JP2015131955A - 変性共役ジエン系重合体の製造方法、変性共役ジエン系重合体、及び変性共役ジエン系重合体組成物 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の変性共役ジエン系重合体の製造方法は、所定の化学式(1)で表される化合物及び有機リチウム化合物を含む重合開始剤を用い、少なくとも共役ジエン化合物を重合して共役ジエン系重合体を得る重合工程と、前記共役ジエン系重合体と所定の化学式(2)で表される化合物を反応させる変性工程と、を有する。
【選択図】なし
Description
[1]
下記化学式(1)で表される化合物及び有機リチウム化合物を含む重合開始剤を用い、少なくとも共役ジエン化合物を重合して共役ジエン系重合体を得る重合工程と、
前記共役ジエン系重合体と下記化学式(2)で表される化合物を反応させる変性工程と、
を有する、変性共役ジエン系重合体の製造方法。
[2]
前記重合開始剤が、前記化学式(1)で表される化合物及び前記有機リチウム化合物を反応させることにより得られ、かつ、下記化学式(3)で表される化合物を含む、[1]に記載の変性共役ジエン系重合体の製造方法。
[3]
前記R1及びR2が、結合して隣接した窒素原子とともに環状構造を形成している、[1]又は[2]に記載の変性共役ジエン系重合体の製造方法。
[4]
前記式(2)中、aが3である、[1]〜[3]のいずれかに記載の変性共役ジエン系重合体の製造方法。
[5]
前記R1及びR2が、合計の炭素数が5の炭化水素基である、[3]に記載の変性共役ジエン系重合体の製造方法。
[6]
下記式(4)で表される、変性共役ジエン系重合体。
[7]
前記R1及びR2が、結合して隣接した窒素原子とともに環状構造を形成している、[6]に記載の変性共役ジエン系重合体。
[8]
前記R1及びR2が、合計の炭素数が5の炭化水素基である、[6]に記載の変性共役ジエン系重合体。
[9]
前記式(4)中、bとcの合計が3である、[7]に記載の変性共役ジエン系重合体。
[10]
[6]〜[8]のいずれかに記載の変性共役ジエン系重合体を20質量%以上含むゴム成分100質量部と、
前記ゴム成分100質量部に対しシリカ系無機充填剤0.5〜300質量部と、
を含む、変性共役ジエン系重合体組成物。
重合工程においては、上記化学式(1)で表される化合物及び有機リチウム化合物を含む重合開始剤を用い、少なくとも共役ジエン化合物を重合して共役ジエン系重合体を得る。化学式(1)で表される化合物を用いることで、開始末端に官能基を有する共役ジエン系重合体を得ることができる。これにより、組成物としたときの低ヒステリシスロス性が良好になる。
本実施形態では、化学式(1)で表される分子内に少なくとも1つ窒素原子を有する化合物及び有機リチウム化合物を含む、所定の重合開始剤を用いる。
本実施形態における重合開始剤は、上記化学式(1)で表される分子内に少なくとも1つ窒素原子を有する化合物を用いる。化学式(1)中のR1及びR2基としては、炭素数1〜12のアルキル基である場合、以下に限定されるものではないが、例えば、メチル、エチル、プロピル、ブチル、オクチル、イソブチル、デシル、ヘプチル等の各基が挙げられる。炭素数3〜14のシクロアルキル基としては、以下に限定されるものではないが、例えば、シクロプロピル、シクロヘキシル等の各基が挙げられる。炭素数6〜20のアリール基としては、以下に限定されるものではないが、例えば、3−フェニル−1−プロピル、フェニル等の各基が挙げられる。
本実施形態で用いる重合開始剤は、有機リチウム化合物を含む。有機リチウム化合物としては、以下に限定されるものではないが、例えば、n−ブチルリチウム、sec−ブチルリチウム、tert−ブチルリチウム、n−プロピルリチウム、iso−プロピルリチウム等が挙げられる。有機リチウム化合物は単独で用いても混合して用いてもよい。
本実施形態で用いる重合開始剤は、前記式(1)と前記有機リチウム化合物を反応させて得られる下記式(3)で表される化合物を含むことが好ましい。
本実施形態で用いる重合開始剤は、上述した重合工程の前に予め調製しておいてもよく、後述する重合を行うための反応器中に供給し、重合と同時、もしくはその前に調製してもよい。調製方法は、従来公知の方法を適用できる。
本実施形態で用いる共役ジエン系重合体は、上述した式(1)で表される化合物及び有機リチウム化合物を含む重合開始剤を用いて、少なくとも共役ジエン化合物を重合することにより得られる。重合工程においては、前述の重合開始剤を、予め所定の反応器で調製しておき、共役ジエン化合物の重合、あるいは共役ジエン化合物と芳香族ビニル化合物との共重合を行う反応器に供給して重合反応を行ってもよいし、後述する重合又は共重合を行うための反応器中で重合開始剤を調製し、その後、この反応器に所定のモノマー類(共役ジエン化合物や芳香族ビニル化合物)を供給して重合又は共重合反応を行ってもよいし、後述する重合又は共重合を行うための反応器中で、重合開始剤の調製とモノマー類の重合又は共重合とを同時に行ってもよい。
共役ジエン化合物としては、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い。これらは1種のみならず2種以上を併用してもよい。
芳香族ビニル化合物としては、共役ジエン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種のみならず2種以上を併用してもよい。
変性前の共役ジエン系重合体の重合工程において、共役ジエン化合物、芳香族ビニル化合物と同時、もしくは重合途中に、多官能芳香族ビニル化合物を用いてもよい。これにより、分子鎖の分岐をコントロールし、コールドフローを防止することができる。多官能芳香族ビニル化合物としては、特に限定されないが、ジビニルベンゼン等が挙げられる。
共役ジエン系重合体の重合反応は、溶媒中で行うことが好ましい。溶媒としては、以下に限定されるものではないが、例えば、飽和炭化水素、芳香族炭化水素等の炭化水素系溶媒が挙げられる。具体的には、ブタン、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン等の脂肪族炭化水素;シクロペンタン、シクロヘキサン、メチルシクロペンタン、メチルシクロヘキサン等の脂環族炭化水素;ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素及びそれらの混合物からなる炭化水素等が挙げられる。
上述した共役ジエン化合物、芳香族ビニル化合物、及び重合溶媒は、それぞれ単独で、あるいはこれらの混合液を、予め重合反応に供する前に、不純物であるアレン類やアセチレン類を、有機金属化合物を反応させ処理しておくこともできる。これにより、前記不純物による重合の阻害を効果的に防止でき、重合体の活性末端量が高濃度となり、よりシャープな分子量分布を達成できる傾向にあり、さらには高い変性率が達成される傾向にあるため好ましい。
共役ジエン系重合体の重合反応においては、極性化合物を添加してもよい。極性化合物は、芳香族ビニル化合物を共役ジエン化合物とランダムに共重合させることができ、共役ジエン部のミクロ構造を制御するためのビニル化剤としても用いることができる。また、重合速度の改善等にも効果がある。
重合温度はリビングアニオン重合が進行する温度であれば、特に限定されないが、0℃以上120℃以下であることが好ましい。すなわち、生産性の観点から、0℃以上であることが好ましく、重合終了後の活性末端に対する変性剤の反応量を充分に確保する観点から、120℃以下であることが好ましい。
本実施形態において、共役ジエン系重合体は、上述した式(3)で表される化合物を重合開始剤とし、アニオン重合反応により成長して得られることが好ましい。特に、共役ジエン系重合体は、リビングアニオン重合による成長反応によって得られる活性末端を有する重合体であることがより好ましい。これにより、高変性率の変性共役ジエン系重合体を得ることができる。
上述した重合工程により得られる共役ジエン系重合体を、不活性溶剤中で更に水素化することによって、二重結合の全部又は一部を飽和炭化水素に変換することができる。その場合、耐熱性、耐候性が向上し、高温で加工する場合の製品の劣化を防止することができる。その結果、自動車用途等種々の用途で一層優れた性能を発揮する。より具体的には、共役ジエン化合物に基づく不飽和二重結合の水素化率(すなわち「水添率」)は、目的に応じて任意に選択でき、特に限定されない。加硫ゴムとして用いる場合には、共役ジエン部の二重結合が部分的に残存していることが好ましい。かかる観点から、重合体中の共役ジエン部の水添率は3〜70%であることが好ましく、5〜65%であることがより好ましく、10〜60%であることがさらに好ましい。なお、水素化率(水添率)は、核磁気共鳴装置(NMR)により求めることができる。
[結合共役ジエン量]
重合工程により得られる共役ジエン系重合体中の結合共役ジエン量は、特に限定されないが、50〜100質量%であることが好ましく、60〜80質量%であることがより好ましい。
また、重合工程により得られる共役ジエン系重合体中の結合芳香族ビニル量は、特に限定されないが、0〜50質量%であることが好ましく、20〜40質量%であることがより好ましい。
共役ジエン結合単位中のビニル結合量は、特に限定されないが、10〜75モル%であることが好ましく、25〜65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、低ヒステリシスロス性とウェットスキッド抵抗性のバランスが更に優れ、耐摩耗性や破壊強度も満足する加硫物を得ることができる。ここで、変性共役ジエン系重合体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。
変性共役ジエン系重合体を構成する共役ジエン系重合体は、単一の共役ジエン化合物の重合体又は異なる種類の共役ジエン化合物の重合体すなわち共重合体、又は共役ジエン化合物と芳香族ビニル化合物の共重合体である。共役ジエン系重合体が共重合体である場合は、ランダム共重合体であってもよいし、ブロック共重合体であってもよい。
本実施形態の変性共役ジエン系重合体がタイヤトレッド用ゴム組成物として用いる場合には、より低ヒステリシスロス性に優れるゴム組成物を得る観点から、共重合体はランダム共重合体であることが好ましい。共役ジエン−芳香族ビニル共重合体である場合には、芳香族ビニル単位が30以上連鎖しているブロックの数が、少ないか又は無いものであることが好ましい。具体的には、共重合体がブタジエン−スチレン共重合体の場合であって、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で評価する場合において、芳香族ビニル単位が30以上連鎖しているブロックが、重合体の総量に対して、好ましくは5質量%以下、より好ましくは3質量%以下である。
ミクロ構造(上記変性共役ジエン系共重合体中の各結合量)が上記範囲にあり、さらに共重合体のガラス転移温度が−45℃〜−15℃の範囲にあるときに、低ヒステリシスロス性とウェットスキッド抵抗性とのバランスにより一層優れた加硫物を得ることができる傾向にある。ガラス転移温度については、ISO22768:2006に従い、所定の温度範囲で昇温しながらDSC曲線を記録し、DSC微分曲線のピークトップ(Inflection point)をガラス転移温度として求めることができる。
変性工程においては、上述した重合工程により得られる共役ジエン系重合体と上述した式(2)で表される化合物(変性剤)を反応させ、変性共役ジエン系重合体を得る。
本実施形態の変性共役ジエン系重合体を、重合体溶液から取得する方法としては、公知の方法を用いることができる。以下に限定されないが、例えば、スチームストリッピング等で溶媒を分離した後、変性共役ジエン系重合体を濾別し、さらにそれを脱水及び乾燥して変性共役ジエン系重合体を取得する方法、フラッシングタンクで濃縮し、さらにベント押し出し機等で脱揮する方法、ドラムドライヤー等で直接脱揮する方法等が挙げられる。
変性工程においては、加硫物としたときに、低ヒステリシスロス性とウェットスキッド抵抗性のバランスに優れ、実用上十分な耐摩耗性や破壊強度を有するものにする観点から、官能基成分を有する重合体(少なくとも片方の末端を変性した重合体)の割合(変性率)は、好ましくは50質量%以上、より好ましくは80質量%以上、より好ましくは85質量%以上、さらに好ましくは90質量%以上、さらにより好ましくは95質量%含有する重合体となるように、変性共役ジエン系重合体を製造することが好ましい。
本実施形態の変性共役ジエン系重合体の分子量は、(重量平均分子量:ポリスチレン換算)は、加工性や後述する変性共役ジエン系重合体組成物の引張特性等の性能の観点から、3万から200万が好ましい。より好ましくは5万〜150万である。また分子量分布(重量平均分子量/数平均分子量)は、加工性や後述する変性共役ジエン系重合体組成物のヒステリシスロス低減の観点から、1.0〜3.0が好ましく、より好ましくは1.1〜2.5である。
本実施形態で得られる変性共役ジエン系重合体は、下記式(4)で表される。
<ゴム用安定剤>
また、本実施形態の変性共役ジエン系重合体は、重合後のゲル生成を防止する観点や、加工時の安定性を向上させる観点から、ゴム用安定剤を添加することが好ましい。ゴム用安定剤は、特に限定されず、公知のものを用いることができるが、例えば、2,6−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシトルエン(BHT)、n−オクタデシル−3−(4’−ヒドロキシ−3’,5’−ジ−tert−ブチルフェノール)プロピネート、2−メチル−4,6−ビス[(オクチルチオ)メチル]フェノール等の酸化防止剤が好ましい。
また、本実施形態の変性共役ジエン系重合体の加工性を更に改善するために、必要に応じて伸展油を変性共役ジエン系共重合体に添加することができる。伸展油を変性共役ジエン系重合体に添加する方法としては、特に限定されないが、伸展油を重合体溶液に加え、混合して、油展共重合体溶液としたものを脱溶媒する方法が好ましい。伸展油としては、以下に限定されるものではないが、例えば、アロマ油、ナフテン油、パラフィン油等が挙げられる。これらの中でも、環境安全上の観点や、オイルブリード防止及びウェットグリップ特性の観点から、IP346法による多環芳香族(PCA)成分が3質量%以下であるアロマ代替油が好ましい。アロマ代替油としては、Kautschuk Gummi Kunststoffe 52(12)799(1999)に示されるTDAE(Treated Distillate Aromatic Extracts)、MES(Mild Extraction Solvate)等の他、RAE(Residual Aromatic Extracts)等が挙げられる。伸展油の添加量は、特に限定されないが、通常は、変性共役ジエン系重合体100質量部に対し、10〜60質量部であり、20〜37.5質量部が好ましい。
本実施形態の変性共役ジエン系重合体組成物は、上述した本実施形態の変性共役ジエン系重合体を20質量%以上含有するゴム成分100質量部と、該ゴム成分100質量部に対してシリカ系無機充填剤0.5〜300質量部とを含有する。
前記ゴム成分としては、本実施形態の変性共役ジエン系重合体以外のゴム状重合体を、本実施形態の変性共役ジエン系重合体と組み合わせて使用できる。
本実施形態の変性共役ジエン系重合体に、シリカ系無機充填剤を分散させることで、加硫物としたときに、低ヒステリシスロス性とウェットスキッド抵抗性とのバランスに優れ、かつ実用上十分な耐摩耗性や破壊強度を有し、優れた加工性を付与できる。
本実施形態の変性共役ジエン系重合体組成物には、カーボンブラックを含有させてもよい。カーボンブラックとしては、以下に限定されないが、例えば、SRF、FEF、HAF、ISAF、SAF等の各クラスのカーボンブラックが使用できる。これらの中でも、窒素吸着比表面積が50m2/g以上、ジブチルフタレート(DBP)吸油量が80mL/100gのカーボンブラックが好ましい。
本実施形態の変性共役ジエン系重合体組成物には、上述したシリカ系無機充填剤やカーボンブラック以外に、金属酸化物や金属水酸化物を含有させてもよい。金属酸化物とは、化学式MxOy(Mは金属原子を表し、x及びyは各々1〜6の整数を表す。)を構成単位の主成分とする固体粒子のことをいい、特に限定されるものではないが、例えば、アルミナ、酸化チタン、酸化マグネシウム、酸化亜鉛等を用いることができる。また金属酸化物と金属酸化物以外の無機充填剤の混合物も用いることができる。金属水酸化物としては、以下に限定されるものではないが、例えば、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、水酸化ジルコニウム等が挙げられる。
本実施形態の変性共役ジエン系重合体組成物には、シランカップリング剤を含有させてもよい。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おり、一般的には、硫黄結合部分とアルコキシシリル基、シラノール基部分を一分子中に有する化合物が用いられる。具体的には、以下に限定されないが、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含有量は、上述したシリカ系無機充填剤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質量部が更に好ましい。シランカップリング剤の配合量が上記範囲であると、シランカップリング剤による上記添加効果を一層顕著なものにできる傾向にある。
本実施形態の変性共役ジエン系重合体組成物には、加工性の改良を図るために、ゴム用軟化剤を含有させてもよい。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。
本実施形態の変性共役ジエン系重合体組成物には、本実施形態の目的を損なわない範囲内で、上述した以外のその他の軟化剤や充填剤、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。その他の軟化剤としては、特に限定されず、公知の軟化剤を用いることができる。その他の充填剤の具体例としては、以下に限定されないが、例えば、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。上記の耐熱安定剤、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、特に限定されず、それぞれ公知の材料を用いることができる。
本実施形態の変性共役ジエン系重合体組成物の製造方法については、特に限定されるものではない。例えば、上述したゴム成分と、シリカ系無機充填材、その他必要に応じて上述した各種材料を、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する方法、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、変性共役ジエン系重合体と各種材料と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。
本実施形態の変性共役ジエン系重合体組成物は、加硫物として好適に用いられる。加硫物は、変性共役ジエン系重合体を、シリカ系無機充填剤や、必要に応じてカーボンブラック等の無機充填剤、変性共役ジエン系重合体以外のゴム状重合体、シランカップリング剤、ゴム用軟化剤、加硫剤、加硫促進剤・助剤等と混合し、加熱して加硫することにより得ることができる。
上述した変性共役ジエン系重合体組成物は、加硫剤、各種配合剤等を加えて架橋し、ゴム組成物として所望のゴム製品の製造に用いることができる。
後述する実施例及び比較例で得られた変性共役ジエン系重合体の試料100mgをクロロホルムで100mLにメスアップし、溶解して測定サンプルとした。島津製作所製:UV−2450を用い、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。
後述する実施例及び比較例で得られた変性共役ジエン系重合体の試料50mgを10mLの二硫化炭素に溶解して測定サンプルとした。溶液セルを用いて、測定装置として、日本分光(株)製:FT−IR230を用い、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ハンプトンの方法の計算式に従いブタジエン部分のミクロ構造(1,2−ビニル結合量(mol%))を求めた。
後述する実施例及び比較例で得られた変性共役ジエン系重合体のムーニー粘度を下記のようにして測定した。ムーニー粘度計(上島製作所社製、「VR1132」)を用い、JIS K6300(ISO289−1)に準拠し、ムーニー粘度を測定した。測定温度は100℃とした。まず、試料を1分間予熱した後、2rpmでローターを回転させ、4分後のトルクを測定してムーニー粘度(ML1+4)とした。
後述する実施例及び比較例で得られた変性共役ジエン系重合体の変性率を、シリカ系ゲルを充填剤としたGPCカラムに変性した成分が吸着する特性を応用することにより測定した。後述する実施例及び比較例で得られた変性共役ジエン系重合体の試料及び低分子量内部標準ポリスチレンを含む試料溶液を、ポリスチレン系ゲルカラムで測定したクロマトグラムと、シリカ系カラムで測定したクロマトグラムとの差分よりシリカカラムへの吸着量を測定し、変性率を求めた。
試料10mg及び標準ポリスチレン5mgを20mLのテトラヒドロフラン(THF)に溶解させた。
THFを溶離液として用い、試料20μLを装置に注入して測定した。カラムは、ガードカラムとして東ソー TSKguardcolumn HHR−Hを使用し、他のカラムとして東ソー TSKgel G6000HHR、TSKgel G5000HHR、TSKgel G4000HHRを使用した。カラムオーブン温度40℃、THF流量1.0mL/分の条件で、東ソー製 HLC8020のRI検出器を用いて測定し、クロマトグラムを得た。
THFを溶離液として用い、試料20μLを装置に注入して測定した。カラムは、デュポン社製:Zorbaxを使用した。カラムオーブン温度40℃、THF流量0.5mL/分の条件で、東ソー製 HLC8020のRI検出器を用いて測定し、クロマトグラムを得た。
ポリスチレン系カラムを用いたクロマトグラムのピーク面積の全体を100として、試料のピーク面積をP1、標準ポリスチレンのピーク面積をP2、シリカ系カラムを用いたクロマトグラムのピーク面積の全体を100として、試料の面積をP3、標準ポリスチレンのピーク面積をP4として、下記式より変性率(%)を求めた。
変性率(%)=[1−(P2×P3)/(P1×P4)]×100
(なお、P1+P2=P3+P4=100)
ポリスチレン系ゲルを充填剤としたカラムを3本連結して用いたGPC(東ソー社製 型式HLC−8020)を使用して、クロマトグラムを測定し、標準ポリスチレンを使用した検量線により分子量(Mw、Mn)を求めた。溶離液としてはテトラヒドロフラン(THF)を使用した。カラムは、ガードカラムとして東ソー TSKguardcolumn HHR−H、他のカラムとして東ソー TSKgel G6000HHR、TSKgel G5000HHR、TSKgel G4000HHRを使用した。オーブン温度40℃、THF流量1.0mL/分の条件で、RI検出器(東ソー製 HLC8020)を用いて分子量の測定を行った。試料は20mLのTHFに対して10mgを溶解し、20μL注入して測定した。
内容積5L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265g、スチレン93g、シクロヘキサン2030g、極性物質として2,2−ビス(2−オキソラニル)プロパン3.8mmolを反応器へ入れ、反応器内温を50℃に保持した。重合開始剤として、ピペリジン(5.10mmol)とn−ブチルリチウム(5.10mmol)を反応させた、1−リチオピペリジン(5.10mmol)の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78℃に達した。反応温度のピーク到達2分後、反応器にトリス(3−トリメトキシシリルプロピル)アミンを0.587mmol添加し、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(2,6−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシトルエン;BHT)1.0g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、変性共役ジエン系重合体(試料A)を得た。
変性剤をトリス(3−トリメトキシシリルプロピル)アミンからトリス(3−トリエトキシシリルプロピル)アミンに替えた以外は、実施例1と同様にして、試料Bを得た。試料Bの分析結果を表1に示す。
ピペリジンを1,3,3‐トリメチル‐6‐アザビシクロ[3.2.1]オクタンに替えた以外は、実施例1と同様にして、試料Cを得た。試料Cの分析結果を表1に示す。
ピペリジンを1,2,3,4−テトラヒドロピリジンに替えた以外は、実施例1と同様にして、試料Dを得た。試料Dの分析結果を表1に示す。
ピペリジンをピロリジンに替えた以外は、実施例1と同様にして、試料Eを得た。試料Eの分析結果を表1に示す。
ピペリジンをヘキサメチレンイミンに替えた以外は、実施例1と同様にして、試料Fを得た。試料Fの分析結果を表1に示す。
変性剤をトリス(3−トリメトキシシリルプロピル)アミンからトリス(3−ジメトキシメチルシリルプロピル)アミンに替え、1−リチオピペリジンの添加量、極性物質の添加量、変性剤の添加量を表1に示すように変えた以外は、実施例1と同様にして、試料Gを得た。試料Gの分析結果を表1に示す。
内容積5L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265g、スチレン93g、シクロヘキサン2030g、極性物質として2,2−ビス(2−オキソラニル)プロパン3.6mmolを反応器へ入れ、反応器内温を50℃に保持した。重合開始剤として、n−ブチルリチウム(4.76mmol)の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2分後、反応器にトリス(3−トリメトキシシリルプロピル)アミンを0.547mmol添加し、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(2,6−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシトルエン;BHT)1.0g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、変性共役ジエン系重合体(試料H)を得た。
変性剤をトリス(3−トリメトキシシリルプロピル)アミンからメチルビス[3‐(トリメトキシシリル)プロピル]アミンに替え、1−リチオピペリジンの添加量、極性物質の添加量、変性剤の添加量を表1に示すように変えた以外は、実施例1と同様にして、試料Iを得た。試料Iの分析結果を表1に示す。
変性剤をメチルビス[3‐(トリメトキシシリル)プロピル]アミンから1,2−ビス(3−トリエトキシシリル)エタンに替えた以外は、実施例1と同様にして、試料Jを得た。試料Jの分析結果を表1に示す。
内容積が10Lであり、内部の高さと直径の比(L/D)が4であり、底部に入口を有し、頂部に出口を有し、攪拌機および温度調整用のジャケットを有するオートクレーブを2基連結した。さらに、2基目の反応器出口下流にスタティックミキサーを1基連結した。予め水分等の不純物を除去した1,3−ブタジエンを、17.1g/分、スチレンを9.6g/分、n−ヘキサンを162.3g/分で混合した。この混合溶液が1基目の反応器に入る直前で、不純物不活性化処理用のn−ブチルリチウムを0.079mmol/分で供給しスタティックミキサーで混合した後、1基目の反応器の底部に連続的に供給した。更に、極性物質として2,2−ビス(2−オキソラニル)プロパンを0.016g/分の速度で、重合開始剤として、予め調整した1−リチオピペリジンとn−ブチルリチウムの混合溶液(1−リチオピペリジンとn−ブチルリチウムのモル比は0.75:0.25とした)を、0.158mmol/分の速度で、1基目反応器の底部へ供給し、反応器内温を73℃に保持した。1基目反応器頂部より重合体溶液を連続的に抜き出し、2基目反応器の底部に連続的に供給し80℃で反応を継続し、さらに2基目の頂部よりスタティックミキサーへ供給した。2基目反応器出口より、変性剤添加前の共重合体溶液を少量抜き出し、酸化防止剤(BHT)をポリマー100gあたり、0.2gとなるように添加した後に溶媒を除去し、110℃のムーニー粘度を測定した結果、60であった。スタティックミキサー中に連続的に流れる共重合体溶液に表2に示す変性剤トリス(3−トリメトキシシリルプロピル)アミンを0.048mmol/分の速度で添加し、変性反応を実施した。スタティックミキサーから流出した重合体溶液に酸化防止剤(BHT)をポリマー100gあたり、0.2gとなるように連続的に添加し、変性反応を終了させ、その後溶媒を除去し、変性共役ジエン系重合体(試料K)を得た。試料Kを分析した結果、110℃のムーニー粘度は155、結合スチレン量は35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41モル%、変性率は91%であった。試料Kの分析結果を表2に示す。
トリス(3−トリメトキシシリルプロピル)アミンをトリス(3−トリエトキシシリルプロピル)アミンに替え、添加量を0.032mmol/分に変えた以外は、実施例15と同様にして、試料Lを得た。試料Lの分析結果を表2に示す。
トリス(3−トリメトキシシリルプロピル)アミンをトリス(3−ジメトキシメチルシリルプロピル)アミンに替え、添加量を0.036mmol/分に変えた以外は、実施例15と同様にして、試料Mを得た。試料Mの分析結果を表2に示す。
1−リチオピペリジンをn−ブチルリチウムに変えた以外は実施例15と同様にして、試料Nを得た。試料Nの分析結果を表2に示す。
上記表1〜2に示す試料(試料A〜N)を原料ゴムとして、以下に示す配合に従い、それぞれの原料ゴムを含有するゴム組成物を得た。
・シリカ(エボニック デグサ社製、商品名「ウルトラジル7000GR」、窒素吸着比表面積:175m2/g):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」(テトラエトキシシリルプロピルジスルフィド):6質量部
・プロセスオイルオイル(JX日鉱日石エネルギー社製、商品名「NC140」):42質量部
・カーボンブラック(東海カーボン社製、商品名「シーストKH(N339)」、ヨウ素吸着量90g/kg、CTAB比表面積95m2/g):5質量部
・亜鉛華(三井金属鉱業社製、商品名「亜鉛華1号」):2.5質量部
・ステアリン酸:1.0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」、帯黄白色粒状、凝固点65℃以上、比重0.93、: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(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(ジフェニルグアニジン):2.0質量部
ムーニー粘度計を使用し、JIS K6300−1により、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。各々の測定値は、実施例8〜14及び比較例4〜6については比較例4を100として、実施例18〜20及び比較例8については比較例8を100として指数化した。値が小さいほど加工性に優れることを示す。
東洋精機製作所製の全自動引張試験機ストログラフAEを使用し、JIS K6251の引張試験法により測定した。各々の測定値は、実施例8〜14及び比較例4〜6については比較例4を100として、実施例18〜20及び比較例8については比較例8を100として指数化した。数値が大きいほど耐破壊性に優れることを示す。
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をウェットグリップ性能の指標とした。値が大きいほどウェットグリップ性能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とした。値が小さいほどヒステリシスロスが小さく、省燃費性能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’を操縦安定性の指標とした。値の大きいほど操縦安定性が良好であることを示す。各々の測定値は、実施例8〜14及び比較例4〜6については比較例4を100として、実施例18〜20及び比較例8については比較例8を100として指数化した。
アクロン摩耗試験機(安田精機製作所製)を使用し、JIS K6264−2に準じて、荷重44.1N、3000回転の摩耗量を測定し、指数化した。指数の大きいほど耐摩耗性が優れることを示す。各々の測定値は、実施例8〜14及び比較例4〜6については比較例4を100として、実施例18〜20及び比較例8については比較例8を100として指数化した。
Claims (10)
- 下記化学式(1)で表される化合物及び有機リチウム化合物を含む重合開始剤を用い、少なくとも共役ジエン化合物を重合して共役ジエン系重合体を得る重合工程と、
前記共役ジエン系重合体と下記化学式(2)で表される化合物を反応させる変性工程と、
を有する、変性共役ジエン系重合体の製造方法。
- 前記R1及びR2が、結合して隣接した窒素原子とともに環状構造を形成している、請求項1又は2に記載の変性共役ジエン系重合体の製造方法。
- 前記式(2)中、aが3である、請求項1〜3のいずれか一項に記載の変性共役ジエン系重合体の製造方法。
- 前記R1及びR2が、合計の炭素数が5の炭化水素基である、請求項3に記載の変性共役ジエン系重合体の製造方法。
- 下記式(4)で表される、変性共役ジエン系重合体。
- 前記R1及びR2が、結合して隣接した窒素原子とともに環状構造を形成している、請求項6に記載の変性共役ジエン系重合体。
- 前記R1及びR2が、合計の炭素数が5の炭化水素基である、請求項6に記載の変性共役ジエン系重合体。
- 前記式(4)中、bとcの合計が3である、請求項7に記載の変性共役ジエン系重合体。
- 請求項6〜8のいずれか一項に記載の変性共役ジエン系重合体を20質量%以上含むゴム成分100質量部と、
前記ゴム成分100質量部に対しシリカ系無機充填剤0.5〜300質量部と、
を含む、変性共役ジエン系重合体組成物。
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