JP3289978B2 - フエニルアミン含有エラストマー類および減少したヒステリシスを示す製品 - Google Patents

フエニルアミン含有エラストマー類および減少したヒステリシスを示す製品

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【技術分野】この主題の発明は、ジエンポリマーおよび
コポリマーエラストマー類のアニオン重合に関するもの
である。より詳細には、本発明は、フェニルアミン開始
剤化合物を用いたアニオン重合に関する。
【0002】本発明に従って製造したジエンポリマー類
およびコポリマー類は減少したヒステリシス特徴を有す
る。これらのポリマー類から製造したタイヤ、パワーベ
ルトなどの如き製品は、上昇した反発弾性、減少した転
がり抵抗、および機械応力運転中の低い熱蓄積を示す。
【0003】
【発明の背景】この技術分野では、減少したヒステリシ
スを示すエラストマーコンパンドを製造することが望ま
れている。このようなエラストマー類は、コンパンド化
してタイヤ、パワーベルトなどの如き製品を製造する場
合、反発弾性の上昇、および減少した転がり抵抗を示す
と共に、機械応力がかけられたとき低い熱蓄積を示す。
減少したヒステリシスを示す製品を製造する以前の試み
には、選択反応性を示す促進剤の存在下で充填材−ゴム
混合物を高温混合することによりコンパンド化用材料の
補強を促進すること;コンパンド化用材料の表面酸化;
テトラメチルジアミノベンゾフェノン(Michlerのケト
ン)、錫カップリング剤などを用いたポリマー末端の化
学修飾、およびそれの表面グラフト化、が含まれてい
た。これらのアプローチの全ては、このエラストマーと
該コンパンド化用材料との間の相互作用を上昇させるこ
とに焦点を当てたものであった。
【0004】ゴムコンパンド中の補強用充填材として用
いられているカーボンブラックは、これを用いて種々の
物性を改良するためには、ゴム全体に渡ってこれを充分
に分散させるべきである、こともまた認識されている。
この認識の1つの例は、公開されたヨーロッパ特許出願
EP 0 316 255 A2の中に与えられており、これは、金属
で停止させたポリジエンと、キャッピング剤、例えばハ
ロゲン置換ニトリル、複素環式芳香族窒素含有化合物ま
たは安息香酸アルキルとを反応させることによってポリ
ジエン類を末端キャッピングする方法を開示している。
更に、この出願は、官能化開始剤、例えばリチウムアミ
ド類を用いることにより、このポリジエン鎖の両末端を
極性基でキャッピングすることが可能である、ことも開
示している。
【0005】本発明は、アニオン重合用の新規な開始剤
を提供するものであり、これらは、ポリマー鎖の中に組
み込まれて官能基を与え、これが、コンパンド化中のエ
ラストマー組成物全体に渡るカーボンブラックの分散性
を大きく改良する。以下に記述するように、これらの開
始剤は、フェニルアミン基含有化合物である。
【0006】有機リチウム重合開始剤も本分野で公知で
ある。本登録譲受人が所有している米国特許番号3,439,
049には、炭化水素媒体中のハロフェノールから製造し
た有機リチウム開始剤が開示されている。
【0007】米国特許番号4,015,061は、ジエンモノマ
ー類を重合させ、そして酸加水分解したときモノ−もし
くはジ−第一アリールアミン末端を有するジエンポリマ
ー類を生じさせる、アミノ官能開始剤を意図したもので
ある。
【0008】米国特許番号4,914,147には、減少したヒ
ステリシス特徴を示すゴム組成物における、ジアルキル
アミノ置換芳香族ビニル化合物、例えばN,N’−ジメ
チルアミノベンゾフェノンおよびp−ジメチルアミノス
チレンを含む末端改質剤が開示されている。米国特許番
号4,894,409では、アミノ基含有モノマー、例えば2−
N,N−ジメチルアミノスチレンを重合させることで、
アミノ基含有ジエンを基としたポリマーが製造されてい
る。
【0009】以下に明らかになるように、本発明では重
合開始剤としてp−ジメチルアミノフェニル−リチウム
を用いる。この化合物は染料ベースの合成における試薬
として知られている。この化合物およびそれの合成方法
は、G. Hallas他著の出版物である「p−ジメチルアミ
ノフェニル−リチウムの改良合成法」(An improvedsyn
thesis of p-dimethylaminophenyl-lithium)、620頁、
Chemistry and Industry (1969)の中に記述されてい
る。
【0010】従って、前記技術は、クエンチング(quen
ching)に先立つ、反対側の末端にリチウム原子を有す
るポリマー鎖の中に、フェニルアミノ官能基を組み込む
目的で有機リチウム重合開始剤を用いるものではない。
【0011】
【発明の要約】従って、本発明の目的は、ポリマー鎖内
の官能活性基の組み込みを促進するアニオン重合開始剤
を提供することにある。
【0012】本発明の別の目的は、アニオン重合開始剤
の製造方法を提供することにある。本発明の別の目的
は、活性末端基を有する官能化ポリマー類を提供するこ
とにある。
【0013】本発明の別の目的は、活性末端基を有する
官能化ポリマーの製造方法を提供することにある。
【0014】本発明の更に別の目的は、官能化ポリマー
の製造方法を提供することにある。本発明の更に別の目
的は、加硫性エラストマーコンパンドのヒステリシスを
減少させる方法を提供することにある。
【0015】本発明の別の目的は、減少したヒステリシ
スを示す加硫性エラストマーコンパンドを提供すること
にある。
【0016】本発明の更に別の目的は、減少した転がり
抵抗を示す改良された空気入りタイヤを提供することに
ある。
【0017】以下に示す明細から明らかになるであろ
う、現存技術に対する本発明の利点と共に前記目的の少
なくとも1個以上は、以下に記述しそして請求する本発
明によって達成される。
【0018】一般に、本発明は、クエンチングする前の
鎖の1つの末端に官能基を有しておりそしてこの鎖のも
う1つの末端にリチウム原子を有しているポリマー鎖、
を含んでいる官能化ポリマーを提供するものである。こ
の官能基は、
【0019】
【化8】
【0020】〔ここで、R1およびR2は、同一もしくは
異なり、1から約12個の炭素原子を有するアルキル
類、3から約14個の炭素原子を有するシクロアルキル
類、および6から約20個の炭素原子を有するアリール
類、から成る群から選択される〕から成る群から選択さ
れる。
【0021】本発明に従い、少なくとも1種のアニオン
重合可能なモノマーを重合させることによって得られる
種類のものであり、そしてそれが有するヒステリシス特
性に関して改良されている、官能化ポリマーもまた提供
する。この改良は、
【0022】
【化9】
【0023】〔ここで、R1およびR2は、同一もしくは
異なり、1から約12個の炭素原子を有するアルキル
類、3から約14個の炭素原子を有するシクロアルキル
類、および6から約20個の炭素原子を有するアリール
類、から成る群から選択される〕から成る群から選択さ
れる重合開始剤の存在下で少なくとも1種のモノマーを
重合させることを含む。
【0024】本発明に従う官能化ポリマーの製造方法
は、溶媒中の1種以上のアニオン重合可能モノマー類の
溶液を生じさせ、そして開始剤化合物の存在下で該モノ
マー類を重合させる、段階を含む。この開始剤化合物
は、
【0025】
【化10】
【0026】〔ここで、R1およびR2は、同一もしくは
異なり、1から約12個の炭素原子を有するアルキル
類、3から約14個の炭素原子を有するシクロアルキル
類、および6から約20個の炭素原子を有するアリール
類、から成る群から選択される〕から成る群から選択さ
れる。
【0027】また本発明に従い、減少したヒステリシス
特性を示す加硫性エラストマーコンパンドは、多数の鎖
を有するエラストマーポリマーを含んでいる。本質的に
各々の鎖は、クエンチングする前のこの鎖の開始剤末端
に官能基を有しておりそしてこの鎖のもう1つの末端に
リチウム原子を有している。この官能基は、
【0028】
【化11】
【0029】〔ここで、R1およびR2は、同一もしくは
異なり、1から約12個の炭素原子を有するアルキル
類、3から約14個の炭素原子を有するシクロアルキル
類、および6から約20個の炭素原子を有するアリール
類、から成る群から選択される〕から成る群から選択さ
れる。この加硫性エラストマーコンパンドはまた、この
エラストマーポリマー100重量部当たり約5から約8
0重量部のカーボンブラックを含んでいる。
【0030】更に本発明に従い、加硫性エラストマー組
成物が入っているトレッドストック(treadstock)から
得られる減少した転がり抵抗を示す改良されたタイヤ
は、多数の鎖を有するエラストマーポリマーを含んでい
る。本質的に各々の鎖は、クエンチングする前のこの鎖
の開始剤末端に官能基を有しておりそしてこの鎖のもう
1つの末端にリチウム原子を有している。この官能基
は、
【0031】
【化12】
【0032】〔ここで、R1およびR2は、同一もしくは
異なり、1から約12個の炭素原子を有するアルキル
類、3から約14個の炭素原子を有するシクロアルキル
類、および6から約20個の炭素原子を有するアリール
類、から成る群から選択される〕から成る群から選択さ
れる。この加硫性エラストマーコンパンドはまた、この
エラストマーポリマー100重量部当たり約5から約8
0重量部のカーボンブラックを含んでいる。
【0033】本発明に従うアニオン重合開始剤の製造方
法は、有機リチウム化合物と、
【0034】
【化13】
【0035】〔ここで、R1およびR2は、同一もしくは
異なり、1から約12個の炭素原子を有するアルキル
類、3から約14個の炭素原子を有するシクロアルキル
類、および6から約20個の炭素原子を有するアリール
類、から成る群から選択され、そしてXはハロゲンであ
る〕から成る群から選択されるフェニルアミン化合物と
を反応させ、ここで、Xがリチウム原子で置換される、
段階を含む。
【0036】最後に、
【0037】
【化14】
【0038】〔ここで、R1およびR2は、同一もしくは
異なり、1から約12個の炭素原子を有するアルキル
類、3から約14個の炭素原子を有するシクロアルキル
類、および6から約20個の炭素原子を有するアリール
類、から成る群から選択される〕から成る群から選択さ
れる開始剤の存在下で1種以上のアニオン重合可能モノ
マー類を重合させ;この重合をクエンチングして、エラ
ストマーを生じさせ;そしてこのエラストマー100部
当たり約5から80重量部のカーボンブラックを加える
ことで、この加硫性エラストマー組成物のブレンド物を
生じさせる;段階を含む、加硫性エラストマーコンパン
ドのヒステリシスを減少させる方法。
【0039】
【発明を実施するための好適な方法】以下に示す説明か
ら明らかになるように、本発明は、ジエンホモポリマー
およびコポリマーエラストマー類をアニオン重合するた
めの新規な開始剤を提供するものである。これらの開始
剤を用いて製造したポリマー類は、官能末端基を含んで
おり、そして上記官能末端ポリマー類を基とする加硫性
エラストマーコンパンドおよびそれらの製品は、有益な
特性、特に減少したヒステリシスを示す、ことをここに
見い出した。タイヤ、パワーベルトなどの如き製品を製
造する目的でコンパンド化したとき、これらのポリマー
製品は、上昇した反発弾性、減少した転がり抵抗、およ
びかけられた機械応力期間中の低い熱蓄積を示す。
【0040】本発明に従う開始剤はフェニルアミン含有
化合物である。より詳細には、本発明に従う開始剤は、
下記の一般式
【0041】
【化15】
【0042】〔式中、R1およびR2は、同一もしくは異
なり、そして例えば、1から約12個の炭素原子を有す
るアルキル類、3から約14個の炭素原子を有するシク
ロアルキル類、および6から約20個の炭素原子を有す
るアリール類であってもよい〕の1つまたはその他を有
する。本発明に従う1つの好適な開始剤は4−ジメチル
アミノフェニルリチウムである。
【0043】本発明に従う開始剤は、好適には、有機リ
チウム化合物とフェニルアミン化合物との反応生成物で
ある。1つの好適な種類の有機リチウム化合物は、一般
式RLi〔式中、Rは、約1から約20個の炭素原子を
有する、アルキル類、シクロアルキル類、アルケニル
類、アルキニル類、アリール類およびアラルキル類、並
びに約25単位以下のビニルアリールモノマー類および
ジオレフィンから得られる短鎖長の低分子量ポリマー
類、から成る群から選択される〕を有する。典型的なア
ルキル類には、n−ブチル、s−ブチル、メチル、エチ
ル、イソプロピルなどが含まれる。該シクロアルキル類
には、シクロヘキシル、メンチルなどが含まれる。該ア
ルケニル類には、アリル、ビニルなどが含まれる。該ア
リールおよびアラルキル基には、フェニル、ベンジル、
オリゴ(スチリル)などが含まれる。例となる短鎖長ポ
リマー類には、オリゴ(ブタジエニル)類、オリゴ(イ
ソプレニル)類、オリゴ(スチリル)類などが含まれ
る。
【0044】該有機リチウム化合物と、フェニルアミン
化合物、例えば下記の一般的構造
【0045】
【化16】
【0046】〔ここで、R1およびR2は上で定義したの
と同じであり、そしてXはハロゲン、好適には臭素であ
る〕を有する化合物の1つとを反応させる。1つの好適
なフェニルアミン化合物は4−ブロモジメチルアニリン
である。
【0047】本発明に従う開始剤は、無水の非プロトン
溶媒、例えばトルエンまたはヘキサン中の該フェニルア
ミン化合物の溶液を製造することで開始して製造され得
る。次に、この溶液に、同じか或は同様な溶媒中の有機
リチウム化合物(RLi)を加える。両者を周囲温度
(25から30℃)で約1から24時間反応させた後、
濾過またはデカンテーションで、沈澱したリチウムフェ
ニルアミン化合物を除去する。次に、この沈澱物をテト
ラヒドロフラン(THF)に溶解させる。これらの2つ
の反応体の量は、有機リチウム化合物1ミリモルに対し
て約0.9から約1.1ミリモルのフェニルアミン化合
物から成る範囲であり、等モル部が好適である。種々の
反応温度および時間も有効でありそしてこれらは本発明
の範囲内に入ることは、本分野の技術者に理解されるで
あろう。更に、他の極性非プロトン溶媒、例えば第三級
アミン類およびエーテル類を添加して、可溶触媒を得る
ことも可能である。適当な撹拌を用いて、この微粉末に
した沈澱物を、次の使用の目的で、炭化水素中に分散さ
せることもできる。
【0048】このようにして製造した開始剤を用いて、
アニオン重合エラストマーのいずれか、例えばポリブタ
ジエン、ポリイソプレンなど、およびそれらとモノビニ
ル芳香族、例えばスチレン、アルファメチルスチレンな
ど、またはミルセンの如きトリエン類とのコポリマー類
を製造する。従って、これらのエラストマー類には、ジ
エンホモポリマー類A、およびそれらとモノビニル芳香
族ポリマー類とのコポリマー類Bが含まれる。例となる
ジエンホモポリマー類は、4から約12個の炭素原子を
有するジオレフィンモノマー類から製造されたホモポリ
マー類である。例となるビニル芳香族ポリマー類は、8
から約20個の炭素原子を有するモノマー類から製造さ
れたポリマー類である。好適なエラストマー類には、ジ
エンホモポリマー類、例えばポリブタジエンおよびポリ
イソプレン、並びにコポリマー類、例えばスチレンブタ
ジエンゴム(SBR)が含まれる。コポリマー類は、約
99から20重量%のジエン単位と約1から約80重量
%のモノビニル芳香族もしくはトリエン単位(全体で1
00%)を含んでいてもよい。本発明のポリマー類およ
びコポリマー類は、約10から約80%の範囲の1,2
−ミクロ構造含有量を有していてもよく、好適なポリマ
ー類およびコポリマー類は、このジエン含有量を基準に
して約25から65%の1,2−ミクロ構造含有量を有
している。
【0049】これらのコポリマー類は、好適には、本分
野で知られているように、該AおよびBポリマー類を生
じるモノマー類の同時共重合から得られるランダムコポ
リマー類である。ブロックコポリマー類であるポリ(b
−B−b−A−b−B)は、本分野で知られているよう
に、該AおよびBポリマー類を生じるモノマー類を用い
た別々の重合から得られる。ポリ(b−スチレン−b−
ブタジエン−b−スチレン)を含む上記ブロックコポリ
マー類は熱可塑性エラストマー類である。
【0050】本発明の開始剤は、前記モノマー類から
「リビングポリマー類」を生じさせ、そしてこれをクエ
ンチングする前の一般式は、
【0051】
【化17】R4−ポリマー−Li 〔式中、このポリマーは、前記ジエンホモポリマー類、
モノビニル芳香族ホモポリマー類、ジエン/モノビニル
芳香族ランダムコポリマー類およびブロックコポリマー
類のいずれかであり、そしてR4は、該開始剤から誘導
される官能基である〕である。例えば、R4は、下記
【0052】
【化18】
【0053】〔ここで、R1およびR2は上で定義したの
と同じである〕の1つであってもよい。このリチウム
は、この反応をクエンチングするまで、重合を継続する
につれて成長する鎖を下方に移動させ続ける。
【0054】通常、アニオン重合に適した通常の溶媒、
例えばヘキサン、シクロヘキサン、ベンゼンなどの中で
重合を行う。重合するための他の技術、例えば半バッチ
式および連続式重合も使用できる。共重合中のランダム
化を促進させると共にビニル含有量を上昇させる目的
で、該重合材料に極性調整剤を任意に添加してもよい。
量はリチウム1当量当たり0から90当量もしくはそれ
以上の範囲である。この量は、用いる極性調整剤の種
類、所望ビニル量、用いるスチレンのレベル、および重
合温度、並びに選択した開始剤に依存している。
【0055】極性調整剤として有効な化合物は有機化合
物であり、それらには、テトラヒドロフラン、線状もし
くは環状のオリゴマー状オキソラニルアルカン類、例え
ば2−2’−ジ(テトラヒドロフリル)プロパン、ジ−
ピペリジルエタン、ヘキサメチルホスホルアミド、N−
N’−ジメチルピペラジン、ジアザビシクロオクタン、
ジメチルエーテル、ジエチルエーテル、トリブチルアミ
ンなどが含まれる。これらの線状および環状のオリゴマ
ー状オキソラニルアルカン極性調整剤は、本登録譲受人
が所有する米国特許番号4,429,091(この主題事項はこ
こでは参照にいれられる)に記述されている。極性調整
剤として有効な他の化合物には、酸素もしくは窒素ヘテ
ロ原子および非結合対の電子を有するものが含まれる。
その例には、モノおよびオリゴアルキレングリコール類
のジアルキルエーテル類;「クラウン」エーテル類;第
三級アミン類、例えばテトラメチルエチレンジアミン
(TMEDA)が含まれる。
【0056】適切な反応容器にモノマー(類)と溶媒の
ブレンド物を仕込んだ後、前に記述した極性調整剤と開
始剤溶液を加えることによって、重合を開始させる。無
水の嫌気条件下でこの操作を行う。これらの反応体を約
30から120℃の温度に加熱し、そして約0.15か
ら24時間撹拌する。重合が完結した後、この生成物の
加熱を止め、そして1種以上の方法で停止させる。
【0057】例えば、プロトン性クエンチング剤を用い
て、単官能ポリマー鎖を得ることができる。クエンチン
グは、水、蒸気またはアルコール、例えばイソプロパノ
ール中か、或は他の適切な方法のいずれかで行われても
よい。クエンチングはまた、官能停止剤を用いて行うこ
とも可能であり、これによって、二官能ポリマーが得ら
れる。末端官能(即ち「エンドキャッピング」)を与え
る化合物、例えば四塩化錫、R5 (3)SnCl、R5 (2)
nCl2、R5SnCl3、カルボジイミド類、N−環状
アミド類、N,N’二置換環状尿素類、環状アミド類、
環状尿素類、イソシアネート類、シッフ塩基、4,4’
−ビス(ジエチルアミノ)ベンゾフェノンなどを用いる
こともできる。この有機部分R5は、約1から約12個
の炭素原子を有するアルキル類、約3から約20個の炭
素原子を有するシクロアルキル類、約6から約20個の
炭素原子を有するアリール類、および約7から約20個
の炭素原子を有するアラルキル類、から成る群から選択
される。典型的なアルキル類には、n−ブチル、s−ブ
チル、メチル、エチル、イソプロピルなどが含まれる。
該シクロアルキル類には、シクロヘキシル、メンチルな
どが含まれる。該アリールおよびアラルキル基には、フ
ェニル、ベンジルなどが含まれる。好適なエンドキャッ
ピング剤は、四塩化錫、トリブチル錫クロライド、ジブ
チル錫ジクロライドおよびN,N’−ジメチルエチレン
尿素から成る群から選択される。該停止剤を該反応槽に
加えた後、この槽を約1から約1000分間撹拌する。
停止剤の更に一層の例には、共出願中の連続番号07/50
6,305および米国特許番号5,066,729(この主題事項はこ
こでは参照にいれられる)の中に記述されている停止剤
が含まれる。本発明の実施はこれらの停止剤のみに限定
されるものではない、と理解すべきである、と言うの
は、このポリマーに結合した炭素−リチウム部分と反応
する他の化合物も所望の官能基を与える目的で選択され
得るからである。
【0058】クエンチングは通常、このポリマーとクエ
ンチング剤とを約30から120℃の温度で約0.05
から約2時間撹拌することで完全な反応を確実にする、
ことによって行われる。上に考察した如き官能基で停止
させたポリマー類を、次に、上に記述した如きアルコー
ルもしくは他のクエンチング剤でクエンチングする。最
後に、この溶媒を該ポリマーから、ドラム乾燥、押出し
乾燥、真空乾燥などで除去するが、これと、水、アルコ
ールまたは蒸気を用いた凝固とを組み合わせてもよい。
水または蒸気を使用した凝固を用いる場合、オーブン乾
燥が望ましい。
【0059】本発明のポリマー類は、この鎖の末端に任
意の官能を含んでいることに加えて、このポリマー鎖の
頭部に官能基を含んでいる。これらの官能基は、コンパ
ンド化用材料、例えばシリカまたはカーボンブラックに
対して親和性を示す。このようなコンパンド化によっ
て、減少したヒステリシスを示す製品が得られるが、こ
のことは、上昇した反発弾性、および減少した転がり抵
抗を示すと共に、機械応力を受けた時の熱蓄積が低い製
品が得られることを意味している。タイヤ、パワーベル
トなどを含む製品が考えられる。減少した転がり抵抗
は、勿論、ラジアル並びにバイヤスプライ(bias ply)
型両方の空気入りタイヤにとって有益な特性であり、従
って本発明の加硫性エラストマー組成物は、上記タイヤ
のためのトレッドストックの製造で利用され得る。
【0060】本発明のポリマー類を、このトレッドスト
ックコンパンド中のゴムとして100部用いるか、或は
天然ゴム、合成ゴムおよびそれらのブレンド物を含む、
通常に用いられているトレッドストックゴムのいずれか
とブレンドしてもよい。本発明のポリマー類を通常のゴ
ムとブレンドする場合、この量は幅広く変化し得るが、
低限は全ゴムの約10から20重量%から成る。この最
小量は主に、望まれている減少したヒステリシスの度合
に依存している、と理解すべきである。
【0061】これらのポリマー類と全ての型のカーボン
ブラックとを、ゴム100部当たり5から80重量部
(phr)の範囲の量でコンパンド化してもよく、約3
5から60phrが好適である。これらのカーボンブラ
ックには、通常に入手可能な市販のカーボンブラックの
いずれもが含まれるが、少なくとも20m2/g、より
好適には少なくとも35m2/gから200m2/gまた
はそれ以上の表面積(EMSA)を有するものが好適で
ある。本出願中で用いる表面積値は、臭化セチルトリメ
チル−アンモニウム(CTAB)技術を用いたASTM
試験D−1765で測定した値である。有益なカーボン
ブラックの中には、ファーネスブラック、チャネルブラ
ックおよびランプブラックがある。より詳細には、これ
らのカーボンブラックの例には、超摩耗ファーネス(S
AF)ブラック、高摩耗ファーネス(HAF)ブラッ
ク、高速押出しファーネス(FEF)ブラック、微細フ
ァーネス(FF)ブラック、中超摩耗ファーネス(IS
AF)ブラック、半補強用ファーネス(SRF)ブラッ
ク、中加工用チャネルブラック、硬質加工用チャネルブ
ラックおよび導電性チャネルブラックが含まれる。用い
られ得る他のカーボンブラックにはアセチレンブラック
が含まれる。上記ブラックの2種以上の混合物が、本発
明のカーボンブラック製品を製造する目的で用いられ得
る。利用できるカーボンブラックの表面積に関する典型
的な値を下記の表Iに要約する。
【0062】
【表1】 表I カーボンブラック ASTM表示 表面積(m2/g) (D-1765-82a) (D-3765) N−110 126 N−220 111 N−339 95 N−330 83 N−550 42 N−660 35 本発明のゴムコンパウンドの製造で用いられるカーボン
ブラックは、ペレット化した形態か、或はペレット化し
ていない凝集塊であってもよい。好適には、より均一に
混合するためには、ペレット化していないカーボンブラ
ックが好ましい。
【0063】約0.1から10phrの公知加硫剤を用
いた通常の様式で、これらの補強ゴムコンパンドの硬化
を行うことができる。適切な加硫剤の一般的開示に関し
ては、Kirk-Othmer著「化学技術の百科事典」(Encyclo
pedia of chemical Technology)第3版、 Wiley Inters
cience、 N.Y. 1982、 20巻、 365-468頁、特に390-402頁
の「加硫剤および補助材料」を参照することができる。
加硫剤は単独か或は組み合わせて用いることができる。
【0064】本発明の加硫性エラストマー組成物は、標
準的ゴム混合装置と操作を用い、この官能化ポリマー類
とカーボンブラック、および例えばシリカの如き充填
材、可塑剤、抗酸化剤、硬化剤などを含む他の通常のゴ
ム添加剤と一緒にコンパンド化もしくは混合することに
よって製造され得る。このようなエラストマー組成物
は、通常のゴム加硫化条件で加硫化させたとき、減少し
たヒステリシス特性を示し、特に減少した転がり抵抗を
示すタイヤのためのトレッド用ゴムとして用いるに適合
している。
【0065】
【実施例】一般的実験 本発明に従って調製したエラストマー類の製造および特
性を示す目的で、4−ブロモジメチルアニリンとn−ブ
チルリチウムとを反応させて4−ジメチルアミノフェニ
ルリチウムを生じさせることにより、フェニルアミン開
始剤を製造した。この開始剤を用いて、ブタジエンポリ
マー並びにブタジエン/スチレンポリマーの重合を行
い、この一部をトリブチル錫クロライドで停止させた。
比較の目的で、開始剤としてn−ブチルリチウムを用
い、対照のポリブタジエンポリマーを製造した。上に示
したように、本発明の範囲から逸脱することなく、これ
らの開始剤を用い、重合の実施に関する技術で知られて
いる種々の技術を利用することができる。
【0066】開始剤の製造 適切なボトルの中に、乾燥トルエン52ミリリットル
(mL)中5.6グラム(0.028モル)の4−ブロ
モジメチルアニリン、およびヘキサンに溶解した18.
2立方センチメートル(cc)(0.028モル)のn
−ブチルリチウムを仕込んだ。放置すると白色沈澱物が
生じ、これを残りの液体から分離した。乾燥THFを加
えて全体容積を50mLにした。
【0067】実施例番号1 約100グラムのブタジエンを300グラムのヘキサン
に溶解した。この溶液に、上に記述した如く製造し開始
剤の約4ccを加えた。重合を約50℃で約3時間継続
した後、約1ccのエタノールを添加することによっ
て、この反応を停止させた。乾燥後、約98グラムのポ
リマーが得られた。分析の結果、このポリブタジエンポ
リマー(ポリマー1)の分子量は73,300であり、
Mw/Mn=1.21であり、そして窒素パーセントは
0.006であることが分かった。GPC走査は強い紫
外吸収を示しており、これは、実質的に全てのポリマー
鎖上にジメチルアミノフェニル基が存在していることを
示している。
【0068】実施例番号2、3 適切な容器に、ヘキサン中33%のスチレンを1991
グラム、ヘキサン中24.5%のブタジエンを6917
グラム、ヘキサンを1370グラム、そして上に記述し
たようにして製造したTHF中0.5Mの開始剤溶液を
52cc仕込んだ。重合を約50℃で約3時間継続した
後、4876グラムの溶液を取り出し、DBPCが入っ
ているイソプロピルアルコールで停止させ、そしてドラ
ム乾燥することにより、ポリマー2が得られた。このバ
ッチの残り半分に、3.69Mのトリブチル錫クロライ
ドを2.80cc加えることにより、これをエンドキャ
ップした(endcapped)。完全な反応を確実にする目的
で1時間撹拌し、そしてこのポリマーとDBPC含有イ
ソプロピルアルコールとを混合した後、ドラム乾燥する
ことによりポリマー3が得られた。これらのポリマーを
分析した結果、分子量は164,000であり、Mw/
Mn=1.50であり、そしてスチレンパーセントは2
8.2であることが分かった。このポリブタジエン成分
は、IRにより、23.6%のシス、43.0%のトラ
ンス、33.5%のビニルを含んでいた。NMRは、2
9.7%のスチレンを示しており、これは7.1%のブ
ロックであるが、一方該ポリブタジエンは34.6%の
ビニルを含んでいた。窒素含有量は0.006%であっ
た。
【0069】実施例番号4 適切な容器に、ヘキサン中33%のスチレンを2295
グラム、24.5%のブタジエンを7983グラム、そ
してヘキサン中1.5Mのn−ブチルリチウムを16.
8cc仕込むことで、SBR対照を製造した。重合を5
0℃で約3時間進行させた後、約1ccのイソプロピル
アルコールでこの反応を停止させた。この得られるSB
Rコンパンド(ポリマー4)の分子量は154,000
であり、Mw/Mn=1.57であり、そしてスチレン
パーセントは28.2であることが分かった。このポリ
ブタジエン部分は、27.6%のシス、47.3%のト
ランス、および25.1%のビニルを含んでいた。
【0070】コンパンド化試験 上に記述した如く製造したポリマー番号2、3および4
を用いて、3種の個々のコンパンドを製造した。各々の
ポリマー100部に、50部のN−339カーボンブラ
ック、3部の酸化亜鉛、1部の抗酸化剤、1.8部の硫
黄、2部のステアリン酸、および1部のSantocure NSを
加えた。これらの化合物の各々を148℃で約35分間
硬化させた後、反発弾性、ショアA硬度、環引き裂き
(ring tear)、およびタンジェントデルタを試験し
た。ポリマー2および3が有するタンジェントデルタの
変化もまた、対照ポリマー4との比較で測定した。本技
術で知られているように、このタンジェントデルタ数が
低ければ低い程、このコンパンドが有するヒステリシス
特性の減少が大きくなる。これらの3種のコンパンドに
関する試験データを以下の表IIに報告する。
【0071】 表II 物性 コンパンドが含有しているポリマーの番号 2 3 4 張力(ポンド/平方インチ) 2943 2948 3428 伸び(%) 330 307 346 反発弾性 24℃ 45.4 47.2 48.2 65℃ 64.2 67.2 55.6 ショアA 71 71 84 環引き裂き 23℃ 309 277 326 (ポンド/インチ) 71℃ 121 111 168 Tan δ 24℃ .1570 .1369 .1829 65℃ .1059 .08978 .1689 ΔTan δ 24℃ -14.2% -25.2% --- 65℃ -37.3% -46.8% --- 本発明の開始剤を用いて製造したポリマー2および3を
含んでいるコンパンドは、ヒステリシスに関して好まし
い改良を示す、ことは容易に知ることができるであろ
う。
【0072】結論として、前記実施例および明細書の開
示から、本発明の開始剤は、ジエンモノマー類をアニオ
ン重合して、ホモポリマー類、並びにモノビニル芳香族
モノマー類もしくはトリエン類と一緒に、コポリマー類
を生じさせるに有効である、ことは明らかである。この
得られるエラストマーポリマー類は、開始部位に官能基
を有しており、そして末端の「リビング」端にリチウム
原子を有している。クエンチングした後でも、このポリ
マーは、その開始部位に官能基を保持しており、これ
が、カーボンブラックとの一様で均一な混合を促進す
る。その結果として、これらのポリマーを含んでいる加
硫性エラストマーコンパンドは、改良されたヒステリシ
スを示し、これが、タイヤにおける低い転がり抵抗と改
良された燃料経済性を与える。更に、このリチウム末端
を有するポリマー類を、末端官能基、従って二官能ポリ
マー鎖を与える化合物でクエンチングすることも可能で
ある。本発明は、開示した特定の反応体、開始剤および
有機リチウム化合物に限定されるものではなく、また特
別な改質剤または溶媒のいずれかに限定されるものでは
ない、と理解すべきである。同様に、これらの実施例
は、単にこの主題発明の実施を説明する目的で示したも
のであり、本発明の制限を構成するものではない。本分
野の技術者は、上に行った開示に従って、他のモノマー
類および工程条件を容易に選択することができるであろ
う。
【0073】従って、開示しそして記述した本発明の範
囲から逸脱しないで、ここに開示した変法のいずれをも
容易に決定しそして調節することが可能である、と考え
られる。更に、本発明の範囲は、添付請求の範囲の範囲
内に入る全ての修飾および変化を包含するものとする。
【0074】本発明の特徴および態様は以下のとうりで
ある。
【0075】1. クエンチングする前の鎖の1つの末
端に
【0076】
【化19】
【0077】〔ここで、R1およびR2は、同一もしくは
異なり、1から約12個の炭素原子を有するアルキル
類、3から約14個の炭素原子を有するシクロアルキル
類、および6から約20個の炭素原子を有するアリール
類、から成る群から選択される〕から成る群から選択さ
れる官能基を有しておりそしてこの鎖のもう1つの末端
にリチウム原子を有しているポリマー鎖、を含んでいる
官能化ポリマー。
【0078】2. R1およびR2がメチル基である第1
項記載の官能化ポリマー。
【0079】3. 約4から約12個の炭素原子を有す
るジオレフィン類、約8から20個の炭素原子を有する
モノビニル芳香族モノマー類、およびトリエン類、から
成る群から選択されるモノマー類から上記ポリマー鎖を
生じさせる第1項記載の官能化ポリマー。
【0080】4. 上記モノマー類がブタジエンとスチ
レンである第3項記載の官能化ポリマー。
【0081】5. 少なくとも1種のアニオン重合可能
なモノマーを重合させることによって得られる種類のも
のであり、そしてそれが有するヒステリシス特性に関し
て改良されており、そしてこの改良が、
【0082】
【化20】
【0083】〔ここで、R1およびR2は、同一もしくは
異なり、1から約12個の炭素原子を有するアルキル
類、3から約14個の炭素原子を有するシクロアルキル
類、および6から約20個の炭素原子を有するアリール
類、から成る群から選択される〕から成る群から選択さ
れる重合開始剤の存在下で少なくとも1種のモノマーを
重合させることを含む、官能化ポリマー。
【0084】6. 該改良が更に、四塩化錫、トリブチ
ル錫クロライド、ジブチル錫ジクロライドおよびN,
N’−ジメチルエチレン尿素から成る群から選択される
停止剤で該重合を停止させることを含む第5項記載の官
能化ポリマー。
【0085】7. R1およびR2がメチル基である第5
項記載の官能化ポリマー。
【0086】8. 上記重合可能モノマー類が、約4か
ら約12個の炭素原子を有するジオレフィン類、8から
約20個の炭素原子を有するモノビニル芳香族モノマー
類、およびトリエン類、から成る群から選択される第5
項記載の官能化ポリマー。
【0087】9. 上記モノマー類がブタジエンとスチ
レンである第8項記載の官能化ポリマー。
【0088】10. 溶媒中の1種以上のアニオン重合
可能モノマー類の溶液を生じさせ、そして
【0089】
【化21】
【0090】〔ここで、R1およびR2は、同一もしくは
異なり、1から約12個の炭素原子を有するアルキル
類、3から約14個の炭素原子を有するシクロアルキル
類、および6から約20個の炭素原子を有するアリール
類、から成る群から選択される〕から成る群から選択さ
れる開始剤化合物の存在下で上記モノマー類を重合させ
る、段階を含む、官能化ポリマーの製造方法。
【0091】11. 四塩化錫、トリブチル錫クロライ
ド、ジブチル錫ジクロライドおよびN,N’−ジメチル
エチレン尿素から成る群から選択される停止剤で該重合
を停止させる段階を更に含む第10項記載の官能化ポリ
マーの製造方法。
【0092】12. R1およびR2がメチル基である第
10項記載の官能化ポリマーの製造方法。
【0093】13. 上記アニオン重合可能モノマー類
が、約4から約12個の炭素原子を有するジオレフィン
類、8から約20個の炭素原子を有するモノビニル芳香
族モノマー類、およびトリエン類、から成る群から選択
される第10項記載の官能化ポリマーの製造方法。
【0094】14. 上記モノマー類がブタジエンとス
チレンである第13項記載の官能化ポリマーの製造方
法。
【0095】15. 本質的に各々の鎖が、クエンチン
グする前のこの鎖の開始剤末端に
【0096】
【化22】
【0097】〔ここで、R1およびR2は、同一もしくは
異なり、1から約12個の炭素原子を有するアルキル
類、3から約14個の炭素原子を有するシクロアルキル
類、および6から約20個の炭素原子を有するアリール
類、から成る群から選択される〕から成る群から選択さ
れる官能基を有しておりそしてこの鎖のもう1つの末端
にリチウム原子を有している、多数の鎖を有するエラス
トマーポリマー;および上記エラストマーポリマー10
0重量部当たり約5から約80重量部のカーボンブラッ
ク;を含んでいる、減少したヒステリシス特性を示す加
硫性エラストマーコンパンド。
【0098】16. R1およびR2がメチル基である第
15項記載の加硫性エラストマーコンパンド。
【0099】17. 上記アニオン重合可能モノマー類
が、約4から約12個の炭素原子を有するジオレフィン
類、8から約20個の炭素原子を有するモノビニル芳香
族モノマー類、およびトリエン類、から成る群から選択
される第15項記載の加硫性エラストマーコンパンド。
【0100】18. 上記モノマー類がブタジエンとス
チレンである第17項記載の加硫性エラストマーコンパ
ンド。
【0101】19. 本質的に各々の鎖が、クエンチン
グする前のこの鎖の開始剤末端に
【0102】
【化23】
【0103】〔ここで、R1およびR2は、同一もしくは
異なり、1から約12個の炭素原子を有するアルキル
類、3から約14個の炭素原子を有するシクロアルキル
類、および6から約20個の炭素原子を有するアリール
類、から成る群から選択される〕から成る群から選択さ
れる官能基を有しておりそしてこの鎖のもう1つの末端
にリチウム原子を有している、多数の鎖を有するエラス
トマーポリマー;および上記エラストマーポリマー10
0重量部当たり約5から約80重量部のカーボンブラッ
ク;を含んでいる加硫性エラストマー組成物が入ってい
るトレッドストックから得られる、減少した転がり抵抗
を示すタイヤ。
【0104】20. R1およびR2がメチル基である第
19項記載の加硫性エラストマーコンパンド。
【0105】21. 上記エラストマーポリマーが、約
4から約12個の炭素原子を有するジオレフィン類、8
から約20個の炭素原子を有するモノビニル芳香族モノ
マー類、およびトリエン類、から成る群から選択される
モノマー類から製造されている第19項記載の加硫性エ
ラストマーコンパンド。
【0106】22. 上記モノマー類がブタジエンとス
チレンである第21項記載の加硫性エラストマーコンパ
ンド。
【0107】23. 有機リチウム化合物と、
【0108】
【化24】
【0109】〔ここで、R1およびR2は、同一もしくは
異なり、1から約12個の炭素原子を有するアルキル
類、3から約14個の炭素原子を有するシクロアルキル
類、および6から約20個の炭素原子を有するアリール
類、から成る群から選択され、そしてXはハロゲンであ
る〕から成る群から選択されるフェニルアミン化合物と
を反応させ、ここで、Xがリチウム原子で置換される、
段階を含む、アニオン重合開始剤の製造方法。
【0110】24. 上記有機リチウム化合物が、一般
式RLi〔式中、Rは、約1から約20個の炭素原子を
有する、アルキル類、シクロアルキル類、アルケニル
類、アルキニル類、アリール類およびアラルキル類、並
びに約25単位以下のビニルアリールモノマー類および
ジオレフィンから得られる短鎖長の低分子量ポリマー
類、から成る群から選択される〕を有する第23項記載
のアニオン重合開始剤の製造方法。
【0111】25. 上記有機リチウム化合物がn−ブ
チルリチウムである第24項記載のアニオン重合開始剤
の製造方法。
【0112】26. R1およびR2がメチル基である第
23項記載のアニオン重合開始剤の製造方法。
【0113】27. Xが臭素である第23項記載のア
ニオン重合開始剤の製造方法。
【0114】28. 上記反応段階が、無水非プロトン
溶媒中、上記有機リチウム化合物1モル当たり約0.9
から約1.1モルの上記フェニルアミン化合物を含んで
いる溶液を生じさせる段階を含む、第23項記載のアニ
オン重合開始剤の製造方法。
【0115】29. 上記溶媒から沈澱した開始剤を単
離する追加的段階を含む、第28項記載のアニオン重合
開始剤の製造方法。
【0116】30. 上記沈澱物を無水極性非プロトン
溶媒に溶解させる追加的段階を含む、第29項記載のア
ニオン重合開始剤の製造方法。
【0117】31. 上記無水極性非プロトン溶媒が、
テトラヒドロフラン、第三級アミン類およびエーテル
類、から成る群から選択される、第30項記載のアニオ
ン重合開始剤の製造方法。
【0118】32.
【0119】
【化25】
【0120】〔ここで、R1およびR2は、同一もしくは
異なり、1から約12個の炭素原子を有するアルキル
類、3から約14個の炭素原子を有するシクロアルキル
類、および6から約20個の炭素原子を有するアリール
類、から成る群から選択される〕から成る群から選択さ
れる開始剤の存在下で1種以上のアニオン重合可能モノ
マー類を重合させ、上記重合をクエンチングして、エラ
ストマーを生じさせ、そして上記エラストマー100部
当たり約5から80重量部のカーボンブラックを加える
ことで、加硫性エラストマー組成物のブレンド物を生じ
させる、段階を含む、加硫性エラストマーコンパンドの
ヒステリシスを減少させる方法。33. 上記クエンチ
ング段階が、四塩化錫、トリブチル錫クロライド、ジブ
チル錫ジクロライドおよびN,N’−ジメチルエチレン
尿素から成る群から選択される停止剤で該重合を停止さ
せることを含む、第32項記載の加硫性エラストマーコ
ンパンドのヒステリシスを減少させる方法。
【0121】34. R1およびR2がメチル基である、
第32項記載の加硫性エラストマーコンパンドのヒステ
リシスを減少させる方法。
【0122】35. 上記アニオン重合可能モノマー類
が、約4から約12個の炭素原子を有するジオレフィン
類、8から約20個の炭素原子を有するモノビニル芳香
族モノマー類、およびトリエン類、から成る群から選択
される、第32項記載の加硫性エラストマーコンパンド
のヒステリシスを減少させる方法。
【0123】36. 上記モノマー類がブタジエンとス
チレンである、第36項記載の加硫性エラストマーコン
パンドのヒステリシスを減少させる方法。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジヨン・エム・ドシヤク アメリカ合衆国オハイオ州44260モガド ア・サニーブルツクロード2428 (56)参考文献 特開 平5−306303(JP,A) 特開 平4−227606(JP,A) 特開 昭64−22940(JP,A) 特開 昭64−70541(JP,A) 特開 昭62−109801(JP,A) 米国特許4015061(US,A) 米国特許3326881(US,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C08F 4/00 - 4/82 EPAT,WPI/L(QUESTEL)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 【化7】 [ここで、R1およびR2は、同一もしくは異なり、1か
    ら12個の炭素原子を有するアルキル類、3から14個
    の炭素原子を有するシクロアルキル類、および6から2
    0個の炭素原子を有するアリール類、から成る群から選
    択される] から成る群から選択される開始剤の存在下で1種以上の
    共役ジエンモノマー単独、もしくは共役ジエンモノマー
    とモノビニル芳香族モノマーとの混合物を重合させ、 上記重合をクエンチングして、エラストマーを生成さ
    せ、そして上記エラストマー100部当たり5から80
    重量部のカーボンブラックを加えることで、加硫性エラ
    ストマー組成物のブレンド物を生成させる、 段階を含む、加硫性エラストマーコンパンドのヒステリ
    シスを減少させる方法。
  2. 【請求項2】上記共役ジエンモノマーがブタジエンであ
    り、モノビニル芳香族モノマーがスチレンである請求項
    に記載の加硫性エラストマーコンパンドのヒステリシ
    スを減少させる方法。
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