Nanocompuesto de polímero curado que comprende:

a. un ionómero de caucho de butilo que comprende unidades de repetición derivadas a partir de al menos un monómero de isoolefina,

al menos el 3, 5% en moles de las unidades de repetición derivadas a partir de al menos un monómero de multiolefina y al menos un nucleófilo basado en nitrógeno o fósforo; y

b. una carga con una alta relación de aspecto, intercalada con el ionómero de caucho de butilo, en el que las cargas con una alta relación de aspecto son aquellas que tienen una relación de aspecto de al menos 1:3.

Nanocompuestos de ionómero de caucho de butilo Campo de la invención La invención se refiere a nanocompuestos y a procedimientos para la fabricación de nanocompuestos que comprenden ionómeros de caucho de butilo que tienen unidades de repetición derivadas de un monómero de multiolefina, tal como isopreno.

Antecedentes

El poli (isobutileno-co-isopreno) , o IIR, es un elastómero sintético, conocido normalmente como caucho de butilo, que se ha preparado desde la década de 1940 mediante copolimerización catiónica aleatoria de isobutileno con pequeñas cantidades de isopreno (1-2% en moles) . Como resultado de su estructura molecular, el IIR posee impermeabilidad al aire superior, un alto módulo de pérdida, una estabilidad oxidativa y una resistencia a la fatiga extendida.

Se entiende que el caucho de butilo es un copolímero de una isoolefina y una o más multiolefinas, preferentemente conjugadas, como comonómeros. El butilo comercial comprende una parte principal de isoolefina y una cantidad menor, no superior al 2, 5% en moles, de una multiolefina conjugada. El caucho de butilo o polímero de butilo es preparado, 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 adicionalmente en la patente US No.

2.356.128 y en Ullmanns Encyclopedia of Industrial Chemistr y , volumen A 23, 1993, páginas 288-295.

Los documentos CA 2.418.884 y 2.458.741 describen la preparación de compuestos basados en butilo, curables con peróxido, que tienen un alto contenido de multiolefina. Específicamente, el documento CA 2.418.884 describe la preparación continua de IIR con niveles de isopreno en el intervalo del 3 al 8% en moles. La halogenación de este caucho de butilo, con alto contenido de multiolefina, produce una funcionalidad haluro alílico reactiva en el interior del elastómero. Con estos niveles elevados de isopreno disponibles, es posible, en principio, generar análogos BIIR que contienen funcionalidades bromuro alílico del 3 al 8% en moles. Los procedimientos convencionales de halogenación del caucho de butilo se describen, por ejemplo, en Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistr y (Quinta, Edición completamente revisada, Volumen A231 Editores Elvers, et al.) y/o "Rubber Technology" (Tercera Edición) de Maurice Morton, Capítulo 10 (Van Nostrand Reinhold Company©, 1987) , particularmente páginas 297-300.

La presencia de funcionalidades haluro alílico permite reacciones de alquilación nucleófilas. Se ha demostrado recientemente que un tratamiento de caucho de butilo bromado (BIIR) con nitrógeno y/o nucleófilos basados en fósforo, en el estado sólido, conduce a la generación de ionómeros basados en IIR con interesantes propiedades físicas y químicas (véase: Parent, J. S.; Liskova, A.; Whitney, R. A; Resendes, R. Journal of Polymer Science, Part A: Polymer Chemistr y 43, 5671-5679, 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) . La funcionalidad de ionómero es generada a partir de sitios haluro alílico en el BIIR. Una cantidad mayor de monómero de multiolefina en el caucho de butilo usado para producir el BIIR conduce, potencialmente, a más sitios haluro alílico después de una bromación y, de esta manera, a una mayor cantidad de funcionalidad ionómero después de la sustitución nucleófila. Las propiedades físicas de los ionómeros generados a partir de BIIR, que tiene un contenido más alto de multiolefina, son superiores a las de sus homólogos no ionoméricos y/o con un bajo contenido en multiolefina.

El documento EP 1 591 480 A divulga elastómeros de butilo halogenados, con carga, tales como elastómeros de bromobutilo (BIIR) y, en particular, un ionómero preparado mediante una modificación de un caucho de bromobutilo, disponible comercialmente, (BB2030 de Lanxess Inc.) , con una carga de Nanomers 1.44, una carga de alta relación de aspecto. Sin embargo, el caucho de bromobutilo empleado en el documento EP 1 591 480 comprende menos del 3, 5%en moles de unidades de repetición, derivadas a partir de al menos un monómero de multiolefina.

El campo de los nanocompuestos poliméricos es un campo multidisciplinar, en rápida expansión, que representa una alternativa radical a los polímeros o mezclas de polímeros con carga convencionales. Los nanocompuestos poliméricos se forman mediante la incorporación de cargas inorgánicas nanométricas en una matriz polimérica. Los materiales híbridos, reforzados con cargas similares a placas, de alta relación de aspecto, puras y/o modificadas orgánicamente, representan la clase de nanocompuestos más ampliamente estudiada. Las fuertes interacciones interfaciales entre las capas dispersadas y la matriz polimérica conducen a propiedades mecánicas y de barrera mejoradas en comparación al compuesto convencional. Entre las muchas áreas de investigación de nanocompuestos de polímeros, la industria del neumático se ha interesado particularmente en las cargas de alta relación de aspecto. Estudios recientes han demostrado que la adición de cargas de alta relación de aspecto en las formulaciones de revestimiento interior de los neumáticos ha mostrado un incremento en la impermeabilidad de hasta el 40% (véase, por ejemplo, el documento US 7.019.063 B2) .

Maximizando las cargas de alta relación de aspecto a su máximo potencial requiere la morfología correcta, haciendo que la selección tanto del polímero como de la carga sea crítica. Deben conseguirse una intercalación del polímero en las galerías entre las plaquetas, una deslaminación y una exfoliación de la plaqueta y un alineamiento anisotrópico de las placas en la matriz de caucho. Con el fin de conseguir, como mínimo, una intercalación y una deslaminación, es ventajoso establecer un enlace químico entre la matriz polimérica y la superficie de la carga.

Aunque se puede especular que las propiedades de carga de los ionómeros pueden ser útiles en el establecimiento del enlace químico deseado, no está claro hasta qué punto esto resultará en propiedades físicas mejoradas en los artículos de nanocompuestos. Aunque el BIIR, de bajo contenido de multiolefina, ha sido usado en la técnica anterior para generar ionómeros que, a continuación, han sido incorporados en nanocompuestos, estos nanocompuestos no estaban vulcanizados y no se beneficiaron del alto grado de funcionalidad ionomérica proporcionada al tener un alto contenido de multiolefina en el material de BIIR de partida. Se requiere una investigación experimental para determinar el efecto de la vulcanización y el contenido de ionómero sobre la resistencia a la tracción, la reactividad de curado y/o la impermeabilidad de los artículos de nanocompuestos curados.

Resumen de la Invención

Según un aspecto de la invención, se proporciona un nanocompuesto de polímero curado que comprende: un ionómero de caucho de butilo que comprende unidades de repetición derivadas de al menos un monómero de isoolefina, al menos el 3, 5% en moles de unidades de repetición derivadas de al menos un monómero de multiolefina y al menos un nucleófilo basado en nitrógeno o fósforo; y una carga, con alta relación de aspecto, intercalada con el ionómero de caucho de butilo, teniendo la carga con alta relación de aspecto una relación de aspecto de al menos 1:3.

Según otro aspecto de la invención, se proporciona un procedimiento para preparar un nanocompuesto polimérico que comprende un ionómero de caucho de butilo comprendiendo el procedimiento: proporcionar un ionómero de caucho de butilo que comprende unidades de repetición derivadas de al menos un monómero de isoolefina, al menos el 3, 5% en moles de unidades de repetición derivadas de al menos un monómero de multiolefina y al menos un nucleófilo basado en nitrógeno o fósforo; añadiendo una carga con alta relación de aspecto; mezclando el ionómero de caucho de butilo y la carga para formar un nanocompuesto no curado; y curando el nanocompuesto.

La presente invención proporciona, de manera ventajosa, nanocompuestos poliméricos que tienen una resistencia a la tracción, reactividad de curado y/o impermeabilidad a los gases, mejoradas en comparación con los nanocompuestos de la técnica anterior. Los nanocompuestos de la presente invención son particularmente útiles, por ejemplo, en aplicaciones de revestimientos interiores de neumáticos.

Otras características de... [Seguir leyendo]

1. Nanocompuesto de polímero curado que comprende:

a. un ionómero de caucho de butilo que comprende unidades de repetición derivadas a partir de al menos un monómero de isoolefina, al menos el 3, 5% en moles de las unidades de repetición derivadas a partir de al menos un monómero de multiolefina y al menos un nucleófilo basado en nitrógeno o fósforo; y

b. una carga con una alta relación de aspecto, intercalada con el ionómero de caucho de butilo, en el que las cargas con una alta relación de aspecto son aquellas que tienen una relación de aspecto de al menos 1:3.

2. Nanocompuesto según la reivindicación 1, en el que la isoolefina comprende isobuteno y la multiolefina comprende isopreno.

3. Nanocompuesto según las reivindicaciones 1 ó 2, en el que el nucleófilo basado en nitrógeno comprende N, Ndimetiletanolamina (DMEA) y en el que el nucleófilo basado en fósforo comprende trifenilfosfina (TPP) .

4. Nanocompuesto según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que la carga comprende un nanoarcilla montmorillonita orgánicamente modificada, Mistron CBTM, Mistron VaporTM, Polyfil 80TM, o una combinación de los mismos.

5. Nanocompuesto según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que la carga está presente en una cantidad de 20 a 80 phr.

6. Nanocompuesto según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que el nanocompuesto tiene una permeabilidad de menos de o igual a 2, 5 x 10-8 cm2/atm.s.

7. Procedimiento de preparación de un nanocompuesto polimérico que comprende un ionómero de caucho de butilo, comprendiendo el procedimiento:

a. proporcionar un ionómero de caucho de butilo bromado que comprende unidades de repetición derivadas a partir de al menos un monómero de isoolefina, al menos el 3, 5% de unidades de repetición derivadas a partir de al menos un monómero de multiolefina y al menos un nucleófilo basado en nitrógeno o fósforo;

b. añadir una carga con alta relación de aspecto, teniendo la carga una relación de aspecto de al menos 1:3;

c. mezclar el ionómero de caucho de butilo y la carga para formar un nanocompuesto no curado; y

e. curar el nanocompuesto.

8. Procedimiento según la reivindicación 7, en el que la carga comprende una nanoarcilla montmorillonita orgánicamente modificada, Mistron CBTM, Mistron VaporTM, Polyfil 80TM o una combinación de los mismos.

9. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 7 a 8, en el que el nanocompuesto no curado comprende la carga intercalada con el ionómero de caucho de butilo.