JP4945565B2 - ナノ複合材料を製造するための分割ストリームプロセス - Google Patents
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Description
本明細書で使用する場合、周期律表グループの新しい番号付け計画は、「ケミカルアンドエンジニアリングニュース(CHEMICAL AND ENGINEERING NEWS)」63(5)、27(1985年)に記載されているように使用される。
本発明のナノ複合材料は、C4〜C7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。イソオレフィンは、一実施態様ではイソブチレン、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、および4−メチル−1−ペンテンから成る群から選択される、C4〜C8化合物である。エラストマーは、その他のモノマー誘導単位も含んでもよい。一実施態様では、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、またはアルキルスチレン(オルト、メタ、またはパラ)から選択され、アルキルは、任意のC1〜C5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。別の実施態様では、エラストマーは、少なくとも1つのマルチオレフィンを含み、これは、共役されているか否かに関わらず、C4〜C14ジエンで良く、一実施態様では、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、ヘキサジエン、シクロペンタジエン、メチルシクロペンタジエン、およびピペリレンから選択される。
上記のハロゲン化ポリマー中のハロゲンは、成分が高温で混合される場合、マトリックスポリマー中に存在する官能基、たとえば酸、アミノ、またはヒドロキシル基官能基に反応するか、またはこれらと極性結合を形成することが可能である。本発明の一実施態様は、クレイを含むナノ複合材料、およびC4〜C7イソオレフィン誘導単位を含むハロゲン化エラストマーである;この場合、エラストマー中のハロゲンの一部分は、アミン官能化基と親電子的に置換され、その結果、ハロゲン化エラストマーは、エラストマーEの以下の側基によって記述されるアミン−官能化モノマー単位も含む:
二次ゴムまたは「汎用ゴム」成分は、本発明の組成物および最終用途製品中に存在する。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−プロプレン−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、星型分枝ポリイソブチレンゴム、星型分枝臭素化ブチル(ポリイソブチレン/イソプレンコポリマー)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、これらだけに限らない。
本発明の組成物は、1つまたは複数の充填剤成分、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。本明細書で使用する場合、充填剤は、ナノ複合材料マトリックスの一部を構成する無機クレイおよび/または有機クレイ粒子、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が、比較的大きいクレイ粒子は、必要に応じて、ナノ複合材料中の充填剤として使用することができる。一実施態様では、充填剤はカーボンブラック、または変性カーボンブラックである。好ましい充填剤は、ブレンドの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。「ゴムテクノロジー」(1995年)59−85ページに記載されてい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。より望ましくは、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実施態様は、ASTM(D3037、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。たとえばタイヤの側壁に有用なカーボンブラックの実施態様は、N330、N351、N550、N650、N660、およびN762である。たとえばインナーライナーに有用なカーボンブラックの実施態様は、N550、N650、N660、N762、およびN990である。
本発明のナノ複合材料は、膨潤性の無機クレイを含むことができる。本発明の目的に適する膨潤性の層状無機クレイ材料としては、天然または合成フィロシリケート、特にスメクティッククレイ、たとえばモンモリロナイト、ノントロナイト、バイデライト、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、ステベンサイトなど、およびバーミキュライト、ハロイサイト、アルミネートオキシド、ハイドロタルサイトなどが挙げられる。これらの層状クレイは、一般に、5〜20Å、好ましくは8〜12Åの厚さを有する複数のシリケート小板であって、4Å以下の層間隔で互いに緊密に結合される小板を含む粒子から成り、中間層の表面に存在するNa+、Ca+2、K+またはMg+2などの交換性陽イオンを含む。
重合可能なモノマー材料および重合材料をさらに容易に層間に吸収することを可能にし、インターカレートが、マトリックスポリマー材料と剪断混合される時に、各々の層の層間剥離をさらに促進して、ポリマーマトリックス内の剥離層の均一な分散体を形成する。
図1〜6は、ハロゲン化エラストマー/クレイナノ複合材料を製造するための統合プロセスを示し、類似の参照符号は類似の部分を表す。ナノ複合材料の統合的な製造は、既存の分離/加工機器、および既存のエラストマー溶解機器を有利に利用することによって、製造コストを最小限にする。これは、別個の、および/または追加の処理ステップ、たとえばゴム溶液または分散体の調製、溶媒/水分の除去、溶融混合、ゴムの回収など、さもなければ、クレイが、独立したプロセスでナノ複合材料組成物中に導入される場合に必要になるステップを回避することを可能にする。本明細書に記載されているプロセスは、官能化またはハロゲン化エラストマーにおけるクレイのインターカレーションおよび剥離も改善する。このプロセスは、ゲル、および処理不能なエラストマーの形成をさらに制限することができる。
クレイ分散体22が、水中の無機クレイのスラリである上記のプロセスでは、エラストマー−クレイナノ複合材料のストリーム26は、容器またはポンプ24内における乳化プロセスによって製造することができる。一実施態様では、このプロセスは、無機クレイの水性スラリをエラストマー溶液(セメント)と混合するステップを含む。混合は、乳濁液または微小乳濁液を形成するように、十分に力強いのがよい。実施態様によっては、乳濁液は、水性溶液として、または有機溶液中の懸濁液として形成することができる。バッチおよび連続処理を含む研究および大量生産のための標準的な方法および機器は、本発明のエラストマーのナノ複合材料を製造するために使用される。
1.ナノ複合材料を製造するためのプロセスであって、
有機溶剤中のエラストマー溶液をハロゲンと接触させて、ハロゲン化エラストマーセメントを形成するステップと、
ハロゲン化エラストマーセメントの第1部分をクレイ分散体で処理して、高濃度ポリマー−クレイナノ複合材料を含むマスターバッチを形成するステップと、
マスターバッチを、ハロゲン化エラストマーセメントの第2部分とブレンドして、分散ハロゲン化エラストマー−クレイナノ複合材料を含む混合物を形成するステップと、
ハロゲン化エラストマー−クレイナノ複合材料を混合物から回収するステップと
を含むプロセス。
2.ステップ(b)の処理の前に、ステップ(a)のハロゲン化エラストマーセメントを中和させるステップをさらに含む、1項に記載のプロセス。
3.ステップ(d)の回収の前に、ステップ(c)の前記混合物を中和するステップをさらに含む、1または2項に記載のプロセス。
4.エラストマーがブチルゴムを含む、1、2、または3項に記載のプロセス。
5.ブチルゴムが、1〜30重量%の前記セメントを含む、4項に記載のプロセス。
6.ブチルゴムが、10〜25重量%の前記セメントを含む、4項に記載のプロセス。
7.クレイ分散体が、クレイの水性スラリを含み、クレイはスラリの0.1〜5.0重量%を含む、1〜6項の何れか1項に記載のプロセス。
8.クレイ分散体が、クレイの水性スラリを含み、クレイはスラリの0.3〜3.0重量%を含む、1〜7項の何れか1項に記載のプロセス。
9.スラリのpHが4〜13である、1〜8項の何れか1項に記載のプロセス。
10.ステップ(b)のハロゲン化エラストマーセメントに対するスラリの体積比が0.01:1〜1:1である、1〜9項の何れか1項に記載のプロセス。
11.ステップ(b)のエラストマーセメントに対するスラリの体積比が、0.1:1〜0.9:1である、10項に記載のプロセス。
12.ステップ(b)のエラストマーセメントに対するスラリの体積比が、0.3:1〜0.7:1である、10項に記載のプロセス。
13.ハロゲン化エラストマーセメントの第2部分に対するハロゲン化エラストマーセメントの第1部分の重量比が、1:99〜30:70である、1〜12項の何れか1項に記載のプロセス。
14.クレイ分散体が無機クレイを含む、1〜13項の何れか1項に記載のプロセス。
15.クレイ分散体が、クレイの水性スラリである、1〜14項の何れか1項に記載のプロセス。
16.クレイ分散体が、水と混和性の有機液体中に分散するクレイを含む、1〜15項の何れか1項に記載のプロセス。
17.クレイ分散体が、水と不混和性の有機液体中に分散するクレイを含む、1〜16項の何れか1項に記載のプロセス。
18.クレイ分散体が、変性剤、界面活性剤、乳化剤、安定剤、剥離剤、またはこれらの組合せを含む、1〜17項の何れか1項に記載のプロセス。
19.スラリが、本質的に有機クレイを含まない、1〜18項の何れか1項に記載のプロセス。
20.クレイ分散体が変性クレイを含む、1〜19項の何れか1項に記載のプロセス。
21.ハロゲン化エラストマーがハロゲン化イソブチレンポリマーを含む、1〜20項の何れか1項に記載のプロセス。
22.ハロゲンが臭素または塩素を含む、21項に記載のプロセス。
23.回収が、ナノ複合材料を混合物から濾過するステップを含む、1〜22項の何れか1項に記載のプロセス。
24.混合物が乳濁液であり、回収が、ナノ複合材料を混合物の少なくとも1つの相から濾過するステップを含む、1〜23項の何れか1項に記載のプロセス。
25.混合物が乳濁液であり、回収が、エラストマー−クレイナノ複合材料を貧溶媒と共に沈殿させるステップを含む、1〜24項の何れか1項に記載のプロセス。
26.回収が、混合物の少なくとも1つの相から液体を蒸発させるステップを含む、1〜25項の何れか1項に記載のプロセス。
27.クレイ分散体が、水性スラリ中の無機クレイであり、回収が、
(c)の混合物から溶媒を蒸発させて、水性ナノ複合材料の懸濁液を形成するステップと、
1つまたは複数の押出機を通して懸濁液を処理し、ナノ複合材料を乾燥させるステップと
を含む、1〜26項の何れか1項に記載のプロセス。
28.ハロゲン化ポリマー溶液の第1部分が官能化されて、アンモニウム官能化基を含むポリマー鎖Eを形成する、1〜27項の何れか1項に記載のプロセス。
29.アンモニウム官能化基が、ポリマー鎖Eの次の側基によって記述され:
30.アンモニウム官能化基が、N−メチルジエタノールアミン、N,N−ジメチルエタノールアミン、トリエタノールアミン、またはこれらの組合せから成る群から選択される、29項に記載のプロセス。
31.ステップ(b)が、乳化剤を混合物に添加するステップをさらに含む、1〜29項の何れか1項に記載のプロセス。
32.乳化剤が第3アミン、ジアミン、ポリアミン、アミン塩、第4アンモニウム化合物、アルキルグルコシド、およびエトキシレートから成る群から選択される、31項に記載のプロセス。
33.乳化剤が、アルキルエトキシレート、線形アルコールエトキシレート、アミドエトキシレート、アミンエトキシレート、またはフェノールもしくはアルキルフェノールエトキシレートを含む、31項に記載のプロセス。
34.乳化剤が、ココアミンエトキシレート、タローアミンエトキシレート、オレイルアミンエトキシレート、またはノニルフェノールエトキシレートを含む、31項に記載のプロセス。
35.無機クレイがシリケートを含む、14〜34項の何れか1項に記載のプロセス。
36.シリケートがスメクタイトクレイを含む、35項に記載のプロセス。
37.スメクタイトクレイが、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を含む、36項に記載のプロセス。
38.スメクタイトクレイが、モンモリロナイト、ベントナイト、バーミキュライト、またはこれらの組合せを含む、36に記載のプロセス。
39.無機クレイが、剥離添加剤で変性される、14〜34項の何れか1項に記載のプロセス。
40.剥離添加剤が、アンモニウムイオン、アルキルアミン、ジアミン、アルキルアンモニウムイオン、および脂肪族、芳香族またはアリール脂肪族アミンのホスホニウムまたはスルホニウム誘導体、ホスフィン、およびスルフィドから成る群から選択される、39項に記載のプロセス。
41.アミン化合物が、構造R12R13R14Nを有し、R12、R13、およびR14が同じであるかまたは異なるC1〜C30アルキルまたはアルケンである、40項に記載のプロセス。
42.アミン化合物が、構造R12R13R14Nを有し、R12、R13、およびR14が同じであるかまたは異なるC1〜C20アルキルまたはアルケンである、40項に記載のプロセス。
43.アミン化合物が長鎖第3アミンであり、少なくともR12がC14〜C20アルキルまたはアルケンである、41または42項に記載のプロセス。
44.剥離添加剤が、構造R18R19N−R20−NR21R22を有するジアミンを含み、R18、R19、R20、R21、およびR22が同じであるかまたは異なるC1〜C30アルキルまたはアルケンである、39項に記載のプロセス。
45.R18、R19、R20、R21、およびR22が、C1〜C20アルキルまたはアルケンを含む、44項に記載のプロセス。
46.R18、R19、R21、およびR22の少なくとも1つが、8〜30個の炭素原子を有する、39項に記載のプロセス。
47.R18、R19、R21、およびR22の少なくとも1つが、14〜20個の炭素原子を有する、45項に記載のプロセス。
48.剥離添加剤が、N−ココ−1,3−ジアミノプロパン、N−オレイル−1,3−ジアミノプロパン、N−タロー−1,3−アジミノプロパン、N,N,N’−トリメチル−N’−タロー−1,3−ジアミノプロパン、およびこれらの組合せから成る群から選択される、47項に記載のプロセス。
49.剥離添加剤が、構造−Si(R15)2R16のポリシランであり、R15が発現ごとに同じであるかまたは異なり、アルキル、アルコキシまたはオキシシランから選択され、R16が、複合材料のマトリックスポリマーと相溶性の有機基である、39項に記載のプロセス。
50.剥離添加剤が、プロトン化アミノ酸、または2〜30個の炭素原子を含むその塩を含む、39項に記載のプロセス。
51.エラストマーが、C4〜C7イソオレフィンおよびアルキルスチレンのインターポリマーを含む、1〜50項の何れか1項に記載のプロセス。
52.アルキルスチレンがパラ−メチルスチレンを含む、51項に記載のプロセス。
53.エラストマーが、ハロゲン化物、エーテル、アミン、アミド、エステル、酸、およびヒドロキシル基から成る群から選択される官能基を含む、1〜52項の何れか1項に記載のプロセス。
54.溶媒が、アルカン、アルケン、芳香族化合物、硝化アルカン、ハロゲン化アルカン、およびこれらの混合物を含む、1〜53項の何れか1項に記載のプロセス。
55.溶媒が、ヘキサンおよび/またはシクロヘキサンを含む、54項に記載のプロセス。
56.ナノ複合材料を製造するためのプロセスであって、
(a)有機溶剤中のブチルゴムの溶液とハロゲンとを接触させて、ハロゲン化ブチルゴム溶液を形成するステップと、
(b)ハロゲン化ゴム溶液を塩基で中和させて、中和ハロゲン化ブチルゴム溶液を形成するステップと、
(c)中和ハロゲン化ブチルゴム溶液の第1部分と官能化剤を接触させて、官能化ブチルゴム溶液を形成するステップと、
(d)無機クレイの水性スラリと官能化ブチルゴム溶液とを混合して、高濃度ポリマー−クレイナノ複合材料を含む乳濁液のマスターバッチを形成するステップと、
(e)マスターバッチとハロゲン化ブチルゴム溶液の第2部分とをブレンドして、ハロゲン化ブチルゴム中に分散したポリマー−クレイナノ複合材料を含む混合物を形成するステップと、
(f)ハロゲン化ブチルゴム−クレイナノ複合材料を第2乳濁液から回収するステップと
を含むプロセス。
57. ナノ複合材料を製造するための方法であって、
(a)ハロゲン化ゴム組成物を調製するためのプロセスであって、(1)有機溶剤中のブチルゴム溶液をハロゲンと接触させて、ハロゲン化ブチルゴム溶液を形成するステップと、(2)前記ハロゲン化ゴム溶液を塩基で中和させて、中和ハロゲン化ブチルゴム溶液を形成するステップと、(3)中和ハロゲン化ブチルゴム溶液から液体を除去して、ハロゲン化ブチルゴム組成物を回収するステップとを含むプロセスと、
(b)回収より上流の(a)のプロセスの取出しでゴムスリップストリームを取り出すプロセスと、
(c)ゴムスリップストリーム中のクレイを混合して、マスターバッチを形成するプロセスと、
(d)このマスターバッチを(a)のプロセスに導入し、それによって、回収された組成物がクレイナノ複合材料を含むプロセスと
を含む方法。
58.マスターバッチが、取出しの下流および回収の上流で、(a)のプロセスに導入される、57項に記載のプロセス。
以下の各々の実施例では、形成されたナノ複合材料について、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のクレイ−ゴム混合物をBrabender(登録商標)混合機に、130〜145℃で装填し、20gのカーボンブラック(N660)と7分間混合した。この混合物は、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の硬化剤パッケージと、40℃で40rpmで3分間さらに混合した。結果として得られたゴム化合物を、粉砕し、圧縮成形し、170℃で硬化した。すべての試料は、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。ゴムサンプルに、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一般的な厚さは、約15mil(8.1μ)であり、Arborプレスを使用して、2”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℃で一晩状態調節してから、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(8 JOURNAL OF POLYMER SCIENCE) A−2部(PART A−2)」(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10psi(0.07MPa)の窒素を、他方の側に10psi(0.07MPa)の酸素を維持した。窒素側に酸素センサを使用して、窒素側の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、つまり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上の酸素透過率として測定した。同じ手順を使用して、複数のサンプルを用意する場合、各々のサンプルの透過率を測定する。
材料I.D. 部
エラストマー/クレイ 100+クレイのx部
カーボンブラックN660 60.0
ステアリン酸 1.0
ZnO Kadox 911 1.0
MBTS 1.0
Claims (57)
- ナノ複合材料を製造するプロセスであって、
(a)有機溶剤中のブチルゴム溶液をハロゲンと接触させて、ハロゲン化ブチルゴム溶液を形成するステップと、
(b)前記ハロゲン化ブチルゴム溶液の第1部分をクレイ分散体で処理して、高濃度ポリマー−クレイナノ複合材料分散体を含むマスターバッチを形成するステップと、
(c)前記マスターバッチを前記ハロゲン化ブチルゴム溶液の第2部分とブレンドして、ハロゲン化ブチルゴム−クレイナノ複合材料分散体を含む混合物を形成するステップと、
(d)前記ハロゲン化ブチルゴム−クレイナノ複合材料分散体を前記混合物から回収するステップとを含むプロセス。 - ステップ(b)の処理の前に、ステップ(a)の前記ハロゲン化ブチルゴム溶液を中和するステップをさらに含む、請求項1に記載のプロセス。
- ステップ(d)の回収の前に、ステップ(c)の前記混合物を中和するステップをさらに含む、請求項1または2に記載のプロセス。
- 前記ブチルゴムが1〜30重量%の前記ハロゲン化ブチルゴム溶液を含む、請求項1、2、または3に記載のプロセス。
- 前記ブチルゴムが10〜25重量%の前記ハロゲン化ブチルゴム溶液を含む、請求項1、2、または3に記載のプロセス。
- 前記クレイ分散体がクレイの水性スラリを含み、前記クレイは前記スラリの0.1〜5.0重量%である、請求項1ないし5の何れか1項に記載のプロセス。
- 前記クレイ分散体がクレイの水性スラリを含み、前記クレイは前記スラリの0.3〜3.0重量%である、請求項1ないし6の何れか1項に記載のプロセス。
- 前記スラリのpHが4〜13である、請求項1ないし7の何れか1項に記載のプロセス。
- ステップ(b)におけるハロゲン化ブチルゴム溶液に対するスラリの体積比が0.01:1〜1:1である、請求項1ないし8の何れか1項に記載のプロセス。
- ステップ(b)におけるハロゲン化ブチルゴム溶液に対するスラリの体積比が、0.1:1〜0.9:1である、請求項9に記載のプロセス。
- ステップ(b)におけるハロゲン化ブチルゴム溶液に対するスラリの体積比が、0.3:1〜0.7:1である、請求項9に記載のプロセス。
- ハロゲン化ブチルゴム溶液の第2部分に対するハロゲン化ブチルゴム溶液の第1部分の重量比が、1:99〜30:70である、請求項1ないし11の何れか1項に記載のプロセス。
- 前記クレイ分散体が無機クレイを含む、請求項1ないし12の何れか1項に記載のプロセス。
- 前記クレイ分散体がクレイの水性スラリである、請求項1ないし13の何れか1項に記載のプロセス。
- 前記クレイ分散体が、水と混和性の有機液体中に分散するクレイを含む、請求項1ないし14の何れか1項に記載のプロセス。
- 前記クレイ分散体が、水と不混和性の有機液体中に分散するクレイを含む、請求項1ないし15の何れか1項に記載のプロセス。
- 前記クレイ分散体が、変性剤、界面活性剤、乳化剤、安定剤、剥離剤、またはこれらの組合せを含む、請求項1ないし16の何れか1項に記載のプロセス。
- 前記スラリが、本質的に有機クレイを含まない、請求項1ないし17の何れか1項に記載のプロセス。
- 前記クレイ分散体が変性クレイを含む、請求項1ないし18の何れか1項に記載のプロセス。
- 前記ハロゲン化ブチルゴムがハロゲン化イソブチレンポリマーを含む、請求項1ないし19の何れか1項に記載のプロセス。
- 前記ハロゲンが臭素または塩素を含む、請求項20に記載のプロセス。
- 前記回収が、前記ナノ複合材料分散体を前記混合物から濾過するステップを含む、請求項1ないし21の何れか1項に記載のプロセス。
- 前記混合物が乳濁液であり、前記回収が、前記ナノ複合材料分散体を前記混合物の少なくとも1つの相から濾過するステップを含む、請求項1ないし22の何れか1項に記載のプロセス。
- 前記混合物が乳濁液であり、前記回収が、前記ハロゲン化ブチルゴム−クレイナノ複合材料分散体を貧溶媒と共に沈殿させるステップを含む、請求項1ないし23の何れか1項に記載のプロセス。
- 前記回収が、前記混合物の少なくとも1つの相から液体を蒸発させるステップを含む、請求項1ないし24の何れか1項に記載のプロセス。
- 前記クレイ分散体が、水性スラリ中の無機クレイであり、前記回収が、
(c)の前記混合物から前記溶媒を蒸発させて、水性ナノ複合材料の懸濁液を形成するステップと、
1つまたは複数の押出機を通して前記懸濁液を処理し、前記ナノ複合材料を乾燥させるステップとを含む、請求項1ないし25項何れか1項に記載のプロセス。 - 前記ハロゲン化ブチルゴム溶液の前記第1部分が官能化されて、アンモニウム官能化基を含むポリマー鎖Eを形成する、請求項1ないし26の何れか1項に記載のプロセス。
- 前記アンモニウム官能化基が、N−メチルジエタノールアミン、N,N−ジメチルエタノールアミン、トリエタノールアミン、またはこれらの組合せから成る群から選択される、請求項28に記載のプロセス。
- 前記ステップ(b)が乳化剤を前記混合物に添加するステップをさらに含む、請求項1ないし28の何れか1項に記載のプロセス。
- 前記乳化剤が第3アミン、ジアミン、ポリアミン、アミン塩、第4アンモニウム化合物、アルキルグルコシド、およびエトキシレートから成る群から選択される、請求項30に記載のプロセス。
- 前記乳化剤が、アルキルエトキシレート、線形アルコールエトキシレート、アミドエトキシレート、アミンエトキシレート、またはフェノールもしくはアルキルフェノールエトキシレートを含む、請求項30に記載のプロセス。
- 前記乳化剤が、ココアミンエトキシレート、タローアミンエトキシレート、オレイルアミンエトキシレート、またはノニルフェノールエトキシレートを含む、請求項30に記載のプロセス。
- 前記無機クレイがシリケートを含む、請求項13ないし33の何れか1項に記載のプロセス。
- 前記シリケートがスメクタイトクレイを含む、請求項34に記載のプロセス。
- 前記スメクタイトクレイが、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を含む、請求項35に記載のプロセス。
- 前記スメクタイトクレイが、モンモリロナイト、ベントナイト、バーミキュライト、またはこれらの組合せを含む、請求項35に記載のプロセス。
- 前記無機クレイが、剥離添加剤で変性される、請求項13ないし33の何れか1項に記載のプロセス。
- 前記剥離添加剤が、アンモニウムイオン、アルキルアミン、ジアミン、アルキルアンモニウムイオン、および脂肪族、芳香族、またはアリール脂肪族アミンのホスホニウムまたはスルホニウム誘導体、ホスフィン、よびスルフィドから成る群から選択される、請求項38に記載のプロセス。
- 前記アミン化合物が、構造R12R13R14Nを有し、R12、R13、およびR14は同じであるかまたは異なるC1〜C30アルキルまたはアルケンである、請求項39に記載のプロセス。
- 前記アミン化合物が、構造R12R13R14Nを有し、R12、R13、およびR14は同じであるかまたは異なるC1〜C20アルキルまたはアルケンである、請求項39に記載のプロセス。
- 前記アミン化合物が長鎖第3アミンであり、少なくともR12がC14〜C20アルキルまたはアルケンである、請求項40または41に記載のプロセス。
- 前記剥離添加剤が、構造R18R19N−R20−NR21R22を有するジアミンを含み、R18、R19、R20、R21、およびR22は同じであるかまたは異なるC1〜C30アルキルまたはアルケンである、請求項38に記載のプロセス。
- R18、R19、R20、R21、およびR22が、C1〜C20アルキルまたはアルケンを含む、請求項43に記載のプロセス。
- R18、R19、R21、およびR22の少なくとも1つが、8〜30個の炭素原子を有する、請求項43に記載のプロセス。
- R18、R19、R21、およびR22の少なくとも1つが、14ないし20個の炭素原子を有する、請求項44に記載のプロセス。
- 前記剥離添加剤が、N−ココ−1,3−ジアミノプロパン、N−オレイル−1,3−ジアミノプロパン、N−タロー−1,3−ジアミノプロパン、N,N,N'−トリメチル−N'−タロー−1,3−ジアミノプロパン、およびこれらの組合せから成る群から選択される、請求項46に記載のプロセス。
- 前記剥離添加剤が、構造−Si(R15)2R16のポリシランであり、R15が発現ごとに同じであるかまたは異なり、アルキル、アルコキシまたはオキシシランから選択され、R16が、前記複合材料のマトリックスポリマーと相溶性の有機基である、請求項38に記載のプロセス。
- 前記剥離添加剤が、プロトン化アミノ酸、または2〜30個の炭素原子を含むその塩を含む、請求項38に記載のプロセス。
- 前記ブチルゴムが、C4〜C7イソオレフィンおよびアルキルスチレンのインターポリマーを含む、請求項1ないし49の何れか1項に記載のプロセス。
- 前記アルキルスチレンがパラ−メチルスチレンを含む、請求項50に記載のプロセス。
- 前記ブチルゴムが、ハロゲン化物、エーテル、アミン、アミド、エステル、酸、およびヒドロキシル基から成る群から選択される官能基を含む、請求項1ないし51の何れか1項に記載のプロセス。
- 前記溶媒が、アルカン、アルケン、芳香族化合物、硝化アルカン、ハロゲン化アルカン、およびこれらの混合物を含む、請求項1ないし52の何れか1項に記載のプロセス。
- 前記溶媒が、ヘキサンおよび/またはシクロヘキサンを含む、請求項53に記載のプロセス。
- ナノ複合材料を製造するためのプロセスであって、
(a)有機溶剤中のブチルゴムの溶液とハロゲンとを接触させて、ハロゲン化ブチルゴム溶液を形成するステップと、
(b)前記ハロゲン化ゴム溶液を塩基で中和させて、中和ハロゲン化ブチルゴム溶液を形成するステップと、
(c)前記中和ハロゲン化ブチルゴム溶液の第1部分と官能化剤を接触させて、官能化ブチルゴム溶液を形成するステップと、
(d)無機クレイの水性スラリと前記官能化ブチルゴム溶液とを混合して、高濃度ポリマー−クレイナノ複合材料を含む乳濁液のマスターバッチを形成するステップと、
(e)前記マスターバッチと前記ハロゲン化ブチルゴム溶液の第2部分とをブレンドして、前記ハロゲン化ブチルゴム中に分散したポリマー−クレイナノ複合材料を含む混合物を形成するステップと、
(f)前記ハロゲン化ブチルゴム−クレイナノ複合材料を第2乳濁液から回収するステップと
を含むプロセス。 - ナノ複合材料を製造するための方法であって、
(a)ハロゲン化ゴム組成物を調製するためのプロセスであって、(1)有機溶剤中のブチルゴム溶液をハロゲンと接触させて、ハロゲン化ブチルゴム溶液を形成するステップと、(2)前記ハロゲン化ゴム溶液を塩基で中和させて、中和ハロゲン化ブチルゴム溶液を形成するステップと、(3)前記中和ハロゲン化ブチルゴム溶液から液体を除去して、ハロゲン化ブチルゴム組成物を回収するステップとを含むプロセスと、
(b)前記回収より上流の前記(a)のプロセスの取出しで前記中和ハロゲン化ブチルゴム溶液の第1部分を取り出すプロセスと、
(c)前記中和ハロゲン化ブチルゴム溶液の第1部分中クレイを混合して、高濃度ポリマー−クレイナノ複合材料分散体を含むマスターバッチを形成するプロセスと、
(d)前記マスターバッチを前記(a)のプロセスに導入し、それによって、前記回収された組成物がクレイナノ複合材料分散体を含むプロセスとを含む方法。 - 前記マスターバッチが、前記取出しの下流および前記回収の上流で、前記(a)のプロセスに導入される、請求項56に記載の方法。
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