JP2018505943A - ヘテロ原子含有変性ジエンポリマー - Google Patents

ヘテロ原子含有変性ジエンポリマー Download PDF

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Abstract

ヘテロ原子を含む変性ジエンポリマーが開示され、同様にそれらの製造、それらの変性ジエンゴムを含むゴム混合物、ならびにゴム加硫物の製造のためのそれらの使用も開示されており、それらは、特にゴム成形物の製造およびタイヤの製造に役立つ。

Description

本発明は、ヘテロ原子を含む変性ジエンポリマー、それらのポリマーの製造、それらの変性ジエンゴムを含むゴム混合物、ならびにゴム加硫物を製造するためのそれらの使用に関するが、それらは特に、強度に強化されたゴム成形物の製造およびタイヤの製造に役立つ。
タイヤトレッドにおいて望ましい重要な性質としては、乾燥および湿潤表面に対する良好な密着性、および高い摩耗抵抗性が挙げられる。転がり抵抗性および摩耗抵抗性を悪化させることなく、同時にタイヤの滑り抵抗性を改良することは極めて困難である。低転がり抵抗性は、燃料消費量を低下させるためには重要であり、また高摩耗抵抗性は、タイヤの使用寿命を延長させるための決定的な因子である。タイヤトレッドの湿時の滑り抵抗性および転がり抵抗性は、その製造に使用されるゴムの動的/機械的性質に大きく依存する。転がり抵抗性を低下させるためには、高温(60℃〜100℃)で高いレジリエンスを有するゴムが、タイヤトレッドに使用される。その一方で、湿時の滑り抵抗性を低下させるためには、低温(0℃〜23℃)で高い減衰率を有するか、または0℃〜23℃の範囲で低いレジリエンスを有するゴムが有利である。この、こみ入った要求性能を満足させるために、トレッドには各種のゴムの混合物が使用されている。1種または複数の、比較的に高いガラス転移温度を有するゴムたとえばスチレン−ブタジエンゴムと、1種または複数の、比較的に低いガラス転移温度を有するゴムたとえば、高い1,4−cis含量を有するポリブタジエン、または低いスチレン含量および低いビニル含量を有するスチレン−ブタジエンゴム、または溶液重合で調製し、中程度の1,4−cis含量および低いビニル含量を有するポリブタジエンと、の混合物が使用される。
ジエンポリマーの主鎖中(in−chain)および鎖末端(terminal end chain)を官能化させるための方法は存在している。ポリジエンの末端基を変性させる一つの方法では、二重官能化(doubly functionalized)反応剤を使用する。これらでは、たとえば、(特許文献1)または(特許文献2)に記載されているように、極性の官能基を使用してポリジエンと反応させ、その分子の中の第二の極性官能基を充填剤と相互作用させる。官能性のあるアニオン重合開始剤の手段によってポリマー鎖の成長開始時に官能基を導入する方法は、たとえば以下の特許に記載されている:(特許文献3)および(特許文献4)(保護されたヒドロキシル基を含む重合開始剤)、(特許文献5)(チオエーテル含有重合開始剤)、ならびに(特許文献6)および(特許文献7)(重合開始剤として、二級アミンのアルカリ金属アミド)。さらに詳しくは、(特許文献8)には、官能性重合開始剤として二級アミンをインサイチューで使用することが記載されているが、ポリマーの鎖末端の官能化についての記載はない。さらに、ポリマー鎖の末端に官能基を導入するための各種の方法が開発されてきた。たとえば、(特許文献9)には、官能化剤としての4,4’−ビス(ジメチルアミノ)ベンゾフェノンまたはN−メチルカプロラクタムの使用が記載されている。エチレンオキシドおよびN−ビニルピロリドンを使用することも、(特許文献10)から公知である。(特許文献11)および(特許文献12)には、数多くのさらに可能な官能化剤が詳細に説明されている。
今日まで使用されてきた末端官能化剤は、たとえば製造方法が複雑であるとか、それらの反応性が原因で不安定であるとかの、かなりの欠点を伴っている。主鎖中で官能化させるプロセスが使用されることは、かなり稀である。ゴムを主鎖中で官能化させるために使用される官能化剤としては、たとえば(特許文献13)に記載されているような、たとえば、ムーニージャンプを導くための二塩化二硫黄が挙げられる。「ムーニー粘度における段階的上昇(step increase in Mooney viscosity)」および類似の表現、たとえば、「ムーニージャンプされた(Mooney jumped)」または「ムーニージャンプ(Mooney jump)」という表現は、重合の後のポリマーのムーニー粘度(ML1+4@100℃)および/または分岐度の顕著な増大を起こさせるための技術を指している。典型的には、SClを用いてポリマーが変性されて、次の模式的反応式に従った硫黄の橋かけ結合を介したポリマーの分岐が得られる。
Figure 2018505943
そのようにして、分岐度および/またはムーニー粘度(ML1+4@100℃)が上昇する。上に示した反応スキームは、例として、高−cisポリブタジエンスチレン・コポリマーのための「ムーニージャンプ」を表している。この反応は、各種その他のジエン含有ポリマーでも同様に実施することができる。
その変性には、典型的には、硫黄ハロゲン化物、好ましくは二塩化二硫黄、塩化硫黄、臭化硫黄、二塩化硫黄、塩化チオニル、二臭化二硫黄、または臭化チオニルが使用される。「ムーニージャンプ」反応の際に生じる可能性があるゲルの生成を回避する目的で、追加の工程として、重合反応の後に、停止剤、たとえば脂肪酸を用いてポリマーを処理することが実施される。「ムーニージャンプ」は、ポリマー鎖の間での硫黄原子の橋かけ、およびポリマー鎖の中への塩素原子の組み入れを用いた主鎖中の変性に限定され、これは、ゴムと充填剤との間には、ほんのわずかな相互作用しか与えない。
国際公開第01/34658号パンフレット 米国特許第A6992147号明細書 欧州特許第0 513 217B1号明細書 欧州特許第0 675 140B1号明細書 米国特許出願公開第2008/0308204A1号明細書 米国特許第5,792,820号明細書 欧州特許第0 590 490B1号明細書 欧州特許第0 594 107B1号明細書 欧州特許出願公開第0 180 141A1号明細書 欧州特許出願公開第0 864 606A1号明細書 米国特許第4,906,706号明細書 米国特許第4,417,029号明細書 国際公開第2013/189947A1号パンフレット
本発明の目的は、今日まで使用されてきたものの欠点を回避する、変性ジエンポリマーおよびそれを作成するためのプロセスを提供することである。驚くべきことには、本発明によるヘテロ原子を含む変性ジエンポリマーおよびそれらを作成するためのプロセスを使用することによって、先に挙げたような、公知のポリマーの欠点が、今や回避することができるようになった。
本発明においては、式(X)で表される主鎖中の下部構造、
Figure 2018505943
および/または
式(XI)で表される鎖末端の下部構造を含む変性ポリマーが存在し、
−S−R (XI)
ここで、
式(X)においては、
Xは、ハロゲン、好ましくは、Cl、Br、およびIの群から選択されるハロゲンであり、かつ
式(X)および(XI)においては、
は、以下の群から選択される。
− 式(II)の芳香族アミド残基
(R−(C=O)−N(R)−C(R
(II)
[式中、RおよびRは、同一であるかまたは異なっていて、水素残基、1〜16個のC原子、好ましくは1〜8個のC原子を有する直鎖状もしくは分岐状のアルキル残基、フェニル残基、または、5〜8個のC原子を有するシクロアルキル残基である];
− 式(III)のジチアジルジスルフィド残基
Figure 2018505943
[式中、Rは、同一であるかまたは異なっていて、水素残基、ハロゲン、ニトロ、ヒドロキシ、1〜12個のC原子、好ましくは1〜8個のC原子を有する直鎖状もしくは分岐状のアルキル残基、1〜12個のC原子、好ましくは1〜8個のC原子を有する直鎖状もしくは分岐状のアルコキシ残基、フェニル残基、5〜8個のC原子を有するシクロアルキル残基であるか、または共に、式(IV)の環状残基を形成し;
Figure 2018505943
(式中、Rは同一であるかまたは異なっていて、水素残基、ヒドロキシ、1〜12個のC原子、好ましくは1〜8個のC原子を有する直鎖状もしくは分岐状のアルキル残基、1〜12個のC原子、好ましくは1〜8個のC原子を有する直鎖状もしくは分岐状のアルコキシ残基、フェニル残基、または5〜8個のC原子を有するシクロアルキル残基である)];
− 式(V)のビストリアルコキシシリルアルキルポリスルフィド残基
(RO)Si−(CH−(Y)
(V)
[式中、
nは、1〜12、好ましくは1〜6の整数であり;
mは、0〜4、好ましくは0〜2の整数であり;
は、同一であるかまたは異なっていて、水素原子、1〜16個のC原子、好ましくは1〜8個のC原子を有する直鎖状もしくは分岐状のアルキル残基、フェニル残基、または、5〜8個のC原子を有するシクロアルキル残基であり;
Yは、硫黄、式(Via)、(VIb)、(Vic)、(Vid)、または(Vie)の基であり、
−(S−CH−CH
(VIa)
−(S−CH−CH(OH)−CH
(VIb)
−(S−CHOCH−CH
(VIc)
−(S−CH−(C)−CH
(VId)
Figure 2018505943
(式中、
xは、1〜8、好ましくは2〜6の整数であり;
pは、1〜12、好ましくは1〜6の整数であり;
は、同一であるかまたは異なっていて、水素原子、1〜16個のC原子、好ましくは1〜8個のC原子を有する直鎖状もしくは分岐状のアルキル残基、または1〜16個のC原子、好ましくは1〜8個のC原子を有するアルキル残基、フェニル残基、またはフェノキシ残基である)];
− 式(VII)のチウラム残基
(RN−(C=Z)−
(VII)
[式中、
Zは、硫黄または酸素であり、
は、同一であるかまたは異なっていて、水素原子、1〜16個のC原子、好ましくは1〜8個のC原子を有する直鎖状もしくは分岐状のアルキル残基、フェニル残基、または、5〜8個のC原子を有するシクロアルキル残基である];
− 式(VIII)で表されるジチオキサントゲネート残基
10−O−C(=S)−
(VIII)
[式中、
10は、同一であるかまたは異なっていて、水素原子、1〜16個のC原子、好ましくは1〜8個のC原子を有する直鎖状もしくは分岐状のアルキル残基、フェニル残基、または、5〜8個のC原子を有するシクロアルキル残基である];
− 式(IX)で表されるホスホネート残基
(R11−O)(R11−O)P(Z)−
(IX)
[式中、
Zは、硫黄または酸素原子であり、R11は、同一であるかまたは異なっていて、水素原子、1〜16個のC原子、好ましくは1〜8個のC原子を有する直鎖状もしくは分岐状のアルキル残基、フェニル残基、または、5〜8個のC原子を有するシクロアルキル残基である]。
さらなる変性ポリマーには、式(XII)で表される、ポリマー鎖の間の硫黄橋かけが含まれていてもよい。
Figure 2018505943
そしてその変性ポリマーが、たとえば、ジエンポリマーであるか、または少なくとも1種の共役ジエンモノマー、もしくは少なくとも1種の共役ジエンモノマーと少なくとも1種のビニル−芳香族コモノマーとを共重合させることにより得られるジエンコポリマーであるような場合には、そのポリマーが、ポリブタジエン、またはブタジエン−スチレン・コポリマーであるのが好ましい。
本発明のまた別の実施態様においては、変性ポリマーを製造するためのプロセス、さらにはそのプロセスによって得られる変性ポリマーが存在し、それに含まれるのは、ジエンポリマーをハロゲン化スルフィド系有機化合物と反応させる工程であるが、そのハロゲン化スルフィド系有機化合物は、ハロゲンを、一般式(I−a)および/または(I−b)および/または(I−c)を有するスルフィド系化合物と反応させることにより形成される
−S−S−R
(I−a)
−S−(S)−S−R(ここで、1≦n≦8)
(I−b)
−SH
(I−c)
ここで、Rは、同一であるかまたは異なっていて、以下のものからなる群より選択される:
− 式(II)の芳香族アミド残基
(R−(C=O)−N(R)−C(R
(II)
[式中、RおよびRは、同一であるかまたは異なっていて、水素残基、1〜16個のC原子、好ましくは1〜8個のC原子を有する直鎖状もしくは分岐状のアルキル残基、フェニル残基、または、5〜8個のC原子を有するシクロアルキル残基である];
− 式(III)のジチアジルジスルフィド
Figure 2018505943
[式中、Rは、同一であるかまたは異なっていて、水素残基、ハロゲン、ニトロ、ヒドロキシ、1〜12個のC原子、好ましくは1〜8個のC原子を有する直鎖状もしくは分岐状のアルキル残基、1〜12個のC原子、好ましくは1〜8個のC原子を有する直鎖状もしくは分岐状のアルコキシ残基、フェニル残基、5〜8個のC原子を有するシクロアルキル残基であるか、または共に、式(IV)の環状残基を形成し;
Figure 2018505943
(式中、Rは同一であるかまたは異なっていて、水素残基、ヒドロキシ、1〜12個のC原子、好ましくは1〜8個のC原子を有する直鎖状もしくは分岐状のアルキル残基、1〜12個のC原子、好ましくは1〜8個のC原子を有する直鎖状もしくは分岐状のアルコキシ残基、フェニル残基、または5〜8個のC原子を有するシクロアルキル残基である)];
− 式(V)のビストリアルコキシシリルアルキルポリスルフィド残基
(RO)Si−(CH−(Y)
(V)
[式中、
nは、1〜12、好ましくは1〜6の整数であり;
mは、0〜4、好ましくは0〜2の整数であり;
は、同一であるかまたは異なっていて、水素原子、1〜16個のC原子、好ましくは1〜8個のC原子を有する直鎖状もしくは分岐状のアルキル残基、フェニル残基、または、5〜8個のC原子を有するシクロアルキル残基であり;
Yは、硫黄、式(Via)、(VIb)、(Vic)、(Vid)、または(Vie)の基であり、
−(S−CH−CH
(VIa)
−(S−CH−CH(OH)−CH
(VIb)
−(S−CHOCH−CH
(VIc)
−(S−CH−(C)−CH2n
(VId)
Figure 2018505943
(式中、
xは、1〜8、好ましくは2〜6の整数であり;
pは、1〜12、好ましくは1〜6の整数であり;
は、同一であるかまたは異なっていて、水素原子、1〜16個のC原子、好ましくは1〜8個のC原子を有する直鎖状もしくは分岐状のアルキル残基、または1〜16個のC原子、好ましくは1〜8個のC原子を有するアルキル残基、フェニル残基、またはフェノキシ残基である)];
式(VII)のチウラム残基
(RN−(C=Z)−
(VII)
[式中、
Zは、硫黄または酸素であり、
は、同一であるかまたは異なっていて、水素原子、1〜16個のC原子、好ましくは1〜8個のC原子を有する直鎖状もしくは分岐状のアルキル残基、フェニル残基、または、5〜8個のC原子を有するシクロアルキル残基である];
− 式(VIII)で表されるジチオキサントゲネート残基
10−O−C(=S)−
(VIII)
[式中、
10は、同一であるかまたは異なっていて、水素原子、1〜16個のC原子、好ましくは1〜8個のC原子を有する直鎖状もしくは分岐状のアルキル残基、フェニル残基、または、5〜8個のC原子を有するシクロアルキル残基である];
− 式(IX)で表されるホスホネート残基
(R11−O)(R11−O)P(Z)−
(IX)
[式中、
Zは、硫黄または酸素原子であり、
11は、同一であるかまたは異なっていて、水素原子、1〜16個のC原子、好ましくは1〜8個のC原子を有する直鎖状もしくは分岐状のアルキル残基、フェニル残基、または、5〜8個のC原子を有するシクロアルキル残基である]。
そのプロセスにはまた別の実施態様が含まれていてもよく、ジエンポリマーをたとえば、ムーニージャンプ官能化剤と反応させるが、そのような反応剤は、硫黄ハロゲン化物、好ましくは二塩化二硫黄、塩化硫黄、臭化硫黄、二塩化硫黄、塩化チオニル、二臭化二硫黄、または臭化チオニルである。「ムーニージャンプ」反応の際に起こりうるゲルの生成を回避するために、重合反応の後で、1種または複数の脂肪酸を用いてポリマーを処理する、追加の工程が実施される。
本発明のまた別の実施態様においては、上で得られた変性ゴム、および1種または複数のゴム助剤、および/またはその変性ポリマーのゴムとは異なる少なくともさらなるゴムを含む、ゴム混合物が存在する。ゴム助剤は一般的には、ゴム組成物の加工性能を改良したり、あるいはゴム組成物の架橋に役だったり、あるいは本発明のゴム組成物から製造される加硫物の物理的性質を改良してその加硫物に意図されている特定の用途に合うようにしたり、あるいはゴムと充填剤との間の相互作用を改良したり、あるいはゴムを充填剤に結合させるに役だったりしている。ゴム助剤の例としては以下のものが挙げられる:架橋剤たとえば、硫黄もしくは硫黄供与化合物、さらには反応促進剤、抗酸化剤、熱安定剤、光安定剤、抗オゾン剤、加工助剤、可塑剤、粘着付与剤、発泡剤、染料、顔料、ワックス、エクステンダー、有機酸、シラン、加硫遅延剤、金属酸化物、エクステンダーオイルたとえば、DAE(Distillate Aromatic Extract)オイル、TDAE(Treated Distillate Aromatic Extract)オイル、MES(Mild Extraction Solvate)オイル、RAE(Residual Aromatic Extract)オイル、TRAE(Treated Residual Aromatic Extract)オイル、およびナフテン系オイルおよび重質ナフテン系オイル、ならびに活性化剤。
また別の実施態様においては、上述の変性ポリマーおよび、100重量部の変性ポリマーを規準にして10〜500重量部の充填剤を含むゴム混合物が存在する。
本発明の変性ポリマーのジエンポリマーは、重合反応、好ましくは溶液アニオン重合または配位触媒の手段による重合のいずれかで調製される。
使用することが可能な共役ジエンモノマーは、その製造のために慣用されている、各種公知のジエンである。例としては以下のものが挙げられる:1,3−ブタジエン、2,3−ジメチル−1,3−ブタジエン、3−ブチル−1,3−オクタジエン、イソプレン、ピペリレン、1,3−ヘキサジエン、1,3−オクタジエン、2−フェニル−1,3−ブタジエン、好ましくは1,3−ブタジエンおよびイソプレン、ならびにそれらの混合物。一つの実施態様においては、1,3−ブタジエンが使用される。
使用することが可能なビニル芳香族モノマーの例としては、以下のものが挙げられる:スチレン、o−、m−および/またはp−メチルスチレン、p−tert−ブチルスチレン、α−メチルスチレン、ビニルナフタレン、ジビニルベンゼン、トリビニルベンゼン、および/またはジビニルナフタレン。一つの実施態様においては、スチレンが使用される。
本発明のまた別の実施態様においては、そのジエンポリマーが、スチレンブタジエン・コポリマーである。
本発明のまた別の実施態様においては、その変性ジエンポリマーの中の共重合されたビニル芳香族モノマーの含量が、0〜60重量%、好ましくは15〜45重量%であり、ジエンの含量が、40〜100重量%、好ましくは55〜85重量%であるが、ここでジエンの中の1,2−結合されたジエン(ビニル含量)が、0.5〜95重量%、好ましくは10〜85重量%であり、そして共重合されたビニル芳香族モノマーとジエンからなる全体が合計して100%である。
溶液アニオン重合反応のための重合開始剤は、アルカリ金属またはアルカリ土類金属をベースとするもの、たとえばn−ブチルリチウムである。ポリマーの微細構造のための公知のランダム化剤または調節剤、たとえばカリウムtert−アミルアルコラート、ナトリウムtert−アミルアルコラート、およびtert−ブトキシエトキシエタンを使用することもまた可能である。このタイプの溶液重合反応は公知であって、たとえば、I.Franta,Elastomers and Rubber Compounding Materials(Elsevier,1989),p.113〜131、およびComprehensive Polymer Science,Vol.4,Part II(Pergamon Press Ltd.,Oxford,1989),p.53〜108などに記載がある。
配位触媒の手段による重合のために使用される触媒は、好ましくは、たとえば欧州特許第B−011184号明細書または欧州特許出願公開第A1245600号明細書に記載されているような、希土類金属の化合物である。重合反応のための公知の各種のZiegler−Natta触媒、たとえばチタン、コバルト、バナジウム、またはニッケル化合物をベースとするもの、またはそうでなければ希土類金属の化合物をベースとするものを使用することもまた可能である。上述のZiegler−Natta触媒は、個別に使用することもできるし、あるいは相互の混合物の形で使用することもできる。
希土類金属の化合物、たとえばセリウム、ランタン、プラセオジム、ガドリニウムまたはネオジムの化合物をベースとするZiegler−Natta触媒を使用するのが好ましいが、ここでそれらは炭化水素中に可溶性である。Ziegler−Natta触媒としては、希土類金属に対応する塩を使用するのが特に好ましく、たとえば、ネオジムのカルボン酸塩、特にネオデカン酸ネオジム、オクタン酸ネオジム、ナフテン酸ネオジム、2,2−ジエチルヘキサン酸ネオジム、または2,2−ジエチルヘプタン酸ネオジム、またはそうでなければ、ランタンに対応する塩、またはプラセオジムに対応する塩である。使用することが可能なZiegler−Natta触媒にはさらに、たとえば欧州特許出願公開第A1025136号明細書および欧州特許出願公開第A1078939号明細書に記載されているような、メタロセンをベースとする触媒系も含まれる。
重合反応は、慣用されるプロセスにより、1段または多段で、それぞれバッチ式または連続式で実施することができる。複数の、直列に接続された、好ましくは少なくとも2基、特には2〜5基の反応器からなるカスケード反応器における、連続の作業手順が好ましい。
重合反応を、溶媒の中で実施することもできる。好ましいのは、不活性な非プロトン性溶媒、たとえば、パラフィン系炭化水素、たとえば各種異性体も含めたペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、デカン、2,4−トリメチルペンタン、シクロペンタン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、エチルシクロヘキサンもしくは1,4−ジメチルシクロヘキサン、または芳香族炭化水素、たとえばベンゼン、トルエン、エチルベンゼン、キシレン、ジエチルベンゼンもしくはプロピルベンゼンである。これらの溶媒は、個別に使用しても、組み合わせて使用してもよい。好ましいのは、シクロヘキサンおよびn−ヘキサンである。極性溶媒とブレンドすることも、同様に可能である。重合反応は、上述の不活性な非プロトン性溶媒の存在下で、場合によっては極性溶媒とブレンドして、実施するのが好ましい。本発明のプロセスにおける溶媒の量は、使用するモノマーの全量100gを規準にして、通常は1000〜100g、好ましくは500〜150gである。言うまでもないことであるが、溶媒を存在させることなく、使用したモノマーを重合させることもまた可能である。
重合温度は広く変化させることが可能ではあるが、通常は0℃〜200℃、好ましくは40℃〜130℃の範囲である。反応時間も同様に、数分から数時間まで広く変化させることができる。重合反応は、通常は約30分間〜8時間まで、好ましくは1〜4時間の時間の間で実施する。常圧で実施することも、あるいは高圧(1〜10bar)で実施することもできる。
不飽和モノマーの重合は、好ましくは、使用したモノマーが完全に転化するまで実施することができる。変性ポリマーで期待される性質の必要性に合わせて、早めに、たとえばモノマーの転化率約80%のところで、重合反応を中断させることもまた可能である。重合反応の後で、所望により、減圧下での蒸留、たとえばフラッシュステージ(flash stage)で未転化のジエンを除去することもできる。
プロセスのまた別の工程において、変性反応で使用するための、ハロゲン化スルフィド系有機化合物または、それぞれ、そのような化合物の混合物を、一般式(I−a)および/または(I−b)および/または(I−c)を用いて、スルフィド系化合物(本明細書においてはスルフィド系有機化合物とも呼んでいる)のハロゲン化反応で形成させる:
−S−S−R
(I−a)
−S−(S)−S−R(ここで、1≦n≦8)
(I−b)
−SH
(I−c)
ここで、
は、同一であるかまたは異なっていて、以下のものからなる群より選択される:
− 式(II)の芳香族アミド残基
(R−(C=O)−N(R)−C(R
(II)
[式中、RおよびRは、同一であるかまたは異なっていて、水素残基、1〜16個のC原子、好ましくは1〜8個のC原子を有する直鎖状もしくは分岐状のアルキル残基、フェニル残基、または、5〜8個のC原子を有するシクロアルキル残基である];
− 式(III)のジチアジルジスルフィド残基
Figure 2018505943
[式中、Rは、同一であるかまたは異なっていて、水素残基、ハロゲン、ニトロ、ヒドロキシ、1〜12個のC原子、好ましくは1〜8個のC原子を有する直鎖状もしくは分岐状のアルキル残基、1〜12個のC原子、好ましくは1〜8個のC原子を有する直鎖状もしくは分岐状のアルコキシ残基、フェニル残基、5〜8個のC原子を有するシクロアルキル残基であるか、または共に、式(IV)の環状残基を形成し;
Figure 2018505943
(式中、Rは同一であるかまたは異なっていて、水素残基、ヒドロキシ、1〜12個のC原子、好ましくは1〜8個のC原子を有する直鎖状もしくは分岐状のアルキル残基、1〜12個のC原子、好ましくは1〜8個のC原子を有する直鎖状もしくは分岐状のアルコキシ残基、フェニル残基、または5〜8個のC原子を有するシクロアルキル残基である)];
− 式(V)のビストリアルコキシシリルアルキルポリスルフィド残基
(RO)Si−(CH−(Y)
(V)
[式中、
nは、1〜12、好ましくは1〜6の整数であり;
mは、0〜4、好ましくは0〜2の整数であり;
は、同一であるかまたは異なっていて、水素原子、1〜16個のC原子、好ましくは1〜8個のC原子を有する直鎖状もしくは分岐状のアルキル残基、フェニル残基、または、5〜8個のC原子を有するシクロアルキル残基であり;
Yは、硫黄、式(Via)、(VIb)、(Vic)、(Vid)、または(Vie)の基であり、
−(S−CH−CH
(VIa)
−(S−CH−CH(OH)−CH
(VIb)
−(S−CHOCH−CH
(VIc)
−(S−CH−(C)−CH
(VId)
Figure 2018505943
(式中、
xは、1〜8、好ましくは2〜6の整数であり;
pは、1〜12、好ましくは1〜6の整数であり;
は、同一であるかまたは異なっていて、水素原子、1〜16個のC原子、好ましくは1〜8個のC原子を有する直鎖状もしくは分岐状のアルキル残基、または1〜16個のC原子、好ましくは1〜8個のC原子を有するアルキル残基、フェニル残基、またはフェノキシ残基である)];
− 式(VII)のチウラム残基
(RN−(C=Z)−
(VII)
[式中、
Zは、硫黄または酸素であり、
は、同一であるかまたは異なっていて、水素原子、1〜16個のC原子、好ましくは1〜8個のC原子を有する直鎖状もしくは分岐状のアルキル残基、フェニル残基、または、5〜8個のC原子を有するシクロアルキル残基である];
− 式(VIII)で表されるジチオキサントゲネート残基
10−O−C(=S)−
(VIII)
[式中、
10は、同一であるかまたは異なっていて、水素原子、1〜16個のC原子、好ましくは1〜8個のC原子を有する直鎖状もしくは分岐状のアルキル残基、フェニル残基、または、5〜8個のC原子を有するシクロアルキル残基である];
− 式(IX)で表されるホスホネート残基
(R11−O)(R11−O)P(Z)−
(IX)
[式中、
Zは、硫黄または酸素原子であり、
11は、同一であるかまたは異なっていて、水素原子、1〜16個のC原子、好ましくは1〜8個のC原子を有する直鎖状もしくは分岐状のアルキル残基、フェニル残基、または、5〜8個のC原子を有するシクロアルキル残基である]。
ハロゲン化させるスルフィド系有機化合物としてはたとえば以下のものが挙げられる:ジスルフィド化合物たとえば、ジ(ベンゾチアゾル−2−イル)ジスルフィド(Vulkacit(登録商標)DM/C)もしくはテトラベンジルチウラムジスルフィド(Perkacit(登録商標)TBzTD)、またはポリスルフィド化合物たとえば、ジ(ジ−(2−エチルヘキシル)チオホスフォネート)ポリスルフィド(Rhenocure(登録商標)SDT/S)。
スルフィド系有機化合物のハロゲン化反応は、公知の各種ハロゲン、限定される訳ではないがたとえば、塩素、臭素、ヨウ素、またはその他の当業者に公知の塩素化剤、たとえば四塩化炭素、N−クロロスクシイミド、塩化シアヌル、オキシ塩化リン、五塩化リン、三塩化リン、塩化スルフリル、塩化チオニル、塩化硫黄たとえばSClを使用して、実施することができる。
そのハロゲン化反応は、スルフィド系有機化合物を規準にして、0.05〜10当量のハロゲン、好ましくは0.5〜5当量のハロゲン、好ましくは0.7〜2.1当量のハロゲンを用いて実施することができる。その反応溶媒は、たとえば、n−ヘキサン、iso−ヘキサン、シクロヘキサンもしくはそれらの混合物、その他各種のアルカン、芳香族化合物たとえばベンゼン、トルエンもしくはキシレン、エーテルたとえばジエチルエーテルもしくはメチル−t−ブチルエーテル、のような各種の非プロトン性溶媒であってよい。上述の溶媒は例として挙げただけで、それらに限定される訳ではない。一つの実施態様においては、ハロゲン化反応の溶媒が、重合反応の溶媒と同じになるように選択される。
ハロゲン化反応は、0℃〜100℃の間の温度で実施すればよいが、これらの温度に限定される訳ではない。一つの実施態様においては、その温度が、重合反応の温度と同じになるように選択される。
また別の工程においては、ハロゲン化スルフィド系有機化合物と重合反応の際に得られた重合混合物とを混合し、相互に反応させるようにして、本発明による変性反応が実施される。
変性反応においては、式(X)で表される主鎖中の下部構造
Figure 2018505943
および/または
式(XI)で表される鎖末端の下部構造を有する変性ポリマーが形成される。
−S−R (XI)
ここで、
式(X)においては、Xは、ハロゲン、好ましくはCl、Br、およびIの群から選択されるハロゲンであり、かつ
式(X)および(XI)においては、
は、先に定義されたものである。
ハロゲン化スルフィド系有機化合物の使用量は、ポリマー材料の変性の、所望される程度に依存する。スルフィド系有機化合物対ポリマーの比率が、0.05〜10phr、特には0.25〜5phrの範囲であるのが好ましいが、ここで1phrとは、100グラムのポリマーを規準にして、1グラムの物質に相当する。
変性反応においては、変性反応に悪影響を与える可能性がある妨害(disruptive)化合物が存在していないのが有利である。このタイプの妨害化合物の例としては、二酸化炭素、酸素、水、アルコール、ならびに有機および無機の酸が挙げられる。
変性反応は、重合反応温度にほぼ相当する温度で実施するのがよい。このことは、変性反応を約0℃〜200℃、好ましくは40℃〜130℃の温度で実施するということを意味している。変性反応は、大気圧または昇圧下(1〜10bar)で同様に実施することができる。
変性反応時間は、広く変化させることができる。一つの実施態様においては、その時間が、約1分〜約1時間の範囲である。
変性反応で生じた変性ポリマーは、一つの実施態様においては、活性水素を含む停止反応剤、たとえばアルコールまたは水または適切な混合物を用いてその反応混合物を処理することによって得られる。その反応混合物に抗酸化剤を添加してから、変性ポリマーを単離するのが有利である。変性ポリマーは、常法に従い、たとえば水蒸気蒸留、または適切な凝集剤、たとえばアルコールを用いた凝集によって単離する。次いでその凝集させたポリマーを、たとえば遠心法または押出し法(extrusion)によって、得られた媒体から除去する。その単離したポリマーから、残存している溶媒およびその他の揮発性成分を、場合によっては減圧下での、加熱、またはブロワーで作成した空気流の中で除去することができる。
本発明における変性されたポリマーの分子量は、広く変化させることができる。一つの実施態様においては、その変性ポリマーの数平均分子量が、約1000〜約2,000,000の範囲である。1,2−結合の含量(ビニル含量)は、好ましくは、0.3〜1重量%である。
その変性反応には、ポリマーへのムーニージャンプがさらに含まれていてもよい。ムーニージャンプでは、ムーニージャンプ反応剤として、硫黄ハロゲン化物、好ましくは二塩化二硫黄、塩化硫黄、臭化硫黄、二塩化硫黄、塩化チオニル、二臭化二硫黄、または臭化チオニルを使用することができる。ムーニージャンプ反応の際にゲルが生成することを回避するために、重合反応の後で、1種または複数の脂肪酸を用いてポリマーを処理する、追加の工程が実施される。一つの実施態様においては、変性ポリマーを、SClと反応させてムーニージャンプさせ、それによって、その変性ポリマーのムーニー粘度を、そのような添加反応をさせなかったポリマーよりも高くなるようにする。ムーニージャンプ法により、ムーニージャンプされた変性ポリマーが得られるが、それには含まれるのは、ポリマー鎖の間で式(XII)で表される硫黄橋かけされた下部構造、
Figure 2018505943
およびさらに、式(X)で表される主鎖中の下部構造
Figure 2018505943
および/または
式(XI)で表される鎖末端の下部構造である。
−S−R (XI)
[式中、
式(XII)および(X)においては、
Xは、ハロゲン、好ましくはCl、Br、およびIの群から選択されるハロゲンであり、かつ
式(X)および(XI)においては、
は、先に定義されたものである。
本発明のまた別の実施態様においては、重合の直後に、反応剤の単離またはその他の仕上げ作業を一切必要とせずに変性反応(すなわち、ポリマーとハロゲン化スルフィド系有機化合物との間の反応)を実施することが可能であり、さらには場合によっては、その変性ポリマー単離またはその他の仕上げ作業を一切必要とせずにさらなるムーニージャンプを直接実施することも考えられる。したがって、本発明はさらに、本発明の変性ポリマーを製造するためのプロセスも提供するが、そこでは、不活性な有機の非プロトン性溶媒の存在下に(ポリマー溶液)共役ジエンモノマーを重合させ、その重合反応で得られたポリマーを、そのポリマー溶液に直接添加したハロゲン化スルフィド系有機化合物と反応させる。さらに、また別の実施態様においては、変性反応から得られた変性ポリマーを、この場合も同様にポリマー溶液に直接添加された、官能化剤、たとえば二塩化二硫黄と反応させてムーニージャンプさせる。
使用するハロゲン化スルフィド系化合物の量は、広く変化させることができる。一つの実施態様においては、重合反応に使用されたモノマー全部の100重量部あたり、重量で約0.05phr〜10phrが使用される。
使用されるムーニージャンプ官能化剤の量は、広く変化させることができる。一つの実施態様においては、重合反応に使用されたモノマー全部の100重量部あたり、重量で約0.01phr〜2phr、好ましくは0.04〜1phrが使用される。
本発明の変性ポリマーは、ゴム混合物の製造、さらには、加硫物の製造、特にタイヤの製造、特に、高い湿時の滑り抵抗性および摩耗抵抗性と組み合わせて、特に低い転がり抵抗性を有するタイヤトレッド、もしくはそれらの層、またはゴム成形物の製造において使用することができる。そのようなゴム混合物には、好ましくは、ゴム助剤(たとえば、コンパウンディング成分、充填剤、染料、顔料、軟化剤、ゴム用薬品、加工助剤、エクステンダー油、および補強剤)、および/または1種または複数のさらなるゴムが含まれる。そのようなゴム混合物を含む加硫可能な組成物が、少なくとも1種の架橋剤、および場合によっては1種または複数の架橋加硫促進剤または加硫剤を含む少なくとも1種の架橋系を含んでいるのが好ましい。
加硫可能なゴム組成物は、一段プロセスでも、あるいは多段プロセスでも製造することができるが、2〜3段の混合段が好ましい。たとえば、硫黄と加硫促進剤とは、別の混合段、たとえばローラーの上で添加することも可能であり、その際の好ましい温度は30〜90℃の範囲である。一つの実施態様においては、加硫物を製造するためのプロセスが存在し、それには、好ましくは成形プロセスの過程を通して、好ましくは100℃〜200℃、より好ましくは120℃〜190℃、特に好ましくは130℃〜180℃の範囲の温度で、加硫可能な組成物を加硫させることが含まれる。
硫黄および加硫促進剤は、最後の混合段で添加するのが好ましい。加硫可能なゴム組成物を製造するのに好適な装置の例としては、ローラー、ニーダー、内部混合物、または混合押出機が挙げられる。したがって、本発明はさらに、変性ポリマーを含む加硫可能なゴム組成物も提供する。
本発明の加硫可能なゴム組成物は、成形物を製造するため、たとえばケーブルシース、ホース、駆動ベルト、コンベア用ベルト、ロールカバー、靴底、ガスケットリング、および制震要素を製造するためにも好適である。さらなるゴムとしては、たとえば、天然ゴムおよび合成ゴムが挙げられる。存在する場合、それらの量は、その混合物の中のポリマーの全量を基準にして、重量で、好ましくは0.5〜95%の範囲内、好ましくは10〜80%の範囲内である。さらに添加されるゴムの量も、本発明の混合物のそれぞれの末端用途によって導き出される。
文献から公知の合成ゴムを、例としてここに列挙する。それらには、なかんずく以下のものが含まれる。
BR:ポリブタジエン
ABR:ブタジエン/アクリル酸C〜C−アルキル・コポリマー
IR:ポリイソプレン
E−SBR:乳化重合法で調製した、重量で、1〜60%、好ましくは20〜50%のスチレン含量を有するスチレン−ブタジエン・コポリマー
S−SBR:溶液重合法で調製した、重量で、1〜60%、好ましくは15〜45%のスチレン含量を有するスチレン−ブタジエン・コポリマー
IIR:イソブチレン−イソプレン・コポリマー
NBR:重量で5〜60%、好ましくは10〜40%のアクリロニトリル含量を有するブタジエン−アクリロニトリル・コポリマー
HNBR:部分水素化または完全水素化NBRゴム
EPDM:エチレン−プロピレン−ジエン・ターポリマー
および上述のゴムの混合物。自動車用タイヤを製造するためには、特に天然ゴム、−60℃より高いガラス転移温度を有するE−SBRおよびS−SBR、高いcis含量(>90%)を有し、Ni、Co、TiまたはNdをベースとする触媒を用いて調製したポリブタジエンゴム、および80%までのビニル含量を有するポリブタジエンゴム、ならびにそれらの混合物が興味深い。
加硫可能なゴム組成物のために有用な充填剤としては、ゴム工業において使用されるあらゆる公知の充填剤が挙げられる。それらには、活性充填剤および不活性充填剤の両方が含まれる。
たとえば、以下のものが挙げられる:
微細シリカ、たとえばケイ酸塩の溶液を沈降させるか、またはハロゲン化ケイ素を火炎加水分解させて製造し、5〜1000、好ましくは20〜400m/g(BET表面積)の比表面積と、10〜400nmの一次粒径とを有するもの。それらのシリカは、場合によっては、他の金属酸化物たとえば、Al、Mg、Ca、Ba、Zn、Zr、Tiの酸化物との混合酸化物として存在させてもよい;
合成ケイ酸塩、たとえばケイ酸アルミニウム、アルカリ土類金属のケイ酸塩、たとえば、ケイ酸マグネシウムもしくはケイ酸カルシウムで、20〜400m/gのBET表面積と、10〜400nmの一次粒子直径とを有するもの;
天然シリケート、たとえばカオリンおよびその他の天然産のシリカ;
ガラス繊維およびガラス繊維製品(マット、ストランド)、またはガラスミクロスフィア;
金属酸化物たとえば、酸化亜鉛、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム;
金属炭酸塩たとえば、炭酸マグネシウム、炭酸カルシウム、炭酸亜鉛;
金属水酸化物たとえば、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム;
金属硫酸塩たとえば、硫酸カルシウム、硫酸バリウム;
カーボンブラック:ここで使用されるカーボンブラックは、ランプブラック法、チャンネルブラック法、ファーネスブラック法、ガスブラック法、サーマルブラック法、アセチレンブラック法、またはライトアーク法によって製造され、9〜200m/gのBET表面積を有するカーボンブラックであって、たとえば、以下のものである;SAF、ISAF−LS、ISAF−HM、ISAF−LM、ISAF−HS、CF、SCF、HAF−LS、HAF、HAF−HS、FF−HS、SPF、XCF、FEF−LS、FEF、FEF−HS、GPF−HS、GPF、APF、SRF−LS、SRF−LM、SRF−HS、SRF−HM、およびMTカーボンブラック、またはASTMのN110、N219、N220、N231、N234、N242、N294、N326、N327、N330、N332、N339、N347、N351、N356、N358、N375、N472、N539、N550、N568、N650、N660、N754、N762、N765、N774、N787、およびN990カーボンブラック;および/または、
ゴムゲル、特にBR、E−SBRおよび/またはポリクロロプレンをベースとし、5〜1000nmの粒径を有するもの。
使用する充填剤が微細シリカおよび/またはカーボンブラックであれば好ましい。
上述の充填剤は、単独で使用しても、あるいは混合物の形で使用してもよい。一つの好ましい実施態様においては、その加硫可能なゴム組成物には、充填剤として、淡色の充填剤たとえば微細シリカとカーボンブラックとの混合物が含まれ、淡色の充填剤対カーボンブラックの混合比が、(0.01:1)から(50:1)まで、好ましくは(0.05:1)から(20:1)までである。
この場合、充填剤は、ゴム100重量部を基準にして、10〜500重量部の範囲の量で使用される。20〜200重量部を使用するのが好ましい。
本発明はさらに、タイヤおよびタイヤ構成部分、ゴルフボール、ならびに工業的ゴム成形品、さらにはゴム−強化プラスチック、たとえばABSプラスチックおよびHIPSプラスチックを製造するための、本発明の変性ポリマーの使用も提供する。本発明の変性ポリマーを、タイヤ製造のための加硫可能なゴム組成物の中で使用する場合、なかんずく、動的減衰および振幅掃引における損失係数tanδの顕著な低下、さらには23℃および60℃での反発弾性の向上、さらには硬度および引張試験における弾性率の向上を認めることができる。
本明細書において、添付の図面を参照しながら本発明の好ましい実施態様を説明してきたが、本発明が、実施態様のままに限定される訳ではなく、また、本発明の範囲および精神から逸脱することなく、各種その他の変更および修正が当業熟練者によって実施されることが可能であるということは理解されたい。以下の実施例は、本発明を説明するのに役立つが、いかなる限定効果を伴うものでもない。
I.ポリマー
本発明実施例1
Fx−PBR1の調製
変性反応剤#1の調製:
Perkacit(登録商標)TBzTD(109g)を、50℃で、脱水ヘキサン(330g)の中に分散させた。塩素ガス(17g)を導入する。その反応混合物を、50℃で30分間撹拌した。それにより、透明で黄色の溶液が得られた。次いで、官能化反応に必要な量を、下記のリビングポリマーセメントと共に、この溶液から重合反応器へ直接仕込んだ。
71.4kgの18.2%リビングポリマー溶液(「セメント」)を、乾燥窒素の不活性条件下に、攪拌機、温度調節およびビュレットを備えた160Lの鋼鉄製反応器に仕込む。セメントのムーニー粘度を調節するために、約300gのセメントを、窒素下に1Lのボトルに移し、100gのエタノールを用いて重合停止させ、0.2gのIrganox(登録商標)1520を用いて安定化させ、ホットミル上100℃で乾燥させて、固体サンプルを得た。得られたセメントのムーニー粘度(ML1+4@100℃)は、42.4MUであった。
243gの変性反応剤#1をビュレットに入れ、混合しながら58℃で反応器に添加した。その反応混合物を30分間撹拌する。次いで、0.2phrのIrganox(登録商標)1520を用いてその混合物を安定化させる。そのポリマー溶液をストリッピングし(pH8〜9)、ゴムを真空中65℃で48時間かけて乾燥させて、残存湿分レベルを0.5%未満とすると、以下の分析データを有していることが見出された:ムーニー粘度(ML1+4@100℃)、52.5MU;ムーニー応力緩和MSR、0.58;溶液粘度、200mPas;およびFT−IRによる微細構造、1,4−cis−BR:97.7%、1,4−trans−BR:1.8%、1.2−ビニル−BR:0.5%。
本発明実施例2
Fx−PBR2の調製
変性反応剤#2の調製:
Vulkacit(登録商標)DM(50g)を、50℃で、シクロヘキサン(400g)の中に分散させた。塩素ガス(12.8g)を導入し、その反応混合物を50℃で30分間撹拌した。それにより、透明な溶液が得られた。官能化反応に必要な量を、下記のリビングポリマーセメントと共に、この溶液から重合反応器へ直接仕込んだ。
実施例1と同様にして、68.1kgの18.2%リビングポリマー溶液セメントを反応器の中に仕込んだ。そのセメントのムーニー粘度(ML1+4@100℃)は46.4MUであった。それに対して63℃で、462gの変性反応剤#2を添加し、その反応混合物を30分間撹拌した。次いで、0.2phrのIrganox(登録商標)1520を用いてその混合物を安定化させた。そのポリマー溶液をストリッピングし(pH8〜9)、ゴムを真空中65℃で48時間かけて乾燥させて、残存湿分レベルを0.5%未満とすると、以下の分析データを有していることが見出された:
ムーニー粘度(ML1+4@100℃)、43.5MU;ムーニー応力緩和MSR、0.75;溶液粘度、184mPas;FT−IRによる微細構造、1,4−cis−BR:97.7%、1,4−trans−BR:1.8%、1.2−ビニル−BR:0.5%。
参照例3
実施例1と同様にして、71.4kgの18.2%リビングポリマー溶液セメントを反応器に仕込み、300gのiso−プロパノールを添加することによって重合を停止させた。その反応器を1時間撹拌した。そのセメントのムーニー粘度(ML1+4@100℃)は33.0MUであった。100gのヘキサンの中に溶解させた3.9gのラウリン酸を添加し、反応器を30分間撹拌した。それに対して、60℃で26gのSClを添加し、その反応混合物を再び30分間撹拌した。次いで、0.2phrのIrganox(登録商標)1520を添加して、その混合物を安定化させた。そのポリマー溶液をストリッピングし(pH8〜9)、ゴムを真空中65℃で48時間かけて乾燥させて、残存湿分レベルを0.5%未満とすると、以下の分析データを有していることが見出された:
ムーニー粘度(ML1+4@100℃)、43.2MU;ムーニー応力緩和MSR、0.55;溶液粘度、157mPas。
本発明実施例4
ムーニージャンプさせたFx−PBR2の調製
実施例2の官能化させたNdBR(Fx−PBR2)の1kgを、不活性雰囲気下で、9kgのヘキサンの中に溶解させた。0.20phrのラウリン酸を添加し、その反応混合物を加熱して65℃とした。3gのSClを徐々に添加し、その反応混合物を30分間撹拌した。その反応物を冷却して周囲温度とし、0.5phrのエポキシ化ダイズ油(ESBO)と0.5phrのVulkanox(登録商標)4020との混合物を添加した。その手順を2回繰り返し、両方の溶液を合わせて最終処理した。その反応生成物を、60Lのエタノールの中で沈殿させ、真空中65℃で48時間乾燥させて残存湿分レベルを0.5%未満とすると、以下の分析データを有していることが見出された:
ムーニー粘度(ML1+4@100℃)、65.7MU;ムーニー応力緩和MSR、0.42。
II:加硫物の試験
加硫物について、下記の標準に従って、以下の物性を求めた:
・ DIN 53505:ショアーA硬度、60℃
・ DIN 53512:反発弾性、60℃
・ DIN 53504:引張試験、100%および300%での応力値(S100およびS300)
・ DIN 53513:Eplexor装置による動的減衰 − Gabo−Testanlagen GmbH(Ahlden,Germany)製のEplexor装置(Eplexor 500N)を使用して、動的性質(−60℃〜0℃の温度範囲における貯蔵弾性率E’の温度依存性、および60℃におけるtanδ)を求めた。それらの値は、DIN 53513に従って、Ares stripについて、−100℃〜+100℃の温度範囲、1K/分の加熱速度、10Hzで求めた。
その方法を使用して、以下の変数を得たが、ここにおける用語はASTM D5992−96に従ったものである。
tanδ(60℃):60℃における損失係数(E’’/E’)、
tanδ(60℃)は、運転条件下におけるタイヤからのヒステリシス損失の目安である。tanδ(60℃)が低くなるほど、タイヤの転がり抵抗性が低下する。
・ DIN 53513−1990:弾性 − MTS製のMTSエラストマー試験システム(MTS Flex Test)を使用して、弾性を求めた。測定は、DIN 53513−1990に従い、円筒状試験片(2サンプル、それぞれ20×6mm)について、全圧縮2mm、温度60℃、測定振動数1Hz、振幅掃引範囲0.1〜40%で実施した。
その方法を使用して、以下の変数を得たが、ここにおける用語はASTM D5992−96に従ったものである。
(15%):15%の振幅掃引での動的弾性率
tanδ(最大値):60℃での全測定範囲における最大の損失係数(G”/G’)。
tanδ(最大)は、運転条件下におけるタイヤからのヒステリシス損失の目安である。tanδ(最大)が低くなるほど、タイヤの転がり抵抗性が低下する。
本発明による各種の変性NdBRと標準のNdBRのポリマームーニーの比較
Figure 2018505943
そのコンパウンド物には以下の物質を使用した。
Figure 2018505943
以下で示される量はすべて、phr(ゴム100部あたりの部数)で表されている。変性NdBR(Fx−PBR1および2)、参照例3、および標準のNdBR Buna(登録商標)CB24(カーボンブラック入り)についての混合物の検討では、以下の物質を使用した。
Figure 2018505943
次に示すのは、BR/カーボンブラック混合物のコンパウンディング物質および加硫物の結果を比較したものである。
Figure 2018505943
次の物質を使用して、変性NdBR(Fx−PBR2および実施例4)および天然ゴムおよびカーボンブラックを含む標準のNdBR Buna(登録商標)CB24の混合物の検討を行った。
Figure 2018505943
次に示すのは、BR/カーボンブラック混合物のコンパウンディング物質および加硫物の結果を比較したものである。
Figure 2018505943
上記の化合物の検討のいずれにおいても、本発明実施例1および2からの変性ポリマー、ならびに本発明実施例4からの変性し、ムーニージャンプさせたポリマーは、参照ゴムよりも改良された転がり抵抗性の傾向を示すが、このことは、60℃での反発弾性の向上、60℃での振幅掃引におけるtan d(最大値)の低下、そして実施例2および4ではさらに、Eplexorでの動的減衰におけるtanδ(60℃)の低下によって示されている。さらに、本発明実施例1、2および4は、室温での引張試験でのより高いS300弾性率と、15%振幅掃引でのより高い動的弾性率Gとを有しており、このことは、ポリマーと充填剤との間の相互作用が強くなったために、より堅固なネットワークが生成したことを示している。

Claims (17)

  1. 変性ジエンポリマーであって、
    式(X)で表される主鎖中の下部構造
    Figure 2018505943
    および/または
    式(XI)で表される鎖末端の下部構造
    −S−R (XI)
    を含み、ここで、
    式(X)においては、
    Xは、ハロゲン、好ましくはCl、Br、およびIの群から選択されるハロゲンであり、かつ
    式(X)および(XI)においては、
    は、以下の群
    − 式(II)の芳香族アミド残基
    (R−(C=O)−N(R)−C(R
    (II)
    [式中、RおよびRは、同一であるかまたは異なっていて、水素残基、1〜16個のC原子、好ましくは1〜8個のC原子を有する直鎖状もしくは分岐状のアルキル残基、フェニル残基、または、5〜8個のC原子を有するシクロアルキル残基である];
    − 式(III)のジチアジルジスルフィド残基
    Figure 2018505943
    [式中、Rは、同一であるかまたは異なっていて、水素残基、ハロゲン、ニトロ、ヒドロキシ、1〜12個のC原子、好ましくは1〜8個のC原子を有する直鎖状もしくは分岐状のアルキル残基、1〜12個のC原子、好ましくは1〜8個のC原子を有する直鎖状もしくは分岐状のアルコキシ残基、フェニル残基、5〜8個のC原子を有するシクロアルキル残基であるか、または共に、式(IV)の環状残基を形成し;
    Figure 2018505943
    (式中、Rは同一であるかまたは異なっていて、水素残基、ヒドロキシ、1〜12個のC原子、好ましくは1〜8個のC原子を有する直鎖状もしくは分岐状のアルキル残基、1〜12個のC原子、好ましくは1〜8個のC原子を有する直鎖状もしくは分岐状のアルコキシ残基、フェニル残基、または5〜8個のC原子を有するシクロアルキル残基である)];
    − 式(V)のビストリアルコキシシリルアルキルポリスルフィド残基
    (RO)Si−(CH−(Y)
    (V)
    [式中、
    nは、1〜12、好ましくは1〜6の整数であり;
    mは、0〜4、好ましくは0〜2の整数であり;
    は、同一であるかまたは異なっていて、水素原子、1〜16個のC原子、好ましくは1〜8個のC原子を有する直鎖状もしくは分岐状のアルキル残基、フェニル残基、または、5〜8個のC原子を有するシクロアルキル残基であり;
    Yは、硫黄、式(Via)、(VIb)、(Vic)、(Vid)、または(Vie)の基であり、
    −(S−CH−CH
    (VIa)
    −(S−CH−CH(OH)−CH
    (VIb)
    −(S−CHOCH−CH
    (VIc)
    −(S−CH−(C)−CH
    (VId)
    Figure 2018505943
    (式中、
    xは、1〜8、好ましくは2〜6の整数であり;
    pは、1〜12、好ましくは1〜6の整数であり;
    は、同一であるかまたは異なっていて、水素原子、1〜16個のC原子、好ましくは1〜8個のC原子を有する直鎖状もしくは分岐状のアルキル残基、1〜16個のC原子、好ましくは1〜8個のC原子を有するアルキル残基、またはフェニル残基、フェノキシ残基である)];
    − 式(VII)のチウラム残基
    (RN−(C=Z)−
    (VII)
    [式中、
    Zは、硫黄または酸素であり、
    は、同一であるかまたは異なっていて、水素原子、1〜16個のC原子、好ましくは1〜8個のC原子を有する直鎖状もしくは分岐状のアルキル残基、フェニル残基、または、5〜8個のC原子を有するシクロアルキル残基である];
    − 式(VIII)で表されるジチオキサントゲネート残基
    10−O−C(=S)−
    (VIII)
    [式中、
    10は、同一であるかまたは異なっていて、水素原子、1〜16個のC原子、好ましくは1〜8個のC原子を有する直鎖状もしくは分岐状のアルキル残基、フェニル残基、または、5〜8個のC原子を有するシクロアルキル残基である];
    − 式(IX)で表されるホスホネート残基
    (R11−O)(R11−O)P(Z)−
    (IX)
    [式中、
    Zは、硫黄または酸素原子であり、
    11は、同一であるかまたは異なっていて、水素原子、1〜16個のC原子、好ましくは1〜8個のC原子を有する直鎖状もしくは分岐状のアルキル残基、または、フェニル残基、5〜8個のC原子を有するシクロアルキル残基である]
    から選択される、変性ポリマー。
  2. 式(XII)で表される、ポリマー鎖の間の硫黄橋かけをさらに含む、請求項1に記載の変性ポリマー。
    Figure 2018505943
  3. 前記ポリマーが、ジエンホモポリマーであるか、または共役ジエンモノマー、もしくは共役ジエンモノマーとビニル−芳香族コモノマーとを共重合させることにより得られるジエンコポリマーである、請求項1または2に記載の変性ポリマー。
  4. 前記ポリマーが、ポリブタジエン、またはポリブタジエン−スチレン・コポリマーである、請求項1または2に記載の変性ポリマー。
  5. 変性ポリマーを製造するためのプロセスであって、ジエンポリマーを少なくとも1種のハロゲン化スルフィド系有機化合物と反応させる工程を含み、前記ハロゲン化スルフィド系有機化合物が、ハロゲンを、一般式(I−a)および/または(I−b)および/または(I−c):
    −S−S−R
    (I−a)
    −S−(S)−S−R(ここで、1≦n≦8)
    (I−b)
    −SH
    (I−c)
    を有するスルフィド系化合物と反応させることによって形成され、
    ここで、
    は、同一であるかまたは異なっていて、以下のもの:
    − 式(II)の芳香族アミド残基
    (R−(C=O)−N(R)−C(R
    (II)
    [式中、RおよびRは、同一であるかまたは異なっていて、水素残基、1〜16個のC原子、好ましくは1〜8個のC原子を有する直鎖状もしくは分岐状のアルキル残基、フェニル残基、または、5〜8個のC原子を有するシクロアルキル残基である];
    − 式(III)のジチアジルジスルフィド残基
    Figure 2018505943
    [式中、Rは、同一であるかまたは異なっていて、水素残基、ハロゲン、ニトロ、ヒドロキシ、1〜12個のC原子、好ましくは1〜8個のC原子を有する直鎖状もしくは分岐状のアルキル残基、1〜12個のC原子、好ましくは1〜8個のC原子を有する直鎖状もしくは分岐状のアルコキシ残基、フェニル残基、5〜8個のC原子を有するシクロアルキル残基であるか、または共に、式(IV)の環状残基を形成し;
    Figure 2018505943
    (式中、Rは同一であるかまたは異なっていて、水素残基、ヒドロキシ、1〜12個のC原子、好ましくは1〜8個のC原子を有する直鎖状もしくは分岐状のアルキル残基、1〜12個のC原子、好ましくは1〜8個のC原子を有する直鎖状もしくは分岐状のアルコキシ残基、フェニル残基、または5〜8個のC原子を有するシクロアルキル残基である)];
    − 式(V)のビストリアルコキシシリルアルキルポリスルフィド残基
    (RO)Si−(CH−(Y)
    (V)
    [式中、
    nは、1〜12、好ましくは1〜6の整数であり;
    mは、0〜4、好ましくは0〜2の整数であり;
    は、同一であるかまたは異なっていて、水素原子、1〜16個のC原子、好ましくは1〜8個のC原子を有する直鎖状もしくは分岐状のアルキル残基、フェニル残基、5〜8個のC原子を有するシクロアルキル残基であり;
    Yは、硫黄、式(Via)、(VIb)、(Vic)、(Vid)、または(Vie)の基であり、
    −(S−CH−CH
    (VIa)
    −(S−CH−CH(OH)−CH
    (VIb)
    −(S−CHOCH−CH
    (VIc)
    −(S−CH−(C)−CH
    (VId)
    Figure 2018505943
    [式中、
    xは、1〜8、好ましくは2〜6の整数であり;
    pは、1〜12、好ましくは1〜6の整数であり;
    は、同一であるかまたは異なっていて、水素原子、1〜16個のC原子、好ましくは1〜8個のC原子を有する直鎖状もしくは分岐状のアルキル残基、1〜16個のC原子、好ましくは1〜8個のC原子を有するアルキル残基、フェニル残基、またはフェノキシ残基である)];
    − 式(VII)のチウラム残基
    (RN−(C=Z)−
    (VII)
    [式中、
    Zは、硫黄または酸素であり、
    は、同一であるかまたは異なっていて、水素原子、1〜16個のC原子、好ましくは1〜8個のC原子を有する直鎖状もしくは分岐状のアルキル残基、フェニル残基、または、5〜8個のC原子を有するシクロアルキル残基である];
    − 式(VIII)で表されるジチオキサントゲネート残基
    10−O−C(=S)−
    (VIII)
    [式中、
    10は、同一であるかまたは異なっていて、水素原子、1〜16個のC原子、好ましくは1〜8個のC原子を有する直鎖状もしくは分岐状のアルキル残基、フェニル残基、または、5〜8個のC原子を有するシクロアルキル残基である];
    − 式(IX)で表されるホスホネート残基
    (R11−O)(R11−O)P(Z)−
    (IX)
    [式中、
    Zは、硫黄または酸素原子であり、
    11は、同一であるかまたは異なっていて、水素原子、1〜16個のC原子、好ましくは1〜8個のC原子を有する直鎖状もしくは分岐状のアルキル残基、または、フェニル残基、5〜8個のC原子を有するシクロアルキル残基である]、
    からなる群より選択される、プロセス。
  6. 前記ジエンポリマーが、少なくとも1種の共役ジエンモノマー、または少なくとも1種の共役ジエンモノマーと少なくとも1種のビニル芳香族コモノマーと重合させることによって形成される、請求項5に記載のプロセス。
  7. 前記ジエンポリマーをムーニージャンプ官能化剤と反応させる工程をさらに含む、請求項5または請求項6のいずれか1項に記載のプロセス。
  8. 前記ムーニージャンプ官能化剤がSClである、請求項7に記載のプロセス。
  9. 請求項5、6、7、または8のいずれか1項に記載のプロセスにより得られる、変性ポリマー。
  10. ゴム混合物であって、
    請求項1または請求項2のいずれか1項に記載の前記変性ポリマー、ならびに、100重量部の前記変性ポリマーを規準にして、10〜500重量部の充填剤を含む、
    ゴム混合物。
  11. 1種または複数のゴム助剤、および/または
    前記変性ポリマーとは異なる、少なくとも1種のさらなるゴム
    をさらに含む、請求項10に記載のゴム混合物。
  12. 加硫可能な組成物であって、
    請求項10に記載のゴム混合物、ならびに
    少なくとも1種の架橋剤、および場合によっては、1種または複数の架橋促進剤を含む少なくとも1種の架橋系、
    を含む、
    加硫可能な組成物。
  13. 加硫物を製造するためのプロセスであって、
    請求項12に記載の加硫可能な組成物を架橋させる工程を含む、
    プロセス。
  14. 前記加硫工程が、100℃〜200℃、好ましくは120℃〜190℃の範囲の温度で実施される、請求項13に記載のプロセス。
  15. 加硫物であって、
    請求項13または14のいずれか1項に記載のプロセスによって得られる、
    加硫物。
  16. 前記加硫物が、成形体の形態、より好ましくは伝動ベルト、ローラーカバー、シール、キャップ、ストッパー、ホース、フロアカバー、シーリングマットもしくはシート、形材、または膜の形態に成形される、請求項15に記載の加硫物。
  17. 前記加硫物が、タイヤ、タイヤトレッド、またはそれらの層の形態に成形される、請求項15に記載の加硫物。
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