(57)【要約】  本発明はハイストラクチャーカーボンブラック−スチレンブタジエン組成物およびその製造方法を提供する。加えてハイストラクチャーカーボンブラック−スチレンブタジエン組成物から製造された物品もまた提供する。前記方法は、ハイストラクチャーカーボンブラック約１重量％ないし約５０重量％を有するカーボンブラックを高剪断粉砕して剪断粉砕カーボンブラックを形成し、そして該剪断粉砕カーボンブラックを水と混ぜ合わせて、カーボンブラックスラリーを形成することを含め得る。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続フロープロセスを用いて形成された、ハイストラクチャーカーボンブラックを有するスチレンブタジエンポリマー組成物であって、該連続フロープロセスは：
ハイストラクチャーカーボンブラックを連続的に高剪断粉砕して、１グラムあたり１５０平方メートル以上の窒素表面積を有するカーボンブラック１重量％ないし３０重量％を有する、カーボンブラックスラリーを形成し、ここで、高剪断粉砕は７５ｐｓｉないし１３０ｐｓｉの蒸気圧でスチームジェットアトマイザーを使用して行われ；
スチレンモノマーを、液体１，３−ブタジエンモノマーと連続的に重合して、スチレンモノマー５重量％ないし４０重量％、液体１，３−ブタジエンモノマー６０重量％ないし９５重量％、およびスチレンブタジエンポリマーの固形分少なくとも２重量％を有するスチレンブタジエンポリマーを形成し、ここで、該重合は、モノマーの合計重量に基づいて１０％以下のヒドロペルオキシドを使用して実行され、ならびに、該スチレンブタジエンポリマーは、スチレン対液体１，３−ブタジエンの比０．０６：１ないし０．１４：１を有し；
前記カーボンブラックスラリーを、容器中で前記スチレンブタジエンポリマーに連続的に混ぜ込み、そしてカーボンブラック−スチレンブタジエンブレンドを形成し；
前記カーボンブラック−スチレンブタジエンブレンドの少なくとも８０％を、摂氏５１度ないし摂氏７２度の温度で、１０分ないし４５分までの時間、連続的に凝固させ；
前記カーボンブラック−スチレンブタジエンブレンドから該カーボンブラック−スチレンブタジエンブレンド中の水を連続的に分離し、および該カーボンブラック−スチレンブタジエンブレンド中の水の含有量を１０％以下に低減させ、ならびに
前記カーボンブラック−スチレンブタジエンポリマーブレンドを、摂氏８２度ないし摂氏２３２度の温度で、０．１５％ないし２％の水分含量まで、連続的に乾燥させて、１時間あたり該スチレンブタジエンポリマーの３，０００ポンドないし２０，０００ポンドの連続的な流量において、摂氏１００度でＭＳ  １＋４で測定した４０ないし９０のムーニー単位をもつスチレンブタジエンポリマー組成物を形成することを含む、組成物。
【請求項２】
連続フロープロセスは、さらに、容器に相溶性シリカを添加することを含み、ここで、該相溶性シリカは、カーボンブラックスラリー、スチレンブタジエンポリマー、またはそれらの組合せに対し、カップリング剤少なくとも１重量％を有し、および、該相溶性シリカが２５重量％ないし８０重量％の量で添加される、請求項１記載のハイストラクチャーカーボンブラックを有するスチレンブタジエンポリマー組成物。
【請求項３】
カップリング剤１重量％ないし１５重量％が使用される、請求項２記載のハイストラクチャーカーボンブラックを有するスチレンブタジエンポリマー組成物。
【請求項４】
カップリング剤が有機ケイ素化合物である、請求項３記載のハイストラクチャーカーボンブラックを有するスチレンブタジエンポリマー組成物。
【請求項５】
連続フロープロセスがさらに、カーボンブラックスラリー、スチレンブタジエンポリマーまたはそれらの組合せに対し少なくとも１重量％のカップリング剤とともに、シリカを容器に添加することを含み、該シリカは２５重量％ないし８０重量％の範囲の量で添加される、請求項１記載のハイストラクチャーカーボンブラックを有するスチレンブタジエンポリマー組成物。
【請求項６】
高剪断粉砕はボールミル粉砕、ハンマーミル粉砕、低温粉砕、機械的粉砕またはそれらの組合せによって行われ、および水が粉砕されたハイストラクチャーカーボンブラックに加えられてカーボンブラックスラリーを形成する、請求項１記載のハイストラクチャーカーボンブラックを有するスチレンブタジエンポリマー組成物。
【請求項７】
ハイストラクチャーカーボンブラックはＡＳＴＭ  ２０１０規格に従うＡＳＴＭ  １００シリーズカーボンブラックからなる、請求項１記載のハイストラクチャーカーボンブラックを有するスチレンブタジエンポリマー組成物。
【請求項８】
カーボンブラックスラリーは、水中、１重量％ないし１３重量％のカーボンブラックの固形分を含む、請求項１記載のハイストラクチャーカーボンブラックを有するスチレンブタジエンポリマー組成物。
【請求項９】
カーボンブラック−スチレンブタジエンポリマーブレンドの連続的乾燥は、スチレンブタジエンポリマー中にある水が２重量％以下になるまでスチレンブタジエンポリマーから水を除去する、請求項１記載のハイストラクチャーカーボンブラックを有するスチレンブタジエンポリマー組成物。
【請求項１０】
さらにスチレンモノマーと液体１，３−ブタジエンモノマーとの化学結合を含む請求項１記載のハイストラクチャーカーボンブラックを有するスチレンブタジエンポリマー組成物。
【請求項１１】
ハイストラクチャーカーボンブラックを含むスチレンブタジエンポリマーブレンドから製造された、スチレンブタジエンポリマー組成物であって、
このハイストラクチャーカーボンブラックを有するスチレンブタジエンポリマー組成物は、以下の連続的プロセス：
ハイストラクチャーカーボンブラックを高剪断粉砕して、カーボンブラック１重量％ないし３０重量％を有するカーボンブラックスラリーを形成し；
スチレンを液体１，３−ブタジエンと重合して、スチレン５重量％ないし４０重量％、液体１，３−ブタジエン６０重量％ないし９５重量％、およびスチレンブタジエンポリマーの固形分少なくとも２重量％を有するスチレンブタジエンポリマーを形成し；
７５ｐｓｉないし１３０ｐｓｉの蒸気圧でスチームジェットアトマイザーを使用して、前記カーボンブラックスラリーを前記スチレンブタジエンポリマーに混ぜ込んで、カーボンブラック−スチレンブタジエンブレンドを形成し；
前記カーボンブラック−スチレンブタジエンブレンドを摂氏５１度ないし摂氏７２度の温度を使用して、１０分ないし４５分間の時間凝固させ；ならびに
前記カーボンブラック−スチレンブタジエンブレンドを、流動層を使用して摂氏８２度ないし摂氏２３２度の温度で、乾燥させること；
を含む、プロセスにより製造される、組成物。
【請求項１２】
スチレンおよび液体１，３−ブタジエンはスチレンブタジエンポリマー中で化学的に結合されている請求項１１記載のスチレンブタジエンポリマー組成物。
【請求項１３】
ハイストラクチャーカーボンブラックはＡＳＴＭ  １００シリーズのカーボンブラック１００％からなる請求項１１に記載のスチレンブタジエンポリマー組成物。
【請求項１４】
さらにエクステンダー油１重量％ないし４０重量％を含む請求項１１記載のスチレンブタジエンポリマー組成物。
【請求項１５】
エクステンダー油が、合成油、芳香油、ナフテン油、炭化水素系油、多環式芳香族炭化水素油、またはそれらの組合せを含む請求項１４記載のスチレンブタジエンポリマー組成物。
【請求項１６】
さらに充填材１重量％ないし５０重量％を含む請求項１１記載のスチレンブタジエンポリマー組成物。
【請求項１７】
充填剤が粉砕ペカン殻、珪藻土、サイレージ、セルロース系材料、粉砕ピーナッツ殻、タルク、粉砕石炭、粉砕バガス、灰、パーライト、クレー、炭酸カルシウム、バイオマス、またはこれらの組合せである、請求項１６記載のスチレンブタジエンポリマー組成物。
【請求項１８】
さらに酸化防止剤を含む請求項１１記載のスチレンブタジエンポリマー組成物。
【請求項１９】
酸化防止剤がフェノール系酸化防止剤、ホスファイト、ビスフェノール、アミン、またはそれらの組合せである請求項１８記載のスチレンブタジエンポリマー組成物。
【請求項２０】
請求項１１に記載のスチレンブタジエンポリマー組成物から製造された物品。
【請求項２１】
物品が、フロアマット、タイヤ、ベルト、ローラー、履物、電線およびケーブルの外被、屋根縁取り、管状ホース、海洋用衝撃バンパー、工業用ベルト、非自動車用タイヤ、非ラテックス手袋、鉱業用ベルト、ベアリング、ガスマスク、コンジット、または空気入りタイヤである請求項２０記載の物品。
【請求項２２】
カーボンブラックを含むスチレンブタジエンポリマーブレンドから製造された、スチレンブタジエンポリマー組成物であって、このカーボンブラックを有するスチレンブタジエン組成物は、以下の連続的プロセスであって：
カーボンブラックを高剪断粉砕しそしてカーボンブラック１重量％ないし３０重量％を有するカーボンブラックスラリーを形成し；
スチレンを液体１，３−ブタジエンと重合して、スチレン５重量％ないし４０重量％、液体１，３−ブタジエン６０重量％ないし９５重量％、およびスチレンブタジエンポリマー固形分少なくとも２重量％を有するスチレンブタジエンポリマーを形成し；
７５ｐｓｉないし１３０ｐｓｉの蒸気圧でスチームジェットアトマイザーを使用して、前記カーボンブラックスラリーを前記スチレンブタジエンポリマーに混ぜ込んで、カーボンブラック−スチレンブタジエンブレンドを形成し；
前記カーボンブラック−スチレンブタジエンブレンドを摂氏５１度ないし摂氏７２度の範囲の温度で、１０分ないし４５分の時間凝固させ；および
前記カーボンブラック−スチレンブタジエンブレンドを摂氏８２度ないし摂氏２３２度の範囲の温度で流動層乾燥機を使用して、乾燥させること
を含む、プロセスによって製造された組成物。
【請求項２３】
カーボンブラックは第一のカーボンブラックおよび第二のカーボンブラックのブレンドであり、該第一のカーボンブラックは１グラムあたり１２０ないし１５０平方メートルの平均窒素表面積を有する２０１０  ＡＳＴＭ  １００シリーズの定義を満たし、該第二のカーボンブラックは、１グラムあたり７０平方メートルないし１グラムあたり９９平方メートルの平均窒素表面積を有する２０１０  ＡＳＴＭ  ３００シリーズの定義を満たし、ならびに第一のカーボンブラックと第二のカーボンブラックの比率は８０：２０ないし２０：８０範囲にある請求項２２記載のスチレンブタジエンポリマー組成物。
【請求項２４】
さらにカーボンブラックスラリー、スチレンブタジエンポリマーまたはそれらの組合せ中に、カップリング剤少なくとも１重量％とともに相溶性シリカ２５重量％ないし８０重量％を含む請求項２２記載のスチレンブタジエンポリマー組成物。
【請求項２５】
さらにカーボンブラックスラリー、スチレンブタジエンポリマーまたはそれらの組合せ中に、カップリング剤少なくとも１重量％とともにシリカ２５重量％ないし８０重量％を含む請求項２２記載のスチレンブタジエンポリマー組成物。
【請求項２６】
さらにエクステンダー油１重量％ないし４０重量％を含む請求項２２記載のスチレンブタジエンポリマー組成物。
【請求項２７】
エクステンダー油は、合成油、芳香族油、ナフテン油、炭化水素系油、多環式芳香族炭化水素油、またはそれらの組合せを含む請求項２６記載のスチレンブタジエンポリマー組成物。
【請求項２８】
さらに充填材１重量％ないし５０重量％を含む請求項２２記載のスチレンブタジエンポリマー組成物。
【請求項２９】
充填材は：粉砕ペカン殻、珪藻土、サイレージ、セルロース系材料、粉砕ピーナッツ殻、タルク、粉砕石炭、粉砕バガス、灰、パーライト、クレー、炭酸カルシウム、バイオマス、またはこれらの組合せである請求項２８記載のスチレンブタジエンポリマー組成物。
【請求項３０】
さらに酸化防止剤を含む請求項２２記載のスチレンブタジエンポリマー組成物。
【請求項３１】
酸化防止剤は、フェノール系酸化防止剤、ホスファイト、ビスフェノール、アミン、またはそれらの組合せである請求項３０記載のスチレンブタジエンポリマー組成物。
【請求項３２】
スチレンは、液体１，３−ブタジエンと化学的に結合されている請求項２２記載のスチレンブタジエンポリマー組成物。
【請求項３３】
請求項２２記載のスチレンブタジエンポリマー組成物から作られた物品。
【請求項３４】
物品が、フロアマット、タイヤ、ベルト、ローラー、履物、電線およびケーブル外被、屋根縁取り、管状のホース、海洋用衝撃バンパー、工業用ベルト、非自動車用のタイヤ、非ラテックス手袋、鉱業用ベルト、ベアリング、ガスマスク、コンジットまたは空気入りタイヤである請求項３３記載の物品。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本出願は、２０１０年１月７日に出願され、「弾性ポリマー中のハイストラクチャーカーボンブラック及びその製造方法」と題された米国仮特許出願第６１／２９２，９３２号、および２０１１年１月４日に出願され、「弾性ポリマー中のハイストラクチャーカーボンブラック及びその製造方法」と題された米国特許出願第１２／９８４，３２２号に対する優先権およびその利益を主張する。これらの参照文献は、その全体が本明細書に組み込まれる。
【技術分野】
【０００２】
本発明の実施形態は一般的にハイストラクチャーカーボンブラックを有するスチレンブタジエンポリマー組成物を製造するための方法およびハイストラクチャーカーボンブラック−スチレンブタジエン組成物に関する。
【背景技術】
【０００３】
ハイストラクチャーカーボンブラックを有するスチレンブタジエンポリマー組成物を製造するためのシンプルで安価なプロセスに対する必要性が存在している。
【０００４】
ベルトおよびタイヤ例えば自動車や農業用タイヤの、衝撃強度耐性とトレッドの保全性を維持すると同時に、優れた耐摩耗性を持つスチレンブタジエンポリマー組成物に対する必要性が存在している。
【０００５】
カーボンブラックを注入したスチレンとブタジエンのポリマーを製造するのに必要な加工段階の削減のための必要性が存在している。
【０００６】
改良された耐衝撃性や改良された耐久性のように、改良されたタイヤの特性またはコンベヤーベルトの特性のため、ポリマーへのカーボンブラックのより良い分散性及び取り込みの必要性が存在する。
【０００７】
本発明の実施形態は、これらの必要性を満たす。
【０００８】
以下に示す添付の図面を併用することにより詳細な説明はより良く理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、スチレンブタジエンポリマー組成物の製造方法の一実施形態を示す図である。
【図２】図２は、方法の別の実施形態の図である。
【図３】図３は、方法のさらに別の実施形態の図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の実施形態は記載された図を参照して以下に詳述される。
【００１１】
本発明のプロセスおよび組成物を詳細に説明する前に、スチレンブタジエンポリマー組成物を製造する方法は特定の実施形態に限定されるものではなく、および様々な方法でそれを実践または実施することができることが理解されるべきである。
【００１２】
プロセスはハイストラクチャーカーボンブラックを有するスチレンブタジエンポリマー組成物を製造するために使用することができる。該組成物はまた、本明細書において「ハイストラクチャーカーボンブラック−スチレンブタジエン組成物」として言及される。
【００１３】
ハイストラクチャーカーボンブラック−スチレンブタジエン組成物は、摂氏１００度でＭＳ  １＋４として決定されるムーニー単位をもつスチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）と同等の分子量を持つことができる。
【００１４】
本明細書中で使用される用語「スチレンとブタジエンのポリマー」は、スチレンの５重量％ないし５０重量％およびブタジエン５０重量％ないし９５重量％の範囲を有する、化学的に結合されおよび／または架橋されたアルファオレフィンポリマーであるコポリマーをさす。ブタジエンは液体１、３−ブタジエンであってよい。
【００１５】
ポリマーは、天然ポリマーまたは合成ポリマーであってよい。本明細書中で使用される用語「天然ポリマー」は、少なくともその一部が、植物源から得られるゴム由来のポリマーをさす。
【００１６】
本明細書で使用される用語「合成ポリマー」は、少なくとも一部がゴムの特性を有するが、天然植物以外から生成された例えば化石燃料から製造されたようないずれかの材料をさす。
【００１７】
天然および合成ポリマーの混合物は一つ以上の実施形態に使用することができる。
【００１８】
ハイストラクチャーカーボンブラック−スチレンブタジエン組成物という表記において使用される、用語「ハイストラクチャー」は、少なくとも一部が、表面上の高窒素面積、例えば１グラムあたり５０平方メートルを超える窒素表面積をもつカーボンブラックを指す。ハイストラクチャーカーボンブラック−スチレンブタジエン組成物という表記において使用される、用語「ハイストラクチャー」はまた、２０１０年１２月から施行されたＡＳＴＭ規格２４１４を使用して決定された１１０ｍｌ／１００ｇを上回る、オイル吸収量（ＯＡＮ）をもつカーボンブラックを指す。
【００１９】
方法は、シリカ補強剤、充填剤例えばカーボンブラック、またはそれらの組み合わせの、天然ポリマーおよび／または合成ポリマーへの取り込みを含めることができる。
【００２０】
シリカ、またはシリカ補強剤は、実質的に均一に天然ポリマーおよび／または合成ポリマー内に分散することができ、最終用途ための加工中に天然ポリマーおよび／または合成ポリマーよりなるポリマーマトリックスと相溶化または反応することができる。
【００２１】
シリカは、０．１ミクロンから１０ミクロンまでの微粒子サイズのシリカであり得る。
【００２２】
シリカの含有量はポリマー１００部当たりシリカ約１部ないしポリマー１部当たりシリカ約２部の範囲にある。
【００２３】
充填剤は、クレー、珪藻土、マイカ、粉砕ペカン殻、微粉砕固体材料または繊維、合成充填剤、天然充填剤等であってよい。
【００２４】
充填剤はポリマー濃度に対し充填剤約１重量％から約８０重量％の比率で配合することができる。
【００２５】
天然及び合成ポリマーは、ラテックス形態に形成されたゴムおよび熱可塑性ポリマーを含めることができる。本明細書中で使用される用語「ラテックス形態」は、ゴム粒子の水性／コロイドをさす。
【００２６】
方法で使用できる合成ポリマーは、例えばブタジエン、イソプレン、クロロプレン、ペンタジエン、ジメチルブタジエン等々の共役ジエンモノマーを重合または共重合させることにより作成された合成ポリマーを含めることができる。
【００２７】
重合は摂氏約１度ないし摂氏約２５度の温度でピナンヒドロペルオキシドを使用して遂行することができる。
【００２８】
転化率はポリマーに対して約５９％から約８０％であってよい。
【００２９】
方法は以下のラテックス形態でできているポリマーを使用して行うことができ、それらは：共役ジエンベースのポリマー、ビニルモノマーに基づくポリマー、共役ジエンとビニルモノマーとの組合せを含むことができる。方法に使用することができるビニルモノマーは以下を含むことができる：スチレン、α−メチルスチレン、アルキル置換スチレン、ビニルトルエン、ジビニルベンゼン、アクリロニトリル、塩化ビニル、メタクリロニトリル、イソブチレン、無水マレイン酸、アクリル酸エステルおよびアクリル酸、メチルアクリル酸エステル、ビニルエーテル、ビニルピリジン等々。特定のポリマーは、天然ゴム、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、アクリロニトリル−ブタジエンゴム（ＮＢＲ）、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレンポリマー（ＡＢＳ）、ポリブタジエン、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリスチレン、ポリ酢酸ビニル、ブタジエン−ビニルピリジンポリマー、ポリイソプレン、ポリクロロプレン、ネオプレン、スチレン−アクリロニトリルコポリマー（ＳＡＮ）、アクリロニトリル−ブタジエンゴムとポリ塩化ビニルとのブレンド等々が例示される。
【００３０】
方法は、ポリマーラテックスを形成することによって行うことができ、それに他の充填剤、例えばカーボンブラックを加えることができる。そのようなものとして、シリカ−カーボンブラック組成物は、充填剤総量の均一な高添加量および充填剤の定量的な取り込みによって達成することができる。
【００３１】
方法はハイストラクチャーカーボンブラック例えばハイストラクチャーカーボンブラック約１重量％ないし約５０重量％を、高剪断粉砕（ｈｉｇｈ  ｓｈｅａｒ  ｇｒｉｎｄｉｎｇ）して剪断粉砕したカーボンブラックを形成することを含むことができる。
【００３２】
高剪断粉砕は約０．５ミクロンないし約１００ミクロンの直径を有するカーボンブラック微粒子を形成することができる。粉砕は連続フロープロセスを使用することができる。
【００３３】
一つ以上の実施形態では、カーボンブラックはＡＳＴＭ  １００シリーズカーボンブラックであるかまたはそれを含むことができる。本明細書で使用するカーボンブラックの用語は、制御された条件下で、不完全燃焼または、気体もしくは液体炭化水素の熱分解によって生成される、コロイド粒子の形態にある実質的に純粋な元素炭素である。カーボンブラックの物理的な外観は、黒く、微粉化したペレットまたは粉末であるものである。カーボンブラックは、比表面積、粒子径および構造、導電性ならびに色の特性に関連して、タイヤ、ゴム、プラスチック製品、印刷インキおよび塗料に使用することができる。
【００３４】
カーボンブラックの比表面積は、１グラム当たり約５０平方メートルないし１グラム当たり約１７０平方メートルであってよくおよび、粒子径が約０．５ミクロンないし約１００ミクロンであってよい。
【００３５】
高剪断粉砕は例えば登録商標ＪＥＴ−Ｏ−ＭＩＺＥＲのように、蒸気を用いて圧力下で、カーボンブラックの微粒子の直径を減少させて、より小さい直径または外径寸法を達成することを含めることができる。高剪断粉砕はさまざまな方法を用いて行うことができる。
【００３６】
蒸気を使用して、高剪断粉砕が行われる場合、蒸気の温度は摂氏約１５０度とすることができ、蒸気の圧力は約８５ｐｓｉｇないし約１３５ｐｓｉｇにすることができる。
【００３７】
一つ以上の実施態様では、高剪断粉砕は少なくとも部分的に、ボールミル粉砕、ハンマーミル粉砕、低温粉砕、または機械的な粉砕を用いて行うことができる。
【００３８】
剪断粉砕したカーボンブラックは水と合わせて、カーボンブラックスラリーを形成できる。
【００３９】
水は水道水、蒸留水、ミネラルウォーター、または重水であってよい。
【００４０】
カーボンブラックスラリーは、水中固形分約１重量％ないし約１３重量％を含むことができる。
【００４１】
水１リットルの体積に対し、カーボンブラックスラリーはカーボンブラックの固形分４重量％ないし１０重量％を含むことができる。
【００４２】
水は液相または混合相における蒸留水であってよい。例えば、水はおおよそ周囲圧力ないし約２気圧の圧力における蒸気とともに摂氏約８５度の温度で液体であることができる。
【００４３】
方法はまた、ゴムラテックススラリーを作成することを含むことができ、それは組成物を作るために使用することができる。
【００４４】
ゴムラテックススラリーは、ゴム部分と水性部分を含むことができる。ゴム部分は、スチレン約９重量％ないし約４０重量％およびブタジエン約６０重量％ないし約９１重量％を含むことができる。
【００４５】
水性部分は、さらに水、セッケン、乳化剤、増粘剤、界面活性剤、粘度調整剤、デンプン、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、またはそれらの組合せを含めることができる。
【００４６】
例えば、水性部分は摂氏７０度で脂肪酸またはロジン酸セッケンなどのセッケン約１０重量％および水道水約９０重量％を含むセッケン水１リットルであってよい。水中のセッケン固形分は約２２重量％にすることができる。
【００４７】
一つ以上の実施形態では、長期間にわたり置かれ得る場合、ゴムラテックススラリーは沈殿し得る固形分少なくとも２重量％を含むことができる。
【００４８】
固形分は例えばタルクなどの充填剤であるか、またはそれを含めることができる。タルクはフレーク状または粉末状であってよい。
【００４９】
方法はまた、ゴムラテックススラリーにカーボンブラックスラリーを混ぜ込むことを含めることができ、それはカーボンブラックゴムラテックススラリーを形成する。
【００５０】
カーボンブラックスラリーは、混ぜ合わせるための容器へ１時間当たり最大４００，０００  ｌｂｓの送り速度でゴムラテックススラリーを提供することにより、混ぜ合わせることができる。送り速度は、ポリマーの凝固の速度によって変えることができる。
【００５１】
容器または反応器は、約４０，０００ガロンの容積を持つことができる。
【００５２】
ゴムラテックススラリーは、カーボンブラックスラリーと同様の送り速度で反応器に提供することができる。
【００５３】
一つ以上の実施形態では、一種以上の追加の成分を反応器内のカーボンブラックスラリーおよびゴムラテックススラリーと混ぜ合わせることができる。混ぜ合わせはインペラ攪拌を用いて行うことができる。
【００５４】
実施形態では、相溶性シリカは別のノズルまたは入口ポートを使用して、カーボンブラックスラリーとゴムラテックススラリーと一緒に反応器に提供することができる。
【００５５】
充填剤はカーボンブラックスラリーと一緒に、約１重量％ないし約５０重量％の量で反応器に添加することができる。充填剤は粉砕ペカン殻、珪藻土、サイレージ、セルロース系材料、粉砕ピーナッツ殻、タルク、粉砕石炭（ｇｒｏｕｎｄ  ｃｏａｌ）、粉砕バガス、灰、パーライト、クレー、炭酸カルシウム、バイオマス、またはそれらの組合せであるか、またはそれらを含むことができる。
【００５６】
酸化防止剤は、カーボンブラックスラリーと一緒に反応器に添加することができる。酸化防止剤はフェノール系酸化防止剤、ホスファイト、ビスフェノール、アミン、またはそれらの組合せであるか、またはそれらを含むことができる。
【００５７】
スチレンブタジエンポリマー８８重量％ないし９９．９９重量％に対して例えばＦｌｅｘｚｏｎｅ  １３４のような酸化防止剤約０．０１重量％ないし約２重量％を加えることができる。
【００５８】
カーボンブラックスラリー、ゴムラテックススラリー、および追加成分は同時にまたは一緒に反応器に提供することができる。
【００５９】
実施形態では、カーボンブラックスラリーは、最初に反応器に挿入することができ、次いでゴムラテックススラリーを混ぜ合わせるため反応器に導入することができる。その後、完全に混ぜ合わせるため後続の充填剤、酸化防止剤、安定剤を順々に添加できる。
【００６０】
混合容器または「反応器」は、最大摂氏６５度の温度で操作できる。カーボンブラックスラリー１０重量％およびゴムラテックススラリー２２重量％を含む液体約０．１ガロンないし約４０，０００ガロン容量の入った容器に対して、温度範囲は摂氏約０度ないし約５度であり得る。
【００６１】
カーボンブラックスラリーとゴムラテックススラリーは高速の攪拌機を使用して１時間当たり少なくとも１２，０００ポンドの速度で約０．５時間ないし約５時間攪拌できる。
【００６２】
混ぜ合わせのプロセスは、連続プロセスにすることができる。
【００６３】
カーボンブラックゴムラテックススラリーを形成した後、カーボンブラックゴムラテックススラリーを凝固させて、スチレンブタジエンポリマー組成物を形成することができる。
【００６４】
本明細書中で使用される、用語としての凝固は、残りの液体７８％を含む、少なくとも２２％のねばねばした塊の形成を意味する。
【００６５】
カーボンブラックゴムラテックススラリーの凝固は、凝固助剤、例えば硫酸、塩酸、酢酸、クエン酸、および他の酸を供するのを含めることができる。
【００６６】
凝固助剤は少量で添加することができる。
【００６７】
凝固助剤は、５０％以下の液体量の水性形態、または粉末形状をとることができる。
【００６８】
スチレンブタジエンポリマー組成物を形成した後、スチレンブタジエンポリマー組成物は、乾燥させることができる。
【００６９】
スチレンブタジエンポリマー組成物の乾燥は、例えば蒸発器、脱水機、乾燥炉、または１日２４時間、週７日間ずっと乾燥させることの可能な、連続乾燥装置である流動層乾燥機を使用して行うことができる。移動熱気のような対流熱交換は、ポリマーを乾燥するために使用することができる。
【００７０】
スチレンブタジエンポリマー組成物は摂氏約１４０度ないし摂氏約２００℃の温度で乾燥させることができる。
【００７１】
乾燥は乾燥機の長さに応じて約２０分の滞留時間を用いて行うことができる。スチレンブタジエンポリマー組成物は非常に厚い場合、スチレンブタジエンポリマー組成物は、例えば約３時間のように、時間がかかる場合がある。一般的には約３０００ポンドないし５０００ポンドを同時に乾燥することができる。
【００７２】
たとえば、スチレンブタジエンポリマー組成物に存在する水が２重量％以下になるまで、乾燥はスチレンブタジエンポリマー組成物中の水分を除去することができる。
【００７３】
方法はまた、カップリング剤の少なくとも１重量％とともに相溶性シリカ約５重量％ないし約８０重量％を、カーボンブラックスラリー、ゴムラテックススラリー、またはカーボンブラックゴムラテックススラリーの少なくとも１つに添加することを含めることができる。
【００７４】
カップリング剤は、Ｍｏｍｅｎｔｕｍ社製のＳｉ６９のような有機ケイ素化合物であり得る。
【００７５】
例示するカップリング剤は：炭素原子数１ないし１８の直鎖状、環状、または枝分かれ炭化水素であるアルキル基を有する、トリアルキルシラン、ジアルキルシラン、トリアルキルアルコキシシラン、トリアルキルハロシラン、ジアルキアルコキシシラン、ジアルキルジアルコキシシラン、ジアルキルジアルコキシハロシラン、トリアルキルシラノール、アルキルトリアルコキシシラン、アルキルジアルコキシシラン、アルキルジアルコキシハロシランおよびモノアルキルシランまたはそれらの組合せを含む合成ポリマーを含めることができる。
【００７６】
一つ以上の実施形態では、カップリング剤の１または２個のアルキル基は、フェニル基またはベンジル基で置き換えることができ、あるいは１ないし２個のアルキル基は、フェニル基、ベンジル基もしくはアルコキシ置換アルキル基で置換することができる。
【００７７】
ビスポリスルフィドはカップリング剤として使用することができ、例えば、２個の硫黄原子ないし８個の硫黄原子に含むビス（トリアルコキシシリルアルキル）ポリスルフィド（アルキル基は炭素原子数１ないし１８のアルキル基を表しおよびアルコキシ基は炭素原子数１ないし８のアルコキシ基を表す）を使用できる。
【００７８】
方法の一つ以上の実施形態を行うにあたり、シリカおよびカップリング剤は、ｐＨ９以下で、３ないし９までの範囲内で、プロパノール、エタノール等の低級アルカノールに溶解させることができる。水をゆっくりと、連続的にまたは徐々に追加することができる。
【００７９】
水を加えている間は、カップリング剤に含まれている加水分解性基の加水分解が生じ得、それは対応するシラノールを形成する。
【００８０】
アルコキシ基の加水分解を補助するために、オルガノシランのオリゴマー形成などの副反応を最小限にするのに３．５ないし５．０のｐＨ範囲を維持することができる。このｐＨ範囲は、塩酸のような希鉱酸または酢酸のような弱い有機酸の使用によって維持することができる。
【００８１】
水素基の加水分解を補助するために、さらにアルカリ性状態を用いることができ、および塩基例えばＫＯＨ、ＮａＯＨ、ＮＨ４ＯＨ、トリエチルアミン、またはピリジンは、８−９のｐＨを維持するために用いることができる。塩基の選択は、シリカスラリーが添加される特定のラテックスの化学的性質に依存することができる。
【００８２】
加水分解性基がハロゲンである場合、有機ハロシランは、別に加水分解工程を行うよりも、水性シリカ分散物と直接混合することができる。加水分解されるカップリング剤は、それで、微粉シリカの水性スラリーと混ぜ合わされて、それによりカップリング剤に存在するシラノール基が、シリカの表面と反応して、カップリング剤とシリカ表面の間にシロキサン結合（Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ）を形成することができる。
【００８３】
実施形態では、シリカの表面に結合しているシラン分子間のいくつかの縮合反応を可能にしながら、シリカ表面との反応を助けるため、ｐＨは約５．５から６．５に維持することができる。特定のシリカと水の初期ｐＨによって、所望のｐＨは、さらに試薬の添加なしに達成される。
【００８４】
一つ以上の実施形態では、方法は、カーボンブラックスラリー、ゴムラテックススラリー、またはカーボンブラックゴムラテックススラリーの少なくとも１つにエクステンダー油１重量％ないし４０重量％を添加することを含めることができる。エクステンダー油は合成油、芳香油、ナフテン油、炭化水素系油、多環式芳香族炭化水素油（ＰＡＨ）、またはそれらの組み合わせであるか、またはそれを含めることができる。
【００８５】
一つ以上の実施形態では、本発明のスチレンブタジエンポリマー組成物は、物品を作るために使用することができる。
【００８６】
本発明のスチレンブタジエンポリマー組成物から形成された物品は、フロアマット、タイヤ、ベルト、ローラー、ガスケットプリンタのローラー、Ｏリング、靴、履物、電線およびケーブルの外被、屋根縁取り、ガーデンホースやパイプなどの管状物、船のドッキングに使用されるサイドバンパーなどの海洋用衝撃バンパー（ｍａｒｉｎｅ  ｉｍｐａｃｔ  ｂｕｍｐｅｒｓ）、工業用ベルト、非ラテックス手袋、非自動車用タイヤ、鉱業用ベルト、ベアリング、ガスマスク、またはコンジットを含めることができる。例えば、物品は、バイク、自動車、または飛行機で使用される空気入りタイヤであってよい。
【実施例】
【００８７】
実施例１
【００８８】
ハイストラクチャーカーボンブラックを有するスチレンブタジエンポリマー組成物は、剪断粉砕カーボンブラックを形成する、ハイストラクチャーカーボンブラック２０重量％を含むカーボンブラックを高剪断粉砕することによって製造することができる。高剪断粉砕は、ボールミル粉砕機を用いて行うことができる。
【００８９】
ハイストラクチャーカーボンブラック２０重量％を含有するカーボンブラックは、約２０分間、高剪断粉砕することができる。
【００９０】
剪断粉砕されたカーボンブラックが形成された後、剪断粉砕されたカーボンブラックは、摂氏５０度の温度および１気圧の圧力で井戸水と合わせることができる。剪断粉砕されたカーボンブラックは、カーボンブラックが粉砕される割合で水に添加することができる。
【００９１】
方法はまた、ゴム部分と水部分を有するゴムラテックスを製造すること含むことができる。たとえば、スチレンは触媒を使用してブタジエンと重合させることができる。
【００９２】
ゴム部分は、スチレン２５重量％とブタジエン７１重量％を有することができる。加えて、ゴムラテックススラリーは、固形分４重量％を含むことができる。
【００９３】
カーボンブラックスラリーは１０００ガロンタンクのようなタンク中、連続的な割合でゴムラテックススラリーとの混合または混ぜ合わせすることができ、カーボンブラックゴムラテックススラリーを形成する。
【００９４】
カーボンブラックスラリーとゴムラテックススラリーの混ぜ合わせは摂氏６５度の温度および１気圧の圧力で約４０分間実行することができる。
【００９５】
カーボンブラックゴムラテックススラリーは、凝固され、混ぜ合されおよび、次いで追加の撹拌をしながら第１のタンクから第２のタンクに移動させることができる。酸および凝固助剤を連続的に添加してスチレンブタジエンポリマー組成物を形成することができる。
【００９６】
凝固したら、凝固した湿ったスチレンブタジエンポリマー組成物は、まず、スピンドライヤーを介して処理することにより水分の大部分を除去し、次いでスピン乾燥されたポリマーを流動層乾燥機に通過させることによって残りの水分を除去する
【００９７】
図１は、本発明の方法の実施形態の図を示す。
【００９８】
ステップ１００は、ほぼ瞬間的に粉砕するために蒸気圧７５ｐｓｉないし１３０ｐｓｉでスチームジェットアトマイザーを使用して、ハイストラクチャーカーボンブラックを連続的に高剪断粉砕して、１グラムあたり１５０平方メートルより大きい窒素表面積をもつカーボンブラック１重量％ないし３０重量％を有するカーボンブラックスラリーを形成することを包含し得る。
【００９９】
ステップ１０２は、モノマーの総重量に基づいて１０重量％以下のヒドロペルオキシドを使用して、スチレンモノマーと液体１，３−ブタジエンモノマーを連続的に重合して；
スチレンモノマー５重量％ないし４０重量％、ブタジエン６０重量％ないし９５重量％、およびスチレンブタジエンポリマー固形分少なくとも２重量％を有するスチレンブタジエンポリマーを形成することを含めることができ、ここでスチレンブタジエンポリマーはスチレン対ブタジエンの比率０．０６：１ないし０．１４：１を有する。
【０１００】
ステップ１０４は、容器例えばスタティックミキサー中でカーボンブラックスラリーをスチレンブタジエンポリマーに連続的に混ぜ込み、そしてカーボンブラック−スチレンブタジエンポリマーブレンドを形成することを含めることができる。
【０１０１】
ステップ１０６は、摂氏５１度ないし摂氏７２度の温度を使用して１０分ないし４５分間に、カーボンブラック−スチレンブタジエンポリマーブレンド少なくとも８０重量％を連続的に凝固させることを含めることができる。
【０１０２】
ステップ１０８は、例えば遠心分離でまたはプレスすることによりブレンドの水分含量を１０重量％以下に減少させることによって、カーボンブラック−スチレンブタジエンポリマーブレンドを水から連続的に分離することを含めることができる。
【０１０３】
ステップ１１０は、摂氏８２度ないし摂氏２３２度の温度を使用し、乾燥機例えば流動層乾燥機またはオーブンを使用して、水分０．１５重量％ないし２重量％の減少した水分含量まで、カーボンブラックスチレン−ブタジエンポリマーブレンドを連続的に乾燥させ、これにより、スチレンブタジエンポリマー組成物を形成することを含めることができる。このスチレンブタジエンポリマー組成物は、ＭＳ  １＋４で、摂氏１００度において測定し、および１時間当たりのスチレンブタジエンポリマー組成物の少なくとも３０００ポンドないし１時間当たりのスチレンブタジエンポリマー組成物最大２０、０００ポンドの連続的な流量における、４０ないし９０の間の範囲のムーニー単位を有する。
【０１０４】
一つ以上の実施形態では、容器に相溶性シリカを添加することを含めることができる。相溶性シリカは、カーボンブラックスラリー、スチレンブタジエンポリマーまたはそれらの組合せに対するカップリング剤少なくとも１重量％を有し、および相溶性シリカは２５重量％ないし８０重量％の量で添加することができる。
【０１０５】
実施形態では、カーボンブラックスラリー、スチレンブタジエンポリマーまたはそれらの組合せに対するカップリング剤少なくとも１重量％とともに、容器にシリカを添加することを含めることができる。シリカは２５重量％ないし８０重量％の量で添加することができる。
【０１０６】
実施形態は、カップリング剤１重量％ないし１５重量％で使用することを包含し得る。
【０１０７】
実施形態は、カップリング剤として、有機ケイ素化合物を使用することを含む。
【０１０８】
実施形態は、ボールミル粉砕、ハンマーミル粉砕、低温粉砕、機械的粉砕またはこれらの組合せを使用する高剪断粉砕すること、および水を添加してカーボンブラックスラリーを形成することを含むことができる。
【０１０９】
実施形態はハイストラクチャーカーボンブラックとして、ＡＳＴＭ  ２０１０規格に従うＡＳＴＭ  １００シリーズカーボンブラック使用することを含めることができる。
【０１１０】
実施形態は水中にカーボンブラック固形分１重量％ないし１３重量％を含むカーボンブラックスラリーを含むことができる。
【０１１１】
実施形態は、スチレンブタジエンポリマーに存在する水分が２重量％以下になるまで、スチレンブタジエンポリマーから水を除去するため乾燥することを含めることができる。
【０１１２】
実施形態は、スチレンモノマーがブタジエンモノマーと化学結合および／または架橋することを含めることができる。
【０１１３】
図２は、連続プロセスを使用して、ハイストラクチャーカーボンブラックを伴うスチレンブタジエンポリマー組成物を作るためのプロセスの別の実施形態で示す。
【０１１４】
ステップ２００は、ハイストラクチャーカーボンブラックを高剪断粉砕しそしてカーボンブラック１重量％ないしカーボンブラック３０重量％を有するカーボンブラックスラリーを形成することを含めることができる。
【０１１５】
ステップ２０２はスチレンをブタジエンと重合して、スチレン５重量％ないし４０重量％、ブタジエン６０重量％ないし９５重量％、およびスチレンブタジエンポリマーの固形分少なくとも２重量％を有するスチレンブタジエンポリマーを形成することを含めることができる。
【０１１６】
ステップ２０４は、ほぼ瞬間的に混ぜ込むために７５ｐｓｉないし１３０ｐｓｉの蒸気圧でスチームジェットアトマイザーを使用して、カーボンブラックスラリーをスチレンブタジエンポリマーに混ぜ込んで、カーボンブラック−スチレンブタジエンポリマーブレンドを形成することを含めることができる。
【０１１７】
ステップ２０６は、摂氏５１度ないし摂氏７２度の温度を使用して、１０分ないし４５分の時間、カーボンブラック−スチレンブタジエンポリマーブレンドを凝固させることを含めることができる。
【０１１８】
ステップ２０８は、摂氏８２度ないし摂氏２３２度の温度で流動層乾燥機を使用して、カーボンブラック−スチレンブタジエンポリマーブレンドを乾燥させることを包含し得る。
【０１１９】
ブタジエンモノマーとスチレンモノマーは、架橋および／または化学的に結合することができる。
【０１２０】
図２の方法によって製造されたスチレンブタジエンポリマー組成物から物品を作製することができる。
【０１２１】
ハイストラクチャーカーボンブラックは１００パーセントＡＳＴＭ  １００シリーズカーボンブラックであってよい。
【０１２２】
ステップ２１０は、エクステンダー油１重量％ないし４０重量％を加えることを含めることができる。
【０１２３】
ステップ２１２は、組成物中に充填剤１重量％ないし５０重量％使用することを含めることができる。
【０１２４】
この実施形態に対する充填剤は以下のものであってよい：粉砕ペカン殻、珪藻土、サイレージ、セルロース系材料、粉砕ピーナッツ殻、タルク、微粉砕石炭、粉砕バガス、灰、パーライト、クレー、炭酸カルシウム、バイオマス、またはそれらの組合せ。
【０１２５】
ステップ２１４は、組成物の製造中に添加剤として酸化防止剤を使用することを含めることができる。
【０１２６】
酸化防止剤がフェノール系酸化防止剤、ホスファイト、ビスフェノール、アミンまたはそれらの組合せにすることができる。
【０１２７】
図３はカーボンブラックを有するスチレンブタジエンポリマー組成物を製造するための別の連続的な方法論を示す。
【０１２８】
ステップ３００は、カーボンブラックを高剪断粉砕しそしてカーボンブラック１重量％ないしカーボンブラック３０重量％を有するカーボンブラックスラリーを形成することを含めることができる。
【０１２９】
ステップ３０２は、スチレンをブタジエンと重合して、スチレン５重量％ないし４０重量％、ブタジエン６０重量％ないし９５重量％、およびスチレンブタジエンポリマーの固形分少なくとも２重量％を有するスチレンブタジエンポリマーを形成することを含めることができる。
【０１３０】
ステップ３０４は、ほぼ瞬間的に混ぜ込ませるために蒸気圧７５ｐｓｉないし１３０ｐｓｉでスチームジェットアトマイザーを使用して、カーボンブラックスラリーをスチレンブタジエンポリマーに混ぜ込ませて、カーボンブラック−スチレンブタジエンポリマーブレンドを形成することを含めることができる。
【０１３１】
ステップ３０６は、１０分ないし４５分の時間、摂氏７２度ないし摂氏５１度の間の温度を使用して、カーボンブラック−スチレンブタジエンポリマーブレンドを凝固させることを含めることができる。
【０１３２】
ステップ３０８は、摂氏８２度ないし摂氏２３２度の温度で流動層乾燥機を使用して、カーボンブラック−スチレンブタジエンポリマーブレンドを乾燥させること含めることができる。
【０１３３】
ステップ３１０Ａは、相溶性シリカをカップリング剤少なくとも１重量％とともに、２５重量％ないし８０重量％の量で、カーボンブラックスラリー、スチレンブタジエンポリマー、またはそれらの組合せに添加することができる。
【０１３４】
ステップ３１０Ｂは、シリカをカップリング剤少なくとも１重量％とともに、２５重量％ないし８０重量％の量で、カーボンブラックスラリー、スチレンブタジエンポリマー、またはそれらの組合せに添加することができる。
【０１３５】
シリカまたは相溶性シリカのいずれかはステップ３１０Ａおよび３１０Ｂで説明したように、単独で使用できる。しかしながら、シリカおよび相溶性シリカの両方が商業的利点、例えば低減された製造コストとともに靱性を得るために使用できる。このため、方法はステップ３１０Ａ、ステップ３１０Ｂまたはそれら両方を含むことができる。
【０１３６】
ステップ３１２は、エクステンダー油１重量％ないし４０重量％を組成物に添加することを含めることができる。
【０１３７】
ステップ３１４は、スチレンブタジエンポリマー組成物に充填剤１重量％ないし５０重量％使用することを含めることができる。
【０１３８】
ステップ３１６は、スチレンブタジエンポリマー組成物を生成するために酸化防止剤を添加することを含めることができる。
【０１３９】
明細書に開示される一つ以上の実施形態では、本明細書に開示されるカーボンブラックは、二つの異なるカーボンブラックを混ぜ合わせることができる。第一のカーボンブラックは、１グラム当たり１２０ないし１５０平方メートルの平均窒素表面積を有する、２０１０  ＡＳＴＭ  １００シリーズの定義を満たすことができる。第二カーボンブラックは１グラムあたり７０平方メートルないし１グラムあたり９９平方メートルの平均窒素表面積を有する、２０１０  ＡＳＴＭ  ３００シリーズの定義を満たすことができる。第一のカーボンブラックと第カーボンブラック間の比率は、８０：２０ないし２０：８０の範囲で設定できる。
【０１４０】
これらの実施形態は実施形態に重点を置いて説明してきたが、それは添付の特許請求の範囲内にあり、この実施形態は本明細書に具体的に記載される以外に実施される可能性があることを理解するべきである。
【図１】
2013516541.tif 000003
【図２】
2013516541.tif 000004
【図３】
2013516541.tif 000005
【国際調査報告】
2013516541.tif 000006
2013516541.tif 000007