JP2011052103A - タイヤ - Google Patents

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Abstract

【課題】低発熱性、ウェットグリップ性能及び耐亀裂成長性に優れるタイヤを提供する。
【解決手段】(A)シスー1,4−結合量が90%以上及びビニル結合量が1.2%以下で、かつプロトン性第一アミノ基及び/又は、保護された第一アミノ基を有する変性共役ジエン系重合体10質量%以上を含むゴム成分と、その100質量部に対して、(B)シリカ20〜150質量部及び(C)下記一般式(I)で表される金属石鹸5〜200質量部を含有するゴム組成物をトレッドに用いることを特徴とするタイヤである。
Figure 2011052103

(式中、Mは酸化数+3又は+4の金属原子、Rは脂肪族炭化水素基、RCO2は脂肪酸残基、nはMの価数を示す。)
【選択図】なし

Description

本発明は、タイヤに関する。さらに詳しくは、本発明は、低発熱性、ウェットグリップ性能及び耐亀裂成長性に優れるゴム組成物をトレッドに用いてなるタイヤに関するものである。
近年、省エネルギーの社会的な要請及び環境問題への関心の高まりに伴う世界的な二酸化炭素排出規制の動きに関連して、自動車の低燃費化に対する要求はより過酷なものとなりつつある。このような要求に対応するため、タイヤ性能についても転がり抵抗の低減と耐久性(耐摩耗性や耐亀裂成長性)の向上が求められてきている。タイヤの転がり抵抗を下げる手法としては、タイヤ構造の最適化による手法についても検討されてきたものの、ゴム組成物としてより発熱性の低い材料を用いることが最も一般的な手法として行われている。
このような発熱性の低いゴム組成物を得るために、これまで、ゴム組成物に使用する充填材の分散性を高める技術開発が数多くなされてきた。その中でも特に、有機リチウム化合物を用いたアニオン重合で得られるジエン系重合体の重合活性末端を充填材と相互作用を持つ官能基にて修飾する方法が、最も一般的になりつつある。
このような方法としては、例えば充填材にカーボンブラックを用い、重合活性末端をスズ化合物にて修飾する方法(例えば、特許文献1参照)、同様にカーボンブラックを用い、重合活性末端にアミノ基を導入する方法(例えば、特許文献2参照)等が開示されている。しかしながら、これらの方法は、充填材としてカーボンブラックを使用する場合に、有効な方法である。
ところで、近年、自動車の安全性への関心の高まりに伴い、低燃費性能や耐亀裂成長性以外に、湿潤路面での性能(以下ウェットグリップ性能という)についても要求が高まってきた。このため、タイヤトレッド用ゴム組成物に対する性能要求は、単なる転がり抵抗の低減に止まらず、ウェット性能と低発熱性と耐亀裂成長性を高度にバランスしたものが必要とされている。
良好な低発熱性と良好なウェットグリップ性能とを同時にタイヤに与えるゴム組成物を得る方法として、補強用充填材として、これまで一般的に用いられてきたカーボンブラックに変えてシリカを用いる方法がすでに行われている。
しかしながら、シリカを配合することで、良好な低発熱性とウェットグリップ性能の両立は可能であるが、耐亀裂成長性が、カーボンブラックを配合した場合に比べて、低下するという問題が生じる。
また、ゴム成分としては、ランタン系列希土類元素含有化合物を含む触媒を用い、重合して得られるハイシス−1,4−ポリブタジエンゴムが、一般に分岐構造の少ない直鎖重合体であり、従来のコバルト、ニッケル、チタンを主成分とする触媒を用いて重合して得られるハイシスポリブタジエンゴムに比べて低発熱性、耐亀裂成長性等に優れる特徴を持っていることから上記ゴム組成物のゴム成分の1つとして使用されている。
さらに、ランタン系列希土類元素含有化合物を含む触媒を用いた配位重合においてもリビング重合体が生成することは知られており、得られた重合体のリビング活性末端を特定のカップリング剤や変性剤によって変性することが行われている(例えば、特許文献3〜5参照)。
しかしながら、これまでの変性方法で得られた変性ハイシスポリブタジエンゴムとシリカを含むゴム組成物をトレッドに用いたタイヤにおいては、低発熱性とウェットグリップ性能と耐亀裂成長性が高度にバランスしたものは得られていないのが実状であった。
特公平5−87530号公報 特開昭62−207342号公報 特開昭63−178102号公報 特開平5−59103号公報 特開昭63−297403号公報
本発明は、このような状況下になされたもので、低発熱性、ウェットグリップ性能及び耐亀裂成長性に優れるタイヤを提供することを目的とするものである。
本発明者らは、前記目的を達成するために鋭意研究を重ねた結果、シス−1,4−結合量がある値以上及びビニル結合量がある値以下であり、かつプロトン性第一アミノ基や保護された第一アミノ基を有する変性共役ジエン系重合体10質量%以上を含むゴム成分と、シリカ及び金属石鹸、特にアルミニウム石鹸とを所定の割合で含有するゴム組成物をタイヤトレッドに用いることにより、その目的を達成し得ることを見出した。本発明はかかる知見に基づいて完成したものである。
すなわち、本発明は、
[1](A)シス−1,4−結合量が90%以上及びビニル結合量が1.2%以下で、かつプロトン性第一アミノ基及び/又は、保護された第一アミノ基を有する変性共役ジエン系重合体10質量%以上を含むゴム成分と、その100質量部に対して、(B)シリカ20〜150質量部及び(C)下記一般式(I)で表される金属石鹸5〜200質量部を含有するゴム組成物をトレッドに用いることを特徴とするタイヤ、
Figure 2011052103
(式中、Mは酸化数+3又は+4の金属原子、Rは脂肪族炭化水素基、RCO2は脂肪酸残基、nはMの価数を示し、n−1が2以上の場合、複数のRはたがいに同一でも異なっていても良い。)
[2]前記一般式(I)におけるRCO2が、炭素数6以上の脂肪酸残基である上記[1]に記載のタイヤ、
[3]前記一般式(I)で表される金属石鹸が、下記一般式(I−a)
Figure 2011052103
(式中、R及びRCO2は前記と同じである。)
で表されるアルミニウム石鹸である上記[1]又は[2]に記載のタイヤ、
[4]前記変性共役ジエン系重合体が、ランタン系列希土類元素化合物を含む重合触媒を用いて重合してなる活性末端を有する共役ジエン系重合体の該活性末端をカルボニル基、エポキシ基、カルボキシル基、チオカルボニル基、チオエポキシ基、チオカルボキシル基、ニトリル基、イソシアナート基及びハロシリル基から選ばれる少なくとも1種の官能基と保護された第一アミノ基とを有する化合物により変性して得られたものである上記[1]〜[3]のいずれかに記載のタイヤ、
[5]前記変性共役ジエン系重合体が、変性ポリブタジエンゴムである上記[1]〜[4]のいずれかに記載のタイヤ、
[6]前記変性ポリブタジエンゴムが、プロトン性第一アミノ基及び/又は保護された第一アミノ基を含む変性基を有する上記[5]に記載のタイヤ、
[7]前記ゴム組成物が、さらに、シランカップリング剤を、(B)シリカに対して1〜20質量%の割合で含む上記[1]〜[6]のいずれかに記載のタイヤ、及び
[8]前記(A)ゴム成分が、天然ゴム及びジエン系合成ゴムから選ばれる少なくとも1種のゴムを含む上記[1]〜[7]のいずれかに記載のタイヤを提供するものである。
本発明のタイヤは、以下に示す効果を奏する。
(1)特定のミクロ構造を有し、かつプロトン性第一アミノ基や保護された第一アミノ基を有する変性ハイシス共役ジエン系重合体を10質量%以上含むゴム成分と、シリカ及び金属石鹸、特にアルミニウム石鹸を、それぞれ所定の割合で含有するゴム組成物をトレッドに用いることにより、低発熱性、ウェットグリップ性能及び耐亀裂成長性に優れるタイヤを得ることができる。
(2)上記(1)における変性ハイシス共役ジエン系重合体は、ランタン系列希土類元素化合物を含む重合触媒を用い、配位重合することにより得られた共役ジエン系重合体の活性末端を、特定の官能基と保護された第一アミノ基とを有する化合物で変性することにより、効果的に得ることができる。
(3)上記(1)、(2)における変性ハイシス共役ジエン系重合体が変性ポリブタジエンゴムである場合に、上記(1)の効果がより良好に発揮される。
(4)シランカップリング剤を配合することにより、ゴム組成物におけるシリカの分散性がより一層良くなり、上記(1)の効果がさらに良好に発揮される。
本発明のタイヤは、(A)シス−1,4−結合量が90%以上及びビニル結合量が1.2%以下で、かつプロトン性第一アミノ基及び/又は保護された第一アミノ基を有する変性共役ジエン系重合体10質量%以上を含むゴム成分と、その100質量部に対して、(B)シリカ20〜150質量部及び(C)後で説明する一般式(I)で表される金属石鹸5〜200質量部を含有するゴム組成物をトレッドに用いることを特徴とする。
まず、本発明のタイヤのトレッドに用いられるゴム組成物(以下、「本発明に係るゴム組成物」又は単に「ゴム組成物」と称することがある。)における(A)ゴム成分について説明する。
[(A)ゴム成分]
本発明に係るゴム組成物において、(A)成分として用いられるゴム成分は、シス−1,4−結合量が90%以上及びビニル結合量が1.2%以下で、かつプロトン性第一アミノ基及び/又は保護された第一アミノ基を有する変性共役ジエン系重合体10質量%以上を含むことを要する。
前記変性共役ジエン系重合体のシス−1,4−結合量が90%未満であれば、当該ゴム組成物をタイヤトレッドに用いた場合、低発熱性、ウェットグリップ性能及び耐亀裂成長性を高度にバランスさせる効果が発揮されない。また、上記効果をよりよく発揮させるには、この変性共役ジエン系重合体のビニル結合量は、1.2%以下である。
(A)ゴム成分における前記変性共役ジエン系重合体の含有量が10質量%未満では、前記と同様に、当該ゴム組成物をタイヤトレッドに用いた場合、低発熱性、ウェットグリップ性能及び耐亀裂成長性を高度にバランスさせる効果が発揮されない。好ましい含有量は15〜50質量%程度である。この変性共役ジエン系重合体と併用される他のゴム成分としては、天然ゴム及び/又はジエン系合成ゴムを挙げることができる。ジエン系合成ゴムとしては、例えば合成イソプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレン−ブタジエンゴム、エチレン−α−オレフィン共重合ゴム、エチレン−α−オレフィン−ジエン三元共重合ゴム、アクリロニトリル−ブタジエン共重合ゴム、クロロブレンゴム、ハロゲン化ブチルゴム及びこれらの混合物等が挙げられる。また、その一部が多官能型、例えば四塩化スズ、四塩化珪素のような変性剤を用いることにより分岐構造を有しているものでも良い。
当該変性共役ジエン系重合体は、例えばランタン系列希土類元素化合物を含む重合触媒を用いて重合してなる活性末端を有する共役ジエン系重合体の該活性末端をカルボニル基、エポキシ基、カルボキシル基、チオカルボニル基、チオエポキシ基、チオカルボキシル基、ニトリル基、イソシアナート基及びハロシリル基から選ばれる少なくとも1種の官能基と保護された第一アミノ基とを有する化合物(以下、変性剤と称することがある。)により、変性することにより、得ることができる。
(活性末端を有する共役ジエン系重合体)
本発明に係る活性末端を有する共役ジエン系重合体を得るための製造方法については特に制限はなく、溶液重合法、気相重合法、バルク重合法のいずれも用いることができるが、特に溶液重合法が好ましい。また、重合形式は、回分式及び連続式のいずれであっても良い。
そして、上記のシス−1,4−結合量及びビニル結合量(以下、両者を併せて「ミクロ構造」という。)をもつ活性末端を有する共役ジエン系重合体を得るためには、有機溶媒中でランタン系列希土類元素化合物を含む重合触媒による共役ジエンモノマーを配位アニオン重合させる反応が好ましい。
<ランタン系列希土類元素化合物を含む重合触媒>
上記のランタン系列希土類元素化合物を含む重合触媒としては、以下に示す(x)成分、(y)成分及び(z)成分それぞれの中から選ばれる少なくとも1種の化合物を組み合わせてなるものが好ましい。
〔(x)成分〕
下記の(x1)〜(x4)から選ばれる希土類化合物で、そのまま不活性有機溶媒溶液として用いても、不活性固体上に担持して用いても良い。
(x1)酸化数3の希土類化合物で、炭素数2〜30のカルボキシル含有基、炭素数2〜30のアルコキシ基、炭素数6〜30のアリールオキシ基、及び炭素数5〜30の1,3−ジカルボニル含有基の内から自由に選ばれる配位子を合計三つ有するもの、又はこれとルイス塩基化合物(特に、遊離カルボン酸、遊離アルコール、1,3−ジケトン、環状エーテル、直鎖状エーテル、トリヒドロカルビルホスフィン、トリヒドロカルビルホスファイト等から選ばれる)の錯化合物である。具体的には、ネオジムトリ−2−エチルヘキサノエート、それとアセチルアセトンとの錯化合物、ネオジムトリネオデカノエート、それとアセチルアセトンとの錯化合物、ネオジムトリ−n−ブトキシド等がある。
(x2)希土類の3ハロゲン化物とルイス塩基の錯化合物である。例えばネオジム三塩化物のTHF錯体がある。
(x3)少なくとも一つの(置換)アリル基が直接希土類原子に結合した、酸化数3の有機希土類化合物である。例えばテトラアリルネオジムとリチウムの塩がある。
(x4)少なくともひとつの(置換)シクロペンタジエニル基が直接希土類原子に結合した酸化数2又は3の有機希土類化合物、又はこの化合物と、トリアルキルアルミニウム又は非配位性アニオンと対カチオンからなるイオン性化合物との反応生成物である。例えばジメチルアルミニウム(μ−ジメチル)ビス(ペンタメチルシクロペンタジエニル)サマリウムがある。
上記希土類化合物の希土類元素としては、ランタン、ネオジム、プラセオジム、サマリウム、ガドリニウムが好ましく、更に好ましくはランタン、ネオジム、サマリウムである。
上記(x)成分の中では、ネオジムのカルボン酸塩及びサマリウムの置換シクロペンタジエニル化合物が好ましい。ネオジムのカルボン酸塩としては、例えば、バーサチック酸ネオジムが挙げられる。
〔(y)成分〕
次の一つから選ばれる少なくとも1種類の有機アルミニウム化合物で、複数を同時に用いることができる。
(y1)式Ra 3A1であらわされるトリヒドロカルビルアルミニウム化合物(ただし、Raは炭素数1〜30の炭化水素基で、互いに同一であっても異なっていても良い。)
(y2)式Rb 2A1H又はRbA1H2であらわされるヒドロカルビルアルミニウム水素化物(ただし、Rbは炭素数1〜30の炭化水素基で、互いに同一であっても異なっていても良い。)
(y3)炭素数1〜30の炭化水素基をもつヒドロカルビルアルミノキサン化合物である。
上記(y)成分としては、例えばトリアルキルアルミニウム、ジアルキルアルミニウムヒドリド、アルキルアルミニウムジヒドリド、アルキルアルミノキサンがある。これらの化合物は混合して用いても良い。(y)成分の中では、アルミノキサンと他の有機アルミニウム化合物との併用が好ましい。
〔(z)成分〕
次の一から選ばれる化合物であるが、(x)がハロゲン原子又は非配位性アニオンを含む場合、及び(y)がアルミノキサンを含む場合は必ずしも必要ない。
(z1)加水分解可能なハロゲン原子を有する周期表(長周期型)2族、12〜14族に属する元素の無機もしくは有機化合物又はこれらとルイス塩基の錯化合物である。例えばアルキルアルミニウム二塩化物、ジアルキルアルミニウム塩化物、四塩化珪素、四塩化スズ、塩化亜鉛とアルコール等ルイス塩基との錯体、塩化マグネシウムとアルコール等ルイス塩基との錯体等である。
(z2)少なくとも一つの三級アルキルハライド、ベンジルハライド、及びアリールハライドから選ばれる構造を有する有機ハロゲン化物である。例えば塩化ベンジル、塩化t−ブチル、臭化ベンジル、臭化t−ブチル等である。
(z3)亜鉛のハロゲン化物又はこれとルイス塩基の錯化合物である。
(z4)非配位性アニオンと対カチオンからなるイオン性化合物である。例えばトリフェニルカルボニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレートが好ましく用いられる。
上記触媒の調製は、予備的に、上記の(x)、(y)、(z)成分以外に、必要に応じて、重合用モノマーと同じ共役ジエンモノマー及び/又は非共役ジエンモノマーを併用しても良い。
また、(x)成分又は(z)成分の一部もしくは全部を不活性な固体上に担持して用いても良く、この場合はいわゆる気相重合で行うことができる。
上記触媒の使用量は、適宜設定することができるが、通常(x)成分はモノマー100g当たり0.001〜0.5ミリモル程度である。また、モル比で(y)成分/(x)成分は5〜1000程度、(z)成分/(x)成分は0.5〜10程度である。
溶液重合の場合において用いられる溶媒としては、反応に不活性な有機溶媒、例えば脂肪族、脂環族、芳香族炭化水素化合物等の炭化水素系溶媒がある。具体的には、炭素数3〜8のものが好ましく、例えばプロパン、n−ブタン、イソブタン、n−ペンタン、イソペンタン、n−ヘキサン、シクロヘキサン、プロペン、1−ブテン、イソブテン、トランス−2−ブテン、シス−2−ブテン、1−ペンテン、2−ペンテン、1−ヘキセン、2−ヘキセン、ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン等を挙げることができる。これらは単独で用いても良く、二種以上を混合して用いても良い。
この重合反応における温度は、好ましくは−80〜150℃、更に好ましくは−20〜120℃の範囲で選定される。重合反応は、発生圧力下で行うことができるが、通常はモノマーを実質的に液相に保つに十分な圧力で操作することが望ましい。即ち、圧力は重合される個々の物質や用いる重合媒体及び重合温度にもよるが、所望ならばより高い圧力を用いることができ、このような圧力は重合反応に関して不活性なガスで反応器を加圧する等の適当な方法で得られる。
この重合においては、触媒、溶媒、モノマー等、重合に関与する全ての原材料は、水、酸素、二酸化炭素、プロトン性化合物等の反応阻害物質を実質的に除去したものを用いることが望ましい。
本発明に係る共役ジエン系重合体に用いる共役ジエンモノマーは、例えば1,3−ブタジエン;イソプレン;2,3−ジメチル−1,3−ブタジエン;2−エチル−1,3−ブタジエン;1,3−ペンタジエン;2−メチル−1,3−ペンタジエン;3−メチル−1,3−ペンタジエン;4−メチル−1,3−ペンタジエン;2−フェニル−1,3−ブタジエン;1,3−ヘキサジエン;2,4−ヘキサジエン等が挙げられる。これらは単独で用いても良く、二種以上を組み合わせて用いても良いが、これらの中で、1,3−ブタジエンが特に好ましい。
また、これらの共役ジエンモノマーに少量の他の炭化水素モノマーを少量共存せさても良いが、共役ジエンモノマーは、全モノマー中80モル%以上であることが好ましい。
上記のように、本発明に係る活性末端を有する共役ジエン系重合体としては、ポリブタジエンゴムであることが好ましい。
(活性末端を有する共役ジエン系重合体の変性)
本発明においては、上述のようにして得られた活性末端を有する共役ジエン系重合体の該活性末端に、所定の変性剤を反応させて、重合末端にプロトン性第一アミノ基及び/又は保護された第一アミノ基を含む官能基を導入する。これにより、必要に応じて用いられるカーボンブラックとの反応性が高められる。
上記プロトン性第一アミノ基及び/又は保護された第一アミノ基としては、例えば−NH2、及び/又は−NL12(ただし、L1及びL2は、それぞれ水素原子又は解離し得る保護基を示す。)で表される基を挙げることができる。
1及びL2のうちの保護基としては、容易に解離し得る保護基であれば良く、特に制限はなく、後述で説明するような基を挙げることができる。
また、プロトン性第一アミノ基及び/又は保護された第一アミノ基とヒドロカルビルオキシシリル基とを導入することも好ましく、同一の重合末端に上記のプロトン性第一アミノ基及び/又は保護された第一アミノ基とヒドロカルビルオキシシリル基とを導入することが更に好ましい。
上述のようにして得られる変性共役ジエン系重合体としては、変性ポリブタジエンゴムであることが好ましい。
<変性剤>
本発明においては、変性共役ジエン系重合体として、同一の重合末端にプロトン性第一アミノ基及び/又は保護された第一アミノ基とヒドロカルビルオキシシリル基とを有するものが好ましく、従って変性剤としては、同一分子内に保護された第一アミノ基に加えて他の官能基を1つ以上有する2官能性以上の多官能性化合物を用いることが好ましい。
これらの同一分子内に保護された第一アミノ基を有する2官能性以上の多官能性化合物としては、例えば、カルボニル基{特に、ケト基}、エポキシ基、カルボキシル基、チオカルボニル基{特に、チオケト基}、チオエポキシ基、チオカルボキシル基、ニトリル基、イソシアナート基及びハロシリル基{Si−X基(Xはハロゲン原子であり、塩素原子が好ましい。)}から選ばれる少なくとも1種の官能基と保護された第一アミノ基(特に、ジシリルアミノ基)とを有する化合物(例えば、下記一般式(VI)で示される化合物)、あるいは保護された第一アミノ基(特に、ジシリルアミノ基)を有するハロシラン化合物(例えば、下記一般式(VI)、下記一般式(VII)、下記一般式(VIII)及び下記一般式(IX)で示される化合物)を好適に挙げることができる。
以下に、同一分子内に保護されたアミノ基を有する2官能性以上の多官能性化合物の好適例としての下記一般式(VI)、下記一般式(VII)、下記一般式(VIII)及び下記一般式(IX)で示される化合物を説明する。
Figure 2011052103
式中、R1は単結合、又は置換もしくは非置換の2価の有機基、好ましくは置換もしくは非置換の2価の炭化水素基である。R2はそれぞれ独立に水素原子、又は置換もしくは非置換の1価の有機基、好ましくは置換もしくは非置換の1価の炭化水素基である。R3はそれぞれ独立にR2であっても良いし、R3の双方が共に置換又は非置換の2価の有機基、好ましくは置換又は非置換の2価の炭化水素基を形成し、ジシリルアミノ基の2つのケイ素原子及び1つの窒素原子と共に環状構造を構成しても良い。この環状構造として、下記一般式(IX)のR19に結合する環状ジシリルアミノ基が例示される。Qは下記一般式(VI−a)又は下記一般式(VI−b)で表わされる官能基である。
Figure 2011052103
式中、R4は上記一般式(VI)のR2と同じである。Jは酸素原子又は硫黄原子である。
Figure 2011052103
式中、R5、R6及びR7はそれぞれ独立に上記一般式(VI)のR2と同じである。Jは酸素原子又は硫黄原子である。
Figure 2011052103
式中、Xはハロゲン原子である。R11はハロゲン原子、ヒドロカルビルオキシ基、又は置換もしくは非置換の1価の有機基(好ましくは置換もしくは非置換の1価の炭化水素基)である。R12は置換もしくは非置換の2価の有機基、好ましくは置換もしくは非置換の2価の炭化水素基である。R13は置換もしくは非置換の1価の有機基(好ましくは置換もしくは非置換の1価の炭化水素基)又は加水分解性基である。
Figure 2011052103
式中、Xはハロゲン原子である。R14は置換もしくは非置換の2価の有機基、好ましくは置換もしくは非置換の2価の炭化水素基である。R15及びR16はそれぞれ独立に加水分解性基である。R17及びR18はそれぞれ独立にハロゲン原子、ヒドロカルビルオキシ基、又は置換もしくは非置換の1価の有機基(好ましくは置換もしくは非置換の1価の炭化水素基)である。
上記一般式(VIII)において、R15及びR16は結合して加水分解性の2価の有機基を形成しても良い。この場合、具体的には、加水分解性の2価の有機基としては、α,ω−ジアルキルシリルアルキレン基が例示され、それは下記一般式(IX)に規定されるハロシランを形成する。
Figure 2011052103
式中、R19及びR20はそれぞれ独立に置換もしくは非置換の2価の有機基、好ましくは置換もしくは非置換の2価の炭化水素基である。R21、R22、R23及びR24はそれぞれ独立に置換もしくは非置換の1価の有機基、好ましくは置換もしくは非置換の1価の炭化水素基である。R25及びR26はそれぞれ独立にハロゲン原子、ヒドロカルビルオキシ基、又は置換もしくは非置換の1価の有機基(好ましくは置換もしくは非置換の1価の炭化水素基)である。Xはハロゲン原子である。
上記一般式(VI)、上記一般式(VII)、上記一般式(VIII)及び上記一般式(IX)で示される、同一分子内に保護された第一アミノ基を有する2官能性以上の多官能性化合物において、置換もしくは非置換の1価の炭化水素基としては、置換又は非置換の炭素数1〜20のアルキル基、置換又は非置換の炭素数3〜20のシクロアルキル基、置換又は非置換の炭素数2〜20のアルケニル基、置換又は非置換の炭素数3〜20のシクロアルケニル基、置換又は非置換の炭素数2〜20のアルキニル基、置換又は非置換の炭素数6〜20のアリール基、置換又は非置換の炭素数7〜20のアラルキル基、置換又は非置換の炭素数7〜20のアルカリール基等が挙げられる。
上記の置換又は非置換の炭素数1〜20のアルキル基としては、炭素数1〜12であることがより好ましく、炭素数1〜10であることが更に好ましく、炭素数1〜8であることが特に好ましい。
炭素数1〜10のアルキル基としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、t−ブチル基、n−ペンチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基、n−ヘキシル基、n−ヘプチル基、2−エチルヘキシル基、n−オクチル基、n−ノニル基及びn−デシル基が例示される。
炭素数3〜20のシクロアルキル基としては、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、2−メチルシクロヘキシル基、2−t−ブチルシクロヘキシル基及び4−t−ブチルシクロヘキシル基が例示される。
炭素数6〜20のアリール基としては、フェニル基、置換フェニル基、ビフェニル基、置換ビフェニル基、ビサイクリックアリール基、置換ビサイクリックアリール基、ポリサイクリックアリール基及び置換ポリサイクリックアリール基が例示される。
上記一般式(VI)、上記一般式(VII)、上記一般式(VIII)及び上記一般式(IX)で示される、同一分子内に保護された第一アミノ基を有する2官能性以上の多官能性化合物において、置換もしくは非置換の2価の炭化水素基としては、置換又は非置換の炭素数1〜20のアルキレン基、置換又は非置換の炭素数3〜20のシクロアルキレン基、置換又は非置換の炭素数2〜20のアルケニレン基、置換又は非置換の炭素数3〜20のシクロアルケニレン基、置換又は非置換の炭素数2〜20のアルキニレン基、置換又は非置換の炭素数6〜20のアリーレン基、置換又は非置換の炭素数7〜20のアラルキレン基、置換又は非置換の炭素数7〜20のアルカリーレン基等が挙げられる。
上記の1価又は2価の置換炭化水素基は、窒素原子、ホウ素原子、酸素原子、ケイ素原子、硫黄原子及びリン原子から選ばれる少なくとも1原子を有していても良いが、これらの原子に制限されるものではない。
上記一般式(VII)及び上記一般式(VIII)における加水分解性基としてはトリヒドロカルビルシリル基のようなシリル基が挙げられ、トリメチルシリル基[即ち、(−Si(CH33)]、tert−ブチルジメチルシリル基、トリエチルシリル基、トリプロピルシリル基及びトリフェニルシリル基が例示される。上記一般式(IX)における加水分解性基としては、R19に隣接する窒素原子に結合するα,ω−ジアルキルシリルアルキレン基が例示される。
保護されたアミノ基に含まれるこれらの加水分解性基は、非水雰囲気では安定であるが、水にさらされる(接触する)と窒素原子から開裂し、保護された第一アミノ基はプロトン性第一アミノ基となる。また、保護された第一アミノ基をプロトン性第一アミノ基に変化させるためには触媒が用いられても良く、好適な触媒としては、塩酸等の強酸やフッ化テトラブチルアンモニウムが例示される。
上記一般式(VII)、上記一般式(VIII)及び上記一般式(IX)におけるヒドロカルビルオキシ基としては−ORが例示される。ここで、Rは置換もしくは非置換の1価の有機基(好ましくは置換もしくは非置換の1価の炭化水素基)である。この−ORとしては、炭素数1〜20のアルコキシ基、炭素数6〜20のアリールオキシ基等が例示される。
1価又は2価の置換炭化水素基は、窒素原子、ホウ素原子、酸素原子、ケイ素原子、硫黄原子及びリン原子から選ばれる少なくとも1原子を有していても良いが、これらに制限されるものではない。
上記一般式(VI)に示される好適な化合物として、Qが上記一般式(VI−a)であって、Jが酸素原子である場合が挙げられ、このとき、R1がフェニレン基であることが好ましい。この場合の上記一般式(VI)に示される化合物の好適な具体例としては、N,N−ビス(トリメチルシリル)−2−アミノベンゾフェノン、N,N−ビス(トリメチルシリル)−3−アミノベンゾフェノン、N,N−ビス(トリメチルシリル)−4−アミノベンゾフェノン、N,N−ビス(トリメチルシリル)−2−アミノアセトフェノン、N,N−ビス(トリメチルシリル)−4−アミノアセトフェノン、N,N−ビス(トリメチルシリル)−4−アミノアセトフェノン、N,N−ビス(トリメチルシリル)−2−アミノベンズアルデヒド、N,N−ビス(トリメチルシリル)−1−アミノアントラキノン、N,N−ビス(トリメチルシリル)−2−アミノアントラキノン、N,N−ビス(トリメチルシリル)−6−アミノフラボン、N,N−ビス(トリメチルシリル)−7−アミノフラボン、N,N−ビス(トリメチルシリル)−1−アミノ−9−フルオレノン、N,N−ビス(トリメチルシリル)−2−アミノ−9−フルオレノン、N,N−ビス(トリメチルシリル)−3−アミノ−9−フルオレノン、N,N−ビス(トリメチルシリル)−4−アミノ−9−フルオレノン、N,N−ビス(トリメチルシリル)−3−アミノクマリン、N,N−ビス(トリメチルシリル)−7−アミノ−2−メチルクロモン、N,N−ビス(トリメチルシリル)−7−アミノ−4−メチルクマリン、N,N,N’,N’−テトラキス(トリメチルシリル)−1,2−ジアミノアントラキノン、N,N,N’,N’−テトラキス(トリメチルシリル)−1,4−ジアミノアントラキノン、N,N,N’,N’−テトラキス(トリメチルシリル)−1,5−ジアミノアントラキノン、N,N,N’,N’−テトラキス(トリメチルシリル)−2,6−ジアミノアントラキノン、N,N,N’,N’−テトラキス(トリメチルシリル)−1,3−ジアミノアセトフェノン、N,N,N’,N’−テトラキス(トリメチルシリル)−2,2’−ジアミノベンゾフェノン、N,N,N’,N’−テトラキス(トリメチルシリル)−3,3’−ジアミノベンゾフェノン、N,N,N’,N’−テトラキス(トリメチルシリル)−4,4’−ジアミノベンゾフェノン、N,N,N’,N’−テトラキス(トリメチルシリル)−2,3−ジアミノベンゾフェノン、N,N,N’,N’−テトラキス(トリメチルシリル)−2,4−ジアミノベンゾフェノン、N,N,N’,N’−テトラキス(トリメチルシリル)−3,4−ジアミノベンゾフェノン、N,N,N’,N’−テトラキス(トリメチルシリル)−2,7−ジアミノ−9−フルオレノン、N,N,N’,N’−テトラキス(トリメチルシリル)−1,4−ジアミノアントラキノン、N,N,N’,N’−テトラキス(トリメチルシリル)−1,8−ジアミノアントラキノン及びN,N,N’,N’−テトラキス(トリメチルシリル)−1,4−ジアミノアントラキノンが挙げられるが、これらに制限されるものではない。
上記一般式(VI)に示される好適な化合物として、Qが上記一般式(VI−b)でありJが酸素原子である場合が挙げられ、このとき、R1が炭素数1〜6のアルキレン基であることが好ましい。この場合の上記一般式(VI)に示される化合物の好適な具体例としては、N,N−ビス(トリメチルシリル)グリシジルアミンが挙げられる。
上記一般式(VII)、上記一般式(VIII)及び上記一般式(IX)に示されるハロシラン化合物類としては、1−トリヒドロカルビルシリル−2−ハロ−2−ヒドロカルビル−1−アザ−2−シラシクロヒドロカーボン類、特に1−トリ(C1−C12)ヒドロカルビルシリル−2−ハロ−2−(C1−C12)ヒドロカルビル−1−アザ−2−シラ(C1−C12)シクロヒドロカーボンが挙げられるが、これらに制限されるものではない。
上記ハロシラン化合物の好適な化合物類としては、1−トリアルキルシリル−2−ハロ−2−アルキル−1−アザ−2−シラシクロアルカン、1−トリアルキルシリル−2−ハロ−2−アリール−1−アザ−2−シラシクロアルカン、1−トリアルキルシリル−2−ハロ−2−シクロアルキル−1−アザ−2−シラシクロアルカン、1−トリアリールシリル−2−ハロ−2−アルキル−1−アザ−2−シラシクロアルカン、1−トリアリールシリル−2−ハロ−2−アリール−1−アザ−2−シラシクロアルカン、1−トリアリールシリル−2−ハロ−2−シクロアルキル−1−アザ−2−シラシクロアルカン、1−トリシクロアルキルシリル−2−ハロ−2−アルキル−1−アザ−2−シラシクロアルカン、1−トリシクロアルキルシリル−2−ハロ−2−アリール−1−アザ−2−シラシクロアルカン及び1−トリシクロアルキルシリル−2−ハロ−2−シクロアルキル−1−アザ−2−シラシクロアルカンが挙げられるが、これらに制限されるものではない。
上記ハロシラン化合物の好適な具体例としては、N−トリメチルシリル−2−クロロ−2−メチル−1−アザ−2−シラシクロペンタン、1−トリメチルシリル−2−クロロ−2−エチル−1−アザ−2−シラシクロペンタン、1−トリメチルシリル−2−クロロ−2−フェニル−1−アザ−2−シラシクロペンタン、1−トリイソプロピルシリル−2−クロロ−2−フェニル−1−アザ−2−シラシクロペンタン、1−トリ−tert−ブチルシリル−2−クロロ−2−フェニル−1−アザ−2−シラシクロペンタン、1−トリ−n−ブチルシリル−2−クロロ−2−フェニル−1−アザ−2−シラシクロペンタン、1−トリエチルシリル−2−クロロ−2−メチル−1−アザ−2−シラシクロペンタン、1−トリエチルシリル−2−クロロ−2−シクロペンチル−1−アザ−2−シラシクロペンタン、1−トリエチルシリル−2−クロロ−2−シクロヘキシル−1−アザ−2−シラシクロヘキサン、1−トリフェニルシリル−2−クロロ−2−メチル−1−アザ−2−シラシクロペンタン、1−トリフェニルシリル−2−クロロ−2−フェニル−1−アザ−2−シラシクロペンタン、1−トリフェニルシリル−2−クロロ−2−エチル−1−アザ−2−シラシクロヘキサン、1−シクロペンチルシリル−2−クロロ−2−エチル−1−アザ−2−シラシクロヘキサン及び1−シクロペンチルシリル−2−クロロ−2−シクロヘキシル−1−アザ−2−シラシクロヘキサンが挙げられるが、これらに制限されるものではない。
上記ハロシラン化合物の他の好適な化合物類としては、[N,N−ビス(トリアルキルシリル)−3−アミノ−1−プロピル](アルキル)(ジハロ)シラン、[N,N−ビス(トリアルキルシリル)−3−アミノ−1−プロピル](トリハロ)シラン、[N,N−ビス(トリアルキルシリル)−3−アミノ−1−プロピル](ジアルキル)(ハロ)シラン、[N,N−ビス(トリアルキルシリル)−4−アミノ−1−ブチル](アルキル)(ジハロ)シラン、[N,N−ビス(トリアルキルシリル)−4−アミノ−1−ブチル](トリハロ)シラン、[N,N−ビス(トリアルキルシリル)−4−アミノ−1−ブチル](ジアルキル)(ハロ)シランが挙げられるが、これらに制限されるものではない。
上記ハロシラン化合物の他の好適な具体例としては、[N,N−ビス(トリメチルシリル)−3−アミノ−1−プロピル](メチル)(ジクロロ)シラン、[N,N−ビス(トリメチルシリル)−3−アミノ−1−プロピル](トリクロロ)シラン、[N,N−ビス(トリメチルシリル)−3−アミノ−1−プロピル](ジメチル)(クロロ)シラン、[N,N−ビス(トリエチルシリル)−3−アミノ−1−プロピル](エチル)(ジクロロ)シラン、[N,N−ビス(トリエチルシリル)−3−アミノ−1−プロピル](トリクロロ)シラン、[N,N−ビス(トリエチルシリル)−3−アミノ−1−プロピル](ジエチル)(クロロ)シラン、[N,N−ビス(トリメチルシリル)−4−アミノ−1−ブチル](メチル)(ジクロロ)シラン、[N,N−ビス(トリメチルシリル)−4−アミノ−1−ブチル](トリクロロ)シラン、[N,N−ビス(トリメチルシリル)−4−アミノ−1−ブチル](ジメチル)(クロロ)シランが挙げられるが、これらに制限されるものではない。
上記ハロシラン化合物の他の好適な化合物類としては、[3−(2,2,5,5−テトラアルキル−1−アザ−2,5−ジシラ−1−シクロペンチル)−1−プロピル](アルキル)(ジハロ)シラン、[3−(2,2,5,5−テトラアリール−1−アザ−2,5−ジシラ−1−シクロペンチル)−1−プロピル](アルキル)(ジハロ)シラン、[3−(2,2,5,5−テトラアルキル−1−アザ−2,5−ジシラ−1−シクロペンチル)−1−プロピル](トリハロ)シラン、[3−(2,2,5,5−テトラアリール−1−アザ−2,5−ジシラ−1−シクロペンチル)−1−プロピル](トリハロ)シラン、[3−(2,2,5,5−テトラアルキル−1−アザ−2,5−ジシラ−1−シクロペンチル)−1−プロピル](ジアルキル)(ハロ)シラン、[3−(2,2,5,5−テトラアリール−1−アザ−2,5−ジシラ−1−シクロペンチル)−1−プロピル](ジアルキル)(ハロ)シラン、[4−(2,2,5,5−テトラアルキル−1−アザ−2,5−ジシラ−1−シクロペンチル)−1−ブチル](アルキル)(ジハロ)シラン、[4−(2,2,5,5−テトラアリール−1−アザ−2,5−ジシラ−1−シクロペンチル)−1−ブチル](アルキル)(ジハロ)シラン、[4−(2,2,5,5−テトラアルキル−1−アザ−2,5−ジシラ−1−シクロペンチル)−1−ブチル](トリハロ)シラン、[4−(2,2,5,5−テトラアリール−1−アザ−2,5−ジシラ−1−シクロペンチル)−1−ブチル](トリハロ)シラン、[4−(2,2,5,5−テトラアルキル−1−アザ−2,5−ジシラ−1−シクロペンチル)−1−ブチル](ジアルキル)(ハロ)シラン及び[4−(2,2,5,5−テトラアリール−1−アザ−2,5−ジシラ−1−シクロペンチル)−1−ブチル](ジアルキル)(ハロ)シランが挙げられるが、これらに制限されるものではない。
上記ハロシラン化合物の他の好適な具体例としては、[3−(2,2,5,5−テトラメチル−1−アザ−2,5−ジシラ−1−シクロペンチル)−1−プロピル](メチル)(ジクロロ)シラン、[3−(2,2,5,5−テトラフェニル−1−アザ−2,5−ジシラ−1−シクロペンチル)−1−プロピル](メチル)(ジクロロ)シラン、[3−(2,2,5,5−テトラメチル−1−アザ−2,5−ジシラ−1−シクロペンチル)−1−プロピル](トリクロロ)シラン、[3−(2,2,5,5−テトラフェニル−1−アザ−2,5−ジシラ−1−シクロペンチル)−1−プロピル](トリクロロ)シラン、[3−(2,2,5,5−テトラメチル−1−アザ−2,5−ジシラ−1−シクロペンチル)−1−プロピル](ジメチル)(クロロ)シラン、[3−(2,2,5,5−テトラフェニル−1−アザ−2,5−ジシラ−1−シクロペンチル)−1−プロピル](ジメチル)(クロロ)シラン、[4−(2,2,5,5−テトラメチル−1−アザ−2,5−ジシラ−1−シクロペンチル)−1−ブチル](メチル)(ジクロロ)シラン、[4−(2,2,5,5−テトラフェニル−1−アザ−2,5−ジシラ−1−シクロペンチル)−1−ブチル](メチル)(ジクロロ)シラン、[4−(2,2,5,5−テトラメチル−1−アザ−2,5−ジシラ−1−シクロペンチル)−1−ブチル](トリクロロ)シラン、[4−(2,2,5,5−テトラフェニル−1−アザ−2,5−ジシラ−1−シクロペンチル)−1−ブチル](トリクロロ)シラン、[4−(2,2,5,5−テトラメチル−1−アザ−2,5−ジシラ−1−シクロペンチル)−1−ブチル](ジメチル)(クロロ)シラン及び[4−(2,2,5,5−テトラフェニル−1−アザ−2,5−ジシラ−1−シクロペンチル)−1−ブチル](ジメチル)(クロロ)シランが挙げられるが、これらに制限されるものではない。
上記の変性剤は、一種単独で用いても良く、二種以上組み合わせて用いても良い。
上記の変性剤の使用量は、重合触媒や所望する変性度に応じて、種々選択されるが、ランタン系列希土類元素化合物を含む重合触媒を用いる場合は、モル比(変性剤:希土類元素化合物)は(0.1:1)〜(200:1)の範囲であることが好ましく、(1:1)〜(200:1)の範囲であることがより好ましく、(5:1)〜(150:1)の範囲であることが更に好ましく、(10:1)〜(100:1)の範囲であることが特に好ましい。
変性剤の使用量を上記範囲にすることによって、充填材の分散性に優れ、加硫後の耐亀裂成長性及び低発熱性が改良される。
なお、上記変性剤の添加方法は、特に制限されず、一括して添加する方法、分割して添加する方法、あるいは、連続的に添加する方法等が挙げられるが、一括して添加する方法が好ましい。
また、変性剤は、重合開始末端、重合終了末端、重合体主鎖、側鎖のいずれに結合していても良いが、重合体末端からエネルギー消失を抑制して低発熱性を改良しうる点から、重合開始末端あるいは重合終了末端に導入されていることが好ましい。
この変性反応における温度は、好ましくは0〜150℃、より好ましくは10〜150℃、更に好ましくは20〜100℃の範囲で選定される。変性反応時間は、例えば10〜60分程度行なわれる。
変性反応の停止剤としては、1種以上のプロトン性化合物が挙げられ、例えば、アルコール類、カルボン酸類、無機酸類、水等が例示される。
<縮合促進剤>
本発明では、特に、上記一般式(VII)、上記一般式(VIII)及び上記一般式(IX)に示されるハロシラン化合物を用いた上記の変性反応後にヒドロカルビルオキシ基等の第二変性反応を可能とする官能基が変性共役ジエン系重合体中に残置している場合は、所望により、上記の変性反応中又は変性反応後の第二変性反応として、縮合促進剤を用いる縮合反応を行なっても良い。
このような縮合反応に用いる縮合促進剤としては、第三アミノ基を含有する化合物、又は周期律表(長周期型)の3族、4族、5族、12族、13族、14族及び15族のうちのいずれかの属する元素を一種以上含有する有機化合物を用いることができる。更に縮合促進剤として、チタン(Ti)、ジルコニウム(Zr)、ビスマス(Bi)、アルミニウム(Al)、及びスズ(Sn)からなる群から選択される少なくも一種以上の金属を含有する、アルコキシド、アセチルアセトナート錯塩又はカルボン酸塩であることが好ましく、アルコキシド又はアセチルアセトナート錯塩が特に好ましい。
ここで用いる縮合促進剤は、上記変性反応前に添加することもできるが、変性反応の途中及び又は終了後に変性反応系に添加することが好ましい。変性反応前に添加した場合、活性末端との直接反応が起こり、活性末端に保護された第一アミノ基を有する変性剤が導入されない場合がある。
縮合促進剤の添加時期としては、通常、変性反応開始5分〜5時間後、好ましくは変性反応開始15分〜1時間後である。
上記縮合促進剤としてのチタン化合物として、具体的には、テトラキス(2−エチル−1,3−ヘキサンジオラト)チタン、テトラキス(2−メチル−1,3−ヘキサンジオラト)チタン、テトラキス(2−プロピル−1,3−ヘキサンジオラト)チタン、テトラキス(2−ブチル−1,3−ヘキサンジオラト)チタン、テトラキス(1,3−ヘキサンジオラト)チタン、テトラキス(1,3−ペンタンジオラト)チタン、テトラキス(2−メチル−1,3−ペンタンジオラト)チタン、テトラキス(2−エチル−1,3−ペンタンジオラト)チタン、テトラキス(2−プロピル−1,3−ペンタンジオラト)チタン、テトラキス(2−ブチル−1,3−ペンタンジオラト)チタン、テトラキス(1,3−ヘプタンジオラト)チタン、テトラキス(2−メチル−1,3−ヘプタンジオラト)チタン、テトラキス(2−エチル−1,3−ヘプタンジオラト)チタン、テトラキス(2−プロピル−1,3−ヘプタンジオラト)チタン、テトラキス(2−ブチル−1,3−ヘプタンジオラト)チタン、テトラキス(2−エチルヘキソキシ)チタン、テトラメトキシチタン、テトラエトキシチタン、テトラ−n−プロポキシチタン、テトライソプロポキシチタン、テトラ−n−ブトキシチタン、テトラ−n−ブトキシチタンオリゴマー、テトライソブトキシチタン、テトラ−sec−ブトキシチタン、テトラ−tert−ブトキシチタン、ビス(オレート)ビス(2−エチルヘキサノエート)チタン、チタンジプロポキシビス(トリエタノールアミネート)、チタンジブトキシビス(トリエタノールアミネート)、チタントリブトキシステアレート、チタントリプロポキシステアレート、チタントリプロポキシアセチルアセトネート、チタンジプロポキシビス(アセチルアセトネート)、チタントリプロポキシ(エチルアセトアセテート)、チタンプロポキシアセチルアセトネートビス(エチルアセトアセテート)、チタントリブトキシアセチルアセトネート、チタンジブトキシビス(アセチルアセトネート)、チタントリブトキシエチルアセトアセテート、チタンブトキシアセチルアセトネートビス(エチルアセトアセテート)、チタンテトラキス(アセチルアセトネート)、チタンジアセチルアセトネートビス(エチルアセトアセテート)、ビス(2−エチルヘキサノエート)チタンオキサイド、ビス(ラウレート)チタンオキサイド、ビス(ナフテネート)チタンオキサイド、ビス(ステアレート)チタンオキサイド、ビス(オレエート)チタンオキサイド、ビス(リノレート)チタンオキサイド、テトラキス(2−エチルヘキサノエート)チタン、テトラキス(ラウレート)チタン、テトラキス(ナフテネート)チタン、テトラキス(ステアレート)チタン、テトラキス(オレエート)チタン、テトラキス(リノレート)チタン、チタンジ−n−ブトキサイド(ビス−2,4−ペンタンジオネート)、チタンオキサイドビス(ステアレート)、チタンオキサイドビス(テトラメチルヘプタンジオネート)、チタンオキサイドビス(ペンタンジオネート)、チタンテトラ(ラクテート)等が挙げられる。中でも、テトラキス(2−エチル−1,3−ヘキサンジオラト)チタン、テトラキス(2−エチルヘキソキシ)チタン、チタンジ−n−ブトキサイド(ビス−2,4−ペンタンジオネート)が好ましい。
上記スズ化合物としては、具体的には、2−エチルヘキサン酸スズ{[CH3(CH2)3CH(C25)CO2]2Sn(二価)}が挙げられる。
上記ビスマス化合物としては、具体的には、トリス(2−エチルヘキサノエート)ビスマス、トリス(ラウレート)ビスマス、トリス(ナフテネート)ビスマス、トリス(ステアレート)ビスマス、トリス(オレエート)ビスマス、トリス(リノレート)ビスマス等を挙げることができる。
上記ジルコニウム化合物としては、具体的には、テトラエトキシジルコニウム、テトラn−プロポキシジルコニウム、テトライソプロポキシジルコニウム、テトラn−ブトキシジルコニウム、テトラsec−ブトキシジルコニウム、テトラtert−ブトキシジルコニウム、テトラ(2−エチルへキシル)ジルコニウム、ジルコニウムトリブトキシステアレート、ジルコニウムトリブトキシアセチルアセトネート、ジルコニウムジブトキシビス(アセテルアセトネート)、ジルコニウムトリブトキシエチルアセトアセテート、ジルコニウムブトキシアセチルアセトネートビス(エチルアセトアセテート)、ジルコニウムテトラキス(アセチルアセトネート)、ジルコニウムジアセチルアセトネートビス(エチルアセトアセテート)、ビス(2−エチルヘキサノエート)ジルコニウムオキサイド、ビス(ラウレート)ジルコニウムオキサイド、ビス(ナフテネート)ジルコニウムオキサイド、ビス(ステアレート)ジルコニウムオキサイド、ビス(オレエート)ジルコニウムオキサイド、ビス(リノレート)ジルコニウムオキサイド、テトラキス(2−エチルヘキサノエート)ジルコニウム、テトラキス(ラウレート)ジルコニウム、テトラキス(ナフテネート)ジルコニウム、テトラキス(ステアレート)ジルコニウム、テトラキス(オレエート)ジルコニウム、テトラキス(リノレート)ジルコニウム等を挙げることができる。
上記アルミニウム化合物としては、具体的には、トリエトキシアルミニウム、トリn−プロポキシアルミニウム、トリイソプロポキシアルミニウム、トリn−プトキシアルミニウム、トリsec−ブトキシアルミニウム、トリtert−ブトキシアルミニウム、トリ(2−エチルへキシル)アルミニウム、アルミニウムジブトキシステアレート、アルミニウムジブトキシアセチルアセトネート、アルミニウムブトキシビス(アセチルアセトネート)、アルミニウムジブトキシエチルアセトアセテート、アルミニウムトリス(アセチルアセトネート)、アルミニウムトリス(エチルアセトアセテート)、トリス(2−エチルヘキサノエート)アルミニウム、トリス(ラウレート)アルミニウム、トリス(ナフテネート)アルミニウム、トリス(ステアレート)アルミニウム、トリス(オレエート)アルミニウム、トリス(リノレート)アルミニウム等を挙げることができる。
上述の縮合促進剤の内、チタン系縮合促進剤が好ましく、チタン金属のアルコキシド、又はチタン金属のアセチルアセトナート錯塩が特に好ましい。この縮合促進剤の使用量としては、上記化合物のモル数が、反応系内に存在する変性剤由来の官能基総量に対するモル比として、0.1〜10となることが好ましく、0.5〜5が特に好ましい。縮合促進剤の使用量を上記範囲にすることによって縮合反応が効率よく進行する。
本発明における縮合反応は、上述の縮合促進剤と、水蒸気又は水の存在下で進行する。水蒸気の存在下の場合として、スチームストリッピングによる脱溶媒処理が挙げられ、スチームストリッピング中に縮合反応が進行する。
また、縮合反応を水溶液中で行っても良い。
また、該縮合促進剤を用いた縮合反応は20〜180℃の温度で行うことが好ましく、更には30〜170℃の範囲が好ましく、特に40〜150℃の範囲が好ましい。反応時間としては、0.5分〜10時間程度、好ましくは0.5分〜5時間、より好ましくは0.5〜120分程度、3〜60分の範囲が更に好ましい。
なお、縮合反応時の反応系の圧力は、通常、0.01〜20MPa、好ましくは0.05〜10MPaである。
縮合反応を水溶液中で行う場合の形式については特に制限はなく、バッチ式反応器を用いても、多段連続式反応器等の装置を用いて連続式で行っても良い。また、この縮合反応と脱溶媒を同時に行っても良い。
本発明における変性共役ジエン系重合体の変性剤由来のプロトン性第一アミノ基は、上述のように脱保護処理を行うことによって生成する。上述したスチームストリッピング等の水蒸気を用いる脱溶媒処理以外の脱保護処理の好適な具体例を以下に詳述する。
即ち、第一アミノ基上の保護基を加水分解することによってプロトン性第一アミノ基に変換する。これを脱溶媒処理することにより、プロトン性第一アミノ基を有する変性共役ジエン系重合体を得ることができる。なお、該縮合処理を含む段階から、脱溶媒して乾燥ポリマーまでのいずれかの段階において必要に応じて変性剤由来の保護された第一アミノ基の脱保護処理を行うことができる。
本発明において得られる変性共役ジエン系重合体のムーニー粘度(ML1+4、100℃)は、好ましくは10〜150、より好ましくは20〜90である。ムーニー粘度の値を上記範囲にすることによって、混練り作業性及び加硫後の機械的特性のすぐれたゴム組成物を得ることができる。
本発明における変性共役ジエン系重合体は、重合体中にプロトン性第一アミノ基及び/又は保護された第一アミノ基を有し、上記のプロトン第一性アミノ基や保護された第一アミノ基の解離基は、必要に応じて用いられるカーボンブラックに対して良好な相互作用を有する。当該変性共役ジエン系重合体を含むゴム組成物は、タイヤトレッドに用いた場合、低発熱性、ウエットグリプ性能及び耐亀裂成長性が高度にバランスしたタイヤを提供することができる。
本発明に係るゴム組成物は、ゴム成分中、シス−1,4−結合量が90%以上及びビニル結合量が12%以下で、かつプロトン性第一アミノ基及び/又は、保護された第一アミノ基を有する変性共役ジエン系重合体を少なくとも10質量%含むものであるが、前述したように15〜50質量%の割合で含むものが好ましく、特に変性ポリブタジエンゴムをこの割合で含むものが好ましい。
この変性共役ジエン系重合体は一種用いても良く、二種以上を組み合わせて用いても良い。
[(B)シリカ]
本発明に係るゴム組成物においては、ウエットグリップ性能と低発熱性を向上させるために、(B)成分としてシリカが配合される。
本発明において、(B)成分として用いるシリカとしては市販のあらゆるものが使用でき、なかでも湿式シリカ、乾式シリカ、コロイダルシリカを用いるのが好ましく、湿式シリカを用いるのが特に好ましい。シリカのBET比表面積(ISO 5794/1に準拠して測定する)としては100m2/g以上のものが好ましく、より好ましくは150m2/g以上、特に好ましくは170m2/g以上である。このようなシリカとしては東ソーシリカ社製、商品名「ニプシルAQ」(BET比表面積 =190m2/g)、「ニプシルKQ」、デグッサ社製商品名「ウルトラジルVN3」(BET比表面積 =175m2/g)等の市販品を用いることができる。
本発明に係るゴム組成物における(B)シリカの含有量は、前述した(A)ゴム成分100質量部に対して、20〜150質量部の範囲で選定される。この含有量が20質量部未満ではウエットグリップ性能及び低発熱性の向上効果が充分に発揮されないし、一方150質量部を超えると、当該ゴム組成物の耐亀裂成長性が低下する。シリカの好ましい含有量は50〜120質量部である。
[シランカップリング剤]
本発明に係るゴム組成物においては、前記シリカに対して、シランカップリング剤を、1〜20質量%の割合で配合することが好ましい。このシランカップリング剤はシリカの表面に存在するOH基とゴム成分の共役ジエン系重合体と反応して、該シリカとゴムとの結合橋として作用し補強相を形成する。
本発明で用いられるシランカップリング剤は、好ましくは下記一般式(III)〜(V)で表される化合物からなる群から選ばれる少なくとも1種である。シリカとゴムとの結合橋をより好適に作用し、より好適な補強相を形成するからである。
下記一般式(III)で表される化合物:
m3-mSi−(CH2)a−Sb−(CH2)a−SiAm3-m ・・・(III)
[式中、AはCn2n+1O(nは1〜3の整数)又は塩素原子であり、Bは炭素数1〜3のアルキル基であり、mは1〜3の整数、aは1〜9の整数、bは1以上の整数で分布を有していても良い。但し、mが1の時、2つのBは同一でも異なっていても良く、mが2又は3の時、2つ又は3つのAは同一でも異なっていても良い。]、
下記一般式(IV)で表される化合物:
m3-mSi−(CH2c−Y ・・・(IV)
[式中、AはCnH2n+1O(nは1〜3の整数)又は塩素原子であり、Bは炭素数1〜3のアルキル基であり、Yはメルカプト基、ビニル基、アミノ基、グリシドキン基又はエポキシ基であり、mは1〜3の整数、Cは0〜9の整数である。但し、mが1の時、2つのBは同一でも異なっても良く、mが2又は3の時、2つ又は3つのAは同一でも異なっても良い。]及び
下記一般式(V)で表される化合物:
m3-mSi−(CH2a−Sb−Z ・・・(V)
[式中、AはCn2n+1O(nは1〜3の整数)又は塩素原子であり、Bは炭素数1〜3のアルキル基であり、Zはベンゾチアゾリル基、N,N−ジメチルチオカルバモイル基又はメタクリロイル基であり、mは1〜3の整数、aは1〜9の整数、bは1以上の整数で分布を有していても良い。但し、mが1の時、2つのBは同一でも異なっても良く、mが2又は3の時、2つ又は3つのAは同一でも異なっても良い。]
具体的には、上記一般式(III)で表されるシランカップリング剤としては、ビス−(3−トリエトキシシリルプロピル)テトラスルフイド、ビス−(3−トリメトキシンリルプロピル)テトラスルフイド、ビス−(3−メチルジメトキシシリルプロピル)テトラスルフイド、ビス−(2−トリエトキシシリルエチル)テトラスルフイド、ビス−(3−トリエトキシシリルプロピル)ジスルフイド、ビス−(3−トリメトキシシリルプロピル)ジスルフイド、ビス−(3−トリエトキシシリルプロピル)トリスルフイド等が挙げられる。
一般式(IV)で表されるシランカップリング剤としては、3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、3−メルカプトプロピルトリエトキシシラン、3−メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、3−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−アミノプロピルトリエトキシシラン、γ−グリンドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン等が挙げられる。
一般式(V)で表されるシランカップリング剤としては、3−トリメトキシシリルプロピル−N,N−ジメチルチオカルバモイルテトラスルフイド、3−トリメトキシシリルプロピルベンゾチアゾリルテトラスルフイド、3−トリメトキシシリルプロピルメタクリロイルモノスルフイドが挙げられる。
上記シランカップリング剤の使用量は、シリカの量に対して、1〜20質量%が好ましい。使用量が1質量%未満では、十分なカップリング効果が得られないことがあり、20質量%を超えると、ポリマーのゲル化を引き起こすことがある。
本発明においては、上記シランカップリング剤は一種を単独で用いても良く、二種以上を組み合わせて用いても良い。
[カーボンブラック]
本発明に係るゴム組成物においては、耐摩耗性や耐亀裂成長性等の耐久性を向上させる目的で、必要に応じて、カーボンブラックを、(A)ゴム成分100質量部に対して、5〜25質量部程度、好ましくは8〜20質量部の割合で配合することができる。
カーボンブラックは、HAF級グレード、N339グレード、IISAFグレード、ISAF級グレード及びSAF級グレードの中から選ばれる少なくとも一種を用いることが好ましく、補強性を確保するために、SAF級グレード及びISAF級グレードを、低発熱性を確保するために、HAF級グレード、N339グレード及びIISAFグレードを用いることが好ましい。
[(C)金属石鹸]
本発明に係るゴム組成物においては、ウェットグリップ性能をさらに向上させる目的で、下記一般式(I)
Figure 2011052103
で表される金属石鹸が、(A)ゴム成分100質量部に対して、5〜200質量部の割合で含有される。この含有量が5質量部未満では、ウェットグリップ性能の向上効果が充分に発揮されず、一方200質量部を超えると、当該ゴム組成物をタイヤトレッドに用いた場合、タイヤ表面へのブルーミングが生じやすくなる。好ましい含有量は5〜100質量部、より好ましくは10〜100質量部、さらに好ましくは10〜50質量部である。
前記一般式(I)において、Mは酸化数+3又は+4の金属原子を示す。金属原子Mとしては、酸化数が+3又は+4であれば良く、特に制限されず、種々の金属原子を用いることができるが、金属石鹸としての性能及び安定性の観点からAl(酸化数+3)、Co(酸化数+3)、Fe(酸化数+3)及びTi(酸化数+3又は+4)が好ましく、特にAl(酸化数+3)が好適である。
Rは脂肪族炭化水素基を示し、直鎖状、分岐状、あるいは飽和、不飽和(二重結合を一つ以上有する)のいずれであっても良い。炭素数は通常5以上であれば良く、特に制限はないが、その上限は、性能及び入手性等の観点から、通常19程度である。RCO2は脂肪酸残基を示し、該RCO2を形成する脂肪酸としては、性能及び入手性等の観点から、炭素数6〜20程度の直鎖状若しくは分岐状の飽和又は不飽和脂肪酸を挙げることができる。上記不飽和脂肪酸は、分子内に二重結合を一つ有するものであっても良く、複数有するものであっても良い。
前記の脂肪族炭化水素基、脂肪酸残基及び脂肪酸は、それぞれN、O、S等のヘテロ原子を含む置換基を有していても良い。
nは、金属原子Mの価数を示し、n−1が2以上の場合、複数のRはたがいに同一でも異なっていても良い。
前記の脂肪酸残基RCO2を形成さする脂肪酸の具体例としては、ヘキサン酸、2−エチルヘキサン酸等のオクタン酸、デカン酸、ラウリン酸等のドデカン酸、ミリスチン酸等のテトラデカン酸、パルミチン酸等のヘキサデカン酸、ステアリン酸等のオクタデカン酸、アラキン酸等のエイコサン酸等の飽和脂肪酸;分子内に二重結合を1個有するオレイン酸(C18)、二重結合を2個有するリノール酸(C18)、二重結合を3個有するリノレン酸(C18)等の不飽和脂肪酸を挙げることができる。
本発明に係るゴム組成物においては、(C)成分の金属石鹸として、性能、安定性及び入手性等の観点から、下記一般式(I−a)
Figure 2011052103
(式中、R及びRCO2前記と同じである。)
で、表されるアルミニウム石鹸が好適である。
当該アルミニウム石鹸は、一般式(I−a)で示されるように、ジ脂肪酸アルミニウムヒドロキシドであり、例えば、下記の方法によって製造することができる。
(アルミニウム石鹸の製造)
まず、極性溶媒中に、塩基と所定の脂肪酸、例えばオレイン酸、ラウリン酸、2−エチルヘキサン酸等を加え、60〜80℃程度に加熱し、完全に溶解させて、固形分濃度5〜15質量%程度の溶液Aを調製する。
前記極性溶媒としては、例えば水を始め、テトラヒドロフラン、アセトン、アセトニトリル、ジメチルホルムアミド、ジメチルスホキシド、酢酸、n−ブタノール、イソプロパノール、n−プロパノール、エタノール、メタノール等、及びこれらの混合溶媒を挙げることができる。また塩基としては、例えば水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、アンモニア等を挙げることができる。これらは単独で用いても良く、二種以上を組み合わせて用いても良い。
一方、前記の極性溶媒中に、アルミニウムイオン源、例えば硫酸アルミニウムカリウム等を、アルミニウムイオンと、前記溶液A中の脂肪酸とのモル比が、1:1.5〜1:2.5程度になるように加え、60〜80℃程度に加熱し、完全に溶解させて溶液Bを調製する。
次いで、まだ熱い状態の溶液Aを烈しく撹拌しながら、それにまだ熱い状態の溶液Bを徐々に加えて、ゲル状物質を形成させ、このゲル状物資を脱イオン水で洗浄後、真空乾燥することにより、一般式(I−a)で表されるジ脂肪酸アルミニウムヒドロキシドからなるアルミニウム石鹸が得られる。
このようにして得られるアルミニウム石鹸の具体例としては、ジオレン酸アルミニウムヒドロキシド、ジラウリン酸アルミニウムヒドロキシド、ジ−2−エチルヘキサン酸アルミニウムヒドロキシド等を挙げることができる。もちろん、これらに限定されるものではない。
本発明に係るゴム組成物においては、(C)成分の金属石鹸として、前記のようにして得られるアルミニウム石鹸を一種単独で用いても良く、二種以上を組み合わせて用いても良い。
[ゴム組成物の調製]
本発明に係るゴム組成物には、本発明の目的が損なわれない範囲で、所望により、通常ゴム工業界で用いられる各種薬品、例えば加硫剤、加硫促進剤、プロセス油、老化防止剤、ワックス類、スコーチ防止剤、亜鉛華、ステアリン酸等を含有させることができる。
上記加硫剤としては、硫黄等が挙げられ、その使用量は、ゴム成分100質量部に対し、硫黄分として0.1〜10.0質量部が好ましく、更に好ましくは1.0〜5.0質量部である。0.1質量部未満では加硫ゴムの破壊強度、耐摩耗性、低発熱性が低下するおそれがあり、10.0質量部を超えるとゴム弾性が失われる原因となる。
本発明で使用できる加硫促進剤は、特に限定されるものではないが、例えば、M(2−メルカプトベンゾチアゾール)、DM(ジベンゾチアゾリルジスルフィド)、CZ(N−シクロヘキシル−2−ベンゾチアゾリルスルフェンアミド)、NS(N−t−ブチル−2−ベンゾチアゾリルスルフェンアミド)等のチアゾール系、あるいはDPG(ジフェニルグアニジン)等のグアニジン系の加硫促進剤等を挙げることができ、その使用量は、(A)ゴム成分100質量部に対し、0.1〜5.0質量部が好ましく、更に好ましくは0.2〜3.0質量部である。
また、本発明に係るゴム組成物で使用できるプロセス油としては、例えばパラフィン系、ナフテン系、アロマチック系等を挙げることができる。引張強度、耐摩耗性を重視する用途にはアロマチック系が、ヒステリシスロス、低温特性を重視する用途にはナフテン系又はパラフィン系が用いられる。その使用量は、ゴム成分100質量部に対して、0〜100質量部が好ましく、100質量部を超えると加硫ゴムの引張強度、低発熱性が悪化する傾向がある。
本発明に係るゴム組成物は、ロール、インターナルミキサー等の混練り機を用いて混練りすることによって得られ、成形加工後、加硫を行い、トレッドゴムとして使用される。特に、キャップ(外側の接地部)/ベース(内側)構造のトレッドの場合は、トレッドキャップゴムとして使用される。
[タイヤ]
本発明のタイヤは、本発明に係る上述のゴム組成物を用いて通常の方法によって製造される。即ち、必要に応じて、上記のように各種薬品を含有させた本発明に係るゴム組成物が未加硫の段階でトレッドキャップゴムに加工され、タイヤ成形機上で通常の方法により貼り付け成形され、生タイヤが成形される。この生タイヤを加硫機中で加熱加圧して、タイヤが得られる。
このようにして得られたタイヤは、低発熱性とウエットグリップ性能と耐亀裂製成長性が高度にバランスしたタイヤとなる。
次に、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本発明は、これらの例によってなんら限定されるものではない。
なお、諸特性は下記の方法に従って測定した。
《変性共役ジエン系重合体の物性》
<数平均分子量(Mn)、重量平均分子量(Mw)及び分子量分布(Mw/Mn)の測定>
GPC[東ソー製、HLC−8020]により検出器として屈折計を用いて測定し、単分散ポリスチレンを標準としたポリスチレン換算で示した。なお、カラムはGMHXL[東ソー製]で、溶離液はテトラヒドロフランである。
<ムーニー粘度ML1+4(100℃)の測定>
JIS K6300−1:2001に従って測定した。
<ミクロ構造の分析法>
フーリエ変換赤外分光光度計(商品名「FT/IR−4100」,日本分光社製)を使用し、特開2005−015590号公報に記載されたフーリエ変換赤外分光法によって、シス−1,4−結合量(%)、トランス−1,4−結合量(%)及びビニル結合量(%)を測定した。
《タイヤ性能》
タイヤのトレッドから加硫ゴムサンプルを切り出して、以下の評価を行った。
<低発熱性>
粘弾性スペクトロメーター(東洋精機株式会社製)を用い、周波数52Hz、初期歪10%、測定温度60℃、動歪1%でtanδを測定し、比較例1のtanδ値の逆数を100として以下の式により指数で表示した。この指数の値が大きい程、低発熱性が良好である。
低発熱性指数={(比較例1のtanδ値)/(供試タイヤのtanδ値)}×100
<ウエットグリップ性能>
粘弾性スペクトロメーター(東洋精機株式会社製)を用い、周波数52Hz、初期歪10%、測定温度0℃、動歪1%でtanδを測定し、比較例1のtanδ値を100として以下の式により指数で表示した。この指数の値が大きい程、ウエットグリップ性能が良好である。
ウエット性能指数={(供試タイヤのtanδ値)/(比較例1のtanδ値)}×100
<耐亀裂成長性>
JIS3号試験片中心部に0.5mmの亀裂を入れ、室温で50〜100%の歪みで繰り返し疲労を与え、試験片が切断するまでの回数を測定した。比較例1の回数を100として以下の式により指数で表示した。この指数の値が大きい程、耐亀裂成長性が良好である。
耐亀裂成長性指数={(供試タイヤの回数)/(比較例1の回数)}×100
製造例1 変性剤a{N,N,N’,N’−テトラキス(トリメチルシリル)−4,4’−ジアミノベンゾフェノン}の合成
4,4’−ジアミノベンゾフェノン約5.1g、トリエチルアミン10.7g及びトルエン10mLを丸底反応フラスコ中で混合した後、氷浴中で冷却した。この混合物に、トルエン50mL中のトリフルオロメタンスルホン酸トリメチルシリル23.5gの溶液を滴下した。
得られた混合物を室温で2日間撹拌した後、トルエンと未反応の反応剤を真空下で除去した。残留物をヘキサン100mLで抽出した。そのヘキサン層を40℃で真空蒸留して、11.0g(収率92%)の黄色固体を得た。
1H NMR分光法データ(C66、25℃、テトラメチルシランを基準とする。)から生成物の構造は下記化学構造式(a)を有するN,N,N’,N’−テトラキス(トリメチルシリル)−4,4’−ジアミノベンゾフェノンであると確認された。この化合物は、上記一般式(VI)において、R1がフェニレン基、R2及びR3がそれぞれメチル基、Qが一般式(VI−a)で表わされ、Jが酸素原子であり、R4がジシリルアミノ基置換フェニレン基である。
Figure 2011052103
製造例2 変性剤b{N,N−ビス(トリメチルシリル)−4−アミノベンゾフェノン}の合成
4−アミノベンゾフェノン約12.0g、トリエチルアミン13.5g及びトルエン15mLを丸底反応フラスコ中で混合した後、氷浴中で冷却した。この混合物に、トルエン50mL中のトリフルオロメタンスルホン酸トリメチルシリル29.7gの溶液を滴下した。
得られた混合物を室温で2日間撹拌した後、トルエンと未反応の反応剤を真空下で除去した。残留物をシクロヘキサン100mLで抽出した。そのシクロヘキサン層を50℃で真空蒸留して、19.3g(収率93%)の茶色がかった黄色粘性液体を得た。
1H NMR分光法データ(C66、25℃、テトラメチルシランを基準とする。)から生成物の構造は下記化学構造式(b)を有するN,N−ビス(トリメチルシリル)−4−アミノベンゾフェノンであると確認された。この化合物は、上記一般式(VI)において、R1がフェニレン基、R2及びR3がそれぞれメチル基、Qが一般式(VI−a)で表わされ、Jが酸素原子であり、R4がフェニル基である。
Figure 2011052103
製造例3 変性剤c{N,N−ビス(トリメチルシリル)グリシジルアミン}の合成
エピクロロヒドリン約10.4g及び リチウムビス(トリメチルシリル)アミドの1.0mol/Lテトラヒドロフラン(THF)溶液112mLをフラスコ中で混合した後、還流冷却器に接続した。この混合物を加熱し約1時間還流した。その後、室温で真空下での蒸発により反応混合物から溶媒を除去した。残った反応混合物を真空下で蒸留して、12.1g(収率50%)の無色液体を得た。
1H NMR分光法データ(C66、25℃、テトラメチルシランを基準とする。)から生成物の構造は下記化学構造式(c)を有するN,N−ビス(トリメチルシリル)グリシジルアミンであると確認された。この化合物は、上記一般式(VI)において、R1がメチレン基、R2及びR3がそれぞれメチル基、Qが一般式(VI−b)で表わされ、Jが酸素原子であり、R5、R6及びR7がそれぞれ水素原子である。
Figure 2011052103
製造例4 変性剤d(N−トリメチルシリル−2−クロロ−2−メチル−1−アザ−2−シラシクロペンタン)の合成
撹拌棒(スターバー)を備えた300mLの反応瓶を窒素置換した後、この反応瓶にN,N−ビス(トリメチルシリル)アリルアミン20.1g(0.1mol)、ジクロロメチルシラン11.5g(0.1mol)及びカールシュテット触媒(Karsted's Catalyst)2.4質量%のキシレン溶液0.81mLを加えた。この溶液を72時間撹拌した後、65℃で2時間加熱し、さらに100℃で3日間加熱した。生成物を25mmHg85〜90℃で蒸留し変性剤dを得た。得られた変性剤d(N−トリメチルシリル−2−クロロ−2−メチル−1−アザ−2−シラシクロペンタン)の構造をGC/MSで確認し、プロトンNMRでも確認した。以下に、変性剤dの化学構造式(d)を示す。
Figure 2011052103
製造例5 アルミニウム石鹸(ジオレイン酸アルミニウムヒドロキシド)の合成
1.9L反応容器に水2000mlと水酸化ナトリウム(純度99%以上、アルドリッチ社製)40g(1モル)を投入し、水酸化ナトリウムを完全に溶解させたのち、この溶液にオレイン酸(純度90%、アルドリッチ社製)313g(1モル)を加え、75℃にて1時間撹拌して、透明な溶液Aを調製した。
一方、1.9L反応容器に、水2000mlと硫酸アルミニウムカリウム12水塩[KAl(SO4212H2O](純度99%以上、アルドリッチ社製)238g(0.5モル)を投入し、75℃にて1時間撹拌して、透明な溶液Bを調製した。
次に、まだ熱い溶液Aを撹拌しながら、これにまだ熱い溶液Bを0.38L/分の速度で徐々に加え、ゲル状物質を形成させた。このゲル状物質を脱イオン水で8回洗浄したのち、65℃にて一晩真空乾燥して、白色粉末のジオレイン酸アルミニウムヒドロキシドからなるアルミニウム石鹸を合成した。
重合体製造例1 変性ポリブタジエンゴム−1の製造
タービンアジテイターブレイドを装備する反応器にヘキサン1.526kg及び1,3−ブタジエン18.8質量%のヘキサン溶液2.940kgが加えられた。
次に、メチルアルミノキサン4.32mol/Lのトルエン溶液7.35mL、1,3−ブタジエン20.6質量%のヘキサン溶液1.66g、バーサチック酸ネオジム0.537mol/Lのシクロヘキサン溶液0.59mL、水素化ジイソブチルアルミニウム1.0mol/Lのヘキサン溶液6.67mL、及び塩化ジエチルアルミニウム1.0mol/Lのヘキサン溶液1.27mLを混合することにより触媒を準備した。この触媒は反応に先立ち15分熟成した。
反応ジャケットの温度を65℃に設定し、触媒を投入して60分間経過後、重合体混合物を室温に冷却した。得られた重合体セメント423gを窒素パージした瓶に移した後、その瓶に変性剤a{N,N,N’,N’−テトラキス(トリメチルシリル)−4,4’−ジアミノベンゾフェノン}0.200mol/Lのシクロヘキサン溶液8.88mLを投入し、65℃に保った水浴中で、その瓶を30分間回転した。瓶内の重合体を2,6−ジ−tert−ブチル−4−メチルフェノール0.5gを含むイソプロパノール3Lで凝固した後、ドラム乾燥した。
得られた変性ポリブタジエンゴム−1(以下、「変性BR−1」という。)の諸物性を第1表に示す。
重合体製造例2 変性ポリブタジエンゴム−2の製造
重合体製造例1と同様にして得られた重合体セメント433gを窒素パージした瓶に移した後、その瓶に変性剤b{N,N−ビス(トリメチルシリル)−4−アミノベンゾフェノン}0.300mol/Lのシクロヘキサン溶液6.06mLを投入し、65℃に保った水浴中で、その瓶を30分間回転した。瓶内の重合体を2,6−ジ−tert−ブチル−4−メチルフェノール0.5gを含むイソプロパノール3Lで凝固した後、ドラム乾燥した。
得られた変性ポリブタジエンゴム−2(以下、「変性BR−2」という。)の諸物性を第1表に示す。
重合体製造例3 変性ポリブタジエンゴム−3の製造
タービンアジテイターブレイドを装備する反応器にヘキサン1.512kg及び1,3−ブタジエン21.5質量%のヘキサン溶液2.954kgが加えられた。
次に、重合体製造例1と同様にして触媒を準備し、熟成した。
反応ジャケットの温度を65℃に設定し、触媒を投入して55分間経過後、重合体混合物を室温に冷却した。得られた重合体セメント435gを窒素パージした瓶に移した後、その瓶に変性剤c{N,N−ビス(トリメチルシリル)グリシジルアミン}0.463mol/Lのヘキサン溶液5.26mLを投入し、65℃に保った水浴中で、その瓶を30分間回転した。瓶内の重合体を2,6−ジ−tert−ブチル−4−メチルフェノール0.5gを含むイソプロパノール3Lで凝固した後、ドラム乾燥した。
得られた変性ポリブタジエンゴム−3(以下、「変性BR−3」という。)の諸物性を第1表に示す。
重合体製造例4 変性ポリブタジエンゴム−4の製造
タービンアジテイターブレイドを装備する8Lの反応器にヘキサン1.499kg、及び1,3−ブタジエン21.4質量%のヘキサン溶液2.967kgが加えられた。
次に、メチルアルミノキサン4.32mol/Lのトルエン溶液7.35mL、1,3−ブタジエン21.4質量%のヘキサン溶液1.60g、バーサチック酸ネオジム0.537mol/Lのシクロヘキサン溶液0.59mL、水素化ジイソブチルアルミニウム1.0mol/Lのヘキサン溶液6.67mL、及び塩化ジエチルアルミニウム1.0mol/Lのヘキサン溶液1.27mLを混合することにより触媒を準備した。この触媒は反応に先立ち15分熟成した。
反応ジャケットの温度を65℃に設定し、触媒を投入して55分間経過後、重合体混合物を室温に冷却した。得られた重合体セメント420gを窒素パージした瓶に移した後、その瓶に変性剤d(N−トリメチルシリル−2−クロロ−2−メチル−1−アザ−2−シラシクロペンタン)0.31mol/Lのヘキサン溶液7.52mLを投入し、65℃に保った水浴中で、その瓶を30分間回転した。瓶内の重合体を2,6−ジ−tert−ブチル−4−メチルフェノール0.5gを含むイソプロパノール3Lで凝固した後、ドラム乾燥した。
得られた変性ポリブタジエンゴム−4(以下、「変性BR−4」という。)の諸物性を第1表に示す。
重合体製造例5 変性ポリブタジエンゴム−5の製造
乾燥し、窒素置換した800mLの耐圧ガラス容器に、シクロヘキサン300g、1,3−ブタジェン50gを注入し、ジテトラヒドロフリルプロパン/n−ブチルリチウムのモル比が0.03になるようにジテトラヒドロフリルプロパンを注入した。更にn−ブチルリチウムを0.36mmol加えた後、50℃で5時間重合反応を行った。この際の重合転化率は、ほぼ100%であった。次に、重合反応系に、四塩化スズを速やかに加え、更に50℃で30分間変性反応を行った。四塩化スズ/n−ブチルリチウム(モル比)は、0.25であった。その後、重合反応系に、2,6−ジ−tert−ブチル−p−クレゾール(BHT)のイソプロパノール溶液(BHT濃度:5質量%)0.5mLを加えて、重合反応を停止させ、更にスチームストリッピングにより脱溶媒し乾燥して変性ポリブタジエンゴム−5を得た。
得られた変性ポリブタジエンゴム−5(以下、「変性BR−5」という。)の諸物性を第1表に示す。
Figure 2011052103
実施例1〜5及び比較例1〜9
第2表に示す配合組成を有する14種のゴム組成物を調製し、それら14種類のゴム組成物を夫々乗用車用空気入りラジアルタイヤ(タイヤサイズ195/60R15)のトレッド(トレッドキャップ部)に配設して、14種類の乗用車用空気入りラジアルタイヤを常法に従って製造し、それら14種類のタイヤのトレッドからゴムサンプルを切り出し、上記の方法に従い、低発熱性、ウエット性能及び耐亀裂成長性を評価した。評価結果を第2表に示す。
Figure 2011052103
[注]
1) SBR1712:乳化重合油展スチレン−ブタジエン共重合体ゴム、JSR(株)製、商品名「SBR1712」
2)〜6) 変性BR−1〜5: 重合体製造例1〜5の変性BR
7) プロセスオイル:三共油化工業(株)製、商品名「A/O ミックス」
8) カーボンブラック:ISAF、旭カーボン(株)製、商品名「旭#80」
9) シリカ:東ソー・シリカ社製、商品名「Nipsil AQ」(BET比表面積=190m2/g)
10) シランカップリング剤:デグッサ社製、商品名「Si69」(登録商標)
11) アルミニウム石鹸:製造例5のアルミニウム石鹸
12) ミクロクリスタリンワックス:精工化学(株)製、商品名「サンタイト S」
13) 老化防止剤:N−(1,3−ジメチルブチル)−N’−フェニル−p−フェニレンジアミン、精工化学(株)製、商品名「オゾノン 6C」
14) 加硫促進剤DPG:ジフェニルグアニジン、大内新興化学工業(株)製、商品名「ノクセラー D」
15) 加硫促進剤CZ: N−シクロヘキシル−2−ベンゾチアゾリルスルフェンアミド、大内新興化学工業(株)製、商品名「ノクセラー CZ」
16) 加硫促進剤DM:ジ−2−ベンゾチアゾリルジスルフィド、大内新興化学工業(株)製、商品名「ノクセラー DM」
本発明タイヤは、低発熱性、ウェットグリップ性能及び耐亀裂成長性が高度にバランスするので、乗用車用ラジアルタイヤ、軽乗用車用ラジアルタイヤ、軽トラック用ラジアルタイヤ、トラック・バス用ラジアルタイヤ、建設車両用タイヤ等の各種空気入りタイヤとして好適に用いられる。

Claims (8)

  1. (A)シスー1,4−結合量が90%以上及びビニル結合量が1.2%以下で、かつプロトン性第一アミノ基及び/又は、保護された第一アミノ基を有する変性共役ジエン系重合体10質量%以上を含むゴム成分と、その100質量部に対して、(B)シリカ20〜150質量部及び(C)下記一般式(I)で表される金属石鹸5〜200質量部を含有するゴム組成物をトレッドに用いることを特徴とするタイヤ。
    Figure 2011052103
    (式中、Mは酸化数+3又は+4の金属原子、Rは脂肪族炭化水素基、RCO2は脂肪酸残基、nはMの価数を示し、n-1が2以上の場合、複数のRはたがいに同一でも異なっていても良い。)
  2. 前記一般式(I)におけるRCO2が、炭素数6以上の脂肪酸残基である請求項1に記載のタイヤ。
  3. 前記一般式(I)で表される金属石鹸が、下記一般式(I-a)
    Figure 2011052103
    (式中、R及びRCO2は前記と同じである。)で表されるアルミニウム石鹸である請求項1又は2に記載のタイヤ。
  4. 前記変性共役ジエン系重合体が、ランタン系列希土類元素化合物を含む重合触媒を用いて重合してなる活性末端を有する共役ジエン系重合体の該活性末端をカルボニル基、エポキシ基、カルボキシル基、チオカルボニル基、チオエポキシ基、チオカルボキシル基、ニトリル基、イソシアナート基及びハロシリル基から選ばれる少なくとも1種の官能基と保護された第一アミノ基とを有する化合物により変性して得られたものである請求項1〜3のいずれかに記載のタイヤ。
  5. 前記変性共役ジエン系重合体が、変性ポリブタジエンゴムである請求項1〜4のいずれかに記載のタイヤ。
  6. 前記変性ポリブタジエンゴムが、プロトン性第一アミノ基及び/又は保護された第一アミノ基を含む変性基を有する請求項5に記載のタイヤ。
  7. 前記ゴム組成物が、さらに、シランカップリング剤を、(B)シリカに対して1〜20質量%の割合で含む請求項1〜6のいずれかに記載のタイヤ。
  8. 前記(A)ゴム成分が、天然ゴム及びジエン系合成ゴムから選ばれる少なくとも1種のゴムを含む請求項1〜7のいずれかに記載のタイヤ。
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