JP7268024B2 - 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号明細書および欧州特許出願公開第0753549号明細書から、少なくとも1つの架橋剤、充てん剤、場合により他のゴム助剤、ならびに式
Si-X-(-S-Y-)-(-S-X-SiR
の少なくとも1つの強化材を含有するゴム混合物が公知である。
特開2012-149189号公報から、式(RO) (3-l)Si-R-(S-S-R(式中、R=-C(=O)-Rであり、R=C1~C20)のシランが公知である。
さらに、欧州特許出願公開第1375504号明細書からは、式
(RO)(3-P)(RSi-R-S-R-(S-R-S-R-Si(R(OR(3-P)
のシランが公知である。
国際公開第2005/059022号から、式
[RSi-R-S-R-R-]R
のシランを含有するゴム混合物が公知である。
さらに、二官能性シランおよび式(Y)G(Z)の別のシランを含有するゴム混合物(国際公開第2012/092062号)、ならびにビストリエトキシシリルプロピルポリスルフィドおよびビストリエトキシシリルプロピルモノスルフィドを含有するゴム混合物(欧州特許出願公開第1085045号明細書)が公知である。
欧州特許出願公開第1928949号明細書から、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-(CH-X-(CH10-Si(OCおよび(HO)Si-(CH-S-(CH-Si(OCを含有するゴム混合物が公知である。
本発明の課題は、従来技術から公知のシランに対して、ゴム混合物において改善された転がり抵抗、改善された強化特性、および改善された摩耗特性を有するシラン混合物を提供することである。
本発明の対象は、式Iのシラン
(R(R3-ySi-R-SH (I)
および式IIのシラン
(R(R3-ySi-R-(S-R-Si(R(R3-y (II)
[上記式中、
は、同じであるか、または異なっており、かつC~C10-アルコキシ基、有利に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を表し、Rは、同じであるか、または異なっており、かつ分岐または非分岐の、飽和または不飽和の、脂肪族、芳香族または脂肪族/芳香族が混合された二価のC~C30-炭化水素基であり、有利には-CH-CH-であり、rは、1~30、有利には3~10の整数であり、かつRは、置換されていない、または置換された、分岐または非分岐の一価のアルキル基、アルケニル基、アリール基またはアラルキル基であり、有利にはC1327のアルキル基であり、
は、同じであるか、または異なっており、かつC~C20-アリール基、有利にはフェニル、C~C10-アルキル基、有利にはメチルまたはエチル、C~C20-アルケニル基、C~C20-アラルキル基またはハロゲン、有利にはClであり、
は、同じであるか、または異なっており、かつ分岐または非分岐の、飽和または不飽和の、脂肪族、芳香族または脂肪族/芳香族が混合された二価のC~C30-炭化水素基、有利にはC~C20の、特に有利にはC~C10の、さらに特に有利にはC~Cの基、とりわけ有利にはCHCHおよびCHCHCHおよび(CHであり、
は、同じであるか、または異なっており、かつ分岐または非分岐の、飽和または不飽和の、脂肪族、芳香族、または脂肪族/芳香族が混合された二価のC~C30-炭化水素基、有利にはC~C20の、特に有利にはC~C10の、さらに特に有利にはC~Cの基、とりわけ有利には(CHであり、
かつyは、同じであるか、または異なっており、1、2または3であり、zは、0、1、2または3、有利には0、1または2である]を含有し、かつ
式Iのシラン対式IIのシランのモル比が、20:80~85:15、有利には30:70~85:15、特に有利には40:60~85:15、さらに特に有利には50:50~85:15であるシラン混合物である。
有利にはシラン混合物は、式Iのシラン
(R(R3-ySi-R-SH (I)
および
式IIのシラン
(R(R3-ySi-R-(S-R-Si(R(R3-y (II)
を含有していてもよく、式中、zは0または2であり、特に有利には0であり、かつR、R、R、R、およびyは、上記と同じ意味を有する。
本発明によるシラン混合物は、他の添加剤を含有していてもよいし、式Iのシランと式IIのシランとのみからなっていてもよい。
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のシランを加水分解し、かつ縮合させることにより生じるオリゴマーを含有していてもよい。
本発明によるシラン混合物は、担体、たとえばワックス、ポリマーまたはカーボンブラック上に施与されていてもよい。本発明によるシラン混合物は、シリカ上に担持されていてもよく、その場合、結合は、物理的または化学的に行われていてよい。
およびRは、互いに独立して、-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 0007268024000001
であってよい。
は、有利にはメトキシ又はエトキシであってよい。
式Iのシランは以下のものが有利でありうる:
(EtO)Si-(CH)-SH、
(EtO)Si-(CH-SH、
または(EtO)Si-(CH-SH。
特に有利であるのは、式I
(EtO)Si-(CH-SHのシランである。
以下の式IIのシランは有利でありうる:
(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)
(EtO)Si-(CH)-Si(OEt)
(EtO)Si-(CH-Si(OEt)
(EtO)Si-(CH-Si(OEt)
(EtO)Si-(CH-Si(OEt)
(EtO)Si-(CH-Si(OEt)
(EtO)Si-(CH-Si(OEt)
(EtO)Si-(CH-Si(OEt)
(EtO)Si-(CH-Si(OEt)
(EtO)Si-(CH-Si(OEt)
(EtO)Si-(CH10-Si(OEt)
(EtO)Si-(CH)-S-(CH)-Si(OEt)
(EtO)Si-(CH-S-(CHSi(OEt)
(EtO)Si-(CH-S-(CHSi(OEt)
(EtO)Si-(CH-S-(CHSi(OEt)
(EtO)Si-(CH-S-(CHSi(OEt)
(EtO)Si-(CH-S-(CHSi(OEt)
(EtO)Si-(CH-S-(CHSi(OEt)
(EtO)Si-(CH-S-(CHSi(OEt)
(EtO)Si-(CH-S-(CHSi(OEt)
(EtO)Si-(CH10-S-(CH10Si(OEt)
特に有利であるのは、式IIのシラン
(EtO)Si-(CH-S-(CH-S-(CH-Si(OEt)、(EtO)Si-(CH-Si(OEt)および(EtO)Si-(CH-S-(CHSi(OEt)である。
さらに特に有利であるのは、(EtO)Si-(CH-SHおよび(EtO)Si-(CH-S-(CH-S-(CH-Si(OEt)、(EtO)Si-(CH-Si(OEt)または(EtO)Si-(CH-S-(CHSi(OEt)である。
とりわけ有利であるのは、(EtO)Si-(CH-SHおよび(EtO)Si-(CH-S-(CH-S-(CH-Si(OEt)または(EtO)Si-(CH-Si(OEt)のシランの混合物である。
本発明のもう1つの対象は、本発明によるシラン混合物を製造する方法であり、この方法は、式Iのシラン
(R(R3-ySi-R-SH (I)
および式IIのシラン
(R(R3-ySi-R-(S-R-Si(R(R3-y (II)
[上記式中、R、R、R、R、yおよびzは、上記の意味を有する]を、20:80~85:15、有利には30:70~85:15、特に有利には40:60~85:15、さらに特に有利には50:50~85:15のモル比で混合することを特徴とする。
有利には、式Iのシラン
(R(R3-ySi-R-SH (I)
および式IIのシラン
(R(R3-ySi-R-(S-R-Si(R(R3-y (II)
[上記式中、R、R、R、R、yおよびzは、上記の意味を有し、かつz=0または2、有利には0である]を混合することができる。
本発明による方法は、空気の排除下で実施することができる。本発明による方法は、保護ガス雰囲気下で、たとえばアルゴンまたは窒素下で、有利には窒素下で実施することができる。
本発明による方法は、常圧、加圧または減圧で実施することができる。有利には本発明による方法を常圧で実施することができる。加圧は、1.1バール~100バール、有利には1.1バール~50バール、特に有利には1.1バール~10バール、およびさらに特に有利には1.1~5バールであってよい。減圧は、1ミリバールから1000ミリバール、有利には250ミリバール~1000ミリバール、特に有利には500ミリバールから1000ミリバールであってよい。
本発明による方法は、20℃~100℃、有利には20℃~50℃、特に有利には20℃~30℃で実施することができる。
本発明による方法は、溶剤、たとえばメタノール、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、または酢酸メチルエステル、または前記の溶剤の混合物中で実施することができる。本発明による方法は有利には溶剤を用いることなく実施することができる。
本発明によるシラン混合物は、無機材料、たとえばガラスビーズ、ガラスフレーク、ガラス表面、ガラス繊維、または酸化物充てん剤、有利にはシリカ、たとえば沈降シリカおよび熱分解法シリカと、有機ポリマー、たとえば熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、またはエラストマーとの間の付着媒介剤として、もしくは架橋剤または酸化物表面の表面変性剤として使用することができる。
本発明によるシラン混合物は、充てん剤を含有するゴム混合物、たとえばタイヤトレッド面、工業用ゴム製品または靴底において、カップリング試薬として使用することができる。
本発明によるシラン混合物の利点は、ゴム混合物において改善された転がり抵抗、改善された強化、およびわずかな摩耗である。
NMR法:実施例において分析結果として記載されているモル比および質量割合は、次の指針による13C-NMR測定に由来する:100.6MHz、1000スキャン、溶剤CDCl、較正のための内部標準:テトラメチルシラン、緩和助剤Cr(acac)、生成物中の質量割合を決定するためには、規定量のジメチルスルホンを内部標準として添加し、この標準に対する生成物のモル比から質量割合を算出する。
比較例1:Evonik Industries AG社のビス(トリエトキシシリルプロピル)ジスルフィド
比較例2:3-オクタノイルチオ-1-プロピルトリエトキシシラン Momentive Performance Materials社のNXTシラン
比較例3:(3-メルカプトプロピル)トリエトキシシラン
比較例4:ABCR GmbH社のビストリエトキシシリルオクタン
比較例5:ビス(トリエトキシシリルプロピル)スルフィド
エタノール(360ml)中の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)の溶液に、60℃を超えないように少量ずつ、NaS(61.5g、0.78モル、1.00当量)を添加した。添加完了後、還流で3時間加熱し、次いで室温に冷却した。反応生成物をろ過して、沈殿した塩を除去した。蒸留による精製(0.04ミリバール、110℃)により、生成物(収率:73%、純度:13C-NMRで>99%)が、清澄な液体として得られた。
比較例6:1,6-ビス(チオプロピルトリエトキシシリル)ヘキサン
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、反応温度が35℃を超えないように、ナトリウムエタノラート(EtOH中で21%、82.3g、0.254モル、2.05当量)を計量供給した。添加完了後、還流で2時間加熱した。次いで反応混合物を80℃で1.5時間にわたり、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。添加完了後、還流で3時間加熱し、かつ引き続き室温に冷却した。沈殿した塩を濾別し、減圧下で生成物から溶剤を除去した。生成物(収率:88%、純度13C-NMRで>99%)が、清澄な液体として得られた。
比較例7:平坦なPEバックに、比較例1を6.84質量部、および比較例5を2.65質量部秤量し、混合した。この混合物は、(EtO)Si(CH(CHSi(OEt) 71%および(EtO)Si(CHS(CHSi(OEt) 29%のモル比に相当する。
比較例8:平坦なPEバックに、比較例1を6.84質量部、および比較例5を3.65質量部秤量し、混合した。この混合物は、(EtO)Si(CH(CHSi(OEt) 64%および(EtO)Si(CHS(CHSi(OEt) 36%のモル比に相当する。
比較例9:平坦なPEバックに、比較例1を6.84質量部、および比較例5を4.87質量部秤量し、混合した。この混合物は、(EtO)Si(CH(CHSi(OEt) 57%および(EtO)Si(CHS(CHSi(OEt) 43%のモル比に相当する。
比較例10:平坦なPEバックに、比較例2を6.84質量部、および比較例6を2.10質量部秤量し、混合した。この混合物は、(EtO)Si(CHSCO(CHCH 83%および(EtO)Si(CHS(CHS(CHSi(OEt) 17%のモル比に相当する。
比較例11:平坦なPEバックに、比較例2を6.84質量部、および比較例6を3.15質量部秤量し、混合した。この混合物は、(EtO)Si(CHSCO(CHCH 77%および(EtO)Si(CHS(CHS(CHSi(OEt) 23%のモル比に相当する。
比較例12:平坦なPEバックに、比較例2を6.84質量部、および比較例6を4.20質量部秤量し、混合した。この混合物は、(EtO)Si(CHSCO(CHCH 71%および(EtO)Si(CHS(CHS(CHSi(OEt) 29%のモル比に相当する。
比較例13:平坦なPEバックに、比較例2を6.84質量部、および比較例4を1.65質量部秤量し、混合した。この混合物は、(EtO)Si(CHSCO(CHCH 83%および(EtO)Si(CHSi(OEt) 17%のモル比に相当する。
比較例14:平坦なPEバックに、比較例2を6.84質量部、および比較例4を2.47質量部秤量し、混合した。この混合物は、(EtO)Si(CHSCO(CHCH 77%および(EtO)Si(CHSi(OEt) 23%のモル比に相当する。
比較例15:平坦なPEバックに、比較例2を6.84質量部、および比較例4を3.29質量部秤量し、混合した。この混合物は、(EtO)Si(CHSCO(CHCH 71%および(EtO)Si(CHSi(OEt) 29%のモル比に相当する。
例1:平坦なPEバックに、比較例3を6.84質量部、および比較例6を3.21質量部秤量し、混合した。この混合物は、(EtO)Si(CHSH 83%および(EtO)Si(CHS(CHS(CHSi(OEt) 17%のモル比に相当する。
例2:平坦なPEバックに、比較例3を6.84質量部、および比較例6を4.81質量部秤量し、混合した。この混合物は、(EtO)Si(CHSH 77%および(EtO)Si(CHS(CHS(CHSi(OEt) 23%のモル比に相当する。
例3:平坦なPEバックに、比較例3を6.84質量部、および比較例4を2.52質量部秤量し、混合した。この混合物は、(EtO)Si(CHSH 83%および(EtO)Si(CHSi(OEt) 17%のモル比に相当する。
例4:平坦なPEバックに、比較例3を6.84質量部、および比較例4を3.78質量部秤量し、混合した。この混合物は、(EtO)Si(CHSH 77%および(EtO)Si(CHSi(OEt) 23%のモル比に相当する。
例5:平坦なPEバックに、比較例3を6.84質量部、および比較例5を2.54質量部秤量し、混合した。この混合物は、(EtO)Si(CHSH 83%および(EtO)Si(CHS(CHSi(OEt) 17%のモル比に相当する。
例6:平坦なPEバックに、比較例3を6.84質量部、および比較例5を3.81質量部秤量し、混合した。この混合物は、(EtO)Si(CHSH 77%および(EtO)Si(CHS(CHSi(OEt) 23%のモル比に相当する。
例7:ゴム技術的試験
ゴム混合物のために使用した組成は、以下の第1表に記載されている。この表では、単位phrは、使用した原料ゴム100部に対する質量割合を意味する。これらのシラン混合物はすべて、同一のphr量の式Iのシランと、異なったphr量の式IIのシランを含有しており、式Iのシランは加硫反応においてゴムと反応する。
Figure 0007268024000002
Figure 0007268024000003
使用した物質:
a)NR TSR:天然ゴム(TSR=技術的格付けゴム(Technically Specified Rubber))
b)Europrene Neocis BR40、Polimeri社製
c)S-SBR:Sprintan(R) SLR-4601、Trinseo社製
d)シリカ:ULTRASIL(R) VN3 GR、Evonik Industries AG社製(沈降シリカ、BET表面積=175m/g)
e)TDAEオイル:TDAE=処理芳香族抽出蒸留物(Treated Distillate Aromatic Extract)
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:硫黄粉末
混合物の製造は、ゴム工業において慣用の方法により3段階で容量300ミリリットル~3リットルの実験室用ミキサー中で行った。その際、まず第1の混合段階(基本混合段階)で、加硫系(硫黄および加硫に影響を与える物質)以外のすべての成分を200~600秒間、145~165℃で、目標温度を152~157℃として撹拌した。第2段階では、第1段階からの混合物を再度、十分に混合し、いわゆる再混錬(Remill)を実施した。第3段階(最終混合段階)で加硫系を添加することにより、最終混合物が得られるが、ここでは180~300秒間、90~120℃で混合した。全混合物から、160~170℃で、t95~t100(ASTM D5289-12/ISO 6502による稼働ディスクレオメーターで測定)の加硫により、試験体を製造した。
ゴム混合物および加硫物を製造するための一般的な方法は、Rubber Technology Handbook, W. Hofmann, Hanser Verlag 1994に記載されている。
ゴム技術的試験は、第2表に記載されている試験法に従って行った。ゴム技術的試験の結果は、第3表に記載されている。
Figure 0007268024000004
Figure 0007268024000005
比較混合物に対して、本発明による混合物は、転がり抵抗(tanδ測定、70℃での反発弾性率)における利点によって特徴付けられる。本発明による混合物の摩耗特性および強化特性も同様に、従来技術に比べて改善されている(摩耗、係数200%)。

Claims (8)

  1. 式Iのシラン
    (R(R3-ySi-R-SH (I)
    および式IIのシラン
    (R(R3-ySi-R-(S-R-Si(R(R3-y (II)
    [上記式中、
    は、同じであるか、または異なっており、かつ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を表し、Rは、同じであるか、または異なっており、かつ分岐または非分岐の、飽和または不飽和の、脂肪族、芳香族または脂肪族/芳香族が混合された二価のC~C30-炭化水素基であり、rは、1~30の整数であり、かつRは、置換されていない、または置換された、分岐または非分岐の一価のアルキル基、アルケニル基、アリール基またはアラルキル基であり、
    は、同じであるか、または異なっており、かつ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、同じであるか、または異なっており、かつ分岐または非分岐の、飽和または不飽和の、脂肪族、芳香族または脂肪族/芳香族が混合された二価のC~C30-炭化水素基であり、
    は、同じであるか、または異なっており、かつ分岐または非分岐の、飽和または不飽和の、脂肪族、芳香族、または脂肪族/芳香族が混合された二価のC~C30-炭化水素基であり、
    かつyは、同じであるか、または異なっており、1、2または3であり、zは、2または3である]を含有し、かつ
    式Iのシラン対式IIのシランのモル比は、20:80~85:15であるシラン混合物。
  2. zが、2であることを特徴とする、請求項1に記載のシラン混合物。
  3. 式Iのシランが、(EtO)Si-(CH-SHであり、かつ式IIのシランが、(EtO)Si-(CH-S-(CH-S-(CH-Si(OEt) あることを特徴とする、請求項1に記載のシラン混合物。
  4. 式Iのシラン対式IIのシランのモル比が、50:50~85:15であることを特徴とする、請求項1に記載のシラン混合物。
  5. 式Iのシラン
    (R(R3-ySi-R-SH (I)
    および式IIのシラン
    (R(R3-ySi-R-(S-R-Si(R(R3-y (II)
    [上記式中、R、R、R、R、yおよびzは、上記の意味を有する]を、20:80~85:15のモル比で混合することを特徴とする、請求項1に記載のシラン混合物の製造方法。
  6. zが、2であることを特徴とする、請求項5に記載のシラン混合物の製造方法。
  7. 式Iのシラン対式IIのシランのモル比が、50:50~85:15であることを特徴とする、請求項5に記載のシラン混合物の製造方法。
  8. 式Iのシランが、(EtO)Si-(CH-SHであり、かつ式IIのシランが、(EtO)Si-(CH-S-(CH-S-(CH-Si(OEt) あることを特徴とする、請求項7に記載のシラン混合物の製造方法。
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