JP2004523645A - ナノ粒子酸化亜鉛のアニオン性で安定化された水性分散液、該水性分散液の製造法および該水性分散液の使用 - Google Patents
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Abstract
本発明は、酸化亜鉛粒子の表面がｐＨ値≧７で負の電荷を有し、分散液中のナノ粒子酸化亜鉛の含量が０．０１〜３０質量％であることを特徴とする、３０ｎｍ以下の平均１次粒径および１００ｎｍ以下の平均凝集サイズを有するナノ粒子酸化亜鉛のアニオン性で安定化された水性分散液、該水性分散液の製造法、およびラテックス成形品の加硫のための加硫活性剤としての該水性分散液の使用に関する。
Description
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ナノ粒子酸化亜鉛のアニオン性で安定化された水性分散液、該水性分散液の製造法および該水性分散液の使用に関する。
【０００２】
ナノ粒子系により、一方では、より大きな粒子を用いては実現不可能であろう適用、例えば、透明な適用物におけるナノ粒子の無機ＵＶ吸収体の使用下におけるＵＶ保護の適用への道が開かれ、また他方ではナノ粒子は適用分野において著しい効果の改善を可能にし、その際、活性種の可能な限り広い表面および均一な分布は重要である。
【０００３】
従って、ナノ粒子系を利用可能にするために、系のナノ粒子の状態を適用まで維持することは殊に重要である。このために、製造により得られた粒子を適用固有の配合物中に再分散させることはしばしば不可欠である。この場合、一方では長期間に亘り、かつ広い温度範囲に亘って沈降安定であり、また他方では別の分散液成分、例えば電解質または電荷を有する粒子に対して反応しないナノ粒子配合物およびナノ分散配合物を製造することは特別な難題である。
【０００４】
例えば、ナノ粒子酸化亜鉛は、その両性の特性および等電点の位置（ｐＨ約９．５）に基づき、水中で容易に安定に分散することは不可能である。殊に、添加された電解質およびイオン性分散液成分に対して、非常にわずかな安定性であるに過ぎない。しかしながら、酸化亜鉛の水性分散液はｐＨが＞９．５の値にずれることにより容易に安定化されることはできず、それというのも、分散液の不安定化は等電点の超過に関連しているからである。
【０００５】
安定化のもう１つの可能性は、等電点をより低いｐＨ値へとずらすことである。これは、原理的にポリ電解質を使用することにより起こり得る。このような処理はWO-A 95/24359に記載されており、この刊行物において、ポリアクリル酸のナトリウム塩は、酸化亜鉛を粉砕する際の粉砕添加物として使用されている。しかしながら、DE19907704A1により製造された酸化亜鉛ナノ粒子の水性分散液のために、ポリアクリル酸塩を添加した際、安定化の効果ではなく、不安定化の効果が見出された。
【０００６】
近年、さらに、酸化亜鉛粒子を密で非晶質のSiO２層で被覆することにより、シリケート表面の公知の良好な水分散性を利用する安定化の方法が記載されている。例えばUS-A5914101には、粒状の酸化亜鉛と安定剤とからなる水性分散液が記載されており、この水性分散液中で、酸化亜鉛粒子は技術的に費用のかかる方法で、密で非晶質なSiO２の層で被覆される。この方法の欠点は、被覆が化学的活性の著しい損失を招き、従って例えば、触媒の目的のために不可欠である、酸化亜鉛の化学的特性が失われるという点にある。
【０００７】
従って、本発明は、添加された電解質およびアニオン性分散液成分に対して反応しない、ナノ粒子酸化亜鉛のアニオン性で安定化された分散液を、上記の方法の欠点を有することなく開発するという課題に基づくものであった。
【０００８】
本発明の課題は、以下で詳説された本発明による酸化亜鉛分散液により解決された。
【０００９】
従って本発明は、３０ｎｍ以下、有利に１５ｎｍ以下の平均１次粒径および１００ｎｍ以下、有利に５０ｎｍ以下の平均凝集サイズを有するナノ粒子酸化亜鉛のアニオン性で安定化された水性分散液を提供し、その際、この酸化亜鉛粒子の表面はｐＨ値≧７、有利に≧８で負の電荷を有し、分散液中のナノ粒子酸化亜鉛の含量は０．０１〜３０質量％、有利に０．０５〜２０質量％、殊に０．０５〜１５質量％である。
【００１０】
負の電荷とは、マレルバゼータサイザー(Malerva Zetasizer)を使用して微量電気泳動法により慣用の方法で測定された負のゼータ電位であると解釈される。
【００１１】
本発明によれば、ｐＨ値≧７で測定され、＜−３０ｍＶの負のゼータ電位として表示された負の電荷は、有利に＜４０ｍＶである。
【００１２】
本発明は、上記の平均１次粒径および平均凝集サイズを有する、アニオン性で安定化された水性酸化亜鉛分散液の製造法をも提供し、この製造法は、上記の１次粒径および凝集サイズを有する酸化亜鉛粒子を含有する水性酸化亜鉛分散液をアルカリシリケート溶液で処理し、その際、分散液中のナノ粒子酸化亜鉛の含量は０．０１〜３０質量％、有利に０．０５〜２０質量％、殊に０．０５〜１５質量％であることを特徴とする。
【００１３】
アルカリシリケート溶液を用いた相応する酸化亜鉛分散液の本発明による処理により、本発明によるアニオン性で安定化された酸化亜鉛分散液が得られ、その際、 −上記の通り− 酸化亜鉛粒子の表面はｐＨ値≧７で負の電荷を有している。
【００１４】
本発明による方法は、有利に、適当な酸化亜鉛を、この酸化亜鉛の等電点を下回るｐＨ値で水中に分散させ、アルカリシリケート溶液（以下で水ガラスと記載される）か、または水ガラスと塩基との混合物か、または水ガラスと塩基と安定剤との混合物を、酸化亜鉛が、凝集することなくアニオンの電荷逆転下に置かれるように添加することにより行われる。この添加は有利に強力な撹拌下に、殊に有利にロータステータ(Rotor-Stator)系、例えばウルトラツラックス(Ultraturrax)、ノズル噴射分散機または同様の装置の使用下に、または超音波作用下で行われる。
【００１５】
使用可能なアルカリシリケートとして、殊にナトリウム水ガラスおよびカリウム水ガラスが挙げられる。
【００１６】
１次粒子分散法または準(nahezu)１次粒子分散法により水中で容易に分散可能なナノ粒子酸化亜鉛の使用は有利である。３０ｎｍ以下、有利に１５ｎｍ以下の平均１次粒径を有するこの種の酸化亜鉛の使用は殊に有利である。DE19907704A1に記載されているようなアルコールまたはアルコール−水混合物中での亜鉛化合物の塩基性加水分解により得られる酸化亜鉛ゲルまたは懸濁液の使用は極めて殊に有利である。
【００１７】
酸化亜鉛は水中に添加され、撹拌により分散される。この場合に生じる、濃度および分散状態に応じて半透明から乳白色である分散液は、ＺｎＯ約０．０１〜３０質量％、有利に０．０５〜２０質量％、殊に０．０５〜１５質量％を含有する。ＺｎＯ源としてメタノール含有ＺｎＯ懸濁液を使用する場合、メタノールは有利に例えば蒸留により水性懸濁液から除去される。分散液の安定性を改善するために、ここに適当な添加剤が添加されてよく、その際、ゲル化を回避する６−アミノヘキサン酸または比較可能な物質が有利である。
【００１８】
分散された酸化亜鉛粒子の平均凝集サイズは、約１００ｎｍ以下、有利に５０ｎｍ以下である。１次粒子の粒径はTEMスキャン（透過型電子顕微鏡走査）により測定され、凝集サイズは超遠心分離測定により測定される。
【００１９】
分散処理の温度は分散剤の凝固点とその沸点との間であってよく、有利に約１０〜８０℃であってよい。
【００２０】
電荷逆転はアルカリシリケート水溶液を用いて行われることができ、その際、ナトリウム水ガラスが有利である。この場合、シリケート溶液は希釈されて使用されてもよいし、希釈されずに使用されてもよい。水溶液中のアルカリシリケートの濃度は、市販の３５％シリケート溶液に対して約０．１〜１０質量％、有利に０．５〜２質量％である。電荷逆転のために、または水性ＺｎＯ分散液の処理のために使用されるアルカリシリケート溶液の量は、上記の負の電荷がＺｎＯ粒子の表面上に形成されるように算出される。
【００２１】
有利な実施態様において、アルカリシリケート溶液に塩基、有利にアルカリ水酸化物が添加される。水酸化ナトリウム水溶液の使用は殊に有利である。水溶液中の塩基の濃度は、１Ｎ ＮａＯＨに対して通常１〜１０質量％、有利に４〜６質量％である。
【００２２】
さらに有利な実施態様において、シリケート溶液に、塩基に付加的に安定剤が添加される。ポリアクリル酸塩、例えば５１００の平均分子量を有するポリアクリル酸ナトリウム塩の使用は殊に有利である。水溶液中の添加された安定剤の量は、塩に対して約０．０１〜１質量％、有利に０．０５〜０．２質量％である。
【００２３】
電荷逆転の温度は分散剤の凝固点とその沸点との間であってよく、有利に約１０〜８０℃、殊に有利に２０〜６０℃であってよい。
【００２４】
電荷逆転は有利にウルトラツラックスを備えた反応器中で行われる。この場合、条件は、酸化亜鉛濃度に関してのみならず、混合条件および剪断力に関して、電荷逆転の際に酸化亜鉛が凝集しないように選択される。
【００２５】
このようにして得られた酸化亜鉛分散液は、酸、例えば硫酸、塩基、例えば水酸化ナトリウム、緩衝物質、例えばリン酸ナトリウムの添加により、またはイオン交換器、例えばLewatiten（登録商標）を使用することにより、またはダイアフィルトレーションにより所望のｐＨ値に調整される。イオン交換器の使用は有利である。
【００２６】
必要であれば、このようにして得られた酸化亜鉛分散液は、例えば蒸留、遠心分離、または膜濾過により濃縮されてよい。
【００２７】
さらに有利な実施態様において、水性酸化亜鉛分散液はまず適当な安定剤により安定化され、次いでアルカリシリケート溶液と反応される。
【００２８】
選択的に、ＺｎＯ分散液をまず凝集させ、次いで再分散させることにより電荷逆転を行ってもよい。
【００２９】
この場合、使用された酸化亜鉛は水中に添加され、撹拌により分散される。この場合に生じる、濃度および分散状態に応じて半透明から乳白色である分散液は、ＺｎＯ約０．０１〜３０質量％、有利に０．０５〜２０質量％、殊に０．０５〜１５質量％を含有する。
【００３０】
電荷逆転は、水性酸化亜鉛分散液とシリケート水溶液とを合わせることにより行われる。この場合、濃度および混合条件は、酸化亜鉛が凝集するように選択される。
【００３１】
凝集温度は分散剤の凝固点とその沸点との間であってよく、有利に約１０〜１００℃、殊に有利に２０〜７０℃であってよい。
【００３２】
凝集後、この直後かまたは比較的長い撹拌後（この撹拌は上記の温度範囲で実施されてよい）、上澄みは濾過、沈降または遠心分離により凝集物から分離されてよい。
【００３３】
分離された凝集物は、水を添加することにより再分散されてよいが、しかしながら水／安定剤混合物を添加することにより再分散されてもよく、この際、水／ポリ電解質混合物は有利であり、水／ポリアクリル酸ナトリウム塩混合物は殊に有利である。この再分散は撹拌により、場合により高められた温度で、有利に高い剪断力下に、殊に有利にロータステータ系を使用することにより、および／または超音波の作用下に、および／またはノズル噴射分散機の作用下に行われてよい。
【００３４】
再分散されたフラクションは、濾過、沈降、遠心分離または適当な分離処理により、非分散残渣から分離される。分散された材料の良好な収率を得るために、再分散および分離の処理は数回繰り返されてよい。
【００３５】
このようにして得られた酸化亜鉛分散液は、再度、酸または塩基の添加により、またはイオン交換器の使用より、所望のｐＨ値に調節されることができる。
【００３６】
必要であれば、このようにして得られた酸化亜鉛分散液は、例えば蒸留、遠心分離、または膜濾過により濃縮されてよい。
【００３７】
本発明のさらに有利な実施態様において、水性酸化亜鉛分散液はまずｐＨ値を変化させることにより、有利にアルカリ水酸化物水溶液を添加することにより不安定化され、次いで沈殿後上澄みから分離され、その後水または再度水／安定剤混合物を用いて取り出され、その際、水とポリアクリル酸のナトリウム塩との混合物は有利である。これは撹拌により、場合により高められた温度で、有利に高い剪断力下に、殊に有利にロータステータ系を使用することにより、および／または超音波の作用下に、および／またはノズル噴射分散機の作用下に行われてよい。
【００３８】
このようにして得られた分散液は、アルカリシリケート水溶液を添加することにより、上記のように凝集を招くことなく安定な分散液へと変化されることができる。
【００３９】
本発明は、ラテックス成形品の加硫の際の加硫共活性剤としての、本発明によるナノ粒子酸化亜鉛のアニオン性の安定化された分散液の使用をも提供する。
【００４０】
本発明によるナノ粒子酸化亜鉛のアニオン性の安定化された分散液は、 −上記の通り− 天然ゴムおよび合成ゴムの全ての型をベースとしたラテックスの製造の際の加硫共活性剤として使用されることができる。
【００４１】
ラテックスの製造のために使用できる適当なゴムには、種々の天然ラテックスゴムに加え、例えば以下のような合成ゴムが含まれる：
ポリイソプレン、
アクリロニトリル／ブタジエンコポリマー、
カルボキシル化アクリロニトリル／ブタジエンコポリマー、
自己架橋基を有するカルボキシル化アクリロニトリル／ブタジエンコポリマー、
スチレン／ブタジエンコポリマー、
カルボキシル化スチレン／ブタジエンコポリマー、
自己架橋基を有するカルボキシル化スチレン／ブタジエンコポリマー、
アクリロニトリル／ブタジエン／スチレンコポリマー、
カルボキシル化アクリロニトリル／ブタジエン／スチレンコポリマー、
自己架橋基を有するカルボキシル化アクリロニトリル／ブタジエン／スチレンコポリマー、および
クロロブタジエンラテックスおよびカルボキシル化クロロブタジエンラテックス。
【００４２】
しかしながら、天然ラテックス、カルボキシル化アクリロニトリル／ブタジエンコポリマーおよびクロロブタジエンラテックス並びにカルボキシル化クロロブタジエンラテックスは好ましい。
【００４３】
種々のゴムラテックスの加硫において、本発明による酸化亜鉛分散液は、加硫の際、ラテックス混合物１００質量部に対して約２．０〜０．０１、有利に０．５〜０．０５の量で添加される（ドライ／ドライ）。
【実施例】
【００４４】
実施例
コロイドＺｎＯ含量の光学的測定を、別に記載がない限り、Shimadzu UVVIS分光計を用いて、１ｃｍの石英セルを使用して実施した。吸光係数としてε３０２＝１２．４Ｌ／（ｇｘｃｍ）を選択した。
【００４５】
石英セル（１ｃｍ）中でUVVIS分光計（上記参照）を用いて３５０ｎｍおよび４００ｎｍで測定された吸光係数を、ＺｎＯナノ分散液のための品質特性Ｑとして採用した。これは、Ｑの値が高くなるほど、スペクトル中に含まれる分散されたフラクションは少なくなり、かつ分散液中に含まれる酸化亜鉛粒子はより良好に分散されることを意味する。
【００４６】
遠心分離処理を、別に記載がない限り、２２．９ｃｍのロータ（ビーカー中心までの半径）を備えたHeraeus社の実験室遠心分離機(Cryofuge 6000i)中で実施した。
【００４７】
実施例１
成分Ａ：
水１０００ｇ中の６−アミノヘキサン酸１０ｇの溶液を、DE19907704A1から製造された３３．６５％メタノール系ＺｎＯナノ粒子懸濁液４８９．４ｇに添加し、さらに水を添加して４５００ｇとし、撹拌（３０分間）により分散させた。含まれるメタノールを蒸留により分散液から除去し、水を添加することにより、分散液を３％ＺｎＯとなるように調整した（５０１０ｇ、ｐＨ＝７．２、品質特性Ｑ＝７３）。
【００４８】
成分Ｂ：
Aldrich社製ナトリウム水ガラス６．８ｇを１Ｎ ＮａＯＨ３４ｇおよびポリアクリル酸ナトリウム１．２６ｇ(Fluka 5100（平均分子量）)と混合し、水を添加して８３５ｇとした。
【００４９】
成分Ａ１６７０ｇと成分Ｂの全量とを別個の貯蔵容器中に装入し、ホース導管により５０ｍｌ／分（Ａ）および２５ｎｍ／分（Ｂ）の速度で、水３００ｍｌを含む混合室中に供給し、全体をウルトラツラックス(IKA, T25 Basic, Type S25N-18G 分散装置)を用いて24000r.p.m.で完全に混合した。ＡとＢとの混合により形成された生成物を７５ｍｌ／分の速度で連続的に混合室から受け器に排出した。前流分(Vorlauf)３９６．２ｇと後流分(Nachlauf)２６６．９ｇとを分離した後、２％ＺｎＯ分散液（Ｑ＝４３）２０４２．３ｇが得られた。弱酸のイオン交換樹脂１４．６ｇ（固形量；Lewatit（登録商標）CNP80WS, Bayer AG）をこの分散液に添加し、６０℃で２５分間撹拌した。イオン交換樹脂を分離した後、室温におけるｐＨ値は８．３であった。水６０ｇ中に溶解させたさらなるポリアクリル酸ナトリウム２．９ｇをこの分散液に添加した（２０５４ｇ）。この分散液９３１．８ｇを回転蒸発器中で蒸発させることにより濃縮させ、ＺｎＯの最終濃度を１１％とした（Ｑ＝３３）。
【００５０】
このようにして得られた分散液の超遠心分離測定により、３３ｎｍの平均凝集サイズが得られた（質量分布のｄ５０値）。
【００５１】
実施例２（比較）
（水ガラスなし）
例１の記載に従って製造された３％水性分散液１６５０ｇ（成分Ａ）および１Ｎ ＮａＯＨ３３．８ｇとDispex N 40 ３．２５ｇと水とからなる混合物８２５ｇ（成分Ｂ）を、別個の貯蔵容器中に装入し、ホース導管により５０ｍｌ／分（Ａ）および２５ｎｍ／分（Ｂ）の速度で、水３００ｍｌを含む混合室中に供給し、この混合室中でウルトラツラックス(IKA, T25 Basic, Type S25N-18G分散装置)を用いて24000r.p.m.で混合した。ＡとＢとの混合により形成された生成物を７５ｍｌ／分の速度で混合室から連続的に受け器に排出した。前流分(Vorlauf)３９５．４ｇと後流分(Nachlauf)２４８．１ｇとを分離した後、２％ＺｎＯ分散液（Ｑ＝１７）２０３９．１ｇが得られた。弱酸のイオン交換樹脂１５．５ｇ（固形量；Lewatit（登録商標）CNP80WS, Bayer AG）をこの分散液に添加し、６０℃で１５分間撹拌した。イオン交換樹脂を分離した後、室温におけるｐＨ値は８．３であった。短い放置時間の経過後、分散液が偏析していることが認められた。
【００５２】
実施例３
（本発明による凝集処理によるアニオン性で安定化された分散液の製造）
DE19907704A1の記載に従って得られ、塩不含となるように向流限外濾過により洗浄された３１．２％メタノール系酸化亜鉛分散液２００ｇを、ビーカー中で水を添加して８３３ｇとし、翼型撹拌機を用いた撹拌により分散させた（３０分間）。次いで、分散液を回転蒸発器中で浴温５０℃で濃縮して６００ｇとした。
【００５３】
容量１Ｌのビーカー中に、ナトリウム水ガラス１０．３ｇと１Ｎ 水酸化ナトリウム２０．８ｇと水２７８ｇとからなる混合物を装入し、ウルトラツラックス(IKA, T25 Basic、18000r.p.m.で)を用いて強力に撹拌しながらＺｎＯ分散液を滴下漏斗を介して４分間に亘り添加した。添加の終了後、ウルトラツラックスを用いてさらに１分間撹拌し、フラスコ中に移し、翼型撹拌機を用いて６０℃で２０分間撹拌した。氷浴中で冷却した後、４２４０r.p.m.で６０分間遠心分離を行った。上澄みを傾瀉し、残渣を水３００ｇ中に取り出し、３０分間撹拌した。溶液を再度遠心分離にかけ、（４２４０r.p.m.、６０分間）上澄みを傾瀉した。残渣を合わせ、０．１％ポリアクリル酸ナトリウム溶液５００ｇを添加し(Fluka, ポリアクリル酸ナトリウム、５１００)、ウルトラツラックス(IKA Werke, T25 Basic)中で１８０００r.p.m.で７分間分散させた。非分散フラクションを遠心分離により分離した（４２４０r.p.m.、４０分間）。分散処理をさらに２回繰り返し、残渣を集めた（１６０７ｇ、３．１７％ＺｎＯ、Ｑ＝３３）。このようにして得られた、アニオン性で安定化されたＺｎＯ分散液を、弱酸のイオン交換体(Lewatit（登録商標）CNP 80 WS)を用いてｐＨ＝８．５に調節し、ポリアクリル酸ナトリウム３．４ｇを添加し(Fluka、ポリアクリル酸ナトリウム、５１００)、混合物を回転蒸発器中で浴温６０℃で濃縮して４７５ｇとした。次いで、混合物をまず１μｍの膜フィルターで、次に０．２μｍの膜フィルターで濾過した。得られた分散液は９のｐＨ値、１０．１４％のＺｎＯ含量および３２のＱ値を有していた。元素分析により、８．５％のＺｎ含量が得られ、これは酸化亜鉛１０．６％に相当する。
【００５４】
超遠心分離測定により、２８ｎｍの平均凝集サイズが得られた（質量分布のｄ５０値）。
【００５５】
実施例４
ラテックス成形品を製造するための、実施例３から得られた分散液の使用
HA型の天然ラテックス１６７ｇと、１０％水酸化カリウム溶液５．０質量部および安定剤、有利に２０％ラウリン酸カリウム溶液１．２５質量部とを、室温で撹拌しながら混合し、次いで安定化させる。次に、５０％の濃度を有する粉砕された加硫ペースト７．８質量部を添加する。この加硫ペーストはコロイド硫黄１．５質量部、亜鉛ジチオカルバメート促進剤(ZDEC)０．６質量部、亜鉛メルカプトベンゾチアゾール促進剤(ZMBT)０．３質量部およびフェノールベースの老化防止剤１．０質量部および５％分散剤水溶液からなり、この場合この分散剤水溶液はナフタレンスルホン酸とホルムアルデヒドとの縮合物のナトリウム塩からなる。次いで、この混合物を水の添加により４５％の固体濃度に調節する。
【００５６】
これに引き続き、３０℃の温度で１６時間に亘り熟成処理を行う。分布を改善するために、１０．１％の濃度に調節された実施例３記載のようなナノスケールの酸化亜鉛０．１質量部を、熟成の直前に撹拌しながら添加する。
【００５７】
この熟成されたコンパウンドを１００μフィルターで濾過する。次いで浸漬処理を行うが、これは特別に準備されたガラスプレート上で行う。このガラスプレートは、微細な粒状のチョーク１０％を添加した１５％硝酸カルシウム溶液からなる凝集剤水溶液中に前もって浸漬され、乾燥されたものである。約０．２０ｍｍの被膜コーティングを得るために、このように準備されたガラスプレートを上記混合物中に約２０秒間浸漬させる。
【００５８】
このようにして製造された被膜を熱風中で８０℃で（３０分間）乾燥させ、その後すぐに１２０℃で５分間加硫を行う。
【００５９】
このようにして製造された被膜を標準大気中で２４時間に亘り状態調整し、その後、老化しないうちに強度試験を行い、この強度試験においてモジュール、強度および破断点伸びを測定する。
【００６０】
結果は、明らかにより低い計量供給量において、酸化亜鉛白色シール(Weisssiegel)１．０質量部（２９．１ＭＰａ／５分）または広い表面を有する酸化亜鉛０．５質量部（３２．４ＭＰａ／５分）を用いた比較試験と比較可能な強度値（２７．９ＭＰａ／加硫５分）を示す。
【００６１】
３００％伸びでのモジュールは、本発明によらない酸化亜鉛白色シール(WS)または広い表面を有する酸化亜鉛を使用した比較サンプルの場合よりも明らかに低い。この効果により、改善された摩耗性がもたらされる。
【００６２】
破断点伸び（８６４％／５分）は、同様に、酸化亜鉛白色シール１．０質量部（７９０％／５分）または広い表面を有する酸化亜鉛０．５質量部（８４３％／５分）を用いた比較試験より高い値を示す。
【００６３】
老化後の評価は、１００℃での高温空気中で８時間、１６時間および２４時間貯蔵した後の安定性において明らかな改善を示す。ゴムの劣化は、本発明によらない酸化亜鉛の場合よりも緩慢に進行する。強度の低下はこの場合単に２２．６％であるに過ぎない。通常使用される酸化亜鉛と比較して、強度の低下は３７．２％である。
【００６４】
実施例５
HA型の天然ラテックス１６７ｇと、１０％水酸化カリウム溶液５．０質量部および安定剤、有利に２０％ラウリン酸カリウム溶液１．２５質量部とを、室温で撹拌しながら混合し、安定化させる。次に、５０％の濃度を有する粉砕された加硫ペースト７．８質量部を添加する。この加硫ペーストはコロイド硫黄１．５質量部、亜鉛ジチオカルバメート促進剤(ZDEC)０．６質量部、亜鉛メルカプトベンゾチアゾール促進剤(ZMBT)０．３質量部およびフェノールベースの老化防止剤１．０質量部および５％分散剤水溶液からなり、この場合この分散剤水溶液はナフタレンスルホン酸とホルムアルデヒドとの縮合物のナトリウム塩からなる。
【００６５】
次いで、この混合物を水の添加により４５％の固体濃度に調節する。
【００６６】
これに引き続き、３０℃の温度で１６時間に亘り熟成処理を行う。その後、より良好な分布を達成するために、１０．１％の濃度に調節された実施例３記載のようなナノスケールの酸化亜鉛０．０５質量部を、熟成の直前に撹拌しながら添加する。
【００６７】
この熟成されたコンパウンドを１００μフィルターで濾過する。次いで浸漬処理を行うが、これは特別に準備されたガラスプレート上で行う。このガラスプレートは、微細な粒状のチョーク１０％を添加した１５％硝酸カルシウム溶液からなる凝集剤水溶液中に前もって浸漬され、乾燥されたものである。約０．２０ｍｍの被膜コーティングを得るために、このように準備されたガラスプレートを上記混合物中に約２０秒間浸漬させる。
【００６８】
このようにして製造された被膜を熱風中で８０℃で（３０分間）乾燥させ、その後すぐに１２０℃で５分間加硫を行う。
【００６９】
このようにして製造された被膜を標準大気中で２４時間に亘り状態調整し、その後、老化しないうちに強度試験を行い、この強度試験においてモジュール、強度および破断点伸びを測定する。
【００７０】
結果は、明らかにより低い計量供給量においてさえ、酸化亜鉛白色シール１．０質量部（２９．１ＭＰａ／５分）または広い表面を有する酸化亜鉛０．５質量部（３２．４ＭＰａ／５分）を用いた比較試験と比較可能な強度値（２９．６ＭＰａ／加硫５分）を示す。
【００７１】
この場合、３００％および７００％伸びでのモジュールは、酸化亜鉛白色シール(WS)（本発明によらない）または広い表面を有する酸化亜鉛を使用した比較サンプルの場合よりも明らかに低い。この効果により、改善された摩耗性がもたらされる。
【００７２】
破断点伸び（９２５％／５分）は、同様に、酸化亜鉛白色シール１．０質量部（７９０％／５分）または広い表面を有する酸化亜鉛０．５質量部（８４３％／５分）を用いた比較試験より高い値を示す。
【００７３】
老化後の評価は、１００℃での高温空気中で８時間、１６時間および２４時間貯蔵した後の安定性において明らかな改善を示す。ゴムの劣化は、本発明によらない酸化亜鉛の場合よりも緩慢に進行する。強度の低下はこの場合単に１９．６％であるに過ぎない。通常使用される酸化亜鉛と比較して、強度の低下は３７．２％である。
【０００１】
本発明は、ナノ粒子酸化亜鉛のアニオン性で安定化された水性分散液、該水性分散液の製造法および該水性分散液の使用に関する。
【０００２】
ナノ粒子系により、一方では、より大きな粒子を用いては実現不可能であろう適用、例えば、透明な適用物におけるナノ粒子の無機ＵＶ吸収体の使用下におけるＵＶ保護の適用への道が開かれ、また他方ではナノ粒子は適用分野において著しい効果の改善を可能にし、その際、活性種の可能な限り広い表面および均一な分布は重要である。
【０００３】
従って、ナノ粒子系を利用可能にするために、系のナノ粒子の状態を適用まで維持することは殊に重要である。このために、製造により得られた粒子を適用固有の配合物中に再分散させることはしばしば不可欠である。この場合、一方では長期間に亘り、かつ広い温度範囲に亘って沈降安定であり、また他方では別の分散液成分、例えば電解質または電荷を有する粒子に対して反応しないナノ粒子配合物およびナノ分散配合物を製造することは特別な難題である。
【０００４】
例えば、ナノ粒子酸化亜鉛は、その両性の特性および等電点の位置（ｐＨ約９．５）に基づき、水中で容易に安定に分散することは不可能である。殊に、添加された電解質およびイオン性分散液成分に対して、非常にわずかな安定性であるに過ぎない。しかしながら、酸化亜鉛の水性分散液はｐＨが＞９．５の値にずれることにより容易に安定化されることはできず、それというのも、分散液の不安定化は等電点の超過に関連しているからである。
【０００５】
安定化のもう１つの可能性は、等電点をより低いｐＨ値へとずらすことである。これは、原理的にポリ電解質を使用することにより起こり得る。このような処理はWO-A 95/24359に記載されており、この刊行物において、ポリアクリル酸のナトリウム塩は、酸化亜鉛を粉砕する際の粉砕添加物として使用されている。しかしながら、DE19907704A1により製造された酸化亜鉛ナノ粒子の水性分散液のために、ポリアクリル酸塩を添加した際、安定化の効果ではなく、不安定化の効果が見出された。
【０００６】
近年、さらに、酸化亜鉛粒子を密で非晶質のSiO２層で被覆することにより、シリケート表面の公知の良好な水分散性を利用する安定化の方法が記載されている。例えばUS-A5914101には、粒状の酸化亜鉛と安定剤とからなる水性分散液が記載されており、この水性分散液中で、酸化亜鉛粒子は技術的に費用のかかる方法で、密で非晶質なSiO２の層で被覆される。この方法の欠点は、被覆が化学的活性の著しい損失を招き、従って例えば、触媒の目的のために不可欠である、酸化亜鉛の化学的特性が失われるという点にある。
【０００７】
従って、本発明は、添加された電解質およびアニオン性分散液成分に対して反応しない、ナノ粒子酸化亜鉛のアニオン性で安定化された分散液を、上記の方法の欠点を有することなく開発するという課題に基づくものであった。
【０００８】
本発明の課題は、以下で詳説された本発明による酸化亜鉛分散液により解決された。
【０００９】
従って本発明は、３０ｎｍ以下、有利に１５ｎｍ以下の平均１次粒径および１００ｎｍ以下、有利に５０ｎｍ以下の平均凝集サイズを有するナノ粒子酸化亜鉛のアニオン性で安定化された水性分散液を提供し、その際、この酸化亜鉛粒子の表面はｐＨ値≧７、有利に≧８で負の電荷を有し、分散液中のナノ粒子酸化亜鉛の含量は０．０１〜３０質量％、有利に０．０５〜２０質量％、殊に０．０５〜１５質量％である。
【００１０】
負の電荷とは、マレルバゼータサイザー(Malerva Zetasizer)を使用して微量電気泳動法により慣用の方法で測定された負のゼータ電位であると解釈される。
【００１１】
本発明によれば、ｐＨ値≧７で測定され、＜−３０ｍＶの負のゼータ電位として表示された負の電荷は、有利に＜４０ｍＶである。
【００１２】
本発明は、上記の平均１次粒径および平均凝集サイズを有する、アニオン性で安定化された水性酸化亜鉛分散液の製造法をも提供し、この製造法は、上記の１次粒径および凝集サイズを有する酸化亜鉛粒子を含有する水性酸化亜鉛分散液をアルカリシリケート溶液で処理し、その際、分散液中のナノ粒子酸化亜鉛の含量は０．０１〜３０質量％、有利に０．０５〜２０質量％、殊に０．０５〜１５質量％であることを特徴とする。
【００１３】
アルカリシリケート溶液を用いた相応する酸化亜鉛分散液の本発明による処理により、本発明によるアニオン性で安定化された酸化亜鉛分散液が得られ、その際、 −上記の通り− 酸化亜鉛粒子の表面はｐＨ値≧７で負の電荷を有している。
【００１４】
本発明による方法は、有利に、適当な酸化亜鉛を、この酸化亜鉛の等電点を下回るｐＨ値で水中に分散させ、アルカリシリケート溶液（以下で水ガラスと記載される）か、または水ガラスと塩基との混合物か、または水ガラスと塩基と安定剤との混合物を、酸化亜鉛が、凝集することなくアニオンの電荷逆転下に置かれるように添加することにより行われる。この添加は有利に強力な撹拌下に、殊に有利にロータステータ(Rotor-Stator)系、例えばウルトラツラックス(Ultraturrax)、ノズル噴射分散機または同様の装置の使用下に、または超音波作用下で行われる。
【００１５】
使用可能なアルカリシリケートとして、殊にナトリウム水ガラスおよびカリウム水ガラスが挙げられる。
【００１６】
１次粒子分散法または準(nahezu)１次粒子分散法により水中で容易に分散可能なナノ粒子酸化亜鉛の使用は有利である。３０ｎｍ以下、有利に１５ｎｍ以下の平均１次粒径を有するこの種の酸化亜鉛の使用は殊に有利である。DE19907704A1に記載されているようなアルコールまたはアルコール−水混合物中での亜鉛化合物の塩基性加水分解により得られる酸化亜鉛ゲルまたは懸濁液の使用は極めて殊に有利である。
【００１７】
酸化亜鉛は水中に添加され、撹拌により分散される。この場合に生じる、濃度および分散状態に応じて半透明から乳白色である分散液は、ＺｎＯ約０．０１〜３０質量％、有利に０．０５〜２０質量％、殊に０．０５〜１５質量％を含有する。ＺｎＯ源としてメタノール含有ＺｎＯ懸濁液を使用する場合、メタノールは有利に例えば蒸留により水性懸濁液から除去される。分散液の安定性を改善するために、ここに適当な添加剤が添加されてよく、その際、ゲル化を回避する６−アミノヘキサン酸または比較可能な物質が有利である。
【００１８】
分散された酸化亜鉛粒子の平均凝集サイズは、約１００ｎｍ以下、有利に５０ｎｍ以下である。１次粒子の粒径はTEMスキャン（透過型電子顕微鏡走査）により測定され、凝集サイズは超遠心分離測定により測定される。
【００１９】
分散処理の温度は分散剤の凝固点とその沸点との間であってよく、有利に約１０〜８０℃であってよい。
【００２０】
電荷逆転はアルカリシリケート水溶液を用いて行われることができ、その際、ナトリウム水ガラスが有利である。この場合、シリケート溶液は希釈されて使用されてもよいし、希釈されずに使用されてもよい。水溶液中のアルカリシリケートの濃度は、市販の３５％シリケート溶液に対して約０．１〜１０質量％、有利に０．５〜２質量％である。電荷逆転のために、または水性ＺｎＯ分散液の処理のために使用されるアルカリシリケート溶液の量は、上記の負の電荷がＺｎＯ粒子の表面上に形成されるように算出される。
【００２１】
有利な実施態様において、アルカリシリケート溶液に塩基、有利にアルカリ水酸化物が添加される。水酸化ナトリウム水溶液の使用は殊に有利である。水溶液中の塩基の濃度は、１Ｎ ＮａＯＨに対して通常１〜１０質量％、有利に４〜６質量％である。
【００２２】
さらに有利な実施態様において、シリケート溶液に、塩基に付加的に安定剤が添加される。ポリアクリル酸塩、例えば５１００の平均分子量を有するポリアクリル酸ナトリウム塩の使用は殊に有利である。水溶液中の添加された安定剤の量は、塩に対して約０．０１〜１質量％、有利に０．０５〜０．２質量％である。
【００２３】
電荷逆転の温度は分散剤の凝固点とその沸点との間であってよく、有利に約１０〜８０℃、殊に有利に２０〜６０℃であってよい。
【００２４】
電荷逆転は有利にウルトラツラックスを備えた反応器中で行われる。この場合、条件は、酸化亜鉛濃度に関してのみならず、混合条件および剪断力に関して、電荷逆転の際に酸化亜鉛が凝集しないように選択される。
【００２５】
このようにして得られた酸化亜鉛分散液は、酸、例えば硫酸、塩基、例えば水酸化ナトリウム、緩衝物質、例えばリン酸ナトリウムの添加により、またはイオン交換器、例えばLewatiten（登録商標）を使用することにより、またはダイアフィルトレーションにより所望のｐＨ値に調整される。イオン交換器の使用は有利である。
【００２６】
必要であれば、このようにして得られた酸化亜鉛分散液は、例えば蒸留、遠心分離、または膜濾過により濃縮されてよい。
【００２７】
さらに有利な実施態様において、水性酸化亜鉛分散液はまず適当な安定剤により安定化され、次いでアルカリシリケート溶液と反応される。
【００２８】
選択的に、ＺｎＯ分散液をまず凝集させ、次いで再分散させることにより電荷逆転を行ってもよい。
【００２９】
この場合、使用された酸化亜鉛は水中に添加され、撹拌により分散される。この場合に生じる、濃度および分散状態に応じて半透明から乳白色である分散液は、ＺｎＯ約０．０１〜３０質量％、有利に０．０５〜２０質量％、殊に０．０５〜１５質量％を含有する。
【００３０】
電荷逆転は、水性酸化亜鉛分散液とシリケート水溶液とを合わせることにより行われる。この場合、濃度および混合条件は、酸化亜鉛が凝集するように選択される。
【００３１】
凝集温度は分散剤の凝固点とその沸点との間であってよく、有利に約１０〜１００℃、殊に有利に２０〜７０℃であってよい。
【００３２】
凝集後、この直後かまたは比較的長い撹拌後（この撹拌は上記の温度範囲で実施されてよい）、上澄みは濾過、沈降または遠心分離により凝集物から分離されてよい。
【００３３】
分離された凝集物は、水を添加することにより再分散されてよいが、しかしながら水／安定剤混合物を添加することにより再分散されてもよく、この際、水／ポリ電解質混合物は有利であり、水／ポリアクリル酸ナトリウム塩混合物は殊に有利である。この再分散は撹拌により、場合により高められた温度で、有利に高い剪断力下に、殊に有利にロータステータ系を使用することにより、および／または超音波の作用下に、および／またはノズル噴射分散機の作用下に行われてよい。
【００３４】
再分散されたフラクションは、濾過、沈降、遠心分離または適当な分離処理により、非分散残渣から分離される。分散された材料の良好な収率を得るために、再分散および分離の処理は数回繰り返されてよい。
【００３５】
このようにして得られた酸化亜鉛分散液は、再度、酸または塩基の添加により、またはイオン交換器の使用より、所望のｐＨ値に調節されることができる。
【００３６】
必要であれば、このようにして得られた酸化亜鉛分散液は、例えば蒸留、遠心分離、または膜濾過により濃縮されてよい。
【００３７】
本発明のさらに有利な実施態様において、水性酸化亜鉛分散液はまずｐＨ値を変化させることにより、有利にアルカリ水酸化物水溶液を添加することにより不安定化され、次いで沈殿後上澄みから分離され、その後水または再度水／安定剤混合物を用いて取り出され、その際、水とポリアクリル酸のナトリウム塩との混合物は有利である。これは撹拌により、場合により高められた温度で、有利に高い剪断力下に、殊に有利にロータステータ系を使用することにより、および／または超音波の作用下に、および／またはノズル噴射分散機の作用下に行われてよい。
【００３８】
このようにして得られた分散液は、アルカリシリケート水溶液を添加することにより、上記のように凝集を招くことなく安定な分散液へと変化されることができる。
【００３９】
本発明は、ラテックス成形品の加硫の際の加硫共活性剤としての、本発明によるナノ粒子酸化亜鉛のアニオン性の安定化された分散液の使用をも提供する。
【００４０】
本発明によるナノ粒子酸化亜鉛のアニオン性の安定化された分散液は、 −上記の通り− 天然ゴムおよび合成ゴムの全ての型をベースとしたラテックスの製造の際の加硫共活性剤として使用されることができる。
【００４１】
ラテックスの製造のために使用できる適当なゴムには、種々の天然ラテックスゴムに加え、例えば以下のような合成ゴムが含まれる：
ポリイソプレン、
アクリロニトリル／ブタジエンコポリマー、
カルボキシル化アクリロニトリル／ブタジエンコポリマー、
自己架橋基を有するカルボキシル化アクリロニトリル／ブタジエンコポリマー、
スチレン／ブタジエンコポリマー、
カルボキシル化スチレン／ブタジエンコポリマー、
自己架橋基を有するカルボキシル化スチレン／ブタジエンコポリマー、
アクリロニトリル／ブタジエン／スチレンコポリマー、
カルボキシル化アクリロニトリル／ブタジエン／スチレンコポリマー、
自己架橋基を有するカルボキシル化アクリロニトリル／ブタジエン／スチレンコポリマー、および
クロロブタジエンラテックスおよびカルボキシル化クロロブタジエンラテックス。
【００４２】
しかしながら、天然ラテックス、カルボキシル化アクリロニトリル／ブタジエンコポリマーおよびクロロブタジエンラテックス並びにカルボキシル化クロロブタジエンラテックスは好ましい。
【００４３】
種々のゴムラテックスの加硫において、本発明による酸化亜鉛分散液は、加硫の際、ラテックス混合物１００質量部に対して約２．０〜０．０１、有利に０．５〜０．０５の量で添加される（ドライ／ドライ）。
【実施例】
【００４４】
実施例
コロイドＺｎＯ含量の光学的測定を、別に記載がない限り、Shimadzu UVVIS分光計を用いて、１ｃｍの石英セルを使用して実施した。吸光係数としてε３０２＝１２．４Ｌ／（ｇｘｃｍ）を選択した。
【００４５】
石英セル（１ｃｍ）中でUVVIS分光計（上記参照）を用いて３５０ｎｍおよび４００ｎｍで測定された吸光係数を、ＺｎＯナノ分散液のための品質特性Ｑとして採用した。これは、Ｑの値が高くなるほど、スペクトル中に含まれる分散されたフラクションは少なくなり、かつ分散液中に含まれる酸化亜鉛粒子はより良好に分散されることを意味する。
【００４６】
遠心分離処理を、別に記載がない限り、２２．９ｃｍのロータ（ビーカー中心までの半径）を備えたHeraeus社の実験室遠心分離機(Cryofuge 6000i)中で実施した。
【００４７】
実施例１
成分Ａ：
水１０００ｇ中の６−アミノヘキサン酸１０ｇの溶液を、DE19907704A1から製造された３３．６５％メタノール系ＺｎＯナノ粒子懸濁液４８９．４ｇに添加し、さらに水を添加して４５００ｇとし、撹拌（３０分間）により分散させた。含まれるメタノールを蒸留により分散液から除去し、水を添加することにより、分散液を３％ＺｎＯとなるように調整した（５０１０ｇ、ｐＨ＝７．２、品質特性Ｑ＝７３）。
【００４８】
成分Ｂ：
Aldrich社製ナトリウム水ガラス６．８ｇを１Ｎ ＮａＯＨ３４ｇおよびポリアクリル酸ナトリウム１．２６ｇ(Fluka 5100（平均分子量）)と混合し、水を添加して８３５ｇとした。
【００４９】
成分Ａ１６７０ｇと成分Ｂの全量とを別個の貯蔵容器中に装入し、ホース導管により５０ｍｌ／分（Ａ）および２５ｎｍ／分（Ｂ）の速度で、水３００ｍｌを含む混合室中に供給し、全体をウルトラツラックス(IKA, T25 Basic, Type S25N-18G 分散装置)を用いて24000r.p.m.で完全に混合した。ＡとＢとの混合により形成された生成物を７５ｍｌ／分の速度で連続的に混合室から受け器に排出した。前流分(Vorlauf)３９６．２ｇと後流分(Nachlauf)２６６．９ｇとを分離した後、２％ＺｎＯ分散液（Ｑ＝４３）２０４２．３ｇが得られた。弱酸のイオン交換樹脂１４．６ｇ（固形量；Lewatit（登録商標）CNP80WS, Bayer AG）をこの分散液に添加し、６０℃で２５分間撹拌した。イオン交換樹脂を分離した後、室温におけるｐＨ値は８．３であった。水６０ｇ中に溶解させたさらなるポリアクリル酸ナトリウム２．９ｇをこの分散液に添加した（２０５４ｇ）。この分散液９３１．８ｇを回転蒸発器中で蒸発させることにより濃縮させ、ＺｎＯの最終濃度を１１％とした（Ｑ＝３３）。
【００５０】
このようにして得られた分散液の超遠心分離測定により、３３ｎｍの平均凝集サイズが得られた（質量分布のｄ５０値）。
【００５１】
実施例２（比較）
（水ガラスなし）
例１の記載に従って製造された３％水性分散液１６５０ｇ（成分Ａ）および１Ｎ ＮａＯＨ３３．８ｇとDispex N 40 ３．２５ｇと水とからなる混合物８２５ｇ（成分Ｂ）を、別個の貯蔵容器中に装入し、ホース導管により５０ｍｌ／分（Ａ）および２５ｎｍ／分（Ｂ）の速度で、水３００ｍｌを含む混合室中に供給し、この混合室中でウルトラツラックス(IKA, T25 Basic, Type S25N-18G分散装置)を用いて24000r.p.m.で混合した。ＡとＢとの混合により形成された生成物を７５ｍｌ／分の速度で混合室から連続的に受け器に排出した。前流分(Vorlauf)３９５．４ｇと後流分(Nachlauf)２４８．１ｇとを分離した後、２％ＺｎＯ分散液（Ｑ＝１７）２０３９．１ｇが得られた。弱酸のイオン交換樹脂１５．５ｇ（固形量；Lewatit（登録商標）CNP80WS, Bayer AG）をこの分散液に添加し、６０℃で１５分間撹拌した。イオン交換樹脂を分離した後、室温におけるｐＨ値は８．３であった。短い放置時間の経過後、分散液が偏析していることが認められた。
【００５２】
実施例３
（本発明による凝集処理によるアニオン性で安定化された分散液の製造）
DE19907704A1の記載に従って得られ、塩不含となるように向流限外濾過により洗浄された３１．２％メタノール系酸化亜鉛分散液２００ｇを、ビーカー中で水を添加して８３３ｇとし、翼型撹拌機を用いた撹拌により分散させた（３０分間）。次いで、分散液を回転蒸発器中で浴温５０℃で濃縮して６００ｇとした。
【００５３】
容量１Ｌのビーカー中に、ナトリウム水ガラス１０．３ｇと１Ｎ 水酸化ナトリウム２０．８ｇと水２７８ｇとからなる混合物を装入し、ウルトラツラックス(IKA, T25 Basic、18000r.p.m.で)を用いて強力に撹拌しながらＺｎＯ分散液を滴下漏斗を介して４分間に亘り添加した。添加の終了後、ウルトラツラックスを用いてさらに１分間撹拌し、フラスコ中に移し、翼型撹拌機を用いて６０℃で２０分間撹拌した。氷浴中で冷却した後、４２４０r.p.m.で６０分間遠心分離を行った。上澄みを傾瀉し、残渣を水３００ｇ中に取り出し、３０分間撹拌した。溶液を再度遠心分離にかけ、（４２４０r.p.m.、６０分間）上澄みを傾瀉した。残渣を合わせ、０．１％ポリアクリル酸ナトリウム溶液５００ｇを添加し(Fluka, ポリアクリル酸ナトリウム、５１００)、ウルトラツラックス(IKA Werke, T25 Basic)中で１８０００r.p.m.で７分間分散させた。非分散フラクションを遠心分離により分離した（４２４０r.p.m.、４０分間）。分散処理をさらに２回繰り返し、残渣を集めた（１６０７ｇ、３．１７％ＺｎＯ、Ｑ＝３３）。このようにして得られた、アニオン性で安定化されたＺｎＯ分散液を、弱酸のイオン交換体(Lewatit（登録商標）CNP 80 WS)を用いてｐＨ＝８．５に調節し、ポリアクリル酸ナトリウム３．４ｇを添加し(Fluka、ポリアクリル酸ナトリウム、５１００)、混合物を回転蒸発器中で浴温６０℃で濃縮して４７５ｇとした。次いで、混合物をまず１μｍの膜フィルターで、次に０．２μｍの膜フィルターで濾過した。得られた分散液は９のｐＨ値、１０．１４％のＺｎＯ含量および３２のＱ値を有していた。元素分析により、８．５％のＺｎ含量が得られ、これは酸化亜鉛１０．６％に相当する。
【００５４】
超遠心分離測定により、２８ｎｍの平均凝集サイズが得られた（質量分布のｄ５０値）。
【００５５】
実施例４
ラテックス成形品を製造するための、実施例３から得られた分散液の使用
HA型の天然ラテックス１６７ｇと、１０％水酸化カリウム溶液５．０質量部および安定剤、有利に２０％ラウリン酸カリウム溶液１．２５質量部とを、室温で撹拌しながら混合し、次いで安定化させる。次に、５０％の濃度を有する粉砕された加硫ペースト７．８質量部を添加する。この加硫ペーストはコロイド硫黄１．５質量部、亜鉛ジチオカルバメート促進剤(ZDEC)０．６質量部、亜鉛メルカプトベンゾチアゾール促進剤(ZMBT)０．３質量部およびフェノールベースの老化防止剤１．０質量部および５％分散剤水溶液からなり、この場合この分散剤水溶液はナフタレンスルホン酸とホルムアルデヒドとの縮合物のナトリウム塩からなる。次いで、この混合物を水の添加により４５％の固体濃度に調節する。
【００５６】
これに引き続き、３０℃の温度で１６時間に亘り熟成処理を行う。分布を改善するために、１０．１％の濃度に調節された実施例３記載のようなナノスケールの酸化亜鉛０．１質量部を、熟成の直前に撹拌しながら添加する。
【００５７】
この熟成されたコンパウンドを１００μフィルターで濾過する。次いで浸漬処理を行うが、これは特別に準備されたガラスプレート上で行う。このガラスプレートは、微細な粒状のチョーク１０％を添加した１５％硝酸カルシウム溶液からなる凝集剤水溶液中に前もって浸漬され、乾燥されたものである。約０．２０ｍｍの被膜コーティングを得るために、このように準備されたガラスプレートを上記混合物中に約２０秒間浸漬させる。
【００５８】
このようにして製造された被膜を熱風中で８０℃で（３０分間）乾燥させ、その後すぐに１２０℃で５分間加硫を行う。
【００５９】
このようにして製造された被膜を標準大気中で２４時間に亘り状態調整し、その後、老化しないうちに強度試験を行い、この強度試験においてモジュール、強度および破断点伸びを測定する。
【００６０】
結果は、明らかにより低い計量供給量において、酸化亜鉛白色シール(Weisssiegel)１．０質量部（２９．１ＭＰａ／５分）または広い表面を有する酸化亜鉛０．５質量部（３２．４ＭＰａ／５分）を用いた比較試験と比較可能な強度値（２７．９ＭＰａ／加硫５分）を示す。
【００６１】
３００％伸びでのモジュールは、本発明によらない酸化亜鉛白色シール(WS)または広い表面を有する酸化亜鉛を使用した比較サンプルの場合よりも明らかに低い。この効果により、改善された摩耗性がもたらされる。
【００６２】
破断点伸び（８６４％／５分）は、同様に、酸化亜鉛白色シール１．０質量部（７９０％／５分）または広い表面を有する酸化亜鉛０．５質量部（８４３％／５分）を用いた比較試験より高い値を示す。
【００６３】
老化後の評価は、１００℃での高温空気中で８時間、１６時間および２４時間貯蔵した後の安定性において明らかな改善を示す。ゴムの劣化は、本発明によらない酸化亜鉛の場合よりも緩慢に進行する。強度の低下はこの場合単に２２．６％であるに過ぎない。通常使用される酸化亜鉛と比較して、強度の低下は３７．２％である。
【００６４】
実施例５
HA型の天然ラテックス１６７ｇと、１０％水酸化カリウム溶液５．０質量部および安定剤、有利に２０％ラウリン酸カリウム溶液１．２５質量部とを、室温で撹拌しながら混合し、安定化させる。次に、５０％の濃度を有する粉砕された加硫ペースト７．８質量部を添加する。この加硫ペーストはコロイド硫黄１．５質量部、亜鉛ジチオカルバメート促進剤(ZDEC)０．６質量部、亜鉛メルカプトベンゾチアゾール促進剤(ZMBT)０．３質量部およびフェノールベースの老化防止剤１．０質量部および５％分散剤水溶液からなり、この場合この分散剤水溶液はナフタレンスルホン酸とホルムアルデヒドとの縮合物のナトリウム塩からなる。
【００６５】
次いで、この混合物を水の添加により４５％の固体濃度に調節する。
【００６６】
これに引き続き、３０℃の温度で１６時間に亘り熟成処理を行う。その後、より良好な分布を達成するために、１０．１％の濃度に調節された実施例３記載のようなナノスケールの酸化亜鉛０．０５質量部を、熟成の直前に撹拌しながら添加する。
【００６７】
この熟成されたコンパウンドを１００μフィルターで濾過する。次いで浸漬処理を行うが、これは特別に準備されたガラスプレート上で行う。このガラスプレートは、微細な粒状のチョーク１０％を添加した１５％硝酸カルシウム溶液からなる凝集剤水溶液中に前もって浸漬され、乾燥されたものである。約０．２０ｍｍの被膜コーティングを得るために、このように準備されたガラスプレートを上記混合物中に約２０秒間浸漬させる。
【００６８】
このようにして製造された被膜を熱風中で８０℃で（３０分間）乾燥させ、その後すぐに１２０℃で５分間加硫を行う。
【００６９】
このようにして製造された被膜を標準大気中で２４時間に亘り状態調整し、その後、老化しないうちに強度試験を行い、この強度試験においてモジュール、強度および破断点伸びを測定する。
【００７０】
結果は、明らかにより低い計量供給量においてさえ、酸化亜鉛白色シール１．０質量部（２９．１ＭＰａ／５分）または広い表面を有する酸化亜鉛０．５質量部（３２．４ＭＰａ／５分）を用いた比較試験と比較可能な強度値（２９．６ＭＰａ／加硫５分）を示す。
【００７１】
この場合、３００％および７００％伸びでのモジュールは、酸化亜鉛白色シール(WS)（本発明によらない）または広い表面を有する酸化亜鉛を使用した比較サンプルの場合よりも明らかに低い。この効果により、改善された摩耗性がもたらされる。
【００７２】
破断点伸び（９２５％／５分）は、同様に、酸化亜鉛白色シール１．０質量部（７９０％／５分）または広い表面を有する酸化亜鉛０．５質量部（８４３％／５分）を用いた比較試験より高い値を示す。
【００７３】
老化後の評価は、１００℃での高温空気中で８時間、１６時間および２４時間貯蔵した後の安定性において明らかな改善を示す。ゴムの劣化は、本発明によらない酸化亜鉛の場合よりも緩慢に進行する。強度の低下はこの場合単に１９．６％であるに過ぎない。通常使用される酸化亜鉛と比較して、強度の低下は３７．２％である。
Claims (4)
- ３０ｎｍ以下の平均１次粒径および１００ｎｍ以下の平均凝集サイズを有するナノ粒子酸化亜鉛のアニオン性で安定化された水性分散液において、酸化亜鉛粒子の表面がｐＨ値≧７で負の電荷を有し、分散液中のナノ粒子酸化亜鉛の含量が０．０１〜３０質量％であることを特徴とする、ナノ粒子酸化亜鉛のアニオン性で安定化された水性分散液。
- 酸化亜鉛粒子の表面が、ｐＨ値≧７で、負のゼータ電位として表示された＜−３０ｍＶの負の電荷を有している、請求項１記載のナノ粒子酸化亜鉛のアニオン性で安定化された水性分散液。
- 請求項１および２記載のナノ粒子酸化亜鉛のアニオン性で安定化された水性分散液の製造法において、３０ｎｍ以下の平均１次粒径および１００ｎｍ以下の平均凝集サイズを有する酸化亜鉛粒子を含有する水性酸化亜鉛分散液をアルカリシリケート溶液で処理し、その際、分散液中の酸化亜鉛の含量が０．０１〜３０質量％であることを特徴とする、ナノ粒子酸化亜鉛のアニオン性で安定化された水性分散液の製造法。
- ラテックス成形品の加硫のための加硫活性剤としての、請求項１記載のナノ粒子酸化亜鉛のアニオン性で安定化された分散液の使用。
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