[发明专利]用于橡胶用途的纳米颗粒和液体聚合物的一步合成

说明书

技术领域

文中讨论的技术一般涉及橡胶组合物。特别地，其涉及用于在单一的聚合反应器中合成纳米颗粒和液体聚合物共混物的方法。

背景技术

如图1所示实例中所述，文中所述纳米颗粒各自由围绕中心1组织的几个聚合物链的组合或集合组成。这些聚合物链在由各聚合物链上的在交联单体单元形成的核附近的一端连接在一起。聚合物链从核2向外延伸，从而形成壳3。壳3包括单体单元和任选的未存在于核2中的聚合物共聚单体单元。应理解，壳3不限于各聚合物链中的单一单体单元，可以包括几种单体单元。此外，壳3可以分离为亚层(sublayer)，该亚层可以包括各种均聚物或共聚物的嵌段。例如，亚层可以包括无规化苯乙烯-丁二烯共聚物或均聚物的嵌段如丁二烯。壳4的最外层部分由单体单元或者官能化或非官能化引发的在各聚合物的外侧末端的聚合物链头部组成。壳4是纳米颗粒的最外部。活性聚合物链由于在烃溶剂中离子性链端的聚集和聚合物链的化学相互作用而形成胶束。当添加交联剂时，形成胶束的聚合物链变为交联的，并形成稳定的纳米颗粒。

用于橡胶组合物中的纳米颗粒和液体聚合物描述于拥有的美国专利申请11/305,279中，将其引入此处以作参考。纳米颗粒和液体聚合物的组合改进橡胶制品如机动车轮胎，特别是，机动车轮胎胎面部的重要性质。例如，在添加纳米颗粒和液体聚合物的情况下，轮胎胎面的湿/干路面牵引力和滚动阻力可得到改进，同时保持对胎面耐久性的良好补强。降低或除去在机动车轮胎用的组合物中加工油的用量是期望的，这可通过在此类组合物中使用纳米颗粒和液体聚合物的组合来实现。

然而，在合成和加工前述公开的纳米颗粒和液体聚合物时存在困难。前述已知方法包括分别合成纳米颗粒和液体聚合物，分别干燥它们，然后分别将各成分添加至橡胶组合物中。加工问题源于以下事实：液体聚合物是高粘性物质，将其从溶剂去除和干燥是非常困难的。此外，分别贮存纳米颗粒和液体聚合物，由此消耗有价值的库存空间。

发明内容

本文公开的技术提供用于在同一反应器中合成纳米颗粒和液体聚合物，而不移除去纳米颗粒或液体聚合物(下文中，称为″一步合成″)。所得共混物与独立合成的液体聚合物相比更易于加工和干燥。该共混物还有利于在橡胶组合物中分散纳米颗粒。其它益处是对于纳米颗粒/液体聚合物共混物，与单独的组分相反，节省库存空间。

进行纳米颗粒和液体聚合物共混物的一步合成的方法包括在烃溶剂中聚合第一单体和任选的第二单体，以形成液体聚合物。聚合用猝灭剂部分猝灭或终止。猝灭剂还可以称为终止剂，这些术语在本文中可互换使用。然后添加聚合引发剂的投入料(charge)，交联剂和单乙烯基芳族单体。该初期产物进一步聚合，由此在原位形成纳米颗粒，所述纳米颗粒具有包括多乙烯基芳族单体的核，和包括所述第一单体或者所述第一单体和第二单体的壳。

物料组合物(composition of matter)基本由核-壳型纳米颗粒和液体聚合物的共混物组成。纳米颗粒分散并共混在液体聚合物内。

由本文公开的方法制成的纳米颗粒和液体聚合物的共混物可以添加至橡胶组合物，以生产纳米颗粒/液体聚合物橡胶组合物。作为实例，引入纳米颗粒/液体聚合物橡胶组合物的轮胎能够通过轮胎胎面来形成，所述轮胎胎面包括该橡胶组合物并构成使用该轮胎胎面的轮胎。

附图说明

图1示出实例纳米颗粒的示意图。

图2示出在本发明实施方案中具有改进的补强和可控制的滞后的橡胶制品。

具体实施方式

此处公开进行用于制造纳米颗粒和液体聚合物的共混物的一步合成的方法。第一说明性方法包括聚合液体聚合物，其中将第一单体和任选的第二单体在反应器中在烃溶剂中聚合。使聚合进行，然后用猝灭剂部分猝灭(终止)。终止的聚合物链的量能够根据用途而变化。终止的聚合物链的量可以为在反应器中全部聚合物链的约1-99wt％，或者约15-85wt％，或者约30-75wt％。

作为该实例方法的一部分，在第二步骤中将聚合引发剂和由交联剂与单乙烯基芳族单体组成的混合物添加至包含该液体聚合物的反应器。在该步骤中，在液体聚合物合成步骤中剩余的活性聚合物链与单乙烯基芳族单体共聚。所得共聚物在烃溶剂中组装成胶束结构。交联剂起到交联胶束的作用，形成纳米颗粒。

如文中所使用的，除非另外说明，否则材料(包括单体)投入或添加至反应器可以同时进行或逐步进行。逐步是指一种成分的添加完成于另一种成分开始添加之前，或者一种成分的添加开始(而不需要完成)于另一种成分添加之前。