KR920005831B1 - 할로겐화 부틸고무 및 그 제조방법 - Google Patents

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할로겐화 부틸고무 및 그 제조방법

본 발명은 개선된 경화성 및 점착성을 가지는 할로겐화 부틸 고무에 관한 것이다.

상업적으로 생산되는 수위의 올레핀성 불포화 합성 엘라스토머중 하나는 부틸고무이다. 고무업계에서 사용되는 "부틸고무"라는 표현은, 예컨대 이소부틸렌과 같이 약 4-7개 탄소원자를 가지는 이소올레핀을 70-99.5중량%가지며, 예컨대 이소프렌과 같이 4-14개 탄소원자를 가지는 공액 다중올레핀을 약 30-0.5중량% 가지는 중합 반응 혼합물로부터 만들어진 공중합체를 말한다. 얻어진 공중합체는 85-99.5중량%의 결합 이소올레핀 및 약 0.5-약 15%의 결합 다중올레핀을 함유한다.

부틸고무의 제조법은 본원의 참고문헌인 미합중국 특허 제2,356,128호에 기재되어 있다. 부틸고무는 일반적으로 약 5000-약 500,000, 바람직하게는 80,000-250,000의 수 평균 분자량 및 약 0.5-50, 바람직하게는 1-15의 웨이스(wijs)요오드 번호를 가진다. 저분자량 부틸 고무는 일반적으로 5000-30,000의 M_v를 가지며 2-10몰%의 불포화도를 갖는 것으로 정의된다. 시판부틸 고무의 점도 평균 분자량(M_V)는 약 100,000-약 500,000, 바람직하게는 약 250,000-500,000이다.

시판용 부틸고무의 중합체 골격은 우선적으로 이소부틸렌 단위로 이루어지며, 이소프렌 단위를 극히 소량% 갖는다. 이소프렌 단위는 부틸 고무내에 존재하는 소량의 불포화에 기여한다. 기본 제조식은 다음과 같다 :

식중, Nn+1은 부틸 고무내에서 결합된 이소올레핀 단위수를 말한다.

m은 실질적으로 분리된 단위로서 존재하는 디올레핀 단위를 말한다.

공액 디올레핀은 이것이 중합체 골격에 결합될때 그의 디엔 불포화도를 잃는다.

이렇게 현재 생산된 부틸 고무는 중합체 사슬전체를 통해 다소 무작위로 결합되는 이소프렌잔기에 결합된 모노올레핀 구조형태로 적은 %의 불포화도를 가진다.

부틸 고무의 반응성 및 결과적인 이들의 경화속도는 높은 불포화도를 가진 천연 및 합성고무보다는 상당히 덜하다. 부틸 고무의 경화성질을 개선시키기 위해 이러한 합성중합체는 할로겐화된다. 할로겐화 부틸 고무는 엘라스토머 업계에 상당히 공헌하였다. 할로겐화 부틸 고무를 제조하는 방법은 본원의 참고문헌인 미합중국 특허 제 3,099,644호에 기재되어 있다. 염소화 부틸고무 및 브롬화 부틸고무가 둘다 공지되어 있다. 할로겐화 부틸고무의 일반 구조식은 다음과 같다.

(1)

[식중, X는 할로겐이며, n,l,m은 상기한 바와 같다.]

이러한 구조는 사용되는 할로겐화의 조건, 할로겐화제에 따라 형성될 수 있는 몇가지 중의 하나이다. 할로겐화 부틸고무의 기타 구조적 배열에는 다음과 같은 것들이 있다 :

(2)

(3)

(4)

각각의 경우에 있어서, 할로겐은 2차 또는 3차 알릴성 할로겐이다.

더욱 최근에는, Irwin Gradner에게 부여된 미합중국 특허 제4,288,575호 (1977년 3월 7일 출원)에는 다음 일반식에서 보는 바와 같이, 공액 디엔을 함유하는 할로겐화 고무의 신규한 구조 배열을 기술하고 있다 :

(5)

이 구조에 있어서는, 할로겐 X가 1차 알릴성 위치에 존재한다. 이들 고무를 제조하기 위한 미합중국 특허 4,288,575호에 개시된 방법은, 공액 디엔 고무를 형성시키기 위하여, 부틸 고무의 탈할로겐화 수소에 유용한 구리 산화물 촉매의 사용을 포함하고 있다.

Gardner의 4,288,575특허의 실시예 6에서는, 이러한 1차 할로겐이 선행 기술의 2차 할로겐보다 더욱 인정한 배열을 이루며 쉽게 제거되지 않는다는 것을 보여준다. 산화 구리촉매는 가드너의 앞선 미합중국 특허 제4,145,492호에서 콘쥬게이트된 디엔고무를 제조하는데 적당한 탈할로겐화 수소촉매로서 알려져 있다. 여기서, 가드너는 구조가 공액 디엔에 불변적으로 결합되는 일반식(5)의 구조를 가지는 중합체를 제조하고 있다.

미합중국 특허 제4,288,575호의 표 1에서는 1차 위치에 할로겐을 가지는 여러가지 할로겐화 공액 디엔 함유 중합체를 보여준다. 당연하게, 할로겐 잔기는 항상 상당량의 공액 디엔과 결합한다. 촉매가 탈할로겐화수소 촉매이기 때문에, 탈할로겐화수소반응은 중합체가 촉매와 접촉하는 정도에 비례하며, 유사하게 할로겐이 2차 위치로부터 1차위치로의 전위 정도는 탈할로겐화 수소의 정도에 관계한다.

예컨대 미합중국 특허 제4,288,575호의 표 1의 공정 A에서와 같이, 중합체내에 많은량의 할로겐잔기가 존재하는 경우, 이것은 초기에서 높은 정도의 할로겐화에 기인하며 ; 여기서 브롬은 1.95중량%이다. 전위의 정도는 탈할로겐화수소반응의 정도에 비례하기 때문에, 가드너의 중합체는 낮은 함량의 공액 디엔을 가질 수 없으며 동시에 1차 알릴성 위치에 약간량의 할로겐을 가진다.

1979년에, Van Tongerloo와 그의 동료는 브롬화부틸고무에 관하여 기술하였는바, 이것은 낮은 공액 디엔 함량(만일 있다면)을 가지며 1차 할로겐 배열을 가진다. 중합체는 다음 구조식으로 표현된다.

(6)

상기 참고문헌은, 이 중합체가 특허된 방법에 의해서 제조된다는 것을 말하고 있으며, Van Tongerloo등은, 단지 더욱 안정한 1차 배열로의 전위가 브롬화 부틸고무에 있어서, "여러가지 조건-예컨데, 산, 유리기, 염기 또는 열의 존재하에서 "달성될 수 있다는 것만을 기술하고 있다(참조 : Van Tongerloo, A. 및 Vukov, R., Proceedings, International Rubber Conference, 이탈리아공화국, 밀란, 1979, 페이지 70ff). 숙련된 화학자들은, 이 무상의 개시가, 무수한 반응을 달성하기 위하여 열거될 수 있는 기술들을 나타내고 있다는 것을 인정할 것이다. 이 개시는, 개시된 중합체를 제조하는 어떠한 방법도 가르쳐 주고 있지 않다.

Van Tongerloo등은, 상기 일반식(6)의 메틸렌 배열을 "EXO"라하고, 일반식(5)의 1차 브롬 배열을 "ENDO"라 칭한다. ENDO : EXO의 비가 71 : 16이라고 언급하고 있으나 가황특성 및 중합체 미세구조사이의 연관관계는 명확하게 지시하고 있지 않다. 그러므로, Van Tongerloo등은, 개시된 바 없는 특허방법에 의해 의도적으로 만들어진 이 중합체가 통상적인 할로겐화 부틸고무보다 상이한 어떤 특성을 가졌다고는 평가하고 있지 않다.

위의 발명에 있어서, 보코브는 다음과 같은 분자 전위를 달성하기 위해 150℃에서 30분간 가열될 수 있는 특정한 모델 화합물을 기술하고 있다.

(7)

염소화 모델의 실질적인 전위는 관찰되지 않았다(참조 : 1983년 10월 25일자 ACS Rubber Divison에 제출된 Vukov, R.의 "Halogenation of Butyl Rubber and The Zinc Oxide Cross-Linking Chemistry of Halogenated Derivatives"). 당업자는 간단한 분자(모델 화합물)에 대하여 진실인 것이 복잡한 중합체 분자에 대해서도 반드시 진실인 것은 아니라는 사실을 인식할 것이다.

본 발명자들은 낮은 콘쥬게이트 디엔 함량을 가지며 상당한 비율의 1차 배열의 할로겐을 가지는 할로겐화 부틸고무가 통상적인 염소화 및 브롬화 부틸고무의 구조에 대한 전위에 제조될 수 있음을 놀랍게도 발견하였다.

이러한 독특한 중합체는 통상의 브롬화 부틸 고무에서 얻어질 수 있는 것보다 더욱 빠른 경화 속도 및 높은 불포화 고무에 대한 더욱 나은 가황 점착성을 보여준다. 놀랍게도, 본 발명의 염소화 부틸고무는 통상적인 브롬화 부틸고무보다 더욱 빠른 경화 속도를 보여준다.

통상적인 할로겐화 부틸고무의 이성화는 프라이델-크라프트 촉매 또는 HBr 촉매를 사용하여 행해진다.

본 발명은 개선된 경화성 및 점착성을 가지는 할로겐화 부틸고무에 관한 것이다. 더욱 상세히는 본 발명은 상당량의 유용한 할로겐 1차 알릴성 할로겐으로 있는 부틸 고무에 관한 것이다.

본 발명의 실시에서, 상업적으로 공지인 기술을 사용하여 제조된 통상의 할로겐화 부틸고무는 2차 알릴성 배열로부터 1차 알릴성 배열로 할로겐의 이성화 전위를 유발시키기 위해 처리된다. 부틸 고무제조시에 일반적으로 고무에 결합되는 이소프렌은 다음의 배열을 갖는다 :

(8)

할로겐은 일반적으로 다음의 배열을 가지며 결합된다 :

(단, X는 할로겐)

불포화 위치는 중합체의 골결밖에 있다.

본 발명의 부틸 고무 중합체에서 할로겐은 다음 배열을 가진 구조로 결합된다 :

(10)

기타 할로겐 배열에는 다음과 같은 것이 있다.

(12)

본 명세서및 청구범위 전체를 통해, 일반식(8),(9) 및 (10)의 배열은 I 형태, II 형태 III형태의 배열로 각각 언급된다.

본 발명의 중합체는 이것이 0.25몰%미만의 공액디엔 및 최소한 0.6중량%의 할로겐을 함유하며, 여기서, 할로겐의 최소한 20몰%-100몰%는 III형태의 배열을 하고 있다는 점에서 미합중국 특허 제4,288,575호의 중합체와 구별된다. 일반적으로, 할로겐의 약 25몰%-약 90몰%는 III형태의 배열로 존재한다. 바람직하게는 최소한 30몰%-약 85몰%, 더욱 바람직하게는 최소한 40몰%의 할로겐이 III형태의 배열로 존재한다. 할로겐화 부틸고무는 염소화되거나 브롬화될 수 있다. 할로겐화 부틸 고무는 바람직하게 최소한 0.8중량%-약2.4중량%, 더욱 바람직하게는 최소한 0.9중량%-약 1.8중량%, 예컨데 약 1.4중량%의 할로겐을 함유한다.

본 발명의 할로겐화 부틸고무를 제조하는 방법에서, 공액 디엔 구조를 형성하는 어느 정도의 탈할로겐화 수소 반응의 결과로 인해 얼마간의 할로겐이 소실될 수 있다. 그러나, 중합체의 공액 디엔(CD)함량은 0.25몰%미만이다. 일반적으로, CD함량은 0.20몰%미만, 바람직하게는 0.15몰%미만이다.

본 발명의 할로겐화 부틸 고무를 제조하는데 있어서, 이 할로겐화 고무는, 통상적인 할로겐화 부틸 고무를, 예컨데, ZnCl₂와 같이 프라이델-크라프트 촉매로 처리함으로서 제조된다. 브롬화된 형태는 통상적인 브롬화 부틸고무를 HBr로 처리함으로서 제조된다.

할로겐화 부틸고무의 프라이델-크라프트 접촉 이성화반응에서 할로겐화 부틸고무는 비극성 용매내에 용해되어 프라이델-크라프트 촉매와 접촉된다 바람직하게는, 반응은 촉매내에 존재하는 산에 대해 동일 할로겐으로부터 선택되는 무수 HCl 또는 무수 HBr의 존재하에서 수행될 수 있다.

부틸 고무에 대한 어떠한 탄화수소 용매도 비극성 용매로서 사용될 수 있다. 그러한 용매의 비한정적인, 설명적 예로서는, 헥산, 헵탄, 옥탄 톨루엔, 크실렌등을 들 수 있다. 부틸고무는 일반적으로 헥산 용매내에서 할로겐화되기 때문에, 헥산은 바람직한 용매이다. 용매내의 할로겐화 부틸고무의 농도는 중요하지 않다.

그러나, 농도는, 너무 작아서 공정을 비경제적으로 하지 말아야 하며, 너무 커서 중합체 시멘트가 조작하기에 너무 점성적이지 말아야 한다. 일반적으로 용매내의 중합체 농도는 약 5중량%-약 25중량%, 바람직하게는 약 10중량%-약 15중량%이다.

프라이델-크라프트 촉매는 직접 중합체 용액에 첨가시키거나 또는, 우선 디에틸 에테르에 용해시킬 수 있다. 촉매를 에테르에 녹이고 헥산 시멘트를 첨가하여 촉매의 미세한 분산액을 얻는다. 바람직하게는, 할로겐화 촉매를 선택할때, 촉매의 할로겐이 중합체의 할로겐에 상응하게하는 것이다.

적당한 프라이델 크라프트 촉매로서, ZnCl₂; FeCl₃; BF₃; BCl₃; 일반식 R₃Al, R₂AlX 및 RAlX₂(R은 1-8개 탄소원자의 알킬그룹, 바람직하게는 C₁-C₂알킬 그룹이며, X는 할로겐, 바람직하게는 염소 또는 브롬이다)의 알루미늄 알킬 할라이드 및 트리알킬 알루미늄 ; 염화칼륨 ; 브롬화아연 ; 염화 알루미늄 ; 브롬화 알루미늄 ; 할로겐화 안티몬을 들 수 있다. 중량에 기준한 촉매 : 고무의 비는 약 1 : 100-약 1: 1000, 바람직하게는 약 1 : 200-약 1 : 300이다.

반응 온도는, 약 20℃-약 150℃, 바람직하게는 약 40℃-약 130℃, 더욱 바람직하게는 약 60℃-약 110℃, 예컨데 90℃이다. 반응 시간은 약 2분-약 3시간일 수 있다. 전위는 안정한 중합체를 제공하므로, 더욱 긴 반응 시간이 사용될 수 있다. 바람직하게는, 반응시간은 약 5분-약 60분이다.

무수 HCl 또는 HBr의 양(사용되는 경우)은 중요하지 않다. 그러나, 바람직하게는, 프라이델-크라프트 촉매에 대해 과량으로 존재하는 것이다. HCl 또는 HBr : 촉매의 비는 약 0.5/1-100/1, 바람직하게는 약 5/1-20/1, 가장 바람직하게는 약 10/1이다. 바람직한 방법에서, HCl 또는 HBr은 반응 전체를 통하여, 무수 HCl 또는 HBr의 스트림을 연속적으로 반응혼합물을 통과시킴으로써 첨가된다.

통상적인 염소화 부틸 고무를 1차 알릴성 염소를 함유하는 본 발명의 중합체로 이성화시키는 본 발명의 방법은 다음의 실시예에 의해 예증된다 :

[실시예 1]

시판용 염소화 부틸 고무를 헵탄내에 용해시켜 고무(928g)의 15중량% 용액을 제조하였다. ZnCl₂를 에테르내에 (25ml에 3.1g)용해시키고 이것을 일정하게 교반시키면서 84℃로 예열된 염소화 부틸 고무 시멘트내에 첨가하였다. 혼합물을 약 11.5cc/분의 속도로, 무수 HCl의 연속가스스트림으로 세척하였다. HCl : ZnCl₂의 무게비는 약 10/1이었다. 결과를 표 1에 실는다.

[표 1]

(1) 몰분율

(2) 몰%

(3) 형태 IV는

(단, X는 할로겐)

본 발명의 방법이, 상당한 부분의 형태 III배열의 염소를 가지며 공액 디엔이 거의 없는 염소화 부틸 고무 이성체를 생성한다는 것은 명백하다.

[실시예 2]

본 방법은, 실시예 1의 방법을 약간 변경하여 반복하였다. ZnCl₂를 우선 에테르에 용해시킴 없이 직접 중합체 시멘트에 첨가하였다. 반응시간은 135분이었다. ZnCl₂는 젖은 상태였다 ; 따라서 4g의 FeCl₃를 첨가하고 추가로 35분간 반응시켰다. 생성물은 1.09중량%(X-레이 분석에 의해 측정된)의 염소함량을 가지며, 21.2[ML(1+8)125℃]의 무늬(Mooney)점도, 0.05몰%의 CD함량, 415,000의 M_V를 갖고 있었다. 400 MHz NMR에 의해 발견된 형태 I, 형태 II, 형태 III 및 형태 IV배열의 비는 0.12 : 0.55 : 0.22 : 0.11이었다.

[실시예 3]

헵탄내의 528g의 염소화 부틸 고무(15중량% 용액)을 사용하여 실시예 1을 반복하였다. 4g의 신선한 ZnCl₂를 첨가하고 90℃에서 약 66분간 이성화를 행하였다. 무수 HCl의 유속은 약 15cc/분이었다. 이어서, 시스템을 0℃로 냉각시키고 8g의 Cl₂를 유리 프릿트 (frit)를 통해 첨가하여 중합체를 더 할로겐화시켰다. 최종 생성물은 1.42중량%의 염소함량, 16.5의 무늬 점도, 290,000의 M_V및 60ppm의 잔류 아연 함량을 갖고 있었다. 수평균 분자량은 114,000이었다. 400MHz NMR에 의한 형태 I, 형태 II, 형태 III 및 형태 IV의 배열의 비는 0.0 : 0.66 : 0.26 : 0.08이었다.

[실시예 4]

실시예 1,2 및 3의 중합체를 시판중인 염소화 및 브롬화 부틸고무에 대하여, 산화 아연 경화에 대하여 테스트하였다. 결과를 표 2 및 표 3에 나타낸다.

[표 2]

(a) 기술된 양은 중량부이다.

(1) 실시예 1의 염소화 부틸 고무

(2) 실시예 2의 염소화 부틸 고무

(3) 실시예 3의 염소화 부틸 고무

(4) 실시예 1-3에서 사용된 염소화 부틸 고무는 1.35의 염소함량을 가진 본 발명의 중합체를 제조한다.

(5) HAF블랙-오븐 건조됨

경화 반응성(response)을 비교하였을때 실시예 1 및 2의 중합체가 대조용(런 (RUN)D)보다 낮은 20% 염소함량을 가졌음에도 불구하고 경화상태(M_G-M_L)가 최소한 그보다 높고, 경화속도(기울기)도 최소한 그보다 빨랐다. 더우기, 더욱 짧은 스코치(Scorch)시간은 또한 더욱 빠른 경화 시작을 나타낸다. 본 발명의 중합체(런 C)가 대조용 (런 D)과 동일한 염소 함량을 가진 경우, 중합체중의 형태 III의 함량이 약 26%임에도 불구하고 경화 상태는 더 컸다.

[표 3]

(1) 브롬화 중합체, 브롬함량 1.85중량%, Mv=490,000

(2) SRF 훠네스 블랙 (furnace black)

(3) 하기의 시판 제품중에 존재.

여기에서 본 발명의 염소화 중합체 (26% 형태 III)은 1.85중량%의 브롬함량을 가지는 브롬화 중합체보다 더 빨리 경화되는 놀라운 사실이 발견되었다 (E 및 F와 비교)

이성화된 할로겐화 부틸 고무(E-III)의 경화 반응성은 경화 시작(스코치 시간, ts2)을 늦추기 위해 1.5부의 스테아린산 칼슘 (조성 G)을 첨가함으로서 개질시켰다. 참조 중합체 (R-II)와 비교했을때, 이것은 여전히, 상당히 높은 경화 상태, 더 빠른 경화속도(기울기) 및 더 짧은 경화 시작 시간을 보여 주었다.

1.35중량%의 염소 및 스테아린산 칼슘을 함유하는 시판용 염소화 부틸 고무 샘플과 비교하였을때, 이성화된 할로부틸은 더 높은 경화상태 및 더 빠른 초기 경화속도(기울기)를 갖고 있었다.

[실시예 5]

염소화 부틸 고무의 25% 용액을 200g사용하여 실시예 1의 방법을 반복하였다.

ZnCl₂대신 사용된 촉매는, 66g의 CHCl₃중의 0.327g의 FeCl₃였다. 반응은 50℃에서 진행되었으며, 결과를 표 4에 나타낸다.

[표 4]

염화 제이철이 더욱 활성인 촉매이고, 높은 정도의 이성화를 얻기 위해 더욱 짧은 반응시간이 사용될 수 있다는 사실은 명백하다.

[실시예 6]

브롬화 부틸 고무를 이성화하는데 H₂SO₄가 사용되었다. 진한 H₂SO₄(16g)을 2700g의 용매(Isopar G, 이소옥탄 공정부산물)내의 300g의 고무에 첨가하였다. 반응은 80℃에서 행해졌다. 브롬 함량은 1.85중량%에서 1.4중량%로 감소되었다. 고무의 점도 평균 분자량은 처음의 약 492,000에서 17,000으로 감소되었다. 상당한 이성화가 일어나는 동안 분자량의 하락을 가져와 저분자량 브롬화 부틸 고무에서나 얻어지는 값을 가진 생성물을 얻었다. 고분자량을 필요로 하는 용도에 있어서, 이러한 재료는 유용하지 않다.

[실시예 7]

브롬화 부틸 고무 20% 용액 약 290g을 30℃에서 HBr과 함께 가열하였다. 약 110cc/분으로 HBr을 용액을 통해 버블링(bubbling)시킨 다음, 분석하기 위하여 주기적으로 샘플을 취출하였다. 결과를 표 5에 나타낸다.

[표 5]

상당한 전위가 이루어진 반면, 중합체내의 심한 분해가 있었다. HCl을 사용하여 염소화 부틸 고무를 전위시키고자 하는 시도는 성공하지 못했다.

[실시예 8]

실시예 7의 실험을 온도범위 -52℃~-42℃로 하면서 반복하였다. 무수 HBr로 397초간 처리한 후의 브롬 함량은 1.87중량%로부터-2.13중량%까지 증가하였으며 Mv는 처음의 492,000에서 370,000으로 감소하였다. 형태 I, 형태 II, 형태 III 및 370,000으로 감소하였다. 형태 I, 형태 II, 형태 III 및 형태 IV 배열의 비는 0.1 : 0.17 : 0.56 : 0.17이었으며 초기값은 0.162 : 0.764 : 0.074 : 0.0이었다. 따라서, 브롬화부틸을 HBr로 저온처리한 것은 상당한 전위를 이룸과 동시에 허용가능한 정도의 중합체 분해를 가져왔다.

앞의 실시예에서 명백한 바와 같이, 단지 본 발명의 이성화를 일으키기 위해 산을 선택하는 것만으로는 불충분하다. 적당한 산이 선택되어야하며 적당한 온도에서 활성되어져야 한다. 그렇지 않으면, 염기 중합체의 심한 분해, 즉 분자량의 감소가 발생한다.

본 발명 생성물의 점도 평균 분자량은 최소한 100,000이어야 하며, 바람직하게는 최소한 200,000, 가장 바람직하게는 최소한 250,000 ; 예컨데 300,000이다. 상당한 부분의 1차 알릴성 배열의 브롬을 가지는 브롬화 부틸 고무를 생성하기 위한 본 발명의 이성화 방법을 수행함에 있어서, 반응 온도는 40℃미만, 바람직하게는 30℃미만, 더욱 바람직하게는 10℃미만, 예컨데, 0℃미만이어야 한다. 본 발명의 특히 바람직한 실시예에 있어서, 약 -10℃~-100℃정도의 빙점 이하의 반응 온도가 유리하게 사용될 수 있으며 ; 바람직하게는, 본 발명의 공정을 실행하는데 활용되는 0℃이하의 온도는 약 -30℃~-75℃이다. 반응 시간은 약 2분 -약 3시간, 바람직하게는 약 5분-약 60분이다.

브롬화 부틸 고무의 이성화는 비극성 탄화수소 용매를 사용하는 용액중에서 수행된다. 염소화 부틸 고무 이성화 반응에 적당한 용매가 브롬화 부틸고무에도 또한 사용될 수 있다. 용매내의 중합체의 농도는 염소화 중합체 경우와 같이 약 5%-약 25중량%이며, 바람직한 중합체 농도는 약 10%-20%이다.

HBr은 바람직하게는 무수물이며, 중합체에 대해 과량의 산이 필요하다. 산 : 브롬화 중합체의 몰비는 약 0.5/1-50/1, 바람직하게 약 6/1-약 12/1, 예컨대 약 10/1이다.

상당한 양의 1차 알릴성 배열 할로겐을 가지는 할로겐화 부틸 고무에 의한 개질된 경화 반응성(response)은, 이것들이 다른 종류의 고무와 함께 가황화될 수 있으며 개선된 점착성을 가짐을 보여준다. 이것은 다음 실시예에 의해 증명된다.

[실시예 9]

용액법으로 생성된 브롬화 부틸 고무(SOL Br-Bu)의 시판용 샘플을 하기의 산화 아연 반응 시스템에 있어서의 본 발명의 이성화된 브롬화 부틸 고무와 비교하였다.

(1) 에폭시화 대두유

ESBO 및 스테아린산 칼슘은 경화 지연제로서 작용한다. 고무를, 고무 100중량부에 대하여 50부의 SRF 블랙, 5부의 산화 아연 및 1부의 스테아린 산으로 배합시켰다. 이 배합 고무를 5° 아크(arc)를 사용하여 160℃에서 30분간 몬산토 레오메터 (Monsanto Rheometer)로 테스트하였다. 결과는 다음과 같다 :

실험 고무가 높은 수준의 경화 억제제를 함유하고 있음에도 불구하고, 통상적인 브롬화 부틸 고무보다 더 빨리 경화되었다.

[실시예 10]

실시예 9의 고무를, 다음 표 6에 나타낸 바와 같은 조성을 사용하여, 인너라이너(innerliner)조성물을 제조하고 타이어 카카스(tire carcass)조성물로 경화시키고, 그 점착성을 비교하였다. 모든 값은 중량부이다.

[표 6]

(1) 나프텐성 고무 공정유-Exxon Chem. Co.

(2) 탄화수소 점착성 부여수지-Exxon Chem. Co.

(3) 경화 촉진제, N-t-부틸-2-벤조티아졸 셀펜아미드-Monsanto Co.

(4) MgO-Merck Co.

(5) 산화방지제, 혼합된 디아릴-p-페닐렌-디아민, Goodyear Chemicals

(6) 특허된 혼합 수지-Struktol Co.

카카스 조성물 및 인너라이너 조성물을 30분간 150℃의 온도에서 2000psi의 압력을 사용하여 적층 및 가황시켰다. 결과를 표 7에 나타낸다.

[표 7]

(인너라이너 테스트에 있어서의 브롬화 부틸고무의 비교)

이러한 조성물에 있어서의 할로겐화 중합체의 레오미터 및 용력-변형 성질은 유사하였다. 그러나, 위의 결과에서 명백한 바와 같이 본 발명의 할로겐화 부틸고무는 점착성에 있어서 통상적인 고무보다 우수하다.

즉, 이것은 양호한 영구 접착성이 필요한 곳, 예컨대, 튜브 없는 타이어 인너라이너와 같은 용도에 특히 유용하다.

Claims (27)

1. 고무 용액을 20℃-150℃의 온도에서 이성화하기에 충분한 반응시간 동안 프라이델-크라프트 촉매와 접촉시키는 것으로 구성되는, 할로겐을 최초의 2차 알릴성 배열에서 1차 알릴성 배열로 쉬프팅(Shifting)하여 할로겐화 부틸 고무를 이성화시키는 방법.
2. 제1항에 있어서, 반응 시간이 2분-3시간인 방법.
3. 제2항에 있어서, 반응 시간이 5분-60분인 방법.
4. 제1항에 있어서, 온도가 60℃-110℃인 방법.
5. 제1항에 있어서, 프라이델-크라프트 촉매가 ZnCl₂, ZnBr₂, FeCl₃; 일반식 R₂Al_X, RAlX₂또는 R₃Al(식중, R은 2-8개 탄소원자의 알킬그룹, X는 염소 또는 브롬)을 갖는 알루미늄 화합물, BF₃, BCl₃, 염화갈륨, 염화 알루미늄, 브롬화 알루미늄 또는 안티몬 할로겐화물인 방법.
6. 제5항에 있어서, 할로겐화 부틸 고무가 염소화 부틸 고무인 방법.
7. 제6항에 있어서, 촉매가 ZnCl₂또는 FeCl₂인 방법.
8. 제1항에 있어서, 이성화 중에, 무수 HCl 또는 무수 HBr이 고무 용액내에 존재하는 방법.
9. 제8항에 있어서, HCl 또는 HBr : 프라이델-크라프트 촉매의 비가 0.5/1-100/1인 방법.
10. 제9항에 있어서, HCl 또는 HBr : 촉매의 비가 5/1-20/1인 방법.
11. 고무용액을, 40℃미만의 온도에서 HBr : 브롬화 고무의 비를 0.5/1-50/1로 하여 이성화하기 충분한 시간동안 HBr과 접촉시키는 것으로 구성되는, 브롬을 최초의 2차 알릴성 배열에서 1차 알릴성 배열로 쉬프팅하여 브롬화 부틸 고무를 이성화시키는 방법.
12. 제11항에 있어서, HBr : 브롬화 부틸 고무의 비가 6/1-12/1인 방법.
13. 제11항에 있어서, 반응 온도가 30℃미만인 방법.
14. 제13항에 있어서, 반응 온도가 10℃미만인 방법.
15. 제14항에 있어서, 반응 온도가 -10℃~100℃인 방법.
16. 제15항에 있어서, 반응 온도가 약 -30℃~-75℃인 방법.
17. 제1항에 있어서, 용액이 용매로서 헥산 또는 헵탄을 포함하는 방법.
18. 제11항에 있어서, 용액이 용매로서 헥산 또는 헵탄을 포함하는 방법.
19. 0.25몰%미만의 공액 디엔 불포화 함량, 적어도 0.6중량%의 할로겐 함량을 가지며, 할로겐의 적어도 20몰%가 1차 알릴성 배역을 하고 있으며, 최소한 100,000의 점도 평균 분자량(viscosity average molecular weight)을 가짐을 특징으로 하는 개선된 할로겐화 부틸 고무.
20. 제19항에 있어서, 할로겐이 염소인 할로겐화 부틸 고무.
21. 제19항에 있어서, 할로겐이 브롬인 할로겐화 부틸 고무.
22. 제19항에 있어서, 할로겐 함량이 0.8중량%-2.4중량%인 할로겐화 부틸 고무.
23. 제19항에 있어서, 할로겐 함량이 적어도 0.9중량%인 할로겐화 부틸 고무.
24. 제19항에 있어서, 할로겐의 적어도 25몰%가 1차알릴성 배열로 존재하는 할로겐화 부틸 고무.
25. 제24항에 있어서, 할로겐의 25몰%-90몰%가 1차 알릴성 배열로 존재하는 할로겐화 부틸 고무.
26. 제19항에 따른 할로겐화 부틸 고무를 유효 성분으로 하는 개선된 인너라이너 조성물.
27. 제19항에 있어서, 상기한 20 내지 100몰%의 할로겐이 상술한 바와 같은 1차 알릴성 배열을 하고 있으며, 할로겐의 함량이 0.6 내지 2.4중량%임을 특징으로 하는 할로겐화 부틸 고무.