JP5845353B2 - エポキシ基を有するエチレン−酢酸ビニルコポリマーをベースとする加硫可能な組成物 - Google Patents

エポキシ基を有するエチレン−酢酸ビニルコポリマーをベースとする加硫可能な組成物 Download PDF

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Description

本発明は、エポキシ基を有するエチレン−酢酸ビニルコポリマーをベースとする加硫可能な組成物、それらを調製するための方法、それらから加硫物を製造するための方法、そのようにして得られる加硫物、およびそれらの使用に関する。
ニトリルゴムは、しばしば略して「NBR」とも呼ばれるが、少なくとも1種のα,β−不飽和ニトリル、少なくとも1種の共役ジエン、および場合によっては1種または複数のさらなる共重合性モノマーのコポリマーまたはターポリマーであるゴムを意味していると理解されたい。水素化ニトリルゴム(「HNBR」)は、共重合されたジエン単位のC=C二重結合の全部またはいくつかが水素化された相当するコポリマーまたはターポリマーを意味していると理解されたい。
NBRおよびHNBRのいずれもが、長年にわたって、特殊エラストマー分野において確たる地位を占めてきた。それらは、優れた耐油性、良好な熱安定性、優れた耐オゾン性および耐薬品性(後者では、NBRの場合よりもHMBRの場合の方がさらに一段と優れている)の形態において優れた性能プロファイルを有している。NBRおよびHNBRはさらに、極めて良好な機械的および実用性能も有している。この理由から、それらは、広く各種の異なった利用分野において広く使用されており、たとえば、自動車分野におけるガスケット、ホース、ベルトおよび制振要素の製造のため、さらには石油製造分野におけるステーター、油井シールおよびバルブシールのため、さらには電気産業、機械工学および造船における無数の部品のために使用されている。複数の各種のタイプのものが市場で入手可能であって、それらは、使用分野に応じて、各種のモノマー、分子量、多分散性、ならびに機械的性質および物理的性質を特徴として備えている。標準的なタイプに加えて、特定のターモノマーの内容または特別な官能化を特徴とする特殊タイプへの要望が増大しつつある。
(H)NBRゴムの実用においては、ゴムの加硫、すなわち、特に架橋剤系および加硫条件がますます重要となってきている。したがって、何十年にもわたって存在しつづけてきた、ペルオキシドまたは硫黄をベーとする従来からのゴム架橋系に加えて、この数年の間に、代替えとなる架橋についての各種の新しいコンセプトが開発されてきた。そのような架橋コンセプトにはさらに、官能基が原因で、あらゆるタイプの架橋および架橋剤に合わせられる訳ではなく、従って固有の課題を成すポリマーも含まれている。
(特許文献1)には、ニトリル−ブタジエンゴム(NBR)の耐オゾン性を改良するための、NBRとPVCとのブレンド物が記載されている。それらのブレンド物は、耐燃料ホースの外側層として使用され、そこではNBRが、燃料に対する高い拡散障壁を与え、PVCが良好な耐オゾン性を与えている。このようなことが起きる理由は、NBRの中に存在している二重結合をPVCが防護し、それによってNBRに対するオゾンの攻撃を抑制しているからである。しかしながら、そのようにして製造したブレンド物は、低温可撓性が低いかおよび/または耐熱性が低く、そして圧縮永久歪みが比較的大きい。
NBRとPVCは、NBRのアクリロニトリル含量が25重量%を超えたときに、相溶性があるポリマーである。このことによって、良好な耐オゾン性が発揮されるようになる。しかしながら、相互に完全な相溶性を有するポリマーはほとんど無いので、それ以外では同様の物理的性質プロファイルを有しているがハロゲンは含まない物質を用いてNBRを増量させた場合には、耐オゾン性が低下することが予想される。NBR/PVCブレンド物の重要な性質は、(非特許文献1)に記載がある。
(特許文献2)には、40重量%を超える酢酸ビニルを含むエチレン−酢酸ビニルコポリマーを含む組成物が記載されている。それらの組成物は、ラベルとフィルムを接着させるために使用される。
さらに、(特許文献3)には、エチレン/ビニルエステルのターポリマーを調製するための方法が開示されている。そこには、エチレン−酢酸ビニル−メタクリル酸グリシジルコポリマーの記載があり、それは、所定のパラメーター(溶媒含量、圧力、温度調節、転化率)を有するカスケードで連続的に実施される溶液重合プロセスによって得られている。
欧州特許出願公開第A1 096 190号明細書 独国特許出願公開第A10213227号明細書 欧州特許第0 374 666B1号明細書
Gummi,Fasern,Kunststoffe(1997)50(2),126
本発明の目的は、良好な耐オゾン性と、ならびに改良された低温性能および耐熱性との両方を有する加硫可能な組成物を提供することであった。
上記目的は、
(a)少なくとも1種のエチレン−酢酸ビニルコポリマーであって、エポキシ基を有し、そのエポキシ基を有するエチレン−酢酸ビニルコポリマーを基準にして、少なくとも20重量%、好ましくは少なくとも30重量%、より好ましくは少なくとも40重量%の酢酸ビニル含量を有する、エチレン−酢酸ビニルコポリマー、および
(b)少なくとも1種のカルボキシル化ニトリルゴム
を含む加硫可能な組成物によって達成される。
驚くべきことには、エポキシ基を有する上述のエチレン−酢酸ビニルコポリマー(a)をカルボキシル化ニトリルゴム(b)と共に使用する本発明の場合には、熱的に安定なネットワークを形成させることが可能である。
そのような組成物のマトリックスが均質であり、そしてそれらから製造される加硫物が、耐オゾン性、ならびに改良された低温耐性および耐熱性を有していることが見いだされた。
[エポキシ基を有するエチレン−酢酸ビニルコポリマー(a)]
周知のように、エチレン、酢酸ビニル、およびエポキシ基を含有するモノマーは、各種の比率で、フリーラジカル的に重合させることが可能であり、共重合されたモノマー単位はランダムに分布する。この共重合は、原理的には、次の3種のプロセスで実施することができる:
1.乳化重合、
2.溶液重合、および
3.高圧バルク重合。
本発明の、エポキシ含有エチレン−酢酸ビニルコポリマーを調製するための方法は、業界で慣用される重合プロセスで実施されるが、特に好ましいのは、フリーラジカル開始剤を用いる溶液プロセスである。フリーラジカル開始剤とは、ペルオキシドおよびアゾ化合物を意味しているものと理解されたい。特に好ましいのは、アゾ化合物、たとえばADVN(アゾジバレロニトリル)である。本発明の、エポキシ含有エチレン−酢酸ビニルコポリマーを調製するための方法は、30〜100℃、好ましくは40〜80℃の範囲の温度、および5〜500バール、好ましくは200〜450バールの範囲の圧力で実施される。
エポキシ基を有し、エポキシ基を有するエチレン−酢酸ビニルコポリマーを調製するために使用するモノマーは、一般式(I)
Figure 0005845353
[式中、
mは、0または1であり、
Xは、O、O(CR、(CRO、C(=O)O、C(=O)O(CR、C(=O)NR、(CR、N(R)、N(R)(CR、P(R)、P(R)(CR、P(=O)(R)、P(=O)(R)(CR、S、S(CR、S(=O)、S(=O)(CR、S(=O)(CR、またはS(=O)であるが、ここでこれらの基の中のRは、R〜Rと同一の定義を有していてよく、
Yは、共役もしくは非共役ジエン、アルキンおよびビニル化合物も含めた、1種または複数のモノもしくはポリ不飽和モノマーの繰り返し単位を表すか、またはポリエーテル、特にはポリアルキレングリコールエーテルおよびポリアルキレンオキシド、ポリシロキサン、ポリオール、ポリカーボネート、ポリウレタン、ポリイソシアネート、多糖類、ポリエステルおよびポリアミドを含むポリマーから誘導される構造要素を表し、
nとpは、同一であるかまたは異なっていて、それぞれ0〜10000の範囲であり、
R、R、R、R、R、R、およびRは、同一であるかまたは異なっていて、それぞれ、H、直鎖状もしくは分岐状で飽和またはモノもしくはポリ不飽和のアルキル基、飽和またはモノもしくはポリ不飽和のカルボ−もしくはヘテロシクリル基、アリール、ヘテロアリール、アリールアルキル、ヘテロアリールアルキル、アルコキシ、アリールオキシ、ヘテロアリールオキシ、アミノ、アミド、カルバモイル、アルキルチオ、アリールチオ、スルファニル、チオカルボキシル、スルフィニル、スルフォノ、スルフィノ、スルフェノ、スルホン酸、スルファモイル、ヒドロキシイミノ、アルコキシカルボニル、F、Cl、Br、I、ヒドロキシル、ホスホナト、ホスフィナト、シリル、シリルオキシ、ニトリル、ホウ酸塩、セレン酸塩、カルボニル、カルボキシル、オキシカルボニル、オキシスルホニル、オキソ、チオキソ、エポキシ、シアネート、チオシアネート、イソシアネート、チオイソシアネート、またはイソシアニドである]を有する。
一般式(I)のR、R〜R基および繰り返し単位Yについての定義はそれぞれ、場合によってはモノ置換もしくはポリ置換されている。
R、R〜Rについての定義から、以下の基が、好ましくはそのようなモノ置換またはポリ置換を有している:アルキル、カルボシクリル、ヘテロシクリル、アリール、ヘテロアリール、アリールアルキル、ヘテロアリールアルキル、アルコキシ、アリールオキシ、アルキルチオ、アリールチオ、アミノ、アミド、カルバモイル、F、Cl、Br、I、ヒドロキシル、ホスホナト、ホスフィナト、スルファニル、チオカルボキシル、スルフィニル、スルフォノ、スルフィノ、スルフェノ、スルファモイル、シリル、シリルオキシ、カルボニル、カルボキシル、オキシカルボニル、オキシスルホニル、オキソ、チオキソ、ホウ酸塩、セレン酸塩、およびエポキシ。有用な置換基としては、化学的に安定な化合物が結果として得られるという条件付きで、Rから考えられるすべての定義が含まれる。特に好適な置換基は、アルキル、カルボシクリル、アリール、ハロゲン、好ましくはフッ素、塩素、臭素もしくはヨウ素、ニトリル(CN)およびカルボキシルである。
エポキシ基を有し、X、R、R〜Rおよびmがそれぞれ先に一般式(I)について定義したものであり、pとnが同一であるかまたは異なっていて、それぞれ0〜100の範囲である一般式(I)のものである、モノマーを使用することが特に好ましい。
X、R、R〜Rおよびmが、先に一般式(I)について定義したものであり、pが0〜100の範囲であり、nがゼロであれば、特別に好ましい。したがって、このエポキシ基を有するモノマーは一般式(Ia):
Figure 0005845353
[式中、
X、R、R〜R、m、およびpはそれぞれ、先に一般式(I)について定義したものである]
を有している。
エポキシ基を有し、X、RおよびR〜Rがそれぞれ先に一般式(I)について定義したものであり、mが1であり,pが1であり、そしてnがゼロである一般式(I)であるようなモノマーが特別に好ましい。
エポキシ基を有するモノマーの好ましい例は以下のものである:アクリル酸2−エチルグリシジル、メタクリル酸2−エチルグリシジル、アクリル酸2−(n−プロピル)グリシジル、メタクリル酸2−(n−プロピル)グリシジル、アクリル酸2−(n−ブチル)グリシジル、メタクリル酸2−(n−ブチル)グリシジル、メタクリル酸グリシジル、アクリル酸グリシジルメチル、メタクリル酸グリシジルメチル、アクリル酸グリシジル、アクリル酸(3’,4’−エポキシヘプチル)−2−エチル、メタクリル酸(3’,4’−エポキシヘプチル)−2−エチル、アクリル酸6’,7’−エポキシヘプチル、メタクリル酸6’,7’−エポキシヘプチル、アリルグリシジルエーテル、アリル3,4−エポキシヘプチルエーテル、6,7−エポキシヘプチルアリルエーテル、ビニルグリシジルエーテル、ビニル3,4−エポキシヘプチルエーテル、3,4−エポキシヘプチルビニルエーテル、6,7−エポキシヘプチルビニルエーテル、o−ビニルベンジルグリシジルエーテル、m−ビニルベンジルグリシジルエーテル、p−ビニルベンジルグリシジルエーテル、および3−ビニルシクロヘキセンオキシド。
使用するエポキシ基を有するモノマーが、アクリル酸グリシジル(アルキル)であれば好ましい。アクリル酸グリシジルまたはメタクリル酸グリシジルを使用することが特に好ましい。
本発明の、エポキシ基を有するエチレン−酢酸ビニルコポリマーは、溶液中で、
i)1〜59重量%の共重合されるエチレン、
ii)40〜99重量%の共重合される酢酸ビニル、および
iii)1〜20重量%の共重合される、式(I)または(Ia)のエポキシ基を有するモノマー、
[ここで、これらのパーセントはそれぞれ、成分を総合計したもの(i+ii+iii)を基準としている]
を使用して調製され、
その反応を、
− 極性有機溶媒中、(モノマー+溶媒)の総合計を基準にして、20重量%を超えて75重量%までの溶媒濃度で、
− 100〜1000バールの圧力下、
− 30〜150℃、好ましくは50〜110℃の温度で、
− 使用するモノマーを基準にして、0.01〜1.5重量%の重合開始剤の存在下、
− 重合の際、ii)および溶媒の溶液中にiii)を計量添加して、酢酸ビニルii)に基づいて20〜90重量%、好ましくは30〜80重量%の転化率になるまで、
実施することを特徴としている:。
計量添加では、iii)を、酢酸ビニルおよび溶媒を基準にして5〜60重量%、好ましくは10〜50重量%の、エポキシ基を有するモノマーの溶液として使用することが好ましい。
その計量添加が連続であるのが好ましい。
いずれの場合においても、それらのモノマーの比率を合計したものが100重量%とならなければならない。
極性有機溶媒は、少なくとも50重量%の程度のtert−ブタノールを含む溶媒である。好ましい溶媒は、tert−ブタノールそのものである。
重合の開始時および/または重合の途中で、その開始剤系の全部または個々の成分を計量添加することも同様に考えられる。重合の途中で、全部および個々の成分を分けて添加することが好ましい。順次添加を使用することによって、反応速度を調節することができる。重合を均質に進行させるために、重合の開始時にその開始剤系のほんの一部のみを使用し、残りのものを重合の途中に計量添加することも可能である。
別な方法として、欧州特許第0 374 666B1号明細書からの方法によって調製した、エポキシ基を有するエチレン−酢酸ビニルコポリマーを使用することもまた可能である。
エポキシモノマーの比率は、エチレン−酢酸ビニルコポリマーを基準にして、20重量%未満、好ましくは15重量%未満、より好ましくは10重量%未満とすることが好ましい。
[カルボキシル化ニトリルゴム(b)]
本発明の加硫可能な組成物において使用するカルボキシル化ニトリルゴムは、少なくとも1種の共役ジエン、少なくとも1種のα,β−不飽和ニトリル、および1種または複数のさらに共重合可能なカルボキシル基を有するモノマーから誘導される繰り返し単位を有する、各種適切なカルボキシル化ニトリルゴムであってよい。
そのカルボキシル化ニトリルゴム中¥には、いかなる共役ジエンが存在していてもよい。(C〜C)共役ジエンを使用することが好ましい。1,2−ブタジエン、1,3−ブタジエン、イソプレン、2,3−ジメチルブタジエン、ピペリレン、またはそれらの混合物が特に好ましい。特に好ましいのは、1,3−ブタジエンおよびイソプレンまたはそれらの混合物である。さらにより好ましいのは、1,3−ブタジエンである。
使用するα,β−不飽和ニトリルは、各種公知のα,β−不飽和ニトリルであってよいが、(C〜C)−α,β−不飽和ニトリル、たとえば、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、エタクリロニトリルまたはそれらの混合物が好ましい。特に好ましいのは、アクリロニトリルである。
必要に応じて使用する、さらなる共重合性モノマーは、たとえば以下のものであってよい:芳香族ビニルモノマー、好ましくはスチレン、α−メチルスチレンおよびビニルピリジン、フッ素化ビニルモノマー、好ましくはフルオロエチルビニルエーテル、フルオロプロピルビニルエーテル、o−フルオロメチルスチレン、ペンタフルオロ安息香酸ビニル、ジフルオロエチレンおよびテトラフルオロエチレン、あるいはそうでなければ、共重合性の老化防止性モノマー、好ましくはN−(4−アニリノフェニル)アクリルアミド、N−(4−アニリノフェニル)メタクリルアミド、N−(4−アニリノフェニル)シンナミド、N−(4−アニリノフェニル)クロトンアミド、N−フェニル−4−(3−ビニルベンジルオキシ)アニリン、およびN−フェニル−4−(4−ビニルベンジルオキシ)アニリン、ならびにさらに非共役ジエン、たとえば4−シアノシクロヘキセンおよび4−ビニルシクロヘキセン、またはそうでなければ、アルキン、たとえば1−もしくは2−ブチン。
あるいは、使用するさらなる共重合性モノマーは、カルボキシル基を有する共重合性ターモノマー、たとえばα,β−不飽和モノカルボン酸、それらのエステル、α,β−不飽和ジカルボン酸、それらのモノエステルもしくはジエステル、それらに対応する酸無水物、またはそれらのアミドを含み得る。
カルボキシル化ニトリルゴムにおいて使用する、カルボキシル基を有するモノマーの繰り返し単位は、一般式(II)
Figure 0005845353
[式中、R、R、Rは、同一であるかまたは異なっていて、それぞれ、H、直鎖状もしくは分岐状で飽和またはモノもしくはポリ不飽和のアルキル基、飽和またはモノもしくはポリ不飽和のカルボ−もしくはヘテロシクリル基、アリール、ヘテロアリール、アリールアルキル、ヘテロアリールアルキル、アルコキシ、アリールオキシ、ヘテロアリールオキシ、アミノ、アミド、カルバモイル、アルキルチオ、アリールチオ、スルファニル、チオカルボキシル、スルフィニル、スルフォノ、スルフィノ、スルフェノ、スルホン酸、スルファモイル、ヒドロキシイミノ、アルコキシカルボニル、F、Cl、Br、I、ヒドロキシル、ホスホナト、ホスフィナト、シリル、シリルオキシ、ニトリル、ホウ酸塩、セレン酸塩、カルボニル、カルボキシル、オキシカルボニル、オキシスルホニル、オキソ、チオキソ、エポキシ、シアネート、チオシアネート、イソシアネート、チオイソシアネート、またはイソシアニド、またはカルボキシル基であり、
nは、0または1であり、
Xは、O、O(CR、(CRO、C(=O)O、C(=O)O(CR、C(=O)NR、(CR、N(R)、N(R)(CR、P(R)、P(R)(CR、P(=O)(R)、P(=O)(R)(CR、S、S(CR、S(=O)、S(=O)(CR、S(=O)(CR、またはS(=O)であるが、ここでこれらの基の中のRは、R1〜R3と同一の定義を有していてよく、pは、1〜1000の間の数値と考えてよく、
mは、0または1であり、
Yは、同一であるかまたは異なっていて、それぞれ、直鎖状もしくは分岐状で飽和またはモノもしくはポリ不飽和のアルキル基、飽和またはモノもしくはポリ不飽和のカルボ−もしくはヘテロシクリル基、アリール、ヘテロアリール、アリールアルキル、ヘテロアリールアルキル、またはアルコキシアリール基である]
を有している。
ニトリルゴムに重合されるカルボン酸モノマーの量は、アクリロニトリルおよび共役ジエンモノマーから誘導されるニトリルゴム100重量部を基準にして、一般的には1〜20重量部、好ましくは2〜10重量部である。
[メタセシスおよび水素化]:
カルボキシル化ニトリルゴムの調製に続けて、(1)ニトリルゴムの分子量を低下させるためのメタセシス反応、または(2)メタセシス反応とそれに続けての水素化、または(3)水素化のみを実施することも可能である。これらのメタセシス反応または水素化反応は、当業者には十分に周知であり、文献にも記載されている。メタセシスは、たとえば国際公開第A−02/100941号パンフレットおよび国際公開第A−02/100905号パンフレットからも公知であり、分子量を低下させるために使用することができる。
水素化は、均一系または不均一系の水素化触媒を使用して実施することができる。使用する触媒は、典型的には、ロジウム、ルテニウムまたはチタンをベースとするものであるが、白金、イリジウム、パラジウム、レニウム、ルテニウム、オスミウム、コバルト、または銅を金属としてか、またはそうでなければ好ましくは金属化合物の形態として使用することも可能である(たとえば、米国特許第A−3,700,637号明細書、独国特許出願公開第A−25 39 132号明細書、欧州特許出願公開第A−0 134 023号明細書、独国特許出願公開第A−35 41 689号明細書、独国特許出願公開第A−35 40 918号明細書、欧州特許出願公開第A−0 298 386号明細書、独国特許出願公開第A−35 29 252号明細書、独国特許出願公開第A−34 33 392号明細書、米国特許第A−4,464,515号明細書、および米国特許第A−4,503,196号明細書を参照されたい)。
均一相における水素化のために好適な触媒および溶媒は、以下において記述され、独国特許出願公開第A−25 39 132号明細書および欧州特許出願公開第A−0 471 250号明細書からも公知である。選択的水素化は、たとえば、ロジウム触媒またはルテニウム触媒の存在下で達成することができる。たとえば次の一般式の触媒を使用することが可能である。
(R B)MX
式中、Mはルテニウムまたはロジウムであり、Rは、同一であるかまたは異なっていて、C〜Cアルキル基、C〜Cシクロアルキル基、C〜C15アリール基、またはC〜C15アラルキル基であり、Bは、リン、ヒ素、硫黄またはスルホキシド基S=Oであり、Xは水素またはアニオン、好ましくはハロゲン、より好ましくは塩素または臭素であり、lは2、3または4であり、mは2または3であり、そしてnは1、2または3、好ましくは1または3である。好適な触媒は、塩化トリス(トリフェニルホスフィン)ロジウム(I)、塩化トリス(トリフェニルホスフィン)ロジウム(III)、および塩化トリス(ジメチルスルホキシド)ロジウム(III)、さらにはテトラキス(トリフェニルホスフィン)ロジウム水素化物、式((CP)RhH、およびそれに対応するトリフェニルホスフィンが全面的または部分的にトリシクロヘキシルホスフィンによって置換された化合物である。触媒の使用量は少量でよい。その量を、ポリマーの重量を基準にして、0.01〜1重量%の範囲、好ましくは0.03〜0.5重量%の範囲、より好ましくは0.1〜0.3重量%の範囲とするのが好適である。
典型的には、その触媒を助触媒と共に使用することが推奨されるが、その助触媒は、式R Bの配位子であり、ここでR、mおよびBはそれぞれ、上で触媒について定義したものである。好ましくは、mが3であり、Bがリンであり、R基は同一であっても異なっていてもよい。その助触媒が、トリアルキル、トリシクロアルキル、トリアリール、トリアラルキル、ジアリールモノアルキル、ジアリールモノシクロアルキル、ジアルキルモノアリール、ジアルキルモノシクロアルキル、ジシクロアルキルモノアリール、またはジシクロアルキルモノアリールラジカルを有していることが好ましい。
助触媒の例は、たとえば米国特許第A−4,631,315号明細書に見出すことができる。好適な助触媒は、トリフェニルホスフィンである。助触媒は、水素化されるニトリルゴムの重量を基準にして、0.3〜5重量%の範囲内、好ましくは0.5〜4重量%の範囲の量で使用することが好ましい。それに加えて、好ましくは、ロジウム触媒の助触媒に対する重量比は、水素化されるニトリルゴム100重量部を基準にして、1:3〜1:55の範囲、より好ましくは1:5〜1:45の範囲であり、水素化されるニトリルゴム100重量部を基準にして、好ましくは0.1〜33重量部、より好ましくは0.5〜20重量部、さらにより好ましくは1〜5重量部、特には2重量部を超え5重量部未満の助触媒を使用する。
この水素化の実務的な遂行は、米国特許第A−6,683,136号明細書からも当業者には公知である。それは、典型的には、トルエンまたはモノクロロベンゼンのような溶媒の中で、100〜150℃の範囲の温度と50〜150バールの範囲の圧力で2〜10時間かけて、水素化されるニトリルゴムを水素と接触させることによって実施される。
本発明の文脈においては、水素化とは、出発ニトリルゴムの中に存在している二重結合を、少なくとも50%、好ましくは70〜100%、より好ましくは80〜100%の割合で転化させることを意味していると理解されたい。水素化の程度の測定は当業者には周知であり、ラマンまたはIR分光光度法によって実施することができる(たとえば、欧州特許出願公開第A−0 897 933号明細書(ラマン分光光度法による測定)または米国特許第A−6,522,408号明細書(IR分光光度法による測定)を参照されたい)。
不均一系触媒を使用する場合においては、それらは典型的には、パラジウムをベースとする担持触媒であって、それらは、たとえば木炭、シリカ、炭酸カルシウムまたは硫酸バリウムの上に担持されている。
本発明の、エポキシ基を有するエチレン−酢酸ビニルコポリマーは、典型的には5〜120、好ましくは10〜100ムーニー単位、より好ましくは15〜80ムーニー単位の範囲のムーニー粘度(ML(1+4@100℃))を有している。ムーニー粘度(ML1+4@100℃)の値は、100℃で、DIN 53523/3またはASTM D 1646に従う剪断円板粘度計の手段によって求められる。
エポキシ基を有するエチレン−酢酸ビニルコポリマーはさらに、典型的には、1.0〜6.0の範囲、好ましくは1.5〜5.0の範囲の多分散度PDI=M/M(ここで、Mは重量平均分子量であり、Mは数平均分子量である)を有している。
エポキシ基を有するエチレン−酢酸ビニルコポリマーのガラス転移温度は、−80℃〜+20℃の範囲、好ましくは−70℃〜+15℃の範囲、より好ましくは−40℃〜10℃の範囲である。
本発明の加硫可能な組成物が、1:3〜3:1、好ましくは1:1の(a):(b)の比率を有しているのが好ましい。
一つの好ましい実施形態では、本発明の加硫可能な組成物が、
(a)少なくとも1種のエチレン−酢酸ビニルコポリマーであって、エポキシ基を有し;エポキシ基を有するエチレン−酢酸ビニルコポリマーを基準にして、少なくとも20重量%、好ましくは少なくとも30重量%、より好ましくは少なくとも40重量%の酢酸ビニル含量を有し;少なくとも1個のエチレンと、ビニルエステルと、アクリル酸2−エチルグリシジル、メタクリル酸2−エチルグリシジル、アクリル酸2−(n−プロピル)グリシジル、メタクリル酸2−(n−プロピル)グリシジル、アクリル酸2−(n−ブチル)グリシジル、メタクリル酸2−(n−ブチル)グリシジル、メタクリル酸グリシジル、アクリル酸グリシジルメチル、メタクリル酸グリシジルメチル、アクリル酸グリシジル、アクリル酸(3’,4’−エポキシヘプチル)−2−エチル、メタクリル酸(3’,4’−エポキシヘプチル)−2−エチル、アクリル酸6’,7’−エポキシヘプチル、メタクリル酸6’,7’−エポキシヘプチル、アリルグリシジルエーテル、アリル3,4−エポキシヘプチルエーテル、6,7−エポキシヘプチルアリルエーテル、ビニルグリシジルエーテル、ビニル3,4−エポキシヘプチルエーテル、3,4−エポキシヘプチルビニルエーテル、6,7−エポキシヘプチルビニルエーテル、o−ビニルベンジルグリシジルエーテル、m−ビニルベンジルグリシジルエーテル、p−ビニルベンジルグリシジルエーテル、および3−ビニルシクロヘキセンオキシドからなる群から選択される少なくとも1種のエポキシ基を有するモノマーとから誘導される繰り返し単位を有する、エチレン−酢酸ビニルコポリマー、ならびに
(b)少なくとも1種のカルボキシル化ニトリルゴム
を含む。
本発明の好ましい実施形態は、(c)少なくとも1種の充填剤、をさらに含む加硫可能な組成物に関する。たとえば、カーボンブラック、シリカ、カーボンナノチューブ、Teflon(後者は粉体の形態であるのが好ましい)、またはシリケートを使用することが可能である。
さらなる実施形態においては、本発明の加硫可能な組成物にはさらに、ゴム分野における当業者には馴染みのある1種または複数の添加剤を含んでいてもよい。これらの添加剤としては、以下のものが挙げられる:充填剤活性化剤、老化安定剤、加硫戻り安定剤、光安定剤、オゾン安定剤、加工助剤、可塑剤、鉱油、粘着付与剤、発泡剤、染料、顔料、ワックス、樹脂、増量剤、加硫抑制剤、およびゴム産業において公知のさらなるその他の添加剤(Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry,VCH Verlagsgesellschaft mbH,D−69451 Weinheim,1993,vol A23,“Chemicals and Additives”,p.366〜417)。
有用な充填剤活性化剤としては、たとえば有機シラン、好ましくはビニルトリメチルオキシシラン、ビニルジメトキシメチルシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリス(2−メトキシエトキシ)シラン、N−シクロヘキシル−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−アミノプロピルトリメトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、トリメチルエトキシシラン、イソオクチルトリメトキシシラン、イソオクチルトリエトキシシラン、ヘキサデシルトリメトキシシラン、または(オクタデシル)メチルジメトキシシランが挙げられる。さらなる充填剤活性化剤としては、たとえば、トリエタノールアミン、トリメチロールプロパン、ヘキサントリオール、および74〜10 000g/molの分子量を有するポリエチレングリコールなどの界面活性物質が挙げられる。充填剤活性化剤の量は、エポキシ基を有するエチレン−酢酸ビニルコポリマーの100重量部を基準にして、典型的には0〜10重量部である。
加硫可能な組成物に添加することができる老化安定剤は、当業者に公知のいかなるものであってもよいが、それは、エポキシド基を含み、エチレン−酢酸ビニルコポリマー100重量部を基準にして、典型的には0〜5重量部、好ましくは0.5〜3重量部の量で使用する。
有用な離型剤としては、たとえば、飽和もしくは部分的に不飽和の脂肪酸およびオレイン酸およびそれらの誘導体(脂肪酸エステル、脂肪酸の塩、脂肪族アルコール、脂肪酸アミド)が挙げられる。それに加えて、金型の表面に塗布することが可能な製品、たとえば低分子量シリコーン化合物をベースとする製品、フルオロポリマーをベースとする製品、およびフェノール樹脂をベースとする製品を使用することも可能である。それらの離型剤は、エポキシド基を含み、エチレン−酢酸ビニルコポリマー100重量部を基準にして、0〜10重量部、好ましくは0.5〜5重量部の量で使用する。
その他の可能性としては、米国特許第A−4,826,721号明細書の教示に従った、ガラス製の強化材(繊維)を用いた補強が挙げられ、またそれとは別に、脂肪族および芳香族ポリアミド(Nylon(登録商標)、Aramid(登録商標))、ポリエステル、および天然繊維製品から製造したコード、織布、繊維による補強も挙げられる。
本発明はさらに、少なくとも1種の、エポキシ基を有するエチレン−酢酸ビニルコポリマー(a)を、少なくとも1種のカルボキシル化ニトリルゴム(b)と混合することによる、加硫可能な組成物を製造するための方法も提供する。
この混合操作は、当業者に馴染みのあるすべての混合装置で実施することができる。1種または複数の充填剤および1種または複数のさらなるゴム添加剤を使用する場合には、それらは、各種所望の順序で混合することも可能である。
本発明はさらに、エポキシ基を有するエチレン−酢酸ビニルコポリマーをベースとする加硫物を製造するための方法も提供するが、ここで、本発明の加硫可能な組成物は、20〜250℃の範囲、好ましくは50〜230℃の範囲、より好ましくは100℃〜210℃へ温度を上げることによって架橋される。その架橋反応時間は、1分〜数日、好ましくは5分〜120分の範囲である。その加硫時間は、所望される加硫反応生成物によって決まる。
本発明はさらに、そのようにして得られる加硫物も提供する。それらは、室温、100℃、および150℃での圧縮永久歪み試験において極めて良好な数値、さらには、400%までの高い引張応力に組み合わせて、25MPaまでの良好な破断歪みも示す。
本発明の、エポキシ基を有し、場合によって全面的もしくは部分的に水素化されているニトリルゴムにおけるアクリロニトリル含量(「ACN含量」)を求めるための窒素含量は、DIN 53 625に従いケルダール法により測定する。極性のコモノマーが含まれているために、そのエポキシ基を有し、場合によって水素化されているニトリルゴムは、典型的には、20℃でメチルエチルケトン中に85重量%を超えて溶解する。
ガラス転移温度ならびにその開始点および終了点と呼ばれるものは、ASTM E 1356−03またはDIN 11357−2に従って、示差走査熱量測定(DSC)の手段によって測定する。
個々のポリマーのターモノマー含量は、1H NMR(装置:Bruker DPX400、XWIN−NMR3.1ソフトウェア、測定周波数400MHz)の手段により求めた。
ムーニー粘度(ML1+4@100℃)の値は、それぞれの場合において、DIN 53523/3またはASTM D 1646に従う剪断円板粘度計の手段によって100℃で測定する。
MDRにおける加硫プロファイルおよびその解析データは、ASTM D 5289−95に従って、Monsanto MDR 2000レオメーターで測定した。
所定の温度での圧縮永久歪み(「CS」)は、DIN 53517に従って測定した。
ショアーA硬度は、ASTM−D2240−81に従って測定した。
変形の関数として応力を測定する引張試験は、DIN 53504またはASTM D412−80に従って実施した。
以下の表において用いた略称は次の意義を有する:
「RT」:室温(23±2℃)
「TS」:引張強度(RTで測定)
「EB」:破断時伸び(RTで測定)
「M50」:50%伸びの時のモジュラス(RTで測定)
「M100」:100%伸びの時のモジュラス(RTで測定)
「M300」:300%伸びの時のモジュラス(RTで測定)
「Smax」:架橋等温式の最大トルク
「t10」:Smaxの10%に達した時間
「t95」:Smaxの95%に達した時間
実施例においては以下の物質を使用した:
以下の化学薬品は、それぞれの場合において特定した会社からの商品として購入したか、または特定した会社の製造プラント由来のものである。
Corax(登録商標)N550/30:カーボンブラック(市販品、Evonik Degussa製)
エチレン:市販品、Air Liquide Deutschland GmbH製
酢酸ビニル:市販品、Sigma−Aldrich Chemie GmbH製
メタクリル酸グリシジル:市販品、Sigma−Aldrich Chemie GmbH製
Krynac X 750 Grade:カルボキシル化ニトリルゴム(7%カルボキシル基、27%ACN、47MU)(市販品、LANXESS Emulsion Rubber(La Wantzenau,France)製)
tert−ブタノール:市販品、Sigma−Aldrich Chemie GmbH製
2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル(ADVN):市販品、DuPont de Nemours製。
I.本発明の、エポキシ含有エチレン−酢酸ビニルコポリマーの調製
5Lの撹拌式オートクレーブの中で、エポキシ含有エチレン−酢酸ビニルコポリマーを調製した。この目的のためには、5Lの反応器内に、709.0gのt−ブタノールと、1317.0gの酢酸ビニルと、4.0gのメタクリル酸グリシジルと、2.50gのADVNおよび250.0gの酢酸ビニル/t−ブタノール溶液(20%酢酸ビニル)からなる252.5gの活性化剤溶液と、からなる2030gの溶液をRTで連続的に取り入れた。この反応器に窒素を充填してから、1083gのエチレンを注入した。温度を上昇させて61℃としたが、その過程で、約380バールの圧力に達した。半時間後に、その反応混合物の中に、122.2gのt−ブタノール、107.8gの酢酸ビニルおよび76.0gのメタクリル酸グリシジルからなる溶液を、0.6g/分の速度で計量添加した。その反応過程の間ずっと、エチレンを注入することによってその圧力を約380バールに維持した。
10時間の反応時間の後で、溶液を減圧してから、溶媒を除去した。
そのようにして調製されたメタクリル酸グリシジル−エチレン−酢酸ビニルコポリマーは、次の組成を有している:
38.0重量%のエチレン
55.3重量%の酢酸ビニル
6.7重量%のメタクリル酸グリシジル。
そのムーニー粘度(ML1+4/100℃)は、16.4Muである。そのガラス転移温度は、−21℃である。
II.カルボキシル化ニトリルゴムを用いた、Iからの、メタクリル酸グリシジル−エチレン−酢酸ビニルコポリマー加硫物の製造
メタクリル酸グリシジル−エチレン−酢酸ビニルコポリマー(a)およびカルボキシル化ニトリルゴム(b)を使用して、以下のようにしてブレンド物を製造し、それを加硫した。加硫可能な混合物の組成は、100部のゴムを基準にしたものである。
混合物は、ローラーシステム上で製造した。この目的のためには、それらのゴム(a)および(b)の両方を、ローラーシステム上で、カーボンブラックと共に15分間かけて混合した。この過程では、その温度が120℃を超えないようにした。使用したカルボキシル化ニトリルゴムは、LANXESS Emulsion Rubber(La Wantzenau,France)製の、市販されている標準的な、Krynac(登録商標)X 750 Gradeであった。
Figure 0005845353
得られた加硫物は、表2〜4に示す性質を有していた。
Figure 0005845353
Figure 0005845353
Figure 0005845353

Claims (12)

  1. (a)少なくとも1種のエチレン−酢酸ビニルコポリマーであって、エポキシ基を有し、エポキシ基を有する前記エチレン−酢酸ビニルコポリマーを基準にして、少なくとも20重量%の酢酸ビニル含量を有する、エチレン−酢酸ビニルコポリマー、および
    (b)少なくとも1種のカルボキシル化ニトリルゴム、
    を含む、加硫可能な組成物。
  2. エポキシ基を有する前記エチレン−酢酸ビニルコポリマー(a)が、一般式(I):
    Figure 0005845353
    [式中、
    mは、0または1であり、
    Xは、O、O(CR、(CRO、C(=O)O、C(=O)O(CR、C(=O)NR、(CR、N(R)、N(R)(CR、P(R)、P(R)(CR、P(=O)(R)、P(=O)(R)(CR、S、S(CR、S(=O)、S(=O)(CR、S(=O)(CR、またはS(=O)であり、ここでこれらの基におけるRは、R〜Rと同一の定義を有していてよく、
    Yは、共役もしくは非共役ジエン、アルキン、およびビニル化合物を含む1種または複数のモノもしくはポリ不飽和モノマーの繰り返し単位を表すか、あるいはポリエーテル、ポリシロキサン、ポリオール、ポリカーボネート、ポリウレタン、ポリイソシアネート、多糖類、ポリエステル、およびポリアミドを含むポリマーから誘導される構造要素を表し、
    nとpは、同一であるかまたは異なり、それぞれ0〜10000の範囲であり、
    R、R、R、R、R、R、およびRは、同一であるかまたは異なり、それぞれ、H、直鎖状もしくは分岐状で飽和またはモノもしくはポリ不飽和のアルキル基、飽和またはモノもしくはポリ不飽和のカルボシクリル基もしくはヘテロシクリル基、アリール、ヘテロアリール、アリールアルキル、ヘテロアリールアルキル、アルコキシ、アリールオキシ、ヘテロアリールオキシ、アミノ、アミド、カルバモイル、アルキルチオ、アリールチオ、スルファニル、チオカルボキシル、スルフィニル、スルフォノ、スルフィノ、スルフェノ、スルホン酸、スルファモイル、ヒドロキシイミノ、アルコキシカルボニル、F、Cl、Br、I、ヒドロキシル、ホスホナト、ホスフィナト、シリル、シリルオキシ、ニトリル、ホウ酸塩、セレン酸塩、カルボニル、カルボキシル、オキシカルボニル、オキシスルホニル、オキソ、チオキソ、エポキシ、シアネート、チオシアネート、イソシアネート、チオイソシアネート、またはイソシアニドである]
    のエポキシ基を有するモノマーの繰り返し単位を有することを特徴とする、請求項1に記載の加硫可能な組成物。
  3. エポキシ基を有する前記エチレン−酢酸ビニルコポリマー(a)が、アクリル酸2−エチルグリシジル、メタクリル酸2−エチルグリシジル、アクリル酸2−(n−プロピル)グリシジル、メタクリル酸2−(n−プロピル)グリシジル、アクリル酸2−(n−ブチル)グリシジル、メタクリル酸2−(n−ブチル)グリシジル、アクリル酸グリシジルメチル、メタクリル酸グリシジル、メタクリル酸グリシジルメチル、アクリル酸グリシジル、アクリル酸(3',4'−エポキシヘプチル)−2−エチル、メタクリル酸(3',4'−エポキシヘプチル)−2−エチル、アクリル酸6',7'−エポキシヘプチル、メタクリル酸6',7'−エポキシヘプチル、アリルグリシジルエーテル、アリル3,4−エポキシヘプチルエーテル、6,7−エポキシヘプチルアリルエーテル、ビニルグリシジルエーテル、ビニル3,4−エポキシヘプチルエーテル、3,4−エポキシヘプチルビニルエーテル、6,7−エポキシヘプチルビニルエーテル、o−ビニルベンジルグリシジルエーテル、m−ビニルベンジルグリシジルエーテル、p−ビニルベンジルグリシジルエーテル、および3−ビニルシクロヘキセンオキシドの群から選択されるエポキシ基を有するモノマーの繰り返し単位を有することを特徴とする、請求項2に記載の加硫可能な組成物。
  4. エポキシモノマーの比率が、前記エチレン−酢酸ビニルコポリマーを基準にして、20重量%未満であることを特徴とする、請求項3に記載の加硫可能な組成物。
  5. 前記カルボキシル化ニトリルゴムが、少なくとも1種の共役ジエン、少なくとも1種のα,β−不飽和ニトリル、および1種または複数種のカルボキシル基を有するモノマーから誘導される繰り返し単位を有することを特徴とする、請求項4に記載の加硫可能な組成物。
  6. 前記カルボキシル化ニトリルゴムが、一般式(II):
    Figure 0005845353
    [式中、
    、R、Rは、同一であるかまたは異なり、それぞれ、H、直鎖状もしくは分岐状で飽和またはモノもしくはポリ不飽和のアルキル基、飽和またはモノもしくはポリ不飽和のカルボシクリル基もしくはヘテロシクリル基、アリール、ヘテロアリール、アリールアルキル、ヘテロアリールアルキル、アルコキシ、アリールオキシ、ヘテロアリールオキシ、アミノ、アミド、カルバモイル、アルキルチオ、アリールチオ、スルファニル、チオカルボキシル、スルフィニル、スルフォノ、スルフィノ、スルフェノ、スルホン酸、スルファモイル、ヒドロキシイミノ、アルコキシカルボニル、F、Cl、Br、I、ヒドロキシル、ホスホナト、ホスフィナト、シリル、シリルオキシ、ニトリル、ホウ酸塩、セレン酸塩、カルボニル、カルボキシル、オキシカルボニル、オキシスルホニル、オキソ、チオキソ、エポキシ、シアネート、チオシアネート、イソシアネート、チオイソシアネート、イソシアニド、またはカルボキシル基であり、
    nは、0または1であり、
    Xは、O、O(CR、(CRO、C(=O)O、C(=O)O(CR、C(=O)NR、(CR、N(R)、N(R)(CR、P(R)、P(R)(CR、P(=O)(R)、P(=O)(R)(CR、S、S(CR、S(=O)、S(=O)(CR、S(=O)(CR、またはS(=O)であり、ここで、これらの基のRは、R〜Rと同一の定義を有していてよく、pは、1〜1000の値であってよく、
    mは、0または1であり、
    Yは、同一であるかまたは異なり、それぞれ、直鎖状もしくは分岐状で飽和またはモノもしくはポリ不飽和のアルキル基、飽和またはモノもしくはポリ不飽和のカルボシクリル基もしくはヘテロシクリル基、アリール、ヘテロアリール、アリールアルキル、ヘテロアリールアルキル、またはアルコキシアリール基である]
    のカルボキシル基を有するモノマーの繰り返し単位を有することを特徴とする、請求項5に記載の加硫可能な組成物。
  7. カルボキシル基を有するモノマーの量が、アクリロニトリルおよび前記共役ジエンモノマーから誘導される前記ニトリルゴムの100重量部を基準にして、1〜20重量部であることを特徴とする、請求項6に記載の加硫可能な組成物。
  8. 前記カルボキシル化ニトリルゴムが、完全にまたは部分的に水素化されていることを特徴とする、請求項7に記載の加硫可能な組成物。
  9. (a)対(b)の比率が、1:3〜3:1であることを特徴とする、請求項7または8に記載の加硫可能な組成物。
  10. (a)少なくとも1種のエチレン−酢酸ビニルコポリマーであって、エポキシ基を有する前記エチレン−酢酸ビニルコポリマーを基準にして、少なくとも20重量%の酢酸ビニル含量を有し、少なくとも1個のエチレンと、ビニルエステルと、アクリル酸2−エチルグリシジル、メタクリル酸2−エチルグリシジル、アクリル酸2−(n−プロピル)グリシジル、メタクリル酸2−(n−プロピル)グリシジル、アクリル酸2−(n−ブチル)グリシジル、メタクリル酸2−(n−ブチル)グリシジル、メタクリル酸グリシジル、アクリル酸グリシジルメチル、メタクリル酸グリシジルメチル、アクリル酸グリシジル、アクリル酸(3’,4’−エポキシヘプチル)−2−エチル、メタクリル酸(3’,4’−エポキシヘプチル)−2−エチル、アクリル酸6’,7’−エポキシヘプチル、メタクリル酸6’,7’−エポキシヘプチル、アリルグリシジルエーテル、アリル3,4−エポキシヘプチルエーテル、6,7−エポキシヘプチルアリルエーテル、ビニルグリシジルエーテル、ビニル3,4−エポキシヘプチルエーテル、3,4−エポキシヘプチルビニルエーテル、6,7−エポキシヘプチルビニルエーテル、o−ビニルベンジルグリシジルエーテル、m−ビニルベンジルグリシジルエーテル、p−ビニルベンジルグリシジルエーテル、および3−ビニルシクロヘキセンオキシドの群から選択される少なくとも1種のエポキシ基を有するモノマーと、から誘導される繰り返し単位を有する、エチレン−酢酸ビニルコポリマー、ならびに
    (b)少なくとも1種のカルボキシル化ニトリルゴム、
    を含む、請求項1〜9のいずれか一項に記載の加硫可能な組成物。
  11. エポキシ基を有するエチレン−酢酸ビニルコポリマー(a)少なくとも1種と、カルボキシル化ニトリルゴム(b)少なくとも1種とを混合することによる、請求項1〜9のいずれか一項に記載の加硫可能な組成物から硫物を製造するための方法。
  12. エポキシ基を有するエチレン−酢酸ビニルコポリマーをベースとする加硫物を製造するための方法であって、請求項1〜10のいずれか一項に記載の加硫可能な組成物を、20〜250℃の範囲の範囲に上昇させた温度で架橋させることを特徴とする、方法。
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