JP2015054862A - ゴム組成物 - Google Patents

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Chigusa Yamada
千草 山田
井上 芳久
Yoshihisa Inoue
芳久 井上
孝昭 松田
Takaaki Matsuda
孝昭 松田
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Abstract

【課題】操縦安定性、ウェットスキッド抵抗性及び破壊特性を損なうことなく、転がり抵抗特性により一層優れるゴム組成物を提供することを目的とする。【解決手段】(A)アルコキシシリル基を含む官能基を有する、芳香族ビニル化合物単位と共役ジエン系化合物単位を含む重合体30〜95質量部(B)共役ジエン系重合体5〜70質量部(C)上記(A)成分及び(B)成分の合計量100質量部に対して、シリカ5〜150質量部を含むゴム組成物であって、加硫後のゴム組成物が(A)成分を由来とする相((A)相)と(B)成分を由来とする相((B)相)からなる相分離構造を有し、(A)相に存在するシリカの量XAが下記式(1)で表される範囲にあることを特徴とするゴム組成物。0.8?YA?Z/100 ≰ XA< 3.0?YA?Z/100 ・・・(1)(YAは(A)成分及び(B)成分の合計量100質量部に対する(A)成分の量(質量部)であって、Zは(A)成分及び(B)成分の合計量100質量部に対する(C)成分の量(質量部)である。)【選択図】なし

Description

本発明は、ゴム組成物に関する。
近年、二酸化炭素排出量の抑制等、環境に対する配慮が社会的要請となっており、自動車に対する低燃費化への要望が高まってきている。このような現状から、自動車用タイヤ、特に地面と接するタイヤトレッドの材料として、転がり抵抗が小さい材料の開発が求められている。また安全の面から操縦安定性、破壊特性も必要とされており、更に経済面、耐久性の観点から耐摩耗性も求められている。タイヤ用のゴム材料には、これらの性能をバランスよく向上させることが要求されている。
従来、タイヤトレッドの補強性充填剤としては、低ヒステリシスロス性及びウェットスキッド抵抗性の向上が図られるシリカ等が使用されている。しかし親水性表面のシリカは、共役ジエン系ゴムとの親和性が低く、分散性が悪いという欠点を有している。
このようなシリカに関する問題に鑑みて、運動性の高いゴム分子末端部に、シリカとの親和性や反応性を有する官能基を導入することによって、共役ジエン系ゴム材料中におけるシリカの分散性を改良する試みがなされている(特許文献1、特許文献2)。
また特定の相分離構造を有するスチレンブタジエンゴムとブタジエンゴムを用いることで、シリカを組成物全体に均一に分散させる試みがなされている(特許文献3)。
特開2001−158834号公報 特開2003−171418号公報 特開2006−89636号公報
しかしながら、特許文献1〜3においてはシリカの分散性がよくなる一方で、組成物の硬さが低減し、操縦安定性が損なわれるという問題を有している。
そこで本発明においては、上述した従来技術が有する問題点に鑑み、操縦安定性、ウェットスキッド抵抗性及び破壊特性を損なうことなく、転がり抵抗特性により一層優れるゴム組成物を提供することを目的とする。
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、特定の官能基を有する重合体(A)と、共役ジエン系重合体(B)、シリカ(C)を含むゴム組成物を用いることで、シリカを変性重合体(A)中に一定量偏在させ、操縦安定性、ウェットスキッド抵抗性、破壊特性を損なうことなく、転がり抵抗特性に優れることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、以下のとおりである。
〔1〕
(A)アルコキシシリル基を含む官能基を有する、芳香族ビニル化合物単位と共役ジエン系化合物単位を含む重合体30〜95質量部
(B)共役ジエン系重合体5〜70質量部
(C)上記(A)成分及び(B)成分の合計量100質量部に対して、シリカ5〜150質量部
を含むゴム組成物であって、
加硫後のゴム組成物が(A)成分を由来とする相((A)相)と(B)成分を由来とする相((B)相)の相分離構造を有し、
(A)相に存在するシリカの量XAが下記式(1)で表される範囲にあることを特徴とするゴム組成物。
0.8×YA×Z/100 ≦ XA < 3.0×YA×Z/100 ・・・(1)
(YAは(A)成分及び(B)成分の合計量100質量部に対する(A)成分の量(質量部)であって、Zは(A)成分及び(B)成分の合計量100質量部に対する(C)成分の量(質量部)である。)
〔2〕
前記(B)相が島相として分散していることを特徴とする〔1〕に記載のゴム組成物。
〔3〕
前記(B)相に存在するシリカの量XBが下記式(2)で表される範囲にあることを特徴とする請求項〔1〕または〔2〕に記載のゴム組成物。
0.05×YB×Z/100 < XB < 1.00×YB×Z/100 ・・・(2)
(YBは(A)成分及び(B)成分の合計量100質量部に対する(B)成分の量(質量部)であって、Zは(A)成分及び(B)成分の合計量100質量部に対する(C)の量(質量部)である。)
〔4〕
前記アルコキシシリル基を含む官能基が窒素原子を含むことを特徴とする〔1〕〜〔3〕のいずれか一つに記載のゴム組成物。
〔5〕
前記ゴム組成物の加硫後の、ひずみ0.1%と10%での貯蔵弾性率の差(ΔG’)が1.0MPa以上であることを特徴とする〔1〕〜〔4〕のいずれか一つに記載のゴム組成物。
〔6〕
前記(B)成分がアルコキシシリル基を含む官能基を有することを特徴とする、〔1〕
〜〔5〕のいずれか一つに記載のゴム組成物。
〔7〕
前記(B)成分中に存在するシリカの量XBが下記式(3)で表される範囲にあることを特徴とする〔1〕〜〔6〕のいずれか一つに記載のゴム組成物。
0.05×YB×Z/100 < XB < 0.70×YB×Z/100 ・・・(3)
(YBは(A)成分及び(B)成分の合計量100質量部に対する(B)成分の量(質量部)であって、Zは(A)成分及び(B)成分の合計量100質量部に対する(C)成分の量(質量部)である。)
本発明によれば、操縦安定性、ウェットスキッド抵抗性、破壊特性を損なうことなく、転がり抵抗特性に優れるゴム組成物を提供することができる。
シリカ偏在率測定時の処理A〜処理Cまでの流れを示す。 実施例1のAFM位相像を示す。 実施例2のAFM位相像を示す。 比較例3のAFM位相像を示す。 実施例4のAFM位相像を示す。 実施例5のAFM位相像を示す。
以下、本発明を実施するための形態(以下、単に「本実施形態」という。)について詳細に説明する。以下の本実施形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明を以下の内容に限定する趣旨ではない。本発明は、その要旨の範囲内で適宜に変形して実施できる。
本実施形態のゴム組成物は、下記(A)〜(C)成分からなる。
(A)アルコキシシリル基を含む官能基を有する、芳香族ビニル化合物単位と共役ジエン系化合物単位を含む重合体30〜95質量部
(B)共役ジエン系重合体5〜70質量部
(C)(A)成分及び(B)成分の合計量100質量部に対して、シリカ5〜150質量部
まず(A)成分であるアルコキシシリル基を含む官能基を有する芳香族ビニル化合物単位と共役ジエン系化合物単位からなる重合体について説明する。
〔(A)成分〕
本実施形態のゴム組成物に用いられる前記(A)アルコキシシリル基を含む官能基を有する芳香族ビニル化合物単位と共役ジエン系化合物単位からなる重合体は、一般的な重合方法で得られるものであればよい。例えば、アニオン重合開始剤を用いて、共役ジエン化合物と芳香族ビニル化合物とを重合することによって得られる活性末端を有する重合体に、アルコキシシリル基を有する化合物を反応させることによって得ることができる。
本実施形態において、重合体中の芳香族ビニル化合物に由来する構成単位を芳香族ビニル化合物単位、共役ジエン系化合物に由来する構成単位を共役ジエン系化合物単位と称する。すなわち、芳香族ビニル化合物単位は芳香族ビニル化合物が重合した結果生じるものであり、共役ジエン系化合物単位は共役ジエン系化合物が重合した結果生じるものである。
ここで、芳香族ビニル化合物としては、共役ジエン系化合物と共重合可能な単量体であればよく、以下に限定されるものではないが、例えば、スチレン、p−メチルスチレン、α−メチルスチレン、ビニルエチルベンゼン、ビニルキシレン、ビニルナフタレン、ジフェニルエチレン等が挙げられる。これらの中でも、工業的入手の容易さの観点から、スチレンが好ましい。これらは1種単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
共役ジエン系化合物としては、重合可能な単量体であればよく、以下に限定されるものではないが、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、1,3−ペンタジエン、3−メチル−1,3−ペンタジエン、1,3−ヘプタジエン、1,3−ヘキサジエン等が挙げられる。これらの中でも、工業的入手の容易さの観点から、1,3−ブタジエン、イソプレンが好ましく、1,3−ブタジエンがより好ましい。これらは1種単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
重合体(A)は、ランダム共重合体であってもブロック共重合体であってもよい。ランダム共重合体としては、以下に限定されるものではないが、例えば、ブタジエン−イソプレンランダム共重合体、ブタジエン−スチレンランダム共重合体、イソプレン−スチレンランダム共重合体、ブタジエン−イソプレン−スチレンランダム共重合体等が挙げられる。共重合体鎖中の各単量体の組成分布としては、以下に限定されるものではないが、例えば、統計的ランダムな組成に近い完全ランダム共重合体、組成がテーパー状に分布しているテーパー(勾配)ランダム共重合体等が挙げられる。共役ジエンの結合様式、すなわち1,4−結合や1,2−結合等の組成は、均一であってもよいし、分布があってもよい。より好ましくは、ゴム組成物としたときの転がり抵抗特性の観点から、ランダム共重合体が望ましい。
重合体(A)中の芳香族ビニル単位が30以上連鎖しているブロックは、少ないか又は無いことが好ましい。具体的には、前記変性重合体が、ブタジエン−スチレン共重合体の場合、Kolthoffの方法(I.M.KOLTHOFF,et al.,J.Polym.Sci.1,429(1946)に記載の方法)により重合体を分解し、メタノールに不溶なポリスチレン量を分析する公知の方法において、芳香族ビニル単位が30以上連鎖しているブロックが、共役ジエン−芳香族ビニル共重合体の総量に対して好ましくは5質量%以下であり、より好ましくは3質量%以下である。
本実施形態に用いる変性重合体(A)中の結合共役ジエン量(共役ジエン系化合物単位の含有量)は、特に限定されないが、20〜90質量%であることが好ましく、40〜90質量%であることがより好ましく、50〜70質量%であることがさらに好ましい。例えば、タイヤのサイドウォール用途に用いる場合、90〜95質量%であることがより好ましく、例えば、タイヤのトレッド用途に用いる場合、40〜80質量%であることがより好ましい。
また、本実施形態に用いる変性重合体(A)中の結合芳香族ビニル量(芳香族ビニル化合物単位の含有量)は、特に限定されないが、10〜80質量%であることが好ましく、10〜60質量%であることがより好ましく、20〜50質量%であることがさらに好ましい。
なお、前記結合共役ジエンとは、重合反応により結合した共役ジエン化合物に由来する部分を指し、結合芳香族ビニルとは、重合反応により結合した芳香族ビニル化合物に由来する部分を指す。
変性重合体(A)中の結合共役ジエン量及び結合芳香族ビニル量が上記範囲であると、転がり抵抗特性とウェットスキッド抵抗性のバランスが更に優れる加硫物を得ることができる。ここで、結合芳香族ビニル量は、フェニル基の紫外吸光によって測定でき、これにより結合共役ジエン量も求めることができる。具体的には、後述する実施例に従った方法により測定することができる。
また、変性重合体(A)中のビニル結合量(結合共役ジエン中の、1,2−結合及び3,4−結合の量)は、特に限定されないが、10〜75モル%であることが好ましく、20〜60モル%であることがより好ましい。ビニル結合量が上記範囲であると、転がり抵抗特性とウェットスキッド抵抗性のバランスが更に優れ、耐摩耗性も満足する加硫物を得ることができる。ここで、重合体(A)がブタジエンとスチレンの共重合体である場合には、ハンプトンの方法(R.R.Hampton,Analytical Chemistry,21,923(1949))により、ブタジエン結合単位中のビニル結合量(1,2−結合量)を求めることができる。
具体的には、後述する実施例に記載する方法により求めることができる。
上述したように、活性末端を有する重合体を得た後、その活性末端に、アルコキシシリル基を有する化合物(変性剤)を反応させることで、重合体(A)を得ることができる。
アルコキシシリル基を有する化合物は、アルコキシシリル基を有し、重合体の活性末端と反応できるものであればいずれの化合物でもよい。より好ましくはアルコキシ基を有する化合物が窒素原子を含有する。アルコキシシリル基を有する化合物は下記に限定されるものではないが、例えば下記一般式(4)〜(21)で表されるものである。
1 cSi(OR)dR’4-c-d(4)
(X1はハロゲン原子であり、Rは炭素数1〜20の炭化水素基を表し、R’は炭素数1〜20のアルキル基、炭素数1〜20のハロゲン化アルキル基、又は炭素数6〜20のアリール基である。cは0〜2の数、dは1〜4の数であり、cとdとの和は2〜4である。)
式中、X1はハロゲン原子であり、好ましくは塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子である。
Rは炭素数1〜20、好ましくは4〜20の炭化水素基、即ちORは炭素数1〜20のアルコキシル基、好ましくは炭素数4〜20の非加水分解性のアルコキシル基等である。R’は炭素数1〜20のアルキル基、炭素数1〜20のハロゲン化アルキル基、又は炭素数6〜20のアリール基である。cは0〜2の数、dは1〜4の数であり、cとdとの和は2〜4である。
上記アルコキシシリル基を有する化合物としては、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラフェノキシシラン、メチルトリス(2−エチルヘキシルオキシ)シラン、エチルトリス(2−エチルヘキシルオキシ)シラン、メチルトリフェノキシシラン、エチルトリフェノキシシラン、ビニルトリス(2−エチルヘキシルオキシ)シラン、ビニルトリフェノキシシラン、メチルビニルビス(2−エチルヘキシルオキシ)シラン、エチルビニルジフェノキシシラン、トリ−tert−ブトキシモノクロロシラン、トリフェノキシモノクロロシラン、モノクロロメチルジフェノキシシラン、モノクロロメチルビス(2−エチルヘキシルオキシ)シラン、モノブロモエチルジフェノキシシラン、モノブロモビニルジフェノキシシラン、モノブロモイソプロペニルビス(2−エチルヘキシルオキシ)シラン、ジクロロ−ジ−tert−ブトキシシラン、ジトリルジクロロシラン、ジ−tert−ブトキシジヨードシラン、ジフェノキシジヨードシラン、メチルトリス(2−メチルブトキシ)シラン、ビニルトリス(2−メチルブトキシ)シラン、モノクロロメチルビス(2−メチルブトキシ)シラン、ビニルトリス(3−メチルブトキシ)シラン等が挙げられる。これらのうち、メチルトリフェノキシシラン、エチルトリフェノキシシラン及びビニルトリス(2−メチルブトキシ)シラン、テトラエトキシシランが好ましい。
(R1、R2は、各々独立して、炭素数1〜20の二価の炭化水素基を表し、R3は単結合又は炭素数1〜20の二価の炭化水素基であり、eは2又は3の整数であり、A1は3級アミン、ピリジン、シアン、イミン、スルフィド、エポキシ、エステルの中から選ばれる少なくとも一種の官能基を有する一価の基である。)
1は三級アミン、ピリジン、シアン、イミン、スルフィド、エポキシ、エステルの中から選ばれる少なくとも一種の官能基を有する一価の基であり、三級アミンは環状三級アミン、非環状三級アミンを含む。また、環状三級アミンは、環の一部としてエーテル結合、チオエーテル結合を含み、非環状三級アミンは、N,N−二置換アニリン等のN,N−二置換芳香族を含む。
3は単結合又は炭素数1〜20の二価の炭化水素基であり、R3が単結合である場合、ケイ素とA1が直接結合した下記式(5')で表すことができる。
(式(5')において、A1、R1、R2、eの定義は、式(5)と同じである。)
3が炭素数1〜20の二価の炭化水素基である場合、炭素数1〜20のアルキレン基、炭素数2〜20のアルケニレン基、炭素数6〜20のアリーレン基、炭素数7〜20のアラルキレン基等が挙げられる。これらの中で、炭素数1〜20のアルキレン基であることが好ましい。アルキレン基は直鎖状、分岐状、環状のいずれであってもよいが、直鎖状のものが好ましい。直鎖状のアルキレン基としては、例えば、メチレン基、エチレン基、トリメチレン基、テトラメチレン基、ペンタメチレン基、ヘキサメチレン基、オクタメチレン基、デカメチレン基、ドデカメチレン基等が挙げられる。
1及びR2としては、炭素数1〜20のアルキル基、炭素数2〜20のアルケニル基、炭素数6〜20のアリール基、炭素数7〜20のアラルキル基等が挙げられる。
アルキル基及びアルケニル基は直鎖状、分岐状、環状のいずれであってもよい。例えば、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、sec−ブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、オクチル基、デシル基、ドデシル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、ビニル基、プロペニル基、アリル基、ヘキセニル基、オクテニル基、シクロペンテニル基、シクロヘキセニル基等が挙げられる。
また、アリール基は、芳香環上に低級アルキル基等の置換基を有していてもよい。例えば、フェニル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基等が挙げられる。アラルキル基は、芳香環上に低級アルキル基等の置換基を有していてもよい。例えば、ベンジル基、フェネチル基、ナフチルメチル基等が挙げられる。
eは2又は3の整数である。R1Oが複数ある場合は、各R1Oは互いに同一であっても異なっていてもよく、R2が複数ある場合は、各R2は互いに同一であっても異なっていてもよい。
式(5)で表される化合物の具体例を下記に示す。
例えば、A1が環状三級アミンを含む場合、[3−(1−ヘキサメチレンイミノ)プロピル]トリエトキシシラン、[(1−ヘキサメチレンイミノ)メチル]トリエトキシシシラン、[2−(1−ヘキサメチレンイミノ)エチル]トリエトキシシラン、[3−(1−ピロリジニル)プロピル]トリエトキシシラン、[3−(1−ヘプタメチレンイミノ)プロピル]トリエトキシシラン、[3−(1−ドデカメチレンイミノ)プロピル]トリエトキシシラン、1−[3−(トリエトキシシリル)プロピル]−4,5−ジヒドロイミダゾール、3−[10−(トリエトキシシリル)デシル]−4−オキサゾリン及びこれらのトリエトキシシリル化合物に対応するトリメトキシシリル化合物、メチルジエトキシシリル化合物、エチルジエトキシシリル化合物、メチルジメトキシシリル化合物、エチルジメトキシシリル化合物等が挙げられる。
例えば、A1が非環状三級アミンを含む場合、[3−(ジメチルアミノ)プロピル]]トリエトキシシラン、[3−(ジエチルアミノ)プロピル]トリエトキシシラン、[2−(ジメチルアミノ)エチル]トリエトキシシラン、[3−(ジブチルアミノ)プロピル]トリエトキシシラン、 [(3−メチル−3−エチルアミノ)プロピル]トリエトキシシラン及びこれらのトリエトキシシリル化合物に対応するトリメトキシシリル化合物、メチルジエトキシシリル化合物、エチルジエトキシシリル化合物、メチルジメトキシシリル化合物、エチルジメトキシシリル化合物等が挙げられる。
例えば、A1がピリジンを含む場合、2−(トリエトキシシリルエチル)ピリジン及びこれらのトリエトキシシリル化合物に対応するトリメトキシシリル化合物、メチルジエトキシシリル化合物、エチルジエトキシシリル化合物、メチルジメトキシシリル化合物、エチルジメトキシシリル化合物等が挙げられる。
例えば、A1がシアンを含む場合、2−シアノエチルトリエトキシシラン、3−シアノプロピルトリエトキシシラン、11−シアノウンデシルトリエトキシシラン及びこれらのトリエトキシシリル化合物に対応するトリメトキシシリル化合物、メチルジエトキシシリル化合物、エチルジエトキシシリル化合物、メチルジメトキシシリル化合物、エチルジメトキシシリル化合物等が挙げられる。これらの中で、3−シアノプロピルトリエトキシシランが好ましい。
例えば、A1がイミンを含む場合、N−(1,3−ジメチルブチリデン)−3−(トリエトキシシリル)−1−プロパンアミン、N−(1−メチルエチリデン)−3−(トリエトキシシリル)−1−プロパンアミン、N−エチリデン−3−(トリエトキシシリル)−1−プロパンアミン、N−(1−メチルプロピリデン)−3−(トリエトキシシリル)−1−プロパンアミン、N−(4−N,N−ジメチルアミノベンジリデン)−3−(トリエトキシシリル)−1−プロパンアミン、N−(シクロヘキシリデン)−3−(トリエトキシシリル)−1−プロパンアミン及びこれらのトリエトキシシリル化合物に対応するトリメトキシシリル化合物、メチルジエトキシシリル化合物、エチルジエトキシシリル化合物、メチルジメトキシシリル化合物、エチルジメトキシシリル化合物等が挙げられる。
1がピペラジン環である場合、上記式(5)で表される化合物としては、例えば下記一般式(6)
(式(1)中、R1、R2、R3の定義は式(5)と同じである。R4、R5は同一であっても異なっていてもよい炭素数1〜6の炭化水素基であって、隣接する2つのNとともに5員環以上の環構造をなし、R6は炭素数1〜20の炭化水素基、活性水素を持たないヘテロ原子で置換されている炭素数1〜20の炭化水素基、又は3有機置換シリル基であり、eは2又は3の整数である。)
又は下記一般式(7)
(式(7)中、R1〜R6、eの定義は、前記式(6)と同一であり、R7は炭素数1〜20の炭化水素基、活性水素を持たないヘテロ原子で置換されていてもよい炭素数1〜20の炭化水素基、又は3有機置換シリル基である。)
により表される、2つ以上の窒素原子を含む環状アミノ基を有するヒドロカルビルオキシシランや、その他の環状アミン、非環状アミン、イミン、イソシアネート等の官能基を含有するヒドロカルビルオキシシラン、環状アザシランが挙げられる。
なお、上記において活性水素とは、電気陰性度の大きなO、Nなどに結合した水素原子のことを言う(東京化学同人「化学辞典」)。
また、上記において3有機置換シリル基とは、一般式:−SiR8 3(3つのR8は同一でも異なっていてもよい有機基を表し、好ましくはアルキル基である。)で表される基である。
上記式(6)で表される化合物の具体例を下記に示す。
例えば、1−[3−(トリエトキシシリル)プロピル]−4−メチルピペラジン、1−[3−(ジエトキシエチルシリル)プロピル]−4−メチルピペラジン、1−[3−(トリメトキシシリル)プロピル]−3−メチルイミダゾリジン、1−[3−(ジエトキシエチルシリル)プロピル]−3−エチルイミダゾリジン、1−[3−(トリエトキシシリル)プロピル]−3−メチルヘキサヒドロピリミジン、1−[3−(ジメトキシメチルシリル)プロピル]−3−メチルヘキサヒドロピリミジン、3−[3−(トリブトキシシリル)プロピル]−1−メチル−1,2,3,4−テトラヒドロピリミジン、3−[3−(ジメトキシメチルシリル)プロピル]−1−エチル−1,2,3,4−テトラヒドロピリミジン、1−(2−エトキシエチル)−3−[3−(トリメトキシシリル)プロピル]イミダゾリジン、(2−{3−[3−(トリメトキシシリル)プロピル]テトラヒドロピリミジン−1−イル}エチル)ジメチルアミン、1−[3−(トリエトキシシリル)プロピル]−4−(トリメチルシリル)ピペラジン、1−[3−(ジメトキシメチルシリル)プロピル]−4−(トリメチルシリル)ピペラジン、1−[3−(トリブトキシシリル)プロピル]−4−(トリメチルシリル)ピペラジン、1−[3−(ジエトキシエチルシリル)プロピル]−3−(トリエチルシリル)イミダゾリジン、1−[3−(トリエトキシシリル)プロピル]−3−(トリメチルシリル)イミダゾリジン、1−[3−(ジメトキシメチルシリル)プロピル]−3−(トリメチルシリル)ヘキサヒドロピリミジン、1−[3−(トリエトキシシリル)プロピル]−3−(トリメチルシリル)ヘキサヒドロピリミジン、1−[4−(トリエトキシシリル)ブチル]−4−(トリメチルシリル)ピペラジン等が挙げられる。
これらの中でも1−[3−(トリエトキシシリル)プロピル]−4−メチルピペラジン、1−[3−(トリメトキシシリル)プロピル]−3−メチルイミダゾリジン、1−[3−(トリエトキシシリル)プロピル]−3−メチルヘキサヒドロピリミジン、1−[3−(トリエトキシシリル)プロピル]−4−(トリメチルシリル)ピペラジン、1−[3−(トリエトキシシリル)プロピル]−3−(トリメチルシリル)イミダゾリジン、1−[3−(トリエトキシシリル)プロピル]−3−(トリメチルシリル)ヘキサヒドロピリミジンが好ましく用いられ、1−[3−(トリエトキシシリル)プロピル]−4−メチルピペラジン、1−[3−(トリエトキシシリル)プロピル]−4−(トリメチルシリル)ピペラジンがより好ましい。
上記式(7)で表される環状アミノ基を有する、ヒドロカルビルオキシシランの具体例を下記に示す。
例えば、2−[3−(トリメトキシシリル)プロピル]−1,3−ジメチルイミダゾリジン、2−(ジエトキシエチルシリル)−1,3−ジエチルイミダゾリジン、2−(トリエトキシシリル)―1,4−ジエチルピペラジン、2−(ジメトキシメチルシリル)−1,4−ジメチルピペラジン、5−(トリエトキシシリル)−1,3−ジプロピルヘキサヒドロピリミジン、5−(ジエトキシエチルシリル)−1,3−ジエチルヘキサヒドロピリミジン、{2−[3−(2−ジメチルアミノエチル)−2−(エチルジメトキシシリル)−イミダゾリジン−1−イル]−エチル}−ジメチルアミン、5−(トリメトキシシリル)−1,3−ビス−(2−メトキシエチル)−ヘキサヒドロピリミジン、5−(エチルジメトキシシリル)−1,3−ビス−(2−トリメチルシリルエチル)−ヘキサヒドロピリミジンル)−1,3−ジメチルイミダゾリジン、2−(3−ジエトキシエチルシリル−プロピル)−1,3−ジエチルイミダゾリジン、2−(3−トリエトキシシリル−プロピル)−1,4−ジエチルピペラジン、2−(3−ジメトキシメチルシリル−プロピル)−1,4−ジメチルピペラジン、5−(3−トリエトキシシリル−プロピル)−1,3−ジプロピルヘキサヒドロピリミジン、5−(3−ジエトキシエチルシリル−プロピル)−1,3−ジエチルヘキサヒドロピリミジン、{2−[3−(2−ジメチルアミノエチル)−2−(3−エチルジメトキシシリル−プロピル)−イミダゾリジン−1−イル]−エチル}−ジメチルアミン、5−(3−トリメトキシシリル−プロピル)−1,3−ビス−(2−メトキシエチル)−ヘキサヒドロピリミジン、5−(3−エチルジメトキシシリル−プロピル)−1,3−ビス−(2−トリメチルシリルエチル)−ヘキサヒドロピリミジン、2−[3−(トリメトキシシリル)プロピル]−1,3−ビス(トリメチルシリル)イミダゾリジン、2−(ジエトキシエチルシリル)−1,3−ビス(トリエチルシリル)イミダゾリジン、2−(トリエトキシシリル)−1,4−ビス(トリメチルシリル)ピペラジン、2−(ジメトキシメチルシリル)−1,4−ビス(トリメチルシリル)ピペラジン、5−(トリエトキシシリル)−1,3−ビス(トリプロピルシリル)ヘキサヒドロピリミジン等が挙げられる。
これらの中でも、2−[3−(トリメトキシシリル)プロピル]−1,3−ジメチルイミダゾリジン、2−[3−(トリメトキシシリル)プロピル]−1,3−(ビストリメチルシリル)イミダゾリジンが好ましい。
1が保護された1級、もしくは2級アミンである場合、、例えば下記一般式(7)又は下記式(8)で表される化合物が挙げられる。
(式(8)において、R3の定義は式(1)と同様であり、R7'およびR8は各々独立に炭素数1〜20の一価の炭化水素基であり、R9、R10およびR11は、各々独立に炭素数1〜20の一価の炭化水素基であるか、又はそれらの2つは互いに結合してそれらが結合しているケイ素原子と一緒になって環を形成してもよく、fは1〜2の整数であり、gは1〜10の整数である。)
(式(9)において、R3、R7'〜R11の定義は式(8)に同じであり、hは1〜2の整数でる。)
式(8)及び式(9)に関して説明する。
7'及びR8の炭素数1〜20の一価の炭化水素基としては、炭素数1〜20のアルキル基、炭素数2〜20のアルケニル基、炭素数6〜18のアリール基、炭素数7〜18のアラルキル基等が挙げられるが、炭素数1〜20のアルキル基、炭素数6〜18のアリール基が好ましい。炭素数1〜20のアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基等が挙げられる。炭素数6〜18のアリール基としては、例えば、フェニル基、トリル基、ナフチル基等が挙げられる。
9、R10及びR11が炭素数1〜20の一価の炭化水素基である場合、炭素数1〜20のアルキル基、炭素数2〜20のアルケニル基、炭素数6〜18のアリール基、炭素数7〜18のアラルキル基等が挙げられるが、炭素数1〜20のアルキル基、炭素数6〜18のアリール基が好ましい。炭素数1〜20のアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基等が挙げられる。炭素数6〜18のアリール基としては、例えば、フェニル基、トリル基、ナフチル基等が挙げられる。
また、R9、R10及びR11のうち2つが結合して、それらが結合しているケイ素原子と一緒に環を形成している場合、環は4〜7員環であることが好ましい。
さらに、−SiR91011基はケイ素が結合している窒素の保護基となっており、変性反応後に脱保護(加水分解)することにより、一級アミノ基とすることができる。保護基としては、アルキルシリル基が挙げられる。アルキルシリル基としては、例えば、トリメチルシリル基、トリエチルシリル基、トリフェニルシリル基、メチルジフェニルシリル基、エチルメチルフェニルシリル基等が挙げられる。
式(8)で表される化合物の具体例を下記に示す。
N,N−ビス(トリメチルシリル)アミノプロピルトリエトキシシラン、N,N−ビス(トリメチルシリル)アミノエチルトリエトキシシラン及びこれらのトリエトキシシリル化合物に対応するトリメトキシシリル化合物、メチルジエトキシシリル化合物、エチルジエトキシシリル化合物、メチルジメトキシシリル化合物、エチルジメトキシシリル化合物等が挙げられる。
式(9)で表される化合物の具体例を下記に示す。
1−トリメチルシリル−2,2−ジエトキシ−1−アザ−2−シラシクロペンタン及びこれらのジエトキシシリル化合物に対応するジメトキシシリル化合物、メチルエトキシシリル化合物、エチルエトキシシリル化合物、メチルメトキシシリル化合物、エチルメトキシシリル化合物等が挙げられる。
アルコキシ基及びまたはハロゲンと結合したケイ素を含む場合、上記式(5)で表される化合物としては、例えば下記一般式(10)で表される化合物が挙げられる。
(式(10)において、X2およびX3は、ハロゲン原子又は炭素数1〜20のアルコキシ基であり、R12およびR13は、それぞれ、炭素数1〜20の一価の炭化水素基であり、A2およびA3は、それぞれ、単結合又は炭素数1〜20の二価の炭化水素基であり、A4は下記式(11)、(12)、(13)式で表される基である。複数の、X2、X3、R12、R13、A2、A3又はA4が存在するときは、それらは、各々同一であっても異なっていてもよい。iおよびjは、それぞれ0〜3の整数である。kは0〜20の整数であり、kが2以上の場合、(A2−A4−A3)で表される複数の繰り返し単位は、相異なるものであってもよい。なお、式(10)で表される化合物において、ハロゲン原子の数及び炭素数1〜20のアルコキシ基の数の合計は5以上であり、アルコキシ基の数は2以上である。)
(式(11)において、X4はハロゲン原子又は炭素数1〜20のアルコキシ基である。R14は炭素数1〜20の一価の炭化水素基である。複数のX4又はR14が存在するときは、それらは、それぞれ同一であっても異なっていてもよい。lは0〜2の整数であり、mは0〜20の整数である。mが2以上の場合、(SiX4 l14 2-l)で表される複数の繰り返し単位は、相異なるものであってもよい。なお、A4が式(11)で表される場合、[i+(h×m×l)+jは5以上の整数である。)
(式(12)において、R15は水素原子又は炭素数1〜20の一価の炭化水素基である。なお、A4が式(12)で表される場合、(i+j)は5又は6である。)
(式(13)において、A5は単結合又は炭素数1〜20の二価の炭化水素基であり、X5はハロゲン原子又は炭素数1〜20のアルコキシ基である。R16は炭素数1〜20の一価の炭化水素基である。複数のX5又はR16が存在するときは、それらは、各々同一であっても異なっていてもよい。qは0〜3の整数である。なお、A4が式(13)で表される場合、[i+(k×q)+j]は5以上の整数である。)
2及びX3はハロゲン原子又は炭素数1〜20のアルコキシ基である。X2またはX3が複数存在する場合、各々同一であっても異なっていてもよいが、X2及びX3が同一、即ちいずれもハロゲン原子であるか又はいずれも炭素数1〜20のアルコキシ基であることが好ましい。
ハロゲン原子としては、特に限定されないが、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等が挙げられる。
アルコキシ基の炭素数は、1〜10が好ましく、1〜6がより好ましい。
アルコキシ基としては、例えば、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基、ペントキシ基、ヘキソキシ基等が挙げられる。これらの中で、活性末端を有する重合体との反応時間を短時間で終了させる観点から、メトキシ基及びエトキシ基が好ましい。
12及びR13の炭素数1〜20の一価の炭化水素基としては、炭素数1〜20のアルキル基、炭素数3〜6のシクロアルキル基、炭素数6〜20のアリール基、炭素数7〜20のアラルキル基等が挙げられる。
炭素数1〜20のアルキル基としては、例えば、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、sec−ブチル基、tert−ブチル基、n−ペンチル基、n−ヘキシル基、n−ヘプチル基、n−オクチル基、n−ノニル基、n−デシル基等が挙げられる。
炭素数3〜6のシクロアルキル基としては、例えば、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等が挙げられる。
炭素数6〜20のアリール基としては、例えば、フェニル基、1−ナフチル基、2−ナフチル基等が挙げられる。
炭素数7〜20のアラルキル基としては、例えば、ベンジル基、2−フェニルエチル基、3−フェニルエチル基等が挙げられる。
これらの中でも、炭素数1〜20のアルキル基であることが好ましく、炭素数1〜10のアルキル基であることがより好ましい。これらの中でも、メチル基又はエチル基が好ましい。なお、これらのアルキル基、アラルキル基、アリール基は、任意の位置に置換基を有していてもよい。
12及びR13は、互いに同一であっても異なっていてもよく、R12またはR13が複数存在する場合、各々同一であっても異なっていてもよい。
2及びA3は、それぞれ、単結合又は炭素数1〜20の二価の炭化水素基であり、互いに同一であっても異なっていてもよい。A2又はA3が複数存在する場合、各々同一であっても異なっていてもよい。
2又はA3が単結合である場合、式(10)はケイ素とA4が直接結合した下記式(14)、式(15)、式(16)で表すことができる。
(式(14)、式(15)、式(16)において、X2、X3、R12、R13、A4、k、i、jの定義は式(10)と同じである。また、式(14)においてA3'、式(15)においてA2'は、炭素数1〜20の二価の炭化水素基である。)
2及びA3が炭素数1〜20の二価の炭化水素基である場合、炭素数1〜20のアルキレン基、炭素数2〜20のアルキリデン基、炭素数3〜6のシクロアルキレン基、炭素数6〜20のアリーレン基、炭素数7〜20のアルキルアリーレン基、炭素数7〜20のアリールアルキレン基等が挙げられる。なお、炭素数1〜20のアルキレン基には、炭素数1〜20の直鎖状アルキレン基、炭素数3〜20の分岐状アルキレン基を含む。
炭素数1〜20の直鎖状アルキレン基としては、例えば、メチレン基、エチレン基、n−プロピレン基等が挙げられる。
炭素数3〜20の分岐状アルキレン基としては、例えばイソプロピレン基等が挙げられる。
炭素数2〜20のアルキリデン基としては、例えば、エチリデン基、イソプロピリデン基、ビニリデン基等が挙げられる。
炭素数3〜6のシクロアルキレン基としては、例えば、シクロヘキシレン基等が挙げられる。
炭素数6〜20のアリーレン基としては、例えば、フェニレン基等が挙げられる。
2及びA3は単結合又は炭素数1〜20の直鎖状アルキレン基であることが好ましく、単結合又は炭素数1〜6の直鎖状アルキレン基であることがより好ましい。
式(10)において、A4は式(11)、式(12)、式(13)で表される基である。A4が複数存在する場合、各々同一であっても異なっていてもよい。
ここで、式(11)、式(12)、式(13)に関して具体的に説明する。
まず、式(11)に関して説明する。
4はハロゲン原子又は炭素数1〜20のアルコキシ基であり、具体例としては、X2及びX3に関して例示したものと同様のものが挙げられる。
14は炭素数1〜20の一価の炭化水素基であり、具体例としては、R12及びR13に関して例示したものと同様のものが挙げられる。
なお、X4又はR14が複数存在する場合、各々同一であっても異なっていてもよい。
lは0〜2の整数であり、mは0〜20の整数である。mは0〜10の整数であることが好ましく、1〜3の整数であることがより好ましく、1であることが特に好ましい。mが2以上の場合、−(SiX4lR14 2-l)−で表される複数の繰り返し単位は、相異なるものであってもよい。なお、A4が式(11)で表される場合、[i+(h×m×l)+jは5以上の整数である。
次に、式(12)に関して説明する。
15は水素原子又は炭素数1〜20の一価の炭化水素基である。炭素数1〜20の一価の炭化水素基の具体例としては、R14及びR13に関して例示したものと同様のものが挙げられる。なお、A4が式(12)で表される場合、(i+j)は5又は6である。
最後に式(13)に関して説明する。
5は単結合又は炭素数1〜20の二価の炭化水素基である。炭素数1〜20の二価の炭化水素基の具体例としては、A2及びA3に関して例示したものと同様のものが挙げられる。
5はハロゲン原子又は炭素数1〜20のアルコキシ基であり、具体例としては、X2及びX3に関して例示したものと同様のものが挙げられる。
16は炭素数1〜20の一価の炭化水素基であり、具体例としては、R12及びR13に関して例示したものと同様のものが挙げられる。
なお、X5又はR16が複数存在する場合、各々同一であっても異なっていてもよい。
qは0〜3の整数である。なお、A4が式(13)で表される場合、[i+(k×q)+j]は5以上の整数である。
式(10)において、X2及びX3がいずれも炭素数1〜20のアルコキシ基である場合に関して説明する。
式(10)において、X2及びX3がいずれも炭素数1〜20のアルコキシ基である場合、A4は式(11)、式(12)、式(13)で表される基であることが好ましい。
この場合、式(11)において、X4は炭素数1〜20のアルコキシ基であることが好ましく、炭素数1〜10のアルコキシ基であることがより好ましい。
式(13)において、X5は炭素数1〜20のアルコキシ基であることが好ましく、炭素数1〜10のアルコキシ基であることがより好ましく、炭素数1〜6のアルコキシ基であることが特に好ましい。
これらの場合、式(10)で表される変性剤は、アルコキシシラン化合物である。
式(12)で表される基の具体例としては、メチルイミノ基、エチルイミノ基、プロピルイミノ基、フェニルイミノ基、ベンジルイミノ基等が挙げられる。
式(13)で表される基の具体例としては、トリメトキシシリルプロピルイミノ基、トリエトキシシリルプロピルイミノ基等が挙げられる。
式(10)がアルコキシシラン化合物である場合に関して説明する。
式(10)がアルコキシシラン化合物である場合、1分子中に5個以上のアルコキシ基を有することが好ましく、5〜10個のアルコキシ基を有することがより好ましく、6〜9個のアルコキシ基を有することが更に好ましく、6個のアルコキシ基を有することが特に好ましい。
本発明の変性剤として好ましいアルコキシシラン化合物として、下記式(18)、式(19)、式(20)が挙げられる。
式((18)、式(19)、式(20)において、X4、X5及びX6は炭素数1〜20のアルコキシ基であり、X2、X3またはX5が複数存在する場合、各々同一であっても異なるものであってもよい。
12の定義は前記式(10)と同じであり、R16は、炭素数1〜20の炭化水素基であり、炭素数1〜6の炭化水素基であることが好ましく、炭素数1〜3の炭化水素基であることがより好ましい。
15は炭素数1〜20の炭化水素基であり、炭素数1〜10の炭化水素基であることが好ましい。
6〜A11は単結合、炭素数1〜20のポリメチレン基(−(CH2)u−)、アリーレン基又はシクロアルキレン基である。A6〜A11において、メチレン基の数uは、同一であっても異なっていてもよい。また、sは1〜8の整数であることが好ましい。
式(18)、式(19)において、rは2又は3であり、式(20)において、t及びsは、それぞれ0〜3の整数であり、(s+t)は2〜6の整数である。
式(18)で表される化合物の具体例を下記に示す。
ヘキサエトキシジシラン、ビス(トリエトキシシリル)メタン、ビス(トリエトキシシリル)エタン、ビス(トリエトキシシリル)プロパン、ビス(トリエトキシシリル)ブタン、ビス(トリエトキシシリル)ヘプタン、ビス(トリエトキシシリル)ヘキサン、ビス(トリエトキシシリル)ベンゼン、ビス(トリエトキシシリル)シクロヘキサン、ビス(3−トリエトキシシリルプロピル)エタン及びこれらのトリエトキシシリル化合物に対応するトリメトキシシリル化合物等が挙げられる。
式(19)で表される化合物の具体例を下記に示す。
ビス(3−トリエトキシシリルプロピル)メチルアミン、ビス(3−トリエトキシシリルプロピル)エチルアミン、ビス(3−トリエトキシシリルプロピル)プロピルアミン、ビス(3−トリエトキシシリルプロピル)ブチルアミン、ビス(3−トリエトキシシリルプロピル)フェニルアミン、ビス(3−トリエトキシシリルプロピル)ベンジルアミン、ビス(トリエトキシシリルメチル)メチルアミン、ビス(2−トリエトキシシリルエチル)メチルアミン、ビス(トリエトキシシリルメチル)プロピルアミン、ビス(2−トリエトキシシリルエチル)プロピルアミン及びこれらのトリエトキシシリル化合物に対応するトリメトキシシリル化合物等が挙げられる。
式(20)で表される化合物の具体例を下記に示す。
トリス(トリエトキシシリルメチル)アミン、トリス(2−トリエトキシシリルエチル)アミン、トリス(3−トリエトキシシリルプロピル)アミン及びこれらのトリエトキシシリル化合物に対応するトリメトキシシリル化合物等が挙げられる。
上記式(5)において、R3が単結合であり、A1がR2と結合しているアミンである場合、上記式(5)で表される化合物としては、例えば下記一般式(21)で表される化合物が挙げられる。
(式(21)中、R17〜R19は、各々独立して、炭素数1〜20のアルキル基又は炭素数6〜20のアリール基を表し、R20は炭素数3〜10のアルキレン基を表し、R21は炭素数1〜20のアルキレン基を表し、nは1又は2の整数であり、oは2又は3の整数である。)
上記式(21)で表される変性剤としては、例えば2,2−ジメトキシ−1−(3−トリメトキシシリルプロピル)−1−アザ−2−シラシクロペンタン、2,2−ジエトキシ−1−(3−トリエトキシシリルプロピル)−1−アザ−2−シラシクロペンタン、2,2−ジメトキシ−1−(4−トリメトキシシリルブチル)−1−アザ−2−シラシクロヘキサン、2,2−ジメトキシ−1−(5−トリメトキシシリルペンチル)−1−アザ−2−シラシクロヘプタン、2,2−ジメトキシ−1−(3−ジメトキシメチルシリルプロピル)−1−アザ−2−シラシクロペンタン、2,2−ジエトキシ−1−(3−ジエトキシエチルシリルプロピル)−1−アザ−2−シラシクロペンタン、2−メトキシ,2−メチル−1−(3−トリメトキシシリルプロピル)−1−アザ−2−シラシクロペンタン、2−エトキシ,2−エチル−1−(3−トリエトキシシリルプロピル)−1−アザ−2−シラシクロペンタン、2−メトキシ,2−メチル−1−(3−ジメトキシメチルシリルプロピル)−1−アザ−2−シラシクロペンタン、2−エトキシ,2−エチル−1−(3−ジエトキシエチルシリルプロピル)−1−アザ−2−シラシクロペンタン等が挙げられる。
これらの中でも、変性剤の官能基とシリカ等の無機充填剤との反応性及び相互作用性の観点や、加工性の観点から、nが2、oが3であるものが好ましい。具体的には、2,2−ジメトキシ−1−(3−トリメトキシシリルプロピル)−1−アザ−2−シラシクロペンタン、2,2−ジエトキシ−1−(3−トリエトキシシリルプロピル)−1−アザ−2−シラシクロペンタンが好ましい。
上述した変性剤を、重合活性末端に反応させる際の、反応温度、反応時間等については、特に限定されないが、0〜120℃で、30秒以上反応させることが好ましい。
上述した変性剤は、化合物中のシリル基に結合したアルコキシ基の合計モル数が、重合開始剤のアルカリ金属化合物及び/又はアルカリ土類金属化合物の添加モル数の0.6〜3倍となる範囲であることが好ましく、0.8〜2.5倍となる範囲であることがより好ましく、0.8〜2倍となる範囲であることが更に好ましい。得られる変性共役ジエン系重合体が十分な変性率を得る観点から0.6倍以上とすることが好ましく、加工性改良のために重合体末端同士をカップリングさせ分岐状重合体成分を得ることが好ましいことに加え、変性剤コストの観点から3倍以下とすることが好ましい。
上述した化合物は1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。また上述した化合物が含まれていれば、他の化合物と組み合わせて用いてもよい。
〔(B)成分〕
本実施形態のゴム組成物に用いられる前記共役ジエン系重合体(B)は、特に限定されず、例えば共役ジエン系重合体又はその水素添加物、天然ゴム等が挙げられる。
具体的には、ブタジエンゴム又はその一部を水素添加した重合体、イソプレンゴム又はその一部を水素添加した重合体等が挙げられる。
また共役ジエン系重合体(B)は、例えばアニオン重合開始剤を用いて、共役ジエン化合物を重合させることによって得られる。
共役ジエン系重合体(B)を構成するために用いられる共役ジエン化合物の定義は重合体(A)と同じである。共役ジエン系重合体(B)は、ランダム共重合体であってもブロック共重合体であってもよく、定義は変性重合体(A)と同じである。
また、共役ジエン系重合体(B)中のビニル結合量(結合共役ジエン中の、1,2−結合及び3,4−結合の量)は、特に限定されないが、0〜75モル%であることが好ましく、5〜60モル%であることがより好ましい。ビニル結合量が上記範囲であると、転がり抵抗特性とウェットスキッド抵抗性のバランスが更に優れ、耐摩耗性も満足する加硫物を得ることができる。ここで共役ジエン系重合体(B)がブタジエン重合体である場合には、モレロ法によりブタジエン結合単位中のビニル結合量(1,2−ビニル結合量)を求めることができる。
上述したように、アニオン重合によって共役ジエン系重合体(B)を得る場合、活性末端を有する共役ジエン系重合体を得られ、必要に応じてアルコール、水、炭酸ガスなどを用いて、一般的な方法で活性末端を失活させることができる。また、必要に応じて、活性末端を失活させる前に官能基を有する化合物を反応させてもよい。
官能基を有する化合物とは、アルコキシシリル基、ケトン基、エステル基、アルデヒド基、エポキシ基のうちの少なくとも1種を有していればよい。
アルコキシシリル基を有する化合物の定義は重合体(A)と同じである。
ケトン基を有する化合物としては、例えば、アセトン、ベンゾフェノン、アミノアセトン、アミノベンゾフェノン、アセチルアセトンなどが挙げられる。
エステル基を有する化合物としては、例えば、酢酸メチルエステル、アジピン酸メチルエステル、アジピン酸エチルエステル、メタクリル酸メチルエステル、メタクリル酸エチルなどが挙げられる。
アルデヒド基を有する化合物としては、例えば、ベンズアルデヒド、ピリジンアルデヒドなどが挙げられる。
エポキシ基を有する化合物としては、例えば、下記の一般式(22)により表される。
(R22およびR23は炭素数1〜10の炭化水素基、またはエーテルおよび3級アミンのうち少なくとも1種の基を有する炭素数1〜10炭化水素基、R24およびR25は、水素、炭素数1〜20の炭化水素基、またはエーテルおよび3級アミンのうち少なくとも1種の基を有する炭素数1〜20の炭化水素基、R26は炭素数1〜20の炭化水素基、またはエーテル、3級アミン、エポキシ、カルボニル、ハロゲンのうち少なくとも1種の基を有する炭素数1〜20の炭化水素基であり、pは1〜6である。)
具体的には、4,4’−ジグリシジル−ジフェニルメチルアミン、4,4’−ジグリシジル−ジベンジルメチルアミン等のエポキシ基含有3級アミン、ジグリシジルアニリン、ジグリシジルオルソトルイジン、テトラグリシジルメタキシレンジアミン、テトラグリシジルアミノジフェニルメタン、テトラグリシジル−p−フェニレンジアミン、ジグリシジルアミノメチルシクロヘキサン、テトラグリシジル−1,3−ビスアミノメチルシクロヘキサン等のジグリシジルアミノ化合物、およびこれらアミノ基含有エポキシ化合物のオリゴマーがあげられる。好ましくは分子中にアミノ基および複数のエポキシ基を有する化合物である。より好ましくはジグリシジルアミノ基含有多官能化合物である。特に好適な化合物としては、テトラグリシジル−1,3−ビスアミノメチルシクロヘキサンである。
更に、活性末端にカルボキシル基を導入することができる化合物として、N−メチル−2−ピロリドン、N,N−ジメチルホルムアミド、ニコチンアミド、4,4’−ビス(ジエチルアミノ)ベンゾフェノン、カルバミン酸メチル、N,N−ジエチルカルバミン酸メチル等のカルバミン酸誘導体、イソシアヌル酸、N,N’,N’’−トリメチルイソシアヌル酸等のイソシアヌル酸誘導体及びこれらの誘導体に対応するチオカルボニル含有化合物等を使用することもできる。
〔(C)シリカ〕
本発明のゴム組成物は、(A)成分と(B)成分の合計量100質量部に対し、シリカを5〜150質量部含む。
シリカとしては、乾式シリカ、湿式シリカ、合成ケイ酸塩シリカ等が使用できるが、中でも破壊特性の改良効果並びにウェットスキッド抵抗性の両立効果が最も顕著である湿式シリカが好ましい。
本実施形態の変性共役ジエン系重合体組成物において、実用上良好な耐摩耗性や破壊特性を得る観点から、シリカ系無機充填剤のBET吸着法で求められる窒素吸着比表面積は、170〜300m2/gであることが好ましく、200〜300m2/gであることがより好ましい。
ゴム組成物におけるシリカ系無機充填剤の配合量は、(A)成分と(B)成分の合計量100質量部に対し、5〜150質量部であるが、10〜100質量部が好ましい。
シリカ系無機充填剤の配合量が5質量部未満であると、充填剤の添加効果が発現されず、一方において150質量部を超えると、シリカ系無機充填剤の分散性が劣化し、組成物の加工性が悪化し、かつ機械強度が低下するため好ましくない。
〔ゴム組成物〕
本実施形態のゴム組成物は(A)成分と(B)成分と(C)成分をそれぞれ下記の量で含有する。
(A)成分の量としては、(A)成分と(B)成分の合計量100質量部に対し、30〜95質量部である。ゴム組成物の強度の観点から、より好ましくは50〜90質量部である。
(B)成分の量としては、(A)成分と(B)成分の合計量100質量部に対し、5〜70質量部である。ゴム組成物の強度の観点から、より好ましくは50〜10質量部である。
(C)成分の量としては、(A)成分と(B)成分の合計量100質量部に対し、5〜150質量部である。
本実施形態のゴム組成物は、後述する方法で加硫した際に、成分(A)を由来とする相((A)相)と成分(B)を由来とする相((B)相)が相分離構造を有する。
ここで、成分(A)を由来とする相とは、(A)成分を加硫した結果得られる相、成分(B)を由来とする相とは、(B)成分を加硫した結果得られる相である。ここで、ゴム組成物が成分(A)、成分(B)、成分(C)以外の成分を含む場合は、成分(A)の由来物を含んでいる相を(A)相、成分(B)の由来物を含んでいる相を(B)相とし、それぞれの相は他の成分を含んでいてもよい。
相分離構造を有すること、また(A)相及び(B)相は後述する実施例に記載の方法で確認できる。
(A)相と(B)相は、例えば(A)成分中の芳香族ビニル量が下記式(23)、(24)となるように調整することで、相分離構造を有するようにすることができる。
S≧0.3×V+5 (23)
S≦0.6×V−18 (24)
(式(23)及び(24)中のSは(A)成分中の結合芳香族ビニル量(芳香族ビニル化合物単位の含有量(質量%))であり、Vは(A)成分中のビニル結合量(結合共役ジエン中の、1,2−結合及び3,4−結合の量(モル%))である。)
後述する実施例記載の方法でゴム組成物の任意の面を観察し、相分離構造中、面積が小さい相を島相、面積が大きい方を海相と称する。
ゴム組成物の強度の観点から、加硫したゴム組成物中の(B)相が島相として存在していることがより好ましい。
〔シランカップリング剤〕
また、本実施形態のゴム組成物は、シランカップリング剤を含有させたものとしてもよい。
シランカップリング剤は、ゴム成分とシリカ系無機充填剤との相互作用を緊密にする機能を有しており、ゴム成分及びシリカ系無機充填剤のそれぞれに対する親和性又は結合性の基を有している。
シランカップリング剤としては、例えば、ビス−[3−(トリエトキシシリル)−プロピル]−テトラスルフィド、ビス−[3−(トリエトキシシリル)−プロピル]−ジスルフィド、ビス−[2−(トリエトキシシリル)−エチル]−テトラスルフィド等が挙げられる。
シランカップリング剤の配合量は、上述したシリカ100質量部に対して、0.1〜30質量部が好ましく、0.5〜20質量部がより好ましく、1〜15質量部がさらに好ましい。
シランカップリング剤の配合量が、シリカ100質量部に対して0.1質量部未満であると、有効な配合効果が得られず、30質量部を超えた量は必要ではない。
本実施形態の変性共役ジエン系共重合体組成物は、加硫剤により加硫処理を施した加硫
組成物としてもよい。
〔加硫剤〕
加硫剤としては、例えば、有機過酸化物及びアゾ化合物等のラジカル発生剤、オキシム化合物、ニトロソ化合物、ポリアミン化合物、硫黄、硫黄化合物が使用できる。
硫黄化合物には、一塩化硫黄、二塩化硫黄、ジスルフィド化合物、高分子多硫化合物等が含まれる。
加硫剤の使用量は、通常は、(A)成分と(B)成分の合計量100質量部に対し、0.01〜20質量部であるものとし、0.1〜15質量部が好ましい。
加硫方法としては、従来公知の方法を適用でき、加硫温度は、例えば、120〜200℃、好適には140〜180℃とすることができる。
〔加硫促進剤、加硫助剤〕
また、加硫に際しては、必要に応じて加硫促進剤を用いてもよい。
加硫促進剤としては、従来公知の材料を用いることができ、例えば、スルフェンアミド系、グアニジン系、チウラム系、アルデヒド−アミン系、アルデヒド−アンモニア系、チアゾール系、チオ尿素系、ジチオカルバメート系等の加硫促進剤が挙げられる。また、加硫助剤としては、亜鉛華、ステアリン酸等を使用できる。
加硫促進剤の使用量は、通常、(A)成分と(B)成分の合計量100質量部に対し、0.01〜20質量部であるものとし、0.1〜15質量部が好ましい。
〔ゴム用軟化剤〕
本実施形態のゴム組成物には、加工性の改良を図るために、ゴム用軟化剤を配合してもよい。
ゴム用軟化剤としては、鉱物油、又は液状若しくは低分子量の合成軟化剤が好適である。
ゴムの軟化、増容、加工性の向上を図るために使用されているプロセスオイル又はエクステンダーオイルと呼ばれる鉱物油系ゴム用軟化剤は、芳香族環、ナフテン環、及びパラフィン鎖の混合物であり、パラフィン鎖の炭素数が全炭素中50%以上を占めるものがパラフィン系と呼ばれ、ナフテン環炭素数が30〜45%のものがナフテン系、芳香族炭素数が30%を超えるものが芳香族系と呼ばれている。本実施の形態において用いるゴム用軟化剤としては、ナフテン系及び/又はパラフィン系のものが好ましい。
ゴム用軟化剤の配合量は、(A)成分と(B)成分の合計量100質量部に対し、0〜100質量部が好ましく、10〜90質量部がより好ましく、30〜90質量部がさらに好ましい。ゴム用軟化剤の配合量が前記ゴム成分100質量部に対して100質量部を超えるとブリードアウトを生じやすく、組成物表面にベタツキを生ずるおそれがあるため好ましくない。
〔その他の添加剤〕
本実施形態のゴム組成物は(A)成分と(B)成分以外のゴム成分を含んでもよい。(A)、(B)以外のゴム成分としては、スチレン−ブタジエンブロック共重合体又はその水素添加物、スチレン−イソプレンブロック共重合体又はその水素添加物等のスチレン系エラストマー、アクリロニトリル−ブタジエンゴム又はその水素添加物等が挙げられる。
また、非ジエン系重合体としては、エチレン−プロピレンゴム、エチレン−プロピレン−ジエンゴム、エチレン−ブテン−ジエンゴム、エチレン−ブテンゴム、エチレン−ヘキセンゴム、エチレン−オクテンゴム等のオレフィン系エラストマー、ブチルゴム、臭素化ブチルゴム、アクリルゴム、フッ素ゴム、シリコーンゴム、塩素化ポリエチレンゴム、エピクロルヒドリンゴム、α、β−不飽和ニトリル−アクリル酸エステル−共役ジエン共重合ゴム、ウレタンゴム、多硫化ゴム等が挙げられる。
本実施形態におけるゴム組成物には、本発明の目的を損なわない範囲内で、上述した以外の軟化剤や充填剤、さらに、耐熱安定剤、帯電防止剤、耐候安定剤、老化防止剤、着色剤、滑剤等の各種添加剤を用いてもよい。
充填剤としては、具体的には炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、硫酸アルミニウム、硫酸バリウム等が挙げられる。
目的とする製品の硬さや流動性を調節するために、必要に応じて配合する軟化剤としては、例えば、流動パラフィン、ヒマシ油、アマニ油等が挙げられる。
耐熱安定剤、帯電防止剤、耐候安定剤、老化防止剤、着色剤、潤滑剤としては、公知の材料を適用できる。
〔混練方法〕
(A)成分、(B)成分及び(C)成分とその他の添加物を混合する方法については特に限定されるものではない。
例えば、オープンロール、バンバリーミキサー、ニーダー、単軸スクリュー押出機、2軸スクリュー押出機、多軸スクリュー押出機等の一般的な混和機を用いた溶融混練方法、各成分を溶解混合後、溶剤を加熱除去する方法等が挙げられる。
これらのうち、ロール、バンバリーミキサー、ニーダー、押出機による溶融混練法が生産性、良混練性の観点から好ましい。
また、各成分を一度に混練する方法、複数の回数に分けて混合する方法のいずれも適用可能である。
本実施形態において、シリカを前述の範囲に偏在させるためには、100℃以上の温度で、ゴム成分とシリカを2分間以上練ることが好ましい。
〔加硫工程〕
加硫方法としては、従来公知の方法を適用でき、加硫温度は、通常120〜200℃
であり、好ましくは140〜180℃である。
〔成分(A)に偏在するシリカの量〕
本発明におけるゴム組成物では、(A)相に偏在するシリカの量XAが下記式(1)で表される範囲にある。
0.8×YA×Z/100 ≦ XA < 3.0×YA×Z/100 ・・・(1)
(YAは(A)成分及び(B)成分の合計量100質量部に対する(A)成分の量(質量部)であって、Zは(A)成分及び(B)成分の合計量100質量部に対する(C)の量(質量部)である。)
組成物の転がり抵抗特性の観点からXAはより好ましくは下記の範囲である。
1.0×YA×Z/100 ≦ XA < 2.0×YA×Z/100
更に好ましくは下記の範囲である。
1.1×YA×Z/100 ≦ XA < 1.8×YA×Z/100
例えば、(A)成分と(B)成分の変性剤の種類を制御することにより、(A)相に偏在するシリカの量XAを式(1)の範囲にすることができる。
シリカを前述の範囲に偏在させるためには、100℃以上の温度で、(A)〜(C)成分を2分間以上練ることが好ましい。
〔成分(B)に偏在するシリカの量〕
本発明におけるゴム組成物では、(B)相に偏在するシリカの量XBが下記式(2)で表される範囲にあることが望ましい。
0.05×YB×Z/100 < XB < 1.00×YB・Z/100 ・・・(2)
(YBは(A)成分及び(B)成分の合計量100質量部に対する(B)成分の量(質量部)であって、Zは(A)成分及び(B)成分の合計量100質量部に対する(C)の量(質量部)である。)
組成物の剛性の観点からXBはより好ましくは下記の範囲である。
0.07×YB×Z/100 < XB < 0.70×YB×Z/100
更に好ましくは下記の範囲である。
0.08×YB×Z/100 < XB < 0.60×YB・Z/100
A及びXBは、AFMを用いたゴム組成物の位相像から求めることができる。具体的には、後述する実施例に記載する方法により求めることができる。
〔ゴム組成物の貯蔵弾性率〕
本発明における加硫後のゴム組成物の貯蔵弾性率が、ひずみ0.1%と10%で貯蔵弾性率の差(ΔG’)は、1.0MPa以上であることが望ましい。貯蔵弾性率は50℃における周波数10Hzの条件で後述する実施例記載の方法で測定する。
組成物の剛性の観点から、貯蔵弾性率の差(ΔG’)は、好ましくは1.1MPa以上である。更に好ましくは1.3MPa以上である。
以下、変性共役ジエン系重合体及びこれを用いた組成物について、具体的な実施例と比較例を挙げて説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
〔ゴムの分析方法〕
後述するSBR1〜9、BR1〜9の分析は、下記に示す方法により行った。
(1)結合スチレン量
試料をクロロホルム溶液とし、スチレンのフェニル基によるUV254nmの吸収により、結合スチレン量(質量%)を測定した。測定機器としては、島津製作所製:UV−2450を使用した。
(2)ブタジエン部分のミクロ構造(1,2−ビニル結合量)
試料を二硫化炭素溶液とし、溶液セルを用いて、赤外線スペクトルを600〜1000cm-1の範囲で測定して所定の波数における吸光度によりスチレンブタジエン共重合体の場合はハンプトンの方法の計算式、ブタジエン共重合体の場合はモレロ法の計算式から、ブタジエン部分のミクロ構造(1,2−ビニル結合量)を求めた。測定機器としては、日本分光(株)製:FT−IR230を使用した。
(3)ムーニー粘度
JISK 6300に従い、100℃で1分間余熱し、4分後の粘度を測定した。指数値が小さいほど粘度が小さいことを示す。
〔ゴム組成物の分析方法〕
実施例1〜2、比較例2は、比較例1の値を100として指数化した。実施例3〜6、比較例4は、比較例3の値を100として指数化した。実施例7は比較例5の値を100として指数化した。実施例8は比較例6を、実施例9は比較例7を、実施例10は比較例8を、実施例11は比較例9の値をそれぞれ100として指数化した。
<配合物ムーニー粘度>
ムーニー粘度計を使用し、JIS K6300−1により、第3段混練工程後の配合物を、130℃で予熱を1分間行った後に、ローターを毎分2回転で回転させ4分後の粘度を測定した。指数値が小さいほど粘度が小さく加工性に優れることを示す。
<引張特性>
JIS K6251の引張試験法により、加硫試験片の100%、200%、300%モジュラス、引張伸び、破断強度を測定した。指数値が大きいほど耐破壊性に優れることを示す。
<粘弾性パラメータ>
レオメトリックス・サイエンティフィック社製の粘弾性試験機(ARES)を使用し、ねじりモードで加硫試験片の粘弾性パラメータを測定した。
0℃において周波数10Hz、ひずみ1%で測定したtanδをウェットスキッド抵抗性の指標とした。指数値が大きいほどウェットスキッド抵抗性が良好であることを示す。
また50℃において周波数10Hz、ひずみ3%で測定したtanδを省燃費特性の指標、指数値の小さいほど転がり抵抗特性が良好であることを示す。
また50℃において周波数10Hz、ひずみ3%で測定したG‘(剛性)を操縦安定性の指標とし、数値の大きいほど操縦安定性が良好であることを表す。
また、ひずみ0.1%と10%での貯蔵弾性率(G’)の差をΔG’としてペイン効果の指標とした。指数値の小さいほどシリカ等充填剤の分散性が良いことを示す。
<AFM位相像の測定方法>
シリカ偏在観察は原子間力顕微鏡(AFM)で行った。AFMはBruke AXS社製のDimension Iconを使用した。観察モードはTappingモードとした。カンチレバーは長さ160μm、幅60μm、厚さ3.7μmのSi製矩形型カンチレバーを使用した。カンチレバーはSeiko Instruments社からSI−DF40P2として市販されているものであり、ばね定数は26N/m程度である。使用するカンチレバーは常に新品で探針先端の汚染および摩耗がないものとした。探針の走査速度は0.3〜1Hzとした。
<シリカの偏在の評価方法>
Dimension Icon付属のデータ処理ソフトウェアNanoscope Analysisにて位相像をグレースケール表示で保存した。市販の画像処理ソフトウェアPhotoshop Elementsを用いて、シリカ粒子を白く、(A)相および(B)相を黒く表示するよう測定画像を2値化した(処理A)。ヒストグラム機能を用いて、このときのシリカ粒子の面積比率を算出した。
次に同じ測定画像について、(A)相、(B)相の相分離構造を作成した。Photoshop Elementsで測定画像上に別レイヤーを作成し、(A)相、(B)相の界面曲線を手動でトレースして描画した。シリカで界面が見えない箇所については、同一ドメインに属する界面曲線をなだらかに繋ぐことで補完した。(B)相を黒く、(A)相を透明化した画像を作成した(処理B)
処理Aの画像を処理Bの画像でマスキングし、(A)相に含まれるシリカ粒子のみを表示した(処理C)。ヒストグラム機能を用いて、(A)相に含まれるシリカ粒子の面積比率を算出した。
処理A〜処理Cまでの流れを図1に示した。
全シリカ粒子の面積比率から(A)相中のシリカ粒子の面積比率を引き、(B)相中のシリカ粒子の面積比率を算出した。
下記式により、(A)相に存在するシリカの量XA、(B)相に存在するシリカの量XBをそれぞれ算出した。
A=((A)成分からなる相に含まれるシリカ粒子の面積比率)×Z/100
B=((B)成分からなる相に含まれるシリカ粒子の面積比率)×Z/100
(式中、Zは(A)成分及び(B)成分の合計量100質量部に対するシリカの量である。)
〔SBR−1の製造例〕
内容積40Lで、撹拌機及びジャケットを具備する温度制御が可能なオートクレーブを反応器として使用し、予め不純物を除去した、1,3−ブタジエン1485g、スチレン1320g、シクロヘキサン17.3kg、極性物質として2,2−ビス(2−オキソラニル)プロパン0.78gを反応器へ入れ、反応器内温を52℃に保持した。
重合開始剤として、n−ブチルリチウム37.9mmolを含むシクロヘキサン溶液を反応器に供給した。
重合反応開始後、重合による発熱で反応器内の温度は上昇を始めた。反応器内の温度が72℃(開始温度+20℃)に達したら、後添加ブタジエン495gの供給を毎分82.5g/minで行った。反応器内の温度は更に上昇し、最終的な反応器内の温度は80℃に達した。
反応温度のピーク到達1分後、反応器にテトラメトキシシランを9.6mmol添加し、80℃で5分間変性反応を実施した。
この重合体溶液に、酸化防止剤(BHT)を6.6g添加した後、スチームストリッピングにより溶媒を除去し、乾燥機により乾燥処理を施して、変性共役ジエン系重合体SBR−1を得た。
SBR−1を分析した結果、100℃のムーニー粘度は67であった。また、結合スチレン量は41質量%、ブタジエン結合単位中のビニル結合量(1,2−結合量)は31モル%であった。SBR−1の分析結果を表1に示す。
〔SBR−2〜SBR−6、SBR−8、SBR−9の製造例〕
変性剤をテトラメトキシシランから表1に示す変性剤に変え、変性剤の添加量、極性物質の添加量を変えた以外はSBR−1と同様にしてSBR−2〜SBR−6、SBR−8、SBR−9を得た。SBR−2〜SBR−6、SBR−8、SBR−9の分析結果を表1に示す。
〔SBR−7の製造例〕
内容積40Lで、撹拌機及びジャケットを具備する温度制御が可能なオートクレーブを反応器として使用し、予め不純物を除去した、1,3−ブタジエン1485g、スチレン1320g、シクロヘキサン17.3kg、極性物質として2,2−ビス(2−オキソラニル)プロパン0.94gを反応器へ入れ、反応器内温を52℃に保持した。
重合開始剤として、n−ブチルリチウム29.7mmolを含むシクロヘキサン溶液を反応器に供給した。
重合反応開始後、重合による発熱で反応器内の温度は上昇を始めた。反応器内の温度が72℃(開始温度+20℃)に達したら、後添加ブタジエン495gの供給を毎分82.5g/minで行った。反応器内の温度は更に上昇し、最終的な反応器内の温度は80℃に達した。
反応温度のピーク到達1分後、反応器にテトラグリシジル−1,3−ビスアミノメチルシクロヘキサンを1.1mmol添加し、80℃で1分間変性反応を実施した。その後、1−[3−(トリエトキシシリル)プロピル]−4−メチルピペラジンを14.9mmol添加し、78℃で5分間変性反応を実施した。
この重合体溶液に、酸化防止剤(BHT)を6.6g添加した後、スチームストリッピングにより溶媒を除去し、乾燥機により乾燥処理を施して、変性共役ジエン系重合体SBR−7を得た。SBR−7の分析結果を表1に示す。
〔BR−1の製造例〕
内容積40Lで、撹拌機及びジャケットを具備する温度制御が可能なオートクレーブを反応器として使用し、予め不純物を除去した、1,3−ブタジエン2800g、シクロヘキサン27.3kg、極性物質として2,2−ビス(2−オキソラニル)プロパン0.003gを反応器へ入れ、反応器内温を45℃に保持した。
重合開始剤として、n−ブチルリチウム16.0mmolを含むシクロヘキサン溶液を反応器に供給した。
重合反応開始後、重合による発熱で反応器内の温度は上昇を始め、最終的な反応器内の温度は80℃に達した。反応温度のピーク到達1分後、失活剤としてエタノールを2ml
添加し、80℃で5分間失活反応を実施した。
この重合体溶液に、酸化防止剤(BHT)5.6gを添加した後、スチームストリッピ
ングにより溶媒を除去し、乾燥機により乾燥処理を施して、BR−1を得た。BR−1の分析結果を表2に示した。
〔BR−2の製造例〕
内容積40Lで、撹拌機及びジャケットを具備する温度制御が可能なオートクレーブを反応器として使用し、予め不純物を除去した、1,3−ブタジエン2800g、シクロヘキサン27.3kg、極性物質として2,2−ビス(2−オキソラニル)プロパン0.003gを反応器へ入れ、反応器内温を45℃に保持した。
重合開始剤として、n−ブチルリチウム16.0mmolを含むシクロヘキサン溶液を反応器に供給した。
重合反応開始後、重合による発熱で反応器内の温度は上昇を始め、最終的な反応器内の温度は80℃に達した。反応温度のピーク到達1分後、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノンを16.7mmol添加し、80℃で5分間変性反応を実施した。
この重合体溶液に、酸化防止剤(BHT)5.6gを添加した後、スチームストリッピ
ングにより溶媒を除去し、乾燥機により乾燥処理を施して、BR−2を得た。BR−2の分析結果を表2に示した。
〔BR−3〜BR−7の製造例〕
変性剤を1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノンから表2に示す変性剤に変え、変性剤の添加量、極性物質の添加量を変えた以外はBR−2と同様にしてBR−3〜BR−7を得た。BR−3〜BR−7の分析結果を表2に示す。
〔BR−8の製造例〕
内容積40Lで、撹拌機及びジャケットを具備する温度制御が可能なオートクレーブを反応器として使用し、予め不純物を除去した、1,3−ブタジエン2800g、シクロヘキサン27.3kg、極性物質として2,2−ビス(2−オキソラニル)プロパン0.008gを反応器へ入れ、反応器内温を45℃に保持した。
重合開始剤として、n−ブチルリチウム29.0mmolを含むシクロヘキサン溶液を反応器に供給した。
重合反応開始後、重合による発熱で反応器内の温度は上昇を始め、最終的な反応器内の温度は80℃に達した。
反応温度のピーク到達1分後、反応器に2,2−ジメトキシー1−(3−トリメトキシシリルプロピル)−1−アザー2−シラシクロペンタンを1.1mmol添加し、80℃で1分間変性反応を実施した。その後、1−[3−(トリエトキシシリル)プロピル]−4−メチルピペラジンを14.9mmol添加し、78℃で5分間変性反応を実施した。
この重合体溶液に、酸化防止剤(BHT)を5.6g添加した後、スチームストリッピングにより溶媒を除去し、乾燥機により乾燥処理を施して、BR−8を得た。BR−8の分析結果を表2に示す。
〔BR−9の製造例〕
内容積40Lで、撹拌機及びジャケットを具備する温度制御が可能なオートクレーブを反応器として使用し、予め不純物を除去した、1,3−ブタジエン2800g、シクロヘキサン27.3kg、極性物質として2,2−ビス(2−オキソラニル)プロパン0.008gを反応器へ入れ、反応器内温を40℃に保持した。
重合開始剤として、n−ブチルリチウム30.0mmolを含むシクロヘキサン溶液を反応器に供給した。
重合反応開始後、重合による発熱で反応器内の温度は上昇を始め、最終的な反応器内の温度は80℃に達した。
反応温度のピーク到達1分後、反応器にテトラグリシジル−1,3−ビスアミノメチルシクロヘキサンを1.1mmol添加し、80℃で1分間変性反応を実施した。その後、1−[3−(トリエトキシシリル)プロピル]−4−メチルピペラジンを14.9mmol添加し、78℃で5分間変性反応を実施した。
この重合体溶液に、酸化防止剤(BHT)を5.6g添加した後、スチームストリッピングにより溶媒を除去し、乾燥機により乾燥処理を施して、BR−9を得た。BR−9の分析結果を表2に示す。
〔実施例1〕
以下に示す配合に従い、未加硫ゴム組成物、及び加硫ゴム組成物を得た。
・変性SBR−7:70質量部
・変性BR−7:30質量部
・シリカ(エボニック デグサ社製、商品名「ウルトラジル7000GR」):10質量部
・硫黄:0.79質量部
・加硫促進剤CZ(N−シクロヘキシル−2−ベンゾチアジルスルフィンアミド):0.79質量部
・加硫促進剤Z(ジフェニルグアニジン):0.89質量部
上記した材料を下記の方法により混練して、未加硫ゴム組成物、及び加硫ゴムシートを
得た。
温度制御装置を具備するニーダー(内容量0.5L)を使用し、第一段の混練として、充填率65%、ローター回転数50rpmの条件で、SBR−7とBR−7を30秒練り、その後シリカ系無機充填剤(シリカ)を加えて4分混練した。このとき、ニーダーの温度を制御し、排出温度(配合物)は155〜160℃でゴム組成物を得た。
次に、第二段の混練として、上記で得た配合物を室温まで冷却後、上記ニーダーにて3分混練した。この場合も、混合機の温度制御により排出温度(配合物)を155〜160℃に調整した。そして、ニーダーより上記配合物を排出後、すぐに10インチφオープンロールに配合物を6回通して、シート状の未加硫ゴム組成物を作成し、冷却した後、加工性を評価した。
更に、オーブンを用いて未加硫組成物を70℃×30分加温した後,第三段の混練として、70℃に設定した10インチφオープンロールにて、硫黄、加硫促進剤を加えて混練し、組成物を得た。その後、組成物の残りを160℃×20分間、加硫プレスにて加硫成形して、成形体を得た。得られた成形体の転がり抵抗特性(RR)、ウェットスキッド抵抗性(WET)、破壊特性を評価し、結果を表6に示す。
得られたゴム組成物のAFMを測定し、得られた位相像を図2に示す。また画像解析することにより、SBR−1相中に含まれるシリカの量XAを求め、表5に値を示す。
〔実施例2、比較例3〜4〕
SBR、BRの種類を表3に示すように変えた以外は、実施例1と同様にしてゴム組成物を作成し、性能評価を行った。実施例2、比較例3のAFMの位相像を図3〜4に示す。
〔実施例3〕
以下に示す配合に従い、未加硫ゴム組成物、及び加硫ゴム組成物を得た。
・変性SBR−6:70質量部
・変性BR−6:30質量部
・シリカ(エボニック デグサ社製、商品名「ウルトラジル7000GR」):75質量部
・プロセスオイル(JX日鉱日石エネルギー社製、商品名「NC140」):42質量部
・硫黄:0.79質量部
・加硫促進剤CZ(N−シクロヘキシル−2−ベンゾチアジルスルフィンアミド):0.79質量部
・加硫促進剤Z(ジフェニルグアニジン):0.89質量部
上記した材料を下記の方法により混練して、未加硫ゴム組成物、及び加硫ゴムシートを
得た。
温度制御装置を具備するニーダー(内容量0.5L)を使用し、第一段の混練として、充填率65%、ローター回転数50rpmの条件で、SBR−6とBR−6を30秒練り、その後シリカ系無機充填剤(シリカ)、プロセスオイルを加えて4分混練した。このとき、ニーダーの温度を制御し、排出温度(配合物)は155〜160℃でゴム組成物を得た。
次に、第二段の混練として、上記で得た配合物を室温まで冷却後、上記ニーダーにて3分混練した。この場合も、混合機の温度制御により排出温度(配合物)を155〜160℃に調整した。そして、ニーダーより上記配合物を排出後、すぐに10インチφオープンロールに配合物を6回通して、シート状の未加硫ゴム組成物を作成し、冷却した後、加工性を評価した。
更に、オーブンを用いて未加硫組成物を70℃×30分加温した後,第三段の混練として、70℃に設定した10インチφオープンロールにて、硫黄、加硫促進剤を加えて混練し、組成物を得た。その後、組成物の残りを160℃×20分間、加硫プレスにて加硫成形して、成形体を得た。得られた成形体の転がり抵抗特性、ウェットスキッド抵抗性、シリカの分散、引張特性、操縦安定性、シリカの偏在を評価した。
〔実施例4〜6、比較例3〜4〕
SBR、BRの種類を表3に示すように変えた以外は、実施例3と同様にしてゴム組成物を作成し、性能評価を行った。
〔実施例7〕
以下に示す配合に従い、未加硫ゴム組成物、及び加硫ゴム組成物を得た。
・変性SBR−1:70質量部
・変性BR−1:30質量部
・シリカ(エボニック デグサ社製、商品名「ウルトラジル7000GR」):75質量部
・シランカップリング剤(エボニック デグサ社製、商品名「Si75」):6質量部
・プロセスオイル(JX日鉱日石エネルギー社製、商品名「NC140」):42質量部
・ワックス:(大内新興化学工業社製、商品名「サンノック」):1.5質量部
・老化防止剤(N−イソプロピル−N’−フェニル−p−フェニレンジアミン):2.0質量部
・硫黄:2.2質量部
・加硫促進剤CZ(N−シクロヘキシル−2−ベンゾチアジルスルフィンアミド):1.7質量部
・加硫促進剤Z(ジフェニルグアニジン):2.0質量部
上記した材料を下記の方法により混練して、未加硫ゴム組成物、及び加硫ゴムシートを
得た。
温度制御装置を具備するニーダー(内容量0.5L)を使用し、第一段の混練として、充填率65%、ローター回転数50rpmの条件で、SBR−1とBR−1を30秒練り、シリカ系無機充填剤(シリカ)、シランカップリング剤、プロセスオイルを加えて4分混練した。このとき、ニーダーの温度を制御し、排出温度(配合物)は155〜160℃でゴム組成物を得た。
次に、第二段の混練として、上記で得た配合物を室温まで冷却後、ワックス,及び老化防止剤を加え、上記ニーダーにて3分混練した。この場合も、混合機の温度制御により排出温度(配合物)を155〜160℃に調整した。そして、ニーダーより上記配合物を排出後、すぐに10インチφオープンロールに配合物を6回通して、シート状の未加硫ゴム組成物を作成し、冷却した後、加工性を評価した。
更に、オーブンを用いて未加硫組成物を70℃×30分加温した後,第三段の混練として、70℃に設定した10インチφオープンロールにて、硫黄、加硫促進剤を加えて混練し、組成物を得た。その後、組成物の残りを160℃×20分間、加硫プレスにて加硫成形して、成形体を得た。得られた成形体の転がり抵抗特性、ウェットスキッド抵抗性、シリカの分散、引張特性、操縦安定性、シリカの偏在を評価した。
実施例4、実施例5のゴム組成物のAFMを測定し、得られた位相像を図5〜6に示す。
〔実施例8〜11、比較例5〜9〕
SBR、BRの種類、配合量を表4に示すように変えた以外は、実施例7と同様にしてゴム組成物を作成し、性能評価を行った。
表5及び6より、各実施例のゴム組成物は、ウェットスキッド抵抗性、破壊特性を損なうことなく、転がり抵抗特性と操縦安定性に優れていることが分かった。
本発明の変性共役ジエン系重合体組成物は、タイヤ用トレッドやサイドウォール、履物、工業用品等の各種部材の材料として、産業上の利用可能性を有している。

Claims (7)

  1. (A)アルコキシシリル基を含む官能基を有する、芳香族ビニル化合物単位と共役ジエン系化合物単位を含む重合体30〜95質量部
    (B)共役ジエン系重合体5〜70質量部
    (C)上記(A)成分及び(B)成分の合計量100質量部に対して、シリカ5〜150質量部
    を含むゴム組成物であって、
    加硫後のゴム組成物が(A)成分を由来とする相((A)相)と(B)成分を由来とする相((B)相)からなる相分離構造を有し、
    (A)相に存在するシリカの量XAが下記式(1)で表される範囲にあることを特徴とするゴム組成物。
    0.8×YA×Z/100 ≦ XA < 3.0×YA×Z/100 ・・・(1)
    (YAは(A)成分及び(B)成分の合計量100質量部に対する(A)成分の量(質量部)であって、Zは(A)成分及び(B)成分の合計量100質量部に対する(C)成分の量(質量部)である。)
  2. 前記(B)相が島相として分散していることを特徴とする請求項1に記載のゴム組成物。
  3. 前記(B)相に存在するシリカの量XBが下記式(2)で表される範囲にあることを特徴とする請求項1または2に記載のゴム組成物。
    0.05×YB×Z/100 < XB < 1.00×YB×Z/100 ・・・(2)
    (YBは(A)成分及び(B)成分の合計量100質量部に対する(B)成分の量(質量部)であって、Zは(A)成分及び(B)成分の合計量100質量部に対する(C)の量(質量部)である。)
  4. 前記アルコキシシリル基を含む官能基が窒素原子を含むことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載のゴム組成物。
  5. 前記ゴム組成物の加硫後の、ひずみ0.1%と10%での貯蔵弾性率の差(ΔG’)が1.0MPa以上であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載のゴム組成物。
  6. 前記(B)成分がアルコキシシリル基を含む官能基を有することを特徴とする、請求項1〜5のいずれか一項に記載のゴム組成物。
  7. 前記(B)成分中に存在するシリカの量XBが下記式(3)で表される範囲にあることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載のゴム組成物。
    0.05×YB×Z/100 < XB < 0.70×YB×Z/100 ・・・(3)
    (YBは(A)成分及び(B)成分の合計量100質量部に対する(B)成分の量(質量部)であって、Zは(A)成分及び(B)成分の合計量100質量部に対する(C)成分の量(質量部)である。)
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