JP6717927B2 - シリカで補強されたエラストマー複合材の製造方法およびそれを含む製品 - Google Patents
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Description
(a)シリカの不安定化された分散液を含む少なくとも第1の流体の圧力下の連続流を準備し、そしてエラストマーラテックスを含む第2の流体の連続流を準備する工程であって、シリカは、第1の流体の質量を基準として約6質量%〜約35質量%のシリカの質量%を有し、そしてシリカは、40質量%超の固形分となるようには予め乾燥されてはいない、工程、
(b)約15phr〜約180phrのシリカ含有量を有するエラストマー複合材を生じるように、第1の流体および第2の流体の体積流量を調整する工程、ならびに、
(c)第1の流体流および第2の流体流を(例えば、半密閉反応区間中で)、シリカをエラストマーラテックス内に分配させるのに十分な衝撃で混合して、固体のシリカ含有の連続したゴム相または半固体のシリカ含有の連続したゴム相の流れを得る工程。この方法は、エラストマーラテックスを、液体から、固体もしくは半固体のシリカ含有の連続したゴム相の流れに変換する。シリカ含有の連続したゴム相は、固体または半固体のシリカ含有の連続したゴム相の実質的な連続流として回収することができる。
− 1つもしくは2つ以上の貯蔵工程、または更なる弾性を発達させるための更なる固化または凝固工程。
− 1つもしくは2つ以上の脱水工程を、脱水された複合材を得るように複合材を脱水するために用いることができる。
− 1つもしくは2つ以上の押出工程。
− 1つもしくは2つ以上のカレンダー工程。
− ミル粉砕された複合材を得るための1つもしくは2つ以上のミル粉砕工程。
− 1つもしくは2つ以上の顆粒化工程。
− ベール化された製品または混合物を得るための1つもしくは2つ以上のベール化工程。
− このベール化された混合物または製品は、粉々にされて顆粒化された混合物を形成することができる。
− 配合された複合材を得るための1つもしくは2つ以上の混合もしくは配合工程。
− 1つもしくは2つ以上の貯蔵工程、または更なる弾性を発達させるための更なる凝固工程。
−脱水された複合材を得るための、複合材(例えば、反応区画を出るエラストマー複合材)の脱水工程。
− 配合された混合物を得るために、脱水された複合材を混合または配合する工程。
− ミル粉砕された混合物を得るために、配合された混合物をミル粉砕する工程(例えば、ロールミル)。
− ミル粉砕された混合物を顆粒化または混合する工程。
− 随意選択的に、ベール化された混合物を得るために、顆粒化または混合工程の後に、この混合物をベール化する工程。
− 随意選択的に、ベール化された混合物を粉々にし、そして混合する工程。
シリカ 例1
これらの例において、「フィールドラテックス」は、約30質量%の乾燥ゴム含有量を有するフィールドラテックス(Muhibbah Lateks Sdn Bhd(マレーシア))であった。「ラテックス濃縮物」は、Muhibbah Lateks Sdn Bhd(マレーシア)またはChemionics Corporation(Tallmadge、オハイオ州)からのラテックス濃縮物(高アンモニア品種)であり、純水もしくは0.6質量%〜0.7質量%のアンモニアを含む水のいずれかを用いて、約50%だけ、約30質量%の乾燥ゴム含有量まで希釈された。これらのマスターバッチ例において以下に特に断りのない限り、「シリカ」はSolvay USA Inc.(Cranbury、ニュージャージー州)(旧Rhodia)からのZEOSIL(商標)Z1165 MP沈降シリカであった。しかしながら、下記のマスターバッチの例のそれぞれについて、上記のシリカ 例1−5の方法によって調製された乾燥されていないシリカスラリーは、同じ効果を有するそのようなマスターバッチの例の第1の流体のパラメータに調整されることができ、そして同じ効果を有するそのようなマスターバッチの例の第1の流体に置き換えることができる。
実際のシリカ充填量は、熱重量分析(TGA)によって、ISO6231法に従って測定された。
試験材料は、mmサイズの小片に切断され、そして測定のために水分計(例えば、Ohaus Corporation(Parsippany、ニュージャージー州)のModel MB35およびModel MB45)中に容れた。水含有量は、試験試料が一定の質量に達するまで、130℃で20分間〜30分間測定した。
これらの例では、粒子からなるスラリーのゼータ電位が、Colloidal Dynamics, LLC(Ponte Vedra Beach、フロリダ州、米国)のZetaProbe Analyzer(商標)を用いて測定された。多周波数電気音響学技術で、このZetaProbeで、60体積%の高い粒子濃度で、ゼータ電位が直接に測定された。この装置は、先ずColloidal Dynamicsから供給されたKSiW較正液(2.5mS/cm)を用いて較正された。40gの試料を、次いで攪拌棒を備えた30mLのテフロンカップ(Part #A80031)中に容れ、そしてこのカップを、250rpmの攪拌速度で、攪拌台(Part #A80051)上に置いた。この測定は、周囲温度(約25℃)で、浸漬プローブ173を用いて、一点モードで、5点の試験を実施した。データは、Colloidal Dynamicsから提供されたZP version 2.14c Polar(商標)ソフトウエアを用いて解析された。ゼータ電位値は、粒子上の電荷の極性に応じて、負または正であることができる。ゼータ電位の「大きさ」は、絶対値で表される(例えば、−35mVのゼータ電位値は、−20mVのゼータ電位値よりもより高い大きさを有している)。ゼータ電位の大きさは、分散液中の同じに荷電した粒子間の静電的反発の度合いを反映する。ゼータ電位の大きさが高ければ高いほど、分散液中の粒子はより安定である。ゼータ電位の測定は、下記のように調製された粒子状シリカスラリーで行われた。
以下の例中で示される場合、方法は、例示的プロセスAを用いて実施された。プロセスAにおいて、乾燥沈降シリカおよび水(粒子状物質を取り除くためにろ過された市水)を計量し、そして混合し、そして次いでrotor-statorミル中で粉砕して、シリカスラリーを形成し、そしてこのシリカスラリーを、供給タンク中で、撹拌機および他のrotor-statorミルを用いて更に粉砕した。このシリカスラリーを、次いで2つの撹拌機が装備された作業タンクへと移送した。このシリカスラリーを、作業タンクからホモジナイザーを通して循環して、作業タンクへと戻した。酸(ギ酸または酢酸、Kong Long Huat Chemicals(マレーシア)から得られた工業グレードまたは塩(硝酸カルシウム、Mey Chern Chemicals(マレーシア)から得られた工業グレード)の溶液を次いで、作業タンク中にポンプ送液した。このスラリーを、作業タンク内で、攪拌を通して、そして随意選択的に循環ループによって、分散された状態に維持した。好適な時間の後に、シリカスラリーを、ホモジナイザーによって、図1aに示されたもののような、密閉された反応区画(13)へと供給した。スラリー中のシリカの濃度および酸もしくは硝酸カルシウムの濃度は、下記の具体的な例の中で示されている。
材料は、反応区画から大気圧で200〜800kg/時(乾燥質量)の流量で脱水押出機(French Oil Machinery Company(Piqua、オハイオ州))中に排出された。この押出機(内径8.5インチ)は、種々のダイ孔ボタン構成を備えたダイプレートを装備されており、そして90〜123RPMの典型的な回転速度、400〜1300psigのダイプレート圧、および80kW〜125kWの出力で運転された。この押出機中で、シリカ含有ゴムは、圧縮され、そしてシリカ含有ゴムの外に搾り出された水は、押出機の細い隙間を開けたバレルを通して排出された。典型的には15〜60質量%の水を含む脱水された製品が、押出機の出口で得られた。
脱水された製品は、連続式配合機(Farrel連続式混合器(FCM)、Farrel Corporation(Ansonia、コネティカット州)、#7および15ローター付き)中に落下され、ここでそれは乾燥され、素練りされ、そして1〜2phrの酸化防止剤(例えば、Flexsys(St. Louis、ミズーリ州)の6PPD)、および随意選択的に、シランカップリング剤(例えば、Momentive Performance Materials, Inc.(Waterford、ニューヨーク州)から得られるNXTシラン、シリカ質量を基準として8質量%のシラン)と混合された。FCMの水ジャケットの温度は、100℃に設定され、そして排出オリフィスでのFCM温度は、140℃〜180℃であった。FCMを出る、素練りされ、脱水されたエラストマー複合材の水分含有量は、約1質量%〜5質量%であった。この製品は、オープンミル上で、更に素練りされ、そして冷却された。エラストマー複合材のゴムシートが、オープンミルから直接に切断され、丸められ、そして空気中で冷却された。
以下の例で表される場合には、例示的な方法は、例示的プロセスBを用いて実施された。プロセスBでは、乾燥シリカが秤量され、そして5ガロンのバケツと、被筒付きの撹拌機を備えた高せん断のオーバーヘッドの試験用混合器(Silverson Model AX3、Silverson Machines, Inc.(East Longmeadow、マサチューセッツ州)、5200rpm〜5400rpmで30〜45分間得運転)を用いて、脱イオン水と混合された。一旦、シリカが概ね水中に分散され、そしてポンプ送液できるようになったら、シリカスラリーは、蠕動ポンプ(Masterflex 7592-20 system - drive and controller、77601-10ポンプヘッド、I/P 73管を使用; Cole-Palmer(Vernon Hills、イリノイ州))によって、作業タンク(30ガロン、凸状底部容器)中にインラインの高せん断rotor-stator混合器(Silverson Model 150LB、蠕動ポンプの後に配置、60Hzで運転)を備えた混合ループ中に移送し、そしてシリカ凝集体およびいずれかの残留するシリカ顆粒を更に破壊するように粉砕した。作業タンク中のスラリーは、次いで2L/分で、混合ループ中を、いずれかのシリカ凝集体が、適切に粉砕され、そして分散されるのを確実にするように、全スラリー体積の少なくとも5〜7回の回転に十分な時間(45分間超)、循環された。約60rpmで回転する低せん断アンカー翼を備えたオーバーヘッド混合器(Ika Eurostar power control visc-P7、IKA-Works, Inc.(Wilmington、ノースカロライナ州)が、作業タンク中で、シリカ粒子のゲル化または沈殿を防止するように用いられた。酸(ギ酸または酢酸、Sigma Aldrich(St. Louis、ミズーリ州)の試薬グレード)または塩(硝酸カルシウム、塩化カルシウム、酢酸カルシウムまたは硫酸アルミニウム塩、Sigma Aldrich(St. Louis、ミズーリ州)の試薬グレード)を、粉砕の後に、作業タンク中でスラリーに加えた。スラリー中のシリカの量ならびに酸もしくは塩の種類および濃度は、下記の具体的な例についてテーブル4中に示されている。
脱水された製品は、乾燥および素練りして、素練りされ、脱水されたエラストマー複合材を形成するために、ブラベンダー混合器(300cc)中に入れられた。ローターを被覆するに十分な脱水された材料が、この混合器中に充填された。この混合器の初期の温度は、100℃に設定され、そしてローター速度は通常60rpmであった。脱水された製品中に残る水は、水蒸気に変換され、そして混合プロセスの間に、この混合器の外に蒸発した。この混合器中の材料が蒸発の結果として膨張したので、いずれかのあふれた材料は、必要に応じて取り除かれた。シランカップリング剤(Momentive Performance Materials, Inc.(Waterford、ニューヨーク州)から得られるNXTシラン、シリカ質量を基準として8質量%のシラン)および/または酸化防止剤(6PPD、N−(1,3−ジメチルブチル)−N’−フェニル−p−フェニレンジアミン、Flexsys(St. Louis、ミズーリ州))のいずれかまたは両方を、この混合器の温度が140℃超である時に、この混合器へと随意選択的に加えた。この混合器の温度が160℃に到達した場合には、この混合器内の材料は、材料が排出される前に、ローター速度を変えることによって、2分間に亘って、160℃〜170℃に保持された。素練りされ、脱水されたエラストマー複合材は、次いでオープンミル上で処理された。このミルから引き取られるこの材料の水分含有量は、典型的には2質量%未満であった。
** 主要活性成分:S−(3−(トリエトキシシリル)プロピル)オクタンチオアート(Momentive(Friendly、ウェストバージニア州))
*** ジフェニルグアニジン(Akrochem(Akron、オハイオ州))
**** N−tert−ブチルベンゾチアゾール−2−スルフェンアミド(Emerald Performance Materials(Cuyahoga Falls、オハイオ州))
NR=天然ゴム
S=上記のとおり
b.ゼータ電位値は、同じ品種のシリカのスラリーの、塩もしくは酸の濃度に対するゼータ電位依存性の実験的な曲線からの内挿によって決定した。
b.入口ノズル速度は、シリカスラリーが、ラテックスと接触する前に、反応区画へと、第1の入口(3)におけるノズル(3a)を通過するときの、シリカスラリーの速度である。
c.スラリーおよびラテックス流量は、シリカスラリーおよびラテックス流体の、それらが反応区画へと供給されるときの、それぞれのL/時での体積流量である。
d.例5−11および5−12では、Agilon(商標)454シリカが使われた。
比較例5−2の18.5%の不安定化されたシリカスラリー中の塩濃度は、0.48%であり、ゼータ電位は−17mVであり、本発明の例4−4(−14.1mV)および4−5(−18.4mV)の不安定化度と同等の不安定化度を示したが、しかしながら、比較例5−2で選択された比較的に低い流量比で、ラテックス濃縮物を用いて30phrのシリカ含有量の生成条件では、固体のシリカ含有の連続したゴム相は形成されなかった。いずれかの理論によって拘束されることは望まないが、比較例5−2におけるの反応区画中のラテックス濃縮物による塩および/または不安定化されたシリカスラリーの過度の希釈は、反応区画内でのゴムラテックス粒子の凝固速度を非常に低下させ、それによって反応区画内の0.36秒間の滞留時間内では、まとまった連続的なゴム相は形成されなかったことが信じられる。
条件(約1.9kgの乾燥された材料用)
2.7kgの25質量%シリカスラリー、粉砕されている
4.0kgのラテックス濃縮物
0.060kg(同等の乾燥量)の塩、溶液で
条件(約1.9kgの乾燥された材料用)
3.1kgの25質量%シリカスラリー、粉砕されている
3.6kgのラテックス濃縮物
0.060kgの塩、乾燥状態で添加
条件(約2kgの乾燥された材料用)
2.6kgの25質量%シリカスラリー、粉砕されている
8.4kgの脱イオン水
4.0kgのラテックス濃縮物
0.090kgの塩、溶液で
条件(約2kgの乾燥された材料用)
3.1kgの25質量%シリカスラリー、粉砕されている
9.9kgの水
3.7kgのラテックス濃縮物
0.10kgの塩、溶液で
条件(約1.9kgの乾燥された材料用)
1%のCaCl2を含む、4.0kgの25質量%スラリー、粉砕されている
2.7kgのラテックス濃縮物
条件(約1.9kgの乾燥された材料用)
3.0kgの25質量%シリカスラリー
3.8kgのラテックス濃縮物
0.06kgの塩、溶液で
条件(約1.9kgの乾燥された材料用)
3.3kgの25質量%シリカスラリー
3.4kgのラテックス濃縮物
0.06kgの塩、溶液で
条件(約1.9kgの乾燥された材料用、2バッチで実施された)
1.0kgの25質量%シリカスラリー
15.6kgの水
3.0kgのラテックス濃縮物
0.120kgの塩、溶液で
条件(約1.9kgの乾燥された材料用、2バッチで実施された)
1.0kgの25質量%シリカスラリー
15.7kgの水
2.4kgのラテックス濃縮物
0.110kgの塩、溶液で
b.ゼータ電位値は、同じ品種のシリカのスラリーの、塩もしくは酸の濃度に対するゼータ電位依存性の実験的な曲線からの内挿によって決定した。
c.入口ノズル速度は、ラテックスとの接触の前の、反応区画(13)へと、シリカスラリーが第1の入口(3)においてノズル(3a)を通過するときの、シリカスラリーの速度である。
d.スラリーおよびラテックする流量は、それぞれシリカスラリーおよびラテックス流体の、それらが反応区画へと供給される時の、L/時での体積流量である。
(1)
(a)圧力下で、粒子状形態の、そして第1の流体の質量を基準として約6質量%〜35質量%のシリカの質量%を有する、シリカの不安定化された分散液を含む少なくとも第1の流体の連続した流れを提供する工程、このシリカは、シリカを40質量%超の固形分含有量まで乾燥することなしに得られたものである、および、
(b)エラストマーラテックスを含む少なくとも第2の流体の連続した流れを提供する工程、
(c)エラストマー複合材中に約15phr〜約180phrのシリカ含有量を生じるように第2の流体の体積流量に対して相対的な第1の流体の体積流量を提供する工程、
(d)第1の流体の流れおよび第2の流体の流れを、十分なエネルギーの衝撃で混合して、シリカをエラストマーラテックス中に分配して、固体のシリカ含有の連続したゴム相もしくは半固体のシリカ含有の連続したゴム相の流れを得る工程。
(2)工程1(a)の前に更に以下の工程を含む方法。
(a)ケイ酸塩の溶液を酸性化して、沈降シリカの水性スラリーを得る工程、および、
(b)前記沈降シリカの水性スラリーをろ過して、フィルタケークの質量を基準として約60質量%〜約90質量%の水含有量を有するフィルタケークの形態の、沈降シリカを得る工程。
(3)前記フィルタケークを機械的に処理する工程を更に含む方法であって、シリカ粒子の凝集、フィルタケーク粘度、またはそれらの組み合わせは減少されている、方法。
(4)沈降シリカの前記水性スラリーの酸性度を調節する工程を更に含む、方法。
(5)工程1(a)の前に、更に以下の工程を含む、方法。
(a)ケイ酸塩の溶液を酸性化して、初期のイオン濃度を有する沈降シリカの水性スラリーを得る工程、および、
(b)前記沈降シリカの水性スラリーの前記初期のイオン濃度を調整して、約10mM〜約160mMのイオン濃度を有する沈降シリカの不安定化された分散液を生じさせる工程。
(6)工程1(a)の前に、以下の工程を更に含む、方法。
(a)ケイ酸塩の溶液を酸性化して、沈降シリカの水性スラリーを得る工程、
(b)前記沈降シリカを乾燥することなく、沈降シリカの前記水性スラリーを約6質量%〜約35質量%の固形分含有量に調整して、前記沈降シリカの不安定化された分散液を得る工程。
(7)工程1(a)の前に、以下の工程を更に含む、方法。
(a)ケイ酸塩の溶液を酸性化して、沈降シリカの水性スラリーを得る工程、
(b)沈降シリカを、フィルタケークを形成することなく、回収する工程。
(8)前記調整が、沈降シリカの前記水性スラリーをろ過して、フィルタケークの形態の沈降シリカを得て、このフィルタケークを水性媒体で洗浄し、そしてフィルタケークの固形分含有量およびイオン濃度を調整して前記第1の流体を生じさせることを含む、方法。
(9)前記フィルタケークを機械的に処理する工程を更に含む方法であって、シリカ粒子の凝集、フィルタケーク粘度、またはそれらの組み合わせが低減されている、方法。
(10)工程1(a)の前に、以下の工程を更に含む、方法。
(a)ケイ酸塩の水溶液をカーボンブラック粒子の水性スラリーに加えて、反応混合物を形成する工程、
(b)前記反応混合物のpHを調整して、シリカを、カーボンブラック粒子の上に堆積させ、そして初期のイオン濃度を有する、シリカがコーティングされたカーボンブラック粒子の水性スラリーを生じさせる工程、および、
(c)前記反応混合物を、40質量%超の固形分含有量まで乾燥させることなく、前記シリカをコーティングされたカーボンブラック粒子の前記水性スラリーを、約6質量%〜約35質量%の固形分含有量に調整する工程。
(11)前記シリカが、シリカコーティングされたカーボンブラックである、方法。
(12)沈降シリカの前記水性スラリーの前記初期のイオン濃度を調整して、約10mM〜約160mMのイオン濃度を有する、シリカコーティングされたカーボンブラック粒子の不安定化された分散液を生じさせる工程を更に含む方法。
(13)以下の工程を含むゴム配合物の製造方法。
(a)請求項1の方法を実施する工程、および、
(b)前記シリカエラストマー複合材を、他の成分と混合して、前記ゴム配合物を形成する工程であって、前記他の成分は、少なくとも1種の酸化防止剤を含んでいる、工程。
(14)少なくとも1種の酸化防止剤が、シリカに対して、6PPD酸化防止剤よりも低い親和性を有している、方法。
(15)前記酸化防止剤が、重合された、2,2,4−トリメチル 1−1,2−ジヒドロキノリンまたは2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノール、6PPD酸化防止剤、またはそれらの組み合わせを含む、方法。
(16)前記シリカが、少なくとも1種のシランで化学的に処理されている、方法。
(17)前記シリカが、工程1(a)を実施する前に、シラン処理される、方法。
(18)前記方法は、粒子状シリカを機械的に処理する工程を更に含んでおり、工程1(a)を実施する前に、制御されたシリカの粒子径分布が得られる、方法。
本発明は、上記の方法によって作られ、そして天然ゴム中に分散された少なくとも40phrのシリカおよび少なくとも40質量%の水性流体を含んでおり、長さ寸法(L)を有する、固体のシリカ含有のゴム相の物品を更に含んでおり、前記固体のシリカ含有の連続したゴム相の物品は、破断することなく、(L)の少なくとも130%まで伸ばされることができる。
本発明は、以下の態様を含んでいる。
(1)以下の工程を含むシリカエラストマー複合材の製造方法、
(a)第1の流体の質量を基準として約6質量%〜約35質量%のシリカの質量%を有する、粒子状の形態のシリカの不安定化された分散液を含む少なくとも第1の流体の圧力下での連続した流れを提供する工程であって、前記シリカは、前記シリカを40質量%超の固形分含有量まで乾燥することなく得られたものである、工程;
(b)エラストマーラテックスを含む少なくとも第2の流体の連続した流れを提供する工程;
(c)前記エラストマー複合材中に約15phr〜約180phrのシリカ含有量が生じるように第2の流体の体積流量に対して相対的な第1の流体量の体積流量を提供する工程;
(d)前記第1の流体の流れおよび前記第2の流体の流れを、十分なエネルギーの衝撃で混合して、前記シリカを前記エラストマーラテックス中に分配して、固体のシリカ含有の連続したゴム相もしくは半固体のシリカ含有の連続したゴム相の流れを得る工程。
(2)工程1(a)の前に更に以下の工程、
(a)ケイ酸塩の溶液を酸性化して、沈降シリカの水性スラリーを得る工程、および、
(b)前記沈降シリカの水性スラリーをろ過して、フィルタケークの質量を基準として約60質量%〜約90質量%の水含有量を有するフィルタケークの形態の、沈降シリカを得る工程、
を含む、(1)記載の方法。
(3)前記フィルタケークを機械的に処理する工程を更に含み、シリカ粒子の凝集、フィルタケーク粘度、またはそれらの組み合わせは減少されている、(2)記載の方法。
(4)前記沈降シリカの水性スラリーの酸性度を調節する工程を更に含む、(2)記載の方法。
(5)工程1(a)の前に、更に以下の工程、
(a)ケイ酸塩の溶液を酸性化して、初期のイオン濃度を有する沈降シリカの水性スラリーを得る工程、および、
(b)前記沈降シリカの水性スラリーの前記初期のイオン濃度を調整して、約10mM〜約160mMのイオン濃度を有する前記沈降シリカの不安定化された分散液を生じさせる工程、
を含む、(1)記載の方法。
(6)工程1(a)の前に、以下の工程、
(a)ケイ酸塩の溶液を酸性化して、沈降シリカの水性スラリーを得る工程、
(b)前記沈降シリカを乾燥することなく、前記沈降シリカの水性スラリーを約6質量%〜約35質量%の固形分含有量に調整して、前記沈降シリカの不安定化された分散液を得る工程、
を更に含む、(1)記載の方法。
(7)工程1(a)の前に、以下の工程、
(a)ケイ酸塩の溶液を酸性化して、沈降シリカの水性スラリーを得る工程、
(b)沈降シリカを、フィルタケークを形成することなく、回収する工程。
を更に含む、(1)記載の方法。
(8)前記調整が、前記沈降シリカの水性スラリーをろ過して、フィルタケークの形態の沈降シリカを得て、前記フィルタケークを水性媒体で洗浄し、そしてフィルタケークの固形分含有量およびイオン濃度を調整して前記第1の流体を生じさせることを含む、(5)記載の方法。
(9)前記フィルタケークを機械的に処理する工程を更に含む方法であって、シリカ粒子の凝集、フィルタケーク粘度、またはそれらの組み合わせが低減されている、(8)記載の方法。
(10)工程1(a)の前に、以下の工程
(a)ケイ酸塩の水溶液をカーボンブラック粒子の水性スラリーに加えて、反応混合物を形成する工程、
(b)前記反応混合物のpHを調整して、シリカを、カーボンブラック粒子の上に堆積させ、そして初期のイオン濃度を有する、シリカがコーティングされたカーボンブラック粒子の水性スラリーを生じさせる工程、および、
(c)前記反応混合物を、40質量%超の固形分含有量まで乾燥させることなく、前記シリカをコーティングされたカーボンブラック粒子の前記水性スラリーを、約6質量%〜約35質量%の固形分含有量に調整する工程、
を更に含む、(1)記載の方法。
(11)前記シリカが、シリカコーティングされたカーボンブラックである、(1)記載の方法。
(12)前記沈降シリカの水性スラリーの前記初期のイオン濃度を調整して、約10mM〜約160mMのイオン濃度を有する、シリカコーティングされたカーボンブラック粒子の不安定化された分散液を生じさせる工程を更に含む、(10)記載の方法。
(13)以下の工程、
(a)(1)記載の方法を実施する工程、および、
(b)前記シリカエラストマー複合材を、他の成分と混合して、前記ゴム配合物を形成する工程であって、前記他の成分は、少なくとも1種の酸化防止剤を含んでいる、工程、
を含むゴム配合物の製造方法。
(14)少なくとも1種の酸化防止剤が、シリカに対して、6PPD酸化防止剤よりも低い親和性を有している、(13)記載の方法。
(15)前記酸化防止剤が、重合された、2,2,4−トリメチル 1−1,2−ジヒドロキノリンまたは2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノール、6PPD酸化防止剤、またはそれらの組み合わせを含む、(14)記載の方法。
(16)前記シリカが、少なくとも1種のシランで化学的に処理されている、(1)記載の方法。
(17)前記シリカが、工程1(a)を実施する前に、シラン処理される、(16)記載の方法。
(18)前記方法が、粒子状シリカを機械的に処理する工程を更に含んでおり、工程1(a)を実施する前に、制御されたシリカの粒子径分布が得られる、(1)記載の方法。
(19)前記機械的な処理が、粉砕(grinding)、ミル粉砕、粉砕(comminution)、バッシング、または高せん断流体処理、またはそれらのいずれかの組み合わせを含む、(18)記載の方法。
(20)前記シリカが、沈降シリカである、(1)記載の方法。
(21)前記シリカが、約20m 2 /g〜約450m 2 /gのBET表面積を有する、(1)記載の方法。
(22)前記固体もしくは半固体のシリカ含有のゴム相の前記流れが、前記第1の流体の流れと第2の流体の流れを混合させた後に2秒間以下で形成される、(1)記載の方法。
(23)記固体もしくは半固体のシリカ含有の連続したゴム相の前記流れが、前記第1の流体の流れと第2の流体の流れを混合させた後に約50ミリ秒間〜約1500ミリ秒間で形成される、(1)記載の方法。
(24)工程(a)中の前記第1の流体が、少なくとも1種の塩を更に含む、(1)記載の方法。
(25)工程(a)中の前記第1の流体が、少なくとも1種の酸を更に含む、(1)記載の方法。
(26)前記固体もしくは半固体のシリカ含有の連続したゴム相が、約40質量%〜約95質量%の水もしくは水性流体を含む、(1)記載の方法。
(27)前記混合が、約10cc〜約500ccの体積を有する反応区画中で起こる、(1)記載の方法。
(28)前記相対的な体積流量が、0.4:1〜3.2:1の第1の流体の第2の流体に対する体積流量比である、(1)記載の方法。
(29)前記相対的な体積流量が、0.2:1〜2.8:1の第1の流体の第2の流体に対する体積流量比である、(1)記載の方法。
(30)前記相対的な体積流量が、0.4:1〜3.2:1の第1の流体の第2の流体に対する体積流量比であり、かつ前記シリカの不安定化された分散液が、少なくとも1種の塩を含む、(1)記載の方法。
(31)前記相対的な体積流量が、0.2:1〜2.8:1の第1の流体の第2の流体に対する体積流量比であり、かつ前記粒子状シリカの不安定化された分散液が、少なくとも1種の酸を含む、(1)記載の方法。
(32)前記エラストマーラテックスが、塩基を含み、前記シリカの不安定化された分散液が少なくとも1種の酸を含み、そして前記第1の流体中の前記酸中の水素イオンの、前記第2の流体中の前記塩基に対するモル比が、少なくとも1.0である、(1)記載の方法。
(33)前記エラストマーラテックスが、塩基を含み、前記シリカの不安定化された分散液が少なくとも1種の酸を含み、そして前記第1の流体中の前記酸中の水素イオンの、前記第2の流体中の前記塩基に対するモル比が、1〜4.5である、(1)記載の方法。
(34)前記シリカの不安定化された分散液が少なくとも1種の酸を含み、そして前記第2の流体中に存在する前記エラストマーラテックスが、前記エラストマーラテックスの質量を基準として約0.3質量%〜約0.7質量%のアンモニア濃度を有しており、そして前記第1の流体中の前記酸の中の水素イオンの、前記第2の流体中のアンモニアに対するモル比が、少なくとも1.1である、(1)記載の方法。
(35)前記シリカエラストマー複合材の前記シリカ含有量が、約35phr〜約115phrである、(1)記載の方法。
(36)前記シリカエラストマー複合材の前記シリカ含有量が、約40phr〜約115phrである、(1)記載の方法。
(37)前記シリカの不安定化された分散液が、約10質量%〜約28質量%のシリカを含む、(1)記載の方法。
(38)周囲圧力で、前記固体もしくは半固体のシリカ含有の連続したゴム相を回収する工程を更に含む、(1)記載の方法。
(39)前記シリカの不安定化された分散液を含む前記第1の流体が、30mV未満のゼータ電位の大きさを有する、(1)記載の方法。
(40)前記シリカの不安定化された分散液が、少なくとも1種の塩を含み、前記不安定化された分散液中の塩イオン濃度が、約10mM〜約160mMである、(1)記載の方法。
(41)前記シリカの不安定化された分散液が少なくとも1種の塩を含み、前記不安定化された分散液中に存在する前記塩が、前記不安定化された分散液の質量を基準として約0.2質量%〜約2質量%の量である、(1)記載の方法。
(42)前記シリカの不安定化された分散液が少なくとも1種の酸を含み、前記不安定化された分散液中に存在する前記酸が、前記不安定化された分散液の質量を基準として約0.8質量%〜約7.5質量%の量である、(1)記載の方法。
(43)前記シリカの不安定化された分散液が少なくとも1種の酸を含み、前記不安定化された分散液中の酸濃度が約200mM〜約1000mMである、(1)記載の方法。
(44)工程(c)が、速度Aの第1の流体の連続流および速度Bの第2の流体の連続流で行われ、そして速度Aが速度Bよりも少なくとも2倍速い、(1)記載の方法。
(45)工程(c)が、半密閉の反応区画中で行われ、そして前記第1の流体が、前記第2の流体と混合するに際して前記反応区画中でキャビテーションを誘発するのに十分な速度を有する、(1)記載の方法。
(46)前記第2の流体が、乱流を発生させるのに十分な速度を有する、(45)記載の方法。
(47)前記シリカの不安定化された分散液が、疎水性表面部分を有する表面改質シリカを含む、(1)記載の方法。
(48)前記第1の流体が、水性流体を含む、(1)記載の方法。
(49)前記第1の流体が、少なくとも1種の塩、および少なくとも1種の酸を更に含む、水性流体を含む、(48)記載の方法。
(50)カーボンブラックが、前記シリカエラストマー複合材中に、前記シリカエラストマー複合材中に存在する全粒子を基準として約10質量%〜約0.1質量%の量で存在する、(1)記載の方法。
(51)前記方法が、シリカの分散液を、そのシリカの分散液のpHを低下させることによって不安定化させて、工程1(a)で提供される前記シリカの不安定化された分散液を形成する工程を更に含む、(1)記載の方法。
(52)前記方法が、前記シリカの分散液のpHを2〜4のpHに低下させることによってシリカの分散液を不安定化させて、工程1(a)で提供される前記シリカの不安定化された分散液を形成する工程を更に含む、(1)記載の方法。
(53)前記シリカが、親水性表面を有する、(1)記載の方法。
(54)前記シリカの粒子径分布が、約500nm〜約50μmである、(18)記載の方法。
(55)前記酸が、酢酸、ギ酸、クエン酸、リン酸、または硫酸、またはそれらのいずれかの組み合わせを含む、(25)記載の方法。
(56)前記酸が、200未満の分子量または平均分子量を有する、(25)記載の方法。
(57)前記塩が、少なくとも1種の1、2または13族の金属の塩を含む、(24)記載の方法。
(58)前記塩が、カルシウム塩、マグネシウム塩、またはアルミニウム塩、またはそれらの組み合わせを含む、(24)記載の方法。
(59)前記エラストマーラテックスが、天然ゴムラテックスである、(1)記載の方法。
(60)前記天然ゴムラテックスが、フィールドラテックス、ラテックス濃縮物、脱スラッジされたラテックス、化学的に改質されたラテックス、酵素学的に改質されたラテックス、それらのいずれかの組み合わせの形態である、(59)記載の方法。
(61)前記天然ゴムが、エポキシ化天然ゴムラテックスの形態である、(59)記載の方法。
(62)前記天然ゴムラテックスが、ラテックス濃縮物の形態である、(59)記載の方法。
(63)前記シリカエラストマー複合材を更なるエラストマーと混合して、エラストマー複合材混合物を形成する工程を更に含む、(1)記載の方法。
(64)以下の工程
(a)(1)記載の方法を行う工程、および、
(b)前記シリカエラストマー複合材を、他の成分と混合して、ゴム配合物を形成する工程、前記他の成分は、少なくとも1種の酸化防止剤、硫黄、エラストマーラテックス以外のポリマー、触媒、エクステンダー油、樹脂、カップリング剤、1種もしくは2種以上の更なるエラストマー複合材、または補強用充填剤、またはそれらのいずれかの組み合わせを含む、
を含むゴム配合物の製造方法。
(65)タイヤ、成型物、マウント、ライナー、コンベヤ、シール、またはジャケットから選択されたゴム物品の製造方法であって、以下の工程
(a)(1)記載の方法を行う工程、および、
(b)前記シリカエラストマー複合材を、他の成分と配合して配合物を形成する工程、および、
(c)前記配合物を加硫して、前記ゴム物品を形成する工程、
を含む方法。
(66)前記シリカエラストマー複合材を回収した後に、1種もしくは2種以上の後処理工程を行うことを更に含む、(1)記載の方法。
(67)前記後処理工程が以下の工程、
a)前記シリカエラストマー複合材を脱水して、脱水された混合物を得る工程、
b)前記脱水された混合物を混合または配合して、配合されたシリカエラストマー複合材を得る工程、
c)前記配合されたシリカエラストマー複合材をミル粉砕して、ミル粉砕されたシリカエラストマー複合材を得る工程、
d)前記ミル粉砕されたシリカエラストマー複合材を顆粒化または混合する工程、
e)前記シリカエラストマー複合材を、顆粒化または混合した後に、ベール化して、ベール化されたシリカエラストマー複合材を得る工程、
f)前記シリカエラストマー複合材を、押出加工する工程、
g)前記シリカエラストマー複合材を、カレンダー加工する工程、および/または、
h)随意選択的に、前記ベール化されたシリカエラストマー複合材を破断して、そして更なる成分と混合する工程、
の少なくとも1つを含む、(66)記載の方法。
(68)前記後処理工程が、前記シリカエラストマー複合材の、少なくともロールミル処理を含む、(66)記載の方法。
(69)前記後処理工程が、前記固体もしくは半固体のシリカ含有の連続したゴム相を圧縮してその中に含まれた約1質量%〜約15質量%の水性流体を除去する工程を含む、(66)記載の方法。
(70)前記エラストマ―ラテックスが、前記シリカの不安定化された分散液が前記エラストマーラテックスと混合されるときに、少なくとも1種の不安定化剤と接触せしめられる、(1)記載の方法。
(71)前記固体もしくは半固体のシリカ含有の連続したゴム相の前記流れを、少なくとも1種の不安定化剤と接触せしめる工程を更に含む、(1)記載の方法。
(72)前記固体もしくは半固体のシリカ含有の連続したゴム相について、以下の工程、
a)前記固体もしくは半固体のシリカ含有の連続したゴム相を貯蔵タンクまたは容器に移送する工程、
b)前記固体もしくは半固体のシリカ含有の連続したゴム相を加熱して、水含有量を低下させる工程、
c)前記固体もしくは半固体のシリカ含有の連続したゴム相を、酸浴に暴露する工程、
d)前記固体もしくは半固体のシリカ含有の連続したゴム相を、機械的に処理して、水含有量を低減させる工程、
の1つもしくは2つ以上を行う工程を更に含む、(1)記載の方法。
(73)前記シリカエラストマー複合材が、半固体のシリカ含有の連続したゴム相であり、そして前記方法が、前記半固体のシリカ含有の連続したゴム相を、固体のシリカ含有の連続したゴム相に変換する工程を更に含む、(1)記載の方法。
(74)前記半固体のシリカ含有の連続したゴム相が、前記固体のシリカ含有の連続したゴム相へと、少なくとも1種の酸、または少なくとも1種の塩、または少なくとも1種の酸と少なくとも1種の塩の組み合わせを含む水性流体での処理によって、変換される、(82)記載の方法。
(75)前記第2の流体が、2種もしくは3種以上の異なるエラストマーラテックスを含む、(1)記載の方法。
(76)前記プロセスが、1種もしくは2種以上の更なる流体を提供すること、および前記1種もしくは2種以上の更なる流体を前記第1の流体の流れおよび前記第2の流体の流れと混合すること、を更に含み、前記1種もしくは2種以上の更なる流体は、1種もしくは2種以上のエラストマーラテックス流体を含み、そして前記更なる流体が、前記第2の流体の流れの中に存在する前記エラストマーラテックスと同じか、または異なっている、(1)記載の方法。
(77)(1)記載の方法によって作られ、そして天然ゴム中に分散された、少なくとも40phrのシリカおよび少なくとも40質量%の水性流体を含む固体のシリカ含有のゴム相の物品であって、長さ寸法(L)を有し、前記固体のシリカ含有の連続したゴム相の物品が、破断することなく、(L)の少なくとも130%まで延伸することができる、物品。
Claims (13)
- 以下の工程を含むシリカエラストマー複合材の製造方法、
(a)第1の流体の質量を基準として約6質量%〜約35質量%のシリカの質量%を有する、粒子状の形態のシリカの不安定化された分散液を含む少なくとも第1の流体の圧力下での連続した流れを提供する工程であって、前記シリカは、前記シリカを40質量%超の固形分含有量まで乾燥することなく得られたものである、工程であって、該シリカの不安定化された分散液を含む該第1の流体が、30mV未満のゼータ電位の大きさを有する工程;
(b)エラストマーラテックスを含む少なくとも第2の流体の連続した流れを提供する工程;
(c)前記エラストマー複合材中に約15phr〜約180phrのシリカ含有量が生じるように第2の流体の体積流量に対して相対的な第1の流体量の体積流量を提供する工程;
(d)前記第1の流体の流れおよび前記第2の流体の流れを、前記シリカを前記エラストマーラテックス中に分配して、固体のシリカ含有の連続したゴム相もしくは半固体のシリカ含有の連続したゴム相の流れを得るのに十分なエネルギーの衝撃で混合する工程。 - 工程1(a)の前に更に以下の工程、
(a)ケイ酸塩の溶液を酸性化して、沈降シリカの水性スラリーを得る工程、および、
(b)前記沈降シリカの水性スラリーをろ過して、フィルタケークの質量を基準として約60質量%〜約90質量%の水含有量を有するフィルタケークの形態の、沈降シリカを得る工程、
を含む、請求項1記載の方法。 - 前記フィルタケークを機械的に処理する工程を更に含み、シリカ粒子の凝集、フィルタケーク粘度、またはそれらの組み合わせは減少されている、請求項2記載の方法。
- 工程1(a)の前に、更に以下の工程、
(a)ケイ酸塩の溶液を酸性化して、初期のイオン濃度を有する沈降シリカの水性スラリーを得る工程、および、
(b)前記水性スラリーの前記初期のイオン濃度を調整して、約10mM〜約160mMのイオン濃度を有する前記沈降シリカの不安定化された分散液を生じさせる工程、
を含む、請求項1記載の方法。 - 工程1(a)の前に、以下の工程、
(a)ケイ酸塩の溶液を酸性化して、沈降シリカの水性スラリーを得る工程、
(b)前記沈降シリカを乾燥することなく、前記沈降シリカの水性スラリーを約6質量%〜約35質量%の固形分含有量に調整して、前記沈降シリカの不安定化された分散液を得る工程、
を更に含む、請求項1記載の方法。 - 工程1(a)の前に、以下の工程、
(a)ケイ酸塩の溶液を酸性化して、沈降シリカの水性スラリーを得る工程、
(b)沈降シリカを、フィルタケークを形成することなく、回収する工程。
を更に含む、請求項1記載の方法。 - 前記調整が、前記沈降シリカの水性スラリーをろ過して、フィルタケークの形態の沈降シリカを得て、前記フィルタケークを水性媒体で洗浄し、そしてフィルタケークの固形分含有量およびイオン濃度を調整して前記第1の流体を生じさせることを含む、請求項4記載の方法。
- 工程1(a)の前に、以下の工程
(a)ケイ酸塩の水溶液をカーボンブラック粒子の水性スラリーに加えて、反応混合物を形成する工程、
(b)前記反応混合物のpHを調整して、シリカを、カーボンブラック粒子の上に堆積させ、そして初期のイオン濃度を有する、シリカがコーティングされたカーボンブラック粒子の水性スラリーを生じさせる工程、および、
(c)前記反応混合物を、40質量%超の固形分含有量まで乾燥させることなく、前記シリカをコーティングされたカーボンブラック粒子の前記水性スラリーを、約6質量%〜約35質量%の固形分含有量に調整する工程、
を更に含む、請求項1記載の方法。 - 以下の工程、
(a)請求項1記載の方法を実施する工程、および、
(b)前記シリカエラストマー複合材を、他の成分と混合して、ゴム配合物を形成する工程であって、前記他の成分は、少なくとも1種の酸化防止剤を含んでいる、工程、
を含むゴム配合物の製造方法。 - 少なくとも1種の酸化防止剤が、シリカに対して、6PPD酸化防止剤よりも低い親和性を有している、請求項9記載の方法。
- 工程(a)中の前記第1の流体が、少なくとも1種の塩および/または少なくとも1種の酸を更に含む、請求項1記載の方法。
- 前記エラストマーラテックスが、天然ゴムラテックスである、請求項1記載の方法。
- 請求項1記載の方法によって作られ、そして天然ゴム中に分散された、少なくとも40phrのシリカおよび少なくとも40質量%の水性流体を含む固体のシリカ含有のゴム相の物品であって、長さ寸法(L)を有し、前記固体のシリカ含有の連続したゴム相の物品が、破断することなく、(L)の少なくとも130%まで延伸することができる、物品。
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