[发明专利]弹性体纳米复合材料、纳米复合材料组合物和制造方法

说明书

优先权声明

本申请要求于2009年12月17日提交的USSN 61/287,622的优先权和利益，其全文通过引用结合在本文中。

发明领域

本发明涉及弹性体纳米复合材料，包含所述弹性体组合物的组合物，制备纳米复合材料的方法和所述纳米复合材料在制品中的用途。更具体地说，本发明涉及具有改进的性能和共混特性的卤化C₄-C₇异烯烃基纳米复合材料。

发明背景

含有过半数异丁烯单元的橡胶状共聚物以它们的低透气性、独特的阻尼性能和低表面能著称；这些性能使得此类共聚物在诸如轮胎内衬之类的应用中是特别希望的。为了在最终应用中具有与其它弹性体组分更好的相容性或可共硫化性，将不饱和共聚单体和/或含反应性官能团的共聚单体引入到异丁烯橡胶状聚合物中。此前已知的共聚单体包括异戊二烯和苯乙烯。所述共聚物可以部分地溴化而获得更好的相容性。

轮胎工业总是对提高轮胎的阻隔性能感兴趣。改进阻隔性能的一种方法是将它们与层状粘土混合，以形成弹性体纳米复合材料。层状粘土在基础聚合物中可以适应五种不同的状态。

第一种状态是“颗粒分散体”，其中粘土粒度呈微米数量级，但是均匀地分散在基础聚合物中。术语聚集体和附聚物已经被用来描述这种状态。

第二种状态是“插层的纳米复合材料”，其中聚合物链插入到层状粘土结构中，这以结晶规则的方式进行，无论聚合物与粘土之比如何。插层的纳米复合材料通常可以在有机粘土板之间含有数个聚合物层。用橡胶溶胀的纳米粘土的廊道空间的增加(从约0.3-0.7nm的原始状态直至约2.0-6.0nm)可以被认为产生插层条件。

第三种状态是“絮凝的纳米复合材料”。这在概念上与插层的纳米复合材料相同；然而，各粘土层有时由于粘土层的羟基化的边与边相互作用而絮凝或聚集。

第四种状态是“插层-絮凝的纳米复合材料”。在该纳米复合材料中的粘土板可以被隔离；然而，可以形成具有100-500nm的厚度的类晶团聚体或附聚物。

第五种状态是“片状剥离的纳米复合材料”。在片状剥离的纳米复合材料中，各粘土层被分离在连续的聚合物内，平均距离取决于粘土浓度或在聚合物中的加载量。

然而，在制备弹性体纳米复合材料中，疏水性聚烯烃弹性体和亲水性无机粘土之间的不相容性可能使得很难实现在弹性体内良好的粘土分散或片状剥离。人们已经做了很多努力来改性粘土或弹性体，以使这两种成分更相容。此前已经显示，聚合物上的官能团和粘土表面之间更好的相互作用将导致更高程度的粘土分散和片状剥离。这又将产生具有提高的阻隔性能的弹性体纳米复合材料。

发明概述

本发明涉及用于要求不透性特征的制品，例如轮胎内衬、轮胎内胎、轮胎硫化气囊、软管、医疗塞子、不透性片材及其它类似物品的具有改进的能力的共聚物。

本文公开的是包含至少一种共聚物和至少一种纳米填料的纳米复合材料。所述共聚物由衍生自具有4-7个碳原子的异烯烃和多烯烃的单元形成。所述纳米填料包含表面活性剂，其中所述表面活性剂具有结构(R¹R²R³R⁴)N⁺，其中R¹是苄基衍生的单元，其可以被取代或可以没有被取代，其中R²选自C₁-C₂₆烷基、C₂-C₂₆烯烃和C₃-C₂₆芳基，并且其中R³和R⁴相同或不同，并且独立地选自C₉-C₂₆烷基、C₉-C₂₆烯烃和C₉-C₂₆芳基。

在本发明的一个方面，所述共聚物是用氯或溴卤化的。

在本发明的另一方面，形成所述纳米复合材料的共聚物具有基本上均匀的组成分布。所述共聚物具有约8-约12wt％的烷基苯乙烯结构部分和约1.1-约1.5wt％的卤素，并且其中所述共聚物具有小于约6的Mw/Mn之比。在一个优选的实施方案中，所述烷基苯乙烯是对甲基苯乙烯，并且所述异烯烃是异丁烯。