JP2022517680A - 変性共役ジエン系重合体、その製造方法、およびそれを含むゴム組成物 - Google Patents
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Abstract
Description
R1a~R1cは、互いに独立して、水素原子;炭素数1~20のアルキル基;炭素数2~20のアルケニル基;炭素数2~20のアルキニル基;炭素数1~20のヘテロアルキル基、炭素数2~20のヘテロアルケニル基;炭素数2~20のヘテロアルキニル基;炭素数5~20のシクロアルキル基;炭素数6~20のアリール基;または炭素数3~20のヘテロ環基であり、
R1dは、単結合、置換基で置換されているかもしくは置換されていない炭素数1~20のアルキレン基;置換基で置換されているかもしくは置換されていない炭素数5~20のシクロアルキレン基;または置換基で置換されているかもしくは置換されていない炭素数6~20のアリーレン基であって、ここで、前記置換基は、炭素数1~10のアルキル基、炭素数5~10のシクロアルキル基、または炭素数6~20のアリール基であり、
R1eは、炭素数1~20のアルキル基;炭素数2~20のアルケニル基;炭素数2~20のアルキニル基;炭素数1~20のヘテロアルキル基;炭素数2~20のヘテロアルケニル基;炭素数2~20のヘテロアルキニル基;炭素数5~20のシクロアルキル基;炭素数6~20のアリール基;炭素数3~20のヘテロ環基;または下記化学式1aで表される置換基であり、
R1fは、単結合、置換基で置換されているかもしくは置換されていない炭素数1~20のアルキレン基;置換基で置換されているかもしくは置換されていない炭素数5~20のシクロアルキレン基;または置換基で置換されているかもしくは置換されていない炭素数6~20のアリーレン基であって、ここで、前記置換基は、炭素数1~10のアルキル基、炭素数5~10のシクロアルキル基、または炭素数6~20のアリール基であり、
R1gおよびR1hは、互いに独立して、炭素数1~20のアルキル基;炭素数2~20のアルケニル基;炭素数2~20のアルキニル基;炭素数1~20のヘテロアルキル基;炭素数2~20のヘテロアルケニル基;炭素数2~20のヘテロアルキニル基;炭素数5~20のシクロアルキル基;炭素数6~20のアリール基;または炭素数3~20のヘテロ環基であるか、またはR1gおよびR1hは、互いに連結されてNとともに炭素数2~10のヘテロ環基を形成するものである。
R1a~R1cは、互いに独立して、水素原子;炭素数1~20のアルキル基;炭素数2~20のアルケニル基;炭素数2~20のアルキニル基;炭素数1~20のヘテロアルキル基、炭素数2~20のヘテロアルケニル基;炭素数2~20のヘテロアルキニル基;炭素数5~20のシクロアルキル基;炭素数6~20のアリール基;または炭素数3~20のヘテロ環基であり、
R1dは、単結合、置換基で置換されているかもしくは置換されていない炭素数1~20のアルキレン基;置換基で置換されているかもしくは置換されていない炭素数5~20のシクロアルキレン基;または置換基で置換されているかもしくは置換されていない炭素数6~20のアリーレン基であって、ここで、前記置換基は、炭素数1~10のアルキル基、炭素数5~10のシクロアルキル基、または炭素数6~20のアリール基であり、
R1eは、炭素数1~20のアルキル基;炭素数2~20のアルケニル基;炭素数2~20のアルキニル基;炭素数1~20のヘテロアルキル基;炭素数2~20のヘテロアルケニル基;炭素数2~20のヘテロアルキニル基;炭素数5~20のシクロアルキル基;炭素数6~20のアリール基;炭素数3~20のヘテロ環基;または下記化学式1aで表される置換基であり、
R1fは、単結合、置換基で置換されているかもしくは置換されていない炭素数1~20のアルキレン基;置換基で置換されているかもしくは置換されていない炭素数5~20のシクロアルキレン基;または置換基で置換されているかもしくは置換されていない炭素数6~20のアリーレン基であって、ここで、前記置換基は、炭素数1~10のアルキル基、炭素数5~10のシクロアルキル基、または炭素数6~20のアリール基であり、
R1gおよびR1hは、互いに独立して、炭素数1~20のアルキル基;炭素数2~20のアルケニル基;炭素数2~20のアルキニル基;炭素数1~20のヘテロアルキル基;炭素数2~20のヘテロアルケニル基;炭素数2~20のヘテロアルキニル基;炭素数5~20のシクロアルキル基;炭素数6~20のアリール基;または炭素数3~20のヘテロ環基であるか、またはR1gおよびR1hは、互いに連結されてNとともに炭素数2~10のヘテロ環基を形成するものである。
本発明において、用語「マクロモノマー(macromonomer)」は、重合反応性単量体由来の単位が2以上繰り返された単位体であり、末端基を介して他の重合体鎖または反応性化合物と結合することができる。
本明細書において、「1,2-ビニル結合の含量」は、前記各重合体中のビニル(Vinyl)の含量をVarian VNMRS 500 MHz NMRを用いて測定および分析したものであり、NMR測定時における溶媒としては1,1,2,2-テトラクロロエタンを使用し、溶媒ピーク(solvent peak)は6.0ppmと計算し、7.2~6.9ppmはランダムスチレン、6.9~6.2ppmはブロックスチレン、5.8~5.1ppmは1,4-ビニルおよび1,2-ビニル、5.1~4.5ppmは1,2-ビニルのピークとして、全重合体中の1,2-ビニル結合の含量を計算して測定したものである。
1)ステップ1:initial temp 0℃、rate(temp/hr)180℃/hr、temp(holdtime)180℃(1hr)
2)ステップ2:initial temp 180℃、rate(temp/hr)85℃/hr、temp(holdtime)370℃(2hr)
3)ステップ3:initial temp 370℃、rate(temp/hr)47℃/hr、temp(holdtime)510℃(3hr)
残留物に、濃硝酸(48重量%)1mL、濃フッ酸(50重量%)20μlを加え、白金るつぼを密封して30分以上振った(shaking)後、試料にホウ酸(boric acid)1mLを入れて0℃で2時間以上保管してから、超純水(ultrapure water)30mLに希釈し、灰化を進行して測定する。
本発明は、充填剤との親和性に優れ、結果として、加工性、引張特性、および粘弾性特性に優れたゴム組成物を提供可能な変性共役ジエン系重合体を提供する。
R1a~R1cは、互いに独立して、水素原子;炭素数1~20のアルキル基;炭素数2~20のアルケニル基;炭素数2~20のアルキニル基;炭素数1~20のヘテロアルキル基、炭素数2~20のヘテロアルケニル基;炭素数2~20のヘテロアルキニル基;炭素数5~20のシクロアルキル基;炭素数6~20のアリール基;または炭素数3~20のヘテロ環基であり、
R1dは、単結合、置換基で置換されているかもしくは置換されていない炭素数1~20のアルキレン基;置換基で置換されているかもしくは置換されていない炭素数5~20のシクロアルキレン基;または置換基で置換されているかもしくは置換されていない炭素数6~20のアリーレン基であって、ここで、前記置換基は、炭素数1~10のアルキル基、炭素数5~10のシクロアルキル基、または炭素数6~20のアリール基であり、
R1eは、炭素数1~20のアルキル基;炭素数2~20のアルケニル基;炭素数2~20のアルキニル基;炭素数1~20のヘテロアルキル基;炭素数2~20のヘテロアルケニル基;炭素数2~20のヘテロアルキニル基;炭素数5~20のシクロアルキル基;炭素数6~20のアリール基;炭素数3~20のヘテロ環基;または下記化学式1aで表される置換基であり、
R1fは、単結合、置換基で置換されているかもしくは置換されていない炭素数1~20のアルキレン基;置換基で置換されているかもしくは置換されていない炭素数5~20のシクロアルキレン基;または置換基で置換されているかもしくは置換されていない炭素数6~20のアリーレン基であって、ここで、前記置換基は、炭素数1~10のアルキル基、炭素数5~10のシクロアルキル基、または炭素数6~20のアリール基であり、
R1gおよびR1hは、互いに独立して、炭素数1~20のアルキル基;炭素数2~20のアルケニル基;炭素数2~20のアルキニル基;炭素数1~20のヘテロアルキル基;炭素数2~20のヘテロアルケニル基;炭素数2~20のヘテロアルキニル基;炭素数5~20のシクロアルキル基;炭素数6~20のアリール基;または炭素数3~20のヘテロ環基であるか、またはR1gおよびR1hは、互いに連結されてNとともに炭素数2~10のヘテロ環基を形成するものである。
本発明の一実施形態によると、前記変性共役ジエン系重合体の主要骨格になる第1鎖は、共役ジエン系単量体由来の繰り返し単位を含み、前記共役ジエン系単量体は、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、および2-ハロ-1,3-ブタジエン(ハロは、ハロゲン原子を意味する)からなる群から選択される1種以上であってもよい。
また、本発明の一実施形態に係る変性共役ジエン系重合体は、前記第1鎖の他に第2鎖をさらに含み、前記第2鎖は、化学式1で表される化合物由来の繰り返し単位を含むマクロモノマーに由来のものであって、主要単位は、化学式1で表される化合物由来の繰り返し単位であることができる。
また、前記変性共役ジエン系重合体は、アルコキシシラン系変性剤由来の単位により第1鎖と第2鎖がカップリングされた形態であり、前記変性剤がハブになって、第2鎖が結合されることができる。
また、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、NSX分析による重合体中のN原子の含量が、重量基準で150ppm以上であり、ICP分析による重合体中のSi原子の含量が、重量基準で180ppm以上であってもよい。
さらに他の例として、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1,000g/mol~2,000,000g/mol、10,000g/mol~1,000,000g/mol、または100,000g/mol~800,000g/molであってもよく、重量平均分子量(Mw)が1,000g/mol~3,000,000g/mol、10,000g/mol~2,000,000g/mol、または100,000g/mol~2,000,000g/molであってもよく、ピーク平均分子量(Mp)が1,000g/mol~3,000,000g/mol、10,000g/mol~2,000,000g/mol、または100,000g/mol~2,000,000g/molであってもよい。この範囲内である場合、回転抵抗およびウェットスキッド抵抗性に優れる効果がある。さらに他の例として、前記変性共役ジエン系重合体は、分子量分布(PDI;MWD;Mw/Mn)が1.0以上~3.0以下、または1.1以上~2.5以下、または1.1以上2.0以下であってもよく、この範囲内である場合、引張特性および粘弾性特性に優れるとともに、各物性間のバランスに優れる効果がある。
また、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。
前記(S1)ステップにおける重合は、一例として、アニオン重合であってもよく、具体的な例として、アニオンによる成長重合反応によって重合末端にアニオン活性部位を有するリビングアニオン重合であってもよい。また、前記(S1)ステップにおける重合は、昇温重合、等温重合、または定温重合(断熱重合)であってもよい。前記定温重合は、重合開始剤を投入した後に任意に熱を加えず、その自体の反応熱で重合させるステップを含む重合方法を意味し、前記昇温重合は、前記重合開始剤を投入した後に任意に熱を加えて温度を増加させる重合方法を意味し、前記等温重合は、前記重合開始剤を投入した後に熱を加えて熱を増加させたり、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得る。
前記(S2)ステップは、活性第1鎖と変性剤を反応させ、変性された活性第1鎖を製造するためのステップであり、ここで、反応は、変性またはカップリング反応であってもよく、この際、前記変性剤は、単量体の総100gを基準として0.01mmol~10mmolの量で用いることができる。さらに他の例として、前記変性剤は、前記(S1)ステップの重合開始剤1モルを基準として、1:0.1~10、1:0.1~5、または1:0.1~1:3のモル比で用いることができる。
また、前記(S3)ステップは、活性第1鎖と、化学式1で表される化合物由来の繰り返し単位を含むマクロモノマーとを反応させ、変性共役ジエン系重合体を製造するためのステップである。ここで、前記マクロモノマーは、共役ジエン系単量体由来の単位をさらに含んでもよい。
尚、本発明は、上記の変性共役ジエン系重合体を含むゴム組成物を提供する。
以下、本発明を具体的に説明するために実施例を挙げて詳細に説明する。しかし、本発明に係る実施例は、種々の形態に変形可能であり、本発明の範囲が、以下で詳述する実施例に限定されると解釈されてはならない。本発明の実施例は、当業界で平均的な知識を有する者に、本発明をより完全に説明するために提供されるものである。
[製造例1]
500mlの丸底フラスコに、テトラヒドロフラン100mlおよびn-ブチルリチウム1g(10wt% in n-hexane)を入れ、4-(ジメチルアミノ)スチレン(製品番号:476382、Sigma-Aldrich)を添加([act.Li]1モルに対して3モル比)した後、10℃で30分間反応させ、マクロモノマーを含有する溶液(15.6mmol/l)を製造した。GC分析により、反応後に4-(ジメチルアミノ)スチレンが検出されなかったことから、反応がなされたことを確認した。
製造例1において、4-(ジメチルアミノ)スチレンの代わりにN,N-ジメチルビニルベンジルアミン(製品番号:185582、Sigma-Aldrich)を添加([act.Li]1モルに対して3モル比)して反応させたことを除き、前記製造例1と同様の方法により、マクロモノマーを含有する溶液(15.6mmol/l)を製造した。GC分析により、反応後にN,N-ジメチルビニルベンジルアミンが検出されなかったことから、反応がなされたことを確認した。
20Lのオートクレーブ反応器に、n-ヘキサン3kg、スチレン215g、1,3-ブタジエン745g、および極性添加剤として2,2-ビス(2-オキソラニル)プロパン1.29gを投入した後、n-ブチルリチウム3.2g(10wt% in n-ヘキサン)を投入し、反応器の内部温度を60℃に調整して断熱昇温反応を進行させた。30分程度経過した後、1,3-ブタジエン39g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。10分程度経過した後、変性剤としてトリス(3-(トリメトキシシリル)プロピル)アミン(tris-(3-(trimethoxysilyl)propyl)amine))を投入し、15分間反応させた([DTP]:[act.Li]=1.5:1モル比、[変性剤]:[act.Li]=1:1モル比)。その後、製造例1で製造されたマクロモノマーを含有する溶液を添加して15分間反応させ([act.Li]:[マクロモノマー]=1:1モル比)、エタノールを用いて反応を停止させ、酸化防止剤であるWingstay Kがヘキサンに30重量%で溶解されている溶液33g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し、変性スチレン-ブタジエン共重合体を製造した。
実施例1において、マクロモノマーとして、製造例2で製造されたマクロモノマーを含有する溶液を添加したことを除き、前記実施例1と同様に行って、変性スチレン-ブタジエン共重合体を製造した([act.Li]:[マクロモノマー]=1:1モル比)。
実施例1において、変性剤として、トリス(3-(トリメトキシシリル)プロピル)アミンの代わりにビス(メチルジメトキシシリルプロピル)-N-メチルアミン(bis(methyldimethoxysilylpropyl)-N-methylamine)(製品番号:SIB1645.0、Gelest)を使用したことを除き、前記実施例1と同様に行って、変性スチレン-ブタジエン共重合体を製造した[変性剤]:[act.Li]=1:1モル比)。
実施例1において、変性剤として、トリス(3-(トリメトキシシリル)プロピル)アミンの代わりに3,3’-(1,1,3,3-テトラメトキシジシロキサン-1,3-ジイル)ビス(N,N-ジメチルプロパン-1-アミン)(NC CHEM)を使用したことを除き、前記実施例1と同様に行って、変性スチレン-ブタジエン共重合体を製造した。
20Lのオートクレーブ反応器に、n-ヘキサン3kg、スチレン215g、1,3-ブタジエン745g、および極性添加剤として2,2-ビス(2-オキソラニル)プロパン1.29gを投入した後、n-ブチルリチウム(10wt% in n-ヘキサン)を投入し、反応器の内部温度を60℃に調整して断熱昇温反応を進行させた。30分程度経過した後、1,3-ブタジエン39g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。10分程度経過した後、変性剤としてトリス(3-(トリメトキシシリル)プロピル)アミンを投入し、15分間反応させた([DTP]:[act.Li]=1.5:1モル比、[変性剤]:[act.Li]=1:1モル比)。その後、エタノールを用いて反応を停止させ、酸化防止剤であるWingstay Kがヘキサンに30重量%で溶解されている溶液33g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し、変性スチレン-ブタジエン共重合体を製造した。
比較例1において、n-ブチルリチウムの代わりに、製造例1で製造されたマクロモノマーを含有する溶液を比較例1-1でのn-ブチルリチウムと前記マクロモノマーが同モルになる量で投入して断熱昇温反応を進行させ、その後、変性反応は行わなかったことを除き、前記比較例1と同様に行って変性スチレン-ブタジエン共重合体を製造した。([DTP]:[act.Li]=1.5:1モル比、[変性剤]:[act.Li]=1:1モル比)。
比較例1において、n-ブチルリチウムの代わりに、製造例1で製造されたマクロモノマーを含有する溶液を比較例1でのn-ブチルリチウムと前記マクロモノマーが同モルになる量で投入して断熱昇温反応を進行させたことを除き、前記比較例1と同様に行って変性スチレン-ブタジエン共重合体を製造した。
前記実施例、比較例で製造された各変性スチレン-ブタジエン共重合体に対して、重合体中のスチレン単位の含量およびビニルの含量、重量平均分子量(Mw、X103g/mol)、数平均分子量(Mn、X103g/mol)、分子量分布(PDI、MWD)、ムーニー粘度(MV)、Si原子およびN原子の含量をそれぞれ測定した。結果を下記表1に示した。
前記各重合体中のスチレン単位(SM)およびビニル(Vinyl)の含量は、Varian VNMRS 500 MHz NMRを用いて測定および分析した。
GPC(Gel permeation Chromatography)分析により前記重量平均分子量(Mw)、数平均分子量(Mn)を測定し、分子量分布曲線を得た。また、分子量分布(PDI、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)カラム2本とPLgel mixed-C(Polymer Laboratories社)カラム1本を組み合わせて使用し、分子量の計算時に、GPC基準物質(Standard material)としてPS(polystyrene)を使用して実施した。GPC測定溶媒は、テトラヒドロフランに2重量%のアミン化合物を交ぜて製造した。
前記ムーニー粘度(MV、(ML1+4、@100℃)MU)は、MV-2000(ALPHA Technologies社)により、100℃で、Rotor Speed 2±0.02rpm、Large Rotorを用いて測定した。この際、使用された試料は、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。
前記Siの含量は、ICP分析方法により、誘導結合プラズマ発光分析器(ICP-OES;Optima 7300DV)を用いて測定した。具体的に、試料約0.7gを白金るつぼ(Pt crucible)に入れ、濃硫酸(98重量%、Electronic grade)約1mLを入れて、300℃で3時間加熱し、試料を電気炉(Thermo Scientific、Lindberg Blue M)にて、下記ステップ(step)1~3のプログラムで灰化を進行した後、
1)ステップ1:initial temp 0℃、rate(temp/hr)180℃/hr、temp(holdtime)180℃(1hr)
2)ステップ2:initial temp 180℃、rate(temp/hr)85℃/hr、temp(holdtime)370℃(2hr)
3)ステップ3:initial temp 370℃、rate(temp/hr)47℃/hr、temp(holdtime)510℃(3hr)
残留物に、濃硝酸(48重量%)1mL、濃フッ酸(50重量%)20μlを加え、白金るつぼを密封して30分以上振った(shaking)後、試料にホウ酸(boric acid)1mLを入れて0℃で2時間以上保管してから、超純水(ultrapure water)30mLに希釈し、灰化を進行して測定した。
Nの含量は、NSX分析方法により、極微量窒素定量分析器(NSX-2100H)を用いて測定した。具体的に、極微量窒素定量分析器(Auto sampler、Horizontal furnace、PMT&Nitrogen detector)をオンにし、Arを250ml/min、O2を350ml/min、オゾナイザ(ozonizer)300ml/minにキャリアガス流量を設定し、ヒータ(heater)を800℃に設定した後、約3時間待機して分析器を安定化させた。分析器が安定化された後、Nitrogen standard(AccuStandard S-22750-01-5ml)を用いて、検量線範囲5ppm、10ppm、50ppm、100ppm、および500ppmの検量線を作成し、各濃度に該当するAreaを得た後、濃度とAreaとの割合を用いて直線を作成した。その後、試料20mgが入ったセラミックボートを前記分析器のAuto samplerに置いて測定し、areaを得た。得られた試料のareaと前記検量線を用いてNの含量を計算した。
前記実施例、比較例で製造された各変性スチレン-ブタジエン共重合体を含むゴム組成物、およ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に、引張特性、粘弾性特性をそれぞれ測定し、その結果を下記表3に示した。
実施例、比較例、および参照例の各変性スチレン-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中の原料の含量は、原料ゴム100重量部を基準とした各重量部である。
引張特性は、ASTM412の引張試験法に準じて各試験片を製造し、前記試験片の300%伸び時の引張応力(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)引張試験機を用いて、室温で50cm/minの速度で測定した。
粘弾性特性は、動的機械分析機(GABO社)を用いて、Film Tensionモードで、周波数10Hz、各測定温度(-60℃~60℃)で動的変形に対する粘弾性挙動を測定し、tanδ値を確認した。測定結果値において、低温0℃でのtanδ値が高いほど、ウェットスキッド抵抗性に優れることを意味し、高温60℃でのtanδ値が低いほど、ヒステリシス損が少なく、回転抵抗性(燃費性)に優れることを意味する。下記表3における結果値は、比較例1の結果値を基準としてIndex(%)で示したものであるため、その数値が高いほど優れることを意味する。
前記1)ゴム試験片の製造時に得られた1次配合物のムーニー粘度(MV、(ML1+4、@100℃)MU)を測定し、各重合体の加工性特性を比較分析した。この際、ムーニー粘度の測定値が低いほど、加工性特性に優れることを意味する。下記表3では、比較例1の結果値を基準としてIndex(%)で表記したため、その数値が高いほど優れることを意味する。
[製造例3]
500mlの丸底フラスコに、テトラヒドロフラン100mlおよびn-ブチルリチウム1g(10wt% in n-hexane)を入れ、N,N-ジメチル-1-(4-ビニルフェニル)メタンアミン(N,N-dimethyl-1-(4-vinylphenyl)methanamine)を添加([act.Li]1モルに対して3.0モル比)した後、10℃で30分間反応させ、マクロモノマーを含有する溶液(15.6mmol/l)を製造した。GC分析により、反応後にN,N-ジメチル-1-(4-ビニルフェニル)メタンアミンが検出されなかったことから、反応がなされたことを確認した。
20Lのオートクレーブ反応器に、n-ヘキサン3kg、スチレン215g、1,3-ブタジエン745g、および極性添加剤として2,2-ビス(2-オキソラニル)プロパン1.29gを投入した後、n-ブチルリチウム3.2g(10wt% in n-ヘキサン)を投入し、反応器の内部温度を60℃に調整して断熱昇温反応を進行させた。30分程度経過した後、1,3-ブタジエン39g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。10分程度経過した後、変性剤としてテトラメトキシシラン(tetramethoxysilane、tetramethyl orthosilicate)を投入し、15分間反応させた([DTP]:[act.Li]=1.5:1モル比、[変性剤]:[act.Li]=0.7:1モル比)。その後、製造例3で製造されたマクロモノマーを含有する溶液を添加して15分間反応させ([act.Li]:[マクロモノマー]=1:1モル比)、エタノールを用いて反応を停止させ、酸化防止剤であるWingstay Kがヘキサンに30重量%で溶解されている溶液33g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し、変性スチレン-ブタジエン共重合体を製造した。
実施例5において、変性剤として、テトラメトキシシランの代わりにヘキサメトキシジシロキサン(hexamethoxydisiloxane、hexamethyl diorthosilicate)を使用したことを除き、前記実施例5と同様に行って変性スチレン-ブタジエン共重合体を製造した([変性剤]:[act.Li]=0.7:1モル比)。
実施例5において、変性剤として、テトラメトキシシランの代わりに3,3,7,7-テトラメトキシ-5,5-ビス((トリメトキシシリル)メチル)-2,8-ジオキサ-3,7-ジシラノナン(3,3,7,7-tetramethoxy-5,5-bis((trimethoxysilyl)methyl)-2,8-dioxa-3,7-disilanonane)を使用したことを除き、前記実施例5と同様に行って変性スチレン-ブタジエン共重合体を製造した([変性剤]:[act.Li]=0.7:1モル比)。
実施例5において、n-ブチルリチウムの代わりに、製造例3で製造されたマクロモノマーを含有する溶液を実施例5のn-ブチルリチウムと前記マクロモノマーが同モルになる量で投入して断熱昇温反応を進行させ、その後、変性剤およびマクロモノマーを添加して反応させるステップを行わず、ブタジエンキャッピング後に反応を停止させたことを除き、実施例5と同様に行って変性スチレン-ブタジエン共重合体を製造した。
20Lのオートクレーブ反応器に、n-ヘキサン3kg、スチレン215g、1,3-ブタジエン745g、および極性添加剤として2,2-ビス(2-オキソラニル)プロパン1.29gを投入した後、n-ブチルリチウム3.2g(10wt% in n-ヘキサン)を投入し、反応器の内部温度を60℃に調整して断熱昇温反応を進行させた。30分程度経過した後、1,3-ブタジエン39g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。10分程度経過した後、変性剤としてヘキサメトキシジシロキサンを投入し、15分間反応させた([DTP]:[act.Li]=1.5:1モル比、[変性剤]:[act.Li]=0.7:1モル比)。その後、エタノールを用いて反応を停止させ、酸化防止剤であるWingstay Kがヘキサンに30重量%で溶解されている溶液33g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し、変性スチレン-ブタジエン共重合体を製造した。
比較例5において、変性剤として、ヘキサメトキシジシロキサンの代わりに3,3,7,7-テトラメトキシ-5,5-ビス((トリメトキシシリル)メチル)-2,8-ジオキサ-3,7-ジシラノナンを投入したことを除き、比較例5と同様の方法により変性スチレン-ブタジエン共重合体を製造した([DTP]:[act.Li]=1.5:1モル比、[変性剤]:[act.Li]=0.7:1モル比)。
比較例4において、重合体の末端をブタジエンでキャッピングして10分程度反応させた後、変性剤としてテトラメトキシシランを投入して15分間反応させたことを除き、前記比較例4と同様に行って変性スチレン-ブタジエン共重合体を製造した([変性剤]:[act.Li]=0.7:1モル比)。
比較例7において、変性剤として、テトラメトキシシランの代わりに3,3,7,7-テトラメトキシ-5,5-ビス((トリメトキシシリル)メチル)-2,8-ジオキサ-3,7-ジシラノナンを投入したことを除き、比較例7と同様の方法により変性スチレン-ブタジエン共重合体を製造した([DTP]:[act.Li]=1.5:1モル比、[変性剤]:[act.Li]=0.7:1モル比)。
前記実施例、比較例で製造された各変性スチレン-ブタジエン共重合体に対して、重合体中のスチレン単位の含量およびビニルの含量、重量平均分子量(Mw、X103g/mol)、数平均分子量(Mn、X103g/mol)、分子量分布(PDI、MWD)、ムーニー粘度(MV)、Si原子およびN原子の含量をそれぞれ前記実験#1と同様の方法により測定した。結果を下記表4に示した。
前記実施例、比較例で製造された各変性スチレン-ブタジエン共重合体を含むゴム組成物、およ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に、引張特性、粘弾性特性をそれぞれ前記実験#1と同様に測定し、その結果を下記表5に示した。ゴム成形品(試験片)の製造も、前記実験#1と同様に製造した。
Claims (13)
- 共役ジエン系単量体由来の繰り返し単位を含む第1鎖と、
下記化学式1で表される化合物由来の繰り返し単位を含む第2鎖と、
アルコキシシラン系変性剤由来の単位と、を含み、
前記第1鎖と前記第2鎖が、前記変性剤由来の単位によりカップリング結合されている、変性共役ジエン系重合体。
(前記化学式1中、
R1a~R1cは、互いに独立して、水素原子;炭素数1~20のアルキル基;炭素数2~20のアルケニル基;炭素数2~20のアルキニル基;炭素数1~20のヘテロアルキル基、炭素数2~20のヘテロアルケニル基;炭素数2~20のヘテロアルキニル基;炭素数5~20のシクロアルキル基;炭素数6~20のアリール基;または炭素数3~20のヘテロ環基であり、
R1dは、単結合、置換基で置換されているかもしくは置換されていない炭素数1~20のアルキレン基;置換基で置換されているかもしくは置換されていない炭素数5~20のシクロアルキレン基;または置換基で置換されているかもしくは置換されていない炭素数6~20のアリーレン基であって、ここで、前記置換基は、炭素数1~10のアルキル基、炭素数5~10のシクロアルキル基、または炭素数6~20のアリール基であり、
R1eは、炭素数1~20のアルキル基;炭素数2~20のアルケニル基;炭素数2~20のアルキニル基;炭素数1~20のヘテロアルキル基;炭素数2~20のヘテロアルケニル基;炭素数2~20のヘテロアルキニル基;炭素数5~20のシクロアルキル基;炭素数6~20のアリール基;炭素数3~20のヘテロ環基;または下記化学式1aで表される置換基であり、
前記化学式1a中、
R1fは、単結合、置換基で置換されているかもしくは置換されていない炭素数1~20のアルキレン基;置換基で置換されているかもしくは置換されていない炭素数5~20のシクロアルキレン基;または置換基で置換されているかもしくは置換されていない炭素数6~20のアリーレン基であって、ここで、前記置換基は、炭素数1~10のアルキル基、炭素数5~10のシクロアルキル基、または炭素数6~20のアリール基であり、
R1gおよびR1hは、互いに独立して、炭素数1~20のアルキル基;炭素数2~20のアルケニル基;炭素数2~20のアルキニル基;炭素数1~20のヘテロアルキル基;炭素数2~20のヘテロアルケニル基;炭素数2~20のヘテロアルキニル基;炭素数5~20のシクロアルキル基;炭素数6~20のアリール基;または炭素数3~20のヘテロ環基であるか、またはR1gおよびR1hは、互いに連結されてNとともに炭素数2~10のヘテロ環基を形成する。) - 前記化学式1中、
R1a~R1cは、互いに独立して、水素原子;炭素数1~10のアルキル基;炭素数2~10のアルケニル基;炭素数2~10のアルキニル基;炭素数1~10のヘテロアルキル基、炭素数2~10のヘテロアルケニル基;炭素数2~10のヘテロアルキニル基;炭素数5~10のシクロアルキル基;炭素数6~10のアリール基;または炭素数3~10のヘテロ環基であり、
R1dは、単結合、または置換されていない炭素数1~10のアルキレン基であり、
R1eは、炭素数1~10のアルキル基;炭素数2~10のアルケニル基;炭素数2~10のアルキニル基;炭素数1~10のヘテロアルキル基;炭素数2~10のヘテロアルケニル基;炭素数2~10のヘテロアルキニル基;炭素数5~10のシクロアルキル基;炭素数6~10のアリール基;炭素数3~10のヘテロ環基;または化学式1aで表される置換基であり、
前記化学式1a中、
R1fは、単結合、または置換されていない炭素数1~10のアルキレン基であり、
R1gおよびR1hは、互いに独立して、炭素数1~10のアルキル基;炭素数2~10のアルケニル基;炭素数2~10のアルキニル基;炭素数1~10のヘテロアルキル基;炭素数2~10のヘテロアルケニル基;炭素数2~10のヘテロアルキニル基;炭素数5~10のシクロアルキル基;炭素数6~10のアリール基;または炭素数3~10のヘテロ環基であるか、またはR1gおよびR1hは、互いに連結されてNとともに炭素数2~10のヘテロ環基を形成する、請求項1に記載の変性共役ジエン系重合体。 - 前記化学式1中、
R1a~R1cは、互いに独立して、水素原子;または炭素数1~6のアルキル基であり、
R1dは、単結合、または置換されていない炭素数1~6のアルキレン基であり、
R1eは、炭素数1~10のアルキル基または化学式1aで表される置換基であり、
前記化学式1a中、
R1fは、単結合、または置換されていない炭素数1~6のアルキレン基であり、
R1gおよびR1hは、互いに独立して、炭素数1~10のアルキル基であるか;またはR1gおよびR1hは、互いに連結されてNとともに炭素数2~6のヘテロ環基を形成する、請求項1に記載の変性共役ジエン系重合体。 - 前記第1鎖は、芳香族ビニル系単量体由来の繰り返し単位をさらに含む、請求項1に記載の変性共役ジエン系重合体。
- 前記第2鎖は、共役ジエン系単量体由来の単位をさらに含む、請求項1に記載の変性共役ジエン系重合体。
- 数平均分子量(Mn)が1,000g/mol~2,000,000g/molであり、
重量平均分子量(Mw)が1,000g/mol~3,000,000g/molであり、
ピーク平均分子量(Mp)が1,000g/mol~3,000,000g/molである、請求項1に記載の変性共役ジエン系重合体。 - 炭素溶媒中で、重合開始剤の存在下で、共役ジエン系単量体、または共役ジエン系単量体および芳香族ビニル系単量体を重合することで、活性第1鎖を製造するステップ(S1)と、
前記活性第1鎖とアルコキシシラン系変性剤を反応させ、変性された活性第1鎖を製造するステップ(S2)と、
前記変性された活性第1鎖と、下記化学式1で表される化合物由来の繰り返し単位を含むマクロモノマーとを反応させるステップ(S3)と、を含む、請求項1に記載の変性共役ジエン系重合体の製造方法。
(前記化学式1中、
R1a~R1cは、互いに独立して、水素原子;炭素数1~20のアルキル基;炭素数2~20のアルケニル基;炭素数2~20のアルキニル基;炭素数1~20のヘテロアルキル基、炭素数2~20のヘテロアルケニル基;炭素数2~20のヘテロアルキニル基;炭素数5~20のシクロアルキル基;炭素数6~20のアリール基;または炭素数3~20のヘテロ環基であり、
R1dは、単結合、置換基で置換されているかもしくは置換されていない炭素数1~20のアルキレン基;置換基で置換されているかもしくは置換されていない炭素数5~20のシクロアルキレン基;または置換基で置換されているかもしくは置換されていない炭素数6~20のアリーレン基であって、ここで、前記置換基は、炭素数1~10のアルキル基、炭素数5~10のシクロアルキル基、または炭素数6~20のアリール基であり、
R1eは、炭素数1~20のアルキル基;炭素数2~20のアルケニル基;炭素数2~20のアルキニル基;炭素数1~20のヘテロアルキル基;炭素数2~20のヘテロアルケニル基;炭素数2~20のヘテロアルキニル基;炭素数5~20のシクロアルキル基;炭素数6~20のアリール基;炭素数3~20のヘテロ環基;または下記化学式1aで表される置換基であり、
前記化学式1a中、
R1fは、単結合、置換基で置換されているかもしくは置換されていない炭素数1~20のアルキレン基;置換基で置換されているかもしくは置換されていない炭素数5~20のシクロアルキレン基;または置換基で置換されているかもしくは置換されていない炭素数6~20のアリーレン基であって、ここで、前記置換基は、炭素数1~10のアルキル基、炭素数5~10のシクロアルキル基、または炭素数6~20のアリール基であり、
R1gおよびR1hは、互いに独立して、炭素数1~20のアルキル基;炭素数2~20のアルケニル基;炭素数2~20のアルキニル基;炭素数1~20のヘテロアルキル基;炭素数2~20のヘテロアルケニル基;炭素数2~20のヘテロアルキニル基;炭素数5~20のシクロアルキル基;炭素数6~20のアリール基;または炭素数3~20のヘテロ環基であるか、またはR1gおよびR1hは、互いに連結されてNとともに炭素数2~10のヘテロ環基を形成するものである。) - 前記マクロモノマーは、共役ジエン系単量体由来の単位をさらに含む、請求項7に記載の変性共役ジエン系重合体の製造方法。
- 前記マクロモノマーは、炭化水素溶媒中で、有機リチウム化合物の存在下で、化学式1で表される化合物、または化学式1で表される化合物と共役ジエン系単量体を低重合反応させることで製造される、請求項7に記載の変性共役ジエン系重合体の製造方法。
- 前記変性剤は、前記重合開始剤1モルに対して0.1モル~10モルで用いられる、請求項7に記載の変性共役ジエン系重合体の製造方法。
- 前記マクロモノマーは、前記重合開始剤1モルに対して0.1~2.0モルで用いる、請求項7に記載の変性共役ジエン系重合体の製造方法。
- 請求項1に記載の変性共役ジエン系重合体および充填剤を含む、ゴム組成物。
- 変性共役ジエン系重合体100重量部を基準として0.1重量部~200重量部の充填剤を含む、請求項12に記載のゴム組成物。
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