CN110872405B - 改性共轭二烯系聚合物组合物、橡胶组合物、橡胶组合物的制造方法以及轮胎 - Google Patents
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Abstract
本发明提供改性共轭二烯系聚合物组合物、橡胶组合物、橡胶组合物的制造方法以及轮胎,得到加工性优异、填充剂的分散性良好、低磁滞损耗性与抗湿滑性的平衡优异、耐久性优异的改性共轭二烯系聚合物组合物。该改性共轭二烯系聚合物组合物含有:(A)改性共轭二烯系聚合物100质量份,其重均分子量为20×104以上300×104以下、分子量分布Mw/Mn为1.6以上4.0以下,相对于共轭二烯系聚合物的总量的改性率为50质量%以上,分子量为凝胶渗透色谱法(GPC)曲线中的峰顶(存在两个以上上述峰顶的情况下的分子量最小的峰顶)的分子量的1/2的成分的改性率为上述相对于共轭二烯系聚合物的总量的改性率的1/2以上;以及(B)天然橡胶和/或聚异戊二烯橡胶10~250质量份。
Description
技术领域
本发明涉及改性共轭二烯系聚合物组合物、橡胶组合物、橡胶组合物的制造方法以及轮胎。
背景技术
近年来,对汽车的低油耗化要求提高,要求对汽车用轮胎、特别是与地面接触的轮胎胎面中使用的材料进行改良,一直以来要求开发出滚动阻力小、即具有低磁滞损耗性的材料。
另外,为了减轻轮胎的重量,需要减小轮胎胎面部的厚度,也进一步要求耐磨耗性高的材料。
另一方面,从安全性的方面出发,轮胎胎面中使用的材料要求抗湿滑性优异、并且具有实用上充分的破坏特性。
作为应对这样的要求的材料,存在包含橡胶状聚合物以及炭黑、二氧化硅等增强性填充剂的材料。
例如,在使用包含二氧化硅的材料时,能够实现低磁滞损耗性与抗湿滑性的平衡的提高。
另外,进行了下述的尝试:通过在运动性高的共轭二烯系聚合物的分子末端部导入与二氧化硅具有亲和性或反应性的官能团、即进行改性,由此改善材料中的二氧化硅的分散性,进而通过与二氧化硅颗粒的键合来降低橡胶状聚合物的分子末端部的运动性,从而降低磁滞损耗。
例如,在专利文献1中提出了一种改性共轭二烯系聚合物,其是具有(A)特定的偶联残基、以及与该偶联残基键合的规定数以上的共轭二烯系聚合物链的改性共轭二烯系聚合物,其中,该聚合物的重均分子量为特定范围,包含特定范围量的特定分子量范围的改性共轭二烯系聚合物,在制造硫化物时的加工性优异,制成硫化物后的低磁滞损耗性与抗湿滑性的平衡优异。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:国际公开第2016/133154号
发明内容
发明所要解决的课题
但是,在包含二氧化硅的共轭二烯系橡胶状聚合物中,相对于具有疏水性的表面的炭黑,二氧化硅具有亲水性的表面,因此与共轭二烯系橡胶状聚合物的亲和性降低,与炭黑相比,二氧化硅具有分散性差的缺点。因此,具有如下的问题:包含二氧化硅的共轭二烯系橡胶状聚合物为了赋予二氧化硅与橡胶之间的键合、改善分散性,需要另外含有硅烷偶联剂。
另一方面,在橡胶的分子末端导入了与二氧化硅的反应性高的官能团的共轭二烯系橡胶状聚合物具有下述的加工性倾向于劣化的问题:在混炼工序中进行与二氧化硅颗粒的反应,但在反应的进行缓慢的情况下,由于扭矩上升花费时间而使混炼不充分;或者在混炼后加工成片时容易产生表面粗糙或片断裂。
此外,具有如下的问题:在将这样的共轭二烯系橡胶状聚合物制成硫化物后、特别是制成包含二氧化硅等无机填充剂的硫化物后,在低磁滞损耗性与抗湿滑性的平衡、耐磨耗性以及破坏特性方面还有改良的余地。
因此,本发明的目的在于提供一种可得到下述橡胶组合物的改性共轭二烯系聚合物组合物,该橡胶组合物的加工性良好、特别是在与填充剂混炼时混合器的扭矩良好地作用而在短时间内使填充剂的分散性良好、低磁滞损耗性与抗湿滑性的平衡优异、耐磨耗性和破坏特性之类的耐久性也优异。
用于解决课题的手段
本发明人为了解决上述现有技术的课题而进行了深入研究,结果发现下述改性共轭二烯系聚合物组合物能够解决上述现有技术的课题,从而完成了本发明,所述改性共轭二烯系聚合物组合物含有在共轭二烯系聚合物的分子中导入了与填充剂具有亲和性或反应性的官能团而成的改性共轭二烯系聚合物、以及(B)天然橡胶和/或聚异戊二烯橡胶,改性共轭二烯系聚合物为下述的改性共轭二烯系聚合物:其重均分子量和分子量分布为特定范围,改性率为特定范围,在基于GPC(凝胶渗透色谱法)的分子量曲线中,分子量为峰顶的分子量的1/2的成分(以下有时记载为低分子量成分)的改性率相比于改性共轭二烯系聚合物的整体的改性率为规定值以上。
即,本发明如下所述。
[1]
一种改性共轭二烯系聚合物组合物,其含有:
(A)改性共轭二烯系聚合物100质量份,
该改性共轭二烯系聚合物是重均分子量为20×104以上300×104以下、分子量分布Mw/Mn为1.6以上4.0以下的改性共轭二烯系聚合物,
相对于共轭二烯系聚合物的总量的改性率为50质量%以上,
分子量为凝胶渗透色谱法(GPC)曲线中的峰顶的分子量的1/2的成分的改性率为上述相对于共轭二烯系聚合物的总量的改性率的1/2以上,或者存在两个以上上述峰顶的情况下,分子量为分子量最小的峰顶的分子量的1/2的成分的改性率为上述相对于共轭二烯系聚合物的总量的改性率的1/2以上;以及
(B)天然橡胶和/或聚异戊二烯橡胶10~250质量份。
[2]
如上述[1]中所述的改性共轭二烯系聚合物组合物,其中,(A)改性共轭二烯系聚合物的基于3D-GPC的收缩因子(g’)为0.86以上1.0以下。
[3]
如上述[1]中所述的改性共轭二烯系聚合物组合物,其中,(A)改性共轭二烯系聚合物的基于3D-GPC的收缩因子(g’)为0.30以上且小于0.86。
[4]
如上述[1]中所述的改性共轭二烯系聚合物组合物,其中,(A)改性共轭二烯系聚合物的基于3D-GPC的收缩因子(g’)为0.30以上0.70以下。
[5]
如上述[1]~[4]中任一项所述的改性共轭二烯系聚合物组合物,其中,上述(A)改性共轭二烯系聚合物的聚合引发剂残基不包含氮。
[6]
如上述[1]~[5]中任一项所述的改性共轭二烯系聚合物组合物,其中,上述(B)成分为天然橡胶。
[7]
如上述[1]~[5]中任一项所述的改性共轭二烯系聚合物组合物,其中,上述(B)成分为聚异戊二烯橡胶。
[8]
一种橡胶组合物,其含有:
上述(A)改性共轭二烯系聚合物100质量份、
上述(B)天然橡胶和/或聚异戊二烯橡胶10~250质量份、以及
(C)含有二氧化硅的填料5~150质量份。
[9]
一种橡胶组合物的制造方法,其是上述[8]中所述的橡胶组合物的制造方法,将上述(A)改性共轭二烯系聚合物100质量份、上述(B)天然橡胶和/或聚异戊二烯橡胶10~250质量份、以及上述(C)含有二氧化硅的填料5~150质量份进行混炼。
[10]
如上述[9]中所述的橡胶组合物的制造方法,其中,将上述(A)改性共轭二烯系聚合物100质量份与上述(C)含有二氧化硅的填料进行混炼后,将所得到的混炼物与上述(B)天然橡胶和/或聚异戊二烯橡胶进行混炼。
[11]
一种轮胎,其含有上述[1]~[7]中任一项所述的改性共轭二烯系聚合物组合物。
发明效果
根据本发明,可得到一种改性共轭二烯系聚合物组合物,其在制造硫化物时的加工性优异、特别是在与填充剂混炼时混合器的扭矩良好地作用而在短时间内得到填充剂的分散性良好的橡胶组合物,在制成硫化物后的低磁滞损耗性与抗湿滑性的平衡优异、耐磨耗性和破坏特性之类的耐久性也优异。
具体实施方式
下面对用于实施本发明的方式(以下称为“本实施方式”)进行详细说明。
以下的本实施方式是用于说明本发明的例示,并非旨在将本发明限定于以下的内容。本发明可以在其要点的范围内适宜地变形来实施。
[改性共轭二烯系聚合物组合物]
本实施方式的改性共轭二烯系聚合物组合物含有:
(A)改性共轭二烯系聚合物100质量份,
该改性共轭二烯系聚合物是重均分子量为20×104以上300×104以下、分子量分布Mw/Mn为1.6以上4.0以下的改性共轭二烯系聚合物,
相对于共轭二烯系聚合物的总量的改性率为50质量%以上,
分子量为凝胶渗透色谱法(GPC)曲线中的峰顶的分子量的1/2的成分的改性率为上述相对于共轭二烯系聚合物的总量的改性率的1/2以上,或者存在两个以上上述峰顶的情况下,分子量为分子量最小的峰顶的分子量的1/2的成分的改性率为上述相对于共轭二烯系聚合物的总量的改性率的1/2以上;以及
(B)天然橡胶和/或聚异戊二烯橡胶10~250质量份。
((A)改性共轭二烯系聚合物)
对于上述(A)改性共轭二烯系聚合物,
重均分子量为20×104以上300×104以下,
分子量分布Mw/Mn为1.6以上4.0以下,
相对于共轭二烯系聚合物的总量的改性率为50质量%以上,
分子量为凝胶渗透色谱法(GPC)曲线中的峰顶(存在两个以上峰的情况下的分子量最小的峰顶)的分子量的1/2的成分(以下有时记载为低分子量成分)的改性率为上述相对于共轭二烯系聚合物的总量的改性率的1/2以上。
<改性率>
对于(A)改性共轭二烯系聚合物,相对于共轭二烯系聚合物的总量的改性率为50质量%以上、优选为60质量%以上、更优选为70质量%以上。
由于改性率为50质量%以上,在制成硫化物后,低磁滞损耗性与抗湿滑性的平衡更为优异。
改性率是将在聚合物分子中具有与填充剂具有亲和性或键合反应性的特定官能团的聚合物成分相对于共轭二烯系聚合物的总量的含量以质量%来表示的数值。
作为在聚合物分子中具有与填充剂具有亲和性或键合反应性的特定官能团的聚合物成分,优选可以举出具有包含氮原子、硅原子、氧原子的官能团的聚合物。更优选在聚合物的末端具有该官能团的改性共轭二烯系聚合物。例如可以举出在终止末端具有包含氮原子、硅原子、氧原子的官能团的利用官能团进行了改性的改性共轭二烯系聚合物。
(A)改性共轭二烯系聚合物的改性率可以通过能够将含有官能团的改性成分和非改性成分分离的色谱法进行测定。作为使用该色谱法的方法,可以举出使用将可吸附特定官能团的二氧化硅等极性物质作为填充剂的凝胶渗透色谱用柱,将非吸附成分的内标用于比较来进行定量的方法。
更具体地说,计算出将包含测定试样和低分子量内标聚苯乙烯的试样溶液利用聚苯乙烯系凝胶柱测定得到的色谱图与利用二氧化硅系柱测定得到的色谱图的差值,测定出在二氧化硅柱上的吸附量,由此计算出改性率。改性率可以通过后述的实施例中记载的方法进行测定。
(A)改性共轭二烯系聚合物的改性率可以通过改性剂的添加量的调整而控制在上述数值范围。
<低分子量成分的改性率>
本发明人通过测定基于GPC的分子量曲线中的各个分子量区域的改性率,发现改性率在每个分子量区域根据聚合物而不同。
另外发现,分子量为GPC曲线的峰顶的分子量的1/2的成分(低分子量成分)的改性率为改性共轭二烯系聚合物整体的改性率的1/2以上的改性共轭二烯系聚合物的特定性能优于改性率不均匀、特别是低分子量成分的改性率低于改性共轭二烯系聚合物整体的改性率的1/2的改性共轭二烯系聚合物。
对于(A)改性共轭二烯系聚合物,分子量为GPC曲线中的峰顶(在存在一个峰的情况下为该峰的峰顶,另外在存在两个以上峰的情况下为分子量最小的峰顶)的分子量的1/2的成分(低分子量成分)的改性率为相对于共轭二烯系聚合物的总量的改性率的1/2以上。该改性率优选为0.55以上、更优选为0.57以上。
由此,能够得到(A)改性共轭二烯系聚合物,该(A)改性共轭二烯系聚合物可得到下述的橡胶组合物,其加工性优异、特别是在与填充剂混炼时混合器的扭矩良好地作用而在比以往更短的时间内使填充剂的分散性良好。
另外,在将本实施方式的改性共轭二烯系聚合物组合物制成硫化组合物后,低磁滞损耗性与抗湿滑性的平衡以及破坏特性和耐磨耗性优异,特别是用于得到作为轮胎用途的低磁滞损耗性优异的橡胶组合物的组合物设计自由度提高。
如上所述,本发明人发现,改性率在每个分子量区域根据聚合物而不同,除此之外,作为在将聚合物与填充剂混炼时的扭矩的传递方式,发现了下述的机理,由此完成了本发明。
即,首先在着眼于改性共轭二烯系聚合物相对于共轭二烯系聚合物的总量的改性率时,在聚合物的门尼粘度、微结构、所使用的改性剂、混炼条件等相同的情况下,相对于共轭二烯系聚合物的总量的改性率高(改性率50%以上)的聚合物在与填充剂混炼时扭矩的提高速度比改性率低的聚合物更快,另一方面,扭矩所达到的最大值也更高,因此即使作为整体的改性率发生变化,达到扭矩的最大值为止所花费的时间也大致相同。即,认为作为聚合物整体的改性率对扭矩的最大值和扭矩的上升速度这两者带来影响,结果即使作为整体的改性率发生增减,达到扭矩的最大值为止的时间的长短也不会受到太大影响。
另一方面,在着眼于上述低分子量成分的改性率、即分子量为上述峰顶的分子量的1/2的成分的改性率的情况下,与相对于共轭二烯系聚合物的总量的改性率相比,上述低分子量成分的改性率越低,将聚合物与填充剂混炼时扭矩的上升速度越慢,与相对于共轭二烯系聚合物的总量的改性率相比,低分子量成分的改性率越高,扭矩的上升速度越快。
如上所述,相对于共轭二烯系聚合物的总量的改性率也对扭矩的上升速度带来影响,但无论是“相对于共轭二烯系聚合物的总量的改性率”高的情况、还是低的情况,“低分子量成分的改性率”高时,扭矩上升速度均更快。
即,根据本发明人的研究,“低分子量成分的改性率”与“相对于共轭二烯系聚合物的总量的改性率”相比的高度对扭矩上升速度的影响是一定的,而与“相对于共轭二烯系聚合物的总量的改性率”无关。
另一方面,由于扭矩的最大值是依赖于改性共轭二烯系聚合物整体的改性率而决定的,因而不会根据低分子量成分的改性率而发生变化、即不依赖于低分子量成分的改性率,低分子量成分的改性率越高,达到扭矩的最大值为止的时间越短。因此,可以不根据相对于共轭二烯系聚合物的总量的改性率,而通过低分子量成分的改性率与相对于共轭二烯系聚合物的总量的改性率相比的高度来控制达到扭矩的最大值为止的时间。
具体地说,通过使低分子量成分的改性率成为相对于共轭二烯系聚合物的总量的改性率的1/2以上的高度,加工性良好、特别是在与填充剂混炼时混合器的扭矩良好地作用而在比以往更短的时间内使填充剂的分散性良好。作为其结果,能够将混炼时在聚合物中产生的热劣化抑制在最小限度,并且不容易发生热劣化,由此可得到能够削减所混配的热稳定剂的效果。
另外,通过使低分子量成分的改性率为相对于共轭二烯系聚合物的总量的改性率的1/2以上,在将(A)改性共轭二烯系聚合物制成硫化组合物后,低磁滞损耗性与抗湿滑性的平衡以及破坏特性和耐磨耗性优异,特别是用于得到作为轮胎用途的低磁滞损耗性优异的橡胶组合物的组合物设计自由度提高。
在制造轮胎用橡胶组合物的情况下,为了实现低磁滞损耗性的提高,使用更高支化度和/或高分子量的改性共轭二烯系聚合物是有效的,但另一方面,可能产生难以与填充剂等进行混炼之类的加工上的问题。针对该问题,通过采用提高改性共轭二烯系聚合物的加工性的技术,即使使用更高支化度和/或高分子量的(A)改性共轭二烯系聚合物,也可以防止混炼工序等中的问题的产生,作为结果,容易制备出更适于轮胎的组合物。
从这方面出发,(A)改性共轭二烯系聚合物中,使分子量为GPC曲线中的峰顶的分子量的1/2的成分的改性率为相对于共轭二烯系聚合物的总量的改性率的1/2以上。
(A)改性共轭二烯系聚合物可以通过极少发生生长反应的停止或链转移的聚合方法得到,因此能够通过导入到聚合反应器中的单体和溶剂的超高纯度化、低温聚合和小于99质量%的单体转化率来实现。
每种分子量成分的改性率可以通过能够将含有官能团的改性成分和非改性成分分离的色谱法进行测定。作为使用该色谱法的方法,可以举出使用将可吸附特定官能团的二氧化硅等极性物质作为填充剂的凝胶渗透色谱用柱,将非吸附成分的内标用于比较来进行定量的方法。
更具体地说,每种分子量成分的改性率可如下得到:根据将包含测定用试样和低分子量内标聚苯乙烯的试样溶液利用聚苯乙烯系凝胶柱测定得到的色谱图与利用二氧化硅系柱测定得到的色谱图中的每种分子量成分的差值,测定出在二氧化硅柱上的吸附量,由此得到每种分子量成分的改性率。另外,改性率可以通过后述实施例中记载的方法进行测定。
为了使分子量为GPC曲线中的峰顶的分子量的1/2的成分的改性率为相对于共轭二烯系聚合物的总量的改性率的1/2以上,如上所述,提高导入到反应器中的单体和溶剂的纯度、降低在聚合中失活的末端的量是有效的。
<重均分子量>
(A)改性共轭二烯系聚合物的重均分子量为20×104以上300×104以下、优选为30×104以上270×104以下、更优选为40×104以上250×104以下、进一步优选大于50×104且为250×104以下。
在高分子量、即重均分子量大于50×104时,所使用的聚合引发剂的添加量减少,因此生长反应的停止或链转移对于分子量为GPC曲线中的峰顶的分子量的1/2的成分的改性率所带来的影响增大。因此,若未实现导入到聚合反应器中的单体和溶剂的超高纯度化、低温聚合以及小于99质量%的单体转化率,则难以得到所期望的改性率的改性共轭二烯系聚合物。这样,尽管制造条件变得困难,但通过使重均分子量处于上述的范围,制成硫化物后的耐磨耗性优异。
在构成本实施方式的改性共轭二烯系聚合物组合物的(A)改性共轭二烯系聚合物中,为了提高特性,优选对制造条件进行控制用以使其成为高分子量、并且提高低分子量成分的改性率。
通过使重均分子量为20×104以上300×104以下,制成硫化物后的低磁滞损耗性与抗湿滑性的平衡和耐磨耗性优异。
另外,通过使重均分子量为300×104以下,制造硫化物时的填充剂的分散性优异、可得到优异的破坏特性。
(A)改性共轭二烯系聚合物和后述的聚丁二烯的重均分子量可以通过后述实施例中记载的方法进行测定。
<分子量分布>
对于(A)改性共轭二烯系聚合物,以重均分子量(Mw)相对于数均分子量(Mn)之比来表示的分子量分布Mw/Mn为1.6以上4.0以下。分子量分布为该范围的(A)改性共轭二烯系聚合物与同等程度的分子量和改性率的聚合物相比,具有在制造硫化物时的加工性更优异的倾向。Mw/Mn优选为1.8以上3.0以下、更优选为1.9以上2.5以下。
这样的分子量分布的(A)改性共轭二烯系聚合物优选可通过连续聚合来得到。
对于分子量分布,基于GPC的分子量曲线优选为一个峰(单峰)的形状、或者在两个以上峰的情况下为梯形或连峰型的形状。作为连峰型,是指峰与峰之间的最下部的高度为两侧的峰值高度的50%以上的形状。具有这样的分子量分布的(A)改性共轭二烯系聚合物具有制造硫化物时的加工性更为优异的倾向。
另外,(A)改性共轭二烯系聚合物优选包含0.3质量%以上20质量%以下的分子量为200万以上500万以下的改性共轭二烯系聚合物(以下也称为“特定的高分子量成分”)。由此,具有制成硫化物后的低磁滞损耗性与抗湿滑性的平衡以及耐磨耗性更为优异的倾向。
上述特定的高分子量成分的含量更优选为1.0质量%以上18质量%以下、进一步优选为2.0质量%以上15质量%以下。
为了得到上述特定的高分子量成分的含量处于这样的范围的(A)改性共轭二烯系聚合物,例如调整后述的有机单锂化合物作为聚合引发剂的用量即可,在后述的聚合工序中,在连续式、间歇式中的任一聚合方式中均优选选择具有停留时间分布的方法、也就是使生长反应的时间分布变宽的方法。
作为连续式中的具体方法,可以举出:使用带搅拌机的槽型反应器,将其用作利用搅拌机激烈混合的形式的返向混流反应器的方法、优选用作完全混合型反应器的方法;在管型反应器中将一部分再循环的方法;作为聚合引发剂的填料位置,除了单体入口或其附近以外,还在聚合器中途设置入口的方法;以及将槽型与管型反应器组合使用的方法。
根据这些方法,能够增大停留时间分布,使停留时间长的聚合物成分成为高分子量成分。
另外,作为间歇式中的具体方法,例如可以举出使聚合引发剂的填料方法为从引发聚合时起到聚合中途的期间连续或间歇地填料、在引发聚合时和/或聚合中途连续或间歇地进行填料的方法。
该方法为从最初装填聚合引发剂的聚合引发时刻起进行了聚合的聚合物形成高分子量成分、与之后引发聚合的聚合物之间产生分子量差的方法。更具体地说,若按照与目标分子量相当的聚合引发剂的量以转化率为例如0%~95%之间的方式向单体中连续地填料,则倾向于能够制成具有扩大的分子量分布的聚合物。
通过使用上述方法,反应工序前的共轭二烯系聚合物的活效末端的活性比例倾向于增高,倾向于得到偶联后的偶联率、即改性率高的改性共轭二烯系聚合物。这些方法中,进一步优选使用带搅拌机的槽型反应器并将其用作利用搅拌机激烈混合的形式的返向混流反应器的方法。
需要说明的是,本说明书中的“分子量”是通过GPC(凝胶渗透色谱法)得到的标准聚苯乙烯换算分子量。
数均分子量、重均分子量、分子量分布的含量可以通过后述实施例中记载的方法进行测定。
<收缩因子>
本实施方式的改性共轭二烯系聚合物组合物中使用的(A)改性共轭二烯系聚合物中,可以举出使用3D-GPC测定的收缩因子(g’)为0.86以上1.0以下的改性共轭二烯系聚合物作为优选方式。
通过使(A)改性共轭二烯系聚合物的收缩因子(g’)为上述范围,具有高温下的强度优异的倾向。
收缩因子(g’)是(A)改性共轭二烯系共聚物的支链结构的指标,收缩因子(g’)为0.86以上1.0以下的改性共轭二烯系聚合物是在1分子的改性共轭二烯系聚合物中的支链数为3支链以下的改性共轭二烯系聚合物。这种情况下,收缩因子(g’)更优选为0.88以上0.99以下、进一步优选为0.90以上0.98以下。
为了得到该(A)改性共轭二烯系共聚物,例如下述方法是有效的:将具有3个以下的与活效活性末端的反应点的改性剂以相对于聚合引发剂的总摩尔数为三分之一以上的摩尔数进行添加,来得到3支链以下的(A)改性共轭二烯系共聚物。
另外,(A)改性共轭二烯系聚合物中,可以举出使用3D-GPC测定的收缩因子(g’)为0.30以上且小于0.86的改性共轭二烯系聚合物作为优选方式。
这样的(A)改性共轭二烯系聚合物可大幅降低添加有填充剂的组合物的粘度,使加工性极为优异。
收缩因子(g’)是(A)改性共轭二烯系共聚物的支链结构的指标,收缩因子(g’)为0.30以上且小于0.86的(A)改性共轭二烯系聚合物是1分子改性共轭二烯系聚合物中的支链数为4支链以上的改性共轭二烯系聚合物。
为了得到该(A)改性共轭二烯系共聚物,例如下述方法是有效的:将具有4个以上的与活效活性末端的反应点的改性剂以相对于聚合引发剂的总摩尔数为四分之一以下的摩尔数进行添加,来得到4支链以上的(A)改性共轭二烯系共聚物。
此外,(A)改性共轭二烯系聚合物中,更优选使用3D-GPC测定的收缩因子(g’)为0.30以上0.70以下。
这样的(A)改性共轭二烯系聚合物可明显降低添加有填充剂的组合物的粘度,使加工性更为优异。
收缩因子(g’)是该(A)改性共轭二烯系共聚物的支链结构的指标,作为收缩因子(g’)为0.30以上0.70以下的(A)改性共轭二烯系聚合物,是1分子改性二烯系聚合物中的支链数为5支链以上的(A)改性共轭二烯系聚合物。
为了得到该(A)改性共轭二烯系共聚物,例如下述方法是有效的:将具有5个以上的与活效活性末端的反应点的改性剂以相对于聚合引发剂的总摩尔数为五分之一以下的摩尔数进行添加,来得到5支链以上的改性共轭二烯系共聚物。
通过带粘度检测器的GPC-光散射法测定(下文中也简称为“带粘度检测器的GPC-光散射法测定”或“3D-GPC测定”)而测定出的收缩因子(g’)是该改性共轭二烯系聚合物的支链数的指标。例如,随着收缩因子(g’)的减少,(A)改性共轭二烯系聚合物的支链数(例如星形高分子的支链数(也称为“星形高分子的臂数”))倾向于增加。
在对绝对分子量相等的改性共轭二烯系聚合物进行比较的情况下,(A)改性共轭二烯系聚合物的支链越多则收缩因子(g’)越小,因而这种情况下的收缩因子(g’)可以用作支化度的指标。
收缩因子(g’)使用3D-GPC测定来进行测定。将特性粘度与分子量的关系式([η]=KMα([η]:特性粘度、M:分子量)中的常数(K、α)设为logK=-3.883、α=0.771,输入分子量M的范围为1000~20000000,制作标准特性粘度[η]0与分子量M的关系。
作为特性粘度[η]相对于标准特性粘度[η]0的关系,在各分子量M下,计算出由3D-GPC测定得到的样品在各分子量M下的特性粘度[η]相对于该标准特性粘度[η]0的[η]/[η]0,将其平均值作为收缩因子(g’)。
更具体地说,可以通过后述实施例中记载的方法进行测定。
<(A)改性共轭二烯系聚合物的构成>
(A)改性共轭二烯系聚合物可以具有支链结构。
支链点可以为1处,也可以在1个聚合物中具有多处。
(A)改性共轭二烯系聚合物优选在聚合引发剂残基和/或改性剂残基中具有与填充剂具有亲和性或反应性的官能团的改性共轭二烯系聚合物。
即,(A)改性共轭二烯系聚合物优选由具有官能团的聚合引发剂残基和/或改性剂残基以及共轭二烯系聚合物链构成。
聚合引发剂残基优选不含有氮。聚合引发剂残基含有氮时,即使制成硫化物后的最终的加工性相同,与填充剂的反应也更快,在多段混炼时的初期阶段具有片加工性变差的倾向。另一方面,聚合引发剂残基不含有氮的情况下,与填充剂以适度的速度反应,因此即使在多段混炼时的初期阶段,片加工性也良好。
<改性剂残基>
(A)改性共轭二烯系聚合物中的改性剂残基是与共轭二烯系聚合物链键合的(A)改性共轭二烯系聚合物的结构单元,例如是通过后述的共轭二烯系聚合物与改性剂的反应而生成的源自改性剂的结构单元。
改性剂残基具有与填充剂具有亲和性或键合反应性的特定官能团。
(A)改性共轭二烯系聚合物是在聚合起始末端键合了官能团的改性共轭二烯系聚合物的情况下,该(A)改性共轭二烯系聚合物可以通过使用具有官能团的聚合引发剂进行聚合反应来得到。
<末端>
(A)改性共轭二烯系聚合物不具有支链结构的情况下,(A)改性共轭二烯系聚合物为直链结构,“末端”是指直链的两端,一端与改性剂残基键合,另一端与聚合引发剂残基键合。
(A)改性共轭二烯系聚合物具有支链结构且至少一个支链点为改性剂残基的情况下,(A)改性共轭二烯系聚合物中的“末端”为不与支链点、例如“改性剂残基”键合的共轭二烯系聚合物链的末端。这样的改性共轭二烯系聚合物如下得到:首先使用聚合引发剂使单体聚合,接着使改性剂与聚合终止末端键合,形成支链点,由此得到该聚合物,这种情况下,改性共轭二烯系聚合物中,不与改性剂残基键合的聚合物链的末端具有聚合引发剂残基。
(A)改性共轭二烯系聚合物具有支链结构且不具有基于改性剂残基的支链点的情况下,(A)改性共轭二烯系聚合物中的“末端”为不与支链点键合的共轭二烯系聚合物链的末端,具有改性剂残基或者聚合引发剂残基。
<关于官能团的优选实施方式>
作为上述与填充剂具有亲和性或键合反应性的特定官能团,优选可以举出具有包含氮原子、硅原子的官能团的官能团。
氮原子的摩尔数相对于硅原子的摩尔数之比、即N/Si的摩尔比优选为0.1~10.0、更优选为0.2~7.0。
N/Si为上述范围时,与二氧化硅系填充剂的亲和性特别好,使用了二氧化硅系填充剂的橡胶组合物的磁滞损耗小,作为低油耗轮胎用的橡胶组合物发挥出良好的性能。
作为包含硅原子的官能团,可以举出但不限于例如甲氧基甲硅烷基、乙氧基甲硅烷基、丙氧基甲硅烷基等。
另外,作为包含氮原子的官能团,可以举出但不限于例如仲氨基、叔氨基等。
另外,(A)改性共轭二烯系聚合物优选在聚合物分子中具有包含氮原子的官能团的改性共轭二烯系聚合物。这种情况下,作为包含氮原子的官能团,特别优选包含氮原子至少为-NH-型的仲胺的官能团。这种情况下,使用了二氧化硅系填充剂和炭黑作为填充剂的橡胶组合物的磁滞损耗低,作为低油耗轮胎用组合物发挥出良好的性能。
改性剂残基具有硅原子的情况下,优选硅原子的至少1个构成碳原子数为1~20的烷氧基甲硅烷基或硅烷醇基。由此具有可改善制成混配物时的填充剂的分散性、提高低磁滞损耗性的倾向。
对于(A)改性共轭二烯系聚合物,2个以上的共轭二烯系聚合物链的末端可以与一个硅原子键合。另外,共轭二烯系聚合物链的末端与烷氧基或羟基键合在一个硅原子上,作为其结果,该一个硅原子可以构成烷氧基甲硅烷基或硅烷醇基。
<构成共轭二烯系聚合物的单体>
(A)改性共轭二烯系聚合物的改性前的共轭二烯系聚合物至少将共轭二烯化合物聚合而得到,根据需要将共轭二烯化合物与芳香族乙烯基化合物这两者共聚而得到。
作为共轭二烯化合物,只要为能够聚合的单体就没有特别限定,优选每1分子包含4~12个碳原子的共轭二烯化合物,更优选每1分子包含4~8个碳原子的共轭二烯化合物。作为这样的共轭二烯化合物,可以举出但不限于例如1,3-丁二烯、异戊二烯、2,3-二甲基-1,3-丁二烯、1,3-戊二烯、3-甲基-1,3-戊二烯、1,3-己二烯、1,3-庚二烯。这些之中,从工业获得的容易性的方面出发,优选1,3-丁二烯、异戊二烯。它们可以仅单独使用一种,也可以合用两种以上。
作为芳香族乙烯基化合物,只要为能够与共轭二烯化合物共聚的单体就没有特别限定,优选单乙烯基芳香族化合物。作为单乙烯基芳香族化合物,可以举出但不限于例如苯乙烯、对甲基苯乙烯、α-甲基苯乙烯、乙烯基乙苯、乙烯基二甲苯、乙烯基萘、二苯基乙烯。这些之中,从工业获得的容易性的方面出发,优选苯乙烯。它们可以仅单独使用一种,也可以合用两种以上。
<SBR的情况下的优选实施方式>
(A)改性共轭二烯系聚合物为丁二烯-苯乙烯无规共聚物(SBR)的情况下,键合苯乙烯量优选为5质量%~50质量%,乙烯基含量优选为10质量%~75质量%。若为该范围,则可在工业上得到除了轮胎用途以外还可适用于所有用途的SBR。
特别是键合苯乙烯量为25质量%~45质量%、乙烯基含量为18质量%~30质量%的情况下,可得到磁滞损耗小、耐磨耗性优异的橡胶组合物。
另外,在键合苯乙烯量为18质量%~28质量%、乙烯基含量为45质量%~65质量%的情况下,在与天然橡胶混配而成的橡胶组合物中,可得到磁滞损耗小、强度优异的省油耗轮胎用橡胶组合物。
需要说明的是,键合苯乙烯量是全部单体成分中的苯乙烯的质量%,乙烯基含量是丁二烯成分中的乙烯基键合成分的质量%。
<玻璃化转变温度>
(A)改性共轭二烯系聚合物的玻璃化转变温度即Tg是改性共轭二烯系聚合物的分子链开始旋转运动的温度,对于低磁滞损耗性和抗湿滑性具有较大影响。
Tg低的情况下,低磁滞损耗性良好;Tg高的情况下,抗湿滑性提高。
对于(A)改性共轭二烯系聚合物,可以举出Tg为-20℃以上0℃以下的改性共轭二烯系聚合物作为优选方式。由此使抗湿滑性、刚性极为良好。该改性共轭二烯系聚合物在高性能用轮胎以及超高性能用轮胎中极为有用。
另外,对于(A)改性共轭二烯系聚合物,可以举出Tg为-50℃以上且小于-20℃的改性共轭二烯系聚合物作为优选的其他方式。由此使低磁滞损耗性与抗湿滑性的平衡极为优异。该改性共轭二烯系聚合物在夏季用轮胎和四季用轮胎中极为有用。
此外,对于(A)改性共轭二烯系聚合物,可以举出Tg为-70℃以上且小于-50℃的改性共轭二烯系聚合物作为优选的其他方式。由此使低温性能性和耐磨耗性极为良好。
该改性共轭二烯系聚合物在冬季用轮胎中极为有用。
另外,可用于各种轮胎胎面的混配中用以改善耐磨耗性。
改性共轭二烯系聚合物的Tg可以根据ISO 22768:2006进行测定。
(A)改性共轭二烯系聚合物的Tg可以通过调整键合苯乙烯量、乙烯基含量而控制在上述的各数值范围中。
<无规SBR的优选方式>
(A)改性共轭二烯系聚合物为丁二烯-苯乙烯无规共聚物(SBR)的情况下,优选苯乙烯单元单独存在的比例多,优选长链少。
具体地说,改性共轭二烯系聚合物为丁二烯-苯乙烯共聚物的情况下,在利用作为田中等人的方法(Polymer,22,1721(1981))而为人所知的基于臭氧分解的方法将上述共聚物分解并利用GPC对苯乙烯链分布进行分析的情况下,相对于全部键合苯乙烯量,优选分离苯乙烯量为40质量%以上、苯乙烯链为8个以上的链苯乙烯结构为5质量%以下。这种情况下,可以减小所得到的硫化橡胶的磁滞损耗,可得到性能优异的省油耗轮胎用橡胶组合物。
<氢化共轭二烯系聚合物>
(A)改性共轭二烯系聚合物可以为对该改性共轭二烯系聚合物或者改性前的共轭二烯系聚合物在惰性溶剂中实施进一步氢化的处理而得到的聚合物。由此能够将双键的全部或一部分转换成饱和烃。这种情况下,耐热性、耐候性提高,能够防止在高温下加工时的产品劣化,具有可提高作为橡胶的运动性能的倾向。另外,其结果,在汽车用途等各种用途中发挥出更优异的性能。
基于共轭二烯化合物的不饱和双键的氢化率可以根据目的任意选择,没有特别限定。作为硫化物使用的情况下,优选共轭二烯部的双键有部分残留。从这方面出发,共轭二烯系聚合物中的共轭二烯部的氢化率优选为3.0摩尔%以上70摩尔%以下、更优选为5.0摩尔%以上65摩尔%以下、进一步优选为10摩尔%以上60摩尔%以下。特别是通过将乙烯基选择性地氢化,具有耐热性和运动性能提高的倾向。氢化率可以利用核磁共振装置(NMR)求出。
<充油聚合物、门尼粘度>
(A)改性共轭二烯系聚合物可以制成添加有填充油的充油聚合物。(A)改性共轭二烯系聚合物可以为非充油的、也可以为充油的。
另外,从制造橡胶硫化物时的加工性和制成硫化物后的耐磨耗性的方面出发,(A)改性共轭二烯系聚合物在100℃测定的门尼粘度优选为20以上100以下、更优选为30以上80以下。门尼粘度可以通过后述实施例中记载的方法进行测定。
<氮、硅含量>
(A)改性共轭二烯系共聚物中,从低磁滞损耗性提高的方面出发,氮和硅的含量优选分别为3质量ppm以上、更优选分别为7质量ppm以上、进一步优选分别为10质量ppm以上。
据认为(A)改性共轭二烯系共聚物与填料混炼时利用氮进行物理吸附、利用硅进行化学键合。
(A)改性共轭二烯系共聚物中,所含有的氮与硅的摩尔比很重要,从在混炼时能够以短时间分散二氧化硅的方面出发,氮相对于硅的摩尔比(N/Si)优选为1.1以上且小于10、更优选为1.3以上7以下、进一步优选为1.5以上5以下。关于N/Si的摩尔比优选为上述范围的理由,据推测对于二氧化硅颗粒的基于氮的物理吸附比基于硅的化学键合的反应速度更快,因此优选氮相对于硅的摩尔比为等摩尔以上。
另外,对于(A)改性共轭二烯系共聚物,可以举出氮相对于硅的摩尔比(N/Si)为0.1以上且小于0.9的(A)改性共轭二烯系共聚物作为其他优选方式。由此具有制成硫化物后的耐磨耗性优异的倾向。这种情况下,该摩尔比更优选为0.2以上0.75以下、进一步优选为0.3以上0.6以下。
关于优选使氮相对于硅的摩尔比为0.1以上且小于0.9的理由目前尚不明确,据推测对于二氧化硅颗粒的基于硅的化学键合比基于氮的物理吸附更牢固,因而通过使氮相对于硅的摩尔比小于等摩尔,改性共轭二烯系聚合物与二氧化硅通过化学键合进行结合的比例增多,改性共轭二烯系聚合物与二氧化硅的结合增强。这种情况下,优选硅的含量为7ppm以上。
(A)改性共轭二烯系共聚物的氮和硅的含量以及氮相对于硅的摩尔比可以利用在共轭二烯系共聚物的改性反应中使用的改性剂进行控制。
例如,可以通过提高改性剂中的氮相对于硅的摩尔比而提高该改性共轭二烯系共聚物的氮相对于硅的摩尔比。
<(A)改性共轭二烯系聚合物的优选结构>
(A)改性共轭二烯系聚合物优选由下述通式(I)表示。
[化1]
式(I)中,D1表示二烯系聚合物链,R1~R3各自独立地表示单键或碳原子数为1~20的亚烷基,R4和R7各自独立地表示碳原子数为1~20的烷基,R5、R8和R9各自独立地表示氢原子或碳原子数为1~20的烷基,R6和R10各自独立地表示碳原子数为1~20的亚烷基,R11表示氢原子或碳原子数为1~20的烷基。
m和x表示1~3的整数,x≦m,p表示1或2,y表示1~3的整数,y≦(p+1),z表示1或2的整数。
存在两个以上的情况下的D1、R1~R11、m、p、x、y以及z各自独立。
i表示0~6的整数,j表示0~6的整数,k表示0~6的整数,(i+j+k)为1~10的整数,((x×i)+(y×j)+(z×k))为1~30的整数。
A表示碳原子数为1~20的烃基、或者具有选自由氧原子、氮原子、硅原子、硫原子、磷原子组成的组中的至少一种原子且不具有活性氢的有机基团。其中,(i+j+k)为1的情况下,A可以不存在。由此,经改性的共轭二烯系聚合物具有在制成硫化物后的低磁滞损耗性与抗湿滑性的平衡以及耐磨耗性更为优异的倾向。
(A)改性共轭二烯系聚合物中,优选式(I)中的A表示下述通式(II)~(V)中的任一者。
[化2]
式(II)中,B1表示单键或碳原子数为1~20的烃基,a表示1~10的整数,存在两个以上的情况下的B1各自独立。
[化3]
式(III)中,B2表示单键或碳原子数为1~20的烃基,B3表示碳原子数为1~20的烷基,a表示1~10的整数,分别存在两个以上的情况下的B2和B3各自独立。
[化4]
式(IV)中,B4表示单键或碳原子数为1~20的烃基,a表示1~10的整数,存在两个以上的情况下的B4各自独立。
[化5]
式(V)中,B5表示单键或碳原子数为1~20的烃基,a表示1~10的整数,存在两个以上的情况下的B5各自独立。由此具有制成硫化物后的低磁滞损耗性与抗湿滑性的平衡以及耐磨耗性更为优异的倾向。另外具有实用上容易获得的倾向。
(改性共轭二烯系聚合物的制造方法)
(A)改性共轭二烯系聚合物的制造方法优选具有下述工序:聚合工序,使用有机单锂化合物作为聚合引发剂,至少将共轭二烯化合物聚合,得到共轭二烯系聚合物;以及改性反应工序,使该共轭二烯系聚合物与改性剂反应,该改性剂具有与该共轭二烯系聚合物的活性末端反应的连结基团,并且具有与填充剂具有亲和性或键合反应性的特定官能团。
<聚合工序>
(A)改性二烯系聚合物的制造方法中,优选在聚合工序中将有机单锂化合物作为聚合引发剂,至少将共轭二烯化合物聚合,得到共轭二烯系聚合物。
聚合工序中,优选通过基于活性阴离子聚合反应的生长反应进行聚合,由此具有能够得到具有活性末端的共轭二烯系聚合物,能够得到高改性率的改性二烯系聚合物的倾向。
对于(A)改性共轭二烯系聚合物,分子量为GPC曲线中的峰顶的分子量的1/2的成分(低分子量成分)的改性率为相对于共轭二烯系聚合物的总量的改性率的1/2以上。
为了得到该(A)改性共轭二烯系聚合物,通过极少发生生长反应的停止或链转移的聚合方法得到共轭二烯系聚合物是有效的。
因此,导入至聚合反应器中的单体和溶剂的超高纯度化需要为以往以上的水平。
因此,所使用的单体成分中,杂质总计优选为30ppm以下,关于丙二烯类、乙炔类、伯胺和仲胺等杂质的含量浓度(质量),丙二烯类物质优选为20ppm以下、更优选为10ppm以下,乙炔类物质优选为20ppm以下、更优选为10ppm以下,伯胺和仲胺以合计氮含量计优选为4ppm以下、更优选为2ppm以下。
作为丙二烯类物质,可以举出但不限于例如丙二烯、1,2-丁二烯。作为乙炔类物质,可以举出但不限于例如乙基乙炔、乙烯基乙炔。作为伯胺和仲胺,可以举出但不限于例如甲胺、二甲胺。
单体和溶剂的超高纯度化可以通过将聚合中使用的单体和溶剂全部充分纯化来实现。
在作为单体的丁二烯的纯化中,当然要除去阻聚剂,而且重要的是除去可能对阴离子聚合带来不良影响的二甲胺、N-甲基-γ-氨基丁酸等。作为除去这些成分的方法,例如可以举出将含有阻聚剂的1,3-丁二烯使用氧浓度小于2mg/L的低氧水作为清洗水进行水洗,之后除去1,3-丁二烯中的阻聚剂的方法。
在作为单体的苯乙烯的纯化中,重要的是除去可能对阴离子聚合带来不良影响的苯乙炔类物质等。作为除去苯乙炔类物质的方法,例如可以举出实施使用了钯负载氧化铝催化剂的氢化反应的方法。
在作为聚合溶剂的正己烷的纯化中,重要的是除去可能对阴离子聚合带来不良影响的水分。作为除去水分的方法,例如可以举出使用γ-氧化铝、合成沸石等的方法。这些之中,优选使用合成沸石的方法,作为合成沸石,优选细孔径大的合成沸石,更优选细孔径为0.35nm以上的合成沸石、进一步优选细孔径为0.42nm以上的合成沸石。
为了成为优选的杂质浓度所需要的超高纯度化处理根据处理前的状态而不同,因此优选在单体和溶剂的超高纯度化处理之后且在聚合反应之前测定单体和溶剂的杂质浓度。
在即使实施上述各种方法也得不到所期望的杂质浓度的单体和/或溶剂的情况下,则认为其中某一处理不充分。在希望减少伯胺和仲胺的量的情况下,丁二烯的纯化不充分,因此例如优选再次使用氧浓度小于2mg/L的低氧水作为清洗水进行水洗。在希望减少乙炔类物质的情况下,苯乙烯的纯化不充分,因此例如优选再次实施使用了钯负载氧化铝催化剂的氢化反应。此时,更优选进行增加钯负载氧化铝催化剂的量、或者延长与钯负载氧化铝催化剂的接触时间等处理。
作为极少发生生长反应的停止或链转移的聚合方法,进一步进行聚合温度的控制以及单体添加率的控制是有效的。
聚合温度优选为进行活性阴离子聚合的温度,从生产率的方面出发,优选为0℃以上,优选为80℃以下。更优选为50℃以上75℃以下。
另外,优选以全部单体的转化率小于99质量%与改性剂反应。更优选转化率小于98质量%。
共轭二烯系聚合物可以为无规共聚物、也可以为嵌段共聚物。为了将共轭二烯系聚合物制成橡胶状聚合物,相对于共轭二烯系聚合物的全部单体,共轭二烯化合物优选使用40质量%以上、更优选使用55质量%以上。
作为无规共聚物,可以举出但不限于例如丁二烯-异戊二烯无规共聚物等由两种以上的共轭二烯化合物构成的无规共聚物;丁二烯-苯乙烯无规共聚物、异戊二烯-苯乙烯无规共聚物、丁二烯-异戊二烯-苯乙烯无规共聚物等由共轭二烯和芳香族乙烯基化合物构成的无规共聚物。
作为共聚物链中的各单体的组成分布没有特别限定,例如可以举出接近于统计学上的无规组成的完全无规共聚物、组成以锥形状分布的锥形(梯度)无规共聚物。共轭二烯的键合形式、即1,4-键合、1,2-键合等组成可以是均匀的,也可以是具有分布的。
作为嵌段共聚物,可以举出但不限于例如由2个嵌段构成的2型嵌段共聚物(二嵌段)、由3个嵌段构成的3型嵌段共聚物(三嵌段)、由4个嵌段构成的4型嵌段共聚物(四嵌段)。作为构成1个嵌段的聚合物,可以为由1种单体构成的聚合物,也可以为由2种以上的单体构成的共聚物。例如,将由1,3-丁二烯构成的聚合物嵌段以“B”表示、将1,3-丁二烯与异戊二烯的共聚物以“B/I”表示、将1,3-丁二烯与苯乙烯的共聚物以“B/S”表示、将由苯乙烯构成的聚合物嵌段以“S”表示时,嵌段共聚物以B-B/I 2型嵌段共聚物、B-B/S 2型嵌段共聚物、S-B 2型嵌段共聚物、B-B/S-S 3型嵌段共聚物、S-B-S 3型嵌段共聚物、S-B-S-B 4型嵌段共聚物等表示。
上述式中,各嵌段的边界并不一定需要明确区分。另外,在1个聚合物嵌段由两种单体A和B构成的共聚物的情况下,嵌段中的A和B可以均匀分布,或者也可以锥形状分布。
<聚合引发剂>
作为聚合引发剂,优选至少使用有机单锂化合物。
作为有机单锂化合物,可以举出但不限于例如低分子化合物、可溶化的低聚物的有机单锂化合物。
另外,作为有机单锂化合物,在其有机基团与其锂的键合形式中,可以举出例如具有碳-锂键的化合物、具有氮-锂键的化合物、具有锡-锂键的化合物。
有机单锂化合物作为聚合引发剂的用量可以根据目标共轭二烯系聚合物或改性共轭二烯系聚合物的分子量而确定。相对于聚合引发剂的用量的共轭二烯化合物等单体的用量具有关系到聚合度、即关系到数均分子量和/或重均分子量的倾向。因此,为了增大分子量,向减少聚合引发剂的方向调整即可;为了降低分子量,向增加聚合引发剂量的方向调整即可。
作为有机单锂化合物,可以举出具有取代氨基的烷基锂化合物、或者二烷基氨基锂。这种情况下,可得到聚合起始末端具有构成氨基的氮原子的共轭二烯系聚合物。
取代氨基为不带有活性氢的、或者对活性氢进行了保护的结构的氨基。作为具有不带有活性氢的氨基的烷基锂化合物,可以举出但不限于例如3-二甲氨基丙基锂、3-二乙氨基丙基锂、4-(甲基丙基氨基)丁基锂、4-六亚甲基亚氨基丁基锂。作为具有对活性氢进行了保护的结构的氨基的烷基锂化合物,可以举出但不限于例如3-双三甲基甲硅烷基氨基丙基锂、4-三甲基甲硅烷基甲基氨基丁基锂。
作为二烷基氨基锂,可以举出但不限于例如二甲基氨基锂、二乙基氨基锂、二丙基氨基锂、二丁基氨基锂、二正己基氨基锂、二庚基氨基锂、二异丙基氨基锂、二辛基氨基锂、二-2-乙基己基氨基锂、二癸基氨基锂、乙基丙基氨基锂、乙基丁基氨基锂、乙基苄基氨基锂、甲基苯乙基氨基锂、六亚甲基亚氨基锂、吡咯烷基锂、哌啶基锂、七亚甲基亚氨基锂、吗啉基锂、1-锂氮杂环辛烷、6-锂-1,3,3-三甲基-6-氮杂双环[3.2.1]辛烷、1-锂-1,2,3,6-四氢吡啶。
这些具有取代氨基的有机单锂化合物也可以与可聚合的单体(例如1,3-丁二烯、异戊二烯、苯乙烯等单体)少量地反应,以可溶化的低聚物的有机单锂化合物的形式来使用。
有机单锂化合物优选为烷基锂化合物。这种情况下,可得到在聚合起始末端具有烷基的共轭二烯系聚合物。作为烷基锂化合物,可以举出但不限于例如正丁基锂、仲丁基锂、叔丁基锂、正己基锂、苄基锂、苯基锂、均二苯代乙烯锂。作为烷基锂化合物,从工业获得的容易性和聚合反应控制的容易性的方面出发,优选正丁基锂、仲丁基锂。
这些有机单锂化合物可以仅单独使用一种,也可以合用两种以上。
另外,有机单锂化合物可以与其他有机金属化合物合用。作为该有机金属化合物,可以举出但不限于例如碱土金属化合物、其他碱金属化合物、其他有机金属化合物。作为碱土金属化合物,可以举出但不限于例如有机镁化合物、有机钙化合物、有机锶化合物。另外还可以举出碱土金属的醇盐、磺酸盐、碳酸盐、氨化物。作为有机镁化合物,可以举出但不限于例如二丁基镁、乙基丁基镁。作为其他有机金属化合物,可以举出例如有机铝化合物。
作为聚合工序中的聚合反应形式,可以举出但不限于例如间歇式(也称为“分批式”)、连续式的聚合反应形式。
在连续式中,可以使用1个或连结2个以上的反应器。连续式的反应器例如使用带搅拌机的槽型、管型的反应器。连续式中,优选将单体、惰性溶剂以及聚合引发剂连续装填到反应器中,在该反应器内得到包含聚合物的聚合物溶液,连续地排出聚合物溶液。
间歇式的反应器例如使用带搅拌机的槽型反应器。间歇式中,优选装填单体、惰性溶剂以及聚合引发剂,根据需要在聚合中连续或间断地追加单体,在该反应器内得到包含聚合物的聚合物溶液,在聚合终止后排出聚合物溶液。
在本实施方式的改性共轭二烯系聚合物的制造工序中,为了得到以高比例具有活性末端的共轭二烯系聚合物,优选通过可连续地排出聚合物、在短时间内供于下一步反应的连续式。
聚合工序中,优选在惰性溶剂中进行聚合。
作为惰性溶剂,例如可以举出饱和烃、芳香族烃等烃系溶剂。
作为具体的烃系溶剂,可以举出但不限于例如丁烷、戊烷、己烷、庚烷等脂肪族烃;环戊烷、环己烷、甲基环戊烷、甲基环己烷等脂环族烃;苯、甲苯、二甲苯等芳香族烃以及由这些的混合物构成的烃。
在供于聚合反应之前,将作为杂质的丙二烯类物质以及乙炔类物质利用有机金属化合物进行处理,由此倾向于得到具有高浓度的活性末端的共轭二烯系聚合物,倾向于得到高改性率的改性共轭二烯系聚合物,因而是优选的。
在聚合工序中,可以添加极性化合物。由此,具有能够使芳香族乙烯基化合物与共轭二烯化合物无规共聚,还能够作为用于控制共轭二烯部的微结构的乙烯基化剂来使用的倾向。另外,具有在聚合反应的促进等方面也具有效果的倾向。
作为极性化合物,可以举出但不限于例如四氢呋喃、二乙醚、二氧六环、乙二醇二甲醚、乙二醇二丁醚、二乙二醇二甲醚、二乙二醇二丁醚、二甲氧基苯、2,2-双(2-四氢呋喃基)丙烷等醚类;四甲基乙二胺、二哌啶基乙烷、三甲胺、三乙胺、吡啶、奎宁环等叔胺化合物;叔戊醇钾、叔丁醇钾、叔丁醇钠、戊醇钠等碱金属醇盐化合物;三苯基膦等膦化合物等。
这些极性化合物可以仅单独使用一种,也可以合用两种以上。
对于极性化合物的用量没有特别限定,可以根据目的等选择,相对于1摩尔聚合引发剂优选为0.01摩尔以上100摩尔以下。这样的极性化合物(乙烯基化剂)作为聚合物共轭二烯部分的微结构的调节剂,可以根据所期望的乙烯基键合量适量地使用。大部分极性化合物具有下述倾向:在共轭二烯化合物与芳香族乙烯基化合物的共聚中具有有效的无规化效果,同时能够用作芳香族乙烯基化合物的分布调整或苯乙烯嵌段量的调整剂。
作为使共轭二烯化合物与芳香族乙烯基化合物无规化的方法,例如可以使用日本特开昭59-140211号公报中所记载的方法,利用苯乙烯的总量与1,3-丁二烯的一部分引发共聚反应,在共聚反应的途中间断地添加余下的1,3-丁二烯。
聚合工序中得到的后述反应工序前的共轭二烯系聚合物优选在110℃测定的门尼粘度为10以上90以下、更优选为15以上85以下、更进一步优选为20以上60以下。
门尼粘度为上述范围时,本实施方式的改性共轭二烯系聚合物组合物具有加工性和耐磨耗性优异的倾向。
对于共轭二烯系聚合物或改性共轭二烯系聚合物中的键合共轭二烯量没有特别限定,优选为40质量%以上100质量%以下、更优选为55质量%以上80质量%以下。
另外,对于共轭二烯系聚合物或改性共轭二烯系聚合物中的键合芳香族乙烯基量没有特别限定,优选为0质量%以上60质量%以下、更优选为20质量%以上45质量%以下。
键合共轭二烯量和键合芳香族乙烯基量为上述范围时,具有制成硫化物后的低磁滞损耗性与抗湿滑性的平衡以及破坏特性和耐磨耗性更为优异的倾向。
此处,键合芳香族乙烯基量可以利用苯基的紫外吸光进行测定,由此还能够求出键合共轭二烯量。具体地说,可以按照后述实施例中记载的方法进行测定。
共轭二烯系聚合物或改性共轭二烯系聚合物中,对于共轭二烯键合单元中的乙烯基键合量没有特别限定,优选为10摩尔%以上75摩尔%以下、更优选为20摩尔%以上65摩尔%以下。
乙烯基键合量为上述范围时,具有制成硫化物后的低磁滞损耗性与抗湿滑性的平衡以及耐磨耗性和破坏强度更为优异的倾向。
此处,在(A)改性共轭二烯系聚合物为支链改性二烯系聚合物且为丁二烯与苯乙烯的共聚物的情况下,可以通过Hampton方法(R.R.Hampton,Analytical Chemistry,21,923(1949))求出丁二烯键合单元中的乙烯基键合量(1,2-键合量)。具体地说,可以通过后述实施例中记载的方法进行测定。
关于改性共轭二烯系聚合物的微结构,在(A)改性共轭二烯系聚合物中的各键合量处于上述数值范围、并且(A)改性共轭二烯系聚合物的玻璃化转变温度为-50℃以上且小于-20℃的范围时,具有能够得到低磁滞损耗性与抗湿滑性的平衡更进一步优异的硫化物的倾向。
关于玻璃化转变温度,根据ISO 22768:2006,一边以规定的温度范围升温一边记录DSC曲线,将DSC微分曲线的峰顶(拐点)作为玻璃化转变温度。具体地说,可以通过后述实施例中记载的方法进行测定。
(A)改性共轭二烯系聚合物为共轭二烯-芳香族乙烯基共聚物的情况下,优选30个以上的芳香族乙烯基单元链接而成的嵌段数少或不存在。更具体地说,在共聚物为丁二烯-苯乙烯共聚物的情况下,在利用Kolthoff的方法(I.M.KOLTHOFF,et al.,J.Polym.Sci.1,429(1946)中记载的方法)将共聚物分解并对不溶于甲醇的聚苯乙烯量进行分析的公知方法中,30个以上的芳香族乙烯基单元链接而成的嵌段相对于共聚物的总量优选为5.0质量%以下、更优选为3.0质量%以下。
<改性反应工序>
改性反应工序中,使利用上述的方法得到的共轭二烯系聚合物与改性剂反应,该改性剂具有与该共轭二烯系聚合物的活性末端反应的连结基团,并且具有与填充剂具有亲和性或键合反应性的特定官能团。
这种情况下,也可以为具有还兼具作为连结基团的效果的特定官能团的改性剂。另外,优选在聚合工序后立即实施改性反应工序。这种情况下,具有可得到改性率高的改性共轭二烯系聚合物的倾向。
作为改性剂,在使用连结基团为单官能或2官能的化合物时,可得到直链状的末端改性二烯系聚合物,在使用连结基团为3官能以上的多官能化合物时,可得到支链状的改性二烯系聚合物。
作为改性剂,优选使用包含氮、硅、锡、磷、氧、硫、卤素中的至少一种元素的单官能或多官能的化合物。另外,通过加入包含鎓生成剂的末端改性剂来进行反应,可以将鎓结构导入至上述改性共轭二烯系聚合物中。另外,还可以使用在分子中含有两个以上包含这些元素的官能团的改性剂、或者含有包含两个以上这些元素的官能团的改性剂。
作为改性剂,优选羟基、羧基、伯氨基和仲氨基等的活性氢少或不具有活性氢。活性氢具有使共轭二烯系聚合物的活性末端失活的倾向。
<改性剂的具体的记载>
作为含氮化合物,可以举出但不限于例如异氰酸酯化合物、异硫氰酸酯化合物、异氰脲酸衍生物、含氮基的羰基化合物、含氮基的乙烯基化合物、含氮基的环氧化合物等。
作为含硅化合物,可以举出但不限于例如卤化硅化合物、环氧化硅化合物、乙烯基化硅化合物、烷氧基硅化合物、含有含氮基团的烷氧基硅化合物等。
作为含锡化合物,可以举出但不限于例如卤化锡化合物、有机锡羧酸盐化合物等。
作为含磷化合物,可以举出但不限于例如亚磷酸酯化合物、膦基化合物等。
作为含氧化合物,可以举出但不限于例如环氧化合物、醚化合物、酯化合物等。
作为含硫化合物,可以举出但不限于例如巯基衍生物、硫代羰基化合物、异硫氰酸酯等。
作为含卤素化合物,可以举出但不限于上述的卤化硅化合物、卤化锡化合物等。
作为鎓生成剂,可以举出但不限于例如可形成伯胺或仲胺的保护化胺化合物(生成铵)、可形成氢化膦的保护化膦化合物(生成鏻)、可形成羟基、硫醇的化合物(生成氧鎓、锍)等,优选使用各自在分子中具有用于将鎓生成剂和上述改性共轭二烯系聚合物键合的官能团的末端改性剂。
作为用于键合上述改性共轭二烯系聚合物的官能团,可以举出羰基(酮、酯等)、乙烯基等不饱和基团、环氧基、卤化硅基、烷氧基硅基等。
改性剂优选具有含氮官能团,作为该含氮官能团,优选不具有活性氢的胺化合物,例如可以举出叔胺化合物、上述活性氢被保护基取代的保护化胺化合物、通式-N=C所表示的亚胺化合物。
作为属于改性剂的含氮化合物的异氰酸酯化合物,可以举出但不限于例如2,4-甲苯二异氰酸酯、2,6-甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、聚合型的二苯基甲烷二异氰酸酯(C-MDI)、苯基异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、丁基异氰酸酯、1,3,5-苯三异氰酸酯等。
作为异氰脲酸衍生物,可以举出但不限于例如1,3,5-三(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)异氰脲酸酯、1,3,5-三(3-三乙氧基甲硅烷基丙基)异氰脲酸酯、1,3,5-三(环氧乙烷-2-基)-1,3,5-三嗪-2,4,6-三酮、1,3,5-三(异氰酸根合甲基)-1,3,5-三嗪-2,4,6-三酮、1,3,5-三乙烯基-1,3,5-三嗪-2,4,6-三酮等。
作为含氮基的羰基化合物,可以举出但不限于例如1,3-二甲基-2-咪唑啉酮、1-甲基-3-乙基-2-咪唑啉酮、1-甲基-3-(2-甲氧基乙基)-2-咪唑啉酮、N-甲基-2-吡咯烷酮、N-甲基-2-哌啶酮、N-甲基-2-喹诺酮、4,4’-双(二乙基氨基)二苯甲酮、4,4’-双(二甲氨基)二苯甲酮、甲基-2-吡啶基酮、甲基-4-吡啶基酮、丙基-2-吡啶基酮、二-4-吡啶基酮、2-苯甲酰基吡啶、N,N,N’,N’-四甲基脲、N,N-二甲基-N’,N’-二苯基脲、N,N-二乙基氨基甲酸甲酯、N,N-二乙基乙酰胺、N,N-二甲基-N’,N’-二甲氨基乙酰胺、N,N-二甲基吡啶甲酰胺、N,N-二甲基异烟酰胺等。
作为含氮基的乙烯基化合物,可以举出但不限于例如N,N-二甲基丙烯酰胺、N,N-二甲基甲基丙烯酰胺、N-甲基马来酰亚胺、N-甲基邻苯二甲酰亚胺、N,N-双三甲基甲硅烷基丙烯酰胺、吗啉代丙烯酰胺、3-(2-二甲氨基乙基)苯乙烯、(二甲氨基)二甲基-4-乙烯基苯基硅烷、4,4’-亚乙烯基双(N,N-二甲基苯胺)、4,4’-亚乙烯基双(N,N-二乙基苯胺)、1,1-双(4-吗啉代苯基)乙烯、1-苯基-1-(4-N,N-二甲氨基苯基)乙烯等。
作为含氮基的环氧化合物,可以举出但不限于例如含有与氨基键合的环氧基的烃化合物,另外可以具有与醚基键合的环氧基。例如由通式(1)表示。
[化6]
上述式(1)中,R为2价以上的烃基、或者具有选自醚、环氧、酮等的氧、硫醚、硫代酮等的硫、叔氨基、亚氨基等的氮中的至少一种极性基团的2价以上的有机基团。
2价以上的烃基为饱和或不饱和的可以为直链状、支链状、环状的烃基,包括亚烷基、亚烯基、亚苯基等。优选碳原子数为1~20。具体例可以举出例如亚甲基、亚乙基、亚丁基、亚环己基、1,3-双(亚甲基)-环己烷、1,3-双(亚乙基)-环己烷、邻亚苯基、间亚苯基、对亚苯基、间二甲苯、对二甲苯、双(亚苯基)-甲烷等。
上述式(1)中,R1、R4是碳原子数为1~10的烃基,R1、R4相互可以不同。R2、R5是氢或碳原子数为1~10的烃基,R2、R5相互可以不同。
R3是碳原子数为1~10的烃基、或者下述式(2)的结构。
R1、R2、R3可以相互键合而成为环状结构。
另外,R3为烃基的情况下,可以与R相互键合而成为环状结构。这种情况下,键合在R3上的N与R可以为直接键合的方式。
上述式(1)中,n为1以上的整数,m为0或1以上的整数。
[化7]
上述式(2)中,R1、R2与上述式(1)的R1、R2同样地定义,R1、R2相互可以不同。
作为被用作改性剂的含氮基的环氧化合物,优选具有含有环氧基的烃基,更优选具有含有缩水甘油基的烃基。
作为含有键合于氨基或醚基的环氧基的烃基,例如可以举出缩水甘油基氨基、二缩水甘油基氨基或环氧丙氧基。进一步优选的分子结构为分别具有缩水甘油基氨基或二缩水甘油基氨基以及环氧丙氧基的含有环氧基的化合物,如下述通式(3)所表示。
[化8]
上述式(3)中,R与上述式(1)的R同样地定义,R6是碳原子数为1~10的烃基或下述式(4)的结构。
R6是烃基的情况下,可以与R相互键合而成为环状结构,该情况下,可以是与R6键合的N和R直接键合的方式。
式(3)中,n为1以上的整数、m为0或1以上的整数。
[化9]
作为被用作改性剂的含氮基的环氧化合物,最优选在分子中具有1个以上的二缩水甘油基氨基和1个以上的环氧丙氧基的化合物。
作为被用作改性剂的含氮基的环氧化合物,可以举出但不限于例如N,N-二缩水甘油基-4-环氧丙氧基苯胺、1-N,N-二缩水甘油基氨基甲基-4-环氧丙氧基-环己烷、4-(4-环氧丙氧基苯基)-(N,N-二缩水甘油基)苯胺、4-(4-环氧丙氧基苯氧基)-(N,N-二缩水甘油基)苯胺、4-(4-环氧丙氧基苄基)-(N,N-二缩水甘油基)苯胺、4-(N,N’-二缩水甘油基-2-哌嗪基)-环氧丙氧基苯、1,3-双(N,N-二缩水甘油基氨基甲基)环己烷、N,N,N’,N’-四缩水甘油基-间二甲苯二胺、4,4-亚甲基-双(N,N-二缩水甘油基苯胺)、1,4-双(N,N-二缩水甘油基氨基)环己烷、N,N,N’,N’-四缩水甘油基-对苯二胺、4,4’-双(二缩水甘油基氨基)二苯甲酮、4-(4-缩水甘油基哌嗪基)-(N,N-二缩水甘油基)苯胺、2-[2-(N,N-二缩水甘油基氨基)乙基]-1-缩水甘油基吡咯烷、N,N-二缩水甘油基苯胺、4,4’-二缩水甘油基-二苄基甲基胺、N,N-二缩水甘油基苯胺、N,N-二缩水甘油基邻甲苯胺、N,N-二缩水甘油基氨基甲基环己烷等。
作为这些之中特别优选的化合物,可以举出N,N-二缩水甘油基-4-环氧丙氧基苯胺、1,3-双(N,N-二缩水甘油基氨基甲基)环己烷。
作为属于改性剂的卤化硅化合物,可以举出但不限于例如二丁基二氯硅烷、甲基三氯硅烷、二甲基二氯硅烷、甲基二氯硅烷、三甲基氯硅烷、四氯硅烷、三(三甲基甲硅烷氧基)氯硅烷、三(二甲氨基)氯硅烷、六氯乙硅烷、双(三氯甲硅烷基)甲烷、1,2-双(三氯甲硅烷基)乙烷、1,2-双(甲基二氯甲硅烷基)乙烷、1,4-双(三氯甲硅烷基)丁烷、1,4-双(甲基二氯甲硅烷基)丁烷等。
作为属于改性剂的环氧化硅化合物,可以举出但不限于例如3-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷、3-环氧丙氧基丙基三乙氧基硅烷、3-环氧丙氧基丙基甲基二乙氧基硅烷、环氧改性硅酮等。
作为属于改性剂的烷氧基硅化合物,可以举出但不限于例如四甲氧基硅烷、四乙氧基硅烷、三苯氧基甲基硅烷、甲氧基取代聚有机硅氧烷等。
作为属于改性剂的包含含氮基团的烷氧基硅化合物,可以举出但不限于例如3-二甲氨基丙基三甲氧基硅烷、3-二甲氨基丙基甲基二甲氧基硅烷、3-二乙基氨基丙基三乙氧基硅烷、3-吗啉代丙基三甲氧基硅烷、3-哌啶基丙基三乙氧基硅烷、3-六亚甲基亚氨基丙基甲基二乙氧基硅烷、3-(4-甲基-1-哌嗪基)丙基三乙氧基硅烷、1-[3-(三乙氧基甲硅烷基)-丙基]-3-甲基六氢化嘧啶、3-(4-三甲基甲硅烷基-1-哌嗪基)丙基三乙氧基硅烷、3-(3-三乙基甲硅烷基-1-咪唑烷基)丙基甲基二乙氧基硅烷、3-(3-三甲基甲硅烷基-1-六氢化嘧啶基)丙基三甲氧基硅烷、3-二甲氨基-2-(二甲氨基甲基)丙基三甲氧基硅烷、双(3-二甲氧基甲基甲硅烷基丙基)-N-甲基胺、双(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)-N-甲基胺、双(3-三乙氧基甲硅烷基丙基)甲基胺、三(三甲氧基甲硅烷基)胺、三(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)胺、N,N,N’,N’-四(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)乙二胺、3-异氰酸根合丙基三甲氧基硅烷、3-氰基丙基三甲氧基硅烷、2,2-二甲氧基-1-(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)-1-氮杂-2-硅杂环戊烷、2,2-二乙氧基-1-(3-三乙氧基甲硅烷基丙基)-1-氮杂-2-硅杂环戊烷、2,2-二甲氧基-1-(4-三甲氧基甲硅烷基丁基)-1-氮杂-2-硅杂环己烷、2,2-二甲氧基-1-(3-二甲氧基甲基甲硅烷基丙基)-1-氮杂-2-硅杂环戊烷、2,2-二甲氧基-1-苯基-1-氮杂-2-硅杂环戊烷、2,2-二乙氧基-1-丁基-1-氮杂-2-硅杂环戊烷、2,2-二甲氧基-1-甲基-1-氮杂-2-硅杂环戊烷、2,2-二甲氧基-8-(4-甲基哌嗪基)甲基-1,6-二氧杂-2-硅杂环辛烷、2,2-二甲氧基-8-(N,N-二乙基氨基)甲基-1,6-二氧杂-2-硅杂环辛烷等。
关于属于改性剂的可形成伯胺或仲胺的保护化胺化合物,作为在分子中具有不饱和键和保护化胺的化合物,可以举出但不限于例如4,4’-亚乙烯基双[N,N-双(三甲基甲硅烷基)苯胺]、4,4’-亚乙烯基双[N,N-双(三乙基甲硅烷基)苯胺]、4,4’-亚乙烯基双[N,N-双(叔丁基二甲基甲硅烷基)苯胺]、4,4’-亚乙烯基双[N-甲基-N-(三甲基甲硅烷基)苯胺]、4,4’-亚乙烯基双[N-乙基-N-(三甲基甲硅烷基)苯胺]、4,4’-亚乙烯基双[N-甲基-N-(三乙基甲硅烷基)苯胺]、4,4’-亚乙烯基双[N-乙基-N-(三乙基甲硅烷基)苯胺]、4,4’-亚乙烯基双[N-甲基-N-(叔丁基二甲基甲硅烷基)苯胺]、4,4’-亚乙烯基双[N-乙基-N-(叔丁基二甲基甲硅烷基)苯胺]、1-[4-N,N-双(三甲基甲硅烷基)氨基苯基]-1-[4-N-甲基-N-(三甲基甲硅烷基)氨基苯基]乙烯、1-[4-N,N-双(三甲基甲硅烷基)氨基苯基]-1-[4-N,N-二甲氨基苯基]乙烯等。
关于属于改性剂的可形成伯胺或仲胺的保护化胺化合物,作为在分子中具有烷氧基硅烷和保护化胺的化合物,可以举出但不限于例如N,N-双(三甲基甲硅烷基)氨基丙基三甲氧基硅烷、N,N-双(三甲基甲硅烷基)氨基丙基甲基二甲氧基硅烷、N,N-双(三甲基甲硅烷基)氨基丙基三乙氧基硅烷、N,N-双(三甲基甲硅烷基)氨基丙基甲基二乙氧基硅烷、N,N-双(三甲基甲硅烷基)氨基乙基三甲氧基硅烷、N,N-双(三甲基甲硅烷基)氨基乙基甲基二乙氧基硅烷、N,N-双(三乙基甲硅烷基)氨基丙基甲基二乙氧基硅烷、3-(4-三甲基甲硅烷基-1-哌嗪基)丙基三乙氧基硅烷、3-(3-三乙基甲硅烷基-1-咪唑烷基)丙基甲基二乙氧基硅烷、3-(3-三甲基甲硅烷基-1-六氢化嘧啶基)丙基三甲氧基硅烷、2,2-二甲氧基-1-(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)-1-氮杂-2-硅杂环戊烷、2,2-二乙氧基-1-(3-三乙氧基甲硅烷基丙基)-1-氮杂-2-硅杂环戊烷、2,2-二甲氧基-1-(4-三甲氧基甲硅烷基丁基)-1-氮杂-2-硅杂环己烷、2,2-二甲氧基-1-(3-二甲氧基甲基甲硅烷基丙基)-1-氮杂-2-硅杂环戊烷、2,2-二甲氧基-1-苯基-1-氮杂-2-硅杂环戊烷、2,2-二乙氧基-1-丁基-1-氮杂-2-硅杂环戊烷、2,2-二甲氧基-1-甲基-1-氮杂-2-硅杂环戊烷等。
作为属于改性剂的卤化锡化合物,可以举出但不限于四氯锡、四溴锡、三氯丁基锡、三氯辛基锡、二溴二甲基锡、二氯二丁基锡、氯三丁基锡、氯三辛基锡、氯三苯基锡、1,2-双(三氯甲锡烷基)乙烷、1,2-双(甲基二氯甲锡烷基)乙烷、1,4-双(三氯甲锡烷基)丁烷、1,4-双(甲基二氯甲锡烷基)丁烷等。
作为属于改性剂的有机锡羧酸盐化合物,可以举出但不限于例如三硬脂酸乙基锡、三辛酸丁基锡、三硬脂酸丁基锡、三月桂酸丁基锡、双辛酸二丁基锡等。
作为属于改性剂的亚磷酸酯化合物,可以举出但不限于例如亚磷酸三甲酯、亚磷酸三丁酯、亚磷酸三苯酯等。
作为属于改性剂的膦基化合物,可以举出但不限于例如P,P-双(三甲基甲硅烷基)膦基丙基三甲氧基硅烷、P,P-双(三乙基甲硅烷基)膦基丙基甲基乙氧基硅烷等保护化膦基化合物;3-二甲基膦基丙基三甲氧基硅烷、3-二苯基膦基丙基三甲氧基硅烷等。
作为属于改性剂的含氧化合物,可以举出但不限于例如乙二醇二缩水甘油基醚、甘油三缩水甘油基醚等聚缩水甘油基醚;1,4-二缩水甘油基苯、1,3,5-三缩水甘油基苯、聚环氧化液态聚丁二烯、环氧化大豆油、环氧化亚麻籽油等聚环氧化合物;己二酸二甲酯、己二酸二乙酯、对苯二甲酸二甲酯、对苯二甲酸二乙酯等酯化合物,它们在聚合物末端生成羟基。
作为属于改性剂的含硫化合物,可以举出但不限于例如S-三甲基甲硅烷基硫代丙基三甲氧基硅烷、S-三乙基甲硅烷基硫代丙基甲基二乙基硅烷等保护化硫醇化合物;S-甲硫基丙基三甲氧基硅烷、S-乙硫基丙基甲基二乙氧基硅烷、N,N-二乙基二硫代氨基甲酸乙酯、异硫氰酸苯酯、1,4-二异硫氰酸苯酯、六亚甲基二异硫氰酸酯、异硫氰酸丁酯等。
改性剂优选具有含硅官能团,作为该含硅官能团,优选具有烷氧基甲硅烷基或硅烷醇基。
改性剂所具有的烷氧基甲硅烷基例如具有与共轭二烯系聚合物所具有的活性末端发生反应,解离出烷氧基锂,形成共轭二烯系聚合物链的末端与改性剂残基的硅的键的倾向。由1分子改性剂所具有的SiOR的总数减去由于反应而减少的SiOR数而得到的值为改性剂残基所具有的烷氧基甲硅烷基的数目。另外,改性剂所具有的氮杂硅环基形成>N-Li键和共轭二烯系聚合物末端与改性剂残基的硅的键。需要说明的是,>N-Li键具有容易受到精加工时的水等的作用而变成>NH和LiOH的倾向。另外,在改性剂中,未反应而残留的烷氧基甲硅烷基具有容易受到精加工时的水等的作用而变成硅烷醇(Si-OH基)的倾向。
在改性反应工序中,在使相对于1个硅原子具有3个烷氧基的化合物进行反应的情况下、即在使3摩尔的共轭二烯系聚合物的活性末端与1摩尔三烷氧基硅烷基发生反应的情况下,具有与至多2摩尔的共轭二烯系聚合物发生反应而残留1摩尔的烷氧基未反应的倾向。这一点是由1摩尔的共轭二烯系聚合物未发生反应而以未反应的聚合物的形式残留的情况而得到确认的。需要说明的是,通过使烷氧基大部分发生反应,具有能够抑制因在精加工时、储藏时发生缩合反应所引起的聚合物粘度大幅改变的倾向。优选使用相当于每1个硅原子具有1个烷氧基甲硅烷基的改性剂。
改性反应工序中的反应温度优选为与共轭二烯系聚合物的聚合温度同样的温度,特别优选在聚合后不进行加热的温度。更优选为0℃以上120℃以下、进一步优选为50℃以上100℃以下。
使改性反应工序中的反应时间优选为10秒以上、更优选为30秒以上进行反应。
改性反应工序中的混合可以应用机械搅拌、利用静态混合器的搅拌等中的任一种。
聚合工序为连续式的情况下,反应工序也优选为连续式。
改性反应工序中的反应器例如使用带搅拌机的槽型、管型的反应器。改性剂可以利用惰性溶剂稀释后连续供给至反应器中。聚合工序为间歇式的情况下,可以采用向聚合反应器中投入改性剂的方法,也可以将其输送到另一反应器中进行改性反应工序。
作为改性剂,优选下述通式(VI)所示的化合物。
[化10]
式(VI)中,R12~R14各自独立地表示单键或碳原子数为1~20的亚烷基,R15~R18和R20各自独立地表示碳原子数为1~20的烷基,R19和R22各自独立地表示碳原子数为1~20的亚烷基,R21表示碳原子数为1~20的烷基或三烷基甲硅烷基。
m表示1~3的整数,p表示1或2。
存在两个以上的情况下的R12~R22、m以及p各自独立。
i表示0~6的整数,j表示0~6的整数,k表示0~6的整数,(i+j+k)表示1~10的整数。
A表示单键、碳原子数为1~20的烃基、或者具有选自由氧原子、氮原子、硅原子、硫原子、磷原子组成的组中的至少一种原子且不具有活性氢的有机基团。
作为A所表示的烃基,包含饱和、不饱和、脂肪族以及芳香族的烃基。不具有活性氢的有机基团是使共轭二烯系聚合物所具有的活性末端失活的有机基团。作为该有机基团,其为不具有羟基(-OH)、仲氨基(>NH)、伯氨基(-NH2)、巯基(-SH)等具有活性氢的官能团的有机基团。需要说明的是,(i+j+k)为1的情况下,也可以不具有A。
上述式(VI)中,A优选表示下述通式(II)~(V)中的任一者。
[化11]
式(II)中,B1表示单键或碳原子数为1~20的烃基,a表示1~10的整数,存在两个以上的情况下的B1各自独立。
[化12]
式(III)中,B2表示单键或碳原子数为1~20的烃基,B3表示碳原子数为1~20的烷基,a表示1~10的整数,分别存在两个以上的情况下的B2和B3各自独立。
[化13]
式(IV)中,B4表示单键或碳原子数为1~20的烃基,a表示1~10的整数,存在两个以上的情况下的B4各自独立。
[化14]
式(V)中,B5表示单键或碳原子数为1~20的烃基,a表示1~10的整数,存在两个以上的情况下的B5各自独立。
由此,具有能够得到本实施方式的具有更优异性能的改性共轭二烯系聚合物的倾向。
关于上述式(VI)的改性剂,作为(i+j+k)为1~2的改性剂,(也包括与上述的改性剂重复的物质)可以举出但不限于例如3-二甲氧基甲基甲硅烷基丙基二甲胺(1官能)、3-三甲氧基甲硅烷基丙基二甲胺(2官能)、双(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)甲基胺(4官能)、双(3-二甲氧基甲基甲硅烷基丙基)甲基胺(2官能)、(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)-[3-(2,2-二甲氧基-1-氮杂-2-硅杂环戊烷)丙基]乙胺(4官能)、[3-(2,2-二甲氧基-1-氮杂-2-硅杂环戊烷)丙基]-(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)甲基胺(4官能)、双[3-(2,2-二甲氧基-1-氮杂-2-硅杂环戊烷)丙基]甲基胺(4官能)、双(3-三乙氧基甲硅烷基丙基)乙胺(4官能)、1-(3-三乙氧基甲硅烷基丙基)-2,2-二乙氧基-1-氮杂-2-硅杂环戊烷(4官能)、1-(3-二甲氧基甲基甲硅烷基丙基)-2,2-二甲氧基-1-氮杂-2-硅杂环戊烷(3官能)、[3-(2,2-二乙氧基-1-氮杂-2-硅杂环戊烷)丙基]-(3-二乙氧基乙基甲硅烷基丙基)甲基胺(3官能)、双[3-(2,2-二乙氧基-1-氮杂-2-硅杂环戊烷)丙基]甲基胺(4官能)、(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)-[3-(1-甲氧基-2-三甲基甲硅烷基-1-硅杂-2-氮杂环戊烷)丙基]-甲基胺(3官能)。
以下,作为属于多官能化合物、(i+j+k)为3以上且上述式(VI)中的A由式(II)表示的情况下的改性剂,可以举出但不限于例如三(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)胺、双(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)-[3-(2,2-二甲氧基-1-氮杂-2-硅杂环戊烷)丙基]胺、双[3-(2,2-二甲氧基-1-氮杂-2-硅杂环戊烷)丙基]-(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)胺、三[3-(2,2-二甲氧基-1-氮杂-2-硅杂环戊烷)丙基]胺、三(3-乙氧基甲硅烷基丙基)胺、双(3-三乙氧基甲硅烷基丙基)-[3-(2,2-二乙氧基-1-氮杂-2-硅杂环戊烷)丙基]胺、双[3-(2,2-二乙氧基-1-氮杂-2-硅杂环戊烷)丙基]-(3-三乙氧基甲硅烷基丙基)胺、三[3-(2,2-二乙氧基-1-氮杂-2-硅杂环戊烷)丙基]胺、四(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)-1,3-丙二胺、三(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)-[3-(2,2-二甲氧基-1-氮杂-2-硅杂环戊烷)丙基]-1,3-丙二胺、双(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)-双[3-(2,2-二甲氧基-1-氮杂-2-硅杂环戊烷)丙基]-1,3-丙二胺、三[3-(2,2-二甲氧基-1-氮杂-2-硅杂环戊烷)丙基]-(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)-1,3-丙二胺、四[3-(2,2-二甲氧基-1-氮杂-2-硅杂环戊烷)丙基]-1,3-丙二胺、三(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)-[3-(1-甲氧基-2-三甲基甲硅烷基-1-硅杂-2-氮杂环戊烷)丙基]-1,3-丙二胺、双(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)-[3-(2,2-二甲氧基-1-氮杂-2-硅杂环戊烷)丙基]-[3-(1-甲氧基-2-三甲基甲硅烷基-1-硅杂-2-氮杂环戊烷)丙基]-1,3-丙二胺、双[3-(2,2-二甲氧基-1-氮杂-2-硅杂环戊烷)丙基]-(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)-[3-(1-甲氧基-2-三甲基甲硅烷基-1-硅杂-2-氮杂环戊烷)丙基]-1,3-丙二胺、三[3-(2,2-二甲氧基-1-氮杂-2-硅杂环戊烷)丙基]-[3-(1-甲氧基-2-三甲基甲硅烷基-1-硅杂-2-氮杂环戊烷)丙基]-1,3-丙二胺、四(3-三乙氧基甲硅烷基丙基)-1,3-丙二胺、三(3-三乙氧基甲硅烷基丙基)-[3-(2,2-二乙氧基-1-氮杂-2-硅杂环戊烷)丙基]-1,3-丙二胺、双(3-三乙氧基甲硅烷基丙基)-双[3-(2,2-二乙氧基-1-氮杂-2-硅杂环戊烷)丙基]-1,3-丙二胺、三[3-(2,2-二乙氧基-1-氮杂-2-硅杂环戊烷)丙基]-(3-三乙氧基甲硅烷基丙基)-1,3-丙二胺、四[3-(2,2-二乙氧基-1-氮杂-2-硅杂环戊烷)丙基]-1,3-丙二胺、三(3-三乙氧基甲硅烷基丙基)-[3-(1-乙氧基-2-三甲基甲硅烷基-1-硅杂-2-氮杂环戊烷)丙基]-1,3-丙二胺、双(3-三乙氧基甲硅烷基丙基)-[3-(2,2-二乙氧基-1-氮杂-2-硅杂环戊烷)丙基]-[3-(1-乙氧基-2-三甲基甲硅烷基-1-硅杂-2-氮杂环戊烷)丙基]-1,3-丙二胺、双[3-(2,2-二乙氧基-1-氮杂-2-硅杂环戊烷)丙基]-(3-三乙氧基甲硅烷基丙基)-[3-(1-乙氧基-2-三甲基甲硅烷基-1-硅杂-2-氮杂环戊烷)丙基]-1,3-丙二胺、三[3-(2,2-二乙氧基-1-氮杂-2-硅杂环戊烷)丙基]-[3-(1-乙氧基-2-三甲基甲硅烷基-1-硅杂-2-氮杂环戊烷)丙基]-1,3-丙二胺、四(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)-1,3-双氨基甲基环己烷、三(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)-[3-(2,2-二甲氧基-1-氮杂-2-硅杂环戊烷)丙基]-1,3-双氨基甲基环己烷、双(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)-双[3-(2,2-二甲氧基-1-氮杂-2-硅杂环戊烷)丙基]-1,3-双氨基甲基环己烷、三[3-(2,2-二甲氧基-1-氮杂-2-硅杂环戊烷)丙基]-(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)-1,3-双氨基甲基环己烷、四[3-(2,2-二甲氧基-1-氮杂-2-硅杂环戊烷)丙基]-1,3-丙二胺、三(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)-[3-(1-甲氧基-2-三甲基甲硅烷基-1-硅杂-2-氮杂环戊烷)丙基]-1,3-双氨基甲基环己烷、双(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)-[3-(2,2-二甲氧基-1-氮杂-2-硅杂环戊烷)丙基]-[3-(1-甲氧基-2-三甲基甲硅烷基-1-硅杂-2-氮杂环戊烷)丙基]-1,3-双氨基甲基环己烷、双[3-(2,2-二甲氧基-1-氮杂-2-硅杂环戊烷)丙基]-(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)-[3-(1-甲氧基-2-三甲基甲硅烷基-1-硅杂-2-氮杂环戊烷)丙基]-1,3-双氨基甲基环己烷、三[3-(2,2-二甲氧基-1-氮杂-2-硅杂环戊烷)丙基]-[3-(1-甲氧基-2-三甲基甲硅烷基-1-硅杂-2-氮杂环戊烷)丙基]-1,3-双氨基甲基环己烷、四(3-三乙氧基甲硅烷基丙基)-1,3-丙二胺、三(3-三乙氧基甲硅烷基丙基)-[3-(2,2-二乙氧基-1-氮杂-2-硅杂环戊烷)丙基]-1,3-双氨基甲基环己烷、双(3-三乙氧基甲硅烷基丙基)-双[3-(2,2-二乙氧基-1-氮杂-2-硅杂环戊烷)丙基]-1,3-双氨基甲基环己烷、三[3-(2,2-二乙氧基-1-氮杂-2-硅杂环戊烷)丙基]-(3-三乙氧基甲硅烷基丙基)-1,3-丙二胺、四[3-(2,2-二乙氧基-1-氮杂-2-硅杂环戊烷)丙基]-1,3-丙二胺、三(3-三乙氧基甲硅烷基丙基)-[3-(1-乙氧基-2-三甲基甲硅烷基-1-硅杂-2-氮杂环戊烷)丙基]-1,3-双氨基甲基环己烷、双(3-三乙氧基甲硅烷基丙基)-[3-(2,2-二乙氧基-1-氮杂-2-硅杂环戊烷)丙基]-[3-(1-乙氧基-2-三甲基甲硅烷基-1-硅杂-2-氮杂环戊烷)丙基]-1,3-双氨基甲基环己烷、双[3-(2,2-二乙氧基-1-氮杂-2-硅杂环戊烷)丙基]-(3-三乙氧基甲硅烷基丙基)-[3-(1-乙氧基-2-三甲基甲硅烷基-1-硅杂-2-氮杂环戊烷)丙基]-1,3-双氨基甲基环己烷、三[3-(2,2-二乙氧基-1-氮杂-2-硅杂环戊烷)丙基]-[3-(1-乙氧基-2-三甲基甲硅烷基-1-硅杂-2-氮杂环戊烷)丙基]-1,3-双氨基甲基环己烷、四(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)-1,6-己二胺、五(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)-二亚乙基三胺。
作为上述式(VI)中的A由上述式(III)表示的情况下的改性剂,可以举出但不限于例如三(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)-甲基-1,3-丙二胺、双(2-三甲氧基甲硅烷基丙基)-[3-(2,2-二甲氧基-1-氮杂-2-硅杂环戊烷)丙基]-甲基-1,3-丙二胺、双[3-(2,2-二甲氧基-1-氮杂-2-硅杂环戊烷)丙基]-(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)-甲基-1,3-丙二胺、三(3-三乙氧基甲硅烷基丙基)-甲基-1,3-丙二胺、双(2-三乙氧基甲硅烷基丙基)-[3-(2,2-二乙氧基-1-氮杂-2-硅杂环戊烷)丙基]-甲基-1,3-丙二胺、双[3-(2,2-二乙氧基-1-氮杂-2-硅杂环戊烷)丙基]-(3-三乙氧基甲硅烷基丙基)-甲基-1,3-丙二胺、N1,N1’-(丙烷-1,3-二基)双(N1-甲基-N3,N3-双(3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基)-1,3-丙二胺)、N1-(3-(双(3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基)氨基)丙基)-N1-甲基-N3-(3-(甲基(3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基)氨基)丙基)-N3-(3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基)-1,3-丙二胺。
作为上述式(VI)中的A由式(IV)表示的情况下的改性剂,可以举出但不限于例如四[3-(2,2-二甲氧基-1-氮杂-2-硅杂环戊烷)丙基]硅烷、三[3-(2,2-二甲氧基-1-氮杂-2-硅杂环戊烷)丙基]-(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)硅烷、三[3-(2,2-二甲氧基-1-氮杂-2-硅杂环戊烷)丙基]-[3-(1-甲氧基-2-三甲基甲硅烷基-1-硅杂-2-氮杂环戊烷)丙基]硅烷、双(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)-双[3-(2,2-二甲氧基-1-氮杂-2-硅杂环戊烷)丙基]硅烷、(3-三甲氧基甲硅烷基)-[3-(1-甲氧基-2-三甲基甲硅烷基-1-硅杂-2-氮杂环戊烷)-双[3-(2,2-二甲氧基-1-氮杂-2-硅杂环戊烷)丙基]硅烷、双[3-(1-甲氧基-2-三甲基甲硅烷基-1-硅杂-2-氮杂环戊烷)-双[3-(2,2-二甲氧基-1-氮杂-2-硅杂环戊烷)丙基]硅烷、三(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)-[3-(2,2-二甲氧基-1-氮杂-2-硅杂环戊烷)丙基]硅烷、双(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)-[3-(1-甲氧基-2-三甲基甲硅烷基-1-硅杂-2-氮杂环戊烷)丙基]-[3-(2,2-二甲氧基-1-氮杂-2-硅杂环戊烷)丙基]硅烷、双[3-(1-甲氧基-2-三甲基甲硅烷基-1-硅杂-2-氮杂环戊烷)丙基]-双(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)硅烷、双(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)-双[3-(1-甲氧基-2-甲基-1-硅杂-2-氮杂环戊烷)丙基]硅烷。
作为上述式(VI)中的A由上述式(V)表示的情况下的改性剂,可以举出但不限于例如3-三[2-(2,2-二甲氧基-1-氮杂-2-硅杂环戊烷)乙氧基]甲硅烷基-1-(2,2-二甲氧基-1-氮杂-2-硅杂环戊烷)丙烷、3-三[2-(2,2-二甲氧基-1-氮杂-2-硅杂环戊烷)乙氧基]甲硅烷基-1-三甲氧基甲硅烷基丙烷。
作为上述式(VI)中的A表示具有氧原子且不具有活性氢的有机基团的改性剂,例如可以举出(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)-[3-(2,2-二甲氧基-1-氮杂-2-硅杂环戊烷)丙基]醚(4官能)、3,4,5-三(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)-环己基-[3-(2,2-二甲氧基-1-氮杂-2-硅杂环戊烷)丙基]醚(8官能)。
作为上述式(VI)中的A表示具有磷原子且不具有活性氢的有机基团的改性剂,可以举出但不限于例如(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)磷酸酯、双(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)-[3-(2,2-二甲氧基-1-氮杂-2-硅杂环戊烷)丙基]磷酸酯、双[3-(2,2-二甲氧基-1-氮杂-2-硅杂环戊烷)丙基]-(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)磷酸酯、三[3-(2,2-二甲氧基-1-氮杂-2-硅杂环戊烷)丙基]磷酸酯。
上述式(VI)中,A优选表示上述式(II)或上述式(III),k表示0。由此具有可制成容易获得的改性剂的倾向,而且具有在将(A)改性共轭二烯系聚合物制成硫化物后的耐磨耗性和低磁滞损耗性能更为优异的倾向。
作为这样的改性剂,可以举出但不限于例如双(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)-[3-(2,2-二甲氧基-1-氮杂-2-硅杂环戊烷)丙基]胺、三(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)胺、三(3-三乙氧基甲硅烷基丙基)胺、三(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)-[3-(2,2-二甲氧基-1-氮杂-2-硅杂环戊烷)丙基]-1,3-丙二胺、四[3-(2,2-二甲氧基-1-氮杂-2-硅杂环戊烷)丙基]-1,3-丙二胺、四(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)-1,3-丙二胺、四(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)-1,3-双氨基甲基环己烷、三(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)-甲基-1,3-丙二胺、双[3-(2,2-二甲氧基-1-氮杂-2-硅杂环戊烷)丙基]-(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)-甲基-1,3-丙二胺。
上述式(VI)中,A更优选表示式(II)或式(III),k表示0,式(II)或式(III)中,a表示2~10的整数。由此具有制成硫化物后的耐磨耗性和低磁滞损耗性能更为优异的倾向。
作为这样的改性剂,可以举出但不限于例如四[3-(2,2-二甲氧基-1-氮杂-2-硅杂环戊烷)丙基]-1,3-丙二胺、四(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)-1,3-丙二胺、四(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)-1,3-双氨基甲基环己烷、N1-(3-(双(3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基)氨基)丙基)-N1-甲基-N3-(3-(甲基(3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基)氨基)丙基)-N3-(3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基)-1,3-丙二胺。
关于作为改性剂的式(VI)所表示的化合物的添加量,可以将共轭二烯系聚合物的摩尔数相对于改性剂的摩尔数按照以所期望的化学计量的比例进行反应的方式来调整,由此实现所期望的支化度。
相对于改性剂的摩尔数,具体的共轭二烯系聚合物的摩尔数、即聚合引发剂的摩尔数优选为1.0倍摩尔以上、更优选为2.0倍摩尔以上。这种情况下,式(VI)中,改性剂的官能团数((m-1)×i+p×j+k)优选为1~10的整数、更优选为2~10的整数。
<氢化工序>
对于(A)改性共轭二烯系聚合物,可以是共轭二烯部进行了氢化的物质。对于共轭二烯部的氢化方法没有特别限定,可以利用公知的方法。
作为合适的氢化方法,可以举出利用在催化剂的存在下向聚合物溶液中吹入气态氢的方法进行氢化的方法。
作为催化剂,例如可以举出将贵金属负载于多孔质无机物质的催化剂等非均相催化剂;使镍、钴等的盐可溶化并与有机铝等反应而得到的催化剂、使用了茂钛等茂金属的催化剂等均相催化剂。这些之中,从能够选择温和的氢化条件的方面出发,优选茂钛催化剂。另外,芳香族基团的氢化可以通过使用贵金属的负载催化剂来进行。
作为氢化催化剂的具体例,可以举出但不限于例如:(1)将Ni、Pt、Pd、Ru等金属负载在碳、二氧化硅、氧化铝、硅藻土等而成的负载型非均相氢化催化剂;(2)使用Ni、Co、Fe、Cr等的有机酸盐或乙酰丙酮盐等过渡金属盐与有机铝等还原剂的所谓齐格勒型氢化催化剂;(3)Ti、Ru、Rh、Zr等的有机金属化合物等所谓有机金属络合物等。进而,作为氢化催化剂,还可以举出例如日本特公昭42-8704号公报、日本特公昭43-6636号公报、日本特公昭63-4841号公报、日本特公平1-37970号公报、日本特公平1-53851号公报、日本特公平2-9041号公报、日本特开平8-109219号公报中记载的公知的氢化催化剂。作为优选的氢化催化剂,可以举出茂钛化合物与还原性有机金属化合物的反应混合物。
<失活剂、中和剂等的添加>
在(A)改性共轭二烯系聚合物的制造工序中,在反应工序后可以根据需要向改性共轭二烯系聚合物溶液中添加失活剂、中和剂等。
作为失活剂,可以举出但不限于例如水;甲醇、乙醇、异丙醇等醇等。作为中和剂,可以举出但不限于例如硬脂酸、油酸、叔碳酸(碳原子数为9~11个、以10个为中心的多支链的羧酸混合物)等羧酸;无机酸的水溶液、二氧化碳。
<橡胶用稳定剂、填充油的添加>
对于(A)改性共轭二烯系聚合物,从防止聚合后的凝胶生成的方面以及提高加工时的稳定性的方面出发,优选添加橡胶用稳定剂。作为橡胶用稳定剂,可以使用公知的物质,优选但不限于例如2,6-二叔丁基-4-羟基甲苯(BHT)、正十八烷基-3-(4’-羟基-3’,5’-二叔丁基苯酚)丙酸酯、2-甲基-4,6-双[(辛硫基)甲基]苯酚等抗氧化剂。
为了进一步改善(A)改性共轭二烯系聚合物的加工性,可以根据需要向(A)改性共轭二烯系共聚物中添加填充油。
作为向改性共轭二烯系聚合物中添加填充油的方法,优选但不限于以下的方法:在该聚合物溶液中加入填充油,进行混合,制成充油共聚物溶液,之后进行脱溶剂。作为填充油,可以举出例如芳香油、环烷烃油、链烷烃油等。这些之中,从环境安全的方面以及防止漏油和抗湿滑性的方面出发,优选基于IP346法的多环芳香族(PCA)成分为3质量%以下的替代芳香油。作为替代芳香油,可以举出Kautschuk GummiKunststoffe 52(12)799(1999)中示出的TDAE(Treated Distillate Aromatic Extracts,经处理的蒸馏芳香提取物)、MES(Mild Extraction Solvate,温和提取的溶剂化物)等,以及RAE(Residual AromaticExtracts,剩余芳香提取物)。对于填充油的添加量没有特别限定,相对于(A)改性共轭二烯系聚合物100质量份优选为10质量份以上60质量份以下、更优选为20质量份以上37.5质量份以下。
作为从聚合物溶液取得(A)改性共轭二烯系聚合物的方法,可以使用公知的方法。作为其方法,例如可以举出:利用汽提等将溶剂分离后,过滤出聚合物,进一步对其进行脱水和干燥,获得聚合物的方法;利用闪蒸罐进行浓缩,进一步利用排气挤出机等进行脱挥的方法;利用转筒干燥机等直接进行脱挥的方法。
((B)天然橡胶和/或聚异戊二烯橡胶)
本实施方式的改性共轭二烯系聚合物组合物含有(B)天然橡胶和/或聚异戊二烯橡胶(以下有时简记为(B)成分)。
(B)成分为选自由天然橡胶和聚异戊二烯橡胶组成的组中的至少一种橡胶。
对于天然橡胶、聚异戊二烯橡胶没有特别限制,可以从现有公知的橡胶中适宜地选择。
作为上述(B)成分的聚异戊二烯橡胶的重均分子量优选为4×105以上。
该重均分子量是通过凝胶渗透色谱法(GPC法)进行测定的聚苯乙烯换算的值。
另外,(B)聚异戊二烯橡胶的1,4-顺式键合量(有时也称为顺式-1,4键合量)优选为90%以上、更优选为95%以上、特别优选为98%以上。聚异戊二烯橡胶的1,4-顺式键合量为90%以上时,能够表现出应变诱导结晶性;聚异戊二烯橡胶的1,4-顺式键合量为95%以上时,能够表现出充分的应变诱导结晶性。
(B)聚异戊二烯橡胶的1,4-顺式键合量为上述更优选的范围内、或者上述特别优选的范围内时,从由应变诱导结晶性带来的耐久性提高的方面出发是有利的。
需要说明的是,(B)聚异戊二烯橡胶为异戊二烯共聚物的情况下,“聚异戊二烯橡胶的1,4-顺式键合量”是指“聚异戊二烯橡胶的源自异戊二烯部分的1,4-顺式键合量”。
作为(B)聚异戊二烯橡胶的1,4-反式键合量(有时也称为反式-1,4键合量),没有特别限制,可以根据目的适宜选择,优选为10%以下、更优选为5%以下。
(B)聚异戊二烯橡胶的1,4-反式键合量为10%以下、更优选为5%以下时,可表现出充分的应变诱导结晶性。聚异戊二烯橡胶的1,4-反式键合量为如上所述的优选的范围内时,从由应变诱导结晶性带来的耐久性提高的方面出发是有利的。
需要说明的是,(B)聚异戊二烯橡胶为异戊二烯共聚物的情况下,“聚异戊二烯橡胶的1,4-反式键合量”是指“聚异戊二烯的源自异戊二烯的部分的1,4-反式键合量”。
作为(B)聚异戊二烯橡胶的3,4-乙烯基键合量,没有特别限制,可以根据目的适宜选择,优选为5%以下、更优选为2%以下。
(B)聚异戊二烯橡胶的3,4-乙烯基键合量为5%以下时,可表现出充分的应变诱导结晶性。
(B)聚异戊二烯橡胶的3,4-乙烯基键合量为如上所述的优选范围内时,从由应变诱导结晶性带来的耐久性提高的方面出发是有利的。
需要说明的是,(B)聚异戊二烯橡胶为异戊二烯共聚物的情况下,“聚异戊二烯橡胶的3,4-乙烯基键合量”是指“聚异戊二烯橡胶的源自异戊二烯的部分的3,4-乙烯基键合量”。
(B)聚异戊二烯的1,4-顺式键合量为90%以上时,如上所述,可表现出应变诱导结晶性,改善耐久性。但是,加工性有变差的倾向。因此,通过使(A)改性共轭二烯系聚合物中的低分子量成分的改性率比较高,具有在与填充剂等进行混炼时混合器的扭矩良好地作用而在短时间内得到填充剂的分散性良好的橡胶组合物的倾向,因此通过将(A)改性共轭二烯系聚合物与(B)聚异戊二烯组合,具有扭矩良好地作用、良好地进行混炼的倾向,具有加工性改善的倾向。
对于作为(B)成分的天然橡胶没有特别限定,例如可以举出作为片橡胶的烟胶片,作为烟胶片没有特别限定,例如可以举出RSS1X~5号、白绉胶片(white crepe)1X号、浅色绉胶片(pale crepe)1X~3号。
(B)天然橡胶中包含异物的情况下,可能会进行以异物为起点的破坏。因此,优选异物少、颜色淡,优选RSS1X号、白绉胶片1X号、浅色绉胶片1X号。
另外,作为(B)天然橡胶没有特别限定,例如可以举出橡胶块,作为橡胶块没有特别限定,例如可以举出SMR(马来西亚产橡胶块)、SIR(印度尼西亚产橡胶块)、TTR(泰国产橡胶块)、SCR(中国产橡胶块)、SSR(新加坡产橡胶块)等。
SMR中,优选异物以及灰分少,优选L、CV50、CV60。已知天然橡胶的主要成分是1,4-顺式键合为大部分的聚异戊二烯,由于作为杂质包含的蛋白质或脂质而包含具有支链结构的超高分子量成分。因此,结晶化容易进行,力学特性也提高,耐磨耗性、耐破坏性提高。
作为(B)天然橡胶,优选70℃的长链支化指数(LCB index)为10.6以上17.9以下、且130℃的长链支化指数(LCB index)为3.0以下,更优选上述70℃的长链支化指数(LCBindex)为10.6以上15.0以下、且上述130℃的长链支化指数(LCB index)为2.0以上3.0以下,进一步优选上述70℃的长链支化指数(LCB index)为12.0以上14.5以下。在70℃的长链支化指数(LCB index)为10.6以上17.9以下、且130℃的长链支化指数(LCB index)为3.0以下的情况下,可在充分确保天然橡胶的耐龟裂性的同时高度地兼顾天然橡胶的耐磨耗性和低磁滞损耗性。
另外,作为(B)天然橡胶,优选微凝胶的含量为5~24质量%,更优选为7~22质量%、进一步优选为10~20质量%。
若(B)天然橡胶中的微凝胶的含量为5质量%以上,则具有耐磨耗性和耐破坏特性提高的倾向;若为24质量%以下,则具有加工性提高的倾向。
(B)天然橡胶的耐热性差,因此若混炼时间长则具有表现不出作为天然橡胶的特征的高耐磨耗性和耐破坏特性的倾向。因此,通过将扭矩良好地作用而能够在短时间内得到填充剂的分散性良好的橡胶组合物的(A)改性共轭二烯系聚合物与天然橡胶组合,能够得到混炼时间短、良好地混炼、填充剂的分散性也良好的橡胶组合物,具有表现出作为天然橡胶的特征的高耐磨耗性和耐破坏特性的倾向。
[改性共轭二烯系聚合物组合物]
本实施方式的改性共轭二烯系聚合物组合物包含作为(A)成分的改性共轭二烯系聚合物、以及作为(B)成分的天然橡胶和/或聚异戊二烯橡胶。
本实施方式的改性共轭二烯系聚合物组合物中,特别是从组合物的耐久性的方面出发,相对于(A)成分100质量份,(B)成分的含量为10~250质量份、优选为15~200质量份、更优选为20~150质量份。
[橡胶组合物]
本实施方式的橡胶组合物含有上述(A)改性共轭二烯系聚合物100质量份、上述(B)天然橡胶和/或聚异戊二烯橡胶10~250质量份、以及(C)含有二氧化硅的填料。
(C)含有二氧化硅的填料含有二氧化硅,除此以外还可以含有二氧化硅(SiO2)以外的二氧化硅系无机填充剂、炭黑、金属氧化物、金属氢氧化物作为构成成分。
其中,优选二氧化硅系无机填充剂。
这些物质可以单独使用一种,也可以合用两种以上。
另外,本实施方式的橡胶组合物中,通过分散二氧化硅系无机填充剂,具有制造硫化物时的加工性更为优异的倾向,具有在制成硫化物后低磁滞损耗性与抗湿滑性的平衡以及破坏强度和耐磨耗性更为优异的倾向。
本实施方式的橡胶组合物在用于轮胎、防振橡胶等汽车部件、鞋等硫化橡胶用途的情况下也优选包含二氧化硅系无机填充剂。
相对于(A)改性共轭二烯系聚合物100质量份,本实施方式的橡胶组合物中的(C)含有二氧化硅的填料的含量为5.0质量份以上150质量份以下、优选为20质量份以上100质量份以下。
从表现出(C)成分的添加效果的方面出发,(C)含有二氧化硅的填料的含量为5.0质量份以上,从使(C)成分充分分散、使橡胶组合物的加工性和机械强度在实用上充分的方面出发,(C)含有二氧化硅的填料的含量为150质量份以下。
作为二氧化硅系无机填充剂没有特别限定,可以使用公知的物质,优选包含SiO2或Si3Al作为结构单元的固体颗粒,更优选包含SiO2或Si3Al作为结构单元的主要成分的固体颗粒。此处,主要成分是指在二氧化硅系无机填充剂中含有50质量%以上、优选含有70质量%以上、更优选含有80质量%以上的成分。
需要说明的是,SiO2为100质量%的情况下成为二氧化硅,二氧化硅是二氧化硅系无机填充剂的一个方式。
作为具体的二氧化硅系无机填充剂,可以举出但不限于例如二氧化硅、粘土、滑石、云母、硅藻土、硅灰石、蒙脱土、沸石、玻璃纤维等无机纤维状物质。另外,还可以举出表面进行了疏水化的二氧化硅系无机填充剂、二氧化硅系无机填充剂与二氧化硅系以外的无机填充剂的混合物。
这些之中,从强度和耐磨耗性等方面出发,优选二氧化硅和玻璃纤维,更优选二氧化硅。
作为二氧化硅,例如可以举出干式二氧化硅、湿式二氧化硅、合成硅酸盐二氧化硅。这些二氧化硅中,从破坏特性的改善效果以及抗湿滑性的平衡优异的方面出发,优选湿式二氧化硅。
从本实施方式的橡胶组合物在实用上得到良好的耐磨耗性和破坏特性的方面出发,作为(C)成分的二氧化硅系无机填充剂由BET吸附法求出的氮吸附比表面积优选为100m2/g以上300m2/g以下、更优选为170m2/g以上250m2/g以下。
另外,可以根据需要将比表面积比较小(例如比表面积为200m2/g以下)的二氧化硅系无机填充剂与比表面积比较大(例如为200m2/g以上)的二氧化硅系无机填充剂)组合使用。
本实施方式中,特别是在使用比表面积比较大(例如为200m2/g以上)的二氧化硅系无机填充剂的情况下,橡胶组合物具有改善(C)成分的分散性、特别是提高耐磨耗性的效果,具有能够使良好的破坏特性与低磁滞损耗性高度地平衡的倾向。
本实施方式的橡胶组合物中,相对于(A)改性共轭二烯系聚合物100质量份,作为(C)成分的二氧化硅系无机填充剂的含量优选为5.0质量份以上150质量份以下、更优选为20质量份以上100质量份以下。关于作为(C)成分的二氧化硅系无机填充剂的含量,从表现出该二氧化硅系无机填充剂的添加效果的方面出发,优选为5.0质量份以上;从使无机填充剂充分分散、使组合物的加工性和机械强度在实用上充分的方面出发,优选为150质量份以下。
作为炭黑,可以举出但不限于例如SRF、FEF、HAF、ISAF、SAF等的各等级的炭黑。这些之中,优选氮吸附比表面积为50m2/g以上、且邻苯二甲酸二丁酯(DBP)吸油量为80mL/100g以下的炭黑。
相对于包含(A)改性共轭二烯系聚合物的橡胶成分100质量份,炭黑的含量优选为0.5质量份以上100质量份以下、更优选为3.0质量份以上100质量份以下、进一步优选为5.0质量份以上50质量份以下。
从表现出干抓地性能、导电性等的轮胎等用途中所要求的性能的方面出发,炭黑的含量优选为0.5质量份以上;从分散性的方面出发,炭黑的含量优选为100质量份以下。
金属氧化物是指以化学式MxOy(M表示金属原子,x和y各自独立地表示1~6的整数)作为结构单元的主要成分的固体颗粒。作为金属氧化物,可以举出但不限于例如氧化铝、氧化钛、氧化镁、氧化锌。
作为金属氢氧化物,可以举出但不限于例如氢氧化铝、氢氧化镁、氢氧化锆。
(橡胶状聚合物)
本实施方式的改性共轭二烯系聚合物组合物以及本实施方式的橡胶组合物中,除了上述(A)成分、(B)成分以及(C)成分以外,还可以含有橡胶状聚合物(以下简称为“其他橡胶状聚合物”)。
作为这样的其他橡胶状聚合物,可以举出但不限于例如共轭二烯系聚合物或其氢化物、共轭二烯系化合物与乙烯基芳香族化合物的无规共聚物或其氢化物、共轭二烯系化合物与乙烯基芳香族化合物的嵌段共聚物或其氢化物、非二烯系聚合物。
作为具体的其他橡胶状聚合物,可以举出但不限于例如丁二烯橡胶或其氢化物、苯乙烯-丁二烯橡胶或其氢化物、苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物或其氢化物、苯乙烯-异戊二烯嵌段共聚物或其氢化物等苯乙烯系弹性体、丁腈橡胶或其氢化物。
作为非二烯系聚合物,可以举出但不限于例如乙烯-丙烯橡胶、乙烯-丙烯-二烯橡胶、乙烯-丁烯-二烯橡胶、乙烯-丁烯橡胶、乙烯-己烯橡胶、乙烯-辛烯橡胶等烯烃系弹性体、丁基橡胶、溴化丁基橡胶、丙烯酸类橡胶、氟橡胶、硅酮橡胶、氯化聚乙烯橡胶、表氯醇橡胶、α、β-不饱和腈-丙烯酸酯-共轭二烯共聚橡胶、聚氨酯橡胶、多硫化橡胶。
上述各种其他橡胶状聚合物可以是被赋予了羟基、氨基等具有极性的官能团的改性橡胶。在用于轮胎用途的情况下,优选使用丁二烯橡胶、苯乙烯-丁二烯橡胶、丁基橡胶。
从性能和加工特性的平衡的方面出发,其他橡胶状聚合物的重均分子量优选为2,000以上2,000,000以下、更优选为5,000以上1,500,000以下。另外,也可以使用低分子量的橡胶状聚合物、即所谓液态橡胶。
这些其他橡胶状聚合物可以单独使用一种,也可以合用两种以上。
在本实施方式的改性共轭二烯系聚合物组合物或本实施方式的橡胶组合物中混合添加上述其他橡胶状聚合物的情况下,改性共轭二烯系聚合物组合物相对于其他橡胶状聚合物的含有比例(质量比)以(改性共轭二烯系聚合物组合物/其他橡胶状聚合物)计优选为10/90以上100/0以下、更优选为20/80以上90/10以下、进一步优选为50/50以上80/20以下。
因此,将改性共轭二烯系聚合物组合物与其他橡胶状聚合物组合而成的橡胶成分中,相对于该橡胶成分的总量(100质量份),优选包含10质量份以上100质量份以下、更优选包含20质量份以上90质量份以下、进一步优选包含50质量份以上80质量份以下的改性共轭二烯系聚合物组合物。
(改性共轭二烯系聚合物组合物/其他橡胶状聚合物)的含有比例为上述范围时,制成硫化物后的低磁滞损耗性与抗湿滑性的平衡优异,耐磨耗性和破坏强度也令人满意。
(硅烷偶联剂)
本实施方式的改性共轭二烯系聚合物组合物以及本实施方式的橡胶组合物可以包含硅烷偶联剂。
硅烷偶联剂具有使橡胶成分与(C)含有二氧化硅的填料的相互作用变得紧密的功能,其具有分别针对橡胶成分和(C)含有二氧化硅的填料、特别是二氧化硅系无机填充剂的亲和性或键合性的基团,优选在一分子中具有硫键合部分以及烷氧基甲硅烷基或硅烷醇基部分的化合物。作为这样的化合物没有特别限定,例如可以举出双[3-(三乙氧基甲硅烷基)-丙基]-四硫化物、双-[3-(三乙氧基甲硅烷基)-丙基]-二硫化物、双-[2-(三乙氧基甲硅烷基)-乙基]-四硫化物。
相对于上述(C)含有二氧化硅的填料100质量份,硅烷偶联剂的含量优选为0.1质量份以上30质量份以下、更优选为0.5质量份以上20质量份以下、进一步优选为1.0质量份以上15质量份以下。硅烷偶联剂的含量为上述范围时,具有能够使由硅烷偶联剂带来的上述添加效果更为显著的倾向。
(橡胶用软化剂)
本实施方式的改性共轭二烯系聚合物组合物以及本实施方式的橡胶组合物中,从实现其加工性的改善的方面出发,可以包含橡胶用软化剂。
作为橡胶用软化剂,适合为矿物油或者液态或低分子量的合成软化剂。
为了实现橡胶的软化、增容以及加工性的提高而使用的被称为操作油或增量油的矿物油系橡胶用软化剂是芳香族环、环烷烃环以及链烷烃链的混合物,链烷烃链的碳原子数在全部碳原子中占50%以上的物质被称为链烷烃系,环烷烃环碳原子数在全部碳原子中占30%以上45%以下的物质被称为环烷烃系,芳香族碳原子数在全部碳原子中占超过30%的物质被称为芳香族系。
(A)改性共轭二烯系聚合物为共轭二烯化合物与芳香族乙烯基化合物的共聚物的情况下,作为所使用的橡胶用软化剂,具有适度的芳香族含量的橡胶用软化剂与上述共轭二烯化合物和芳香族乙烯基化合物的共聚物的融合性倾向于良好,因而是优选的。
相对于包含(A)成分和(B)成分的橡胶成分100质量份,橡胶用软化剂的含量优选为0质量份以上100质量份以下、更优选为10质量份以上90质量份以下、进一步优选为30质量份以上90质量份以下。
通过使橡胶用软化剂的含量相对于橡胶成分100质量份为100质量份以下,具有可抑制渗出、抑制橡胶组合物表面的粘腻的倾向。
(硫化组合物)
本实施方式的橡胶组合物可以制成利用硫化剂实施了硫化处理的硫化组合物。
作为硫化剂,可以举出但不限于例如有机过氧化物和偶氮化合物等自由基引发剂、肟化合物、亚硝基化合物、多元胺化合物、硫、含硫化合物。含硫化合物中包含一氯化硫、二氯化硫、二硫化合物、高分子多硫化合物等。
相对于包含(A)成分和(B)成分的橡胶成分100质量份,硫化剂的含量优选为0.01质量份以上20质量份以下、更优选为0.1质量份以上15质量份以下。作为硫化方法,可以适用现有公知的方法,硫化温度优选为120℃以上200℃以下、更优选为140℃以上180℃以下。
在硫化时,可以根据需要使用硫化促进剂。
作为硫化促进剂,可以使用现有公知的材料,可以举出但不限于例如次磺酰胺系、胍系、秋兰姆系、醛-胺系、醛-氨系、噻唑系、硫脲系、二硫代氨基甲酸酯系硫化促进剂。
另外,作为硫化助剂,可以举出但不限于例如锌白、硬脂酸。
相对于包含(A)成分和(B)成分的橡胶成分100质量份,硫化促进剂的含量优选为0.01质量份以上20质量份以下、更优选为0.1质量份以上15质量份以下。
在本实施方式的改性共轭二烯系聚合物组合物以及本实施方式的橡胶组合物中,可以在无损于本实施方式的目的的范围内使用上述以外的其他软化剂、填充剂、耐热稳定剂、抗静电剂、耐候稳定剂、抗老化剂、着色剂以及润滑剂等各种添加剂。
作为其他软化剂,可以使用公知的软化剂。
作为其他填充剂,例如可以举出碳酸钙、碳酸镁、硫酸铝、硫酸钡。
作为上述耐热稳定剂、抗静电剂、耐候稳定剂、抗老化剂、着色剂、润滑剂,可以分别使用公知的材料。
[橡胶组合物的制造方法]
本实施方式的橡胶组合物的制造方法优选的方式是具有将(A)改性共轭二烯系聚合物100质量份、(B)天然橡胶和/或聚异戊二烯橡胶10~80质量份、以及(C)含有二氧化硅的填料5~150质量份进行混炼的工序。
(C)填料含有二氧化硅作为必要成分,也可以与作为该必要成分的二氧化硅一起含有任意成分。
作为构成(C)填料的二氧化硅,可以使用一般作为填充剂使用的二氧化硅,从由橡胶组合物得到的橡胶弹性体的滚动阻力和回弹性的方面出发,优选一次粒径为50nm以下的合成硅酸。
相对于含有(A)改性共轭二烯系聚合物和(B)天然橡胶和/或聚异戊二烯橡胶的橡胶成分100质量份,构成(C)填料的二氧化硅的含有比例优选为10~120质量份、更优选为20~100质量份。
构成(C)填料的二氧化硅的含有比例为上述范围内时,具有由橡胶组合物得到的橡胶弹性体的硬度和滚动阻力的平衡良好的倾向。
(C)填料中,除了作为必要成分的二氧化硅以外,还可以含有任意成分。
作为该任意成分,可以包含二氧化硅(SiO2)以外的二氧化硅系无机填充剂、炭黑、金属氧化物、金属氢氧化物作为构成成分,具体地说,可以举出氧化铝、氧化钛、氧化钙、氧化镁等无机氧化物;氢氧化铝、氢氧化镁等无机氢氧化物;碳酸镁等碳酸盐类等。
这些物质可以单独使用、或者将两种以上组合使用。
本实施方式的橡胶组合物例如可以通过使用Plastomill将(A)成分、(B)成分、(C)成分以及根据需要的任意成分混合并进行混炼来制造。
对于这些(A)成分和(B)成分,(A)成分以增大二氧化硅的分散性的方式起作用,另一方面,(B)成分以减小二氧化硅的分散性的方式起作用。
因此,通过调整(A)成分和(B)成分的混合比例,能够控制二氧化硅的分散性,能够提高由本实施方式的橡胶组合物得到的橡胶弹性体中的滚动阻力和回弹性的平衡,能够使二氧化硅的分散性良好。
因此,根据本实施方式的橡胶组合物,能够得到滚动阻力小、具有优异的回弹性的橡胶弹性体。
本实施方式的橡胶组合物的制造方法优选将(A)改性共轭二烯系聚合物100质量份与上述(C)含有二氧化硅的填料进行混炼,得到混炼物后,将该混炼物与上述(B)天然橡胶和/或聚异戊二烯橡胶进行混炼。
具体地说,优选首先将(A)改性共轭二烯系聚合物、(C)含有二氧化硅的填料以及根据需要的任意成分进行混炼,得到混炼物后,在该混炼物中添加(B)天然橡胶和/或聚异戊二烯橡胶,进一步进行混炼。
将(A)改性共轭二烯系聚合物与(C)含有二氧化硅的填料进行混炼,得到混炼物后,将该混炼物与(B)天然橡胶和/或聚异戊二烯橡胶进行混炼,由此能够使橡胶组合物中的二氧化硅的分散性更进一步良好,因此所得到的橡胶弹性体的滚动阻力更进一步减小,具有优异的回弹性。
本实施方式的橡胶组合物的制造方法并不限于将(A)改性共轭二烯系聚合物与(C)含有二氧化硅的填料进行混炼,得到混炼物后将该混炼物与(B)天然橡胶和/或聚异戊二烯橡胶进行混炼的方法,例如也可以为将(A)改性共轭二烯系聚合物、(B)天然橡胶和/或聚异戊二烯橡胶、(C)填料以及根据需要的任意成分同时进行混炼的方法。
关于制造本实施方式的橡胶组合物时的构成成分的混合方法,可以举出但不限于例如使用开炼机、班伯里混炼机、捏合机、单螺杆挤出机、双螺杆挤出机、多螺杆挤出机等常见的混合机的熔融混炼方法;将各成分溶解混合后加热除去溶剂的方法。
这些之中,从生产率、良好的混炼性的方面出发,优选利用辊、班伯里混炼机、捏合机、挤出机的熔融混炼法。
另外,可以应用将本实施方式的橡胶组合物的构成成分一次性混炼的方法、分成2次以上进行混合的方法中的任一种方法。
本实施方式的橡胶组合物的制造方法中,可以利用硫化剂实施硫化处理,制成硫化组合物。
作为硫化剂,可以举出但不限于例如有机过氧化物和偶氮化合物等自由基引发剂、肟化合物、亚硝基化合物、多元胺化合物、硫、含硫化合物。
含硫化合物中包含一氯化硫、二氯化硫、二硫化合物、高分子多硫化合物等。
相对于包含上述(A)成分和(B)成分的橡胶成分100质量份,硫化剂的含量优选为0.01质量份以上20质量份以下、更优选为0.1质量份以上15质量份以下。
作为硫化方法,可以适用现有公知的方法,硫化温度优选为120℃以上200℃以下、更优选为140℃以上180℃以下。
在硫化时,可以根据需要使用硫化促进剂。作为硫化促进剂,可以使用现有公知的材料,可以举出但不限于例如次磺酰胺系、胍系、秋兰姆系、醛-胺系、醛-氨系、噻唑系、硫脲系、二硫代氨基甲酸酯系的硫化促进剂。
另外,作为硫化助剂,可以举出但不限于例如锌白、硬脂酸。
相对于包含上述(A)成分和(B)成分的橡胶成分100质量份,硫化促进剂的含量优选为0.01质量份以上20质量份以下、更优选为0.1质量份以上15质量份以下。
橡胶组合物的制造方法中,可以实施在无损于本实施方式的目的的范围内添加其他软化剂、填充剂、耐热稳定剂、抗静电剂、耐候稳定剂、抗老化剂、着色剂以及润滑剂等各种添加剂的工序。
作为其他软化剂,可以使用公知的软化剂。
作为其他填充剂,可以举出例如碳酸钙、碳酸镁、硫酸铝、硫酸钡。
作为上述耐热稳定剂、抗静电剂、耐候稳定剂、抗老化剂、着色剂、润滑剂,可以分别使用公知的材料。
[轮胎]
含有本实施方式的改性共轭二烯系聚合物组合物的橡胶组合物适合用作轮胎用橡胶组合物。
本实施方式的轮胎用的橡胶组合物可以应用于但不限于例如省油耗轮胎、四季轮胎、高性能轮胎、无钉防滑轮胎等各种轮胎的胎面、轮胎胎体、胎边、胎圈部等轮胎各部位。特别是含有本实施方式的改性共轭二烯系聚合物组合物的轮胎用的橡胶组合物在制成硫化物后的低磁滞损耗性与抗湿滑性的平衡和耐磨耗性优异,因而更适合用作省油耗轮胎、高性能轮胎的胎面用途。
实施例
下面举出具体的实施例和比较例对本实施方式进行详细说明,但本实施方式并不受以下的实施例和比较例的任何限定。
各种物性通过以下所示的方法进行测定。
<1,3-丁二烯的纯化>
通过下述工序对改性共轭二烯系聚合物的聚合中使用的1,3-丁二烯进行纯化。
(水洗工序)
在循环水量1m3/hr、更新(补充)水量0.1m3/hr的条件下运转。
将1,3-丁二烯和清洗水使用静态混合器((株式会社)Noritake Company Limited公司制造的静态混合器N60系列)进行混合,之后转移到滗洗器中,利用该滗洗器分离出1,3-丁二烯相和水相。
需要说明的是,在液体温度30℃、滗洗器压力1.0MPaG的条件下运转。
1,3-丁二烯相在滗洗器中的停留时间为30分钟。
将利用上述滗洗器分离的水相导入至脱1,3-丁二烯槽中,与蒸气混合,加热至89℃,同时使总压力为0.01MPaG,将1,3-丁二烯从水相中分离。
(基于脱氧剂的氧除去工序)
接着,使用DICLEAN(ダイクリーン)F-504(栗田工业制造)的10%水溶液作为脱氧剂,使用静态混合器以循环流速1m3/hr将上述(水洗工序)后的1,3-丁二烯与上述脱氧剂的水溶液混合,进行液液提取。之后转移至滗洗器中,利用该滗洗器分离出1,3-丁二烯相和水相。
1,3-丁二烯相在滗洗器中的停留时间为30分钟。需要说明的是,在液体温度30℃、滗洗器压力1.0MPaG的条件下运转。
(阻聚剂除去工序)
接着,使用装填有鲍尔环的填充塔将10%氢氧化钠水溶液以循环流速1m3/hr与上述(基于脱氧剂的氧去除工序)后的1,3-丁二烯混合,进行液液提取,进一步转移至其他滗洗器中,利用该其他滗洗器分离出1,3-丁二烯相和水相。
1,3-丁二烯相在该其他滗洗器中的停留时间为60分钟。需要说明的是,在阻聚剂除去工序中,在液体温度30℃、滗洗器压力1.0MPaG的条件下运转。
(脱水塔工序)
向利用上述其他滗洗器分离出的1,3-丁二烯相中加入混合己烷,使1,3-丁二烯浓度为50质量%,供给至脱水塔中。
将从脱水塔中的塔顶馏出的1,3-丁二烯与水的共沸混合物冷却、冷凝后转移至滗洗器中,利用该滗洗器分离出1,3-丁二烯相和水相。
除去水相,使1,3-丁二烯相返回到脱水塔的塔入口,连续地进行脱水塔工序。
从脱水塔的塔底取出脱水后的1,3-丁二烯与己烷的混合液。
(吸附工序)
使上述1,3-丁二烯与己烷的混合液在装入有活性氧化铝的500L的除湿干燥器((株式会社)日立制作所制立式圆筒槽)中通过,吸附除去1,3-丁二烯中的微量残余杂质,得到纯化后的1,3-丁二烯。
<苯乙烯的纯化>
通过下述工序对改性共轭二烯系聚合物的聚合中使用的苯乙烯进行纯化。
接着,将该干燥物在氢气流下于400℃的温度还原处理16小时,得到组成为Pd(0.3%)/γ-Al2O3的氢化催化剂。
将所得到的氢化催化剂2000g填充到管型反应器中,将该催化剂的温度保持在80℃并同时使粗品苯乙烯进行8小时循环,由此得到纯化的苯乙烯。
<正己烷的纯化>
通过下述工序对改性共轭二烯系聚合物的聚合中使用的正己烷进行纯化。
将分子筛13-X(UNION SHOWA)2000g填充到管型反应器中,使粗品正己烷在室温下循环24小时,由此得到纯化的正己烷。
<原料的纯度分析(杂质总计)>
作为原料中的杂质,进行丙二烯类物质、乙炔类物质、胺类物质的定量分析。
丙二烯类物质和乙炔类物质通过气相色谱法进行定性、定量。
需要说明的是,柱使用Rt-Alumina BOND/MAPD(岛津制作所)。
另外,胺类物质使用硼酸进行提取,通过滴定法定量,计算出杂质的总计(ppm)。
<(物性1)键合苯乙烯量>
以改性共轭二烯系聚合物作为试样,将试样100mg用氯仿定容为100mL,溶解制成测定样品。
通过苯乙烯的苯基对紫外线吸收波长(254nm附近)的吸收量来测定相对于作为试样的改性共轭二烯系聚合物100质量%的键合苯乙烯量(质量%)(岛津制作所社制造的分光光度计“UV-2450”)。
<(物性2)丁二烯部分的微结构(1,2-乙烯基键合量)>
以改性共轭二烯系聚合物作为试样,将试样50mg溶解在10mL的二硫化碳中,制成测定样品。
使用溶液皿,在600~1000cm-1的范围测定红外线光谱,根据规定波数下的吸光度,按照Hampton方法(R.R.Hampton,Analytical Chemistry 21,923(1949)中记载的方法)的计算式求出丁二烯部分的微结构、即1,2-乙烯基键合量(mol%)(日本分光公司制造的傅利叶变换红外分光光度计“FT-IR230”)。
<(物性3)分子量>
以改性共轭二烯系聚合物作为试样,使用连结了3根以聚苯乙烯系凝胶作为填充剂的柱的GPC测定装置(东曹公司制造的商品名“HLC-8320GPC”),使用RI检测器(东曹公司制造的商品名“HLC8020”)测定色谱图,基于使用标准聚苯乙烯得到的校正曲线求出重均分子量(Mw1)、数均分子量(Mn1)、分子量分布(Mw1/Mn1)、改性共轭二烯系聚合物的峰值分子量(Mp1)以及分子量200万以上500万以下的改性共轭二烯系聚合物的比例。
洗脱液使用THF(四氢呋喃)。
关于柱,将3根东曹公司制造的商品名“TSKgel Super Multipore HZ-H”连接且在其前段连接作为保护柱的东曹公司制造的商品名“TSK guard column Super MP(HZ)-H”来进行使用。
将测定用的试样10mg溶解在20mL的THF中制成测定溶液,将测定溶液10μL注入到GPC测定装置中,在炉温度40℃、THF流量0.35mL/分钟的条件下进行测定。
上述峰值分子量(Mp1)按下述方式求出。
在测定得到的GPC曲线中,选择作为最高分子量成分检测出的峰。对于该选择出的峰,计算出相当于该峰的极大值的分子量作为峰值分子量。
另外,上述的分子量200万以上500万以下的改性共轭二烯系聚合物的比例以分子量200万以上500万以下的改性共轭二烯系聚合物的质量相对于改性共轭二烯系聚合物的总质量的比例的形式求出。
<(物性4)聚合物门尼粘度>
以改性共轭二烯系聚合物作为试样,使用门尼粘度计(上岛制作所社制造的商品名“VR1132”),根据JIS K6300,使用L形转子测定门尼粘度。
将测定温度设为100℃。
首先,将试样以试验温度预热1分钟,之后使转子以2rpm旋转,测定4分钟后的扭矩,将其作为门尼粘度(ML(1+4))。
<(物性5)玻璃化转变温度(Tg)>
以改性共轭二烯系聚合物作为试样,根据ISO22768:2006,使用MAC Science公司制造的差示扫描量热计“DSC3200S”,在使氦以50mL/分钟流通的条件下一边以20℃/分钟从-100℃进行升温一边记录DSC曲线,将DSC微分曲线的峰顶(拐点)作为玻璃化转变温度。
需要说明的是,Tg为对添加油之前的试样进行测定而得到的值。
<(物性6)相对于共轭二烯系聚合物的总量的改性率>
以改性共轭二烯系聚合物作为测定用试样,通过应用经改性的碱性聚合物成分会吸附在以二氧化硅系凝胶作为填充剂的GPC柱上的特性来进行色谱图测定。
由将包含上述测定用试样和低分子量内标聚苯乙烯的测定用试样溶液利用聚苯乙烯系柱测定得到的色谱图与利用二氧化硅系柱测定得到的色谱图的差值来测定在二氧化硅系柱上的吸附量,求出改性率。
具体地说,如下所示。
测定用试样溶液的制备:
将上述测定用试样10mg和标准聚苯乙烯5mg溶解在20mL的THF(四氢呋喃)中,制成测定用试样溶液。
使用聚苯乙烯系柱的GPC测定条件:
使用东曹公司制造的商品名“HLC-8320GPC”,使用THF作为洗脱液,将测定用试样溶液10μL注入到装置中,在色谱柱炉温度40℃、THF流量0.35mL/分钟的条件下使用RI检测器得到色谱图。关于柱,将3根东曹公司制造的商品名“TSKgel Super Multipore HZ-H”连接且在其前段连接作为保护柱的东曹公司制造的商品名“TSKguard column Super MP(HZ)-H”来进行使用。
使用二氧化硅系柱的GPC测定条件:
使用东曹公司制造的商品名“HLC-8320GPC”,使用THF作为洗脱液,将测定用试样溶液50μL注入到装置中,在色谱柱炉温度40℃、THF流量0.5mL/分钟的条件下使用RI检测器得到色谱图。关于柱,将商品名“Zorbax PSM-1000S”、“PSM-300S”、“PSM-60S”连接使用且在其前段连接作为保护柱的商品名“DIOL 4.6×12.5mm5micron”来使用。
改性率的计算方法:
将使用聚苯乙烯系柱的色谱图的峰面积整体设为100,将试样的峰面积设为P1、标准聚苯乙烯的峰面积设为P2,将使用二氧化硅系柱的色谱图的峰面积整体设为100,将试样的峰面积设为P3、标准聚苯乙烯的峰面积设为P4,由下式求出改性率(质量%)。
改性率(质量%)=[1-(P2×P3)/(P1×P4)]×100
(上述式中,P1+P2=P3+P4=100。)
<(物性7)低分子量成分的改性率>
根据上述(物性3)的测定,基于使用标准聚苯乙烯得到的校正曲线测定出重均分子量(Mw2)、数均分子量(Mn2)、分子量分布(Mw2/Mn2)、以及改性共轭二烯系聚合物的峰值分子量(Mp2)。
其中,关于上述峰值分子量(Mp2),在存在两个以上峰顶的情况下是指分子量最小的峰顶的分子量,将通过用该峰值分子量(Mp2)除以2而得到的分子量(低分子量成分的分子量)处的图的高度设为L1。
使用二氧化硅柱,将根据(物性6)的测定而测定得到的图的峰值分子量(Mp2)除以2而得到的分子量(低分子量成分的分子量)处的高度设为L2。
低分子量成分的改性率由(1-L2/L1)×100计算得到。
[低分子量成分的改性度]
通过用上述(物性7)低分子量成分的改性率(FL)除以上述(物性6)相对于共轭二烯系聚合物的总量的改性率(FT)而计算出低分子量成分的改性度。
低分子量成分的改性度=(FL/FT)×100
<(物性8)收缩因子(g’)>
以改性共轭二烯系聚合物作为试样,使用连结了3根以聚苯乙烯系凝胶作为填充剂的柱的带粘度检测器的GPC-光散射测定装置,测定色谱图,基于溶液粘度和光散射法求出分子量。
洗脱液使用四氢呋喃和三乙胺的混合溶液(THF in TEA:将三乙胺5mL混合在四氢呋喃1L中来进行制备)。
关于柱,将保护柱(东曹公司制造的商品名“TSK guard column HHR-H”)与柱(东曹公司制造的商品名“TSKgel G6000HHR”、“TSKgel G5000HHR”、“TSKgel G4000HHR”)连接来进行使用。
在炉温度40℃、THF流量1.0mL/分钟的条件下使用带粘度检测器的GPC-光散射测定装置(Malvern公司制造的商品名“Viscotek TDAmax”)。
将测定用试样10mg溶解在20mL的THF中制成测定用试样溶液,将测定用试样溶液200μL注入到GPC测定装置中,测定特性粘度。
使用所得到的测定用试样溶液的特性粘度和分子量,计算出收缩因子(g’)。
将特性粘度和分子量的关系式([η]=KMα([η]:特性粘度、M:分子量)中的常数(K、α)设为logK=-3.883、α=0.771,输入分子量M的范围1000~20000000,制作出标准特性粘度[η]0与分子量M的关系,对于所制作出的标准特性粘度[η]0与分子量M的关系,以各分子量M下的特性粘度[η]相对于标准特性粘度[η]0的关系的形式在各分子量M下计算出[η]/[η]0,将其平均值作为收缩因子(g’)。
需要说明的是,收缩因子(g’)是在M为100万以上200万以下进行平均的值。
<(物性9)硅含量>
使用ICP质谱仪(Agilent Technologies公司制Agilent 7700s)进行改性共轭二烯系聚合物中的硅含量的测定。
<(物性10)氮含量>
使用微量全氮分析装置(三菱化学分析技术制TN-2100H)进行改性共轭二烯系聚合物中的氮含量的测定。
[(制造例1)改性共轭二烯系聚合物(A-1)的合成]
将槽型压力容器作为聚合反应器,该槽型压力容器的内容积为10L,内部的高度(L)与直径(D)之比(L/D)为4.0,在底部具有入口,在顶部具有出口,该槽型压力容器具有搅拌机和温度控制用的夹套。
按照预先除去了水分的1,3-丁二烯19.4g/分钟、苯乙烯10.6g/分钟、正己烷150.0g/分钟的条件进行混合。该混合物中包含的丙二烯类物质为9ppm、乙炔类物质为12ppm、胺类物质为1ppm。杂质总计为22ppm。
在将该混合溶液供给到反应器的入口的配管的途中设置静态混合器,将残留杂质惰性处理用的正丁基锂以0.104mmol/分钟添加到该静态混合器中,混合后连续地供给到反应器的底部。进一步将作为极性物质的2,2-双(2-四氢呋喃基)丙烷以0.0216g/分钟的速度供给到利用搅拌机剧烈混合的聚合反应器的底部,将作为聚合引发剂的正丁基锂(表中记载为NBL)以0.252mmol/分钟的速度供给到该利用搅拌机剧烈混合的聚合反应器的底部,继续连续地进行聚合反应。对温度进行控制以使得反应器顶部出口处的聚合溶液的温度为70℃。
在聚合充分稳定后,向从反应器的出口流出的聚合物溶液中以0.043mmol/分钟的速度连续地添加作为改性剂的双(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)-[3-(2,2-二甲氧基-1-氮杂-2-硅杂环戊烷)丙基]胺(表中简记为“A”),使添加了改性剂的聚合物溶液通过静态混合器,由此进行混合并进行改性反应。
向改性反应后的聚合物溶液中按照相对于每100g聚合物为0.2g的方式以0.055g/分钟(正己烷溶液)连续地添加抗氧化剂(BHT),终止偶联反应。与抗氧化剂同时按照相对于聚合物100g为37.5g的方式连续地添加油(JX日矿日石能量公司制造JOMO ProcessNC140),利用静态混合器进行混合。通过汽提除去溶剂,得到改性共轭二烯系聚合物(试样A-1)。将试样A-1的物性列于表1。
[(制造例2)改性共轭二烯系聚合物(试样A-2)]
将改性剂替换成三(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)胺(表中简记为“B”)。其他条件与(制造例1)同样地得到改性共轭二烯系聚合物(试样A-2)。将试样A-2的物性列于表1。
[(制造例3)改性共轭二烯系聚合物(试样A-3)]
将改性剂替换成N,N,N’-三(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)-N’-[3-(2,2-二甲氧基-1-氮杂-2-硅杂环戊烷)丙基]-1,3-丙二胺(表中简记为“C”),使作为聚合引发剂的正丁基锂的添加量为0.317mmol/分钟、极性物质添加量为0.027g/分钟、改性剂添加量为0.041mmol/分钟。其他条件与(制造例1)同样地得到改性共轭二烯系聚合物(试样A-3)。将试样A-3的物性列于表1。
[(制造例4)改性共轭二烯系聚合物(试样A-4)]
将改性剂替换成N,N,N’,N’-四[3-(2,2-二甲氧基-1-氮杂-2-硅杂环戊烷)丙基]-1,3-丙二胺(表中简记为“D”),使改性剂的添加量为0.033mmol/分钟。其他条件与(制造例1)同样地得到改性共轭二烯系聚合物(试样A-4)。将试样A-4的物性列于表1。
[(制造例5)改性共轭二烯系聚合物(试样A-5)]
使作为聚合引发剂的正丁基锂的添加量为0.15mmol/分钟、极性物质添加量为0.0131g/分钟,将改性剂替换成N-(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)-2,2-二甲氧基-1-氮杂-2-硅杂环戊烷(表中简记为“E”),使改性剂的添加量为0.037mmol/分钟。其他条件与(制造例1)同样地得到改性共轭二烯系聚合物(试样A-5)。将试样A-5的物性列于表1。
[(制造例6)改性共轭二烯系聚合物(试样A-6)]
使作为聚合引发剂的正丁基锂的添加量为0.08mmol/分钟、极性物质添加量为0.0076g/分钟,将改性剂替换成N-3-三甲氧基甲硅烷基丙基三唑(表中简记为“F”),使改性剂的添加量为0.041mmol/分钟。其他条件与(制造例1)同样地得到改性共轭二烯系聚合物(试样A-6)。将试样A-6的物性列于表1。
[(制造例7)改性共轭二烯系聚合物(试样A-7)]
使1,3-丁二烯和苯乙烯的添加量分别为23g/分钟和5g/分钟,使极性物质添加量为0.0155g/分钟。其他条件与(制造例1)同样地得到改性共轭二烯系聚合物(试样A-7)。将试样A-7的物性列于表1。
[(制造例8)改性共轭二烯系聚合物(试样A-8)]
使丁二烯和苯乙烯的添加量分别为16g/分钟和12g/分钟,使极性物质添加量为0.024g/分钟。其他条件与(制造例4)同样地得到改性共轭二烯系聚合物(试样A-8)。将试样A-8的物性列于表1。
[(制造例9)改性共轭二烯系聚合物(试样A-9)]
将作为改性剂的N,N-二甲基-苯基二甲氧基甲硅烷基丙胺(表中简记为“G”)以0.03mmol/分钟的速度连续地添加。其他条件与(制造例6)同样地得到改性共轭二烯系聚合物(试样A-9)。将试样A-9的物性列于表1。
[(制造例10)改性共轭二烯系聚合物(试样A-10)]
使改性剂的添加量为0.028mmol/分钟。其他条件与(制造例1)同样地得到改性共轭二烯系聚合物(试样10)。将试样10的物性列于表2。
[(制造例11)改性共轭二烯系聚合物(试样A-11)]
通过将试样A-4和试样A-9以质量比计按照(试样A-4):(试样A-9)=2:1进行混炼,由此得到试样11。将试样11的物性列于表2。
[(制造例12)改性共轭二烯系聚合物(试样A-12)]
将2台槽型压力容器连结,作为聚合反应器。该槽型压力容器的内容积为10L,内部的高度(L)与直径(D)之比(L/D)为4.0,在底部具有入口,在顶部具有出口,该槽型压力容器具有搅拌机和温度控制用的夹套。
按照预先除去了水分的1,3-丁二烯22.3g/分钟、苯乙烯12.5g/分钟、正己烷214.0g/分钟的条件进行混合。该混合物中包含的丙二烯类物质为8ppm、乙炔类物质为13ppm、胺类物质为1ppm。杂质总计为21ppm。
在将该混合溶液供给到反应器的入口的配管的途中设置静态混合器,将残留杂质惰性处理用的正丁基锂以0.130mmol/分钟添加到该静态混合器中,混合后连续地供给到反应器的底部。
进一步将作为极性物质的2,2-双(2-四氢呋喃基)丙烷以0.0347g/分钟的速度供给到利用搅拌机剧烈混合的第1台聚合反应器的底部,将作为聚合引发剂预先制备的哌啶基锂(表中简记为“LA-1”)和正丁基锂(摩尔比哌啶基锂:正丁基锂=0.72:0.28,通过将哌啶和正丁基锂按照摩尔比哌啶:正丁基锂=0.72:1.00进行调整而得到)的混合溶液以0.336mmol(锂摩尔比)/分钟的速度供给到该利用搅拌机剧烈混合的第1台聚合反应器的底部,继续连续地进行聚合反应。
对温度进行控制以使得第1台反应器顶部出口处的聚合溶液的温度为65℃。将第1台反应器顶部与第2台反应器的底部连结,由此从第1台反应器顶部向第2台反应器底部连续地供给聚合物溶液。对温度进行控制以使得第2台反应器顶部出口处的聚合物的温度为70℃。
接着,向从第2台反应器的出口流出的聚合物溶液中以0.0560mmol/分钟的速度连续地添加作为改性剂的双(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)-[3-(2,2-二甲氧基-1-氮杂-2-硅杂环戊烷)丙基]胺(表中简记为“A”),使添加了改性剂的聚合物溶液通过静态混合器,由此进行混合并进行改性。
向改性反应后的聚合物溶液中按照相对于每100g聚合物为0.2g的方式以0.055g/分钟(正己烷溶液)连续地添加抗氧化剂(BHT),终止偶联反应。与抗氧化剂同时按照相对于聚合物100g为37.5g的方式连续地添加油(JX日矿日石能量公司制造JOMO ProcessNC140),利用静态混合器进行混合。通过汽提除去溶剂,得到改性共轭二烯系聚合物(试样A-12)。将试样A-12的物性列于表2。
[(制造比较例1)改性共轭二烯系聚合物(试样A-13)]
在1,3-丁二烯的纯化中,将水洗工序中的1,3-丁二烯相在滗洗器中的停留时间调整为10分钟。另外,将阻聚剂除去工序中的1,3-丁二烯相在滗洗器中的停留时间调整为20分钟。
另外,在苯乙烯的纯化中,得到了Pd(0.3%)/γ-Al2O3的氢化催化剂。将所得到的催化剂2000g填充到管型反应器中,一边将该催化剂的温度保持在80℃一边将粗品苯乙烯进行4小时循环而得到纯化后的苯乙烯,使用该纯化后的苯乙烯。正己烷的纯化中,实施与制造例1同样的纯化。
1,3-丁二烯、苯乙烯、正己烷的混合物中含有的丙二烯类物质为25ppm、乙炔类物质为20ppm、胺类物质为9ppm。杂质总计为54ppm。除了使用该物质以外,与上述(制造例1)同样地得到了改性共轭二烯系聚合物(试样A-13)。将试样A-13的物性列于表2。
[(制造比较例2)改性共轭二烯系聚合物(试样A-14)]
使改性剂的添加量为0.020mmol/分钟。其他条件与上述(制造例1)同样地得到了改性共轭二烯系聚合物(试样A-14)。将试样A-14的物性列于表2。
[(制造比较例3)改性共轭二烯系聚合物(试样A-15)]
将作为改性剂的N,N-二甲基-苯基二甲氧基甲硅烷基丙胺(表中简记为“G”)以0.03mmol/分钟的速度连续地添加。其他条件与(制造比较例1)同样地得到了改性共轭二烯系聚合物(试样A-15)。将试样A-15的物性列于表2。
[(制造比较例4)改性共轭二烯系聚合物(试样A-16)]
使用内容积10升的带搅拌机和夹套的可进行温度控制的高压釜作为反应器,将与制造例1同样地进行了纯化的1,3-丁二烯518g、苯乙烯282g、正己烷5600g、极性物质0.53g装入反应器中,使反应器的内温保持在55℃,之后将作为聚合引发剂的正丁基锂8.75mmol供给至反应器中。
反应开始后,在因聚合所致的放热下,反应器内的温度达到83℃。
在反应器的温度开始降低后,将经过了1分钟后作为聚合反应终止。
在聚合反应终止后在反应器内的温度为83℃时,向溶液相中添加3-(4-甲基哌嗪-1-基)丙基三乙氧基硅烷(表中简记为“H”)4.375mmol,搅拌5分钟实施改性反应,将抗氧化剂(BHT)以相对于每100g聚合物为0.2g添加到改性反应后的聚合物溶液中,得到了改性共轭二烯系聚合物(试样A-16)。未添加油。
将试样A-16的物性列于表2。
需要说明的是,表2的物性3是针对分子量最低的峰的分析值。另外,关于收缩因子(g’),由于分子量为100万以上200万以下的范围的成分过少,因而无法计算。
[(制造例13)改性共轭二烯系聚合物(试样A-17)]
将由制造比较例1得到的聚合物和由制造比较例4得到的聚合物以质量比计按照(制造比较例1):(制造比较例4)=2:1进行混合,由此得到试样A-17。将试样A-17的物性列于表2。
[(制造例14)改性共轭二烯系聚合物(试样A-18)]
将由制造比较例2得到的聚合物和由制造比较例4得到的聚合物以质量比计按照(制造比较例2):(制造比较例4)=2:1进行混合,由此得到试样A-18。将试样A-18的物性列于表2。
[(实施例1~19)以及(比较例1~6)]
将表1、2所示的试样A-1~试样A-18作为(A)改性共轭二烯系聚合物,将下述表3~5所示的NR1、NR2、IR1、IR2作为成分(B),相对于橡胶成分((A)+(B))100质量份,按照以下所示的配比(质量份),得到含有各原料橡胶的改性共轭二烯系聚合物组合物。
另外,橡胶成分100质量份中的(A)和(B)的比例如表3~表5所示。
其中,NR1表示天然橡胶“SIR10”,NR2表示天然橡胶“RSS#2”,IR1表示聚异戊二烯“IR2200”(顺式-1,4键合含量95%以上、JSR制),IR2表示聚异戊二烯“Cariflex IR0307”(顺式-1,4键合含量90%以上、Kraton制)。
相对于上述橡胶成分((A)+(B))=100质量份添加下述材料,分别制备以改性共轭二烯系聚合物组合物作为原料的橡胶组合物。
(C)成分二氧化硅1(Evonik Degussa公司制造的商品名“Ultrasil 7000GR”氮吸附比表面积170m2/g):50.0质量份
二氧化硅2(Rhodia公司制造的商品名“Zeosil Premium 200MP”,氮吸附比表面积220m2/g):25.0质量份
炭黑(东海炭素公司制造的商品名“SEAST KH(N339)”):5.0质量份
硅烷偶联剂(Evonik Degussa公司制造的商品名“Si75”、双(三乙氧基甲硅烷基丙基)二硫化物):6.0质量份
S-RAE油(JX日矿日石能量公司制造的商品名“Process NC140”):37.5质量份
锌白:2.5质量份
硬脂酸:1.0质量份
抗老化剂(N-(1,3-二甲基丁基)-N‘-苯基-对苯二胺):2.0质量份
硫:2.2质量份
硫化促进剂1(N-环己基-2-苯并塞唑基亚磺酰胺):1.7质量份
硫化促进剂2(二苯基胍):2.0质量份
合计:234.9质量份
将上述材料通过下述方法进行混炼,得到橡胶组合物。
使用具备温度控制装置的密闭混炼机(内容量0.3L),作为第一段的混炼,以填充率65%、转子转速30~50rpm的条件将原料橡胶(试样A-1~A-18)、填充剂(二氧化硅1、二氧化硅2、炭黑)、硅烷偶联剂、操作油、锌白、硬脂酸进行混炼。
此时,控制密闭混合机的温度,以排出温度为155~160℃得到各橡胶组合物(混配物)。
(评价1)扭矩的上升时间
在第一段混炼时,在密闭混炼机的混炼开始后,测定从扭矩开始上升起到达到一定值为止所花费的时间。
将比较例1的结果设为100,对各测定值进行指数化。
指数小表示上升时间短,成型性好。
(评价2)片加工性
使用如上所述经过第一段的混炼得到的橡胶组合物(混配物),利用设定为70℃的开炼机,加工出片状的组合物。
目视观察所得到的片状组合物的片状态,按下述基准进行5级评价。
分数高表示片加工性良好。
5:辊作业时的连贯性良好,片表面光滑,片边缘也没有参差不齐。
4:辊作业时的连贯性良好,但片表面稍粗糙,片边缘也稍有参差不齐。
3:辊作业时的连贯性稍差,片表面稍粗糙,片边缘也稍有参差不齐。
2:辊作业时的连贯性稍差,片表面粗糙,片边缘也有参差不齐。
1:辊作业时的连贯性差,片表面粗糙,片边缘也有参差不齐。
接着,在上述第一段混炼后,作为第二段混炼,将上述得到的混配物冷却到室温后,加入抗老化剂,再次进行混炼以提高二氧化硅的分散。
这种情况下,也通过混合机的温度控制将混配物的排出温度调整为155~160℃。
冷却后,作为第三段的混炼,在设定为70℃的开炼机中加入硫、硫化促进剂1、2进行混炼。
之后进行成型,在160℃利用加压硫化机进行20分钟硫化。对硫化前的橡胶组合物以及硫化后的橡胶组合物进行评价。具体地说,通过下述方法进行评价。
将评价结果示于表6~表8。
(评价3)复合物门尼粘度(混配物门尼粘度)
将第二段混炼后得到的橡胶组合物作为试样,使用门尼粘度计(上岛制作所社制造的商品名“VR1132”),依据JIS K6300,使用L形转子测定门尼粘度。将其作为混配物门尼粘度。
将测定温度设为100℃。
首先将试样在试验温度预热1分钟,之后使转子以2rpm旋转,测定4分钟后的扭矩,将其作为门尼粘度(ML(1+4))。
将比较例1的结果设为100,对各测定值进行指数化。指数小表示加工性好。
(评价4)粘弹性参数
对于硫化后的橡胶组合物,使用Rheometric Scientific公司制造的粘弹性试验机“ARES”,以扭振模式测定粘弹性参数。将针对比较例1的橡胶组合物的结果设为100,对各测定值进行指数化。将在0℃以频率10Hz、变形1%测定的tanδ作为抗湿滑性的指标。值越大,表示抗湿滑性越好。另外,将在50℃以频率10Hz、变形3%测定的tanδ作为低磁滞损耗性的指标。指数越大,表示低磁滞损耗性越好。
(评价5)拉伸断裂强度、拉伸断裂伸长率
对于硫化后的橡胶组合物,根据JIS K6251的拉伸试验法测定拉伸断裂强度、拉伸断裂伸长率,将比较例1的结果设为100进行指数化。指数越大,表示破坏特性越好。
(评价6)耐磨耗性
对于硫化后的橡胶组合物,使用AKRON磨耗试验机(安田精机制作所社制造),根据JIS K6264-2测定负荷44.4N、1000次旋转的磨耗量,将比较例1的结果设为100进行指数化。指数越大,表示耐磨耗性越好。
如表6~表8所示确认到,与比较例的橡胶组合物相比,实施例的橡胶组合物在制造硫化物时的加工性优异,特别是与填充剂混炼时混合器的扭矩良好地作用而在短时间内得到填充剂的分散性良好的橡胶组合物,制成硫化物后的磁滞损耗性与抗湿滑性的平衡优异,耐磨耗性和破坏特性之类的耐久性也优异。
工业实用性
本发明的改性共轭二烯系聚合物和橡胶组合物在轮胎胎面、汽车的内装/外装品、防振橡胶、带、鞋类、发泡体、各种工业用品用途等领域中具有工业实用性。
Claims (10)
1.一种改性共轭二烯系聚合物组合物,其含有:
(A)改性共轭二烯系聚合物100质量份,
该改性共轭二烯系聚合物是由含氮化合物改性的改性共轭二烯系聚合物,其重均分子量为20×104以上300×104以下、分子量分布Mw/Mn为1.6以上4.0以下,
相对于共轭二烯系聚合物的总量的改性率为50质量%以上,
分子量为凝胶渗透色谱法即GPC曲线中的峰顶的分子量的1/2的成分的改性率为所述相对于共轭二烯系聚合物的总量的改性率的1/2以上,或者存在两个以上所述峰顶的情况下,分子量为分子量最小的峰顶的分子量的1/2的成分的改性率为所述相对于共轭二烯系聚合物的总量的改性率的1/2以上;以及
(B)天然橡胶和/或聚异戊二烯橡胶10质量份~250质量份,
所述(A)改性共轭二烯系聚合物的聚合引发剂残基不包含氮。
2.如权利要求1所述的改性共轭二烯系聚合物组合物,其中,(A)改性共轭二烯系聚合物的基于3D-GPC的收缩因子g’为0.86以上1.0以下。
3.如权利要求1所述的改性共轭二烯系聚合物组合物,其中,(A)改性共轭二烯系聚合物的基于3D-GPC的收缩因子g’为0.30以上且小于0.86。
4.如权利要求1所述的改性共轭二烯系聚合物组合物,其中,(A)改性共轭二烯系聚合物的基于3D-GPC的收缩因子g’为0.30以上0.70以下。
5.如权利要求1~4中任一项所述的改性共轭二烯系聚合物组合物,其中,所述(B)成分为天然橡胶。
6.如权利要求1~4中任一项所述的改性共轭二烯系聚合物组合物,其中,所述(B)成分为聚异戊二烯橡胶。
7.一种橡胶组合物,其含有:
(A)改性共轭二烯系聚合物100质量份;
(B)天然橡胶和/或聚异戊二烯橡胶10质量份~250质量份;以及
(C)含有二氧化硅的填料5质量份~150质量份,
所述(A)改性共轭二烯系聚合物是由含氮化合物改性的改性共轭二烯系聚合物,其重均分子量为20×104以上300×104以下、分子量分布Mw/Mn为1.6以上4.0以下,
相对于共轭二烯系聚合物的总量的改性率为50质量%以上,
分子量为凝胶渗透色谱法即GPC曲线中的峰顶的分子量的1/2的成分的改性率为所述相对于共轭二烯系聚合物的总量的改性率的1/2以上,或者存在两个以上所述峰顶的情况下,分子量为分子量最小的峰顶的分子量的1/2的成分的改性率为所述相对于共轭二烯系聚合物的总量的改性率的1/2以上,
所述(A)改性共轭二烯系聚合物的聚合引发剂残基不包含氮。
8.一种橡胶组合物的制造方法,其是权利要求7所述的橡胶组合物的制造方法,将所述(A)改性共轭二烯系聚合物100质量份、所述(B)天然橡胶和/或聚异戊二烯橡胶10质量份~250质量份、以及所述(C)含有二氧化硅的填料5质量份~150质量份进行混炼。
9.如权利要求8所述的橡胶组合物的制造方法,其中,将所述(A)改性共轭二烯系聚合物100质量份与所述(C)含有二氧化硅的填料进行混炼后,将所得到的混炼物与所述(B)天然橡胶和/或聚异戊二烯橡胶进行混炼。
10.一种轮胎,其含有权利要求1~6中任一项所述的改性共轭二烯系聚合物组合物。
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