JP6486374B2 - オリゴマーオルガノシラン、その製造およびゴム混合物におけるその使用 - Google Patents

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Description

本発明は、オリゴマーオルガノシラン、その製造方法、ならびにゴム混合物におけるその使用に関する。
硫黄含有のオルガノケイ素化合物、例えば3−メルカプトプロピルトリメトキシシランまたはビス−(3−[トリエトキシシリル]プロピル)テトラスルファンを、シラン接着促進剤または強化添加剤として、酸化物が充填されたゴム混合物において使用すること、特に自動車用タイヤのトレッドおよび別の部分に使用することは公知である(DE2141159、DE2212239、US3978103、US4048206)。
EP0784072A1から、少なくとも1つのエラストマーと、充填剤であるケイ酸と、強化添加剤とをベースにするゴム混合物が公知であり、この混合物は、混合によってか、または「in situ」反応生成物として、少なくとも1つの官能性ポリオルガノシロキサン化合物から製造され、この化合物は、別の成分として官能性オルガノシランを含んでいる。モノマーの構成要素として、特に3−メルカプトプロピルトリアルコキシシランまたはビス(トリアルコキシシリルプロピル)テトラスルファンが使用され、それぞれ3つもしくは6つのアルコキシ置換基を有している。
さらに、EP0964021からオリゴマーオルガノシランポリスルファンが公知であり、これは、重縮合されて固形物にならず、かつ任意の線状、分岐状または環状の配置の構造単位Aおよび/またはBおよび/またはC
Figure 0006486374
を含むものである。
WO2006/037380、EP0997489およびEP1273613からも同じくオリゴマーオルガノシランが公知である。
公知のオリゴシロキサン/ポリシロキサンの欠点は、不充分な加工性、および不充分な引裂抵抗の継続である。
本発明の課題は、改善された加工性および/または引裂抵抗の継続性を有するオリゴマーオルガノシランを提供することである。
本発明の対象は、任意の線状、分岐状または環状の配置で結合した構造単位A、B、CまたはD
Figure 0006486374
から選択される少なくとも2つの異なる構造単位を分子内に含むオリゴマーオルガノシランであって、
前記式中、Yは、H、F、Cl、Br、I、SCN、SH、−Sx−(CH2nSiRR12または−N(R82であり、
8は、同一または異なって、H、(C1〜C16)アルキル、好ましくはC4アルキル、−(CH22NH2、−(CH22NH−(CH22NH2または−(CH22N[(CH22NH22であり、
ここで、nは1から8まで、好ましくは、nは2または3であり、
Gは、H、F、Cl、Br、I、SCN、SH、−Sx−(CH2nSiRR12または−N(R82であり、ここで、GはYに等しくなく、
R、R1、R2、R3、R4、R7は、互いに無関係に、OH、(C1〜C16)アルキル、好ましくはメチルまたはエチル、(C2〜C16)アルケニル、好ましくはC2アルケニル、(C6〜C14)アリール、(C1〜C4)アルコキシ、好ましくはメトキシまたはエトキシ、OSiR123基またはアルキルポリエーテル基−O−(R5−O)m−R6であり、ここで、R5は、同一または異なって、分岐鎖状もしくは非分岐鎖状、飽和もしくは不飽和の、脂肪族の二価のC1〜C30炭化水素基、好ましくは−(CH22−、−(CH23−もしくは−(CH2C(CH3)H)−であり、mは、平均して1から30まで、好ましくは3から8まで、特に好ましくは5であり、R6は、置換されていないか、または置換された、分岐鎖状または非分岐鎖状のC1〜C30アルキル基、好ましくはC11〜C19アルキル基、C2〜C30アルケニル基、好ましくはC2アルケニル基、C6〜C14アリール基、またはC7〜C40アラルキル基であり、
xは、統計的平均で1から6まで、好ましくは2から4までであり、
zは、統計的平均で1から6まで、好ましくは2から4までである前記オリゴマーオルガノシランにおいて、
少なくとも1つの基R、R1、R2、R3、R4またはR7が、アルキルポリエーテル基−O−(R5−O)m−R6であることを特徴とするオリゴマーオルガノシランである。
アルキルポリエーテル基は、好ましくは−O−(CH2CH2−O)m−R6、特に好ましくは−O−(CH2CH2−O)5−R6、殊に好ましくは−O−(CH2CH2−O)5−C1327であってよい。
ビニルトリメトキシシランのシロキサンの混合物からなる標準を基準とする、本発明によるオリゴマーオルガノシランの、GPCを用いて測定した相対モル質量は、400g/molから100000g/molまで、好ましくは450g/molから50000g/molまで、特に好ましくは600g/molから10000g/molまでであってよい。
オリゴマーオルガノシランは、構造単位AおよびBおよびCを含んでいてよく、ここで、R7は、アルキルポリエーテル基−O−(R5−O)m−R6に等しく、好ましくはここで、R5は−CH2CH2−であり、mは5であり、R6は、−C1327である。ここで、構造単位Aにおいて、nは3であり、YはSHであり、構造単位Bにおいて、R1はエトキシまたはアルキルポリエーテル基−O−(R5−O)m−R6であり、nは3であり、zは2から4までであり、および構造単位Cにおいて、Rはフェニル、プロピルまたはオクチルであり、R3はエトキシまたはアルキルポリエーテル基−O−(R5−O)m−R6であってよい。構造単位Aのモル割合の、構造単位BおよびCのモル割合の合計に対するモル比は、1より大きくてよい。
オリゴマーオルガノシランは、構造単位AおよびBを含んでいてよく、ここで、R7は、アルキルポリエーテル基−O−(R5−O)m−R6に等しく、好ましくはここで、R5は−CH2CH2−であり、mは5であり、R6は、−C1327である。ここで、構造単位Aにおいて、nは3であり、YはSHであり、構造単位Bにおいて、R1はエトキシまたはアルキルポリエーテル基−O−(R5−O)m−R6であり、R2はエトキシまたはアルキルポリエーテル基−O−(R5−O)m−R6であり、nは3であり、zは2から4までであってよい。構造単位Aのモル割合の、構造単位Bのモル割合に対するモル比は、1より大きくてよい。
オリゴマーオルガノシランは、構造単位AおよびCを含んでいてよく、ここで、R7はアルキルポリエーテル基−O−(R5−O)m−R6に等しく、好ましくはここで、R5は−CH2CH2−であり、mは5であり、R6は、−C1327である。ここで、構造単位Aにおいて、nは3であり、YはSHであり、構造単位Cにおいて、Rはフェニル、プロピルまたはオクチルであり、R3はエトキシまたはアルキルポリエーテル基−O−(R5−O)m−R6であってよい。構造単位Aのモル割合の、構造単位Cのモル割合に対するモル比は、1より大きくてよい。
オリゴマーオルガノシランは、構造単位AおよびCおよびDを含んでいてよく、ここで、R7は、アルキルポリエーテル基−O−(R5−O)m−R6に等しく、好ましくはここで、R5は−CH2CH2−であり、mは5であり、R6は−C1327である。ここで、構造単位Aにおいて、nは3であり、YはSHであり、構造単位Cにおいて、Rはフェニル、プロピルまたはオクチルであり、R3はエトキシまたはアルキルポリエーテル基−O−(R5−O)m−R6であり、および構造単位Dにおいて、GはClまたはNH2であり、nは3であり、R4はエトキシまたはアルキルポリエーテル基−O−(R5−O)m−R6であってよい。構造単位Aのモル割合の、構造単位CおよびDのモル割合の合計に対するモル比は、1より大きくてよい。
オリゴマーオルガノシランは、構造単位AおよびDを含んでいてよく、ここで、R7はアルキルポリエーテル基−O−(R5−O)m−R6に等しく、好ましくはここで、R5は−CH2CH2−であり、mは5であり、R6は−C1327である。ここで、構造単位Aにおいて、nは3であり、YはSHであり、構造単位Dにおいて、GはClまたはNH2であり、nは3であり、R4はエトキシまたはアルキルポリエーテル基−O−(R5−O)m−R6であってよい。構造単位Aのモル割合の、構造単位Dのモル割合に対するモル比は、1より大きくてよい。
ここで、本発明によるオリゴマーオルガノシランは、Yを介して環状、分岐状または線状に形成されていてよい。
本発明による化合物は、定義された分子量を有する個々の化合物として存在していてもよく、分子量分布を有するオリゴマー混合物として存在していてもよい。
オリゴマーオルガノシランにおけるアルキルポリエーテル基−O−(R5−O)m−R6のケイ素に対するモル比は、0超2.0以下であり、好ましくは0.1超1.0以下であってよい。アルキルポリエーテル基−O−(R5−O)m−R6のケイ素に対するモル比は、アルキルポリエーテル基−O−(R5−O)m−R6のモル割合およびケイ素のモル割合によって求めることができる。アルキルポリエーテル基−O−(R5−O)m−R6のモル割合は、当業者に公知の13C−NMR分光法によって、内部標準を使用して測定することができる。内部標準は、ジメチルテレフタレート、ナフタリン、または当業者に公知のNMR分光法のための別の内部標準であってよい。ケイ素のモル割合は、当業者に公知の、Si含有率を測定するための方法を使用して求めることができる(例えば、ASTM6740)。
本発明の別の対象は、本発明によるオリゴマーオルガノシランを製造するための方法であって、第一方法工程において、式IからIVまでの化合物
Figure 0006486374
を、モル比に相応して、水の存在下に0℃から150℃までの温度、好ましくは20℃から130℃までの温度、特に好ましくは80℃から120℃までの温度でオリゴマー化/重合化させ、ここで、Y、G、R、R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、n、m、u、xおよびzは、上の定義と同じ意味を有しており、R9は、H、F、Cl、Br、I、(C1〜C16)アルコキシ、好ましくはメトキシまたはエトキシに等しく、
第二方法工程で、式HO−(R5−O)m−R6のアルキルポリエーテルアルコールと反応させることを特徴とする方法である。
本発明による方法は、第一方法工程および第二方法工程において、触媒の存在下で実施することができる。ここで、触媒は、第一方法工程および第二方法工程において同一であるか、または異なっていてよい。ここで、触媒は、触媒量または化学量論量で添加されてよい。ここで、アルコキシシランのゾルゲル化学の当業者に公知の(例えばR.Corriu、D.Leclercq、Angew.Chem.1996、108、1524〜1540参照)、酸性、塩基性または求核性の触媒のあらゆる種類が、本発明の範囲におけるオリゴマー化にも好適である。ここで、触媒は、反応溶液と同一の相中に存在しているか(均一系触媒)、または固形物として存在しているか(不均一系触媒)は問題ではなく、反応の終了後に分離される。
好ましくは、均一系触媒作用はルイス酸、例えばテトラブチルオルトチタネートを用いて実施されるか、または求核触媒作用はフッ化アンモニウムを用いて実施されるか、または不均一系触媒作用は酸化アルミニウムを用いて実施されてよい。塩基触媒作用は、例えば有機塩基、例えばトリエチルアミン、テトラメチルピペリジン、トリブチルアミンもしくはピリジンを用いて、または無機塩基、例えばNaOH、KOH、Ca(OH)2、Na2CO3、K2CO3、CaCo3、CaO、NaHCO3、KHCO3、またはアルコキシド、例えばNaOCH3もしくはNaOC25を用いて行われてよい。求核触媒作用は、任意のフッ化物、例えばフッ化アンモニウム、フッ化ナトリウム、フッ化カリウムまたは任意のテトラアルキルアンモニウムフッ化物、例えばフッ化テトラブチルアンモニウムを用いて行われてよい。酸触媒作用は、希釈された水性無機酸または水中のルイス酸の溶液を用いて行われてよい。好ましくは、希釈された水性HClまたは硫酸を用いる触媒作用が行われてよく、ここで、使用されるシラン量を基準として0.1モル%の触媒が使用される。
殊に好ましくは、触媒として、テトラブチルオルトチタネート、KOH、NaOH、フッ化アンモニウムまたはHClが使用されてよい。
特に好ましくは、第一方法工程ではHClが、および第二方法工程ではテトラブチルオルトチタネートが触媒として使用されてよい。
本発明による方法は、溶媒の存在下で実施されてよい。
オリゴマー化反応/重合反応は、水の添加時に、アルコール、ハロゲン水素または水素を分解しながら行われ、ここで、物質中または不活性の有機溶媒中またはそれらの混合物中で、例えば芳香族溶媒、例えばクロロベンゼン、ハロゲン化炭化水素、例えばクロロホルム、塩化メチレン、エーテル、例えばジイソプロピルエーテル、tert−ブチルメチルエーテル、テトラヒドロフランまたはジエチルエーテル、アセトニトリルまたはカルボン酸エステル、例えば酢酸エチルエステル、酢酸メチルエステル、または酢酸イソプロピルエステル、アルコール、例えばメタノール、エタノール、n−プロパノール、i−プロパノール、n−ブタノール、sec−ブタノールまたはtert−ブタノール中で実施されてよい。ここで、好ましい溶媒は、エタノールまたは酢酸エチルエステルである。
第二方法工程は、溶媒をさらに添加せずに実施されてよい。
式Iの化合物は、例えば
3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、
3−メルカプトプロピルトリエトキシシラン、
ビス−(3−[トリエトキシシリル]プロピル)ジスルファン、
ビス−(3−[トリエトキシシリル]プロピル)トリスルファン、
ビス−(3−[トリエトキシシリル]プロピル)テトラスルファン、
3−チオシアネートプロピルトリメトキシシラン、
3−チオシアネートプロピルトリエトキシシラン
3−アミノプロピルトリメトキシシラン、
3−アミノプロピルトリエトキシシラン、
Figure 0006486374
であってよい。
式IIの化合物は、例えば
ビス−(3−[トリエトキシシリル]プロピル)ジスルファン、
ビス−(3−[トリエトキシシリル]プロピル)トリスルファン、または
ビス−(3−[トリエトキシシリル]プロピル)テトラスルファンであってよい。
式IIIの化合物は、例えば
メチルトリメトキシシラン、
メチルトリエトキシシラン、
フェニルトリメトキシシラン、
フェニルトリエトキシシラン
プロピルトリメトキシシラン、
プロピルトリエトキシシラン、
オクチルトリメトキシシラン、
オクチルトリエトキシシラン、
ヘキサデシルトリメトキシシラン、
ヘキサデシルトリエトキシシラン、
ジメチルジメトキシシラン、
ジメチルジエトキシシランまたは
ジクロロジメチルシランであってよい。
式IVの化合物は、例えば
3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、
3−メルカプトプロピルトリエトキシシラン、
ビス−(3−[トリエトキシシリル]プロピル)ジスルファン、
ビス−(3−[トリエトキシシリル]プロピル)トリスルファン、
ビス−(3−[トリエトキシシリル]プロピル)テトラスルファン、
3−チオシアネートプロピルトリメトキシシラン、
3−チオシアネートプロピルトリエトキシシラン、
3−クロロプロピルトリメトキシシラン、
3−クロロプロピルトリエトキシシラン、
3−アミノプロピルトリメトキシシラン、
3−アミノプロピルトリエトキシシラン、
Figure 0006486374
であってよい。
反応を行った後、易沸性成分は、当業者に公知の方法で、好ましくは蒸留によって除去することができる。触媒は、非活性化、好ましくは中和によって非活性化されるか、または除去、好ましくはろ過によって除去することができる。
本発明の別の対象は、本発明によるオルガノシランのゴム混合物における使用である。
本発明の別の対象は、本発明によるオリゴマーオルガノシランを含むゴム混合物である。本発明によるゴム混合物は、成形体、特に空気タイヤまたはタイヤトレッドを製造するために使用されてよい。
本発明によるゴム混合物は、ゴム、充填剤、好ましくは沈降シリカ、場合によって別のゴム助剤、ならびに少なくとも1つのオリゴマーオルガノシランを含んでいてよい。オリゴマーオルガノシランは、使用されるゴムの量を基準として0.1質量%から15質量%までの量で使用されてよい。
本発明によるオリゴマーオルガノシランをゴム混合プロセスにおいて使用することによって、予縮合がすでに行われたため、不所望なアルコールの放出が明らかに減少する。例えば単にビス−(3−[トリエトキシシリル]プロピル)テトラスルファン(TESPT)を接着促進剤として使用する通常の作業方法と比べて、混合プロセスの間のアルコール発生が減少する。
本発明によるオリゴマーオルガノシランの添加、ならびに充填剤の添加は、100℃から200℃までの測定温度で行われるのが好ましいが、後の時点で、比較的低い温度(40℃から100℃まで)にて例えば別のゴム助剤と一緒に行われてもよい。
オリゴマーオルガノシランは、純粋な形態で混合プロセスに添加されてもよく、不活性の有機または無機の担体に付着されて混合プロセスに添加されてもよい。好ましい担体材料は、ケイ酸、天然または合成ケイ酸塩、酸化アルミニウムまたはカーボンブラックである。
充填剤として、本発明によるゴム混合物のために以下のものが使用されてよい:
・カーボンブラック:ここで使用されるカーボンブラックは、ランプブラック法、ファーネス法、またはガスブラック法によって製造され、かつ20m2/gから200m2/gまでのBET表面積を有するものであり、例えば、SAFカーボンブラック、ISAFカーボンブラック、HSAFカーボンブラック、HAFカーボンブラック、FEFカーボンブラック、またはGPFカーボンブラックである。カーボンブラックは、場合によりヘテロ原子、例えばSiを含んでいてもよい、
・ケイ酸、好ましくは沈降シリカ、例えばケイ酸塩の溶液の沈降によってか、または5m2/gから1000m2/gまで、好ましくは20m2/gから400m2/gまでの比表面積(BET表面積)および10nmから400nmまでの一次粒子径を有するハロゲン化ケイ素の火炎加水分解によって製造されるもの。ケイ酸は、場合により別の金属酸化物、例えばAl、Mg、Ca、Ba、Znおよびチタンの酸化物との混合酸化物として存在していてもよい、
・合成ケイ酸塩、例えばケイ酸アルミニウム、アルカリ土類ケイ酸塩、例えばケイ酸マグネシウムもしくはケイ酸カルシウム、20m2/gから400m2/gまでのBET表面積および10nmから400nmまでの一次粒子径を有する
・天然ケイ酸塩、例えばカオリンおよび別の天然由来のケイ酸、
・ガラス繊維およびガラス繊維製品(マット、ストランド)またはマイクロガラス球。
20m2/gから400m2/gまでのBET表面積を有するカーボンブラック、またはケイ酸塩の溶液の沈降によって製造される、20m2/gから400m2/gまでのBET表面積を有する高分散性ケイ酸は、それぞれゴム100質量部を基準として5質量部から150質量部までの量で使用されてよい。
前述の充填剤は、単独または混合物として使用されてよい。前述の方法の特に好ましい実施態様では、それぞれゴム100質量部を基準として10質量部から150質量部までの明色の充填剤が、場合により0質量部から100質量部までのカーボンブラック、ならびに0.3質量部から10質量部までの本発明によるオリゴマーオルガノシランと一緒に、混合物の製造のために使用されてよい。
本発明によるゴム混合物の製造には、天然ゴムの他に合成ゴムも適している。好ましい合成ゴムは、例えばW.Hofmann、Kautschuktechnologie、Genter Verlag、Stuttgart 1980に記載されている。合成ゴムは、特に
・ポリブタジエン(BR)
・ポリイソプレン(IR)
・1質量%から60質量%まで、好ましくは2質量%から50質量%までのスチレン含有率を有するスチレン/ブタジエン共重合体(SBR)
・イソブチレン/イソプレン共重合体(IIR)
・5質量%から60質量%まで、好ましくは10質量%から50質量%までのアクリロニトリル含有率を有するブタジエン/アクリロニトリルコポリマー(NBR)
・部分的または完全に水素化されたNBRゴム(HNBR)
・エチレン/プロピレン/ジエン共重合体(EPDM)
ならびにそれらのゴムの混合物を含む。自動車用タイヤの製造には、特に、−50℃を上回るガラス温度を有する、アニオン重合されたL−SBRゴム、ならびにそのジエンゴムとの混合物が重要である。
本発明によるゴム加硫物は、別のゴム助剤(Kautschukhilfsprodukte)、例えば、反応促進剤、老化防止剤、熱安定剤、光安定剤、オゾン保護剤、加工助剤、可塑剤、接着性付与剤、発泡剤、染料、顔料、ワックス、増量剤、有機酸、遅延剤、金属酸化物ならびに活性剤、例えばトリエタノールアミン、ポリエチレングリコール、ヘキサントリオールを含んでいてよく、それらはゴム産業に公知のものである。
ゴム助剤は、特に使用目的に従う、通常の量で使用される。通常の量は、例えばゴムを基準として0.1質量%から50質量%までの量である。オリゴマーオルガノシランは、単独で架橋剤として用いられてよい。一般に、別の架橋剤の添加が推奨される。別の公知の架橋剤として、硫黄または過酸化物が使用されてよい。さらに、本発明によるゴム混合物は、加硫促進剤を含んでいてよい。好適な加硫促進剤の例は、メルカプトベンゼンチアゾール、スルフェンアミド、グアニジン、チウラム、ジチオカルバメート、チオ尿素およびチオ炭酸である。加硫促進剤および硫黄または過酸化物は、ゴムを基準として0.1質量%から10質量%まで、好ましくは0.1質量%から5質量%までの量で使用されてよい。
本発明によるゴム混合物の加硫は、100℃から200℃までの温度、好ましくは130℃から180℃までの温度で、場合により10barから200barまでの圧力下で行われてよい。ゴムと充填剤、場合によりゴム助剤および本発明によるオリゴマーオルガノシランとの混合は、通常の混合装置、例えばローラー、インナーミキサーおよび混合押出機で実施されてよい。本発明によるゴム加硫物は、成形体を製造するのに好適である。本発明によるゴム混合物は、タイヤ、異形材(Profile)、ケーブルジャケット、チューブ、ドライブベルト、コンベヤベルト、タイヤ外皮(Reifenbelaege)、靴底、パッキンリングおよび減衰要素(Daempfungselemente)を製造するために使用することができる。
本発明の別の対象は、本発明による方法により得られるオリゴマーオルガノシランである。
本発明によるオリゴマーオルガノシランは、ゴム混合物中で、改善された加工性および/または改善された引裂抵抗の継続という利点を有している。
SH−(メルカプト)、S2−(ジスルファン)、S3−(トリスルファン)、Sx−(ポリスルファン、ここで、xは3より大きい)の分布を測定するために、当業者に公知の1H−NMR分光法が使用されてよい。
SiOEtおよびSiORのモル割合を測定するために、当業者に公知の13C−NMR分光法が使用されてよい。
さらに、モノマー含有率、ならびにM構造、D構造およびT構造を測定するために、当業者に同じく公知であろう29Si−NMR分光法が使用されてよい。
相対モル質量ならびにモル質量分布の測定は、ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)を用いて行うことができる。GPC分析法は、特に「Modern Size−Exclusion Liquid Chromatography」、Andre Striegelら、Verlag Wiley&Sons,2.edition、2009に詳細に記載されている。ここで、シロキサン分析の方法を較正するために、標準として例えばビニルトリメトキシシランのシロキサンの混合物(ビニルトリメトキシシラン、ジビニルテトラメトキシジシロキサン、トリビニルヘキサメトキシトリシロキサン、テトラビニルオクタメトキシテトラシロキサン)が使用される。使用されるカラム(MZ分析技術):カラム:50×8.0mm、MZ−Gel SDplus(架橋度が高いスチレン/ジビニルベンゼンコポリマー、球面の粒子形態)、多孔性50A(オングストローム、Å)、5μm(マイクロメートル)(予備カラム)、300×8.0mm、MZ−Gel SDplus、多孔性100A(オングストローム、Å)、5μm(マイクロメートル)、300×8.0mm、MZ−Gel SDplus、多孔性500A(オングストローム、Å)、5μm:溶離剤およびポンプ流:1ml/minでメチルエチルケトン(MEK)、標準物質:内部標準 1%試料溶液中のエチルベンゼン1g/l。測定器は、あらかじめ好適な物質に対して較正される(モノマー、ダイマー、トリシロキサン等)。測定器(Agilent):1100シリーズ イソクラティックポンプG1310A、1100シリーズ カラム炉G1362A、1100シリーズ RID検出器 G1362A、手動インジェクターG1328A、真空脱気装置G1322A、GPCソフトウェア(PSS WinGPC Unity)。

オクチルトリエトキシシラン、プロピルトリエトキシシラン、Dynasylan(登録商標)9265(Phenyltriethoxysilan)、Si 69(登録商標)(ビス(トリエトキシシリルプロピル)テトラスルフィド)およびVP Si 263(登録商標)(3−メルカプトプロピルトリエトキシシラン)は、Evonik Industries社のシランである。
Marlosolは、Sasol社の式HO−(R5−O)m−R6(式中、R5はCH2CH2であり、R6はC1327であり、mは5である)のポリエーテルアルコールである。
例1
VP Si 263(登録商標)/オクチルトリエトキシシラン/Marlosol(1:0.5:0.5)からの製造−H2O 0.8eq
撹拌器にVP Si 263(登録商標)(417g)およびオクチルトリエトキシシラン(242g)を装入して、85℃に加熱する。H2O(38g)と濃縮HCl(0.3g、37%)とからの混合物をEtOH(363g)に滴加して、その後8.5時間撹拌する。オリゴマー化反応の終了後、溶媒および生じた加水分解アルコール(Hydrolysealkohol)を真空下に除去する。Marlosol(368g)およびテトラ−n−ブチルチタネート(0.5g)を添加して、反応を1時間140℃に加熱する。生じたEtOHを蒸留によって減圧下に除去する。底部生成物(793g、理論の95%)は、粘性のある橙色の液体である。
密度(20℃):1.012g/cm3
29Si−NMR:シラン(VP Si 263(登録商標)、オクチルトリエトキシシラン)3%、M構造49%、D構造40%、T構造9%。
GPC:Mn=967g/mol、Mw=1234、Mz=1536、PDI=1.2761、アルキルポリエーテル基−O−(R5−O)m−R6のケイ素に対するモル比=0.33。
例2
VP Si 263(登録商標)/プロピルトリエトキシシラン/Marlosol(1:0.5:0.5)からの製造−H2O 0.8eq
撹拌器にVP Si 263(登録商標)(417g)およびプロピルトリエトキシシラン(181g)を装入して、85℃に加熱する。H2O(38g)と濃縮HCl(0.3g、37%)とからの混合物をEtOH(363g)に滴加して、その後8時間撹拌する。オリゴマー化反応の終了後、溶媒および生じた加水分解アルコールを真空下に除去する。Marlosol(368g)およびテトラ−n−ブチルチタネート(0.5g)を添加して、反応を1時間140℃に加熱する。生じたEtOHを蒸留によって減圧下に除去する。底部生成物(751g、理論の94%)は、粘性のある無色の液体である。
密度(20℃):1.029g/cm3
13C−NMR:SiOEt 78.6モル%、SiOR 21.4モル%
29Si−NMR:シラン(VP Si 263(登録商標)、プロピルトリエトキシシラン)1%未満、M構造60%、D構造35%、T構造4%
GPC:Mn=757g/mol、Mw=1066、Mz=1417、PDI=1.4082
アルキルポリエーテル基−O−(R5−O)m−R6のケイ素に対するモル比=0.33。
例3
VP Si 263(登録商標)/フェニルトリエトキシシラン(Dynasylan(登録商標)9265)/Marlosol(1:0.5:0.5)からの製造−H2O 0.8 eq
撹拌器にVP Si 263(登録商標)(417g)およびDynasylan(登録商標)9265(210g)を装入して、88℃に加熱する。H2O(38g)と濃縮HCl(0.3g、37%)とからの混合物をEtOH(363g)に滴加して、その後6時間撹拌する。オリゴマー化反応の終了後、溶媒および生じた加水分解アルコールを真空下に除去する。Marlosol(368g)およびテトラ−n−ブチルチタネート(0.5g)を添加して、反応を1時間140℃に加熱する。 生じたEtOHを蒸留によって減圧下に除去する。底部生成物(797g、理論の99%)は、粘性のある、薄黄色の液体である。
密度(20℃):1.050g/cm3
29Si−NMR:VP Si 263(登録商標)3%、Dynasylan(登録商標)9265 1%、M構造51%、D構造37%、T構造8%
GPC:Mn=770g/mol、Mw=1013、Mz=1300、PDI=1.3156
アルキルポリエーテル基−O−(R5−O)m−R6のケイ素に対するモル比=0.33。
例4
本発明による:VP Si 263(登録商標)/Si 69(登録商標)/Marlosol(1:0.5:0.5)からの製造−H2O 0.8eq
撹拌器にVP Si 263(登録商標)(417g)およびSi 69(登録商標)(466g)を装入して98℃に加熱する。H2O(38g)と濃縮HCl(0.3g、37%)とからなる混合物をEtOH(363g)に滴加して、その後8時間撹拌する。オリゴマー化反応の終了後、溶媒および生じた加水分解アルコールを真空下に除去する。Marlosol(368g)およびテトラ−n−ブチルチタネート(0.5g)を添加して、反応を1時間140℃に加熱する。生じたEtOHを蒸留によって減圧下に除去する。底部生成物(1028g、理論の98%)は、粘性のある黄色の液体である。
密度(20℃):1.082g/cm3
1H−NMR:SH 40モル%、S2 22モル%、S3 27モル%、Sx 11モル%
13C−NMR:SiOEt 87.5モル%、SiOR 22.5モル%
29Si−NMR:シラン9%、M構造72%、D構造19%
GPC:Mn=1317g/mol、Mw=5501、Mz=12291、PDI=4.1778
アルキルポリエーテル基−O−(R5−O)m−R6のケイ素に対するモル比=0.33。
比較例5
EP0964021による参照:Si 69(登録商標)/PTEO(1:5)からの製造−H2O 0.8eq
撹拌器にSi 69(登録商標)(240g)およびPTEO(464g)を装入して、75℃に加熱する。H2O(45g)と濃縮HCl(0.5g、37%)とからの混合物をEtOH(436g)に滴加して、その後12時間撹拌する。オリゴマー化反応の終了後、溶媒および生じた加水分解アルコールを真空下に除去する。底部生成物(518g、理論の99%超)は、粘性のある黄色の液体である。
29Si−NMR:PTEOシラン0%、シランのSi 69(登録商標)0.4%、PTEOのM構造1%、Si 69のM構造+PTEOのD構造69%、Si 69(登録商標)のD構造+PTEOのT構造28%、Si 69(登録商標)のT構造 1%。
GPC:Mn=871g/mol、Mw=1473、Mz=2337、PDI=1.6916
例6
ゴム混合物に使用される調合物は、以下の第1表に記載されている。ここで、単位phrは、使用される原料ゴム100部に対する質量割合を意味する。オリゴマーシランは、in−situで使用されるシランを基準として、等モルで使用される。混合物を1.5lミキサー(E型)でバッチ温度155℃にて製造する。
Figure 0006486374
ポリマーのVSL 5025−2は、スチレン含有率25質量%およびビニル含分50.5質量%を有する、Bayer AGの溶液中で重合されたSBRコポリマーである。このコポリマーは、TDAEオイル37.5phrを含んでおり、ムーニー粘度(ML 1+4/100℃)47を有している。
ポリマーのBuna CB24は、Bayer AGのシス−1,4−ポリブタジエン(Neodymタイプ)であり、シス−1,4含有率は少なくとも96%であり、ムーニー粘度は44±5である。
Ultrasil 7000 GRは、Evonik Industries AGの易分散性のケイ酸であり、BET表面積170m2/gを有している。
TDAEオイルとして、Klaus Dahleke KGのVivatec 500を使用し、Vulkanox 4020は、Lanxess Europe GmbH&Co.KGの6PPDであり、Vulkanox HS/LGは、LanxessのTMQであり、Protektor G3108は、Paramelt B.V.のオゾン保護ワックスであり、ZnO RSは、Arnsperger Chemikalien GmbHのZnOであり、EDENOR ST1 GS 2.0は、Caldic Deutschland GmbH&Co.KGのパルミチン酸−ステアリン酸であり、Aktiplast STは、炭化水素と亜鉛石けんと充填剤とからのブレンドからなるRhenChemieの可塑剤である。Rhenogran DPG−80は、RheinChemieのEVA/EPDM担体上の80%DPGからなるものであり、Vulkacit CZは、Lanxess Europa GmbH&Co.KGのCBSである。Perkacit TBzTD(テトラベンジルチウラムジスルフィド)は、Flexsys N.V.の製品である。
ゴム混合物は、第2表に記載の通り内部ミキサーにおいて三段階で製造される。
Figure 0006486374
Figure 0006486374
ゴム混合物およびその加硫物を製造するための一般的方法は、「Rubber Technology Handbook」、W.Hofmann、Hanser Verlag 1994に記載されている。
ゴム技術試験は、第3表に記載される試験法にしたがって行われる。
Figure 0006486374
加硫は、温度165℃および15分間行う。第4表には、原料混合物および加硫物のゴム技術に関する詳細が記載されている。
Figure 0006486374
本発明によるオリゴマーシランを含むゴム混合物は、等モルのin−situ混合物もしくはEP0964021に記載のオリゴマーシランと比べて、改善された加工挙動(第三混合段階後の低いトルク)、改善された強化挙動(より高い弾性およびより優れた強化指数)、改善されたロール抵抗および改善された引裂抵抗の継続性を示している。

Claims (24)

  1. 任意の線状、分岐状または環状の配置で結合した構造単位Aおよびを含み、任意の線状、分岐状または環状の配置で結合した構造単位およびからなる群から選択された少なくとも一種の構造単位を場合により分子内に含むオリゴマーオルガノシランであって、
    Figure 0006486374
    前記式中、Yは、H、F、Cl、Br、I、SCN、SH、−Sx−(CH2nSiRR12または−N(R82であり、
    8は、同一または異なって、H、(C1〜C16)アルキル、−(CH22NH2、−(CH22NH−(CH22NH2または−(CH22N[(CH22NH22であり、
    ここで、nは1から8までであり、
    Gは、H、F、Cl、Br、I、SCN、SH、−Sx−(CH2nSiRR12または−N(R82であり、ここで、GはYに等しくなく、
    R、R1、R2、R3、R4、R7は、互いに無関係に、OH、(C1〜C16)アルキル、(C2〜C16)アルケニル、(C6〜C14)アリール、(C1〜C4)アルコキシ、OSiR123基またはアルキルポリエーテル基−O−(R5−O)m−R6であり、ここで、R5は、同一または異なって、分岐鎖状もしくは非分岐鎖状の、飽和もしくは不飽和の、脂肪族の二価のC1〜C30炭化水素基であり、mは、平均して1から30までであり、R6は、置換されていないか、あるいは置換された、分岐鎖状または非分岐鎖状のC1〜C30アルキル基、C2〜C30アルケニル基、C6〜C14アリール基もしくはC7〜C40アラルキル基であり、
    xは、統計的平均で1から6までであり、
    zは、統計的平均で1から6までである前記オリゴマーオルガノシランにおいて、
    少なくとも1つの基R、R1、R2、R3、R4またはR7が、アルキルポリエーテル基−O−(R5−O)m−R6であることを特徴とする前記オリゴマーオルガノシラン。
  2. オリゴマーオルガノシランは、構造単位AおよびBを含み、ここで、R 7 は、アルキルポリエーテル基−O−(R 5 −O) m −R 6 であることを特徴とする、請求項1に記載のオリゴマーオルガノシラン。
  3. 構造単位Aにおいて、nは3であり、YはSHであり、構造単位Bにおいて、R 1 はエトキシまたはアルキルポリエーテル基−O−(R 5 −O) m −R 6 であり、R 2 はエトキシまたはアルキルポリエーテル基−O−(R 5 −O) m −R 6 であり、nは3であり、zは2から4までである、請求項2に記載のオリゴマーオルガノシラン。
  4. 構造単位Aのモル割合の、構造単位Bのモル割合に対するモル比は1より大きい、請求項3に記載のオリゴマーオルガノシラン。
  5. 任意の線状、分岐状または環状の配置で結合した構造単位Aと、任意の線状、分岐状または環状の配置で結合した構造単位CおよびDからなる群から選択された少なくとも一種の構造単位と、を含み、
    任意の線状、分岐状または環状の配置で結合した構造単位Bを場合により分子内に含むオリゴマーオルガノシランであって、
    Figure 0006486374
    前記式中、Yは、H、F、Cl、Br、I、SCN、SH、−S x −(CH 2 n SiRR 1 2 または−N(R 8 2 であり、
    8 は、同一または異なって、H、(C 1 〜C 16 )アルキル、−(CH 2 2 NH 2 、−(CH 2 2 NH−(CH 2 2 NH 2 または−(CH 2 2 N[(CH 2 2 NH 2 2 であり、
    ここで、nは1から8までであり、
    Gは、H、F、Cl、Br、I、SCN、SH、−S x −(CH 2 n SiRR 1 2 または−N(R 8 2 であり、ここで、GはYに等しくなく、
    R、R 1 、R 2 、R 3 、R 4 、R 7 は、互いに無関係に、OH、(C 1 〜C 16 )アルキル、(C 2 〜C 16 )アルケニル、(C 6 〜C 14 )アリール、(C 1 〜C 4 )アルコキシ、OSiR 1 2 3 基またはアルキルポリエーテル基−O−(R 5 −O) m −R 6 であり、ここで、R 5 は、同一または異なって、分岐鎖状もしくは非分岐鎖状の、飽和もしくは不飽和の、脂肪族の二価のC 1 〜C 30 炭化水素基であり、mは、平均して1から30までであり、R 6 は、置換されていないか、あるいは置換された、分岐鎖状または非分岐鎖状のC 1 〜C 30 アルキル基、C 2 〜C 30 アルケニル基、C 6 〜C 14 アリール基もしくはC 7 〜C 40 アラルキル基であり、
    xは、統計的平均で1から6までであり、
    zは、統計的平均で1から6までである前記オリゴマーオルガノシランにおいて、
    少なくとも1つの基R、R 1 、R 2 、R 3 、R 4 またはR 7 が、アルキルポリエーテル基−O−(R 5 −O) m −R 6 であることを特徴とする前記オリゴマーオルガノシラン。
  6. オリゴマーオルガノシランは、構造単位AおよびDを含み、ここで、R 7 は、アルキルポリエーテル基−O−(R 5 −O) m −R 6 に等しく、
    構造単位Aにおいて、nは3であり、YはSHであり、および構造単位Dにおいて、GはClまたはNH 2 であり、nは3であり、R 4 はエトキシまたはアルキルポリエーテル基−O−(R 5 −O) m −R 6 である、請求項5に記載のオリゴマーオルガノシラン。
  7. 構造単位Aのモル割合の、構造単位Dのモル割合に対するモル比は1より大きい、請求項6に記載のオリゴマーオルガノシラン。
  8. オリゴマーオルガノシランは、構造単位AおよびCおよびDを含み、ここで、R 7 はアルキルポリエーテル基−O−(R 5 −O) m −R 6 に等しく、
    構造単位Aにおいて、nは3であり、YはSHであり、構造単位Cにおいて、Rはフェニル、プロピルまたはオクチルであり、R 3 は、エトキシまたはアルキルポリエーテル基−O−(R 5 −O) m −R 6 であり、および構造単位Dにおいて、GはClまたはNH 2 であり、R 4 は、エトキシまたはアルキルポリエーテル基−O−(R 5 −O) m −R 6 であり、nは3である、請求項5に記載のオリゴマーオルガノシラン。
  9. 構造単位Aのモル割合の、構造単位CおよびDのモル割合の合計に対するモル比は1より大きい、請求項8に記載のオリゴマーオルガノシラン。
  10. オリゴマーオルガノシランは、構造単位AおよびCを含み、ここで、R 7 は、アルキルポリエーテル基−O−(R 5 −O) m −R 6 に等しく、
    構造単位Aにおいて、nは3であり、YはSHであり、および構造単位Cにおいて、Rは、フェニル、プロピルまたはオクチルであり、R 3 は、エトキシまたはアルキルポリエーテル基−O−(R 5 −O) m −R 6 である、請求項5に記載のオリゴマーオルガノシラン。
  11. 構造単位Aのモル割合の、構造単位Cのモル割合に対するモル比は1より大きい、請求項10に記載のオリゴマーオルガノシラン。
  12. 分子量は、400g/molから100000g/molまでであることを特徴とする、請求項1から11までのいずれか1項に記載のオリゴマーオルガノシラン。
  13. オリゴマーオルガノシランは、構造単位AおよびBおよびCを含み、ここで、R7は、アルキルポリエーテル基−O−(R5−O)m−R6に等しいことを特徴とする、請求項1または5に記載のオリゴマーオルガノシラン。
  14. 構造単位Aにおいて、nは3であり、YはSHであり、構造単位Bにおいて、R1は、エトキシまたはアルキルポリエーテル基−O−(R5−O)m−R6であり、R2は、エトキシまたはアルキルポリエーテル基−O−(R5−O)m−R6であり、nは3であり、zは2から4までであり、および構造単位Cにおいて、Rは、フェニル、プロピルまたはオクチルであり、R3は、エトキシまたはアルキルポリエーテル基−O−(R5−O)m−R6である、請求項13に記載のオリゴマーオルガノシラン。
  15. 構造単位Aのモル割合の、構造単位BおよびCのモル割合の合計に対するモル比は1より大きい、請求項14に記載のオリゴマーオルガノシラン。
  16. 第一方法工程において、式IからIVまでの化合物
    Figure 0006486374
    をモル比に相応して、水の存在下に0℃から150℃までの温度でオリゴマー化/重合させて、第二方法工程において、式HO−(R5−O)m−R6のアルキルポリエーテルアルコールと反応させ、ここで、Y、G、R、R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、n、m、u、xおよびzは、請求項1と同一の意味を有しており、R9はH、F、Cl、Br、I、(C1〜C16)アルコキシに等しいことを特徴とする、請求項1から15までのいずれか1項に記載のオリゴマーオルガノシランを製造するための方法。
  17. 反応を触媒の存在下に実施することを特徴とする、請求項16に記載のオリゴマーオルガノシランを製造するための方法。
  18. 触媒は、第一方法工程ではHClであり、第二方法工程ではテトラブチルオルトチタネートであることを特徴とする、請求項17に記載のオリゴマーオルガノシランを製造するための方法。
  19. 反応を溶媒中で実施することを特徴とする、請求項16から18までのいずれか1項に記載のオリゴマーオルガノシランを製造するための方法。
  20. 溶媒は、酢酸エチルエステルまたはエタノールであることを特徴とする、請求項19に記載のオリゴマーオルガノシランを製造するための方法。
  21. 請求項1から15までのいずれか1項に記載のオリゴマーオルガノシランの、ゴム混合物における使用。
  22. 請求項1から15までのいずれか1項に記載のオリゴマーオルガノシランを含むゴム混合物。
  23. オリゴマーオルガノシランを、使用するゴムの量を基準として0.1質量%から15質量%までの量で使用することを特徴とする、請求項22に記載のゴム混合物。
  24. 請求項22または23に記載のゴム混合物の、タイヤ、異形材、ケーブルジャケット、ホース、ドライブベルト、コンベヤベルト、タイヤ外皮、靴底、パッキンリングおよび減衰要素を製造するための使用。
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