JP2018512385A - 官能化エラストマーポリマーのための分枝剤としてのマルチビニルアミノシラン - Google Patents

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Abstract

本発明は、合成ゴム及び天然ゴム用の分枝剤に有用な新規重合可能マルチビニルアミノシラン類に関する。本化合物を、必要に応じて芳香族ビニルモノマーとともに、共役ジエンモノマーの重合において使用し、それによってポリマー、特にエラストマーポリマーを生成することができ、それらはタイヤなどのゴム製品に好適に使用することができる。【選択図】なし

Description

本発明は、共役ジエンモノマーの、場合によってはそれに加えて芳香族ビニルモノマーの重合における分枝剤として有用であって、したがって、ポリマー、具体的にはエラストマーポリマーを生成し、タイヤ等のゴム製品に好適に使用することができる新規マルチビニルアミノシランに関する。
原油価格の高騰及び自動車の二酸化炭素排出量の削減を要求する国の法律により、タイヤ及びゴム製造業者は、「低燃費の」、したがって燃料節減効果の高いタイヤを生産する必要に迫られている。低燃費タイヤを得るための1つの方法は、ヒステリシス損失の少ないタイヤ配合物を製造することである。架橋エラストマーポリマー組成物のヒステリシス損失は、60℃における組成物のtanδ値に相関する(ISO 4664‐1:2005;Rubber,Vulcanized or thermoplastic;Determination of dynamic properties‐part 1;General guidance参照)。一般的に、60℃において比較的低いtanδ値を有する加硫エラストマーポリマー組成物は、より低いヒステリシス損失を有するため、好ましい。最終的なタイヤ製品では、このことは、転がり抵抗の低減と燃費性能の向上につながる。対照的に、0℃におけるtanδ値の低さは、タイヤ製品のウェットグリップの低下に相当する。したがって、ウェットグリップ特性の低下と引き換えに転がり抵抗の低いタイヤが製造可能になることは、一般的に認識されている。例えば、ランダム溶液スチレン‐ブタジエンゴム(ランダムSSBR)中で、ポリスチレンユニットの濃度がポリブタジエンユニットの全濃度に対して減少し、SSBRのガラス転移温度が低下し、その結果、60℃でのtanδと0℃でのtanδの両方が低下するが、これは一般的にタイヤの転がり抵抗の向上とウェットグリップ性能の低下に相当する。したがって、ゴム加硫物の性能を正しく評価するには、タイヤの発熱とともに、60℃でのtanδと0℃でのtanδの両方をモニタリングする必要がある。
WO2012/091753は、シラン官能化ポリマー及びそれから製造するゴム加硫物に関する。著者らは、アニオン重合の開始に使用する特定のアルケニルアミノシランの使用について記載している。
US8,299,167B2は、アルカリ金属触媒の存在下で共役ジエンモノマーとビニルアミノシランとを重合させることによって得られる共役ジエンポリマーに関する。
WO2011/028523は、共役ポリジエンの製造プロセスに関し、前記プロセスは、ビニルシラン、アリルシラン、またはアリルビニルシランの存在下での、共役ジエンモノマーとランタニド系触媒系との重合を含む。
US3,485,857は、ケイ素官能基、炭素官能基またはその両方を有する有機ケイ素化合物の製造における中間体として有用な、ケイ素‐窒素結合及び金属‐炭素結合の両方を有する一群の化合物に関する。前記文献は、メチルアミンとビニルジメチルクロロシランとの反応によるsym.‐ジビニルテトラメチル‐N‐メチルジシラザンの生成、及びn‐ブチルリチウムの存在下での前記反応産物とスチレンとの共重合を記載している。
本発明は、発熱(HBU)、リバウンド60、ウェットグリップとアイスグリップの保持時の転がり抵抗(同じ微細構造、tanδによって反映されるTgで)、ならびに良好な加工特性(CML‐ML)及び比較的低いムーニー粘度の点で向上した性能を示す硬化エラストマーポリマー(ゴム)組成物の提供を目的とする。ポリマーのムーニー粘度は、長期保存時においても増加を示さない。概して、本発明は、燃料節減及び加工特性のバランスを向上させることを目的とする。
発明の概要
本発明は、とりわけ、新規な重合性マルチビニルアミノシランを分枝剤として用いることによって、特に、そのような化合物を1,3‐ブタジエン(「ブタジエン」)及びイソプレンなどの1種以上の共役ジエン、ならびに場合によりスチレンなどの1種以上の芳香族ビニル化合物の重合に用いることによって、上記の目的を解決することができるという発見に基づいている。
したがって、第一の態様において、本発明は、以下の式1のマルチビニルアミノシランを提供する;
(A)―B(式1)
式中、
Aは少なくとも2個のアミノ基を有する有機基であり;
各Bは、独立して‐Si(R)(R)(R)基から選択され、式中、R、R及びRは、それぞれ独立して、ビニル、ブタジエニル、メチル、エチル、プロピル、ブチル、ヘキシル、オクチル、フェニル及びベンジルから選択され、但し、R、R及びRの少なくとも1つはビニル及びブタジエンから選択され、式中、それぞれの基Bは、基Aのアミノ基の置換基であり;
基Aの少なくとも2つのアミノ基は、それぞれ少なくとも1つの基Bで置換され;
nは少なくとも2の整数であり、好ましくは2〜6から選択される整数であり;ならびに
基Aのすべてのアミノ基は、3級アミノ基である。
第一の態様の別法では、本発明は、共役ジエンの重合における開始剤としての使用に適した開始剤化合物を提供し、前記開始剤化合物は、式1のマルチビニルアミノシランと、有機またはアルカリ金属化合物とを反応させることによって得られる。
第二の態様では、本発明は、式1のマルチビニルアミノシランの製造プロセスを提供し、前記プロセスは、塩基の存在下、アミンと下記の式2のシランとを反応させることを含み:
X‐Si(R)(R)(R)(式2)
式中、
Xは、Cl、Br、I、トリフルオロメタンスルホネート(OTf)及びトシレート(OTos)から選択され;
、R及びRは、それぞれ独立して、ビニル、ブタジエン、メチル、エチル、プロピル、ブチル、ヘキシル、オクチル、ベンジル及びフェニルから選択され、但し、R、R及びRのうち、少なくとも1つは、ビニル及びブタジエンから選択され;ならびに
前記アミンは、1級アミノ基及び2級アミノ基から独立して選択される少なくとも2つの基を有する化合物である。
第三の態様では、本発明は、エラストマーポリマー中に分枝を導入するための分枝剤としての式1のマルチビニルアミノシランの使用を提供する。
第四の態様では、本発明は、分枝エラストマーポリマーの製造プロセスを提供し、前記プロセスは、(i)少なくとも1つの共役ジエン及び式1のマルチビニルアミノシランを開始剤化合物の存在下で重合するか、または(ii)式1のマルチビニルアミノシランと有機アルカリ金属化合物とを反応させることによって得ることができる開始剤化合物の存在下で少なくとも1つの共役ジエンを重合することを含む。
第五の態様では、本発明は、分枝エラストマーポリマーの別の製造プロセスを提供し、前記プロセスは、少なくとも1つの共役ジエンをアニオン重合することによって得ることができるリビングポリマーを式1のマルチビニルアミノシランと反応させることを含む。
第六の態様では、本発明は、本発明の第四または第五の態様によるプロセスによって得ることができる分枝エラストマーポリマーを提供する。
第七の態様では、本発明は、本発明の第六の態様による分枝エラストマーポリマーと、(i)前記ポリマーを製造するために使用する重合プロセスに添加されるかまたは当該重合プロセスの結果として形成される成分、(ii)重合プロセスから溶媒を除去した後に残る成分、及び(iii)ポリマー製造プロセスの完了後にポリマーに添加する成分であって、機械式ミキサー(ただしこれに限定されない)を用いて「無溶媒」ポリマーに添加する成分から選択される1つ以上の追加の成分とを含む未加硫(未硬化)ポリマー組成物を提供する。
第八の態様では、本発明は、1つ以上の加硫剤(硬化剤)を含む本発明の第七の態様による未硬化ポリマー組成物を加硫(硬化)させて得られる加硫(硬化)ポリマー組成物を提供する。
第九の態様では、本発明は、1つ以上の加硫剤を含む本発明の第七の態様による未加硫ポリマー組成物を加硫することを含む加硫ポリマー組成物の製造プロセスを提供する。
第十の態様では、本発明は、本発明の第八の態様による加硫ポリマー組成物から形成される少なくとも1つの成分を含む製品を提供する。
式1のマルチビニルアミノシランは、共通して、2つ以上のポリマー鎖を同時に可逆的に分枝させ、官能化する能力を有し、ここで、「官能化」とは、そのように官能化したポリマーが、ポリマー組成物中の他の成分、特に充填剤と反応することができることを意味する。架橋能、すなわちカップリング官能性の程度に応じて、式1における1つの分子は、いくつかの、好ましくは最大6個の官能基をポリマー鎖に導入することができ、その結果、所望の程度の官能化に必要な分枝剤の総量を低減することができ、それに伴ってコストを低減することができる。
本発明の第六の態様によるエラストマーポリマーは、図1に示すように、長期保存中に有意な粘度増加を示さないことが判明している。本発明の第七の態様による未加硫ポリマー組成物は、特にシリカを充填剤として含有する場合、比較的低い化合物ムーニー(CML1+4)粘度を示すことが判明した。さらに、本発明の第八の態様による加硫ポリマー組成物は、転がり抵抗の低減とアイスグリップの改善に相当する発熱の低減及びtanδ値の改善を示すことが判明した。
概して、本発明は、ポリマー組成物の加工特性と、加硫及びタイヤ成形後のポリマー組成物の低燃費性とのバランスを改善するという目標を達成する。
実施例M12のマルチビニルアミノシランで修飾(分枝)した本発明のエラストマーポリマーYのムーニー粘度MUの推移を示す図である。
詳細な説明
式1のマルチビニルアミノシラン
式1のマルチビニルアミノシランは、少なくとも1つのエチレン性不飽和シリル基Bで置換した少なくとも2つのアミノ基を有する。「基Bはアミノ基の置換基である」または「基Bで置換したアミノ基」という表現は、本明細書においては、アミノ基の窒素原子への基Bの結合、すなわち>N‐Si(R)(R)(R)を記述するために使用する。基Aのアミノ基は、0、1または2個の基Bで置換してもよい。基Aのすべてのアミノ基は、3級アミノ基、すなわち水素原子を有していないアミノ基である。
有機基Aは、活性水素を有していない基であることが好ましい。用語「活性水素」は、ブタジエンまたはイソプレンのような共役ジエンのアニオン重合において不活性ではない、すなわち反応する水素原子を示すために、本発明の文脈において使用する。
また、有機基Aは、求電子性基を有していない基であることが好ましい。用語「求電子性基」とは、本発明の文脈において、モデル開始剤としてn‐ブチルリチウムと、及び/またはブタジエンまたはイソプレンのような共役ジエンのアニオン重合においてリビング鎖と反応する基を指定するために使用する。求電子性基としては:アルキン、(カルボ)カチオン、ハロゲン原子、Si‐O、Si‐S、Si‐ハロゲン基、金属‐C‐基、ニトリル、(チオ)キシレート、(チオ)カルボン酸エステル、(チオ)無水物、(チオ)ケトン、(チオ)アルデヒド、(チオ)シアネート、(チオ)イソシネート、アルコール、チオール、(チオ)サルフェート、スルホネート、スルファメート、スルホン、スルホキシド、イミン、チオケタール、チオアセタール、オキシム、カルバゾン、カルボジイミド、尿素、ウレタン、ジアゾニウム塩、カルバメート、アミド、ニトロン、ニトロ基、ニトロソアミン、キサントゲネート、ホスファン、リン酸、ホスフィン、ホスホネート、ボロン酸、ボロン酸エステルなどが挙げられる。
より好ましくは、有機基Aは、活性水素も求電子性基も有していない基である。
本発明の第一の態様の好ましい実施形態において、式1のマルチビニルアミノシランは、以下の式1‐1〜1‐5の化合物から選択され、そこにおいて、式1と同じ制限及び条件が基B及び指数nに対して課され、すなわち、マルチビニルアミノシランは少なくとも2つの基Bを有し、その一方で基Aについての式1の制限及び条件は本質的に満たされる:
[実施形態1]:
式中、
11、R12、R13、R14及びR15の各々は、独立して、基B、C‐C18アルキル、C‐C18アリール、場合によりC‐Cアルキル置換C‐C12ヘテロアリール、C‐C18アラルキル、(R‐O‐(R、及び‐Si(R)(R)(R)から選択され、R及びRの各々は、独立して、C‐Cアルキル及びC‐C18アリールから選択され、a及びbは、独立して、0〜4から選択される整数であり、R、R及びRの各々は、独立して、メチル、エチル、プロピル、ブチル、ヘキシル、オクチル、フェニル及びベンジルから選択され;
及びR10の各々は、独立して、二価のエチル、プロピル、ブチル、フェニル及び‐(CHa′‐C‐(CHb′‐から選択され、a′及びb′はそれぞれ0及び1から選択される整数であり;ならびに
cは、0、1、2及び3から選択される整数である。
式1‐1において好ましくは、R11、R12、R13、R14及びR15の各々は、独立して、基B及びメチルから選択され;R及びR10の各々は二価のエチルであり;ならびにcは、0、1、2及び3から選択される整数である。
式1‐1の特定の実施形態は以下を含み:
式中、各Rは、独立して、基B、C‐Cアルキル及びベンジルから選択される。
[実施形態2]:
式中、基‐N<>N‐は、5〜18員の複素環基であって、飽和または不飽和であってもよく、前記環の任意の炭素原子上においてこれをC‐Cアルキル基で置換してもよく、式中、式1‐2に明示する2つのN原子以外のヘテロ原子基は、‐N=、>NR16、‐O‐、‐S‐、ならびに>SiR1718から選択され、式中、R16は、基B、C‐Cアルキル、フェニル及びベンジルから選択され、R17及びR18の各々は、独立して、C‐Cアルキル、フェニル及びベンジルから選択される。好ましい基‐N<>N‐は、ピペラジニルである。
式1‐2の特定の実施形態は、以下を含み;
式中、RはC‐Cアルキル基である。
[実施形態3]:
式中、R20、R21及びR22の各々は、独立して、単結合及び二価のC‐C10アルキル基から選択され、dは0、1及び2から選択される整数であり、d′は0及び1から選択される整数であり、ここでd′が0である場合、dは0であり、各基‐N<>X‐は、独立して、5〜10員の複素環基であって、飽和または不飽和であってもよく、前記環の任意の炭素原子上においてこれをC‐Cアルキル基で置換してもよく、式中、各Xは、‐N‐、‐C=及び‐CH‐から独立して選択され、ならびに式1‐3に明示する2つの基N及びX以外のヘテロ原子基は、‐N=、>NR16、‐O‐、‐S‐、ならびに>SiR1718から選択され、R16は、C‐Cアルキル、基B、フェニル及びベンジルから選択され、R17及びR18の各々は、独立して、C‐Cアルキル、フェニル及びベンジルから選択される。好ましい基‐N<>X‐としては、ピペリジニル及びピペラジニルが挙げられる。
式1‐3の特定の実施形態は、以下を含む:
[実施形態4]:
式中、Dは、5〜10員の炭素環または複素環基であって、飽和または不飽和であってもよく、前記環の任意の炭素原子上においてこれをC‐Cアルキル基で置換してもよく、ヘテロ原子基は‐N=、>NR16、‐O‐、‐S‐、ならびに>SiR1718から選択され、R16は、C‐Cアルキル、基B、フェニル及びベンジルから選択され、R17及びR18の各々は、独立して、C‐Cアルキル及びフェニルから選択され、各基‐N<>X‐は、5〜10員の複素環基から独立して選択され、飽和または不飽和であってもよく、前記環の任意の炭素原子上においてこれをC‐Cアルキル基で置換してもよく、各Xは、独立して、‐N‐、‐C=及び‐CH‐から選択され、R23は、単結合及び二価のC‐C10アルキル基から選択され、ならびにeは、2、3及び4から選択される整数である。好ましい基Dとして、シクロペンチル、シクロヘキシル、フェニル及びテトラヒドロフラニルが挙げられる。好ましい基‐N<>X‐としては、ピペリジニル及びピペラジニルが挙げられる。
式1‐4において好ましくは、Dは、シクロペンチル、シクロヘキシル、フェニル及びテトラヒドロフラニルから選択され;各基‐N<>X‐は、ピペリジニル及びピペラジニルから選択され;R23は単結合であり;ならびにeは、2及び3から選択される整数である。
式1‐4の特定の実施形態は、以下を含む:
[実施形態5]:
式中、Eは6〜10員の脂環式または芳香族基であり、各R′は、独立して、単結合及びC‐Cアルキルから選択され、各Rは、独立して、B、C‐Cアルキル及びベンジルから選択され、ならびにfは2及び3から選択される整数である。
式1‐5において好ましくは、Eは、シクロヘキシル及びフェニルから選択され;R′は単結合であり、RはB、C‐Cアルキル及びベンジルから選択され、ならびにfは、2及び3から選択される整数である。
式1‐5の特定の実施形態は、以下を含み:
式中、各Rは、独立して、B、C‐Cアルキル及びベンジルから選択される。
式1の化合物から得られる開始剤化合物
本発明の第一の態様の一部を構成する開始剤化合物は、そのすべての実施形態を含む上記で定義した式1のマルチビニルアミノシランを有機アルカリ金属化合物と反応させることによって得ることができる。
好ましい有機アルカリ金属化合物の例として、例えば、メチルリチウム、エチルリチウム、n‐ブチルリチウム、s‐ブチルリチウム、t‐オクチルリチウム、イソプロピルリチウム、フェニルリチウム、シクロヘキシルリチウム、2‐ブチルリチウム、4‐フェニルブチルリチウム、t‐ブチルジメチルシリルオキシプロピルリチウム、ジアルキルアミノプロピルリチウム、N‐モルホリノプロピルリチウム、ナトリウムビフェニライド(biphenylide)、ナトリウムナフタレニド、及びカリウムナフタレニドが挙げられる。より好ましくは、開始剤化合物はモノリチウムアルキル、アルキルアリールまたはアリール化合物である。式1のマルチビニルアミノシランから得られる開始剤化合物は、不活性溶媒中、ランダマイザー化合物の存在下で調製することができ、適切な溶媒は、以下に定義する溶液重合において使用するものと同一である。
式1のマルチビニルアミノシランの調製
一般的に、本発明の第二の態様に従って、独立して、1級アミノ基及び2級アミノ基から選択される少なくとも2つの基を有するアミンと、本明細書で定義する式2のシランとを、塩基の存在下で反応させることによって、本発明の第一の態様の式1のマルチビニルアミノシランを調製する。
式1のマルチビニルアミノシランを調製するための式2の有用なシランとしては、クロロジ(C‐Cアルキル)ビニルシラン、特にクロロジメチルビニルシラン、クロロジエチルビニルシラン及びクロロジフェニルビニルシラン、好ましくはクロロジメチルビニルシランが挙げられる。
少なくとも2つの1級または2級アミノ基を有するアミンは、式1中の基Aに構造的に対応し、対応する3級アミノ基の代わりに少なくとも2個の1級または2級アミノ基を有する。
したがって、実施形態1において、式1‐1の化合物を調製するために使用するアミンは、フェニレンジアミン、C‐Cモノアルキレンジアミン、C‐Cジアルキレントリアミン及びC‐Cトリアルキレンテトラアミンから、好ましくはモノエチレンジアミン、ジエチレントリアミン、ジプロピレントリアミン、トリエチレンテトラアミン及びテトラエチレンペンタミンから選択することができる。
実施形態2において、式1‐2の化合物を調製するために使用するアミンは、ピペラジン及びl,7‐ジオキサ‐4,10‐ジアザシクロドデカンから選択することができる。
実施形態3において、式1‐3の化合物を調製するために使用するアミンは、トリエチレンテトラミン、4,4′‐トリメチレンジピペリジン、4,4′‐エチレンジペプチジン及び1‐(3‐ピペラジン‐1‐イルプロピル)ピペラジンから選択することができる。
実施形態4において、式1‐4の化合物を調製するために使用する1つのアミンは、1,4‐ジ(ピペラジン‐1‐イル)ベンゼン(例えば1,4‐ジブロモベンゼン及びピペラジンから作製する)であり得る。式1‐4の化合物を調製するために使用する飽和アミンは、対応する芳香族アミンの遷移金属触媒による水素化により作製することができる。
実施形態5において、式1‐5の化合物を調製するために使用するアミンは、1,2‐シクロヘキサンジアミン、o‐またはp‐フェニレンジアミン、1,3,5‐トリアミノベンゼン、1,5‐ジアミノナフタレン及び1,8‐ジアミノナフタレンから選択することができる。
一般的に、アミンと式2のシランとを、少なくとも2つの基Bをアミンに結合させるような割合、例えばアミンと式2のシランとのモル比0.5〜0.1の範囲(アミンの数に依存する)で反応させる。1級及び2級アミノ基1molに対して、式2のシラン1〜3molを用いる。
式1のマルチビニルアミノシランの調製は、アミンと、式2のシラン以外のシランとの(部分的)反応も含むことができる。そのような場合、アミン、式2のシラン、及び他のシランとの間の反応は、例えばアミンを最初に式2のシランと反応させ、次にもう一方のシランと反応させるか、またはその逆の順番で、順次行うことができる。塩基は、好ましくは、トリエチルアミン、ピリジン及び1,4‐ジアザビシクロ[2.2.2]オクタン(DABCO)のような3級脂肪族もしくは芳香族アミンまたは1,8‐ジアザビシクロウンデセン(DBU)、1,5−ジアザビシクロ[4.3.0]ノナ‐5‐エン(DBN)、1,1,3,3‐テトラメチルグアニジンなどの置換アミジンもしくはグアニジン、好ましくはトリエチルアミン及びピリジンから選択される。塩基は、1級及び2級アミノ基1molあたり0.5〜5mol、好ましくは1級及び2級アミノ基1molあたり1〜3molの総量で用いる。少なくとも2つの1級または2級アミノ基を有するアミンを塩基として使用することも可能であるが、それに応じて、その量を通常1.5〜5当量増加させる必要がある。モル量においてシラン反応物に比べて過剰の塩基を確保し、それによって反応で生成するすべてのHXを塩基で捕捉(クエンチ)することが重要である。
反応は、溶媒、特にペンタン、n‐ヘキサン、シクロヘキサン、ヘプタン、ベンゼン及びトルエンを含む炭化水素溶媒、ジエチルエーテル、テトラヒドロフランを含むエーテル溶媒、クロロホルム、テトラクロロメタン及びジクロロメタンを含む塩素化溶媒、酢酸エチル及び酢酸メチルなどのエステル溶媒、またはアセトン、ジメチルホルムアミド及びアセトニトリルなどの他の双極性溶媒などの不活性溶媒中で実施することができる。好ましい溶媒は、ジクロロメタン、クロロホルム、ジエチルエーテル、酢酸エチル、トルエン及びシクロヘキサンである。溶媒中の反応物の全濃度は、通常0.1〜2Mの範囲である。
アミンと式2のシランとの間の反応は、例えばアミンとハロシランとを反応させるために用いる反応などから当業者には明らかであるような条件下で行うことができる。
反応は、−30℃〜反応混合物の還流温度、好ましくは0℃〜25℃の温度において適切に実施することができる。
通常、反応は、溶液中または無水の式2のシランを、アミン及び塩基の溶液に滴下して加えることによって実施する。反応混合物を、一般に0℃の温度〜還流温度で、十分な時間、通常は数時間、好ましくは少なくとも1時間、攪拌し、反応させる。反応の終了または完了後、反応の過程で形成した不溶性の塩を濾過し、溶媒を減圧下で蒸留によって除去し、真空蒸留または再結晶化などを介して精製することによって式1のマルチビニルアミノシランを得る。
分枝剤としての使用‐重合
本発明の第三の態様によれば、本発明の式1のマルチビニルアミノシランは、エラストマーポリマー中に可逆的分枝を導入するための分枝剤として好適に用いられる。この目的のために、マルチビニルアミノシランそれ自体または開始剤化合物を生成するための有機アルカリ金属化合物との反応後のマルチビニルアミノシランは、エラストマーポリマーを調製するために行う重合反応において既に使用することができる(本発明の第四の態様)か、またはリビングエラストマーポリマーに添加して反応させることができる(本発明の第五の態様)。本発明の第四の態様のプロセスは、具体的には、(i)開始剤化合物の存在下で、少なくとも1つの共役ジエン及び式1のマルチビニルアミノシランならびに場合により1つ以上の芳香族ビニルモノマーを重合するか、または(ii)式1のマルチビニルアミノシランと有機アルカリ金属化合物とを反応させることにより得られる開始剤化合物の存在下で、少なくとも1つの共役ジエン及び場合により1つ以上の芳香族ビニルモノマーを重合することを含む。
エラストマーポリマーは、一般にアニオン、ラジカルまたは遷移金属触媒重合によって調製することができるが、アニオン重合によって調製することが好ましい。2種以上の式1のビニルアミノシラン化合物を併用してもよい。重合は溶媒中で実施してもよく、鎖末端修飾剤、カップリング剤(変性カップリング剤を含む)、ランダマイザー化合物及び重合促進化合物の1種以上を用いて行ってもよい。
以下の特定の開示に加えて、重合開始剤化合物、極性調整剤化合物及び促進剤(開始剤の反応性を増加/変化させるための、芳香族ビニルモノマーをランダムに配置するための、及び/またはポリマーに導入した1,2‐ポリブタジエンもしくは1,2‐ポリイソプレンもしくは3,4‐ポリイソプレン単位の濃度をランダムに配置及び/または変更するための)を含む重合技術に関する一般的に適用可能な方向性;各化合物の量;モノマー(複数可);ならびに適切なプロセス条件は、WO2009/148932に記載されており、前記文献はその全体を参照として本明細書に援用する。
共役ジエン(共役ジエンモノマー)
本発明において有用な共役ジエンモノマーの例として、1,3‐ブタジエン、イソプレン(2‐メチル‐1,3‐ブタジエン)などの2‐(C‐Cアルキル)‐1,3‐ブタジエン、2,3‐ジメチル‐1,3‐ブタジエン、1,3‐ペンタジエン、2,4‐ヘキサジエン、1,3‐ヘキサジエン、1,3‐ヘプタジエン、1,3‐オクタジエン、2‐メチル‐2,4‐ペンタジエン、シクロペンタジエン、2,4‐ヘキサジエン、及び1,3‐シクロオクタジエンが挙げられる。2種以上の共役ジエンの混合物を使用してもよい。好ましい共役ジエンとしては、1,3‐ブタジエン及びイソプレンが挙げられる。一実施形態では、共役ジエンは1,3‐ブタジエンである。
芳香族ビニルモノマー
追加的な芳香族ビニルモノマーとして、モノビニル芳香族化合物、すなわち、芳香族基に結合したビニル基を1つのみ有する化合物、及び芳香族基に結合した2つ以上のビニル基を有する2価以上のビニル芳香族化合物が挙げられる。少なくとも1つの共役ジエンとともに使用する芳香族ビニルモノマーの例として、スチレン、例えば2‐メチルスチレン、3‐メチルスチレン、4‐メチルスチレン、2,4‐ジメチルスチレン、2,4,6‐トリメチルスチレン、α‐メチルスチレン、2,4‐ジイソプロピルスチレン、及び4‐tert‐ブチルスチレンなどのようなC‐Cアルキル置換スチレン、スチルベン、ビニルベンジルジメチルアミン、(4‐ビニルベンジル)ジメチルアミノエチルエーテル、N,N‐ジメチルアミノエチルスチレン、tert‐ブトキシスチレン、ビニルピリジン、ならびに例えば1,2‐ジビニルベンゼン、1,3‐ジビニルベンゼン及び1,4‐ジビニルベンゼンなどのようなジビニル芳香族化合物、が挙げられる。2種以上の芳香族ビニルモノマーを併用してもよい。好ましい芳香族ビニルモノマーは、モノビニル芳香族化合物、より好ましくはスチレンである。
特にスチレンを含むモノビニル芳香族化合物(複数可)は、用途に応じて、重合反応に使用するモノマーの全重量に基づいて、最大70重量%、特に40〜70重量%、もしくは15〜40重量%、または1〜15重量%の総量で用いてもよい。1,2‐ジビニルベンゼン、1,3‐ジビニルベンゼン及び1,4‐ジビニルベンゼンを含むジビニルベンゼンのようなジまたはそれ以上のビニル芳香族化合物は、1重量%(ポリマーを製造するために使用するモノマーの全モル重量に基づいて)以下の総量で用いてもよい。好ましい一実施形態において、1,2‐ジビニルベンゼンを、スチレン及びブタジエンまたはイソプレンと併用する。
他のモノマー
本発明のエラストマーポリマーを製造する際に使用してもよい式1のマルチビニルアミノシラン以外のコモノマー、すなわち共役ジエンモノマー及び任意の芳香族ビニルモノマーには、アクリルモノマーが含まれ、アクリルモノマーとしては、アクリロニトリル、例えば、アクリル酸、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸プロピル及びアクリル酸ブチルなどのアクリレート、ならびに例えば、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸プロピル及びメタクリル酸ブチルなどのメタクリレートが挙げられる。そのような他のコモノマーは、重合反応に使用するモノマーの全重量に基づいて、通常、5重量%以下の割合で用いる。さらに、4‐[3‐(tert‐ブチル)‐1,3,3‐トリメチル‐1‐ビニルジシロキサニル]モルフォリン、3‐(tert‐ブチル)‐N,N‐ジエチル‐1,3,3‐トリメチル‐1‐ビニル‐ジシロキサン‐1‐アミン、及び3‐(tert‐ブチル)‐N,N‐ジブチル‐1,3,3‐トリメチル‐1‐ビニル‐ジシロキサン‐1‐アミンなどのビニルアミノジシロキサンまたはブタジエニルアミノジシロキサンモノマーを使用してもよい。
開始剤化合物
本発明の重合プロセスには開始剤化合物を用い、また、2種以上の開始剤化合物を併用してもよい。開始剤化合物は、一価または多価(二価、三価など)の開始剤化合物であってもよい。好適な開始剤化合物として、アルカリ金属、有機アルカリ金属化合物、アルカリ金属と極性化合物との錯体、アルカリ金属を含むオリゴマー、及びルイス酸‐塩基錯体が挙げられる。アルカリ金属の例として、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム及びセシウムが挙げられる。有機アルカリ金属化合物の例として、エチルリチウム、n‐ブチルリチウム、s‐ブチルリチウム、t‐オクチルリチウム、イソプロピルリチウム、フェニルリチウム、シクロヘキシルリチウム、2‐ブチルリチウム、4‐フェニルブチルリチウム、t‐ブチルジメチルシリルオキシプロピルリチウム、ジアルキルアミノプロピルリチウム、N‐モルホリノプロピルリチウム、リチウムジイソプロピルアミド、リチウムピペリジド、リチウムピロリジド、ジリチオ化ジフェニルエチレン化合物、ジリチオ化ビス(1‐アリールエテニル)ベンゼン、マルチリチオ化トリビニルベンゼン化合物、ビフェニルナトリウム、ナトリウムナフタレニド及びカリウムナフタレニドが挙げられる。アルカリ金属と極性化合物との錯体の例として、リチウム‐テトラメチルエチレンジアミン錯体、リチウム‐テトラヒドロフラン錯体、リチウム‐ジテトラヒドロフランプロパン錯体、ならびにそのナトリウム及びカリウム類似体が挙げられる。より好ましくは、開始剤化合物は、モノまたはジリチウムアルキル、アルキルアリールまたはアリール化合物である。さらに有用な開始剤として、WO2014/040640に記載されているアミノシラン重合開始剤及びPCT/EP2013/065399に記載されている重合開始剤が挙げられる。
特定の実施形態では、開始剤化合物は、式1のマルチビニルアミノシランと、上記で定義した有機アルカリ金属化合物とを反応させることによって取得できる化合物である。本実施形態では、開始剤化合物は、開始剤化合物及び分枝剤の両方の機能を果たすことができる。
開始剤(複数可)、特に有機リチウム開始剤(複数可)の総量は、モノマー量及び標的分子量またはポリマー量に応じて調整する。総量は、通常、モノマー100gあたり0.05〜5mmol、好ましくは0.2〜3mmolである。低分子量ポリマーは、100gのモノマーあたり5〜20mmolの開始剤を使用することによって調製してもよい。
溶媒
重合は、通常、形成するポリマーが反応混合物中において実質的に可溶である溶液重合として、または形成するポリマーが反応媒体中において実質的に不溶である懸濁/スラリー重合として実施する。より好ましくは、溶液重合でポリマーを得る。重合溶媒としては、通常、開始剤、触媒または活性高分子鎖を失活させることがない炭化水素系溶媒を用いる。重合溶媒は、2種以上の溶媒の組合せであってもよい。炭化水素溶媒の例として、脂肪族及び芳香族溶媒が挙げられる。具体例として:プロパン、ブタン、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、ブテン、プロペン、ペンテン、ヘキサン、オクタン、ベンゼン、トルエン、エチルベンゼン及びキシレンが挙げられる(考え得るすべての構造異性体を含む)。
鎖末端修飾剤
本発明の重合反応において、本発明のポリマー中のポリマー鎖の末端と反応することによってポリマー特性をさらに制御するための1種以上の鎖末端修飾剤を使用してもよい。一般的に、WO2007/047943、WO2009/148932、US6,229,036及びUS2013/0131263(各文献を参照として本明細書に援用する)に開示されているようなシランスルフィドオメガ鎖末端修飾剤をこの目的のために使用することができる。本発明での使用に適した他の鎖末端修飾剤は、WO2014/040640及びPCT/EP2013/065399に開示されている修飾剤、ならびにWO2014/040639に記載されているシランスルフィド修飾剤である。
連鎖末端修飾剤は、重合中に断続的に(規則的もしくは不規則な間隔で)または連続的に添加してもよいが、好ましくは80%を超える重合転化率で、より好ましくは90%を超える重合転化率で添加する。実質的な量のポリマー鎖末端が、鎖末端修飾剤との反応の前には終結していないことが好ましく;すなわち、リビングポリマー鎖末端が存在し、これらは修飾剤と反応することができる。
カップリング剤
ポリマーの分子量及びポリマー特性をさらに制御するために、カップリング剤(「連結剤」)を、本発明のプロセスにおける追加的な成分として使用することができる。カップリング剤は、カップリングしていない同一分子量の本質的に直鎖状のポリマー巨大分子に比べて、エラストマーポリマーの遊離鎖末端の数を減少させることによってヒステリシス損失を低減し、及び/またはポリマー溶液の粘度を低下させる。四塩化スズなどのカップリング剤は、ポリマー鎖末端を官能化し、エラストマー組成物の成分、例えば充填剤またはポリマーの不飽和部分と反応し得る。例示的なカップリング剤は、U.S.3,281,383、U.S.3,244,664及びU.S.3,692,874(例えば、テトラクロロシラン)に記載されており;U.S.3,978,103、U.S.4,048,206、U.S.4,474,908及びU.S.6,777,569(ブロックメルカプトシラン);U.S.3,078,254(1,3,5‐トリ(ブロモメチル)ベンゼンなどの多ハロゲン置換炭化水素);U.S.4,616,069(スズ化合物及び有機アミノまたはアミン化合物);ならびにU.S.2005/0124740に記載されている。一般的に、鎖末端修飾剤は、カップリング剤の添加前、添加時または添加後に添加し、修飾反応は好ましくはカップリング剤の添加後に行う。
使用するカップリング剤の総量は、カップリングするポリマーのムーニー粘度に影響を及ぼし、一般的にはエラストマーポリマー100gあたり0.001〜4.5ミリ当量の範囲であり、例えばポリマー100gあたり0.01〜約1.5ミリ当量である。
ランダマイザー化合物
ポリマーの共役ジエン部分のミクロ構造(すなわち、ビニル結合の含有量)を調整するために、またはポリマー鎖中の任意の芳香族ビニルモノマー及びビニル結合の組成分布を調整するために、当該技術分野において従前より公知のランダマイザー化合物(極性調整剤化合物としても知られる)を、モノマー混合物または重合反応に任意に添加してもよい。2つ以上のランダマイザー化合物を併用してもよい。本発明において有用なランダマイザー化合物の例として、一般にルイス塩基化合物が挙げられる。本発明での使用に適したルイス塩基は、例えば、例えばジエチルエーテル、ジ‐n‐ブチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、エチレングリコールジブチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、プロピレングリコールジメチルエーテル、プロピレングリコールジエチルエーテル、プロピレングリコールジブチルエーテル、(C‐Cアルキル)テトラヒドロフリルエーテル(メチルテトラヒドロフリルエーテル、エチルテトラヒドロフリルエーテル、プロピルテトラヒドロフリルエーテル、ブチルテトラヒドロフリルエーテル、ヘキシルテトラヒドロフリルエーテル、及びオクチルテトラヒドロフリルエーテルを含む)、テトラヒドロフラン、2,2‐(ビステトラヒドロフルフリル)プロパン、ビステトラヒドロフルフリルホルマール、テトラヒドロフルフリルアルコールのメチルエーテル、テトラヒドロフルフリルアルコールのエチルエーテル、テトラヒドロフルフリルアルコールのブチルエーテル、α‐メトキシテトラヒドロフラン、ジメトキシベンゼン及びジメトキシエタンのようなエーテル化合物、ならびに例えばトリエチルアミン、ピリジン、N,N,N′,N′‐テトラメチルエチレンジアミン、ジピペリジノエタン、N,N‐ジエチルエタノールアミンのメチルエーテル、N,N‐ジエチルエタノールアミンのエチルエーテル、N,N‐ジエチルエタノールアミン、及びジメチルN,N‐テトラヒドロフルフリルアミンのような3級アミンである。好ましいランダマイザー化合物の例は、WO2009/148932に記載されており、前記文献はその全体を参照として本明細書に援用する。
一般的には、ランダマイザー化合物と開始剤化合物とのモル比が0.012:1〜10:1、好ましくは0.1:1〜8:1、より好ましくは0.25:1〜約6:1で、ランダマイザー化合物を添加する。
促進剤化合物
重合には、任意に促進剤を含めて、開始剤の反応性を高め(したがって重合速度を高め)、ポリマー中に導入する芳香族ビニルモノマーをランダムに配置し、または芳香族ビニルモノマーの単一鎖を提供し、それによってリビングアニオン性エラストマーコポリマー中の芳香族ビニルモノマーの分布に影響を及ぼすことができる。促進剤の例として、ナトリウムアルコキシドまたはナトリウムフェノキシド及びカリウムアルコキシドまたはカリウムフェノキシド、好ましくは、例えばカリウムイソプロポキシド、カリウムt‐ブトキシド、カリウムt‐アミロキシド、カリウムn‐ヘプチルオキシド、カリウムベンジルオキシド、カリウムフェノキシドのようなカリウムアルコキシドまたはカリウムフェノキシド;例えばイソ吉草酸、カプリル酸、ラウリン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、オレイン酸、リノレン酸、安息香酸、フタル酸及び2‐エチルヘキサン酸のようなカルボン酸のカリウム塩、;例えばドデシルベンゼンスルホン酸、テトラデシルベンゼンスルホン酸、ヘキサデシルベンゼンスルホン酸及びオクタデシルベンゼンスルホン酸のような有機スルホン酸のカリウム塩;ならびにジエチルホスファイト、ジイソプロピルホスファイト、ジフェニルホスファイト、ジブチルホスファイト、ジラウリルホスファイトのような有機亜リン酸のカリウム塩が挙げられる。
このような促進剤化合物は、リチウム開始剤1.0g原子当量あたり0.005〜0.5molの合計量で添加してもよい。0.005mol未満では、通常、十分な効果が得られない。一方、促進剤化合物の量が約0.5molを超えると、鎖末端修飾反応の生産性及び効率が有意に低下し得る。
マルチビニルアミノシランの投与
式1のマルチビニルアミノシランは、開始化合物(複数可)1molあたり0.01〜10molの総量で使用することができる。好ましくは、それは、0.1〜5mol、または0.1〜3mol、または0.1〜1.5molの総量で使用する。本発明に従って、式1の様々なマルチビニルアミノシランを併用してもよい。本発明のポリマーをタイヤ用途、例えばタイヤトレッドまたはタイヤサイドウォール用のゴム化合物に使用する場合、式1のマルチビニルアミノシランを、開始剤化合物(複数可)1molあたり0.1〜5mol、より好ましくは0.1〜2molの総量で使用することが好ましい。
共役ジエンモノマー及び追加的な芳香族ビニルモノマー、開始剤化合物ならびに他の成分に比べて、重合プロセスにおける式1のマルチビニルアミノシランの添加様式(「投与」)は、得られるポリマーの構造に影響を与える。したがって、マルチビニルアミノシランポリマーのブロック及び他のモノマーのブロックを所望の比率及び配列で有する統計コポリマー及びブロックコポリマーを調製することができる。一般的な投与スキームは以下の通りである:
(1)共役ジエンモノマー、場合により芳香族ビニルモノマー、及び開始剤化合物を含む混合物への式1のマルチビニルアミノシランの連続的な(増加性の)添加により、重合が進むにつれて、統計コポリマーの供給が得られる。
(2)主要量のコモノマーとともに主要量の開始剤を添加する前の式1のマルチビニルアミノシランの投与。モノマーの定量的または定量的に近い転化の後、マルチビニルアミノシランの第二の添加を行って、ポリマー末端にブロック構造を生成することができる。
(3)主要量のコモノマーとともに主要量の開始剤を添加する前の式1のマルチビニルアミノシランの投与であって、マルチビニルアミノシランの定量的または定量的に近い転化の後に、これを添加することができる。さらに、様々な割合の式1のマルチビニルアミノシランを、全モノマーに対して定義された転化率で投与するいくつかの工程を行って、ポリマー鎖内にn個のテーパ構造またはブロック構造要素を生成することができる。モノマーの定量的または定量的に近い転化の後、マルチビニルアミノシランまたは鎖末端修飾剤もしくはカップリング剤の最終的な添加を用いて、ブロック構造またはポリマー末端での別の官能化もしくはカップリングを生成することができる。
(4)様々な割合の式1のマルチビニルアミノシランを、全モノマーに対して定義された転化率で投与するいくつかの工程を行って、ポリマー鎖内にテーパ構造またはブロック構造要素を生成することができる。モノマーの定量的または定量的に近い転化の後、マルチビニルアミノシランまたは鎖末端修飾剤もしくはカップリング剤の最終的な添加を用いて、ブロック構造またはポリマー末端での別の官能化もしくはカップリングを生成することができる。
(5)主要量のコモノマー(テーパ構造)とともに主要量の開始剤を添加する前の式1のマルチビニルアミノシランの投与であって、マルチビニルアミノシランの定量的または定量的に近い転化の後に、これを添加して、ブロック構造を生成することができる。モノマーの定量的または定量的に近い転化の後、鎖末端修飾剤またはカップリング剤を添加して、ポリマー鎖を官能化またはカップリングすることができ、これは好ましい投与オプションである。
ポリマー
本発明の第六の態様によるエラストマーポリマーは、本発明のプロセスによって、すなわち、式1の少なくとも1つの共役ジエンとマルチビニルアミノシランとを開始剤化合物の存在下で重合させるか、式1のマルチビニルアミノシランと有機アルカリ金属化合物とを反応させることによって得られる開始剤化合物の存在下で少なくとも1つの共役ジエンを重合させるか、または少なくとも1つの共役ジエンをアニオン重合することによって得られるリビングポリマーと式1のマルチビニルアミノシランとを反応させることによって、得ることができる。本発明のポリマーは、式1のマルチビニルアミノシランがそのビニル官能基によってポリマー鎖に組み込まれている、統計、ブロックもしくはテーパ型コポリマー、またはアルファもしくはアルファ,オメガ修飾ポリマーであってもよい。得られるポリマーは、一般的に分枝エラストマーポリマーである。
好ましい実施形態では、本発明のポリマーは、好ましくは15〜80%、より好ましくは30〜75%、最も好ましくは40〜70%のビニル含有率(特定の用途に応じて)を有するSSBR(溶液重合スチレンブタジエンゴム)であって、その総量に対するスチレン含有率は、40〜70重量%、または15〜40重量%、または1〜15重量%(特定の用途に応じて)であり;ビニル含有率が15%未満;または15〜40%、もしくは40〜80%のPBR(ポリブタジエンゴム);PIR(ポリイソプレンゴム);SSIR(溶液重合スチレンイソプレンゴム);またはSSIBR(溶液重合スチレンイソプレンブタジエンゴム);より好ましくはSSBRまたはPBRであり;さらにより好ましくはSSBRであり、それぞれを式1のマルチビニルアミノシランを組み込むことによって修飾する。SSBRの場合、エラストマーポリマーは−90〜0℃、好ましくは−80〜−5℃、より好ましくは−70〜−10℃のガラス転移温度(Tg、DSCで測定)を特徴とする。トラックタイヤ用途のための最も好ましいTgは−70〜−40℃であり、乗用車タイヤ用途のための最も好ましいTgは−40〜−10℃である。
未硬化ポリマー組成物
本発明の第七の態様の未硬化ポリマー組成物は、第六の態様のエラストマーポリマーと、(i)前記ポリマーを製造するために使用する重合プロセスに添加されるかまたは当該重合プロセスの結果として形成される成分、(ii)重合プロセスから溶媒を除去した後に残る成分、及び(iii)ポリマー製造プロセスの完了後にポリマーに添加する成分、から選択される1つ以上の追加の成分を含む。特に、このような成分(i)〜(iii)は、油(進展油)、充填剤、安定剤及び追加のポリマー(本発明のポリマーではない)から選択される1つ以上の成分であり得る。一実施形態では、ポリマー組成物は、1つ以上の加硫剤をさらに含む。
一実施形態では、未硬化(非架橋または未加硫)ポリマー組成物は、重合工程で得られた反応混合物の通常の後処理によって得られる。後処理は、蒸気ストリッピングまたは真空蒸発技術を用いて溶媒を除去することを意味する。
別の実施形態では、本発明の未硬化ポリマー組成物は、後処理した反応混合物(本発明のポリマーを含む)であって、好ましくはゴムベールの形態(すなわち、内部ミキサー中の、及び/または2つのロールミルによる通常の配合プロセスの生成物)の混合物と、少なくとも1種の充填剤とのさらなる機械的混合プロセスの結果として得られる。さらなる詳細は、F.Rothemeyer,F.Sommer,Kautschuk Technologie:Werkstoffe‐Verarbeitung‐Produkte,3rd ed.,(Hanser Verlag,2013)、及びそこに引用されている参考文献に記載されている。
タイヤに使用する未硬化組成物には、通常、以下の成分を添加する:進展油、安定剤、充填剤、追加的なポリマー。
(進展)油
一実施形態では、本発明のポリマー組成物は、本発明のエラストマーポリマーを1種以上の油、特に鉱油と組み合わせて含む。代表的な例及び油の分類については、WO2009/148932及びUS2005/0159513参照(各文献は、その全体を参照として本明細書に援用する)。このような油としては、例えば、芳香族、ナフテン及びパラフィン系進展油などの従前より公知の進展油、例えばMES(軽度抽出溶媒和物)、TDAE(処理留出物芳香族系抽出物)、ゴム‐液体(RTL)油、バイオマス‐液体(BTL)油、加硫油、増量樹脂または500〜20000g/molの中程度の分子量(BS ISO11344:2004によるGPCを介して測定)を有する液状ポリマー(例えば、液体BR)などが挙げられる。進展油として鉱油を使用する場合、それは、好ましくは、DAE(留出物芳香族抽出物)、RAE(残留芳香族抽出物)、TDAE、MES及びナフテン系油から選択される1種以上である。前記の油は、異なる濃度の多環式芳香族化合物、パラフィン、ナフテン及び芳香族化合物を含み、異なるガラス転移温度を有する。上記の種類の油は、「Kautschuk.Gummi Kunststoffe」,vol.52,pages 799‐805に記載されている。いくつかの実施形態において、MES、RAE及びTDAEは、ゴム用の好ましい進展油である。
1種以上の油を、重合プロセスの終了前または後にポリマーに添加することができる。進展油をポリマー溶液に添加する場合、添加のタイミングは、好ましくは、ポリマー修飾後または重合終了後、例えば修飾剤または重合停止剤の添加後であるべきである。進展油の添加後、油展ポリマー組成物は、直接乾燥法または水蒸気ストリッピング法、真空乾燥機、熱風乾燥機、ローラーなどを用いてのゴムの乾燥によって溶媒をポリマーから分離することによって得ることができる。ポリマー組成物は、0〜70phr、好ましくは0.1〜60phr、より好ましくは0.1〜50phrの総量で1種以上の油を含有してもよい。液状ポリマーを本発明のポリマー組成物中において進展油として使用する場合、ポリマーマトリックスの組成を計算する際にこれらは考慮に入れない。
別の実施形態では、前記油を、少なくとも1種の充填剤、好ましくは少なくとも1種の充填剤と少なくとも1種の追加のポリマーとともに、機械式ミキサー中で「無溶媒」ポリマーに添加する。
充填剤
上記で定義した1つ以上の進展油を任意に含む本発明のポリマー組成物に、1つ以上の充填剤をさらに含めてもよい。充填剤は、重合プロセスの終了前または後にポリマーに添加することができる。好適な充填剤の例として、カーボンブラック(導電性カーボンブラックを含む)、カーボンナノチューブ(CNT)(離散CNT、中空カーボンファイバー(HCF)及びヒドロキシル、カルボキシル、及びカルボニル基などの1つ以上の官能基を有する修飾CNT)、黒鉛、グラフェン(離散グラフェンプレートレットを含む)、シリカ、カーボン‐シリカ二相充填剤、粘土(剥脱ナノクレイ及び有機粘土を含む層状ケイ酸塩)、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、酸化マグネシウム、二酸化チタン、ゴムゲル、リグニン、ガラス粒子系充填剤、デンプン系充填剤などの非晶質充填剤、ならびにそれらの組合せが挙げられる。適切な充填剤のさらなる例は、WO2009/148932に記載され、それは参照により完全に本願明細書に組み込まれる。
当業者に従前より公知の任意のタイプのカーボンブラックを使用してもよい。一実施形態では、カーボンブラックは、ASTM D1510によるヨウ素価が20〜250mg/g、好ましくは30〜180mg/g、より好ましくは40〜180mg/g、さらにより好ましくは40〜130mg/gであり、また、ASTM D2414によるDBP数が80〜200ml/100g、好ましくは100〜200ml/100g、より好ましくは115〜200ml/100gである。(DBP数は、ジブチルフタレートを用いてカーボンブラックまたは任意の光輝性充填剤の比吸収量を決定する)。
当業者には従前より公知の、タイヤゴム配合物のための充填剤として好適な任意の種類のシリカを使用してもよい。窒素表面積(BET表面積;DIN ISO9277及びDIN66132による)が35〜350m/g、好ましくは35〜260m/g、より好ましくは100〜260m/g、さらにより好ましくは130〜235m/gであり、及びCTAB表面積(ASTM D3765による)が30〜400m/g、好ましくは30〜250m/g、より好ましくは100〜250m/g、さらにより好ましくは125〜230m/gである高度に分散した沈降シリカを使用することが特に好ましい。このようなシリカによって、例えばタイヤトレッドのためのゴム配合物において、加硫物の特に有効な物理的特性が得られる。さらに、このようなシリカは、配合物の処理において利点をもたらすことができ、すなわち、製品特性を維持する一方で配合に必要な時間を短縮することによって、生産性を向上させることができる。有用なシリカとして、Ultrasil(登録商標)VN3(Evonik Industries社の商標)型のもの、ならびに高度分散型、いわゆるHDシリカ(例えばRhodiaのZeosil(登録商標)1165MP)が挙げられる。
安定剤
1つ以上の安定剤(「抗酸化剤」)を、重合プロセスの終了前または後にポリマーに任意に添加して、分子状酸素によるエラストマーポリマーの分解を防止することができる。立体障害型フェノール系抗酸化剤、例えば2,6‐ジ‐tert‐ブチル‐4‐メチルフェノール、6,6′‐メチレンビス(2‐tert‐ブチル‐4‐メチルフェノール)、イソ‐オクチル‐3‐(3,5‐ジ‐tert‐ブチル‐4‐ヒドロキシフェニル)プロピオネート、ヘキサメチレンビス[3‐(3,5‐ジ‐tert‐ブチル‐4‐ヒドロキシフェニル)プロピオネート]、オクタデシル‐3‐(3,5‐ジ‐tert‐ブチル‐4‐ヒドロキシフェニル)プロピオネート、イソトリデシル‐3‐(3,5‐ジ‐tert‐ブチル‐4‐ヒドロキシフェニル)プロピオネート、1,3,5‐トリメチル‐2,4,6‐トリス(3,5‐ジ‐tert‐ブチル‐4‐ヒドロキシベンジル)ベンゼン、2,2′‐エチリデンビス(4,6‐ジ‐tert‐ブチルフェノール)、テトラキス[メチレン‐3‐(3,5‐ジ‐tert‐ブチル‐4‐ヒドロキシフェニル)プロピオネート]メタン、2‐[1‐(2‐ヒドロキシ‐3,5‐ジ‐tert‐ペンチル‐フェニル)エチル]‐4,6‐ジ‐tert‐ペンチルフェニルアクリレート及び2‐tert‐ブチル‐6‐(3‐tert‐ブチル‐2‐ヒドロキシ‐5‐メチルベンジル)‐4‐メチルフェニルアクリレート、ならびに以下のようなチオエステル系抗酸化剤、例えば4,6‐ビス(オクチルチオメチル)‐o‐クレゾール、及びペンタエリスリチルテトラキス(3‐ラウリルチオプロピオネート)を一般的に使用する。適切な安定剤のさらなる例は、F.Rothemeyer,F.Sommer,Kautschuk Technologie,2nded.,(Hanser Verlag,2006)pages 340‐344及び前記文献中に引用されている参考文献に見出すことができる。
追加のポリマー
本発明のポリマー、進展油(複数可)、充填剤(複数可)などとは別に、本発明のポリマー組成物は、追加のポリマー、特に追加のエラストマーポリマーをさらに含有してもよい。追加のポリマーは、ポリマー配合物の後処理の前に、溶液として本発明のポリマー溶液に添加してもよく、または例えばBrabenderミキサーにおける機械的混合プロセスの間に添加してもよい。
本明細書で言及する追加の(エラストマー)ポリマーは、本発明のポリマーに合致しない、すなわち、式1のマルチビニルアミノシラン由来の反復単位を含まないエラストマーポリマーである。
加硫剤と加硫促進剤
本発明のポリマー組成物には、必要に応じて、少なくとも1種の加硫剤をさらに含めてもよい。従来からゴム製品の製造に用いられている任意の加硫剤を本発明に用いることができ、2種以上の加硫剤を併用してもよい。
例えばジチオール、硫黄促進剤系及び過酸化物などの硫黄供与体として作用する硫黄含有化合物は、最も一般的な加硫剤である。硫黄供与体として作用する硫黄含有化合物の例として、ジチオジモルホリン(DTDM)、テトラメチルチウラムジスルフィド(TMTD)、テトラエチルチウラムジスルフィド(TETD)及びジペンタメチレンチウラムテトラスルフィド(DPTT)が挙げられる。硫黄促進剤の例として、アミン誘導体、グアニジン誘導体、アルデヒドアミン縮合産物、チアゾール、キサントゲネート、チウラムスルフィド、ジチオカルバメート及びチオホスフェートが挙げられる。好ましくは、N‐シクロヘキシル2‐ベンゾチアゾールスルフェンアミド(CBS)、N,N‐ジシクロヘキシルベンゾチアゾール2‐スルフェンアミド(DCBS)、ベンゾチアジル‐2‐スルフェンモルホリド(MBS)及びN‐tert‐ブチル2‐ベンゾチアジルスルフェンアミド(TBBS)から選択される1種以上のスルホンアミド促進剤を使用する。Vulkuren(登録商標)(1,6‐ビス(N,N‐ジベンジルチオカルバモイルジチオ)‐ヘキサン;Lanxess)、Duralink(登録商標)またはPerkalink(登録商標)(1,3‐ビス(シトラコンイミドメチル)ベンゼン;Lanxess)の商標登録名で市販されているか、またはWO2010/049261に開示されているようなさらなる架橋システムをポリマー組成物に添加してもよい。過酸化物の例としては、ジ‐tert‐ブチル‐ペルオキシド、ジ‐(tert‐ブチル‐ペルオキシ‐トリメチル‐シクロヘキサン)、ジ‐(tert‐ブチル‐ペルオキシ‐イソプロピル‐)ベンゼン、ジクロロベンゾイルペルオキシド、ジクミルペルオキシド、tert‐ブチル‐クミル‐ペルオキシド、ジメチル‐ジ(tert‐ブチル‐ペルオキシ)ヘキサン、ジメチル‐ジ(tert‐ブチル‐ペルオキシ)ヘキシン及びブチルジ(tert‐ブチル‐ペルオキシ)バレレートが挙げられる(Rubber Handbook,SGF,The Swedish Institution of Rubber Technolgy 2000)。
必要に応じて、スルフェンアミド型、グアニジン型、またはチウラム型の加硫促進剤を加硫剤とともに併用することができる。
さらに、本発明のポリマー組成物は、従来の添加剤及び加硫助剤を、従来用いている割合で含有してもよい。そのような添加剤として:
a)エイジング防止剤、例えばN‐フェニルN′‐(1,3‐ジメチルブチル)‐p‐フェニレンジアミン(6PPD)、N,N′‐ジフェニル‐p‐フェニレンジアミン(DPPD)、N,N′‐ジトリル‐p‐フェニレンジアミン(DTPD)、N‐イソプロピルN′‐フェニル‐p‐フェニレンジアミン(IPPD)、2,2,4‐トリメチル1,2‐ジヒドロキノリン(TMQ)、
b)活性化剤、例えば酸化亜鉛及び脂肪酸(例えば、ステアリン酸)、
c)ワックス、
d)樹脂、特に接着性樹脂、
e)素練り用添加剤、例えば2,2′‐ジベンズアミドジフェニルジスルフィド(DBD)ならびに、
f)加工用添加剤、例えば亜鉛石鹸及び脂肪酸エステルならびにそれらの誘導体。酸化亜鉛(亜鉛華)は、好ましくは、硫黄促進剤系の成分として使用する。
加硫剤は、一般的には、全ポリマー100重量部あたり0.5〜10重量部、またはいくつかの実施形態では1〜6重量部の量でポリマー組成物に添加する。加硫促進剤の例と、全ポリマーに比べてのその添加量は、WO2009/148932に記載されており、前記文献はその全体を参照として本明細書に援用する。
加硫ポリマー組成物及びその製造プロセス
本発明の第八の態様の加硫ポリマー組成物は、1種以上の加硫剤を含む本発明の第七の態様のポリマー組成物を、当該技術分野において従前より公知の条件及び機構で加硫することによって得られる。加硫プロセスは、本発明の第九の態様を構成する。
加硫ポリマー組成物を含む製品
本発明の加硫ポリマー組成物は、低い転がり抵抗、低い動的熱蓄積及び高いウェットグリップを示すため、例えばタイヤもしくはタイヤの部品、例えば:タイヤトレッド、サイドウォール及びタイヤカーカス、ならびにベルト、ホース、消振ダンパー及び履物構成要素などの他の工業製品の製造における使用に適している。したがって、本発明の第十の態様の製品は、本発明の加硫ポリマー組成物から形成される少なくとも1つの成分を含む。製品は、例えば、タイヤ、タイヤトレッド、タイヤサイドウォール、タイヤカーカス、ベルト、ガスケット、シール、ホース、消振ダンパー、ゴルフボールまたは靴底などの履物構成要素である。
定義
本明細書で定義するアルキル基は、そのままであるか、またはアルキルアリールまたはアルコキシのような他の基と結合して、いずれも、例えばメチル(Me)、エチル(Et)、n‐プロピル(Pr)、n‐ブチル(Bu)、n‐ペンチル、n‐ヘキシルなどの直鎖アルキル基、例えばイソプロピル、tert‐ブチルなどの分枝アルキル基、及び例えばシクロヘキシルなどの環状アルキル基を含む。
本明細書で定義するアリール基として、フェニル、ビフェニル及び他のベンゼノイド化合物が挙げられる。アリール基は、好ましくは1つの芳香族環のみを有し、最も好ましくはC芳香族環を有する。
本明細書で定義するアルキルアリール基は、1つ以上のアルキル基に結合した1つ以上のアリール基の組合せ、例えばアルキル‐アリール、アリール‐アルキル、アルキル‐アリール‐アルキル及びアリール‐アルキル‐アリールの形態である。アルキルアリール基は、好ましくは、1つの芳香族環のみを含み、最も好ましくはC芳香族環を含む。
実施例により、本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はそれらに限定されるものではない。
[分枝剤(BA)及び選択した修飾剤の調製及び特徴付け]
本発明の化合物には、アスタリスク()で印をつけている。
N‐[ジメチル(ビニル)シリル]‐N‐(4‐メトキシフェニル)‐1,1‐ジメチル‐1‐ビニルシランアミン
DCM(60ml)中、25℃で、TEA(8.68g、85.8mmol、2.5当量)及びクロロジメチルビニルシラン(10.3g、85.8mmol、2.5当量)の溶液に、p‐メトキシアニリン(4.22g、34.3mmol、1.0当量)を加えた。反応混合物を25℃で16日間攪拌した。濾過し、溶媒を除去して残渣を取得し、これを減圧蒸留により精製した。表題化合物(7.80g、26.8mmol、78%)を無色油状物として得た。
1525NOSi,M=291.54g mol−1
bp=130‐132℃(6mbar).
H NMR(400MHz,20℃,C):δ=6.87‐6.85(m,2H),6.70‐6.67(m,2H),6.29(dd,J=20.3Hz,J=14.7Hz,2H),5.91(dd,J=14.7Hz,J=3.7Hz,2H),5.72(dd,J=20.4Hz,J=3.8Hz,2H),3.29(s,3H),0.19(s,12H)ppm.
13C NMR(100MHz,20℃,C):δ=156.88(C),140.83(2CH),139.74(C),131.60(2CH),131.19(2CH),114.15(2CH),54.77(CH),0.40(4CH)ppm.
GC‐MS(EI,70eV):m/z(%)=291(M,76),276(M‐CH,100),260(22),248(67),222(41),176(21),134(8),85(17).
N‐[ジメチル(ビニル)シリル]‐N‐(2‐メトキシエチル)‐1,1‐ジメチル‐1‐ビニルシランアミン
DCM(60ml)中、25℃で、メトキシエチルアミン(5.00g、66.6mmol、1.0当量)及びTEA(16.8g、166mmol、2.5当量)の溶液に、クロロジメチルビニルシラン(20.1g、166mmol、2.5当量)を加えた。反応混合物を25℃で16時間攪拌した。濾過し、溶媒を除去して残渣を取得し、これを減圧蒸留により精製した。表題化合物(11.0g、45.2mmol、68%)を無色の油状物として得た。
1125NOSi、M=243.50g mol−1
bp=83‐84℃(7mbar).
H NMR(400MHz,20℃,C):δ=6.25(dd,J=20.3Hz,J=14.6Hz,2H),5.90(dd,J=14.7Hz,J=3.8Hz,2H),5.69(dd,J=20.3Hz,J=3.8Hz,2H),3.21(t,J=6.6Hz,2H),3.09(s,3H),3.08(t,J=6.5Hz,2H),0.23(s,12H)ppm.
13C NMR(100MHz,20℃,C):δ=141.10(2CH),131.50(2CH),75.78(CH),58.59(CH),44.90(CH),0.52(4CH)ppm.
GC‐MS(EI,70eV):m/z(%)=243(M‐CH,2),198(100),170(6),142(1),112(6),85(24),59(25).
N,N‐ビス[ジメチル(ビニル)シリル]‐O‐メチルヒドロキシルアミン
メトキシアミン塩酸塩(4.83g、57.8mmol、1.0当量)を室温でDCM(150ml)中に懸濁した。次いで、TEA(17.6g、174mmol、3.0当量)を加え、その後、25℃でクロロジメチルビニルシラン(16.0g、133mmol、2.3当量)を滴下して加えた。反応混合物を25℃で4日間攪拌した。濾過し、溶媒を除去して残渣を取得し、これを減圧蒸留により精製した。表題化合物(4.64g、21.6mmol、37%)を無色油状物として得た。
21NOSi、M=215.44g mol−1
bp=89‐90℃(40mbar).
H NMR(400MHz,20℃,C):δ=6.28(dd,J=20.4Hz,J=14.7Hz,2H),5.92(dd,J=14.8Hz,J=3.8Hz,2H),5.75(dd,J=20.4Hz,J=3.8Hz,2H),3.37(s,3H),0.23(s,12H)ppm.
13C NMR(100MHz,20℃,C):δ=139.23(2CH),132.27(2CH),65.30(CH),−1.33(4CH)ppm.
GC‐MS(EI,70eV):m/z(%)=215(M,100),200(M‐CH,1),186(8),170(53),142(56),116(41),85(60),59(86).
N‐[ジメチル(ビニル)シリル]‐1,1‐ジメチル‐N‐(ピリジン‐3‐イルメチル)‐1‐ビニルシランアミン
DCM(60ml)中、25℃で、TEA(9.16g、90.5mmol、2.5当量)及びクロロジメチルビニルシラン(10.9g、90.5mmol、2.5当量)の溶液に、2‐アミノメチルピリジン(3.92g、36.2mmol、1.0当量)を加えた。反応混合物を25℃で5日間攪拌した。濾過し、溶媒を除去して残渣を取得し、これを減圧蒸留により精製した。表題化合物(8.78g、31.8mmol、88%)を無色油状物として得た。
1424Si,M=276.53g mol−1
bp=110‐112℃(7mbar).
H NMR(400MHz,20℃,C):δ=8.67(dd,J=2.2Hz,J=0.8Hz,1H),8.49‐8.47(m,1H),7.32‐7.29(m,1H),6.78(ddd,J=7.8Hz,J=4.8Hz,J=0.4Hz,1H),6.13(dd,J=20.3Hz,J=14.7Hz,2H),5.83(dd,J=14.7Hz,J=3.8Hz,2H),5.61(dd,J=20.3Hz,J=3.8Hz,2H),3.89(s,2H),0.11(s,12H)ppm.
13C NMR(100MHz,20℃,C):δ=149.33(CH),148.38(CH),140.12(2CH),138.82(C),133.70(CH),132.02(2CH),122.88(CH),46.79(CH),0.18(4CH)ppm.
GC‐MS(EI,70eV):m/z(%)=276(M,30),261(M‐CH,100),233(15),198(32),163(28),136(12),116(10),85(35),59(53).
2,4‐ジメチル‐1,3‐ジプロピル‐2,4‐ジビニル‐1,3,2,4‐ジアザジシレチジン
1‐メチル‐N,N′‐ジプロピル‐1‐ビニルシランジアミン(2.00g、10.7mmol、1.0当量)を、25℃でMTBE(25ml)に溶解した。その後、シクロヘキサン(20wt%)中のnBuLi溶液(7.05g、22.0mmol、2.05当量)を30分かけて加えた。1時間後、MTBE(10ml)中のクロロジメチルビニルシラン(1.51g、10.7mmol、1.0当量)の溶液を加え、得られた混合物を25℃でさらに1時間攪拌した。濾過し、溶媒を除去して残渣を取得し、これを減圧蒸留により精製した。表題化合物(1.0g、3.9mmol、37%)を無色油状物として得た。
1226Si,M=254.52g mol−1
bp=78‐80℃(6mbar).
H NMR(400MHz,20℃,C):δ=6.21(ddd,J=20.2Hz,J=14.6Hz,J=10.4Hz,2H) ABX‐systemの部分,6.02(ddd,J=14.7Hz,J=5.2Hz,J=4.1Hz,2H) ABX‐systemの部分,5.87(ddd,J=20.2Hz,J=7.7Hz,J=4.1Hz,2H) ABX‐systemの部分,2.78‐2.73(m,4H),1.41(sext,J=7.2Hz,4H),0.84(t,J=7.2Hz,6H),0.40(s,3H),0.38(s,3H)ppm.
13C NMR(100MHz,20℃,C):δ=140.12(CH),139.97(CH),134.22(CH),134.18(CH),43.98(2CH)28.21(2CH),11.99(2CH),−0.72(CH)−0.92(CH)ppm.
GC‐MS(EI,70eV):m/z(%)=254(M,1),225(M,100),198(29),170(6),128(7),98(24),85(8),71(27).
1,3‐ビス[ジメチル(ビニル)シリル]‐2,2‐ジメチル‐1,3,2‐ジアザシリナン(
30mlのDCM中の1,3‐ジアミノプロパン(3.72g、50.2mmol、1.0当量)の溶液を、DCM(70ml)中のTEA(21.8g、216mmol、4.3当量)及びジクロロジメチルシラン(6.51g、50.2mmol、1.0当量)の溶液に、25℃で滴下して加えた。反応混合物を25℃で16時間攪拌した。その後、クロロジメチルビニルシラン(12.1g、100mmol、2.0当量)を加え、得られた懸濁液を25℃でさらに16時間攪拌した。濾過し、溶媒を除去して残渣を取得し、これを減圧蒸留により精製した。表題化合物(11.1g、37.2mmol、74%)を無色の油状物として得た。
1330Si,M=298.65g mol−1
bp=115‐117℃(7mbar).
H NMR(400MHz,20℃,C):δ=6.21(dd,J=20.3Hz,J=14.7Hz,2H),5.93(dd,J=14.6Hz,J=4.0Hz,2H),5.74(dd,J=20.3Hz,J=4.0Hz,2H),2.98‐2.95(m,4H),1.49‐1.43(m,2H),0.30(s,6H),0.19(s,12H)ppm.
13C NMR(100MHz,20℃,C):δ=140.67(2CH),131.55(2CH)42.50(2CH),31.93(CH),3.96(2CH),−0.24(4CH)ppm.
GC‐MS(EI,70eV):m/z(%)=298(M,14),283(M‐CH,100),255(8),228(7),184(13),158(8),130(5),100(1).
1,2‐ビス{3‐[ジメチル(ビニル)シリル]‐2,2‐ジメチル‐1,3,2‐ジアザシロリジン‐1‐イル}エタン(
トリエチレンテトラミン(2.50g、17.1mmol、1.0当量)及びTEA(11.2g、111mmol、6.5当量)の溶液に、DCM(50ml)溶液中、25℃で、クロロジメチルビニルシラン(4.3g、35.9mmol、2.1当量)を加えた。反応混合物を25℃で1時間攪拌した。次いで、ジクロロジメチルシラン(4.41g、34.2mmol、2.0当量)を加え、得られた懸濁液を25℃でさらに1日間攪拌した。濾過し、溶媒を除去して残渣を取得し、これを減圧蒸留により精製した。表題化合物(772mg、1.81mmol、11%)をわずかに黄色の高粘性油として得た。
1842Si,M=426.90g mol−1
bp=152‐154℃(1.7×10−2mbar).
H NMR(400MHz,20℃,C):δ=6.20(dd,J=20.2Hz,J=14.7Hz,2H),5.96(dd,J=14.6Hz,J=4.0Hz,2H),5.76(dd,J=20.2Hz,J=4.0Hz,2H),3.06(t,J=6.2Hz,4H),2.95‐2.85(m,8H),0.21(s,12H),0.20(s,12H)ppm.
13C NMR(100MHz,20℃,C):δ=139.54(2CH),132.04(2CH),50.75(2CH),48.10(2CH),45.30(2CH),1.77(4CH),−1.48(4CH)ppm.
GC‐MS(EI,70eV):m/z(%)=426(M,4),411(M‐CH,3),320(9),278(2),213(100),199(1),185(2),171(2),157(1),142(3),100(4),85(6).
1,4‐ビス[ジメチル(ビニル)シリル]ピペラジン(M1)(
ピペラジン(8.00g、92.9mmol)をDCM(150ml)に室温で溶解した。TEA(21.6g、214mmol、2.3当量)を加え、続いて25℃でクロロジメチルビニルシラン(25.8g、214mmol、2.3当量)を滴下して加えた。反応混合物を25℃で7日間攪拌した。濾過し、溶媒を除去して残渣を取得し、これを減圧蒸留により精製した。表題化合物M1(17.4g、68.4mmol、74%)を無色油状物として得た。
1226Si,M=254.52g mol−1
bp=92‐93℃(5mbar).
H NMR(400MHz,20℃,C):δ=6.14(dd,J=20.2Hz,J=14.7Hz,2H),5.94(dd,J=14.7Hz,J=4.1Hz,2H),5.73(dd,J=20.2Hz,J=4.1Hz,2H),2.97(s,8H),0.12(s,12H)ppm.
13C NMR(100MHz,20℃,C):δ=139.34(2CH),132.15(2CH),47.36(4CH),−2.43(4CH)ppm.
GC‐MS(EI,70eV):m/z(%)=254(M,100),239(M‐CH,9),210(2),170(9),140(20),85(44).
N,N‐ビス[ジメチル(ビニル)シリル]ベンジルアミン(M2)
ベンジルアミン(6.00g、56.0mmol、1.0当量)を室温でDCM(110ml)に溶解した。TEA(14.2g、140mmol、2.5当量)を加え、続いて25℃でクロロジメチルビニルシラン(16.9g、140mmol、2.5当量)を滴下して加えた。反応混合物を25℃で3日間攪拌した。濾過し、溶媒を除去して残渣を取得し、これを減圧蒸留により精製した。表題化合物M2(8.96g、32.5mmol、58%)を無色の油状物として得た。
1525NSi,M=275.54g mol−1
bp=109‐113℃(5mbar).
H NMR(400MHz,20℃,C):δ=7.28‐7.24(m,2H),7.21‐7.17(m,2H),7.07(t,J=7.5Hz,1H),6.23(dd,J=20.4Hz,J=14.7Hz,2H),5.87(dd,J=14.7Hz,J=3.8Hz,2H),5.66(dd,J=20.3Hz,J=3.8Hz,2H),4.08(s,2H),0.19(s,12H)ppm.
13C NMR(100MHz,20℃,C):δ=144.14(C),140.61(2CH),131.71(2CH),128.34(2CH),126.75(2CH),126.52(CH),49.14(CH),0.29(4CH)ppm.
GC‐MS(EI,70eV):m/z(%)=275(M,14),260(M‐CH,100),232(14),198(66),162(25),135(23),116(10),85(41),59(64).
N,N‐ビス[ジメチル(ビニル)シリル]トルイジン(M3)
トルイジン(3.89g、36.3mmol、1.0当量)及びTEA(9.18g、90.7mmol、2.5当量)をDCM(60ml)に室温で溶解した。次に、クロロジメチルビニルシラン(10.9g、90.7mmol、2.5当量)を25℃で滴下して加えた。反応混合物を25℃で3日間攪拌した。次いで、クロロジメチルビニルシランの第二の部分(2.20g、18.2mmol、0.5当量)を加え、得られた混合物を25℃でさらに6日間攪拌した。濾過し、溶媒を除去して残渣を取得し、これを減圧蒸留により精製した。表題化合物M3(7.70g、27.9mmol、77%)を無色の油状物として得た。
1525NSi,M=275.54g mol−1
bp=100‐102℃(4mbar).
H NMR(400MHz,20℃,C):δ=6.92‐6.88(m,4H),6.29(dd,J=20.4Hz,J=14.7Hz,2H),5.90(dd,J=14.7Hz,J=3.7Hz,2H),5.71(dd,J=20.3Hz,J=3.8Hz,2H),2.09(s,3H),0.18(s,12H)ppm.
13C NMR(100MHz,20℃,C):δ=144.65(C),140.83(2CH),133.39(C),131.62(2CH),130.27(2CH),129.60(2CH),20.84(CH),0.44(4CH)ppm.
GC‐MS(EI,70eV):m/z(%)=275(M,74),260(M‐CH,99),246(23),232(100),222(60),206(55),174(21),148(13),121(5),85(32),59(91).
N,N,N′,N′‐テトラキス{ジメチル(ビニル)シリル‐1,3‐ジアミノプロパン(M4)(
1,3‐ジアミノプロパン(1.50g、20.2mmol、1.0当量)を、DCM(70ml)中のTEA(12.3g、121.4mmol、6.0当量)及びクロロジメチルビニルシラン(13.1g、101.2mmol、5.0当量)の溶液に25℃で滴下して加えた。反応混合物を25℃で4日間攪拌した。濾過し、溶媒を除去して残渣を取得し、これを減圧蒸留により精製した。表題化合物M4(7.15g、17.4mmol、86%)を無色油状物として得た。
1942Si,M=410.90g mol−1
bp=144‐147℃(3×10−2mbar).
H NMR(400MHz,20℃,C):δ=6.27(dd,J=20.6Hz,J=14.6Hz,4H),5.94(dd,J=14.6Hz,J=3.8Hz,4H),5.73(dd,J=20.3Hz,J=3.9Hz,4H),2.67‐2.63(m,4H),1.70‐1.62(m,2H),0.26(s,24H)ppm.
13C NMR(100MHz,20℃,C):δ=141.04(4CH),131.55(4CH),43.24(2CH),41.34(CH),0.53(8CH)ppm.
GC‐MS(EI,70eV):m/z(%)=410(M,64),395(M‐CH,12),309(3),198(100),142(6),85(26).
N,N‐ビス[ジメチル(ビニル)シリル]メチルアミン(M5)
クロロジメチルビニルシラン(30.2g、251mmol、2.3当量)を室温でDCM(120ml)に溶解した。次いで、塩化メチルアンモニウム(6.77g、100mmol、1.0当量)を加え、続いてDCM(30ml)中のTEA(36.5g、361mmol、3.6当量)の溶液を25℃で滴下して加えた。反応混合物を25℃で3日間攪拌した。濾過し、溶媒を除去して残渣を取得し、これを減圧蒸留により精製した。表題化合物M5(13.9g、697mmol、70%)を無色油状物として得た。
21NSi,M=199.44g mol−1
bp=75‐76℃(30mbar).
H NMR(400MHz,20℃,C):δ=6.20(dd,J=20.2Hz,J=14.6Hz,2H),5.92(dd,J=14.6Hz,J=3.9Hz,2H),5.70(dd,J=20.3Hz,J=4.0Hz,2H),2.42(s,3H),0.19(s,12H)ppm.
13C NMR(100MHz,20℃,C):δ=140.52(2CH),131.49(2CH),31.46(CH),−0.26(4CH)ppm.
GC‐MS(EI,70eV):m/z(%)=199(M,16),185(M‐CH,100),172(14),156(48),144(15),130(15),116(10),103(4),73(21),59(51).
N,N‐ビス[ジメチル(ビニル)シリル]プロピルアミン(M6)
プロピルアミン(4.00g、67.7mmol、1.0当量)をDCM(120ml)に室温で溶解した。TEA(17.1g、169mmol、2.5当量)を加え、続いてクロロジメチルビニルシラン(20.4g、169mmol、2.5当量)を25℃で滴下して加えた。反応混合物を25℃で18時間攪拌した。濾過し、溶媒を除去して残渣を取得し、これを減圧蒸留により精製した。表題化合物M6(10.3g、45.3mmol、67%)を無色油状物として得た。
1125NSi,M=227.50g mol−1
bp=75‐76℃(10mbar).
H NMR(400MHz,20℃,C):δ=6.24(dd,J=20.3Hz,J=14.6Hz,2H),5.91(dd,J=14.6Hz,J=3.9Hz,2H),5.70(dd,J=20.3Hz,J=3.9Hz,2H),2.75‐2.71(m,2H),1.45‐1.35(m,2H),0.71(t,J=7.4Hz,3H),0.22(s,12H)ppm.
13C NMR(100MHz,20℃,C):δ=141.21(2CH),131.36(2CH),47.98(CH),28.65(CH),11.35(CH),0.53(4CH)ppm.
GC‐MS(EI,70eV):m/z(%)=227(M,0.8),212(M‐CH,5),198(100),184(3),170(7),156(2),142(3),114(15),100(7),85(50),59(57).
N,N‐ビス[ジメチル(ビニル)シリル]ブチルアミン(M7)
ブチルアミン(5.00g、68.4mmol、1.0当量)をDCM(120ml)に室温で溶解した。TEA(17.3g、170mmol、2.5当量)を加え、続いてクロロジメチルビニルシラン(20.6g、170mmol、2.5当量)を25℃で滴下して加えた。反応混合物を25℃で2日間攪拌した。濾過し、溶媒を除去して残渣を取得し、これを減圧蒸留により精製した。表題化合物M7(8.87g、36.7mmol、54%)を無色油状物として得た。
1227NSi,M=241.52g mol−1
bp=75‐76℃(6mbar).
H NMR(400MHz,20℃,C):δ=6.26(dd,J=20.3Hz,J=14.7Hz,2H),5.92(dd,J=14.7Hz,J=3.9Hz,2H),5.72(dd,J=20.2Hz,J=3.8Hz,2H),2.82‐2.78(m,2H),1.46‐1.39(m,2H),1.14(sext,J=7.5Hz,2H),0.84(t,J=7.4Hz,3H),0.24(s,12H)ppm.
13C NMR(100MHz,20℃,C):δ=141.24(2CH),131.38(2CH),45.83(CH),37.85(CH),20.58(CH),14.20(CH),0.56(4CH)ppm.
GC‐MS(EI,70eV):m/z(%)=241(M,2),226(M‐CH,17),198(100),170(21),154(6),128(32),112(12),85(100),59(100).
N,N‐ビス[ジメチル(ビニル)シリル]‐2,2‐ジメチル‐2,3‐ジヒドロ‐1H‐ベンゾ[d][1,3,2]ジアザシロール(M8)(
DCM(100ml)中のo‐フェニレンジアミン(3.35g、31.0mmol、1.0当量)及びTEA(15.7g、155mmol、5.0当量)の溶液に、ジクロロジメチルシラン(4.02g、31.0mmol、1.0当量)を25℃で滴下して加えた。反応混合物を25℃で16時間攪拌した。その後、クロロジメチルビニルシラン(9.35g、77.5mmol、2.5当量)を加え、得られた懸濁液を25℃でさらに3日間攪拌した。濾過し、溶媒を除去して残渣を取得し、これを減圧蒸留により精製した。表題化合物M8(7.20g、21.6mmol、70%)を無色油状物として得た。
1628Si,M=332.67g mol−1
bp=135℃(1.3×10−2mbar).
H NMR(400MHz,20℃,C):δ=6.98(dd,J=5.8Hz,J=3.4Hz,2H),6.78(dd,J=5.8Hz,J=3.4Hz,2H),6.24(dd,J=20.3Hz,J=14.7Hz,2H),5.90(dd,J=14.7Hz,J=3.6Hz,2H),5.73(dd,J=20.3Hz,J=3.6Hz,2H),0.34(s,6H),0.30(s,12H)ppm.
13C NMR(100MHz,20℃,C):δ=142.45(2C),138.09(2CH),133.16(2CH),118.51(2CH),114.16(2CH),5.54(2CH),−1.36(4CH)ppm.
GC‐MS(EI,70eV):m/z(%)=275(M,14),260(M‐CH,100),232(14),198(66),162(25),135(23),116(10),85(41),59(64).
N,N,N′,N′‐テトラキス[ジメチル(ビニル)シリル]‐1,2‐ジアミノエタン(M9)(
エチレンジアミン(1.00g、16.6mmol)をDCM(50ml)に室温で溶解した。TEA(10.1g、99.8mmol、6.0当量)を加え、続いてクロロジメチルビニルシラン(12.0g、99.8mmol、6.0当量)を25℃で滴下して加えた。反応混合物を25℃で2日間攪拌した。濾過し、溶媒を除去して残渣を取得し、これを減圧蒸留により精製した。表題化合物M9(3.71g、9.35mmol、56%)を無色油状物として得た。
1840Si,M=396.87g mol−1
bp=155‐157℃(1.7mbar).
H NMR(400MHz,20℃,C):δ=6.28(dd,J=20.4Hz,J=14.7Hz,4H),5.92(dd,J=14.7Hz,J=3.8Hz,4H),5.71(dd,J=20.3Hz,J=3.8Hz,4H),2.95(s,4H),0.28(s,24H)
13C NMR(100MHz,20℃,C):δ=141.59(4CH),131.66(4CH),49.41(2CH),1.50(8CH)ppm.
GC‐MS(EI,70eV):m/z(%)=396(M,0.8),381(M‐CH,3),369(1),295(6),283(8),269(14),200(100),170(31),142(14),112(19),85(100),59(100).
トリス[ジメチル(ビニル)シリル]アミン(M10)
ビス[ジメチル(ビニル)シリル]アミン(6.50g、35.1mmol、1.0当量)を、THF(60ml)に25℃で溶解した。その後、シクロヘキサン(20wt%)中のnBuLi溶液(11.8g、36.8mmol、1.05当量)を加えた。この温度で1時間後、クロロジメチルビニルシラン(5.29g、43.8mmol、1.25当量)を加え、得られた混合物を25℃でさらに16時間攪拌した。濾過し、溶媒を除去して残渣を取得し、これを減圧蒸留により精製した。表題化合物M10(7.00g、26.0mmol、74%)を粘着性の油状物/固体として得た。
1227NSi,M=269.61g mol−1
bp=85℃(4mbar).
H NMR(400MHz,20℃,CDCl):δ=6.26(dd,J=20.3Hz,J=14.7Hz,3H),5.88(dd,J=14.7Hz,J=3.6Hz,3H),5.66(dd,J=20.4Hz,J=3.6Hz,3H),0.24(s,18H)ppm.
13C NMR(100MHz,20℃,CDCl):δ=143.27(3CH),130.40(3CH),3.84(6CH)ppm.
GC‐MS(EI,70eV):m/z(%)=369(M,0.5),254(M‐CH,100),226(M,65),200(62),172(18),154(9),130(32),100(30),59(30).
文献:J.Hu,D.Son,Macromolecules 1998,31,8644。
,N,N,N‐テトラキス[ジメチル(ビニル)シリル]ベンゼン‐1,4‐ジアミン(M11)(
DCM(60ml)中のp‐フェニレンジアミン(2.43g、22.5mmol、1.0当量)及びTEA(10.5g、104mmol、4.6当量)の溶液に、25℃でクロロジメチルビニルシラン(12.2g、101mmol、4.5当量)を滴下して加えた。反応混合物を25℃で3日間攪拌した。その後、溶媒を50%に減少させ、クロロジメチルビニルシラン(1.35g、11.2mmol、0.5当量)を加えて反応速度を増加させた。得られた懸濁液を25℃でさらに21日間攪拌した。濾過し、溶媒を除去して残渣を取得し、これを減圧蒸留により精製した。表題化合物M11(6.40g、14.4mmol、64%)を無色油状物として得た。
2240Si,M=442.92g mol−1
bp=162‐164℃(3.5×10−2mbar)
H NMR(400MHz,20℃,C):δ=6.81(s,4H),6.28(dd,J=20.4Hz,J=14.7Hz,4H),5.91(dd,14.9Hz,J=3.8Hz,4H),5.71(dd,J=20.3Hz,J=3.8Hz,4H),0.18(s,24H)ppm.
13C NMR(100MHz,20℃,C):δ=143.35(2C),140.74(4CH),131.67(4CH),130.42(4CH),0.23(8CH)ppm.
GC‐MS(EI,70eV):m/z(%)=444(M,100),429(M‐CH,9),415(5),401(32),387(6),373(9),359(7),345(2),331(2),289(2),259(5),218(2),173(10),130(9),100(5),85(29).
‐<2‐{ビス[ジメチル(ビニル)シリル]アミノ}エチル>‐N,N,N‐トリス[ジメチル(ビニル)シリル]エタン‐1,2‐ジアミン(M12)(
ジエチレントリエアミン(Diethylenetrieamine)(3.00g、29.1mmol、1.0当量)をDCM(125ml)に室温で溶解した。TEA(19.1g、189mmol、6.5当量)を加え、続いてクロロジメチルビニルシラン(22.8g、189mmol、6.5当量)を25℃で滴下して加えた。反応混合物を25℃で7日間攪拌した。すべての揮発性物質の濾過及び除去により、表題化合物M12(12.0g、23.0mmol、79%、純度:91%)を黄色油状物として得た。
2453Si,M=524.13g mol−1
H NMR(400MHz,20℃,C):δ=6.29(dd,J=20.3Hz,J=14.6Hz,5H),5.94(dd,J=14.6Hz,J=3.8Hz,5H),5.74(dd,J=20.3Hz,J=3.8Hz,2H),2.99‐2.95(m,4H),2.86‐2.84(m,4H),0.29(s,24H),0.24(s,6H)ppm.
13C NMR(100MHz,20℃,C):δ=141.26(4CH),140.28(CH),132.23(4CH),131.73(CH),53.43(2CH),47.25(2CH),1.09(8CH),−0.64(2CH)ppm.
GC‐MS(EI,70eV):mz(%)=524(M,0.1),325(100),283(12),212(100),198(89),172(5),128(24),85(82).
,N‐(エタン‐1,2‐ジイル)ビス{N,N,N‐トリス[ジメチル(ビニル)シリル]エタン‐1,2‐ジアミン}(M13)(
トリエチレンテトラミン(2.00g、13.7mmol、1.0当量)をDCM(60ml)に室温で溶解した。TEA(11.1g、109mmol、8.0当量)を加え、続いてクロロジメチルビニルシラン(13.2g、109mmol、8.0当量)を25℃で滴下して加えた。反応混合物を25℃で7日間攪拌した。すべての揮発性物質の濾過及び除去により、表題化合物M13(6.15g、9.44mmol、69%、純度:主異性体の80%)を黄色油状物として得た。
3066Si,M=651.40g mol−1
H NMR(400MHz,20℃,C):δ=6.30(dd,J=20.3Hz,J=14.6Hz,4H),6.25(dd,J=20.0Hz,J=14.8Hz,2H),5.97(dd,J=14.7Hz,J=3.9Hz,2H),5.96(dd,=14.6Hz,J=3.8Hz,4H),5.76(dd,J=20.2Hz,J=3.9Hz,2H),5.75(dd,J=20.3Hz,J=3.8Hz,4H),3.00‐2.82(m,12H),0.30(s,24H),0.26(s,12H)ppm.
13C NMR(100MHz,20℃,C):δ=141.14(4CH),140.15(2CH),132.18(2CH),131.81(4CH),52.74(2CH),50.06(2CH),46.52(2CH),0.96(8CH),−0.91(4CH)ppm.
GC‐MS(EI,70eV):メジャー異性体m/z(%)=452(M‐199,32),369(3),325(100),256(19),212(100),198(73),142(32),85(27);マイナー異性体m/z(%)=452(M‐199,100),212(2).比率4.8:1(GC)
[重合手順]
一般的な重合手順:実施例A‐S、Y、Z及びLit Ref1+2
シクロヘキサン(表1〜5に示す量)、ブタジエン(表1〜6に示す量の98.3%)及びスチレン(表に示す量)を、空気を含まない10l(または5l)の反応器に充填し、攪拌混合物を40℃まで加熱した。次いで、TMEDA(量は表に示す)及び分枝剤(BA)(表1〜5に量及び修飾剤を示す)を加え、n‐ブチルリチウムを滴下して加え、反応混合物の色が黄色に変わるまで反応させた(滴定)。その後、重合体の目標分子量に相当するシクロヘキサン中の開始剤の処方量を直ちに投入して重合を開始した。開始剤の投入開始時間を重合の開始時間として用いた。並行して、開始剤の投入から開始して、60℃の最終重合温度まで、80分間、反応器の壁における加熱または冷却によって温度を上昇させた。次いで、ブタジエン(表中の量の1.7%)を投入した。5分後、鎖末端修飾剤3‐メトキシ‐3,8,8,9,9‐ペンタメチル‐2‐オキサ‐7‐チア‐3,8‐ジシラデカン(2f)(表1〜5に示す量)を添加した。20分後にメタノールを充填して反応を停止させた。ポリマー溶液をIrganox1520Dで安定化させ、ポリマーを水蒸気ストリッピングにより回収し、残留揮発分が0.6%未満になるまで乾燥させた。試料の完全なデータセットを表1〜5に示す。
重合手順:実施例T
シクロヘキサン(表4に示す量)、ブタジエン(表4に示す量の100%)を、空気を含まない5lの反応器に入れ、攪拌混合物を40℃まで加熱した。次いで、TMEDA(62.4mmol)、フェナントロリン(指示薬)及び分枝剤M1及びM12(それぞれ3.25mmol)を添加し、n‐ブチルリチウムを滴下して加え、反応混合物の色が黄色に変わるまで反応させた(滴定)。その後、重合体の目標分子量に相当するシクロヘキサン中のNBの処方量を直ちに投入して重合を開始した。開始剤の投入開始時間を重合の開始時間として用いた。並行して、開始剤の投入から開始して、60分間、反応器の壁における加熱または冷却を通じて、60℃の最終重合温度まで温度を上昇させた。次いで、メタノールを充填して反応を停止させた。ポリマー溶液をIrganox1520Dで安定化させた。試料の完全なデータセットを表4に示す。
重合手順:実施例U
シクロヘキサン(表4に示す量)、ブタジエン(表4に示す量の75%)を空気を含まない5lの反応器に入れ、攪拌混合物を60℃まで加熱した。次いで、TMEDA(量は表4に示す)、フェナントロリン(指示薬)及び分枝剤(BA)(量及び修飾剤を表4に示す)を加え、n‐ブチルリチウムを滴下して加え、反応混合物の色が黄色に変わるまで反応させた(滴定)。その後、重合体の目標分子量に相当するシクロヘキサン中のNBの処方量を直ちに投入して重合を開始した。開始剤の投入開始時間を重合の開始時間として用いた。並行して、開始剤の投入から開始して、80分間、反応器の壁における加熱または冷却を通じて、80℃の最終重合温度まで温度を上昇させた(0.8K/min)。同時に、ブタジエン(表中の量の25%)を15分かけてゆっくりと加えた。次いで、鎖末端修飾剤N(表4に示す量)を添加した。20分後にメタノールを充填して反応を停止させた。ポリマー溶液をIrganox1520Dで安定化させた。試料の完全なデータセットを表4に示す。
重合手順:実施例V
表4に示す量のシクロヘキサン(表4に示す量)、ブタジエン(表4に示す量の30%)及びスチレン(表に示す量)を、空気を含まない5lの反応器に入れ、攪拌混合物を60℃まで加熱した。次いで、TMEDA(量は表に示す)及び分枝剤M1(量は表4に示す)を加え、n‐ブチルリチウムを滴下して加え、反応混合物の色が黄色に変わるまで反応させた(滴定)。その後、重合体の目標分子量に相当するシクロヘキサン中のNBの処方量を直ちに投入して重合を開始した。開始剤の投入開始時間を重合の開始時間として用いた。並行して、開始剤の投入から開始して、反応器の壁における加熱または冷却を通じて、85℃の最終重合温度まで温度を上昇させた(0.5K/min)。同時に、ブタジエン(表4に示す量の34%、流速1.6g/min)を加え、続いてブタジエン(表4に示す量の21%、流速1.0g/min)の第二の漸増投与を行い、さらに続けてブタジエンの最終漸増投与(表4に示す量の14%、流速0.7g/min)を行った。85℃で30分間攪拌した後、ブタジエン(表4に示す量の1%)を加えた。5分後、鎖末端修飾剤P(表4に示す量)を添加した。10分後にメタノールを充填して反応を停止させた。ポリマー溶液をIrganox1520Dで安定化させた。試料の完全なデータセットを表4に示す。
重合手順:実施例W
シクロヘキサン(表4に示す量)、ブタジエン(表4に示す量の50%)及びスチレン(表に示す量の65%)を、空気を含まない5lの反応器に入れ、攪拌混合物を40℃まで加熱した。次いで、TMEDA(量は表に示す)及び分枝剤M12(量は表4に示す)を加え、n‐ブチルリチウムを滴下して加え、反応混合物の色が黄色に変わるまで反応させた(滴定)。その後、重合体の目標分子量に相当するシクロヘキサン中のNBの処方量を直ちに投入して重合を開始した。開始剤の投入開始時間を重合の開始時間として用いた。並行して、開始剤の投入から開始して、反応器の壁における加熱または冷却を通じて、60℃の最終重合温度まで温度を上昇させた(0.25K/min)。同時に、ブタジエン(表4に示す量の50%、流速2.1g/min)及びスチレン(表4に示す量の34%、流速0.6g/min)を加えた。次いで、スチレン(表4に示す量の1%)を加えた。5分後にメタノールを充填して反応を停止させた。ポリマー溶液をIrganox1520Dで安定化させた。112.4g(37.5phr)のTDAE油(Vivatec500)を添加し、溶液を機械式ミキサーで攪拌した。その結果、ムーニー粘度は119.5MUから36.9MUに低下した。試料の完全なデータセットを表4に示す。
重合手順:実施例X
シクロヘキサン(表4に示す量)、ブタジエン(表4に示す量の45%)及びスチレン(表4に示す量の66%)を、空気を含まない5lの反応器に充填し、攪拌混合物を55℃まで加熱した。次いで、TMEDA(量は表に示す)及び分枝剤M12(0.82mmol)を添加し、n‐ブチルリチウムを滴下して加え、反応混合物の色が黄色に変わるまで反応させた(滴定)。その後、重合体の目標分子量に相当するシクロヘキサン中のNBの処方量を直ちに投入して重合を開始した。開始剤の投入開始時間を重合の開始時間として用いた。並行して、開始剤の投入から開始して、反応器の壁における加熱または冷却を通じて、70℃の最終重合温度まで温度を上昇させた(1K/min)。同時に、ブタジエン(表4に示す量の54%、流速3.1g/min)及びスチレン(表4に示す量の34%、流速0.3g/min)を投入した。次に、ブタジエン(表4に示す量の1%)を投入した。5分後、分枝剤M1(1.94mmol)を添加した。5分後、鎖末端修飾剤P(2.30mmol)を添加した。10分後にメタノールを充填して反応を停止させた。ポリマー溶液をIrganox1520Dで安定化させた。試料の完全なデータセットを表4に示す。
比較例1
空気を含まない10lの反応器にシクロヘキサン(4652g)、ブタジエン(682.3g)及びスチレン(186.1g)を入れ、攪拌混合物を40℃まで加熱した。次に、TMEDA(1.02g)を添加し、n‐ブチルリチウムを滴下して加え、反応混合物の色が黄色に変わるまで不純物を反応させた(滴定)。その後、重合体の目標分子量に相当するシクロヘキサン中のNB(4.39mmol、c=0.250mol/kg)の処方量を直ちに投入して重合を開始した。開始剤の投入開始時間を重合の開始時間として用いた。並行して、開始剤の投入から開始して、80分間、反応器の壁における加熱または冷却を通じて、60℃の最終重合温度まで温度を上昇させた。次いで、ブタジエン(3.6g)を加え、続いてシリンダーを介してSnCl(0.31mmol)及びシクロヘキサン50gを加えた。反応は15分以内に完了し、最後にブタジエン(12.5g)を添加した。5分後、シクロヘキサン20gに溶解した鎖末端修飾剤3‐メトキシ‐3,8,8,9,9‐ペンタメチル‐2‐オキサ‐7‐チア‐3,8‐ジシラデカン(2f)(1.09g)を添加した。20分後にメタノール(10.8g)を充填して反応を停止させた。ポリマー溶液をIrganox1520D(2.2g)で安定化させ、ポリマーを水蒸気ストリッピングで回収し、残留揮発分が0.6%未満になるまで乾燥させた。試料の完全なデータセットを表4に示す。
比較例2
空気を含まない10lの反応器にシクロヘキサン(4739g)、ブタジエン(649.2g)及びスチレン(176.0g)を入れ、攪拌混合物を40℃まで加熱した。次に、TMEDA(2.32g)及びDV(0.37g)を添加し、n‐ブチルリチウムを滴下して加え、反応混合物の色が黄色に変わるまで不純物を反応させた(滴定)。その後、重合体の目標分子量に相当するシクロヘキサン中のNB(4.14mmol、c=0.159mol/kg)の処方量を直ちに投入して重合を開始した。開始剤の投入開始時間を重合の開始時間として用いた。並行して、開始剤の投入から開始して、80分間、反応器の壁における加熱または冷却を通じて、60℃の最終重合温度まで温度を上昇させた。次に、ブタジエン(11.2g)を加えた。反応は5分以内に完了した。5分後、シクロヘキサン20gに溶解した鎖末端修飾剤3‐メトキシ‐3,8,8,9,9‐ペンタメチル‐2‐オキサ‐7‐チア‐3,8‐ジシラデカン(2f)(1.24g)を添加した。20分後にメタノール(10.1g)を充填して反応を停止させた。ポリマー溶液をIrganox1520D(2.09g)で安定化させ、ポリマーを水蒸気ストリッピングで回収し、残留揮発分が0.6%未満になるまで乾燥させた。試料の完全なデータセットを表4に示す。
比較例3
空気を含まない10lの反応器にシクロヘキサン(4111g)、ブタジエン(559.7g)及びスチレン(152.7g)を入れ、攪拌混合物を40℃まで加熱した。次に、TMEDA(0.84g)を添加し、n‐ブチルリチウムを滴下して加え、反応混合物の色が黄色に変わるまで不純物を反応させた(滴定)。その後、重合体の目標分子量に相当するシクロヘキサン中のNB(3.54mmol、c=0.249mol/kg)の処方量を直ちに投入して重合を開始した。開始剤の投入開始時間を重合の開始時間として用いた。並行して、開始剤の投入から開始して、80分間、反応器の壁における加熱または冷却を通じて、60℃の最終重合温度まで温度を上昇させ、続いて、ブタジエン(2.7g)を2回添加した。1分後、シクロヘキサン20gに溶解したカップリング剤SiC14(1.98g)を添加した。15分後、ブタジエン(10.3g)を3回添加した。5分後、シクロヘキサン20gに溶解した鎖末端修飾剤3‐メトキシ‐3,8,8,9,9‐ペンタメチル‐2‐オキサ‐7‐チア‐3,8‐ジシラデカン(2f)(1.08g)を添加した。20分後にメタノール(0.11g)を充填して反応を停止させた。ポリマー溶液をIrganox1520D(1.81g)で安定化させ、水蒸気ストリッピングによってポリマーを回収し、残留揮発分が0.6%未満になるまで乾燥させた。試料の完全なデータセットを表4に示す。
比較例4=市販の官能化SSBRグレードSPRINTAN(商標)SLR4602‐Schkopau
本発明の未充填ポリマーの貯蔵安定性
図1に示すように、本発明の未充填ポリマーは、通常とは異なる効果的な貯蔵挙動を示す。多くの官能化ポリマーとは対照的に、本発明の未充填ポリマーは、25℃(空気中)でのムーニー粘度の有意な経時的増加を示さない。理論に拘泥することを望むものではないが、それ自体の化学構造に起因して比較的不安定であるSi‐N結合が、長期貯蔵時に、修飾剤の分子構造に応じてカップリング率(ムーニー粘度によって反映される)を低下させると考えられる。結果として、縮合反応による酸素を介したカップリングまたはゆっくりと進行する架橋に起因する潜在的なムーニー増加を相殺することができる。
[充填剤としてシリカを用いた配合]:
ポリマーA、B及びCの化合物ムーニー粘度データ(CML)は、異なる量のBA、したがって異なる加工性レベルを反映する。すなわち、より多くのBAを利用したものほど、CMLデータはより高くなる(ただし、いずれも比較例2を下回る)。効率的なポリマー‐充填剤相互作用は、A及びBのMod300データがすべての参照に比べて優れていることを反映したものであり、CのMod300は参照と同等である。対照的に、Cが参照試料と同等の引張強度を示したのに対し、A及びBは、わずかに低い引張強度値を示す。ヒステリシス特性(HBU、60℃での反発弾性、60℃でのtanδ)に関して、試料A及びBは、最新の参照文献例である文献例1を含むすべての参照に比べて、同じ修飾剤投与量において明らかに低いヒステリシス損失を示し、したがって、望ましくない熱放散が少ない。これらのデータから、文献例1、比較例1及び比較例2に比べて、転がり抵抗特性が改善していると考えることができる。試料Cは、文献例1と同等だが、比較例1及び比較例2に比べて優れたヒステリシス特性も示す。すべての参照例について、BAの投与量に応じてアイスグリップ(−10℃でのtanδによって反映される)は向上する。DIN摩耗によって反映される潜在的な耐摩耗性は、6つの試料すべてで同等である。
表7は、US3,485,857に開示されているような1級アミン修飾剤と比較例を比較する。ヒステリシス特性(HBU、60℃での反発弾性、60℃でのtanδ)は、1級アミン系修飾剤を用いても向上することはない。高用量の修飾剤M2(M2 4mol/試料Dの開始剤)では、ヒステリシス特性は、実施例Eで得られた結果(1.08mol M3/開始剤)よりもさらに低い。試料D及びEの機械的特性(Mod300‐Mod100、切断伸度、引張強度)は比較例3と同等であった。
比較例4=市販の官能化SSBRグレードSPRINTAN(商標)SLR4602‐Schkopau
機械的特性に関して、試料Rがわずかに低い引張強度を示すのに対し、試料Z及び特に試料Pは比較例4に比べて引張強度に優れている。試料P、R及びZについては、ヒステリシス特性(HBU、60℃での反発弾性率、60℃でのtanδ)が比較例4に比べて向上しており、その順は、Z>R>P>>比較例4であり、それを通じて低燃費タイヤの転がり抵抗特性の向上が期待される。DIN摩耗の推定標準偏差の範囲内で、4つの試料はすべて同等であると判断することができる。
[充填剤としてカーボンブラックを用いた配合]:
CMLによって反映される処理動作は、試料Pでは比較例4に比べてやや困難であり、Z及び特にRは、それぞれ、より高いCML値を有し、これは効率的なゴム‐充填剤相互作用を示す。機械的特性である引張強度及びMod300‐Mod100は、すべての試料で同等である。HBUによって示されるヒステリシス特性及び60℃での反発弾性は、すべての試料で同等であるが、それに対して60℃でのtanδは有意に低下、すなわち、比較例4に比べて試料P、R及びZで、特に試料Rにおいて改善している。P、R、及びZの60℃でのtanδ値が低いため、タイヤなどの用途では転がり抵抗の低減が期待できる。DIN磨耗はすべての試料で同等であり、すなわち耐摩耗性は試料P、R及びZにおいて低下していない。
[シリカ化合物の混合処方]
[カーボンブラック化合物の混合処方]
[試験方法]
分子量分析は、HEWLETT PACKARD HP1100を用いたSEC/RIによって行った。溶離液THFをライン上で脱気した。溶媒流速は1.0ml/minであった。分析ごとに100μLのポリマー溶液を注入した。分析は40℃で行った。分子量は、最初にポリスチレン較正に基づいて計算し、ポリスチレンとして表に示した。実際の分子量(SSBR分子量)は、SEC/RIとSEC/MALLSから取得する分子量のより早期の比較から導かれる係数で割ることによって決定することができる。係数の値は、ポリマー組成(スチレン及びブタジエン含有率)に依存する。SSBRには21%と25%のスチレンを使用して1.52倍の係数を使用することができる。0%のスチレンを含むSBRの場合、係数1.84を使用することができる。1.56の係数は、16%のスチレンを含むSSBRに使用することができる。1.41の係数は45%のスチレンを含むSSBRに使用することができる。
NMR分光法を、5mmのBBOプローブ中のBRUKER Avance 400上で行った。溶媒、周波数及び温度を特性データに示す。
減衰全反射で測定するFTIR分光法を用いて、ビニル含有率及びスチレン含有率を決定した。
ガラス転移温度は、以下の条件下でDSC Q2000を用いて測定した:
重量:ca.10〜12mg
試料容器:Alu/S
温度範囲:(−140〜80)℃
加熱速度:20K/min それぞれ 5K/min
冷却速度:自由冷却
パージガス:20ml Ar/min
冷却剤:液体窒素
各試料を少なくとも1回測定した。測定には2回の加熱動作が含まれる。2回目の加熱操作を用いてガラス転移温度を測定した。
ローターレスせん断レオメーター(MDR2000E)を用いて、ASTM D5289‐95に従って未加硫レオロジー特性の測定を行い、硬化特性を特徴付けた。試験片を160℃、t95で加硫し、特に硬度及び反発弾性試験のために160℃でT95+5minで加硫した。引張強度及び弾性率は、Zwick Z010のASTM D412に従って測定した。DIN摩耗は、DIN53516(1987‐06‐01)に従って測定した。硬度ショアA(ASTM D2240)及び反発弾性(ISO4662)は、0℃、室温及び60°で測定した。0℃及び60℃におけるtanδとしての動的特性は、Gabo Qualimeter Testanlagen GmbH(ドイツ)製ダイナミックスペクトロメーターEplexor 150N/500Nを用いて、周波数2Hz、圧縮動歪0.2%で測定した。ASTM D623の方法Aに従って、Doli‘Goodrich’‐Flexometerで発熱を測定した。

Claims (17)

  1. 下記化学式1のマルチビニルアミノシランであって:
    (A)―B(式1)
    式中、
    Aは少なくとも2個のアミノ基を有する有機基であり;
    各Bは、独立して基‐Si(R)(R)(R)から選択され、式中、R、R及びRは、それぞれ独立に、ビニル、ブタジエニル、メチル、エチル、プロピル、ブチル、ヘキシル、オクチル、フェニル及びベンジルから選択され、但し、R、R及びRの少なくとも1つは、ビニル及びブタジエニルから選択され、各基Bは、基Aのアミノ基の置換基であり;
    基Aの少なくとも2つのアミノ基は、それぞれ少なくとも1つの基Bで置換され;
    nは少なくとも2の整数であり、好ましくは2〜6から選ばれる整数であり;及び
    基Aのすべてのアミノ基は3級アミノ基である、前記マルチビニルアミノシラン。
  2. 下記化学式1‐1〜1‐5から選択される化合物であって:
    式中、
    11、R12、R13、R14及びR15の各々は、独立して、基B、C‐C18アルキル、C‐C18アリール、場合によりC‐Cアルキルで置換したC‐C12ヘテロアリール、C‐C18アラルキル、(R‐O‐(R、及び‐Si(R)(R)(R)から選択され、式中、R及びRの各々は、C‐Cアルキル及びC‐C18アリールから独立して選択され、a及びbは、それぞれ独立に0〜4から選択される整数であり、R、R及びRの各々は、メチル、エチル、プロピル、ブチル、ヘキシル、オクチル、フェニル及びベンジルから選択され;
    及びR10の各々は、二価のエチル、プロピル、ブチル、フェニル及び‐(CHa′‐C‐(CHb′‐から選択され、式中、a′及びb′の各々は、0及び1から独立して選択される整数であり;ならびに
    cは、0、1、2及び3から選択される整数であり;
    式中、基‐N<>N‐は、5〜18員の複素環式基であって、飽和または不飽和であってもよく、環の任意の炭素原子上においてC‐Cアルキル基で置換されていてもよく、式中、式1‐2に明示的に示す2個のN原子以外のヘテロ原子基は、‐N=、>NR16、‐O‐、‐S‐ならびに>SiR1718から選択され、式中、R16は、基B、C‐Cアルキル、フェニル及びベンジルから選択され、R17及びR18の各々は、C‐Cアルキル、フェニル及びベンジルから独立して選択され;
    式中、R20、R21及びR22の各々は、単結合及び二価のC‐C10アルキル基から独立して選択され、dは0、1及び2から選択される整数であり、d′は0及び1から選択される整数であり、ここでd′が0である場合、dは0であり、各基‐N<>X‐は、独立して、5〜10員の複素環基であって、飽和または不飽和であってもよく、前記環の任意の炭素原子上においてこれをC‐Cアルキル基で置換してもよく、式中、各Xは、‐N‐、‐C=及び‐CH‐から独立して選択され、式1‐3に明示する2つの基N及びX以外のヘテロ原子基は、‐N=、>NR16、‐O‐、‐S‐、ならびに>SiR1718から選択され、式中、R16は、C‐Cアルキル、基B、フェニル及びベンジルから選択され、R17及びR18の各々は、独立して、C‐Cアルキル、フェニル及びベンジルから選択され;
    式中、Dは、5〜10員の炭素環または複素環基であって、飽和または不飽和であってもよく、前記環の任意の炭素原子上においてこれをC‐Cアルキル基で置換してもよく、ヘテロ原子基は‐N=、>NR16、‐O‐、‐S‐、ならびに>SiR1718から選択され、式中、R16は、C‐Cアルキル、基B、フェニル及びベンジルから選択され、R17及びR18の各々は、独立して、C‐Cアルキル及びフェニルから選択され、各基‐N<>X‐は、5〜10員の複素環基から独立して選択され、飽和または不飽和であってもよく、前記環の任意の炭素原子上においてこれをC‐Cアルキル基で置換してもよく、各Xは、‐N‐、‐C=及び‐CH‐から独立して選択され、R23は、単結合及び二価のC‐C10アルキル基から選択され、eは、2、3及び4から選択される整数であり;
    式中、Eは6〜10員の脂環式または芳香族基であり、各R′は、独立して、単結合及びC‐Cアルキルから選択され、各Rは、独立して、B、C‐Cアルキル及びベンジルから選択され、fは2及び3から選択される整数である、請求項1に記載のマルチビニルアミノシラン。
  3. 式1‐1において、R11、R12、R13、R14及びR15の各々が、独立して、基B及びメチルから選択され;R及びR10の各々が二価のエチルであり;及びcが、0、1、2及び3から選択される整数である、請求項2に記載のマルチビニルアミノシラン。
  4. 以下から選択される請求項2に記載のマルチビニルアミノシランであって、
    式中、各Rが、独立して、B、C‐Cアルキル及びベンジルから選択され;
    式中、RがC‐Cアルキル基であり;及び
    から選択される、前記マルチビニルアミノシラン。
  5. 式1‐4中、Dがシクロペンチル、シクロヘキシル、フェニル及びテトラヒドロフラニルから選択され;各基‐N<>X‐は、ピペリジニル及びピペラジニルから選択され;R23は単結合であり;eは2及び3から選択される整数であり;好ましくは、
    から選択される、請求項2に記載のマルチビニルアミノシラン。
  6. 式1‐5中、Eがシクロヘキシル及びフェニルから選択され;R′が単結合であり;Rが、B、C‐Cアルキル及びフェニルから選択され;fが2及び3から選択される整数であり;好ましくは、
    から選択され、式中、各Rが、独立して、B、C‐Cアルキル及びフェニルから選択される、請求項2に記載のマルチビニルアミノシラン。
  7. 請求項1〜6のいずれか一項に記載の式1のマルチビニルアミノシランと有機アルカリ金属化合物とを反応させることにより得られる開始剤化合物であって、有機アルカリ金属化合物は好ましくはメチルリチウム、エチルリチウム、n‐ブチルリチウム、s‐ブチルリチウム、t‐オクチルリチウム、イソプロピルリチウム、フェニルリチウム、シクロヘキシルリチウム、2‐ブチルリチウム、4‐フェニルブチルリチウム、t‐ブチルジメチルシリルオキシプロピルリチウム、ジアルキルアミノプロピルリチウム、N‐モルホリノプロピルリチウム、ナトリウムビフェニライド(biphenylide)、ナトリウムナフタレニド及びカリウムナフタレニドから選択される、前記開始剤化合物。
  8. 請求項1に記載の化学式1のビニルアミノシランの製造プロセスであって、前記プロセスが、塩基の存在下、アミンと下記の式2のシランとを反応させることを含み:
    X‐Si(R)(R)(R)(式2)
    式中、
    Xが、Cl、Br、I、トリフルオロメタンスルホネート(OTf)及びトシレート(OTos)から選択され;
    、R及びRが、それぞれ独立して、ビニル、ブタジエニル、メチル、エチル、プロピル、ブチル、ヘキシル、オクチル、ベンジル、及びフェニルから選択され、但し、R、R及びRの少なくとも1つが、ビニル及びブタジエニルから選択され;ならびに
    アミンが、1級アミノ基及び2級アミノ基から独立に選択される少なくとも2つの基を有する化合物である、前記製造プロセス。
  9. エラストマーポリマー中に分枝を導入するための分枝剤としての、請求項1〜6のいずれか一項に記載の式1のビニルアミノシランの使用。
  10. 分枝エラストマーポリマーの製造プロセスであって、前記プロセスが:
    少なくとも1つの共役ジエン及び請求項1〜6のいずれか一項に記載の式1のマルチビニルアミノシランを開始剤化合物の存在下で重合するか、
    請求項7に記載の開始剤化合物の存在下で少なくとも1種の共役ジエンを重合するか、または
    少なくとも1つの共役ジエンをアニオン重合することによって得られるリビングポリマーと、請求項1〜6のいずれか一項に記載の式1のマルチビニルアミノシランとを反応させることを含む、前記製造プロセス。
  11. 請求項10に記載のプロセスによって得ることができる分枝エラストマーポリマー。
  12. 請求項11に記載の分枝エラストマーポリマーと、
    (i)前記ポリマーを製造するために使用する重合プロセスに添加されるかまたは当該重合プロセスの結果として形成される成分、
    (ii)重合プロセスから溶媒を除去した後に残る成分、及び
    (iii)ポリマー製造プロセスの完了後にポリマーに添加する成分
    から選択される1つ以上の追加の成分と、を含む未加硫ポリマー組成物。
  13. 1つ以上の充填剤を含む、請求項12に記載の未加硫ポリマー。
  14. 1つ以上の加硫剤を含む、請求項12または13に記載の未加硫ポリマー組成物。
  15. 請求項14に記載の未加硫ポリマー組成物を加硫することによって得られる加硫ポリマー組成物。
  16. 請求項14に記載の未加硫ポリマー組成物を加硫することを含む加硫ポリマー組成物の製造プロセス。
  17. 請求項15に記載の加硫ポリマー組成物から形成する少なくとも1つの成分を含む製品であって、前記製品が、好ましくは、タイヤ、タイヤトレッド、タイヤサイドウォール、タイヤカーカス、ベルト、ガスケット、シール、ホース、消振ダンパー、履物構成要素、ゴルフボールとホースから選択される、前記製品。
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