSi−69(3.2部)を 加えた後、混合を更に60秒間継続した。120秒後、未処理のシリカ粒子を更 に40部およびSi−69を3.2部加えた後、マスから出て来た材料を清掃し て上記マスの中に戻した後、混合を更に60秒間継続した。180秒後、上記ミ キサーのラムを上昇させ、出て来た材料を清掃して上記マスに戻した後、ラムを 下げて混合を更に60秒間継続した。240秒後、出て来た材料を再び清掃して 上記マスに戻した後、ステアリン酸(1部)および酸化亜鉛(2.5部)加えた 。混合を再開し、そして300秒後、出て来た材料を清掃して上記マスに戻した 後、混合を継続した。420秒後、このマスを上記ミキサーから落下させた後、 シートに成形した。 上記ミキサーを40℃に冷却した後、上記マスを上記ミキサーに戻して、ラム の温度探針の温度が150℃に到達するまで混合を継続した。次に、このマスを 取り出した。この混合物に温かいミルで硫黄(1.4部)、Vulkacit CZ/EG−C(CBS)(1.7部)およびVulkacit D/C(DP G)(2部)を加えた後、これらの材料を上記ミルで精製(6パス)することで 比重が1.195の生成物を得た。混合の開始からの全混合時間は15.5分で あった。 次に、乾燥シリカ混合物および本発明のマスターバッチに以下に示す試験を受 けさせて、その結果も示す。 このような結果は、上記マスターバッチから得た生成物を用いたタイヤ踏み面 はシリカ乾燥混合物を用いた場合に比較して低い転がり抵抗、良好な耐摩耗性お よび等しい牽引特性を示すことを示唆している。 実施例IV 高シスのポリブタジエンゴムを含有させたマスターバッチ、即ち実施例IIの 生成物を加硫ゴムに変換して、タイヤ踏み面で用いた。比較の目的で、また、同 じゴムを本発明に従う疎水化を受けさせていないシリカ粒子と一緒に混合したド ライブレンド物にも試験を受けさせた。 本発明に従って塩化N−オレイル−N−(3−トリメトキシシリル)プロピル アンモニウム、Si−69(6.4部)および再び塩化N−オレイル−N−(3 −トリメトキシシリル)プロピルアンモニウムを用いた処理を受けさせることで 疎水性にしておいたシリカ粒子が80部で増量剤である芳香族油が30.0部で ゴムが100部であるように構成させたマスターバッチ(220.4部)を実施 例IIIで用いたのと同じバンバリーミキサーに入れ、ステアリン酸(1部)お よび酸化亜鉛(2.5部)と一緒に実施例IIIの場合と同じ条件下で混合した 。その後、この混合物をバンバリーミキサーから落下させた後、温かいミルを用 いて硫黄(1.4部)、Vulkacit CZ/EG−C(CBS)(1.7 部)およびVulkacit D/C(DPG)(2部)を混合した。これらの 材料を精製(6パス)することで比重が1.193の生成物を得た。全混合時間 は8分間であった。 ゴム(100部)と未処理シリカ(80部)とSi−69(6.4部)とステ アリン酸(1部)と増量剤である芳香族油(30部)と酸化亜鉛(2.5部)か ら成る乾燥混合物をバンバリーミキサーで実施例III に記述した管理と同じ管理下で混合した。その後、この混合物を温かいミルで硫 黄(1.4部)、Vulkacit CZ/EG−C(CBS)(1.7部)お よびVulkacit D/C(DPG)(2部)と一緒に混合した。この生成 物の比重は1.190であった。全混合時間は15.5分であった。 次に、乾燥シリカ混合物から生じさせた加硫ゴムおよび本発明のマスターバッ チから生じさせた加硫ゴムに以下に示す試験を受けさせて、その結果も示す。 再び、この結果は、上記マスターバッチから生じさせたタイヤ踏み面の加硫ゴ ムは上記乾燥混合物から生じさせたタイヤ踏み面の加硫ゴムに比較して低い転が り抵抗および良好な耐摩耗性を示すことに加えて等しい牽引特性を示すことを示 唆している。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) C09D 7/12 C09D 7/12 17/00 17/00 167/08 167/08 G03G 9/08 371 G03G 9/08 371 (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,ML,MR, NE,SN,TD,TG),AP(GH,GM,KE,L S,MW,SD,SZ,UG,ZW),EA(AM,AZ ,BY,KG,KZ,MD,RU,TJ,TM),AL ,AM,AT,AU,AZ,BA,BB,BG,BR, BY,CA,CH,CN,CU,CZ,DE,DK,E E,ES,FI,GB,GE,GH,GM,GW,HU ,ID,IL,IS,JP,KE,KG,KP,KR, KZ,LC,LK,LR,LS,LT,LU,LV,M D,MG,MK,MN,MW,MX,NO,NZ,PL ,PT,RO,RU,SD,SE,SG,SI,SK, SL,TJ,TM,TR,TT,UA,UG,US,U Z,VN,YU,ZW

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1. 粒子、特に鉱物粒子を処理してそれを疎水性にする方法であって、 (a)該粒子を式I {式中、 R1、R2およびR3の少なくとも1つ、好適にはR1、R2およびR3の2つ、最も 好適にはR1、R2およびR3は、ヒドロキシルまたは加水分解性基であり、 R4は、Si−R4結合の所の加水分解に対して耐性を示す二価の基であり、 R5は、水素;C1-40アルキル;C6−C40アリール基;C2-40−不飽和、二不飽 和もしくは三不飽和アルケニル基;式: [式中、xは2から10の整数であり、R13およびR14は、同一もしくは異なっ ていてもよく、各々、水素、C1-18アルキル、C2-18一不飽和、二不飽和もしく は三不飽和アルケニル、フェニル、式: (式中、bは1から10の整数である) で表される基、式: (式中、cは1から10の整数であり、そしてR22およびR23は、同一もしくは 異なっていてもよく、各々、水素、C1-10アルキル基またはC2-10アルケニル基 であるが、但し窒素原子に対してアルファの位置に二重結合が存在しないことを 条件とする) で表される基、式: −[(CH2rNH]d−H (式中、rは1から6の整数でありそしてdは1から4の整数である) で表される基である] で表される基を含む群から選択され、 R6は、R5で定義した基のいずれであってもよいか、或はR5とR6が一緒になっ て式: [式中、 Aは、−CHRまたは−NR基(ここで、Rは、水素、またはC1-40アルキルも しくはC2-40アルケニル基である)、C6−C40アリール基、酸素原子および硫 黄原子を含む群から選択され、そしてtおよびvは、各々独立して、1、2、3 または4であるが、但しtとvの合計が6を越えない、好適には4であることを 条件とする] で表される二価の基を形成していてもよい} で表される化合物またはそれの酸付加塩もしくは第四級アンモニウム塩 に接触させ、そして (b)該粒子を式II: {式中、 R15、R16およびR17は、R1、R2およびR3と同じ定義を有し、そして R12は、いずれにもアリール基、好適にはフェニル基が1つ以上割り込んでいて もよいC8-40アルキル基またはC8-40一不飽和、二不飽和もしくは三不飽和アル ケニル基;式: [式中、 R18は、Si−R18結合の所の加水分解に対して耐性を示す二価の基であり、R19 は、水素、C1-40アルキル基、C2-40一不飽和、二不飽和もしくは三不飽和ア ルケニル基、未置換であるか或はC1-20アルキルまたはC2-20一不飽和、二不飽 和もしくは三不飽和アルケニル基で置換されていてもよい芳香族基、例えばフェ ニレン基−(C64)−、ビフェニレン基−(C64)−(C64)−、−(C64)−O−(C64)−基またはナフチレン基−(C106)−などを含む群 から選択され、そしてR20はR19で定義した基のいずれであってもよいが、但し R19およびR20が窒素原子に隣接する第三炭素原子を持たないこととR19および R20の少なくとも1つが長さが少なくとも炭素原子8個分で如何なるヘテロ原子 も割り込んでいない炭素鎖を有することを条件とする] で表される基またはそれの酸付加塩もしくは第四級アンモニウム塩を含む群から 選択される} で表される化合物に接触させる、 段階を含む方法。 2. 段階(a)と(b)を同時に実施する請求の範囲第1項記載の方法。 3. 段階(a)および(b)を逐次的に実施する請求の範囲第1項記載の方 法。 4. 段階(a)を段階(b)の前に実施する請求の範囲第3項記載の方法。 5. 式IとIIが同じ化合物である請求の範囲第1−4項いずれか1項記載 の方法。 6. 式IとIIが異なる化合物である請求の範囲第1−4項いずれか1項記 載の方法。 7. 段階(a)が該粒子の水性スラリーを式Iで表される化合物に接触させ ることを含む請求の範囲第1−6項いずれか1項記載の方法。 8. 式Iで表される化合物が実質的に水に混和し得る溶媒を含んで成る溶液 である請求の範囲第7項記載の方法。 9. 式Iで表される化合物を添加した後であるが式IIで表される化合物を 添加する前に該粒子をカップリング剤に接触させる請求の範囲第1−8項いずれ か1項記載の方法。 10. 該粒子が表面にヒドロキシル基を有する親水性の鉱物粒子である請求 の範囲第1−9項いずれか1項記載の方法。 11. 式Iで表される化合物が酸付加塩または第四級アンモニウム 塩の形態である請求の範囲第1−10項いずれか1項記載の方法。 12. 該粒子がシリカ粒子である請求の範囲第1−11項いずれか1項記載 の方法。 13. R1がヒドロキシル基、式OCpH2p+1[式中、pは1から10の値 を有しそしてアルキル鎖に酸素原子が1つ以上割り込んでいてもよい]で表され る基、フェノキシ、アセトキシ、クロロ、ブロモ、ヨード、ONa、OLi、O K、アミノ、モノアルキルアミノおよびジアルキルアミノから成る群から選択さ れ、 R2がヒドロキシル基、式OCp2p+1[式中、pは1から10の値を有しそして アルキル鎖に酸素原子が1つ以上割り込んでいてもよい]で表される基、フェノ キシ、アセトキシ、ONa、OLi、OK、アミノ、モノアルキルアミノ、ジア ルキルアミノ、C1-10アルキル、C2-10一不飽和および二不飽和アルケニル、フ ェニルおよび式: −R4−NR56 [式中、R4、R5およびR6は請求の範囲第1項で定義した通りである] で表される基から成る群から選択される請求の範囲第1−12項いずれか1項記 載の方法。 14. R15がヒドロキシル基、式OCp2p+1[式中、pは1から10の値 を有しそしてアルキル鎖に酸素原子が1つ以上割り込んでいてもよい]で表され る基、フェノキシ、アセトキシ、クロロ、ブロモ、ヨード、ONa、OLi、O K、アミノ、モノアルキルアミノおよびジアルキルアミノから成る群から選択さ れ、 R16がヒドロキシル基、式OCp2p+1[式中、pは1から10の値を有しそし てアルキル鎖に酸素原子が1つ以上割り込んでいてもよい]で 表される基、フェノキシ、アセトキシ、ONa、OLi、OK、アミノ、モノア ルキルアミノ、ジアルキルアミノ、C1-10アルキル、C2-10一不飽和および二不 飽和アルケニル、フェニルおよび式: −R18−NR1920− [式中、R18は、加水分解に耐性を示す二価の基である] で表される基から成る群から選択される請求の範囲第1−13項いずれか1項記 載の方法。 15. 該カップリング剤をビス[3−(トリメトキシシリル)プロピル]テ トラスルファン、ビス[3−(トリエトキシシリル)プロピル]テトラスルファ ン、ビス[2−(トリメトキシシリル)エチル]テトラスルファンおよびそれら の混合物から成る群から選択する請求の範囲第9−14項いずれか1項記載の方 法。 16. 式Iで表される化合物が二塩化N−オレイル−N−(3−トリメトキ シシリル)プロピルアンモニウムまたはそれの酸付加塩もしくは第四級アンモニ ウム塩である請求の範囲第1−15項いずれか1項記載の方法。 17. 式IIで表される化合物が二塩化N−オレイル−N−(3−トリメト キシシリル)プロピルアンモニウムまたはそれの酸付加塩もしくは第四級アンモ ニウム塩である請求の範囲第1−14項いずれか1項記載の方法。 18. 該粒子状材料が鉱物粒子を含んで成る請求の範囲第1−17項いずれ か1項記載の方法。 19. 該鉱物粒子をシリケート類、シリカ類、粘土、二酸化チタン、アルミ ナ、炭酸カルシウム、酸化亜鉛およびそれらの混合物から成る群 から選択する請求の範囲第18項記載の方法。 20. 該鉱物粒子がシリカを含んで成っていて該シリカが二酸化炭素を用い てケイ酸ナトリウムから沈澱を起こさせることで生じさせたシリカである請求の 範囲第18項記載の方法。 21. 該粒子状材料が非鉱物粒子を含んで成る請求の範囲第1−17項いず れか1項記載の方法。 22. 該非鉱物粒子がカーボンブラックを含んで成る請求の範囲第21項記 載の方法。 23. 粒子状材料であって、請求の範囲第1−22項いずれか1項記載の方 法で生じさせた粒子状材料。 24. 更に、 (c)段階(b)で生じさせた粒子をポリマーと一緒に混合する、 段階を含む請求の範囲第1−17項いずれか1項記載の方法。 25. 更に、 (c)段階(b)で生じさせた粒子をポリマー溶液と混合しそしてその混合物を ポリマーマスターバッチにする、 段階を含む請求の範囲第1−17項いずれか1項記載の方法。 26. 段階(b)が完了した後に段階(c)を実施する請求の範囲第24− 25項いずれか1項記載の方法。 27. 段階(b)の生成物が処理を受けた粒子のスラリーであり、それに段 階(c)を受けさせる請求の範囲第24−26項いずれか1項記載の方法。 28. 該ポリマーをIIR、HIIR、IR、EPDM、SBR、BR、N BR、HNBR、HSRE、天然ゴム、ポリスチレン、ポリク ロロプレン、ポリエピクロロヒドリン(ECO)、塩素化ポリエチレン、シリコ ン、ABSおよびそれらの混合物を含む群から選択する請求の範囲第24−27 項いずれか1項記載の方法。 29. ポリマーマスターバッチであって、請求の範囲第24−28項いずれ か1項記載の方法で生じさせたポリマーマスターバッチ。 30. ゴムマスターバッチであって、請求の範囲第1−22項いずれか1項 記載の方法で疎水性にしておいた粒子状充填材とエラストマーを含んで成るゴム マスターバッチ。 31. エラストマーと充填材粒子を含んで成るゴムマスターバッチであって 、該充填材粒子が、該エラストマーに接触させる前にカップリング剤、式Iで表 される化合物および式IIで表される化合物を用いた処理を受けさせておいたも のであるが、 (a)該エラストマーをIIR、HIIR、IR、EPDM、SBR、BR、N BR、HNBR、天然ゴム、ポリスチレン、ポリクロロプレン、ポリエピクロロ ヒドリン(ECO)、塩素化ポリエチレン、シリコン、ABSおよびそれらの混 合物を含む群から選択し、 (b)該充填材粒子をシリケート類、シリカ類、粘土、二酸化チタン、アルミナ 、炭酸カルシウム、酸化亜鉛、カーボンブラックおよびそれらの混合物から成る 群から選択してそれをゴム100部当たり約5から約250部の量で存在させ、 (c)該カップリング剤を充填材粒子の0から約20重量パーセント(乾燥重量 )、好適には充填材粒子の約2から約10重量%(乾燥重量)の範囲の量で存在 させ、 (d)式I {式中、 R1、R2およびR3の少なくとも1つは、ヒドロキシルまたは加水分解性基であ り、 R4は、Si−R4結合の所の加水分解に対して耐性を示す二価の基であり、 R5は、水素;C1-40アルキル基;C2-40一不飽和、二不飽和もしくは三不飽和 アルケニル基;式: [式中、xは2から10の整数であり、R13およびR14は、各々、水素、C1-18 アルキル、C2-18一不飽和、二不飽和もしくは三不飽和アルケニル、フェニル、 式: で表される基または式CH2CH2NH2で表される基である] で表される基を含む群から選択され、そして R6は、R5で定義した基のいずれであってもよいか、或はR5とR6が一緒になっ て式: [式中、 Aは、−CH2−基、酸素原子または硫黄原子であり、そして tおよびvは、各々、1、2、3または4であるが、但しtとvの合計が6を越 えないことを条件とする] で表される二価の基を形成していてもよい} で表される化合物またはそれの酸付加塩もしくは第四級アンモニウム塩を充填材 粒子の約0.1から約20重量パーセント(乾燥重量)、好適には充填材粒子の 約0.25から約10重量パーセント(乾燥重量)、最も好適には充填材粒子の 約0.5から約2重量パーセント(乾燥重量)の量で用いて該充填材粒子を前以 て処理しておき、そして (e)式II: {式中、 R15、R16およびR17は、この上で定義したR1、R2およびR3と同じ定義を有 し、そして R12は、C8-40アルキル基、C8-40一不飽和、二不飽和もしくは三不飽和アルケ ニル基;式: [式中、 R4は、Si−R4結合の所の加水分解に対して耐性を示す二価の基であり、 R5は、水素、C1-40アルキル、C2-40一不飽和、二不飽和もしくは三不飽和ア ルケニル、式 −ArCw2w+1 (式中、Arは二価の芳香族基を表しそしてwは1から20の整数である)で表 される基であり、そして R6は、R5で定義した基のいずれであってもよいが、但しR5およびR6の少なく とも1つが長さが少なくとも炭素原子8個分で何も割り込んでいない炭素鎖を有 するべきであることを条件とする] で表される基またはそれの酸付加塩もしくは第四級アンモニウム塩である} で表される化合物を充填材粒子の約0.5から約20重量パーセント(乾燥重量 )の量で用いて該充填材粒子を前以て処理しておく、 ことで処理しておいたものであるゴムマスターバッチ。 32. 該充填材粒子がシリカを含んで成る請求の範囲第31項記載のゴムマ スターバッチ。 33. 該カップリング剤がビス[3−(トリメトキシシリル)プロピル]テ トラスルファン、ビス[3−(トリエトキシシリル)プロピル]テトラスルファ ン、ビス[3−(トリメトキシシリル)エチル]テトラスルファンおよびそれら の混合物を含む群から選択される請求の範囲第31−32項いずれか1項記載の ゴムマスターバッチ。 34. 式Iで表される化合物が二塩化N−オレイル−N−(3−トリメトキ シシリル)プロピルアンモニウムまたはそれの酸付加塩もしくは第四級アンモニ ウム塩である請求の範囲第31−33項いずれか1項記載のゴムマスターバッチ 。 35. 式IIで表される化合物が二塩化N−オレイル−N−(3−トリメト キシシリル)プロピルアンモニウムまたはそれの酸付加塩もしくは第四級アンモ ニウム塩である請求の範囲第31−33項いずれか1項記載のゴムマスターバッ チ。 36. シリケート類、シリカ類、粘土、二酸化チタン、アルミナ、炭酸カル シウム、酸化亜鉛、カーボンブラックおよびそれらの混合物から成る群から選択 される充填材粒子と混ざり合っているポリマー材料であって、該充填材粒子が請 求の範囲第1−22項いずれか1項記載の方法で調製されたものであるポリマー 材料。 37. 請求の範囲第1−22項いずれか1項記載の方法で調製された充填材 粒子を含有するポリマーマスターバッチの使用であって、加硫ゴム、タイヤ、タ イヤ踏み面、ホースまたは靴底における使用。 38. 請求の範囲第1−22項いずれか1項記載の方法で調製された粒子の 使用であって、トナー、アルキド塗料または消泡剤調合物における充填材として の使用。 39. 粒子状材料であって、アミノヒドロカーボンシラン部分が結合してい る粒子を含んで成る粒子状材料。 40. 該アミノヒドロカーボンシラン部分が式{式中、 Ra、RbおよびRcは、同一もしくは異なり各々、−O−、および場合により1 個以上の酸素原子で置換されていてもよい−Cp2p−[ここ で、pは1から10の整数である]から選択され、そして R12は、C8-40アルキル基;C8-40一不飽和、二不飽和もしくは三不飽和アルケ ニル基;式: [式中、 R4は、Si−R4結合の所の加水分解に対して耐性を示す二価の基であり、 R5は、水素、C1-40アルキル、C2-40一不飽和、二不飽和もしくは三不飽和ア ルケニル;式: −ArCw2w+1 (式中、Arは二価の芳香族基を表しそしてwは1から20の整数である)で表 される基であり、そして R6は、R5で定義した基のいずれであってもよいが、但しR5およびR6の少なく とも1つが長さが少なくとも炭素原子8個分で何も割り込んでいない炭素鎖を有 するべきであることを条件とする] で表される基またはそれの酸付加塩もしくは第四級アンモニウム塩である} で表される請求の範囲第39項記載の粒子状材料。 41. 粒子状材料であって、(i)アミノヒドロカーボンシラン部分が結合 している粒子を含んで成っていて(ii)少なくとも約100°の接触角を示す 粒子状材料。 42. 該接触角が少なくとも約110°である請求の範囲第41項 記載の粒子状材料。 43. 該接触角が約115°から約160°の範囲である請求の範囲第41 項記載の粒子状材料。 44. 該接触角が約120°から約150°の範囲である請求の範囲第41 項記載の粒子状材料。 45. 該接触角が約120°から約140°の範囲である請求の範囲第41 項記載の粒子状材料。 46. 該アミノヒドロカーボンシラン部分が式 {式中、 Ra、RbおよびRcは、同一もしくは異なり各々、−O−、および場合により1 個以上の酸素原子で置換されていてもよい−Cp2p−[ここで、pは1から1 0の整数である]から選択され、そして R12は、C8-40アルキル基;C8-40一不飽和、二不飽和もしくは三不飽和アルケ ニル基;式: [式中、 R4は、Si−R4結合の所の加水分解に対して耐性を示す二価の基であり、 R5は、水素、C1-40アルキル、C2-40一不飽和、二不飽和もしくは三不飽和ア ルケニル;式: −ArCw2w+1 (式中、Arは二価の芳香族基を表しそしてwは1から20の整数である)で表 される基であり、そして R6は、R5で定義した基のいずれであってもよいが、但しR5およびR6の少なく とも1つが長さが少なくとも炭素原子8個分で何も割り込んでいない炭素鎖を有 するべきであることを条件とする] で表される基またはそれの酸付加塩もしくは第四級アンモニウム塩である} で表される請求の範囲第41−45項いずれか1項記載の粒子状材料。 47. 該粒子状材料が鉱物粒子を含んで成る請求の範囲第39−46項いず れか1項記載の粒子状材料。 48. 該鉱物粒子がシリケート類、シリカ類、粘土、二酸化チタン、アルミ ナ、炭酸カルシウム、酸化亜鉛およびそれらの混合物から成る群から選択される 請求の範囲第47項記載の粒子状材料。 49. 該鉱物粒子がシリカを含んで成っていて該シリカが二酸化炭素を用い てケイ酸ナトリウムから沈澱を起こさせることで生じさせたシリカである請求の 範囲第47項記載の粒子状材料。 50. 該粒子状材料が非鉱物粒子を含んで成る請求の範囲第39−46項い ずれか1項記載の粒子状材料。 51. 該非鉱物粒子がカーボンブラックを含んで成る請求の範囲第50項記 載の粒子状材料。
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