JP2020515675A - 変性剤、その製造方法、及びそれを含む変性共役ジエン系重合体 - Google Patents

変性剤、その製造方法、及びそれを含む変性共役ジエン系重合体 Download PDF

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Abstract

本発明は、共役ジエン系重合体の変性に有用で、充填剤との親和力に優れるため、共役ジエン系重合体の配合物性を向上させることができる変性剤、その製造方法、前記変性剤を含む変性共役ジエン系重合体、及び前記重合体の製造方法に関する。

Description

[関連出願の相互参照]
本出願は、2017年7月31日付韓国特許出願第10−2017−0097188号に基づいた優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示されている全ての内容は本明細書の一部として含まれる。
本発明は、共役ジエン系重合体の変性に有用で、充填剤との親和力に優れるため、共役ジエン系重合体の配合物性を向上させることができる変性剤、その製造方法、前記変性剤を含む変性共役ジエン系重合体、及び前記重合体の製造方法に関する。
最近、自動車に対する低燃費化の要求に応え、タイヤ用ゴム材料として、転がり抵抗が少なく、耐磨耗性、引張特性に優れ、濡れた路面への抵抗性に代表される調整安定性も兼備した共役ジエン系重合体が要求されている。
タイヤの転がり抵抗を減少させるためには、加硫ゴムのヒステリシス損を小さくする方案があり、このような加硫ゴムの評価指標としては、50℃から80℃の反発弾性、tanδ、グッドリッチ発熱などが利用される。すなわち、前記温度での反発弾性が大きいか、tanδ、グッドリッチ発熱が小さいゴム材料が好ましい。
ヒステリシス損が小さいゴム材料としては、天然ゴム、ポリイソプレンゴムまたはポリブタジエンゴムなどが知られているが、これらは濡れた路面への抵抗性が小さい問題がある。このため、最近にはスチレン−ブタジエンゴム(以下、SBRと記す)またはブタジエンゴム(以下、BRと記す)のような共役ジエン系重合体または共重合体が乳化重合や溶液重合によって製造され、タイヤ用ゴムとして利用されている。このうち、乳化重合に比べて溶液重合が有する最大の長所は、ゴム物性を規定するビニル構造の含量及びスチレンの含量を任意に調節でき、カップリング(coupling)や変性(modification)などによって分子量及び物性などを調節することができるという点である。よって、最終的に製造されたSBRやBRの構造変化が容易であり、鎖末端の結合や変性により鎖末端の動きを減らし、シリカまたはカーボンブラックなどの充填剤との結合力を増加させることができるため、溶液重合によるSBRがタイヤ用ゴム材料として多く用いられる。
このような溶液重合SBRがタイヤ用ゴム材料として用いられる場合、前記SBR内のビニルの含量を増加させることでゴムの硝子転移温度を上昇させ、走行抵抗及び制動力のようなタイヤ要求物性を調節することができるだけでなく、硝子転移温度を適切に調節することで燃料の消耗を減らすことができる。前記溶液重合SBRは、陰イオン重合開始剤を用いて製造し、形成された重合体の鎖末端を様々な変性剤を利用して結合させるか、変性させて用いられている。例えば、米国特許第4,397,994号には、一官能性開始剤であるアルキルリチウムを利用し、非極性溶媒下でスチレン−ブタジエンを重合して得られた重合体の鎖末端の活性陰イオンをスズ化合物のような結合剤を用いて結合させた技術を提示した。
一方、タイヤトレッドの補強性充填剤としてカーボンブラック及びシリカなどが用いられているが、補強性充填剤としてシリカを利用する場合、低ヒステリシス損及び濡れた路面への抵抗性が向上されるという長所がある。しかし、疎水性表面のカーボンブラックに対して親水性表面のシリカは、ゴムとの親和性が低く分散性が不良であるという欠点を有しているため、分散性を改善させるか、シリカ−ゴムの間に結合を与えるため、別途のシランカップリング剤を用いる必要がある。よって、ゴム分子の末端部に、シリカとの親和性や反応性を有する官能基を導入する方案が行われているが、その効果が十分でない実情である。
本発明は、前記従来の技術の問題点を解決するために案出されたものであって、共役ジエン系重合体の変性に有用で、充填剤との親和力に優れるため、共役ジエン系重合体の配合物性を向上させることができる変性剤を提供することを目的とする。
また、本発明は、前記変性剤の製造方法を提供することを目的とする。
併せて、本発明は、前記変性剤により変性されて加工性に優れ、引張強度、耐磨耗性、転がり抵抗及び濡れた路面への抵抗性に優れた変性共役ジエン系重合体及びその製造方法を提供することを目的とする。
前記課題を解決するため、本発明は、下記化学式1で表される変性剤を提供する。
Figure 2020515675
前記化学式1中、
1は、重水素;または、置換基Xで置換もしくは無置換の炭素数1から30のアルキル基、炭素数2から30のアルケニル基、炭素数2から30のアルキニル基、炭素数1から30のヘテロアルキル基、炭素数5から30のシクロアルキル基、炭素数6から30のアリール基、または炭素数3から30の複素環基であり、前記置換基Xは、重水素、ハロゲン、ヒドロキシ基、ニトロ基、シアノ基、炭素数1から30のアルキル基、炭素数1から30のアルキルシリル基、炭素数2から30のアルケニル基、炭素数2から30のアルキニル基、炭素数1から30のアルコキシ基、炭素数1から20のヘテロアルキル基、炭素数5から30のシクロアルキル基、炭素数6から30のアリール基、及び炭素数3から30の複素環基からなる群より選択され、
2は、水素原子;または−Si(R)3であり、ここで、Rは、炭素数1から10のアルキル基であり、
3及びR4は、互いに独立して、炭素数1から30のアルキル基、炭素数2から30のアルケニル基、炭素数2から30のアルキニル基、炭素数1から30のヘテロアルキル基、炭素数5から30のシクロアルキル基、炭素数6から30のアリール基、炭素数1から30のアルキルシリル基、炭素数3から30の複素環基;または、下記化学式1aで表される置換基であり、ただし、R3及びR4のうち少なくとも一つは、下記化学式1aで表される置換基であり、
5は、単結合;炭素数1から20のアルキレン基;または、炭素数3から20のシクロアルキレン基であり、
Aは、SまたはOであり、
Bは、NまたはSであり、
BがSの場合、R1は、前記置換基Xで置換された炭素数1から30のアルキル基、炭素数2から30のアルケニル基、炭素数2から30のアルキニル基、炭素数1から30のヘテロアルキル基、炭素数5から30のシクロアルキル基、炭素数6から30のアリール基、または炭素数3から30の複素環基であるか;または、無置換の炭素数1から30のヘテロアルキル基、または炭素数3から30の複素環基であり、R3及びR4のうちR3一つだけが存在し、ただし、R3は、下記化学式1aで表される置換基であり、
Figure 2020515675
前記化学式1a中、
6は、単結合;または、炭素数1から10のアルキレン基であり、
7及びR8は、互いに独立して、炭素数1から30のアルキル基、炭素数5から30のシクロアルキル基、または炭素数6から30のアリール基であり、
nは、1から3より選択される整数である。
また、本発明は、下記化学式2で表される化合物と下記化学式3で表される化合物とを反応させるステップを含むか;または、
下記化学式2で表される化合物と下記化学式3で表される化合物とを反応させた後、下記化学式4で表される化合物を添加して反応させるステップを含む、前記に記載の変性剤の製造方法を提供する。
Figure 2020515675
Figure 2020515675
前記化学式2から化学式4中、R1からR5、A及びBに対する定義は、前記化学式1で定義した通りであり、Yは、CN、Cl、FまたはBrである。
併せて、本発明は、前記変性剤由来の官能基を含む変性共役ジエン系重合体、及びその製造方法を提供する。
本発明に係る化学式1で表される変性剤は、陰イオン反応性が高いため、重合体の活性部位と容易に作用することができ、よって、重合体を容易に変性させることができる。
また、本発明に係る変性共役ジエン系重合体は、化学式1で表される変性剤由来の官能基を含むことにより、充填剤との優れた親和力を有することができ、このため、配合物性が向上可能であり、結果的に、加工性に優れ、引張強度、耐磨耗性、転がり抵抗及び濡れた路面への抵抗性に優れるという効果がある。
以下、本発明に対する理解を深めるため、本発明をさらに詳細に説明する。
本発明の説明及び特許請求の範囲で用いられた用語や単語は、通常的もしくは辞書的な意味に限定して解釈してはならず、発明者は、自分の発明を最善の方法で説明するために、用語の概念を適切に定義することができるという原則に則って、本発明の技術的思想に合致する意味と概念で解釈すべきである。
本発明で用いる用語「置換」は、官能基、原子団、または化合物の水素が特定の置換基で置換されたことを意味してよく、官能基、原子団、または化合物の水素が特定の置換基で置換される場合、官能基、原子団、または化合物内に存在する水素の個数に従って1個または2個以上の複数の置換基が存在してよく、複数の置換基が存在する場合、それぞれの置換基は互いに同一であるか異なっていてもよい。
本発明で用いる用語「アルキル基(alkyl group)」は、一価の脂肪族飽和炭化水素を意味してよく、メチル、エチル、プロピル及びブチルなどの線状アルキル基、並びにイソプロピル(isopropyl)、セカンダリーブチル(sec−butyl)、ターシャリーブチル(tert−butyl)及びネオペンチル(neo−pentyl)などの分枝アルキル基を全て含んでよい。
本発明で用いる用語「アルキレン基(alkylene group)」は、メチレン、エチレン、プロピレン及びブチレンなどのような二価の脂肪族飽和炭化水素を意味してよい。
本発明で用いる用語「アルキルシリル基(alkylsilyl group)」は、モノアルキルシリル、ジアルキルシリル及びトリアルキルシリルを全て含む意味であってよい。
本発明で用いる用語「アルケニル基(alkenyl group)」は、二重結合を1個または2個以上含む一価の脂肪族不飽和炭化水素基を意味してよい。
本発明で用いる用語「アルキニル基(alkynyl group)」は、三重結合を1個または2個以上含む一価の脂肪族不飽和炭化水素基を意味してよい。
本発明で用いる用語「アルコキシ基(alkoxy group)」は、メトキシ、エトキシ、プロポキシ及びブトキシなどのように、アルキル基末端の水素が酸素原子で置換された官能基、原子団、または化合物を全て含む意味であってよい。
本発明で用いる用語「ヘテロアルキル基(heteroalkyl group)」は、アルキル基内の炭素原子(末端の炭素原子を除く)が1個以上のヘテロ原子で置換されたアルキル基を意味してよい。
本発明で用いる用語「シクロアルキル基(cycloalkyl group)」は、環状の飽和炭化水素を意味してよい。
本発明で用いる用語「アリール基(aryl group)」は、環状の芳香族炭化水素を意味してよく、また、1個の環が形成されている単環の芳香族炭化水素(monocyclic aromatic hydrocarbon)、または、2個以上の環が結合されている多環の芳香族炭化水素(polycyclic aromatic hydrocarbon)を全て含む意味であってよい。
本発明で用いる用語「複素環基(heterocyclic group)」は、シクロアルキル基またはアリール基内の炭素原子が1個以上のヘテロ原子で置換されたシクロアルキル基またはアリール基を全て含む意味であってよい。
本発明で用いる用語「アラルキル基(aralkyl group)」は、1個以上のアリール基が必ず置換されたアルキル基を意味する。
本発明で用いる用語「単結合」は、別途の原子または分子団を含まない単一の共有結合自体を意味してよい。
本発明は、重合体、特に共役ジエン系重合体の変性に有用で、充填剤との親和力に優れるため、重合体に優れた配合物性を与えることができる変性剤を提供する。
本発明の一実施形態に係る前記変性剤は、下記化学式1で表されることを特徴とする。
Figure 2020515675
前記化学式1中、R1は、重水素;または、置換基Xで置換もしくは無置換の炭素数1から30のアルキル基、炭素数2から30のアルケニル基、炭素数2から30のアルキニル基、炭素数1から30のヘテロアルキル基、炭素数5から30のシクロアルキル基、炭素数6から30のアリール基、または炭素数3から30の複素環基であり、前記置換基Xは、重水素、ハロゲン、ヒドロキシ基、ニトロ基、シアノ基、炭素数1から30のアルキル基、炭素数1から30のアルキルシリル基、炭素数2から30のアルケニル基、炭素数2から30のアルキニル基、炭素数1から30のアルコキシ基、炭素数1から20のヘテロアルキル基、炭素数5から30のシクロアルキル基、炭素数6から30のアリール基、及び炭素数3から30の複素環基からなる群より選択され、R2は、水素原子;または−Si(R)3であり、ここで、Rは、炭素数1から10のアルキル基であり、R3及びR4は、互いに独立して、炭素数1から30のアルキル基、炭素数2から30のアルケニル基、炭素数2から30のアルキニル基、炭素数1から30のヘテロアルキル基、炭素数5から30のシクロアルキル基、炭素数6から30のアリール基、炭素数1から30のアルキルシリル基、炭素数3から30の複素環基;または、下記化学式1aで表される置換基であり、ただし、R3及びR4のうち少なくとも一つは、下記化学式1aで表される置換基であり、R5は、単結合;炭素数1から20のアルキレン基;または、炭素数3から20のシクロアルキレン基であり、Aは、SまたはOであり、Bは、NまたはSであり、BがSの場合、R1は、前記置換基Xで置換された炭素数1から30のアルキル基、炭素数2から30のアルケニル基、炭素数2から30のアルキニル基、炭素数1から30のヘテロアルキル基、炭素数5から30のシクロアルキル基、炭素数6から30のアリール基、または炭素数3から30の複素環基であるか;または、無置換の炭素数1から30のヘテロアルキル基、または炭素数3から30の複素環基であり、R3及びR4のうちR3一つだけが存在し、ただし、R3は、下記化学式1aで表される置換基であり、
Figure 2020515675
前記化学式1a中、R6は、単結合;または、炭素数1から10のアルキレン基であり、R7及びR8は、互いに独立して、炭素数1から30のアルキル基、炭素数5から30のシクロアルキル基、または炭素数6から30のアリール基であり、nは、1から3より選択される整数である。
具体的に、前記化学式1中、R1は、重水素であるか;前記置換基Xで置換もしくは無置換の炭素数1から30のアルキル基、炭素数2から30のアルケニル基、炭素数2から30のアルキニル基、炭素数1から30のヘテロアルキル基、炭素数5から30のシクロアルキル基、炭素数6から30のアリール基、または炭素数3から30の複素環基であってよく、より具体的に、前記R1は、重水素、ハロゲン、ヒドロキシ基、ニトロ基、炭素数1から10のアルキル基、炭素数3から10のシクロアルキル基、炭素数6から20のアリール基、炭素数2から10のアルケニル基、炭素数2から10のアルキニル基、炭素数1から10のアルコキシ基、炭素数1から10のヘテロアルキル基、及び炭素数3から10の複素環基からなる群より選択される1種以上の置換基Xで置換された炭素数1から20のアルキル基、炭素数2から20のアルケニル基、炭素数2から20のアルキニル基、炭素数1から20のヘテロアルキル基、炭素数5から20のシクロアルキル基、炭素数6から20のアリール基、または炭素数3から20の複素環基であるか、または、無置換の炭素数1から20のアルキル基、炭素数2から20のアルケニル基、炭素数2から20のアルキニル基、炭素数1から20のヘテロアルキル基、炭素数5から20のシクロアルキル基、炭素数6から20のアリール基、または炭素数3から20の複素環基であるものであってよい。
ここで、化学式1中、BがSの場合、前記R1は、置換基Xで置換された炭素数1から30のアルキル基、炭素数2から30のアルケニル基、炭素数2から30のアルキニル基、炭素数1から30のヘテロアルキル基、炭素数5から30のシクロアルキル基、炭素数6から30のアリール基、または炭素数3から30の複素環基であるか;または、無置換の炭素数1から30のヘテロアルキル基、または炭素数3から30の複素環基であるものであってよい。
より具体的には、前記化学式1中、BがSの場合、前記R1は、置換基Xのうちニトロ基で置換された炭素数1から20のアルキル基、炭素数2から20のアルケニル基、炭素数2から20のアルキニル基、炭素数1から20のヘテロアルキル基、炭素数5から20のシクロアルキル基、炭素数6から20のアリール基、または炭素数3から20の複素環基であるか;または、無置換の炭素数1から20のヘテロアルキル基、または炭素数3から20の複素環基であるものであってよい。
また、前記化学式1中、R2は、水素原子;または−Si(R)3であってよく、ここで、Rは、炭素数1から10のアルキル基、具体的には炭素数1から5のアルキル基であってよい。
また、前記化学式1中、R3及びR4は、互いに独立して、炭素数1から30のアルキル基、炭素数2から30のアルケニル基、炭素数2から30のアルキニル基、炭素数1から30のヘテロアルキル基、炭素数5から30のシクロアルキル基、炭素数6から30のアリール基、炭素数1から30のアルキルシリル基、炭素数3から30の複素環基であるか;または、化学式1aで表される置換基であってよく、このとき、R3及びR4のうち少なくとも一つは、必ず化学式1aで表される置換基であってよい。より具体的には、前記R3及びR4は、互いに独立して、化学式1aで表される置換基であるものであってよい。
ここで、前記化学式1中、BがSの場合、前記R3及びR4のうちR3一つだけが存在し、このとき、R3は、化学式1aで表される置換基であるものであってよい。
また、前記化学式1中、R5は、単結合;炭素数1から10のアルキレン基;または、炭素数3から10のシクロアルキレン基であるものであってよい。
さらに具体的に、前記化学式1中、R1は、ニトロ基、炭素数1から10のアルキル基、炭素数3から10のシクロアルキル基、炭素数6から20のアリール基、炭素数2から10のアルケニル基、炭素数2から10のアルキニル基、炭素数1から10のアルコキシ基、炭素数1から10のヘテロアルキル基、及び炭素数3から10の複素環基からなる群より選択される1種以上の置換基で置換または無置換の炭素数1から20のアルキル基、炭素数2から20のアルケニル基、炭素数2から20のアルキニル基、炭素数1から20のヘテロアルキル基、炭素数5から20のシクロアルキル基、炭素数6から20のアリール基、または炭素数3から20の複素環基であり、R2は、水素原子;または−Si(R)3であり(ここで、Rは、炭素数1から5のアルキル基である)、R3及びR4は、互いに独立して、化学式1aで表される置換基であり、R5は、単結合;炭素数1から10のアルキレン基;または、炭素数3から10のシクロアルキレン基であり、Aは、SまたはOで、BはNであり、前記化学式1a中、R6は、単結合;または、炭素数1から5のアルキレン基であってよく、R7及びR8は、互いに独立して、炭素数1から20のアルキル基、炭素数5から20のシクロアルキル基、または炭素数6から20のアリール基であってよく、nは、1から3より選択される整数であってよい。
また、前記化学式1中、R1は、ニトロ基で置換された炭素数1から20のアルキル基、炭素数2から20のアルケニル基、炭素数2から20のアルキニル基、炭素数1から20のヘテロアルキル基、炭素数5から20のシクロアルキル基、炭素数6から20のアリール基、または炭素数3から20の複素環基であるか;または、無置換の炭素数1から20のヘテロアルキル基、または炭素数3から20の複素環基であり、R2は、水素原子;または−Si(R)3(ここで、Rは、炭素数1から5のアルキル基である)であり、R3及びR4のうちR3一つだけが存在し、ただし、R3は、化学式1aで表される置換基であり、R5は、単結合;炭素数1から10のアルキレン基;または、炭素数3から10のシクロアルキレン基であり、Aは、SまたはOで、BはSであり、前記化学式1a中、R6は、単結合;または、炭素数1から5のアルキレン基であってよく、R7及びR8は、互いに独立して、炭素数1から20のアルキル基、炭素数5から20のシクロアルキル基、または炭素数6から20のアリール基であってよく、nは、1から3より選択される整数であってよい。
本発明の一実施形態によれば、前記化学式1で表される変性剤は、下記化学式1−1から化学式1−10で表される化合物から選択されるものであってよい。
Figure 2020515675
Figure 2020515675
Figure 2020515675
Figure 2020515675
Figure 2020515675
Figure 2020515675
Figure 2020515675
Figure 2020515675
Figure 2020515675
Figure 2020515675
前記化学式1−1から化学式1−10中、R2は、水素原子または−Si(Me)3であり、R7及びR8は、互いに独立して、MeまたはEtであり、nは、1から3の整数であり、ここで、Meはメチル基、Etはエチル基である。
より具体的に、前記化学式1で表される変性剤は、1−(フラン−2−イルメチル)−3,3−ビス(3−(トリエトキシシリル)プロピル)−1−(トリメチルシリル)チオウレア(1−(furan−2−ylmethyl)−3,3−bis(3−(triethoxysilyl)propyl)−1−(trimethylsilyl)thiourea)、1−(フラン−2−イルメチル)−3,3−ビス(3−(トリエトキシシリル)プロピル)−1−(トリメチルシリル)ウレア(1−(furan−2−ylmethyl)−3,3−bis(3−(triethoxysilyl)propyl)−1−(trimethylsilyl)urea)、3−(トリエトキシシリル)プロピル(フラン−2−イルメチル)(トリメチルシリル)カルバモジチオエート(3−(triethoxysilyl)propyl(furan−2−ylmethyl)(trimethylsilyl)carbamodithioate)、S−(3−(トリエトキシシリル)プロピル)(フラン−2−イルメチル)(トリメチルシリル)カルバモチオエート(S−(3−(triethoxysilyl)propyl)(furan−2−ylmethyl)(trimethylsilyl)carbamothioate)、1−(4−(ニトロフェニル)−3,3−ビス(3−(トリエトキシシリル)プロピル)−1−(トリメチルシリル)チオウレア(1−(4−nitrophenyl)−3,3−bis(3−(triethoxysilyl)propyl)−1−(trimethylsilyl)thiourea)、1−(4−ニトロフェニル)−3,3−ビス(3−(トリエトキシシリル)プロピル)−1−(トリメチルシリル)ウレア(1−(4−nitrophenyl)−3,3−bis(3−(triethoxysilyl)propyl)−1−(trimethylsilyl)urea)、3−(トリエトキシシリル)プロピル(4−ニトロフェニル)(トリメチルシリル)カルバモジチオエート(3−(triethoxysilyl)propyl(4−nitrophenyl)(trimethylsilyl)carbamodithioate)、S−(3−(トリエトキシシリル)プロピル)(4−ニトロフェニル)(トリメチルシリル)カルバモチオエート(S−(3−(triethoxysilyl)propyl)(4−nitrophenyl)trimethylsilyl)carbamothioate)、1−フェニル−3,3−ビス(3−(トリエトキシシリル)プロピル)−1−(トリメチルシリル)ウレア(1−phenyl−3,3−bis(3−(triethoxysilyl)propyl)−1−(trimethylsilyl)urea)、1−エチル−3,3−ビス(3−(トリエトキシシリル)プロピル)−1−(トリメチルシリル)ウレア(1−ethyl−3,3−bis(3−(triethoxysilyl)propyl)−1−(trimethylsilyl)urea)、3−(フラン−2−イルメチル)−1,1−ビス(3−(トリエトキシシリル)プロピル)チオウレア(3−(furan−2−ylmethyl)−1,1−bis(3−(trietheoxysilyl)propyl)thiourea)、3−(フラン−2−イルメチル)−1,1−ビス(3−(トリエトキシシリル)プロピル)ウレア(3−(furan−2−ylmethyl)−1,1−bis(3−(triethoxysilyl)propyl)urea)、3−(トリエトキシシリル)プロピル(フラン−2−イルメチル)カルバモジチオエート(3−(triethoxysilyl)propyl(furan−2−ylmethyl)carbamodithioate)、S−(3−(トリエトキシシリル)プロピル)(フラン−2−イルメチル)カルバモチオエート(S−(3−triethoxysilyl)propyl)(furan−2−ylmethyl)carbamothioate)、3−(4−ニトロフェニル)−1,1−ビス(3−(トリエトキシシリル)プロピル)チオウレア(3−(4−nitrophenyl)−1,1−bis(3−(triethoxysilyl)propyl)thiourea)、3−(4−ニトロフェニル)−1,1−ビス(3−(トリエトキシシリル)プロピル)ウレア(3−(4−nitrophenyl)−1,1−bis(3−(triehtoxysilyl)propyl)urea)、3−(トリエトキシシリル)プロピル(4−ニトロフェニル)カルバモジチオエート(3−(triethoxysilyl)propyl(4−nitrophenyl)carbamodithioate)、S−(3−(トリエトキシシリル)プロピル(4−ニトロフェニル)カルバモチオエート(S−(3−(triethoxysilyl)propyl(4−nitrophenyl)carbamothioate)、3−フェニル−1,1−ビス(3−トリエトキシシリル)プロピル)ウレア(3−phenyl−1,1−bis(3−(triethoxysilyl)propyl)urea)、3−エチル−1,1−ビス(3−(トリエトキシシリル)プロピル)ウレア(3−ethyl−1,1−bis(3−(triethoxysilyl)propyl)urea)、1−(フラン−2−イルメチル)−3,3−ビス(3−(トリメトキシシリル)プロピル)−1−(トリメチルシリル)ウレア(1−(furan−2−ylmethyl)−3,3−bis(3−(trimethoxysilyl)propyl)−1−(trimethylsilyl)urea)、1−(フラン−2−イルメチル)−3,3−ビス(3−(ジメトキシメチルシリル)プロピル)−1−(トリメチルシリル)ウレア(1−(furan−2−ylmethyl)−3,3−bis(3−(dimethoxymethylsilyl)propyl)−1−(trimethylsilyl)urea)、1−(フラン−2−イルメチル)−3,3−ビス(3−(メトキシジメチルシリル)プロピル)−1−(トリメチルシリル)ウレア(1−(furan−2−ylmethyl)−3,3−bis(3−(methoxydimethylsilyl)propyl)−1−(trimethylsilyl)urea)、1−(フラン−2−イルメチル)−3,3−ビス(3−(ジエトキシメチルシリル)プロピル)−1−(トリメチルシリル)ウレア(1−(furan−2−ylmethyl)−3,3−bis(3−(diethoxymethylsilyl)propyl)−1−(trimethylsilyl)urea)、及び1−(フラン−2−イルメチル)−3,3−ビス(3−(エトキシジメチルシリル)プロピル)−1−(トリメチルシリル)ウレア(1−(furan−2−ylmethyl)−3,3−bis(3−(ethoxydimethylsilyl)propyl)−1−(trimethylsilyl)urea)からなる群より選択される1種以上のものであってよい。
一方、本発明の一実施形態に係る前記化学式1で表される変性剤が、前記化学式1−10で表される化合物の場合は、化学式1−10中、R2が−Si(Me)3であるのが好ましいといえる。
また、本発明は、前記変性剤の製造方法を提供する。
本発明の一実施形態に係る前記製造方法は、下記化学式2で表される化合物と下記化学式3で表される化合物とを反応させるステップを含むか(方法1);または、下記化学式2で表される化合物と下記化学式3で表される化合物とを反応させた後、下記化学式4で表される化合物を添加して反応させるステップを含む(方法2)ことを特徴とする。
Figure 2020515675
Figure 2020515675
前記化学式2から化学式4中、R1からR5、A及びBに対する定義は、前記化学式1で定義した通りであり、Yは、CN、Cl、FまたはBrである。
すなわち、本発明の一実施形態に係る前記変性剤の製造方法は、得ようとする変性剤に従い、前記方法1を介して行われるか、あるいは、前記方法2を介して行われることであってよい。
前記化学式2で表される化合物は、一例として、下記化学式2−1から2−6で表される化合物であってよい。
Figure 2020515675
Figure 2020515675
Figure 2020515675
Figure 2020515675
Figure 2020515675
Figure 2020515675
また他の例として、前記化学式3で表される化合物は、下記化学式3−1から3−6で表される化合物であってよい。
Figure 2020515675
Figure 2020515675
Figure 2020515675
Figure 2020515675
Figure 2020515675
Figure 2020515675
前記化学式3−1から3−6中、Meはメチル基であり、Etはエチル基である。
また他の例として、前記化学式4で表される化合物は、一例として下記化学式4−1または4−2で表される化合物であってよい。
Figure 2020515675
Figure 2020515675
一方、前記化学式2で表される化合物と前記化学式3で表される化合物は、1:0.8から1:1.2のモル比で反応させるものであってよい。具体的に、前記化学式2で表される化合物1モルを基準に、化学式3で表される化合物を0.85から1.15、0.9から1.1、または0.95から1のモルで反応させるものであってよく、この範囲内で純度と収率に優れるという効果がある。
また、前記化学式4で表される化合物は、化学式2で表される化合物1モルに対し1.0から2.0モル、具体的には1.1から1.5モル、より具体的には1.1から1.2モルで添加するものであってよい。
一方、前記化学式4で表される化合物を添加して反応させるとき、化学式4で表される化合物とともに塩基性化合物を添加してよい。このとき、前記塩基性化合物は、前記反応で触媒の役割を担うものであってよく、前記塩基性化合物は、化学式2で表される化合物1モルに対し1.0から2.0モル、具体的には1.4から1.5モルで添加するものであってよい。
また、前記塩基性化合物は、例えば、メチルアミン(methylamine)、ジメチルアミン(dimethylamine)、トリエチルアミン(trimethylamine)、テトラメチルエチレンジアミン(tetramethylethylenediamine)、リチウムジイソプロピルアミド(lithium diisopropylamide)、1,8−ジアザビシクロウンデ−7−セン(1,8−diazabicycloundes−7−ene)、2,6−ジ−t−ブチルピリジン(2,6−di−tert−butylpyridine)、及びリチウムテトラメチルピペリジン(lithiumtetramethylpiperidine)からなる群より選択される1種以上のものであってよい。
また、本発明は、前記変性剤由来の官能基を含む変性共役ジエン系重合体を提供する。
本発明の一実施形態に係る前記変性共役ジエン系重合体は、共役ジエン系単量体由来の繰り返し単位を含み、少なくとも一側末端に下記化学式1で表される変性剤由来の官能基を含むことを特徴とする。
Figure 2020515675
前記化学式1の各置換基に対する定義は、前記で定義した通りである。
前記共役ジエン系単量体由来の繰り返し単位は、共役ジエン系単量体が重合時になす繰り返し単位を意味してよく、前記共役ジエン系単量体は、一例として、1,3−ブタジエン、2,3−ジメチル−1,3−ブタジエン、ピペリレン、3−ブチル−1,3−オクタジエン、イソプレン、2−フェニル−1,3−ブタジエン、及び2−ハロ−1,3−ブタジエン(ハロは、ハロゲン原子を意味する)からなる群より選択される1種以上であってよい。
一方、前記変性共役ジエン系共重合体は、一例として、前記共役ジエン系単量体由来の繰り返し単位とともに芳香族ビニル単量体由来の繰り返し単位をさらに含む共重合体であってよい。
前記芳香族ビニル単量体由来の繰り返し単位は、芳香族ビニル単量体が重合時になす繰り返し単位を意味してよく、前記芳香族ビニル単量体は、一例として、スチレン、α−メチルスチレン、3−メチルスチレン、4−メチルスチレン、4−プロピルスチレン、1−ビニルナフタレン、4−シクロヘキシルスチレン、4−(p−メチルフェニル)スチレン、及び1−ビニル−5−ヘキシルナフタレンからなる群より選択される1種以上であってよい。
前記変性共役ジエン系重合体が芳香族ビニル単量体由来の繰り返し単位を含む共重合体の場合、前記変性共役ジエン系重合体は、共役ジエン系単量体由来の繰り返し単位を50から95重量%、55から90重量%、あるいは60から90重量%で、芳香族ビニル単量体由来の繰り返し単位を5から50重量%、10から45重量%、あるいは10から40重量%で含んでよく、この範囲内で転がり抵抗、濡れた路面への抵抗性及び耐磨耗性に優れるという効果がある。
本発明の一実施形態によれば、前記共重合体はランダム共重合体であってよく、この場合、各物性間のバランスに優れるという効果がある。前記ランダム共重合体は、共重合体をなす繰り返し単位が無秩序に配列されているものを意味してよい。
一方、前記変性共役ジエン系重合体は、共役ジエン系単量体由来の繰り返し単位を含み、一側末端に前記化学式1で表される変性剤由来の官能基を含み、他側末端に下記化学式5で表される変性開始剤由来の官能基を含むものであってよい。
Figure 2020515675
前記化学式5中、R12及びR13は、互いに独立して、炭素数1から20のアルキル基、炭素数3から20のシクロアルキル基、及び炭素数5から20のアラルキル基からなる群より選択される1種であるか、R12及びR13が互いに結合して隣接したN原子とともに炭素数5から20の飽和または不飽和の環状構造を形成するものであり、前記R12及びR13が環状構造を形成する場合、分枝構造を有してよく、R14は、単結合、炭素数1から20のアルキレン基、または、下記化学式6から化学式8からなる群より選択される1種の連結基であり、Mは、アルカリ金属であってよい。
Figure 2020515675
Figure 2020515675
Figure 2020515675
具体的な例として、前記化学式5中、R12及びR13は、互いに独立して、炭素数1から12のアルキル基、炭素数3から14のシクロアルキル基、及び炭素数5から20のアラルキル基からなる群より選択される1種であってよく、R14は、単結合、炭素数1から20のアルキレン基、または、前記化学式5から化学式7からなる群より選択される1種の連結基であってよく、Mは、アルカリ金属であってよい。
より具体的な例として、前記化学式5中、R12及びR13は、互いに独立して、メチル、エチル、プロピル、ブチル、オクチル、シクロプロピル、シクロヘキシル、3−フェニル−1−プロピル、イソブチル、デシル、ヘプチルまたはフェニルであってよく、R14は、単結合、炭素数2から16のアルキレン基、または、前記化学式3から化学式5からなる群より選択される1種の連結基であってよく、Mは、Liであってよい。
前記化学式5で表される変性開始剤由来の官能基は、重合開始部位に該当する共役ジエン系重合体の一側末端に位置した重合体内の官能基を意味するものであってよく、共役ジエン系重合体の分散性、加工性の改善とともに、転がり抵抗及び濡れた路面への抵抗性などの機械的物性を向上させるという効果がある。このとき、前記変性開始剤由来の官能基は、共役ジエン系重合体の重合を開始するための重合開始剤として変性開始剤を利用する場合に発生するものであってよい。
本発明の一実施形態に係る前記変性共役ジエン系重合体は、数平均分子量(Mn)が10,000g/molから2,000,000g/mol、50,000g/molから1,800,000g/mol、または120,000g/molから1,500,000g/molであってよく、重量平均分子量(Mw)が10,000g/molから5,000,000g/mol、100,000g/molから3,500,000g/mol、または120,000g/molから2,000,000g/molであってよく、この範囲内で転がり抵抗及び濡れた路面への抵抗性に優れるという効果がある。また他の例として、前記変性共役ジエン系重合体は、分子量分布(Mw/Mn)が1.0から8.0、1.0から4.0、または1.0から3.5であってよく、この範囲内で物性間の物性バランスに優れるという効果がある。
ここで、前記重量平均分子量(Mw)及び数平均分子量(Mn)は、それぞれゲル透過型クロマトグラフィー(GPC)で分析されるポリスチレン換算分子量であり、分子量分布(Mw/Mn)は多分散性(polydispersity)とも称され、重量平均分子量(Mw)と数平均分子量(Mn)の比(Mw/Mn)で計算した。
また他の例として、前記変性共役ジエン系重合体は、ムーニー粘度(Mooney viscosity)が100℃で20から150であってよく、140℃で20から150であってよく、この範囲内で加工性及び生産性に優れるという効果がある。
ここで、前記ムーニー粘度は、ムーニー粘度計、例えば、MV2000E(ALPHA Technologies社)のLarge Rotorを使って100℃及び140℃、Rotor Speed 2±0.02rpmの条件で測定した。具体的に、重合体を室温(23±5℃)で30分以上放置した後、27±3gを採取してダイキャビティの内部に満たしておき、プラテン(platen)を作動させてトルクを印加しながら測定した。
また、前記変性共役ジエン系重合体は、ビニルの含量が5重量%以上、10重量%以上、または10重量%から60重量%であってよく、この範囲内で硝子転移温度が適した範囲に調節できるため、転がり抵抗、濡れた路面への抵抗性及び低燃費性に優れるという効果がある。ここで、前記ビニルの含量は、ビニル基を有する単量体と芳香族ビニル系単量体でなる共役ジエン系共重合体100重量%に対し、1,4−添加でなく1,2−添加された共役ジエン系単量体の含量を意味してよい。
一方、本発明で用いる用語「由来の繰り返し単位」、「由来の官能基」及び「由来基」は、ある物質から起因した成分、構造またはその物質そのものを表すものであってよい。
併せて、本発明は、前記変性共役ジエン系重合体の製造方法を提供する。
本発明の一実施形態に係る前記変性共役ジエン系重合体の製造方法は、有機金属化合物を含む炭化水素溶媒の中で、共役ジエン系単量体、または、芳香族ビニル系単量体及び共役ジエン系単量体を重合して有機金属が結合された活性重合体を製造するステップ(ステップ1);及び、前記活性重合体及び下記化学式1で表される化合物を含む変性剤と反応させるステップ(ステップ2)を含むことを特徴とする。
Figure 2020515675
前記化学式1の各置換基に対する定義は、前記で定義した通りである。
前記ステップ1は、有機金属化合物が結合された活性重合体を製造するためのステップであって、有機金属化合物を含む炭化水素溶媒の中で、共役ジエン系単量体、または、芳香族ビニル系単量体及び共役ジエン系単量体を重合することによって行うことできる。
前記炭化水素溶媒は、特に制限されるのではないが、例えば、n−ペンタン、n−ヘキサン、n−ヘプタン、イソオクタン、シクロヘキサン、トルエン、ベンゼン及びキシレンからなる群より選択される1種以上のものであってよい。
前記共役ジエン系単量体及び芳香族ビニル系単量体は、前記で定義した通りである。
本発明の一実施形態によれば、前記有機金属化合物は、単量体の全体100gを基準に0.01mmolから10mmol、0.05mmolから5mmol、0.1mmolから2mmol、または0.1mmolから1mmolで用いることができる。
前記有機金属化合物は、一例として、メチルリチウム、エチルリチウム、プロピルリチウム、n−ブチルリチウム、s−ブチルリチウム、t−ブチルリチウム、ヘキシルリチウム、n−デシルリチウム、t−オクチルリチウム、フェニルリチウム、1−ナフチルリチウム、n−エイコシルリチウム、4−ブチルフェニルリチウム、4−トリルリチウム、シクロヘキシルリチウム、3,5−ジ−n−ヘプチルシクロヘキシルリチウム、4−シクロペンチルリチウム、ナフチルナトリウム、ナフチルカリウム、リチウムアルコキシド、ナトリウムアルコキシド、カリウムアルコキシド、リチウムスルホネート、ナトリウムスルホネート、カリウムスルホネート、リチウムアミド、ナトリウムアミド、カリウムアミド及びリチウムイソプロピルアミドからなる群より選択される1種以上であってよい。
また他の例として、前記有機金属化合物は、下記化学式5で表される化合物であってよい。
Figure 2020515675
前記化学式5中、各置換基に対する定義は、前記で定義した通りである。
一方、前記ステップ1の重合は、極性添加剤を含んで実施してよく、前記極性添加剤は、単量体の全体100gを基準に、0.001gから50g、0.001gから10g、または0.005gから0.1gの量で添加してよい。また、前記極性添加剤は、テトラヒドロフラン、ジテトラヒドロフリルプロパン、ジエチルエーテル、シクロアミルエーテル、ジプロピルエーテル、エチレンジメチルエーテル、ジエチルグリコール、ジメチルエーテル、tert-ブトキシエトキシエタン、ビス(3−ジメチルアミノエチル)エーテル、(ジメチルアミノエチル)エチルエーテル、トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリプロピルアミン及びテトラメチルエチレンジアミンからなる群より選択される1種以上であってよく、具体的には、トリエチルアミンまたはテトラメチルエチレンジアミンであってよく、前記極性添加剤を含む場合、共役ジエン系単量体、または、共役ジエン系単量体及び芳香族ビニル系単量体を共重合させる場合に、これらの反応速度の差を補うことで、ランダム共重合体を容易に形成できるように誘導するという効果がある。
前記ステップ1の重合は、一例として、陰イオン重合であってよく、具体的な例として、陰イオンによる成長重合反応により重合末端に陰イオン活性部位を有するリビング陰イオン重合であってよい。また、前記ステップ1の重合は、昇温重合、等温重合または定温重合(断熱重合)であってよく、前記定温重合は、有機金属化合物を投入した後、任意に熱をかけることなく、自己反応熱で重合させるステップを含む重合方法を意味してよく、前記昇温重合は、前記有機金属化合物を投入した後、任意に熱をかけて温度を増加させる重合方法を意味してよく、前記等温重合は、前記有機金属化合物を投入した後、熱をかけて熱を増加させるか、熱を奪うことで重合物の温度を一定に維持する重合方法を意味してよい。
また、前記ステップ1の重合は、一例として、−20℃から200℃、0℃から150℃、または10℃から120℃の温度範囲で実施されてよい。
前記ステップ1によって製造された活性重合体は、重合体陰イオンと有機金属陽イオンが結合された重合体を意味してよい。
前記ステップ2は、変性共役ジエン系重合体を製造するため、前記活性重合体と前記化学式1で表される変性剤を反応させるステップである。
本発明の一実施形態によれば、前記化学式1で表される変性剤は、単量体の全体100gを基準に、0.01mmolから10mmol、0.01mmolから5mmol、または0.02mmolから3mmolの量で用いることができる。
さらに、本発明の一実施形態によれば、前記化学式1で表される変性剤と有機金属化合物は、1:0.1から1:10のモル比、1:0.1から1:5のモル比、または1:0.2から1:3のモル比で用いてよく、この範囲内で最適性能の変性反応を行うことができるので、高変性率の共役ジエン系重合体を収得することができる。
前記ステップ2の反応は、前記変性剤から由来された官能基を活性重合体に導入させるための変性反応であって、0℃から90℃で1分間から5時間反応を行うことであってよい。
また、本発明の一実施形態によれば、前記変性共役ジエン系重合体の製造方法は、回分式(バッチ式)、または、1種以上の反応器を含む連続式の重合方法によって行うことであってよい。
前記変性共役ジエン系重合体の製造方法は、一例として、本発明の前記ステップ2に続けて、必要に応じて、溶媒及び未反応単量体の回収及び乾燥のうち1以上のステップをさらに含んでよい。
さらに進んで、本発明は、前記変性共役ジエン系重合体を含むゴム組成物を提供する。
本発明の一実施形態に係る前記ゴム組成物は、前記変性共役ジエン系重合体を10重量%以上、10重量%から100重量%、または20重量%から90重量%の量で含むものであってよく、この範囲内で引張強度、耐磨耗性などの機械的物性に優れ、各物性間のバランスに優れるという効果がある。
また、前記ゴム組成物は、前記変性共役ジエン系重合体の他、必要に応じて他のゴム成分をさらに含んでよく、このとき、前記ゴム成分は、ゴム組成物の総重量に対し90重量%以下の含量で含まれてよい。具体的な例として、前記他のゴム成分は、前記変性共役ジエン系重合体100重量部に対し1重量部から900重量部で含まれるものであってよい。
前記ゴム成分は、一例として、天然ゴムまたは合成ゴムであってよく、具体的な例として、シス−1,4−ポリイソプレンを含む天然ゴム(NR);前記一般的な天然ゴムを変性または精製した、エポキシ化天然ゴム(ENR)、脱タンパク天然ゴム(DPNR)、水素化天然ゴムなどの変性天然ゴム;スチレン−ブタジエン共重合体(SBR)、ポリブタジエン(BR)、ポリイソプレン(IR)、ブチルゴム(IIR)、エチレン−プロピレン共重合体、ポリイソブチレン−コ−イソプレン、ネオプレン、ポリ(エチレン−コ−プロピレン)、ポリ(スチレン−コ−ブタジエン)、ポリ(スチレン−コ−イソプレン)、ポリ(スチレン−コ−イソプレン−コ−ブタジエン)、ポリ(イソプレン−コ−ブタジエン)、ポリ(エチレン−コ−プロピレン−コ−ジエン)、ポリスルフィドゴム、アクリルゴム、ウレタンゴム、シリコンゴム、エピクロロヒドリンゴム、ハロゲン化ブチルゴムなどのような合成ゴムであってよく、これらのうちいずれか一つまたは二つ以上の混合物が用いられてよい。
前記ゴム組成物は、一例として、本発明の変性共役ジエン系重合体100重量部に対し、0.1重量部から200重量部、または10重量部から120重量部の充填剤を含むものであってよい。前記充填剤は、一例として、シリカ系充填剤であってよく、具体的な例として、湿式シリカ(含水ケイ酸)、乾式シリカ(無水ケイ酸)、ケイ酸カルシウム、ケイ酸アルミニウムまたはコロイドシリカなどであってよく、好ましくは、破壊特性の改良効果及びウェットグリップ性(wet grip)の両立効果に最も優れた湿式シリカであってよい。また、前記ゴム組成物は、必要に応じて、カーボンブラック系充填剤をさらに含んでよい。
また他の例として、前記充填剤としてシリカが用いられる場合、補強性及び低発熱性を改善するために、シランカップリング剤がともに用いられてよく、具体的な例として、前記シランカップリング剤は、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)トリスルフィド、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、ビス(3−トリメトキシシリルプロピル)テトラスルフィド、ビス(2−トリメトキシシリルエチル)テトラスルフィド、3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、3−メルカプトプロピルトリエトキシシラン、2−メルカプトエチルトリメトキシシラン、2−メルカプトエチルトリエトキシシラン、3−トリメトキシシリルプロピル−N,N−ジメチルチオカルバモイルテトラスルフィド、3−トリエトキシシリルプロピル−N,N−ジメチルチオカルバモイルテトラスルフィド、2−トリエトキシシリルエチル−N,N−ジメチルチオカルバモイルテトラスルフィド、3−トリメトキシシリルプロピルベンゾチアゾリルテトラスルフィド、3−トリエトキシシリルプロピルベンゾリルテトラスルフィド、3−トリエトキシシリルプロピルメタクリレートモノスルフィド、3−トリメトキシシリルプロピルメタクリレートモノスルフィド、ビス(3−ジエトキシメチルシリルプロピル)テトラスルフィド、3−メルカプトプロピルジメトキシメチルシラン、ジメトキシメチルシリルプロピル−N,N−ジメチルチオカルバモイルテトラスルフィド、またはジメトキシメチルシリルプロピルベンゾチアゾリルテトラスルフィドなどであってよく、これらのうちいずれか一つまたは二つ以上の混合物が用いられてよい。好ましくは、補強性の改善効果を考慮すると、ビス(3−トリエトキシシリルプロピル)ポリスルフィドまたは3−トリメトキシシリルプロピルベンゾチアジルテトラスルフィドであってよい。
また、本発明の一実施形態に係る前記ゴム組成物は、ゴム成分として、活性部位にシリカとの親和性が高い官能基が導入された変性共役ジエン系重合体が用いられているため、シランカップリング剤の配合量が通常の場合よりも低減されてよい。したがって、前記シランカップリング剤は、シリカ100重量部に対し、1重量部から20重量部、または5重量部から15重量部で用いられてよく、この範囲内である場合、カップリング剤としての効果が十分発揮され、かつゴム成分のゲル化を防止するという効果がある。
本発明の一実施形態に係る前記ゴム組成物は、硫黄架橋性であってよく、そのために加硫剤をさらに含んでよい。前記加硫剤は、具体的に、硫黄粉末であってよく、ゴム成分100重量部に対し0.1重量部から10重量部で含まれてよく、この範囲内である場合、加硫ゴム組成物が必要とする弾性率及び強度を確保するとともに、低燃費性に優れるという効果がある。
本発明の一実施形態に係る前記ゴム組成物は、前記成分の他、ゴム工業界で通常用いられる各種添加剤、具体的には、加硫促進剤、プロセス油、可塑剤、老化防止剤、スコーチ防止剤、亜鉛華(zinc white)、ステアリン酸、熱硬化性樹脂、または熱可塑性樹脂などをさらに含んでよい。
前記加硫促進剤は、一例として、M(2−メルカプトベンゾチアゾール)、DM(ジベンゾチアジルジスルフィド)、CZ(N−シクロヘキシル−2−ベンゾチアジルスルフェンアミド)などのチアゾール系化合物、もしくはDPG(ジフェニルグアニジン)などのグアニジン系化合物が使用可能であり、ゴム成分100重量部に対し0.1重量部から5重量部で含まれてよい。
前記プロセス油は、ゴム組成物中で軟化剤として作用するものであって、一例として、パラフィン系、ナフテン系、または芳香族系化合物であってよく、引張強度及び耐磨耗性を考慮すると芳香族系プロセス油が、ヒステリシス損及び低温特性を考慮するとナフテン系またはパラフィン系プロセス油が使用できる。前記プロセス油は、一例として、ゴム成分100重量部に対し100重量部以下の含量で含まれてよく、この範囲内である場合、加硫ゴムの引張強度、低発熱性(低燃費性)の低下を防止するという効果がある。
前記老化防止剤は、一例として、N−イソプロピル−N’−フェニル−p−
フェニレンジアミン、N−(1,3−ジメチルブチル)−N’−フェニル−p
−フェニレンジアミン、6−エトキシ−2,2,4−トリメチル−1,2−ジヒドロキノリン、またはジフェニルアミンとアセトンの高温縮合物などが挙げられ、ゴム成分100重量部に対し0.1重量部から6重量部で用いられてよい。
本発明の一実施形態に係る前記ゴム組成物は、前記配合処方に従って、バンバリーミキサー、ロール、インターナルミキサーなどの混練機を用いて混練することで収得でき、また、成形加工後、加硫工程により、低発熱性及び耐磨耗性に優れたゴム組成物が収得できる。
これにより、前記ゴム組成物は、タイヤトレッド、アンダトレッド、サイドウォール、カーカスコーティングゴム、ベルトコーティングゴム、ビードフィラー、チェーファー、またはビードコーティングゴムなどのタイヤの各部材や、防振ゴム、ベルトコンベア、ホースなどの各種工業用ゴム製品の製造において有用である。
なお、本発明は、前記ゴム組成物を用いて製造されたタイヤを提供する。
前記タイヤは、タイヤまたはタイヤトレッドを含むものであってよい。
以下、実施例により、本発明をより詳細に説明する。しかし、下記実施例は本発明を例示するためのものにすぎず、これらのみによって本発明の範囲が限定されるものではない。
一方、下記化学式iから化学式ix中、TMSは、トリメチルシリル基(−Si(Me)3)を表すものである。
製造例
[製造例1:化学式iで表される変性剤の製造]
シュレンクラインが連結されている1Lの丸底フラスコに下記化学式2−1で表される化合物0.1mol(13.92g)を入れ、減圧して水気を完全に除去し、アルゴン雰囲気下でジクロロメタン(dichloromethane)500mlを入れた後、下記化学式3−1で表される化合物0.095mol(40.44g)を投入し、常温で4時間撹拌させて反応させた後、下記化学式4−1で表される化合物0.12mol(13.04g)とトリエチルアミン0.15mol(15.18g)を低温で添加し、常温で24時間撹拌させることで、下記化学式iで表される変性剤を製造した。以後、ロータリーエバポレーター(Rotary evaporator)を用いて低沸点副産物及び未反応物質を除去し、Hexane/Acetonitrileで抽出して精製された化学式iで表される変性剤を収得し、1H及び13C核磁気共鳴分光学的スペクトルを観察した。
Figure 2020515675
Figure 2020515675
Figure 2020515675
Figure 2020515675
1H NMR (CDCl3, 500 MHz) δ 7.32 (d, 1H), 6.93-6.86 (m, 2H), 4.60 (s, 2H), 3.82-3.76 (m, 12H), 2.37 (t, 4H), 1.53-1.45 (m, 4H), 1.20 (t, 18H), 0.56 (t, 4H), 0.00 (s, 9H).
13C NMR (CDCl3, 500 MHz) δ 182.0, 137.5, 129.7, 111.4, 111.4, 60.0, 60.0, 58.5, 58.5, 58.5, 58.5, 58.5, 58.5, 53.0, 23.5, 23.5, 18.4, 18.4, 18.4, 18.4, 18.4, 18.4, 14.7, 14.7, 4.0, 4.0, 4.0。
[製造例2:化学式(ii)で表される化合物の製造]
シュレンクラインが連結されている1Lの丸底フラスコに下記化学式2−2で表される化合物0.1mol(12.30g)を入れ、減圧して水気を完全に除去し、アルゴン雰囲気下でジクロロメタン(dichloromethane)500mlを入れた後、下記化学式3−1で表される化合物0.095mol(40.44g)を投入し、常温で4時間撹拌させて反応させた後、下記化学式4−1で表される化合物0.12mol(13.04g)とトリエチルアミン0.15mol(15.18g)を低温で添加し、常温で24時間撹拌させることで、下記化学式(ii)で表される変性剤を製造した。以後、ロータリーエバポレーターを用いて低沸点副産物及び未反応物質を除去し、Hexane/Acetonitrileで抽出して精製された化学式(ii)で表される変性剤を収得し、1H及び13C核磁気共鳴分光学的スペクトルを観察した。
Figure 2020515675
Figure 2020515675
Figure 2020515675
Figure 2020515675
1H NMR (CDCl3, 500 MHz) δ 7.32 (d, 1H), 6.93-6.86 (m, 2H), 4.60 (s, 2H), 3.82-3.76 (m, 12H), 2.22 (t, 4H), 1.53-1.45 (m, 4H), 1.20 (t, 18H), 0.56 (t, 4H), 0.00 (s, 9H).
13C NMR (CDCl3, 500 MHz) δ 159.0, 137.5, 129.7, 111.4, 111.4, 58.4, 58.4, 58.4, 58.4, 58.4, 58.4, 55.0, 55.0, 47.2, 23.0, 23.0, 18.4, 18.4, 18.4, 18.4, 18.4, 18.4, 14.1, 14.1, 4.0, 4.0, 4.0。
[製造例3:化学式iiiで表される変性剤の製造]
シュレンクラインが連結されている1Lの丸底フラスコに下記化学式2−1で表される化合物0.1mol(13.92g)を入れ、減圧して水気を完全に除去し、アルゴン雰囲気下でジクロロメタン(dichloromethane)500mlを入れた後、下記化学式3−4で表される化合物0.095mol(22.65g)を投入し、常温で4時間撹拌させて反応させた後、下記化学式4−1で表される化合物0.12mol(13.04g)とトリエチルアミン0.15mol(15.18g)を低温で添加し、常温で24時間撹拌させることで、下記化学式(iii)で表される変性剤を製造した。以後、ロータリーエバポレーターを用いて低沸点副産物及び未反応物質を除去し、Hexane/Acetonitrileで抽出して精製された化学式(iii)で表される変性剤を収得し、1H及び13C核磁気共鳴分光学的スペクトルを観察した。
Figure 2020515675
Figure 2020515675
Figure 2020515675
Figure 2020515675
1H NMR (CDCl3, 500 MHz) δ 7.32 (d, 1H), 6.93-6.86 (m, 2H), 4.67 (s, 2H), 3.82-3.76 (m, 12H), 2.27 (t, 4H), 1.43-1.35 (m, 2H), 1.20 (t, 9H), 0.56 (t, 2H), 0.00 (s, 9H).
13C NMR (CDCl3, 500 MHz) δ 199.4, 137.5, 129.7, 111.4, 111.4, 58.5, 58.5, 58.5, 49.6, 37.5, 18.4, 18.4, 18.4, 15.3, 14.5, 3.0, 3.0, 3.0。
[製造例4:化学式ivで表される変性剤の製造]
シュレンクラインが連結されている1Lの丸底フラスコに下記化学式2−2で表される化合物0.1mol(12.30g)を入れ、減圧して水気を完全に除去し、アルゴン雰囲気下でジクロロメタン(dichloromethane)500mlを入れた後、下記化学式3−4で表される化合物0.095mol(22.65g)を投入し、常温で4時間撹拌させて反応させた後、下記化学式4−1で表される化合物0.12mol(13.04g)とトリエチルアミン0.15mol(15.18g)を低温で添加し、常温で24時間撹拌させることで、下記化学式ivで表される変性剤を製造した。以後、ロータリーエバポレーターを用いて低沸点副産物及び未反応物質を除去し、Hexane/Acetonitrileで抽出して精製された化学式ivで表される変性剤を収得し、1H及び13C核磁気共鳴分光学的スペクトルを観察した。
Figure 2020515675
Figure 2020515675
Figure 2020515675
Figure 2020515675
1H NMR (CDCl3, 500 MHz) δ 7.32 (d, 1H), 6.93-6.86 (m, 2H), 4.27 (s, 2H), 3.82-3.76 (m, 6H), 2.27 (t, 2H), 1.43-1.35 (m, 2H), 1.20 (t, 9H), 0.56 (t, 2H), 0.00 (s, 9H).
13C NMR (CDCl3, 500 MHz) δ 160.9, 137.5, 129.7, 111.4, 111.4, 58.5, 58.5, 58.5, 47.6, 33.9, 18.4, 18.4, 18.4, 15.3, 14.5, 3.4, 3.4, 3.4。
[製造例5:化学式vで表される変性剤の製造]
シュレンクラインが連結されている1Lの丸底フラスコに下記化学式2−3で表される化合物0.1mol(18.02g)を入れ、減圧して水気を完全に除去し、アルゴン雰囲気下でジクロロメタン(dichloromethane)500mlを入れた後、下記化学式3−1で表される化合物0.095mol(40.44g)を投入し、常温で4時間撹拌させて反応させた後、下記化学式4−1で表される化合物0.12mol(13.04g)とトリエチルアミン0.15mol(15.18g)を低温で添加し、常温で24時間撹拌させることで、下記化学式vで表される変性剤を製造した。以後、ロータリーエバポレーターを用いて低沸点副産物及び未反応物質を除去し、Hexane/Acetonitrileで抽出して精製された化学式vで表される変性剤を収得し、1H及び13C核磁気共鳴分光学的スペクトルを観察した。
Figure 2020515675
Figure 2020515675
Figure 2020515675
Figure 2020515675
1H NMR (CDCl3, 500 MHz) δ 8.09 (d, 2H), 7.69 (d, 2H), 3.82-3.76 (m, 12H), 2.37 (t, 4H), 1.53-1.45 (m, 4H), 1.20 (t, 18H), 0.56 (t, 4H), 0.00 (s, 9H).
13C NMR (CDCl3, 500 MHz) δ 179.0, 139.5, 136.4, 127.5, 127.5, 121.4, 121.4, 60.0, 60.0, 58.5, 58.5, 58.5, 58.5, 58.5, 58.5, 23.2, 23.2, 18.4, 18.4, 18.4, 18.4, 18.4, 18.4, 14.7, 14.7, 6.5, 6.5, 6.5。
[製造例6:化学式viで表される化合物の製造]
シュレンクラインが連結されている1Lの丸底フラスコに下記化学式2−4で表される化合物0.1mol(16.41g)を入れ、減圧して水気を完全に除去し、アルゴン雰囲気下でジクロロメタン(dichloromethane)500mlを入れた後、下記化学式3−1で表される化合物0.095mol(40.44g)を投入し、常温で4時間撹拌させて反応させた後、下記化学式4−1で表される化合物0.12mol(13.04g)とトリエチルアミン0.15mol(15.18g)を低温で添加し、常温で24時間撹拌させることで、下記化学式viで表される変性剤を製造した。以後、ロータリーエバポレーターを用いて低沸点副産物及び未反応物質を除去し、Hexane/Acetonitrileで抽出して精製された化学式viで表される変性剤を収得し、1H及び13C核磁気共鳴分光学的スペクトルを観察した。
Figure 2020515675
Figure 2020515675
Figure 2020515675
Figure 2020515675
1H NMR (CDCl3, 500 MHz) δ 8.11 (d, 2H), 7.66 (d, 2H), 3.82-3.76 (m, 12H), 2.29 (t, 4H), 1.53-1.45 (m, 4H), 1.20 (t, 18H), 0.56 (t, 4H), 0.00 (s, 9H).
13C NMR (CDCl3, 500 MHz) δ 156.0, 138.5, 136.4, 124.5, 124.5, 121.0, 121.0, 58.5, 58.5, 58.5, 58.5, 58.5, 58.5, 55.0, 55.0, 23.2, 23.2, 18.4, 18.4, 18.4, 18.4, 18.4, 18.4, 14.7, 14.7, 6.0, 6.0, 6.0。
[製造例7:化学式viiで表される化合物の製造]
シュレンクラインが連結されている1Lの丸底フラスコに下記化学式2−3で表される化合物0.1mol(18.02g)を入れ、減圧して水気を完全に除去し、アルゴン雰囲気下でジクロロメタン(dichloromethane)500mlを入れた後、下記化学式3−4で表される化合物0.095mol(22.65g)を投入し、常温で4時間撹拌させて反応させた後、下記化学式4−1で表される化合物0.12mol(13.04g)とトリエチルアミン0.15mol(15.18g)を低温で添加し、常温で24時間撹拌させることで、下記化学式viiで表される変性剤を製造した。以後、ロータリーエバポレーターを用いて低沸点副産物及び未反応物質を除去し、Hexane/Acetonitrileで抽出して精製された化学式viiで表される変性剤を収得し、1H及び13C核磁気共鳴分光学的スペクトルを観察した。
Figure 2020515675
Figure 2020515675
Figure 2020515675
Figure 2020515675
1H NMR (CDCl3, 500 MHz) δ 8.11 (d, 2H), 7.70 (d, 2H), 3.82-3.76 (m, 6H), 2.17 (t, 2H), 1.71-1.76 (m, 2H), 1.20 (t, 9H), 0.56 (t, 2H), 0.00 (s, 9H).
13C NMR (CDCl3, 500 MHz) δ 177.0, 138.5, 136.4, 124.5, 124.5, 121.0, 121.0, 58.5, 58.5, 58.5, 55.0, 35.5, 18.4, 18.4, 18.4, 16.0, 15.5, 14.7, 14.7, 5.5, 5.5, 5.5。
[製造例8:化学式viiiで表される化合物の製造]
シュレンクラインが連結されている1Lの丸底フラスコに下記化学式2−4で表される化合物0.1mol(16.41g)を入れ、減圧して水気を完全に除去し、アルゴン雰囲気下でジクロロメタン(dichloromethane)500mlを入れた後、下記化学式3−4で表される化合物0.095mol(22.65g)を投入し、常温で4時間撹拌させて反応させた後、下記化学式4−1で表される化合物0.12mol(13.04g)とトリエチルアミン0.15mol(15.18g)を低温で添加し、常温で24時間撹拌させることで、下記化学式viiiで表される変性剤を製造した。以後、ロータリーエバポレーターを用いて低沸点副産物及び未反応物質を除去し、Hexane/Acetonitrileで抽出して精製された化学式viiiで表される変性剤を収得し、1H及び13C核磁気共鳴分光学的スペクトルを観察した。
Figure 2020515675
Figure 2020515675
Figure 2020515675
Figure 2020515675
1H NMR (CDCl3, 500 MHz) δ 8.11 (d, 2H), 7.66 (d, 2H), 3.82-3.76 (m, 6H), 2.45 (t, 2H), 1.85-1.79 (m, 2H), 1.20 (t, 9H), 0.56 (t, 2H), 0.00 (s, 9H).
13C NMR (CDCl3, 500 MHz) δ 162.3, 138.5, 136.4, 124.5, 124.5, 121.0, 121.0, 58.5, 58.5, 58.5, 33.5, 18.4, 18.4, 18.4, 16.1, 14.1, 6.2, 6.2, 6.2。
[製造例9:化学式ixで表される化合物の製造]
シュレンクラインが連結されている1Lの丸底フラスコに下記化学式2−5で表される化合物0.1mol(11.91g)を入れ、減圧して水気を完全に除去し、アルゴン雰囲気下でジクロロメタン(dichloromethane)500mlを入れた後、下記化学式3−1で表される化合物0.095mol(40.44g)を投入し、常温で4時間撹拌させて反応させた後、下記化学式4−1で表される化合物0.12mol(13.04g)とトリエチルアミン0.15mol(15.18g)を低温で添加し、常温で24時間撹拌させることで、下記化学式ixで表される変性剤を製造した。以後、ロータリーエバポレーターを用いて低沸点副産物及び未反応物質を除去し、Hexane/Acetonitrileで抽出して精製された化学式ixで表される変性剤を収得し、1H及び13C核磁気共鳴分光学的スペクトルを観察した。
Figure 2020515675
Figure 2020515675
Figure 2020515675
Figure 2020515675
1H NMR (CDCl3, 500 MHz) δ 7.89 (d, 2H), 7.45 (t, 2H), 7.10 (d, 1H), 3.83-3.76 (m, 12H), 2.30 (t, 4H), 1.53-1.45 (m, 4H), 1.21 (t, 18H), 0.56 (t, 4H), 0.00 (s, 9H).
13C NMR (CDCl3, 500 MHz) δ 156.0, 138.5, 129.0, 129.0, 127.2, 122.5, 122.5, 58.5, 58.5, 58.5, 58.5, 58.5, 58.5, 55.0, 55.0, 23.2, 23.2, 18.4, 18.4, 18.4, 18.4, 18.4, 18.4, 14.7, 14.7, 6.0, 6.0, 6.0。
[製造例10:化学式xで表される化合物の製造]
シュレンクラインが連結されている1Lの丸底フラスコに下記化学式2−6で表される化合物0.1mol(7.11g)を入れ、減圧して水気を完全に除去し、アルゴン雰囲気下でジクロロメタン(dichloromethane)500mlを入れた後、下記化学式3−1で表される化合物0.095mol(40.44g)を投入し、常温で4時間撹拌させて反応させた後、下記化学式4−1で表される化合物0.12mol(13.04g)とトリエチルアミン0.15mol(15.18g)を低温で添加し、常温で24時間撹拌させることで、下記化学式xで表される変性剤を製造した。以後、ロータリーエバポレーターを用いて低沸点副産物及び未反応物質を除去し、Hexane/Acetonitrileで抽出して精製された化学式xで表される変性剤を収得し、1H及び13C核磁気共鳴分光学的スペクトルを観察した。
Figure 2020515675
Figure 2020515675
Figure 2020515675
Figure 2020515675
1H NMR (CDCl3, 500 MHz) δ 3.79-3.73 (m, 12H), 3.20 (d, 2H), 2.41 (t, 4H), 1.60-1.63 (m, 4H), 1.35 (d, 3H), 1.20 (t, 18H), 0.56 (t, 4H), 0.00 (s, 9H).
13C NMR (CDCl3, 500 MHz) δ 160.5, 58.5, 58.5, 58.5, 58.5, 58.5, 58.5, 55.0, 55.0, 41.5, 23.2, 23.2, 18.4, 18.4, 18.4, 18.4, 18.4, 18.4, 15.0, 12.1, 12.1, 4.0, 4.0, 4.0。
[実施例]
[実施例1]
20Lのオートクレーブ反応器に、スチレン270g、1,3−ブタジエン710g及びノルマルヘキサン5,000g、極性添加剤としてジテトラヒドロフリルプロパン0.9gを入れた後、反応器の内部温度を40℃に昇温した。反応器の内部温度が40℃に達した時、n−ブチルリチウム4.3mmolを反応器に投入し、断熱昇温反応を進行させた。断熱昇温反応が終わってから20分程度経過した後、1,3−ブタジエン20gを投入して重合体の末端をブタジエンでキャッピング(capping)した。5分後、変性剤として、前記製造例1で製造された化学式iで表される化合物2.74g(4.3mmol)を投入し、15分間反応させた。以後、エタノールを利用して重合反応を停止させ、酸化防止剤であるBHT(ブチル化ヒドロキシトルエン)がヘキサンに0.3重量%溶解されている溶液45mlを添加した。その結果として得られた重合物をスチームで加熱された温水に入れ、撹拌して溶媒を除去した後、ロール乾燥して残量の溶媒と水を除去することで、変性共役ジエン系重合体を製造した。
[実施例2]
前記実施例1において、変性剤として、前記製造例1で製造された化学式iで表される化合物に代えて、前記製造例2で製造された化学式iiで表される化合物を2.67g(4.3mmol)投入したことを除き、前記実施例1と同様の方法で変性共役ジエン系重合体を製造した。
[実施例3]
前記実施例1において、変性剤として、前記製造例1で製造された化学式iで表される化合物に代えて、前記製造例3で製造された化学式iiiで表される化合物を1.93g(4.3mmol)投入したことを除き、前記実施例1と同様の方法で変性共役ジエン系重合体を製造した。
[実施例4]
前記実施例1において、変性剤として、前記製造例1で製造された化学式iで表される化合物に代えて、前記製造例4で製造された化学式ivで表される化合物を1.86g(4.3mmol)投入したことを除き、前記実施例1と同様の方法で変性共役ジエン系重合体を製造した。
[実施例5]
前記実施例1において、変性剤として、前記製造例1で製造された化学式iで表される化合物に代えて、前記製造例6で製造された化学式viで表される化合物を2.85g(4.3mmol)投入したことを除き、前記実施例1と同様の方法で実施した。
[実施例6]
前記実施例1において、変性剤として、前記製造例1で製造された化学式iで表される化合物に代えて、前記製造例9で製造された化学式ixで表される化合物を2.65g(4.3mmol)投入したことを除き、前記実施例1と同様の方法で実施した。
[実施例7]
前記実施例1において、変性剤として、前記製造例1で製造された化学式iで表される化合物に代えて、前記製造例10で製造された化学式xで表される化合物を2.44g(4.3mmol)投入したことを除き、前記実施例1と同様の方法で実施した。
[比較例1]
20Lのオートクレーブ反応器に、スチレン270g、1,3−ブタジエン710g及びノルマルヘキサン5,000g、極性添加剤としてジテトラヒドロフリルプロパン0.9gを入れた後、反応器の内部温度を40℃に昇温した。反応器の内部温度が40℃に達した時、n−ブチルリチウム4.3mmolを反応器に投入し、断熱昇温反応を進行させた。断熱昇温反応が終わってから20分程度経過した後、1,3−ブタジエン20gを投入して重合体の末端をブタジエンでキャッピング(capping)した。以後、エタノールを利用して重合反応を停止させ、酸化防止剤であるBHT(ブチル化ヒドロキシトルエン)がヘキサンに0.3重量%溶解されている溶液45mlを添加した。その結果として得られた重合物をスチームで加熱された温水に入れ、撹拌して溶媒を除去した後、ロール乾燥して残量の溶媒と水を除去することで、共役ジエン系重合体を製造した。
[比較例2]
前記実施例1において、変性剤として、前記製造例1で製造された化学式iで表される化合物に代えて、ビス(ジエトキシメチルシリルプロピル)−N−メチルアミンを1.63g(4.3mmol)投入したことを除き、前記実施例1と同様の方法で変性共役ジエン系重合体を製造した。
[比較例3]
前記実施例1において、変性剤として、前記製造例1で製造された化学式iで表される化合物に代えて、N,N−ビス(トリエトキシシリルプロピル)アミノプロピル−1−イミダゾールを2.30g(4.3mmol)投入したことを除き、前記実施例1と同様の方法で変性共役ジエン系重合体を製造した。
[比較例4]
前記実施例1において、変性剤として、前記製造例1で製造された化学式iで表される化合物に代えて、下記化学式xiで表される化合物を1.71g(4.3mmol)投入したことを除き、前記実施例1と同様の方法で変性共役ジエン系重合体を製造した。
Figure 2020515675
[実験例]
[実験例1]
前記実施例及び比較例で製造された各変性または未変性の共役ジエン系重合体に対して、重量平均分子量(Mw、X103g/mol)、数平均分子量(Mn、X103g/mol)、分子量分布(MWD)及びムーニー粘度(MV)をそれぞれ測定した。結果を下記表1に示した。
前記重量平均分子量(Mw)、数平均分子量(Mn)は、GPC(Gel permeation chromatohraph)分析により測定し、分子量分布(MWD、Mw/Mn)は、測定された前記各分子量から計算して得た。具体的に、前記GPCは、PLgel Olexis(Polymer Laboratories社製)カラム2本とPLgel mixed−C(Polymer Laboratories社製)カラム1本を組み合わせて使用し、新たに交替したカラムは、いずれも混床(mixed bed)タイプのカラムを使用した。また、分子量の計算時に、GPC基準物質(Standard material)としてはPS(polystyrene)を使用して実施した。
前記ムーニー粘度(MV、(ML1+4、@100℃)MU)は、MV−2000(ALPHA Technologies社製)により、100℃で、Rotor Speed 2±0.02rpm、Large Rotorを用いて測定した。この際、用いられた試料は、室温(23±3℃)で30分以上放置した後、27±3gを採取してダイキャビティの内部に満たしておき、プラテン(Platen)を作動させて4分間測定した。
Figure 2020515675
[実験例2]
前記実施例及び比較例で製造された各変性または未変性の共役ジエン系共重合体を含むゴム組成物、及びそれから製造された成形品の物性を比較分析するため、引張特性、耐磨耗性、及び濡れた路面への抵抗性をそれぞれ測定し、その結果を下記表3に示した。
1)ゴム試験片の製造
実施例及び比較例の各変性または未変性のスチレン−ブタジエン共重合体を原料ゴムとして、下記表2に示した配合条件で配合した。表2中の原料は、ゴム100重量部を基準とした各重量部である。
Figure 2020515675
具体的に、前記ゴム試験片は、第1段混練及び第2段混練を経て混練される。第1段混練では、温度制御装置付きバンバリーミキサーを用いて、原料ゴム(スチレン−ブタジエン共重合体)、充填剤、有機シランカップリング剤、プロセス油、亜鉛華、ステアリン酸、酸化防止剤、老化防止剤、ワックス及び促進剤を混練した。この際、混練機の温度を制御し、150℃の排出温度で1次配合物を得た。第2段混練では、前記1次配合物を室温まで冷却した後、混練機に1次配合物、硫黄及び加硫促進剤を加え、150℃で20分間キュアリング工程を経てゴム試験片を製造した。
2)引張特性
引張特性は、ASTM 412の引張試験法に準じて各試験片を製造し、前記試験片の切断時における引張強度及び300%伸びた時の引張応力(300%モジュラス)を測定した。具体的に、引張特性は、Universal Test Machin 4204(Instron社製)引張試験機を用いて、室温で50cm/minの速度で測定した。
3)耐磨耗性
前記製造されたゴム試験片の耐磨耗性を確認するために、DIN摩耗試験機を用いて、摩耗紙が付けられた回転ドラム(Drum)に10Nの荷重をかけ、ゴム試験片をドラムの回転方向の直角方向に移動させた後、摩耗された損失重量を測定し、比較例2の損失重量を基準として指数化して示した。ドラムの回転速度は40rpmであり、試験完了時の試験片の総移動距離は40mである。損失重量の指数値が小さいほど、耐磨耗性に優れることを意味する。
4)粘弾性特性
粘弾性特性は、動的機械分析機(TA社製)を用い、歪みモードで、周波数10Hz、各測定温度(−60℃〜60℃)で変形を変化させながらtanδを測定した。ペイン効果(Payne effect)は、変形0.28%〜40%での最小値と最大値の差で示した。低温0℃でのtanδが高いほど、濡れた路面への抵抗性に優れることを意味し、高温60℃でのtanδが低いほど、ヒステリシス損が少なく、低走行抵抗性(燃費性)に優れることを意味する。
5)加硫特性
加硫特性(t90)は、MDF(moving die rheometer)を用いて150℃で50分間加硫した時に、MH(最大トルク)値及び90%加硫されるまでにかかる時間(t90)を測定した。所要時間(t90)が短いほど、工程時間が短縮できることを意味し、これは重合体の加工性に優れることを意味するものである。
Figure 2020515675
前記表3に示したように、本発明に係る変性剤により変性された実施例1から実施例7の変性共役ジエン系重合体は、比較例1から比較例4の未変性または変性の共役ジエン系重合体に比べ、引張特性、耐磨耗性、粘弾性及び加硫特性が改善されていることを確認した。
具体的に、本発明に係る実施例1から実施例7の変性共役ジエン系重合体は、本発明で提示する変性剤により変性されることによって、チオウレア、ウレアまたはウレア由来基(例えば、カルバミル基)を含有することができ、無機充填剤と配合する時に水素結合によって非常に優れた分散力を有し得る。このため、比較例1の未変性共役ジエン系重合体に比べて、引張特性、耐磨耗性及び粘弾性特性が著しく改善されていた。さらに、アミン基、イミダゾール基などの窒素原子を含有し、チオウレア、ウレアまたはウレア由来基を含まないアルコキシシラン系変性剤により変性された比較例2及び比較例3の変性共役ジエン系重合体に比べても、引張特性及び粘弾性特性が大幅に改善されることを確認した。これを介し、本発明に係る実施例1から実施例7の変性共役ジエン系重合体が、転がり抵抗性、濡れた路面への抵抗性及び低走行抵抗性に非常に優れていることを確認した。
一方、比較例4の変性共役ジエン系重合体は、ウレア由来基を有し、ただし、本発明で提示する変性剤でない他の構造の変性剤を利用して製造されたものであって、ウレア由来基を含有しているにもかかわらず、実施例1から実施例7の変性共役ジエン系重合体に比べて粘弾性特性が低下した。
具体的に、比較例4の変性共役ジエン系重合体は、変性剤として、本発明の化学式1でR1が相違することを除いては実施例4と同一の構造を有する化合物を利用して製造されたものであるが、粘弾性特性において、実施例4に比べて低下することを確認した。これは、化学式1でBがSの場合、比較例4のように、R1に炭素と水素だけからなる無置換炭化水素基が位置する場合は、粘弾性特性の低下を招来することがあり、このため、優れた加工性、引張強度、耐磨耗性を含め、粘弾性特性が求められる共役ジエン系重合体に前記比較例4のような変性剤を適用するのは有用でないことを意味するものである。

Claims (16)

  1. 下記化学式1で表される変性剤。
    Figure 2020515675
    前記化学式1中、
    1は、重水素;または、置換基Xで置換もしくは無置換の、炭素数1から30のアルキル基、炭素数2から30のアルケニル基、炭素数2から30のアルキニル基、炭素数1から30のヘテロアルキル基、炭素数5から30のシクロアルキル基、炭素数6から30のアリール基、または炭素数3から30の複素環基であり、前記置換基Xは、重水素、ハロゲン、ヒドロキシ基、ニトロ基、シアノ基、炭素数1から30のアルキル基、炭素数1から30のアルキルシリル基、炭素数2から30のアルケニル基、炭素数2から30のアルキニル基、炭素数1から30のアルコキシ基、炭素数1から20のヘテロアルキル基、炭素数5から30のシクロアルキル基、炭素数6から30のアリール基、及び炭素数3から30の複素環基からなる群より選択され、
    2は、水素原子;または−Si(R)3であり、ここで、Rは、炭素数1から10のアルキル基であり、
    3及びR4は、互いに独立して、炭素数1から30のアルキル基、炭素数2から30のアルケニル基、炭素数2から30のアルキニル基、炭素数1から30のヘテロアルキル基、炭素数5から30のシクロアルキル基、炭素数6から30のアリール基、炭素数1から30のアルキルシリル基、炭素数3から30の複素環基;または、下記化学式1aで表される置換基であり、ただし、R3及びR4のうち少なくとも一つは、下記化学式1aで表される置換基であり、
    5は、単結合;炭素数1から20のアルキレン基;または、炭素数3から20のシクロアルキレン基であり、
    Aは、SまたはOであり、
    Bは、NまたはSであり、
    BがSの場合、R1は、前記置換基Xで置換された、炭素数1から30のアルキル基、炭素数2から30のアルケニル基、炭素数2から30のアルキニル基、炭素数1から30のヘテロアルキル基、炭素数5から30のシクロアルキル基、炭素数6から30のアリール基、もしくは炭素数3から30の複素環基であるか;または、無置換の、炭素数1から30のヘテロアルキル基もしくは炭素数3から30の複素環基であり、R3及びR4のうちR3一つだけが存在し、ただし、R3は、下記化学式1aで表される置換基であり、
    Figure 2020515675
    前記化学式1a中、
    6は、単結合;または、炭素数1から10のアルキレン基であり、
    7及びR8は、互いに独立して、炭素数1から30のアルキル基、炭素数5から30のシクロアルキル基、または炭素数6から30のアリール基であり、
    nは、1から3より選択される整数である。
  2. 前記化学式1中、
    1は、置換基Xで置換または無置換の、炭素数1から20のアルキル基、炭素数2から20のアルケニル基、炭素数2から20のアルキニル基、炭素数1から20のヘテロアルキル基、炭素数5から20のシクロアルキル基、炭素数6から20のアリール基、または炭素数3から20の複素環基であり、
    2は、水素原子;または−Si(R)3であり、
    3及びR4は、互いに独立して、化学式1aで表される置換基であり、
    Bは、NまたはSであり、
    BがSの場合、R1は、置換基Xのうちニトロ基で置換された、炭素数1から20のアルキル基、炭素数2から20のアルケニル基、炭素数2から20のアルキニル基、炭素数1から20のヘテロアルキル基、炭素数5から20のシクロアルキル基、炭素数6から20のアリール基、または炭素数3から20の複素環基であるか;または、無置換の、炭素数1から20のヘテロアルキル基、または炭素数3から20の複素環基であり、R3及びR4のうちR3一つだけが存在するものである、請求項1に記載の変性剤。
  3. 前記化学式1は、下記化学式1−1から化学式1−10で表される化合物から選択される、請求項1に記載の変性剤。
    Figure 2020515675
    Figure 2020515675
    Figure 2020515675
    Figure 2020515675
    Figure 2020515675
    Figure 2020515675
    Figure 2020515675
    Figure 2020515675
    Figure 2020515675
    Figure 2020515675
    前記化学式1−1から化学式1−10中、R2は、水素原子または−Si(Me)3であり、R7及びR8は、互いに独立して、MeまたはEtであり、nは、1から3の整数であり、ここで、Meはメチル基、Etはエチル基である。
  4. 下記化学式2で表される化合物と下記化学式3で表される化合物とを反応させるステップを含むか;または、
    下記化学式2で表される化合物と下記化学式3で表される化合物とを反応させた後、下記化学式4で表される化合物及び塩基性化合物を添加して反応させるステップを含む、請求項1に記載の変性剤の製造方法。
    Figure 2020515675
    Figure 2020515675
    前記化学式2から化学式4中、
    1は、重水素;または、置換基Xで置換もしくは無置換の、炭素数1から30のアルキル基、炭素数2から30のアルケニル基、炭素数2から30のアルキニル基、炭素数1から30のヘテロアルキル基、炭素数5から30のシクロアルキル基、炭素数6から30のアリール基、または炭素数3から30の複素環基であり、前記置換基Xは、重水素、ハロゲン、ヒドロキシ基、ニトロ基、シアノ基、炭素数1から30のアルキル基、炭素数1から30のアルキルシリル基、炭素数2から30のアルケニル基、炭素数2から30のアルキニル基、炭素数1から30のアルコキシ基、炭素数1から20のヘテロアルキル基、炭素数5から30のシクロアルキル基、炭素数6から30のアリール基、及び炭素数3から30の複素環基からなる群より選択され、
    2は、水素原子;または−Si(R)3であり、ここで、Rは、炭素数1から10のアルキル基であり、
    3及びR4は、互いに独立して、炭素数1から30のアルキル基、炭素数2から30のアルケニル基、炭素数2から30のアルキニル基、炭素数1から30のヘテロアルキル基、炭素数5から30のシクロアルキル基、炭素数6から30のアリール基、炭素数1から30のアルキルシリル基、炭素数3から30の複素環基;または、下記化学式1aで表される置換基であり、ただし、R3及びR4のうち少なくとも一つは、下記化学式1aで表される置換基であり、
    5は、単結合;炭素数1から20のアルキレン基;または、炭素数3から20のシクロアルキレン基であり、
    Aは、SまたはOであり、
    Bは、NまたはSであり、
    BがSの場合、R1は、前記置換基Xで置換された、炭素数1から30のアルキル基、炭素数2から30のアルケニル基、炭素数2から30のアルキニル基、炭素数1から30のヘテロアルキル基、炭素数5から30のシクロアルキル基、炭素数6から30のアリール基、または炭素数3から30の複素環基であるか;または、無置換の、炭素数1から30のヘテロアルキル基、または炭素数3から30の複素環基であり、R3及びR4のうちR3一つだけが存在し、ただし、R3は、下記化学式1aで表される置換基であり、
    Yは、CN、Cl、FまたはBrであり、
    Figure 2020515675
    前記化学式1a中、
    6は、単結合;または、炭素数1から10のアルキレン基であり、
    7及びR8は、互いに独立して、炭素数1から30のアルキル基、炭素数5から30のシクロアルキル基、または炭素数6から30のアリール基であり、
    nは、1から3より選択される整数である。
  5. 前記化学式2で表される化合物と前記化学式3で表される化合物は、1:0.8から1:1.2のモル比で反応させる、請求項4に記載の変性剤の製造方法。
  6. 前記化学式4で表される化合物及び塩基性化合物は、互いに独立して、化学式2で表される化合物1モルに対し1.0から2.0モルで添加される、請求項4に記載の変性剤の製造方法。
  7. 前記塩基性化合物は、メチルアミン(methylamine)、ジメチルアミン(dimethylamine)、トリエチルアミン(trimethylamine)、テトラメチルエチレンジアミン(tetramethylethylenediamine)、リチウムジイソプロピルアミド(lithium diisopropylamide)、1,8−ジアザビシクロウンデ−7−セン(1,8−diazabicycloundes−7−ene)、2,6−ジ−t−ブチルピリジン(2,6−di−tert−butylpyridine)、及びリチウムテトラメチルピペリジン(lithiumtetramethylpiperidine)からなる群より選択される1つ以上のものである、請求項4に記載の変性剤の製造方法。
  8. 共役ジエン系単量体由来の繰り返し単位を含み、少なくとも一側末端に、下記化学式1で表される請求項1に記載の変性剤由来の官能基を含む変性共役ジエン系重合体。
    Figure 2020515675
    前記化学式1中、
    1は、重水素;または、置換基Xで置換もしくは無置換の、炭素数1から30のアルキル基、炭素数2から30のアルケニル基、炭素数2から30のアルキニル基、炭素数1から30のヘテロアルキル基、炭素数5から30のシクロアルキル基、炭素数6から30のアリール基、または炭素数3から30の複素環基であり、前記置換基Xは、重水素、ハロゲン、ヒドロキシ基、ニトロ基、シアノ基、炭素数1から30のアルキル基、炭素数1から30のアルキルシリル基、炭素数2から30のアルケニル基、炭素数2から30のアルキニル基、炭素数1から30のアルコキシ基、炭素数1から20のヘテロアルキル基、炭素数5から30のシクロアルキル基、炭素数6から30のアリール基、及び炭素数3から30の複素環基からなる群より選択され、
    2は、水素原子;または−Si(R)3であり、ここで、Rは、炭素数1から10のアルキル基であり、
    3及びR4は、互いに独立して、炭素数1から30のアルキル基、炭素数2から30のアルケニル基、炭素数2から30のアルキニル基、炭素数1から30のヘテロアルキル基、炭素数5から30のシクロアルキル基、炭素数6から30のアリール基、炭素数1から30のアルキルシリル基、炭素数3から30の複素環基;または、下記化学式1aで表される置換基であり、ただし、R3及びR4のうち少なくとも一つは、下記化学式1aで表される置換基であり、
    5は、単結合;炭素数1から20のアルキレン基;または、炭素数3から20のシクロアルキレン基であり、
    Aは、SまたはOであり、
    Bは、NまたはSであり、
    BがSの場合、R1は、前記置換基Xで置換された、炭素数1から30のアルキル基、炭素数2から30のアルケニル基、炭素数2から30のアルキニル基、炭素数1から30のヘテロアルキル基、炭素数5から30のシクロアルキル基、炭素数6から30のアリール基、または炭素数3から30の複素環基であるか;または、無置換の、炭素数1から30のヘテロアルキル基または炭素数3から30の複素環基であり、R3及びR4のうちR3一つだけが存在し、ただし、R3は、下記化学式1aで表される置換基であり、
    Figure 2020515675
    前記化学式1a中、
    6は、単結合;または、炭素数1から10のアルキレン基であり、
    7及びR8は、互いに独立して、炭素数1から30のアルキル基、炭素数5から30のシクロアルキル基、または炭素数6から30のアリール基であり、
    nは、1から3より選択される整数である。
  9. 共役ジエン系単量体由来の繰り返し単位を含み、一側末端に下記化学式1で表される化合物を含む変性剤由来の官能基を含み、他側末端に下記化学式5で表される変性開始剤由来の官能基を含む変性共役ジエン系重合体。
    Figure 2020515675
    前記化学式1中、
    1は、重水素;または、置換基Xで置換もしくは無置換の、炭素数1から30のアルキル基、炭素数2から30のアルケニル基、炭素数2から30のアルキニル基、炭素数1から30のヘテロアルキル基、炭素数5から30のシクロアルキル基、炭素数6から30のアリール基、または炭素数3から30の複素環基であり、前記置換基Xは、重水素、ハロゲン、ヒドロキシ基、ニトロ基、シアノ基、炭素数1から30のアルキル基、炭素数1から30のアルキルシリル基、炭素数2から30のアルケニル基、炭素数2から30のアルキニル基、炭素数1から30のアルコキシ基、炭素数1から20のヘテロアルキル基、炭素数5から30のシクロアルキル基、炭素数6から30のアリール基、及び炭素数3から30の複素環基からなる群より選択され、
    2は、水素原子;または−Si(R)3であり、ここで、Rは、炭素数1から10のアルキル基であり、
    3及びR4は、互いに独立して、炭素数1から30のアルキル基、炭素数2から30のアルケニル基、炭素数2から30のアルキニル基、炭素数1から30のヘテロアルキル基、炭素数5から30のシクロアルキル基、炭素数6から30のアリール基、炭素数1から30のアルキルシリル基、炭素数3から30の複素環基;または、下記化学式1aで表される置換基であり、ただし、R3及びR4のうち少なくとも一つは、下記化学式1aで表される置換基であり、
    5は、単結合;炭素数1から20のアルキレン基;または、炭素数3から20のシクロアルキレン基であり、
    Aは、SまたはOであり、
    Bは、NまたはSであり、
    BがSの場合、R1は、前記置換基Xで置換された、炭素数1から30のアルキル基、炭素数2から30のアルケニル基、炭素数2から30のアルキニル基、炭素数1から30のヘテロアルキル基、炭素数5から30のシクロアルキル基、炭素数6から30のアリール基、もしくは炭素数3から30の複素環基であるか;または、無置換の、炭素数1から30のヘテロアルキル基もしくは炭素数3から30の複素環基であり、R3及びR4のうちR3一つだけが存在し、ただし、R3は、下記化学式1aで表される置換基であり、
    Figure 2020515675
    前記化学式1a中、
    6は、単結合;または、炭素数1から10のアルキレン基であり、
    7及びR8は、互いに独立して、炭素数1から30のアルキル基、炭素数5から30のシクロアルキル基、または炭素数6から30のアリール基であり、
    nは、1から3より選択される整数であり、
    Figure 2020515675
    前記化学式5中、
    12及びR13は、互いに独立して、炭素数1から20のアルキル基、炭素数3から20のシクロアルキル基、及び炭素数5から20のアラルキル基からなる群より選択される1つであるか、R12及びR13が互いに結合して隣接したN原子とともに炭素数5から20の飽和または不飽和の環状構造を形成し、前記R12及びR13が環状構造を形成する場合、分枝構造を有してよく、
    14は、単結合、炭素数1から20のアルキレン基、または、下記化学式6から化学式8からなる群より選択される1つの連結基であり、
    Figure 2020515675
    Figure 2020515675
    Figure 2020515675
    Mは、アルカリ金属である。
  10. 前記変性共役ジエン系重合体は、芳香族ビニル単量体由来の繰り返し単位をさらに含む、請求項8または請求項9に記載の変性共役ジエン系重合体。
  11. 前記変性共役ジエン系重合体は、数平均分子量(Mn)が10,000g/molから2,000,000g/molである、請求項8または請求項9に記載の変性共役ジエン系重合体。
  12. 前記変性共役ジエン系重合体は、分子量分布(Mw/Mn)が1.0から8.0である、請求項8または請求項9に記載の変性共役ジエン系重合体。
  13. 有機金属化合物を含む炭化水素溶媒の中で、共役ジエン系単量体、または、芳香族ビニル系単量体及び共役ジエン系単量体を重合して有機金属が結合された活性重合体を製造するステップ(S1);及び、
    前記活性重合体及び下記化学式1で表される変性剤を反応させるステップ(S2)を含む変性共役ジエン系重合体の製造方法。
    Figure 2020515675
    前記化学式1中、
    1は、重水素;または、置換基Xで置換もしくは無置換の、炭素数1から30のアルキル基、炭素数2から30のアルケニル基、炭素数2から30のアルキニル基、炭素数1から30のヘテロアルキル基、炭素数5から30のシクロアルキル基、炭素数6から30のアリール基、または炭素数3から30の複素環基であり、前記置換基Xは、重水素、ハロゲン、ヒドロキシ基、ニトロ基、シアノ基、炭素数1から30のアルキル基、炭素数1から30のアルキルシリル基、炭素数2から30のアルケニル基、炭素数2から30のアルキニル基、炭素数1から30のアルコキシ基、炭素数1から20のヘテロアルキル基、炭素数5から30のシクロアルキル基、炭素数6から30のアリール基、及び炭素数3から30の複素環基からなる群より選択され、
    2は、水素原子;または−Si(R)3であり、ここで、Rは、炭素数1から10のアルキル基であり、
    3及びR4は、互いに独立して、炭素数1から30のアルキル基、炭素数2から30のアルケニル基、炭素数2から30のアルキニル基、炭素数1から30のヘテロアルキル基、炭素数5から30のシクロアルキル基、炭素数6から30のアリール基、炭素数1から30のアルキルシリル基、炭素数3から30の複素環基;または、下記化学式1aで表される置換基であり、ただし、R3及びR4のうち少なくとも一つは、下記化学式1aで表される置換基であり、
    5は、単結合;炭素数1から20のアルキレン基;または、炭素数3から20のシクロアルキレン基であり、
    Aは、SまたはOであり、
    Bは、NまたはSであり、
    BがSの場合、R1は、前記置換基Xで置換された、炭素数1から30のアルキル基、炭素数2から30のアルケニル基、炭素数2から30のアルキニル基、炭素数1から30のヘテロアルキル基、炭素数5から30のシクロアルキル基、炭素数6から30のアリール基、または炭素数3から30の複素環基であるか;または、無置換の、炭素数1から30のヘテロアルキル基または炭素数3から30の複素環基であり、R3及びR4のうちR3一つだけが存在し、ただし、R3は、下記化学式1aで表される置換基であり、
    Figure 2020515675
    前記化学式1a中、
    6は、単結合;または、炭素数1から10のアルキレン基であり、
    7及びR8は、互いに独立して、炭素数1から30のアルキル基、炭素数5から30のシクロアルキル基、または炭素数6から30のアリール基であり、
    nは、1から3より選択される整数である。
  14. 前記有機金属化合物は、単量体の全体100gを基準に0.01mmolから10mmolで用いられる、請求項13に記載の変性共役ジエン系重合体の製造方法。
  15. 前記有機金属化合物は、メチルリチウム、エチルリチウム、プロピルリチウム、n−ブチルリチウム、s−ブチルリチウム、t−ブチルリチウム、ヘキシルリチウム、n−デシルリチウム、t−オクチルリチウム、フェニルリチウム、1−ナフチルリチウム、n−エイコシルリチウム、4−ブチルフェニルリチウム、4−トリルリチウム、シクロヘキシルリチウム、3,5−ジ−n−ヘプチルシクロヘキシルリチウム、4−シクロペンチルリチウム、ナフチルナトリウム、ナフチルカリウム、リチウムアルコキシド、ナトリウムアルコキシド、カリウムアルコキシド、リチウムスルホネート、ナトリウムスルホネート、カリウムスルホネート、リチウムアミド、ナトリウムアミド、カリウムアミド及びリチウムイソプロピルアミドからなる群より選択される1つ以上である、請求項13に記載の変性共役ジエン系重合体の製造方法。
  16. 前記有機金属化合物は、下記化学式5で表される化合物である、請求項13に記載の変性共役ジエン系重合体の製造方法。
    Figure 2020515675
    前記化学式5中、
    12及びR13は、互いに独立して、炭素数1から20のアルキル基、炭素数3から20のシクロアルキル基、及び炭素数5から20のアラルキル基からなる群より選択される1つであるか、R12及びR13が互いに結合して隣接したN原子とともに炭素数5から20の飽和または不飽和の環状構造を形成し、前記R12及びR13が環状構造を形成する場合、分枝構造を有してよく、
    14は、単結合、炭素数1から20のアルキレン基、または、下記化学式6から化学式8からなる群より選択される1つの連結基であり、
    Figure 2020515675
    Figure 2020515675
    Figure 2020515675
    Mは、アルカリ金属である。
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