JP2009506140A - 高マルチオレフィンハロブチルアイオノマーを含む過酸化物硬化性ゴムコンパウンド - Google Patents
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Abstract
Description
本発明によるナノクレー含有過酸化物硬化性コンパウンドのためのブチルアイオノマーを調製するのに有用な高マルチオレフィンブチルポリマーは、少なくとも1種のイソオレフィンモノマー、少なくとも1種のマルチオレフィンモノマー、および場合によりさらなる共重合性モノマーから誘導される。
Mは、+3の形式的酸化状態にあるホウ素、アルミニウム、ガリウム、またはインジウムであり、かつ、
Qは独立して、ヒドリド、ジアルキルアミド、ハライド、ヒドロカルビル、ヒドロカルビルオキシド、ハロ置換ヒドロカルビル、ハロ置換ヒドロカルビルオキシド、およびハロ置換シリルヒドロカルビル基から選択される)。
I)溶媒/希釈剤+イソオレフィン(好ましくはイソブテン)+マルチオレフィン(好ましくはジエン、イソプレン)
II)重合開始剤系
III)マルチオレフィン架橋剤。
次いで、得られた高マルチオレフィンブチルポリマーを、ハロゲン化プロセスにかけて高マルチオレフィンハロブチルポリマーを製造することができる。臭素化または塩素化は、当業者に公知のプロセス、たとえば、『ラバー・テクノロジー(Rubber Technology)』第3版、モーリス・モートン(Mourice Morton)編、クルワー・アカデミック・パブリッシャーズ(Kluwer Academic Publishers)、p.297〜300およびこの参考文献内に引用されている文献に記載されている手順に従って実施することができる。
本発明のプロセスにおいては、次いで、高マルチオレフィンハロブチルポリマーを、少なくとも1種の次式で表される窒素および/またはリン含有求核剤と反応させることができる:
R1、R2およびR3は、直鎖状または分岐状のC1〜C18アルキル置換基、単環式であるかまたは縮合した複数のC4〜C8環からなるアリール置換基、および/または、たとえば、B、N、O、Si、P、およびSから選択されるヘテロ原子、からなる群より選択される。
本発明のゴムコンパウンドは、全てのタイプの成型品(たとえばタイヤ用コンパウンド)、ならびに、産業用ゴム物品(たとえば栓、減衰要素、異形材(profiles)、フィルム、コーティングなど)を製造するのに、理想的に適合している。本高マルチオレフィンハロブチルアイオノマーは単独で使用することもできるし、あるいは、他のゴム(たとえば、NR、BR、HNBR、NBR、SBR、EPDM、またはフルオロゴムなど)との混合物としても使用することができ、これらの硬化物品を形成することができる。コンパウンドの調製法は当業者の公知である。ほとんどの場合において、充填剤としてカーボンブラックが添加され、過酸化物系の硬化系が用いられる。コンパウンディングおよび加硫は当業者に公知のプロセス、たとえば、『エンサイクロペディア・オブ・ポリマー・サイエンス・アンド・エンジニアリング(Encyclopedia of Polymer Science and Engineering)』、第4巻、p.66以下(コンパウンディング)および第17巻、p.666以下(加硫)に記載されているプロセスにより実施される。
・高分散シリカ、たとえばケイ酸塩溶液の沈降法またはハロゲン化ケイ素の火炎加水分解法により調製され、5〜1000、好ましくは20〜400m2/gの比表面積(BET比表面積)と10〜400nmの一次粒径とを有するもの(このシリカは、場合により、たとえばAl、Mg、Ca、Ba、Zn、Zr、およびTiなどの他の金属酸化物との混合酸化物として存在し得る);
・合成ケイ酸塩、たとえばケイ酸アルミニウムおよびアルカリ土類金属ケイ酸塩;
・ケイ酸マグネシウムまたはケイ酸カルシウムであって、20〜400m2/gのBET比表面積と10〜400nmの一次粒子直径とを有するもの;
・天然ケイ酸塩(たとえば、カオリンおよびその他の天然産のシリカなど);
・ガラス繊維およびガラス繊維製品(マット、押出品)またはガラスミクロスフェア;
・金属酸化物、たとえば、酸化亜鉛、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、および酸化アルミニウム;
・金属炭酸塩、たとえば、炭酸マグネシウム、炭酸カルシウム、および炭酸亜鉛;
・金属水酸化物、たとえば、水酸化アルミニウムおよび水酸化マグネシウム、
またはこれらの組合せ。
・カーボンブラック;好適なカーボンブラックは、好ましくはランプブラック、ファーネスブラック、またはガスブラック法によって調製され、かつ、20〜200m2/gのBET比表面積を有する(たとえば、SAF、ISAF、HAF、FEF、またはGPFカーボンブラック);
または
・ゴムゲル、好ましくはポリブタジエン、ブタジエン/スチレンコポリマー、ブタジエン/アクリロニトリルコポリマー、およびポリクロロプレンをベースにするゴムゲル。
硬度および応力歪みの性質は、ASTM D−2240の条件に従ってA−2型硬度計を使用して測定した。応力歪みのデータは、ASTM D−412の方法Aの条件に従って23℃で得た。厚さ2mmの引張りシート〔160℃でtc90(90%硬化時間)+5分の間硬化したシート〕からの、ダイCのダンベル切り出し片を使用した。tc90の時間は、ASTM D−5289に従って、ムービング・ダイ・レオメーター(Moving Die Rheometer)(MRD2000E)を使用して、振動周波数1.7Hzおよび1度アークを使用し、170℃で全測定時間30分で測定した。硬化は、アラン−ブラッドレー・プログラマブル・コントローラ(Allan-Bradley Programmable Controller)を備えた、エレクトリック・プレス(Electric Press)を使用して実施した。1H NMRスペクトルは、ブルカー(Bruker)DRX500スペクトロメーター(500.13MHz、1H)を使用してCDCl3中で測定し、ケミカルシフトはテトラメチルシランを基準にした。
特に断らない限り、すべての試薬はオンタリオ州オークビル(Oakville, Ontario)のシグマ−アルドリッチ(Sigma-Aldrich)から入手したものをそのまま使用した。BIIR(BB2030)およびステアリン酸カルシウムは、ランクセス・インコーポレーテッド(LANXESS Inc)から供給されたものをそのまま使用した。エポキシ化大豆油(L.V.ローマス(L. V. Lomas))、イルガノックス(Irganox)1076(チバ・カナダ・リミテッド(CIBA Canada Ltd))、カーボンブラックIRB#7(バレンタイン・エンタープライズ・リミテッド(Balentine Enterprises Ltd))、HVA#2(デュポン・カナダ(Dupont Canada))、およびダイカップ(Dicup)40C(スツルクトール・カナダ(Struktol Canada))は、それぞれの供給業者から受け入れたものをそのまま使用した。
95Lの反応器中で、6.5モル%の1,4高イソプレンブチルポリマー(カナダ国特許第2,418,884号明細書実施例2に従って調製したもの)7kgの、31.8kgのヘキサンおよび2.31kgの水中の溶液に、110mLの元素状臭素を高速撹拌しながら添加した。5分後に、1Lの水中76gのNaOHの苛性溶液を添加することによって、反応を停止させた。さらに10分間撹拌した後、この反応混合物に、500mLのヘキサン中21.0gのエポキシ化大豆油および0.25gのイルガノックス(Irganox)(登録商標)1076の安定剤溶液と、500mLのヘキサン中47.0gのエポキシ化大豆油および105gのステアリン酸カルシウムのうち1種の溶液とを添加した。さらに1時間撹拌してから、高マルチオレフィンブチルポリマーを水蒸気凝固法により単離した。100℃で運転する2本ロール10インチ×20インチミルを使用してこの最終材料を恒量になるまで乾燥させた。得られた材料のミクロ構造を表1に示す。
48gの実施例1と、4.7g(実施例1のアリルブロマイド含量を基準にして3モル当量)のトリフェニルホスフィンとを、100℃、ローター速度60RPMで運転しているブラベンダー(Brabender)インターナルミキサー(容量75g)の中に加えた。混合を合計して60分間実施した。1HNMRによる最終製品の分析から、実施例1のアリルブロマイド部位のすべてが対応するアイオノマー性化学種に完全に転化したことが確認された。得られた材料が約4.2モル%の1,4−イソプレンを含有していることも明らかになった。
4.2モル%の1,4−IP含量を有する高IP IIR 40gを、30℃、ローター速度60RPMで運転しているブラベンダー(Brabender)小型インターナルミキサー(容量=75g)の中に導入した。1分間混合した後、この混合物の中に20gのIRB#7を導入した。さらに2分間混合した後、この混合物の中に0.8gのHVA#2を添加した。1分後に、1.6gのダイカップ(DiCup)40Cをこのインターナルミキサー中に添加した。得られた混合物さらに2分かけてブレンドした。得られた配合物を硬化させ、上述のようにその引張特性を測定した。結果を表2にまとめた。
40gの実施例2を、30℃、ローター速度60RPMで運転しているブラベンダー(Brabender)小型インターナルミキサー(容量=75g)の中に導入した。1分間混合した後、この混合物の中に20gのIRB#7を導入した。さらに2分間混合した後、この混合物の中に0.8gのHVA#2を添加した。1分後に、1.6gのダイカップ(DiCup)40Cをこのインターナルミキサー中に添加した。得られた混合物さらに2分かけてブレンドした。得られた配合物を硬化させ、上述のようにしてその引張特性を測定した。結果を表2にまとめた。
48gのランクセス(LANXESS)BB2030と、4.7g(実施例1のアリルブロマイド含量を基準にして3モル当量)のトリフェニルホスフィンとを、100℃、ローター速度60RPMで運転しているブラベンダー(Brabender)インターナルミキサー(容量75g)の中に加えた。混合を合計して60分間実施した。1HNMRによる最終製品の分析から、実施例1のアリルブロマイドのすべてが対応するアイオノマー性化学種に完全に転化されていることが確認された。得られた材料は0.4モル%の1,4−IPが含まれていることも明らかになった。
30℃、ローター速度60RPMで運転しているブラベンダー(Brabender)小型インターナルミキサー(容量=75g)の中に、100phrのゴムアイオノマーを導入した(表3参照)。2分間混合した後、クロイサイト(Cloisite)15A(サザン・クレー・プロダクツ(Southern Clay Products)製)をミキサーの中に加えた。さらに10分間混合した後、2phrのHVA#2および4phrのダイカップ(DiCup)40Cを添加し、さらに5分間混合した。混合の後、コンパウンドをミキサーから取り出し、30℃で運転する6インチ×12インチのミルを6回通過させて、リファインした。
Claims (19)
- 過酸化物硬化剤と、
ナノクレーと、
(a)少なくとも1種のイソオレフィンモノマー、少なくとも1種のマルチオレフィンモノマー、および場合によりさらなる共重合可能なモノマーを含むモノマー混合物を、AlCl3ならびにプロトン源および/または重合プロセスを開始させることが可能なカチオン発生化合物、ならびに少なくとも1種のマルチオレフィン架橋剤の存在下に重合させて、高マルチオレフィンブチルポリマーを調製する工程、次いで
(b)前記高マルチオレフィンブチルポリマーをハロゲン化する工程、および
(c)前記高マルチオレフィンハロブチルポリマーを少なくとも1種の窒素および/またはリン系求核剤と反応させる工程
により調製される高マルチオレフィンハロブチルアイオノマーと
を含む、過酸化物硬化性ゴムナノコンポジットコンパウンド。 - 前記モノマー混合物が、80〜95重量%の少なくとも1種のイソオレフィンモノマーと、4.0〜20重量%の範囲の少なくとも1種のマルチオレフィンモノマーおよび/またはβ−ピネンと、0.01〜1重量%の範囲の少なくとも1種のマルチオレフィン架橋剤とを含む、請求項1に記載の過酸化物硬化性ゴムコンパウンド。
- 前記モノマー混合物が、83〜94重量%の範囲の少なくとも1種のイソオレフィンモノマーと、5.0〜17重量%の範囲のマルチオレフィンモノマーまたはβ−ピネンと、0.01〜1重量%の範囲の少なくとも1種のマルチオレフィン架橋剤とを含む、請求項3に記載の過酸化物硬化性ゴムコンパウンド。
- 前記モノマー混合物が、85〜93重量%の範囲の少なくとも1種のイソオレフィンモノマーと、6.0〜15重量%の範囲の、β−ピネンを含む少なくとも1種のマルチオレフィンモノマーと、0.01〜1重量%の範囲の少なくとも1種のマルチオレフィン架橋剤とを含む、請求項3に記載の過酸化物硬化性ゴムコンパウンド。
- 前記イソオレフィンが、イソブテン、2−メチル−1−ブテン、3−メチル−1−ブテン、2−メチル−2−ブテン、4−メチル−1−ペンテン、およびこれらの混合物からなる群より選択される、請求項1に記載の過酸化物硬化性ゴムコンパウンド。
- 前記マルチオレフィンが、イソプレン、ブタジエン、2−メチルブタジエン、2,4−ジメチルブタジエン、ピペリレン、3−メチル−1,3−ペンタジエン、2,4−ヘキサジエン、2−ネオペンチルブタジエン、2−メチル−1,5−ヘキサジエン、2,5−ジメチル−2,4−ヘキサジエン、2−メチル−1,4−ペンタジエン、2−メチル−1,6−ヘプタジエン、シクロペンタジエン、メチルシクロペンタジエン、シクロヘキサジエン、1−ビニル−シクロヘキサジエン、およびこれらの混合物からなる群より選択される、請求項1に記載の過酸化物硬化性ゴムコンパウンド。
- 前記架橋剤が、ノルボルナジエン、2−イソプロペニルノルボルネン、2−ビニル−ノルボルネン、1,3,5−ヘキサトリエン、2−フェニル−1,3−ブタジエン、ジビニルベンゼン、ジイソプロペニルベンゼン、ジビニルトルエン、ジビニルキシレン、およびこれらのC1〜C20アルキル置換誘導体からなる群より選択される、請求項1に記載の過酸化物硬化性ゴムコンパウンド。
- 前記高マルチオレフィンブチルポリマーを、臭素または塩化物を用いてハロゲン化する、請求項1に記載の過酸化物硬化性ゴムコンパウンド。
- 前記求核剤が、トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリイソプロピルアミン、トリ−n−ブチルアミン、トリメチルホスフィン、トリエチルホスフィン、トリイソプロピルホスフィン、トリ−n−ブチルホスフィン、トリフェニルホスフィン、およびこれらの混合物からなる群より選択される、請求項1に記載の過酸化物硬化性ゴムコンパウンド。
- 前記高マルチオレフィンブチルアイオノマーが約2〜10モル%のマルチオレフィンを含む、請求項1に記載の過酸化物硬化性ゴムコンパウンド。
- 前記高マルチオレフィンブチルアイオノマーが約4〜7.5モル%のマルチオレフィンを含む、請求項1に記載の過酸化物硬化性ゴムコンパウンド。
- 前記過酸化物が、過酸化ジアルキル、過酸化ケタール、過酸化アラルキル、過酸化エーテル、および過酸化エステルからなる群より選択される、請求項1に記載の過酸化物硬化性ゴムコンパウンド。
- 前記過酸化エステルが、過酸化ジ−tert−ブチル、ビス−(tert−ブチルペルオキシイソプロピル)−ベンゾール、過酸化ジクミル、2,5−ジメチル−2,5−ジ(tert−ブチルペルオキシ)−ヘキサン、2,5−ジメチル−2,5−ジ(tert−ブチルペルオキシ)−ヘキセン−(3)、1,1−ビス−(tert−ブチルペルオキシ)−3,3,5−トリメチル−シクロヘキサン、過酸化ベンゾイル、過酸化tert−ブチルクミル、および過安息香酸tert−ブチルからなる群より選択される、請求項13に記載の過酸化物硬化性ゴムコンパウンド。
- 前記ナノクレーが、四級アンモニウム塩を用いて変性された天然モンモリロナイトクレーである、請求項1に記載の過酸化物硬化性ゴムコンパウンド。
- 前記ナノクレーが、高マルチオレフィンブチルアイオノマーの重量を基準にして1〜50重量%の量で添加される、請求項15に記載の過酸化物硬化性ゴムコンパウンド。
- 少なくとも1種の充填剤をさらに含む、請求項1に記載の過酸化物硬化性ゴムコンパウンド。
- 請求項1に記載のコンパウンドを含む成形品。
- 医療機器またはコンデンサーキャップの形態である、請求項18に記載の物品。
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