JP2023506319A - エラストマー化合物用新規タッキファイヤー - Google Patents

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Abstract

数平均モル質量Mnが200~1,500g/molである低モル質量ポリマー炭化水素タッキファイヤーは、ゴム配合物において長期間にわたりグリーンタック安定性を向上させる。

Description

本発明は、ゴム配合物におけるグリーンタック特性を拡張した変性タッキファイヤー、ならびにタイヤおよび他の合成ゴム材料の製造における前記タッキファイヤーの使用に関する。
現代のラジアルおよびバイアス/ベルテッド乗用車タイヤは、良好な耐クラックおよび耐摩耗性、低ヒステリシス、低転がり抵抗、良好な耐用距離および長寿命を提供するように設計されている。これを達成するために、タイヤ産業は、ゴム配合、特にトレッドおよびアンダートレッド配合物において、スチレンブタジエン(SBR)およびブタジエン(BR)ゴムのブレンドを採用している。一般に、天然ゴムはほとんどの用途で十分な固有のタックを持つため、タック付与剤が必要ない場合がある。スチレンブタジエン(SBR)は、他の合成ゴムと比較して極性が比較的低く;天然ゴムとは異なり、SBRは素練りによって表面の過酸化活性を進行させない。そのため、SBRは、固有タックまたは加工タックが比較的低い。
ゴムタックの改良の必要性は、おそらくタイヤ産業で最も顕著である。タイヤは典型的に、ゴムコーティング布の層を重ね、その上にブレーカーストリップ、クッションおよびトレッドを適用することにより構成される。層は、互いにしっかりと接着し、加硫前に種々のパーツの所望の相対位置を維持するために、十分な表面タックを有しなければならない。タックがないと組み立て作業が困難になる。したがって、未加硫ゴム配合物のタックは、常に、タイヤ組み立てに必要な最も重要な特性の1つであった。
未加硫ゴム部品、特にトレッドのタックは、タイヤなどのゴム物品を組み立てるのに重要な特性である。用語「グリーンタック」とは、2つの未加硫ゴム材料または表面を比較的軽い圧力で短時間接触させた後、分離に抵抗する力のことである。加硫前の接合部が分離に抵抗するように、タイヤ、特にトレッドなどの未加硫ゴム部品がタックを示すことが重要である。
未加硫ゴム部品、特にトレッドで十分なタックが得られないことが継続的に問題とされてきた。タイヤ産業では、ゴム配合物に組立タックを提供するためにタッキファイヤーが使用されることが多い。天然ゴム以外の合成ゴムは十分な組立タックを有さない。そのため、タックを高めるために樹脂を添加する必要がある。組立タックは、平らに重ねられた材料からタイヤを組み立て可能にするための重要な前提条件である。この組立タックは、加硫するまでの間、グリーンタイヤのハンドリング強度を提供する。別の重要な特徴は、タックの保持である。タイヤセグメントは事前に製造され、その後保管される。保管期間中、組立タックは変化してはならない。
タイヤ製造に使用されるタッキファイヤーは、合成ゴムと相溶性があり、合成ゴムに所望のタック付与効果を示す必要がある。タッキファイヤーは、合成ゴムとの反応性が非常に低い。これは、加熱時も合成ゴムとタッキファイヤーの間に実質的な反応が起こらないことを意味する。
タック付与樹脂は、3つのグループ、すなわち炭化水素樹脂、ロジン樹脂、フェノール樹脂に分けられる。一般に、ゴム産業で使用される2つの異なる種類のタッキファイヤー樹脂があり、それは炭化水素樹脂のタッキファイヤーとフェノール樹脂のタッキファイヤーである。炭化水素樹脂とフェノール樹脂のタッキファイヤーのブレンドが使用されることもある。炭化水素タッキファイヤー樹脂は良好な初期タックを提供するが、一般的に良好な長期タックは提供しない。フェノール樹脂のタッキファイヤーは、初期および長期タックともに良好であるが、高価である。
炭化水素樹脂はフェノール樹脂に比べ安価だが、同等のタックを得るためには最大で3倍の使用量が必要であり、タック保持も悪影響を受ける。製造されたゴム物品に残存するタッキファイヤーは、ゴムの特性を損なう傾向があり得るため、必要量の少なさ故にフェノール樹脂が有利に使用されることが多い。
炭化水素樹脂としては、数平均分子量が概して500~5,000Da、軟化点が少なくとも70℃の脂肪族、芳香族および脂環式樹脂が挙げられる。これらの樹脂は、一般に、例えば、イソプレン、シクロペンタジエンもしくはジシクロペンタジエン、またはスチレン誘導体もしくはインデンを重合することによって得られる。
米国特許第4071676号明細書には、分子量が500~1,500で、(a)ジシクロペンタジエンと(b)8個の炭素原子を有する脂肪族オレフィンからなる水素添加された炭化水素樹脂が記載されている。この水素添加された炭化水素樹脂は、接着性が良好であり、ホルムアルデヒドを放出しないと記載されている。
国際公開第2019/045504号には、配合剤と、5~30個の炭素原子を有する脂肪族オレフィンモノマー由来の繰り返し単位およびフェノールモノマー由来の繰り返し単位を含む変性フェノール樹脂との混合物が記載されている。
米国特許第4039724号明細書には、フリーデル-クラフツ触媒の存在下での非共役ジエンとフェノール化合物の反応生成物が記載されている。
西独国特許出願公開第2450590号明細書には、ゴム質材料と、非共役ジエン1モルとアルキル化し得る少なくとも2つの環炭素原子を有するフェノール化合物1~1.75モルとを反応させて得られる、ガラス転移温度が100℃~220℃の範囲、数平均分子量が600~5000である、ジエンおよびフェノール単位が交互になっているポリ(フェノール/ジエン)樹脂とを含むタック付与接着剤の塊が記載されている。
米国特許第4764571号明細書には、フェノールとジシクロペンタジエンをベースとしたエポキシ樹脂とその調製方法が記載されている。エポキシ樹脂は、フェノールとジシクロペンタジエンの重合から得られる樹脂にエピクロロヒドリンを反応させることから得られる。
フェノール樹脂の場合、タイヤ産業ではパラ-tert-オクチルフェノール(PTOP)、パラ-tert-ブチルフェノール(PTBP)系のノボラックが主に使用されている。フェノールノボラック樹脂では2日のタック保持が、パラtert-ブチルフェノールとアセチレンから作られた特殊樹脂(Koresin(登録商標)-BASF)では8日のタック保持が達成可能である。しかし、Koresin(登録商標)の価格は非常に高く、その入手可能性も限られている。さらに、ノボラックはホルムアルデヒドを放出することが知られており、したがって、環境面でも懸念される物質である。
本発明の目的は、長期間にわたってエラストマー組成物において一貫したレベルのグリーンタックを提供する、タッキファイヤーの提供であると考えられる。さらに、それは、その分子におけるアルデヒド、特にホルムアルデヒドと、モノマーフェノールと、アルキルフェノールを放出しないものとする。さらに、前記タッキファイヤーは、タイヤ製造に有用であるものとする。
この目的は、フェノール化合物と、リンカー基Lと、末端基Eとを含み、数平均モル質量(Mn)が200~1,500g/molである低モル質量ポリマータッキファイヤーによって解決され、前記低モル質量ポリマータッキファイヤーは下記式1:
Figure 2023506319000001

に示される構造を有し、
前記リンカー基Lは、
Figure 2023506319000002

の意味を有し、
各末端基Eは、Hの意味を有するか、式1のフェノール化合物に対して結合を1つのみ有する式2、3、4、5または6の基であるか、または、
Figure 2023506319000003

の意味を有し、
式中、
は、H、C1-15アルキルまたはC1-15オキシアルキルであり、
、R、R、R、R、R、R11およびR12は互いに独立してHまたはC1-5アルキルであり、
およびRは、H、OH、NO、ハロゲン、C1-5アルキルまたはC1-5オキシアルキルであり、
10およびR13は、C1-5アルキルまたはC5-6シクロアルキルであり、
14は、C5-12シクロアルキルであり、
15、R16およびR17は、互いに独立してHまたはC1-5アルキル、好ましくは-CHであり、
mは1~7の整数であり、
nは2~21の整数である。
本発明はまた、エラストマー化合物を用いた混合物における、特にタイヤ、技術用ゴム物品、ゴムベースのシーラントまたは基材上のゴムライニングの製造のための、タッキファイヤーとしての本発明の低モル質量ポリマータッキファイヤーの使用も対象とする。当然ながら、本発明のタッキファイヤーの混合物も前述の目的のために使用することができる。
本発明のタッキファイヤーは、エラストマー混合物用の既知のタッキファイヤーに匹敵する優れたグリーンタック特性を提供するが、既知のタッキファイヤーと比較して、長期間にわたって安定したグリーンタックも提供する。この長期間のグリーンタック安定性は、タイヤの組み立てが異なるステップで行われ、各ステップが異なる会社または工場で行われる場合のタイヤ製造に特に有利である。用語「グリーンタック」は、未加硫ゴム配合物またはエラストマー化合物のタックを意味する。
また、本発明によるタッキファイヤーは、ターポリマーという場合がある。
本発明の好ましい実施形態によれば、Rは、H、C1-10アルキル、特にC1-8アルキル、より具体的にはC1-5アルキルまたはC1-10オキシアルキル、特にC1-8オキシアルキル、より具体的にはC1-5オキシアルキルである。
したがって、好ましい実施形態によれば、本発明の目的は、フェノール化合物と、リンカー基Lと、末端基Eとを含み、数平均モル質量(Mn)が200~1,500g/molである低モル質量ポリマータッキファイヤーにより解決され、前記低モル質量ポリマータッキファイヤーは下記式1:
Figure 2023506319000004

に示される構造を有し、
前記リンカー基Lは、
Figure 2023506319000005

の意味を有し、
各末端基Eは、Hの意味を有するか、または式1のフェノール化合物に対して結合を1つのみ有する式2、3、4、5または6の基であり、
式中、
は、H、C1-5アルキルまたはC1-5オキシアルキルであり、
、R、R、R、R、R、R11およびR12は互いに独立してHまたはC1-5アルキルであり、
およびRは、H、OH、NO、ハロゲン、C1-5アルキルまたはC1-5オキシアルキルであり、
10およびR13は、C1-5アルキルまたはC5-6シクロアルキルであり、
14は、C5-12シクロアルキルであり、
nは2~21の整数である。
好ましい実施形態によれば、リンカー基Lは、
Figure 2023506319000006

の意味を有し、
式中、R、RおよびRは、式2について本明細書で定義したとおりであり、特にHである。リンカー基Lが前述の意味を有する、特にR、RおよびRがHである場合、ポリマータッキファイヤーは良好な特性を有することが見出された。特に、軟化点の低いポリマータッキファイヤーを実現することができる。軟化点が低いと、加工性および/またはゴムなどの他の化合物との相溶性が改善し得る。
本発明の低モルポリマータッキファイヤーは、フェノール化合物を、式2a~5aのモノマーの1つと、または少なくとも2つの二重結合を有する置換もしくは非置換C5-12シクロオレフィン化合物と、一連のフリーデルクラフツアルキル化反応において重合することにより調製することができる。式2a~5aのモノマーに代えて、式2bのモノマーを採用してもよい。この反応は、フリーデルクラフツアルキル化反応の既知の合成方法に従って行われる。重合反応においてリンカーLとして作用する式2a~5aによるモノマーまたはC5-12シクロオレフィン基の構造は、以下のように選択される:
Figure 2023506319000007


残基R14を有するC5-12シクロオレフィン系基
(式中、
~R13は、式2、3、4および5の残基に関しては先に説明した意味を有し、
Xは、水酸基または塩素、臭素およびヨウ素から選ばれるハロゲンであり、
14は置換または非置換のC5-12シクロアルケニルであり、置換基はメチルまたはエチルであってもよい)。
式2bの構造は以下の通りであり、
Figure 2023506319000008

式中、
、RおよびRは式2の残基に関しては先に説明した通りであり、
15およびR16は互いに独立してHまたはC1-5アルキルであり、Xは水酸基または塩素、臭素およびヨウ素から選択されるハロゲンである。好ましくは、残基R、R、R15およびR16は、Hおよび/または1~2個の炭素原子を有するアルキルの意味を有する。特定の好ましい実施形態では、残基R、RはHの意味を有し、残基R15およびR16は-CHの意味を有する。最も好ましくは、残基R15およびR16は、-CHの意味を有する。
本発明の好ましい実施形態によれば、式1の化合物およびそれに応じて式2a、3a、4aおよび5aによるモノマー中の残基R、R、R、R、R、R、R11およびR12は、Hおよび/または1~2個の炭素原子を有するアルキルの意味を有する。特定の好ましい実施形態において、残基R、R、R、R、R、R、R11およびR12は、Hの意味を有する。
式2a、3a、4a、5aまたは上記に示した残基R14を有するシクロオレフィン基は、本発明の低モル質量ポリマータッキファイヤーの重合のための出発化合物を表す一方、式2、3、4および5の基は、本発明の低モル質量ポリマータッキファイヤーにおける、対応する、結果として生じる重合後の単位Lを表している。式2bは、対応するリンカー単位Lをもたらす重合のための別の可能な出発化合物を表す。
式2a、3a、4a、5aの出発化合物および残基R14を有するシクロオレフィン化合物は精製物質として使用できるが、特定の出発化合物が化合物混合物の一部であるような方法で使用することも可能である。特に、ジビニルベンゼンを本発明のタッキファイヤーの重合における出発化合物として使用する場合、このようなケースとなり得る。このような化合物混合物を採用する場合、出発化合物は、混合物の化合物の重量に基づいて、少なくとも50重量%~100重量%、好ましくは50重量%~80重量%の量で混合物中に存在するべきである。
式1のタッキファイヤーを製造するために、式2a~5aの化合物およびR14を含むシクロオレフィンモノマーとの重合に供されるフェノール化合物は、フェノール、C1-15アルキルフェノール、特にC1-10アルキルフェノール、より具体的にはC1-8アルキルフェノール、さらにより具体的にはC1-5アルキルフェノール、ならびにC1-15オキシアルキルフェノール、特にC1-10オキシアルキルフェノール、より具体的にはC1-8オキシアルキルフェノール、さらにより具体的にはC1-5オキシアルキルフェノール、例えば、oクレゾール、mクレゾール、pクレゾール、エチルフェノールおよびイソプロピルフェノールから選択され得る。
重合のための触媒は、ルイス酸またはブレンステッド酸とすることができる。好ましくは、触媒はAlCl、BF、ZnCl、HSO、TiClまたはそれらの混合物から選択される。触媒は、0.1~1mol%の量で使用することができる。フェノール化合物を25℃~180℃、好ましくは35℃~100℃の温度で加熱して溶かした後、または適切な溶媒(例えばトルエン)に溶解した後に、触媒を加える。その後、式2a~5aから選択されるモノマー化合物、またはR14を含むシクロオレフィンモノマーを、フェノール化合物に滴下する。別法として、フェノール化合物と式2a~5aのモノマー化合物またはR14を含むシクロオレフィンモノマーの混合物に触媒を加える。触媒を加える際に、反応混合物を例えば-10℃~10℃に冷却してもよい。式2a、3a、4a、もしくは5aの化合物またはシクロオレフィンモノマーの添加時間は、10分~2時間となるように選択することができる。反応は1.5時間~2.5時間継続させることができる。重合反応は、40℃~200℃、好ましくは60℃~150℃の温度で行うことができる。好ましくは、重合は周囲圧力で行われる。重合は、適切な添加剤、好ましくは石灰の添加によって停止することができる。得られたポリマーは、濾過および/または水蒸気蒸留によって精製することができる。
本発明の低モル質量ポリマータッキファイヤーのモル質量(Mn)は、200~1,500g/molの範囲であり、好ましくは350または400~800g/molの範囲である。
本発明のタッキファイヤーは、好ましくは質量平均分子量(Mw)が500~12,000g/mol、より好ましくは600~10,000g/mol、さらに好ましくは700~9000g/molである。
本発明のタッキファイヤーは、好ましくはZ平均分子量(Mz)が800~35,000g/mol、より好ましくは900~25,000g/mol、さらに好ましくは1,000~20,000g/molである。
数平均分子量(Mn)、質量平均分子量(Mw)、Z平均分子量(Mz)は、特にゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)を用いて求めることができる。GPCでは、スチレン-ジビニルベンゼン共重合体をカラム材として用いることができる。3μmのプレカラムと3μm 1000Åのメインカラムを使用することができる。PSS-Polymers社のSECcurityシステムを使用することができる。RI検出器を用いて物質を検出することもできる。溶出剤としては、安定化されていないULC/MSグレードのTHFを使用することが好ましい。測定は、好ましくは40℃で等温的に行われる。検量線には、外部標準としてPSS-Polymer社によるReadyCal-Kit Poly(styrene)low(Mp266-66,000Da)を用いることができる。
前記範囲の低分子量のタッキファイヤーは、特性、特にゴム部品との相溶性および混和性が改善することがわかった。
本発明のタッキファイヤーは、有利には、0℃~90℃、好ましくは10℃~80℃、より好ましくは20℃~70℃、最も好ましくは30℃~60℃のガラス転移温度(Tg)を有する。ガラス転移温度が前記範囲にあるタッキファイヤーが、良好な加工性および/またはゴムなどの他の化合物との良好な相溶性を示すことが見出された。
ガラス転移温度は、好ましくは示差走査熱量測定(DSC)を用いて測定される。Mettler Toledo社製のイントラクーラー付きDSC2/400を採用することができる。測定には、ピンホール付きのアルミニウムるつぼ、特にME-26763AL-Cruciblesを採用することができる。ガラス転移温度の評価には、-40℃~150℃の測定ウィンドウ内で、加熱/冷却速度が10K/分である加熱-冷却-加熱-冷却の連続を採用すればよい。Tg評価は、好ましくはDIN 53765、特にDIN 53765:1994-03に従って実施される。
本発明のタッキファイヤーは、ポリマータッキファイヤーの重量(質量)に対して、50重量%~70重量%のフェノール化合物と、20重量%~50重量%のリンカー基L、特にジビニルベンゼン化合物、ジクリクロペンタジエン化合物または式4、5もしくは6の化合物から選択される二官能性モノマー(リンカーL)と、0重量%~30重量%または0重量%~50重量%、特に5重量%~40重量%、より具体的には10重量%~35重量%の末端基E、特に単官能モノマー(末端基E]とを含むことができる。ジビニルベンゼン化合物は、好ましくは式2の化合物であり、より好ましくは、R、RおよびRが本明細書で定義されている通りであり、最も好ましくは、R、RおよびRがHである式2の化合物である。ジシクロペンタジエン化合物は、好ましくは式3の化合物である。先に使用した単官能モノマーという用語は、式2a、4a、5aの化合物と、本発明のタッキファイヤーの重合のための残基R14を含むシクロオレフィン基との出発混合物中に存在し得るが、重合反応において反応して本発明のタッキファイヤーを得ることが可能な二重結合またはハロゲンを1つのみ有する化合物を意味する。このような変性出発化合物または単官能出発化合物は、重合反応において連鎖停止剤として作用する。それは、式1の末端基Eを形成することができる。
好ましい実施形態によれば、末端基Eは、
Figure 2023506319000009

の意味を有する場合があり、
式中、
~R13は、式2、3、4および5の残基に関して先に説明した通りの意味を有し、
mは1~7の整数であり
15、R16およびR17は、互いに独立してHまたはC1-5アルキル、好ましくは-CHである。
Hとは異なる末端基E、特に前記式の意味を有する末端基Eを用いた場合、タッキファイヤーのタック付与性を調整することができる。末端基Eをより多くタッキファイヤーに組み込むと、タックを高めることができることがわかった。さらに、タッキファイヤーの他の化合物との相溶性を改善することができた。
末端基Eは、残基R14で任意に置換されたC5-12シクロアルキル基の意味を有する場合もあり、式中、R14は置換または非置換のC5-12シクロアルケニルであり、置換基はメチルまたはエチルであり得る。
したがって、末端基Eは、有利には、
Figure 2023506319000010

(式中、
~R13は、式2、3、4および5の残基に関して先に説明した通りの意味を有し、
15、R16およびR17は、互いに独立してHまたはC1-5アルキル、好ましくは-CHであり、
mは1~7の整数であり、
Xは水酸基、または塩素、臭素およびヨウ素から選ばれるハロゲンである)の意味を有する単官能モノマーから得ることができる。
末端基Eはまた、C5-12シクロオレフィン基、特に二重結合を1つ持ち、残基R14で任意に置換されたもの、という意味を持つモノマーから得てもよく、ここでR14は置換または非置換のC5-12シクロアルケニルであり、置換基はメチルまたはエチルであり得る。
実施形態によれば、末端基Eは、
Figure 2023506319000011

(式中、R、R、R、R15およびR16は、互いに独立してHまたはC1-5アルキルであり、好ましくは、互いに独立してRはHであり、RはHまたはCHであり、RはHまたは-CHであり、R15はC1-5アルキルであり、R16はC1-5アルキル、好ましくは-CHである)の意味を有する。
好ましい実施形態によれば、末端基Eは、式1のフェノール化合物に対して結合を1つのみ有する式2の基であり、特に末端基Eは、
Figure 2023506319000012

(式中、R、RおよびRは、互いに独立してHまたはC1-5アルキルであり、好ましくはHである)の意味を有する。
好ましい実施形態によれば、リンカー基Lは、
Figure 2023506319000013

の意味を有し、末端基Eは、
Figure 2023506319000014

(式中、R、RおよびRは、互いに独立してHまたはC1-5アルキルであり、好ましくはHである)の意味を有する。
本発明のタッキファイヤーは、タッキファイヤーの重量に対して、好ましくは5~13重量%、特に好ましくは6~9重量%の高いOH含量を有していてもよい。タッキファイヤーは、好ましくは、ASTM3461による軟化点が最高で170℃、より好ましくは40℃~120℃、最も好ましくは50℃~100℃である。
本発明のタッキファイヤーは、ゴム組成物または合成ゴム(エラストマー)組成物において、1phr~25phr、好ましくは2~10phr、より好ましくは4~7phr(parts per hundred rubber)の用量で有利に使用することができる。
本発明のタッキファイヤーは、ホルムアルデヒドを放出しない。本発明のタッキファイヤーは、融解液として液体形態で、粒もしくはフレークの固体材料として、または担体として固体材料を有するドライリキッドとして送達することができる。
本発明のタッキファイヤーは、タイヤの製造に使用することができる。タイヤは、乗用車のタイヤ、バスおよびトラックのタイヤ、オフ・ザ・ロードのタイヤ、ならびに膨張タイヤであり得る。本発明のタッキファイヤーは、カーカスのトレッドの接着性を向上させるために、タイヤのリトレッドに使用することができる。
本発明のタッキファイヤーは、コンベヤベルト、ホース、リング、シール材、制振材、ガスケットなどの技術用ゴム製品の製造に使用することができる。
本発明のタッキファイヤーは、グリーンラバープライ、トレッド、サイドウォール、テキスタイルコード、スチールコードおよびビードベルト間の接着性を向上させる。
タイヤおよび技術用ゴムにおいて、本発明のタッキファイヤーは、良好な未加硫ゴムの層間粘着性を提供する。粘着性が改善すると、タイヤ組み立て時やゴム部品組み立て時のハンドリングが改善される。
以下の実施例によって、本発明をさらに説明する。
略語
SP=軟化点
DVB=ジビニルベンゼン
EVB=エチルビニルベンゼン
DIPB=ジイソプロペニルベンゼン
DVBP=ジビニルベンゼンフェノール
DCPD=ジシクロペンタジエン
Figure 2023506319000015
例1
ジムロート冷却器および滴下漏斗を備えた三口フラスコ中で、フェノール(282g)をトルエン(138g)に70℃で溶解し、続いてBF3*(OEt)(2.01mL)を加えた。ジビニルベンゼン(195g、純度62%)を反応混合物に滴下漏斗によって30分かけて滴下した。添加後、溶液を反応温度90℃で2時間撹拌した。重合をチョークの添加により停止した。粗生成物のろ過と、230℃の水蒸気蒸留による精製により、無色の固体として樹脂が得られた。タッキファイヤーの特性評価の結果を下表に示す。
Figure 2023506319000016
例2
ジムロート冷却器および滴下漏斗を備えた三口フラスコ中で、フェノール(254g)をトルエン(138g)に70℃で溶解し、続いてBF3*(OEt)(2.01mL)を加えた。ジビニルベンゼン(195g、純度62%)を反応混合物に滴下漏斗によって30分かけて滴下した。添加後、溶液を反応温度90℃で2時間撹拌した。重合をチョークの添加により停止した。粗生成物のろ過と、230℃の水蒸気蒸留による精製により、無色の固体として樹脂が得られた。タッキファイヤーの特性評価の結果を下表に示す。
Figure 2023506319000017
Figure 2023506319000018
例3
ジムロート冷却器と滴下漏斗を備えた三口フラスコ中で、フェノール(94g)をトルエン(61g)に40℃で溶解し、続いてBF3*(OEt)(0.88mL)を加えた。ジシクロペンタジエン(44g、純度80%、5%ビニル芳香族(インデン、メチルスチレン異性体)、Braskem社提供)を反応混合物に滴下漏斗によって30分かけて滴下した。添加後、溶液を反応温度120℃で3時間撹拌した。重合をチョークの添加により停止した。粗生成物のろ過と、250℃の水蒸気蒸留による精製により、赤色の固体として樹脂が得られた。このタッキファイヤーの特性評価の結果を下表に示す。
Figure 2023506319000019
例4
ジムロート冷却器と滴下漏斗を備えた三口フラスコ中で、フェノール(282g)をトルエン(92g)に40℃で溶解し、続いてBF3*(OEt)(2,70mL)を加えた。ジシクロペンタジエン(132g、純度80%、5%ビニル芳香族(インデン、メチルスチレン異性体)、Braskem社提供)を反応混合物に滴下漏斗によって30分かけて滴下した。添加後、溶液を反応温度120℃で3時間撹拌した。重合をチョークの添加により停止した。粗生成物のろ過と、250℃の水蒸気蒸留による精製により、赤色の固体として樹脂が得られた。このタッキファイヤーの特性評価の結果を下表に示す。
Figure 2023506319000020
例5
ジムロート冷却器および滴下漏斗を備えた三口フラスコ中で、4-Tert-オクチルフェノール(255g)をキシレン(255g)に70℃で溶解し、続いてBF3*(OEt)(0.921mL)を加えた。ジビニルベンゼン(195g、純度62%:ジビニルベンゼン:エチルビニルベンゼン=62:38)を反応混合物に滴下漏斗によって14分かけて滴下した。添加後、溶液を反応温度90℃で2時間攪拌した。重合をチョークの添加により停止した。粗生成物のろ過と、230℃の水蒸気蒸留による精製により、無色の固体として樹脂が得られた。このタッキファイヤーの特性評価の結果を下表に示す。
Figure 2023506319000021
例6
ジムロート冷却器および滴下漏斗を備えた三口フラスコ中で、フェノール(254g)およびジビニルベンゼン(195g、純度62%:ジビニルベンゼン:エチルビニルベンゼン=62:38)をキシレン(138g)に30℃で溶解し、続いてBF3*(OEt)(0.624mL)を少しずつ加えた。反応混合物を氷浴で冷却した。添加後、溶液を反応温度70℃で1時間撹拌した。重合をチョークの添加により停止した。粗生成物のろ過と、230℃の水蒸気蒸留による精製により、無色の固体として樹脂が得られた。このタッキファイヤーの特性評価の結果を下表に示す。
Figure 2023506319000022
例7
ジムロート冷却器および滴下漏斗を備えた三口フラスコ中で、フェノール(203g)およびジビニルベンゼン(195g、純度62%:ジビニルベンゼン:エチルビニルベンゼン=62:38)をキシレン(138g)に30℃で溶解し、続いてBF3*(OEt)(0,624mL)を少しずつ加えた。反応混合物を氷浴で冷却した。添加後、溶液を反応温度70℃で1時間撹拌した。重合をチョークの添加により停止した。粗生成物のろ過と、230℃の水蒸気蒸留による精製により、無色の固体として樹脂が得られた。このタッキファイヤーの特性評価の結果を下表に示す。
Figure 2023506319000023
例8
ジムロート冷却器および滴下漏斗を備えた三口フラスコ中で、フェノール(177g)およびジビニルベンゼン(195g、純度62%:ジビニルベンゼン:エチルビニルベンゼン=62:38)をキシレン(138g)に30℃で溶解し、続いてBF3*(OEt)(0.624mL)を少しずつ加えた。反応混合物を氷浴で冷却した。添加後、溶液を反応温度70℃で1時間撹拌した。重合をチョークの添加により停止した。粗生成物のろ過と、230℃の水蒸気蒸留による精製により、無色の固体として樹脂が得られた。このタッキファイヤーの特性評価の結果を下表に示す。
Figure 2023506319000024
例9
ジムロート冷却器および滴下漏斗を備えた三口フラスコ中で、フェノール(141g)およびジビニルベンゼン(195g、純度62%:ジビニルベンゼン:エチルビニルベンゼン=62:38)を、キシレン(138g)に30℃で溶解し、続いてBF3*(OEt)(0,624mL)を少しずつ加えた。反応混合物を氷浴で冷却した。添加後、溶液を反応温度70℃で1時間撹拌した。重合をチョークの添加により停止した。粗生成物のろ過と、230℃の水蒸気蒸留による精製により、無色の固体として樹脂が得られた。このタッキファイヤーの特性評価の結果を下表に示す。
Figure 2023506319000025
例10
ジムロート冷却器および滴下漏斗を備えた三口フラスコ中で、フェノール(141g)およびジビニルベンゼン(215g、純度62%:ジビニルベンゼン:エチルビニルベンゼン=62:38)を、キシレン(138g)に30℃で溶解し、BF3*(OEt)(0.624mL)を少しずつ加えた。反応混合物を氷浴で冷却した。添加後、溶液を反応温度70℃で1時間撹拌した。重合をチョークの添加により停止した。粗生成物のろ過と、230℃の水蒸気蒸留による精製により、無色の固体として樹脂が得られた。このタッキファイヤーの特性評価の結果を下表に示す。
Figure 2023506319000026
Figure 2023506319000027
例11
ジムロート冷却器および滴下漏斗を備えた三口フラスコ中で、フェノール(254g)およびジビニルベンゼン(195g、純度80%:ジビニルベンゼン:エチルビニルベンゼン=80:20)を、キシレン(138g)に30℃で溶解し、続いてBF3*(OEt)(0.234mL)を少しずつ加えた。反応混合物を氷浴で冷却した。添加後、溶液を反応温度70℃で1時間撹拌した。重合をチョークの添加により停止した。粗生成物のろ過と、230℃の水蒸気蒸留による精製により、無色の固体として樹脂が得られた。このタッキファイヤーの特性評価の結果を下表に示す。
Figure 2023506319000028
例12
ジムロート冷却器および滴下漏斗を備えた三口フラスコ中で、フェノール(207g)およびジビニルベンゼン(195g、純度80%:ジビニルベンゼン:エチルビニルベンゼン=80:20)を、キシレン(138g)に30℃で溶解し、続いてBF3*(OEt)(0.234mL)を少しずつ加えた。反応混合物を氷浴で冷却した。添加後、溶液を反応温度70℃で1時間撹拌した。重合をチョークの添加により停止した。粗生成物のろ過と、230℃の水蒸気蒸留による精製により、無色の固体として樹脂が得られた。このタッキファイヤーの特性評価の結果を下表に示す。
Figure 2023506319000029
Figure 2023506319000030
例13
ジムロート冷却器および滴下漏斗を備えた三口フラスコ中で、フェノール(141g)およびジイソプロペニルベンゼン(158g)をキシレン(138g)に30℃で溶解し、続いてBF3*(OEt)(0.234mL)を少しずつ加えた。反応混合物を氷浴で冷却した。添加後、溶液を反応温度70℃で1時間撹拌した。重合をチョークの添加により停止した。粗生成物のろ過と、230℃の水蒸気蒸留による精製により、無色の固体として樹脂が得られた。このタッキファイヤーの特性評価の結果を下表に示す。
Figure 2023506319000031
例14
ジムロート冷却器および滴下漏斗を備えた三口フラスコ中で、フェノール(141g)、スチレン(52g)およびジイソプロペニルベンゼン(79g)をキシレン(138g)に30℃で溶解し、続いてBF3*(OEt)(0.234mL)を少しずつ加えた。反応混合物を氷浴で冷却した。添加後、溶液を反応温度70℃で1時間撹拌した。重合をチョークの添加により停止した。粗生成物のろ過と、230℃の水蒸気蒸留による精製により、無色の固体として樹脂が得られた。このタッキファイヤーの特性評価の結果を下表に示す。
Figure 2023506319000032
例15
ジムロート冷却器および滴下漏斗を備えた三口フラスコ中で、フェノール(141g)、スチレン(73g)およびジイソプロペニルベンゼン(48g)をキシレン(138g)に30℃で溶解し、続いてBF3*(OEt)(0.234mL)を少しずつ加えた。反応混合物を氷浴で冷却した。添加後、溶液を反応温度70℃で1時間撹拌した。重合をチョークの添加により停止した。粗生成物のろ過と、230℃の水蒸気蒸留による精製により、無色の固体として樹脂が得られた。このタッキファイヤーの特性評価の結果を下表に示す。
Figure 2023506319000033
Figure 2023506319000034
例16
ジムロート冷却器および滴下漏斗を備えた三口フラスコ中で、フェノール(141g)、α-メチルスチレン(59g)およびジイソプロペニルベンゼン(79g)をキシレン(138g)に30℃で溶解し、続いてBF3*(OEt)(0.234mL)を少しずつ加えた。反応混合物を氷浴で冷却した。添加後、溶液を反応温度70℃で1時間撹拌した。重合をチョークの添加により停止した。粗生成物のろ過と、230℃の水蒸気蒸留による精製により、無色の固体として樹脂が得られた。このタッキファイヤーの特性評価の結果を下表に示す。
Figure 2023506319000035
上記の例示的な合成から分かるように、ポリマータッキファイヤーの特性は広い範囲で変化させることが可能である。
解析方法の説明
GPCによるモル質量分布
モル質量分布(Mn、Mw、Mz)は、PSS-Polymers社により供給されたSECcurity-Systemを用いたゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)により推定した。使用したカラムシステムは、3μmのプレカラムと、カラム材料としてスチレンジビニルベンゼン共重合体を充填した3本の3μm 1000Åメインカラムからなる。物質の検出には屈折率(RI)検出器を使用した。溶出剤としては、Biosolve社により供給された非安定化ULC/MSグレードのTHFを使用した。各測定ランは40℃で等温的に行った。外部標準として、PSS-Polymer社により供給されたReadyCal-Kit Poly(styrene)low(Mp266-66000Da)を使用した。
DSCによるガラス転移温度
ガラス転移温度(Tg)は、Mettler Toledo社により供給されたイントラクーラー付きDSC2/400で推定した。試料容器として、容積40μLのピンホール付きアルミニウムるつぼ(Me-26763 AL-Crucibles)を使用した。試料重量は10~20mgとした。熱特性の評価には、-40℃~150℃の測定ウィンドウ内で、加熱/冷却速度が10K/分である加熱-冷却-加熱-冷却の連続を解析方法として選択した。Tgの評価はDIN 53765に従って行った。
メトラーリング&ボールによる軟化点(SP)
軟化点は、ASTM D 3461「アスファルトとピッチの軟化点-メトラーカップ&ボール法」に従って「リング&ボール」法によって推定した。試験装置には、Mettler Toledo社により供給されたFP 90 Central ProcessorとFP 83 HT Dropping Point Cellを組み合わせて使用した。
ヒドロキシル基含量
ヒドロキシル基含量は、DIN 53240-2に従った電位差滴定(1-メチルイミダゾールにより触媒された遊離OH基の無水酢酸によるアセチル化とその後の0.5M NaOHを用いた滴定)により推定した。測定は、Deutsche Metrohm GmbH&Co.KG社により供給された自動滴定ユニット(Titroprozessor 840 Touch ControlおよびDosimate 6.2061.010と組み合わせたTitrando)で行った。
エラストマー化合物におけるタッキファイヤーの適用
比較のために、アセチレンアルキルフェノールコポリマー、Koresin(登録商標)と、Deotack(登録商標)RSとして知られる(アルキル-)フェノール-ホルムアルデヒド凝縮物を以下の組成で使用する。
混合物M01~M05を3つのステップで調製する。ステップ1では、ミキシングユニット、Werner&Pfleiderer GK 1,5Eを、該ミキシングユニットの容積の70%まで充填する。開始温度は70℃に制御し、回転速度は50/分に調整する。ポリマーを、まず1分の時間内に加える。珪酸、Si69、ZnO、ステアリン酸、IPPD、6PPD、TMQおよびタッキファイヤーを、1分目~6分目まで加える。スタンプ(stamp)は5分後に放出される。排出後の混合物の温度は140℃である。
ステップ2では、ミキシングユニットの容積の70%までミキシングユニットを充填する。開始温度は80℃に制御し、回転速度は60/分に調整する。ステップ1からの混合物を1分の時間内に加える。スタンプは3分後と5分後に放出される。排出後の混合物の温度は155℃である。
ステップ3では、ミキシングユニットの容積の70%までミキシングユニットを充填する。開始温度は35℃に制御し、回転速度は30/分に調整する。ステップ2の混合物を1分の時間内に加える。硫黄、CBSおよびDPGを、1分目~4分目まで加える。
Figure 2023506319000036
表中の成分量は、phr(parts per hundred rubber)で表されている。
組成物M01~M05のグリーンタックを試験した。その結果を以下の表に示す。
Figure 2023506319000037
測定したグリーンタックの単位はニュートンである。グリーンタックの測定は、DIK(Deutsches Institut fuer Kautschuktechnologie e.V.)(ドイツゴム技術研究所)の内部法による。試験装置の試料ホルダーの下部に、ゴムシート(未加硫配合物)を置く。ゴムシートは、700mm(円形開口部)の規定接触面積を得るためにマスクで覆われ、固定される。この手順を上下の試料ホルダーに対して行う。ラバーシートを固定するクランプは、次の画像に見られるように、両方とも試験装置に組み込まれている。配合物面を50Nの力で45秒間押し付け合う。120mm/分で分離させたときの分離力を測定する。配合物を分離するのに必要な最大力を記録する。
混合物M06~M10は次のように調製する。ミキシングユニット、Werner&Pfleiderer GK 1,5Eを、該ミキシングユニットの容積の70%まで充填する。開始温度は40℃に制御し、回転速度は50/分に調整する。ポリマーを、まず1分の時間内に加える。カーボンブラック、ZnO、ステアリン酸、ASMおよびオイルは、1分目~3分目まで加える。3分後、回転速度を30/分に調節する。硫黄と促進剤を4分目~6分目まで加える。混合物は排出され、圧延機で均質化され、6回転倒される。
Figure 2023506319000038
Figure 2023506319000039
表22において、本発明の試料M04およびM05は、5日後の平均グリーンタックが優れており、これは試料M01およびM02のグリーンタックと同程度に良好である。11日後の試料M04のグリーンタックは、5日後とほぼ同じである。M05は11日後に初期値を失ったが、まだグリーンタックの改善を示す。M05のタック変化の理由は、試験したゴム中の脂環式主鎖の相溶性が高いためと考えられる。高い相溶性は、通常、タッキファイヤーのバルクへの分配を促進し、ゴム界面における濃度を低下させる。本発明の例M09およびM10は、M04のような挙動を示す。本発明のタッキファイヤーは、既知のタッキファイヤーであるKoresin(登録商標)と同等の接着強度を提供する。Koresin(登録商標)とは対照的に、本発明のタッキファイヤーは、2日後および8日後に同じグリーンタックを提供するが、試料M06、M07およびM08のグリーンタックはこの期間に変化した。

Claims (11)

  1. フェノール化合物と、
    リンカー基Lと、
    末端基Eとを含み、
    数平均モル質量(M)が200~1,500g/molであるポリマータッキファイヤーであって、
    前記低モル質量ポリマータッキファイヤーは下記式1:
    Figure 2023506319000040

    に示される構造を有し、
    前記リンカー基Lは、
    Figure 2023506319000041

    の意味を有し、
    各末端基Eは、Hの意味を有するか、または式1のフェノール化合物に対して結合を1つのみ有する式2、3、4、5または6の基であるか、または、
    Figure 2023506319000042

    の意味を有し、
    式中、
    は、H、C1-15アルキルまたはC1-15オキシアルキルであり、
    、R、R、R、R、R、R11およびR12は互いに独立してHまたはC1-5アルキルであり、
    およびRは、H、OH、NO、ハロゲン、C1-5アルキルまたはC1-5オキシアルキルであり、
    10およびR13は、C1-5アルキルまたはC5-6シクロアルキルであり、
    14は、C5-12シクロアルキルであり、
    15、R16およびR17は、互いに独立してHまたはC1-5アルキル、好ましくは-CHであり、
    mは1~7の整数であり、
    nは2~21の整数である、ポリマータッキファイヤー。
  2. 前記ポリマータッキファイヤーの質量に対して、
    50重量%~70重量%のフェノール化合物と、
    20重量%~50重量%の前記リンカー基L、特にジビニルベンゼン化合物、ジシクロペンタジエン化合物または式4、5もしくは6の化合物
    Figure 2023506319000043

    (式中、残基R~R14は先に定義したのと同じ意味を有する)から選択される二官能性モノマーと、
    0重量%~30重量%または0重量%~50重量%、特に5重量%~40重量%、より具体的には10重量%~40重量%の前記末端基E、特に前記ポリマータッキファイヤー中のフェノール化合物に対して結合を1つのみ有する単官能モノマーとを含む、請求項1に記載のポリマータッキファイヤー。
  3. はH、C1-10アルキル、特にC1-8アルキル、より具体的にはC1-5アルキルまたはC1-10オキシアルキル、特にC1-8オキシアルキル、より具体的にはC1-5オキシアルキルである、請求項1または2に記載のタッキファイヤー。
  4. 前記リンカー基Lは、
    Figure 2023506319000044

    の意味を有し、
    式中、R、RおよびRは請求項1で定義した通りであり、特にHである、請求項1~3に記載のタッキファイヤー。
  5. 前記末端基Eは、
    Figure 2023506319000045

    の意味を有し、
    式中、
    ~R13は請求項1で定義した通りであり、
    mは1~7の整数であり、
    15、R16およびR17は互いに独立してHまたはC1-5アルキル、好ましくは-CHである、請求項1~4に記載のタッキファイヤー。
  6. 前記末端基Eは、式1のフェノール化合物に対して結合を1つのみ有する式2の基であり、特に
    Figure 2023506319000046

    (式中、R、RおよびRは、請求項1で定義した通りであり、特にHである)である、請求項1~5に記載のタッキファイヤー。
  7. 前記ポリマータッキファイヤーの質量に対して、OH含量が5~13重量%、特に6~9重量%である、請求項1~6に記載のタッキファイヤー。
  8. 前記タッキファイヤーが、最高で170℃、より好ましくは40℃~120℃、より好ましくは50℃~100℃のASTM3461による軟化点を有する、請求項1~7に記載のタッキファイヤー。
  9. タイヤ、エラストマー化合物を用いた技術用ゴム物品、ゴムベースのシーラントまたは基材上のゴムライニングの製造における、請求項1~8に記載のタッキファイヤーの使用。
  10. 前記エラストマー化合物は、スチレンブタジエンゴム(SBR)、ポリブタジエンゴム(BR)、ブチルゴム(IIR)、天然ゴム(NR)、アクリル-ニトリル-ブタジエンゴム(NBR)、ポリクロロプレン(CR)、水素化アクリロニトリル-ブタジエンゴム(HNBR)、エチレン-プロピレンゴム(EPDM)、フッ素エラストマー(FKM)、エチレン-アクリレートゴム(AEM)およびそれらのブレンドの任意のタイプから選択される、請求項9に記載の使用。
  11. 前記タッキファイヤーは、1phr~25phr、特に2~10phrまたは4~7phrの用量でゴム組成物において使用される、請求項9または10に記載の使用。
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