Эластомерные композиции, включающие углеводородные полимерные добавки и обладающие повышенной герметичностью

Эластомерные композиции, включающие углеводородные полимерные добавки и обладающие повышенной герметичностью

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к эластомерным композициям, имеющим повышенную герметичность. Более конкретно, настоящее изобретение относится к вулканизированным эластомерным композициям, обладающим повышенной герметичностью и содержащим углеводородные полимерные добавки.

Предпосылки создания изобретения

Эластомерные композиции применяют в приготовлении широкого ассортимента товаров, включая шланги, ремни, компоненты обуви, устройства для виброизоляции, шины, а также компоненты шин, например, протекторы, внутренняя облицовка и боковые стенки. Выбор ингредиентов для коммерческих составов эластомерных композиций зависит от соотношения необходимых свойств, применения и конечного назначения изготавливаемого изделия.

Например, в шинной промышленности особенно важно соотношение между свойствами при обработке исходной (невулканизированной) композиции на шинной фабрике и эксплуатационными качествами вулканизированного резинового шинного композита. Также очень важна возможность повышения износостойкости шин, используемых в самых разных условиях, например, таких, в которых эксплуатируются шины сельскохозяйственных машин, шины для самолетов, шины землеройных машин, шины большегрузных автомобилей, шины горнодобывающих машин, шины для мотоциклов, шины для средних грузовиков, а также шины пассажирских автомобилей, при сохранении технологичности невулканизированной эластомерной композиции. Также сохраняются задачи улучшения воздухонепроницаемости, снижение усталости при многократных деформациях, а также способности к адгезии эластомерных композиций с целью соединения с компонентами шин, при отсутствии воздействия на технологичность невулканизированной эластомерной композиции при сохранении или улучшении эксплуатационных физических свойств вулканизированной эластомерной композиции.

Обычно для того, чтобы облегчить обработку соединения, ко многим компонентам шин добавляют различные технологические масла, например, нафтеновые, парафиновые и ароматические масла. Нафтеновое масло предпочтительно для использования в смесях, предназначенных для внутренней облицовки шин, поскольку оно технологически эффективны и обладают выгодными дополнительными свойствами, например, совместимы с эластомерами на основе изобутилена. Однако, хотя эти обычные технологические масла улучшают технологичность, это преимущество может оказывать нежелательное воздействие на различные другие свойства, включая воздухонепроницаемость.

Обычно исходные ингредиенты и материалы, которые применяют при компаундировании шин, воздействуют на все эксплуатационные характеристики, поэтому любые альтернативные средства, применяемые вместо обычных технологических масел, должны быть совместимыми с каучуками, не влиять на скорость вулканизации, легко диспергироваться в компонентах шинной смеси, быть недорогими, и не воздействовать отрицательно на эксплуатационные характеристики шин. Это особенно важно для внутренней облицовки шин и баллонов шин, для которых эксплуатационные свойства должны поддерживаться на определенных допустимых уровнях. Например, небольшое увеличение напряжения при растяжении образца на 300% для соединения, предназначенного для внутренней облицовки шин, может приводить к снижению усталостной прочности и образованию трещин с последующим снижением срока службы шин. Более того, для эластомерных композиций, которые служат в качестве воздушных барьеров, особенно важно, чтобы любые улучшения в технологичности соединения не оказывали отрицательного воздействия на способность композиции к удерживанию воздуха.

Поскольку масла, например, нафтеновое масло марки, предназначенной для шин, или парафиновое масло имеют склонность к повышению воздухопроницаемости эластомерной композиции, для улучшения удерживания воздуха в соединениях, предназначенных для внутренней облицовки шин, применяют галогенбутиловый каучук. Дополнительные улучшения воздухонепроницаемости достигнуты путем добавления к эластомеру глины с образованием «нанокомпозита». Однако, до сих пор сохраняется потребность в эластомерных композициях, обладающих хорошей технологичностью и улучшенной способностью к удерживанию воздуха.

Поскольку многие шины имеют состав и конструкцию, разработанные для конкретных технологических показателей, желательно, чтобы любая замена традиционных технологических масел не влияла на эксплуатационные характеристики шин, например, сопротивление качению, сцепление и характеристики изнашивания. Улучшение качества в отношении удерживания воздуха может дать возможность сохранить или улучшить сопротивление качению на протяжении срока эксплуатации шин, повысить долговечность и снизить рабочие температуры шин, поэтому все еще существует потребность в замещении традиционных технологических масел, используемых для шин и смесей, предназначенных для внутренней облицовки шин, которые позволяют достичь лучшей технологичности смеси и повысить воздухонепроницаемость внутренней облицовки шин.

Краткое изложение сущности изобретения

В одном из аспектов настоящее изобретение представляет собой эластомерную композицию. Эластомерная композиция включает по меньшей мере один С₄-С₇моноолефиновый эластомер, углеводородную полимерную добавку и глину.

В другом аспекте настоящее изобретение представляет собой вулканизированную эластомерную композицию. Вулканизированная эластомерная композиция включает по меньшей мере один С₄-С₇моноолефиновый эластомер, углеводородную полимерную добавку и глину. В некоторых предпочтительных вариантах вулканизированная эластомерная композиция обладает коэффициентом проницаемости при 40°С, составляющим 90 см³·мм/(м²·день) или менее, или, в других предпочтительных вариантах, 80 см³·мм/(м²·день) или менее.

В дополнительном аспекте настоящее изобретение представляет собой барьер для воздуха, например, внутреннюю облицовку шин, баллон для шин или шланг. Барьер для воздуха включает эластомерную композицию, которая получена способом, который включает соединение по меньшей мере одного эластомера на основе моноолефина C₄-C₇, по меньшей мере одного наполнителя, по меньшей мере одной глины, по меньшей мере одной углеводородной полимерной добавки, и по меньшей мере одного вулканизирующего агента. Затем соединенные компоненты подвергают вулканизации. В некоторых предпочтительных вариантах барьер для воздуха обладает коэффициентом проницаемости при 40°С, составляющим 90 см³·мм/(м²·день) или менее, или, в других предпочтительных вариантах, 80 см³·мм/(м²·день) или менее.

В одном из предпочтительных вариантов, а также в комбинации с любым из изложенных выше аспектов или предпочтительных вариантов, углеводородная полимерная добавка может присутствовать в количестве, составляющем от 10 до 40 частей на сто частей каучука. Углеводородная полимерная добавка предпочтительно содержит циклический компонент, и более предпочтительно дициклопентадиен. Углеводородная полимерная добавка может иметь температуру размягчения, измеренную в соответствии со стандартом ASTM Е28-99 и составляющую от примерно 115 до примерно 130°С.

В особенно предпочтительном варианте, а также в комбинации с любым из изложенных выше аспектов или предпочтительных вариантов, эластомерная композиция и/или барьер для воздуха практически не содержат нафтенового масла.

В другом предпочтительном варианте, а также в сочетании с любым из изложенных выше аспектов или предпочтительных вариантов, эластомер на основе С₄-С₇моноолефина можно выбрать из группы, включающей бутиловый каучук, галогенированный бутиловый каучук, разветвленный (звездообразно-разветвленный) бутиловый каучук, галогенированный звездообразно-разветвленный бутиловый каучук, поли(изобутилен-пара-метилситирол), галогенированный поли(изобутилен-пара-метилстирол), каучук общего назначения, природный каучук, полибутадиеновый каучук, полиизопреновый каучук, стирол-бутадиеновый каучук, стирол-изопрен-бутадиеновый каучук, иопрен-бутадиеновый каучук, полибутадиен с высоким содержащием цис-изомера, этилен-пропиленовый каучук, этилен-пропилен-диеновый каучук, нитрильный каучук, бромированный бутиловый каучук, хлорированный бутиловый каучук, звездообразно-разветвленный полиизобутиленовый каучук, а также их смеси.

В дополнительном предпочтительном варианте, а также в сочетании с любым из изложенных выше аспектов или предпочтительных вариантов, глина может представлять собой расслоенную глину, выбранную из группы, включающей расслоенный природный или синтетический монтмориллонит, нонтронит, бейделит, волконскит, лапонит, гекторит, сапонит, сауконит, магадит, кениаит, стинсит, вермикулит, галлоизит, оксиды алюминия, гидротальцит, а также их смеси.

В еще одном предпочтительном варианте, а также в сочетании с любым из изложенных выше аспектов или предпочтительных вариантов, эластомерная композиция или барьер для воздуха может дополнительно включать наполнитель, который можно выбрать из карбоната кальция, слюды, оксида кремния, силикатов, талька, диоксида титана, крахмала, древесной муки, сажи, а также их смесей.

Эти и другие цели, особенности и преимущества станут очевидными со ссылкой на нижеследующее подробное описание, особенно предпочтительные варианты, примеры, а также приложенную формулу изобретения.

Подробное описание сущности изобретения

В настоящем разделе описаны различные конкретные предпочтительные варианты, разновидности и примеры, включая типичные предпочтительные варианты и определения, которые выбраны для целей понимания заявленного изобретения. Хотя нижеследующее подробное описание содержит конкретные особенно предпочтительные варианты, лица, квалифицированные в данной области техники, оценят, что данные предпочтительные варианты приведены только в целях иллюстрации, и что изобретение можно осуществлять другими способами. При определении посягательств сфера действия настоящего изобретения будет рассматриваться на основе любого одного или более пункта приложенной формулы изобретения, включая их эквиваленты, а также элементы или ограничения, которые эквивалентны изложенным. Любая ссылка на «изобретение» может означать упоминание одного или более, не обязательно всех, изобретений, определенных в формуле изобретения.

Выражение «част./100 част. каучука» означает количество частей в расчете на сто частей каучука, и представляет собой единицу измерения, принятую в данной области техники, при использовании этой единицы количество компонента композиции измеряют по отношению к общему содержанию всех эластомерных (каучуковых) компонентов. Общее количество част./100 част. каучука, или частей всех каучуковых компонентов, независимо от того, один, два, три или более различных каучуковых компонентов присутствует в данной рецептуре, определяется как 100 част./100 част. каучука. Все другие не каучуковые компоненты измеряют как их отношение к 100 частям каучука, и выражают в част./100 част. каучука.

Под выражением «эластомер» в данном описании понимают любой полимер или комбинацию полимеров, соответствующие определению стандарта ASTM D1566, включенного в настоящее описание в качестве ссылки. В настоящем описании выражение «эластомер» может применяться взаимозаменяемо с выражением «каучук».

Эластомерные композиции в соответствии с настоящим изобретением могут включать различные эластомеры, углеводородные полимерные добавки (УПД), глину и наполнители. В одном из предпочтительных вариантов разнообразные эластомеры обычно присутствуют в эластомерной композиции в количестве 100 част./100 част. каучука по отдельности или в некоторой комбинации друг с другом, а УПД присутствуют в количестве от 5 до 50 част./100 част. каучука.

В одном из предпочтительных вариантов эластомерную композицию применяют в шинах или компонентах шин, например, в составе внутренней облицовки для шин. В эталонных смесях для внутренней облицовки шин эластомерная композиция может включать: 100 част./100 част. каучука эластомера (эластомеров); от 5 до 50 част./100 част. каучука УПД (одной или нескольких); необязательно от примерно 50 до примерно 90 част./100 част. каучука наполнителей, например, сажи и/или оксида кремния; необязательно примерно от 4 до примерно 15 част./100 част. каучука глины (глин); необязательно от примерно 0,5 до 5 част./100 част. каучука ZnO; необязательно от примерно 1 до примерно 5 част./100 част. каучука стеариновой кислоты; необязательно от примерно 1 до примерно 5 част./100 част. каучука ускорителей вулканизации; необязательно от примерно 0,25 до 1,50 част./100 част. каучука серы; и необязательно примерно 5 част./100 част. каучука других технологических добавок.

В некоторых предпочтительных вариантах УПД (одну или несколько) можно применять в дополнение к другим технологическим добавкам и маслам, или, в других предпочтительных вариантах, для замены других технологических добавок и масел. В особенно предпочтительном варианте эластомерная композиция практически не содержит ароматического масла. Выражение «практически не содержит ароматического масла» означает, что ароматическое масло не добавляют к эластомерной композиции намеренно, или, в качестве альтернативы, если оно присутствует в эластомерной композиции, содержание ароматического масла составляет менее 0,5 част./100 част. каучука, или более предпочтительно менее 0,25 част./100 част. каучука, или, наиболее предпочтительно, содержание ароматического масла составляет менее 0,1 част./100 част. каучука. Ароматические масла представляют собой соединения, содержащие по меньшей мере 35% масс. моноциклических и полициклических компонентов. Как правило, ароматические масла содержат ненасыщенные полициклические компоненты.

В некоторых предпочтительных вариантах эластомерная композиция может содержать нафтеновое масло. В других особенно предпочтительных вариантах эластомерная композиция практически не содержит нафтенового масла. Выражение «практически не содержит нафтенового масла» означает, что нафтеновое масло не добавляют к эластомерной композиции намеренно, или, в качестве альтернативы, если оно присутствует, эластомерная композиция содержит нафтеновое масло в количестве менее 0,5 част./100 част. каучука, или, более предпочтительно, менее 0,25 част./100 част. каучука, или, наиболее предпочтительно, содержание нафтенового масла составляет менее 0,1 част./100 част. каучука. Как правило, гравитационно-вязкостная постоянная нафтеновых масел составляет примерно 0,85, как описано в ASTM D2501, температура стеклования (Тс) составляет примерно -60°С, а расчетная анилиновая точка составляет примерно 90, как описано в ASTM D611.

Эластомер

Эластомерная композиция включает по меньшей мере один эластомер. Типичные эластомеры, которые можно включать в эластомерные композиции, представляют собой каучуки на основе C₄-С₇моноолефинов, например, бутиловый каучук (изопрен-изобутиленовый каучук, ИИК), разветвленный (звездообразно-разветвленный) бутиловый каучук, звездообразно-разветвленный полиизобутиленовый каучук, бромбутиловый каучук (БИИК), хлорбутиловый каучук (ХИИК), статистические сополимеры изобутилена и пара-метилстирола (поли(изобутилен-пара-метилстирол)), галогенированный поли(изобутилен-пара-метилстирол) (БИМС), полибутадиеновый каучук (БК), полибутадиен с высоким содержанием цис-изомера, полиизопреновый каучук, изопрен-бутадиеновый каучук (ИБК), стирол-изопрен-бутадиеновый каучук (СИБК), стирол-бутадиеновый каучук (СБК), полученный полимеризацией в растворе стирол-бутадиеновый каучук (рСБК), полученный полимеризацией в эмульсии стирол-бутадиеновый каучук, нитрильный каучук, этилен-пропиленовый каучук (ЭП), этилен-пропилен-диеновый каучук (ЭПДК), синтетический полиизопрен, каучук общего назначения, природный каучук, любые галогенированные варианты этих эластомеров, а также их смеси. Предпочтительные эластомеры включают эластомеры на основе изобутилена, например, ИИК, галогенированный ИИК, а также галогенированный поли(изобутилен-пара-метилстирол). Пригодные для использования эластомеры можно получить любым подходящим способом, известным в данной области техники, и настоящее изобретение не ограничивается в настоящем описании способом получения эластомера.

В некоторых предпочтительных вариантах эластомерная композиция включает смесь двух или более эластомеров. Смеси эластомеров можно получать в реакторе и/или плавлением компонентов. Индивидуальные эластомерные компоненты могут присутствовать в различных количествах, причем общее содержание эластомера в эластомерной композиции выражают как 100 част./100 част. каучука в данном составе.

Подходящие для применения эластомеры включают гомополимеры или сополимеры на основе изобутилена. Выражение «эластомер на основе изобутилена» означает эластомер или полимер, содержащий по меньшей мере 70% мольн. повторяющихся звеньев изобутилена. Эти полимеры можно описать как статистические сополимеры звеньев на основе С₄-С₇ Изомоноолефина, например, звеньев на основе изобутилена, и по меньшей мере одного другого способного к полимеризации фрагмента. Эластомер на основе изобутилена может быть галогенированным или не галогенированным.

Эластомер также может представлять собой каучук бутилового типа, или разветвленный каучук бутилового типа, включая галогенированные версии этих эластомеров. Подходящими эластомерами являются ненасыщенные бутиловые каучуки, например, гомополимеры и сополимеры олефинов, изоолефинов и полиолефинов. Не ограничивающие сферу действия данного изобретения примеры других пригодных для использования ненасыщенных эластомеров включают поли(изобутилен-изопрен), полиизопрен, полибутадиен, полиизобутилен, поли(стирол-бутадиен), природный каучук, звездообразно-разветвленный бутиловый каучук, а также их смеси.

Эластомер может быть галогенированным или негалогенированным. Предпочтительные галогенированные эластомеры можно выбрать из группы, включающей галогенированный бутиловый каучук, бромбутиловый каучук, хлорбутиловый каучук, галогенированные разветвленные (звездообразно-разветвленные) бутиловые каучуки, и галогенированные статистические сополимеры изобутилена и пара-метилстирола. Галогенирование можно проводить любым способом, и изобретение не ограничено способом проведения галогенирования.

В одном из предпочтительных вариантов эластомер может быть разветвленным или звездообразно-разветвленным бутиловым каучуком (ЗРБ). ЗРБ обычно представляет собой композицию бутилового каучука, галогенированного или не галогенированного, и полидиена или блок-сополимера, галогенированного или не галогенированного. В одном из предпочтительных вариантов ЗРБ или галогенированный ЗРБ представляет собой композицию бутилового или галогенированного бутилового каучука и сополимера полидиена с частично гидрированным полидиеном, выбранным из группы, включающей стирол, полибутадиен, полиизопрен, полипиперилен, природный каучук, стирол-бутадиеновый каучук, этилен-пропиленовый диеновый каучук (ЭПДК), этилен-пропиленовый каучук (ЭП), стирол-бутадиен-стирольный и стирол-изопрен-стирольные блок-сополимеры. Эти полидиены присутствуют в одном из предпочтительных вариантов в количествах более 0,3% масс. в расчете на массу мономера, или, в другом предпочтительном варианте, в количествах, составляющих от 0,3 до 3% масс., или в интервале от 0,4 до 2,7% масс.

Эластомер может представлять собой статистический сополимер, содержащий С₄-С₇изомоноолефин, например, изобутилен, и алкилстирольный сомономер, например, пара-метилстирол, содержащий по меньшей мере 80% масс., в качестве альтернативы по меньшей мере 90% масс. пара-изомера. В одном из предпочтительных вариантов полимер может представлять собой статистический эластомерный сополимер этилена или С₃-С₆альфа-олефина с алкилстирольным сомономером, таким, как пара-метилстирол, содержащий по меньшей мере 80% масс., альтернативно по меньшей мере 90% масс. пара-изомера.

Сополимеры необязательно могут включать функционализированные сополимеры, в которых по меньшей мере одна или более алкильных замещающих групп, содержащаяся в мономерном стирольном звене, содержит галоген или какую-либо другую функциональную группу. В одном из предпочтительных вариантов до 60% мольн. пара-замещенного стирола, содержащегося в структуре статистического полимера, может быть функционализировано. В другом предпочтительном варианте содержание функционализированного пара-метилстирола составляет от 0,1 до 5% мольн., или от 0,2 до 3% мольн. Функциональная группа может представлять собой галоген или какую-нибудь другую функциональную группу, которую можно ввести нуклеофильным замещением бензильного галогена на другие группы, например, карбоновые кислоты, соли карбоновых кислот, сложные эфиры карбоновых кислот, амиды и имиды, гидроксильная группа, алкоксид, феноксид, тиолат, простой тиоэфир, ксантат, цианид, цианат, амино-группа, а также их смеси. Эти функционализированные изомоноолефиновые сополимеры, способы их получения, способы функционализирования и вулканизации более конкретно изложены в патенте US 5162445, включенном в настоящее описание в качестве ссылки.

В еще одном предпочтительном варианте эластомер представляет собой статистический сополимер изобутилена и пара-метилстирола, содержащий от 0,5 до 20% мольн. пара-метилстирола, в котором до 60% мольн. метильных заместителей, присутствующих в бензильном кольце, содержат атом брома или хлора, а также его вариант, функционализированный кислотой или сложным эфиром.

В определенных предпочтительных вариантах статистические сополимеры обладают практически гомогенным распределением по составу, так, что по меньшей мере 95% масс. полимера содержат количество пара-алкилстирола, не более чем на 10% отличающееся от среднего содержания пара-алкилстирола в полимере. Типичные полимеры характеризуются узким распределением молекулярной массы (Mw/Mn), составляющим менее 5, или менее 2,5; типичная средневязкостная молекулярная масса составляет от 200000 до 2000000, и типичная среднечисленная молекулярная масса составляет от 25000 до 750000, что определяют по данным гель-проникающей хроматографии.

Эластомер может представлять собой бромированный поли(изобутилен-пара-метилстирол) (БИМС). БИМС полимеры обычно содержат от 0,1 до 5% мольн. бромметилстирольных групп по отношению к общему количеству звеньев на основе мономера в сополимере. В одном из предпочтительных вариантов количество бромметильных групп составляет от 0,2 до 3,0% мольн., или от 0,3 до 2,8% мольн., или от 0,4 до 2,5% мольн., или от 0,3 до 2,0% мольн., причем желательный интервал может представлять собой любую комбинацию любого верхнего предела с любым нижним пределом. Иными словами, типичные сополимеры могут содержать от 0,2 до 10% масс. брома, в расчете на массу полимера, или от 0,4 до 6% масс. брома, или от 0,6 до 5,6% масс., в другом предпочтительном варианте они практически не содержат галогенов в кольце или в основной цепи полимера. В одном из предпочтительных вариантов статистический полимер представляет собой сополимер звеньев на основе C₄-С₇изоолефина (или изомоноолефина), звеньев на основе пара-метилстирола и звеньев на основе пара-(галогенметилстирола), причем пара-(галогенметилстирольные) звенья присутствуют в полимере в количестве, составляющем от 0,4 до 3,0% мольн., в расчете на общее количество пара-метилстирола, в котором звенья на основе пара-метилстирола содержатся в количестве от 3 до 15% масс, или от 4 до 10% масс. в расчете на общую массу полимера. В особенно предпочтительном варианте пара-(галогенметилстирол) представляет собой пара-(бромметилстирол).

Предпочтительные примеры имеющихся в продаже подходящих галогенированных изобутилен-пара-метилстирольных каучуков включают эластомеры EXXPRO™, которые поставляет фирма ExxonMobil Chemical Company, Хьюстон, Техас, они обладают вязкостью по Муни (ML 1+8 при 125°С, ASTM D1646), составляющей от 30 до 50, содержание пара-метилстирола составляет от 4 до 8,5% масс., а содержание брома от 0,7 до 2,2% масс., по отношению к галогенированному изобутилен-пара-метилстироловому каучуку.

В еще одном предпочтительном варианте эластомер может представлять собой по меньшей мере один из имеющихся в продаже видов каучука не на основе изобутилена, который обычно применяют при компаундировании каучука для шин, в настоящем описании его называют «каучук общего назначения». Каучук общего назначения может представлять собой любой каучук, который обычно обеспечивает высокую прочность и высокую устойчивость к истиранию, а также низкий гистерезис и высокую эластичность.

Примеры каучуков общего назначения включают природный каучук (ПК), полиизопреновый каучук (ИК), поли(стирол-бутадиеновый) каучук (СБК), полибутадиеновый каучук (БК), поли(изопрен-бутадиеновый) каучук (ИБК), стирол-изопрен-бутадиеновый каучук (СИБК), и их смеси. Этилен-пропиленовый каучук (ЭП) и этилен-пропилен-диеновый каучук (ЭПД), и их смеси также называют каучуками общего назначения.

В одном из предпочтительных вариантов эластомер может включать полибутадиеновый каучук (БК). Вязкость по Муни полибутадиенового каучука, измеренная при 100°С (ML 1+4, ASTM D1646), может составлять от 35 до 70, или от 40 до примерно 65, или от 45 до 60 в другом предпочтительном варианте. Другой подходящий каучук общего назначения представляет собой полибутадиен с высоким содержанием цис-изомера (цис-БК). Под выражениями «цис-полибутадиен» или «полибутадиен с высоким содержанием цис-изомера» понимают 1,4-цис-полибутадиен, в котором содержание цис-изомера составляет по меньшей мере 90%.

Эластомер может представлять собой полиизопреноый каучук (ИК). Вязкость по Муни полиизопренового каучука, измеренная при 100°С (ML 1+4, ASTM D1646), может составлять от 35 до 70, или от 40 до примерно 65, или в другом предпочтительном варианте от 45 до 60.

Эластомерная композиция в качестве подходящих вторичных эластомеров может включать каучуки из звеньев на основе этилена и пропилена, например, ЭП и ЭПДК. Примерами подходящих для приготовления ЭПДК сомономеров являются этилиденнорборнен, 1,4-гексадиен, дициклопентадиен, а также другие. В одном из предпочтительном вариантов эластомерная композиция может включать тример этилен/альфа-олефин/диен. Альфа-олефин можно выбирать из группы, включающей С₃-С₂₀альфа-олефин, причем пропилен, бутен и октен являются предпочтительными, а пропилен является наиболее предпочтительным. Диеновый компонент можно выбирать из группы, включающей С₄-С₂₀диены.

В одном из предпочтительных вариантов один или более эластомеров может представлять собой природный каучук. Желательные предпочтительные варианты природных каучуков можно выбирать из технически обоснованных каучуков (ТОК), например, малайзийских каучуков, которые включают, но не ограничиваются ими, SMR CV, SMR 5, SMR 10, SMR 20, SMR 50 и их смеси. Предпочтительные природные каучуки имеют вязкость по Муни при 100°С (ML 1+4, ASTM D1646), составляющую от 30 до 120, или от 40 до 80.

Эластомеры, подходящие для применения в настоящем изобретении, можно смешивать с различными другими каучуками или пластмассами, в особенности термопластичными смолами, такими, как нейлон, или полиолефинами, такими, как полипропилен или сополимеры полипропилена. Эти соединения пригодны для использования в барьерах для воздуха, например, в эластичных камерах, камерах для шин, внутреннем покрытии для шин, воздушных рукавах (например, пневматических амортизаторах), мембранах, а также в других применениях, в которых желательно высокое удерживание воздуха или кислорода.

В особенно предпочтительном варианте эластомер выбирают из поли(изобутилен-алкилстирола), предпочтительно поли(изобутилен-пара-метилстирола), галогенированного поли(изобутилен-алкилстирола), предпочтительно галогенированного поли(изобутилен-пара-метилстирола), звездообразно-разветвленного бутилового каучука, галогенированного звездообразно-разветвленного бутилового каучука, бутилового каучука, галогенированного бутилового каучука, а также их смесей. В другом особенно предпочтительном варианте данного изобретения эластомер включает бромбутиловый каучук или хлорбутиловый каучук.

Углеводородная полимерная добавка

Эластомерная композиция может дополнительно включать углеводородную полимерную добавку (УПД). УПД обычно получают из нефтяного сырья, она может представлять собой гидрированные или не гидрированные смолы. Подходящие УПД включают, но не ограничиваются ими, алифатические УПД, модифицированные ароматическими группами алифатические УПД, алифатические/ароматические смолы, полициклические смолы, гидрированные полициклические смолы, гидрированные полициклические ароматические смолы, гидрированные ароматические смолы, в которых значительная часть бензольных колец превращена в циклогексановые кольца, живичные канифоли, сложные эфиры живичных канифолей, канифоли, сложные эфиры на основе канифолей, канифоли таллового масла, сложные эфиры канифолей таллового масла, политерпены, модифицированные ароматическими группами политерпены, терпеновые фенолформальдегидные смолы, а также их комбинации.

УПД можно применять в качестве составной части эластомера. В зависимости от того, как компаундируется УПД, можно достичь оптимизации характеристик каучука в отношении долговечности каучука и шин, сцепления и устойчивости к истиранию. Например, нафтеновое масло обычно добавляют к составу, предназначенному для внутренней облицовки шин, чтобы обеспечить адекватные технологические свойства соединения на фабрике по производству шин. Однако, нафтеновое масло оказывает отрицательное воздействие, повышая воздухопроницаемость внутренней облицовки. Применение УПД вместо нафтенового масла может дать возможность при сохранении технологических характеристик состава, таких как вязкость по Муни, одновременно повысить воздухонепроницаемость внутренней облицовки шин. Замена нафтенового технологического масла на УПД может позволить сохранить технологические качества состава для внутренней облицовки шин при обработке на фабрике, и таким образом обеспечить улучшение других свойств, таких как, но не ограничиваясь перечисленным, усталостная прочность, срок службы и/или герметичность.

Свойства (молекулярная масса, распределение молекулярной массы, температура стеклования, разветвленность и т.д.) УПД можно регулировать путем варьирования сырья, из которого производят УПД. УПД можно получать из разнообразного сырья; например, в некоторых предпочтительных вариантах основным компонентом сырья может служить пиперилен, в то время как в других предпочтительных вариантах основным компонентом может служить циклопентадиен, а еще в некоторых предпочтительных вариантах основными компонентами могут быть дистилляты, содержащие винилтолуолы и индол.

Свойства УПД также можно регулировать изменением микроструктуры смолы, то есть вида и количества сомономерных компонентов. Статистическое размещение мономеров в цепи полимера приводит к дополнительному усложнению его микроструктуры. Например, некоторые полимеры могут содержать алифатические углеводородные компоненты, которые содержат углеводородную цепь, образованную участками С₄-С₆, которые содержат различные количества пиперилена, изопрена, моно-олефинов и не способных к полимеризации парафиновых соединений. Такие УПД могут быть приготовлены на основе пентена, бутана, изопрена, пиперилена, и обычно содержат пониженные количества циклопентадиена и дициклопентадиена. УПД может также содержать ароматические углеводородные структуры, содержащие полимерные цепи, которые образованы ароматическими звеньями, например, стиролом, ксилолом, альфа-метилстиролом, винилтолуолом и индолом. Другие УПД могут включать в первую очередь циклопентадиен и/или дициклопентадиен.

УПД могут содержать «алифатические» и/или «ароматические» компоненты. Предпочтительными алифатическими олефинами являются олефины С₄-C₂₀, предпочтительно С₄-C₇, еще более предпочтительно С₅-С₆, линейные, разветвленные или алициклические олефины, или несопряженные диолефины. Предпочтительные ароматические олефины включают одно или более соединение из стирола, индола, производных стирола и производных индола. Особенно предпочтительные ароматические олефины включают стирол, альфа-метилстирол, бета-метилстирол, индол и метилиндолы, а также винилтолуолы. В особенно предпочтительных вариантах УПД включает мономеры на основе пиперилена, изопрена, амилена, циклических веществ, стирола, индола, а также их комбинаций.

Пиперилены обычно представляют собой погон или синтетическую смесь С₅ диолефинов, которые включают, но не ограничиваются ими, цис-1,3-пентадиен, транс-1,3-пентадиен и смешанный 1,3-пентадиен. В общем, пиперилены не включают разветвленные С₅диолефины, например, изопрен.

Циклические вещества обычно представляют собой погон или синтетическую смесь циклических С₅ и С₆олефинов, диолефинов и их димеров. Циклические вещества включают, но не ограничиваются ими, циклопентен, циклопентадиен (ЦПД), дициклопентадиен (ДЦПД), циклогексен, 1,3-циклогексадиен и 1,4-циклогексадиен. Выражение «дициклопентадиен» по определению включает как эндо, так и экзо-формы ДЦПД. Предпочтительным циклическим веществом является циклопентадиен. Циклические вещества могут быть замещенными; предпочтительные замещенные циклические вещества включают ЦПД и ДЦПД, замещенные C₁-C₄₀ линейной, разветвленной или циклической алкильной группой, предпочтительно одной или несколькими метальными группами. Метилциклопентадиен представляет собой предпочтительный замещенный циклопентадиен.

УПД могут включать один или более стирольных компонентов, например, стирол, производные стирола и замещенные стиролы. В общем, стирольные компоненты не включают конденсированные циклические системы, например, индол.

УПД может включать один или более индольных компонентов, например, индол и производные индола.

В одном из предпочтительных вариантов стирольные компоненты могут понижать температуру размягчения УПД. Другие ароматические (особенно индольные) соединения могут повышать температуру размягчения УПД. В других предпочтительных вариантах УПД могут включать ЦПД и ДЦПД, которые имеют склонность к расширению распределения молекулярной массы и повышению температуры размягчения УПД.

УПД можно получать способами, в целом известными в данной области техники при получении углеводородных смол. Например, в некоторых предпочтительных вариантах УПД получают термической полимеризацией, в то время как в других предпочтительных вариантах УПД можно получать каталитической полимеризацией. Условия полимеризации и отгонки легких фракций можно регулировать в соответствии с природой сырья, с целью получения требуемой смолы.

В одном из предпочтительных вариантов УПД можно получать термической полимеризацией. Например, смолу можно термически полимеризовать из сырья, включающего циклопентадиен в бензольном или толуольном растворителе в течение времени от 2,0 до 4,0 часов при температуре от 220 до 280°С и давлении примерно 14 бар (1,4 МПа) при условиях, отрегулированных с целью получения необходимой молекулярной массы и температуры размягчения смолы. Сырье может дополнительно включать алкилциклопентадиены, димеры и со-димеры циклопентадиена и метилциклопентадиена, и другие ациклические диены, например, 1,3-пиперилен и изопрен. Могут также присутствовать другие способные к сополимеризации ненасыщенные мономеры, например, винилароматические соединения, такие, как стирол, альфа-метилстирол, индол, а также винилтолуол.

В другом предпочтительном варианте УПД можно получать каталитической полимеризацией. Предпочтительный способ получения смол состоит в соединении потока сырья в реакторе полимеризации с катализатором Фриделя-Крафтса или на основе кислоты Льюиса при температуре, составляющей от 0 до 200°