JP4903986B2 - 無機物含有エラストマー組成物のためのカップリング剤としてのブロックされたメルカプトシラン加水分解物 - Google Patents

無機物含有エラストマー組成物のためのカップリング剤としてのブロックされたメルカプトシラン加水分解物 Download PDF

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Description

本発明は、シロキサン結合を含む潜在的メルカプトシランカップリング剤の、エラストマー組成物における組成、調製及び使用に関する。これらのカップリング剤は、それらの使用が揮発性有機化合物(VOC)放出の減少を伴うという点で、先行技術を越えた改良を示す。
本分野において公知の潜在的メルカプトシランカップリング剤は、カップリング剤がゴム組成物中で使用される充填材と化学反応するとき、揮発性副産物に変化する加水分解可能な基を含む。
ゴム中の硫黄含有カップリング剤の使用における大多数の技術は、以下の化学結合タイプ:S−H(メルカプト)、S−S(ジスルフィド又はポリスルフィド))又はC=S(チオカルボニル)、の1個以上を含有するシランを含む。メルカプトシランは、かなり少なくした添加量で優れたカップリングを提供してきた。しかし、それらの高い有機ポリマーとの化学反応性は、処理中に容認不可能なほど高い粘度と早期硬化(スコーチ)に導く。それらの好ましくない状態は、その臭気によってさらに悪くなる。その結果、他の、もっと反応性の低いカップリング剤が見つけだされてきた。したがって、カップリング反応とそれに関連する最終性状、加工性及び必要な添加濃度(これらは、メルカプトシランに関して要求されるよりも実質的により高いカップリング剤添加量を使用する必要性へと、そしてしばしば最適でない加工条件に対処する必要性へと導くし、これらのいずれもがより高いコストへと導く)との間に妥協が見つけられねばならない。
CH3C(=O)S(CH21-3Si(OR)3及びHOC(=O)CH2CH2C(=O)S(CH23Si(OC253のようなアシルチオアルキルシランは、ヴォロンコヴ、M.G.らの報文(Inst.Org.Khim.(ロシア、イルクーツク))、及び米国特許第3922436号明細書にそれぞれ開示されている。
米国特許第3957718号明細書は、シリカ、フェノール樹脂又はアミノ樹脂、ならびにキサントゲン酸エステル、チオキサントゲン酸エステル及びジチオカルバミン酸エステルのようなシランを含む組成物を開示している。しかし、それは、これらのシランの、潜在的メルカプトシランカップリング剤としての使用を開示又は示唆していないし、またそれは、潜在的メルカプトシランの出所としてそれらを使用することの利点を示唆又は開示していない。
米国特許第4184998号明細書及び第4519430号明細書は、メルカプトシランをイソシアネートでブロックして、固体を形成させることを開示している。この固体は、タイヤ組成物に添加され、そのメルカプタンは、加熱中に反応してタイヤに入る。これは、熱的機構であるので、加工中のいずれの時でも起こりうる。このシランの目的は、タイヤの処理を改善することではなく、メルカプトシランの硫黄臭を防止することである。さらに、使用されたイソシアネートは、シランを作るために使用されるとき、及びゴム処理の間に放出されるとき、毒性問題を抱えている。
オーストラリア特許出願公開第10082/97号明細書は、
1 n3-nSi−(Alk)m(Ar)p−S(C=O)−R
で表される構造のシランの、ゴムにおける使用を開示している、
ここで、R1はフェニル又はアルキル、Xはハロゲン、アルコキシル、シクロアルコキシ、アシロキシ又はOHであり、Alkはアルキルであり、Arはアリールであり、Rはアルキル、アルケニル又はアリールであり、nは0〜2であり、そして、m及びpは、各々0又は1であるが、両方がゼロではない。しかし、この特許は、上記の式の構造体の組成物が機能化されたシロキサンと共に使用されなければならないと規定している。加えて、この特許は、潜在的メルカプトシランカップリング剤としての式(1P)の化合物の使用を開示すること又は示唆することをしないし、また、潜在的メルカプトシランの出所としてそれらを使用することの利点をもたらすどんな方法においても、これらの化合物の使用を開示することも示唆することもしていない。
特開昭63−270751号公報は、タイヤトレッド組成物における一般的な式CH2=C(CH3)C(=O)S(CH21-6Si(OCH33で表される化合物の使用を開示している、しかし、チオエステルのカルボニル基に対するα、β不飽和が、コンパウンディングの間に、又は保管中に重合するという望ましくない可能性を持っているので、これらの化合物は望ましくない。
ここで記述するような不利な点を示すことなくメルカプトシランの利点を示す有効な潜在的カップリング剤に対する必要性は残ったままである。
米国特許第3922436号明細書 米国特許第3957718号明細書 米国特許第4184998号明細書 米国特許第4519430号明細書 オーストラリア特許出願公開第10082/97号明細書 特開昭63−270751号公報
潜在的メルカプトシランの加水分解可能な基の一部の、シロキサン結合への転換は、エラストマーにおけるカップリング剤の使用に先だって、ここに記載した発明の、対応するメルカプトシロキサンカップリング剤へのそれらの転換を通して、対応する揮発性副産物の一部を放出する。潜在的メルカプトシロキサンカップリング剤は、潜在的メルカプトシランの機能を保持しているが、それは低いVOC放出の随伴及び減少した添加濃度要件を伴う。
チオエステル基付のアルコキシシロキサンがカップリング剤の出所としてエラストマー組成物に導入される。潜在的チオエステル基は、混合工程の間に二重の機能を果たす。第一に、それは、早期硬化を防ぐために、混合工程の間カップリング剤を不活性に保ち、第二に、それは、ポリマーマトリックス中の充填材の分散を促進するために充填材に対して疎水化剤として働く。それはまた、混合工程後の充填材再凝集を最小にするように働く(ペイン効果)。混合工程に引き続いて、潜在的チオエステル基は、硬化剤とともに添加された適切なデブロッキング剤によって除去される。これは、活性メルカプト誘導体を生みだし、ついで、それは硬化工程の間にポリマーと化学的に結合し、それによって、ポリマーの充填材へのカップリングを完了させる。
本発明は、潜在的メルカプトシランカップリング剤に対してシロキサン誘導体の使用(それによってエラストマーのコンパウンディング工程中のVOC放出が減少する)に関する。本発明はまた、エラストマー組成物に対して必要とされるカップリング剤の量を減少させる方法を示す。
より具体的には、本発明は、その化学構造が式1で表される1種以上の成分から成るブロックされたメルカプトシラン縮合物に関する:
式1:(W1)(W2)(W3)(W4)(W5)(W6)
式中、m、y、u、v及びwは、別々に、0〜10,000の整数である、
lは、1〜10,000の整数である、
W1は、加水分解可能なブロックされたメルカプトシランから、1以上の加水分解可能な基を、式2又は式3のいずれかで表されるシロキサン酸素(−O−)基の一末端で置換することによって誘導される、加水分解可能なブロックされたメルカプトシランフラグメントである:
式2:{[(ROC(=O)−)(G−)Y−S−]G(−SiX
式3:{(XSi−)G]{Y(−S−G−SiX
W2は、加水分解可能なメルカプトシランから、1以上の加水分解可能な基を、式4で表されるシロキサン酸素(−O−)基の一末端で置換することによって誘導される、加水分解可能なメルカプトシランフラグメントである:
式4:{[(ROC(=O)−)(G−)Y−S−]r−dG(−SH)(−SiX
W3は、ポリサルファイドシランから、1以上の加水分解可能な基を、式5で表されるシロキサン酸素(−O−)基の一末端で置換することによって誘導される、加水分解可能なポリスルフィドシランフラグメントである:
式5:XSi−G−S−G−SiX
W4は、加水分解可能なアルキルシランから、1以上の加水分解可能な基を、式6で表されるシロキサン酸素(−O−)基の一末端で置換することによって誘導される、加水分解可能なアルキルシランフラグメントである:
式6:YSi−R
W5は、加水分解可能なビスシリルアルカンから、1以上の加水分解可能な基を、式7で表されるシロキサン酸素(−O−)基の一末端で置換することによって誘導される、加水分解可能なビスシリルアルカンフラグメントである:
式7:ZSi−J−SiZ
W6は、加水分解可能なトリスシリルアルカンから、1以上の加水分解可能な基を、式8又は式9のいずれかで表されるシロキサン酸素(−O−)基の一末端で置換することによって誘導される、加水分解可能なトリスシリルアルカンフラグメントである:
式8:(ZSi−CHCH−)
式9:(ZSi−CHCHCH−)
ここで、以前の式2から9において、
Yは多原子価化学種(Q)A(=E)である、
Aは、炭素、硫黄、リン及びスルホニルからなる群から選択される、
Eは、酸素、硫黄及びNRからなる群から選択される、
各Gは、別々に、アルキル、アルケニル、アリール又はアラルキル成分の置換によって誘導される一価及び多価成分からなる群から選択される(ここでGは1〜18個の炭素原子から成る、ただし、Gは、該シランが、チオカルボニル基の隣に炭素−炭素二重結合を含むα、β−不飽和カルボニルを含むようなものでなく、Gが一価であるならば、すなわちpが0であるならば、Gは水素でありうる)、
各々の場合に、不飽和ヘテロ原子Eに結合した原子Aは、硫黄と結合し、それは、順に、グループGを介してケイ素原子に結合している、
Qは、酸素、硫黄及び(−NR−)からなる群から選択される、
各Rは、別々に、水素、直鎖状、環状又は分枝状のアルキル(不飽和を含むこともあり、含まないこともある)、アルケニル基、アリール基、ならびにアラルキル基(ここで各Rは、Rが水素である場合を除いて、1〜18個の炭素原子から成る)から成る群から選択される、
各Xは、別々に、−Cl,−Br、RO−、RC(=O)O−、RC=NO−、RNO−、RN−、−R、−(OSiR(OSiR)及び(−O−)0.5(式中、各Rは上記の通りであり1以上のXは−Rではなく、かつ1以上のXは(−O−) 0.5 である)から成る群から、選択される、
、R及び 、別々に、アリール基、及び、いずれかの分枝鎖又は直鎖状、のアルキル、アルケニル、アレーニル(arenyl)あるいはアラルキル基を含む1〜20個の炭素原子を持つ炭化水素から1個の水素原子の除去によって得られる炭化水素フラグメントから成る群から選択される、
各J、及びG は、別々に、アリーレン基、分枝鎖又は直鎖状、のアルキレン、アルケニレン、アレーニレンあるいはアラルキレン基を含む、1〜20個の炭素原子を持つ炭化水素から2個の水素原子の除去によって得られる炭化水素フラグメントから成る群から選択される、
各Xは、別々に、−Cl、−Br、−OH、−OR、RC(=O)O−、−O−N=CR 及び(−O−)0.5から成る群から選択される加水分解可能な成分である、
各X及びXは、別々に、水素、Rに対して上に記載した成員及びXに対して上に記載した成員から成る群から選択される、
、X及びXのうち1以上は、(−O−)0.5である、
は、−Cl、−Br、−OH、−OR、RC(=O)O−、−O−N=CR 及び(−O−)0.5から成る加水分解可能な群から選択された成分である、
及びYは、別々に、水素、Rに対して上に記載した成員及びYに対して上に記載した成員から成る群から選択される、
、Y及びYのうち1以上は(−O−)0.5である。
1は、−Cl、−Br、−OH、−OR3、R3C(=O)O−、−O−N=CR3 2及び(−O−)0.5から成る加水分解可能な群から選択される、
2及びZ3は、別々に、水素、R3に対して上に記載した成員及びZ1に対して上に記載した成員から成る群から選択される、
式7中のZ1、Z2及びZ3のうち1以上は、(−O−)0.5である、
式8中のC69は、シクロヘキサン分子から3個の水素原子を除去することによって得られるシクロヘキサンフラグメントを示す、
式9中のN333は、N、N’、N”−トリ置換シアヌレートを示す、
aは0〜7である、
bは1〜3である、
cは1〜6である、
dは1〜rである、
jは0又は1であるが、pが1であるならば、しかもその場合のみ、jは0である、
kは1〜2である、
pは0〜5である、
qは0〜6である、
rは1〜3である、
sは1〜3である、
tは0〜5である、
xは2〜20である、
zは0〜2である、
ただし:
(a)Aが炭素、硫黄又はスルホニルの場合、
(i)a+bは2であり、
(ii)kは1である、
(b)Aがリンの場合、(i)と(ii)、
(i)cが1より大きく、
(ii)bが1である、
両方の場合を除いて、a+bは3である(この場合、aはc+1である)、
そして
(c)Aがリンの場合、kは2である。
もう一つの側面では、本発明は、1種以上の有機ポリマーから成る組成物、1種以上の無機充填材及び、その化学構造体が式1で表される1種以上の成分から成る1以上のブロックされたメルカプトシラン縮合物から成る組成物を目的とする:
式1:(W1)(W2)(W3)(W4)(W5)(W6)
式中、m、y、u、v及びwは、別々に、0〜10,000の整数である、
lは、1〜10,000の整数である、
W1は、加水分解可能なブロックされたメルカプトシランから、1以上の加水分解可能な基を、式2又は式3のいずれかで表されるシロキサン酸素(−O−)基の一末端で置換することによって誘導される、加水分解可能なブロックされたメルカプトシランフラグメントである:
式2:{[(ROC(=O)−)(G−)Y−S−]G(−SiX
式3:{(XSi−)G]{Y(−S−G−SiX
W2は、加水分解可能なメルカプトシランから、1以上の加水分解可能な基を、式4で表されるシロキサン酸素(−O−)基の一末端で置換することによって誘導される、加水分解可能なメルカプトシランフラグメントである:
式4:{[(ROC(=O)−)(G−)Y−S−]r−dG(−SH)(−SiX
W3は、ポリサルファイドシランから、1以上の加水分解可能な基を、式5で表されるシロキサン酸素(−O−)基の一末端で置換することによって誘導される、加水分解可能なポリスルフィドシランフラグメントである:
式5:XSi−G−S−G−SiX
W4は、加水分解可能なアルキルシランから、1以上の加水分解可能な基を、式6で表されるシロキサン酸素(−O−)基の一末端で置換することによって誘導される、加水分解可能なアルキルシランフラグメントである:
式6:YSi−R
W5は、加水分解可能なビスシリルアルカンから、1以上の加水分解可能な基を、式7で表されるシロキサン酸素(−O−)基の一末端で置換することによって誘導される、加水分解可能なビスシリルアルカンフラグメントである:
式7:ZSi−J−SiZ
W6は、加水分解可能なトリスシリルアルカンから、1以上の加水分解可能な基を、式8又は式9のいずれかで表されるシロキサン酸素(−O−)基の一末端で置換することによって誘導される、加水分解可能なトリスシリルアルカンフラグメントである:
式8:(ZSi−CHCH−)
式9:(ZSi−CHCHCH−)
ここで、以前の式2から9において、
Yは多原子価化学種(Q)A(=E)であり、
Aは、炭素、硫黄、リン及びスルホニルからなる群から選択される、
Eは、酸素、硫黄及びNRからなる群から選択される、
各Gは、別々に、アルキル、アルケニル、アリール又はアラルキル成分の置換によって誘導される一価及び多価成分からなる群から選択される(ここで、Gは1〜18個の炭素原子から成る、ただし、Gは、該シランが、チオカルボニル基の隣に炭素−炭素二重結合を含むα、β−不飽和カルボニルを含むようなものでなく、Gが一価であるならば、すなわちpが0であるならば、Gは水素でありうる)、
各々の場合に、不飽和ヘテロ原子Eに結合した原子Aは、硫黄と結合し、それは、順に、グループGを介してケイ素原子に結合している、
Qは、酸素、硫黄及び(−NR−)からなる群から選択される、
各Rは、別々に、水素、直鎖状、環状又は分枝状のアルキル(不飽和を含むこともあり、含まないこともある)、アルケニル基、アリール基、ならびにアラルキル基(ここで各Rは、Rが水素である場合を除いて、1〜18個の炭素原子から成る)から成る群から選択される、
各Xは、別々に、−Cl,−Br、RO−、RC(=O)O−、RC=NO−、RNO−、RN−、−R、−(OSiR(OSiR)及び(−O−)0.5(式中、各Rは上記の通りであり1以上のXは−Rではなく、かつ1以上のXは(−O−) 0.5 である)から成る群から、選択される、
、R及び 、別々に、アリール基、及び、いずれかの分枝鎖又は直鎖状、のアルキル、アルケニル、アレーニル(arenyl)あるいはアラルキル基を含む1〜20個の炭素原子を持つ炭化水素から1個の水素原子の除去によって得られる炭化水素フラグメントから成る群から選択される、
各J、及びG は、別々に、アリーレン基、分枝鎖又は直鎖状、のアルキレン、アルケニレン、アレーニレンあるいはアラルキレン基を含む、1〜20個の炭素原子を持つ炭化水素から2個の水素原子の除去によって得られる炭化水素フラグメントから成る群から選択される、
各Xは、別々に、−Cl、−Br、−OH、−OR、RC(=O)O−、−O−N=CR 及び(−O−)0.5から成る群から選択される加水分解可能な成分である、
各X及びXは、別々に、水素、Rに対して上に記載した成員及びXに対して上に記載した成員から成る群から選択される、
、X及びXのうち1以上は、(−O−)0.5である、
は、−Cl、−Br、−OH、−OR、RC(=O)O−、−O−N=CR 及び(−O−)0.5から成る加水分解可能な群から選択された成分である、
及びYは、別々に、水素、Rに対して上に記載した成員及びYに対して上に記載した成員から成る群から選択される、
、Y及びYのうち1以上は(−O−)0.5である、
は、−Cl、−Br、−OH、−OR、RC(=O)O−、−O−N=CR 及び(−O−)0.5から成る加水分解可能な群から選択される、
及びZは、別々に、水素、Rに対して上に記載した成員及びZに対して上に記載した成員から成る群から選択される、
式7中のZ、Z及びZのうち1以上は、(−O−)0.5である、
式8中のCは、シクロヘキサン分子から3個の水素原子を除去することによって得られるシクロヘキサンフラグメントを示す、
式9中のNは、N、N’、N”−トリ置換シアヌレートを示す、
aは0〜7である、
bは1〜3である、
cは1〜6である、
dは1〜rである、
jは0又は1であるが、pが1であるならば、しかもその場合のみ、jは0である、
kは1〜2である、
pは0〜5である、
qは0〜6である、
rは1〜3である、
sは1〜3である、
tは0〜5である、
xは2〜20である、
zは0〜2である、
ただし:
(a)Aが炭素、硫黄又はスルホニルの場合、
(i)a+bは2であり、
(ii)kは1である、
(b)Aがリンの場合、(i)と(ii)、
(i)cが1より大きく、
(ii)bが1である、
両方の場合を除いて、a+bは3である(この場合、aはc+1である)、
そして
(c)Aがリンの場合、kは2である。
さらにもう一つの側面では、本発明は、先のパラグラフで記載した組成物から成る製品を目的とする。
シラン構造体
ここに記載されたブロックされたメルカプトシラン縮合物は、その化学構造が式1で表されることができる1種以上の成分から成る。
式1:(W1)l(W2)m(W3)y(W4)u(W5)v(W6)w
式1中、m、y、u、v及びwは、別々に、0〜10,000の整数であり、lは、1〜10,000の整数である。好ましくは、l+m+y+u+v+wは、2以上に等しい。
W1、W2、W3、W4、W5、及びW6(「W基」)は、本明細書に記載のブロックされたメルカプトシラン縮合物のbuildingブロックを示す。
式1において:
W1は、加水分解可能なブロックされたメルカプトシランから、1以上の加水分解可能な基を、式2又は式3のいずれかで表されるシロキサン酸素(−O−)基の一末端で置換することによって誘導される、加水分解可能なブロックされたメルカプトシランフラグメントである:
式2:{[(ROC(=O)−)(G−)Y−S−]G(−SiX
式3:{(XSi−)G]{Y(−S−G−SiX
W2は、加水分解可能なメルカプトシランから、1以上の加水分解可能な基を、式4で表されるシロキサン酸素(−O−)基の一末端で置換することによって誘導される、加水分解可能なメルカプトシランフラグメントである:
式4:{[(ROC(=O)−)(G−)Y−S−]r−dG(−SH)(−SiX
W3は、ポリサルファイドシランから、1以上の加水分解可能な基を、式5で表されるシロキサン酸素(−O−)基の一末端で置換することによって誘導される、加水分解可能なポリスルフィドシランフラグメントである:
式5:XSi−G−S−G−SiX
W4は、加水分解可能なアルキルシランから、1以上の加水分解可能な基を、式6で表されるシロキサン酸素(−O−)基の一末端で置換することによって誘導される、加水分解可能なアルキルシランフラグメントである:
式6:YSi−R
W5は、加水分解可能なビスシリルアルカンから、1以上の加水分解可能な基を、式7で表されるシロキサン酸素(−O−)基の一末端で置換することによって誘導される、加水分解可能なビスシリルアルカンフラグメントである:
式7:ZSi−J−SiZ
W6は、加水分解可能なトリスシリルアルカンから、1以上の加水分解可能な基を、式8又は式9のいずれかで表されるシロキサン酸素(−O−)基の一末端で置換することによって誘導される、加水分解可能なトリスシリルアルカンフラグメントである:
式8:(ZSi−CHCH−)
式9:(ZSi−CHCHCH−)
ここで、先の式2から9までにおいて:
Yは、多原子価化学種(Q)A(=E)であり、好ましくは以下の化合物から成る群から選択される:−C(=NR)−、−SC(=NR)−、−SC(=O)−、(−NR)C(=O)−、(−NR)C(=S)−、−OC(=O)−、−OC(=S)−、−C(=O)−、−SC(=S)−、−C(=S)−、−S(=O)−、−S(=O)−、−OS(=O)−、(−NR)S(=O)−、−SS(=O)−、−OS(=O)−、(−NR)S(=O)−、−SS(=O)−、(−S)P(=O)−、−(−S)P(=O)−、−P(=O)(−)、(−S)P(=S)−、−(−S)P(=S)−、−P(=S)(−)、(−NR)P(=O)−、(−NR)(−S)P(=O)−、(−O)(−NR)P(=O)−、(−O)(−S)P(=O)−、(−O)P(=O)−、−(−O)P(=O)−、−(−NR)P(=O)−、(−NR)P(=S)−、(−NR)(−S)P(=S)−、(−O)(−NR)P(=S)−、(−O)(−S)P(=S)−、(−O)P(=S)−、−(−O)P(=S)−、及び−(−NR)P(=S)−、
Aは、炭素、硫黄、リン及びスルホニルからなる群から選択される、
Eは、酸素、硫黄及びNRからなる群から選択される、
各Gは、別々に、アルキル、アルケニル、アリール又はアラルキル成分の置換によって誘導される一価及び多価成分からなる群から選択される(ここでGは1〜18個の炭素原子から成る、ただし、Gは、該シランが、チオカルボニル基の隣に炭素−炭素二重結合を含むα、β−不飽和カルボニルを含むようなものでなく、Gが一価であるならば、すなわちpが0であるならば、Gは水素でありうる)、
各々の場合に、不飽和ヘテロ原子Eに結合した原子Aは、硫黄と結合し、それは、順に、グループGを介してケイ素原子に結合している、
Qは、酸素、硫黄及び(−NR−)からなる群から選択される、
各Rは、別々に、水素、直鎖状、環状又は分枝状のアルキル(不飽和を含むこともあり、含まないこともある)、アルケニル基、アリール基、ならびにアラルキル基(ここで各Rは、Rが水素である場合を除いて、1〜18個の炭素原子から成る)から成る群から選択される、
各Xは、別々に、−Cl,−Br、RO−、RC(=O)O−、RC=NO−、RNO−、RN−、−R、−(OSiR(OSiR)及び(−O−)0.5(式中、各Rは上記の通りであり1以上のXは−Rではなく、かつ1以上のXは(−O−) 0.5 である)から成る群から、選択される、
、R及び 、別々に、アリール基、及び、いずれかの分枝鎖又は直鎖状、のアルキル、アルケニル、アレーニル(arenyl)あるいはアラルキル基を含む1〜20個の炭素原子を持つ炭化水素から1個の水素原子の除去によって得られる炭化水素フラグメントから成る群から選択される、
各J、及びG は、別々に、アリーレン基、分枝鎖又は直鎖状、のアルキレン、アルケニレン、アレーニレンあるいはアラルキレン基を含む、1〜20個の炭素原子を持つ炭化水素から2個の水素原子の除去によって得られる炭化水素フラグメントから成る群から選択される、
各Xは、別々に、−Cl、−Br、−OH、−OR、RC(=O)O−、−O−N=CR 及び(−O−)0.5から成る群から選択される加水分解可能な成分である、
各X及びXは、別々に、水素、Rに対して上に記載した成員及びXに対して上に記載した成員から成る群から選択される、
、X及びXのうち1以上は、(−O−)0.5である、
は、−Cl、−Br、−OH、−OR、RC(=O)O−、−O−N=CR 及び(−O−)0.5から成る加水分解可能な群から選択された成分である、
及びYは、別々に、水素、Rに対して上に記載した成員及びYに対して上に記載した成員から成る群から選択される、
そして、Y、Y及びYのうち1以上は(−O−)0.5である。
1は、−Cl、−Br、−OH、−OR3、R3C(=O)O−、−O−N=CR3 2及び(−O−)0.5から成る加水分解可能な群から選択される、
2及びZ3は、別々に、水素、R3に対して上に記載した成員及びZ1に対して上に記載した成員から成る群から選択される、
式7中、Z1、Z2及びZ3のうち1以上は、(−O−)0.5である、
式8中のC69は、シクロヘキサン分子から3個の水素原子を除去することによって得られるシクロヘキサンフラグメントを示す、
式9中のN333は、N、N’、N”−トリ置換シアヌレートを示す、
aは0〜7である、
bは1〜3である、
cは1〜6、好ましくは1〜4である、
dは1〜rである、
jは0又は1であるが、pが1であるならば、しかもその場合のみ、jは0である、
kは1〜2である、
pは0〜5である、
qは0〜6である、
rは1〜3である、
sは1〜3である、
tは0〜5である、
xは2〜20である、
zは0〜2である、
ただし:
(a)Aが炭素、硫黄又はスルホニルの場合、
(i)a+bは2であり、
(ii)kは1である、
(b)Aがリンの場合、(i)と(ii)、
(i)cが1より大きく、
(ii)bが1である、
両方の場合を除いて、a+bは3である(この場合、aはc+1である)、
そして
(c)Aがリンの場合、kは2である。
ここで使用されるとき、記号(−O−)0.5は、シロキサン結合の半分を指す。それは、ケイ素原子とともに使用され、酸素原子の半分、すなわち、特定のケイ素原子に結合した半分、を意味すると受け取られる。酸素原子の他の半分及びそのケイ素との結合は、記載されている分子構造全体のどこかほかのところに存在すると理解される。したがって、(−O−)0.5シロキサン基は、式1の6個のW成分をまとめて保持する「接着剤」として作用する。したがって、式1のl+m+y+u+v+w W成分の各々は、全構造の一部であるために、他のW基のケイ素と分け合った、1以上の(−O−)0.5基を持つ必要があるが、これらの成分の各々は、また更なる(−O−)0.5群を、存在する加水分解可能な基の全数まで、自由に持つことができる。さらに、更なる(−O−)0.5基は、各々、他と独立して、もう一つのW基と、又は内部で架橋している。内部の(−O−)0.5基は、単一のW基の中のケイ素原子を架橋するものであり、それは、W基が2個以上のケイ素原子を含むならば、単一のW基の内部で出現することができる。
本発明の加水分解可能なブロックされたメルカプトシランシランフラグメントに存在する官能基(−YS−)の代表的な例は、チオカルボキシル酸エステル−C(=O)−S−、ジチオカルボキシレート −C(=S)−S−、チオ炭酸エステル −O−C(=O)−S−、ジチオ炭酸エステル −S−C(=O)−S−及び−O−C(=S)−S−、トリチオ炭酸エステル −S−C(=S)−S−、チオカルバミン酸エステル (−N−)C(=O)−S−、ジチオカルバミン酸エステル (−N−)C(=S)−S−、チオスルホン酸エステル −S(=O)2−S−、チオ硫酸エステル −O−S(=O)2−S−、チオスルファミン酸エステル (−N−)S(=O)2−S−、チオスルフィン酸エステル −S(=O)−S−、チオ亜硫酸エステル −O−S(=O)−S−、チオスルフィミン酸エステル (−N−)S(=O)−S−、チオリン酸エステル (P(=O)(O−)2(S−)、ジチオリン酸エステル P(=O)(O−)(S−)2又はP(=S)(O−)2(S−)、トリチオリン酸エステル P(=O)(S−)3又はP(=S)(O−)(S−)2、テトラチオリン酸エステル P(=S)(S−)3、チオホスファミン酸エステル −P(=O)(−N−)(S−)、ジチオホスファミン酸エステル −P(=S)(−N−)(S−)、チオホスホルアミデートエステル (−N−)P(=O)(O−)(S−)、チオホスホルアミデートエステル (−N−)P(=O)(S−)2又は(−N−)P(=S)(O−)(S−)、及び、トリチオホスホルアミデートエステル (−N−)P(=S)(S−)2を含む
本発明の好ましい加水分解可能なブロックされたメルカプトシランシランフラグメントは、Y基が、−C(=NR)−、−SC(=NR)−、−SC(=O)−、−OC(=O)−、−S(=O)−、−S(=O)2−、−OS(=O)2−、−(NR)S(=O)2−、−SS(=O)−、−OS(=O)−、−(NR)S(=O)−、−SS(=O)2−、(−S)2P(=O)−、−(−S)P(=O)−、−P(=O)(−)2、(−S)2P(=S)−、−(−S)P(=S)−、−P(=S)(−)2、(−NR)2P(=O)−、(−NR)(−S)P(=O)−、(−O)(−NR)P(=O)−、(−O)(−S)P(=O)−、(−O)2P(=O)−、−(−O)P(=O)−、−(−NR)P(=O)−、(−NR)2P(=S)−、(−NR)(−S)P(=S)−、(−O)(−NR)P(=S)−、(−O)(−S)P(=S)−、(−O)2P(=S)−、−(−O)P(=S)−、及び−(−NR)P(=S)−である、それらである。特に、−OC(=O)−、−SC(=O)−、−S(=O)−、−OS(=O)−、−(−S)P(=O)−、及び−P(=O)(−)2が好ましい。
他の好ましい加水分解可能なブロックされたメルカプトシランシランフラグメントは、YがRC(=O)−(ここでRはカルボニルに結合した1級炭素をもち、C2〜C12アルキル、より好ましくはC6〜C8アルキル)である、フラグメントである。
他の好ましい構造体は、Gが二価炭化水素である、X3SiGSC(=O)GC(=O)SGSiX3という形のものである。
Gの例は、nが1〜12である−(CH2)n−、ジエチレンシクロヘキサン、1,2,4−トリエチレンシクロヘキサン及びジエチレンベンゼンを含む。分子内のG基内の炭素原子の総和が3〜18、より好ましくは6〜14であることが好ましい。ブロックされたメルカプトシランにおけるこの炭素量が、有機ポリマーへの無機充填材の分散を促進し、それによって、硬化した強化エラストマーの性状のバランスを良くする。
好ましいR基は、水素、C6〜C10アリール及びC1〜C6アルキルである。
Xの具体的な例は、メトキシ、エトキシ、プロポキシ、イソプロポキシ、イソブトキシ、アセトキシ及びオキシマトである。メトキシ、エトキシ及びアセトキシが好ましい。1以上のXは、反応性、すなわち加水分解可能でなければならないし、少なくともXの1個は、(−O−)0.5、すなわちシロキサン結合の一部でなければならない。
好ましい実施態様では、pは0〜2であり、XはRO−又はRC(=O)O−であり、Rは、水素、フェニル、イソプロピル、シクロヘキシル又はイソブチルであり、Gは置換フェニル又は置換した直鎖状、C2〜C12アルキルである。最も好ましい実施態様は、pがゼロ、Xがエトキシ、そしてGがC3〜C12アルキル誘導体であるものを含む。
本発明の加水分解可能なブロックされたメルカプトシランシランフラグメントの代表的な例は、その親シランがチオ酢酸2−トリエトキシシリル−1−エチル、チオ酢酸2−トリメトキシシリル−1−エチル、チオ酢酸2−(メチルジメトキシシリル)−1−エチル、チオ酢酸3−トリメトキシシリル−1−プロピル、チオ酢酸トリエトキシシリルメチル、チオ酢酸トリメトキシシリルメチル、チオ酢酸トリイソプロポキシシリルメチル、チオ酢酸メチルジエトキシシリルメチル、チオ酢酸メチルジメトキシシリルメチル、チオ酢酸メチルジイソプロポキシシリルメチル、チオ酢酸ジメチルエトキシシリルメチル、チオ酢酸ジメチルメトキシシリルメチル、チオ酢酸ジメチルイソプロポキシシリルメチル、チオ酢酸2−トリイソプロポキシシリル−1−エチル、チオ酢酸2−(メチルジエトシキシシリル)−1−エチル、チオ酢酸2−(メチルジイソプロポキシシリル)−1−エチル、チオ酢酸2−(ジメチルエトキシシリル)−1−エチル、チオ酢酸2−(ジメチルメトキシシリル)−1−エチル、チオ酢酸2−(ジメチルイソプロポキシシリル)−1−エチル、チオ酢酸3−トリエトキシシリル−1−プロピル、チオ酢酸3−トリイソプロポキシシリル−1−プロピル、チオ酢酸3−メチルジエトキシシリル−1−プロピル、チオ酢酸3−メチルジメトキシシリル−1−プロピル、チオ酢酸3−メチルジイソプロポキシシリル−1−プロピル、1−(2−トリエトキシシリル−1−エチル)−4−チオアセチルシクロヘキサン、1−(2−トリエトキシシリル−1−エチル)−3−チオアセチルシクロヘキサン、2−トリエトキシシリル−5−チオアセチルノルボルネン、2−トリエトキシシリル−4−チオアセチルノルボルネン、2−(2−トリエトキシシリル−1−エチル)−5−チオアセチルノルボルネン、2−(2−トリエトキシシリル−1−エチル)−4−チオアセチルノルボルネン、1−(1−オキソ−2−チア−5−トリエトキシシリルペンチル)安息香酸、チオ酢酸6−トリエトキシシリル−1−ヘキシル、チオ酢酸1−トリエトキシシリル−5−ヘキシル、チオ酢酸8−トリエトキシシリル−1−オクチル、チオ酢酸1−トリエトキシシリル−7−オクチル、チオ酢酸6−トリエトキシシリル−1−ヘキシル、チオ酢酸1−トリエトキシシリル−5−オクチル、チオ酢酸8−トリメトキシシリル−1−オクチル、チオ酢酸1−トリメトキシシリル−7−オクチル、チオ酢酸10−トリエトキシシリル−1−デシル、チオ酢酸1−トリエトキシシリル−9−デシル、チオ酢酸1−トリエトキシシリル−2−ブチル、チオ酢酸1−トリエトキシシリル−3−ブチル、チオ酢酸1−トリエトキシシリル−3−メチル−2−ブチル、チオ酢酸1−トリエトキシシリル−3−メチル−3−ブチル、チオオクト酸3−トリメトキシシリル−1−プロピル、チオパルミチン酸3−トリエトキシシリル−1−プロピル、チオオクト酸3−トリエトキシシリル−1−プロピル、チオ安息香酸3−トリエトキシシリル−1−プロピル、チオ2−エチルヘキサン酸−3−トリエトキシシリル−1−プロピル、チオ酢酸3−メチルジアセトキシシリル−1−プロピル、チオ酢酸3−トリアセトキシシリル−1−プロピル、チオ酢酸2−メチルジアセトキシシリル−1−エチル、チオ酢酸2−トリアセトキシシリル−1−エチル、チオ酢酸1−メチルジアセトキシシリル−1−エチル、チオ酢酸1−トリアセトキシシリル−1−エチル、トリス(3−トリエトキシシリル−1−プロピル)トリチオホスフェート、ビス(3−トリエトキシシリル−1−プロピル)メチルジチオホスホネート、ビス(3−トリエトキシシリル−1−プロピル)エチルジチオホスホネート、3−トリエトキシシリル−1−プロピルジメチルチオホスフィネート、3−トリエトキシシリル−1−プロピルジエチルチオホスフィネート、トリス(3−トリエトキシシリル−1−プロピル)テトラチオホスフェート、ビス(3−トリエトキシシリル−1−プロピル)メチルトリチオホスホネート、ビス(3−トリエトキシシリル−1−プロピル)エチルトリチオホスホネート、3−トリエトキシシリル−1−プロピルジメチルジチオホスフィネート、3−トリエトキシシリル−1−プロピルジエチルジチオホスフィネート、トリス(3−メチルジメトキシシリル−1−プロピル)トリチオホスフェート、ビス(3−メチルジメトキシシリル−1−プロピル)メチルジチオホスホネート、ビス(3−メチルジメトキシシリル−1−プロピル)エチルジチオホスホネート、3−メチルジメトキシシリル−1−プロピルジメチルチオホスフィネート、3−メチルジメトキシシリル−1−プロピルジエチルチオホスフィネート、3−トリエトキシシリル−1−プロピルメチルチオサルフェート、3−トリエトキシシリル−1−プロピルメタンチオスルホネート、3−トリエトキシシリル−1−プロピルエタンチオスルホネート、3−トリエトキシシリル−1−プロピルベンゼンチオスルホネート、3−トリエトキシシリル−1−プロピルトルエンチオスルホネート、3−トリエトキシシリル−1−プロピルナフタレンチオスルホネート、3−トリエトキシシリル−1−プロピルキシレンチオスルホネート、トリエトキシシリルメチルメチルチオサルフェート、トリエトキシシリルメチルメタンチオスルホネート、トリエトキシシリルメチルエタンチオスルホネート、トリエトキシシリルメチルベンゼンチオスルホネート、トリエトキシシリルメチルトルエンチオスルホネート、トリエトキシシリルメチルナフタレンチオスルホネート、トリエトキシシリルメチルキシレンチオスルホネートである、それらを含む。
1、Y1及びZ1の代表的な例は、メトキシ、エトキシ、プロポキシ、イソプロポキシ、ブトキシ、フェノキシ、ベンジルオキシ、ヒドロキシ、クロロ、及びアセトキシを含む。メトキシ、エトキシ及びイソプロポキシが好ましい。エトキシ基が最も好ましい。
2、X3、Y2、Y3、Z2及びZ3の代表的例は、X1に対して上に記載した代表的な例、ならびに水素、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、sec−ブチル、フェニル、ビニル、シクロヘキシル、及びより高級の、例えばブチル、ヘキシル、オクチル、ラウリル及びオクタデシルのようなC4〜C20の直鎖状、アルキルを含む。メトキシ、エトキシ、イソプロポキシ、メチル、エチル、フェニル及びより高級の直鎖状、アルキルが好ましい。エトキシ、メチル及びフェニルが最も好ましい。
好ましい実施態様はまた、X1、X2、及びX3、Y1、Y2及びY3、ならびに、Z1、Z2及びZ3が同一のアルコキシ基、好ましくはメトキシ、エトキシ又はイソプロポキシ、さらに好ましくはエトキシである、態様を含む。
1の代表的な例は、他端で末端に更に置換した末端直鎖状のアルキルを含む。その例は、−CH2−、−CH2CH2−、−CH2CH2CH2−、及び−CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2−、及びそれらのβ置換類似体、例えば、−CH2(CH2mCH(CH3)−(ここでmは0〜17である)、−CH2CH2C(CH32CH2−、塩化メタリルから誘導される構造体、−CH2CH(CH3)CH2−、ジビニルベンゼンから誘導される構造体のいずれか、例えば、−CH2CH2(C64)CH2CH2−及び−CH2CH2(C64)CH(CH3)−(ここで、記号C64は、ジ置換ベンゼン環を意味する)、ブタジエンから誘導される構造体のいずれか、例えば−CH2CH2CH2CH2−、−CH2CH2CH(CH3)−及び−CH2CH(CH2CH3)−、ピペリレンから誘導される構造体のいずれか、例えば−CH2CH2CH2CH(CH3)−、−CH2CH2CH(CH2CH3)−及び−CH2CH(CH2CH2CH3)−、イソプレンから誘導される構造体のいずれか、例えば−CH2CH(CH3)CH2CH2−、−CH2CH(CH3)CH(CH3)−、−CH2C(CH3)(CH2CH3)−、−CH2CH2CH(CH3)CH2−、−CH2CH2C(CH32−、及び−CH2CH{CH(CH32}−、−CH2CH2−ノルボルニル又は−CH2CH2−シクロヘキシルの異性体のいずれか、ノルボルナン、シクロヘキサン、シクロペンタン、テトラヒドロジシクロペンタジエン又はシクロドデセンから2個の水素原子の消失によって得られるジラジカルのいずれか、リモネン−CH2CH(4−メチル−1−C69−)CH3から誘導される構造体(ここで記号C69は、2の位置の置換のないトリ置換シクロヘキサン環の異性体を意味する)、トリビニルシクロヘキサンから誘導されるモノビニル含有構造体のいずれか、例えば−CH2CH2(ビニルC69)CH2CH2−及び−CH2CH2(ビニルC69)CH(CH3)−(ここで、記号C69は、トリ置換シクロヘキサン環のいずれかの異性体を意味する)、トリ置換C=Cを含むミルセンから誘導されるモノ不飽和構造体のいずれか、例えば−CH2CH{CH2CH2CH=C(CH32]CH2CH2−、−CH2CH{CH2CH2CH=C(CH32]CH(CH3)−、−CH2C{CH2CH2CH=C(CH32}(CH2CH3)−、−CH2CH2CH{CH2CH2CH=C(CH32}CH2−、−CH2CH2(C−)(CH3){CH2CH2CH=C(CH32}及び−CH2CH{CH(CH3)[CH2CH2CH=C(CH32]}−、ならびに、トリ置換C=Cのないミルセンから誘導されるモノ不飽和構造体のいずれか、例えば−CH2CH(CH=CH2)CH2CH2CH2C(CH32−、−CH2CH(CH=CH2)CH2CH2CH{CH(CH32}−、―CH2C(=CH−CH3)CH2CH2CH2C(CH32−、−CH2C(=CH−CH3)CH2CH2CH{CH(CH32}−、−CH2CH2C(=CH2)CH2CH2CH2C(CH32−、−CH2CH2C(=CH2)CH2CH2CH{CH(CH32}−、−CH2CH=C(CH32CH2CH2CH2C(CH32−及び−CH2CH=C(CH32CH2CH2CH{CH(CH32}である。G1に対する好ましい構造体は、−CH2−、−CH2CH2−、−CH2CH2CH2−、−CH2CH(CH3)CH2−及び上に記載したノルボルナン含有構造体の2,4又は2,5−ジ置換によって得られるジラジカルのいずれかである。−CH2CH2CH2−が最も好ましい。
2の代表的な例は、メチル、ビニル、エチル、プロピル、アリル、ブチル、メタリル、ペンチル、ヘキシル、フェニル、トリル、ベンジル、オクチル、キシリル、メシチル、デシル、ドデシル、ヘキサデシル、オクタデシルなどを含む。メチル、ビニル、プロピル、フェニル、オクチル、及びオクタデシルが好ましい。
Jの代表的な例は、−CH2CH2−、−CH2CH2CH2−、−CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2−のような、他端で末端に更に置換した末端直鎖状のアルキル、−CH2CH2C(CH32CH2−、ジビニルベンゼン誘導体−CH2CH2(C64)CH2CH2−(ここで、記号C64は、ジ置換ベンゼン環を意味する)、ブタジエン誘導体−CH2CH2CH2CH2−、イソプレン誘導体−CH2CH(CH3)CH2CH2−、−CH2CH2−ノルボルニル−及び−CH2CH2−シクロヘキシル−異性体のいずれか、−CH2CH2(ビニルC69)CH2CH2−の異性体を含むトリビニルシクロヘキサンから誘導されるモノビニル含有構造体のいずれか(ここで記号C69はトリ置換シクロヘキサン環のいずれかの異性体を意味する)、ならびに−CH2CH[CH2CH2CH=C(CH32]CH2CH2−及び−CH2CH2CH[CH2CH2CH=C(CH32]CH2−のようなミルセンから誘導されるモノ不飽和構造体のいずれか、を含む。Jに対する好ましい構造体は、−CH2CH2−、−CH2(CH2pCH2−(式中、pは2〜18の偶数の整数である)、及び、上に記載したノルボルナン誘導構造体の2,4−又は2,5−ジ置換によって得られるジラジカルのいずれか、である。−CH2CH2−が最も好ましい。
ここで使用されるとき、用語「アルキル」は、直鎖状、分枝状及び環状のアルキル基を含み、用語「アルケニル」は、1個以上の炭素−炭素二重結合を含む、直鎖状、分枝状又は環状のアルケニル基を含み(ここで、置換点は炭素−炭素二重結合のところ、又は基内のどこかである)、用語「アルキニル」は、1個以上の炭素−炭素三重結合及び任意に、1個以上の炭素−炭素二重結合をも含有する、直鎖状、分枝状、又は環状のアルキニル基を含む(ここで置換点は、炭素−炭素三重結合、炭素−炭素二重結合のいずれかの、又は基内のどこかにある)。
アルキルの具体的な例は、メチル、エチル、プロピル、イソブチルなどを含む。アルケニルの具体的な例は、ビニル、プロペニル、アリル、メタリル、エチリデニルノルボルナン、エチリデンノルボルニル、エチリデニルノルボルネン、エチリデンノルボルネニルなどを含む。アルキニルの具体的な例は、アセチレニル、プロパルギル、メチルアセチレニルなど含む。
ここで使用されるとき、用語「アリール」は、1個の水素原子が除去された芳香族炭化水素を含み、用語「アラルキル」は、1個以上の水素原子が同数の類似の及び/又は異なる(ここで定義されるような)アリール置換基によって置換された、前記のアルキル基のいずれを含み、用語「アレーニル」は、1個以上の水素原子が同数の類似の及び/又は異なる(ここで定義されるような)アルキル置換基によって置換された、前記のアリール基を含む。
アリールの具体的な例は、フェニル、ナフタレニルなどを含む。アラルキルの具体的な例は、ベンジル、フェネチル、などを含む。アレーニルの具体的な例は、トリル、キシリルなどを含む。
ここで使用されるとき、用語「環状アルキル」、「環状アルケニル」及び「環状アルキニル」はまた、二環状、三環状、及びより高級の環状構造体、ならびに、アルキル、アルケニル及び/又はアルキニル基でさらに置換された、前記の環状構造体を含む。代表的な例は、ノルボルニル、ノルボルネニル、エチルノルボルニル、エチルノルボルネニル、エチルシクロヘキシル、エチルシクロヘキセニル、シクロヘキシルシクロヘキシル、シクロドデカトリエニルなどを含む。
シランの調製
ここに記載したブロックされたメルカプトシラン縮合物は、前記の他の加水分解可能なシランタイプの存在下で、ブロックされたメルカプトシランの加水分解及び縮合によって極めて容易に調製される。水は、そのものとして添加するか、又は適当な現場技術(in situ technique)によって調製することができる。生成物形成の速度を上げるために、酸又は塩基触媒を添加することができる。
ブロックされたメルカプトシラン縮合物は、単一の加水分解/縮合段階で、又は、なんらかの組合せにおいて連続的に及び/又は平行して遂行される数個のそのような段階で、調製することができる。したがって、単一段階方法は、最終生成物において望まれる加水分解可能なシランのブレンドへの水の添加を含む。あるいは、中間の組成物は、加水分解可能なシランの個々のブレンドを分離するために水の段階的添加によって調製することができ、任意に、先に調製された加水分解物や縮合物をも含む。ついで、最終的な望ましい組成物が得られるまで、中間の組成物を、以降の加水分解/縮合段階で使用することができる。
水の生成のための現場技術の例は、ギ酸のアルコキシシランとの反応を含む。この方法では、ギ酸エステルと水が生成される。ついで、水は、さらに反応して、加水分解可能なシランを加水分解して縮合させて、シロキサン結合を作る。
ブロックされたメルカプトシラン縮合物はまた、ブロックされたメルカプトシランの調製のために有用である類似した手法を用いて、ブロックされたメルカプトシランのための適当な出発物質に相当するシランの縮合物から直接調製することができる。したがって、ブロックされたメルカプトシランの合成のために用いられた調製物が使用されるが、ブロックされたメルカプトシランの最初の合成において使用されたシラン出発物質の代りに、加水分解可能なシラン出発物質の縮合物が使用される。これらの合成手法は、米国特許出願公開第09/284841号明細書(1999年4月21日出願)に広範囲にかつ詳細に記載されている。
具体的には、ブロックされたメルカプトシランの調製方法は、適当な脱離基の置換又は炭素−炭素二重結合への付加のいずれかによる、硫黄含有シラン中の硫黄のエステル化及びシラン中のチオエステル基の直接取込み、を含むことができる。チオエステルシランの調製のための合成方法の実例は次の反応を含む:
反応1)メルカプトシランと望ましい生成物中に存在するチオエステル基に相当する酸無水物との間の反応、
反応2)メルカプトシランのアルカリ金属塩の、適当な酸無水物又は酸ハロゲン化物との反応、
反応3)メルカプトシランとエステルとの間のエステル交換反応(任意に適当な触媒(例えば、酸、塩基、錫化合物、チタン化合物、遷移金属塩又は該エステルに対応する酸の塩)を使用する)、
反応4)チオエステルシランと他のエステルとの間のエステル交換反応(任意に、酸、塩基、錫化合物、チタン化合物、遷移金属塩又は該エステルに対応する酸の塩のような、適当な触媒を使用する)、
反応5)1−シラ−2−チアシクロペンタン又は1−シラ−2−チアシクロヘキサンとエステルとの間のエステル交換反応(任意に、酸、塩基、錫化合物、チタン化合物、遷移金属塩又は該エステルに対応する酸の塩のような、適当な触媒を使用する)、
反応6)紫外線、熱又は適当なフリーラジカル開始剤によって触媒された、アルケン基付きシランの炭素−炭素二重結合へのチオ酸のフリーラジカル付加(ここで、チオ酸がチオカルボン酸であるならば、2種の反応剤は、どちらの反応剤が他方に添加されても、付加が進行する前に実質的に反応することを確実にするような方法で、お互いを接触させる)、及び、
反応7)チオ酸のアルカリ金属塩とハロアルキルシランとの間の反応。
酸ハロゲン化物は、有機の酸ハロゲン化物に加えて、POT3、SOT2、SO22、COT2、CST2、PST3及びPT3のような無機の酸ハロゲン化物(ここでTはハロゲン化物である)を含むが、これらに限定されない。酸無水物は、有機の酸無水物(及びその硫黄類似体)に加えて、SO3、SO2、P23、P23、H227、CO2、COS及びCS2のような無機の酸無水物を含むが、これらに限定されない。
チオカルボキシル酸基をもつシランの調製に対する合成方法の実例は、以下を含む:
反応8)メルカプトシランと、所望の生成物に存在するチオカルボキシレート基に対応するカルボン酸無水物との間の反応、
反応9)適当なカルボン酸の酸無水物又は酸ハロゲン化物の、メルカプトシランのアルカリ金属塩との反応、
反応10)メルカプトシランとカルボン酸エステルとの間のエステル交換反応(任意に、酸、塩基、錫化合物、チタン化合物、遷移金属塩又は該カルボン酸エステルに対応する酸の塩のような適当な触媒を使用する)、
反応11)チオカルボキシル酸基をもつシランと他のエステルの間でのエステル交換反応(任意に、酸、塩基、錫化合物、チタン化合物、遷移金属塩又は他のエステルに対応する酸の塩のような適当な触媒を使用する)、
反応12)1−シラ−2−チアシクロペンタン又は1−シラ−2−チアシクロヘキサンとカルボン酸エステルとの間のエステル交換反応(任意に、酸、塩基、錫化合物、チタン化合物、遷移金属塩又は該カルボン酸エステルに対応する酸の塩のような、適当な触媒を使用する)、
反応13)紫外線、熱又は適当なフリーラジカル開始剤によって触媒された、アルケン基をもつシランの炭素−炭素二重結合へのチオカルボン酸のフリーラジカル付加、及び、
反応14)チオカルボン酸のアルカリ金属塩とハロアルキルシランとの間の反応。
反応1及び8は、メルカプトシラン及び酸無水物及び任意に溶媒の混合液を蒸留することによって遂行される。該混合液の適当な沸騰温度は、50〜250℃、好ましくは60〜200℃、より好ましくは70〜170℃の範囲にある。この工程は、メルカプトシランのメルカプト基が、対応する酸の同等物を放出してチオエステルシラン類似体にエステル化される化学反応に導く。該酸は、一般的に、酸無水物よりも揮発性である。反応は、蒸留による揮発性の酸の除去によって進行する。無水酢酸のような揮発しやすい酸無水物に関して、蒸留は、好ましくは常圧で遂行され、反応を完結へと向かわせるのに十分な温度に到達する。揮発性のより低い物質に対しては、トルエン、キシレン、グライム及びダイグライムのような溶媒を、該工程に関して温度を制御するために使用することができる。あるいは、プロセスを減圧下で行なうことができる。2倍までの過剰又はそれ以上の酸無水物を使用することが有用であり、それは、酸及び非シランエステルから成る、より揮発しやすい反応共生成物の全部が留去された後、混合物から留去される。この過剰の酸無水物は、反応混合液から共生成物を追い出すのを助けるとともに、反応を完了へと進めるのに役立つ。反応の完了時点で、残留酸無水物を追い出すために蒸留を続けなければならない。任意に、生成物は蒸留することができる。
反応2及び9は、2段階で遂行され得る。
第一段階は、対応する金属誘導体へのメルカプトシランの転換を含む。アルカリ金属誘導体、特にナトリウムが好ましいが、カリウム及びリチウムもまた好ましい。アルカリ金属誘導体はアルカリ金属、又はアルカリ金属から誘導された強塩基をメルカプトシランに添加することによって調製される。反応は、周囲温度で起こる。適当な塩基は、アルカリ金属のアルコキシド、アミド、水素化物及びメルカプチドを含む。アルカリ金属有機金属反応剤もまた効果的である。グリニャール試薬はマグネシウム誘導体をもたらすが、それがもう一つの選択肢となる。トルエン、キシレン、ベンゼン、脂肪族炭化水素、エーテル及びアルコールのような溶媒は、アルカリ金属誘導体を調製するために使用することができる。一旦アルカリ金属誘導体が調製されると、存在するアルコールは除去されなければならない。これは、蒸留又は蒸発によってすることができる。メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ブタノール、イソブタノール、t−ブタノールのようなアルコール類は、ベンゼン、トルエン、キシレン又は脂肪族炭化水素との共沸蒸留によって除去することができる。トルエン及びキシレンが好ましく、トルエンが最も好ましい。
全工程における第二段階は、この溶液に酸塩化物又は酸無水物を、−20℃と混合物の沸点との間の温度、好ましくは0℃と周囲温度の間の温度で撹拌しながら添加することである。塩及び溶媒を除去することによって生成物は単離される。それは、蒸留によって精製される。
反応3及び10は、メルカプトシラン及びエステル、ならびに任意に溶媒及び/又は触媒、の混合物を蒸留することによって遂行することができる。混合物の適当な沸点は、100℃以上である。この工程は、メルカプトシランのメルカプト基が対応するアルコールの同等物の遊離によりチオエステルシラン類似体にエステル化される化学反応に導く。反応は、より揮発しやすい化学種、又はエステルとの共沸混合物のいずれかとしての蒸留による、アルコールの除去によって進行する。より揮発しやすいエステルに関しては、蒸留は、反応を完了に向かって進行させるのに十分な温度に到達させるために、常圧で適切に遂行される。揮発性のより低いエステルに関しては、該工程に関して温度を制御するために、トルエン、キシレン、グライム及びダイグライムのような溶媒を使用することができる。あるいは、該工程は減圧で行なわれる。2倍過剰までの又はそれ以上のエステルを使用することが有用であり、それは、アルコール共生成物の全部が留出したあと、混合物から留去される。この過剰のエステルは、反応を完了へと進めること、ならびに共生成物アルコールを反応混合液から追い出すのを助けることに役立つ。反応の完了時点で、残留エステルを追い払うために蒸留を続ける。任意に、生成物は、蒸留することができる。
反応4及び11は、チオエステルシラン及び他のエステル、ならびに任意に溶媒及び/又は触媒の混合物、を蒸留することによって遂行される。混合物の適当な沸点は80℃以上である。好ましくは、100℃以上である。該温度は、好ましくは、250℃を越えない。このプロセスは、チオエステルシランのチオエステル基が、新しいエステルの同等物を遊離して新しいチオエステルシランにエステル交換される化学反応に導く。新しいチオエステルシランは、一般的に、存在する化学種の中で最も揮発性の低いものである。しかし、新しいエステルは、他の反応体より揮発しやすい。反応は、蒸留による新しいエステルの除去によって進められる。蒸留は、常圧で行なうことができ、反応を完了へと進めるのに十分な温度に至る。揮発性のより低い物質だけを含むシステムに関しては、該工程に関して温度を制御するために、トルエン、キシレン、グライム及びダイグライムのような溶媒を使用することができる。あるいは、プロセスは減圧で行なわれる。2倍過剰までの又はそれ以上の他のエステルを使用することが有用であり、それは、新しいエステル共生成物の全部が留出したあと、混合物から留去される。この過剰な他のエステルは、反応を完了へと進めることならびに共生成物の他のエステルを反応混合液から追い出すのを助けることに役立つ。反応の完了時点で、残留する新しいエステルを追い出すために蒸留を続ける。ついで、任意に、生成物を蒸留することができる。
反応5及び12は、1−シラ−2−チアシクロペンタン又は1−シラ−2−チアシクロヘキサンとエステルの混合物を触媒とともに加熱することによって遂行されうる。任意に、混合物を、溶媒、好ましくは沸点が望ましい温度に匹敵している溶媒とともに加熱するか、又は還流させることができる。任意に、望ましい反応温度より高い沸点の溶媒を減圧で使用することができ、沸点を望ましい反応温度にもっていくように、圧力を調節する。混合物の温度は80℃〜250℃、好ましくは、100℃〜200℃の範囲にある。トルエン、キシレン、脂肪族炭化水素及びダイグライムのような溶媒を、温度を調節するためのプロセスとともに使用することができる。あるいは、該プロセスは、減圧での還流の下で行なうことができる。最も好ましい条件は、1−シラ−2−チアシクロペンタン又は1−シラ−2−チアシクロヘキサンとエステルとの混合物を、溶媒なしで、好ましくは不活性の雰囲気下で、120℃〜170℃の温度で20〜100時間という期間、触媒として該エステルに対応する酸のナトリウム、カリウム又はリチウムの塩を使用して、加熱することである。該プロセスは、1−シラ−2−チアシクロペンタン又は1−シラ−2−チアシクロヘキサンの硫黄−ケイ素結合を、前記硫黄−ケイ素結合へのエステルの添加によってエステル交換する化学反応に導く。生成物は、元の1−シラ−2−チアシクロペンタン又は1−シラ−2−チアシクロヘキサンのチオエステルシラン類似体である。任意に、2倍以上まで又はそれ以上の過剰のエステルが反応を完了へと進めるために使用される。反応の完了時点で、過剰なエステルは、蒸留によって除去することができる。任意に、生成物は、蒸留によって精製することができる。
反応6及び13は、アルケン基をもつシランとチオ酸の混合物を加熱するか、又は還流することによって遂行される。反応13の様相は、以前に、米国特許第3,692,812号において、及びG.A.ゴルノヴィッツ(Gornowicz)ら(ジャーナル・オブ.オーガニック・ケミストリー(J.Org.Chem.)(1968年),33(7)巻,2918〜24頁)によって開示されている。無触媒の反応は、105℃という低い温度で起こることができるが、しばしば失敗する。成功の可能性は、温度とともに増し、温度が160℃を越えると、高くなる。UV照射又は触媒を用いることにより、反応は信頼できるようになり、ほとんど完了にもっていくことができる。触媒を用いると、反応を90℃以下の温度で起こさせることができる。適当な触媒は、フリーラジカル開始剤、例えば過酸化物、好ましくは有機過酸化物、及びアゾ化合物である。
過酸化物開始剤の例は、過安息香酸及び過酢酸のような過酸、過酸のエステル、t−ブチルヒドロペルオキシドのようなヒドロペルオキシド、ジ−t−ブチルペルオキシドのような過酸化物、及び、1,1−ビス(t−ブチルペルオキシ)シクロヘキサンのようなペルオキシ−アセタール及びケタール、又は他の過酸化物、を含む。
アゾ開始剤の例は、アゾビスイソブチロニトリル(AIBN)、1,1−アゾビス(シクロヘキサンカルボニトリル)(VAZO、デュポンの製品)及びアゾ−tert−ブタンを含む。反応は、触媒とともに、アルケン基をもつシランとチオ酸の混合物を加熱することによって行なうことができる。最高の転換率を得るために、反応全体を等モル又は近似等モルベースで行なうことが望ましい。反応は十分に発熱性であるので、それは、反応が急速に始まり、続行するとき、還流へと、続いて激しい還流へと続く急速な温度上昇に導く傾向がある。この活発な反応は、多量の場合、危険な沸騰に至ることがある。副反応、混入及び収量のロスは、無制御の反応からも生じることがある。反応は、反応混合液に1種の反応剤の部分量を加えることによって効果的に制御することができ、触媒で反応を開始させ、反応がそのコースをほぼ完了まで進むようにし、ついで一回の添加又は複数の添加物として残りの反応剤を加える。添加の初期の濃度及び速度ならびに不足の反応剤のそれ以後の添加の回数は、使用する触媒のタイプと量、反応のスケール、出発物質の性質、及び装置の熱を吸収及び放散する能力に依存する。反応を制御する第二の方法は、触媒の同時連続添加とともに、一つの反応剤の他の反応剤への連続的添加を含む。連続的又は逐次的添加が使用されるかどうかに関係なく、触媒は、単独で及び/又は1方の又は両方の反応剤又はその組合せたものと予備混合して、使用される。
2つの方法が、チオ酢酸及び末端の炭素−炭素二重結合をもつアルケン基付きシランを含む反応にとって好ましい。第一の方法は、最初にアルケン基付きシランを、160℃〜180℃の温度又は還流のいずれか低い温度へもっていくことを含む。チオ酢酸の第一部分を、激しいしかし制御された還流までへと継続するような速度で添加する。なぜならば、100℃〜120℃以上の沸点をもつアルケン基付きシランに対しては、この還流は、おもに、アルケン基付きシランの沸点に比較してチオ酢酸の比較的低い沸点(純度に依存して、88℃〜92℃)から生じる。添加の完了の時点で、還流速度は急速に下がる。反応が始まるときに、特に120℃以上の沸点を持つアルケン基付きシランを使用するならば、それは、しばしば数分内に再び加速される。それが10〜15分の内に始まらないならば、開始は、触媒の添加によってもたらすことができる。好ましい触媒は、ジ−t−ブチルペルオキシドである。触媒の適当な量は、触媒が添加される混合物の総量の0.2〜2パーセント、好ましくは0.5〜1パーセントである。反応は、通常、2、3分以内に始まり、それは還流速度の増加で表される。反応が進行するにつれ、還流温度は徐々に上がる。ついで、チオ酢酸の次の部分を添加し、工程の前記の順序で繰り返す。約1〜約4キログラムの全反応量に対してチオール酢酸添加の好ましい回数は2回であり、全チオ酢酸の約1/3が第一回添加に使用され、残りが第二回に使用される。約4〜10キログラムの範囲のトータル量に対しては、全部で3回のチオール酢酸添加が好ましく、その配分は、第一回添加においてトータルの約20パーセント、第二回添加において約30パーセント、及び第三回添加において残りが使用される。チオ酢酸及びアルケン基付きシランを含む、もっと多量の場合、トータルで3回を超えるチオ酢酸添加を使用することが好ましい、より好ましくは、反応剤を逆の順序で添加することが好ましい。最初、チオ酢酸の全量が還流にもたらされる。これに引き続いて、該チオ酢酸に、円滑なしかし激しい反応速度をもたらすような速度でアルケン基付きシランを連続的に添加する。触媒、好ましくはジ−t−ブチルペルオキシドは、反応のコースの間少量ずつ、あるいは、連続的流れとして、添加することができる。必要な触媒添加の最低量に対して、製品の最高収量を得るために、反応が完了へと進むにつれ、触媒添加の速度を速めることが最も良い。使用される触媒の全量は、使用される反応剤の総量の0.5パーセント〜2パーセントであるべきである。どの方法が使用されても、反応の次に、揮発性物質及び反応していないチオ酢酸とシランを除去するために、真空ストリッピングプロセスが続く。生成物は、蒸留によって精製される。
反応7及び14を行なう方法は、2つの段階で遂行することができる。
第1段階は、チオ酸の塩の調製を含む。アルカリ金属塩が好ましく、ナトリウム塩が最も好ましい。これらの塩は、それがかなり溶ける溶媒の中の溶液として調製されるが、塩がわずかに溶けるだけである溶媒の中の固体としての塩の懸濁液もまた、現実的なオプションである。プロピルアルコール、イソプロパノール、ブタノール、イソブタノール及びt−ブタノールのようなアルコール類、ならびに好ましくはメタノール及びエタノールが有用である。なぜならアルカリ金属塩がこれらの中でわずかに溶けるからである。望ましい生成物がアルコキシシランである場合に、シリコンエステルの所でのエステル交換反応を妨ぐためにシランアルコキシル基に相当するアルコールを使用することが好ましい。あるいは、非プロトン溶媒が使用される。適当な溶媒の例は、グライム、ダイグライム及びジオキサンのようなエーテル又はポリエーテル、N’N−ジメチルホルムアミド、N’N−ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、N−メチルピロリジノン、又はヘキサメチルホスホルアミドである。
一旦、チオ酸の塩の溶液、懸濁液又はそれらの組合せが調製されるならば、第二段階は、適当なハロアルキルシランとそれを反応させることである。これは、実質的に反応を完了させるのに十分な期間の間、溶媒の液状範囲に相当する温度で、チオ酸の塩の溶液、懸濁液又はその組合せとハロアルキルシランとの混合液を攪拌することによって達成される。好ましい温度は、塩が溶媒にかなり溶け、そして反応が過度の副反応なしに許容できる速度で進行する温度である。塩素原子がアリル基の、又はベンジル基の塩素でないクロロアルキルシランから始まっている反応では、好ましい温度は、60℃〜160℃の範囲にある。反応時間は、1又は数時間から数日までの範囲になることがある。アルコールが4個又はそれ以下の炭素原子を含むアルコール溶媒に関しては、最も好ましい温度は、還流又はそれに近い温度である。ダイグライムが溶媒として使用される場合は、最も好ましい温度は、使用されるチオ酸塩に依存して、70℃〜120℃の範囲にある。ハロアルキルシランがブロモアルキルシランであるか、又はその塩素原子がアリル基の、又はベンジル基の塩素であるクロロアルキルシランであるならば、ブロモ基のより大きな反応性のため、非ベンジル基の、又は非アリル基のクロロアルキルシランにとって適当な温度に比べて30℃〜60℃の温度低下が適当である。ブロモアルキルシランは、そのより大きな反応性、より低い必要温度及び共生成物ハロゲン化アルカリ金属の濾過又は遠心分離のより大きな容易さのために、クロロアルキルシランよりも好ましい。しかし、この好ましさは、特にアリル基の又はベンジル基の位置にハロゲンを含むクロロアルキルシランに関しては、そのより低いコストによって覆されることがある。チオカルボキシル酸エステルエトキシシランを生成するための直鎖状クロロアルキルシランとチオカルボキシル酸ナトリウムとの反応に関しては、5パーセント〜20パーセントのメルカプトシランが生成物中に許容されるならば、エタノールを還流で10〜20時間使用するのが好ましい。さもなければ、ダイグライムが優れた選択となる。その場合、反応は、80℃〜120℃の範囲で1〜3時間、好ましく行なわれる。反応の完了時点で、塩及び溶媒を除去しなければならない。生成物は、より高い純度を達成するために蒸留することができる。
反応7及び14で使用されるチオ酸の塩が市販でないならば、それは、下に方法A及び方法Bとして記載されている2つの方法の1つによって調製することができる。
方法Aは、アルカリ金属又はアルカリ金属由来の塩基をチオ酸に添加することを含む。反応は、周囲温度で起こる。適当な塩基は、アルカリ金属のアルコキシド、水素化物、炭酸塩及び炭酸水素塩を含む。アルカリ金属塩を調製するために、トルエン、キシレン、ベンゼン、脂肪族炭化水素、エーテル及びアルコールのような溶媒を使用することができる。
方法Bにおいては、酸塩化物又は酸無水物は、硫化又は水硫化アルカリ金属との反応によって直接チオ酸の塩に変換される。水和した、又は部分的水和の硫化又は水硫化アルカリ金属が市販されている。しかし、無水又はほとんど無水の、硫化又は水硫化アルカリ金属が好ましい。しかし、水和物質を使用することはできるが、収量のロス及び共生成物として硫化水素の生成を伴う。反応は、硫化及び/又は水硫化アルカリ金属の溶液又は懸濁液への酸塩化物又は酸無水物の添加及び周辺温度から還流温度までの範囲の温度で、共生成物塩の生成によって立証されるような、反応を完了させるのに十分長い時間加熱することを含む。
チオ酸のアルカリ金属塩が、アルコールが存在するような方法で調製されるならば(なぜなら、それは溶媒として使用されるか、又は、それは、例えば、チオ酸のアルカリ金属アルコキシドとの反応によって生成されるので)、メルカプトシランの少ない生成物が望まれるならば、そのアルコールを除去することが望ましいであろう。この場合、チオ酸の塩のハロアルキルシランとの反応に先だって、そのアルコールを除去することが必要である。これは、蒸留又は蒸発によって行なわれる。メタノール、エタノール、プロピルアルコール、イソプロパノール、ブタノール、イソブタノール及びt−ブタノールのようなアルコールは、ベンゼン、トルエン、キシレン又は脂肪族炭化水素との共沸蒸留によって好都合に除去される。トルエン及びキシレンが好ましい。
エラストマーにおけるシランの使用
ここに記載したブロックされたメルカプトシラン縮合物は、ブロックされたメルカプトシランに対して今までに記載された、無機物を充填したエラストマー組成物におけるカップリング剤として有用である。以前に記載されたブロックされたメルカプトシランの使用に勝るブロックされたメルカプトシラン縮合物の使用における利点の中には、エラストマーコンパウンディングプロセスの間の、揮発性の小さい有機化合物(VOC)、主にエタノールの放出、ならびにより低いカップリング剤添加量要件がある。それらの使用の詳細は、米国特許出願第09/284841号明細書(1999年4月21日出願)、米国特許第6127468号明細書、米国特許出願第09/736301号明細書(2000年12月15日出願)に以前に記載されたブロックされたメルカプトシランのそれに類似している。
より具体的には、ここに記載したブロックされたメルカプトシラン縮合物は、有機ポリマー(例えば、エラストマー)と無機充填剤のためのカップリング剤として有用である。それらの使用によって、高い処理粘度、望ましいレベル以下の充填材分散、早期硬化(スコーチ)及び臭気のような、メルカプトシランの使用に通常関連する有害な副作用なしで、メルカプト基の高い有効性を利用することができる。該メルカプタン基は、ブロッキング基のためにもともと非反応性であるので、これらの利点が達成される。該ブロッキング基は、ゴムのコンパウンディングの間に、シランが有機ポリマーにカップリングすることを実質的に妨げる。通常、シラン−SiX3基の充填材との反応だけが、コンパウンディングプロセスのこの段階で生起することができる。したがって、充填材のポリマーへの実質的なカップリングは、混合の間は排除され、それにより、望ましくない早期硬化(スコーチ)及び関連する望ましくない粘度上昇が最小になる。早期硬化の回避のせいで、高い弾性率と耐摩耗強さのバランスのような、硬化した強化ゴムのより良い特性を達成することができる。
使用において、1種以上のブロックされたメルカプトシラン縮合物を、充填材の有機ポリマーへのコンパウンディングの前、間又はその後に有機ポリマーと混合させる。これらのシランは、充填材の分散を容易にし、改善するので、充填材の有機ポリマーへのコンパウンディングの前かその間にシランを加えることが好ましい。得られたコンビネーションの中に存在するシランの全量は、有機ポリマーの重量100部あたりの重量(phr)で約0.05〜約25部であるべきである。より好ましくは、1〜10phrである。充填材は、約5〜約100phr、より好ましくは約25〜80phrの範囲の量で使用される。
充填材をポリマーに結合させるような混合物の反応が望まれるとき、デブロッキング剤は、ブロックされたメルカプトシラン縮合物をデブロックするために混合物に添加される。デブロッキング剤は、約0.1〜約5phrまでの範囲の量で添加することができ、より好ましくは、0.5phr〜3phrの範囲にある。デブロッキング剤は、水素原子がメルカプトシランを生成するために元のブロッキング基のサイトへ移ることができるほど十分動きやすい水素原子を含む求核試薬である。したがって、ブロッキング基アクセプター分子との、求核試薬からの水素の交換は、ブロックされたメルカプトシランのブロッキング基とで起こり、メルカプトシラン及び元のブロッキング基を含む求核試薬の対応する誘導体を生成する。シランから求核試薬へのブロッキング基の移動は、例えば、最初の反応体(ブロックされたメルカプトシラン及び求核試薬)に関連する生成物(ブロッキング基を含むメルカプトシラン及び求核試薬)のより大きな熱力学的安定性によって促進される。例えば、アミンによってデブロックされたカルボキシルブロッキング基はアミドを与え、アミンによってデブロックされたスルホニルブロッキング基はスルホンアミドを与え、アミンによってデブロックされたスルフィニルブロッキング基はスルフィンアミドを与え、アミンによってデブロックされたホスホニルブロッキング基はホスホンアミドを与え、アミンによってデブロックされたホスフィニルブロッキング基はホスフィンアミドを与える。重要なことは、ブロックされたメルカプトシラン上に元々存在するブロッキング基にもかかわらず、かつ、使用されたデブロッキング剤にもかかわらず、元々実質的に不活性(有機ポリマーへのカップリングの見地から)のブロックされたメルカプトシランがゴムコンパウンディング工程の望ましい時点で活性メルカプトシランに実質的に変換されることである。求核試薬の一部分が使用される(すなわち化学量論的不足)、又はもしそれがブロックされたメルカプトシランの一部をデブロックして、特定の処方の加硫の程度を制御するためだけならば、弱い求核試薬でさえ使えるということは注目される。
デブロッキング剤は、硬化剤セットの中に、又は、別法では、コンパウンディングプロセスの他のどのステージにおいてでも、単一の成分として添加することができる。デブロッキング剤として作用するが、通常は硬化促進剤としては効果的でない化合物の部類は、この二つの間での選択を考慮すると、酸化物、水酸化物、炭酸塩、炭酸水素塩、アルコキシド、フェノキシド、スルファナミド塩、アセチルアセトネート、高酸性C−N結合に由来する炭素アニオン、マロン酸エステル、シクロペンタジエン、フェノール、スルホンアミド、亜硝酸塩、フルオレン、テトラアルキルアンモニウム塩及びテトラアルキルホスホニウム塩である。
ゴム組成物は、機能化されたシロキサン、特にオーストラリア特許第A−10082/97号明細書(これは、参照により本明細書に取り入れられている)に開示されているタイプのものが事実上含まれていないことを必要とはしないけれど、含まれていないことが望ましい。最も好ましくは、ゴム組成物は、機能化されたシロキサンを含まない。
実際には、硫黄加硫ゴム製品は、通常、ゴム及び種々の成分を逐次段階的に熱機械的に混合され、その後コンパウンドしたゴムを成形すること及び硬化することが続き、加硫産物を生成させることによって調製される。第一に、通常硫黄及び硫黄加硫促進剤(集合的に「硬化剤)を除いた、ゴム及び種々の成分の前述の混合に関して、ゴム(単数、複数)及び種々のゴム配合剤は、通常、適当なミキサー中で、1回以上、及び(シリカ充填低転がり抵抗タイヤの場合には)しばしば2回以上の、予備熱機械的混合段階でブレンドされる。そのような予備混合は、非生産的混合、あるいは非生産的混合段階又はステージと称される。そのような予備混合は、通常140℃〜200℃までの温度で、しばしば150℃〜180℃の範囲で行われる。そのような予備混合ステージに続いて、時々生産的混合ステージと称される、最終的混合ステージにおいて、デブロッキング剤(本発明の場合)、硬化剤及びおそらく1種以上の更なる成分が、通常50℃〜130℃の範囲の温度でゴム化合物又は組成物と混合される。この温度は、硫黄硬化ゴムの早期硬化(ときどきゴム組成物のスコーチングと称される)を防ぐ又は遅らせるために、予備的混合ステージにおいて使用される温度より低い温度である。ゴム混合物(ゴムコンパウンド又はゴム組成物と称される)は、通常、前述の種々の混合段階の間に、時々プロセス中間ミル混合の後又はその途中で、例えば、約50℃以下の温度まで冷却するままにされる。ゴムを成形し硬化させることが望ましいとき、ゴムは、およそ130℃以上約200℃以下の適当な型の中に置かれ、これは、メルカプトシラン上のメルカプト基及びゴム混合物中の他の遊離硫黄源によるゴムの加硫を引き起こす。
熱機械的混合とは、ゴムコンパウンド、又はゴムとゴムコンパウンド成分の組成物が、高い剪断条件下で(そこでは、それは、ゴムミキサ中のゴム混合物内での剪断及び関連する摩擦のせいで、自家発生的に加熱される)ゴム混合物と混合されることを意味する。いくつかの化学反応が、混合及び硬化プロセスにおける種々の段階で起こる可能性がある。
第一の反応は、比較的速い反応であり、充填材とブロックされたメルカプトシランのSiX3基との間で起こるとここでは考えられる。そのような反応は、例えば約120℃でのような、比較的低い温度で起こりうる。第二及び第三の反応は、ここでは、メルカプトシランのデブロッキング、及びより高温での、例えば約140℃以上での、オルガノシラン(デブロッキング後)の硫黄部分と硫黄加硫可能なゴムとの間で起こる反応であると考えられる。
もう一つの硫黄源が、例えばS8のような元素状硫黄の形で、使用される。硫黄供与体とは、補明細書中では、140℃〜190℃の温度で硫黄を加硫に対して利用可能にする硫黄含有化合物と考えられる。そのような硫黄供与体は、例えば、ポリスルフィド加硫促進剤及びそのポリスルフィドブリッジに2以上個の結合硫黄原子をもつオルガノシランポリスルフィドでありうるが、それらに限定されない。混合物への遊離硫黄源添加の量は、前記のブロックされたメルカプトシランの添加からは比較的独立した選択の問題として制御されるか又は処理される。したがって、例えば、硫黄源の独立した添加は、その添加の量によって、及び、ゴム混合物への他の成分の添加に相関した添加のシーケンスによって操作される。
一般的に1/50〜1/2の範囲にあるアルキルシランとブロックされたメルカプトシラン縮合物とのモル比での、カップリング剤システムへのアルキルシランの添加(ブロックしたメルカプトシラン縮合物プラス更なる遊離硫黄源及び/又は加硫促進剤)は、ゴム組成物処理及びエージングのさらに良い管理を促進する。
ゴム組成物は、以下の逐次段階から成るプロセスによって調製される:
(A)少なくとも1回の予備混合段階において、140℃〜200℃の温度に、あるいは、140℃〜190℃に、そのような混合段階(複数)に対して2〜20分、あるいは4〜15分の全混合時間、下記のもの、
(i)共役ジエンホモポリマー及びコポリマーから選択された1種以上の硫黄加硫可能なゴム及び1種以上の共役ジエンと芳香族ビニル化合物のコポリマー100重量部、
(ii)微粒子充填材(本発明では、好ましくは、充填材は1〜85重量%のカーボンブラックを含む)5〜100、好ましくは25〜80phr(ゴム100部に対する部)、及び
(iii)1種以上のブロックされたメルカプトシラン縮合物の充填材0.05〜20重量部、
を熱機械的に混合すること、
(B)引き続いて、それと、50℃〜130℃への温度での最終的な熱機械的混合段階において、ゴムをブレンドするのに十分な時間、好ましくは1〜30分、より好ましくは1〜3分、充填材の重量部に対して約0.05〜20部の、1種以上のデブロッキング剤及び約0〜5部の硬化剤、を混合すること、
及び、任意に、
(C)約5〜60分間、130〜200℃の温度で、前記混合物を硬化すること。
該プロセスはまた、本発明に従って調製したゴム組成物から成るトレッドをもつタイヤ又は硫黄加硫可能なゴムの集成体を調製すること、及び130℃〜200℃の範囲にある温度で該集成体を加硫することという更なる段階から成る。
適切な有機ポリマー及び充填材は、該分野で公知であり、種々の文献に記載されている。その中の2例は、『ヴァンダービルト・ゴムハンドブック(The Vanderbilt Rubber Handbook)』(R.F.オーム編、R.T.ヴァンダービルト社、コネチカット州ノーウォーク、1990年)及び『マニュアル・フォア・ザ・ラバー・インダストリー(Manual For The Rubber Industry)』(T.ケンパーマン、S.コッチ、J.サムナー編、バイエル社、ドイツ国レーヴァークセン、1993年)である。適切なポリマーの代表的な例は、溶液スチレンブタジエンゴム(sSBR)、スチレン−ブタジエンゴム(SBR)、天然ゴム(NR)、ポリブタジエン(BR)、エチレン−プロピレンコポリマー及びターポリマー(EP、EPDM)及びアクリロニトリル−ブタジエンゴム(NBR)である。
ゴム組成物は、1種以上のジエンベースのエラストマー(すなわちゴム)から成る。適切な共役ジエンは、イソプレン及び1,3−ブタジエンであり、そして適切なビニル芳香族化合物はスチレン及びα−メチルスチレンである。したがって、該ゴムは硫黄硬化可能なゴムである。
このようなジエンベースのエラストマー(すなわちゴム)は、例えば、少なくともシス−1,4−ポリイソプレンゴム(天然及び/又は合成品)の1種、及び好ましくは天然ゴム、乳化重合調製スチレン/ブタジエンコポリマーゴム、有機溶液重合調製スチレン/ブタジエンゴム、3,4−ポリイソプレンゴム、イソプレン/ブタジエンゴム、スチレン/イソプレン/ブタジエンターポリマーゴム、シス−1,4−ポリブタジエンゴム、中級ビニルポリブタジエンゴム(ビニル、35〜50パーセント)、高級ビニルポリブタジエンゴム(ビニル、50〜75パーセント)、スチレン/イソプレンコポリマー、乳化重合調製スチレン/ブタジエン/アクリロニトリルターポリマーゴム、及びブタジエン/アクリロニトリルコポリマーゴムから選択される。20〜28パーセントの結合スチレンという比較的普通のスチレン含量を持つ乳化重合誘導スチレン/ブタジエン(eSBR)が使用される、又は、若干の応用に対しては、eSBRは、中程度のないし比較的高い結合スチレン含量、すなわち30〜45パーセント結合スチレン含量を持つ。2〜40重量%の結合アクリロニトリルを含む乳化重合調製スチレン/ブタジエン/アクリロニトリルターポリマーゴムもまた、本発明の使用のためのジエンベースのゴムと考えられる。
溶液重合調製SBR(sSBR)は、通常、5〜50、好ましくは9〜36パーセントの範囲の結合スチレン含量を持つ。ポリブタジエンエラストマーは、例えば、少なくとも90重量%のシス−1,4−含量を持っていることによって都合よく特性づけられる。
適切な充填材原料の代表的な例は、(熱分解法及び沈降)シリカのような金属酸化物、二酸化チタン、アルミノケイ酸塩及びアルミナ、粘土及び滑石を含むケイ酸含有物質及びカーボンブラックを含む。微粒子の、沈降シリカはまた、時々、特にシリカがシランと一緒に使用されるとき、そのような目的のために使用される。場合によっては、シリカ及びカーボンブラックの組合せが、タイヤのトレッドを含む、種々のゴム製品に対する強化充填材のために使用される。アルミナは、単独で、又はシリカと組み合わせて使用することができる。用語「アルミナ」は、補明細書中では、酸化アルミニウム又はAl23として記載される。充填材は、水和されるか、又は無水の形である。例えば、ゴム組成物におけるアルミナの使用は、米国特許第5116886号明細書及び欧州特許第631982号明細書に示されている。
ブロックされたメルカプトシランは、充填材粒子と予備混合されるか、又は予め反応させられる、あるいはゴムと充填剤処理又は混合段階の間に、ゴム配合物に添加される。シラン及び充填材を個別にゴムと充填剤混合又は処理段階の間にゴム配合物に混合するならば、ブロックされたメルカプトシランは充填材とその場で結合すると考えられる。
加硫ゴム組成物は、かなり高い弾性率及び高い引き裂き抵抗に寄与するのに十分な量の充填材を含まなければならない。充填材の合計重量は、約5〜100phrというほど低くありうるが、より好ましくは25〜85phrである。
充填材として、沈降シリカが好ましい。該シリカは、好ましくは40〜600m2/gの範囲の、より普通には50〜300m2/gの範囲のBET表面積(窒素ガスを用いて測定される)を持つことで特性づけられる。該シリカはまた、通常、100〜350の範囲、より普通には150〜300の範囲にあるフタール酸ジブチル(DBP)吸収値を持つことで特性づけられる。さらに、該シリカは、前述のアルミナ及びアルミノケイ酸塩と同様に、100〜220の範囲にあるCTAB表面積を持つと期待される。CTAB表面積とは、pH9のセチルトリメチルアンモニウムブロミドによって測定される外表面積である。該方法は、ASTM法D3849に記載されている。水銀空隙率表面積は、水銀ポロシメトリーによって測定される比表面積である。その手法のために、揮発性物質を除去する熱処理の後に、試料の空孔に水銀を浸透させる。セットアップ条件は、100mgの試料を使用すること、105℃及び周囲大気圧で2時間揮発性物質を除去すること、周囲気圧〜2000barの圧力測定範囲、として適切に記載される。その評価は、『ASTM ビュレチン(bulletin)』39頁(1959年)のウィンズロー、シャピロにおいて記載された方法、又はDIN法6133に記載の方法によって行なわれる。その評価のために、カーロ−エルバ(CARLO−ERBA)ポロシメータ2000を使用することができる。シリカに対する平均水銀空隙率比表面積は、100〜300m2/gの範囲になければならない。
そのような水銀空隙率測定による、シリカ、アルミナ及びアルミノケイ酸塩に対する適切な細孔寸法分布は、本発明では、次のようであると考えられる:その細孔の5パーセント以下は、約10nm未満の直径を持つ、その細孔の60〜90パーセントは、10〜100nmの直径を持つ、その細孔の10〜30パーセントは、100〜1,000nmの直径を持つ、そして、その細孔の5〜20パーセントは、約1,000nmを超える直径を持つ。
シリカ粒子は、寸法においてもっと小さいか、又は恐らくもっと大きいかも知れないけれども、シリカは、電子顕微鏡で測定した場合、例えば、0.01〜0.05μmの範囲の平均極限粒径を持つと期待される。種々の市販のシリカが本発明の使用のために考えられる。例えば、HI−SIL210、243、などの名称をもつHI−SIL商標の下のPPGインダストリーズ製、例えば、ZEOSIL 1165MPという名称をもつ、ローヌプーランから入手可能なシリカ、例えば、VN2及びVN3などという名称をもつ、デグッサから入手可能なシリカ、及び、例えば、HUBERSIL 8745の名称を持つ、フーバーから入手可能なシリカ、である。
シリカ、アルミナ及び/又はアルミノケイ酸塩のようなケイ酸含有充填材、ならびにカーボンブラック強化顔料の両方を含むゴム組成物が主に強化顔料としてのシリカで補強されることが望まれる場合、そのケイ酸含有充填材とカーボンブラックとの重量比は少なくとも3/1であり、好ましくは、少なくとも10/1、したがって3/1〜30/1の範囲にあることが、しばしば好ましい。充填材は、15〜95重量%沈降シリカ、アルミナ及び/又はアルミノケイ酸塩、ならびに、相応して、85〜5重量%のカーボンブラックから成り、本発明では、カーボンブラックは、80〜150の範囲のCTAB値を持っている。あるいは、充填材は、前記シリカ、アルミナやアルミノケイ酸塩60〜95重量%、ならびに、相応して、カーボンブラック40〜5重量%から成ることができる。加硫ゴムの製造において、珪質充填材及びカーボンブラックを予備ブレンドするか、一緒にブレンドする。
ゴム組成物は、ゴムコンパウンディング技術において知られている方法、例えば、種々の硫黄加硫可能成分ゴムを、種々の一般に使用される添加材料、例えば、硬化補助剤(例:硫黄、活性剤、遅延剤及び加速剤)、処理添加剤(例:オイル、樹脂含有粘着樹脂、シリカ、可塑剤、充填材、顔料、脂肪酸、酸化亜鉛、ワックス、酸化防止剤及びオゾン劣化防止剤)、素練り促進剤、ならびに強化材料(例:カーボンブラック)と混合すること、によってコンパウンドされる。硫黄加硫可能な及び硫黄で加硫された物質(ゴム)の意図的使用に依存して、上記の添加物が選択され、普通、通常量で使用される。
加硫は、更なる硫黄加硫剤の存在下でも行われる。適切な硫黄加硫剤の例は、例えば、元素状硫黄(遊離硫黄)又は硫黄供与剤(例えば、アミノジスルフィド、高分子ポリスルフィド、又は、普通は、最終の生産的ゴム組成物混合段階で添加される硫黄オレフィン付加物)を含む。硫黄加硫剤(それは、本技術においては一般的である)は、生産的混合段階で、使用すなわち添加される。その量は、0.4〜3phrの範囲で、又は、ある状況では、約8phrまでであるが、1.5〜2.5phrの範囲、時には2〜2.5phrが好ましい。加硫促進剤も本発明で使用される。それは、例えば、ベンゾチアゾール、アルキルチウラムジスルフィド、グアニジン誘導体及びチオカルバミン酸塩のようなタイプであることが認められる。加硫促進剤は第一次又は第二次のアクセラレータでありうるし、個々のアクセラレータは第一次又は第二次のアクセラレータのいずれかとして機能する可能性がある。代表的な促進剤は以下のものを含むが、これらに限定されるものではない:メルカプトベンゾチアゾール、テトラメチルチウラムジスルフィド、ベンゾチアゾールジスルフィド、ジフェニルグアニジン、ジチオカルバミン酸亜鉛、アルキルフェノールジスルフィド、ブチルキサントゲン酸亜鉛、N−ジシクロヘキシル−2−ベンゾチアゾールスルフェナミド、N−シクロヘキシル−2−ベンゾチアゾールスルフェナミド、N−オキシジエチレンベンゾチアゾール−2−スルフェナミド、N,N−ジフェニルチオ尿素、ジチオカルバミルスルフェナミド、N,N−ジイソプロピルベンゾチアゾール−2−スルフェナミド、亜鉛−2−メルカプトトルイミダゾール、ジチオビス(N−メチルピペラジン)、ジチオビス(N−β−ヒドロキシエチルピペラジン)及びジチオビス(ジベンジルアミン)。他の更なる硫黄供与体は、例えば、チウラム及びモルホリン誘導体である。その供与体は、以下を含むが、これらに限定されない:ジモルホリンジスルフィド、ジモルホリンテトラスルフィド、テトラメチルチウラムテトラスルフィド、ベンゾチアジル−2,N−ジチオモルホリド、チオプラスト(thioplasts)、ジペンタメチレンチウラムヘキサスルフィド、及びジスルフィドカプロラクタム。
加硫に要する時間及び/又は温度を制御し、加硫物の特性を改善するために、促進剤が使用される。一つの実施態様においては、単一の促進剤システム、すなわち一次促進剤が使用される。従来から、かつ、好ましくは、一次促進剤は、0.5〜4、好ましくは0.8〜1.5phrの範囲の総量で使用される。加硫物の性質を活性化し、改良するために、二次促進剤をもっと少ない量(0.05〜3phr)使用して、一次及び二次促進剤の組合せが使用される。遅延作動促進剤も使用される。加硫抑制剤もまた、使用される。促進剤の適切なタイプは、アミン、ジスルフィド、グアニジン、チオ尿素、チアゾール、チウラム、スルフェナミド、ジチオカルバミン酸塩及びキサントゲン酸塩であるが、促進剤がデブロッカーでもあるならば、そのタイプは影響される。本技術で使用される一次促進剤の例は、N−シクロヘキシル−2−ベンゾチアジルスルフェナミド(CBS)、N−t−ブチル−2−ベンゾチアジルスルフェナミド(TBBS)、ベンゾチアジル−2−スルフェンモルホリド(MBS)、N−ジシクロヘキシル−2−ベンゾチアジルスルフェナミド(DCBS)、テトラメチルチウラムモノスルフィド(TMTM)、テトラメチルチウラムジスルフィド(TMTD)、テトラメチルチウラムヘキサスルフィド、N’N−ジフェニル尿素、及び、モルホリンチオベンゾチアゾール、を含む。二次促進剤が使用されるならば、二次促進剤は、好ましくは、グアニジン、ジチオカルバミン酸塩、又はチウラム化合物である。本技術で一般に使用される二次促進剤の例は、ジフェニルグアニジン(DPG)、テトラメチルチウラムヘキサスルフィド、メルカプトベンゾチアゾール(NBT)、メルカプトベンゾチアゾールジスルフィド(MBTS)、メルカプトベンゾチアゾールの亜鉛塩(ZMBT)、ジブチルジチオカルバミン酸亜鉛、ジエチルジチオカルバミン酸亜鉛、ジメチルジチオカルバミン酸亜鉛、ジベンジルジチオカルバミン酸亜鉛、エチルフェニルジチオカルバミン酸亜鉛、ジブチルジチオカルバミン酸ニッケル、ジメチルジチオカルバミン酸銅、ペンタメチレンジチオカルバミン酸ピペリジニウム、チオカルバニリド、1,3−ジエチルチオ尿素、1,3−ジブチルチオ尿素、ジ(ペンタメチレン)チウラムヘキサスルフィド、及び、モルホリンチオベンゾチアゾールを含む。本技術でよく知られたグアニジン、アミン及びイミンの多数の具体的な例(これらはゴムの硬化剤中の成分として有用である)は、『ゴム化学薬品(Rubber Chemicals)』(J.バン・アルフェン、プラスチック及びゴム研究所TNO、オランダ国デルフト、1973年)中に挙げられている。
本発明のエラストマー処方において、促進剤システムにおける選択において更なる要因を考慮することが重要である。この要因は、ブロックされたメルカプトシラン縮合物に対する促進剤のデブロッキング作用に関係する。ブロックされたメルカプトシラン縮合物のデブロッキングは、デブロッキングが望ましい点で、エラストマーに添加された成分の触媒作用又は化学作用によって起こる。この点で、アミン又は関連した塩基性物質が特に相応しい。前記の促進剤の大部分はアミンベースであるが、窒素原子が硫黄原子、カルボニル又はチオカルボニルに結合しているので、その塩基度は下がっている。これは、本発明のエラストマー組成物に対し理想的に適している促進剤セットのタイプに影響する。したがって、操作の好ましい方法は、デブロッキング剤と促進剤の両方であるようなアミンを使用することであるだろう。
ブロックされたメルカプトシラン縮合物の用途に関して立証された適合性をもつ促進剤の中に、ジフェニルグアニジン(DPG)及びテトラメチルチウラムモノスルフィド(TMTM)がある。TMTMが好ましい。そのような化合物の部類、すなわち、R2NC(=S)−Sn−C(=S)NR2(式中、n=1〜4、Rは1〜4個の炭素原子を持つアルキル基)が好ましいと思われる。
イミン、アニリン及び窒素含有複素環のような、遊離アミン又は近縁化学物質は、デブロックし、それによって、その強い塩基度に基づいて前記の促進剤の多くよりもはるかに容易に、速く及び/又は完全にブロックされたメルカプトシランを活性化すると期待される。適切なアミン促進剤は十分な炭素含量をもつ第二級又は第三級アミン類である、そのため、その構造の中に、塩基性アミン基の親水性を相殺するのに十分な疎水性を含んでいて、そのため、ゴムマトリックスへの分散が促進される。そのような化合物はすべて、少なくとも140℃、好ましくは200℃を超える沸点を持たなければならない。これは、ゴム混合物に混和するのに十分な炭素含量(一般的に、おおよそ、少なくとも6:1のC:Nモル比率)をもつ第二級又は第三級アミンを含む。あるいは、該アミンは、以下の部類の複素環式アミンである:キノリン、イミダゾリン、イミダゾリドン、ヒダントイン、ヒドララジン、ピラゾール、ピラジン、プリン、ピリミジン、ピロール、インドール、オキサゾール、チアゾール、ベンゾイミダゾール、ベンゾキサゾール、ベンゾチアゾール、トリアゾール、ベンゾトリアゾール、テトラゾール、アニリン、フェニレンジアミン及びイミン。遊離アミンタイプの促進剤を検討する場合の要因は、もちろん、毒性、物理的性状(すなわち液体又は固体)、揮発性、処方への分散能力などのような要因である。
最も適切には、加硫促進剤の混合物を使用することができ、それは、ゴム硬化の速度及び程度をシランのデブロッキング及び架橋に関して制御するために、前記のデブロッキング剤でもってシランをデブロックするために使用される。各ゴム混合物は、単純な実験で決定される、それ自身の最適ブレンドを持つ。
粘着性付与樹脂の典型的量は、使われるならば、0.5〜10phr、通常1〜5phrである。加工助剤の典型的量は、1〜50phrである。そのような加工助剤は、例えば、芳香族系、ナフテン系及び/又はパラフィン系処理オイルを含むことができる。酸化防止剤の典型的量は1〜5phrである。代表的な酸化防止剤は、例えば、ジフェニル−p−フェニレンジアミン及びその他のもの、例えば、『ヴァンダービルト・ゴムハンドブック』(1978年)344〜346頁に開示されているそれらのような物である。オゾン劣化防止剤の典型的な量は、1〜5phrである。使われるならば、脂肪酸(ステアリン酸が含まれる)の典型的な量は0.5〜3phrである。酸化亜鉛の典型的量は、2〜5phrである。ワックスの典型的量は、1〜5phrである。しばしば微結晶性ワックスが使用される。素練り促進剤の典型的量は、0.1〜1phrである。典型的素練り促進剤は、例えば、ペンタクロロチオフェノール及びジベンズアミドジフェニルジスルフィドである。
本発明のゴム組成物は、種々の目的のために使用される。例えば、それは種々のタイヤコンパウンドのために使用される。そのようなタイヤは、公知であり、そのような分野の技術者には容易に明らかになる、種々の方法で、構成され、整形され、型に入れられ、硬化される。
ここに挙げた全参考文献は、それらが本発明に関連する度合いに応じて、参照によって取り入れられている。
本発明の種々の特徴及び様相は、このあとの実施例でさらに説明される。これらの実施例は、本文野の技術者に発明の範囲内で操作する方法を示すために提供されるが、それらは、いかなる方法においても、本発明の範囲に対する制限としての役割を果たすことを意図されていない。
実施例1
3−アセチルチオ−1−プロピルトリエトキシシラン縮合物の均一調製
3−アセチルチオ−1−プロピルトリエトキシシランの粗出発物質を、まず、ナトリウムエトキシドからのフラッシュ真空蒸留により精製した。蒸留液を再蒸留した。揮発性物質の初期の前留分を捨て、蒸留液のバルクを澄んだ無色液体として保持し、それを、縮合物の調製のための出発物質として使用した。3−アセチルチオ−1−プロピルトリエトキシシラン(74.35グラム、0.2525モル)と無水エタノール(70グラム)の均一混合物に、撹拌しながら、適当な量の水(2.27グラム、0.126モル)を添加した。混合液を、6週間周囲温度で放置した。この後、揮発性物質を回転蒸発によって除去した。
実施例2
3−アセチルチオ−1−プロピルトリエトキシシランの縮合物の不均一調製
3−アセチルチオ−1−プロピルトリエトキシシランの粗出発物質を、まずナトリウムエトキシドからのフラッシュ真空蒸留によって精製した。蒸留液を再蒸留した。揮発性物質の初期の前留分を捨て、蒸留液のバルクを澄んだ無色液体として保持し、それを、縮合物の調製のための出発物質として使用した。3−アセチルチオ−1−プロピルトリエトキシシラン(68.3グラム、0.232モル)と水(49グラム、2.7モル)の二相混合物を周囲温度で6週間攪拌した。この時点の後、液体層を分液ロートで分離した。揮発性物質を有機相から回転蒸発によって除去した。
実施例3
チオオクト酸3−トリエトキシシリル−1−プロピル縮合物の均一調製
チオオクト酸3−トリエトキシシリル−1−プロピルの一定量(240グラム、0.66モル)を撹拌しながら無水エタノール(54グラム)と水(5.93グラム、0.329モル)の均一混合物に添加した。混合物を6週間周囲温度で放置した。この時点の後、揮発性物質を回転蒸発によって除去した。前留分をフラッシュ真空蒸留で追い出すこと及び試料の不揮発性部分を残すことによって、生成物をさらに精製した。前留分は、試料中に存在する不純物、オクタン酸エチル、3−メルカプト−1−プロピルトリエトキシシラン、及び3−クロロ−1−プロピルトリエトキシシランの大部分を含有した。それらは、各汚染物質の純試料での比較GC(ガスクロマトグラフィー)によって確証された。GC分析結果(領域%):チオオクト酸3−トリエトキシシリル−1−プロピルのSi−O−Siシロキサン「二量体」46.4%、チオオクト酸3−トリエトキシシリル−1−プロピル33.0%、1−ジエトキシ−1−シラ−2−チアシクロペンタン0.2%、ビス−3−トリエトキシシリル−1−プロピルジスルフィド4.4%、ビス−3−トリエトキシシリル−1−プロピルトリチオカルボン酸1.0%。チオオクト酸3−トリエトキシシリル−1−プロピルのSi−O−Siシロキサン「三量体」、「四量体」などのより高い分子量成分がこれらの組成物中にあると予測されるが、取られたGCスペクトルによっては検出されなかったであろう。
実施例4
チオオクト酸3−トリエトキシシリル−1−プロピルの縮合物の不均一調製
チオオクト酸3−トリエトキシシリル−1−プロピル(124.3グラム、0.3409モル)と水(175グラム、9.71モル)の二相混合物を周囲温度で6週間攪拌した。この時点の後、液体層を分液ロートで分離した。有機相から回転蒸発によって揮発性物質を除去した。前留分をフラッシュ真空蒸留で追い出すこと及び試料の不揮発性部分を残すことによって、生成物をさらに精製した。前留分は、試料中にある不純物、オクタン酸エチル、3−メルカプト−1−プロピルトリエトキシシラン、及び3−クロロ−1−プロピルトリエトキシシランの大部分を含有した。それらは、各汚染物質の純試料での比較GC(ガスクロマトグラフィー)によって確証された。GC分析的結果(面積%):チオオクト酸3−トリエトキシシリル−1−プロピルのSi−O−Siシロキサン「二量体」39.0%、チオオクト酸3−トリエトキシシリル−1−プロピル37.1%、1−ジエトキシ−1−シラ−2−チアシクロペンタン0.4%、3−メルカプト−1−プロピルトリエトキシシラン0.2%、3−エチルチオ−1−プロピルトリエトキシシラン0.3%、ビス−3−トリエトキシシリル−1−プロピルジスルフィド5.3%、ビス−3−トリエトキシシリル−1−プロピルトリチオカルボン酸1.0%。チオオクト酸3−トリエトキシシリル−1−プロピルのSi−O−Siシロキサン「三量体」、「四量体」などのより高い分子量成分がこれらの組成物中にあると予測されるが、取られたGCスペクトルによっては検出されなかったであろう。
実施例5
チオオクト酸3−トリエトキシシリル−1−プロピルの縮合物の酸触媒による不均一調製
チオオクト酸3−トリエトキシシリル−1−プロピル(125.1グラム、0.3431モル)及び水(83.4グラム、4.63モル)及び氷酢酸(12.5グラム、0.208モル)の二相の混合物を周囲温度で6週間攪拌した。この時点の後、液体層を分液ロートで分離した。揮発性物質を回転蒸発によって有機相から除去した。前留分をフラッシュ真空蒸留で追い出すこと及び試料の不揮発性部分を残すことによって、生成物をさらに精製した。前留分は、試料中にある不純物、オクタン酸エチル、3−メルカプト−1−プロピルトリエトキシシラン、及び3−クロロ−1−プロピルトリエトキシシランの大部分を含有した。それらは、各汚染物質の純試料での比較GC(ガスクロマトグラフィー)によって確証された。GC分析結果(面積%):チオオクト酸3−トリエトキシシリル−1−プロピルのSi−O−Siシロキサン「二量体」30.2%、チオオクト酸3−トリエトキシシリル−1−プロピル50.5%、3−メルカプト−1−プロピルトリエトキシシラン0.2%、ビス−3−トリエトキシシリル−1−プロピルジスルフィド5.1%、ビス−3−トリエトキシシリル−1−プロピルトリチオカルボン酸1.8%。チオオクト酸3−トリエトキシシリル−1−プロピルのSi−O−Siシロキサン「三量体」、「四量体」などのより高い分子量成分がこれらの組成物中にあると予測されるが、取られたGCスペクトルによっては検出されなかったであろう。
実施例6
チオオクト酸3−トリエトキシシリル−1−プロピルの縮合物の塩基触媒による調製
チオオクト酸3−トリエトキシシリル−1−プロピル(72.12グラム、0.1978モル)とエタノール(72.3グラム)の均一混合液に適当量の水を添加した。得られた混合物を攪拌して均一な溶液にし、続いて、それに適量の水(19.6グラム、1.09モル)を加えた。ついで、この混合物を攪拌し、もう一つの均一な混合物とした。この得られた混合液に、少量のナトリウムエトキシド(0.086グラム、0.0013モル)を21重量%エタノール溶液(0.41グラム)として添加した。ついで、この混合液を周囲温度で攪拌し、均一な溶液を得た。一日間の撹拌の後、この混合液にわずかな相分離が見られた。ついで、それから6週間、周囲温度での撹拌を続けた。この時点の後、液体層を分液ロートで分離した。有機物の相が断然支配的な相であった。揮発性物質を回転蒸発によって有機相から除去した。前留分をフラッシュ真空蒸留で流出させること及び、試料の不揮発性部分を保持することによって、生成物をさらに精製した。前留分は、試料中のオクタン酸エチル、3−メルカプト−1−プロピルトリエトキシシラン及び3−クロロ−1−プロピルトリエトキシシラン不純物の大部分を含んでいた。これは、各混入物の純粋な試料の比較GCによって確認された。GC分析結果(面積%):チオオクト酸3−トリエトキシシリル−1−プロピルのSi−O−Siシロキサン「二量体」23.6%、チオオクト酸3−トリエトキシシリル−1−プロピル58.7%、1−ジエトキシ−1−シラ−2−チアシクロペンタン0.1%、3−メルカプト−1−プロピルトリエトキシシラン0.5%、ビス−3−トリエトキシシリル−1−プロピルジスルフィド5.1%、ビス−3−トリエトキシシリル−1−プロピルトリチオカルボン酸1.2%。チオオクト酸3−トリエトキシシリル−1−プロピルのSi−O−Siシロキサン「三量体」、「四量体」などのより高い分子量成分がこれらの組成物中に期待されるが、得られたGCスペクトルによっては検出されなかった。
実施例7
ギ酸触媒によるチオオクト酸3−トリエトキシシリル−1−プロピルの縮合物の調製
蒸留装置、添加ロート、温度計、加熱マントル及びマグネチックスターラーを具備した1リットルの丸底フラスコに、チオオクト酸3−トリエトキシシリル−1−プロピル200グラム(0.55モル)及びPurolite CT−275乾燥酸性イオン交換樹脂1.0グラムを添加した。フラスコ内容物を撹拌しながら80℃に加熱する間に、96%ギ酸12.6グラム(0.27モル)を添加ロートから添加した。80℃及び5mm水銀真空での蒸留により、低沸点成分(主にエタノールとギ酸エチル)28.2グラムが得られた。フラスコ内容物を濾過して、10csk粘度の164.2グラムを得た。29SiNMRによる解析は、Si当り2.26個のエトキシ基を示し、13CNMRは、Siにつき2.13個のエトキシ基の存在、及び硫黄の上のオクタノイル基が失われていないことを示した。
実施例8
ギ酸触媒による、チオオクト酸3−トリエトキシシリル−1−プロピルとケイ酸テトラエチルの縮合物の調製
実施例7に記載した装置を使用して、チオオクト酸3−トリエトキシシリル−1−プロピル364.0グラム(1.0モル)、ケイ酸テトラエチル208.3グラム(1.0モル)及びPurolite CT−275イオン交換樹脂2.7グラムの混合物をフラスコに添加した。フラスコの内容物を55℃に加熱しながら、水30.6グラム(1.7モル)を添加漏斗からフラスコに添加した。温度は、撹拌しながら3時間50〜55℃に維持した。フラスコを室温に冷却し、濾過し、低沸点成分をフラスコから真空蒸留(85℃、8mmHg)で留去すると(主にエタノール、127.0グラム)、14cstk粘度の琥珀色液体423.6グラムを単離して得た。13CNMRにより、オクタノイル基の全てがこの反応の後も硫黄の上に残っていたことを確認した。
実施例9
ギ酸触媒による、チオオクト酸3−トリエトキシシリル−1−プロピルとオクチルトリエトキシシランの縮合物の調製
実施例7に記載した装置を使用して、チオオクト酸3−トリエトキシシリル−1−プロピル364.0グラム(1.0モル)、オクチルトリエトキシシラン276.5グラム(1.0モル)及びPurolite CT−275イオン交換樹脂2.7グラムの混合物をフラスコに添加した。フラスコの内容物を50℃に加熱している間に、水30.6グラム(1.7モル)を添加漏斗からフラスコに添加した。温度は、撹拌しながら2時間50〜55℃に維持した。フラスコを室温に冷却し、濾過し、低沸点成分をフラスコから真空蒸留(80℃、2mmHg)で留去すると(主にエタノール、111.5グラム)、14cstk粘度の琥珀色液体484.6グラムを単離して得た。13CNMRにより、オクタノイル基がこの反応の後も硫黄の上に残っていることを確認した。
実施例10
ギ酸触媒による、チオオクト酸3−トリエトキシシリル−1−プロピルとフェニルトリエトキシシランの縮合物の調製
実施例7に記載した装置を使用して、チオオクト酸3−トリエトキシシリル−1−プロピル364.0グラム(1.0モル)、フェニルトリエトキシシラン240.4グラム(1.0モル)及びPurolite CT−275イオン交換樹脂2.7グラムの混合物をフラスコに添加した。フラスコの内容物を1.5日間室温で攪拌している間に、水30.6グラム(1.7モル)を添加漏斗からフラスコに添加し、ついで2時間50℃に加熱した。フラスコを室温に冷却し、濾過し、低沸点成分をフラスコから真空蒸留(50℃、10mmHg)で留去して(主にエタノール、125.7グラム)、14cstk粘度の琥珀色液体469.1グラムを単離して得た。13CNMRにより、オクタノイル基がこの反応の後も硫黄の上に残っていることを確認した。
実施例11〜22
以下の実施例において、反応体の量は、特に明記しない限り、ゴム百部あたりの部である。
以下の試験は、以下の方法で行った(全ての実施例において):ムーニー粘度@100℃(ASTM法D1646)、ムーニー・スコーチ@135℃(ASTM法D1646)、振動ディスクレオメータ(ODR)@149℃、円弧1°(ASTM法D2084)、物理的性状、t90@149℃硬化(ASTM法D412及びD224)。
処方:sSBR(Solflex 1216)75、BR(Budene 1207)25、シリカ(Zeosil 1165MP)80、プロセスオイル(Sundex 3125)32.5、酸化亜鉛(Kadox 720C)2.5、ステアリン酸(Industrene R)1.0、オゾン劣化防止剤(Santoflex 13)2.0、マイクロワックス(M4067)1.5、カーボンブラック(N330)3.0、硫黄(Rubbermakers sulfur 104)1.4、CBS1.7、DPG2.0、及びシラン7.2。
処方の混合は、全ての試料に対して、170℃で8分間の混合時間の間、バンブリミキサーで行なった。これらの処方の物理的試験の結果を表1−(A〜D)に示す。表において、便宜上、用語「Prodex」を、「実施例の生成物The
product of
Example」を意味させて、使用する。したがって、例えば、「Prodex 10」は、「実施例10の生成物」を意味すると理解されなければならない。この用語を使用していない場合には、生成物は、実施例8に記載したプロセスに類似するプロセスによって作られた。さらに、「Y−15099」は、チオオクト酸3−トリエトキシシリル−1−プロピル、「TEOS」はテトラエトキシシランである。
Figure 0004903986
Figure 0004903986
Figure 0004903986
Figure 0004903986
発明の基礎をなしている原理から外れることなくなされる多くの変更及び修飾に鑑みて、本発明に与えられるべき保護の範囲の理解のためには、添付の請求項への参照がなされなければならない。

Claims (8)

  1. 化学構造が式1で表される1種以上の成分から成るブロックされたメルカプトシラン縮合物:
    式1:(W1)(W2)(W3)(W4)(W5)(W6)
    式中、m、y、u、v及びwのうち少なくとも1つは、別々に、1〜10,000の整数であり、残りは、別々に、0〜10,000の整数である、
    lは、1〜10,000の整数である、
    W1は、加水分解可能なブロックされたメルカプトシランから、1以上の加水分解可能な基を、式2又は式3のいずれかで表されるシロキサン酸素(−O−)基の一末端で置換することによって誘導される、加水分解可能なブロックされたメルカプトシランフラグメントである:
    式2:{[(ROC(=O)−)(G−)Y−S−]G(−SiX
    式3:{(XSi−)G]{Y(−S−G−SiX
    W2は、加水分解可能なメルカプトシランから、1以上の加水分解可能な基を、式4で表されるシロキサン酸素(−O−)基の一末端で置換することによって誘導される、加水分解可能なメルカプトシランフラグメントである:
    式4:{[(ROC(=O)−)(G−)Y−S−]r−dG(−SH)(−SiX
    W3は、ポリサルファイドシランから、1以上の加水分解可能な基を、式5で表されるシロキサン酸素(−O−)基の一末端で置換することによって誘導される、加水分解可能なポリスルフィドシランフラグメントである:
    式5:XSi−G−S−G−SiX
    W4は、加水分解可能なアルキルシランから、1以上の加水分解可能な基を、式6で表されるシロキサン酸素(−O−)基の一末端で置換することによって誘導される、加水分解可能なアルキルシランフラグメントである:
    式6:YSi−R
    W5は、加水分解可能なビスシリルアルカンから、1以上の加水分解可能な基を、式7で表されるシロキサン酸素(−O−)基の一末端で置換することによって誘導される、加水分解可能なビスシリルアルカンフラグメントである:
    式7:ZSi−J−SiZ
    W6は、加水分解可能なトリスシリルアルカンから、1以上の加水分解可能な基を、式8又は式9のいずれかで表されるシロキサン酸素(−O−)基の一末端で置換することによって誘導される、加水分解可能なトリスシリルアルカンフラグメントである:
    式8:(ZSi−CHCH−)
    式9:(ZSi−CHCHCH−)
    ここで、先の式2から9までにおいて、
    Yは、−C(=O)−、−C(=S)−、−OC(=O)−、(−NR)C(=O)−、(−NR)C(=S)−、(−O)(−S)P(=O)−、(−O) P(=S)−、(−S) P(=O)−、(−O)(−S)P(=S)−、(−S) P(=S)−、(−NR)(−S)P(=O)−、(−NR)(−S)P(=S)−、(−NR)(−O)P(=O)−、(−NR)(−S)P(=O)−、(−NR)(−O)P(=S)−、及び(−NR)(−S)P(=S)−からなる群より選択され、
    各Gは、別々に、アルキル、アルケニル、アリール又はアラルキル成分の置換によって誘導される一価及び多価成分からなる群から選択される(ここで、Gは1〜18個の炭素原子から成り、ただし、Gは、該シランが、チオカルボニル基の隣に炭素−炭素二重結合を含むα、β−不飽和カルボニルを含むようなものでなく、Gが一価であるならば、すなわちpが0であるならば、Gは水素でありうる)、
    各Rは、別々に、水素、直鎖状、環状又は分枝状のアルキル基(不飽和を含むこともあり、含まないこともある)、アルケニル基、アリール基、及びアラルキル基(ここで各Rは、Rが水素である場合を除いて、1〜18個の炭素原子から成る)から成る群から選択される、
    各Xは、別々に、−Cl,−Br、RO−、RC(=O)O−、RC=NO−、RNO−、RN−、−R、−(OSiR(OSiR)及び(−O−)0.5(式中、各Rは上記の通りであり、1以上のXは−Rではなく、かつ1以上のXは(−O−)0.5である)から成る群から、選択される、
    、R、及びRは、別々に、アリール基、及び、分枝鎖又は直鎖状、のアルキル、アルケニル、アレーニル(arenyl)あるいはアラルキル基を含む、1〜20個の炭素原子を持つ炭化水素から1個の水素原子の除去によって得られる炭化水素フラグメントから成る群から選択される、
    各J、及びGは、別々に、アリーレン、分枝鎖又は直鎖状、のアルキレン、アルケニレン、アレーニレンあるいはアラルキレン基を含む、1〜20個の炭素原子を持つ炭化水素から2個の水素原子の除去によって得られる炭化水素フラグメントから成る群から選択される、
    各Xは、別々に、−Cl、−Br、−OH、−OR、RC(=O)O−、−O−N=CR 及び(−O−)0.5から成る群から選択される加水分解可能な成分である、
    各X及びXは、別々に、水素、Rに対して上に記載した成員及びXに対して上に記載した成員から成る群から選択される、
    、X及びXのうち1以上は、(−O−)0.5である、
    は、−Cl、−Br、−OH、−OR、RC(=O)O−、−O−N=CR 及び(−O−)0.5から成る加水分解可能な群から選択された成分である、
    及びYは、別々に、水素、Rに対して上に記載した成員及びYに対して上に記載した成員から成る群から選択される、
    、Y及びYのうち1以上は(−O−)0.5であり、
    は、−Cl、−Br、−OH、−OR、RC(=O)O−、−O−N=CR 及び(−O−)0.5から成る加水分解可能な群から選択される、
    及びZは、別々に、水素、Rに対して上に記載した成員及びZに対して上に記載した成員から成る群から選択される、
    式7中のZ、Z及びZのうち1以上は、(−O−)0.5である、
    式8中のCは、シクロヘキサン分子から3個の水素原子を除去することによって得られるシクロヘキサンフラグメントを示す、
    式9中のNは、N、N’、N”−トリ置換シアヌレートを示す、
    aは0〜7である、
    bは1〜3である、
    cは1〜6である、
    dは1〜rである、
    jは0又は1であるが、pが1であるならば、しかもその場合のみ、jは0である、
    kは1〜2である、
    pは0〜5である、
    qは0〜6である、
    rは1〜3である、
    sは1〜3である、
    tは0〜5である、
    xは2〜20である
    ただし
    (a)Yが−C(=O)−、−C(=S)−、−OC(=O)−、(−NR)C(=O)−、又は(−NR)C(=S)−の場合、
    (i)a+bは2であり、
    (ii)kは1である、
    (b)Yが(−O)(−S)P(=O)−、(−O) P(=S)−、(−S) P(=O)−、(−O)(−S)P(=S)−、(−S) P(=S)−、(−NR)(−S)P(=O)−、(−NR)(−S)P(=S)−、(−NR)(−O)P(=O)−、(−NR)(−S)P(=O)−、(−NR)(−O)P(=S)−、又は(−NR)(−S)P(=S)の場合、(i)と(ii)、
    (i)cが1より大きく、
    (ii)bが1である、
    両方の場合を除いて、a+bは3である(この場合、aはc+1である)、
    そして
    (c)Yが(−O)(−S)P(=O)−、(−O) P(=S)−、(−S) P(=O)−、(−O)(−S)P(=S)−、(−S) P(=S)−、(−NR)(−S)P(=O)−、(−NR)(−S)P(=S)−、(−NR)(−O)P(=O)−、(−NR)(−S)P(=O)−、(−NR)(−O)P(=S)−、又は(−NR)(−S)P(=S)の場合、kは2である。
  2. 1種以上の有機ポリマー、1種以上の無機充填材、及び、その化学構造体が式1で表される1種以上の成分から成る1種以上のブロックされたメルカプトシラン縮合物から成る組成物:
    式1:(W1)(W2)(W3)(W4)(W5)(W6)
    式中、m、y、u、v及びwのうち少なくとも1つは、別々に、1〜10,000の整数であり、残りは、別々に、0〜10,000の整数である、
    lは、1〜10,000の整数である、
    W1は、加水分解可能なブロックされたメルカプトシランから、1以上の加水分解可能な基を、式2又は式3のいずれかで表されるシロキサン酸素(−O−)基の一末端で置換することによって誘導される、加水分解可能なブロックされたメルカプトシランフラグメントである:
    式2:{[(ROC(=O)−)(G−)Y−S−]G(−SiX
    式3:{(XSi−)G]{Y(−S−G−SiX
    W2は、加水分解可能なメルカプトシランから、1以上の加水分解可能な基を、式4で表されるシロキサン酸素(−O−)基の一末端で置換することによって誘導される、加水分解可能なメルカプトシランフラグメントである:
    式4:{[(ROC(=O)−)(G−)Y−S−]r−dG(−SH)(−SiX
    W3は、ポリサルファイドシランから、1以上の加水分解可能な基を、式5で表されるシロキサン酸素(−O−)基の一末端で置換することによって誘導される、加水分解可能なポリスルフィドシランフラグメントである:
    式5:XSi−G−S−G−SiX
    W4は、加水分解可能なアルキルシランから、1以上の加水分解可能な基を、式6で表されるシロキサン酸素(−O−)基の一末端で置換することによって誘導される、加水分解可能なアルキルシランフラグメントである:
    式6:YSi−R
    W5は、加水分解可能なビスシリルアルカンから、1以上の加水分解可能な基を、式7で表されるシロキサン酸素(−O−)基の一末端で置換することによって誘導される、加水分解可能なビスシリルアルカンフラグメントである:
    式7:ZSi−J−SiZ
    W6は、加水分解可能なトリスシリルアルカンから、1以上の加水分解可能な基を、式8又は式9のいずれかで表されるシロキサン酸素(−O−)基の一末端で置換することによって誘導される、加水分解可能なトリスシリルアルカンフラグメントである:
    式8:(ZSi−CHCH−)
    式9:(ZSi−CHCHCH−)
    ここで、以前の式2から9において、
    Yは、−C(=O)−、−C(=S)−、−OC(=O)−、(−NR)C(=O)−、(−NR)C(=S)−、(−O)(−S)P(=O)−、(−O) P(=S)−、(−S) P(=O)−、(−O)(−S)P(=S)−、(−S) P(=S)−、(−NR)(−S)P(=O)−、(−NR)(−S)P(=S)−、(−NR)(−O)P(=O)−、(−NR)(−S)P(=O)−、(−NR)(−O)P(=S)−、及び(−NR)(−S)P(=S)−からなる群より選択され、
    各Gは、別々に、アルキル、アルケニル、アリール又はアラルキル成分の置換によって誘導される一価及び多価成分からなる群から選択される(ここで、Gは1〜18個の炭素原子から成る、ただし、Gは、該シランが、チオカルボニル基の隣に炭素−炭素二重結合を含むα、β−不飽和カルボニルを含むようなものでなく、Gが一価であるならば、すなわちpが0であるならば、Gは水素でありうる)、
    各Rは、別々に、水素、直鎖状、環状又は分枝状のアルキル基(不飽和を含むこともあり、含まないこともある)、アルケニル基、アリール基、ならびにアラルキル基(ここで各Rは、Rが水素である場合を除いて、1〜18個の炭素原子から成る)から成る群から選択される、
    各Xは、別々に、−Cl,−Br、RO−、RC(=O)O−、RC=NO−、RNO−、RN−、−R、−(OSiR(OSiR)及び(−O−)0.5(式中、各Rは上記の通りであり、1以上のXは−Rではなく、かつ1以上のXは(−O−)0.5である)から成る群から、選択される、
    、R、及びRは、別々に、アリール基、及び、いずれかの分枝鎖又は直鎖状、のアルキル、アルケニル、アレーニル(arenyl)あるいはアラルキル基を含む、1〜20個の炭素原子を持つ炭化水素から1個の水素原子の除去によって得られる炭化水素フラグメントから成る群から選択される、
    各J、及びGは、別々に、アリーレン、分枝鎖又は直鎖状、のアルキレン、アルケニレン、アレーニレンあるいはアラルキレン基を含む、1〜20個の炭素原子を持つ炭化水素から2個の水素原子の除去によって得られる炭化水素フラグメントから成る群から選択される、
    各Xは、別々に、−Cl、−Br、−OH、−OR、RC(=O)O−、−O−N=CR 及び(−O−)0.5から成る群から選択される加水分解可能な成分である、
    各X及びXは、別々に、水素、Rに対して上に記載した成員及びXに対して上に記載した成員から成る群から選択される、
    、X及びXのうち1以上は、(−O−)0.5である、
    は、−Cl、−Br、−OH、−OR、RC(=O)O−、−O−N=CR 及び(−O−)0.5から成る加水分解可能な群から選択された成分である、
    及びYは、別々に、水素、Rに対して上に記載した成員及びYに対して上に記載した成員から成る群から選択される、
    、Y及びYのうち1以上は(−O−)0.5である、
    は、−Cl、−Br、−OH、−OR、RC(=O)O−、−O−N=CR 及び(−O−)0.5から成る加水分解可能な群から選択される、
    及びZは、別々に、水素、Rに対して上に記載した成員及びZに対して上に記載した成員から成る群から選択される、
    式7中のZ、Z及びZのうち1以上は、(−O−)0.5である、
    式8中のCは、シクロヘキサン分子から3個の水素原子を除去することによって得られるシクロヘキサンフラグメントを示す、
    式9中のNは、N、N’、N”−トリ置換シアヌレートを示す、
    aは0〜7である、
    bは1〜3である、
    cは1〜6である、
    dは1〜rである、
    jは0又は1であるが、pが1であるならば、しかもその場合のみ、jは0である、
    kは1〜2である、
    pは0〜5である、
    qは0〜6である、
    rは1〜3である、
    sは1〜3である、
    tは0〜5である、
    xは2〜20である
    ただし、
    (a)Yが−C(=O)−、−C(=S)−、−OC(=O)−、(−NR)C(=O)−、又は(−NR)C(=S)−の場合、
    (i)a+bは2であり、
    (ii)kは1である、
    (b)Yが(−O)(−S)P(=O)−、(−O) P(=S)−、(−S) P(=O)−、(−O)(−S)P(=S)−、(−S) P(=S)−、(−NR)(−S)P(=O)−、(−NR)(−S)P(=S)−、(−NR)(−O)P(=O)−、(−NR)(−S)P(=O)−、(−NR)(−O)P(=S)−、又は(−NR)(−S)P(=S)の場合、(i)と(ii)、
    (i)cが1より大きく、
    (ii)bが1である、
    両方の場合を除いて、a+bは3である(この場合、aはc+1である)、
    そして
    (c)Yが(−O)(−S)P(=O)−、(−O) P(=S)−、(−S) P(=O)−、(−O)(−S)P(=S)−、(−S) P(=S)−、(−NR)(−S)P(=O)−、(−NR)(−S)P(=S)−、(−NR)(−O)P(=O)−、(−NR)(−S)P(=O)−、(−NR)(−O)P(=S)−、又は(−NR)(−S)P(=S)の場合、kは2である。
  3. 1種以上の有機ポリマーがエラストマーである、特許請求の範囲第2項の組成物。
  4. 1種以上の無機充填材が熱分解法シリカ、沈降シリカ、二酸化チタン、アルミノシリケート、アルミナ、ケイ酸含有物質及びカーボンブラックからなる群から選択される特許請求の範囲第2項の組成物。
  5. 1種以上の有機ポリマー、1種以上の無機充填材及び、その化学構造体が式1で表される1種以上の成分から成る1以上のブロックされたメルカプトシラン縮合物から成る組成物からなる製品:
    式1:(W1)(W2)(W3)(W4)(W5)(W6)
    式中、m、y、u、v及びwのうち少なくとも1つは、別々に、1〜10,000の整数であり、残りは、別々に、0〜10,000の整数である、
    lは、1〜10,000の整数である、
    W1は、加水分解可能なブロックされたメルカプトシランから、1以上の加水分解可能な基を、式2又は式3のいずれかで表されるシロキサン酸素(−O−)基の一末端で置換することによって誘導される、加水分解可能なブロックされたメルカプトシランフラグメントである:
    式2:{[(ROC(=O)−)(G−)Y−S−]G(−SiX
    式3:{(XSi−)G]{Y(−S−G−SiX
    W2は、加水分解可能なメルカプトシランから、1以上の加水分解可能な基を、式4で表されるシロキサン酸素(−O−)基の一末端で置換することによって誘導される、加水分解可能なメルカプトシランフラグメントである:
    式4:{[(ROC(=O)−)(G−)Y−S−]r−dG(−SH)(−SiX
    W3は、ポリサルファイドシランから、1以上の加水分解可能な基を、式5で表されるシロキサン酸素(−O−)基の一末端で置換することによって誘導される、加水分解可能なポリスルフィドシランフラグメントである:
    式5:XSi−G−S−G−SiX
    W4は、加水分解可能なアルキルシランから、1以上の加水分解可能な基を、式6で表されるシロキサン酸素(−O−)基の一末端で置換することによって誘導される、加水分解可能なアルキルシランフラグメントである:
    式6:YSi−R
    W5は、加水分解可能なビスシリルアルカンから、1以上の加水分解可能な基を、式7で表されるシロキサン酸素(−O−)基の一末端で置換することによって誘導される、加水分解可能なビスシリルアルカンフラグメントである:
    式7:ZSi−J−SiZ
    W6は、加水分解可能なトリスシリルアルカンから、1以上の加水分解可能な基を、式8又は式9のいずれかで表されるシロキサン酸素(−O−)基の一末端で置換することによって誘導される、加水分解可能なトリスシリルアルカンフラグメントである:
    式8:(ZSi−CHCH−)
    式9:(ZSi−CHCHCH−)
    ここで、以前の式2から9において、
    Yは、−C(=O)−、−C(=S)−、−OC(=O)−、(−NR)C(=O)−、(−NR)C(=S)−、(−O)(−S)P(=O)−、(−O) P(=S)−、(−S) P(=O)−、(−O)(−S)P(=S)−、(−S) P(=S)−、(−NR)(−S)P(=O)−、(−NR)(−S)P(=S)−、(−NR)(−O)P(=O)−、(−NR)(−S)P(=O)−、(−NR)(−O)P(=S)−、及び(−NR)(−S)P(=S)−からなる群より選択され、
    各Gは、別々に、アルキル、アルケニル、アリール又はアラルキル成分の置換によって誘導される一価及び多価成分からなる群から選択される(ここで、Gは1〜18個の炭素原子から成る、ただし、Gは、該シランが、チオカルボニル基の隣に炭素−炭素二重結合を含むα、β−不飽和カルボニルを含むようなものでなく、Gが一価であるならば、すなわちpが0であるならば、Gは水素でありうる)、
    各Rは、別々に、水素、直鎖状、環状又は分枝状のアルキル基(不飽和を含むこともあり、含まないこともある)、アルケニル基、アリール基、ならびにアラルキル基(ここで各Rは、Rが水素である場合を除いて、1〜18個の炭素原子から成る)から成る群から選択される、
    各Xは、別々に、−Cl,−Br、RO−、RC(=O)O−、RC=NO−、RNO−、RN−、−R、−(OSiR(OSiR)及び(−O−)0.5(式中、各Rは上記の通りであり、1以上のXは−Rではなく、かつ1以上のXは(−O−)0.5である)から成る群から、選択される、
    、R、及びRは、別々に、アリール基、及び、いずれかの分枝鎖又は直鎖状、のアルキル、アルケニル、アレーニル(arenyl)あるいはアラルキル基を含む、1〜20個の炭素原子を持つ炭化水素から1個の水素原子の除去によって得られる炭化水素フラグメントから成る群から選択される、
    各J、及びGは、別々に、アリーレン、分枝鎖又は直鎖状、のアルキレン、アルケニレン、アレーニレンあるいはアラルキレン基を含む、1〜20個の炭素原子を持つ炭化水素から2個の水素原子の除去によって得られる炭化水素フラグメントから成る群から選択される、
    各Xは、別々に、−Cl、−Br、−OH、−OR、RC(=O)O−、−O−N=CR 及び(−O−)0.5から成る群から選択される加水分解可能な成分である、
    各X及びXは、別々に、水素、Rに対して上に記載した成員及びXに対して上に記載した成員から成る群から選択される、
    、X及びXのうち1以上は、(−O−)0.5である、
    は、−Cl、−Br、−OH、−OR、RC(=O)O−、−O−N=CR 及び(−O−)0.5から成る加水分解可能な群から選択された成分である、
    及びYは、別々に、水素、Rに対して上に記載した成員及びYに対して上に記載した成員から成る群から選択される、
    、Y及びYのうち1以上は(−O−)0.5である、
    は、−Cl、−Br、−OH、−OR、RC(=O)O−、−O−N=CR 及び(−O−)0.5から成る加水分解可能な群から選択される、
    及びZは、別々に、水素、Rに対して上に記載した成員及びZに対して上に記載した成員から成る群から選択される、
    式7中のZ、Z及びZのうち1以上は、(−O−)0.5である、
    式8中のCは、シクロヘキサン分子から3個の水素原子を除去することによって得られるシクロヘキサンフラグメントを示す、
    式9中のNは、N、N’、N”−トリ置換シアヌレートを示す、
    aは0〜7である、
    bは1〜3である、
    cは1〜6である、
    dは1〜rである、
    jは0又は1であるが、pが1であるならば、しかもその場合のみ、jは0である、
    kは1〜2である、
    pは0〜5である、
    qは0〜6である、
    rは1〜3である、
    sは1〜3である、
    tは0〜5である、
    xは2〜20である
    ただし:
    (a)Yが−C(=O)−、−C(=S)−、−OC(=O)−、(−NR)C(=O)−、又は(−NR)C(=S)−の場合、
    (i)a+bは2であり、
    (ii)kは1である、
    (b)Yが(−O)(−S)P(=O)−、(−O) P(=S)−、(−S) P(=O)−、(−O)(−S)P(=S)−、(−S) P(=S)−、(−NR)(−S)P(=O)−、(−NR)(−S)P(=S)−、(−NR)(−O)P(=O)−、(−NR)(−S)P(=O)−、(−NR)(−O)P(=S)−、又は(−NR)(−S)P(=S)の場合、(i)と(ii)、
    (i)cが1より大きく、
    (ii)bが1である、
    両方の場合を除いて、a+bは3である(この場合、aはc+1である)、
    そして
    (c)Yが(−O)(−S)P(=O)−、(−O) P(=S)−、(−S) P(=O)−、(−O)(−S)P(=S)−、(−S) P(=S)−、(−NR)(−S)P(=O)−、(−NR)(−S)P(=S)−、(−NR)(−O)P(=O)−、(−NR)(−S)P(=O)−、(−NR)(−O)P(=S)−、又は(−NR)(−S)P(=S)の場合、kは2である。
  6. 1種以上の有機物のポリマーがエラストマーである特許請求の範囲第5項の製品。
  7. 1種以上の無機充填材が熱分解法シリカ、沈降シリカ、二酸化チタン、アルミノケイ酸塩、アルミナ、ケイ酸を含む物質及びカーボンブラックからなる群から選択される特許請求の範囲第5項の製品。
  8. 前記物品がタイヤである特許請求の範囲第5項の製品。
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