JP2013543913A - ビニル側基を有するホスホニウムアイオノマー及びその製造方法 - Google Patents

ビニル側基を有するホスホニウムアイオノマー及びその製造方法 Download PDF

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Abstract

本発明はハロゲン化イソオレフィン共重合体と、1つ以上のビニル側基を有する少なくとも1種の燐系求核剤との反応の反応生成物を含むアイオノマーに関する。また本発明はこのようなアイオノマーを製造し、硬化させる方法に関する。
【選択図】なし

Description

発明の分野
本発明は、硬化性ブチルゴム誘導体に関する。特に、本発明は1つ以上のビニル側基を有するアイオノマーに関する。
背景
ポリ(イソブチレン−コ(co)-イソプレン)又はIIRは、1940年代からイソブチレンと少量(2.5モル%以下)のイソプレンとのランダムカチオン重合により製造されている、一般にブチルゴム(又はブチル重合体)として公知の合成エラストマーである。IIRは、その分子構造のため、優れた空気不透過性、高い損失弾性率、酸化安定性及び長期の耐疲労性を有する。
ブチルゴムは、イソオレフィンと、コモノマーとして1種以上の、好ましくは共役した、マルチオレフィンとの共重合体であると理解されている。市販のブチルは、主要部のイソオレフィンと、少量の、通常2.5モル%以下の共役マルチオレフィンとを含有する。ブチルゴム又はブチル重合体は、一般に、として塩化メチル、重合開始剤の一部としてフリーデル−クラフト触媒を用いるスラリー法で製造される。この方法は、米国特許第2,356,128号及びUllmanns Encyclopedia of Industrial Chemistry,A23巻,1993年,288〜295頁に記載されている。
ブチルゴムをハロゲン化すると、エラストマー内に反応性のハロゲン化アリル官能基(allylic halide functionality)を生成する。従来のブチルゴムハロゲン化法は、例えばUllmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry(第5完全改定版,A231巻、Elvers等編)及び/又はMaurice Mortonによる“Rubber Technology”(第3版),第10章(Van Nostrand Reinhold Company版権1987),特に297〜300頁に記載されている。
ハロゲン化ブチルゴム(ハロブチル)の開発は、非常に高い硬化速度を付与すると共に、天然ゴムやスチレン-ブタジエンゴム(SBR)のような汎用ゴムとの共加硫を可能にし、これによりブチルの有用性が大きく広がった。ブチルゴム及びハロブチルゴムは、その特有の特性の組合わせ(ハロブチルの場合、優れた不透過性、良好な柔軟性、良好な耐候性、高度不飽和ゴムとの共加硫性)により、タイヤの内側チューブやタイヤの内張りの作製に使用するなど、各種用途に好ましい材料となるので、高価値の重合体である。
ハロゲン化アリル官能基が存在すると、求核性アルキル化反応が可能となる。最近、臭素化ブチルゴム(BIIR)を窒素系及び/又は燐系求核剤により固体状態で処理すると、興味のある物理的化学的特性を有するIIR系アイオノマーを生成することが示された(Parent,J.S.;Liskova,A.;Whitney,R.A.;Resendes,R.,Journal of Polymer Science,Part A:Polymer Chemistry 43,5671-5679,2005;Parent,J.S.;Liskova,A.;Resendes,R.,Polymer 45,8091-8096,2004;Parent,J.S.;Penciu A.;Guillen-Castellanos,S.A.;Liskova,A.;Whitney,R.A.Macromolecules 37,7477-7483,2004参照)。アイオノマー官能基は、それぞれアンモニウムイオン基又はホスホニウムイオン基を生成する、窒素系又は燐系求核剤とハロゲン化ブチルゴム中のハロゲン化アリル部位との反応で生じる。
殆どの用途においてブチルゴムは他のゴムと同様、有用で耐久性のある最終用途製品を得るために、配合し、加硫(化学的に架橋)しなければならない。ブチルゴムのグレードは、特定の加工及び性能要件、並びに分子量、不飽和度及び硬化速度の範囲に合わせるために開発されてきた。最終用途の属性(attributes)及び加工設備の両方とも特定の用途に使用するためのブチルゴムの正しいグレードを決定する際に重要である。適切な充填剤、加工助剤、安定剤及び硬化剤の選択及び比率もコンパウンドの加工方法及び最終製品の行動(behave)方法の両方に重大な役割を演じる。
過酸化物硬化性ブチルゴムコンパウンドは、慣用の硫黄硬化システムに比べて幾つかの利点を与える。通常、この種のコンパウンドは非常に早い硬化速度を示し、また得られる硬化物品は優れた耐熱性を有する傾向がある。更に、過酸化物硬化性配合物は抽出可能な無機不純物(例えば硫黄)を含まない点で“クリーン”であると考えられる。したがって、クリーンなゴム物品は、例えば凝縮器のキャップ、生物医学装置、薬学装置(薬含有小瓶の栓、注射器のピストン棒)等に使用され、また燃料電池のシールにも使用可能である。
過酸化物硬化性ブチル系配合物を得る一方法は、従来のブチルゴムを、ジビニルベンゼン(DVB)のようなビニル芳香族化合物及び有機過酸化物と併用することである(特開平6-107738参照)。DVBの代わりに電子吸引基含有多官能性モノマー(エチレンジメタクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、N,N’-m-フェニレンジマレイミド)も使用できる(特開平6-172547)。
イソブチレン(IB)とイソプレン(IP)とDVBとをベースとする市販の三元共重合体XL-10000は、過酸化物単独で硬化可能である。しかし、この材料は幾つかの重大な欠点を持っている。例えば遊離のDVBがかなりの量存在すると、安全性の懸念が起こり得る。更に、DVBは重合プロセス中に取り込まれるので、製造中、かなりの量の架橋が起こる。こうして得られる高ムーニー粘度(60-75MU,ML 1+8@125℃)及びゲル粒子の存在により、この材料の加工は非常に困難となる。これらの理由から、過酸化物硬化性で、完全可溶性で(即ち、ゲルを含まない)、また組成中にジビニルベンゼンを含まないか、或いは含んでいても痕跡量であるイソブチレン系重合体を得ることが望ましい。
米国特許第5,578,682号は、本来、一様式の分子量分布を持った重合体から誘導して、二様式の分子量分布を有する重合体を得る方法を開示している。この重合体、例えばポリイソブチレン、ブチルゴム又はイソブチレン-p-メチルスチレン共重合体を多価(poly)不飽和架橋剤(及び任意にフリーラジカル開始剤)と混合した後、有機過酸化物の存在下で高剪断混合条件に曝される。この二様式化は、架橋助剤中に存在する不飽和部分でフリーラジカル崩壊した重合体鎖の幾つかがカップリングした結果である。
須藤等(米国特許第5,994,465号)は、イソプレン含有量が0.5〜2.5モル%の範囲にある通常の(regular)ブチルを、過酸化物及びビスマレイミド種による処理で硬化させる方法を開示している。カナダ特許第2,418,884号及びカナダ特許出願第2,458,741号には、マルチオレフィン含有量の高いブチル系過酸化物硬化性コンパウンドが記載されている。詳しくは、カナダ特許第2,418,884号にはイソプレン量が3〜8モル%の範囲にあるIIRの連続的製造法が記載されている。重合体主鎖中の高含有量のイソプレンによりコンパウンドは過酸化物硬化可能である。このような高マルチオレフィンブチルゴムのハロゲン化では、若干の不飽和基(unsaturation)が消費され、エラストマー内に反応性ハロゲン化アリル官能基を発生する。イソプレンのこのような増量により、臭化アリル官能基を3〜8モル%の範囲含有するBIIR類似体を生成することができる。なお、重合体主鎖中には二重結合が残存することが多い。以上のような求核置換反応を用いて、これらのハロゲン化アリル部位からアイオノマー部分を作ることができる。残りの不飽和部分(unsaturation)は十分に過酸化物硬化可能である。国際公開WO 2007/022618及びWO 2007/022619には高イソプレンレベルの過酸化物硬化性ブチルゴムアイオノー組成物が記載されている。
しかし、高イソプレン含有量の出発ブチルゴムの製造は、グレード間で転移を必要とするため、連続生産環境下では経済的に不利になる可能性がある。したがって、マルチオレフィン含有量が2.5モル%以下の標準グレードのブチルゴムをベースとする過酸化物硬化性ブチルゴムアイオノマー組成物を得ることが望ましい。低イソプレン含有量の過酸化物硬化ブチルコンパウンド及びハロブチルコンパウンドの物理的及び動的性能は一般に劣る。
したがって、高レベルのマルチオレフィンを必要としない自己硬化性又は過酸化物硬化性アイオノマー組成物を提供することが望ましい。
発明の概要
本発明の目的は、1つ以上のビニル側基を有する過酸化物硬化性アイオノマーを提供することである。本発明の一局面によれば、ハロゲン化イソオレフィン共重合体と、1つ以上のビニル側基を有する少なくとも1種の燐系求核剤との反応の反応生成物を含むアイオノマーが提供される。
本発明の一局面によれば、ハロゲン化イソオレフィン共重合体を用意する工程、1つ以上のビニル側基を有する少なくとも1種の燐系求核剤を用意する工程、及び前記ハロゲン化共重合体のハロゲン部分を該求核剤と反応させてアイオノマーを形成する工程、を含むアイオノマーの製造方法が提供される。
本発明の一局面によれば、ハロゲン化イソオレフィン共重合体を用意する工程、1つ以上のビニル側基を有する少なくとも1種の燐系求核剤を用意する工程、前記ハロゲン化共重合体のハロゲン部分を前記求核剤と反応させてアイオノマーを形成する工程、及び該アイオノマーを好適な硬化温度で加熱して、アイオノマーを硬化させる工程、を含む硬化重合体の製造方法が提供される。
発明の実施の形態
詳細な説明
本発明は新規なアイオノマー類、これらアイオノマー類の製造方法及びこれらアイオノマー類の硬化方法に関する。
アイオノマー:
本発明のアイオノマーはハロゲン化イソオレフィン共重合体をビニル側基含有求核剤と反応させて得られる。
ハロゲン化共重合体:
本発明で使用されるハロゲン化共重合体は、少なくとも1種のイソオレフィンモノマーと、1種以上のマルチオレフィンモノマー又は1種以上のアルキル置換芳香族ビニルモノマー又は両方との共重合体である。
本発明で使用するのに好適なイソオレフィンは、炭素原子数が4〜16の炭化水素モノマーである。本発明の一実施形態では、イソオレフィンは4〜7個の炭素原子を有する。本発明で使用されるイソオレフィンの例としては、イソブテン(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、4-メチル-1-ペンテン、4-メチル-1-ペンテン及びそれらの混合物が挙げられる。一実施形態ではイソオレフィンはイソブテン(イソブチレン)である。
これらのイソオレフィンと共重合可能なマルチオレフィンは、当業者に知られているように、本発明の実施に使用できる。一実施形態ではマルチオレフィンモノマーは共役ジエンである。このようなマルチオレフィンの例としては、例えば炭素原子数が4〜14の範囲のものがある。好適なマルチオレフィンの例としては、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、4-ブチル-1,3-ペンタジエン、2,3-ジメチル-1,3-ペンタジエン、2,3-ジブチル-1,3-ペンタジエン、2-エチル-1,3-ペンタジエン、2-エチル-1,3-ブタジエン、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、及びそれらの混合物が挙げられる。一実施形態では共役ジエンはイソプレンである。
本発明で有用なアルキル置換ビニル芳香族モノマーはベンゼン、ナフタレン、アンスラセン、フェナンスレン又はビフェニルのような芳香族基を有する。一実施形態では、アルキル置換ビニル芳香族モノマーは、C〜Cアルキル置換スチレンである。一実施形態では、C〜Cアルキル置換スチレンとしては、例えばo-メチルスチレン、p-メチルスチレン又はm-メチルスチレンが挙げられる。
一実施形態では、本発明のアイオノマーの形成に使用されるハロゲン化共重合体は、1つ以上のアリル性ハロゲン部分(allylic halogen moiety)、1つ以上のハロアルキル部分又は両方を有する。
一実施形態ではハロゲン化共重合体は、少なくとも1種のイソオレフィンモノマーから誘導された繰返し単位、及び1種以上のマルチオレフィンモノマーから誘導された繰返し単位を有する。このような実施形態では、マルチオレフィンモノマーから誘導された繰返し単位の1つ以上は、アリル性ハロゲン部分を有する。
一実施形態ではハロゲン化共重合体は、1種以上のイソオレフィンと1種以上のマルチオレフィンとを含むモノマー混合物から、まず共重合体(マルチオレフィンブチルゴム重合体とも云う)を調製し、次いで得られた共重合体をハロゲン化処理してハロゲン化共重合体を形成することにより得られる。ハロゲン化は、当業者に公知の方法、例えばMaurice Morton編“Rubber Technology”第3版,297〜300頁(Kluwer Academic Publishers)及びそこで引用された文献に記載されている。
ハロゲン化中、共重合体中のマルチオレフィン含有量の若干又は全部は、ハロゲン化アリル(allylic halide)を含む単位に転化される。ハロゲン化重合体中の合計ハロゲン化アリル含有量は、原共重合体の出発マルチオレフィン含有量を超えられない。
一実施形態では、マルチオレフィンブチルゴムの調製に使用されるモノマー混合物は、少なくとも1種のイソオレフィンモノマーを約80〜約99.5重量%及び少なくとも1種のマルチオレフィンモノマーを約0.5〜約20重量%含有する。一実施形態では、モノマー混合物は少なくとも1種のイソオレフィンモノマーを約83〜約98重量%及び少なくとも1種のマルチオレフィンモノマーを約2.0〜約17重量%含有する。
一実施形態では、マルチオレフィンブチル重合体はマルチオレフィンモノマーから誘導された繰返し単位を少なくとも0.5モル%含有する。一実施形態では、マルチオレフィンモノマーから誘導された繰返し単位は少なくとも0.75モル%である。一実施形態では、マルチオレフィンモノマーから誘導された繰返し単位は少なくとも1.0モル%である。一実施形態では、マルチオレフィンモノマーから誘導された繰返し単位は少なくとも1.5モル%である。一実施形態では、マルチオレフィンモノマーから誘導された繰返し単位は少なくとも2.0モル%である。一実施形態では、マルチオレフィンモノマーから誘導された繰返し単位は少なくとも2.5モル%である。
一実施形態では、マルチオレフィンブチル重合体はマルチオレフィンモノマーから誘導された繰返し単位を少なくとも3.0モル%含有する。一実施形態では、マルチオレフィンモノマーから誘導された繰返し単位は少なくとも4.0モル%である。一実施形態では、マルチオレフィンモノマーから誘導された繰返し単位は少なくとも5.0モル%である。一実施形態では、マルチオレフィンモノマーから誘導された繰返し単位は少なくとも6.0モル%である。一実施形態では、マルチオレフィンモノマーから誘導された繰返し単位は少なくとも7.0モル%である。
一実施形態では、マルチオレフィンモノマーから誘導された繰返し単位は約0.5〜約20モル%である。一実施形態では、マルチオレフィンモノマーから誘導された繰返し単位は約0.5〜約8モル%である。一実施形態では、マルチオレフィンモノマーから誘導された繰返し単位は約0.5〜約4モル%である。一実施形態では、マルチオレフィンモノマーから誘導された繰返し単位は約0.5〜約2.5モル%である。
一実施形態では本発明に使用されるハロゲン化共重合体は、イソブチレンから形成されたハロゲン化ブチルゴム及びイソプレン2.2モル%未満を含むもので、LANXESS Deutschland GmbHからBromobutyl 2030TM、Bromobutyl 2040TM、Bromobutyl X2TMという名称で市販されている。
一実施形態では本発明に使用されるハロゲン化共重合体は、カナダ特許出願第2,578,583号及び同第2,418,884号(これら文献の全体をここに援用する)にそれぞれ記載されるように、イソブチレンとイソプレン3モル%以上又は4モル%以上とから形成された高イソプレンハロゲン化ブチルゴムを含有する。
一実施形態では、本発明のハロゲン化共重合体は少なくとも1種のイソオレフィンと1種以上のアルキル置換芳香族ビニルモノマーとの共重合体を含有する。このような実施形態では、該芳香族ビニルモノマーから誘導された繰返し単位の1つ以上はハロアルキル部分を有する。
一実施形態では、これら種類のハロゲン化共重合体は、1種以上のイソオレフィンと1種以上のアルキル置換芳香族ビニルモノマーとを含むモノマー混合物から、まず共重合体を調製し、次いで得られた共重合体をハロゲン化処理してハロゲン化共重合体を形成することにより得られる。
一実施形態では、本発明のハロゲン化共重合体はイソオレフィンとメチルスチレンとの共重合体を含むが、ハロゲン化後、メチルスチレンから誘導された繰返し単位の若干又は全部のメチル基はハロゲン化ベンジル(benzylic halide)に転化される。ハロブチル重合体の合計ハロゲン化ベンジル含有量は、原ブチル化合物の出発スチレン含有量を超えられない。
一実施形態では、イソオレフィンモノマーとアルキル芳香族ビニルモノマーとの共重合体はアルキル芳香族ビニル部分から誘導された繰返し単位を共重合体に対し約0.5〜約25重量%含む。一実施形態では、このアルキル芳香族繰返し単位は約1〜約20重量%である。一実施形態では、アルキル芳香族繰返し単位は約2〜約10重量%である。
一実施形態では、本発明のハロゲン化共重合体は米国特許第5,013,793号(この文献の全体をここに援用する)に記載されるように、スチレン含有量が約5〜7%でハロゲン含有量が約0.5〜1.5%である、イソブチレンとp-メチルスチレンとの共重合体を含有する。
一実施形態では、本発明のハロゲン化共重合体は少なくとも1種のイソオレフィンと1種以上のマルチオレフィンと1種以上のアルキル置換芳香族ビニルモノマーとの共重合体を含有する。このような実施形態では、マルチオレフィンモノマーから誘導された1つ以上の単位はアリル性ハロゲン部分を有し、及び/又は置換芳香族ビニルモノマーから誘導された1つ以上の単位はハロアルキル部分を有する。
これら種類のハロゲン化共重合体は、イソオレフィンとマルチオレフィンとアルキル置換芳香族ビニルモノマーとを含むモノマー混合物から、まず共重合体を調製し、次いで得られた共重合体をハロゲン化処理して、マルチオレフィンモノマーから誘導された繰返し単位及び/又は芳香族ビニルモノマーから誘導された繰返し単位のアルキル基をハロゲン化することにより形成することができる。
一実施形態では、イソオレフィンとマルチオレフィンとアルキル置換芳香族ビニルモノマーとの共重合体の調製に使用されるモノマー混合物は、イソオレフィンモノマーを約80〜約99重量%、マルチオレフィンモノマーを約0.5〜約5重量%、及びアルキル置換芳香族ビニルモノマーを約0.5〜約15重量%含有する。一実施形態では、モノマー混合物はイソオレフィンモノマーを約85〜約99重量%、マルチオレフィンモノマーを約0.5〜約5重量%、及びアルキル置換芳香族ビニルモノマーを約0.5〜約10重量%含有する。
一実施形態では、米国特許第6,960,632号(この文献の全体をここに援用する)に記載されるように、ハロゲン化共重合体はイソブチレンとイソプレンとp−メチルスチレンとの三元共重合体を含有する。
マルチオレフィンブチルゴム重合体の製造に使用される混合物は、更にマルチオレフィン架橋剤を含有してよい。用語“架橋剤”は当業者に公知の用語であって、重合体鎖に加えるモノマーとは対照的に重合体鎖間に化学的架橋を起こさせる化合物を表すものと理解される。好適な架橋剤の例としては、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、ジビニルキシレン及びそれらのC〜C20アルキル置換誘導体が挙げられる。更に好ましくは、マルチオレフィン架橋剤はジビニルベンゼン、ジイソプロペニルベンゼン、ジビニルトルエン、ジビニルキシレン及びそれらのC〜C20アルキル置換誘導体、及び/又は上記に示した化合物の混合物である。最も好ましくは、マルチオレフィン架橋剤はジビニルベンゼン及びジイソプロペニルベンゼンを含む。
一実施形態では、本発明のハロゲン化共重合体は分岐部分を有する星形分岐重合体である。
一実施形態では、分岐部分は重合体分岐部分である。
本発明の星形分岐重合体の形成に有用な重合体分岐部分としては、ハロゲン化共重合体の形成に使用される共重合体の重合体鎖と共重合できるか、或いは共役結合を形成できる官能基を有する重合体又は共重合体が挙げられる。この官能基はカチオン活性の不飽和基を有する。このような重合体部分の非限定的な例としては、ポリジエン類、部分水素化ポリジエン類、例えばポリブタジエン、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-プロピレンジエンモノマーゴム、スチレン-ブタジエン-スチレン及びスチレン-イソプレン-スチレンブロック共重合体が挙げられる。
本発明の星形分岐重合体は、まず重合体鎖を分岐部分と結合させ、次いで重合体鎖をハロゲン化することにより調製できる。星形分岐重合体の製造法は米国特許第5,182,333号及び欧州特許出願公開(European Publication)第0320263号(これら各文献の全体をここに援用する)に記載されている。
求核剤:
本発明のアイオノマーの調製に使用される求核剤は1つ以上のビニル側基を有する。
一実施形態では、本発明のアイオノマーの調製に使用される求核剤は1つ以上のビニル側基を有する燐系求核剤を含む。
一実施形態では、本発明の求核剤は下記構造式(I)を有する。

式中、Aは燐であり、R、R及びRは、独立に、任意に1つ以上のヘテロ原子、1つ以上のカルボニル基又はそれらの組合わせを含む直鎖又は分岐鎖のC〜C18アルキル基;C6〜C10アリール;C3〜C6ヘテロアリール;C3〜C6シクロアルキル;C3〜C6ヘテロシクロアルキル;又はそれらの組合わせであって、R、R及びRの少なくとも1種はビニル側基を有する。
一実施形態では、構造式(I)におけるR、R及びRの少なくとも1種は、直鎖又は分岐鎖のC〜C18アルキル基又はC〜C10アリール;C〜Cヘテロアリール;C〜Cシクロアルキル;-C(O)-C(=CH)R又は-C(O)R(但し、RはC1〜C6アルキル又はHである)で任意に置換されたC〜Cヘテロシクロアルキルである。
一実施形態では構造式(I)におけるR、R及びRの少なくとも1種は、直鎖又は分岐鎖のC〜C18アルキル基又はC〜C10アリールであり;-C(O)-C(=CR’R’’)R又は-C(O)R(但し、R’R’’及びRは独立にC1〜C6アルキル又はHである)で任意に置換される。
一実施形態では構造式(I)におけるR、R及びRの少なくとも1種は、-C(O)-C(=CH)R又は-C(O)-R(但し、RはC1〜C6アルキル又はHである)である。
一実施形態ではR、R及びRの少なくとも1種は、式-CH=CHで表されるビニル側基を有する直鎖又は分岐鎖のC〜C18アルキル基である。
一実施形態では、構造式(I)にけるR,R及びRの少なくとも1種はビニル側基(但し、ビニル側基は式-CH=CHで表される)で置換されたか、ビニル側基を有する直鎖又は分岐鎖のC〜C18アルキル基で置換されたC〜C10アリールである。
一実施形態では式(I)における1種以上のヘテロ原子はN又はOから選ばれる。
一般に、適切な求核剤は、求核置換反応に関与するため、電子的にも立体的にも接近し得る孤立電子対を持った1つ以上の中立の燐中心を有する。好適な求核剤としては、限定されるものではないが、ジフェニルホスフィノスチレン(DPPS)、アリルジフェニルホスフィン、ジアリルフェニルホスフィン、ジフェニルビニルホスフィン、トリアリルホスフィン、又はそれらの混合物が挙げられる。
一実施形態では、本発明に従って使用される求核剤は、下記に示したジフェニルホスフィノスチレン(DPPS)である。
アイオノマーの調製:
本発明のアイオノマーは、前述のようなハロゲン化共重合体のハロゲン部分を、前述のようなビニル側基含有燐求核剤と反応させて調製される。
一実施形態では、出発重合体のマルチオレフィン部位に生成したハロゲン化アリルのようなハロ基又は出発重合体の芳香族ビニルビニル部位に生成したハロゲン化アルキルのようなハロ基を含有するハロゲン化共重合体に求核剤が反応すると、反応生成物はビニル側基の部位に不飽和基を有するアイオノマーを生成する。この不飽和基は、ハロゲン化共重合体出発材料に残った残存不飽和基とは別のものである。オレフィン結合が十分に存在しない場合、通常起こる分子量の低下(degradation)や鎖切断もなく、不飽和基はアイオノマーを自己硬化性過酸化物硬化性にすることができる。
ハロブチルゴムとDPPSとの反応により得られるアイオノマーの例を下記に示す。
ハロゲン化共重合体と反応させる求核剤の量は約0.05〜約5モル当量の範囲が可能である。一実施形態では、求核剤の量は約0.5〜約4モル当量である。一実施形態では求核剤の量は、ハロゲン化共重合体に存在するハロゲンの合計モル量に対し約1〜約3モル当量である。
ハロゲン化共重合体と求核剤とは約0.20〜90分間反応させることができる。反応を密閉式混合機中で行う場合には、これらの試薬は1〜10分間又は1〜4分間反応させる。その他の場合には、反応は例えば15〜90分又は20〜60分とかなり長くかかる。
求核剤はハロゲン化共重合体のハロゲン化物官能基と反応するので、得られるアイオノマー部分はハロゲン化物官能基を含む繰返し単位から誘導された繰返し単位である。したがって、アイオノマー中のアイオノマー部分の合計含有量は、ハロゲン化共重合体中のハロゲン化物の出発量を超えられない。しかし、残存ハロゲン化物を含有する繰返し単位及び/又はマルチオレフィン及び/又はビニル芳香族モノマーからの残存不飽和繰返し単位は存在してよい。一実施形態では、得られるアイオノマーは、アイオノマー部分を、0.05モル%から、アイオノマーの製造に使用したハロゲン化共重合体の原(original)ハロゲン化物含有量を超えない量まで含有する。残存ハロゲン化物は、アイオノマーの製造に使用したハロゲン化共重合体の原(original)ハロゲン化物含有量を超えない量までの非ゼロ量でアイオノマー中に存在してよい。残存マルチオレフィンは、アイオノマーの製造に使用した出発重合体の原マルチオレフィン含有量を超えない量までの非ゼロ量で存在してよい。
一実施形態ではアイオノマーは、ハロゲン化共重合体の全不飽和基を含有すると共に、ビニル側基を1.0モル%以上の量で含有する。
一実施形態ではアイオノマーは、ブチルゴムの全不飽和基を含有すると共に、ビニル側基を1.0モル%以上の量で含有する。
本発明のアイオノマーの形成には充填剤も使用できる。本発明で使用するのに好適な充填剤は無機粒子で構成されていてよい。好適な充填剤としては、シリカ、シリケート、粘土(例えばベントナイト)、石膏、アルミナ、二酸化チタン、タルク等、及びそれらの混合物が挙げられる。無機充填剤は単独でも、或いはカーボンブラックのような既知の非無機充填剤と組み合わせても使用できる。好適なカーボンブラックは、ランプブラック法、ファーネスブラック法又はガスブラック法で製造でき、20〜200m/gのBET比表面積を有し、例えばSAF、ISAF,HAF,FEF又はGPFカーボンブラック;又はゴムゲル、好ましくはポリブタジエン、ブタジエン/スチレン共重合体、ブタジエン/アクリロニトリル共重合体及びポリクロロプレン系のゴムゲルがある。
アイオノマーの硬化:
ビニル側基が存在すると、本発明のアイオノマー、特に、高レベルの残存マルチオレフィン含有量(過度の鎖切断や分子量低下もなく自己硬化及び過酸化物硬化させるのに必要であると考えられてきた)を持たない重合体を含有するアイオノマーは、自己硬化及び過酸化物硬化に好適である。
硬化は、自己硬化及び過酸化物硬化に好適な条件を与えれば実施できる。一実施形態では硬化は、本発明のアイオノマーを好適な硬化温度に加熱して行われる。
一実施形態では硬化は、本発明のアイオノマーを過酸化物硬化剤の存在下、好適な硬化温度に加熱して行われる。
一実施形態では、硬化温度は約80〜約250℃である。一実施形態では、硬化温度は約100〜200℃である。一実施形態では、硬化温度は約120〜180℃である。
本発明で使用するのに好適な過酸化物系硬化システムは、過酸化物硬化剤、例えばジクミルパーオキシド、ジ-tert-ブチルパーオキシド、ベンゾイルパーオキシド、2,2’-ビス(tert-ブチルパーオキシ)ジイソプロピルベンゼン(Vulcup(登録商標)40KE)、ベンゾイルパーオキシド、2,5-ジメチル-2,5-ジ(tert-ブチルパーオキシ)-ヘキシン-3、2,5-ジメチル-2,5-ジ(ベンゾイルパーオキシ)ヘキサン、2,5-ビス(tert-ブチルパーオキシ)-2,5-ジメチルヘキサン等を含む。このような一過酸化物硬化剤はジクミルパーオキシドを含み、DiCup 40CTMの名称で市販されている。
一実施形態では過酸化物硬化剤は、ゴム100部当たり(phr)0.01〜7部の量で使用される。他の一実施形態では、過酸化物硬化剤は0.1〜6phrの量で使用される。更に他の一実施形態では、過酸化物硬化剤は約0.2〜1.5phrの量で使用される。なお更に他の一実施形態では、過酸化物硬化剤は約0.3〜1.2の量で使用される。
本発明では過酸化物硬化助剤も使用できる。好適な過酸化物硬化助剤としては、例えばDuPontからDIAK 7TMの名称で市販されているトリアリルイソシアヌレート(TAIC)、HVA-2TM(DuPont Dow)として知られるN,N’-m-フェニレンジアミン、トリアリルシアヌレート(TAC)又はRicon D153TM(Ricon Resinsにより供給される)として知られる液体ポリブタジエンが挙げられる。過酸化物硬化助剤は、過酸化物硬化剤の量以下の量で使用してよい。
本発明の幾つかの実施形態では、安定剤、酸化防止剤、粘着付与剤、及び/又はその他、当業者に公知の他の添加剤も通常の方法で通常の量添加してよい。
更に、アイオノマーには充填剤、硬化剤、及び/又はその他の添加剤を添加してよい。
組成物がアイオノマー、充填剤、硬化剤、及び/又はその他の添加剤を含む場合、これらの成分は通常の配合技術を使用して同時に配合してよい。好適な配合技術としては、例えばバンバリーミキサーのような密閉式混合機、Haake又はブラベンダーミキサーのような小型密閉式混合機、又は2本ロールミル混合機を用いて組成物(composite)の成分を同時に混合する方法がある。押出機も良好な混合が得られ、また混合時間を短縮することができる。混合を2段以上で行うことが可能であり、混合を異なる装置、例えば一段では密閉式混合機で、一段では押出機で行うことができる。配合技術に関する追加の情報については、Encyclopedia of Polymer Science and Engineering,第4巻,66頁以下(Compounding(配合))参照。当業者に知られているように、配合に更に好適な他の技術がある。
過酸化物硬化重合体の製造方法の一実施形態では、ビニル側基含有求核剤を、まずハロゲン化共重合体と混合してアイオノマーを形成し、次いで、アイオノマーを過酸化物硬化剤と混合し、これによりアイオノマーを過酸化物硬化することが望ましい。他の実施形態では、ハロゲン化共重合体を、ビニル側基含有求核剤及び過酸化物硬化剤の両方と混合して過酸化物硬化コンパウンドを形成し、これにより、コンパウンドの硬化中、現場でアイオノマーを形成することが望ましい。この方法は、他のやり方で(otherwise)過酸化物硬化性(curability)を可能にするには、主鎖中に十分なジエンレベルを持たないグレードのようなハロゲン化共重合体の過酸化物硬化を高めた状態に誘導する単一工程だけでよいという方法上の観点から一層簡単である。しかし、この現場方法は、所望高度の硬化状態を有し、硬化時間の短い硬化重合体を製造するには、主鎖中に高レベルのマルチオレフィンを有するハロゲン化共重合体グレードと併用できる。現場で製造された硬化コンパウンドは、多段工程で製造されたコンパウンドと比べて、少なくとも同等の硬化状態を持っていることが望ましく、硬化状態が高まったかも知れない。
一局面では、本発明は前記定義したアイオノマーを含む硬化重合体及び硬化物品に関する。
以下に本発明を特定の実施例を参照して説明する。以下の実施例は発明の実施形態を説明することを意図し、本発明をいかなる方法でも制限することを意図していないものと理解されよう。
装備:
ASTM 5289に従って、可動ダイ流動計(MDR)を用い、周波数1.7Hz(弧度(arc)1°)及び温度範囲160〜180℃で流動度 (rheology)分布を得た。次にtc90値を用いて試験用特定硬化時間を測定した。2mm厚の大型シートを160〜180℃の温度でtc90+5分間硬化させた後、ダイCダンベルを染色して(dye out)、応力歪サンプルを作製した。ASTM D412方法Aに従って約23℃で試験を行った。ASTM 2240に記載のAスケールジュロメーターを用いて硬度(ショアーA2)値を求めた。
材料:
特に規定しない限り、全ての試薬はSigma-Aldrich(オンタリオ州Oakville)から受け取り、使用した。BB2030TM(LANXESS Bromobutyl 2030,LANXESS Inc.)、RB301TM(LANXESS Butyl 301)、Di-Cup 40CTM即ち、ジクミルパーオキシド(Struktol)及び“Ttigonox 101-45B-PD”をそれぞれの供給者から受け取り、使用した。Sigma-Aldrich及びHokko Chemical Industry Company(日本)製のジフェニルホスフィノスチレン(DPPS)を供給者から受け取り、両方とも使用した。
BIMS1,BIMS2及びBIMS3はイソブチレンとメチルスチレンとの臭素化共重合体である。BIMS1はスチレン含有量が5%、臭化物含有量が0.5%、ムーニー粘度が45である。BIMS2はスチレン含有量が約5%、臭化物含有量が約0.75%、ムーニー粘度が35である。BIMS3はスチレン含有量が約7%、臭化物含有量が約1.2%、ムーニー粘度が45である。
RB70TMはイソプレン含有量が6.9モル%で、ジビニルベンゼン含有量が0.1モル%で、ムーニー粘度が40のブチルゴムである。
SBBはイソブテン、イソプレン及び、分岐剤として、更にスチレン-ブタジエン-スチレンのトリブロック重合体を含むハロゲン化ブチルゴムの星形分岐重合体である。この重合体の臭素含有量は2.4%、ムーニー粘度は32である。
混合手順1:
この重合体(又は予め作製したコンパウンド)を室温の2本ロールミルに加え、他の成分を加える前に短時間運転した。ミル上に全成分を加え、次いで、成分を十分且つ確実に分散するため、得られたコンパウンドは、最少6個の4分の3カット及び最少6個の縦(endwise)通路を条件とした(subjected to)。コンパウンドを分割して、他の一例に混合した例では、スケールは1バッチ当たり約130gであり、また分割しなかったコンパウンドでは、スケールは約65gであった。
混合手順2:
ブラベンダー小型密閉式混合機に前記重合体を130℃、60rpmで加えた。他の成分を加える前に、このゴムを単独で短時間混合した。過酸化物以外の全成分を混合機に加え、このコンパウンドを7〜10分間混合した。過酸化物は、室温の2本ロールミル上のコンパウンドに加えた。過酸化物添加後、コンパウンドを最少6個の4分の3カット及び最少6個の縦(endwise)通路で精製した。コンパウンドを分割して、他の一例に混合した例では、スケールは1バッチ当たり約130gであり、また分割しなかったコンパウンドでは、スケールは約65gであった。
混合手順3:
ブラベンダー小型密閉式混合機に前記重合体、充填剤及びTPP(適用できれば)を60℃、60rpmで加えた。他の成分を加える前に、このゴムを単独で短時間混合した。このコンパウンドを約4分間混合した。適用可能の場合、DPPS及び過酸化物を室温の2本ロールミル上の混合物に加えた。成分添加後、コンパウンドを最少6個の4分の3カット及び最少6個の縦通路で精製した。コンパウンドを分割して、他の一例に混合した例では、スケールは1バッチ当たり約130gであり、分割しなかったコンパウンドでは、スケールは約65gであった。
硬化温度:
特記しない限り、約170℃の硬化温度を使用した。DiCup40C含有組成物では硬化温度として、約170℃を使用した。Trigonox 101-45B-PD含有組成物では約180℃を使用した。
例:
前述の一般的混合手順に従って、表1〜14に示すように、各種の重合体混合物及びアイオノマーを調製し、過酸化物硬化剤の存在下又は不存在下で硬化させ、引張特性を下記のように測定した。






表1












RB301TM







BB2030TM
100
100
100
100

100

RB70TM







例3




104.7


例6







例7







TPP

4.7
4.7
4.7



DPPS





6.1

Di-Cup
40CTM
1


1
1


混合手順
1
1
2
1
1
1









MH
2.77
2.68
1.54
2.79
1.47
7.63

MH-ML
1.19
1.36
0.23
1.45
0.12
6.24

t’90(分)
3.51
4.65
23.18
5.11
26.10
23.61

極限引張
(MPa)
該当せず
該当せず
該当せず
該当せず
該当せず
3.32

極限伸び
(%)
該当せず
該当せず
該当せず
該当せず
該当せず
342.1

M100
該当せず
該当せず
該当せず
該当せず
該当せず
0.78

M300
該当せず
該当せず
該当せず
該当せず
該当せず
2.57




表1(続き)








10
11

RB301TM



100


BB2030TM

100




RB70TM




100

例3






例6
105.1





例7


105.1



TPP






DPPS

5.1
5.1
5.1
5.1

Di-Cup
40CTM

1
1
1
1

混合手順
2
1
2
1
1








MH
11.00
12.84
10.72
1.11
1.50

MH-ML
6.27
11.37
6.24
0.01
0.44

t’90(分)
6.27
7.59
4.48
29.89
1.60

極限引張
(MPa)
該当せず
2.56
該当せず
該当せず
該当せず

極限伸び
(%)
該当せず
150.3
該当せず
該当せず
該当せず

M100
該当せず
1.34
該当せず
該当せず
該当せず

M300
該当せず
該当せず
該当せず
該当せず
該当せず




表1に示されるように、例1(BB2030TM+ジクミルパーオキシド)は限界の(marginal)過酸化物硬化性(M=2.77dNm)を示す。室温のミル上で予備混合した例2(BB2030TM+トリフェニルホスフィン又はTPP)は5分後、トルクの増加を示す。これはアイオノマーの形成を示唆するものである。例3(混合機中で反応させたBB2030TM+TPP)はトルクの増加を示さない。これはアイオノマーが形成された後の加熱下では更に反応が起こらないことを示している。例4及び例5はトルクの増加を示さず、TPPアイオノマーが過酸化物硬化性ではないことを示している。例6及び例7(BB2030TM+ジフェニルホスフィノスチレン又はDPPS)と比較すると、これらの例は、経時により、モジュラスの進行と共に、トルクの著しい増加を示し(それぞれM=7.63dNm、M=11.00dNm)、スチレンのビニル基によるラジカル架橋のみならず、アイオノマー形成の両方を示している。
予備成形したアイオノマー(例9)を過酸化物硬化すると、高度の初期トルク(6.24dNm)、迅速なt’90(4.48分)、高いM(10.92dNm)及び僅かな戻り(reversion)が生じた。例8は、添加剤としてDPPSを用いた時(DPPS及び過酸化物を室温のミル上に加える)に観察された相違点を示す。このコンパウンドは遅いt’90(7.59分)、硬化の定常状態及び同等のM(12.84dNm)を示し、アイオノマーが現場で形成されたことを示している。
例10及び例11はRB301TM及びTP RB75TMに関し、これらはハロゲン化アリルが存在しないため、アイオノマーを形成できない。得られる可動ダイ流動計(MDR)曲線はトルクの増加を示さず、RB301では厳しい戻りを示し、アイオノマーの形成がないことを確認した。


表2





12
13
14
15

BB2030TM
100

100


例12

101.3



例13



101.3

DPPS
1.3

1.3


Di-Cup 40CTM


1
1

混合手順
1
2
1
2







MH
3.55
2.55
4.73
4.46

MH-ML
2.05
0.77
3.18
2.36

t’90(分)
9.03
18.76
4.72
1.47

極限引張(MPa)
1.53
1.97
1.44
1.95

極限伸び
(%)
660.9
913.5
303.5
301.2

M100
0.41
0.4
0.46
0.56

M300
0.79
0.78
1.41
2.18
例12〜14はアイオノマーの調製に使用したDPPSの量変化に関する。
減少レベルのDPPS(例12,13)からは低硬化状態のコンパウンドが生じる。しかし、DPPS過酸化物低硬化コンパウンド(予備成形されたアイオノマー)(例13)対現場で形成されたアイオノマー(例12)のMDR曲線を比較すると、同等のM値を有する前述の高DPPS類似体と同じ傾向を示す。例12,例14及び例15は、架橋ブチルゴムと同等の硬化挙動及び物性を示す。
表3





16
17
18
19
20

BB2030TM
100
100
100
100
100

DPPS
5.1
5.1
5.1
1.3
5.1

Di-Cup 40CTM
0.05
0.1
3
3
7

混合手順
1
1
1
1
1








MH
9.85
10.53
10.15
4.38
6.17

MH-ML
8.56
9.20
8.65
2.78
4.66

t’90(分)
17.22
14.22
6.56
5.11
2.42

極限引張(MPa)
4.09
3.81
2.74
1.69
2.03

極限伸び
(%)
271.1
248.1
168.6
352.4
224.1

M100
0.78
0.83
1.09
0.4
0.71

M300
該当せず
該当せず
該当せず
1.23
該当せず
例16〜20は、DPPS含有アイオノマーの硬化には微量の過酸化物だけでよいことを証明する。過酸化物が少量であれば、硬化時間が著しく短縮される点で有益である。過酸化物を含まないBB2030及びDPPS(例6)のt’90は23.61分であるのに対し、例16のt’90はジクミルパーオキシド量0.05phrで17.22分、例17のt’90は同じく0.1phrで14.22分、例8のt’90は同じく1phrで7.59分である。過酸化物が過剰に存在すると(即ち、例20の7phr)、トルクがかなり低下するので、勧められない。
表4





21
22
23
24
25
26

高イソプレンBIIR
100
100

100



例22


105.1




例24




101.3
101.3

DPPS

5.1

1.3



Di-Cup 40CTM
1

1

1
3

混合手順
1
1
1
1
1
1









MH
2.64
8.21
12.20
2.61
4.31
3.53

MH-ML
1.39
7.10
11.00
1.42
3.03
2.25

t’90(分)
3.54
23.20
8.11
15.23
4.97
3.94

極限引張(MPa)
1.56
3.07
2.77
該当せず
1.19
0.76

極限伸び
(%)
955.0
365.5
184.4
該当せず
400.8
364.0

M100
0.25
0.75
1.09
0.32
0.38
0.36

M300
0.34
2.09
該当せず
0.41
0.81
0.84
例22〜26は、米国特許出願公開第2007/0218296 A1(この文献の全体をここに援用する)に記載されるような高イソプレンBIIR(イソプレン2.5モル%、臭化アリル(allylic bromide)0.8モル%)を使用して、高レベルイソプレンの効果を証明する。例6,8,12及び14(BB2030TMをベースとする)と比較すると、同様な硬化状態(例8のM=12.84dNmに対し例23のM=12.20dNm)及び同様な硬化時間(t’90=7.59分に対しt’90=8.11分)を示している。
表5





27
28
29
30
31
32
33

BIMS1
100
100






BIMS2



100




BIMS3





100


例28


105.1





例30




105.1



例32






105.1

DPPS

5.1

5.1

5.1


Di-Cup 40CTM
1

1

1

1

混合手順
1
1
1
1
1
1
1










MH
1.77
13.5
10.32
16.46
14.33
16.01
8.55

MH-ML
0.02
11.27
7.82
14.47
11.82
13.24
4.82

t’90(分)
22.22
16.03
3.16
20.18
3.43
18.02
1.84

極限引張(MPa)
該当せず
4.77
1.8
2.96
2.36
2.23
該当せず

極限伸び
(%)
該当せず
199.0
132.0
117.0
104.0
80.0
該当せず

M100
該当せず
1.28
1.42
2.43
2.24
該当せず
該当せず

M300
該当せず
該当せず
該当せず
該当せず
該当せず
該当せず
該当せず
例28〜33は臭化ベンジル(benzylic bromide)によるアイオノマー形成の硬化を証明する。例6,8,12及び14(BB2030TM-臭化アリルをベースとする)と比較すると、一般に低下した硬化状態(M10.32dNm対M12.20dNm)を示すが、硬化速度は増大している(例8のt’90=7.59分に対し例29のt’90=3.16分)。
表6





34
35
36
37
38

三元共重合体
100
100

100


例35


105.1



例37




101.3

DPPS

5.1

1.3


Di-Cup 40CTM
1

1

1

混合手順
1
1
1
1
1








MH
4.62
5.90
16.15
2.10
5.14

MH-ML
5.35
4.94
15.2
1.04
4.13

t’90(分)
2.88
23.23
4.72
4.61
3.62

極限引張(MPa)
1.65
2.52
3.15
0.64
1.79

極限伸び
(%)
568.7
368.1
130.0
750.3
401.7

M100
0.37
0.84
1.86
0.41
0.45

M300
0.59
1.87
該当せず
0.57
0.59


例35〜38は、イソブテンとイソプレンとメチルスチレンとを重合して得られたイソプレン単位1.4モル%、メチルスチレン単位8.2%及び臭素化モノマー単位0.8%を含む三元共重合体に関する。例6,8,12及び14(BBB2030TMをベースとする)と比べて、硬化状態が向上し(例34のM=16.15dNm対例8のM=12.20dNm)、また極限引張が向上している(3.15MPa対2.56MPa)。
表7





39
40
41
42
43

SBB 6222
100
100

100


例40


105.1



例42




101.3

DPPS

5.1

1.3


Di-Cup 40CTM
1

1

1

混合手順
1
1
1
1
1








MH
2.45
5.13
10.96
2.15
4.07

MH-ML
0.97
3.80
9.58
0.67
2.58

t’90(分)
2.67
22.43
10.75
6.09
4.45

極限引張(MPa)
該当せず
2.39
2.68
該当せず
1.14

極限伸び
(%)
該当せず
493.9
178.1
該当せず
382.5

M100
0.24
0.72
1.2
該当せず
0.41

M300
0.33
1.57
該当せず
該当せず
0.97
例40〜43は分岐重合体ミクロ構造の効果を証明する。星形分岐ブロモブチルゴムは、例6,8,12及び14(BB2030TMをベースとする)と比べて若干低い程度に過酸化物硬化する(M=10.96対M=12.20)。
表8





44
45

BB2030TM
100


例44

103.8

2-ビニルピラジン
3.8


DI-Cup 40CTM

1

混合手順
1
1





MH
3.75
3.49

MH-ML
2.25
1.93

t’90(分)
22.58
5.39

極限引張(MPa)
1.49
1.16

極限伸び(%)
879
605

M100
0.32
0.45

M300
0.45
0.54







表9





46
47

BB2030TM
100


例46

106.1

N-[3-(ジメチルアミノ)プロピルメタクリルアミド
6.1


DI-Cup 40CTM

1

混合手順
1
1





MH
3.01
3.52

MH-ML
1.29
1.80

t’90(分)
5.26
2.62

極限引張(MPa)
該当せず
2.31

極限伸び(%)
該当せず
441

M100
該当せず
0.38

M300
該当せず
0.88
例44〜47は、代わりの求核剤により形成されたアイオノマーを証明する。例8(DPPSによる)と比べて、これらの求核剤は非常に低下した硬化状態(〜3.5MPa対12.20)を示す。





表10





48
49
50
51

BB2030TM
100

100


例47

104.9



例49



105.4

トリ(P-トリル)ホスフィン


5.4


ジフェニル(P-トリル)ホスフィン
4.9




DI-Cup 40CTM

1

1.1

混合手順
1
1
1
1







MH
2.71
2.50
2.37
2.31

MH-ML
1.37
1.21
0.96
0.93

t’90(分)
3.86
2.49
2.99
1.71

極限引張(MPa)
該当せず
該当せず
該当せず
該当せず

極限伸び(%)
該当せず
該当せず
該当せず
該当せず

M100
該当せず
該当せず
該当せず
該当せず

M300
該当せず
該当せず
該当せず
該当せず
例48〜51は、アリル又はビニル基は過酸化物硬化を起こすのに必要であることを証明する。これらのトリル官能化ホスフィン求核剤はアイオノマーを形成するが、過酸化物硬化させない。


表11





52
53
54

BB2030TM
100
100
100

DPPS
5.1
1.3
1.3

TPP


3.7

Trigonox 101-45B-PDTM
0.3
0.3
0.3

混合手順
1
1
1






MH
13.21
4.82
4.01

MH-ML
11.93
3.48
2.81

t’90(分)
5.12
3.40
7.28

極限引張(MPa)
3.51
1.46
2.46

極限伸び(%)
169.6
375.8
603.1

M100
1.17
0.45
0.54

M300
該当せず
1.13
1.12
例52〜54は、異なる種類の過酸化物と過酸化物硬化性アイオノマーとの併用を示す。等モル量のTrigonox-101及びジクミルパーオキシドは類似の架橋密度を示す。





表12





55
56
57
58
59

BB2030TM
100

100
100
100

DPPS
1.3

1.3



TPP



4.7


例56

161.3




HiSil 532EP
60

60
60
60

Di-Cup 40CTM

1
3

1

混合手順
3
1
3
3
3








MH
26.32
24.09
20.24
11.60
15.35

MH-ML
19.07
17.39
14.32
5.03
8.51

t’90(分)
8.69
14.66
15.37
2.22
2.84

極限引張(MPa)
7.42
8.53
6.53
該当せず
該当せず

極限伸び(%)
553.5
560.0
424.1
該当せず
該当せず

M100
1.75
1.68
1.93
該当せず
該当せず

M300
4.23
4.68
5.32
該当せず
該当せず
例55〜65は、過酸化物硬化性アイオノマーに充填剤を使用して得られる特性を証明する。硬化充填コンパウンドでは、M値が35.34までで、極限引張が13.08MPaである特性が得られる。これらの特性は、特定の用途に対し処方の変更により仕上げることができる。
表13





60
61
62
63
64
65

BB2030TM







DPPS
5.1
1.3
5.1
1.3



TPP




4.7


IRB#7
50
50
50
50
50
50

Di-Cup 40CTM
3
3
3
3

1

混合手順
2
2
3
3
3
3









MH
25.12
9.37
35.34
11.38
8.66
8.05

MH-ML
8.76
3.33
31.23
7.02
4.38
3.93

t’90(分)
2.69
3.66
10.67
7.26
2.05
14.83

極限引張(MPa)
該当せず
5.82
13.08
6.48
11.88
8.69

極限伸び(%)
該当せず
309.0
125.8
378.5
551.0
626.5

M100
該当せず
1.55
9.62
1.62
1.659
1.053

M300
該当せず
5.82
該当せず
5.24
5.949
2.917







表14





66
67

BB2030TM
100
100

DPPS
5.1
1.3

HVA-2TM
1
1

Di-Cup 40CTM
1
1

混合手順
1
1





MH
12.42
4.28

MH-ML
10.87
2.64

t’90(分)
7.50
3.92

極限引張(MPa)
2.76
1.04

極限伸び(%)
167.8
326.3

M100
1.08
0.427

M300
該当せず
1.151
例66〜67は、過酸化物硬化性アイオノマーに対する助剤の効果を証明する。可動流動計(MDR)におけるトルクは助剤の添加で変化を受けないが、物性、即ち、コンパウンドの伸びは変化できる。これらの処方は変化でき、異なる助剤で特性を改良できるかも知れない。




表15





68
69
70
71

BB2030
100
100
100
100

DPPS
5.0
5.0
5.0
5.0

HVA-2

3.0

3.0

Di-Cup 101-45B-PD
0.1
0.1
0.3
0.3

温度:
160℃
MH(dNm)
11.08
14.41
15.56
15.42

MH-ML(dNm)
9.62
12.73
14.05
13.72

t90(分)
35.67
29.64
22.65
19.45

温度:
180℃
MH(dNm)
10.24
11.83
12.85
12.53

MH-ML(dNm)
8.97
10.31
11.53
11.01

t90(分)
15.84
6.50
5.47
5.36

温度:
200℃
MH(dNm)
8.41
8.88
9.89
9.02

MH-ML(dNm)
7.20
7.44
8.57
7.51

t90(分)
7.09
2.48
2.54
2.29

200℃で硬化したゴム
t硬化(分)
10
7
7
7

T硬化(℃)
200
200
200
200

極限引張(MPa)
2.43
3.72
2.23
3.62

極限伸び(%)
246
222
183
224

M100(MPa)
0.78
0.94
0.89
0.86
例68〜71は、160〜200℃の範囲の温度で架橋ゴムが生じることを示す。
トルエン抽出:
重合体の架橋を証明するため、以上の例の幾つかをトルエン中に抽出した。硬化コンパウンドの少量を秤量し(約0.3g)、蓋付きガラス小瓶に入れた。この瓶に約5mlのトルエンを加え、得られたサンプルを振とう機で72時間混合した。次いで、サンプルをデカントし、溶解していなかった場合は、膨潤ゴムを秤量し、その質量を記録した。その後、膨潤ゴムを60〜70℃の真空オーブン中に一夜放置し、溶剤を含むサンプルを乾燥させた。次いで、乾燥サンプルを秤量し、その質量を記録した。有機溶剤で膨潤するゴムは架橋重合体の指標となる。
表16

サンプル
観測
膨潤%
減量%

例1
膨潤
601.2
10.7

例2
溶解
該当せず
該当せず

例6
膨潤
363.8
6.1

例8
膨潤
264.9
4.6

例12
膨潤
718.6
12.2

例14
膨潤
405.5
8.0

算出法:
膨潤%=(膨潤質量/乾燥質量)×100
減量%=[(初期質量-乾燥質量)/初期質量]×100
発明の詳細な説明で引用した全ての文献は関連部分で援用した。いずれの文献の引用も本発明に関して先行技術であるとの承認と解釈すべきではない。
以上、本発明を詳細に説明したが、これらの詳細は、単に説明の目的のためであり、当業者ならば、特許請求の範囲で限定される可能性を除いて、本発明の精神及び範囲から逸脱しない限り、各種の変化が行なえることは理解される。
米国特許第2,356,128号 特開平6-107738 特開平6-172547 米国特許第5,578,682号 米国特許第5,994,465号 カナダ特許第2,418,884号 カナダ特許出願第2,458,741号 カナダ特許出願第2,578,583号 米国特許第5,013,793号 米国特許第6,960,632号 米国特許第5,182,333号 欧州特許出願公開第0320263号 米国特許出願公開第2007/0218296 A1号
Ullmanns Encyclopedia of Industrial Chemistry,A23巻,1993年,288〜295頁 Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry(第5完全改定版,A231巻、Elvers等編) Maurice Mortonによる"Rubber Technology"(第3版),第10章(Van Nostrand Reinhold Company版権1987),特に297〜300頁 Parent,J.S.;Liskova,A.;Whitney,R.A.;Resendes,R.,Journal of Polymer Science,Part A Polymer Chemistry 43,5671-5679,2005 Parent,J.S.;Liskova,A.;Resendes,R.,Polymer 45,8091-8096,2004 Parent,J.S.;Penciu A.;Guillen-Castellanos,S.A.;Liskova,A.;Whitney,R.A.,Macromolecules 37,7477-7483,2004 Maurice Morton編"Rubber Technology"第3版,297〜300頁(Kluwer Academic Publishers) Encyclopedia of Polymer Science and Engineering,第4巻,66頁以下(Compouding(配合))

Claims (44)

  1. ハロゲン化イソオレフィン共重合体と、1つ以上のビニル側基を有する少なくとも1種の燐系求核剤との反応の反応生成物を含むアイオノマー。
  2. ハロゲン化イソオレフィン共重合体が、少なくとも1種のイソオレフィンモノマーから誘導された繰返し単位と、少なくとも1種のマルチオレフィンモノマーから誘導された繰返し単位と、1種以上のマルチオレフィンモノマー、1種以上のアルキル置換芳香族ビニルモノマー又はそれらの混合物から誘導された繰返し単位とを有する請求項1に記載のアイオノマー。
  3. 前記ハロゲン化共重合体が、1つ以上のアリル性ハロゲン部分、1つ以上のハロアルキル部分又は両方を有する請求項2に記載のアイオノマー。
  4. 前記ハロゲン化共重合体が、少なくとも1種のイソオレフィンから誘導された繰返し単位と、前記1種以上のマルチオレフィンモノマーから誘導された繰返し単位とを有する請求項2に記載のアイオノマー。
  5. 前記マルチオレフィンモノマーから誘導された繰返し単位の1つ以上が、アリル性ハロゲン部分を有する請求項2に記載のアイオノマー。
  6. 前記1種以上のマルチオレフィンモノマーが、C4〜C16共役ジオレフィンから選ばれる請求項5に記載のアイオノマー。
  7. 前記共役ジオレフィンがイソプレンである請求項6に記載のアイオノマー。
  8. 前記ハロゲン化共重合体が、前記少なくとも1種のイソオレフィンから誘導された繰返し単位と、前記1種以上のアルキル置換芳香族ビニルモノマーから誘導された繰返し単位とを有する請求項2に記載のアイオノマー。
  9. 前記芳香族ビニルモノマーから誘導された繰返し単位の1つ以上が、ハロアルキル部分を有する請求項8に記載のアイオノマー。
  10. 前記ハロゲン化共重合体が、前記少なくとも1種のイソオレフィンから誘導された繰返し単位と、前記1種以上のマルチオレフィンモノマーから誘導された繰返し単位と、前記1種以上のアルキル置換芳香族ビニルモノマーから誘導された繰返し単位とを有する請求項2に記載のアイオノマー。
  11. 前記マルチオレフィンモノマーから誘導された1つ以上の繰返し単位がアリル性ハロゲン部分を有し、及び/又は前記アルキル置換芳香族ビニルモノマーから誘導された1つ以上の繰返し単位がハロアルキル部分を有する請求項10に記載のアイオノマー。
  12. 前記アルキル置換芳香族ビニルモノマーにおける芳香族基が、ベンゼン、ナフタレン、アンスラセン、フェナンスレン又はビフェニルである請求項8〜11のいずれか1項に記載のアイオノマー。
  13. 前記アルキル置換芳香族ビニルモノマーが、C〜Cアルキル置換スチレンである請求項8〜11のいずれか1項に記載のアイオノマー。
  14. 前記アルキル置換芳香族ビニルモノマーが、o-メチルスチレン、p-メチルスチレン、又はm-メチルスチレンである請求項13に記載のアイオノマー。
  15. 前記イソオレフィンモノマーが、C〜Cイソモノオレフィンモノマーを含む請求項1〜14のいずれか1項に記載のアイオノマー。
  16. 前記イソモノオレフィンモノマーがイソブチレンを含む請求項15に記載のアイオノマー。
  17. 前記ハロゲン化共重合体がハロブチルゴムを含む請求項1に記載のアイオノマー。
  18. 前記ハロゲン化共重合体がイソブチレンとp-メチルスチレンとの共重合体を含み、前記p-メチルスチレンから誘導された1つ以上の繰返し単位がベンジル性ハロゲン基を有する請求項1に記載のアイオノマー。
  19. 前記ハロゲン化共重合体がイソブチレンとイソプレンとp-メチルスチレンとの三元共重合体を含み、前記イソプレンから誘導された1つ以上の繰返し単位がアリル性ハロゲン部分を有し、及び/又は前記p-メチルスチレンから誘導された1つ以上の繰返し単位がベンジル性ハロゲン基を有する請求項1に記載のアイオノマー。
  20. 前記ハロゲン化共重合体が、星形分岐重合体である請求項1〜19のいずれか1項に記載のアイオノマー。
  21. 前記重合体が、前記共役マルチオレフィンから誘導された繰返し単位を約0.2〜約20モル%含む請求項2〜19のいずれか1項に記載のアイオノマー。
  22. 前記共役マルチオレフィンから誘導された繰返し単位が、約0.5〜約2.5モル%である請求項21に記載のアイオノマー。
  23. 前記共役マルチオレフィンから誘導された繰返し単位が、約3.0〜約8.0モル%である請求項21に記載のアイオノマー。
  24. 前記燐系求核剤が式:



    (式中、R、R及びRは、独立に、任意に1つ以上のヘテロ原子、1つ以上のカルボニル基又はそれらの組合わせを含む直鎖又は分岐鎖のC〜C18アルキル基;C6〜C10アリール;C3〜C6ヘテロアリール;C3〜C6シクロアルキル;C3〜C6ヘテロシクロアルキル;又はそれらの組合わせであって、R、R及びRの少なくとも1種はビニル側基を有する)
    を有する請求項1〜23のいずれか1項に記載のアイオノマー。
  25. 、R及びRの少なくとも1種は、式-CH=CHで表されるビニル側基を有する直鎖又は分岐鎖のC〜C18アルキル基である請求項24に記載のアイオノマー。
  26. 、R及びRの少なくとも1種は、直鎖又は分岐鎖のC〜C18アルキル基又はC〜C10アリールであり;-C(O)-C(=CR’R’’)R又は-C(O)R(但し、R’R’’及びRは独立にC1〜C6アルキル又はHである)で任意に置換される請求項24に記載のアイオノマー。
  27. 、R及びRの少なくとも1種は、ビニル側基で置換されたか、又はビニル側基を有する直鎖又は分岐鎖のC〜C18アルキル基で置換されたC〜C10アリール(但し、ビニル側基は式-CH=CHで表される)である請求項24のアイオノマー。
  28. 前記求核剤が、ジフェニルホスフィノスチレン(DPPS)、アリルジフェニルホスフィン、ジアリルフェニルホスフィン、ジフェニルビニルホスフィン、トリアリルホスフィン、及びそれらの混合物よりなる群から選ばれる請求項24に記載のアイオノマー。
  29. 前記求核剤がDPPSである請求項26に記載のアイオノマー。
  30. ハロゲン化イソオレフィン共重合体を用意する工程、
    1つ以上のビニル側基を有する少なくとも1種の燐系求核剤を用意する工程、及び
    前記ハロゲン化共重合体のハロゲン部分を該求核剤と反応させてアイオノマーを形成する工程、
    を含むアイオノマーの製造方法。
  31. 前記ハロゲン化イソオレフィン共重合体が、少なくとも1種のイソオレフィンモノマーから誘導された繰返し単位と、1種以上のマルチオレフィンモノマー、1種以上のアルキル置換芳香族ビニルモノマー又はそれらの混合物から誘導された繰返し単位とを含む請求項30に記載の方法。
  32. 前記ハロゲン化共重合体が星形分岐共重合体である請求項30又は31に記載の方法。
  33. 前記求核剤が、前記ハロゲン化重合体に存在するハロゲンの合計モル量に対し約1〜約5モル当量の範囲のハロゲン化共重合体と反応する請求項30に記載の方法。
  34. ハロゲン化イソオレフィン共重合体を用意する工程、
    1つ以上のビニル側基を有する少なくとも1種の燐系求核剤を用意する工程、
    前記ハロゲン化共重合体のハロゲン部分を前記求核剤と反応させてアイオノマーを形成する工程、及び
    該アイオノマーを好適な硬化温度で加熱して、アイオノマーを硬化させる工程、
    を含む硬化重合体の製造方法。
  35. 前記硬化温度が約80℃〜約250℃である請求項34に記載の方法。
  36. 前記硬化工程が過酸化物硬化剤を添加する工程を更に含む請求項34又は35に記載の方法。
  37. 該方法が、硬化工程の前に前記アイオノマーを形成する工程を含む請求項34〜36のいずれか1項に記載の方法。
  38. 該方法が、硬化工程中に前記アイオノマーを形成する工程を含む請求項34〜36のいずれか1項に記載の方法。
  39. 前記過酸化物硬化剤が、ジクミルパーオキシド、ジ-tert-ブチルパーオキシド、ベンゾイルパーオキシド、2,2’-ビス(tert-ブチルパーオキシ)ジイソプロピルベンゼン、ベンゾイルパーオキシド、2,5-ジメチル-2,5-ジ(tert-ブチルパーオキシ)-ヘキシン-3、2,5-ジメチル-2,5-ジ(ベンゾイルパーオキシ)ヘキサン、又は2,5-ビス(tert-ブチルパーオキシ)-2,5-ジメチルヘキサンを含む請求項34〜38のいずれか1項に記載の方法。
  40. 前記過酸化物硬化剤が0.01〜7phrの量で添加される請求項34〜39のいずれか1項に記載の方法。
  41. 前記求核剤が、ハロゲン基の合計モル量に対し約1〜5モル当量の範囲のハロゲン化共重合体と反応する請求項34〜40のいずれか1項に記載の方法。
  42. 該方法が、過酸化物硬化助剤を前記過酸化物硬化剤及びアイオノマーと混合する工程を更に含む請求項34〜41のいずれか1項に記載の方法。
  43. 前記助剤が、トリアリルイソシナヌレート(TAIC)、N,N’-m-フェニレンジマレイミド、トリアリルシアヌレート(TAC)又は液体ポリブタジエンを含む請求項42に記載の方法。
  44. 前記アイオノマーは、前記共重合体とビニル側基との合計不飽和度が1.0モル%以上の量である請求項34に記載の方法。






















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