JP5530591B2 - ブチルゴムアイオノマーナノコンポジット - Google Patents
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Description
Aは、窒素またはリンであり、
R1、R2、およびR3は、直鎖または分岐のC1〜C18アルキル置換基、単環であるかもしくはC4〜C8縮合環から構成されるアリール置換基、ならびに/またはヘテロ原子(例えば、B、N、O、Si、P、およびSから選択される原子)からなる群から選択される)に従う、少なくとも1種の窒素またはリン含有求核剤と反応させることができる。
硬さおよび応力歪み特性は、ASTM D−2240の要件に従いA−2型デュロメータを用いて測定した。応力歪みデータは、ASTM D−412 A法の要件に準拠して、23℃で得た。厚さ2mmの引張試験用シート(15000psi、166℃のプレス内で合計30分間で形成させた)から切り出したダイCのダンベルシートを使用した。特に断りのない限り、アイオノマーは、BR−82バンバリー(容量1602g)を用いて、30℃、速度77rpmでその場で調製した。1H NMRスペクトルを、ブルカー(Bruker)DRX500分光計(500.13MHz)を用いて、CDCl3中、テトラメチルシランを化学シフトの基準として記録した。透過性の値を、ASTM D−1434に準拠し、約0.5mmのシート(15000psi、166℃のプレス内で合計30分間で形成させた)を用いて、インターナル(internal)透過性試験装置型式1000を50/60Hz、240V(単相)で動作させて、65.5℃、50psigで測定した。
特に断りのない限り、試剤はすべてシグマ−アルドリッチ(Sigma−Aldrich)(オンタリオ州オークビル(Oakville,Ontario))から入手したそのままの状態で使用した。BIIR(ランクセス(LANXESS)BB2030、ランクセス・インコーポレーテッド(LANXESS Inc.))、サンパー(Sunpar)2280(R・E・キャロル・インコーポレーテッド(R.E.Carroll Inc))、ペンタリン(Pentalyn)A(ハーキュリーズ(Hercules))、ブルカチット・メルカプト(Vulkacit Mercapto)MG/C(ランクセス・インコーポレーテッド)、ブルカチットDM/C(ランクセス・インコーポレーテッド)、ブルカチットZBEC/C(ランクセス・インコーポレーテッド)、イルガノックス(Irganox)1010(チバ・スペシャルティ・ケミカルズ・コーポレーション(Ciba Specialty Chemicals Corp))、イルガノックス1076(チバ・スペシャルティ・ケミカルズ・コーポレーション)、カーボンブラックN660(シド・リチャードソン・カーボン・アンド・ガス・カンパニーズ(Sid Richardson Carbon and Gas Companies))、ミストロン・ベーパー(ルゼナック(Luzenac))、ミストロンCB(ルゼナック)、クロイサイト15A(サザン・クレイ・プロダクツ(Southern Clay Products))、ハイシル233(PPG・インダストリーズ・インコーポレーテッド(PPG Industries,Inc.))、およびポリフィル80(J・M・フーバー・コーポレーション(J.M.Huber Corporation))は、各供給業者から入手したそのままの状態で使用した。
以下の実施例は、本発明者らが、イソプレン含有量が最高で8.0モル%であり、ムーニー粘度(ML(1+8)125℃)が35〜40MUである新規なグレードのIIRを連続工程によって製造できることを例示するものである。
95Lの反応器内で、1,4IPを7.5モル%含有するIIR(POS 1138参照)7kgをヘキサン31.8kgおよび水2.31kgに溶解した溶液に、元素状臭素110mLを急速に撹拌しながら加えた。5分後、水1L中にNaOH76gを含む苛性溶液を加え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、ヘキサン500mL中にエポキシ化大豆油21.0gおよびイルガノックス1076 0.25gを含む安定剤溶液ならびにヘキサン500mL中にエポキシ化大豆油47.0gおよびステアリン酸カルシウム105gを含む安定剤溶液を反応混合物に加えた。さらに1時間撹拌した後、高IP BIIRを水蒸気凝固によって単離した。この最終物質を、10インチ×20インチの二本ロールミルを100℃で運転して、重量が一定になるまで乾燥した。得られた物質の微細構造を表3に示す。
実施例2を226gおよびトリフェニルホスフィン(TPP)を7.6g(実施例2のアリル型臭化物含有量を基準として1.2モル当量)を6インチ×12インチのミルを用いて室温で3分間予備混合した。次いで、この混合物を、160℃、速度20rpmで運転される二軸押出機を通過させた。最終生成物を1H MNRで分析して、実施例2のアリル型臭化物が対応するアイオノマー種に完全に変換されたことを確認した。得られた材料が1,4−IPを4.20モル%有していることもわかった。
以下の実施例は、硫黄硬化されたカーボンブラック充填系の物理的性質にアイオノマーネットワーク(その場で形成された、ホスホニウム系およびアンモニウム系の両方)が与える効果を、同じフィラーを用いた典型的なインナーライナー配合の物理的性質と比較して例示するものである。実施例4は、BB2030およびフィラーを、バンバリーミキサーを用いて、30℃、ローター速度77rpmで1分間混合し、その後、オイルおよび促進剤を加え、さらに4分間混合した後、ダンプすることによって調製した。次いで、10インチ×20インチの二本ロールミルにて室温で硬化剤(硫黄、ステアリン酸、および酸化亜鉛)を加えた。実施例5〜8は、ゴム(BB2030または実施例2のいずれか)、変性剤の半量(TPP、またはN,N−ジメチルエタノールアミン(DMEA)/ヘキサメチルジシラザン(HMDZ)のいずれか)、およびフィラーの半量を、バンバリーミキサーを用いて、30℃、ローター速度77rpmで2分間混合することによって調製した。TPP変性剤の量は、BB2030のアリル型臭化物を基準として0.3当量および高IP BIIR(実施例2)のアリル型臭化物を基準として0.45当量とした。DMEA変性剤の量は、BB2030のアリル型臭化物を基準として2.9当量および高IP BIIR(実施例2)のアリル型臭化物を基準として4.1当量とした。残りの変性剤およびフィラーを添加してさらに3分間混合した後、ダンプした。次いで、このコンパウンドおよび硬化剤を10インチ×20インチ二本ロールミルを用いて室温で混合した。得られた配合物を硬化させ、引張特性を上述したように測定した。結果を表4に示す。
以下の実施例は、硫黄硬化されたシリカ充填系の物理的性質にアイオノマーネットワーク(その場で形成された、ホスホニウム系およびアンモニウム系の両方)が与える効果を、同じフィラーを含む典型的なインナーライナーの物理的性質と比較して例示するものである。実施例9および実施例10〜13の調製を、実施例4および実施例5〜8でそれぞれ上述したように実施した。得られた配合物を硬化し、引張特性を上述したように測定した。結果を表5に示す。
以下の実施例は、硫黄硬化されたミストロンCB充填系の物理的性質にアイオノマーネットワーク(その場で形成された、ホスホニウム系およびアンモニウム系の両方)が与える効果を、同じフィラーを含む典型的なインナーライナーの物理的性質と比較して例示するものである。実施例14および実施例15〜18の調製を、実施例4および実施例5〜8でそれぞれ上述したように実施した。得られた配合物を硬化し、引張特性を上述したように測定した。結果を表6に示す。
以下の実施例は、硫黄硬化されたミストロン・ベーパー充填系の物理的性質にアイオノマーネットワーク(その場で形成された、ホスホニウム系およびアンモニウム系の両方)が与える効果を、同じフィラーを含む典型的なインナーライナーの物理的性質と比較して例示するものである。実施例19および実施例20〜23の調製は、実施例4および実施例5〜8でそれぞれ上述したように実施した。得られた配合物を硬化し、引張特性を上述したように測定した。結果を表7に示す。
以下の実施例は、硫黄硬化されたポリフィル80充填系の物理的性質にアイオノマーネットワーク(その場で形成された、ホスホニウム系およびアンモニウム系の両方)が与える効果を、同じフィラーを含む典型的なインナーライナーの物理的性質と比較して例示するものである。実施例24および実施例25〜28の調製を、実施例4および実施例5〜8でそれぞれ上述したように実施した。得られた配合物を硬化し、引張特性を上述したように測定した。結果を表8に示す。
以下の実施例は、硫黄硬化されたミストロンCB充填系の物理的性質に、アイオノマーを予め形成しておくことが与える効果を、実施例5〜8に上述したようにその場で作製することと比較して例示するものである。実施例29は、BB2030に替えて高イソプレンIIRアイオノマー(実施例3)を用いたことを除いて、実施例4に記載したように調製した。実施例30は、BB2030に替えて高イソプレンBIIR(実施例2)を使用したことと、アリル型臭化物を基準としてTPPを1.2当量使用したこととを除いて、実施例5に上述したように実施した。得られた配合物を硬化し、引張特性を上述したように測定した。結果を表9に示す。
以下の実施例は、予め作製したアイオノマーを用いた硫黄硬化された系の物理的性質にカーボンブラックおよびタルクの混合フィラー系(co-filler system)が与える効果を、硫黄硬化されたタルク充填類似体の物理的性質と比較して例示するものである。実施例31〜33は、BB2030に替えて高イソプレンIIRアイオノマー(実施例3)を用いたことを除いて、実施例4に上述したように調製した。得られた配合物を硬化し、引張特性を上述したように測定した。結果を表10に示す。
以下の実施例は、硫黄硬化された系の物理的性質にカーボンブラックおよびタルクの混合フィラー系に加えて実施例2(高イソプレンBIIR)および実施例3(高イソプレンIIRアイオノマー)の混合ポリマー系(co-polymer system)が与える効果を、硫黄硬化されたタルク充填類似体の物理的性質と比較して例示するものである。実施例34〜36は、実施例2および実施例3およびフィラーを小型インターナルミキサーを用いて、ローター速度を60rpmとして60℃で1分間混合した後、フィラーを1分間で加え、次いでオイルおよび促進剤を加えて、さらに4分間撹拌した後、ダンプすることによって調製した。次いで、10インチ×20インチの二本ロールミルで硬化剤(硫黄、ステアリン酸、および酸化亜鉛)を室温で添加した。得られた配合物を硬化し、引張特性を上述したように測定した。結果を表11に示す。
Claims (14)
- a.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り返し単位、少なくとも1種の多価オレフィンモノマーから誘導された繰り返し単位を少なくとも3.5モル%、および少なくとも1種の窒素系またはリン系の求核剤を含むブチルゴムアイオノマーと、
b.前記ブチルゴムアイオノマーでインターカレートされた、アスペクト比が少なくとも1:3である高アスペクト比フィラーと
を含む硬化ポリマーナノコンポジット。 - 前記イソオレフィンがイソブテンを含み、前記多価オレフィンがイソプレンを含む、請求項1に記載のナノコンポジット。
- 前記窒素系求核剤がN,N−ジメチルエタノールアミン(DMEA)を含み、前記リン系求核剤がトリフェニルホスフィン(TPP)を含む、請求項1に記載のナノコンポジット。
- 前記フィラーが、有機変性されたモンモリロナイトナノクレイを含む、請求項1に記載のナノコンポジット。
- 前記フィラーが、20〜80phrの量で存在する、請求項1に記載のナノコンポジット。
- 前記ナノコンポジットの透過性が、2.5×10−8cm2/atm・s以下である、請求項1〜5のいずれか一項に記載のナノコンポジット。
- その場で生成されるブチルゴムアイオノマーを含むポリマーナノコンポジットの調製方法であって、
a.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り返し単位、少なくとも1種の多価オレフィンモノマーから誘導された繰り返し単位少なくとも3.5モル%を含み、アリル型臭化物含有量が少なくとも0.5モル%である臭素化ブチルゴムポリマーを準備する工程と、
b.窒素系またはリン系の求核剤を含む変性剤を前記臭素化ブチルゴムポリマーに添加する工程と、
c.アスペクト比が少なくとも1:3である高アスペクト比フィラーを添加する工程と、
d.前記臭素化ブチルゴムポリマー、前記変性剤、および前記フィラーを混合して、前記フィラーでインターカレートされたブチルゴムアイオノマーを含む未硬化のナノコンポジットを形成させる工程と、
e.前記ナノコンポジットを硬化させる工程と
を含む方法。 - 前記変性剤が、N,N−ジメチルエタノールアミン(DMEA)を含む窒素系求核剤である、請求項7に記載の方法。
- 前記変性剤が、ヘキサメチルジシラザン(HMDZ)をさらに含む、請求項8に記載の方法。
- 前記変性剤が、アリル型臭化物の量の0.3〜5モル当量の量で存在する、請求項8または9に記載の方法。
- 前記変性剤が、トリフェニルホスフィン(TPP)を含むリン系求核剤である、請求項7に記載の方法。
- 前記変性剤が、アリル型臭化物の量の0.3〜1.2モル当量の量で存在する、請求項11に記載の方法。
- ブチルゴムアイオノマーを含むポリマーナノコンポジットの調製方法であって、
a.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り返し単位、少なくとも1種の多価オレフィンモノマーから誘導された繰り返し単位を少なくとも3.5モル%、および少なくとも1種の窒素系またはリン系の求核剤を含むブチルゴムアイオノマーを準備する工程と、
b.アスペクト比が少なくとも1:3である高アスペクト比フィラーを添加する工程と、
c.前記ブチルゴムアイオノマーおよび前記フィラーを混合して未硬化のナノコンポジットを形成させる工程と、
d.前記ナノコンポジットを硬化させる工程と
を含む方法。 - 前記未硬化のナノコンポジットが、前記ブチルゴムアイオノマーでインターカレートされた前記フィラーを含む、請求項13に記載の方法。
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