Ionómero de butilo que tiene una adhesión a la superficie mejorada.

Un artículo de material compuesto que comprende:

a) un ionómero de caucho de butilo que comprende:

unidades repetitivas derivadas de al menos unmonómero de isoolefina; al menos el 3,5 % en moles de unidades repetitivas derivadas de al menos unmonómero de multiolefina, al menos el 0,5 % en moles de unidades repetitivas derivadas de un haluro alílicoy al menos el 0,5 % en moles de un resto ionomérico;

b) un sustrato que comprende un material de acero inoxidable, un material de vidrio o un material de mylar y,

c) en el que la adhesión del ionómero de caucho de butilo a la superficie del sustrato es al menos un 25 %mayor que la adhesión de un caucho de butilo no ionomérico a la misma superficie de sustrato donde laadhesión se mide basándose en la norma ASTM D-429 Método A.

Ionómero de butilo que tiene una adhesión a la superficie mejorada Campo de la invención La invención se refiere a ionómeros de caucho de butilo que tienen una adhesión a la superficie mejorada. Más particularmente, la invención se refiere a ionómeros de caucho de butilo que tienen una adhesión mejorada a las superficies que tienen funcionalidades superficiales polares, tales como vidrio, acero inoxidable y mylar, especialmente a ionómeros de caucho de butilo que tienen niveles elevados de isopreno (más de 3, 0 % en moles) .

Antecedentes El poli (isobutileno-co-isopreno) , o IIR, es un elastómero sintético comúnmente conocido como caucho de butilo, que ha sido preparado desde la década de los 40 a través de la copolimerización catiónica al azar de isobutileno con pequeñas cantidades de isopreno (1-2 % en moles) . Como resultado de su estructura molecular, el IIR posee una impermeabilidad al aire superior, un alto módulo de pérdida, estabilidad a la oxidación y resistencia a la fatiga prolongada.

El caucho de butilo se entiende que es un copolímero de una isoolefina y una o más multiolefinas, preferentemente conjugadas, como comonómeros. El butilo comercial comprende una porción principal de isoolefina y una cantidad menor, no más del 2, 5 % en moles, de una multiolefina conjugada. El caucho de butilo o el polímero de butilo se preparan generalmente en un procedimiento en suspensión usando cloruro de metilo como vehículo y un catalizador de Friedel-Crafts como parte del iniciador de polimerización. Este procedimiento se describe con más detalle en la patente US-2.356.128 y en Ullmanns Enciclopedia of Industrial Chemistr y , volumen A 23, 1993, páginas 288-295.

Los compuestos de caucho de butilo curables con peróxido ofrecen varias ventajas sobre los sistemas de curado con azufre. Por lo general, estos compuestos presentan tasas de curación extremadamente rápidas y los artículos curados resultantes tienden a poseer una excelente resistencia al calor. Además, las formulaciones curables con peróxido se considera que son "limpias" en el sentido de que no contienen impurezas inorgánicas extraíbles (por ejemplo, azufre) . Por consiguiente, los artículos de caucho limpios se pueden utilizar, por ejemplo, en tapas de condensador, dispositivos biomédicos, dispositivos farmacéuticos (tapones de viales que contienen medicamentos, émbolos de jeringas) y posiblemente en los sellos para pilas de combustible.

Es bien aceptado que el poliisobutileno y el caucho de butilo se descomponen bajo la acción de peróxidos orgánicos. Por otra parte, los documentos US-3.862.265 y US-4.749.505 nos enseñan que los copolímeros de una isomonoolefina de C4 a C7 con hasta el 10 % en peso de isopreno o hasta el 20 % en peso de para-alquilestireno sufre una disminución del peso molecular cuando se somete a mezcla de alto cizallamiento. Este efecto se potencia en presencia de iniciadores de radicales libres.

A pesar de esto, los documentos CA-2.418.884 y 2.458.741 describen la preparación de compuestos que contienen butilo curables con peróxido con un elevado contenido de multiolefina. Específicamente, el documento CA-2.418.884 describe la preparación continua de IIR con niveles de isopreno que varían del 3 al 8 % en moles. La halogenación de este caucho de butilo con un elevado contenido de multiolefina produce una funcionalidad haluro alílico reactiva dentro del elastómero. Con estos niveles elevados de isopreno ahora disponibles, es posible, en principio, generar análogos de BIIR que contienen funcionalidades de bromuro alílico que varían del 3 al 8 % en moles. En esencia, los niveles relativos de isopreno y bromuro alílico pueden ajustarse dentro de este rango. Procedimientos de halogenación de caucho de butilo convencionales se describen en, por ejemplo, Enciclopedia Ullmann de Química Industrial (Quinta edición completamente revisada, Volumen A231 Editores Elves et al.) y/o "Tecnología del Caucho" (Tercera Edición) por Maurice Morton, Capítulo 10 (Van Nostrand Reinhold Company© 1987) , especialmente págs. 297-300.

Además de permitir la co-vulcanización del caucho de halobutilo con otros cauchos de uso general, la presencia de funcionalidades haluro alílico permite reacciones de alquilación nucleófilas. Se ha demostrado recientemente que el tratamiento de caucho de butilo bromado (BIIR) con nitrógeno y/o nucleófilos de fósforo, en el estado sólido, conduce a la generación de los ionómeros de IIR con propiedades físicas y químicas interesantes (ver: Parent, J. S.; Liskova, A.; Whitney, R. A; Resendes, R. Journal of Polymer Science, Parte A: Polymer Chemistr y 43, 5671-5.679, 2005; Parent, J. S.; Liskova, A.; Resendes, R. Polymer 45, 8091-8096, 2004; Parent, J. S.; Penciu, A.; Guillen-Castellanos,

S. A.; Liskova, A.; Whitney, R. A. Macromolecules 37, 7477-7483, 2004) .

Los grados existentes de elastómero de butilo se utilizan en una variedad de aplicaciones en las que la velocidad de permeación de gas es de gran importancia. La adhesión del caucho de butilo a superficies sólidas es una importante propiedad física que conduce a la formación de materiales compuestos. Por ejemplo, en las juntas de cierre de ventanas multipanel de vidrio relleno de gas, la baja permeabilidad de los elastómeros de butilo permite la retención de gases especiales de baja conductividad térmica durante la vida de la ventana. A medida que la creciente demanda de una mayor eficiencia energética impulsa mejoras en diseño de las ventanas, se requieren mejores propiedades de adhesión de las juntas de cierre de la ventana. Sin embargo, los polímeros de caucho de butilo existentes presentan sólo una moderada adhesión a las superficies de vidrio y, como resultado, tienen deficiencias cuando se utilizan en aplicaciones compuestas de vidrio-polímero. Lo mismo se puede aplicar a las aplicaciones compuestas de metal-polímero y de plástico-polímero.

La publicación por Bayer del Manual para la industria del caucho, Segunda edición en la página 512, Tabla D10-1 y en la página 514 Tabla D10-2, así como en la página 515, Tabla D10-4 pone de manifiesto la mala adhesión de los elastómeros de butilo al acero, rayón, poliamida y poliéster. En los compuestos de caucho termoestables la mala adhesión del caucho de butilo es parcialmente superada con un laborioso proceso de recubrimiento del tejido/acero con un resorcinol, formaldehido, látex, sistema adhesivo RFL-isocianato. Además en el compuesto de caucho termoestable se incorpora un sistema adhesivo de resorcinol, formaldehído, RFL-sílice. Incluso con estos componentes, una valoración de adhesión de 3, 2, y 0 (escala 0-5, siendo 5 excelente) es todo lo que se puede esperar para el rayón, la poliamida y el poliéster de acabado regular, respectivamente.

El documento EP 1 591 480 A divulga un procedimiento para preparar un elastómero de halobutilo cargado, que incluye mezclar un elastómero de halobutilo con al menos una carga mineral y al menos un modificador de fosfina y opcionalmente curar el elastómero cargado con azufre u otro agente de curado. Sin embargo, la adhesión sobre superficies no se menciona en absoluto.

Los documentos US 4.256.857, WO 02/31093 A y GB 1.497.383-A divulgan elastómeros de halobutilo modificados con amina. Sin embargo, la adhesión sobre superficies no se menciona en absoluto.

Por tanto, existe necesidad de mejorar la adhesión entre el caucho de butilo y las superficies de vidrio, metal y/o plástico.

En el pasado, los polímeros de caucho de butilo han mostrado valores de adhesión de menos de 103, 6 kPa [15 psi] para el acero inoxidable, menos de 69, 0 kPa [10 psi] para el vidrio y menos de 34, 5 kPa [5 psi] para el mylar. Constantemente se buscan mejoras en estos valores de adhesión. Hasta la fecha no se han hecho intentos para caracterizar la adhesión entre ionómeros de caucho butilo y las superficies de vidrio, metal o plástico.

Por lo tanto, todavía sigue existiendo la necesidad de un polímero de butilo que tiene características de adhesión a la superficie mejoradas y de los artículos compuestos hechos a partir del mismo.

Resumen de la invención De acuerdo con la presente invención, se proporciona un artículo de material compuesto que comprende: un ionómero de caucho de butilo que comprende unidades repetitivas derivadas de al menos un monómero de multiolefína; al menos el 3, 5 % en moles de unidades repetitivas derivadas de al menos un monómero de multiolefina, al menos el 0, 5 % en moles de unidades repetitivas derivadas de un haluro alílico y al menos el 0, 5 % en moles de un resto ionomérico; un sustrato que comprende un material de acero inoxidable, un material de vidrio o un material de mylar, y, en el que la adhesión del ionómero de caucho... [Seguir leyendo]

1. Un artículo de material compuesto que comprende:

a) un ionómero de caucho de butilo que comprende: unidades repetitivas derivadas de al menos un monómero de isoolefina; al menos el 3, 5 % en moles de unidades repetitivas derivadas de al menos un monómero de multiolefina, al menos el 0, 5 % en moles de unidades repetitivas derivadas de un haluro alílico y al menos el 0, 5 % en moles de un resto ionomérico; b) un sustrato que comprende un material de acero inoxidable, un material de vidrio o un material de mylar y, c) en el que la adhesión del ionómero de caucho de butilo a la superficie del sustrato es al menos un 25 % mayor que la adhesión de un caucho de butilo no ionomérico a la misma superficie de sustrato donde la adhesión se mide basándose en la norma ASTM D-429 Método A.

2. El artículo de material compuesto de la reivindicación 1, en el que la isoolefina comprende isobutileno, la multiolefina comprende isopreno y el haluro alílico comprende un bromuro.

3. El artículo de material compuesto de las reivindicaciones 1 o 2, que comprende además al menos el 0, 3 % en moles de multiolefina residual.

4. El artículo de material compuesto de la reivindicación 3, que comprende además al menos el 1, 5 % en moles de multiolefina residual.

5. El artículo de material compuesto de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que la superficie del sustrato es de acero inoxidable, vidrio, mylar o de Teflon™.

6. El artículo de material compuesto de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, que tiene una adhesión al acero inoxidable de al menos 241, 3 kPa [35 psi], una adhesión al vidrio de al menos 206, 8 kPa [30 psi], una adhesión al mylar de al menos 103, 4 kPa [15 psi] o una adhesión al Teflón™ de al menos 25, 9 psi [3, 75] donde la adhesión se mide basándose en la norma ASTM D-429 Método A.

7. El artículo de material compuesto de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, que tiene una adhesión al mylar de al menos 172, 4 kPa [25 psi] donde la adhesión se mide basándose en la norma ASTM D-429 Método A.

8. El artículo de material compuesto de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que la adhesión del ionómero de caucho de butilo a la superficie del sustrato es de al menos un 150 % mayor que la adhesión del caucho de butilo no ionomérico a la misma superficie de sustrato.

9. El artículo de material compuesto de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el que el artículo se cura con peróxido.