JP5310186B2 - 変性共役ジエン系重合体の製造方法、変性共役ジエン系重合体及びゴム組成物 - Google Patents
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(a)成分:周期律表の原子番号57〜71にあたる希土類元素含有化合物、または、前記希土類元素含有化合物とルイス塩基との反応物
(b)成分:アルモキサンと一般式AlR1R2R3(前記一般式中、R1及びR2は水素原子または炭素数1〜10の炭化水素基であり、R3は炭素数1〜10の炭化水素基である。但し、R1及びR2は同一または異なっていてもよく、R3はR1及びR2と同一または異なっていてもよい)に対応する有機アルミニウム化合物
(c)成分:ハロゲン含有化合物
(g)成分:チタン、ジルコニウム、ビスマス、アルミニウム、及び、スズからなる群より選択される少なくとも一つの元素を含有する化合物
(h)成分:多価アルコールのカルボン酸部分エステル
本発明の変性共役ジエン系重合体の製造方法の一実施形態は、下記(a)〜(c)成分を含有する触媒を用いて共役ジエン化合物の重合反応を行って第一の反応溶液を得る第1工程と、得られた第一の反応溶液に上記触媒を更に加えて重合反応を行い、ゲルパーミエーションクロマトグラフィで測定したポリスチレン換算の重量平均分子量(以下、単に「重量平均分子量」と記す場合がある)が25万〜80万の、活性末端を有する第一の共役ジエン系重合体、及び、上記重量平均分子量が1万〜15万の、活性末端を有する第二の共役ジエン系重合体を含み、第一の共役ジエン系重合体と第二の共役ジエン系重合体の合計のビニル含量が10%以下であり、シス1,4−結合含量が75%以上である第二の反応溶液を得る第2工程と、得られた第二の反応溶液に変性剤を加えて、第一の共役ジエン系重合体の活性末端及び第二の共役ジエン系重合体の活性末端を変性させる変性反応を行って変性共役ジエン系重合体を得る第3工程と、を有する方法である。
(a)成分:周期律表の原子番号57〜71にあたる希土類元素含有化合物、または、この希土類元素含有化合物とルイス塩基との反応物
(b)成分:アルモキサンと一般式AlR1R2R3(前記一般式中、R1及びR2は水素原子または炭素数1〜10の炭化水素基であり、R3は炭素数1〜10の炭化水素基である。但し、R1及びR2は同一または異なっていてもよく、R3はR1及びR2と同一または異なっていてもよい)に対応する有機アルミニウム化合物
(c)成分:ハロゲン含有化合物
本発明の変性共役ジエン系重合体の製造方法は、まず、上記(a)〜(c)成分を含有する触媒を用いて共役ジエン化合物の重合反応を行って第一の反応溶液を得る第1工程を行う。
(a)成分は、上述したように、周期律表の原子番号57〜71にあたる希土類元素含有化合物、または、この希土類元素含有化合物とルイス塩基との反応物である。希土類元素含有化合物としては、希土類元素を含有する化合物であれば特に制限されないが、ネオジム、プラセオジウム、セリウム、ランタン、ガドリニウムからなる群より選択される少なくとも一種の元素を含有する化合物であることが好ましく、ネオジムを含有する化合物であることが更に好ましい。
(b)成分は、上述したように、アルモキサンと一般式AlR1R2R3に対応する有機アルミニウム化合物である。
(c)成分は、上述したように、ハロゲン含有化合物であり、具体的には、金属ハロゲン化物とルイス塩基との反応物や、ジエチルアルミニウムクロリド、四塩化ケイ素、トリメチルクロロシラン、メチルジクロロシラン、ジメチルジクロロシラン、メチルトリクロロシラン、エチルアルミニウムジクロリド、エチルアルミニウムセスキクロリド、四塩化スズ、三塩化スズ、三塩化リン、ベンゾイルクロリド、t−ブチルクロリドなどを挙げることができる。これらの中でも、金属ハロゲン化物とルイス塩基との反応物が好ましく、上記反応物を使用すると、重合体中に残存する金属の量を低減させることができるという利点がある。
上記触媒は、上記(a)〜(c)成分以外に、必要に応じてその他の成分を更に含有することができる。その他の成分としては、共役ジエン系化合物、非共役ジエン系化合物などを挙げることができる。なお、上記触媒中に、その他の成分として共役ジエン系化合物を含有させると、上記触媒の活性が更に向上するという利点がある。
共役ジエン化合物としては、例えば、1,3−ブタジエン、イソプレン、2,3−ジメチル−1,3−ブタジエン、1,3−ペンタジエン、1,3−ヘキサジエン、ミルセンなどを挙げることができる。これらの中でも、1,3−ブタジエン、イソプレン、2,3−ジメチル−1,3−ブタジエン、これらの組み合わせであることが好ましい。即ち、1,3−ブタジエン、イソプレン、及び、2,3−ジメチル−1,3−ブタジエンからなる群より選択される少なくとも一種であることが好ましい。
次に、得られた第一の反応溶液に上記触媒を更に加えて重合反応(第二の重合反応)を行い、ゲルパーミエーションクロマトグラフィで測定したポリスチレン換算の重量平均分子量が25万〜80万の、活性末端を有する第一の共役ジエン系重合体、及び、上記重量平均分子量が1万〜15万の、活性末端を有する第二の共役ジエン系重合体を含み、第一の共役ジエン系重合体と第二の共役ジエン系重合体の合計のビニル含量が10%以下であり、シス1,4−結合含量が75%以上である第二の反応溶液を得る第2工程を行う。即ち、本工程は、第1工程で得られた第一の反応溶液に、引き続き上記触媒を加えて重合反応を行う工程である。
次に、得られた第二の反応溶液に変性剤を加えて、第一の共役ジエン系重合体の活性末端及び第二の共役ジエン系重合体の活性末端を変性させる変性反応を行って変性共役ジエン系重合体を得る第3工程を行う。このような工程によって、ポリマー中に官能基が導入されるため、共役ジエン系重合体の加工性、低発熱性、低温特性、及び、耐摩耗性が改良されるという利点がある。
本発明の変性共役ジエン系重合体の製造方法は、変性剤として、少なくとも2つの官能基を有するアルコキシシラン化合物を用い、アルコキシシリル基を有する変性共役ジエン系重合体を得た場合、得られた変性共役ジエン系重合体のアルコキシシリル基を縮合させる第4工程を更に有することが好ましい。
(g)成分:チタン、ジルコニウム、ビスマス、アルミニウム、及び、スズからなる群より選択される少なくとも一つの元素を含有する化合物
(h)成分:多価アルコールのカルボン酸部分エステル
(g)成分は、上述したように、チタン、ジルコニウム、ビスマス、アルミニウム、及び、スズからなる群より選択される少なくとも一つの元素を含有する化合物(縮合触媒)である。上記元素の中でも、チタン、ジルコニウム、スズが好ましい。
(h)成分は、上述したように、多価アルコールのカルボン酸部分エステルであり、ソルビタン酸脂肪酸エステルが好ましい。
本発明の変性共役ジエン系重合体は、上述した本発明の変性共役ジエン系重合体の製造方法により得られるものである。このような変性共役ジエン系重合体は、加工性に優れたゴム組成物の材料であることに加え、低発熱性、低温特性、及び、耐摩耗性に優れた加硫ゴムの材料であるという利点がある。
本発明のゴム組成物は、本発明の変性共役ジエン系重合体を含有するものである。このような加工性に優れることに加え、低発熱性、低温特性、及び、耐摩耗性に優れた加硫ゴムの材料であるという利点がある。
JIS K6300に準拠し、予熱1分、測定時間4分、温度100℃の条件で測定した。
JIS K6300に準拠し、予熱1分、測定時間4分、温度125℃の条件で測定した。
東ソー社製の「HLC−8120GPC」を用い、検出器として、示差屈折計を用いて、次の条件で測定した。カラムとして東ソー社製の「カラムGMHHXL」、移動相としてテトラヒドロフラン、カラム温度を40℃とした。
第一の共役ジエン系重合体と第二の共役ジエン系重合体を含有する第二の反応溶液を、ゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)に供し、得られたGPC曲線の重量平均分子量25万〜80万に相当する部分のピーク面積(成分A)と重量平均分子量1万〜15万に相当する部分のピーク面積(成分B)の比率を算出することによって構成比を求めた。表1中、「構成比 成分A:成分B」と示す。
赤外法(モレロ法)によって求めた。
pHメーターによって測定した。
JIS K6301に準拠して測定した。
米国のレオメトリックス社製の動的スペクトロメーターを使用し、引張動歪3%、周波数15Hz、50℃の条件で測定した。指数で表示し、数値が大きいほど、発熱性が小さく、良好である。
米国のレオメトリックス社製の動的スペクトロメーターを使用し、引張動歪0.1%、周波数15Hz、−20℃で測定した。指数で表示し、数値が大きいほど、低温特性(具体的には、雪上、氷上路面でのグリップ性能)が大きく良好である。
ランボーン型摩耗試験機(島田技研社製)を用い、スリップ比60%、室温下で測定した。指数で表示し、数値が大きいほど、耐摩耗性は良好である。
以下に示す第1工程〜第4工程によって変性共役ジエン系重合体Aを得た。まず、第1工程について説明する。窒素置換された5Lオートクレーブに、窒素雰囲気下、シクロヘキサン2.4kg、1,3−ブタジエン300gを仕込んだ。これらに、予めバーサチック酸ネオジム(以下、「NdVer」ともいう)(0.09mmol)のシクロヘキサン溶液と、メチルアルモキサン(以下、「MAO」ともいう)(1.0mmol)のトルエン溶液と、水素化ジイソブチルアルミニウム(以下、「DIBAH」ともいう)(3.5mmol)及びジエチルアルミニウムクロリド(以下、「DEAC」ともいう)(0.18mmol)のトルエン溶液と、1,3−ブタジエン(4.5mmol)とを50℃で30分間反応熟成させて調製した触媒を仕込み、80℃で15分間重合反応を行って、第一の反応溶液を得た。なお、1,3−ブタジエンの反応転化率は、ほぼ65%であった。
実施例1の第1工程において80℃で20分間重合反応を行い、第3工程において2,4−ジ−tert−ブチル−p−クレゾールを添加する前に縮合促進剤としてテトライソプロピルチタネート(以下、「IPOTi」ともいう)(13.5mmol)のトルエン溶液を添加し、その後、30分間混合させたこと以外は、実施例1と同様の配合量、重合方法にて縮合した変性共役ジエン系重合体Bを得た。
実施例1の第3工程において2,4−ジ−tert−ブチル−p−クレゾールを添加する前に縮合促進剤としてトリス(2−エチルヘキサノエート)ビスマス(以下「EHABi」ともいう)(13.5mmol)のトルエン溶液を添加し、その後、30分間混合させたこと以外は、実施例1と同様の配合量、重合方法にて縮合した変性共役ジエン系重合体Cを得た。
以下に示す第1工程〜第4工程によって縮合した変性共役ジエン系重合体Dを得た。まず、第1工程について説明する。窒素置換された5Lオートクレーブに、窒素雰囲気下、シクロヘキサン2.4kg、1,3−ブタジエン240gを仕込んだ。これらに、別途、NdVer(0.09mmol)のシクロヘキサン溶液と、MAO(1.0mmol)のトルエン溶液と、DIBAH(4.5mmol)及びDEAC(0.18mmol)のトルエン溶液と、1,3−ブタジエン(4.5mmol)を50℃で30分間反応熟成させて調製した触媒を仕込み、80℃で30分間重合反応を行って第一の反応溶液を得た。1,3−ブタジエンの反応転化率は、ほぼ100%であった。
実施例1の第1工程においてDIBAHの使用量を3.1mmolとし、第2工程においてDIBAHの使用量を4.0mmolとし、第3工程において2,4−ジ−tert−ブチル−p−クレゾールを添加する前に縮合促進剤としてトリス(2−エチルヘキサノエート)アルミニウム(以下、「EHAAl」ともいう)(13.5mmol)のトルエン溶液を添加し、その後、30分間混合させたこと以外は、実施例1と同様の配合量、重合方法にて縮合した変性共役ジエン系重合体Eを得た。
実施例1の第1工程においてDIBAHの使用量を4.2mmolとし、第2工程においてDIBAHの使用量を3.0mmolとし、第3工程において2,4−ジ−tert−ブチル−p−クレゾールを添加する前に縮合促進剤としてビス(2−エチルヘキサノエート)スズ(以下、「EHASn」ともいう)(13.5mmol)のトルエン溶液を添加し、その後、30分間混合させたこと以外は、実施例1と同様の配合量、重合方法にて縮合した変性共役ジエン系重合体Fを得た。
実施例1の第1工程においてDIBAHの使用量を2.2mmolとし、第2工程においてDIBAHの使用量を4.7mmolとし、第3工程においてGPMOSに代えて3−イソシアネートプロピルトリエトキシシラン(以下、「IPEOS」ともいう)を用い、2,4−ジ−tert−ブチル−p−クレゾールを添加する前に縮合促進剤としてソルビタン酸トリオレエート(以下、「STO」ともいう)(135mmol)のトルエン溶液を添加し、その後、30分間混合させたこと以外は、実施例1と同様の配合量、重合方法にて縮合した変性共役ジエン系重合体Gを得た。
実施例7の第2工程においてDIBAHの使用量を4.8mmolとし、第3工程においてSTOに代えて縮合促進剤としてソルビタン酸モノラウレート(以下、「SML」ともいう)を用いたこと以外は、実施例7と同様の配合量、重合方法にて縮合した変性共役ジエン系重合体Hを得た。
窒素置換された5Lオートクレーブに、窒素雰囲気下、シクロヘキサン2.4kg、1,3−ブタジエン300gを仕込んだ。これらに、予めNdVer(0.09mmol)のシクロヘキサン溶液と、MAO(1.8mmol)のトルエン溶液と、DIBAH(5.0mmol)及びDEAC(0.18mmol)のトルエン溶液と、1,3−ブタジエン(4.5mmol)とを50℃で30分間反応熟成させて調製した触媒を仕込み、80℃で60分間重合を行って重合体溶液を得た。なお、1,3−ブタジエンの反応転化率は、ほぼ100%であった。
比較例1において2,4−ジ−tert−ブチル−p−クレゾールを添加する前にIPOTi(13.5mmol)のトルエン溶液を添加し、その後、30分間混合させたこと以外は、比較例1と同様の配合量、重合方法にて縮合した変性共役ジエン系重合体Jを得た。
比較例2においてIPOTiに代えてEHASnを用いたこと以外は、比較例2と同様の配合量、重合方法にて縮合した変性共役ジエン系重合体Kを得た。縮合した変性共役ジエン系重合体Kのムーニー粘度(ML1+4,125℃)は63であった。
表2に示す配合処方によりゴム組成物を得た。即ち、実施例1で得た縮合した変性共役ジエン系重合体Aを70部、天然ゴム30部、シリカ(日本シリカ工業社製の商品名「ニプシールAQ」)55部、アロマオイル(富士興産社製の商品名「フッコールアロマックス#3」)10部、ステアリン酸2部、ビス(3−トリエトキシシリルプロピル)テトラスルフィド(デグサ社製の商品名「Si69」、表2中、「シランカップリング剤」と示す)5.5部、N−フェニル−N’−(1,3−ジメチルブチル)−p−フェニレンジアミン(大内新興化学工業社製の商品名「ノクラック6C」、表2中、「老化防止剤」と示す)1部、1,3−ジフェニルグアニジン(大内新興化学工業社製の商品名「ノクセラーD」、表2中、「加硫促進剤DPG」と示す)1部、ジ−2−ベンゾチアゾリルジスルフィド(大内新興化学工業社製の商品名「ノクセラーDM」、表2中、「加硫促進剤DM」と示す)1部、N−t−ブチル−2−ベンゾチアゾリルスルフェンアミド(大内新興化学工業社製の商品名「ノクセラーNS−F」、表2中、「加硫促進剤NS」と示す)1部、及び、硫黄1.5部を混合してゴム組成物を得た。
実施例1で得た変性共役ジエン系重合体Aに代えて、実施例2〜8及び比較例1〜3で得た変性共役ジエン系重合体B〜K、または、ポリブタジエンゴム(JSR社製、商品名「ポリブタジエンゴムBR01」、表3中、「L」と示す)をそれぞれ用いたこと以外は、実施例9と同様にして各ゴム組成物を得た。
Claims (11)
- 下記(a)〜(c)成分を含有する触媒を用いて共役ジエン化合物の重合反応を行って第一の反応溶液を得る第1工程と、
得られた前記第一の反応溶液に前記触媒を更に加えて重合反応を行い、ゲルパーミエーションクロマトグラフィで測定したポリスチレン換算の重量平均分子量が25万〜80万の、活性末端を有する第一の共役ジエン系重合体、及び、前記重量平均分子量が1万〜15万の、活性末端を有する第二の共役ジエン系重合体を含み、前記第一の共役ジエン系重合体と前記第二の共役ジエン系重合体の混合物のビニル含量が10%以下であり、シス1,4−結合含量が75%以上である第二の反応溶液を得る第2工程と、
前記第二の反応溶液に変性剤を加えて、前記第一の共役ジエン系重合体の前記活性末端及び前記第二の共役ジエン系重合体の前記活性末端を変性させる変性反応を行って変性共役ジエン系重合体を得る第3工程と、を有する変性共役ジエン系重合体の製造方法。
(a)成分:周期律表の原子番号57〜71にあたる希土類元素含有化合物、または、前記希土類元素含有化合物とルイス塩基との反応物
(b)成分:アルモキサンと一般式AlR1R2R3(前記一般式中、R1及びR2は水素原子または炭素数1〜10の炭化水素基であり、R3は炭素数1〜10の炭化水素基である。ただし、R1及びR2は同一または異なっていてもよく、R3はR1及びR2と同一または異なっていてもよい)に対応する有機アルミニウム化合物
(c)成分:ハロゲン含有化合物 - 前記変性剤は、アルコキシシラン化合物である請求項1に記載の変性共役ジエン系重合体の製造方法。
- 前記アルコキシシラン化合物は、(d)エポキシ基、(e)イソシアネート基、及び、(f)アシル基からなる群より選択された少なくとも1種の官能基を有する請求項2に記載の変性共役ジエン系重合体の製造方法。
- 前記第一の反応溶液に、前記共役ジエン化合物を更に加えて重合反応を行う請求項1〜3のいずれか一項に記載の変性共役ジエン系重合体の製造方法。
- 前記共役ジエン化合物が、1,3−ブタジエン、イソプレン、及び、2,3−ジメチル−1,3−ブタジエンからなる群より選択される少なくとも1種である請求項1〜4のいずれか一項に記載の変性共役ジエン系重合体の製造方法。
- 前記第3工程は、前記第二の反応溶液に、前記変性剤として、少なくとも2つの官能基を有するアルコキシシラン化合物を加えて、前記第一の共役ジエン系重合体の前記活性末端及び前記第二の共役ジエン系重合体の前記活性末端を変性させる変性反応を行って、アルコキシシリル基を有する前記変性共役ジエン系重合体を得る工程であり、
得られた前記変性共役ジエン系重合体の前記アルコキシシリル基を縮合させる第4工程を更に有する請求項1〜5のいずれか一項に記載の変性共役ジエン系重合体の製造方法。 - 前記第二の反応溶液に、下記(g)成分と(h)成分の少なくともいずれかを更に加える請求項6に記載の変性共役ジエン系重合体の製造方法。
(g)成分:チタン、ジルコニウム、ビスマス、アルミニウム、及び、スズからなる群より選択される少なくとも一つの元素を含有する化合物
(h)成分:多価アルコールのカルボン酸部分エステル - 請求項1〜7のいずれか一項に記載の変性共役ジエン系重合体の製造方法により得られる変性共役ジエン系重合体。
- 請求項8に記載の変性共役ジエン系重合体を含有するゴム組成物。
- 前記変性共役ジエン系重合体を20質量%以上含むゴム成分と、
シリカ及びカーボンブラックの少なくともいずれかと、を含有し、
前記シリカ及び前記カーボンブラックの総量が、前記ゴム成分100質量部に対して、20〜120質量部である請求項9に記載のゴム組成物。 - 前記ゴム成分は、天然ゴム、合成イソプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレン−ブタジエンゴム、エチレン−α−オレフィン共重合ゴム、エチレン−α−オレフィン−ジエン共重合ゴム、アクリロニトリル−ブタジエン共重合ゴム、クロロプレンゴム、及び、ハロゲン化ブチルゴムからなる群より選択される少なくとも1種を更に含む請求項10に記載のゴム組成物。
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