JP6601594B2 - ポリブタジエンゴム - Google Patents

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Description

本発明は、加工性及び耐摩耗性が改良されたポリブタジエンゴムに関し、ゴム組成物に配合することで、タイヤをはじめ、防振ゴム、ベルト、ホース、免震ゴム、ゴムクローラ及び履物部材等に用いることができるポリブタジエンゴムに関する。
ポリブタジエンゴムは、一般に、他のゴムに比べて耐摩耗性が優れているが加工性が劣っている。ところが、耐摩耗性と加工性は二律背反の関係にあり、一方を改善しようとすると他方の性能が低下してしまうことから、これまでさまざまな改良がなされている。
例えば、コバルト触媒を用いて合成されたポリブタジエンの5重量%トルエン溶液粘度(Tcp)とムーニー粘度(ML)との比(Tcp/ML)を規定することで、耐摩耗性と加工性を両立させたタイヤ用ポリブタジエン組成物が報告されている(特許文献1)。
さらに、コバルト触媒を用いて合成されたポリブタジエンの5重量%トルエン溶液粘度(Tcp)とムーニー粘度(ML)との比(Tcp/ML)の規定に加え、ムーニー粘度速度依存性指数(n値)を規定することで、耐摩耗性と加工性をより両立させる試みがなされている(特許文献2及び3)。
特開2004−339467号公報 特開2004−211048号公報 国際公開第2007/081018号
しかしながら、市場では、より高度に耐摩耗性と加工性を両立させ、さらには低ロス性が改良されたポリブタジエンゴムが要求されている。
そこで、本発明は、加工性を保ちつつ、耐摩耗性及び低ロス性が改良されたポリブタジエンゴムを提供することを目的とする。
本発明に係るポリブタジエンゴムは、
(a1)5重量%トルエン溶液粘度(Tcp)とムーニー粘度(ML1+4,100℃)の比(Tcp/ML1+4,100℃)が3.5以上、及び
(a2)重量平均分子量(Mw)が60.0×10以上
の条件を満たすポリブタジエン(A)と、
(b1)5重量%トルエン溶液粘度(Tcp)とムーニー粘度(ML1+4,100℃)の比(Tcp/ML1+4,100℃)が2.0以下、及び
(b2)重量平均分子量(Mw)が56.0×10以下
の条件を満たすポリブタジエン(B)と
を含み、
前記ポリブタジエン(A)/前記ポリブタジエン(B)の重量比が、10/90〜80/20である。
本発明によれば、加工性を保ちつつ、耐摩耗性及び低ロス性が改良されたポリブタジエンゴムを提供することができる。
(ポリブタジエン(A))
本発明のポリブタジエンゴムの一構成成分であるポリブタジエン(A)は、高分子量かつ低分岐なポリブタジエンであり、特に耐摩耗性を改良するのに有効な成分である。ポリブタジエン(A)は、以下のような物性を有することが好ましい。
ポリブタジエン(A)の5重量%トルエン溶液粘度(Tcp)とムーニー粘度(ML1+4,100℃)の比(Tcp/ML1+4,100℃)は、2.5以上である。ここで、Tcp/ML1+4,100℃は分岐度(リニアリティ)の指標であって、Tcp/ML1+4,100℃が大きい場合は分岐度が低く(高リニアリティ)、Tcp/ML1+4,100℃が小さい場合は分岐度が高い(低リニアリティ)ことを意味する。Tcp/ML1+4,100℃が2.5以上であれば、分岐度が適度に低くなることから、耐摩耗性が向上する。Tcp/ML1+4,100℃は、3.0以上であることが好ましく、3.5以上であることがより好ましく、4.0以上であることがさらに好ましい。また、分岐度があまりに低すぎると、コールドフローが生じやすくなり、製品の保存安定性が低下する場合があることから、Tcp/ML1+4,100℃は、15.0以下が好ましく、10.0以下がより好ましく、6.0以下がさらに好ましい。
ポリブタジエン(A)の5重量%トルエン溶液粘度(Tcp)は、150以上であることが好ましい。Tcpを150以上とすることで、耐摩耗性がより向上する。Tcpは、250以上であることがより好ましく、350以上であることがさらに好ましい。一方、Tcpが高すぎると加工性が低下する傾向が見られるが、本発明ではポリブタジエン(A)以外に加工性の良好なポリブタジエン(B)を併用することから、例えばTcpが1000超(測定限界を超える)でも構わない。ただし、加工性をより改善する観点から、Tcpは1000以下であることが好ましく、800以下であることがより好ましい。なお、5重量%トルエン溶液粘度(Tcp)は、後述する実施例に記載された方法により測定したものである(以下、同様)。
ポリブタジエン(A)のムーニー粘度(ML1+4,100℃)は、40〜250であることが好ましい。ML1+4,100℃を40以上とすることで、耐摩耗性がより向上する。また、ML1+4,100℃を250以下とすることで、加工性がより向上する。ML1+4,100℃は、55〜200であることがより好ましく、80〜150であることがさらに好ましい。なお、ムーニー粘度(ML1+4,100℃)は、後述する実施例に記載された方法により測定したものである(以下、同様)。
ポリブタジエン(A)の応力緩和時間(T80)は、2.0秒以上であることが好ましい。なお、T80とは、ML1+4,100℃測定終了時のトルクを100%としたとき、その値が80%減衰するまでの時間を言い、T80が小さすぎると、ゴム分子の絡み合いが少なく剪断応力の保持力が不十分なため、良好なフィラーの分散状態が得られにくくなる。T80は、5.0秒以上であることがより好ましく、10.0秒以上であることがさらに好ましい。一方、T80が大きすぎると、成形加工時の残留応力が増大するため、寸法安定性が劣り加工性が低下する傾向が見られるが、本発明ではポリブタジエン(A)以外に加工性の良好なポリブタジエン(B)を併用することから、例えばT80が60.0秒超(測定限界を超える)でも構わない。ただし、加工性をより改善する観点から、T80は60.0秒以下であることが好ましく、40.0秒以下であることがより好ましい。なお、応力緩和時間(T80)は、後述する実施例に記載された方法により測定したものである(以下、同様)。ゴムの応力緩和の推移は、弾性成分と粘性成分の組み合わせにより決まるものであり、応力緩和が遅いことは弾性成分が多いことを示し、応力緩和が速いことは粘性成分が多いことを示す。
ポリブタジエン(A)の重量平均分子量(Mw)は、60.0×10以上である。Mwが60.0×10以上であれば、高分子量体の混合による低ロス性の向上につながる。Mwは、70.0×10以上であることが好ましく、80.0×10以上であることがより好ましい。一方、Mwが高すぎると加工性が低下する傾向が見られるが、本発明ではポリブタジエン(A)以外に加工性の良好なポリブタジエン(B)を併用することから、例えばMwが100.0×10超でも構わない。ただし、加工性をより改善する観点から、Mwは100.0×10以下であることが好ましく、90.0×10であることがより好ましい。
ポリブタジエン(A)の数平均分子量(Mn)は、15.0×10〜65.0×10であることが好ましい。Mnを15.0×10以上とすることで、耐摩耗性がより向上する。また、Mnを65.0×10以下とすることで、加工性がより向上する。Mnは、20.0×10〜55.0×10であることがより好ましく、25.0×10〜45.0×10であることがさらに好ましい。
ポリブタジエン(A)の分子量分布(Mw/Mn)は、2.0〜4.5であることが好ましい。Mw/Mnを2.0以上とすることで、加工性がより向上する。また、Mw/Mnを4.5以下とすることで、耐摩耗性がより向上する。Mw/Mnは、2.2〜3.5であることがより好ましく、2.4〜3.0であることがさらに好ましい。なお、数平均分子量(Mn)、重量平均分子量(Mw)、及び分子量分布(Mw/Mn)は、後述する実施例に記載された方法により測定したものである(以下、同様)。
ポリブタジエン(A)において、ミクロ構造分析におけるシス構造の割合は、99.4モル%以下であることが好ましく、97.0〜99.0モル%であることがより好ましく、98.0〜98.6モル%であることがさらに好ましい。ポリブタジエン(A)において、ミクロ構造分析におけるビニル構造の割合は、1.5モル%以下であることが好ましく、1.0モル%以下であることがより好ましい。ポリブタジエン(A)において、ミクロ構造分析におけるビニル構造の割合は、できるだけ少ない方が好ましいが、例えば、0.3モル%以上でもよい。ポリブタジエン(A)において、ミクロ構造分析におけるトランス構造の割合は、1.5モル%以下であることが好ましく、1.0モル%以下であることがより好ましい。ミクロ構造分析におけるトランス構造の割合は、できるだけ少ない方が好ましいが、例えば0.3モル%以上でもよい。なお、ミクロ構造の割合は、後述する実施例に記載された方法により測定したものである(以下、同様)。
ポリブタジエン(A)は、二塩化二硫黄、一塩化一硫黄、その他硫黄化合物、有機過酸化物、t−ブチルクロライド等で変性されていてもよく、変性されていなくてもよい。
(ポリブタジエン(B))
本発明のポリブタジエンゴムの一構成成分であるポリブタジエン(B)は、低分子量かつ高分岐なポリブタジエンであり、特に加工性を改良するのに有効な成分である。ポリブタジエン(B)は、以下のような物性を有することが好ましい。
ポリブタジエン(B)の5重量%トルエン溶液粘度(Tcp)とムーニー粘度(ML1+4,100℃)の比(Tcp/ML1+4,100℃)は、3.5以下である。Tcp/ML1+4,100℃が3.5以下であれば、分岐度が適度に高くなることから、コールドフローが生じにくくなり、製品の保存安定性が向上する。Tcp/ML1+4,100℃は、3.0以下であることが好ましく、2.5以下であることがより好ましく、2.0以下であることがさらに好ましい。また、分岐度があまりに高すぎると、耐摩耗性が低下する場合があることから、Tcp/ML1+4,100℃は、0.8以上が好ましく、1.0以上がより好ましく、1.2以上がさらに好ましい。
ポリブタジエン(B)の5重量%トルエン溶液粘度(Tcp)は、120以下であることが好ましい。Tcpを120以下とすることで、加工性がより向上する。Tcpは、100以下であることがより好ましく、70以下であることがさらに好ましい。一方、Tcpが低すぎると耐摩耗性が低下する傾向が見られるが、本発明ではポリブタジエン(B)以外に耐摩耗性の良好なポリブタジエン(A)を併用することから、例えばTcpが20未満でも構わない。ただし、耐摩耗性をより改善する観点から、Tcpは20以上であることが好ましく、40以上であることがより好ましい。
ポリブタジエン(B)のムーニー粘度(ML1+4,100℃)は、20〜70であることが好ましい。ML1+4,100℃を20以上とすることで、耐摩耗性がより向上する。また、ML1+4,100℃を70以下とすることで、加工性がより向上する。ML1+4,100℃は、30〜60であることがより好ましく、40〜50であることがさらに好ましい。
ポリブタジエン(B)の応力緩和時間(T80)は、90.0秒以下であることが好ましい。T80が大きすぎると、成形加工時の残留応力が増大するため、寸法安定性が劣り加工性が低下する傾向が見られる。Tcpは、70.0秒以下であることがより好ましく、40.0秒以上であることがさらに好ましい。一方、T80が小さすぎると、ゴム分子の絡み合いが少なく剪断応力の保持力が不十分なため、良好なフィラーの分散状態が得られにくくなるが、本発明ではポリブタジエン(B)以外にフィラーの分散性の良好なポリブタジエン(A)を併用することから、例えばT80が2.0秒未満でも構わない。ただし、フィラーの分散性をより改善する観点から、T80は2.0秒以上であることが好ましく、5.0秒以上であることがより好ましい。
ポリブタジエン(B)の重量平均分子量(Mw)は、56.0×10以下である。Mwが56.0×10以下であれば、低分子量体の混合による加工性の向上につながる。Mwは、53.0×10以下であることが好ましく、50.0×10以下であることがより好ましい。一方、Mwが低すぎると耐摩耗性が低下する傾向が見られるが、本発明ではポリブタジエン(B)以外に耐摩耗性の良好なポリブタジエン(A)を併用することから、例えばMwが20.0×10未満でも構わない。ただし、耐摩耗性をより改善する観点から、Mwは20.0×10以上であることが好ましく、35.0×10であることがより好ましい。
ポリブタジエン(B)の数平均分子量(Mn)は、5.0×10〜35.0×10であることが好ましい。Mnを5.0×10以上とすることで、耐摩耗性がより向上する。また、Mnを35.0×10以下とすることで、加工性がより向上する。Mnは、10.0×10〜30.0×10であることがより好ましく、15.0×10〜25.0×10であることがさらに好ましい。
ポリブタジエン(B)の分子量分布(Mw/Mn)は、2.0〜4.5であることが好ましい。Mw/Mnを2.0以上とすることで、加工性がより向上する。また、Mw/Mnを4.5以下とすることで、耐摩耗性がより向上する。Mw/Mnは、2.5〜4.2であることがより好ましく、3.0〜3.9であることがさらに好ましい。
ポリブタジエン(B)において、ミクロ構造分析におけるシス構造の割合は、99.0モル%以下であることが好ましく、95.0〜98.5モル%であることがより好ましく、96.0〜98.0モル%であることがさらに好ましい。ポリブタジエン(B)において、ミクロ構造分析におけるビニル構造の割合は、2.5モル%以下であることが好ましく、2.0モル%以下であることがより好ましい。ポリブタジエン(B)において、ミクロ構造分析におけるビニル構造の割合は、できるだけ少ない方が好ましいが、例えば、0.5モル%以上でもよい。ポリブタジエン(B)において、ミクロ構造分析におけるトランス構造の割合は、2.5モル%以下であることが好ましく、2.0モル%以下であることがより好ましい。ミクロ構造分析におけるトランス構造の割合は、できるだけ少ない方が好ましいが、例えば0.5モル%以上でもよい。
ポリブタジエン(B)は、二塩化二硫黄、一塩化一硫黄、その他硫黄化合物、有機過酸化物、t−ブチルクロライド等で変性されていてもよく、変性されていなくてもよい。
(ポリブタジエンの製造方法)
ポリブタジエン(A)及びポリブタジエン(B)は、遷移金属触媒により1,3−ブタジエンを重合することで製造することができる。より詳しくは、遷移金属触媒、有機アルミニウム化合物、及び水からなる触媒系により1,3−ブタジエンを重合することで製造することができる。
遷移金属触媒としては、コバルト触媒又はネオジム触媒が好適である。コバルト触媒としては、塩化コバルト、臭化コバルト、硝酸コバルト、オクチル酸(エチルヘキサン酸)コバルト、ナフテン酸コバルト、酢酸コバルト、マロン酸コバルト等のコバルト塩;コバルトビスアセチルアセトネート、コバルトトリスアセチルアセトネート、アセト酢酸エチルエステルコバルト、コバルト塩のピリジン錯体及びピコリン錯体等の有機塩基錯体又はエチルアルコール錯体などが挙げられる。なかでも、オクチル酸(エチルヘキサン酸)コバルトが好ましい。ネオジム触媒としては、塩化ネオジム、臭化ネオジム、硝酸ネオジム、オクチル酸(エチルヘキサン酸)ネオジム、ナフテン酸ネオジム、酢酸ネオジム、マロン酸ネオジム等のネオジム塩;ネオジムビスアセチルアセトネート、ネオジムトリスアセチルアセトネート、アセト酢酸エチルエステルネオジム、ネオジム塩のピリジン錯体及びピコリン錯体等の有機塩基錯体又はエチルアルコール錯体などが挙げられる。なかでも、オクチル酸(エチルヘキサン酸)ネオジムが好ましい。なお、所望の物性を有するポリブタジエンが得られるのであれば、ニッケル触媒等の他の触媒を用いることもできる
遷移金属触媒の使用量に関しては、所望の物性を有するポリブタジエンとするように適宜調整することができる。
有機アルミニウム化合物としては、トリアルキルアルミニウム;ジアルキルアルミニウムクロライド、ジアルキルアルミニウムブロマイド、アルキルアルミニウムセスキクロライド、アルキルアルミニウムセスキブロマイド、アルキルアルミニウムジクロライド、アルキルアルミニウムジブロマイド等のハロゲン含有有機アルミニウム化合物;ジアルキルアルミニウムハイドライド、アルキルアルミニウムセスキハイドライト等の水素化有機アルミニウム化合物などが挙げられる。有機アルミニウム化合物は、1種を単独で用いることもでき、2種以上併用することもできる。
トリアルキルアルミニウムの具体的な化合物としては、トリメチルアルミニウム、トリエチルアルミニウム、トリイソブチルアルミニウム、トリヘキシルアルミニウム、トリオクチルアルミニウム、トリデシルアルミニウムなどが挙げられる。
ジアルキルアルミニウムクロライドとしては、ジメチルアルミニウムクロライド、ジエチルアルミニウムクロライドなどが挙げられる。ジアルキルアルミニウムブロマイドとしては、ジメチルアルミニウムブロマイド、ジエチルアルミニウムブロマイドなどが挙げられる。アルキルアルミニウムセスキクロライドとしては、メチルアルミニウムセスキクロライド、エチルアルミニウムセスキクロライドなどが挙げられる。アルキルアルミニウムセスキブロマイドとしては、メチルアルミニウムセスキブロマイド、エチルアルミニウムセスキブロマイドなどが挙げられる。アルキルアルミニウムジクロライドとしては、メチルアルミニウムジクロライド、エチルアルミニウムジクロライドなどが挙げられる。アルキルアルミニウムジブロマイドとしては、メチルアルミニウムジブロマイド、エチルアルミニウムジブロマイドなどが挙げられる。
ジアルキルアルミニウムハイドライドとしては、ジエチルアルミニウムハイドライド、ジイソブチルアルミニウムハイドライドなどが挙げられる。アルキルアルミニウムセスキハイドライトとしては、エチルアルミニウムセスキハイドライド、イソブチルアルミニウムセスキハイドライドなどが挙げられる。
有機アルミニウム化合物と水との混合比に関しては、所望の物性を有するポリブタジエンが得られやすいことから、アルミニウム/水(モル比)で1.0〜3であることが好ましく、1.2〜2.5であることがより好ましい。
さらに、所望の物性を有するポリブタジエンとするため、シクロオクタジエン、アレン、メチルアレン(1,2−ブタジエン)等の非共役ジエン類;エチレン、プロピレン、1−ブテン等のα−オレフィン類などの分子量調節剤を用いることもできる。使用することができる。分子量調節剤は、1種を単独で用いることもでき、2種以上併用することもできる。
重合方法には特に制限はなく、1,3−ブタジエンなどの共役ジエン化合物モノマーを重合溶媒としながらモノマーを重合する塊状重合(バルク重合)や、モノマーを溶媒に溶解させた状態で重合する溶液重合等を適用できる。溶液重合で用いる溶媒としては、トルエン、ベンゼン、キシレン等の芳香族系炭化水素;n−ヘキサン、ブタン、ヘプタン、ペンタン等の飽和脂肪族炭化水素;シクロペンタン、シクロヘキサン等の脂環式炭化水素;シス−2−ブテン、トランス−2−ブテン等のオレフィン系炭化水素;ミネラルスピリット、ソルベントナフサ、ケロシン等の石油系溶媒;塩化メチレン等のハロゲン化炭化水素などが挙げられる。なかでも、トルエン、シクロヘキサン、又はシス−2−ブテンとトランス−2−ブテンとの混合溶媒が好適に用いられる。
重合温度は、−30〜150℃の範囲が好ましく、30〜100℃の範囲がより好ましく、所望の物性を有するポリブタジエンが得られやすいことから50〜80℃がさらに好ましい。重合時間は、1分〜12時間の範囲が好ましく、5分〜5時間の範囲がより好ましい。
重合反応が所定の重合率に達した後、必要に応じて老化防止剤を添加することができる。老化防止剤としては、2,6−ジ−t−ブチル−p−クレゾール(BHT)等のフェノール系老化防止剤、トリノニルフェニルフォスファイト(TNP)等のリン系老化防止剤、並びに4,6−ビス(オクチルチオメチル)−o−クレゾール及びジラウリル−3,3’−チオジプロピオネート(TPL)等の硫黄系老化防止剤などが挙げられる。老化防止剤は、1種を単独で用いることもでき、2種以上併用することもできる。老化防止剤の添加量は、ポリブタジエン100重量部に対して0.001〜5重量部とすることが好ましい。
所定時間の重合を行った後、重合槽内部を必要に応じて放圧し、さらに洗浄や乾燥工程等の後処理を行うことで、所望の物性を有するポリブタジエンを製造することができる。
(ポリブタジエンゴム)
本発明のポリブタジエンゴムは、ポリブタジエン(A)とポリブタジエン(B)と含有する。ポリブタジエン(A)/ポリブタジエン(B)の重量比は、10/90〜80/20である。このような重量比でポリブタジエン(A)とポリブタジエン(B)を混合することで、加工性を保ちつつ、耐摩耗性及び低ロス性が改良されたポリブタジエンゴムが得られる。ポリブタジエン(A)/ポリブタジエン(B)の重量比は、15/85〜45/55であることが好ましく、20/80〜35/65であることがさらに好ましい。
ポリブタジエン(A)とポリブタジエン(B)を混合する方法としては、ポリブタジエン(A)の溶液とポリブタジエン(B)の溶液を混合する方法、ポリブタジエン(A)の溶液に固体状のポリブタジエン(B)を添加する方法、ポリブタジエン(B)の溶液に固体状のポリブタジエン(A)を添加する方法、固体状のポリブタジエン(A)と固体状のポリブタジエン(B)を混合する方法が挙げられる。分散性を高める観点から、ポリブタジエン(A)の溶液とポリブタジエン(B)の溶液を混合する方法が好ましい。ポリブタジエン(A)とポリブタジエン(B)を混合し、必要に応じて溶媒等を除去することで、ポリブタジエンゴムが得られる。ポリブタジエン(A)の溶液及びポリブタジエン(B)の溶液としては、例えば、前述のポリブタジエンの製造方法における重合溶液を用いることができる。
こうして得られるポリブタジエンゴム(ポリブタジエン(A)とポリブタジエン(B)の混合物)は、以下のような物性を有することが好ましい。
ポリブタジエンゴムの5重量%トルエン溶液粘度(Tcp)とムーニー粘度(ML1+4,100℃)の比(Tcp/ML1+4,100℃)は、1.0〜6.0であることが好ましい。Tcp/ML1+4,100℃を1.0以上とすることで、分岐度が適度に低くなることから、耐摩耗性が向上する。また、Tcp/ML1+4,100℃を6.0以下とすることで、分岐度が適度に高くなることから、コールドフローが生じにくくなり、製品の保存安定性が向上する。Tcp/ML1+4,100℃は、1.2〜5.0であることがより好ましく、1.4〜4.0であることがさらに好ましく、1.6〜3.0であることが特に好ましい。
ポリブタジエンゴムの5重量%トルエン溶液粘度(Tcp)は、40〜600であることが好ましい。Tcpを40以上とすることで、耐摩耗性がより向上する。また、Tcpを600以下とすることで、加工性がより向上する。Tcpは、70〜400であることがより好ましく、100〜200であることがさらに好ましい。
ポリブタジエンゴムのムーニー粘度(ML1+4,100℃)は、30〜120であることが好ましい。ML1+4,100℃を30以上とすることで、耐摩耗性がより向上する。また、ML1+4,100℃を120以下とすることで、加工性がより向上する。ML1+4,100℃は、40〜100であることがより好ましく、50〜80であることがさらに好ましい。
ポリブタジエンゴムの応力緩和時間(T80)は、3.0〜50.0秒であることが好ましい。T80を3.0秒以上とすることで、ゴム分子の絡み合いが多く剪断応力の保持力が十分になるため、良好なフィラーの分散状態が得られやすくなる。また、T80を50.0秒以下とすることで、成形加工時の残留応力が減少するため、寸法安定性が高まり加工性が向上する。T80は、5.0〜30.0秒であることがより好ましく、8.0〜15.0秒であることがさらに好ましい。
ポリブタジエンゴムの重量平均分子量(Mw)は、30.0×10〜90.0×10であることが好ましい。Mwを30.0×10以上とすることで、耐摩耗性がより向上する。また、Mwを90.0×10以下とすることで、加工性がより向上する。Mnは、40.0×10〜80.0×10であることがより好ましく、50.0×10〜70.0×10であることがさらに好ましい。
ポリブタジエンゴムの数平均分子量(Mn)は、8.0×10〜40.0×10であることが好ましい。Mnを8.0×10以上とすることで、耐摩耗性がより向上する。また、Mnを40.0×10以下とすることで、加工性がより向上する。Mnは、10.0×10〜30.0×10であることがより好ましく、15.0×10〜25.0×10であることがさらに好ましい。
ポリブタジエンゴムの分子量分布(Mw/Mn)は、2.0〜6.0であることが好ましい。Mw/Mnを2.0以上とすることで、加工性がより向上する。また、Mw/Mnを6.0以下とすることで、耐摩耗性がより向上する。Mw/Mnは、2.4〜5.0であることがより好ましく、2.8〜4.0であることがさらに好ましい。
ポリブタジエンゴムにおいて、ミクロ構造分析におけるシス構造の割合は、99.0モル%以下であることが好ましく、95.0〜98.5モル%であることがより好ましく、96.0〜98.0モル%であることがさらに好ましい。ポリブタジエンゴムにおいて、ミクロ構造分析におけるビニル構造の割合は、2.5モル%以下であることが好ましく、2.0モル%以下であることがより好ましい。ポリブタジエンゴムにおいて、ミクロ構造分析におけるビニル構造の割合は、できるだけ少ない方が好ましいが、例えば、0.5モル%以上でもよい。ポリブタジエンゴムにおいて、ミクロ構造分析におけるトランス構造の割合は、2.5モル%以下であることが好ましく、2.0モル%以下であることがより好ましい。ミクロ構造分析におけるトランス構造の割合は、できるだけ少ない方が好ましいが、例えば0.5モル%以上でもよい。
(ゴム組成物)
本発明のポリブタジエンゴム(i)は、その他のゴム(ii)及びゴム補強材(iii)を添加したゴム組成物とすることが好適である。このゴム組成物は、トレッド、サイドウォール、及びチェーファーなどのタイヤ用途だけでなく、防振ゴム、ベルト、ホース、免震ゴム、ゴムクローラ及び履物部材などのタイヤ以外の用途に用いることができる。
その他のゴム成分(ii)としては、例えば、上記物性を有するポリブタジエン以外のジエン系ゴムを用いることができる。上記物性を有するポリブタジエン以外のジエン系ゴムとしては、上記物性を有しないポリブタジエンゴム、天然ゴム、ハイシスポリブタジエンゴム、ローシスポリブタジエンゴム(BR)、シンジオタクチック−1,2−ポリブタジエン含有ブタジエンゴム(VCR)、イソプレンゴム、ブチルゴム、クロロプレンゴム等のジエン系モノマーの重合体;アクリロニトリルブタジエンゴム(NBR)、ニトリルクロロプレンゴム、ニトリルイソプレンゴム等のアクリロニトリル−ジエン共重合ゴム;乳化重合又は溶液重合スチレンブタジエンゴム(SBR)、スチレンクロロプレンゴム、スチレンイソプレンゴム等のスチレン−ジエン共重合ゴム;エチレンプロピレンジエンゴム(EPDM)などが挙げられる。なかでも、上記物性を有しないブタジエンゴム、天然ゴム、シンジオタクチック−1,2−ポリブタジエン含有ブタジエンゴム、イソプレンゴム、アクリロニトリルブタジエンゴム、スチレンブタジエンゴムが好ましい。特に、溶液重合スチレンブタジエンゴム(s−SBR)、天然ゴム、又はイソプレンゴムが好適である。その他のゴム成分(ロ)は、1種を単独で用いることもでき、2種以上併用することもできる。
ゴム補強材(iii)としては、カーボンブラック、ホワイトカーボン(シリカ)、活性化炭酸カルシウム、超微粒子珪酸マグネシウム等の無機補強材;ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ハイスチレン樹脂、フェノール樹脂、リグニン、変性メラミン樹脂、クマロンインデン樹脂、石油樹脂等の有機補強材などが挙げられる。なかでも、カーボンブラック又はシリカが好ましい。ゴム補強材は、1種を単独で用いることもでき、2種以上併用することもできる。
カーボンブラックとしては、FEF、FF、GPF、SAF、ISAF、SRF、HAFなどが挙げられるが、耐摩耗性を向上させる観点から、粒子径の小さいISAFが好ましい。カーボンブラックの平均粒子径は、15nm以上90nm以下であることが好ましい。カーボンブラックのジブチルフタレート(DBP)吸油量は、70ml/100g以上140ml/100g以下であることが好ましい。シリカとしては、ニプシルVN3(商品名、東ソーシリカ社製)、Ultrasil7000GR(商品名、エボニック・デグサ社製)などが挙げられる。
上記成分の配合割合は、本発明のポリブタジエンゴム(i)5〜90重量部と、その他のゴム(ii)95〜10重量部とからなるゴム成分(i)+(ii)100重量部に対し、ゴム補強材(iii)1〜100重量部であることが好ましい。ゴム成分(i)+(ii)は、ポリブタジエンゴム(i)10〜60重量部と、その他のゴム(ii)90〜40重量部とからなることがより好ましく、ポリブタジエンゴム(i)20〜40重量部と、その他のゴム(ii)80〜60重量部とからなることがさらに好ましい。ゴム補強材(iii)は、ゴム成分(i)+(ii)100重量部に対し、30〜90重量部であることがより好ましく、50〜80重量部であることがさらに好ましい。
ゴム組成物は、上記の各成分を、通常行われているバンバリー、オープンロール、ニーダー、二軸混練り機などを用いて混練りすることで得られる。
ゴム組成物には、必要に応じて、シランカップリング剤、加硫剤、加硫促進剤、老化防止剤、充填剤、プロセスオイル、亜鉛華、ステアリン酸など、通常ゴム業界で用いられる配合剤を混練してもよい。
シランカップリング剤としては、特に本発明のポリブタジエンゴム(i)又はその他ゴム成分(ii)と反応可能な官能基を有するシランカップリング剤が好ましい。シランカップリング剤は、1種を単独で用いることもでき、2種以上併用することもできる。
加硫剤としては、公知の加硫剤、例えば、硫黄、有機過酸化物、樹脂加硫剤、酸化マグネシウム等の金属酸化物などが用いられる。加硫剤は、1種を単独で用いることもでき、2種以上併用することもできる。
加硫促進剤としては、公知の加硫助剤、例えば、アルデヒド類、アンモニア類、アミン類、グアニジン類、チオウレア類、チアゾール類、チウラム類、ジチオカーバメイト類、キサンテート類などが用いられる。加硫促進剤は、1種を単独で用いることもでき、2種以上併用することもできる。
老化防止剤としては、アミン・ケトン系老化防止剤、イミダゾール系老化防止剤、アミン系老化防止剤、フェノール系老化防止剤、硫黄系老化防止剤、燐系老化防止剤などが挙げられる。老化防止剤は、1種を単独で用いることもでき、2種以上併用することもできる。
充填剤としては、炭酸カルシウム、塩基性炭酸マグネシウム、クレー、リサージュ、珪藻土等の無機充填剤;再生ゴム、粉末ゴム等の有機充填剤が挙げられる。充填剤は、1種を単独で用いることもでき、2種以上併用することもできる。
プロセスオイルとしては、アロマティック系プロセスオイル、ナフテン系プロセスオイル、パラフィン系プロセスオイルのいずれを用いてもよい。また、低分子量の液状ポリブタジエンやタッキファイヤーを用いてもよい。プロセスオイルは、1種を単独で用いることもでき、2種以上併用することもできる。
以下に本発明に基づく実施例について具体的に記載する。
(5重量%トルエン溶液粘度(Tcp))
ポリブタジエン及びポリブタジエンゴムの5重量%トルエン溶液粘度(Tcp)は、ポリマー2.28gをトルエン50mlに溶解させた後、キャノンフェンスケ粘度計No.400を用いて25℃で測定した。なお、標準液としては、粘度計校正用標準液(JIS Z8809)を用いた。
(ムーニー粘度(ML1+4,100℃))
ポリブタジエン、ポリブタジエンゴム及び配合物のムーニー粘度(ML1+4,100℃)は、JIS−K6300に準拠して100℃にて測定した。なお、配合物のML1+4,100℃については、比較例1を100とした指数を算出した(指数が大きいほど配合物のML1+4,100℃が小さく、加工性が良好となる)。
(応力緩和時間(T80))
ポリブタジエン及びポリブタジエンゴムの応力緩和時間(T80)は、ALPHA TECHNOLOGIES製MV2000のASTM D1646−7に準じた応力緩和測定により算出した。具体的には、ML1+4,100℃の測定条件下、測定4分後にローターが停止した時(0秒)のトルクを100%とし、その値が80%緩和するまで(すなわち20%に減衰するまで)の時間(単位:秒)を応力緩和時間T80として測定した。
(数平均分子量(Mn)、重量平均分子量(Mw)、分子量分布(Mw/Mn))
ポリブタジエン及びポリブタジエンゴムの数平均分子量(Mn)、重量平均分子量(Mw)、及び分子量分布(Mw/Mn)は、GPC法(東ソー社製、商品名:HLC−8220)により、標準ポリスチレン換算により算出した。溶媒はテトラヒドロフランを用い、カラムはShodex製KF−805L(商品名)を2本直列に接続し、検出器は示差屈折計(RI)を用いた。
(ミクロ構造)
ポリブタジエン及びポリブタジエンゴムのミクロ構造は、赤外吸収スペクトル分析によって算出した。具体的には、ミクロ構造に由来するピーク位置(cis:740cm−1、vinyl:910cm−1、trans:967cm−1)の吸収強度比から、ポリマーのミクロ構造を算出した。
(耐摩耗性)
ゴム組成物の耐摩耗性の指標として、JIS−K6264に準拠したランボーン摩耗係数を、スリップ率20%で測定し、比較例1を100とした指数を算出した(指数が大きいほどゴム組成物のランボーン摩耗係数が大きく、耐摩耗性が良好となる)。
(低ロス性)
ゴム組成物の低ロス性の指標として、GABO社製粘弾性試験機を用い、周波数:16Hz、静歪:1.0%、動歪:0.2%、温度:−120℃から100℃(2K/minで昇温)の条件において、70℃のtanδを測定し、比較例1を100とした指数を算出した(指数が大きいほどゴム組成物のtanδが小さく、低ロス性が良好となる)。
(ポリブタジエンA−1溶液の調製)
窒素ガスで置換した内容量1.5Lの撹拌機つきステンレス製反応槽中に、重合溶液1.0L(ブタジエン(BD):34.2重量%、シクロヘキサン(CH):31.2重量%、残りは2−ブテン類)を投入した。さらに、水(HO)1.52mmol、ジエチルアルミニウムクロライド(DEAC)2.08mmol、トリエチルアルミニウム(TEA)0.52mmol(全アルミニウム/水=1.71(混合モル比))、コバルトオクトエート(Cocat)20.94μmol、及びシクロオクタジエン(COD)6.05mmolを加え、72℃で20分間撹拌することで、1,4シス重合を行った。その後、4,6−ビス(オクチルチオメチル)−o−クレゾールを含むエタノールを加えて重合を停止することで、ポリブタジエンA−1溶液を得た。なお、溶液を調製する際の条件を表1に示す。
(ポリブタジエンA−2溶液〜ポリブタジエンA−5溶液の調製)
ポリブタジエンA−1溶液の調製と同様の手順でポリブタジエンA−2溶液〜ポリブタジエンA−5溶液の調製を行った。なお、各溶液を調製する際の条件を表1に示す。
(ポリブタジエンA−6溶液の調製)
窒素置換されたナス型フラスコに水素化ジイソブチルアルミニウム(DIBALH)3.20mmol及びバーサチック酸ネオジウム(Ndv3)0.16mmolを加え、室温で5分間攪拌した。次に、ジエチルアルミニウムクロライド(DEAC)0.48mmolを加え、更に25分間室温下で接触させた。次に予め窒素ガスで置換した内容量1.5Lの撹拌機つきステンレス製反応槽中に、重合溶液1.0L(ブタジエン(BD):26.2重量%、シクロヘキサン(CH):73.8重量%)が添加されているオートクレーブを60℃に保持した中に、上記熟成した触媒成分を特殊シリンジにて注入し反応を開始した。60℃で1時間攪拌することで、1,4シス重合を行った。その後、4,6−ビス(オクチルチオメチル)−o−クレゾールを含むエタノールを加えて重合を停止することで、ポリブタジエンA−6溶液を得た。なお、溶液を調製する際の条件を表1に示す。
Figure 0006601594
得られたポリブタジエンA−1溶液〜ポリブタジエンA−6溶液から未反応のブタジエン及び2−ブテン類と溶媒を蒸発除去することでポリブタジエンA−1〜ポリブタジエンA−6を得て、各種物性を評価した。結果を表2に示す。
Figure 0006601594
(ポリブタジエンB−1溶液の調製)
窒素ガスで置換した内容量1.5Lの撹拌機つきステンレス製反応槽中に、重合溶液1.0L(ブタジエン(BD):36.0重量%、シクロヘキサン(CH):27.0重量%、残りは2−ブテン類)を投入した。さらに、水(HO)1.72mmol、ジエチルアルミニウムクロライド(DEAC)2.32mmol、トリエチルアルミニウム(TEA)0.26mmol(全アルミニウム/水=1.51(混合モル比))、コバルトオクトエート(Cocat)20.00μmol、及びシクロオクタジエン(COD)7.00mmolを加え、65℃で20分間撹拌することで、1,4シス重合を行った。その後、4,6−ビス(オクチルチオメチル)−o−クレゾールを含むエタノールを加えて重合を停止することで、ポリブタジエンB−1溶液を得た。なお、溶液を調製する際の条件を表3に示す。
(ポリブタジエンB−2溶液及びポリブタジエンB−5溶液の調製)
ポリブタジエンB−1溶液の調製と同様の手順でポリブタジエンB−2溶液及びポリブタジエンB−5溶液の調製を行った。なお、各溶液を調製する際の条件を表3に示す。
(ポリブタジエンB−3溶液の調製)
窒素ガスで置換した内容量1.5Lの撹拌機つきステンレス製反応槽中に、重合溶液1.0L(ブタジエン(BD):33.0重量%、シクロヘキサン(CH):22.0重量%、残りは2−ブテン類)を投入した。さらに、水(HO)1.71mmol、ジエチルアルミニウムクロライド(DEAC)3.00mmol(アルミニウム/水=1.75(混合モル比))、コバルトオクトエート(Cocat)10.40μmol、及びシクロオクタジエン(COD)8.20mmol、ジラウリルチオジプロピオネート(DLTP)15μmolを加え、65℃で20分間撹拌することで、1,4シス重合を行った。その後、4,6−ビス(オクチルチオメチル)−o−クレゾールを含むエタノールを加えて重合を停止することで、ポリブタジエンB−1溶液を得た。なお、溶液を調製する際の条件を表3に示す。
(ポリブタジエンB−4溶液及びポリブタジエンB−6溶液の調製)
ポリブタジエンB−3溶液の調製と同様の手順でポリブタジエンB−4溶液及びポリブタジエンB−6溶液の調製を行った。なお、各溶液を調製する際の条件を表3に示す。
Figure 0006601594
得られたポリブタジエンB−1溶液〜ポリブタジエンB−6溶液から未反応のブタジエン及び2−ブテン類を蒸発除去することでポリブタジエンB−1〜ポリブタジエンB−6を得て、各種物性を評価した。結果を表4に示す。
Figure 0006601594
(実施例1〜16)
表5〜6に示す割合でポリブタジエン(A)とポリブタジエン(B)が配合されるように、対応する2種のポリブタジエン溶液を混合した(配合方法:wet)。そして、得られた混合溶液から未反応のブタジエン及び2−ブテン類を蒸発除去することで、ポリブタジエンゴムを得て、各種物性を測定した。結果を表5〜6に示す。
次に、得られたポリブタジエンゴムを用いて、天然ゴムを含むゴム組成物を作製した。具体的には、まず、30重量部のポリブタジエンゴムと、70重量部の天然ゴム(RSS#1;ML1+4,100℃=70に調整)とを、温度90℃、回転数68rpmに設定したラボプラストミル(東洋精機製作所社製、商品名:BR−250型)を用いて60秒間混合した。その後、50重量部のカーボンブラック(ISAF)と、3重量部のオイル(H&R社製、商品名:VivaTec400)と、3重量部のZnO(堺化学工業社製、商品名:Sazex1号)と、2重量部のステアリン酸(旭電化社製、商品名:アデカ脂肪酸SA−300)と、2重量部の酸化防止剤(住友化学社製、商品名:アンチゲン6C)とを投入し、計4分間混練した。
次に、得られた混練物に、1重量部の加硫促進剤(大内新興社製、商品名:ノクセラーNS)と、1.5重量部の加硫剤(粉末硫黄、鶴見化学工業社製)とを6インチロールにより混合することで、配合物を作製した。配合物の物性(ムーニー粘度)を表5〜6に示す。
そして、得られた配合物を金型に入れてプレス加硫することで、ゴム組成物を作製した。なお、加硫時間は、粘弾性測定装置(アルファテクノロジーズ社製、商品名:RPA2000)で求めた150℃の加硫特性t90の2倍の時間とした。得られたゴム組成物のランボーン摩耗係数及び低ロス性(tanδ)を表5〜6に示す。
(実施例17)
ポリブタジエンA−2溶液から未反応のブタジエン及び2−ブテン類を蒸発除去することで、ポリブタジエンA−2を得た。また、ポリブタジエンB−2溶液から未反応のブタジエン及び2−ブテン類を蒸発除去することで、ポリブタジエンB−2を得た。そして、両者を表6に示す配合割合で混合することで、ポリブタジエンゴムを得た(配合方法:dry)。そして、得られたポリブタジエンゴムを用いたこと以外は、実施例1と同様の方法で、配合物及びゴム組成物を作製した。配合物のムーニー粘度、並びにゴム組成物のランボーン摩耗係数及び低ロス性(tanδ)を表6に示す。
(比較例1〜4)
ポリブタジエンゴムの代わりに、表6に示すポリブタジエンを単独で用いたこと以外は、実施例1と同様の方法で、配合物及びゴム組成物を作製した。配合物のムーニー粘度、並びにゴム組成物のランボーン摩耗係数及び低ロス性(tanδ)を表6に示す。なお、比較例4については、配合物を作製している段階で混練できなくなり、配合物及びゴム組成物の評価を行うことはできなかった。
Figure 0006601594
Figure 0006601594
以上のように、本発明のポリブタジエンゴムを用いることで、より高度に耐摩耗性と加工性を両立させ、さらには低ロス性が改良させることができる。
本発明のポリブタジエンは、加工性を保ちつつ、耐摩耗性及び低ロス性が改良されていることから、ゴム組成物に配合することで、タイヤをはじめ、防振ゴム、ベルト、ホース、免震ゴム、ゴムクローラ及び履物部材等に用いることができる。

Claims (2)

  1. (a1)5重量%トルエン溶液粘度(Tcp)とムーニー粘度(ML1+4,100℃)の比(Tcp/ML1+4,100℃)が3.5以上、及び
    (a2)重量平均分子量(Mw)が60.0×10以上
    の条件を満たすポリブタジエン(A)と、
    (b1)5重量%トルエン溶液粘度(Tcp)とムーニー粘度(ML1+4,100℃)の比(Tcp/ML1+4,100℃)が2.0以下、及び
    (b2)重量平均分子量(Mw)が56.0×10以下
    の条件を満たすポリブタジエン(B)と
    を含み、
    前記ポリブタジエン(A)/前記ポリブタジエン(B)の重量比が、10/90〜80/20である
    ポリブタジエンゴム。
  2. 前記ポリブタジエン(A)/前記ポリブタジエン(B)の重量比が、15/85〜45/55である
    請求項1に記載のポリブタジエンゴム。
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