JP2023536857A - ドライ密着性、密着性及び転がり抵抗で高い性能を得るためのシラン変性修飾スチレンブタジエンコポリマー - Google Patents
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Abstract
高分子量ジエンエラストマーと、任意選択のカーボンブラック組成物と、シリカ組成物と、前記高分子量ジエンエラストマーとは異なるシラン末端コポリマーであって、重合モノマーとして共役ジエン及びビニル芳香族化合物を含むシラン末端コポリマーとを含む硬化性ゴム組成物が提供される。シラン末端コポリマーは、少なくとも1つのシラン基で修飾された少なくとも1つの末端を有し、シラン末端コポリマーは1,000g/mol~40,000g/molの数平均分子量を有する。タイヤにおいて使用するためのゴム組成物を製造する方法が提供される。この方法は、少なくとも1つのシラン基で修飾されたシラン末端コポリマーと、シリカ組成物と、シラン末端コポリマーとは異なる高分子量ジエンエラストマーと、任意選択的にカーボンブラック組成物とを混合すること、及び組成物を硬化させることを含む。
【選択図】図1
【選択図】図1
Description
関連出願の相互参照
本出願は、2020年7月29日付けで出願された米国特許出願第16/942,258号の優先権を主張し、このあらゆる目的のために参照によりその全内容を本開示に援用する。
本出願は、2020年7月29日付けで出願された米国特許出願第16/942,258号の優先権を主張し、このあらゆる目的のために参照によりその全内容を本開示に援用する。
発明の分野
本発明は、共役ジエン及びビニル芳香族化合物を重合したモノマーとして含むシラン末端コポリマーを含むゴム組成物に関し、より具体的には、当該シラン末端コポリマーを含むタイヤを形成するためのゴム組成物に関する。
本発明は、共役ジエン及びビニル芳香族化合物を重合したモノマーとして含むシラン末端コポリマーを含むゴム組成物に関し、より具体的には、当該シラン末端コポリマーを含むタイヤを形成するためのゴム組成物に関する。
現代のシリカ充填タイヤは、相反しかつ厳密性の高い数多くの物理的特性のバランスがとれた材料を必要とする。例えば、道路に対する良好なウェット及びドライ密着性(wet and dry adhesion)を安全性のために維持するのに必要な物理的特性と、燃費を改善するための低い転がり抵抗に必要とされる物理的特性とは、多くの場合、他方を改善するときには一方を悪化させるという犠牲を払う関係になる。特に、高い損失弾性率(粘性成分)は、道路に対する良好なウェット及びドライ密着性と良好な制動性と関連するが、高い貯蔵弾性率(弾性成分)は、より低い(良好な)転がり抵抗と関連する。これら2つの特性は、典型的には互いに相反し、すなわち一方が高ければ、他方は低い。それに加えて、安全性及び経済上の理由からタイヤの耐久性を維持することも重要であり、現代のタイヤにおけるシリカ充填剤の良好な分散及びシリカ充填剤との良好な適合性が、耐久性能の一部にとって必要とされる。さらに、夏季に使用するように意図されたタイヤの場合には、より高い(それでもまだ低い)ガラス転移温度(Tg)が望ましいであろう。
タイヤの有利な物理的特性を改善することに特化してゴム組成物を処理することは、タイヤ製造業者にとっては特に興味深いものである。優れたグリップ特性及びハンドリング挙動とともに、極めて低い転がり抵抗を有するタイヤを開発することによって、燃費を低減できる。タイヤの改善された物理的特性が燃費を低減できるため、これはコスト及び環境上の顕著な利益をもたらすことができる。したがって、製造コストを低減する改善された材料であって、低い転がり抵抗及び高い耐久性とともに優れたウェット及びドライトラクションを含む有利な物理的特性を有し、さらに、硬化したゴム組成物のTgをより高い方にシフトするゴム組成物を生じる改善された材料が絶えず必要とされている。硬化したゴム組成物のTgをより高い方にシフトすることは、夏季運転条件において特に重要である。
本発明者らは、共役ジエン及びビニル芳香族化合物を重合したモノマーとして含む特定のシラン末端コポリマーを含む特定の硬化性ゴム組成物が、硬化したゴム組成物に、特性の望ましい組み合わせ、すなわち、低い転がり抵抗、高い耐久性、及びより高い方にシフトしたTgとともに、優れたウェット及びドライトラクションを付与することを見出した。
本発明の態様は、シラン官能化された末端シラン修飾ポリマー(silane functionalized terminal silane modified polymers)を含むゴム組成物に関する。
本発明の一態様によれば、硬化性ゴム組成物が提供される。この硬化性ゴム組成物は、高分子量ジエンエラストマーと、シリカ組成物と、任意選択のカーボンブラック組成物と、共役ジエン及びビニル芳香族化合物を含む複数のモノマーを重合単位として含む、上記高分子量ジエンエラストマーとは異なるシラン末端コポリマーと、を含むか、これらから成るか、又はこれらから本質的に成る。シラン末端コポリマーは、少なくとも1つのシラン基で修飾された少なくとも1つの末端を有し、シラン末端コポリマーは1,000g/mol~40,000g/molの数平均分子量を有する。
本発明の別の態様によれば、タイヤが提供される。このタイヤは、硬化性ゴム組成物を硬化することによって得られたゴム組成物を含むか、硬化性ゴム組成物を硬化することによって得られたゴム組成物から成るか、又は硬化性ゴム組成物を硬化することによって得られたゴム組成物から本質的に成る。硬化性ゴム組成物は、高分子量ジエンエラストマーと、シリカ組成物と、任意選択のカーボンブラック組成物と、前記高分子量ジエンエラストマーとは異なるシラン末端コポリマーであって、重合単位として、共役ジエン及びビニル芳香族化合物、を含む、から成る、又はから本質的に成る複数のモノマーを含むか、当該複数のモノマーから成るか、又は当該複数のモノマーから本質的に成るシラン末端コポリマーと、を含むか、これらから成るか、又はこれらから本質的に成る。シラン末端コポリマーは、少なくとも1つのシラン基で修飾された少なくとも1つの末端を有し、1,000g/mol~40,000g/molの数平均分子量を有する。
本発明のさらなる態様によれば、タイヤにおいて使用するためのゴム組成物を製造する方法が提供される。この方法は、シリカ組成物と、高分子量ジエンエラストマーと、任意選択のカーボンブラック組成物と、前記高分子量ジエンエラストマーとは異なるシラン末端コポリマーとを混合することによって、組成物を形成すること;及び当該組成物を硬化させること、を含む、から成る、又はから本質的に成る。シラン末端コポリマーは、共役ジエン及びビニル芳香族化合物を含むか、共役ジエン及びビニル芳香族化合物から成るか、又は共役ジエン及びビニル芳香族化合物から本質的に成る複数のモノマーを重合単位として含むか、重合単位として当該複数のモノマーから成るか、又は重合単位として当該複数のモノマーから本質的に成り、シラン末端コポリマーは、少なくとも1つのシラン基で修飾された少なくとも1つの末端を有する。シラン末端コポリマーは1,000g/mol~40,000g/molの数平均分子量を有する。
本発明のさらなる態様によれば、硬化性ゴム組成物を硬化させることにより得られたゴム組成物を有するタイヤが提供される。当該硬化性ゴム組成物は、高分子量ジエンエラストマーと、シリカ組成物と、任意選択的に、カーボンブラック組成物と、末端シラン修飾ポリマーであって、少なくとも1つのシラン基で修飾された少なくとも1つの末端を含むか、から成るか、又はから本質的に成る末端シラン修飾ポリマーと、を含むか、これらから成るか、又はこれらから本質的に成る。末端シラン修飾ポリマーは、少なくとも1つのシラン基で修飾されており(すなわち、例えば末端位置に少なくとも1つのシラン基を含む)、1,000g/mol~40,000g/molの数平均分子量を有する。
本発明のさらなる態様によれば、タイヤにおいて使用するためのゴム組成物を製造する方法が提供される。この方法は、高分子量ジエンエラストマーと、末端位置で少なくとも1つのシラン基で修飾された末端シラン修飾ポリマーと、シリカ組成物と、任意選択的にカーボンブラック組成物とを混合することによって組成物を形成すること;及び、当該組成物を硬化させること、を含む、から成る、又はから本質的に成る。
下記詳細な説明を、添付の図面と併せて読めば、本発明は最良に理解される。図面は、以下の図を含む。
発明の詳細な説明
本発明の態様を用いて、改善されたゴム組成物を製造することができる。本発明者らは、末端シラン官能性低分子量ポリマー、例えば共役ジエンモノマーとビニル芳香族モノマーとのコポリマーを、シリカを充填剤として含むゴムコンパウンドに添加することにより、良好なウェット及びドライ密着性と低い転がり抵抗の特性のバランスを高温性能とともに達成できることを発見した。例えば、本発明の一態様によれば、本開示のシラン官能性低分子量ポリマーを使用して、改善されたシリカ分散及び低温性能、良好なウェット及びドライ密着性、並びに低い転がり抵抗を、高温性能とともに達成することができる。シラン官能性低分子量ポリマーはいくつかの実施態様では、特にタイヤ生産に関連するアプリケーションに適合させることができる。低分子量シラン官能性ポリマーの使用による特性の改善は、改善された粘弾性をもたらす。粘弾性は、燃費の向上、及びタイヤトレッドコンパウンドの夏季性能の改善と相関し得る。
本発明の態様を用いて、改善されたゴム組成物を製造することができる。本発明者らは、末端シラン官能性低分子量ポリマー、例えば共役ジエンモノマーとビニル芳香族モノマーとのコポリマーを、シリカを充填剤として含むゴムコンパウンドに添加することにより、良好なウェット及びドライ密着性と低い転がり抵抗の特性のバランスを高温性能とともに達成できることを発見した。例えば、本発明の一態様によれば、本開示のシラン官能性低分子量ポリマーを使用して、改善されたシリカ分散及び低温性能、良好なウェット及びドライ密着性、並びに低い転がり抵抗を、高温性能とともに達成することができる。シラン官能性低分子量ポリマーはいくつかの実施態様では、特にタイヤ生産に関連するアプリケーションに適合させることができる。低分子量シラン官能性ポリマーの使用による特性の改善は、改善された粘弾性をもたらす。粘弾性は、燃費の向上、及びタイヤトレッドコンパウンドの夏季性能の改善と相関し得る。
優れたグリップ特性及びハンドリング挙動とともに、極めて低い転がり抵抗を有するタイヤを開発することによって、燃費を低減でき、これにより、コスト及び環境上の顕著な利益を増進する。以下でより詳細に説明するように、一実施態様では、共役ジエン及びビニル芳香族化合物と任意選択的に他のモノマーとの末端官能化シランポリマーを使用して、大幅に改善されたウェット及びドライ密着性(グリップ)並びに低い転がり抵抗を、より高い(それでもまだ比較的低い)Tgとともに得ることができる。一実施態様では、シラン基は、次式:-Si(OR)3によって表され、ここで、各Rは、独立に、C1-C6アルキル基(例えばメチル、エチル)又はアリール基(例えばフェニル)である。
本発明の別の態様によれば、硬化性のシリカ含有ゴムコンパウンドは、改善されたウェット及びドライ密着性、より低い転がり抵抗、及びより高いTgを備えており、この硬化性のシリカ含有ゴムコンパウンドは、モノマーとして、共役ジエンモノマー及びビニル芳香族化合物モノマーと任意選択的に他のコモノマーとを重合した形態で含む少なくとも1種の末端シラン修飾ポリマーを含有する。ゴム組成物は、1~150部の末端シラン修飾ポリマー、5~120部のシリカ、0~100部のカーボンブラック、及び上記の末端シラン修飾ポリマーとは異なる0~100phrの1種又は2種以上の高分子量ジエンエラストマーを含むことができる。ゴム組成物は、1~140部の末端シラン修飾ポリマー、例えば2~110部の末端シラン修飾ポリマー、3~100部の末端シラン修飾ポリマー、5~90部の末端シラン修飾ポリマー、7~80部の末端シラン修飾ポリマー、9~70部の末端シラン修飾ポリマー、11~60部の末端シラン修飾ポリマー、13~50部の末端シラン修飾ポリマー、15~45部の末端シラン修飾ポリマー、17~40部の末端シラン修飾ポリマー、又は19~30部の末端シラン修飾ポリマーを含むことができる。他の非限定的実施態様では、ゴム組成物中の末端シラン修飾ポリマーの量は、1~50部の末端シラン修飾ポリマー、50~100部の末端シラン修飾ポリマー、又は100~150部の末端シラン修飾ポリマーである。ゴム組成物中のシリカの量は、例えば6~90部のシリカ、7~60部のシリカ、8~40部のシリカである。ゴム組成物中に使用される高分子量ジエンエラストマーとしては、スチレンブタジエンゴム、ブタジエンゴム、ポリイソプレンゴム、又は天然ゴム、又はこれらのゴムエラストマーのブレンドが挙げられるが、これらに限定されない。ゴム組成物中の高分子量ジエンエラストマーの量は、0~100phr、5~90phr、10~80phr、15~70phr、又は20~60phrの高分子量ジエンエラストマーであることができる。高分子量ジエンエラストマーの数平均分子量Mnは、100,000Da以上、200,000Da以上、300,000Da以上などであることができる。
末端シラン修飾ポリマーは、比較的低い数平均分子量のポリマーであることができ、例えば1,000~40,000Daもしくは1000~25,000Daの数平均分子量、あるいは2000~10,000Da又は2,500~10,000Daの数平均分子量を有する、比較的低い数平均分子量のポリマーであることができる。
本発明者らは、本発明の実施態様は、非官能化液体ポリ(ブタジエン)を使用したゴム組成物を凌ぐ利点を提供することを発見した。非官能化液体ポリ(ブタジエン)はタイヤコンパウンド形成に使用されている。それらの広いガラス転移温度(Tg)範囲に起因して、低分子量ジエンエラストマーは、可塑剤として使用され、タイヤのグリップ特性又は低温性能挙動を向上させる。これらの低分子量非官能化ポリマーは、転がり抵抗性能が乏しいタイヤを生じるという欠点を有する。
しかしながら、本発明の一態様によれば、ゴム組成物は、1つ又は2つ以上のシラン基を(例えば1つ又は2つ以上の末端位置に)有する末端シラン修飾ポリマーを含み、この末端シラン修飾ポリマーは、低分子量ジエンなしで、十分なウェット及びドライグリップ特性、低い転がり抵抗並びに高温性能を有するゴム組成物を可能にする。本発明の一態様によれば、末端シラン基を含む末端シラン修飾ポリマーを製造する方法が提供される。この方法は、ポリマー主鎖というよりもむしろポリマーの鎖末端の1つ又は2つ以上を官能化することを含む。全般的な概観としては、この方法は、少なくとも1つのリビング鎖末端を有するポリマーを形成すること、又は一実施態様では2つのリビング鎖末端を有するポリマーを形成する工程、及びシラン官能基を含む反応性化合物又はさらにシラン官能基へ誘導体化され得る反応性基を提供する反応性化合物で1つ又は2つ以上のリビング鎖末端を終端させる工程を含むことができる。
第1の工程では、2つのリビング鎖末端を有するポリマーが形成される。一一実施態様では、ポリマーは、アニオン性の二官能性開始剤を使用して形成される。重合は、リビングアニオン重合をもたらすのに有効な条件下で実施することができる。ポリマーの調製において好適なジリチオ(di lithio)開始剤及びそれらの使用の非限定的な例がチェコ共和国特許CS229066B1号明細書及びCS223252B1号明細書に見出される。これら両者の内容全体を参照により本明細書に援用する。
第2の工程では、末端シラン修飾ポリマーのリビング鎖末端は、シラン官能基を含む反応性化合物、又は(例えばイソシアネート官能化シランとの反応により)さらにシラン官能基へ誘導体化され得る反応性基(例えばヒドロキシル基)を提供する反応性化合物のうちの少なくとも一方により、終端される。理論に縛られるわけではないが、比較的低いモル質量の末端シラン官能基のポリマーは、充填剤表面で、又は分子間縮合反応を通して、鎖末端を効果的に縛り付け(「tie down」)ることもでき、動的歪み時に鎖末端運動を介して生じるエネルギー損失への別の寄与を低減する。本発明者者らは、本開示のように末端基を官能化することは、鎖末端を影響を受けないままにする、主鎖に対するグラフト化による官能化よりも、タイヤコンパウンドにおける熱蓄積のより効果的な低減をもたらすことができることを発見した。
末端シラン官能化ポリマーを調製するこの方法は、シランカップリング剤をシリカ充填剤と事前ブレンド又は事前反応させるというよりもむしろ、都合よいことに、シラン官能性ポリマーが、コンパウンド混合中に現場(in-situ)でシリカ組成物に添加/混合されるのを可能にし、これにより、コンパウンド形成プロセス中に関与する工程数を減らすことによりさらなる利点を提供する。
別の利点としては、本発明の末端シラン修飾ポリマーを製造するために、種々の方法を採用することができる。第1のプロセスは、アニオン重合と、プロトンの代わりにシランエステル、例えばテトラエトキシシランなどによるポリマーのリビング末端のキャッピングとにより、共役ジエンモノマーとビニル芳香族モノマーとのポリマーを製造することを含む。第2のプロセスは、リビングアニオン性ポリマー鎖末端をアルキレンオキシド(例えばエチレンオキシド、プロピレンオキシド)と反応させ、次いで、プロトン源と反応させて、ヒドロキシル末端ポリマーを製造するものである。ヒドロキシル末端ポリマーを、次に、イソシアナトシラン(例えば3-(トリエトキシシリル)プロピルイソシアネート又は3-イソシアナトプロピルトリエトキシシラン)と反応させることにより、シラン末端ポリマーを形成することができる。第3のプロセスでは、末端ヒドロキシル修飾ポリマーの末端ヒドロキシル基をジイソシアネートと反応させることができ、これをさらにアミノシランと反応させ、所望の結果をもたらすことができる。
シラン末端コポリマーにおけるモノマーとしての使用に好適な共役ジエンモノマーの非限定的な例は、炭素原子数4~12の共役ジエンモノマー、及び/又は1種又は2種以上の共役ジエンを互いに、又は炭素原子数8~20の1種又は2種以上のビニル芳香族化合物と共重合することにより得られるコポリマーである。
好適な共役ジエンとしては、1,3-ブタジエン、2-メチル-1,3-ブタジエン、2,3-ジ(C1-C5アルキル)-1,3-ブタジエン、例えば2,3-ジメチル-1,3-ブタジエン、2,3-ジエチル-1,3-ブタジエン、2-メチル-3-エチル-1,3-ブタジエン、2-メチル-3-イソプロピル-1,3-ブタジエン、アリール-1,3-ブタジエン、1,3-ペンタジエン、2,4-ヘキサジエン、及びこれらの混合物が挙げられる。
シラン末端コポリマーにおけるモノマーとしての使用に適したビニル芳香族化合物は、例えばスチレン、オルト-、メタ-及びパラ-メチルスチレン、アルファメチルスチレン、市販の混合物「ビニルトルエン」、パラ-t-ブチルスチレン、メトキシスチレン、クロロスチレン、ビニルメシチレン、ジビニルベンゼン、ビニルナフタレン、及びこれらの組み合わせである。
特定の実施態様によれば、シラン末端コポリマーは少なくとも5wt%のビニル芳香族モノマーを含む。いくつかの実施態様によれば、シラン末端コポリマーは5wt%~60wt%のビニル芳香族モノマーを含む。例えば、シラン末端コポリマーは、10wt%~50wt%、もしくは15wt%~45wt%、もしくは20wt%~40wt%、もしくは20wt%~30wt%、又は25wt%~35wt%のビニル芳香族モノマーを含むことができる。
特定の実施態様によれば、シラン末端コポリマーのビニル含有率は、20wt%以上、又は50wt%以上であることができる。例えば、シラン末端コポリマーのビニル含有率は、15wt%以上、20wt%以上、25wt%以上、30wt%以上、35wt%以上、40wt%以上、もしくは45wt%以上、もしくは55wt%以上、又は60wt%以上であることができる。
特定の実施態様によれば、シラン末端コポリマーの数平均分子量(Mn)は、1,000g/mol~40,000g/mol(Da)である。シラン末端コポリマーのMnは、1,000g/mol~25,000g/mol、2000g/mol~10,000g/mol、2,500g/mol~10,000g/mol、1,000g/mol~10,000g/mol、3,000g/mol~5,000g/mol、1,500g/mol~3,000g/molであることができる。
シラン末端コポリマーは、例えば、ブロックポリマー、統計(ランダム)ポリマー、シーケンシャル又はミクロシーケンシャルポリマー(sequential or micro-sequential polymers)であることができる。ランダムポリマーは必ずしも完全にランダムでなくてもよく、いくつかのブロック性(blockiness)エリア、すなわち複数のモノマーのうちの1種のみを有する鎖の領域を含んでいてもよい。
シラン末端コポリマーのシラン官能価は2以下であり、0.5~2、0.55~2、0.6~2、0.65~2、0.7~2、0.75~2、0.8~2、0.85~2、0.9~2、0.95~2、1~2、1.05~2、1.1~2、1.15~2、1.2~2、1.25~2、1.3~2、1.35~2、1.4~2、1.45~2、1.5~2、1.55~2、1.6~2、1.65~2、1.7~2、1.75~2、1.8~2、1.85~2、1.9~2、又は1.95~2であることができ、すなわち、鎖は、シラン官能基で終端されたただ1つの末端を有するものから、鎖のほとんどが両末端にシラン官能基を有するものまでの範囲に及ぶことができる。シラン官能基は-Si(OR)3であることができ、ここで、各Rは、独立に、C1-C6アルキル基もしくはアリール基、又はHである。各Rはメチル基、エチル基、プロピル基、フェニル基、又はこれらの組み合わせであることができる。各Rはエチル基であることができる。シラン官能基は、連結基、例えばウレタン結合によって、ポリマー末端に結合されていてもよい。
いくつかの実施態様では、共役ジエン及びビニル芳香族モノマーに加えて、シラン末端コポリマー中には他のコモノマーが含まれてもよい。コモノマーは、少なくとも1つの二重結合を有するモノマー、例えばファルネセン、ミルセン、イソプレン、(メタ)アクリレート、アクリロニトリル、エチレン、プロピレン、及びこれらの組み合わせから選択することができる。
シラン末端コポリマーとは異なる高分子量エラストマー:
本発明の組成物中に、1種又は2種以上の高分子量ジエンエラストマーが使用される。これらの高分子量エラストマーは、上述の比較的低い分子量のシラン末端コポリマーとは異なると理解されるべきである。この目的に好適なジエンエラストマーは、分子量が概ね高く(例えば数平均分子量Mnが80,000g/molを上回る)、組成物が十分に高い温度まで加熱された場合に硬化(架橋)可能な残留不飽和部位を含む。高分子量エラストマーの数平均分子量は、例えば50,000g/mol~2,000,000g/mol、もしくは60,000g/mol~1,600,000g/mol、もしくは75,000g/mol~1,500,000g/mol、もしくは80,000g/mol~1,200,000g/mol、もしくは80,000g/mol~1,750,000g/mol、もしくは80,000g/mol~900,000g/mol、もしくは60,000g/mol~850,000g/mol、又は80,000g/mol~500,000g/mol、又は75,000g/mol~150,000g/molであることができる。これらの高分子量エラストマーの数平均分子量は、例えば75,000g/mol、100,000g/mol、200,000g/mol、300,000g/mol、400,000g/mol、500,000g/mol、600,000g/mol、700,000g/mol、800,000g/mol、900,000g/mol、1,100,000g/mol、1,200,000g/mol、1,300,000g/mol、1,400,000g/mol、1,500,000g/mol、1,600,000g/mol、1,700,000g/mol、1,800,000g/mol、1,900,000g/molを上回るか、又は2,000,000g/molを上回ることができる。本発明の文脈において、「ジエンエラストマー」とは、1つ又は2つ以上のジエンモノマー(共役であるか否かにかわらず、二重炭素-炭素結合を有するモノマー)の重合から少なくとも部分的に生じるエラストマー(ゴム)を意味すると理解される。好適なジエンエラストマーはホモポリマー及びコポリマーの両方を含む。高分子量ジエンエラストマーは官能化されたものであることができる。本発明による硬化性ゴム組成物中に使用するのに適したジエンエラストマーは、「高不飽和」の、例えば共役ジエンモノマーの重合単位のモル含量が50%超である、共役ジエンモノマーから得られたポリマーであることができる。
本発明の組成物中に、1種又は2種以上の高分子量ジエンエラストマーが使用される。これらの高分子量エラストマーは、上述の比較的低い分子量のシラン末端コポリマーとは異なると理解されるべきである。この目的に好適なジエンエラストマーは、分子量が概ね高く(例えば数平均分子量Mnが80,000g/molを上回る)、組成物が十分に高い温度まで加熱された場合に硬化(架橋)可能な残留不飽和部位を含む。高分子量エラストマーの数平均分子量は、例えば50,000g/mol~2,000,000g/mol、もしくは60,000g/mol~1,600,000g/mol、もしくは75,000g/mol~1,500,000g/mol、もしくは80,000g/mol~1,200,000g/mol、もしくは80,000g/mol~1,750,000g/mol、もしくは80,000g/mol~900,000g/mol、もしくは60,000g/mol~850,000g/mol、又は80,000g/mol~500,000g/mol、又は75,000g/mol~150,000g/molであることができる。これらの高分子量エラストマーの数平均分子量は、例えば75,000g/mol、100,000g/mol、200,000g/mol、300,000g/mol、400,000g/mol、500,000g/mol、600,000g/mol、700,000g/mol、800,000g/mol、900,000g/mol、1,100,000g/mol、1,200,000g/mol、1,300,000g/mol、1,400,000g/mol、1,500,000g/mol、1,600,000g/mol、1,700,000g/mol、1,800,000g/mol、1,900,000g/molを上回るか、又は2,000,000g/molを上回ることができる。本発明の文脈において、「ジエンエラストマー」とは、1つ又は2つ以上のジエンモノマー(共役であるか否かにかわらず、二重炭素-炭素結合を有するモノマー)の重合から少なくとも部分的に生じるエラストマー(ゴム)を意味すると理解される。好適なジエンエラストマーはホモポリマー及びコポリマーの両方を含む。高分子量ジエンエラストマーは官能化されたものであることができる。本発明による硬化性ゴム組成物中に使用するのに適したジエンエラストマーは、「高不飽和」の、例えば共役ジエンモノマーの重合単位のモル含量が50%超である、共役ジエンモノマーから得られたポリマーであることができる。
本発明の一実施態様によれば、硬化性ゴム組成物は、Tgが-110℃~-40℃の1つ又は2つ以上のジエンエラストマーを含んでよい。異なるガラス転移温度を有するジエンエラストマーの混合物を使用してもよい。例えば、硬化性ゴム組成物は、Tgが-110℃~-75℃の第1のジエンエラストマーと、Tgが第1のジエンエラストマーのものとは異なり-75℃~-40℃である第2のジエンエラストマーとを含んでよい。
種々の態様によれば、高不飽和ジエンエラストマー、具体的には、炭素原子数4~12の共役ジエンモノマーの単独重合によって得られるホモポリマー、及び/又は1つ又は2つ以上の共役ジエンを互いに、又は炭素原子数8~20の1つ又は2つ以上のビニル芳香族化合物と共重合することにより得られるコポリマーが使用される。
好適な共役ジエンは、例えば、1,3-ブタジエン、2-メチル-1,3-ブタジエン、2,3-ジ(C1-C5アルキル)-1,3-ブタジエン、例えば2,3-ジメチル-1,3-ブタジエン、2,3-ジエチル-1,3-ブタジエン、2-メチル-3-エチル-1,3-ブタジエン、2-メチル-3-イソプロピル-1,3-ブタジエン、アリール-1,3-ブタジエン、1,3-ペンタジエン、及び2,4-ヘキサジエンである。好適なビニル芳香族化合物は、例えばスチレン、アルファメチルスチレン、オルト-、メタ-及びパラ-メチルスチレン、商業的混合物「ビニルトルエン」、パラ-t-ブチルスチレン、メトキシスチレン、クロロスチレン、ビニルメシチレン、ジビニルベンゼン、及びビニルナフタレン、並びにこれらの組み合わせである。
コポリマーは例えば99質量%~20質量%のジエン単位(結合/重合形態)と、1質量%~80質量%のビニル芳香族化合物単位(結合/重合形態)とを含有してよい。エラストマーは任意の微細構造を有してよい。この微細構造は用いられる重合条件、具体的には修飾剤もしくは変性剤及び/又はランダム化剤の有無、及び使用される修飾剤もしくは変性剤及び/又はランダム化剤の量の関数である。エラストマーは例えばブロック、統計(ランダム)、シーケンシャル又はミクロシーケンシャルエラストマーであってよく、分散体中又は溶液中で調製されてよく、これらはカップリング剤及び/又は星型化剤(starring agent)、あるいは官能化剤によってカップリング及び/又は星型化、あるいは官能化されてよい。
本発明の具体的な実施態様は、ポリブタジエンであって、1,2-単位の含有率が4%~80%のもの、又はシス-1,4(結合)の含有率が80%超のものなどのポリブタジエン、ポリイソプレン、ブタジエン-スチレンコポリマーであって、スチレン含有率が5質量%~50質量%、より具体的には20%~40%であり、ブタジエンフラクションの1,2-結合の含有率が4%~65%であり、トランス-1,4結合の含有率が20%~80%であるものなどのブタジエン-スチレンコポリマー、ブタジエン-イソプレンコポリマーであって、イソプレン含有率が5質量%~90質量%であり、かつガラス転移温度が-40℃~-80℃であるものなどのブタジエン-イソプレンコポリマー、イソプレン-スチレンコポリマーであって、特にスチレン含有率が5質量%~50質量%であり、かつTgが-25℃~-50℃であるイソプレン-スチレンコポリマーを使用する。ブタジエン-スチレン-イソプレンコポリマーの場合には、好適なものとしては、スチレン含有率が5質量%~50質量%であり、より具体的には10%~40%であり、イソプレン含有率が15質量%~60質量%であり、より具体的には20%~50%であり、ブタジエン含有率が5質量%~50質量%であり、より具体的には20%~40%であり、ブタジエンフラクションの1,2-単位の含有率が4%~85%であり、ブタジエンフラクションのトランス-1,4単位の含有率が6%~80%であり、イソプレンフラクションの1,2-プラス3,4-単位の含有率が5%~70%であり、イソプレンフラクションのトランス-1,4単位の含有率が10%~50%であるもの、より一般的には、Tgが-20℃~-70℃である任意のブタジエン-スチレン-イソプレンコポリマーが挙げられる。
本発明の具体的な実施態様による組成物のジエンエラストマー(1種又は2種以上)は、ポリブタジエン(BR)、合成ポリイソプレン(IR)、天然ゴム(NR)、ブタジエンコポリマー、イソプレンコポリマー、及びこれらの混合物を含む高不飽和ジエンエラストマーの群から選択することができる。
このようなコポリマーは、他の実施態様では、ブタジエン-スチレンコポリマー(SBR)、ブタジエン-イソプレンコポリマー(BIR)、イソプレン-スチレンコポリマー(SIR)、イソプレン-ブタジエン-スチレンコポリマー(SBIR)、及びこれらの混合物を含む群から選択することができる。
本発明に基づくタイヤ及び他の製品を製造するために使用される硬化性ゴム組成物は、単一のジエンエラストマー又はいくつかのジエンエラストマーの混合物を含有してよく、ジエンエラストマーは、ジエンエラストマー以外のあらゆるタイプの合成エラストマーと併せて、又はエラストマー以外のポリマー、例えば熱可塑性ポリマーと併用することができる。
高分子量ジエン系エラストマーは、ポリブタジエン、ポリイソプレン、ブタジエンモノマーとビニル芳香族モノマーとのコポリマー、イソプレンモノマーとビニル芳香族モノマーとのコポリマー、及びかかるジエンエラストマーのうちの2種又は3種以上の組み合わせからなる群から選択することができる。例えば、本発明において使用することができるるエラストマーとしては、スチレン-イソプレン-ブタジエンゴム(SIBR)、スチレン-イソプレンゴム(SIR)、イソプレン-ブタジエンゴム(IBR)が挙げられる。合成ゴムに加えて天然ゴムを使用することもできる。合成ゴムとしては、ネオプレン(ポリクロロプレン)、ポリブタジエン(シス1,4-ポリブタジエンを含む)、ポリイソプレン(シス-1,4-ポリイソプレンを含む)、ブチルゴム、ハロブチルゴム、例えばクロロブチルゴム又はブロモブチルゴム、アクリロニトリル及びメチルメタクリレートゴム、並びにエチレン/プロピレン/ジエンモノマー(EPDM)としても知られるエチレン/プロピレンターポリマー、具体的にはエチレン/プロピレン/ジシクロペンタジエンターポリマーが挙げられる。使用することのできるゴムのさらなる例としては、カルボキシル化ゴム、並びにケイ素結合及びスズ結合星型分枝状ポリマーが挙げられる。
一実施態様では、硬化性ゴム組成物は、比較的高い1,4-シス含有率、例えば少なくとも80%、少なくとも85%、又は少なくとも90%の1,4-シス含有率を有する少なくとも1種のポリブタジエンを含む。別の実施態様では、硬化性ゴム組成物は、少なくとも1種のスチレン/ブタジエンゴム、具体的には溶液重合スチレン/ブタジエンゴムからなる。このようなコポリマーの結合スチレン含有率は、例えば15質量%~30質量%であることができる。硬化性ゴム組成物は、両タイプのジエンエラストマー、例えば少なくとも1種の高1,4-シス含有率のポリブタジエンと、少なくとも1種の溶液重合されたスチレン/ブタジエンゴムとを含んでよい。高1,4-シスブタジエンゴムの含有率は、例えば15~35phrであることができ、溶液重合されたスチレン/ブタジエンゴムの含有率は、例えば65~85phrであることができる。
本発明の特定の実施態様による硬化性ゴム組成物に含まれ得る補強充填剤の例としては、典型的にはゴムコンパウンド形成のために使用される焼成シリカ充填剤及び沈降微粉シリカが挙げられる。シリカ充填剤は、可溶性ケイ酸塩、例えばケイ酸ナトリウムからの沈降によって得られたタイプのものであることができる。例えば、シリカ充填剤は、米国特許第2,940,830号明細書に記載された方法に従って製造することができ、米国特許第2,940,830号明細書の全内容をあらゆる目的のために本開示において援用する。沈降水和シリカ顔料は無水物基準ベースで少なくとも50%、通常は80質量%超のSiO2含有率を有することができる。シリカ充填剤は、約50~10,000オングストローム、50~400又は100~300オングストロームの極限粒径を有することができる。シリカは、電子顕微鏡によって求めた場合に約0.01~0.05ミクロンの平均極限粒径を有することができるが、シリカ粒子のサイズはより小さくてもよい。窒素ガスを使用して測定した場合の充填剤のブルナウアー-エメット-テラー(「BET」)表面積は1グラム当たり40~600平方メートル、又は1グラム当たり50~300平方メートルであることができる。表面積を測定するBET法は、the Journal of the American Chemical Society, Vol. 60, page 304 (1930)に記載されている。シリカは、約200~約400、又は約220~300のジブチル(「DBP」)吸収値を有することもできる。
本発明の種々の実施態様において補強充填剤として種々の市販のシリカ及びカーボンブラックが使用することができる。カーボンブラックの好適なタイプのとしては、超耐摩耗性ファーネス、準SAF、高耐摩耗性ファーネス、良加工性チャンネル、良押出性ファーネス、高応力ファーネス、中補強性ファーネス、微粒熱分解、及び/又は中粒熱分解カーボンブラックが挙げられるが、これらに限定されない。例えば、商標Hi-SilでPPG Industriesから市販されているシリカ、例えば呼称210、243などを有するもの、Rhone-Poulencから入手可能な呼称Z1165MP及びZ165GRを有するシリカ、Degussa AGから入手可能な呼称VN2及びVN3などのシリカなどを使用することができる。Rhone-Poulenc Z1165MPシリカは、報告によれば、約160~170のBET表面積、約250~290のDBP値、及び実質的に球形の形状を有することを特徴とするシリカの一例である。カーボンブラックの好適な例としては、N110、N121、N220、N231、N234、N242、N293、N299、S315、N326、N330、N332、N339、N343、N347、N351、N358、N375、N539、N550、N582、N630、N642、N650、N683、N754、N762、N765、N774、N787、N907、N908、N990及びN991が挙げられるが、これらに限定されない。カーボンブラックは任意選択的ではあるものの、タイヤ配合物は一般的にカーボンブラックを含む。
代表的な補強充填剤を、本発明の種々の実施態様によるゴム組成物に、全ゴム組成物100質量部当たり約5~100質量部の補強充填剤の量(phr)で含めることができる。例えば、ゴム100部当たり、約10~50質量部の補強充填剤が使用される。
充填剤を含有するゴム組成物をコンパウンド形成する際には、一般的にカップリング剤を使用する。シランカップリング剤を使用することができる。このようなカップリング剤は、例えば、充填剤と事前混合又は事前反応させるか、あるいはゴム/充填剤の処理ステージ又は混合ステージ中にゴム混合物に添加することができる。カップリング剤及び充填剤がゴム/充填剤の混合ステージ又は処理ステージ中にゴム混合物に別々に添加される場合には、カップリング剤は現場(in-situ)で充填剤と組み合わさると考えられる。当業者に知られたいかなるカップリング剤も本発明の組成物において使用することができる。カップリング剤は、一般的に、シリカ表面と反応し得る構成要素シランコンポーネント(すなわち部分(moiety))と、ゴムと反応し得る構成要素コンポーネントとを有するカップリング剤から構成される。カップリング剤は、炭素-炭素二重結合又は不飽和を含む硫黄加硫性ゴムと反応可能なものあることができる。こうして、カプラー(カップリング剤)は、シリカとゴムとの間の結合架橋として作用し、これによりシリカのゴム補強性を高めることができる。
カップリング剤のシランは、おそらくは加水分解を通してシリカ表面との結合を形成することができ、カップリング剤のゴム反応性コンポーネントがゴム自体と組み合わさる化合。通常は、カプラーのゴム反応性コンポーネントは温度感受性であり、最終の高温度硫黄加硫ステージ中にゴムと組み合わさる傾向がある。しかしながら、後の加硫ステージの前の最初のゴム/シリカ/カプラー混合ステージ中に、カプラーのゴム反応性コンポーネントとゴムとの間にある程度の組み合わせ(combination)又は結合が生じ得る。処理可能性を改善するため、及びシリカ充填剤と他の任意選択的に存在する極性充填剤をジエンゴムに結合させるためにゴム混合物中にシランカップリング剤を使用することができる。ここでは、1種又は2種以上の異なるシランカップリング剤を互いに組み合わせて使用することができる。ゴム混合物はこのように、種々のシランの混合物を含むことができる。
シランカップリング剤は、ゴム又はゴム混合物の混合中に(現場(in situ)で)シリカ充填剤の表面シラノール基又は他の極性基と反応することができるる。好適なシランカップリング剤は、ゴム混合物に使用するのに向くものとして当業者に知られたあらゆるシランカップリング剤であることができる。従来技術より知られているこのようなカップリング剤は、二官能性オルガノシランであって、少なくとも1つのアルコキシ、シクロアルコキシ、又はフェノキシ基をケイ素原子上に脱離基として有し、もし適切であるならば、切断後にポリマーの二重結合と化学反応することができる基を他の官能基として有する二官能性オルガノシランである。最後に述べた基は、例えば、次の化学基:SCN、-SH、-NH2又は-Sx-(x=2~8)であることができる。したがって、下記のもの、例えば、(3-メルカプトプロピル)トリエトキシシラン、(3-チオシアナトプロピル)トリメトキシシラン、又は硫黄原子数が2~8の3,3’-ビス(トリエトキシシリルプロピル)ポリスルフィド、例えば3,3’-ビス(トリエトキシシリルプロピル)テトラスルフィド(TESPT)、対応するジスルフィド(TESPD)、又は種々の含量の種々の硫化物を有する、硫黄原子数1~8の硫化物の混合物もシランカップリング剤として好適である。TESPTは、例えば、産業用カーボンブラック(Evonikからの商品名X50S(登録商標))との混合物として添加することもできる。例えば、40~100wt%のジスルフィド、もしくは55~85wt%のジスルフィド、又は60~80wt%のジスルフィドを含有するシラン混合物を使用することができる。このような混合物は、例えば、Evonikから商品名Si 261(登録商標)で入手することができ、これは、例えばドイツ国特許出願公開第102006004062号明細書に記載されておりドイツ国特許出願公開第102006004062号明細書の開示内容全体を参照により本明細書に援用する。
例えば国際公開第99/09036号パンフレット(開示内容全体を参照により本明細書中に援用される)に記載されているようなブロック型メルカプトシランを、シランカップリング剤として使用することもできる。国際公開第2008/083241号パンフレット、国際公開第2008/083242号パンフレット、国際公開第2008/083243号パンフレット、及び国際公開第2008/083244号パンフレット(これらすべての開示内容全体を参照により本明細書に援用する)に記載されているようなシランを使用することもできる。使用できるシランは、例えば、種々の変異体で名称NXT(例えば(3-(オクタノイルチオ)-1-プロピル)トリエトキシシラン)で知られており、Momentive Company(米国)によって上市されており、また、Evonik Industriesによって名称VP Si 363(登録商標)で上市されている。
ゴム組成物は、補強充填剤に加えて、他の充填剤、解膠剤、顔料、ステアリン酸、促進剤、硫黄加硫剤、オゾン劣化防止剤、酸化防止剤、プロセス油、活性化剤、開始剤、可塑剤、ワックス、早期加硫防止剤、エクステンダー油などを含む慣用的な添加剤を含有してよい。
硫黄加硫剤の例としては、元素状硫黄(遊離硫黄)又は硫黄供与性加硫剤、例えばアミンジスルフィド、高分子ポリスルフィド又は硫黄オレフィン付加物が挙げられるが、これらに限定されない。硫黄加硫剤の量は、ゴムのタイプ及び硫黄加硫剤の個々のタイプに応じて変わるが、一般的には、約0.1phr~約5phr、又は約0.5phr~約2phrである。
本発明の種々の実施態様によるゴム組成物中に存在することのできる劣化防止剤(酸化防止剤)の例としては、モノフェノール類、ビスフェノール類、チオビスフェノール類、ポリフェノール類、ヒドロキノン誘導体、亜リン酸塩、リン酸塩ブレンド、チオエステル類、ナフチルアミン類、ジフェノールアミン類、並びに他のジアリールアミン誘導体、パラフェニレンジアミン類、キノリン類、及びブレンドされたアミン類が挙げられるが、これらに限定されない。劣化防止剤は、一般的に、約0.1phr~約10phr又は約2~6phrの量で使用される。
解膠剤の例としては、ペンタクロロフェノールが挙げられるが、これに限定されない。ペンタクロロフェノールは、約0.1phr~0.4phr、又は約0.2~0.3の量で使用することができる。
プロセス油の例としては、脂肪族ナフテン系芳香族樹脂、ポリエチレングリコール、石油系油分、エステル可塑剤、加硫化植物油、パインタール、フェノール系樹脂、石油系樹脂、留出物芳香族抽出物(DAE)油、高分子エステル及びロジンが挙げられるが、これらに限定されない。プロセス油は、約0~約50phr、又は約5~35phrの量で使用することができる。
開始剤の一例としては、ステアリン酸が挙げられるが、これに限定されない。開始剤は約1~4phr、又は約2~3phrの量で使用することができる。
促進剤の例としては、アミン類、グアニジン類、チオ尿素類、チオール類、チウラム類、ジスルフィド類、チアゾール類、スルフェンアミド類、ジチオカルバメート類、及びキサンテート類が挙げられるが、これらに限定されない。一次促進剤(primary accelerator)だけが使用される場合、その使用量は約0.5~2.5phrであることができる。2種又は3種以上の促進剤が使用される場合には、一次促進剤は0.5~2.0phrの量で使用することができ、二次促進剤は約0.1~0.5phrの量で使用することができる。相乗効果をもたらすために、促進剤を組み合わせることが知られている。一次促進剤はスルフェンアミドであることができる。もし二次促進剤が使用される場合には、二次促進剤は、グアニジン、ジチオカルバメート、及び/又はチウラム化合物であることができる。
本発明の実施態様によるゴム組成物は、ミキサー又はコンパウンダー(例えばBanbury(登録商標)ミキサー)、ミル、押出機などを含む、当業者に知られた慣用的な手段によってコンパウンドすることができる。タイヤは、当業者に直ちに明らかであろう種々の方法によって、組み立て、シェーピングし、モールディングし、硬化させることができる。
本発明の硬化性ゴム組成物を硬化させるためには、当業者に知られた通常の加硫プロセス又は硬化プロセスのいずれも使用でき、例えばプレス又はモールドで過熱蒸気又はホットエアによる加熱を使用することができる。したがって、硬化性ゴム組成物は、所望の形状にモールディングすることのできる硬化性ゴム組成物を、ジエンエラストマー(1種又は2種以上)を硬化させるのに効果的な温度及び時間で加熱することを含むプロセスによって硬化させることができる。
本発明の具体的な実施態様は、乗用車又は軽トラック用タイヤを意図したタイヤ、具体的にはタイヤトレッドを含むが、本発明はこのようなタイヤのみに限定されない。なお、本発明のタイヤの特定の実施態様は、モータービークル(乗用ビークルを含む)又は非モータービークル、例えば、自転車、オートバイ、レーシングカー、産業用ビークル、例えばバンなど、大型ビークル、例えばバス及びトラックなど、オフロードビークル、例えば農業、鉱業及び建設機械など、航空機、又は他の輸送ビークル又はハンドリングビークルに取り付けられることが意図されている。
本明細書に開示された硬化性ゴム組成物は、種々のゴム製品、例えば、タイヤ、特にトレッドコンパウンドや、また、タイヤ用の他のコンポーネント、産業用ゴム製品、シール、タイミングベルト、動力伝達ベルト、及び他のゴム物品において使用することができる。そのため、本発明は、本明細書に開示した硬化性ゴム組成物から製造された製品を包含する。
本明細書に開示したシラン末端コポリマーは、例えば、反応性接着剤、コーティング、及びシーラントに使用することができる。
本明細書には、明確かつ簡潔な明細書が書かれるのを可能にする仕方で実施態様が記載されているが、言うまでもなく、実施態様が本発明を逸脱することなしに、種々に組み合わされ又は切り離され得ることが意図される。例えば、言うまでもなく、本明細書に記載されたすべての特徴は、本明細書に記載された本発明のすべての態様に適用することができる。
いくつかの実施態様では、本開示記載の本発明は、組成物又はプロセスの基本的な、また、新規の特徴に実質的な影響を及ぼさないいかなる要素又はプロセス工程も排除するものと解釈することができる。さらに、いくつかの実施態様では、本発明は、本開示で特定されていないいかなる要素又はプロセス工程をも排除するものと解釈することができる。
本発明は特定の実施態様を参照しながら本明細書に例示され説明されてはいるものの、本発明は、開示した詳細に限定されない。むしろ、特許請求の範囲及び特許請求の範囲と均等の範囲内で、本発明を逸脱することなしに、詳細において種々の変更を加えることができる。
本発明の種々の非限定的な態様を以下に要約する。
態様1:
以下を含む、硬化性ゴム組成物:
高分子量ジエンエラストマーと、
シリカ組成物と、
任意選択のカーボンブラック組成物と、
共役ジエン及びビニル芳香族化合物を含む複数のモノマーを重合単位として含む、前記高分子量ジエンエラストマーとは異なるシラン末端コポリマーであって、少なくとも1つのシラン基で修飾された少なくとも1つの末端を有するシラン末端コポリマー。
態様1:
以下を含む、硬化性ゴム組成物:
高分子量ジエンエラストマーと、
シリカ組成物と、
任意選択のカーボンブラック組成物と、
共役ジエン及びビニル芳香族化合物を含む複数のモノマーを重合単位として含む、前記高分子量ジエンエラストマーとは異なるシラン末端コポリマーであって、少なくとも1つのシラン基で修飾された少なくとも1つの末端を有するシラン末端コポリマー。
態様2:
前記カーボンブラック組成物を含む、態様1に記載の硬化性ゴム組成物。
前記カーボンブラック組成物を含む、態様1に記載の硬化性ゴム組成物。
態様3:
前記シラン末端コポリマーがランダムコポリマーである、態様1又は態様2の硬化性ゴム組成物。
前記シラン末端コポリマーがランダムコポリマーである、態様1又は態様2の硬化性ゴム組成物。
態様4:
前記シラン末端コポリマーが1,000g/mol~40,000g/molの数平均分子量を有する、態様1~3のいずれか一つに記載の硬化性ゴム組成物。
前記シラン末端コポリマーが1,000g/mol~40,000g/molの数平均分子量を有する、態様1~3のいずれか一つに記載の硬化性ゴム組成物。
態様5:
前記シラン末端コポリマーが1,000g/mol~25,000g/molの数平均分子量を有する、態様1~3のいずれか一つに記載の硬化性ゴム組成物。
前記シラン末端コポリマーが1,000g/mol~25,000g/molの数平均分子量を有する、態様1~3のいずれか一つに記載の硬化性ゴム組成物。
態様6:
前記シラン末端コポリマーの数平均分子量が1000g/mol~10,000g/molである、態様1~3のいずれか一つに記載の硬化性ゴム組成物。
前記シラン末端コポリマーの数平均分子量が1000g/mol~10,000g/molである、態様1~3のいずれか一つに記載の硬化性ゴム組成物。
態様7:
前記シラン末端コポリマーが少なくとも5wt%の前記ビニル芳香族化合物モノマーを含む、態様1~6のいずれか一つに記載の硬化性ゴム組成物。
前記シラン末端コポリマーが少なくとも5wt%の前記ビニル芳香族化合物モノマーを含む、態様1~6のいずれか一つに記載の硬化性ゴム組成物。
態様8:
前記シラン末端コポリマーが5wt%~60wt%の前記ビニル芳香族化合物モノマーを含む、態様1~6のいずれか一つに記載の硬化性ゴム組成物。
前記シラン末端コポリマーが5wt%~60wt%の前記ビニル芳香族化合物モノマーを含む、態様1~6のいずれか一つに記載の硬化性ゴム組成物。
態様9:
前記ビニル芳香族化合物モノマーがスチレンを含む、態様1~8のいずれか一つに記載の硬化性ゴム組成物。
前記ビニル芳香族化合物モノマーがスチレンを含む、態様1~8のいずれか一つに記載の硬化性ゴム組成物。
態様10:
前記共役ジエンがブタジエンを含む、態様1~9のいずれか一つに記載の硬化性ゴム組成物。
前記共役ジエンがブタジエンを含む、態様1~9のいずれか一つに記載の硬化性ゴム組成物。
態様11:
前記シラン末端コポリマーのビニル含有率が20質量%以上である、態様1~10のいずれか一つに記載の硬化性ゴム組成物。
前記シラン末端コポリマーのビニル含有率が20質量%以上である、態様1~10のいずれか一つに記載の硬化性ゴム組成物。
態様12:
前記シラン末端コポリマーのビニル含有率が50質量%以上である、態様1~10のいずれか一つに記載の硬化性ゴム組成物。
前記シラン末端コポリマーのビニル含有率が50質量%以上である、態様1~10のいずれか一つに記載の硬化性ゴム組成物。
態様13:
前記シリカ組成物が可溶性ケイ酸塩の沈降生成物である、態様1~12のいずれか一つに記載の硬化性ゴム組成物。
前記シリカ組成物が可溶性ケイ酸塩の沈降生成物である、態様1~12のいずれか一つに記載の硬化性ゴム組成物。
態様14:
さらに、少なくとも1種のシランカップリング剤を含む、態様1~13のいずれか一つに記載の硬化性ゴム組成物。
さらに、少なくとも1種のシランカップリング剤を含む、態様1~13のいずれか一つに記載の硬化性ゴム組成物。
態様15:
前記シラン末端ポリマーのシラン基が、次式:
-Si(OR)3に
(式中、各Rは、独立に、C1-C6アルキル基もしくはアリール基、又はHである。)によって表される、態様1~14のいずれか一つに記載の硬化性ゴム組成物。
前記シラン末端ポリマーのシラン基が、次式:
-Si(OR)3に
(式中、各Rは、独立に、C1-C6アルキル基もしくはアリール基、又はHである。)によって表される、態様1~14のいずれか一つに記載の硬化性ゴム組成物。
態様16:
前記シラン末端ポリマーのシラン基が、次式:
-Si(OR)3
(各Rはエチル基である。)
によって表される、態様1~15のいずれか一つに記載の硬化性ゴム組成物。
前記シラン末端ポリマーのシラン基が、次式:
-Si(OR)3
(各Rはエチル基である。)
によって表される、態様1~15のいずれか一つに記載の硬化性ゴム組成物。
態様17:
前記シラン末端コポリマーがアニオン重合により製造される、態様1~16のいずれか一つに記載の硬化性ゴム組成物。
前記シラン末端コポリマーがアニオン重合により製造される、態様1~16のいずれか一つに記載の硬化性ゴム組成物。
態様18:
前記シラン末端コポリマーが、2以下のシラン官能価を有する、態様1~17のいずれか一つに記載の硬化性ゴム組成物。
前記シラン末端コポリマーが、2以下のシラン官能価を有する、態様1~17のいずれか一つに記載の硬化性ゴム組成物。
態様19:
前記シラン末端コポリマーが0.8~2のシラン官能価を有する、態様1~17のいずれか一つに記載の硬化性ゴム組成物。
前記シラン末端コポリマーが0.8~2のシラン官能価を有する、態様1~17のいずれか一つに記載の硬化性ゴム組成物。
態様20:
前記高分子量ジエンエラストマーが75,000g/mol超の数平均分子量を有する、態様1~19のいずれか一つに記載の硬化性ゴム組成物。
前記高分子量ジエンエラストマーが75,000g/mol超の数平均分子量を有する、態様1~19のいずれか一つに記載の硬化性ゴム組成物。
態様21:
硬化したゴム組成物を含むタイヤであって、前記硬化したゴム組成物が、
高分子量ジエンエラストマーと、
シリカ組成物と、
任意選択のカーボンブラック組成物と、
共役ジエン及びビニル芳香族化合物を含む複数のモノマーを重合単位として含む、前記高分子量ジエンエラストマーとは異なるシラン末端コポリマーであって、少なくとも1つのシラン基で修飾された少なくとも1つの末端を有するシラン末端コポリマーと、
から構成される、タイヤ。
硬化したゴム組成物を含むタイヤであって、前記硬化したゴム組成物が、
高分子量ジエンエラストマーと、
シリカ組成物と、
任意選択のカーボンブラック組成物と、
共役ジエン及びビニル芳香族化合物を含む複数のモノマーを重合単位として含む、前記高分子量ジエンエラストマーとは異なるシラン末端コポリマーであって、少なくとも1つのシラン基で修飾された少なくとも1つの末端を有するシラン末端コポリマーと、
から構成される、タイヤ。
態様22:
前記硬化したゴム組成物が前記カーボンブラック組成物を含む、態様21のタイヤ。
前記硬化したゴム組成物が前記カーボンブラック組成物を含む、態様21のタイヤ。
態様23:
前記シラン末端コポリマーがランダムコポリマーである、態様21又は態様22のタイヤ。
前記シラン末端コポリマーがランダムコポリマーである、態様21又は態様22のタイヤ。
態様24:
前記シラン末端コポリマーが1,000g/mol~40,000g/molの数平均分子量を有する、態様21~23のいずれか一つに記載のタイヤ。
前記シラン末端コポリマーが1,000g/mol~40,000g/molの数平均分子量を有する、態様21~23のいずれか一つに記載のタイヤ。
態様25:
前記シラン末端コポリマーが1,000g/mol~25,000g/molの数平均分子量を有する、態様21~23のいずれか一つに記載のタイヤ。
前記シラン末端コポリマーが1,000g/mol~25,000g/molの数平均分子量を有する、態様21~23のいずれか一つに記載のタイヤ。
態様26:
前記シラン末端コポリマーが2000g/mol~10,000g/molの数平均分子量を有する、態様21~23のいずれか一つに記載のタイヤ。
前記シラン末端コポリマーが2000g/mol~10,000g/molの数平均分子量を有する、態様21~23のいずれか一つに記載のタイヤ。
態様27:
前記シラン末端コポリマーが2以下のシラン官能価を有する、態様21~26のいずれか一つに記載のタイヤ。
前記シラン末端コポリマーが2以下のシラン官能価を有する、態様21~26のいずれか一つに記載のタイヤ。
態様28:
前記シラン末端コポリマーが0.8~2のシラン官能価を有する、態様21~26のいずれか一つに記載のタイヤ。
前記シラン末端コポリマーが0.8~2のシラン官能価を有する、態様21~26のいずれか一つに記載のタイヤ。
態様29
前記硬化したゴム組成物が-20℃以上のTgを有する、態様21~27のいずれか一つに記載のタイヤ。
前記硬化したゴム組成物が-20℃以上のTgを有する、態様21~27のいずれか一つに記載のタイヤ。
態様30:
前記シラン末端コポリマーが少なくとも5wt%の前記ビニル芳香族化合物モノマーを含む、態様21~29のいずれか一つに記載のタイヤ。
前記シラン末端コポリマーが少なくとも5wt%の前記ビニル芳香族化合物モノマーを含む、態様21~29のいずれか一つに記載のタイヤ。
態様31:
前記シラン末端コポリマーが5wt%~60wt%の前記ビニル芳香族化合物モノマーを含む、態様21~29のいずれか一つに記載のタイヤ。
前記シラン末端コポリマーが5wt%~60wt%の前記ビニル芳香族化合物モノマーを含む、態様21~29のいずれか一つに記載のタイヤ。
態様32:
前記ビニル芳香族化合物モノマーがスチレンを含む、態様21~31のいずれか一つに記載のタイヤ。
前記ビニル芳香族化合物モノマーがスチレンを含む、態様21~31のいずれか一つに記載のタイヤ。
態様33:
前記共役ジエンがブタジエンを含む、態様21~32のいずれか一つに記載のタイヤ。
前記共役ジエンがブタジエンを含む、態様21~32のいずれか一つに記載のタイヤ。
態様34:
前記シラン末端コポリマーのビニル含有率が20質量%以上である、態様21~33のいずれか一つに記載のタイヤ。
前記シラン末端コポリマーのビニル含有率が20質量%以上である、態様21~33のいずれか一つに記載のタイヤ。
態様35:
前記シラン末端コポリマーのビニル含有率が50質量%以上である、態様21~33のいずれか一つに記載のタイヤ。
前記シラン末端コポリマーのビニル含有率が50質量%以上である、態様21~33のいずれか一つに記載のタイヤ。
態様36:
前記シリカ組成物が可溶性ケイ酸塩の沈降から得られる、態様21~35のいずれか一つに記載のタイヤ。
前記シリカ組成物が可溶性ケイ酸塩の沈降から得られる、態様21~35のいずれか一つに記載のタイヤ。
態様37:
さらに、少なくとも1種のシランカップリング剤を含む、態様21~36のいずれか一つに記載のタイヤ。
さらに、少なくとも1種のシランカップリング剤を含む、態様21~36のいずれか一つに記載のタイヤ。
態様38:
前記シラン末端ポリマーのシラン基が、次式:
-Si(OR)3
(式中、各Rは、独立に、C1-C6アルキル基もしくはアリール基、又はHである)
によって表される、態様21~37のいずれか一つに記載のタイヤ。
前記シラン末端ポリマーのシラン基が、次式:
-Si(OR)3
(式中、各Rは、独立に、C1-C6アルキル基もしくはアリール基、又はHである)
によって表される、態様21~37のいずれか一つに記載のタイヤ。
態様39:
前記シラン末端ポリマーのシラン基が、次式:
-Si(OR)3
(式中、各Rはエチル基である。)
によって表される、態様21~38のいずれか一つに記載のタイヤ。
前記シラン末端ポリマーのシラン基が、次式:
-Si(OR)3
(式中、各Rはエチル基である。)
によって表される、態様21~38のいずれか一つに記載のタイヤ。
態様40:
前記シラン末端コポリマーがアニオン重合により製造される、態様21~39のいずれか一つに記載のタイヤ。
前記シラン末端コポリマーがアニオン重合により製造される、態様21~39のいずれか一つに記載のタイヤ。
態様41:
前記硬化性ゴム組成物が、少なくとも1種の硫黄加硫剤を使用して硬化された、態様21~40のいずれか一つに記載のタイヤ。
前記硬化性ゴム組成物が、少なくとも1種の硫黄加硫剤を使用して硬化された、態様21~40のいずれか一つに記載のタイヤ。
態様42:
前記硬化したゴム組成物が0℃以上のピークtan δを有する、態様21~41のいずれか一つに記載のタイヤ。
前記硬化したゴム組成物が0℃以上のピークtan δを有する、態様21~41のいずれか一つに記載のタイヤ。
態様43:
前記硬化したゴム組成物が、0.30以上の0℃でのtan δ、0.010以上の25℃でのtan δ、及び0.5以下の60℃でのtan δを有する、態様21~42のいずれか一つに記載のタイヤ。
前記硬化したゴム組成物が、0.30以上の0℃でのtan δ、0.010以上の25℃でのtan δ、及び0.5以下の60℃でのtan δを有する、態様21~42のいずれか一つに記載のタイヤ。
態様44:
前記高分子量ジエンエラストマーが75,000g/mol超の数平均分子量を有する、態様21~43のいずれか一つに記載のタイヤ。
前記高分子量ジエンエラストマーが75,000g/mol超の数平均分子量を有する、態様21~43のいずれか一つに記載のタイヤ。
態様45:
タイヤにおいて使用するように適合されたゴム組成物を製造する方法であって、以下を含む方法:
シリカ組成物と、高分子量ジエンエラストマーと、任意選択のカーボンブラック組成物と、共役ジエン及びビニル芳香族化合物を含む複数のモノマーを重合単位として含む、前記高分子量ジエンエラストマーとは異なるシラン末端コポリマーであって、少なくとも1つのシラン基で変性された少なくとも1つの末端を有するシラン末端コポリマーとを混合することによって組成物を形成すること;及び
前記組成物を硬化させること。
方法。
タイヤにおいて使用するように適合されたゴム組成物を製造する方法であって、以下を含む方法:
シリカ組成物と、高分子量ジエンエラストマーと、任意選択のカーボンブラック組成物と、共役ジエン及びビニル芳香族化合物を含む複数のモノマーを重合単位として含む、前記高分子量ジエンエラストマーとは異なるシラン末端コポリマーであって、少なくとも1つのシラン基で変性された少なくとも1つの末端を有するシラン末端コポリマーとを混合することによって組成物を形成すること;及び
前記組成物を硬化させること。
方法。
態様46:
前記組成物が前記カーボンブラック組成物を含む、態様45の方法。
前記組成物が前記カーボンブラック組成物を含む、態様45の方法。
態様47:
前記シラン末端コポリマーが1,000g/mol~40,000g/molの数平均分子量を有する、態様45又は態様46の方法。
前記シラン末端コポリマーが1,000g/mol~40,000g/molの数平均分子量を有する、態様45又は態様46の方法。
態様48:
前記シラン末端コポリマーがランダムコポリマーである、態様45又は態様46の方法。
前記シラン末端コポリマーがランダムコポリマーである、態様45又は態様46の方法。
態様49:
前記シラン末端コポリマーがリビングアニオン重合によって重合される、態様45~48のいずれか一つに記載の方法。
前記シラン末端コポリマーがリビングアニオン重合によって重合される、態様45~48のいずれか一つに記載の方法。
態様50:
前記シラン末端コポリマーが、シラン基を有するように前記シラン末端コポリマーの少なくとも1つの末端を修飾することを含むプロセスによって調製されたものである、態様45~49のいずれか一つに記載の方法。
前記シラン末端コポリマーが、シラン基を有するように前記シラン末端コポリマーの少なくとも1つの末端を修飾することを含むプロセスによって調製されたものである、態様45~49のいずれか一つに記載の方法。
態様51:
前記シラン末端コポリマーを調製するプロセスが、さらに、シラン末端コポリマーを、アルキレンオキシドと反応させ、次いでプロトン源と反応させることにより、リビングシラン末端コポリマーの少なくとも1つの末端を修飾して、ヒドロキシル末端シラン末端コポリマーを生成させることを含む、態様45~50のいずれか一つに記載の方法。
前記シラン末端コポリマーを調製するプロセスが、さらに、シラン末端コポリマーを、アルキレンオキシドと反応させ、次いでプロトン源と反応させることにより、リビングシラン末端コポリマーの少なくとも1つの末端を修飾して、ヒドロキシル末端シラン末端コポリマーを生成させることを含む、態様45~50のいずれか一つに記載の方法。
態様52:
前記シラン末端コポリマーを調製するプロセスが、さらに、前記末端ヒドロキシル基を前記シラン末端コポリマー上のシラン基に変換することにより、前記シラン末端コポリマーの少なくとも1つの末端を修飾することを含む、態様45~51のいずれか一つに記載の方法。
前記シラン末端コポリマーを調製するプロセスが、さらに、前記末端ヒドロキシル基を前記シラン末端コポリマー上のシラン基に変換することにより、前記シラン末端コポリマーの少なくとも1つの末端を修飾することを含む、態様45~51のいずれか一つに記載の方法。
実施例
本発明をより十分に理解し得るように、単に例示のために下記の非限定的な実施例を提供する。
本発明をより十分に理解し得るように、単に例示のために下記の非限定的な実施例を提供する。
表2に示した比率で構成成分を含有する種々のゴム組成物を調製した。コンパウンド混合及び試験工程のために、エラストマーポリ(ブタジエン)(シス-BR,Buna(登録商標)BR22)と溶液重合ポリ(スチレン-co-ブタジエン)(SSBR,Buna(登録商標)VSL VP PBR 4041)とを、Arlanxeo Performance Elastomersによって製造されたままの状態で使用した。N330等級カーボンブラック(N330 CB,Vulcan(登録商標)3)はCabotによって供給され、沈降シリカ(Zeosil(登録商標)ZS 1165MP)はSolvayから入手した。アロマチックオイル(DAE油,Sundex(登録商標)790TN)はSunoco Incによって製造されたものであった。N-イソプロピル-N’-フェニル-p-フェニレンジアミン(Santoflex(登録商標)IPPD)酸化防止剤及び促進剤N-t-ブチルベンゾチアゾール-2-スルフェンアミド(Santocure(登録商標)TBBS)はFlexsys America L.P.の市販の製品であった。Redball(登録商標)Rubbermakerの硫黄は、International Sulphur Inc.によって提供されたものであった。この調査検討において使用した酸化亜鉛及びステアリン酸は、Sigma-Aldrich Companyによって供給されたものであった。
コンパウンディング手順
各コンパウンドした原料をカム刃を有する350ccインターナルミキサー(Brabender(登録商標)Prep-Mixer(登録商標))で混合した。各コンパウンドに対して3ステージ混合を用いた。実験室規模2ロールミル(Reliable Rubber and Plastic Machinery,6”×13”可変速度駆動、Model 5025)を使用して、各混合ステージの間にコンパウンドをカレンダー加工した。ブレンドを取り出し、硬化及び分析の前に一晩放冷した。ステージ1では、初期ミキサー条件は100℃及びかつ600rpmであり、エラストマー、シラン末端コポリマー又は非官能性ポリマー、シリカ及びシランカップリング剤をミキサーに添加した後、温度を150℃まで上昇させ、その温度で、回転速度を調節して150℃<T<160℃を5分間維持した。ステージ2では、初期ミキサー条件はステージ1と同じであり、ステージ1からのコンパウンドを添加した後、これを3分間混合した。生産ステージ3では、初期ミキサー条件は60℃及び60rpmであり、ステージ2からのコンパウンドと加硫化成分とを添加した後、これらを、3分間、又は110℃のコンパウンド温度に達するまで混合した。
各コンパウンドした原料をカム刃を有する350ccインターナルミキサー(Brabender(登録商標)Prep-Mixer(登録商標))で混合した。各コンパウンドに対して3ステージ混合を用いた。実験室規模2ロールミル(Reliable Rubber and Plastic Machinery,6”×13”可変速度駆動、Model 5025)を使用して、各混合ステージの間にコンパウンドをカレンダー加工した。ブレンドを取り出し、硬化及び分析の前に一晩放冷した。ステージ1では、初期ミキサー条件は100℃及びかつ600rpmであり、エラストマー、シラン末端コポリマー又は非官能性ポリマー、シリカ及びシランカップリング剤をミキサーに添加した後、温度を150℃まで上昇させ、その温度で、回転速度を調節して150℃<T<160℃を5分間維持した。ステージ2では、初期ミキサー条件はステージ1と同じであり、ステージ1からのコンパウンドを添加した後、これを3分間混合した。生産ステージ3では、初期ミキサー条件は60℃及び60rpmであり、ステージ2からのコンパウンドと加硫化成分とを添加した後、これらを、3分間、又は110℃のコンパウンド温度に達するまで混合した。
ポリマー試験
分子キャラクタリゼーション:
標準的なサイズ排除クロマトグラフィー(SEC)を使用し、1つのガードカラムとそれに続く直列の2つのAgilent ResiPoreカラムを使用して、テトロヒドロフラン(THF)中で、屈折率検出器を備えたAgilent 1260 Infinity機器により、ポリマー試料の分子量(数平均Mn及び質量平均Mw)と分子量分布とを求めた。高分子量ジエンエラストマー[ポリ(ブタジエン)]の数平均分子量(Mn)を、自社内のポリ(ブタジエン)較正曲線を使用して判定した。高分子量ジエンエラストマーとは異なるシラン末端コポリマーのMn値の値は、ポリ(スチレン)較正標準を使用して判定した。特に、較正ポリマーと測定ポリマーとの間に構造的な差異が存在する場合には、較正標準の選択は、報告されるモル質量に影響を及ぼし得ることが知られているものの、この技術は一般的な方法であるため選択されている。
分子キャラクタリゼーション:
標準的なサイズ排除クロマトグラフィー(SEC)を使用し、1つのガードカラムとそれに続く直列の2つのAgilent ResiPoreカラムを使用して、テトロヒドロフラン(THF)中で、屈折率検出器を備えたAgilent 1260 Infinity機器により、ポリマー試料の分子量(数平均Mn及び質量平均Mw)と分子量分布とを求めた。高分子量ジエンエラストマー[ポリ(ブタジエン)]の数平均分子量(Mn)を、自社内のポリ(ブタジエン)較正曲線を使用して判定した。高分子量ジエンエラストマーとは異なるシラン末端コポリマーのMn値の値は、ポリ(スチレン)較正標準を使用して判定した。特に、較正ポリマーと測定ポリマーとの間に構造的な差異が存在する場合には、較正標準の選択は、報告されるモル質量に影響を及ぼし得ることが知られているものの、この技術は一般的な方法であるため選択されている。
ジオール含有率:
高性能液体クロマトグラフィ(HPLC)を使用して、ヒドロキシ末端ポリマーのジオール含有率(F2)を求めた。屈折率検出器(RID)と直列のNUCLEOSIL(登録商標)1000NH2カラムを使用して、n-ヘキサン99.5%wt及び0.5%wtイソプロピルアルコール中でAgilent 1260機器。カラム上のポリマーの保持時間は、ポリマー分子のヒドロキシル基の量とともに増加する。ジオール含有率は、全ピーク面積に対するポリマージオールを表すピーク面積の比として計算される。
高性能液体クロマトグラフィ(HPLC)を使用して、ヒドロキシ末端ポリマーのジオール含有率(F2)を求めた。屈折率検出器(RID)と直列のNUCLEOSIL(登録商標)1000NH2カラムを使用して、n-ヘキサン99.5%wt及び0.5%wtイソプロピルアルコール中でAgilent 1260機器。カラム上のポリマーの保持時間は、ポリマー分子のヒドロキシル基の量とともに増加する。ジオール含有率は、全ピーク面積に対するポリマージオールを表すピーク面積の比として計算される。
ビニル含有率:
減衰全反射率(ATR)センサを備えたNicolet 380FTIR機器を使用して、フーリエ変換赤外分光分析によってビニル含有率を求めた。この機器を較正するために、一連のNMR評価標準を使用した。
減衰全反射率(ATR)センサを備えたNicolet 380FTIR機器を使用して、フーリエ変換赤外分光分析によってビニル含有率を求めた。この機器を較正するために、一連のNMR評価標準を使用した。
性能試験
160℃でt90時間(最大トルク、最適硬化の90%に達するまでの時間)までプレス内で硬化した試料について物理的試験を実施した。Dynamic Mechanical Analyzer(DMA 2980, TA Instruments)をテンション状態で動作させて、10Hz及び0.1%歪み振幅で、-100℃から100℃まで、硬化した加硫物の温度掃引を得た。0℃でのタンジェントδ(又は23℃での反発弾性)を、ウェットトラクション特性についての実験室指標として使用した。0℃でのより高いtan δ(又は23℃でのより低い反発弾性)は、改善されたウェットトラクション特性を意味する。60℃でのタンジェントδ(又は70℃での反発弾性)を、転がり抵抗(燃費とも呼ばれる)についての実験室指標として使用した。60℃でのより低いtan δ(又は70℃でのより高い反発弾性)は、改善された転がり抵抗特性を意味する。ISO 4662ゴムプロトコルにしたがって反発弾性試験を実施した。
160℃でt90時間(最大トルク、最適硬化の90%に達するまでの時間)までプレス内で硬化した試料について物理的試験を実施した。Dynamic Mechanical Analyzer(DMA 2980, TA Instruments)をテンション状態で動作させて、10Hz及び0.1%歪み振幅で、-100℃から100℃まで、硬化した加硫物の温度掃引を得た。0℃でのタンジェントδ(又は23℃での反発弾性)を、ウェットトラクション特性についての実験室指標として使用した。0℃でのより高いtan δ(又は23℃でのより低い反発弾性)は、改善されたウェットトラクション特性を意味する。60℃でのタンジェントδ(又は70℃での反発弾性)を、転がり抵抗(燃費とも呼ばれる)についての実験室指標として使用した。60℃でのより低いtan δ(又は70℃でのより高い反発弾性)は、改善された転がり抵抗特性を意味する。ISO 4662ゴムプロトコルにしたがって反発弾性試験を実施した。
実施例1:ポリマーの調製
ヒドロキシル末端ポリスチレン-ポリブタジエン-ポリスチレンブロックコポリマー(ポリマー1)を、撹拌機及び冷却コイルを備えたガラス反応器内で調製した。重合反応を窒素の不活性雰囲気下で実施した。反応器に2495gの重合溶媒メチルtert-ブチルエーテル(MTBE)、及び379g(アルカリ度0.921mmol/g)のジリチオ開始剤を装入した。次いで、ブタジエン(344g)を溶媒中に徐々に投与し、重合温度を30℃に維持した。ブタジエンをすべて添加した後、147gのスチレンを反応器へ添加した。すべてのモノマーを投与した後、59g(リチウムに対して4モル当量)のエチレンオキシドを反応器内に添加した。次いで、25mLの蒸留水を添加することによって、反応混合物を加水分解させた。得られたポリマー1の溶液を500mLの蒸留水と混合した。相分離後、水層を取り出した。水層が中性(pH=7)になるまで、洗浄工程を繰り返した。次いで、ポリマー溶液を生成物単離のために三首フラスコへ移した。蒸留によってMTBEを蒸留によって除去した後、120℃の窒素ストリッピングによって残留溶媒を除去した。単離された材料をほぼ70℃に冷却し、容器へ移した。次いで、このヒドロキシル末端ポリマーを3-(トリエトキシシリル)プロピルイソシアネートと反応させることにより、本発明によるシラン末端ブロックスチレン-ブタジエン-スチレンコポリマーを得た。以降の項では、この試料をSBS-Fn2と呼ぶ。
ヒドロキシル末端ポリスチレン-ポリブタジエン-ポリスチレンブロックコポリマー(ポリマー1)を、撹拌機及び冷却コイルを備えたガラス反応器内で調製した。重合反応を窒素の不活性雰囲気下で実施した。反応器に2495gの重合溶媒メチルtert-ブチルエーテル(MTBE)、及び379g(アルカリ度0.921mmol/g)のジリチオ開始剤を装入した。次いで、ブタジエン(344g)を溶媒中に徐々に投与し、重合温度を30℃に維持した。ブタジエンをすべて添加した後、147gのスチレンを反応器へ添加した。すべてのモノマーを投与した後、59g(リチウムに対して4モル当量)のエチレンオキシドを反応器内に添加した。次いで、25mLの蒸留水を添加することによって、反応混合物を加水分解させた。得られたポリマー1の溶液を500mLの蒸留水と混合した。相分離後、水層を取り出した。水層が中性(pH=7)になるまで、洗浄工程を繰り返した。次いで、ポリマー溶液を生成物単離のために三首フラスコへ移した。蒸留によってMTBEを蒸留によって除去した後、120℃の窒素ストリッピングによって残留溶媒を除去した。単離された材料をほぼ70℃に冷却し、容器へ移した。次いで、このヒドロキシル末端ポリマーを3-(トリエトキシシリル)プロピルイソシアネートと反応させることにより、本発明によるシラン末端ブロックスチレン-ブタジエン-スチレンコポリマーを得た。以降の項では、この試料をSBS-Fn2と呼ぶ。
ヒドロキシル末端スチレン-ブタジエンランダムコポリマー(ポリマー2)を、撹拌機及び冷却コイルを備えたガラス反応器内で調製した。重合反応を不活性窒素雰囲気下で実施した。反応器に、溶媒としての545gのMTBEと、341gのジリチオ開始剤(アルカリ度0.941mmol/g)を装入した。反応温度を30℃に維持しながら、30wt%のスチレンと70wt%のブタジエンとを含有するモノマーの混合物を反応器内へ徐々に投与した。モノマー混合物の全投与量は465gであった。モノマー混合物投与が終わった後、40gのエチレンオキシド(リチウムに対して2.9モル当量)との反応のために、反応混合物を外部混合装置へ加圧輸送した。エチレンオキシドとの反応後に、25mLの蒸留水を使用して、反応混合物を加水分解させた。加水分解後に得られたポリマー2の溶液を水洗用の別の容器へ移すことにより、開始剤残留物を除去した。ポリマー2の溶液を200mLの水と混合し、相分離後に水層を取り出すことにより、洗浄を実施した。水層が中性(pH=7)になるまで、この洗浄工程を繰り返した。上記ポリマー調製(ポリマー1)と同じ手順によって、生成物を単離した。このポリマー2、すなわち比較用のヒドロキシル末端スチレン-ブタジエンランダムコポリマーを以降の項では、SB-Fn0と呼ぶ。次いで、この-OH末端ポリマーの別の試料を、3-(トリエトキシシリル)プロピルイソシアネートと反応させることにより、本発明によるランダムシラン末端スチレン-ブタジエンコポリマーを製造した。以降の項では、このランダムシラン末端スチレン-ブタジエンコポリマー試料をSB-Fn2と呼ぶ。
比較例として、末端シラン官能基を有しない2種のスチレン-ブタジエンコポリマー、並びに末端シラン官能基を有しないホモポリマーポリブタジエン、及び末端シラン官能基を有するホモポリマーポリブタジエンも調製した。これらのポリマーのすべての特性を下記表1に示す。
実施例2:硬化した試料の調製
一連のコンベンショナルな夏用トレッドタイヤ組成物を調製した。表2に示されるように、各組成物が表1に示された実施例1のポリマー100部当たり20部のゴム(ppr)を含むこと以外は、タイヤ組成はすべて同じであった。タイヤ組成を表2に示す。
一連のコンベンショナルな夏用トレッドタイヤ組成物を調製した。表2に示されるように、各組成物が表1に示された実施例1のポリマー100部当たり20部のゴム(ppr)を含むこと以外は、タイヤ組成はすべて同じであった。タイヤ組成を表2に示す。
実施例3:ガラス転移温度測定
この調査検討の第1の部分は、実施例2の硬化した組成物のTgに及ぼす種々のポリマーの影響に関する。硬化後のtan δを提供するためにDMA設備で評価されるように、加圧下で2mmゴムシートを160℃で硬化させることにより、ピーク温度(すなわち硬化した組成物のTg)を求めた。図1及び図2は、末端トリエトキシシラン官能基で修飾された本発明による組成物(SB-Fn2及びSBS)が、末端トリエトキシシランを含む比較組成物(図2のRicon603)と比較して、硬化した組成物のTgをより高い温度へより強くシフトさせたことを示している。図2において、このことは、類似の比較例Ricon 603のTgを表す下側の線からの、本発明の組成物についての上方へ向かうより大きなシフトにより実証されている。Ricon 603は、末端シラン基を含むが、その主鎖は本発明に従うものではない。
この調査検討の第1の部分は、実施例2の硬化した組成物のTgに及ぼす種々のポリマーの影響に関する。硬化後のtan δを提供するためにDMA設備で評価されるように、加圧下で2mmゴムシートを160℃で硬化させることにより、ピーク温度(すなわち硬化した組成物のTg)を求めた。図1及び図2は、末端トリエトキシシラン官能基で修飾された本発明による組成物(SB-Fn2及びSBS)が、末端トリエトキシシランを含む比較組成物(図2のRicon603)と比較して、硬化した組成物のTgをより高い温度へより強くシフトさせたことを示している。図2において、このことは、類似の比較例Ricon 603のTgを表す下側の線からの、本発明の組成物についての上方へ向かうより大きなシフトにより実証されている。Ricon 603は、末端シラン基を含むが、その主鎖は本発明に従うものではない。
実施例4:タイヤ性能
硬化した組成物を動的機械分析(DMA)及び反発弾性試験によって試験した。これら2つの試験は、下記表3に示された特定のタイヤ特性に関連する。具体的には、0℃、25℃及び60℃で10Hz及び0.1%変形率で実施されたDMAは、それぞれ相対的に期待されるウェット密着性、ドライトラクション、及び転がり抵抗の指標を提供することができる。さらに、DMAを使用して、ピークtan δ温度(すなわちTg)を測定した。試験結果を表3に示す。
硬化した組成物を動的機械分析(DMA)及び反発弾性試験によって試験した。これら2つの試験は、下記表3に示された特定のタイヤ特性に関連する。具体的には、0℃、25℃及び60℃で10Hz及び0.1%変形率で実施されたDMAは、それぞれ相対的に期待されるウェット密着性、ドライトラクション、及び転がり抵抗の指標を提供することができる。さらに、DMAを使用して、ピークtan δ温度(すなわちTg)を測定した。試験結果を表3に示す。
表3に示された実施例4の結果に基づき、本発明によるシラン末端コポリマー構造は、最良のタイヤ特性をもたらした。末端シラン基(SB-Fn2)を有するランダムコポリマーは、末端シラン基を有するブロックコポリマー(SS-Fn2)よりも若干良好なタイヤ特性バランスをもたらし、本発明のシラン末端コポリマー(SN-Fn2及びSBS-Fn2)は両方とも、表3に示された非シラン末端コポリマー(SB-Fn0)又はシラン末端ホモポリマー(Ricon603)又は非シラン末端ホモポリマー(Ricon150)よりも良好な特性バランスをもたらした。
本発明及び比較の硬化した試料について、材料の微細構造内の分子内変形によって誘発された変化の効果を求めるために、ペイン効果試験も実施した。図4はショアA硬度62まで硬化した試料についてのこれらの結果を示している。
シラン官能性末端を有するコポリマーの場合の、より高い温度へのtan δシフトと、硬化したタイヤトレッドコンパウンド内の分子内相互作用との組み合わせは、25℃及び0℃での高いtan δ、及び60℃での低いtan δによって特徴付けられるこの固有ヒステリシスをもたらす。注目すべきことに、これらの結果は、通常250℃でのtan δの増大が、60℃での低いtan δをもたらすと予想される場合に観察されるものではない。理論に縛られるわけではないが、この挙動は、低い温度における硬化したゴム内部の分子相互作用の効果であると言える。このような分子相互作用は、図3に示されたペイン効果分析によって実証されるように、より高い温度では存在しない。非官能化スチレンブタジエンコポリマー及びブタジエンホモポリマーを含む両ゴムは同様のG’弾性率を有する。非シラン材料を含む材料の弾性率は、0℃では、シラン化材料を含む材料よりも低い。このことは、シラン末端コポリマーがシリカ上にグラフトされていない場合には、分子間相互作用が生じないことを実証しているであろう。理論に縛られるわけではないが、非シラン材料がエラストマー相中に存在するのに対し、シラン化材料はシリカに結合されているおそれがある。60℃では、すべての相互作用は解消し、すべての材料に対して同様のG’弾性率をもたらす。
やはり理論に縛られるわけではないが、高い温度へのtan δシフトと、ブタジエンとスチレンとのシラン末端コポリマーを含むタイヤトレッドコンパウンド内の分子内相互作用との組み合わせは、25℃及び0℃での高いtan δ、及び60℃での低いtan δによって特徴付けられるこの固有ヒステリシスをもたらすことができる。これらの結果は、通常観察されるものではない。この挙動は、低温での硬化したゴム組成物内の分子相互作用の結果であると言え、このような分子相互作用は、図3に示されたペイン効果分析によって実証されるように、より高い温度では存在しない。
結論:他のシラン末端コポリマーと比較して、SB-Fn2及びSBS-Fn2(すなわちスチレンとブタジエンとの、シラン末端ランダムコポリマー及びシラン末端ブロックコポリマー)は、硬化したシリカ充填タイヤ組成物に対して独特な効果を有し、この独特の効果は、Tgが高い温度へ強くシフトするものの、組成物は望ましい程度に比較的低いTgを保つことを特徴とする。さらに、SB-Fn2又はSBS-Fn2は、分子内相互作用を提供することができ、この作用は25℃で存在するが、60℃では存在しない。スチレンとブタジエンとのランダム又はブロックコポリマーに基づくこれらの末端シラン修飾ポリマーにおけるこれら2つの効果の組み合わせは、シリカタイヤトレッド組成物に強い影響を与え、図4に示すようなウェット密着性、ドライトラクション、及び転がり抵抗のための高い性能をもたらす。この結果は比較例には見られない。
Claims (25)
- 以下を含む硬化性ゴム組成物:
高分子量ジエンエラストマーと、
シリカ組成物と、
任意選択のカーボンブラック組成物と、
共役ジエン及びビニル芳香族化合物を含む複数のモノマーを重合単位として含む、前記高分子量ジエンエラストマーとは異なるシラン末端コポリマーであって、少なくとも1つのシラン基で修飾された少なくとも1つの末端を有する、シラン末端コポリマー。 - 前記シラン末端コポリマーがランダムコポリマーである、請求項1に記載の硬化性ゴム組成物。
- 前記シラン末端コポリマーの数平均分子量が1000g/mol~40,000g/molである、請求項1に記載の硬化性ゴム組成物。
- 前記シラン末端コポリマーが少なくとも5wt%の前記ビニル芳香族化合物モノマーを含む、請求項1に記載の硬化性ゴム組成物。
- 前記ビニル芳香族化合物モノマーがスチレンを含む、請求項1に記載の硬化性ゴム組成物。
- 前記共役ジエンがブタジエンを含む、請求項1に記載の硬化性ゴム組成物。
- 前記シラン末端コポリマーのビニル含有率が50質量%以上である、請求項1に記載の硬化性ゴム組成物。
- 前記シラン末端ポリマーのシラン基が、次式:
-Si(OR)3
(式中、各Rは、独立に、C1-C6アルキル基もしくはアリール基、又はHである。)
によって表される、請求項1に記載の硬化性ゴム組成物。 - 前記シラン末端ポリマーのシラン基が、次式:
-Si(OR)3
(式中、各Rはエチル基である。)
によって表される、請求項1に記載の硬化性ゴム組成物。 - 前記シラン末端コポリマーが2以下のシラン官能価を有する、請求項1に記載の硬化性ゴム組成物。
- 前記シラン末端コポリマーが0.8~2のシラン官能価を有する、請求項1に記載の硬化性ゴム組成物。
- 前記高分子量ジエンエラストマーが75,000g/mol超の数平均分子量を有する、請求項1に記載の硬化性ゴム組成物。
- 硬化したゴム組成物を含むタイヤであって、前記硬化したゴム組成物が、
高分子量ジエンエラストマーと、
シリカ組成物と、
任意選択のカーボンブラック組成物と、
共役ジエン及びビニル芳香族化合物を含む複数のモノマーを重合単位として含む、前記高分子量ジエンエラストマーとは異なるシラン末端コポリマーであって、少なくとも1つのシラン基で修飾された少なくとも1つの末端を有するシラン末端コポリマーと、
から構成される、タイヤ。 - 前記シラン末端コポリマーがランダムコポリマーである、請求項13に記載のタイヤ。
- 前記シラン末端コポリマーの数平均分子量が1000g/mol~40,000g/molである、請求項13に記載のタイヤ。
- 前記シラン末端コポリマーが2以下のシラン官能価を有する、請求項13に記載のタイヤ。
- 前記シラン末端コポリマーが0.8~2のシラン官能価を有する、請求項13に記載のタイヤ。
- 前記シラン末端コポリマーが少なくとも5wt%の前記ビニル芳香族化合物モノマーを含む、請求項13に記載のタイヤ。
- 前記ビニル芳香族化合物モノマーがスチレンを含む、請求項13に記載のタイヤ。
- 前記共役ジエンがブタジエンを含む、請求項13に記載のタイヤ。
- 前記シラン末端コポリマーのビニル含有率が50質量%以上である、請求項13に記載のタイヤ。
- 前記シラン末端ポリマーのシラン基が、次式:
-Si(OR)3
(式中、各Rは、独立に、C1-C6アルキル基もしくはアリール基、又はHである。)
によって表される、請求項13に記載のタイヤ。 - 前記シラン末端ポリマーのシラン基が、次式:
-Si(OR)3
(式中、各Rはエチル基である。)
によって表される、請求項13に記載のタイヤ。 - 前記硬化性ゴム組成物が、少なくとも1種の硫黄加硫剤を使用して硬化された、請求項13に記載のタイヤ。
- タイヤにおいて使用するように適合されたゴム組成物を製造する方法であって、前記方法は、
シリカ組成物と、高分子量ジエンエラストマーと、任意選択のカーボンブラック組成物と、前記高分子量ジエンエラストマーとは異なるシラン末端コポリマーであって、重合単位として、共役ジエン及びビニル芳香族化合物を含む複数のモノマーを含むシラン末端コポリマーとを混合することによって組成物を形成すること、ここで、前記シラン末端コポリマーは、少なくとも1つのシラン基で修飾された少なくとも1つの末端を有する;及び、
前記組成物を硬化させること、
を含む、方法。
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