JP2012505950A - ポリマー‐クレイナノコンポジット及びそれを調製する方法 - Google Patents

Abstract

ハロゲン化エラスマー及び無機の剥離されたクレイのナノコンポジットを調製する方法は改質剤のインシトゥ（ｉｎ−ｓｉｔｕ）プロトン化を含み、ここで、改質剤は、アルキルアミン、アリールアミン、またはアルキルアリールアミンである。本発明の方法は、ポリマーハロゲン化方法と統合され得る。生成したナノコンポジットは、改善された空気バリア特性及びタイヤのインナーライナー又はインナーチューブとしての使用に適している。
【選択図】図１

Description

本発明は、タイヤインナーライナーのような空気バリアに有用な低透過性ナノコンポジットを製造する新しい方法に関する。この新しい方法は、インシトゥ（ｉｎ−ｓｉｔｕ）プロトン化改質剤を用いる。また、本発明は、この方法により作成されたナノコンポジット及びナノコンポジットを含む製品に関する。

イソブチレン‐イソプレンコポリマー及びイソブチレン‐パラメチルスチレンコポリマーのようなイソブチレンベースポリマー並びにそれらのハロゲン化変異型は、他のエラストマーよりかなり低い空気透過性を有し、これは、ほとんどすべての現在の空気タイヤ中の空気圧を維持するために作用するインナーチューブ及びインナーライナーとして選択すべき材料となる。しかしながら、エネルギーの効率性及び安全性の観点から性能を改善するために、さらにもっとそのような成分の空気保持力特徴を改善する継続的必要性が存在する。そのような改善へのひとつの方法は、ポリマー‐クレイナノコンポジットの合成であり、ナノメータースケールのクレイシートをポリマー内に分散し、それらの空気透過性をさらにもっと低くする。

ナノコンポジットは、少なくとも一方向の寸法がナノメートルオーダーの無機粒子を含有するポリマー系であり、例えば、「フィロシリケート」の一般的クラス由来の無機物質である。理想的には、インターカレーションがナノコンポジット中で生じるべきであり、ここで、クレイの表面間のスペースまたは空間にポリマーが挿入される。最終的には剥離が生じることが望ましく、個々のナノメータサイズのクレイプレートレットでポリマーが完全に分散する。クレイが存在する場合、多様なポリマーブレンドの空気バリアの品質の全体的な強化により、例えば、タイヤの製造に用いるために、空気透過性の低いナノコンポジットが求められている。

ナノコンポジットの調製は、剥離されたクレイを生成させる種々の方法を用いる。最も一般的な方法のひとつは、有機的に修飾されたモンモリロナイトクレイを用いる方法である。有機クレイは、一般に、モンモリロナイトナトリウムの表面にあるナトリウムイオンを、アルキルアンモニウム化合物またはアリールアンモニウム化合物のような有機化合物であり、典型的に、膨潤剤または剥離剤として工業的に知られている有機化合物で置換する溶液ベースのイオン交換反応を通して生成される。この方法の欠点としては、アンモニウム化合物の制限される熱安定性や、マトリックスとの化学結合の欠落（これらはしばしば悪い機械特性と増加したヒステリシスをもたらす）、及び遊離アミン及び分解産物が輸送特性に及ぼすマイナスのインパクトを有する。ＷＯ２００４／０５８８７４は、有機的に修飾されたクレイ、ブチルゴム及び重合剥離からのナノコンポジットを調製する方法を開示する。

有機クレイの性能を改善するための当該分野で用いられる別の方法は、官能化ポリマーをクレイと結合することである。この方法は、水に可溶性の材料、または重合反応に組み込むことが可能な材料に限定されてきた。この方法は、たとえばオリゴマーおよびモノマーカプロラクタムを改質剤として使用して、ナイロンナノコンポジットを調製するために使用されてきた。ポリオレフィンナノコンポジット、たとえばポリプロピレンナノコンポジットは、無水マレイン酸グラフトポリプロピレンを使用して、ナノコンポジットの形成にある程度成功していた。

エラストマーナノコンポジットのインナーライナーおよびインナーチューブも、錯化剤およびゴムを使用して形成されており、この錯化剤は、正荷電基を有し、層状シリケートが内部に均一に分散している反応性ゴムである。しかしながら、空気バリアを改善するこの方法は、あらかじめ形成した正荷電反応性ゴム成分を必要とするため有用性が限られる。

また、ナノコンポジットは、イソブチレンとパラ−メチルスチレンとの非イオン臭素化コポリマー、およびこれらのコポリマーとその他のポリマーとのブレンドを使用して形成された。しかしながら、相対透過性の低下により決定されるクレイ剥離の効率性が、イオン相互作用を含む方法で達成したものほど高くない。クレイ及びアミノ‐官能化ハロゲン化エラストマーから作られるナノコンポジットは、ＷＯ ０２／１００９３５に開示される。剥離添加物で処理されたインターポリマー及びクレイを含むナノコンポジトは、ＷＯ０２／１００９３６に開示される。

ＷＯ ２００８／０４５０１２は、ポリマー‐クレイナノコンポジットを含む乳濁液を形成するためにクレイの水性スラリーを有機溶剤中のポリマー溶液と混合する工程と、乳濁液からナノコンポジットを回収する工程を含むナノコンポジットを生成する方法を開示する。ポリマーは、あらかじめ官能化されて良く、例えば、クレイと相互作用を増加するためにアミノ基を用いてよい。

上記のとおり、ナノコンポジットは、エラストマーと有機クレイとを溶解状態でも溶液中でも混合することによって当分野で製造され、ポリマーの疎水性のために、有機クレイ（及び／又はポリマー）は、一般的に、修飾され、クレイとポリマーとの間に良好な相互作用を提供する。このプロセスは多額の費用がかかり、ほとんどの修飾されたクレイは、ポリマーまたは有機溶剤中で剥離しない。

従って、クレイの改善された剥離及びクレイとポリマー間の増加した相互作用を伴うポリマー／クレイナノコンポジットを調製する方法が当分野でなお必要とされる。また、有機的修飾を用いず及びあらかじめ官能化したポリマーを使用せずに無機クレイを用いるポリマー／クレイナノコンポジットを生成するためにより費用のかからない方法の必要性もある。さらに、ポリマーがハロゲン化ゴムである場合、理想的に、クレイ及びハロゲン化ゴムのナノコンポジットを調製する方法は、ハロゲン化ゴム生成方法に取り込まれることができるようにすべきである。最終的に、良い処理性を維持しながら、存在するナノコンポジットより、よい空気バリア特性（言い換えると、低い酸素透過度）を有し、強靭性及び低い空気透過性が必要とされる、タイヤインナーライナー等に利用できるポリマー／クレイナノコンポジットが当分野でなお必要とされる。

本発明は、第一の態様において、ポリマー及びクレイのナノコンポジットを調製する方法であり、
（ａ）（ｉ）有機溶剤中のポリマー溶液、（ｉｉ）クレイの水性スラリー、（ｉｉｉ）改質剤、及び（ｉｖ）ブレンステッド酸を接触し、乳濁液を生成する工程、
（ｂ）乳濁液を混合し、ナノコンポジットを生成する工程、及び
（ｃ）乳濁液からナノコンポジットを回収する工程
を含む方法に関する。

（ｉ）、（ｉｉ）、（ｉｉｉ）、及び（ｉｖ）を任意の順序で接触してよく、好ましくは、工程（ａ）において、ポリマー溶液及びブレンステッド酸を含む第一混合物、及び水性クレイスラリー及び改質剤を含む第二混合物が提供され、第一及び第二混合物が混合され、乳濁液を生成する。最も好ましくは、第一混合物がポリマーハロゲン化反応容器の流出物である。この方法において、改質剤は、ブレンステッド酸によりインシトゥ（ｉｎ−ｓｉｔｕ）プロトン化する。

本発明は、第二の態様において、ポリマーをハロゲン化する方法であって、
（ａ）有機溶剤中のポリマーの溶液を提供する工程、
（ｂ）前記ポリマー溶液をハロゲン化条件下において反応容器中ハロゲンと接触させ、ハロゲン化ポリマー及びハロゲン化水素を生成する工程、
（ｃ）ハロゲン化ポリマー及びハロゲン化水素を含む工程（ｂ）のハロゲン化反応容器の流出ストリームをクレイの水性スラリーと及び改質剤と接触し、乳濁液を生成する工程、
（ｄ）乳濁液を混合してハロゲン化ポリマー及びクレイのナノコンポジットを生成し、
（ｅ）乳濁液からナノコンポジットを回収する工程
を含む方法に関する。また、改質剤はブレンステッド酸によりインシトゥ（ｉｎ−ｓｉｔｕ）プロトン化される。

本発明は、第三の態様において、上述の方法のいずれかで調製されるポリマー及びクレイを含むナノコンポジットに関する。

第四の態様において、本発明は、上述のナノコンポジット及び第二のゴム、充填剤、硬化システム、加工助剤、安定化剤、抗酸化剤、及び顔料からなる群から選択される成分の一以上を任意に含む組成物に関する。前記組成物は、硬化された場合、好ましくは、空気透過性が４０℃にて１００ ｍｍ ｃｍ^３／（ｍ^２日）以下の酸素透過度の特性を有する。

第五の態様において、本発明は、前述の組成物を含む製品に関する。製品は、好ましくは、タイヤ、又はタイヤインナーライナー、タイヤインナーチューブ、タイヤの側面部、又はタイヤの溝などタイヤの一部であることを特徴とする。

図１は、ハロゲン化イソブチレン‐パラメチルスチレンポリマーの表面活性の性質を示し、炭化水素／水の接触面での芳香族基の凝集を図形的に示す。

図２は、改質剤が存在していない乳濁液（上図）と比較した、本発明の改質剤の存在下、ポリマー、溶剤、水、及びブレンステッド酸を含む乳濁液に達した水の液滴サイズの低下を示す（二つの下図）。

説明
本発明は、ナノコンポジットを調製する新しい方法であって、その方法が、非修飾のポリマー及び非修飾のクレイを使用し、改質剤が、ブレンステッド酸によるインシトゥ（ｉｎ−ｓｉｔｕ）プロトン化される方法である点が、周知の方法と異なることを特徴とする。この方法は、ポリマー及びクレイ間の増加した相互作用を与え、改善された空気バリア特性を有するナノコンポジットをもたらす。

一般的定義
本明細書で用いる、「ポリマー」は、ホモポリマー、コポリマー、ターポリマーなどを意味してよい。「コポリマー」は、任意にさらなるモノマーと組み合わせて、少なくとも２つのタイプのモノマーを含むポリマーをいう。用語「インターポリマー」は、用語「コポリマー」と同義であり、本明細書において互換可能に用いられる。

本明細書で用いる、ポリマーが、モノマーを「含む」と言及される場合、モノマーは、モノマーの重合形態（または誘導形態としてのモノマーをいう）でポリマー中に存在する。例えば、イソブチレンがモノマーとして用いられる場合、ポリマーは、イソブチレン（誘導）単位を含む。

本明細書で用いる、「エラストマー」または「エラストマー組成物」は、ＡＳＴＭ Ｄ１５６６の定義に一致する何らかのポリマーまたはポリマー組成物（たとえば、ポリマーのブレンド）をいう。エラストマーは、溶融混合物などのポリマーの混合ブレンド、および／またはポリマーの反応器ブレンドを含む。用語「エラストマー」は、「ゴム」という用語と同一の意味であり、互換可能に使用される。

本明細書で用いる、「ｐｈｒ」は、「ゴム１００重量部当りの重量部」であり、組成物の成分が、全エラストマーの重量当り１００部に基づいて、全エラストマー含有量に対して測定される先行技術で一般的な測定単位である。例えば、成分が、５０ｐｈｒで組成物中に存在する場合、成分は、組成物中に存在する全エラストマーの量の５０％（重量）である量で存在する。全エラストマー含有量は、幾つかのエラストマーから構成されてよい。

本明細書で用いる、「イソオレフィン」は、例えば、イソブチレン、イソペンテン等、結合する少なくとも三つの他の炭素原子を有する少なくとも１つの炭素原子を有する任意のオレフィンモノマーをいう。同じ意味であり、本明細書にて互換可能に用いる別の用語は、「分岐オレフィン」（直鎖、ｎ−オレフィンと反対である）である。そのようなイソオレフィンのすべての異性体はこれらの用語により含まれることは理解される。

本明細書で用いる、「マルチオレフィン」は、２つ以上の不飽和部分（一般に、二重結合）を有する任意のオレフィンモノマーをいい、たとえば、マルチオレフィンは、２つの共役二重結合、たとえばイソプレンなどの共役ジエンなどを含む任意のモノマーで良い。

本明細書で用いる、「スチレン」モノマーは、下記にさらに詳しく述べるように、非置換又は置換スチレンをいう。特に、アルキルスチレンはそのような置換スチレンである。

本明細書で用いる、「ブチルゴム」は、任意のイソブチレン‐ベースゴムをいい、「イソブチレン‐ベースゴム」は、ゴムの中のモノマー単位の全量に基づき、少なくとも７０ｍｏｌ％のイソブチレン単位を含むゴムを意味する。

本明細書で用いる、「ナノコンポジット」または「ナノコンポジット組成物」は、少なくとも１つの寸法（厚さのような）がナノメートル領域、言い換えると、約１から１００ｎｍの範囲でポリマーマトリックス内に分散される無機粒子（いわゆる「ナノ‐クレイ」）を含むポリマー系を意味する。

本明細書で用いる、「インターカレーション」は、ポリマーが、プレートレット充填剤の層間に存在する組成物の状態を意味する。業界および学会で認識されているとおり、インターカレーションの徴候は、オリジナルのプレートレット充填剤のＸ線と比較した場合のＸ線検出のシフトおよび／または減衰であり得、これらはオリジナルの鉱物よりクレイ層間で大きい間隔を有することを示す。

本明細書で用いる、「剥離」は、オリジナルの無機粒子の個々の層の分離をいい、ポリマーは、各々の粒子を取り囲むことが可能である又は取り囲んでいることをいう。プレートレット間に十分なポリマーが存在する場合、プレートレットがランダムに離間される。たとえば、剥離またはインターカレーションのいくつかの徴候は、ランダムな間隔、または層状プレートレットの増加した分離のため、Ｘ線ラインが存在しないか、またはｄ間隔が大きいことを示すプロットの場合がありうる。しかし、業界および学会で認識されているとおり、透過性テスト、電子顕微鏡検査、原子間力微鏡検査などの剥離結果を示すのにその他の徴候を用いるのも有効である。

本明細書で用いる、「溶媒」は、別の物質を溶解できる任意の物質又は物質の混合物をいう。「溶媒」という用語を用いる場合、特記されていない限り、少なくとも１つの溶媒、または２つ以上の溶媒をいってよい。一般的に、溶媒は、極性又は無極性でありうる。

本明細書で用いる、「溶液」は、一以上の物質（溶質）が、一以上の物質（溶媒）中に、分子レベルまたはイオンレベルで均一に分散する混合物をいう。

本明細書で用いる、「懸濁液」又は「スラリー」（これらの用語は本明細書にて互換可能に用いる）は、固体、液体、または気体中に、通常、コロイドサイズより大きい粒子状に分散する固体から成る系をいう。

本明細書で用いる、「乳濁液」は、別の不混和性液体中に、通常、コロイドサイズより大きい水滴状に分散する液体、または液体懸濁液から成る系をいう。

本明細書で用いる、「ブレンステッド酸」は、別の化合物にプロトン（Ｈ^＋）を提供できる化合物をいう。ブレンステッド酸に関する説明並びに改質剤の詳しい定義及び説明を下記に示す。

詳細な説明
次に、すべての本発明の態様において、本発明は、最初に、成分に関して、次に、ナノコンポジットを調製する本発明の方法に関して、そして最後にナノコンポジットそれ自身について詳細に説明する。

ポリマー
本発明のすべての態様において、ナノコンポジット中のポリマーは、一般的に、（剥離された）クレイを有するナノコンポジットを形成するためにポリマーマトリックスとして適切な任意のポリマー（又はポリマーブレンド）でよい。特に、本発明にて用いるポリマーは、エラストマーであり、ハロゲン化されてよく又はハロゲン化されていなくてよい。特に、本発明の第一の態様に従ってナノコンポジットを調製する方法において、有機溶剤に溶解されるポリマーは、好ましくはハロゲン化エラストマーである。その結果として、本発明の第二の態様の方法において言及される非ハロゲン化ポリマーは、対応するポリマーであるが、ハロゲン化されていない（言い換えると、ハロゲン化前）。また、そのような非ハロゲン化ポリマー、ハロゲン化前のポリマー、は「バックボーンポリマー」ともよばれる。ハロゲン化とは別に、本発明のナノコンポジット中に用いるポリマーは、好ましくは、非官能化である。特に、ポリマーは、好ましくは、クレイの水性スラリーと接触する前に、下記にさらに明記する本発明に従う改質剤（又はプロトン化改質剤）で予備的に官能化されていない。

従って、本発明のすべての態様にかかるナノコンポジットは、好ましくはＣ_４〜Ｃ_７イソオレフィン誘導単位を含む少なくとも１つのハロゲン化エラストマーを含む。好ましくは、イソオレフィンは、イソブチレン、２−メチル−１−ブテン、３−メチル−１−ブテン、２−メチル−２−ブテン、および４−メチル−１−ペンテンのような、Ｃ_４〜Ｃ_６化合物である。

エラストマーは、スチレン単位及び／又はマルチオレフィン単位など、他のモノマー誘導単位も含んでもよい。ある実施態様においては、ハロゲン化エラストマーは、少なくとも１つのスチレンモノマーを含み、これは任意の置換スチレンモノマー単位で良く、望ましくは、スチレン、α−メチルスチレン、またはオルト、メタ、またはパラ‐アルキルスチレンから選択され、アルキルは、任意のＣ_１〜Ｃ_５直鎖アルキルまたは分岐鎖アルキルから選択される。望ましい実施態様では、スチレンモノマーは、ｐ−メチルスチレンである。ある実施態様では、ハロゲン化エラストマーは、イソオレフィン誘導単位、マルチオレフィン誘導単位及び／又はスチレン誘導単位を含む。

本発明の好ましい実施態様におけるハロゲン化エラストマーは、Ｃ_４〜Ｃ_７イソオレフィンのランダムエラストマーコポリマー、たとえばイソブチレンとパラ−アルキルスチレンのコモノマー、好ましくは、少なくとも８０ｗｔ．%、より好ましくは少なくとも９０ｗｔ．%のパラ−異性体を含むパラ−メチルスチレンである。

最も有用なエラストマーは、０．５〜２０モル％のパラ−メチルスチレンを含むイソブチレンとパラ−メチルスチレンとのインターポリマーであり、フェニル環上に存在するメチル置換基の６０モル％以下は、臭素または塩素原子、好ましくは臭素原子を含む。これらのエラストマーは、Ｅｘｘｐｒｏ（商標）エラストマー（米国テキサス州、ヒューストン、エクソンモービル・ケミカル会社（ＥｘｘｏｎＭｏｂｉｌ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙ））から市販されており、「ＢＩＭＳ」と略される。

これらのインターポリマーは、好ましくは、実質的に均質な組成分布を有し、ポリマーの少なくとも９５ｗｔ．%が、そのポリマー中に平均パラ−アルキルスチレン含有量の１０％の範囲内であるパラ−アルキルスチレン含有量を有する。望ましいインターポリマーは、ゲル透過クロマトグラフィーで測定するとき、５未満、より好ましくは２．５未満の狭い分子量分布（Ｍｗ／Ｍｎ）、２００，０００〜２，０００，０００の範囲の好ましい粘度平均分子量、および２５，０００〜７５０，０００の範囲の好ましい数平均分子量も特徴とする。

ＢＩＭＳポリマーは、ルイス酸触媒を使用してモノマー混合物のスラリー重合により、次に、
ハロゲンおよびラジカル開始剤、たとえば熱および／または光および／または化学開始剤の存在下でハロゲン化、好ましくは臭素化することにより、当分野で周知の方法に従って調製される。

好ましいＢＩＭＳポリマーは、臭素化ポリマーであり、ポリマー中のモノマー誘導単位の全量に対して、一般的に０．１〜５モル％のブロモメチルスチレン基を含み、好ましくは、０．２〜３．０モル％、さらに好ましくは、０．３〜２．８モル％、より好ましくは、０．３〜２．５モル％、最も好ましくは、０．４〜２．０モル％であり、望ましい範囲は、任意の上限と任意の下限との任意の組合せで良い。別の方法で表現すると、コポリマーは、ポリマーの重量に基づいて０．２〜１０ｗｔ．%の臭素、好ましくは、０．４〜６ｗｔ．%の臭素、より好ましくは、０．６〜５．６ｗｔ．%の臭素を含み、ポリマーバックボーン鎖中に環状ハロゲンまたはハロゲンを実質的に含まない。本発明の特に好ましい実施態様では、インターポリマーは、Ｃ_４〜Ｃ_７イソオレフィン誘導単位、パラ−メチルスチレン誘導単位、およびパラ−（ハロメチルスチレン）誘導単位のコポリマーであり、パラ−（ハロメチル）スチレン（好ましくは、パラ‐（ハロメチル）スチレン）単位は、パラ−メチルスチレンの総数に基づいて０．４〜３．０モル％でインターポリマー中に存在し、パラ−メチルスチレン誘導単位は、ポリマーの全重量に基づいて３ｗｔ．%〜１５ｗｔ．%で存在し、好ましくは、４ｗｔ．%〜１０ｗｔ．%で存在する。

本発明の別の好ましい実施態様では、ハロゲン化エラストマー成分は、Ｃ_４からＣ_７のイソオレフィン及びマルチオレフィンコポリマーのハロゲン化コポリマーである。マルチオレフィンは、イソプレン、ブタジエン、２，３−ジメチル−１，３−ブタジエン、ミルセン、６，６−ジメチル−フルベン、シクロペンタジエン、ヘキサジエンおよびピペリレンなどのＣ_４〜Ｃ_１４共役ジエンである。本発明のコポリマーのある実施態様は、９２〜９９．５ｗｔ．%のイソブチレンと０．５〜８ｗｔ．%のイソプレン、好ましくは、９５〜９９．５重量％のイソブチレンと０．５〜５．０重量％のイソプレンとを反応させ、その後そのコポリマーをハロゲン化することによって得られる。

本発明に有用なハロゲン化イソオレフィン／マルチオレフィンゴムの商品の例は、Ｂｒｏｍｏｂｕｔｙｌ ２２２２及びＢｒｏｍｏｂｕｔｙｌ ２２５５（両者ともにエクソンモービル・ケミカル社から入手可能）であるがこれらに限定されない。

具体的な実施態様では、本発明のハロゲン化エラストマーは、分枝または「星型分枝」ハロゲン化ブチルゴムでよい。ある実施態様では、星型分枝ハロゲン化ブチルゴム（「ＳＢＨＲ」）は、ハロゲン化されているかどうかに関わらず、ブチルゴムの組成物、およびハロゲン化されているかどうかに関わらず、ポリジエンまたはブロックコポリマーである。ポリジエン／ブロックコポリマー、または分枝剤（以下、「ポリジエン」）は、一般にカチオン反応性であり、ブチルまたはハロゲン化ブチルゴムの重合時に存在するか、またはブチルまたはハロゲン化ブチルゴムとブレンドされ、ＳＢＨＲを形成することができる。ある実施態様では、ＳＢＨＲは、一般的に、上記のブチルまたはハロゲン化ブチルゴムと、スチレン、ポリブタジエン、ポリイソプレン、ポリピペリレン、天然ゴム、スチレン−ブタジエンゴム、エチレン−プロピレンジエンゴム、スチレン‐ブタジエン‐スチレンおよびスチレン‐イソプレン‐スチレンブロックコポリマーを含む群から選択されるポリジエンおよび部分的に水素化されたポリジエンのコポリマーとの組成物である。これらのポリジエンは、全モノマーの重量％に基づいて、ある実施態様では０．３重量％を超えて、好ましくは、０．３〜３重量％、さらに好ましくは、０．４〜２．７重量％存在する。本発明に用いるのに有用なＳＢＨＲの商品はＢｒｏｍｏｂｕｔｙｌ ６２２２（エクソンモービル・ケミカル社）であるが、これに限定されない。

一般的に、上述のようにハロゲン化エラストマーは、基本的なバックボーンエラストマー（言い換えると、相当する非ハロゲン化エラストマー）により生成される。塩素化及び臭素化が好ましく、臭素化が最も好ましい。ハロゲン化は当分野で知られる任意の集団により実施され得る。例えば、エラストマーは、臭素（Ｂｒ_２）または塩素（Ｃｌ_２）をハロゲン化剤として使用して、４０〜６０℃のヘキサン希釈剤中でハロゲン化されうる。ハロゲン化されたエラストマーは、一般的に、２０〜７０（１２５℃でＭＬ１＋８）、好ましくは２５〜５５のムーニー粘度を有してよい。ハロゲン成分は、一般的に、ハロゲン化エラストマーの全重量に基づいて０．１〜１０ｗｔ．％、好ましくは０．５〜５ｗｔ．％、より好ましくは１〜２．２ｗｔ．％である。

本発明に用いるポリマーのハロゲン化、好ましくは上述のエラストマーのハロゲン化は、ポリマーが本発明の第一の態様に従ってナノコンポジットを作成する方法に用いる前に実施され得る。本発明の第二の態様においては、ハロゲン化それ自体が本発明の方法の一部であり、下記に説明するように、ハロゲン化反応容器の流出物（ハロゲン化ポリマー及びハロゲン化水素を含む）を、前記流出物を改質剤及び水溶性クレイスラリーと接触させることにより、これをさらにナノコンポジットを調製することに用いる。特に、本発明の有利な効果は、ナノコンポジットを作成する方法がハロゲン化方法と統合されることができ、（苛性で中性化されるべきであろう）ハロゲン化ポリマー及びハロゲン化水素を含むハロゲン化反応容器の流出物がさらに処理されずに用いることができ、直接的に水性クレイスラリー及び改質剤と接触されることができる。これは、酸で中和しなければならない及び／又はハロゲン化ポリマーを単離しなければならないことより経済的な方法である。

上述のハロゲン化エラストマーは、本発明のナノコンポジット中に１０から１００ｐｈｒ、好ましくは１５から９０ｐｈｒ、より好ましくは２０から８０ｐｈｒ、及びもっとも好ましくは３０から７０ｐｈｒ存在し、好ましい範囲は、任意のｐｈｒの上限値と任意のｐｈｒの下限値の組み合わせである。さらに、ポリマーに、好ましくは上述のハロゲン化ポリマーに加えて、ある実施態様において用いることができる第二のゴム成分が、下記に述べられる。

有機溶剤
本発明の方法における有機溶剤（ポリマーを溶解するため）は、ポリマー、好ましくは（ハロゲン化）エラストマーを十分に溶解する任意の適切な炭化水素溶剤でよく、ナノコンポジットを調製する方法及び／又は本発明の第一及び第二態様のそれぞれに従ってポリマーをハロゲン化する方法にて用いることができる。また、有機溶剤は、異なる炭化水素の混合物でもよい。

有機溶媒としては、アルカン類、アルケン類、芳香族化合物類、ニトロ化アルカン類、ハロゲン化アルカン類、エーテル類、又はこれらの混合物の一以上を含む。好ましくは、有機溶剤は、Ｃ_２〜Ｃ_４０、好ましくはＣ_４〜Ｃ_１５直鎖状、分岐状または環状アルカン類、アルケン類、芳香族化合物類、又はエーテル類の一以上を含む。もっとも好ましくは、有機溶剤は、ヘキサン、イソヘキサン、シクロヘキサン、トルエン、テトラヒドロフラン、ブタン、イソブテン、ペンタン、オクタン、イソオクタン、ノナン、デカン、ウンデカン、ドデカン、イソドデカン、それらの任意の異性体及びそれらの混合物から選択される。

改質剤
ポリマー溶液は、本発明の第一及び第二態様両方の方法の（ａ）工程に言及される有機溶剤中のポリマー溶液の全重量に基づいて、３０から９９ｗｔ．％、好ましくは５０から９９ｗｔ．％、より好ましくは７０から９９ｗｔ．％、もっとも好ましくは８０から９９ｗｔ．％、あるいは、７０から９０ｗｔ．％、好ましくは７５から９０ｗｔ．％の有機溶剤を含有してよい。

本発明に用いる改質剤は、下記に記載するように、ブレンステッド酸によりプロトン化される得る化合物である。改質剤は、好ましくは“インシトゥ（ｉｎ−ｓｉｔｕ）”で、言い換えると、ポリマー溶液、クレイの水性スラリー、又は両者と接触しながら、ブレンステッド酸により、プロトン化される（ポリマー溶液及び／又はクレイスラリーと接触する前にブレンステッド酸によるプロトン化とは対照的に、さらにプロトン化又は非プロトン化改質剤を用いるポリマー及び／又はクレイの予備的な官能化とは対照的に）。ポリマー／クレイナノコンポジットを調製する本発明の方法が、ポリマーハロゲン化方法に統合される場合、好ましくは、改質剤は、ポリマーハロゲン化反応容器の流出物中に存在するハロゲン化水素によりプロトン化される。しかしながら、そのナノコンポジットを作成するための方法がポリマーハロゲン化方法と統合されない場合、改質剤をプロトン化するために、ブレンステッド酸が分離してポリマー溶液及び／又は水溶性クレイスラリーに添加されてもよい。

一般的に、改質剤は通常「界面活性剤」と呼ばれ、（プロトン化される場合）親水性部分及び親油性部分を有する。従って、「界面活性剤」又は「乳化剤」は本明細書にて用語「改質剤」と同じ意味を有し、本発明の文脈中互換可能に用いることができる。プロトン化改質剤中の親水性部分は、通常アンモニウムのような極性、イオン（カチオン）種、であり、一方親油性（疎水性）部分は、通常アルキル、アリール、又はアルキル／アルキル鎖の組み合わせのような非極性、炭化水素部分である。改質剤の任意のアルキル鎖は、直鎖、分岐鎖又は環状でよい。いくつかのアリール基が改質剤に存在する場合、それらは、直接的な結合であっても（共有結合により又は一以上の共有の炭素原子により）、アルキル鎖を介した結合であってもよい。「アルキルアリール」基はこの基のアリール部分がアミン（改質剤がアミンの場合）の窒素原子についていることを意味し、アルキル基（直鎖、分岐鎖、又は環状）の一以上がアリール基についている。アリール基がフェニル基である場合、アルキル基はオルト、メタ、及び／又はパラ‐位についてよい。「アリールアルキル」基は、この基のアルキル部分がアミン（改質剤がアミンの場合）の窒素原子についていることを意味し、アリール基の一以上がアルキル基についている。また、改質剤は、ジアミン又はポリアミンなどいくつかのアミン基を運ぶことができる。

好ましい実施態様においては、本発明のすべての態様に従う改質剤は、式ＮＲ_３のアミンであり、Ｒ基が、同一又は異なり、互いに独立して、水素原子であり、Ｒ基が水素原子でない条件下では、少なくとも５、好ましくは少なくとも１０、より好ましくは少なくとも２５、及びある実施態様においては、少なくとも４０から１００以下の炭素原子を有するアルキル基、５から２５、好ましくは５から２０、及びより好ましくは５から１５の炭素原子を有するアリール基、５から５０、好ましくは、７から４０、より好ましくは、１０から２５の炭素原子を有するアルキルアリール基、５から５０、好ましくは７から４０、より好ましくは１０から２５の炭素原子を有するアリールアルキル基、又は少なくとも５、好ましくは少なくとも１０、より好ましくは少なくとも２５、もっとも好ましくは少なくとも４０で１００以下の炭素原子を有するエーテル基である。本発明の改質剤ＮＲ_３中の任意の上述のアルキル、アリール、アルキルアリール、及びアリールアルキル基並びに水素原子は、本明細書にて明確に含まれる。

特に好ましい実施態様においては、上述のようにＮＲ_３は、アルキルアリールアミンであり、即ち好ましくは水素原子である二つの残りのＲ基を有する窒素原子に結合する少なくとも一つのアルキルアリール基を含み、アルキルアリール基は、７から４０の炭素原子を有する。より好ましくは、本発明に用いる改質剤は、式ＮＲＨ_２のアミンであり、Ｒは１０から２５の炭素原子を有するアルキルアリール基（言い換えると、少なくとも一つのアルキル基で置換されたアリール基）である。より好ましくは、このアルキルアリール基中アルキル部分は、７から２５、より好ましくは１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９又は２０の炭素原子を有し、直鎖アルキル基であり、並びにアリール基は、６から１４、より好ましくは６から１０の炭素原子を有する。好ましくは、７から２５の炭素原子を有するアルキル基は、６から１０の炭素原子を有するアリール基のパラ位に結合する。本発明に用いるそのような好ましい改質剤は、テトラデシルアニリンであるが、デシルアニリン、ウンデシルアニリン、ドデシルアニリン、トリデシルアニリン、ペンタデシルアニリン、ヘキサデシルアニリン、ヘプタデシルアニリン、オクタデシルアニリン、および任意のＣ_２０からＣ_４４アニリンなど他の誘導体も任意のそれらの異性体中に用いてよい。最も好ましいのは、４‐テトラデシルアニリンである。

別の特に好ましい実施態様においては、改質剤は、上述のように式ＮＲ_３のアルキルアミンであり、少なくとも一つのＲ基が、水素原子ではなく、好ましくは少なくとも５、好ましくは少なくとも１０、より好ましくは少なくとも２５、及びもっとも好ましくは、少なくとも４０で１００以下の炭素原子を有するアルキル基でＲ基の残部は好ましくは水素原子である。本発明に用いるそのような改質剤は、ポリイソブチレンアミン（ＰＩＢ−アミン）である。ＰＩＢ‐アミンは、例えば、KEROCOM PIBA 03の商標でBASFから商業的に入手可能である。しかしながら、他のアミン類及び第四級アンモニウム塩も用いることができ、例えば、アルドリッチ社のジオクタデシルアミン及びN,N-ジメチルオクチルアミンを用いることができる。

あるいは、上記のように規定するＲ基（ＮＲ_３の文脈中、上記に与えられるＲの任意の好ましい意味を含む）及び好適な対アニオン、好ましくはＣｌ⁻又はＢｒ⁻のようなハロゲン化物であるＸ⁻を伴う第四級アンモニウム塩ＮＲ_４ ^＋Ｘ⁻も改質剤として用いてよい。好ましくは、第四級アンモニウム塩ＮＲ_４ ^＋Ｘ⁻中、少なくともひとつのＲ基は少なくとも１０の炭素原子を有するアルキル基であり、他方残りのＲ基が上記に規定された任意の基の任意の組み合わせでよい。第四級アンモニウムアミンが改質剤として用いる場合、ブレンステッド酸による分離したプロトン化は必要ない。Ａｋｚｏ Ｎｏｂｅｌ 製のＡｒｑｕａｄ １２−３７Ｗ及びＥｔｈｏｑｕａｄ １８／２５は（これらに限定されない）本発明に用いることができるそのようなアンモニウム塩の商業的に入手できる例である。

本発明のすべての態様に従って、任意の上述の化合物の２以上の組みあわせ又は混合物を改質剤として用いてよい。例えば、改質剤は、一以上のアミン及び／又はアンモニウム塩の組み合わせ又は混合物でよい。つまり、簡単にするために、用語「改質剤」（単数）は本明細書にて、単独の改質剤化合物として及び２以上の改質剤化合物の混合物として両方を用いることができる。そのような混合物の成分はポリマー溶液、水溶性クレイスラリー、及びブレンステッド酸と別々に（同時又は連続的に）接触してもよいし、あるいはそれらが前もって組み合わせ、それからポリマー溶液、水性クレイスラリー、及びブレンステッド酸と接触してもよい。本発明の好ましい実施態様においては、改質剤は、上記に規定したようにＮＲ_３又はＮＲＨ_２のアミン及び上記に規定したようにＮＲ_４ ^＋Ｘ⁻のアンモニウム塩の混合物である。アミン対アンモニウム塩の比は１：５から５：１（モル基準において）、好ましくは、１：３から３：１、より好ましくは、１：２から２：１でよい。ある実施態様においては、アミン及びアンモニウム塩は、おおよそ等しい量（モル）で用いることができる。特に、好ましい実施態様においては、改質剤は、上記段落にて記載のように、ＰＩＢ‐アミン及びＮＲ_４ ^＋Ｘ⁻のアンモニウム塩の組み合わせ又は混合物であり、少なくとも一つのＲ基が、少なくとも１０の炭素原子を有するアルキル基である。ある状況で単一の改質剤化合物よりむしろ改質剤混合物を用いる場合は、得られるナノコンポジットの特性にさらに影響を与えることができ、例えば、その加工特性（ムーニー粘度）を特定の適用の必要性にあわせることができる。

上述のように本発明に従って用いるために適した改質剤は、二つの機能、水及び有機溶剤の乳化剤として、及びクレイの剥離剤として働く。従って、本明細書に記載の改質剤は、「二機能を有する乳化剤‐剥離剤」ともよんでもよい。界面張力測定は、上記に規定した改質剤が、ポリマー、好ましくはＣ_４からＣ_７のイソオレフィン及びアルキルスチレンモノマー単位を含むハロゲン化インターポリマーであって、有機溶剤中に溶けているそのインターポリマーとブレンステッド酸を含む水相を含む乳濁液において、水／有機溶剤の接触面にて界面張力を著しく低下することを示した（実施例２３を参照願いたい）。好ましくは、本発明の改質剤は、有機相として、有機炭化水素溶媒（好ましくは、アルカン、より好ましくは、ヘキサン）中の０．１ｗｔ．％のポリマー（好ましくは、ブチルゴム、より好ましくは、ハロゲン化イソブチレン／パラメチルスチレンコポリマー）及び、水相としての０．１Ｍのブレンステッド酸（好ましくは、ＨＢｒ）を含む乳濁液中に１０から１００倍、好ましくは少なくとも１５、より好ましくは少なくとも２０、最も好ましくは少なくとも３０倍で、溶液界面張力（ペンダント‐ドロップ張力方法に従って測定され、単位ｄｙｎｅｓ／ｃｍ）を低下する化合物である。また、そのような乳濁液の水の液滴サイズが、上記に明記した改質剤の存在下、かなり減少することを示した（実施例２４を参照願いたい）。

添加する改質剤の量は、クレイのカチオンの交換容量（ＣＥＣ）に基づいて計算されてよく、クレイ１００ｇ当たりのｍｍｏｌの単位で計算され。好ましい改質剤の量は、添加されたクレイの全重量に基づき、１から９９％、好ましくは５から６０％、より好ましくは１０から５０％、及び最も好ましくは２０から４０％の最大モルカチオン交換比（ＭＥＲ）である。

ブレンステッド酸
本発明の方法にて用いるブレンステッド酸は、プロトン（Ｈ^＋）を別の化合物へ提供できる任意の有機又は無機化合物でよい。ブレンステッド酸に適した好ましい例は、臭化水素（ＨＢr）、塩化水素（ＨＣｌ）、及びフッ化水素（ＨＦ）などハロゲン化水素である。ＨＢｒが好ましい。しかしながら、他の好適なブレンステッド酸は、硫酸、硝酸、リン酸、酢酸のようなカルボン酸等を含む。

理論的に、ブレンステッド酸の１モル当量は、改質剤をプロトン化するのに必要とされる。実際、使用するブレンステッド酸は、９０から２５０％の１モル当量、より好ましくは１００から２００％の１モル当量、より好ましくは１００から１５０％の１モル当量の改質剤（アミン）の範囲でよい。改質剤として用いる第４級アンモニウム塩の場合、酸は必要ない。あるいは、改質剤（アミン）及びブレンステッド酸は予備結合することができ、それからプロトン化改質剤を本発明の方法においてさらに（単離する又は単離せずに）用いることができる。

クレイ
本発明のナノコンポジットは、無機クレイ、好ましくは膨潤性の層状無機クレイを含有する。そのようなクレイの粒子は、少なくとも一つの寸法がナノメーターのレンジ（言い換えると、約１から約１００ｎｍ）である。本発明のナノコンポジット組成物におけるクレイは、好ましくは分散され剥離される。本発明の目的に適した膨潤性の層状無機クレイ材料には、天然または合成のフィロシリケート、特にスメクティックなクレイ、例えば、モンモリロナイト、ノントロナイト、バイデライト、ベントナイト、ボルコンスコアイト、ラポナイト、ヘクトライト、サポナイト、ソーコナイト、マガダイト、ケニヤアイト、ステベンサイト等、並びに、バーミキュライト、ハロイサイト、アルミン酸塩酸化物、ハイドロタルサイト等が含まれる。これらの層状クレイは、一般的に、中間層の間隔が例えば、４Å未満で固く一緒に結合した、ナノメーターのレンジのシリケート粒子又はプレートレットを含む。層状のクレイは、透過電子顕微鏡法（ＴＥＭ）で測定して２０ｎｍの平均厚さ、好ましくは１０ｎｍ、より好ましくは５ｎｍ、最も好ましくは５から２０Å、好ましくは８から１２Åなど、３ｎｍより小さい粒子又はプレートレットを含む。これらの粒子は、約１００のアスペクト比（長さ対厚さの比）を有する。クレイは、中間層の表面に存在するＮａ^＋、Ｃａ^２＋、Ｋ^＋、あるいはＭｇ^２＋などの交換可能なカチオンを含む。しかしながら、本発明に用いる無機クレイは、好ましくは有機クレイではなく、言い換えるとそれらは、好ましくは有機アンモニウム塩由来のものなど有機カチオンによるこれらのカチオンの交換により修飾されない。むしろ、無機クレイは、本発明において、それらの無機の、非修飾の形態で用いる。例えば、クロイサイトなどナトリウムモンモリロナイトクレイは、任意の従来の有機的な修飾をせずに水中でスラリー化して用いる。むしろ、さらに下記で説明するように、別の改質剤（二機能性的な乳化剤‐剥離剤として働く）が、上記で記載するように用いられ、非修飾クレイ、非修飾ポリマー、又はその両方に接触しながら、好ましくはブレンステッド酸によりインシトゥ（ｉｎ−ｓｉｔｕ）でプロトン化されることを特徴とする。

本発明のナノコンポジットを調製する方法に用いるために、層状のクレイは、クレイを水溶液中に懸濁させて水性のクレイスラリーを形成する。水溶液中のクレイの濃度は、クレイ粒子間の相互作用が最小になり、クレイが剥離増加するよう、十分低いことが好ましい。ある実施形態においては、クレイの水性スラリーは、スラリーの全量に基づき、０．１から５．０ｗｔ．％、好ましくは０．１から３．０ｗｔ．％のクレイ濃度である。

ある実施態様においては、本発明の方法で用いるべきクレイの水性スラリーのｐＨは、酸性、中性、アルカリ性でありうる。ある実施態様においては、クレイの水性スラリーのｐＨは、４と１３の間でよい。クレイの水性スラリー及び水は、クレイを十分に剥離する時間、例えば、０．２５から２４時間、好ましくは４から１６時間、より好ましくは１０から１４時間、室温にてクレイと水を撹拌することにより調製されうる。

この発明でナノコンポジットに取り込まれる（剥離された）クレイの量は、ナノコンポジットの例えば引っ張り強さ及び／又は酸素バリア特性の機械的性質における改善を開発するために十分な量である。一般的に、本発明のナノコンポジット中のクレイの量は、ナノコンポジット中のゴムの含有量を基準にして、０．１からから２０ｗｔ．％、好ましくは０．２から１５ｗｔ．％、より好ましくは０．５から１０ｗｔ．％、及びもっとも好ましくは１から６ｗｔ．％の範囲である。独立的に、ゴム１００重量部にする割合で表すと、クレイまたは剥離されたクレイは、ひとつの実施形態では、では１から４５ｐｈｒで、別の実施形態では２から２０ｐｈｒ、及び別の実施態様においては、３から１１ｐｈｒで存在してよい。

第二のゴム成分
上記記載のポリマー、好ましくはハロゲン化エラストマーに加えて、第二のゴム成分または「汎用ゴム」成分が、本発明の組成物および最終用途製品中に存在してよい。これらのゴムとしては、天然ゴム、ポリイソプレンゴム、ポリ（スチレン‐コ‐ブタジエン）ゴム（ＳＢＲ）、ポリブタジエンゴム（ＢＲ）、ポリ（イソプレン‐コ‐ブタジエン）ゴム（ＩＢＲ）、スチレン‐イソプレン‐ブタジエンゴム（ＳＩＢＲ）、エチレン‐プロプレンゴム（ＥＰＭ）、エチレン‐プロピレン‐ジエンゴム（ＥＰＤＭ）、ポリスルフィド、ニトリルゴム、酸化プロピレンポリマー、星型分枝ブチルゴムおよびハロゲン化星型分枝ブチルゴム、臭素化ブチルゴム、塩素化ブチルゴム、ポリ（イソブチレン‐コ‐ｐ‐メチルスチレン）およびハロゲン化ポリ（イソブチレン‐コ‐ｐ‐メチルスチレン）、たとえば、イソブチレン誘導単位、ｐ−メチルスチレン誘導単位、およびｐ‐ブロモメチルスチレン誘導単位のターポリマー、並びにこれらの混合物が挙げられるが、これらに限定されない。

本発明の第二のゴムとして有用な天然ゴムの例は、ＳＭＲ ＣＶ、ＳＭＲ ５、ＳＭＲ １０、ＳＭＲ ２０、およびＳＭＲ ５０、並びにこれらの混合物などのマレーシアゴムである。

本発明の第二のゴムとして有用なＢＲゴムのいくつかの商業的な例は、ＮＡＴＳＹＮ（商標）（グッドイヤー・ケミカル社（Ｇｏｏｄｙｅａｒ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙ））、およびＢＵＤＥＮＥ（商標）１２０７またはＢＲ １２０７（グッドイヤー・ケミカル社）である。望ましいゴムは、高シス−ポリブタジエン（ｃｉｓ−ＢＲ）である。「高シス−ポリブタジエン」により、シス成分の量が少なくとも９５％である１，４−シスポリブタジエンが使用されることを意味する。

適切なＥＰＭおよびＥＰＤＭゴムは、ＶＩＳＴＡＬＯＮ（商標）（エクソンモービル・ケミカル社米国テキサス州、ヒューストン）という商標名で市販されている。ＥＰＤＭなどにおける適切なコノモマーは、エチリデンノボルネン、１，４−ヘキサジエン、及びジクロペンタジエンである。

最後に、いわゆる半結晶性コポリマー（「ＳＣＣ」）は、第二の「ゴム」成分として存在してよい。一般的に、ＳＣＣは、エチレンまたはプロピレン及び／又は１−ブテン誘導単位と任意に他のＣ_４からＣ_１６のα−オレフィン又はスチレン誘導単位の熱可塑性コポリマーであり、ＳＣＣは、ある程度の結晶性を有し、ＤＳＣで測定して、９から５０Ｊ／ｇ、好ましくは１５から２５Ｊ／ｇの融解熱を有する。

第二のゴム成分が、第一のポリマー、好ましくは、上記に記載のようなハロゲン化エラストマーに加えて本発明のエラストマー組成物中に存在する場合、全ゴム含有量に基づき９０ｐｈｒ以下、好ましくは７０ｐｈｒ以下、より好ましくは５０ｐｈｒ以下、より好ましくは４０ｐｈｒ以下、及びさらに好ましくは３０ｐｈｒ以下で存在してよい。第二のゴム成分が最少量で存在する場合、２ｐｈｒ、好ましくは５ｐｈｒより好ましくは１０ｐｈｒ存在する。また、望ましい実施態様は、任意の上限のｐｈｒ及び任意の下限ｐｈｒの任意の組み合わせも含んでよい。

充填剤、添加剤、及び硬化剤
本発明のナノコンポジットは、１以上の充填剤成分、たとえば炭酸カルシウム、クレイ、マイカ、シリカおよびシリケート、タルク、二酸化チタン、およびカーボンブラックを含んでも良い。本明細書で用いる用語、「充填剤」は、上述の説明のように、ナノコンポジットマトリックスの一部を形成するクレイ粒子を含まず、たとえばナノメートル領域にある寸法を有するクレイ粒子を含まない。しかし、大きいクレイ粒子は、必要に応じて、ナノコンポジット中の充填剤として使用することができる。ある実施態様においては、充填剤はカーボンブラック、または修飾されたカーボンブラックである。好ましい充填剤は、１０〜１５０ｐｈｒのレベル、より好ましくは３０〜１２０ｐｈｒのレベルで存在する半強化グレードのカーボンブラックである。カーボンブラックの有用なグレードは、Ｎ１１０〜Ｎ９９０の範囲である。たとえばタイヤのトレッドに有用なカーボンブラックのグレードは、ＡＳＴＭＤ３０３７、Ｄｌ５１０、およびＤ３７６５で規定されているＮ２２９、Ｎ３５１、Ｎ３３９、Ｎ２２０、Ｎ２３４およびＮ１１０である。タイヤの側壁に有用なカーボンブラックのグレードは、たとえば、Ｎ３３０、Ｎ３５１、Ｎ５５０、Ｎ６５０、Ｎ６６０、およびＮ７６２である。インナーライナーに有用なカーボンブラックのグレードは、たとえばＮ５５０、Ｎ６５０、Ｎ６６０、Ｎ７６２、およびＮ９９０である。

本発明のナノコンポジット組成物は、硫化可能な組成物を形成するために、官能化エラストマーのコポリマー成分を硬化させることができる硬化剤系を任意に含むことができる。適する硬化剤系は当業者に公知であり、有機過酸化物、ステアリン酸亜鉛、又はステアリン酸と結合した酸化亜鉛、および任意に１以上次の促進剤または加硫剤を含む。それは、Ｐｅｒｍａｌｕｘ（ジカテコールボレートのジ‐オルト‐トリルグアニジン塩）、ＨＶＡ‐２（ｍ‐フェニレンビスマレイミド）、Ｚｉｓｎｅｔ（２，４，６‐トリメルカプト‐５トリアジン）、ＺＤＥＤＣ（ジエチルジチオカルバミン酸亜鉛）、およびその他のジチオカルバミン酸、Ｔｅｔｒｏｎｅ Ａ（ジペンタ−メチレンチウラムヘキサスルフィド）、Ｖｕｌｔａｃ−５（アルキル化フェノールジスルフィド）、ＳＰ １０４５（フェノールホルムアルデヒド樹脂）、ＳＰ１０５６（臭素化アルキルフェノールホルムアルデヒド樹脂）、ＤＰＰＤ（ジフェニルフェニレンジアミン）、サリチル酸（ｏ−ヒドロキシ安息香酸）、ウッドロジン（アビエチン酸）、および硫黄と結合したＴＭＴＤＳ（テトラメチルチウラムジスルフィド）が挙げられる。この組成物は、紫外線または電子放射線を使用して硬化させても良い。

本発明のナノコンポジット組成物は、プロセッシング又はエキステンダー油又は他のプロセッシング剤など、プロセッシング添加剤を含んでもよい。プロセッシング剤は、低分子（１５，０００Ｍｎ未満）オレフィンホモ‐又はコポリマーでよく、オレフィンは、３から８、好ましくは４から６、及び好ましくはポリブテンを有するオレフィンである。市販の例は、プロセッシング油のＰＡＲＡＰＯＬ（商標）シリーズであり、（米国テキサス州、ヒューストン、エクソンモービル・ケミカル会社（ＥｘｘｏｎＭｏｂｉｌ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙ）） ＰＡＲＡＰＯＬ（商標）４５０、７００、９５０、１３００、２４００及び２５００などである。本発明のナノコンポジット組成物は、非官能化可塑剤として、一以上の他のポリアルファオレフィン又はイソパラフィンも含んでよい。

本発明のナノコンポジット組成物は他の従来の添加剤、染料、顔料、酸化防止剤、熱および光安定剤、可塑剤、オイル、および当該技術分野で公知のその他の含有物を含んでも良い。

充填剤、添加剤、硬化剤成分、及び他の成分のブレンドは、使用されるならば、所望の成分と本発明のナノコンポジットとを、Ｂａｎｂｕｒｙ（商標）混合機、Ｂｒａｂｅｎｄｅｒ（商標）混合機、または好ましくは混合機／押出機などの適切な混合装置内で混合し、１２０℃〜３００℃の範囲の温度で、成分がナノコンポジット組成物中に均一に分散するのに十分な剪断条件で混合することによって行われる。

ナノコンポジットを調製する方法
上述及びクレーム記載のように、本発明の第一の態様は、ナノコンポジットを調製する方法に関連し、方法は、
（ａ）（ｉ）有機溶剤中ポリマーの溶液、（ｉｉ）クレイの水性スラリー、（ｉｉｉ）改質剤、及び（ｉｖ）ブレンステッド酸を接触し、乳濁液を形成する工程、
（ｂ）乳濁液を混合し、ナノコンポジットを形成する工程、
（ｃ）乳濁液からナノコンポジットを回収する工程
を含む。ポリマー、有機溶剤、クレイ、改質剤、及びブレンステッド酸は、上記に明記されている。

工程（ａ）において、有機溶剤中ポリマーの溶液（ｉ）は、上記に説明するように調製される又は提供される。独立的に、クレイの水性スラリー（ｉｉ）は、上記に説明するように調製される又は提供される。

ポリマー溶液（ｉ）及び水性クレイスラリー（ｉｉ）は、上述のように、改質剤（ｉｉｉ）と接触され、ブレンステッド酸（ｉｖ）も上記に記載のように接触される。ポリマー溶液、水性クレイスラリー、改質剤、及びブレンステッド酸を接触する（及び混合する）ことにより乳濁液が形成される。ある実施態様においては、クレイの水性スラリー対乳濁液中のポリマー溶液の体積比は、０．０１：１〜１：１、好ましくは０．１：１〜０．９：１、及びもっとも好ましくは０．３：１〜０．７：１でありうる。

本発明の乳濁液は、従来の乳化技術により形成される。混合ポリマー溶液（有機溶剤中）、水性クレイスラリー、及びブレンステッド酸によりインシトゥ（ｉｎ−ｓｉｔｕ）プロトン化される（その結果界面活性剤として働く）改質剤は、市販のブレンダー及びその同等物などで、乳濁液を形成するために十分な時間、例えば少なくとも数秒間及び好ましくは数分間で十分せん断される。乳濁液は、連続又は間欠的な混合又は撹拌を用いて又は用いずに、加熱又は他の温度コントロールを用いて又は用いずに、クレイの剥離を増強する十分な時間、例えば０．１から１００時間、好ましくは０．１から５０時間、及びより好ましくは０．５から２０時間乳濁状態で維持されてよい。

好ましくは、ナノコンポジットを形成するために、高せん断ミキサーは、乳濁液の成分を混合するのに用いられる。例えば、Ｓｉｌｖｅｒｓｏｎ Ｈｉｇｈ Ｓｈｅａｒ Ｍｉｘｅｒ Ｌ４ＲＴ−Ｗ (バッチ)又は(インライン)を用いることがでるがこれに限定されない。

改質剤（例えば、ＰＩＢ‐アミン）の量は、有機溶剤、ポリマー、水性クレイスラリー、改質剤、ブレンステッド酸を含む全乳濁液の少なくとも０．００１ｗｔ．％、より好ましくは０．００１から３ｗｔ．％及びもっとも好ましくは０．０１から２ｗｔ．％で用いてよい。

ブレンステッド酸の量は、（モル基準で）（非プロトン化）改質剤の量に少なくとも等しい量にすべきである。好ましくは、ブレンステッド酸の（モル）量は、上述のような（非プロトン化）改質剤の（モル）量を超えるべきである。

ポリマー溶液（ｉ）及び水性クレイスラリー（ｉｉ）、改質剤（ｉｉｉ）、及びブレンステッド酸（ｉｖ）は異なるオーダーで混合できる。好ましい実施態様においては、本発明の第一の態様による方法の工程（ａ）において、ポリマー溶液とブレンステッド酸を含む第一混合物、水性クレイスラリーと改質剤を含む第二混合物を提供し、それから第一及び第二混合物を混合し乳濁液を形成する。この実施態様においては、第一混合物は、好ましくはポリマーハロゲン化反応容器の流出物であり、反応容器中（有機溶剤中の）ポリマーは、当分野で知られる一般的なハロゲン化条件下にてハロゲンと、好ましくは塩素又は臭素と反応する。この反応容器の流出物は、ハロゲン化ポリマーとブレンステッド酸（この場合、臭化水素又は塩化水素でよい）として働くハロゲン化水素を含む溶液である。また、ハロゲン化ポリマー溶液のことを「セメント」と呼ぶ。ハロゲン化反応容器からのこの流出物を任意のさらなる仕上げ又は分離プロセスなしに用いてよく、水性クレイスラリーと改質剤と混合でき、改質剤は、ハロゲン化水素によりインシトゥ（ｉｎ−ｓｉｔｕ）プロトン化される。この場合、ブレンステッド酸の添加は必要なく、ハロゲン化反応容器流出物中に存在する酸を中和する必要性もない。改質剤（適切な溶剤又は希釈剤に溶解又は希釈されてよく、好ましくはハロゲン化ポリマーが溶解する同じ溶剤又は溶剤混合物）をポリマー溶液とハロゲン化水素を含む第一混合物に加えてよく、それからクレイスラリーを添加してよい。あるいは、クレイスラリーを改質剤の添加前に、前記第一混合物に添加してよい。あるいは、改質剤（適切な溶剤又は希釈剤に溶解又は希釈されうる）とクレイスラリーを前もって混合してもよく、それにより上述の第二の混合物を形成し、それからポリマー溶液とハロゲン化水素を含む第一の混合物と接触してよい。

別の実施態様においては、ナノコンポジットの調製が、ポリマーハロゲン化方法と統合しない場合、本発明の第一の態様による方法の工程（ａ）において、有機溶剤中のポリマーの溶液をクレイの水性スラリーと混合し、それから改質剤及びブレンステッド酸と別々に或いは一緒に混合する。ある実施態様においては、非プロトン化改質剤及びブレンステッド酸を前もって混合してよく、プロトン化改質剤をポリマー溶液及び／又は水性クレイスラリーと接触する前に、単離されてもよいし、或いは単離されなくてもよいプロトン化改質剤とを得ることができる。あるいは、ブレンステッド酸の添加を必要としない第四級アンモニウム塩を改質剤として用いてよい。

本発明の第一の態様の方法の工程（ｃ）において、ナノコンポジットを例えば、溶液からナノコンポジットを沈殿し、ろ過することによりその液体から沈殿されたナノコンポジットを回収し、回収されたナノコンポジットを乾燥する手段により回収する。あるいは、ナノコンポジットを乾燥するために、任意の液体（特に、有機溶剤）を水蒸気蒸留によるなど、蒸発してもよく、得られたスラリーを一連の乾燥工程又は成形機を通してもよい。

また、本発明は、ポリマー／クレイナノコンポジットの調製における乳化剤として、上記に規定した改質剤の使用に関し、改質剤は、好ましくは式ＮＲ_３のアミンに関し、ここでＲ基は、同一あるいは異なり、互いに独立し、水素原子、Ｒ基の少なくとも一つが水素原子でない条件下、少なくとも５から１００以下の炭素原子を有するアルキル基、５から２５の炭素原子を有するアリール基、５から５０の炭素原子を有するアルキルアリール基、５から５０の炭素原子を有するアリールアルキル基、又は少なくとも５から１００以下の炭素原子を有するエーテル基であることを特徴とする。ポリマー／クレイナノコンポジットのこの調製は、ブレンステッド酸存在下、有機溶剤中のポリマー溶液をクレイの水性スラリーと接触することを含む。ポリマー、有機溶剤、クレイ、改質剤等は、すべてすでに上記に規定したものである。また、好ましくは、改質剤は、ブレンステッド酸によりインシトゥ（ｉｎ−ｓｉｔｕ）プロトン化される。

ポリマーをハロゲン化する（及びナノコンポジットを調製する）ための方法
上記及び請求項に記載のように、第二の態様において、本発明は、ポリマーのハロゲン化するための方法に関し、方法は、
（ａ）有機溶剤中のポリマーの溶液を提供する工程、
（ｂ）前記ポリマー溶液をハロゲン化条件下において反応容器中ハロゲンと接触させ、ハロゲン化ポリマー及びハロゲン化水素を生成する工程、
（ｃ）ハロゲン化ポリマー及びハロゲン化水素を含む工程（ｂ）のハロゲン化反応容器の流出ストリームをクレイの水性スラリー及び改質剤と接触させ、乳濁液を生成する工程、
（ｄ）乳濁液を混合してハロゲン化ポリマー及びクレイのナノコンポジットを生成し、
（ｅ）乳濁液からナノコンポジットを回収する工程
を含む。

この実施態様においては、ナノコンポジットを調製する方法は、ポリマーをハロゲン化する方法の重要な部分のひとつである。別の表現で言うと、本発明の第二の態様は、ポリマーをハロゲン化（ハロゲン化自体は当分野にて知られている）する方法に関し、ハロゲン化反応容器の流出物（上記に説明のように、「セメント」）は、溶剤又は溶剤混合物中のハロゲン化ポリマーとハロゲン化水素（ＨＣｌ又はＨＢｒ）を含み、ナノコンポジットを調製するためにすぐに用いられる、言い換えると、実質的に、更なる分離をせず、及び酸の中和をせずに用いられる。つまり、流出物ストリーム中ハロゲン化水素は、本発明に従って、ブレンステッド酸として働く。ハロゲン化反応容器からの流出物ストリームは、工程（ｃ）において、本発明の第一の態様について上述した同様の方法で、水性クレイスラリーと混合され改質剤と分離して、或いは一緒に混合される。それにより、改質剤は、ブレンステッド酸によりインシトゥ（ｉｎ−ｓｉｔｕ）でプロトン化される。得られた乳濁液は、上記のように同じ方法でナノコンポジットを形成するために工程（ｄ）において混合される。また、工程（ｅ）でのナノコンポジットの回収は、本発明の第一の態様に関して上記に説明したように実施される。

本発明の方法の有益性
本発明の方法を用いて、ポリマー／クレイナノコンポジットの調製を改善しうる。前もってポリマー又はクレイと結合（共有結合又はイオン結合）していない改質剤の使用により、及び改質剤が相対的に低分子量（ポリマー及びバルククレイと比較して）である事実により、（インシトゥ（ｉｎ−ｓｉｔｕ）プロトン化される）改質剤を通して、有機溶剤中のポリマー及び水相中のクレイの間の相互作用を改善する。ポリマーマトリックス中のクレイの剥離を増強し、得られるナノコンポジット、その組成物及びそれから作られる製品の空気保持能力に関してプラスの効果を有する。本発明に従って調製されるナノコンポジットは、良い加工可能性及び機械的性能を維持しながら、空気保持特性が改善された。

さらに、本発明の方法において、乳濁液の形成及びナノコンポジットの形成の間にクレイの凝集が低減され、又は避けられる。また、クレイ及びポリマー間の改善された相互作用により、クレイ保持率は、従来の方法より良好である。言い換えると、剥離されたクレイはポリマーマトリックスで良好に維持される。これは有利な効果である。なぜなら、ナノコンポジットの生産の間クレイ原料の減少が少なくなるからである。

最後に、本発明の方法が、ポリマーのハロゲン化と統合された方法として実施される場合、好ましくはハロゲン化イソブチレン‐ベースのエラストマーの場合、ハロゲン化反応容器由来の流出物（セメント）（流出物は、溶液中ハロゲン化ポリマーと共にブレンステッド酸として働くハロゲン化水素を含む）を用いること及び流出物を水性クレイスラリーと混合し、別々に或いは一緒に改質剤と混合する場合、このインシトゥ（ｉｎ−ｓｉｔｕ）プロトン化方法は、形成したハロゲン化水素の中和、及び／又はハロゲン化ポリマーの分離など、追加的な方法の工程の必要性を除き、或いは少なくとも減少させる。そして、このようにして統合された方法の時間効率及びコスト効率がよくなる。

産業上利用可能性
本発明のナノコンポジット及び上記のように本発明の任意の方法により調製されたナノコンポジットを含む組成物は、例えば押し出し成形、圧縮成形、ブロー成形、抽出成形、又は積層成形など、所望の形態へ成形され、繊維、フィルム、ラミネート、層、車の部品、家庭用電化製品、消費者製品、パッキング等を含む多様な成形製品へ成形される。特にエラストマー組成物は、トラックのタイヤ、バスのタイヤ、自動車のタイヤ、オートバイのタイヤ、オフロードのタイヤ、エアクラフトのタイヤ等多様なタイヤを利用する製品に有用である。エラストマー組成物は、仕上がった製品に加工されても、タイヤ用インナーライナーなど仕上がった製品の部材に加工されてもよい。製品は、空気バリア、空気膜、フィルム、インナーライナー、インナーチューブ、側壁、トレッド、ブラダー等から選択されてよい。別の利用においては、エラストマー組成物は、エアークッション類、空気式スプリング類、エアベローズ類、ホース類、アキュムレーターバッグ類、及びコンベアベルト又は自動車のベルトなどベルト類に用いてよい。また、それらは、成形ゴムパーツに有用であり、自動車のサスペンションダンパー類、自動車の排ガスハンガー類、体の標本類の広い適用も理解される。

ＰＩＢ‐アミンなど改質剤のインシトゥ（ｉｎ−ｓｉｔｕ）プロトン化を含む方法により作られた本発明のナノコンポジットを含む組成物は、官能化エラストマーや有機修飾クレイを用いる従来の方法で作られた組成物と比較して、改善された空気バリア特性（低い酸素透過性）を有する。組成物は、高い衝撃強度も有する。

４０℃での酸素透過度で測定される、本発明の方法により調製された硬化されたナノコンポジットを含む組成物の空気透過度は、１２０ｍｍ×ｃｍ^３／（ｍ^２×日）以下、好ましくは１１０ｍｍ×ｃｍ^３／（ｍ^２×日）以下、好ましくは１００ｍｍ×ｃｍ^３／（ｍ^２×日）以下、好ましくは９０ｍｍ×ｃｍ^３／（ｍ^２×日）以下である。改質剤のインシトゥ（ｉｎ−ｓｉｔｕ）プロトン化を含む本発明によって作成されるナノコンポジットは、予備的に官能化したポリマーや有機修飾クレイの使用を含む従来の方法で作られたナノコンポジットと比較して、空気透過性が２０％以下に低下することができ、クレイ又はポリマー改質剤又は剥離剤を全く使用しない従来の方法と比較して、さらに高い空気透過性の低下を有する。

さらに、本発明のナノコンポジットにおいて、クレイの剥離及びクレイ‐ポリマー相互作用が改善される。クレイ粒子又はプレートレットは、ポリマーマトリックス内に均一的に分散される。「均一な分散」により、粒子が凝集せず、好ましくは透過電子顕微鏡法（ＴＥＭ）に示すように、粒子の少なくとも８０％、より好ましくは少なくとも９０％、好ましくは少なくとも９５％、最も好ましくは１００％がポリマーにより囲まれている。また、クレイ保持力が、従来の方法のものと比較して、本発明のナノコンポジットにおいて改善される。

別の実施態様においては、本発明は、次の発明に関連する。
１．ポリマー及びクレイのナノコンポジットを調製する方法であって、
（ａ）（ｉ）有機溶剤中のポリマー溶液、（ｉｉ）クレイの水性スラリー、（ｉｉｉ）改質剤、及び（ｉｖ）ブレンステッド酸を接触させ、乳濁液を生成する工程、
（ｂ）乳濁液を混合し、ナノコンポジットを生成する工程、及び
（ｃ）乳濁液からナノコンポジットを回収する工程
を含む方法。
２．改質剤が、ブレンステッド酸によりインシトゥ（ｉｎ−ｓｉｔｕ）でプロトン化されることを含むことを特徴とする１項に記載の方法。
３．工程（ａ）において、ポリマー溶液及びブレンステッド酸を含む第一混合物、水性クレイスラリー及び改質剤を含む第二混合物を提供し、第一及び第二混合物を混合し、乳濁液を生成することを特徴とする１項又は２項に記載の方法。
４．第一混合物がポリマーハロゲン化反応容器の流出物であることを特徴とする３項に記載の方法。
５．工程（ａ）において、ポリマー溶液及びクレイスラリーを最初に混合し、乳濁液を生成し、改質剤及びブレンステッド酸を別々に又は一緒に乳濁液に添加することを特徴とする１項から４項いずれか一つに記載する方法。
６．ポリマーが、ハロゲン化エラストマーであり、好ましくは、マルチオレフィン及び／又はアルキルスチレン単位をさらに含むハロゲン化Ｃ_４からＣ_７イソオレフィンベースのインターポリマーであることを特徴とする１項から５項いずれか１に記載の方法。
７．ポリマーが、イソブチレン及びパラ‐メチルスチレン単位を含む臭素化インターポリマーであり、パラ‐メチルスチレン単位が、全インターポリマー重量に基づき、３から１５％ｗｔ．%で存在し、パラメチルスチレン単位の０．４から５モル％が、臭素化パラメチルスチレン単位であることを特徴とする１項から６項いずれか１つに記載の方法。
８．有機溶剤が、２から４０、好ましくは４から１５炭素原子を有する一以上の直鎖、分岐鎖又は環状アルカンであることを特徴とする１項から７項のいずれか１つに記載の方法。
９．クレイが、５から２０Åの薄さを有するプレートレットを含む膨張性層状クレイであることを特徴とする１項から８項いずれか１つに記載の方法。
１０．クレイが、有機カチオンによって無機カチオンを置換する手段により有機的に修飾されていない無機クレイであることを特徴とする１項から９項いずれか１つに記載の方法。
１１．クレイが、スメクチッククレイを含み、好ましくは、モンモリロナイト、ノントロナイト、バイデライト、ベントナイト、ボルコンスコイト、ラポナイト、ヘクトライト、サポナイト、ソーコナイト、マガダイト、ケニヤイト、ステベンサイト、バーミキュライト、ハロイサイト、ハイドロタルサイト、またはこれらの任意の組合せであることを特徴とする１項から１０項いずれか１つに記載の方法。
１２．改質剤が、式ＮＲ_３のアミンであり又は式ＮＲ_３のアミンを含み、Ｒ基が同一又は異なり、Ｒ基は互いに独立して、水素原子、Ｒ基の少なくとも一つが水素原子でない条件下、少なくとも５から１００以下の炭素原子を有するアルキル基、５から２５の炭素原子を有するアリール基、５から５０の炭素原子を有するアルキルアリール基、５から５０の炭素原子を有するアリールアルキル基、又は少なくとも５から１００以下の炭素原子を有するエーテル基であり、好ましくは、改質剤が、式ＮＲＨ_２のアミンである又は式ＮＲＨ_２のアミンを含み、ここでＲは１０から２５の炭素原子を有するアルキルアリール基又は少なくとも４０の炭素原子を有するアルキル基であることを特徴とする１項から１１項いずれか１つに記載の方法。
１３．改質剤が、１２項に規定するアミンと式ＮＲ_４ ^＋Ｘ⁻のアンモニウム塩の組み合わせであり、ここでＲが１２項に規定するもの、Ｘ⁻がハロゲン化物、好ましくは塩素または臭素であることを特徴とする１２項に記載の方法。
１４．改質剤が、ポリイソブテン‐アミン（ＰＩＢ−アミン）又は４‐テトラデシルアミンである或いはポリイソブテン‐アミン（ＰＩＢ−アミン）又は４‐テトラデシルアミンを含むことを特徴とする１から１３項のいずれか一つに記載の方法。
１５．ブレンステッド酸が、ハロゲン化水素であり、好ましくは臭化水素又は塩化水素であることを特徴とする１項から１４項いずれか一つに記載の方法。
１６．工程（ｃ）において、ナノコンポジットの回収がナノコンポジットを沈殿すること、液体をろ過すること及び／又は蒸発させることを含むことを特徴とする１項から１５項のいずれか１つに記載の方法。
１７．改質剤が、添加されたクレイの全重量の最大モルのカチオン交換比の５から６０％の量で用いられ、及び／又はブレンステッド酸が改質剤の１モル当量の１００から２００％の量で用いられることを特徴とする１項から１６項のいずれか１つに記載の方法。
１８．ポリマーをハロゲン化する方法であって、
（ａ）有機溶剤中のポリマーの溶液を提供する工程、
（ｂ）前記ポリマー溶液をハロゲン化条件下において反応容器中ハロゲンと接触させ、ハロゲン化ポリマー及びハロゲン化水素を生成する工程、
（ｃ）ハロゲン化ポリマー及びハロゲン化水素を含む工程（ｂ）のハロゲン化反応容器の流出ストリームをクレイの水性スラリー及び改質剤と接触させ、乳濁液を生成する工程、
（ｄ）乳濁液を混合してハロゲン化ポリマー及びクレイのナノコンポジットを生成し、
（ｅ）乳濁液からナノコンポジットを回収する工程
を含む方法。
１９．有機溶剤、ハロゲン化ポリマー、クレイ、改質剤及び方法の工程が、２項から１７のいずれか一つに記載のものであることを特徴とする１８項に記載の方法。
２０．１から１９項のいずれか１つに記載の方法で調製された、ポリマー及びクレイを含むナノコンポジット。
２１．２０項に記載のナノコンポジット及び任意に第二のゴム、充填剤、硬化システム、加工助剤、安定化剤、抗酸化剤、及び顔料からなる群から選択される成分の一以上を含む組成物。
２２．ナノコンポジットが硬化され、空気透過性が４０℃にて１１０ ｍｍ ｃｍ^３／（ｍ^２日）以下、好ましくは１００ ｍｍ ｃｍ^３／（ｍ^２日）以下、より好ましくは９０ ｍｍ ｃｍ^３／（ｍ^２日）以下の酸素透過度を有することを特徴とする２１項に記載の組成物。
２３．２１項又は２２項に記載の組成物を含む製品。
２４．製品が、フィルム、膜、ブラダー、タイヤ、タイヤインナーライナー、タイヤインナーチューブ、タイヤの側面部、又はタイヤトレッドであることを特徴とする２３項に記載の製品。
２５．ポリマー／クレイナノコンポジットの調製における乳化剤として、式ＮＲ_３のアミンの使用であって、ここでＲ基は、同一あるいは異なり、互いに独立的し、水素原子であり、Ｒ基の少なくとも一つが水素原子でない条件下、少なくとも５から１００以下の炭素原子を有するアルキル基、５から２５の炭素原子を有するアリール基、５から５０の炭素原子を有するアルキルアリール基、５から５０の炭素原子を有するアリールアルキル基、又は少なくとも５から１００以下の炭素原子を有するエーテル基であることを特徴とする当該使用。

次の実施例は本明細書の実施態様を反映し、特許請求の範囲を限定することを意図するものではない。

透過性テスト
以下の各々の実施例では、形成されたナノコンポジットについて、以下の方法を用いて透過性を分析した。特定の実施態様では、３６ｇのナノコンポジット材料をＢｒａｂｅｎｄｅｒ（商標）混合機に、１３０〜１４５℃の温度で装填し、２０ｇのカーボンブラック（Ｎ６６０）と７分間混合した。この混合物を、０．３３ｇのステアリン酸、０．３３ｇのＺｎＯ（Ｃ．Ｐ．ホール社（Ｃ．Ｐ．Ｈａｌｌ）（米国イリノイ州、シカゴ）が市販しているＫａｄｏｘ ９１１）、および０．３３ｇのＭＢＴＳ（メルカプトベンゾチアゾール‐ジスルフィド）の硬化剤パッケージと、４０℃にて４０ｒｐｍで３分間さらに混合した。得られた材料を、粉砕し、圧縮成形し、１７０℃で硬化した。すべての試料を徐々に冷却させて圧縮成形し、欠点のないパッドを形成した。ゴムのサンプル作成に、圧縮および硬化プレスを使用した。圧縮成形されたパッドの典型的な厚さは、約１５ｍｉｌ（３８１μｍ）であった。Ａｒｂｏｒプレスを使用して、２インチ（５ｃｍ）径のディスクを成形パッドから打ち抜き、透過性テストを行った。これらのディスクは、真空オーブン内において６０℃で一晩調整してから、測定を実施した。酸素透過性測定は、Ｍｏｃｏｎ ＯＸ−ＴＲＡＮ ２／６１ 透過性テスターを使用して、Ｒ．Ａ．パスタナック（Ｒ．Ａ．Ｐａｓｔｅｒｎａｋ）等による「ジャーナル・オブ・ポリマーサイエンス（ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＰＯＬＹＭＥＲ ＳＣＩＥＮＣＥ） Ａ−２部（ＰＡＲＴ Ａ−２）」８巻 （ｖｏｌ．８） （１９７０年）４６７ページの原理に従って４０℃で実施した。こうして調製したディスクを、テンプレート上に実装し、真空グリースで密封した。ディスクの一方の側に１０ｐｓｉｇ（０．０７ＭＰａ（ｇ））の窒素を、他方の側に１０ｐｓｉｇ（０．０７ＭＰａ（ｇ））の酸素を維持した。窒素側に酸素センサーを使用して、経時的な酸素濃度の増加を測定した。酸素がディスクを透過するのに必要な時間、又は窒素側の酸素濃度が一定の値に達するのに必要な時間を記録し、酸素透過性を判断するために使用する。透過性は、４０℃におけるＭｏｃｏｎ ＷＸ−ＴＲＡＮ ２／６１の酸素透過度としてｍｍ ｃｍ^３／（ｍ^２ 日）の単位で測定した。

ムーニー粘度測定
本発明のポリマー及び組成物についてムーニー粘度をＡＳＴＭ−１６４６に従って、測定した。

クレイ含有量測定
ナノコンポジット中のクレイ含有量をＰｅｒｋｉｎＥｌｍｅｒ Ｐｙｒｉｓ １ ＴＧＡ装置により測定した。サンプル（〜１０ｍｇ）を２０℃／分の速度にて８００℃に加熱した。クレイ含有量（％）を６００℃でナノコンポジットサンプル残さ（％）からポリマーの灰含有量を差し引くことにより計算した。

界面張力測定
油／水の界面張力を周知のペンダントドロップ界面張力法を用いて測定した。Ｒａｍｅ Ｈａｒｔペンダントドロップ界面張力計を用いた。

液滴サイズ測定
液滴サイズを光学顕微鏡法で測定した。ＬＡＳＥＮＴＥＣ粒子ビデオモニター（ＰＶＭ）を測定に用いた。この方法において、ＬＡＳＥＮＴＥＣ ＰＶＭ装置は、プローブに着いたＬＣＤカメラを直接乳濁液へ導入し、ビデオフレームを写し、個々の顕微鏡写真を得る。関連するサイズスケールを有する顕微鏡写真により、液滴サイズの測定ができる。

実施例１から８
ＭＤＸ ０３−１ポリマー又はポリマーセメント（下記表２参照）をイソ‐ヘキサンに溶解し、希釈した（下記表２参照）。臭化水素酸、ＨＢｒ（４８％水性溶液、アルドリッチ（Ａｌｄｒｉｃｈ）、表２参照）を添加した。２１４ｇのナトリウムモンモリロナイトクレイの水性スラリー（表１参照）を２００ｍＬの脱イオン水に希釈し、高せん断混合機（Ｓｉｌｖｅｒｓｏｎ Ｌ４ＲＴ−Ｗ、６０００ ＲＰＭにて）を用いて、ＰＩＢ‐アミン溶液（表１に説明するように；量は下記表２参照）と５０ｍＬのイソヘキサンと混合した。得られた乳濁液をＳｉｌｖｅｒｓｏｎ Ｌ４ＲＴ−Ｗ高せん断混合機を用いて６０００ＲＰＭにて４０分間酸性のポリマー溶液と混合した。溶剤を除くために水蒸気蒸留により生成物を得、１０５℃にて１６時間真空オーブン中で乾燥した。

実施例１から８のクレイ保持率測定及びムーニー粘度
無機含有量を上述のようにＰｅｒｋｉｎＥｌｍｅｒ Ｐｙｒｉｓ 1 ＴＧＡ装置で測定した。結果並びにムーニー粘度を下記表３に示す。

実施例１から８の透過性測定
ポリマーナノコンポジットを１３０から１４５℃にてＢｒａｂｅｎｄｅｒ混合機中上述のようにカーボンブラック及び硬化剤と混合した。ゴム成分を圧縮成形し１７０℃にて硬化した。透過性を上述のように、４０℃にてＭｏｃｏｎ ＯＸ−ＴＲＡＮ ２／６１で酸素透過度として測定した。結果を下記表４に示す。

実施例９から１８
ポリマー（下記表５を参照）を１０００ｍＬのイソ‐ヘキサンに溶解した。２．０５ｍＬの臭化水素酸、ＨＢｒ（４８％水性溶液、アルドリッチ（Ａｌｄｒｉｃｈ）、表２を参照）を添加した。２１４ｇのナトリウムモンモリロナイトクレイの水性スラリー（上記表１を参照）を２００ｍＬの脱イオン水に希釈し、高せん断混合機（Ｓｉｌｖｅｒｓｏｎ Ｌ４ＲＴ−Ｗ、６０００ ＲＰＭにて）を用いて、ＰＩＢ‐アミン溶液（表１に説明するように；量は下記表２参照）と５０ｍＬのイソヘキサンと混合した。得られた乳濁液をＳｉｌｖｅｒｓｏｎ Ｌ４ＲＴ−Ｗ高せん断混合機を用いて６０００ＲＰＭにて４０分間酸性のポリマー溶液と混合した。溶剤を除くために水蒸気蒸留により生成物を得、１０５℃にて１６時間真空オーブン中で乾燥した。

実施例９から１８のクレイ保持率測定及びムーニー粘度
無機含有量を上述のようにＰｅｒｋｉｎＥｌｍｅｒ Ｐｙｒｉｓ 1 ＴＧＡ装置で測定した。サンプルの測定結果並びにムーニー粘度を下記表６にまとめる。

実施例９から１８の透過性測定
ポリマーナノコンポジットを１３０から１４５℃にてＢｒａｂｅｎｄｅｒ混合機中上述のようにカーボンブラック及び硬化剤と混合した。ゴム成分を圧縮成形し１７０℃にて硬化した。透過性を上述のように、４０℃にてＭｏｃｏｎ ＯＸ−ＴＲＡＮ ２／６１で酸素透過度として測定した。結果を下記表７にまとめる。

参考例１９から２２
ポリマー（下記表８に特定するように）を１０００ｍＬのイソ‐ヘキサンに溶解した。２１４ｇのナトリウムモンモリロナイトクレイの水性スラリー（表１を参照）を２００ｍＬの脱イオン水に希釈し、高せん断混合機（Ｓｉｌｖｅｒｓｏｎ Ｌ４ＲＴ−Ｗ、６０００ ＲＰＭにて）を用いて、ポリマー溶液（表１に説明するように；量は下記表２参照）と混合した。ＰＩＢアミン及び酸は添加しなかった。溶剤を除くために水蒸気蒸留により生成物を得、１０５℃にて１６時間真空オーブン中で乾燥した。

参考例１９から２２のクレイ保持率測定及びムーニー粘度
無機含有量を上述のようにＰｅｒｋｉｎＥｌｍｅｒ Ｐｙｒｉｓ １ ＴＧＡ装置で測定した。結果並びにムーニー粘度を下記表９に示す。

参考例１９から２２の透過性測定
ポリマーナノコンポジットを１３０から１４５℃にてＢｒａｂｅｎｄｅｒ混合機中上述のようにカーボンブラック及び硬化剤と混合した。ゴム成分を圧縮成形し１７０℃にて硬化した。透過性を上述のように、４０℃にてＭｏｃｏｎ ＯＸ−ＴＲＡＮ ２／６１で酸素透過度として測定した。結果を下記表１０に示す。

他の参考例は、ＷＯ ２００８／０４５０１２に記載される実施例であり、ナノコンポジットを本発明と異なる方法で調製し、即ち、ポリマーを予備的に官能化することにより、そしてそれから官能化ポリマーをクレイスラリーと接触させることにより調製される。その明細書に記載の方法は、本発明の方法のように、ブレンステッド酸を用いるインシトゥ（ｉｎ−ｓｉｔｕ）プロトン化を含まない。本発明の実施例の透過度は、ＷＯ ２００８／０４５０１２に記載の参考例より低い。

実施例２３（界面張力の測定、ＩＦＴ）
ヘキサン‐水の接触面での界面張力（ここで、水は０．１Ｍ ＨＢｒを含んだ）を上記に説明のように測定した。臭素化イソブチレン‐パラメチルスチレンコポリマーＭＤＸ ０３‐０１（上記表１を参照）の存在下、ヘキサン‐水の接触面はトルエン‐水接触面に対応する界面張力を有する（表１１を参照）。

上記発見はハロゲン化イソブチレン／パラメチルスチレンコポリマー分子が界面活性であることを示し、ポリマーがヘキサン‐水の接触面にて凝集し、ヘキサンン‐水の接触面にて、ポリマー位置の芳香族基自身及びアルキル鎖が、ヘキサン相に溶解することを示唆する。ヘキサン‐水接触面でのこの凝集の図的記述を図１に示す。

さらに、本発明の改質剤が任意の芳香族基を含む場合（４‐テトラデシルアニリンの場合など）これらの芳香族基はイソブチレン／パラメチルスチレンコポリマーの芳香族基と相互作用し、さらなる界面張力の低下をもたらすことが、上記表１１から証明される。

実施例２４（分散した水相の液滴サイズの測定）
臭素化イソブチレン／パラメチルスチレンコポリマーＭＤＸ ０３‐０１（上記表１を参照）を含むヘキサンと水の乳濁液であって、水相が０．１Ｍ ＨＢｒ、及び有機相がイソヘキサンである乳濁液を次のように調製した。ポリマーのイソヘキサン溶液をＨＢｒ及び改質剤を含む水相に加えた（クレイをこの実施例において添加しなかった）。水相をヘキサン溶液へ添加したので、混合物をシルバーソンコンセントリックロッド（Ｓｉｌｖｅｒｓｏｎ ｃｏｎｃｅｎｔｒｉｃ ｒｏｄ）及びシリンダー型混合機を用いて混合した。分散した水相の液滴サイズを上記に説明するようにインシトゥ（ｉｎ−ｓｉｔｕ）ビデオ顕微鏡（Ｌａｓｅｎｔｅｃ ＰＶＭ）を用いて検出した。ＰＩＢアミン及び４‐テトラデシルアニリン（上記表１を参照）を本実施例において改質剤として個々に用いた。水の液滴サイズでの顕著な低下が両改質剤でみられた。水の液滴サイズの低下は、４‐テトラデシルアニリンでより顕著であった。乳濁液サンプルの顕微鏡写真を図２に示す。上図は、いずれの改質剤も使用していないサンプルを示す。二つの下図は本願発明の改質剤を含むサンプルを示す（左図：ＰＩＢ-アミン、右図：４‐テトラデシルアニリン）。観察された乳濁液の特性、言い換えると分散した水滴のサイズは観察された界面張力データと一致する（上記実施例２３を参照）。

これらの結果は、上記に記載したように、本発明の改質剤が、有機溶剤中に水相を乳状化すること及びクレイの剥離の増加することの両方を助けるという、二機能性（ｂｉ−ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ）改質剤として働くことを証明する。ブレンステッド酸を用いる改質剤のインシトゥ（ｉｎ−ｓｉｔｕ）プロトン化を含む本発明の方法は、改質剤のこれらの有利な特性と良好な空気保持特性を有するポリマー／クレイを調製する改善され、効率的な方法を兼ね備える。

アメリカ合衆国のプラクティスに関して、いずれの優先権書類及び／又は試験方法を含む本明細書に記載のすべての書類は、本明細書を引用することにより、本明細書と矛盾しない範囲まで本明細書に取り込まれる。前述の一般的な記載、具体的な実施態様及び実施例から明らかなように、本発明の形態が説明され及び記載されているが、多様な修飾が特許請求の範囲を逸脱することはなく実施できる。従って、それにより本発明が限定されることを意図しない。

Claims (25)

1. ポリマー及びクレイのナノコンポジットを調製する方法であり、
   （ａ）（ｉ）有機溶剤中のポリマー溶液、（ｉｉ）クレイの水性スラリー、（ｉｉｉ）改質剤、及び（ｉｖ）ブレンステッド酸を接触し、乳濁液を生成する工程、
   （ｂ）乳濁液を混合し、ナノコンポジットを生成する工程、及び
   （ｃ）乳濁液からナノコンポジットを回収する工程
   を含む方法。
2. 改質剤が、ブレンステッド酸によりインシトゥ（ｉｎ−ｓｉｔｕ）でプロトン化されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 工程（ａ）において、ポリマー溶液及びブレンステッド酸を含む第一混合物、及び水性クレイスラリー及び改質剤を含む第二混合物を提供し、第一及び第二混合物を混合し、乳濁液を生成することを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 第一混合物がポリマーハロゲン化反応容器の流出物であることを特徴とする請求項３に記載の方法。
5. 工程（ａ）において、ポリマー溶液及びクレイスラリーを最初に混合し、乳濁液を生成し、改質剤及びブレンステッド酸を別々に又は一緒に乳濁液に添加することを特徴とする請求項１に記載する方法。
6. ポリマーが、Ｃ_４からＣ_７イソオレフィン及びマルチオレフィン又はアルキルスチレン単位を含むハロゲン化エラストマーであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
7. ポリマーが、イソブチレン及びパラ‐メチルスチレン単位を含む臭素化インターポリマーであり、パラ‐メチルスチレン単位が、全インターポリマー重量に基づき、３から１５％ｗｔ．%で存在し、パラメチルスチレン単位の０．４から５モル％が、臭素化パラメチルスチレン単位であることを特徴とする請求項６に記載の方法。
8. 有機溶剤が、４から１５炭素原子を有する一以上の直鎖、分岐鎖又は環状アルカンであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
9. クレイが、５から２０Åの薄さのプレートレットを含む膨張性層状クレイであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
10. クレイが、有機カチオンによって無機カチオンを置換する手段により有機的に修飾された無機クレイであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
11. クレイが、スメクチッククレイを含み、好ましくは、モンモリロナイト、ノントロナイト、バイデライト、ベントナイト、ボルコンスコイト、ラポナイト、ヘクトライト、サポナイト、ソーコナイト、マガダイト、ケニヤイト、ステベンサイト、バーミキュライト、ハロイサイト、ハイドロタルサイト、またはこれらの組合せであることを特徴とする請求項１０に記載の方法。
12. 改質剤が式ＮＲ_３のアミンであり又は式ＮＲ_３のアミンを含み、Ｒ基が同一又は異なり、Ｒ基は互いに独立して、水素原子、Ｒ基の少なくとも一つが水素原子でない条件下、少なくとも５から１００以下の炭素原子を有するアルキル基、５から２５の炭素原子を有するアリール基、５から５０の炭素原子を有するアルキルアリール基、５から５０の炭素原子を有するアリールアルキル基、又は少なくとも５から１００以下の炭素原子を有するエーテル基であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
13. 改質剤が、式ＮＲＨ_２のアミンである又は式ＮＲＨ_２のアミンを含み、ここでＲは１０から２５の炭素原子を有するアルキルアリール基又は少なくとも４０の炭素原子を有するアルキル基であることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
14. 改質剤が、請求項１２に記載のアミン及び式ＮＲ_４ ^＋Ｘ⁻のアンモニウム塩の組み合わせであり、ここでＲが請求項１２に記載のものであり、Ｘ⁻がハロゲン化物であることを特徴とする請求項１２に記載の方法。
15. 改質剤が、ポリイソブテン‐アミン（ＰＩＢ−アミン）又は４‐テトラデシルアミンであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
16. ブレンステッド酸が、臭化水素又は塩化水素であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
17. 工程（ｃ）において、ナノコンポジットの回収がナノコンポジットを沈殿すること、液体のろ過及び／又は蒸留することを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
18. 改質剤が、添加されたクレイの全重量の最大モルのカチオン交換比の５から６０％の量で用いられ、及び／又はブレンステッド酸が改質剤の１モル当量の１００から２００％の量で用いられることを特徴とする請求項１に記載の方法。
19. ポリマーをハロゲン化する方法であって、
    （ａ）有機溶剤中のポリマーの溶液を提供する工程、
    （ｂ）前記ポリマー溶液をハロゲン化条件下において反応容器中ハロゲンと接触し、ハロゲン化ポリマー及びハロゲン化水素を生成する工程、
    （ｃ）ハロゲン化ポリマー及びハロゲン化水素を含む工程（ｂ）のハロゲン化反応容器の流出ストリームをクレイの水性スラリー及び改質剤と接触し、乳濁液を生成する工程、
    （ｄ）乳濁液を混合してハロゲン化ポリマー及びクレイのナノコンポジットを生成し、
    （ｅ）乳濁液からナノコンポジットを回収する工程
    を含む方法。
20. 有機溶剤、ハロゲン化ポリマー、クレイ、改質剤及び方法の工程が、請求項２から１８のいずれか一つの請求項に記載のものであることを特徴とする請求項１９に記載の方法。
21. 請求項１に記載の方法で調製された、ポリマー及びクレイを含むナノコンポジット。
22. 請求項２１に記載のナノコンポジット及び第二のゴム、充填剤、硬化システム、加工助剤、安定化剤、抗酸化剤、及び顔料からなる群から選択される成分の一以上を任意に含む組成物。
23. ナノコンポジットが硬化され、空気透過度が４０℃にて１００ ｍｍ ｃｃ／（ｍ^２日）以下の酸素透過度の特性を有することを特徴とする請求項２２に記載の組成物。
24. 請求項２２又は２３に記載の組成物を含む製品。
25. 製品が、フィルム、膜、ブラダー、タイヤ、タイヤインナーライナー、タイヤインナーチューブ、タイヤの側面部、又はタイヤの溝であることを特徴とする請求項２４に記載の製品。

Images