JP7146596B2 - シラン混合物およびその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、シラン混合物およびその製造方法に関する。
欧州特許出願公開第0670347号明細書(EP 0670347)および欧州特許出願公開第0753549号明細書(EP 0753549)には、少なくとも1種の架橋剤と、充填剤と、任意にさらなるゴム助剤と、式
Si-X-(-S-Y-)-(-S-X-SiR
の少なくとも1種の補強添加剤とを含有するゴム混合物が開示されている。
さらに、欧州特許出願公開第1375504号明細書(EP 1375504)には、式
(RO)(3-P)(RSi-R-S-R-(S-R-S-R-Si(R(OR(3-P)
のシランが開示されている。
国際公開第2005/059022号(WO 2005/059022)には、式
[RSi-R-S-R-R-]R
のシランを含有するゴム混合物が開示されている。
さらに、二官能性シランと式(Y)G(Z)のさらなるシランとを含有するゴム混合物(国際公開第2012/092062号(WO 2012/092062))や、ビストリエトキシシリルプロピルポリスルフィドとビストリエトキシシリルプロピルモノスルフィドとを含有するゴム混合物(欧州特許出願公開第1085045号明細書(EP 1085045))が知られている。
欧州特許出願公開第1928949号明細書(EP 1928949)には、シラン(HO)Si-(CH-X-(CH-S-(CH-X-(CH-Si(OCおよび/または(HO)Si-(CH-X-(CH10-S-(CH10-X-(CH-Si(OCおよび(HO)Si-(CH-S-(CH-Si(OCを含有するゴム混合物が開示されている。
さらに、欧州特許出願公開第2557116号明細書(EP 2557116)から、式RSi-X-S-X-SiRのシランと式RSi-X-(-S-Y-)-S-X-SiRのシランとを含有するシラン混合物が知られている。
本発明の目的は、従来技術から知られているシランと比較して、加工特性が向上し、粘度が改善され、架橋収率がより高く、強化力がより高く、かつゴム混合物における転がり抵抗が改善されたシラン混合物を提供することである。
本発明は、式I
(R(R3-ySi-R-(S-R-S-(R-S)-R-Si(R(R3-y (I)
のシランと、式II
(R(R3-ySi-R-(S-R-S-R-Si(R(R3-y (II)
[式中、
は、同一であるかまたは異なり、C~C10アルコキシ基、好ましくはメトキシ基またはエトキシ基、フェノキシ基、C~C10シクロアルコキシ基またはアルキルポリエーテル基-O-(R-O)-Rであり、ここで、Rは、同一であるかまたは異なり、分岐状または非分岐状の、飽和または不飽和の、脂肪族、芳香族または脂肪族/芳香族混合型の2価のC~C30炭化水素基であり、好ましくは-CH-CH-であり、rは、1~30の整数であり、好ましくは3~10の整数であり、Rは、非置換のまたは置換された、分岐状または非分岐状の1価のアルキル、アルケニル、アリールまたはアラルキル基であり、好ましくはC1327アルキル基であり、
は、同一であるかまたは異なり、C~C20アリール基、好ましくはフェニル、C~C10アルキル基、好ましくはメチル基またはエチル基、C~C20アルケニル基、C~C20アラルキル基またはハロゲンであり、好ましくはClであり、
は、同一であるかまたは異なり、分岐状または非分岐状の、飽和または不飽和の、脂肪族、芳香族または脂肪族/芳香族混合型の2価のC~C30炭化水素基であり、好ましくはC~C20、より好ましくはC~C10、さらにより好ましくはC~C、特に好ましくはCHCHおよびCHCHCHであり、
は、同一であるかまたは異なり、分岐状または非分岐状の、飽和または不飽和の、脂肪族、芳香族または脂肪族/芳香族混合型の2価のC~C30炭化水素基であり、好ましくはC~C20、より好ましくはC~C10、さらにより好ましくはC~C、特に好ましくは(CHであり、
xは、2~10の整数であり、好ましくは2~4の整数であり、より好ましくは2であり、
nは、同一であり、0、1、2または3であり、好ましくは0または1であり、より好ましくは1であり、
yは、同一であるかまたは異なり、1、2または3であり、
zは、1、2または3であり、好ましくは1である]のシランとを含有するシラン混合物において、式Iのシランと式IIのシランとのモル比は、19:81~81:19であり、好ましくは20:80~75:25であり、より好ましくは20:80~70:30であり、最も好ましくは20:80~65:35であるシラン混合物を提供する。
好ましくは、シラン混合物は、式I
(R(R3-ySi-R-(S-R-S-(R-S)-R-Si(R(R3-y (I)
のシランと、式II
(R(R3-ySi-R-(S-R-S-R-Si(R(R3-y (II)
[式中、
nは、同一であり、0または1であり、
zは、1であり、かつ
、R、R、R、xおよびyは、上記と同一の定義を有する]のシランとを含有することができる。
本発明によるシラン混合物は、さらなる添加剤を含有してもよいし、式Iのシランおよび式IIのシランのみからなることもできる。
本発明によるシラン混合物は、式Iのシランおよび/または式IIのシランの加水分解および縮合により形成されるオリゴマーを含有することができる。
本発明によるシラン混合物は、すでに支持体、例えばワックス、ポリマーまたはカーボンブラックに施与されたものであってもよい。本発明によるシラン混合物は、すでにシリカに施与されたものであってもよく、その場合、結合は、物理的であっても化学的であってもよい。
およびRは、独立して、-CH-、-CHCH-、-CHCHCH-、-CHCHCHCH-、-CH(CH)-、-CHCH(CH)-、-CH(CH)CH-、-C(CH-、-CH(C)-、-CHCHCH(CH)-、-CH(CH)CHCH-、-CHCH(CH)CH-、-CHCHCHCHCH-、-CHCHCHCHCHCH-、-CHCHCHCHCHCHCH-、-CHCHCHCHCHCHCHCH-、-CHCHCHCHCHCHCHCHCH-、-CHCHCHCHCHCHCHCHCHCH-、-CHCHCHCHCHCHCHCHCHCHCHCH-、-CHCHCHCHCHCHCHCHCHCHCHCHCHCH-、-CHCHCHCHCHCHCHCHCHCHCHCHCHCHCHCH-、-CHCHCHCHCHCHCHCHCHCHCHCHCHCHCHCHCHCH-、または
Figure 0007146596000001
であってよい。
は、好ましくは、メトキシまたはエトキシであってよい。
式Iのシランは、好ましくは、
(EtO)Si-CH-S-CH-Si(OEt)
(EtO)Si-(CH-S-(CH-Si(OEt)
(EtO)Si-(CH-S-(CH-Si(OEt)
(EtO)Si-CH-S-CH-Si(OEt)
(EtO)Si-(CH-S-(CH-Si(OEt)
(EtO)Si-(CH-S-(CH-Si(OEt)
(EtO)Si-CH-S-(CH)-S-(CH)-S-CH-Si(OEt)
(EtO)Si-(CH-S-(CH)-S-(CH)-S-(CH-Si(OEt)
(EtO)Si-(CH-S-(CH)-S-(CH)-S-(CH-Si(OEt)
(EtO)Si-CH-S-(CH-S-(CH-S-CH-Si(OEt)
(EtO)Si-(CH-S-(CH-S-(CH-S-(CH-Si(OEt)
(EtO)Si-(CH-S-(CH-S-(CH-S-(CH-Si(OEt)
(EtO)Si-CH-S-(CH-S-(CH-S-CH-Si(OEt)
(EtO)Si-(CH-S-(CH-S-(CH-S-(CH-Si(OEt)
(EtO)Si-(CH-S-(CH-S-(CH-S-(CH-Si(OEt)
(EtO)Si-CH-S-(CH-S-(CH-S-CH-Si(OEt)
(EtO)Si-(CH-S-(CH-S-(CH-S-(CH-Si(OEt)
(EtO)Si-(CH-S-(CH-S-(CH-S-(CH-Si(OEt)
(EtO)Si-CH-S-(CH-S-(CH-S-CH-Si(OEt)
(EtO)Si-(CH-S-(CH-S-(CH-S-(CH-Si(OEt)
(EtO)Si-(CH-S-(CH-S-(CH-S-(CH-Si(OEt)
(EtO)Si-CH-S-(CH-S-(CH-S-CH-Si(OEt)
(EtO)Si-(CH-S-(CH-S-(CH-S-(CH-Si(OEt)
(EtO)Si-(CH-S-(CH-S-(CH-S-(CH-Si(OEt)であってよい。
特に好ましくは、式Iのシランは、
(EtO)Si-(CH-S-(CH-S-(CH-S-(CH-Si(OEt)である。
式IIのシランは、好ましくは、
(EtO)Si-CH-S-CH-S-CH-Si(OEt)
(EtO)Si-(CH-S-CH-S-(CH-Si(OEt)
(EtO)Si-(CH-S-CH-S-(CH-Si(OEt)
(EtO)Si-CH-S-(CH-S-CH-Si(OEt)
(EtO)Si-(CH-S-(CH-S-(CH-Si(OEt)
(EtO)Si-(CH-S-(CH-S-(CH-Si(OEt)
(EtO)Si-CH-S-(CH-S-CH-Si(OEt)
(EtO)Si-(CH-S-(CH-S-(CH-Si(OEt)
(EtO)Si-(CH-S-(CH-S-(CH-Si(OEt)
(EtO)Si-CH-S-(CH-S-CH-Si(OEt)
(EtO)Si-(CH-S-(CH-S-(CH-Si(OEt)
(EtO)Si-(CH-S-(CH-S-(CH-Si(OEt)
(EtO)Si-CH-S-(CH-S-CH-Si(OEt)
(EtO)Si-(CH-S-(CH-S-(CH-Si(OEt)
(EtO)Si-(CH-S-(CH-S-(CH-Si(OEt)
(EtO)Si-CH-S-(CH-S-CH-Si(OEt)
(EtO)Si-(CH-S-(CH-S-(CH-Si(OEt)
(EtO)Si-(CH-S-(CH-S-(CH-Si(OEt)であってよい。
特に好ましくは、式IIのシランは、
(EtO)Si-(CH-S-(CH-S-(CH-Si(OEt)である。
極めて特に好ましいのは、
(EtO)Si-(CH-(S-(CH-S-((CH-S)-(CH-Si(OEt)および(EtO)Si-(CH-S-(CH-S-(CH-Si(OEt)のシラン混合物であり、ここで、nは同一であり、かつ0または1である。
殊に好ましいのは、
(EtO)Si-(CH-S-(CH-S-(CH-S-(CH-Si(OEt)および(EtO)Si-(CH-S-(CH-S-(CH-Si(OEt)のシラン混合物である。
本発明はさらに、本発明によるシラン混合物の第1の製造方法において、式I
(R(R3-ySi-R-(S-R-S-(R-S)-R-Si(R(R3-y (I)
のシランと、式II
(R(R3-ySi-R-(S-R-S-R-Si(R(R3-y (II)
[式中、
、R、R、R、n、x、yおよびzは、上記の定義を有する]
のシランとを、19:81~81:19、好ましくは20:80~75:25、より好ましくは20:80~70:30、最も好ましくは20:80~65:35のモル比で混合することを特徴とする方法を提供する。
好ましくは、式I
(R(R3-ySi-R-(S-R-S-(R-S)-R-Si(R(R3-y (I)
のシランと、式II
(R(R3-ySi-R-(S-R-S-R-Si(R(R3-y (II)
[式中、
、R、R、R、xおよびyは、上記の定義を有し、
nは、同一であり、かつ0または1であり、かつ
zは、1である]
のシランとを混合することができる。
本発明による方法は、空気を排除して行うことができる。本発明による方法は、保護ガス雰囲気下で行うことができ、例えばアルゴンまたは窒素下で行うことができ、好ましくは窒素下で行うことができる。
本発明による方法は、標準圧力下で行うことも、高圧下で行うことも、減圧下で行うこともできる。好ましくは、本発明による方法は、標準圧力下で行うことができる。
高圧とは、1.1バール~100バール、好ましくは1.1バール~50バール、より好ましくは1.1バール~10バール、極めて好ましくは1.1バール~5バールの圧力であってよい。
減圧とは、1ミリバール~1000ミリバール、好ましくは250ミリバール~1000ミリバール、より好ましくは500ミリバール~1000ミリバールの圧力であってよい。
本発明による方法は、20℃~100℃、好ましくは20℃~50℃、より好ましくは20℃~30℃で行うことができる。
本発明による方法は、溶媒中で行うことができ、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、シクロヘキサノール、N,N-ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、ペンタン、ヘキサン、シクロヘキサン、ヘプタン、オクタン、デカン、トルエン、キシレン、アセトン、アセトニトリル、四塩化炭素、クロロホルム、ジクロロメタン、1,2-ジクロロエタン、テトラクロロエチレン、ジエチルエーテル、メチル-t-ブチルエーテル、メチルエチルケトン、テトラヒドロフラン、ジオキサン、ピリジンもしくは酢酸メチルまたは上記溶媒の混合物中で行うことができる。本発明による方法は、好ましくは無溶媒で行うことができる。
本発明はさらに、n=1でかつz=1である本発明によるシラン混合物の製造方法において、
第1のステップにおいて、式III
(R(R3-ySi-R-SH (III)
のメルカプトシランと、式IV
Hal-R-Hal (IV)
[式中、
、R、RおよびRは、上記の定義を有し、かつ
Halは、F、Cl、BrまたはIであり、好ましくはClである]
のハロゲン化合物とを、式(III):式(IV)=34:66~64:36のモル比で反応させ、
第2のステップにおいて、前記第1の方法ステップで得られた生成物を、式(V)
Na (V)
[式中、
xは、上記の定義を有する]のポリ硫化ナトリウムと反応させることを特徴とする方法を提供する。
第1のステップにおける反応は、塩基を添加して行うことができる。この塩基は、式(III)のメルカプトシランと反応することができ、次いで式(IV)のハロゲン化合物と反応することができる。
式IIIのメルカプトシランは、好ましくは、(CO)Si-CH-SH、(CO)Si-CHCH-SH、(CO)Si-CHCHCH-SHであってよい。
式IVのハロゲン化合物は、好ましくは、Cl-CH-ClCl-CHCH-Cl、Cl-CHCHCH-ClCl-CHCHCHCH-ClCl-CHCHCHCHCH-Cl、Cl-CHCHCHCHCHCH-Cl、Cl-CHCHCHCHCHCHCH-ClまたはCl-CHCHCHCHCHCHCHCH-Clであってよい。
特に好ましくは、式IIIのメルカプトシランは、(EtO)Si-(CH-SHであってよく、式IVのハロゲン化合物は、Cl-(CH-Clであってよく、かつ式Vのポリ硫化ナトリウムは、Naであってよい。
n=1でかつz=1である本発明によるシラン混合物の製造方法では、すべての反応物を添加することによって、第1の方法ステップと第2の方法ステップとを1つの反応容器内で行うことができる。
n=1でかつz=1である本発明によるシラン混合物の製造方法の第1のステップにおいて、式IVのハロゲン化合物を式IIIのメルカプトシランに計量供給することができる。
n=1でかつz=1である本発明によるシラン混合物の製造方法の第1のステップにおいて、式IIIのメルカプトシランを、好ましくは、式IVのハロゲン化合物に計量添加することができる。
n=1でかつz=1である本発明によるシラン混合物の製造方法の第1のステップにおける反応は、空気を排除して行うことができる。n=1でかつz=1である本発明によるシラン混合物の製造方法の第1のステップにおける反応は、保護ガス雰囲気下で行うことができ、例えばアルゴンまたは窒素下で行うことができ、好ましくは窒素下で行うことができる。
n=1でかつz=1である本発明によるシラン混合物の製造方法の第1のステップは、標準圧力下で行うことも、高圧下で行うことも、減圧下で行うこともできる。好ましくは、本発明による方法は、標準圧力下で行うことができる。高圧とは、1.1バール~100バール、好ましくは1.1バール~50バール、より好ましくは1.1バール~10バール、極めて好ましくは1.1バール~5バールの圧力であってよい。減圧とは、1ミリバール~1000ミリバール、好ましくは250ミリバール~1000ミリバール、より好ましくは500ミリバール~1000ミリバールの圧力であってよい。
n=1でかつz=1である本発明によるシラン混合物の製造方法の第1のステップは、0℃~150℃、好ましくは30℃~100℃、より好ましくは60℃~80℃で行うことができる。
n=1でかつz=1である本発明によるシラン混合物の製造方法の第1のステップにおける反応は、無溶媒で行うことも溶媒中で行うこともでき、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、シクロヘキサノール、N,N-ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、ペンタン、ヘキサン、シクロヘキサン、ヘプタン、オクタン、デカン、トルエン、キシレン、アセトン、アセトニトリル、四塩化炭素、クロロホルム、ジクロロメタン、1,2-ジクロロエタン、テトラクロロエチレン、ジエチルエーテル、メチル-t-ブチルエーテル、メチルエチルケトン、テトラヒドロフラン、ジオキサン、ピリジンもしくは酢酸エチルまたは上記溶媒の混合物中で行うことができる。溶媒は、好ましくは、ジクロロメタン、エタノール、メチル-t-ブチルエーテル、トルエン、酢酸エチル、ペンタン、ヘキサンまたは上記溶媒の混合物であってよい。
n=1でかつz=1である本発明によるシラン混合物の製造方法の第1のステップにおける反応は、有機溶媒を用いずに行うことができる。溶媒は、水であってよい。
n=1でかつz=1である本発明によるシラン混合物の製造方法の第1のステップで得られる反応生成物から、次いで、ろ過によって固形状の副生成物を除去することができる。
n=1でかつz=1である本発明によるシラン混合物の製造方法の第1のステップにおける溶媒を、次いで除去することができ、好ましくは留去することができる。
n=1でかつz=1である本発明によるシラン混合物の製造方法の第2のステップにおける反応は、空気を排除して行うことができる。
n=1でかつz=1である本発明によるシラン混合物の製造方法の第2のステップにおける反応は、保護ガス雰囲気下で行うことができ、例えばアルゴンまたは窒素下で行うことができ、好ましくは窒素下で行うことができる。
n=1でかつz=1である本発明によるシラン混合物の製造方法の第2のステップは、標準圧力下で行うことも、高圧下で行うことも、減圧下で行うこともできる。好ましくは、本発明による方法は、標準圧力下で行うことができる。高圧とは、1.1バール~100バール、好ましくは1.1バール~50バール、より好ましくは1.1バール~10バール、極めて好ましくは1.1バール~5バールの圧力であってよい。減圧とは、1ミリバール~1000ミリバール、好ましくは250ミリバール~1000ミリバール、より好ましくは500ミリバール~1000ミリバールの圧力であってよい。
n=1でかつz=1である本発明によるシラン混合物の製造方法の第2のステップは、20℃~150℃、好ましくは40℃~100℃、より好ましくは60℃~90℃で行うことができる。
n=1でかつz=1である本発明によるシラン混合物の製造方法の第2のステップにおける反応は、無溶媒で行うことも溶媒中で行うこともでき、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、シクロヘキサノール、N,N-ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、ペンタン、ヘキサン、シクロヘキサン、ヘプタン、オクタン、デカン、トルエン、キシレン、アセトン、アセトニトリル、四塩化炭素、クロロホルム、ジクロロメタン、1,2-ジクロロエタン、テトラクロロエチレン、ジエチルエーテル、メチル-t-ブチルエーテル、メチルエチルケトン、テトラヒドロフラン、ジオキサン、ピリジンまたは酢酸エチル中で行うことができる。溶媒は、好ましくは、エタノールであってよい。
n=1でかつz=1である本発明によるシラン混合物の製造方法の第2のステップにおける反応は、有機溶媒を用いずに行うことができる。溶媒は、水であってよい。
n=1でかつz=1である本発明によるシラン混合物の製造方法の第2のステップにおける反応生成物は、ろ過することができ、フィルターケーキを有機溶媒で洗浄することができる。好ましくは、洗浄に、アルコール、より好ましくはエタノールを使用することも可能であるし、アルカン、より好ましくはヘキサンを使用することもできる。
n=1でかつz=1である本発明によるシラン混合物の製造方法の第2のステップにおける溶媒を、次いで除去することができ、好ましくは留去することができる。n=1でかつz=1である本発明によるシラン混合物の製造方法の第2のステップにおける反応生成物をろ過して溶媒を除去した後に、乾燥させることができる。乾燥は、20℃~100℃、好ましくは25℃~50℃の温度で行うことができる。乾燥を、1~500ミリバールの減圧で行うことができる。
本発明によるシラン混合物を、例えばガラスビーズ、ガラスフレーク、ガラス表面、ガラス繊維または酸化物充填剤、好ましくはシリカ、例えば沈降シリカおよびヒュームドシリカといった無機材料と、例えば熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂またはエラストマーといった有機ポリマーとの間の接着促進剤として使用することも、酸化物表面のための架橋剤および表面改質剤として使用することもできる。
本発明によるシラン混合物は、充填剤配合ゴム混合物におけるカップリング剤として使用することができ、ここで、充填剤配合ゴム混合物としては、例えばタイヤトレッド、工業用ゴム製品または履物底が挙げられる。
本発明によるシラン混合物の利点は、加工特性の向上、粘度の改善、架橋収率の増加、強化力の向上およびゴム混合物における転がり抵抗の改善である。

NMR法:各例において分析結果として報告するモル比および重量比は、以下のパラメータを用いた13C NMR測定により得られたものである:100.6MHz、スキャン1000回、溶媒:CDCl、校正用の内部標準物質:テトラメチルシラン、緩和補助剤:Cr(acac);生成物における重量比を求めるために、規定量のジメチルスルホンを内部標準物質として加え、生成物のモル比を用いて重量比を算出する。
比較例1:6-ビス(チオプロピルトリエトキシシリルヘキシル)ジスルフィド
欧州特許出願公開第1375504号明細書(EP 1375504)の合成例1および実施例1に従って、6-ビス(チオプロピルトリエトキシシリルヘキシル)ジスルフィドを製造した。
欧州特許出願公開第1375504号明細書(EP 1375504)の合成例1とは対照的に、中間体を蒸留しなかった。
分析:(収率:88%、モル比:式Iのシラン(EtO)Si(CHS(CH(CHS(CHSi(OEt) 94%および式IIのシラン(EtO)Si(CHS(CHS(CHSi(OEt) 6%、重量%:式Iのシラン(EtO)Si(CHS(CH(CHS(CHSi(OEt) 95重量%および式IIのシラン(EtO)Si(CHS(CHS(CHSi(OEt) 5重量%)。
比較例2:1,6-ビス(チオプロピルトリエトキシシリル)ヘキサン
反応温度が35℃を超えないようにして、ナトリウムエトキシド(EtOH中21%;82.3g;0.254モル;2.05当量)を、メルカプトプロピルトリエトキシシラン(62.0g;0.260モル;2.10当量)に計量供給した。添加が完了したら、この混合物を還流下で2時間加熱した。次いで、この反応混合物を、80℃で1.5時間かけて1,6-ジクロロヘキサン(19.2g;0.124モル;1.00当量)に添加した。添加が完了したら、この混合物を還流下で3時間加熱し、次いで室温まで放冷した。沈殿した塩をろ別し、生成物から減圧下で溶媒を除去した。生成物(13C NMRにて、収率:88%、純度:99%超)が、澄明な液体として得られた。
比較例3:Evonik Industries AG製ビス(トリエトキシシリルプロピル)ジスルフィド
比較例4:ビス(トリエトキシシリルプロピル)スルフィド
クロロプロピルトリエトキシシラン(361g;1.5モル;1.92当量)のエタノール(360ml)溶液に、60℃を超えないような速度でNaS(61.5g;0.78モル;1.00当量)を少しずつ加えた。添加の完了後、還流下で3時間加熱し、その後、室温まで放冷した。反応生成物から、沈殿した塩をろ過により除去した。蒸留による精製(0.04ミリバール;110℃)により、生成物(13C NMRにて、収率73%、純度99%超)を澄明な液体として得ることができた。
比較例5:
比較例3 4.3重量部と比較例4 2.6重量部とを、Kaiser und Kraft製の平坦なPE袋(フィルム厚さ:50μm)に量り入れて混合した。この混合物は、式Iのシラン(EtO)Si(CH(CHSi(OEt) 60%:式IIのシラン(EtO)Si(CHS(CHSi(OEt) 40%のモル比に相当する。
比較例6:
比較例3 2.9重量部と比較例4 3.8重量部とを、Kaiser und Kraft製の平坦なPE袋(フィルム厚さ:50μm)に量り入れて混合した。この混合物は、式Iのシラン(EtO)Si(CH(CHSi(OEt) 40%:式IIのシラン(EtO)Si(CHS(CHSi(OEt) 60%のモル比に相当する。
比較例7:
比較例3 1.4重量部と比較例4 5.1重量部とを、Kaiser und Kraft製の平坦なPE袋(フィルム厚さ:50μm)に量り入れて混合した。この混合物は、式Iのシラン(EtO)Si(CH(CHSi(OEt) 20%:式IIのシラン(EtO)Si(CHS(CHSi(OEt) 80%のモル比に相当する。
実施例1:
比較例1 47.2gと比較例2 9.2gとを、Kaiser und Kraft製の平坦なPE袋(フィルム厚さ:50μm)に量り入れて混合した。この混合物は、式Iのシラン(EtO)Si(CHS(CH(CHS(CHSi(OEt) 75%:式IIのシラン(EtO)Si(CHS(CHS(CHSi(OEt) 25%のモル比に相当する。
実施例2:
比較例1 46.8gと比較例2 24.3gとを、Kaiser und Kraft製の平坦なPE袋(フィルム厚さ:50μm)に量り入れて混合した。この混合物は、式Iのシラン(EtO)Si(CHS(CH(CHS(CHSi(OEt) 57%:式IIのシラン(EtO)Si(CHS(CHS(CHSi(OEt) 43%のモル比に相当する。
実施例3:
比較例1 45.6gと比較例2 36.0gとを、Kaiser und Kraft製の平坦なPE袋(フィルム厚さ:50μm)に量り入れて混合した。この混合物は、式Iのシラン(EtO)Si(CHS(CH(CHS(CHSi(OEt) 47%:式IIのシラン(EtO)Si(CHS(CHS(CHSi(OEt) 53%のモル比に相当する。
実施例4:
室温で撹拌しながら、1時間かけてNaOEt(EtOH中21%;1562g;4.820モル)をメルカプトプロピルトリエトキシシラン(1233g;5.170モル)に計量供給した。添加が完了した後、この反応混合物を還流下で2時間加熱し、その後、室温まで放冷した。生成された中間体を、1,6-ジクロロヘキサン(801.7g;5.170モル)に計量供給した。この1,6-ジクロロヘキサンは、30分間かけて80℃に加熱しておいたものである。添加が完了した後、この反応混合物を還流下で3時間加熱し、その後、室温まで放冷した。この反応混合物をろ過し、フィルターケーキをEtOHですすいだ。揮発性成分を減圧下で除去したところ、1-クロロ-6-チオプロピルトリエトキシシリルヘキサン中間体(収率:88%、モル比:1-クロロ-6-チオプロピルトリエトキシシリルヘキサン66%、ビス(チオプロピルトリエトキシシリル)ヘキサン34%;重量%:1-クロロ-6-チオプロピルトリエトキシシリルヘキサン56重量%、1,6-ビス(チオプロピルトリエトキシシリル)ヘキサン44重量%)が得られた。
実施例5:
水(123.2g;6.837モル;21.74当量)中のNaSH(水中40%;46.01g;0.3283モル;1.044当量)およびNaCO(38.44g;0.3627モル;1.153当量)の溶液を、撹拌しながら80℃に加熱した。硫黄(9.940g;0.3101モル;0.9859当量)を加え、この混合物を45分間撹拌した。テトラブチルホスホニウムブロミド(水中50%;2.560g;3.774ミリモル;0.012当量)および実施例4で得られた1-クロロ-6-チオプロピルトリエトキシシリルヘキサン中間体(224.6g;0.6290モル;2.000当量)を、30分かけて加え、次いで75~80℃で5時間撹拌した。有機相を除去し、揮発性成分を減圧下で除去した。6-ビス(チオプロピルトリエトキシシリルヘキシル)ジスルフィド(収率:97%、モル比:式Iのシラン(EtO)Si(CHS(CH(CHS(CHSi(OEt) 64%および式IIのシラン(EtO)Si(CHS(CHS(CHSi(OEt) 36%、重量%:式Iのシラン(EtO)Si(CHS(CH(CHS(CHSi(OEt) 69重量%および式IIのシラン(EtO)Si(CHS(CHS(CHSi(OEt) 31重量%)が、澄明な液体として得られた。
実施例6:
S(27.179g;0.798モル;1.40当量)を、60℃で20分かけてNaOEt(EtOH中約21%;ナトリウム(27.50g;1.196モル;2.10当量)およびEtOH(425g)から製造したもの)に計量供給した。この添加を行い、反応時間が30分経過した後に、硫黄(20.07g;0.627モル;1.10当量)を添加した。20分後、実施例4で得られた1-クロロ-6-チオプロピルトリエトキシシリルヘキサン(純度61%、600g、1.139モル、2.00当量)を添加した。その後、反応温度を80℃に調整し、転化が完了するまでこの混合物を撹拌した。反応の完了時に、生成された固形物をろ過により除去し、減圧下で生成物から溶媒を除去した。ビス(チオプロピルトリエトキシシリルヘキシル)ジスルフィド(収率:98%、モル比:式Iのシラン(EtO)Si(CHS(CH(CHS(CHSi(OEt) 64%および式IIのシラン(EtO)Si(CHS(CHS(CHSi(OEt) 36%、重量%:式Iのシラン(EtO)Si(CHS(CH(CHS(CHSi(OEt) 69重量%および式IIのシラン(EtO)Si(CHS(CHS(CHSi(OEt) 31重量%)が、澄明な液体として得られた。
実施例7:
実施例4で得られた1-クロロ-6-チオプロピルトリエトキシシリルヘキサン(純度61%;600.0g;1.139モル;2.00当量)を、EtOH(600g)に溶解させた。その後、ポリ硫化ナトリウム(Na3.79;20.02g;0.120モル;0.21当量)を固体形態で添加し、この反応混合物を60℃に加熱し、その温度で30~60分間保持した。次に、60℃で、合計で8回の計量添加により行うNaSの添加の第1回目を行った(合計13.33g;0.171モル;0.3当量)。その後、この混合物を1時間かけて還流下に加熱した。NaSの残りの7回の計量添加を、還流下にそれぞれ10分間隔で行った。NaSの最後の計量添加を行った後、この混合物をさらに2時間かけて還流下に加熱し、次いで室温まで放冷した。この反応混合物をろ過した。このろ液から減圧下で揮発性成分を除去し、再びろ過した。生成物(95%、モル比:式Iのシラン(EtO)Si(CHS(CH(CHS(CHSi(OEt) 64%および式IIのシラン(EtO)Si(CHS(CHS(CHSi(OEt) 36%、重量%:式Iのシラン(EtO)Si(CHS(CH(CHS(CHSi(OEt) 69重量%および式IIのシラン(EtO)Si(CHS(CHS(CHSi(OEt) 31重量%)が、澄明な液体として得られた。
実施例8:
比較例1 7.2重量部と比較例2 3.4重量部とを、Kaiser und Kraft製の平坦なPE袋(フィルム厚さ:50μm)に量り入れて混合した。この混合物は、式Iのシラン(EtO)Si(CHS(CH(CHS(CHSi(OEt) 59%:式IIのシラン(EtO)Si(CHS(CHS(CHSi(OEt) 41%のモル比に相当する。
実施例9:
比較例1 7.2重量部と比較例2 4.6重量部とを、Kaiser und Kraft製の平坦なPE袋(フィルム厚さ:50μm)に量り入れて混合した。この混合物は、式Iのシラン(EtO)Si(CHS(CH(CHS(CHSi(OEt) 52%:式IIのシラン(EtO)Si(CHS(CHS(CHSi(OEt) 48%のモル比に相当する。
実施例10:
比較例1 7.5重量部と比較例2 4.0重量部とを、Kaiser und Kraft製の平坦なPE袋(フィルム厚さ:50μm)に量り入れて混合した。この混合物は、式Iのシラン(EtO)Si(CHS(CH(CHS(CHSi(OEt) 56%:式IIのシラン(EtO)Si(CHS(CHS(CHSi(OEt) 44%のモル比に相当する。
実施例11:
比較例1 5.5重量部と比較例2 6.5重量部とを、Kaiser und Kraft製の平坦なPE袋(フィルム厚さ:50μm)に量り入れて混合した。この混合物は、式Iのシラン(EtO)Si(CHS(CH(CHS(CHSi(OEt) 38%:式IIのシラン(EtO)Si(CHS(CHS(CHSi(OEt) 62%のモル比に相当する。
実施例12:
比較例1 3.0重量部と比較例2 9.5重量部とを、Kaiser und Kraft製の平坦なPE袋(フィルム厚さ:50μm)に量り入れて混合した。この混合物は、式Iのシラン(EtO)Si(CHS(CH(CHS(CHSi(OEt) 19%:式IIのシラン(EtO)Si(CHS(CHS(CHSi(OEt) 81%のモル比に相当する。
実施例13:
比較例3 4.3重量部と比較例2 3.4重量部とを、Kaiser und Kraft製の平坦なPE袋(フィルム厚さ:50μm)に量り入れて混合した。この混合物は、式Iのシラン(EtO)Si(CH(CHSi(OEt) 60%:式IIのシラン(EtO)Si(CHS(CHS(CHSi(OEt) 40%のモル比に相当する。
実施例14:
比較例3 2.9重量部と比較例2 5.1重量部とを、Kaiser und Kraft製の平坦なPE袋(フィルム厚さ:50μm)に量り入れて混合した。この混合物は、式Iのシラン(EtO)Si(CH(CHSi(OEt) 40%:式IIのシラン(EtO)Si(CHS(CHS(CHSi(OEt) 60%のモル比に相当する。
実施例15:ゴム試験
ゴム混合物に使用した配合を、以下の表1に示す。単位phrは、使用した生ゴム100部を基準とした重量部を意味する。混合物1~4はいずれも、式Iのシラン(EtO)Si(CHS(CH(CHS(CHSi(OEt)については同一のphr量を含み、式IIのシラン(EtO)Si(CHS(CHS(CHSi(OEt)については量を増加させる。
Figure 0007146596000002
表1で使用する物質:
a) NR TSR SMR 10:天然ゴム(Wurfbain Nordmann GmbH製)(TSR=Technically Specified Rubber、技術的格付けゴム;SMR=Standard Malaysian Rubber、標準マレーシアゴム)。
b) High-cis BR:Buna CB 24、溶液重合ハイシス-1,4-ポリブタジエン(ネオジム触媒)(Arlanxeo GmbH製)(シス-1,4の最低含量=96%、ムーニー粘度(ML 1+4/100℃)44MU)。
c) S-SBR:SPRINTAN SLR 4601-Schkopau;アニオン重合溶液スチレン・ブタジエンゴム(有機リチウム開始剤)(Trinseo製)(ミクロ構造:中スチレン/高ビニル;TG-25℃)。
d) シリカ:ULTRASIL(登録商標)VN 3 GR(Evonik Industries AG製)(沈降シリカ、BET表面積=175m/g)。
e) TDAE油:Vivatec 500(H&R AG製)。
f) 6PPD:Vulkanox 4020/LG:N-(1,3-ジメチルブチル)-N’-フェニル-p-フェニレンジアミン(6PPD)(Rhein Chemie Rheinau GmbH製)。
g) TMQ Vulkanox HS/LG:高分子2,2,4-トリメチル-1,2-ジヒドロキノリン(TMQ)(Rhein Chemie Rheinau GmbH製)。
h) オゾン劣化防止ワックス:精製炭化水素から構成されるProtektor G3108(凝固点約57℃)(Paramelt B.V.製)。
i) ZnO:RS RAL 844 C ZnO酸化亜鉛(Arnsperger Chemikalien GmbH製)。
j) 脂肪酸:脂肪酸混合物(C16/C18)、EDENOR ST1(Caldic Deutschland Chemie B.V.製)。
k) DPG-80:Rhenogran DPG-80:80%のN,N’-ジフェニルグアニジン(DPG)に対して20%のエラストマーキャリアおよび分散剤(Rhein Chemie Rheinau GmbH製)。
l) CBS:Vulkacit CZ/EG-C:N-シクロヘキシル-2-ベンゾチアゾールスルフェンアミド(Rhein Chemie Rheinau GmbH製)。
m) 硫黄:80/90°粉砕硫黄(Solvay&CPC Barium Strontium GmbH&Co.KG.製)。
これらの混合物を、表2に記載の混合指示に従ってバッチ温度150℃で1.5リットルの内部ミキサー(E型)内で3段階で調製した。
ゴム混合物およびその加硫物の一般的な製造方法は、”Rubber Technology Handbook”, W.Hofmann, Hanser Verlag, 1994に記載されている。
Figure 0007146596000003
Figure 0007146596000004
加硫を、t95%後に120バールの保持圧力で典型的な加硫プレスにて160℃の温度で行った。このt95%の時間を、160℃でISO 6502(第3.2節「ローターレスキュアメータ」)に準拠した可動型ダイレオメータ(ロータレス加硫試験機)を用いて測定した。
ゴム試験を、表3に規定した試験方法に従って行った。
Figure 0007146596000005
表4に、粗混合物および加硫物に関するゴムデータを報告する。
Figure 0007146596000006
比較混合物と比較して、本発明による混合物は、3つの混合段階のいずれにおいても加工性(ムーニー粘度)の向上を特徴とする。このことは、Mmin値の低下によって確認される。本発明による混合物においては、より高い架橋収率(Δトルク(Mmax-Mmin))が得られる。さらに、本発明によるシラン混合物によって、強化力(300%モジュラス)、耐摩耗性、転がり抵抗(反発弾性、tan δ)および動剛性(0℃および60℃でのE)における利点が生じる。
実施例16:ゴム試験
ゴム混合物に使用した配合を、以下の表5に示す。単位phrは、使用した生ゴム100部を基準とした重量部を意味する。混合物6~8はいずれも、式Iのシラン(EtO)Si(CHS(CH(CHS(CHSi(OEt)については同一のphr量を含み、式IIのシラン(EtO)Si(CHS(CHS(CHSi(OEt)については量を増加させる。
Figure 0007146596000007
表5で使用する物質:
a) NR TSR:天然ゴム(TSR=Technically Specified Rubber、技術的格付けゴム)。
b) Europrene Neocis BR 40(Polimeri製)。
c) S-SBR:Sprintan(登録商標)SLR-4601(Trinseo製)。
d) シリカ:ULTRASIL(登録商標)VN 3 GR(Evonik Industries AG製)(沈降シリカ、BET表面積=175m/g)。
e) TDAE油:treated distillate aromatic extract、処理留出物芳香族系抽出物。
f) 6PPD:N-(1,3-ジメチルブチル)-N’-フェニル-p-フェニレンジアミン(6PPD)。
g) DPG:N,N’-ジフェニルグアニジン(DPG)。
h) CBS:N-シクロヘキシル-2-ベンゾチアゾールスルフェンアミド。
i) 硫黄:粉砕硫黄。
この混合物は、容量300ミリリットル~3リットルの実験室用ミキサー内で3段階でゴム工業における慣用のプロセスで製造したものであり、このプロセスを、まず、第1の混合段階(ベース混合段階)で、145~165℃、目標温度152~157℃で200~600秒間かけて加硫系(硫黄および加硫に影響を与える物質)以外の全成分を混合することにより行った。第2段階で、第1段階の混合物をもう一度徹底的に混合して、リミルと呼ばれる処理を行う。第3段階(レディミックス段階)での加硫系の添加によって最終混合物を生成し、これを、90~120℃で180~300秒間混合することによって行った。すべての混合物を使用し、(ASTM D 5289-12/ISO 6502に準拠して可動型ダイレオメータにて測定した)t95の後に160℃で加圧下で加硫することにより試験体を製造した。
ゴム混合物およびその加硫物の一般的な製造方法は、”Rubber Technology Handbook”, W.Hofmann, Hanser Verlag, 1994に記載されている。
表6に規定した試験方法に従ってゴム試験を実施した。このゴム試験の結果を、表7に報告する。
Figure 0007146596000008
Figure 0007146596000009
本発明による実施例は、転化率30%と90%との間の架橋速度k30/90が比較的高いことが実証されており、比較例に対する加工特性の向上を特徴とする。このように、本発明による実施例によって、加工上の信頼性と完全な加硫との両立が困難であるという課題に対する解決の改善が達成される。
実施例17:ゴム試験
ゴム混合物に使用した配合を、以下の表8に示す。単位phrは、使用した生ゴム100部を基準とした重量部を意味する。これらの混合物はそれぞれ、式Iのシランの混合物と式IIのシランの混合物とを、60:40;40:60;20:80のモル比で含有する。
Figure 0007146596000010
表8で使用する物質:
a) NR TSR:天然ゴム(TSR=Technically Specified Rubber、技術的格付けゴム)。
b) Europrene Neocis BR 40(Polimeri製)。
c) S-SBR:Sprintan(登録商標)SLR-4601(Trinseo製)。
d) シリカ:ULTRASIL(登録商標)VN 3 GR(Evonik Industries AG製)(沈降シリカ、BET表面積=175m/g)。
e) TDAE油:Vivatec 500(H&R AG製)。
f) 6PPD:N-(1,3-ジメチルブチル)-N’-フェニル-p-フェニレンジアミン(6PPD)。
h) DPG:N,N’-ジフェニルグアニジン(DPG)。
i) CBS:N-シクロヘキシル-2-ベンゾチアゾールスルフェンアミド。
j) 硫黄:粉砕硫黄。
この混合物は、容量300ミリリットル~3リットルの実験室用ミキサー内で3段階でゴム工業における慣用のプロセスで製造したものであり、このプロセスを、まず、第1の混合段階(ベース混合段階)で、145~165℃、目標温度152~157℃で200~600秒間かけて加硫系(硫黄および加硫に影響を与える物質)以外の全成分を混合することにより行った。第2段階で、第1段階の混合物をもう一度徹底的に混合して、リミルと呼ばれる処理を行った。第3段階(レディミックス段階)での加硫系の添加によって最終混合物を生成し、これを、90~120℃で180~300秒間混合することによって行った。すべての混合物を使用し、(ASTM D 5289-12/ISO 6502に準拠して可動型ダイレオメータにて測定した)t95の後に160℃で加圧下で加硫することにより試験体を製造した。
ゴム混合物およびその加硫物の一般的な製造方法は、”Rubber Technology Handbook”, W.Hofmann, Hanser Verlag, 1994に記載されている。
表6に規定した試験方法に従ってゴム試験を実施した。このゴム試験の結果を、表9に報告する。
Figure 0007146596000011
本発明による実施例は、転化率30%と90%との間の架橋速度k30/90が比較的高いことが実証されており、比較例に対する加工特性の向上を特徴とする。このように、本発明による実施例によって、加工上の信頼性と完全な加硫との両立が困難であるという課題に対する解決の改善が達成される。

Claims (14)

  1. 式I
    (R(R3-ySi-R-(S-R-S-(R-S)-R-Si(R(R3-y (I)
    のシランと、式II
    (R(R3-ySi-R-(S-R-S-R-Si(R(R3-y (II)
    [式中、
    は、同一であるかまたは異なり、C~C10アルコキシ基、フェノキシ基、C~C10シクロアルコキシ基またはアルキルポリエーテル基-O-(R-O)-Rであり、ここで、Rは、同一であるかまたは異なり、分岐状または非分岐状の、飽和または不飽和の、脂肪族、芳香族または脂肪族/芳香族混合型の2価のC~C30炭化水素基であり、rは、1~30の整数であり、Rは、非置換のまたは置換された、分岐状または非分岐状の1価のアルキル、アルケニル、アリールまたはアラルキル基であり、
    は、同一であるかまたは異なり、C~C20アリール基、C~C10アルキル基、C~C20アルケニル基、C~C20アラルキル基またはハロゲンであり、
    は、同一であるかまたは異なり、分岐状または非分岐状の、飽和または不飽和の、脂肪族、芳香族または脂肪族/芳香族混合型の2価のC~C30炭化水素基であり、
    は、同一であるかまたは異なり、分岐状または非分岐状の、飽和または不飽和の、脂肪族、芳香族または脂肪族/芳香族混合型の2価のC~C30炭化水素基であり、かつ
    xは、2~10の数であり、
    nは、同一であり、0、1、2または3であり、
    yは、同一であるかまたは異なり、1、2または3であり、
    zは、1、2または3である]のシランとを含有するシラン混合物において、前記式Iのシランと前記式IIのシランとのモル比は、19:81~81:19である、シラン混合物。
  2. nは0または1であり、かつzは1であることを特徴とする、請求項1記載のシラン混合物。
  3. nは1であり、かつzは1であることを特徴とする、請求項1記載のシラン混合物。
  4. xは2であることを特徴とする、請求項1記載のシラン混合物。
  5. 前記式Iのシランは、(EtO)Si-(CH-S-(CH-S-(CH-S-(CH-Si(OEt)であり、かつ前記式IIのシランは、(EtO)Si-(CH-S-(CH-S-(CH-Si(OEt)であることを特徴とする、請求項3記載のシラン混合物。
  6. 前記式Iのシランは、(EtO)Si-(CH-S-(CH-Si(OEt)であり、かつ前記式IIのシランは、(EtO)Si-(CH-S-(CH-S-(CH-Si(OEt)であることを特徴とする、請求項2記載のシラン混合物。
  7. 前記式Iのシランと前記式IIのシランとのモル比は、20:80~65:35であることを特徴とする、請求項1記載のシラン混合物。
  8. 請求項1記載のシラン混合物の製造方法において、前記式I
    (R(R3-ySi-R-(S-R-S-(R-S)-R-Si(R(R3-y (I)
    のシランと、前記式II
    (R(R3-ySi-R-(S-R-S-R-Si(R(R3-y (II)
    [式中、
    、R、R、R、n、x、yおよびzは、上記の定義を有する]
    のシランとを、81:19~19:81のモル比で混合することを特徴とする方法。
  9. nは0または1であり、かつzは1であることを特徴とする、請求項8記載のシラン混合物の製造方法。
  10. nは1であり、かつzは1であることを特徴とする、請求項8記載のシラン混合物の製造方法。
  11. 前記式Iのシランと前記式IIのシランとのモル比は、50:50~70:30であることを特徴とする、請求項8記載のシラン混合物の製造方法。
  12. 前記式Iのシランは、(EtO)Si-(CH-S-(CH-S-(CH-S-(CH-Si(OEt)または(EtO)Si-(CH-S-(CH-Si(OEt)であり、かつ前記式IIのシランは、(EtO)Si-(CH-S-(CH-S-(CH-Si(OEt)であることを特徴とする、請求項9記載のシラン混合物の製造方法。
  13. 第1のステップにおいて、式III
    (R(R3-ySi-R-SH (III)
    のメルカプトシランと、式IV
    Hal-R-Hal (IV)
    [式中、
    、R、RおよびRは、上記の定義を有し、かつ
    Halは、F、Cl、BrまたはIである]
    のハロゲン化合物とを、式(III):式(IV)=34:66~64:36のモル比で反応させ、
    第2のステップにおいて、前記第1の方法ステップで得られた生成物を、式(V)
    Na (V)
    [式中、
    xは、上記の定義のとおりである]のポリ硫化ナトリウムと反応させることを特徴とする、請求項3記載のシラン混合物の製造方法。
  14. 前記式IIIのメルカプトシランは、(EtO)Si-(CH-SHであり、前記式IVのハロゲン化合物は、Cl-(CH-Clであり、かつ前記式Vのポリ硫化ナトリウムは、Naであることを特徴とする、請求項13記載のシラン混合物の製造方法。
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