KR20010052545A - 할로겐화물 부착 기를 갖는 입자 및 그의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

입자가 화학식 I 또는 II를 갖는 부착 기를 갖고, 치환기가 본 명세서에 정의된 개질 입자 또는 응집물이 개시된다. 개질 생성물의 제조 방법은 물론 중합체 부착 개질 입자가 또한 개시된다.
<화학식 I>
<화학식 II>

Description

할로겐화물 부착 기를 갖는 입자 및 그의 제조 방법 {A Particle Having an Attached Halide Group and Methods of Making the Same}
중합체 시스템에서 열안정제로서 카본 블랙의 역할은 문헌 [W. L. Hawkins, R. H. Hansen, W. Matreyek, F. H. Winslow: J. Applied Polymer Science, vol. 1, pages 37-42, 1959; J. T. Cruver, K. W. Rollmann: J. Applied Polymer Science, vol. 8, pages 1169-83, 1964, 및 by G. Ivan, M. Giurgina: Revue Roumaine de Chemie, vol. 29, number 8, pages 639-646, 1984]에 기재되어 있다. 각각의 기재물에서 메카니즘은 라디칼 트랩 또는 과산화물 분해제로서 작용하는 카본 블랙 표면의 페놀계 및 퀴논계 산소 기에 의한 것이다. 그러나 당업계의 숙련자들은 이들 부위가 중합반응 공정을 위한 개시 부위로서 유용하지 않다고 간주할 것이다.
벨몬트 (Belmont) 등의 문헌 [J. A. Belmont, J. M. Funt: International Rubber Conference, Essen, Germany, June 24-27 1991]은 과산화물 기가 카본 블랙 표면상에 통상적으로 0.1 내지 0.4 마이크로몰/㎡의 범위로 존재한다고 확인하였다. 그러나 과산화물 기의 대부분 (80% 이상)은 200℃의 열처리에도 안정하므로, 라디칼 중합반응을 위한 잠재적 개시 부위로 간주될 수 없다.
츠보카와 (Tsubokawa) 등의 문헌 [K. Fujiki, N. Tsubokawa, Y. Sone: Polymer J., vol. 22, number 8, pages 661-70, 1990, 및 N. Tsubokawa: Prog. Polymer Science, vol. 17, pages 417-70, 1992]에 먼저 카본 블랙 표면의 산소 기를 통해 반응기를 부착시켜 활성 카본 블랙 표면으로부터 중합체를 성장시키는 것이 기재되어 있다. 대표적인 예에는 글리시딜 기가 카본 블랙 표면의 페놀계 히드록실 기와 반응하여 비닐 관능성을 제공하는 글리시딜 메타크릴레이트의 용도; 이소시아네이트기가 페놀계 히드록실 기와 반응한 후 가열하여 아조기를 분해하여 알킬 라디칼이 생성되는 4,4' 아조 비스-(4-시아노발레르산)의 반응; 및 그후 음이온 중합반응의 개시 부위로서 사용될 수 있는 부틸 리튬과 페놀계 히드록실 기의 반응이 있다.
이들 접근법 모두는 카본 블랙 표면의 산소 기의 존재를 필요로 한다. 상기 접근법에 비하여, 대표적 초열 (furnace) 또는 열 카본 블랙에 존재하는 반응성 히드록실 기 및 카르복실산 기의 수준은 통상적으로 0.01 내지 0.1 마이크로몰/㎡이지만, 잠재적 개시 부위의 수는 매우 적다.
또한, 이들 활성 부위로부터의 연속 중합반응은 대개 사슬 결합 반응, 카본 블랙 표면의 비반응성 산소 기와의 결합 및/또는 사슬 종료제의 첨가에 의해 비가역적으로 종료되는 사슬의 자유 라디칼 중합반응을 위한 통상적 수단으로 일어날 것이다. 모든 경우에 중합반응은 재개시될 수 없다. 따라서, 상기 기재된 한계를 극복하는 개질 입자를 제공하는 것이 요구된다.
<발명의 요약>
본 명세서에서 구체적이고 광범위하게 기재되는 본 발명의 목적에 따라서, 본 발명은 하기 화학식 I을 갖는 부착 기를 갖는 입자를 포함하는 개질 입자에 관한 것이다.
식중, A는 방항족 기 또는 알킬 기를 나타내고; R1은 결합, 아릴렌 기, 알킬렌 기,(여기서, R4는 알킬 또는 알킬렌 기 또는 아릴 또는 아릴렌 기임)를 나타내고; R2및 R3(동일 또는 상이할 수 있음)는 수소, 알킬 기, 아릴 기, -OR5, -NHR5, -NR5R5또는 -SR5(여기서, R5(동일 또는 상이할 수 있음)는 수소, 알킬 기 또는 아릴 기를 나타냄)를 나타내고; Q는 불안정 할로겐화물 함유 라디칼을 나타낸다.
본 발명은 또한 입자 또는 응집물이 탄소-금속 다중상 응집물, 탄소-규소 함유 화학종 다중상 응집물, 금속 산화물 또는 금속 수산화물인 개질 입자 또는 응집물에 관한 것이다. 하기 화학식 II를 갖는 기가 입자 또는 응집물에 부착된다.
식중, CoupA는 Si-함유 기, Ti-함유 기, Cr-함유 기 또는 Zr-함유 기를 나타내고; R8및 R9(동일 또는 상이할 수 있음)는 수소, 알킬 기, 아릴 기, -OR10, -NHR10, -NR10R10또는 -SR10(여기서, R10(동일 또는 상이할 수 있음)은 수소, 알킬 기 또는 아릴 기를 나타냄)를 나타내고; Q는 불안정 할로겐화물 함유 라디칼을 나타내고; n은 정수 1 내지 3이다.
본 발명은 또한 부착 중합체 또는 블록 라디칼 원천을 갖는 개질 입자에 관한 것이며, 여기서 개질 입자는 하기 화학식 III을 갖는 부착 기를 갖는다.
식중, X는 블록 라디칼 원천 또는 1종 이상의 중합가능한 비닐 또는 디엔 기재 단량체로부터 형성된 중합체를 나타내고; A는 방항족 기 또는 알킬 기를 나타내고; R1은 결합, 아릴렌 기, 알킬렌 기,(여기서, R4는 알킬 또는 알킬렌 기 또는 아릴 또는 아릴렌 기임)를 나타내고; R2및 R3(동일 또는 상이할 수 있음)는 수소, 알킬 기, 아릴 기, -OR5, -NHR5, -NR5R5또는 -SR5(여기서, R5는 동일 또는 상이할 수 있고, 알킬 기 또는 아릴 기를 나타냄)를 나타내고; Q는 불안정 할로겐화물 함유 라디칼을 나타낸다.
본 발명은 또한 부착 중합체를 갖는 다른 개질 입자에 관한 것이다. 입자는 탄소-금속 다중상 응집물, 탄소-규소 함유 화학종 다중상 응집물, 금속 산화물 또는 금속 수산화물이다. 하기 화학식 IV를 갖는 기가 입자에 부착된다.
식중, CoupA는 Si-함유 기, Ti-함유 기, Cr-함유 기 또는 Zr-함유 기를 나타내고; R8및 R9(동일 또는 상이할 수 있음)는 수소, 알킬 기, 아릴 기, -OR10, -NHR10, -NR10R10또는 -SR10(여기서, R10(동일 또는 상이할 수 있음)은 알킬 기 또는 아릴 기를 나타냄)를 나타내고; Q는 불안정 할로겐화물 함유 라디칼을 나타내고; X는 블록 라디칼 원천 또는 1종 이상의 중합가능한 단량체로부터 형성된 중합체이고; n은 정수 1 내지 3이다.
본 발명은 또한 이러한 여러 개질 입자의 제조 방법 및 사용 방법에 관한 것이다. 화학식 I의 개질 입자의 제조에서, 입자는 단일 단계 또는 여러 단계에서 어떠한 방식으로든 부착된 방향족 또는 알킬 기 및 -R1-CR2R3를 가질 수 있다. 그후 -Q는 충분한 온도 및 산을 사용하여 부착될 수 있다. 부착 중합체를 갖는 개질 입자의 제조에서, 방법에는 전위 금속 할로겐화물, 착화 리간드 및 중합가능한 단량체와 R1-CR2R3-Q로 치환되는 부착 방향족 기를 갖는 입자의 반응이 있다.
본 발명은 또한 이러한 여러 개질 입자의 제조 방법 및 사용 방법에 관한 것이다. 예를 들어, 화학식 I의 개질 입자의 제조에서, 입자는 단일 단계 또는 여러 단계에서 어떠한 방식으로든 부착된 방향족 또는 알킬 기 및 -R1-CR2R3를 가질 수 있다. 그후 -Q는 산 촉매 에스테르화와 같은 에스테르화 기술을 이용하여 부착될 수 있다. 부착 중합체를 갖는 개질 입자의 제조에서, 방법에는 전이 금속 할로겐화물, 착화 리간드 및 중합가능한 단량체와 R1-CR2R3-Q로 치환되는 부착 방향족 또는 알킬 기를 갖는 입자의 반응이 있다.
상기 일반 설명 및 하기 상세한 설명은 단지 예시하고 설명하며 본 발명의 추가 설명을 제공하려는 것으로 이해해야 한다.
본 발명은 카본 블랙과 같은, 블록 라디칼 원천을 갖는 개질 입자를 형성시키는 할로겐화물 함유 부착 라디칼을 갖는 입자에 관한 것이다. 본 발명은 또한 이러한 개질 입자의 제조 방법 및 사용 방법에 관한 것이다.
한 실시태양에서, 본 발명은 하기 화학식 I을 갖는 부착 기를 갖는 입자를 포함하는 개질 입자에 관한 것이다.
<화학식 I>
식중, A는 입자에 부착되는 방항족 기 또는 알킬 기를 나타내고; R1은 결합, 아릴렌 기, 알킬렌 기,(여기서, R4는 알킬 또는 알킬렌 기 또는 아릴 또는 아릴렌 기임)를 나타내고; R2및 R3(동일 또는 상이할 수 있음)는 수소, 알킬 기, 아릴 기, -OR5, -NHR5, -NR5R5또는 -SR5(여기서, R5(동일 또는 상이할 수 있음)는 알킬 기 또는 아릴 기를 나타냄)를 나타내고; Q는 불안정 할로겐화물 함유 라디칼을 나타낸다.
개질 입자는 입자에 부착되는 화학식 I 내지 IV와 같은 상기 화학식에 의해 나타난 기를 가질 수 있는 입자일 수 있다. 바람직한 실시태양에서 화학식 I 및 III의 기들 중 -Q 및 -X-Q는 바람직하게는 입자에 탄소 결합을 통해 부착되므로, 바람직하게는, 입자는 탄소 반응 부위 (C-)를 갖는다. 예를 들어 입자는 탄소 생성물, 탄소 생성물외의 착색 안료, 금속 산화물 (예, 실리카), 금속 수산화물, 탄소상 및 규소-함유 화학종 상을 포함하는 다중상 응집물, 탄소상 및 금속-함유 화학종 상을 포함하는 다중상 응집물 등일 수 있다. 탄소는 결정질 및/또는 무정형일 수 있다. 탄소 생성물의 예로는 흑연, 카본 블랙, 유리질 탄소, 활성탄, 활성 탄소, 탄소 섬유 및 그의 혼합물이 있으나, 이에 국한되지는 않는다. 상기 탄소 생성물의 미분형이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 입자가 탄소 생성물이고, 가장 바람직하게는 카본 블랙이다.
규소-함유 화학종 및/또는 금속-함유 화학종이 탄소상처럼 응집물의 한 상일 경우를 인지할 수 있는 한, 탄소상 및 규소-함유 화학종 상을 함유하는 다중상 응집물은 또한 규소-처리 카본 블랙 응집물로 간주될 수 있으며, 탄소상 및 금속-함유 화학종 상을 함유하는 다중상 응집물은 금속-처리 카본 블랙 응집물로 간주될 수 있다. 다중상 응집물은 별개의 카본 블랙 응집물 및 별개의 실리카 또는 금속 응집물의 혼합물을 나타내지 않으며, 실리카 코팅 카본 블랙도 아니다. 오히려 본 발명에서 사용되는 다중상 응집물은 응집물의 표면 (응집물의 부분이 아님) 및/또는 응집물의 내부에 밀집된 또는 인접한, 1개 이상의 규소-함유 또는 금속-함유 영역을 포함한다.
그러므로, 응집물은 하나는 탄소이고 다른 하나는 규소-함유 화학종, 금속-함유 화학종 또는 그 둘 모두인 2종 이상의 상들을 포함한다. 응집물의 한 부분일 수 있는 규소-함유 화학종은 실리카 커플링제와 같은 카본 블랙 응집물에 부착되지 않지만, 실제로 탄소상과 같이 동일한 응집물의 한 부분이다. 예를 들어, 탄소상 및 규소-함유 화학종 상을 갖는 다중상 응집물이 STEM-EDX하에서 시험되는 경우, 규소-함유 화학종에 상응하는 규소 신호가 개별의 카본 블랙 응집물에 존재하는 것으로 밝혀졌다. 비교하여 예를 들어, 실리카 및 카본 블랙의 물리적 혼합물을 STEM-EDX 시험한 결과 실리카 및 카본 블랙 응집물이 분명하게 분리되어 있음이 밝혀졌다.
금속-처리 카본 블랙은 1종 이상의 탄소상 및 1종의 금속-함유 화학종 상을 함유하는 응집물이다. 금속-함유 화학종에는 알루미늄, 아연, 마그네슘, 칼슘, 티타늄, 바나듐, 코발트, 니켈, 지르코늄, 주석, 안티몬, 크롬, 네오디뮴, 납, 텔루르, 바륨, 세슘, 철 및 몰리브덴을 함유하는 화합물이 있다. 바람직하게는, 금속-함유 화학종 상은 알루미늄- 또는 아연-함유 화학종 상이다. 금속-함유 화학종 상은 응집물의 한 부분 이상에 걸쳐 분포될 수 있으며, 응집물의 고유한 부분이다.
또한, 1종 이상의 금속-함유 화학종 상을 함유하는 금속-처리 카본 블랙은 본 발명의 범위내에 있으며, 금속-처리 카본 블랙은 또한 규소-함유 화학종 상 및/또는 붕소-함유 화학종 상을 함유할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 금속-처리 카본 블랙은 탄소상, 알루미늄-함유 화학종 상 및 아연-함유 화학종 상을 포함하는 응집물을 가질 수 있다. 따라서, 본 발명에서 사용되는 다중상 응집물은 2종 이상의 다른 금속-함유 화학종 상 및/또는 추가의 비금속 화학종 상을 가질 수 있다.
본 발명의 목적을 위해, 바람직하게는 다중상 응집물에 존재하는 규소 원소 및/또는 금속 원소의 양은 응집물 중량의 약 0.1 내지 약 25 중량%, 더욱 바람직하게는 약 0.5 내지 약 10 중량%, 가장 바람직하게는 약 0.2 내지 약 5.4 중량%이다.
다중상 응집물의 제조에 대해서 미국 특허 제5,904,762호; 제5,877,238호; 제5,869,550호; 및 제5,830,930호; 1997년 3월 27일에 출원된 미국 특허 출원 제08/828,785호인 PCT 공개 WO 제96/37547호; 1997년 4월 18일에 출원된 미국 특허 출원 제08/837,493호; 및 1998년 4월 17일에 출원된 미국 특허 출원 제09/061,871호에 상세하게 설명되어 있다. 상기 모든 문헌의 전문은 본 명세서에서 참고 문헌으로 도입되었다.
실리카-코팅 탄소 생성물은 또한 입자로서 사용될 수 있으며, 이는 그 전문이 본 명세서에서 참고 문헌으로 도입된 1996년 11월 28일에 공개된 PCT 공개 WO 제96/37547호에 기재되어 있다.
착색 안료는 방향족 기 및 알킬 기의 부착에 의해 개질될 수 있는 안료이다. 탄소 생성물외의 착색 안료에는 검정색, 흰색, 파란색, 갈색, 청록색, 녹색, 보라색, 심홍색, 붉은색, 황색 뿐만 아니라 그의 혼합물이 있으나, 이에 국한되지는 않는다. 착색 안료의 적합한 종류에는 안트라퀴논, 프탈로시아닌 블루, 프탈로시아닌 그린, 디아조, 모노아조, 피란트론, 페릴렌, 헤테로시클릭 옐로우, 퀴나크리돈 및 (티오)인디고이드가 있으나, 이에 국한되지는 않는다. 착색 안료 및 부착 방향족 기 또는 알킬 기를 갖는 착색 안료의 제조 방법에 대한 구체적 실시예 및 추가 정보는 그 전문이 본 명세서에서 참고 문헌으로 도입된 PCT 공개 WO 제97/47699호에 기재되어 있다.
본 발명에 유용한 입자는 예를 들어, 일반적으로 약 10 nm 내지 약 500 nm, 바람직하게는 약 10 nm 내지 약 250 nm의 제1 입자 크기, 및 일반적으로는 약 50 nm 내지 약 100 미크론, 바람직하게는 약 50 nm 내지 약 10 미크론, 더욱더 바람직하게는 약 75 nm 내지 약 1 미크론의 제1 응집물 크기를 갖는다. 이들 입자의 BET 표면적은 임의의 적합한 표면적일 수 있으며, 바람직하게는 약 10 ㎡/g 내지 약 2000 ㎡/g, 더욱 바람직하게는 약 10 ㎡/g 내지 약 1000 ㎡/g, 더욱더 바람직하게는 약 50 ㎡/g 내지 약 500 ㎡/g일 수 있으며; 입자 구조는 바람직하게는 약 10 cc/100g 내지 약 1000 cc/g, 더욱 바람직하게는 약 50 cc/100g 내지 약 200 cc/100g이다.
중합반응 전에 입자에 부착된 Q 기의 수는 임의의 양일 수 있다. 예를 들어 -Q 기의 수는 (입자의) 약 0.01 mmole/g 내지 약 10 mmole/g, 바람직하게는 약 0.1 mmole/g 내지 약 4 mmole/g, 더욱더 바람직하게는 약 0.5 mmole/g 내지 약 3 mmole/g일 수 있다.
입자가 탄소상 및 규소-함유 화학종 상과 같은 다중상 응집물이면 바람직하게는, 화학식 I 또는 III의 기가 독점적은 아니지만 적어도 탄소상에 부착된다.
방향족 기에 대해 설명하면, 임의의 방향족 기가 이용될 수 있다. 뒤에 논의된 중합가능한 단량체와는 달리, 방향족 기는 중합체가 아니고 중합되지 않는다. 예로서는, 아릴렌 기가 있으나, 이에 국한되지는 않는다. 바람직한 아릴렌 기에는 페닐렌 및 나프탈렌 기가 포함되나 이에 국한되지는 않는다. 방향족 기에는 한 개 이상의 고리가 있는 불포화된 시클릭 탄화수소가 포함되나, 이에 국한되지는 않는다. 이 방향족 기는 치환되거나 비치환될 수 있다. 방향족 기에는 아릴 기 (예를 들어, 페닐, 나프틸, 안트라세닐 등) 및 헤테로아릴 기 (예를 들어, 이미다졸릴, 피라졸릴, 피리디닐, 티에닐, 티아졸릴, 푸릴, 트리아지닐, 인돌릴 등)가 포함된다. 알킬 기로는 바람직하게는 C1-C12알킬 기이고, 분지 또는 비분지될 수 있고, 바람직하게는 에틸 기이다.
R1에 대해 설명하면, 바람직한 아릴렌 기에는 벤젠 고리 함유 기가 포함되나 이에 국한되지는 않는다. 바람직한 알킬렌 기에는 C1-C18알킬렌-함유 기가 포함되나 이에 국한되지는 않는다. 이들 기는 선형, 분지, 또는 불포화될 수 있다. 아릴렌 및 알킬렌 기의 이들 예는 또한 R4의 예로 간주될 수도 있다. R4에 대한 바람직한 알킬 기는 C1-C20알킬 기이고, 더욱 바람직하게는 C1-C5알킬 기이며, 바람직한 아릴 기는 페닐, 비페닐 및 나프틸이다.
R2및 R3에 대해 설명하면, R2및 R3은 동일 또는 상이할 수 있으며, 알킬 기 (예를 들어, C1-C20알킬 기)의 예에는 메틸, 에틸, 프로필, 부틸 등이 포함되나, 이들에 국한되지는 않는다. 바람직하게는 알킬 기는 C1-C5알킬 기이다. 아릴 기의 예에는 페닐, 비페닐 및 나프틸이 포함되나, 이들에 국한되지는 않는다. 여기에서 언급되는 알킬 및 아릴 기는 물론 전체에 언급되는 아릴렌 및 알킬렌 기는 본 발명의 목적을 위해 비치환되거나 치환될 수 있다. R5는 R2및 R3에 대해 상기 언급된 알킬 및 아릴 기와 동일한 형태일 수 있다.
치환되거나 상기 화학식 I에 나타낸 방향족 기에 부착된 기를 함유하는 불안정 할로겐화물 함유 기는 이 기의 불안정 할로겐화물 (예를 들어, 불소, 브롬, 요드, 염소)이 전이 금속 할로겐화물과 산화된 화학종을 형성할 수 있는 할로겐화물 함유 기이다. 바람직하게는, 이 불안정 할로겐화물은 할로겐화물과 유리 라디칼을 형성할 수 있는 원자 사이의 약한 할로겐 결합을 갖는다. 이 불안정 할로겐화물은 이미 불안정 할로겐화물을 함유한 라디칼 기를 형성시키는 화학 반응이 가능하다. 또한, 상기 불안정 할로겐화물을 함유하는 기는 탄소 원자, 산소 원자, 질소 원자, 황 원자, 인 원자, 붕소 원자 및/또는 규소 원자를 포함하는 라디칼을 형성한다. 다른 유기 화학종 또는 기는 알킬, 아릴 등과 같은 불안정 할로겐화물을 함유하는 기의 일부일 수 있다. 불안정 할로겐화물 함유 기의 구체적 예에는 아릴 할로겐화물, 아릴 알킬 할로겐화물, 알킬 할로겐화물, 벤질 할로겐화물, 아렌술포닐 할로겐화물, 인 할로겐화물, 할로알킬 에스테르, 황 할로겐화물, 규소 할로겐화물, 아렌카르보닐 할로겐화물, 및 다른 불안정 할로겐화물 함유 기가 포함되나, 이에 국한되지는 않는다. 불안정 할로겐화물 함유 기의 더욱 구체적인 예에는 브로모에틸, 브로모메틸, 브로모프로필 및 브로모도데실과 같은 브로모- 또는 클로로-알킬은 물론 라디칼을 형성할 수 있는 이들 기의 클로로 버젼 (version)이 포함된다.
본 발명의 또다른 실시형태는 화학식 II의 기가 부착된 개질 입자 또는 응집물에 관한 것이다. 이 입자는 금속 산화물, 금속 수산화물, 1종 이상의 탄소상 및 1종 이상의 금속-함유 화학종 상을 포함하는 응집물, 또는 1종 이상의 탄소상 및 1종 이상의 규소-함유 상을 포함하는 응집물일 수 있다. 이 입자 또는 응집물에 하기 화학식 II를 갖는 기가 부착되어 있다.
<화학식 II>
식중, CoupA는 Si-함유 기, Ti-함유 기, Cr-함유 기, 또는 Zr-함유 기를 나타내고; R8및 R9(동일 또는 상이할 수 있음)는 수소, 알킬 기, 아릴 기, -OR10, -NHR10, -NR10R10, 또는 -SR10(여기서, R10은 알킬 기 또는 아릴 기를 나타냄)을 나타내며; Q는 불안정 할로겐화물 함유 라디칼을 나타내며 n은 1 내지 3의 정수이다. 바람직하게는, 특히 Si-함유 기의 경우에 CoupA는 CoupA의 일부를 형성할 수 있는 산소 라디칼을 통해 입자 또는 응집물에 부착된다.
Si-함유 기의 예에는 디메틸실릴메틸, 디알콕시실릴메틸 등이 포함되나, 이에 국한되지는 않는다. Ti-함유 기의 예에는 알파 치환된 트리-아세틸 티타네이트 등이 포함되나, 이에 국한되지는 않는다. Zn-함유 기의 예에는 디알파 메톡시 네오펜틸지르코네이트, 알루미늄 지르코네이트 등이 포함되나, 이에 국한되지는 않는다.
치환기 R8및 R9의 예는 상기 언급된 치환기 R2및 R3과 동일할 수 있다. 마찬가지로, 치환기 R10의 예는 상기 치환기 R5와 동일할 수 있다. 또한, Q는 상기 논의된 바와 동일하다.
화학식 I과 같은 화학식의 부착 기를 갖는 개질 입자는 하기 방식으로 제조될 수 있다. 먼저, 카본 블랙과 같은 입자는 상기 입자에 부착된, 치환되거나 비치환된 방향족 또는 알킬 기를 가질 수 있으며, 이 경우에 상기 방향족 또는 알킬 기를 입자에 직접 부착시킨다. 이러한 부착은 PCT 국제 출원 WO 제96/18688호 및 미국 특허 제5,851,280호; 제5,630,868호; 제5,559,169호; 제5,571,311호; 및 제5,559,169호는 물론 미국 특허 출원 제08/572,525호에 기재된 방법으로 수행될 수 있고, 상기 모든 문헌의 전문은 본 명세서에서 참고 문헌으로 도입되었다.
그 다음으로, 부착 방향족 또는 알킬 기를 갖는 입자를 -R1-CR2R3과 반응시킨 후 화학식 I과 같은 부착 기를 갖는 개질 입자를 형성하기에 충분한 시간 및 온도에서 불안정 할로겐화물 함유 라디칼 원천과 반응시킬 수 있다. 불안정 할로겐화물 함유 라디칼 원천은 입자 상에 존재하는 -A-R1-CR2R3과 반응하기에 충분한 양으로 존재한다. 바람직하게는, 불안정 할로겐화물 함유 라디칼 원천의 양은 약 0.01 mmoles/g(입자의 질량) 내지 약 10 mmoles/g이고 더욱 바람직하게는 약 0.01 내지 약 5 mmoles/g이다. 별법으로, 불안정 할로겐화물 함유 화학종은 아인산 트리-브롬화물과 같은 할로겐화제로 C-O 결합을 할로겐화시킴으로써 형성될 수 있다.
별법으로, 본 발명의 개질 입자는 화학식 I과 같은 상기 기재된 화학식의 기를 먼저 형성함으로써 제조될 수 있다. 방향족 기가 존재하는 경우, 바람직하게는, 불안정 할로겐화물 함유 라디칼 기를 방향족 기의 메타 또는 파라 위치에 부착시킨다. 그 다음, 이 기를 상기 참고 특허 및 특허 출원에 기재된 방식으로 디아조늄 처리에 의해 상기 입자에 부착시키고, 이 경우에 상기 화학식들 중 하나의 기를 함유하는 디아조늄 염이 상기 참고된 특허에 기재된 방식으로 먼저 형성될 것이다. 이어서, 그 화학식의 기를 연이어 입자에 부착시킬 수 있다. 덜 바람직한 방법으로, 본 발명의 화학식들은 입자 상에 존재하는 히드록시 또는 카르보닐기를 통해 입자에 부착될 수 있다.
또한, 본 발명의 개질 입자는 한 개 이상의 알콕시 실릴, 알콕시 티타닐, 또는 알콕시 지르코닐 기를 함유하는 불안정 할로겐화물 함유 기를 입자에 부착시킴으로써 형성될 수 있고, 이 구체적인 방법에서 상기 입자는 바람직하게는 금속 산화물 또는 금속 수산화물, 또는 탄소 표면이다. 이러한 구체적인 실시형태는 화학식 III 또는 IV의 기를 입자에 부착시킬 것이다.
다른 방법에서, 개질 입자는 먼저 방향족 또는 알킬 기를 얻고 이를 -Q 기의 존재를 제외하고는 상기 기재된 화학식의 기를 형성하는 화합물을 함유하는 R1CR2R3과 반응시킴으로써 형성될 수 있다. 바꾸어 말하면, 화학식 A-R1-CR2R3을 갖는 기를 먼저 형성한 후 -Q 기를 이 기에 부착시켜 입자에 부착할 수 있는, 본 발명의 화학식 I의 기를 형성할 것이다. 이 방법에서 R2및 R3은 바람직하게는 수소이다.
별법으로, 본 발명의 개질 입자를 제조하는 방법은 3 단계 방법일 수 있고, 이 경우에 A를 먼저 입자에 부착시킨 후 화학식 R1-C-R2R3을 갖는 기를 방향족 또는 알킬 기에 부착시킬 수 있다. 그리고, 세 번째 단계에서 -Q를 R1-C-R2R3기에 부착시킬 수 있다.
화학식 II의 개질 입자는 하기 방식으로 제조될 수 있다. 1종 이상의 탄소상 및 1종 이상의 금속-함유 화학종 상을 포함하는 응집물은 미국 특허 출원 제08/828,725호에 기재된 바와 같이 제조될 수 있고, 상기 문헌은 본 명세서에서 참고 문헌으로 도입되었다. 1종 이상의 탄소상 및 1종 이상의 금속-함유 화학종 상을 포함하는 응집물은 미국 특허 제5,904,762호 및 제5,877,238호에 기재된 바와 같이 제조될 수 있다. 그리고, 커플링제를 매질 중의 응집물에 첨가하고 혼합함으로써 응집물 또는 입자를 커플링제와 반응시킬 수 있다. 그리고, 부착 커플링 기를 갖는 응집물 또는 입자를 상기 기재된 불안정 할로겐화물 함유 라디칼 원천과 반응시킬 수 있다.
상기 기재된 반응의 목적을 위하여, 이 반응은 기가 부착된 입자 또는 응집물에 부착된 기를 형성하기에 충분한 시간 및 온도에서 일어나야 한다. 일반적으로, 이러한 시간은 약 3분 내지 약 96시간이고 더욱 바람직하게는 약 1시간 내지 약 24시간이다.
상기 기재된 개질 입자에 대해 설명하면, 중합체는 이들 개질 입자 또는 응집물을 단량체를 함유하는 비닐 또는 디엔 함유 단량체와 같은 중합가능한 단량체와 반응시킴으로써 이들 부착 기에 부착될 수 있다. 이러한 단량체의 구체적인 예에는 스티렌, 이소프렌, 부타디엔, 클로로메틸스티렌, 메틸 메타크릴레이트, 및 부틸 메타크릴레이트는 물론 아크릴산 및 아크릴산의 에스테르 및 메타크릴산 및 메타크릴산의 에스테르가 포함되나, 이에 국한되지는 않는다. 보다 구체적인 단량체의 예에는 히드록시에틸 (메트)아크릴레이트, 히드록시프로필 (메트)아크릴레이트와 같은 히드록시알킬 (메트)아크릴레이트; 메틸 아크릴레이트 또는 부틸 아크릴레이트와 같은 알킬 (메트)아크릴레이트; 글리시딜 (메트)아크릴레이트; 디메틸아미노에틸아크릴레이트; 2-아크릴 트리메틸 에틸암모늄 염화물; 아미노에틸 아세릴레이트; 아크릴로니트릴; 비닐 아세트레이트 등이 포함되나, 이에 국한되지는 않는다. 2종 이상의 단량체의 혼합물 역시 이용될 수 있거나 연속적으로 중합될 수 있다. 그 다음으로, 중합성 겔에 대해 설명하자면, 단량체 또는 그의 일부는 바람직하게는 할로겐화물 함유 비닐 단량체 또는 디엔 함유 단량체 (예를 들어, 클로로메틸 스티렌 또는 비닐 염화물)이다.
중합 반응은 단량체가 입자 또는 응집물에 부착된 기의 일부를 형성하도록 단량체의 중합을 허용하는 조건 하에서 수행된다. 이들 조건에는 주변 온도가 포함되고 바람직하게는 용매, 전이 금속 할로겐화물, 및 착화 리간드의 존재 하에 80 ℃ 이상, 바람직하게는 약 120 ℃ 내지 약 150 ℃에서 단량체와 함께 개질 입자를 가열하는 것이 포함될 수 있다. 이 반응은 온도를 낮춤으로써 종결될 수 있다. 첨가 순서는 중요하지 않고 입자, 예를 들어 화학식 I 또는 III 착화 리간드 및 전이 금속 할로겐화물은 임의의 순서로 첨가될 수 있다. 미리 형성된 전이 금속 할로겐화물 착물은 개별 성분 대신에 대체 이용될 수 있다. 또한, 착화 리간드 및 전이 금속 할로겐화물을 먼저 반응시켜 착물을 형성할 수 있고 이 반응은 제자리에서 일어날 수 있다. 그 다음으로, 이 중합체-개질 입자를 증류, 증기 박리, 또는 침전 또는 다른 공지된 방법으로 잔류 단량체 및 용매를 제거할 수 있다. 전이 금속 할로겐화물의 예에는 구리 (I) 할로겐화물과, 금속이 구리, 로듐, 철, 니켈, 코발트, 팔라듐, 및 루테늄인 전이 금속 할로겐화물이 포함되나, 이에 국한되지는 않는다. 이 전이 금속 할로겐화물의 구체적이고 바람직한 예로는 구리 (I) 염화물이 있다. 효율적인 할로겐화물 원자 전달 촉진제가 되도록 하기 위해 착화 리간드는 전이 금속 할로겐화물로 착화될 수 있는 임의의 화합물일 수 있다. 착화 리간드의 예에는 2,2'-비피리딘 및 그의 유도체 (예를 들어, 알킬 치환된 비피리딘), 트리페닐 포스핀의 유도체와, 에틸렌 또는 프로필렌 단위에 의해 바람직하게 분리된 질소 원자가 있는 여러 자리 아민이 포함되나, 이에 국한되지는 않는다.
그러므로, 중합 반응은 개질 입자 또는 응집물 상의 임의의 길이의 중합체를 생성할 수 있다. 예를 들어, 평균 분자량, 바람직하게는 약 500 내지 약 1,000,000 범위의 분자량을 갖는 중합체를 제조할 수 있다. 평균 분자량의 다른 범위로는 약 500 내지 약 3,000, 및 약 500 내지 약 2,000, 및 약 500 내지 약 500,000, 및 약 1,000 내지 약 250,000이 포함되나, 이에 국한되지는 않는다. 이 중합체는 단일 중합체, 공중합체, 삼원공중합체, 또는 고쇄 중합체와 같은 임의의 형태일 수 있다. 이 중합체는 또한 블록, 그라프트 또는 랜덤-형태 중합체일 수 있다. 상기 중합체는 분지 또는 비분지될 수 있다. 빗 중합체와 같은 중합체는 주중합체 사슬로부터 멀어지는 쪽에 형성되거나 위치될 수 있고, 이들 중합체는 임의의 형태의 중합체일 수 있다. 구체적인 예에는 주중합체 사슬 상에 그라프트된 폴리에틸렌이민 또는 폴리알킬렌 산화물과 같은 폴리아민이 포함되나, 이에 국한되지는 않는다. 형성된 중합체는 이온성 (예를 들어, 양이온성 또는 음이온성) 또는 비이온성 중합체일 수 있다. 중합체의 구체적인 예에는 폴리아미드, 폴리아크릴, 폴리비닐아세테이트, 폴리비닐알콜, 폴리비닐피리딘, 폴리비닐피릴로돈, 폴리비닐이미다졸, 및 아크릴아미드 및 그의 유도체는 물론 그의 혼합물이 포함되나, 이에 국한되지는 않는다.
일단, 중합이 일어나면, 개질 입자는 하기 화학식을 갖는 부착 기를 가질 것이다.
<화학식 III>
식중, 치환기는 화학식 I에 대해 상기 기재된 바와 동일하고 X는 1종 이상의 중합가능한 단량체로부터 형성된 중합체이다.
유사하게, 화학식 II의 기를 갖는 개질 입자 또는 응집물이 1종 이상의 단량체의 도입에 의해 중합될 때, 이 입자 또는 응집물에 부착된 기는 하기 화학식을 가질 것이다.
<화학식 II>
식중, 치환기는 화학식 II에 기재된 바와 동일하고 X는 1종 이상의 중합가능한 단량체로부터 형성된 중합체이다.
불안정 할로겐화물 기를 함유하는 상기 기재된 기 내에서, 이 불안정 할로겐화물 기를 함유하는 개질 입자 또는 응집물은 본원의 관점에서 당업계의 숙련자에게 공지된 방법으로 종결될 수 있다. 특히, 이 할로겐화물 기는 양성자로 치환될 수 있거나, 불균등화될 수 있거나, 또는 기 전달 등을 통해 화학 기로 치환될 수 있다. 예를 들어, 이 할로겐화물 기는 히드록시 기로 치환될 수 있다. 이러한 할로겐화물 기의 종결 또는 제거 및 다른 기로 할로겐기를 치환 또는 종결하는 것은 예를 들어, 문헌 [Advanced Organic Chemistry, J. March, Wiley, 4판, 1992]에 기재된 방법으로 수행될 수 있고, 상기 모든 문헌의 전문은 본 명세서에서 참고 문헌으로 도입되었다.
본 발명의 개질 입자는 중합체 조성물의 일부를 형성할 수 있고 통상적으로 이용되고 중합체 조성물에서 발견되는 다른 성분과 함께 존재할 수 있다.
본 명세서에 기재된 입자는 본 명세서에 기재된 바와 같이 개질될 수도 있고 또한 미국 특허 출원 제08/962,244호 및 동 제08/968,299호, 및 출원["Method of Making a Particle Having an Attached Stable Free Radical", 1998년 6월 3일 출원]에 기재된 바와 같이 개질될 수도 있으며, 상기 모든 문헌의 전문은 본 명세서에서 참고 문헌으로 도입되었다. 보다 구체적으로, 입자는 이중 또는 다중 변형되어 그에 부착된 화학식 I-IV의 기를 가질 수 있고 또한 상기 참고 출원에 기재된 바와 같은 화학식 I-IV를 갖는 기와 같은 부착 불안정 할로겐화물 함유 라디칼을 갖는 기도 가질 수 있다. 입자에 부착된 다중 기 상의 단량체 중합은 임의의 순서 또는 동시에 수행될 수 있다.
본 발명의 개질 입자는 다양한 응용분야에 이용될 수 있다. 예를 들어, 상기 입자는 인쇄 잉크 및 잉크젯 잉크와 같은 코팅 제제 또는 조성물, 또는 잉크 제제 또는 조성물, 또는 토너 제제 또는 조성물, 토너, 자동차 코팅 등에 이용될 수 있다. 또한, 이 개질 입자는 중합체 조성물과 같은 조성물에 대한 강화제로 이용될 수 있고 충격 변형제, 또는 중합체 조성물의 상용성을 증가시키는 데 이용되는 시약으로 또한 사용될 수도 있다.
보다 구체적으로, 탄성 (elastomeric) 조성물의 강화에는 타이어, 호스, 프로필 압출, 봉합, 개스켓, 및 진동 단리 단위체는 물론 다상 엘라스토머 블렌드 조성물 중의 단일 엘라스토머 상의 특정적 강화; 폴리올레핀, 스티렌, 아크릴, 폴리에스테르, 및 폴리아미드와 같은 열가소성 조성물 및 열가소성 탄성체와 열가소성 폴리올레핀의 강화; 열경화성 조성물, 예를 들어, 아크릴의 강화; 열가소성 조성물, 코팅, 열가소성 엘라스토머, 및 교차결합된 조성물의 충격 변형; 고체 상 유기 합성에 대한 합성 지지체로서의 용도; 유출 추출 공정에 대한 지지체 또는 매질로서의 용도-유기 및 무기 성분 둘다; 촉매 지지체로서의 용도; 및/또는 가용성 탄화수소 물질, 예를 들어, 위생복, 식물 성장 배지에 이용되는 물질에 대한 초강력 흡착제로서의 용도가 포함된다.
본 발명의 개질 입자는 도입되어 탄성 조성물의 일부를 형성할 수 있다. 탄성 조성물용의 다른 통상적인 성분, 예를 들어 커플링제 등도 또한 존재할 수 있다.
본 명세서에 사용된 바와 같은 커플링제에는 카본 블랙 또는 실리카와 같은 충전재를 입자에 결합될 한 관능기 및 엘라스토머에 결합될 다른 한 관능기를 갖는 엘라스토머에 커플링할 수 있는 화합물이 포함되나 이에 국한되지는 않는다. 실리카 또는 카본 블랙의 엘라스토머로의 커플링에 유용한 커플링제는 규소-처리된 카본 블랙과 함께 유용할 것으로 기대된다. 유용한 커플링제에는 비스(3)트리에톡시실릴프로필)테트라술판 (Si-69), 3-티오시아나토프로필-트리에톡시 실란 [Si-264, 독일 소재의 데구사 아게 (Degussa AG)], γ-메르캅토프로필-트리메톡시 실란 [A189, 미국 코넥티컷주 밴버리 소재의 유니온 카바이드 코포레이션 (Union Carbide Corp.)]과 같은 실란 커플링제; 지르코늄 디네오알칸올라리오디(3-메르캅토) 프로피오나토-O [NZ66A, 미국 뉴저지주 베이욘에 소재하는 켄리치 페트로케미칼스 인코포레이티드 (Kenrich Petrochemicals, Inc.)]과 같은 지르코네이트 커플링제; 티타네이트 커플링제; N,N'-비스(2-메틸-2-니트로프로필)-1,6-디아미노헥산 [수미파인 (Sumifine) 1162, 일본의 수미토모 케미칼 코포레이션 (Sumitomo Chemical Co.)]과 같은 니트로 커플링제; 폴리알콕시실록산 [예를 들어 제루마 (Zeruma), 일본의 요카하마 러버 코. 엘티디. (Yokahama Rubber Co. Ltd.)] 및 이들의 임의의 혼합물이 포함되나 이에 국한되지는 않는다. 커플링제는 적합한 담체와의 혼합물, 예를 들어 데구사 아게로부터 시판되는, Si-69 및 N330 카본 블랙의 혼합물인 X50-S로서 제공될 수 있다.
본 발명의 탄성 화합물은 카본 블랙의 배합에 유용한 것을 포함하는 임의의 엘라스토머와 배합됨으로써 본 발명의 개질 입자로부터 제조될 수 있다.
임의의 적합한 엘라스토머는 개질 입자와 배합되어, 본 발명의 탄성 화합물을 제공할 수 있다. 이러한 엘라스토머에는 1,3-부타디엔, 스티렌, 이소프렌, 이소부틸렌, 2,3-디메틸-1,3-부타디엔, 아크릴로니트릴, 에틸렌 및 프로필렌의 단일- 또는 공중합체가 포함되나 이에 국한되지 않는다. 바람직하게는, 엘라스토머는 시차주사열량계 (DSC)로 측정된 약 -120 ℃ 내지 약 0 ℃ 범위의 유리 전이 온도 (Tg)를 갖는다. 예로는 스티렌-부타디엔 고무 (SBR), 천연 고무, 폴리부타디엔, 폴리이소프렌 및 이들의 유전(油展) 유도체가 포함되나 이에 국한되지는 않는다. 상기의 임의의 블렌드도 또한 사용할 수 있다.
본 발명의 사용에 적합한 고무중에는 천연 고무 및 염화 고무 및 에폭시드화 고무와 같은 그의 유도체가 있다. 또한, 본 발명의 개질 입자는 스티렌 19 부 및 부타디엔 81 부의 공중합체, 스티렌 30 부 및 부타디엔 70 부의 공중합체, 스티렌 43 부 및 부타디엔 57 부의 공중합체 및 스티렌 50 부 및 부타디엔 50 부의 공중합체와 같은 스티렌 약 10 내지 약 70 중량% 및 부타디엔 약 90 내지 약 30 중량%의 공중합체; 폴리부타디엔, 폴리이소프렌, 폴리클로로프렌 등과 같은 공액 디엔의 중합체 및 공중합체, 및 공중합가능한 에틸렌계 기-함유 단량체, 예를 들어 스티렌, 메틸 스티렌, 클로로메틸스티렌, 아크릴로니트릴, 2-비닐-피리딘, 5-메틸-2-비닐피리딘, 5-에틸-2-비닐피리딘, 2-메틸-5-비닐피리딘, 알킬-치환된 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트, 비닐 케톤, 메틸 이소프로페닐 케톤, 메틸 비닐 에테르, 알파-메틸렌 카르복실산 및 아크릴산, 메타크릴산 및 디알킬아크릴산 아미드와 같은 그의 에스테르 및 아미드와 이러한 공액 디엔의 공중합체와 같은 합성 고무와 함께 사용할 수 있고, 본원의 사용에 적합한 것은 에틸렌과 프로필렌, 부탄, 펜탄, 헥산 및 옥탄과 같은 다른 고알파 올레핀의 공중합체이다. 사용할 수 있는 다른 단량체에는 노르보렌 및 헥스-1,5-디엔 등이 포함된다.
따라서, 본 발명의 고무 조성물은 하나 이상의 엘라스토머, 경화제, 강화 충전재, 커플링제, 및 임의로는 각종 가공조제, 유전(油展)제, 및 항붕해제를 함유할 수 있다. 상기 언급된 예 외에, 엘라스토머는 1,3-부타디엔, 스티렌, 이소프렌, 이소부틸렌, 2,3-디메틸-1,3-부타디엔, 아크릴로니트릴, 에틸렌, 프로필렌 등으로부터 제조된 중합체 (예를 들어, 단일중합체, 공중합체, 및 삼원공중합체)일 수 있으나, 이에 국한되지는 않는다. 이러한 엘라스토머의 유리 전이 온도 (Tg)는 DSC로 측정된 바와 같이 -120 ℃ 내지 0 ℃인 것이 바람직하다. 이러한 엘라스토머의 예에는 폴리(부타디엔), 폴리(스티렌-코-부타디엔), 및 폴리(이소프렌)이 포함된다.
본 발명에 기재된 탄성 조성물에는 가황 조성물 (VR), 열가소성 가황고무 (TPV), 열가소성 엘라스토머 (TPE), 및 열가소성 폴리올레핀 (TPO)이 포함되나, 이에 국한되지는 않는다. TPV, TPE, 및 TPO 물질은 성능 특성의 손실 없이 수회 압출 및 성형되는 그의 성능에 의해 추가로 분류된다. 탄성 조성물은 1종 이상의 경화제, 예를 들어 황, 황 공여체, 활성화제, 가속화제, 과산화물, 및 탄성 조성물의 효율적인 가황을 수행하는데 사용되는 다른 계를 포함할 수 있다.
본 발명의 응집물을 함유하고 임의로는 1종 이상의 커플링제를 함유하는 얻어진 탄성 조성물은 트레드 (tread) 화합물, 언더트레드 (undertread) 화합물, 측면 화합물, 와이어 스킴 (wire skim) 화합물, 내부 선형 화합물, 비드, 에이펙스 (apex), 뼈대로 사용되는 임의의 화합물 및 자동차 타이어용의 다른 성분, 산업적 고무 생성물, 씰, 속도조절 벨트, 전동 벨트, 다른 고무 제품과 같은 각종 탄성 생성물용으로 사용될 수 있다.
본 발명의 실시형태에서, 본 발명의 1종 이상의 개질 입자를 함유하는 본 발명의 탄성 조성물은 650 ℃에서 질소 열분해 후 약 1 중량% 내지 약 60 중량%의 총 잔류물을 갖는다.
본 발명의 목적을 위해, 잉크는 중합-종결 개질 입자의 1종 이상의 형태 및 잉크 비히클 1종 이상을 포함한다. 잉크젯 잉크 제제는 중합 종결 개질 입자의 1종 이상의 형태 및 잉크젯 잉크 비히클 1종 이상을 포함한다. 그러나 일반적으로, 본 발명의 개질 입자를 도입하면서 코팅 및 잉크에 대해 WO 제97/47699호에 기재된 제제를 본원에 사용할 수 있다. 코팅 제제는 중합-종결 개질 입자의 1종 이상의 형태 및 적합한 용매 1종 이상을 함유한다. 결합제와 같은 다른 통상적인 첨가제도 코팅 조성물에 도입할 수 있다.
이들 제제 각각은 예를 들어 보습제, 결합제, 염료, 살균제, 계면활성제, 침투제와 같은 미국 특허 제5,571,311호, 동 제5,672,198호, 동 제5,266,361호, 동 제5,707,432호에 기재된 바와 같은 추가의 종래 착색제 및 임의로는 다른 통상적인 성분 또는 첨가제를 함유할 수 있다. 상기 모든 특허의 전문은 본 명세서에서 참고 문헌으로 도입되었다.
토너는 중합-종결 개질 입자 1종 이상 및 수지 입자를 함유할 수 있다.
미국 특허 제5,278,018호, 동 제5,275,900호, 동 제5,695,899호 및 동 제5,116,712호에 기재된 바와 같은, 토너 제제용 종래 및 표준 성분 또는 첨가제는 본 발명에 사용될 수 있고, 이는 본 명세서에 참고로 도입된다. 토너는 양성 또는 음성 하전된 토너 조성물일 수 있다.
본 발명의 개질 입자가 도입되는 각종 생성물 중에는, 다른 입자의 1종 이상의 형태, 예를 들어 탄소 생성물 (예를 들어, 카본 블랙), 금속 산화물 (예를 들어, 실리카, 아연 산화물, 및 알루미늄 산화물), 금속 실리케이트 (예를 들어, 점토, 알루미늄, 칼슘, 마그네슘 실리케이트), 개질 실리카, 유기기 부착 개질 탄소 생성물, 임의로 유기기가 부착된 규소-함유 화학종 상 및 탄소상 1종 이상을 포함하는 응집물, 실리카로 최소한 부분적으로 코팅된 카본 블랙, 또는 이들의 임의의 조합물도 또한 존재할 수 있다. 상기 언급된 임의의 생성물 중, 본 발명의 개질 입자의 1종 이상의 형태는 상기 언급된 각종 생성물 중에 존재할 수 있다.
본 발명은 순전히 본 발명을 설명하기 위한 하기 실시예로 더 명확해질 것이다.
<실시예 1>
브로모 개질 카본 블랙 4
톨루엔 (250 ㎖) 중의 벤조산 불칸 (Vulcan:등록상표) 7H 개질 카본 블랙 5 (50 g, 0.02 ㏖)의 용액에 브로모도세칸올 (10.6 g, 0.04 ㏖) 및 p-톨루엔 술폰산 (3.8 g, 0.02 ㏖)을 첨가하였다. 혼합물을 딘-스탁 트랩 (Dean & Stark)의 존재하에 질소하에서 18 시간 동안 가열 환류하였다. 혼합물을 여과하고, 톨루엔 (3×100㎖)으로 세척하고, 70 ℃에서 12 시간 동안 진공 오븐 중에서 건조하였다.
폴리(아크릴레이트) 개질 카본 블랙 6
톨루엔 (25 ㎖) 중 개질 카본 블랙 (5g, 0.002 ㏖)의 용액에 염화구리 (I) (0.05 g), 2,2'-비피리딜 (0.16 g) 및 (2-디메틸아미노) 에틸 메타크릴레이트 (4 ㎖)를 첨가하였다. 혼합물을 질소하 130 ℃에서 72 시간 동안 가열한 후, 여과하고, 메탄올로 세척하였다. 잔류물을 속슬렛 (Soxhlet) 추출기 중에서 뜨거운 메탄올로 72 시간 동안 추가 추출한 후, 72 시간 동안 톨루엔으로 속슬렛 추출하였다.
실란 개질 실리카 7
실리카 (100 g)을 아세톤:물 (10:1) 혼합물에 현탁하고, 수산화 나트륨으로 pH 8로 맞추었다. 클로로프로필트리메톡스실란 (7.9 g, 0.04 ㏖)을 첨가하고, 용액을 질소하 50 ℃에서 4 시간 동안 가열하였다. 혼합물을 여과하고, 물 (4×200 ㎖) 및 아세톤 (4×200 ㎖)으로 세척하였다.
스티렌 개질 실리카 8
톨루엔 (25 ㎖) 중 실리카 (5 g, 3.75 mmol)의 용액에 염화구리 (I) (20 ㎎, 0.19 mmol), 2,2'-비피리딜 (60 ㎎, 0.38 mmol) 및 스티렌 (8.6 ㎖, 75 mmol)을 첨가하였다. 혼합물을 질소하 130 ℃에서 72 시간 동안 가열한 후, 여과하였다. 잔류물을 메탄올 (3×200 ㎖)로 세척하고, 72 시간 동안 톨루엔으로 속슬렛 추출하였다.
스티렌 개질 규소-처리된 카본 블랙 (실리카상) 10
스티렌 (20 ㎖) 중 규소-처리된 카본 블랙 (5 g, 1.25 mmol)의 할로겐화된 TEMPO 부가물 9의 용액을 염화구리 (I) (60 ㎎, 0.6 mmol) 및 2,2'-비피리딜 (200 ㎎, 1.27 mmol)에 첨가하였다. 용액을 질소하 90 ℃에서 72 시간 동안 가열하고, 염화 메틸렌에 용해하고, 메탄올 중에서 침전시키고, 밤새 진공 오븐 중에서 건조하였다.
스티렌 개질 (탄소상) 11
스티렌 (20 ㎖) 중 규소-처리된 카본 블랙 (5 g, 1.25 mmol)의 할로겐화된 TEMPO 부가물 9의 용액을 질소하 130 ℃에서 72 시간 동안 가열하고, 염화 메틸렌에 용해하고, 메탄올 중에서 침전시키고, 밤새 진공 오븐 중에서 건조하였다.
하이브리드 TEMPO/실란 개질 카본 블랙 9
이중상 실리카/카본 블랙 입자의 탄소상을 TEMPO 잔기를 사용하여 본 명세서에 참고로 도입된 미국 특허 출원 제08/968,299호에 기재된 방법에 따라 개질하였다. 이들 입자 (25 g)을 아세톤/물 (10:1, 150 ㎖) 용액 중에 현탁시키고, 수산화 칼륨으로 pH 8.0으로 맞추었다. 그 다음, 클로로프로필 트리메톡시실란 (4 ㎖, 과량)을 적가하고, 용액을 질소하 50 ℃에서 4시간 동안 가열하였다. 냉각시킨 후, 현탁액을 여과하고, 아세톤 (3×100 ㎖) 및 물 (3×100 ㎖)로 세척하고, 진공 오븐 중 40 ℃에서 밤새 건조하였다.
브롬 개질 카본 블랙 12
건조 헥산 (50 ㎖) 중 벤질 알콜 불칸 7H (등록상표) 개질 카본 블랙 (5 g, 2 mmol)의 냉각된 (0℃) 용액에 삼브롬화인 (0.4 ㎖, 4 mmol)을 첨가하였다. 용액을 5분 동안 교반한 후, 빙욕을 제거하고 추가 30 분 동안 교반하였다. 메탄올 (0.5 ㎖)을 서서히 첨가한 후, 탄산수소나트륨 (포화 수용액, 2 ㎖) 및 염수 (포화 수용액, 2 ㎖)를 서서히 첨가하였다. 현탁액을 여과하고, 물 (3×100 ㎖), 메탄올 (3×100 ㎖), 및 아세톤 (3×100 ㎖)으로 세척하고, 얻어진 고체를 진공 오븐 중에서 40 ℃에서 밤새 건조하였다.
<실시예 2>
예:
이소프렌 (300 ㎖)를 파 (Parr) 압력 반응기중에서 TEMPO 개질 V7H (20 g, 0.35 mmol/g)에 첨가하였다. 반응기를 밀봉하고, 탈기시키고, 아르곤으로 가압하였다. 혼합물을 145 ℃에서 18 시간 동안 가열하였다. 얻어진 흑색 현탁액을 메탄올 중에서 신속하게 진탕하면서 침전시키고, 여과하여 분리하였다. 흑색 고체를 70 ℃에서 건조하였다.
분석:
이소프렌 (TGA) 48.32 중량%.
Tg (개시)= -59.25 ℃.
본 발명의 다른 실시형태는 본 명세서 및 실시예를 고려하면 당업계의 숙련자에게 명백할 것이다. 명세서 및 실시예는 단지 예시를 위한 것으로서 간주되어야 할 것으로 의도하였고, 본 발명의 진정한 범위 및 취지는 하기 청구항에 기재되어 있다.

Claims (60)

  1. 하기 화학식 I을 갖는 부착 기를 갖는 입자를 포함하는 개질 입자.
    <화학식 I>
    식중, A는 1개 이상의 방항족 기 또는 1개 이상의 알킬 기를 나타내고; R1은 결합, 아릴렌 기, 알킬렌 기,(여기서, R4는 알킬 또는 알킬렌 기 또는 아릴 또는 아릴렌 기임)를 나타내고; R2및 R3(동일 또는 상이할 수 있음)는 수소, 알킬 기, 아릴 기, -OR5, -NHR5, -NR5R5또는 -SR5(여기서, R5는 동일 또는 상이하고, 알킬 기 또는 아릴 기를 나타냄)를 나타내고; Q는 불안정 할로겐화물 함유 화학종을 나타낸다.
  2. 제1항에 있어서, 상기 Q가 아릴 할로겐화물, 알킬 할로겐화물, 아렌술포닐 할로겐화물, 또는 아렌카르보닐 할로겐화물, 인 할로겐화물, 황 할로겐화물, 할로알킬 에스테르, 또는 규소 할로겐화물인 개질 입자.
  3. 제1항에 있어서, Q가 불안정 할로겐화물 및 탄소 원자, 질소 원자, 황 원자, 인 원자, 붕소 원자 또는 규소 원자를 포함하는 개질 입자.
  4. 제1항에 있어서, 상기 입자가 탄소 생성물, 탄소 생성물외의 착색 안료, 금속 산화물, 금속 수산화물, 또는 그의 혼합물인 개질 입자.
  5. 제1항에 있어서, 상기 입자가 흑연, 유리질 탄소, 활성탄, 탄소 섬유, 활성 탄소, 또는 그의 혼합물인 개질 입자.
  6. 제1항에 있어서, 상기 입자가 카본 블랙인 개질 입자.
  7. 제1항에 있어서, 상기 입자가 1종 이상의 규소-함유 화학종 상 및 1종 이상의 탄소상을 포함하는 응집물인 개질 입자.
  8. 제1항에 있어서, 상기 입자가 1종 이상의 금속-함유 화학종 상 및 1종 이상의 탄소상을 포함하는 응집물인 개질 입자.
  9. 제1항에 있어서, 상기 Q가 브로모알킬 라디칼, 클로로알킬 라디칼, 또는 실릴 프로필 클로리드 라디칼인 개질 입자.
  10. a) 1종 이상의 탄소상 및 1종 이상의 금속-함유 화학종 상을 포함하는 응집물, 1종 이상의 탄소상 및 1종 이상의 규소-함유 화학종 상을 포함하는 응집물, 금속 산화물, 또는 금속 수산화물 및 b) 입자 또는 응집물에 부착된 하기 화학식을 갖는 기를 포함하는 개질 입자 또는 응집물.
    <화학식 II>
    식중, CoupA는 Si-기재 기, Ti-기재 기, Cr-기재 기, 또는 Zr-기재 기를 나타내고; R8및 R9(동일 또는 상이할 수 있음)는 수소, 알킬 기, 아릴 기, -OR10, -NHR10, -NR10R10, 또는 -SR10(여기서, R10은 동일 또는 상이하고, 알킬 기 또는 아릴 기를 나타냄)을 나타내고; Q는 불안정 할로겐화물 함유 라디칼을 나타내고 n은 1 내지 3의 정수이다.
  11. 제10항에 있어서, 상기 금속-함유 화학종 상이 알루미늄-함유 화학종 상, 아연-함유 화학종 상, 마그네슘-함유 화학종 상, 칼슘-함유 화학종 상, 티탄-함유 화학종 상, 바나듐-함유 화학종 상, 코발트-함유 화학종 상, 니켈-함유 화학종 상, 지르코늄-함유 화학종 상, 주석-함유 화학종 상, 안티몬-함유 화학종 상, 크롬-함유 화학종 상, 네오디뮴-함유 화학종 상, 납-함유 화학종 상, 텔루르-함유 화학종 상, 바륨-함유 화학종 상, 세슘-함유 화학종 상, 철-함유 화학종 상, 몰리브덴-함유 화학종 상, 또는 그의 혼합물을 포함하는 개질 입자 또는 응집물.
  12. 제10항에 있어서, 상기 금속-함유 화학종 상이 알루미늄-함유 화학종 상을 포함하는 개질 입자 또는 응집물.
  13. 제10항에 있어서, 상기 금속-함유 화학종 상이 아연-함유 화학종 상을 포함하는 개질 입자 또는 응집물.
  14. 제10항에 있어서, 상기 Q가 불안정 할로겐화물 및 탄소 원자, 질소 원자, 황 원자, 인 원자, 붕소 원자 또는 규소 원자를 포함하는 개질 입자 또는 응집물.
  15. 제10항에 있어서, 상기 입자 또는 응집물이 1종 이상의 탄소상 및 1종 이상의 금속-함유 화학종 상을 포함하는 응집물이거나 또는 1종 이상의 탄소상 및 1종 이상의 규소-함유 화학종 상을 포함하는 응집물인 개질 입자 또는 응집물.
  16. 하기 화학식 (III)을 갖는 부착 기를 갖는 입자를 포함하는 개질 입자.
    <화학식 III>
    식중, A는 1개 이상의 방항족 기 또는 1개 이상의 알킬 기를 나타내고; R1은 결합, 아릴렌 기, 알킬렌 기,(여기서, R4는 알킬 또는 알킬렌 기 또는 아릴 또는 아릴렌 기임)를 나타내고; R2및 R3(동일 또는 상이할 수 있음)는 수소, 알킬 기, 아릴 기, -OR5, -NHR5, -NR5R5또는 -SR5(여기서, R5는 동일 또는 상이할 수 있고, 알킬 기 또는 아릴 기를 나타냄)를 나타내고; Q는 불안정 할로겐화물 함유 화학종을 나타내고 X는 1종 이상의 중합가능한 단량체로부터 형성된 중합체를 나타낸다.
  17. 제16항에 있어서, 상기 중합가능한 단량체가 비닐 또는 디엔 함유 단량체인 개질 입자.
  18. 제16항에 있어서, 상기 입자가 탄소 생성물, 탄소 생성물외의 착색 안료, 금속 산화물, 금속 수산화물, 또는 그의 혼합물인 개질 입자.
  19. 제16항에 있어서, 상기 입자가 흑연, 카본 블랙, 유리질 탄소, 활성탄, 탄소 섬유, 활성 탄소, 또는 그의 혼합물인 개질 입자.
  20. 제16항에 있어서, 상기 입자가 1종 이상의 규소-함유 화학종 상 및 1종 이상의 탄소상을 포함하는 응집물인 개질 입자.
  21. 제16항에 있어서, 상기 입자가 금속-함유 화학종 상 및 탄소상을 포함하는 응집물인 개질 입자.
  22. 제16항에 있어서, 상기 입자가 카본 블랙인 개질 입자.
  23. 제16항에 있어서, 상기 Q가 불안정 할로겐화물 및 탄소 원자, 질소 원자, 황 원자, 인 원자, 붕소 원자 또는 규소 원자를 포함하는 개질 입자.
  24. a) 1종 이상의 탄소상 및 1종 이상의 금속-함유 화학종 상을 포함하는 응집물, 1종 이상의 탄소상 및 1종 이상의 규소-함유 화학종 상을 포함하는 응집물, 금속 산화물, 또는 금속 수산화물 및 b) 입자 또는 응집물에 부착된 하기 화학식을 갖는 기를 포함하는 개질 입자 또는 응집물.
    <화학식 IV>
    식중, CoupA는 Si-기재 기, Ti-기재 기, Cr-기재 기, 또는 Zr-기재 기를 나타내고; R8및 R9(동일 또는 상이할 수 있음)는 수소, 알킬 기, 아릴 기, -OR10, -NHR10, -NR10R10, 또는 -SR10(여기서, R10은 동일 또는 상이하고, 알킬 기 또는 아릴 기를 나타냄)을 나타내며; Q는 불안정 할로겐화물 함유 라디칼을 나타내며; X는 1종 이상의 중합가능한 단량체로부터 형성된 중합체를 나타내며; n은 1 내지 3의 정수이다.
  25. 제24항에 있어서, 상기 금속-함유 화학종 상이 알루미늄-함유 화학종 상, 아연-함유 화학종 상, 마그네슘-함유 화학종 상, 칼슘-함유 화학종 상, 티탄-함유 화학종 상, 바나듐-함유 화학종 상, 코발트-함유 화학종 상, 니켈-함유 화학종 상, 지르코늄-함유 화학종 상, 주석-함유 화학종 상, 안티몬-함유 화학종 상, 크롬-함유 화학종 상, 네오디뮴-함유 화학종 상, 납-함유 화학종 상, 텔루르-함유 화학종 상, 바륨-함유 화학종 상, 세슘-함유 화학종 상, 철-함유 화학종 상, 몰리브덴-함유 화학종 상, 또는 그의 혼합물을 포함하는 개질 입자 또는 응집물.
  26. 제24항에 있어서, 상기 금속-함유 화학종 상이 알루미늄-함유 화학종 상을 포함하는 개질 입자 또는 응집물.
  27. 제24항에 있어서, 상기 금속-함유 화학종 상이 아연-함유 화학종 상을 포함하는 개질 입자 또는 응집물.
  28. 제24항에 있어서, 상기 입자 또는 응집물이 1종 이상의 탄소상 및 1종 이상의 금속-함유 화학종 상을 포함하는 응집물이거나 또는 1종 이상의 탄소상 및 1종 이상의 규소-함유 화학종 상을 포함하는 응집물인 개질 입자 또는 응집물.
  29. 제24항에 있어서, 상기 Q가 불안정 할로겐화물 및 탄소 원자, 질소 원자, 황 원자, 인 원자, 붕소 원자 또는 규소 원자를 포함하는 개질 탄소-금속 응집물.
  30. 제24항에 있어서, 상기 중합가능한 단량체가 비닐 또는 디엔 함유 단량체인 개질 탄소-금속 응집물.
  31. 부착된 -A-R1CR2R3을 갖는 입자를 불안정 할로겐화물 함유 화학종과 반응시키는 것을 포함하는 제1항의 개질 입자를 제조하는 방법.
  32. 제1항의 개질 입자를 a) 중합가능한 단량체, 및 b) 전이 금속 할로겐화물, 및 착화 리간드 또는 미리 형성된 전이 금속 할로겐화물 착물과 반응시키는 것을 포함하는 제16항의 개질 입자를 제조하는 방법.
  33. 제32항에 있어서, 전이 금속이 구리, 로듐, 철, 니켈, 코발트, 팔라듐, 또는 루테늄인 방법.
  34. 제32항에 있어서, 상기 전이 금속 할로겐화물이 구리 (I) 할로겐화물인 방법.
  35. 제32항에 있어서, 상기 착화 리간드가 2,2'-바이피리딘인 방법.
  36. 제32항에 있어서, 상기 중합가능한 단량체가 스티렌계, 아크릴계 에스테르, 메타크릴계 에스테르, 또는 그의 조합인 방법.
  37. 제16항의 개질 입자를 포함하는 중합체 조성물.
  38. 제24항의 개질 입자 또는 응집물을 포함하는 중합체 조성물.
  39. 수성 또는 비-수성 용매, 및 제1항의 개질 입자를 포함하는 코팅 또는 잉크 조성물.
  40. 수성 또는 비-수성 용매, 및 제16항의 개질 입자를 포함하는 코팅 또는 잉크 조성물.
  41. 수성 또는 비-수성 용매, 및 제24항의 개질 입자를 포함하는 코팅 또는 잉크 조성물.
  42. 1종 이상의 엘라스토머 및 제1항의 개질 입자 및임의로는 커플링제를 포함하는 탄성 조성물.
  43. 제42항에 있어서, 상기 엘라스토머가 천연 고무, 폴리이소프렌, 폴리부타디엔, 에멀션 SBR, 용액 SBR, 관능화된 SBR, NBR, 부틸 고무, EPDM, EPM, 또는 1,3-부타디엔, 아크릴로니트릴, 에틸렌, 프로필렌, 또는 그의 유도체 기재 또는 함유 단일- 또는 공중합체를 포함하는 탄성 조성물.
  44. 제42항에 있어서, 교차결합제, 강화 충전재, 커플링제, 가공조제, 유전(油展)제, 항붕해제, 또는 그의 조합을 더 포함하는 탄성 조성물.
  45. 제42항에 있어서, 실리카, 카본 블랙, 또는 그의 혼합물을 더 포함하는 탄성 조성물.
  46. 제42항에 있어서, 실리카, 카본 블랙, 유기기 부착 개질 카본 블랙, 개질 실리카, 실리카로 최소한 부분적으로 코팅된 카본 블랙, 1종 이상의 탄소상 및 1종 이상의 규소-함유 화학종 상을 포함하는 응집물, 1종 이상의 탄소상 및 1종 이상의 금속-함유 화학종 상을 포함하는 응집물, 또는 그의 조합을 더 포함하는 탄성 조성물.
  47. 제42항에 있어서, 20 내지 100 ℃인 고온에서 낮은 히스테리시스를 갖는 탄성 조성물.
  48. 제42항의 탄성 조성물을 포함하는 타이어 또는 그의 배합물.
  49. 제42항의 탄성 조성물로부터 제조된 성분 1개 이상을 포함하는 물품.
  50. 제49항에 있어서, 타이어 성분, 속도조절 벨트, 또는 전동 벨트인 물품.
  51. 수지 입자 및 제1항의 개질 입자를 포함하는 토너 조성물.
  52. 수지 입자 및 제16항의 개질 입자를 포함하는 토너 조성물.
  53. 수지 입자 및 제24항의 개질 입자를 포함하는 토너 조성물.
  54. 잉크 비히클 및 제1항의 개질 입자를 포함하는 잉크 조성물.
  55. 잉크 비히클 및 제16항의 개질 입자를 포함하는 잉크 조성물.
  56. 잉크젯 잉크 비히클 및 제1항의 개질 입자를 포함하는 잉크젯 잉크 조성물.
  57. 잉크젯 잉크 비히클 및 제16항의 개질 입자를 포함하는 잉크젯 잉크 조성물.
  58. 1종 이상의 엘라스토머 및 1종 이상의 제10항의 개질 입자 또는 응집물을 포함하는 탄성 조성물.
  59. 1종 이상의 엘라스토머 및 1종 이상의 제16항의 개질 입자 또는 응집물을 포함하는 탄성 조성물.
  60. 1종 이상의 엘라스토머 및 1종 이상의 제24항의 개질 입자 또는 응집물을 포함하는 탄성 조성물.
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