JPH0931128A - ゴム状重合体合成用の触媒系 - Google Patents
ゴム状重合体合成用の触媒系Info
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Abstract
な、トランス異性体含有率が高く、広い分子量分布を有
する共役ジオレフィン単量体のゴム状重合体、例えばα
−メチルスチレンと1,3−ブタジエンのゴム状共重合
体の合成を可能にする。 【解決手段】 少なくとも1種の共役ジオレフィン単量
体を、有機溶媒中で、(a)元素周期表第Ia、II
a、IIb、IIIaまたはIVb族からの金属の有機
金属化合物、および(b)アルカリ金属アルコキシド、
アルカリ金属フェノキシド、アルカリ金属スルホキシ
ド、アルカリ金属スルフォネート、アルカリ金属カルボ
キシレート、アルキル置換アルカリ金属フェノキシド、
アルカリ金属アルキルアミン、およびアルカリ金属ジア
ルキルアミンよりなる群から選択されるアルカリ金属含
有化合物を含み、かつ上記アルカリ金属含有化合物対有
機金属化合物のモル比が約6:1〜約1:5である触媒
系の存在下で重合して、タイヤトレッドゴムコンパウン
ドに特に有用な、広い分子量分布を有するゴム状重合体
を合成することを特徴とする。
Description
ムコンパウンドに用いるのに優れたゴム状重合体を合成
するための方法、該方法に使用する触媒系、及び該重合
体を含むトレッドを有する空気入りタイヤに関する。
ジエンゴムは、アルキルリチウム開始剤での非イオン重
合によって製造することができる。このようなポリブタ
ジエンゴムは一般に、分子量分布が狭く、シス異性体含
有率が高い。そのようなゴムの加工性は、それらの分子
量分布が狭いために最適なものではない。さらに、タイ
ヤの耐トレッド摩耗特性は、ゴムのトランス異性体含有
レベルを高めることによって改善することができる。
1,3−ブタジエンとの共重合体はエマルジョン重合に
よって通常製造される。そのようなエマルジョン重合は
一般にα−メチルスチレン/ブタジエンゴムの枝分かれ
度が高くなり、高レベルのヒステリシスをもたらす。高
ヒステリシスは不十分な回転抵抗性を招くので、これは
タイヤトレッドゴムコンパウンドには望ましくない。
℃(α−メチルスチレン重合の上限温度)より上の温度
では、共役ジエン単量体と単独重合または共重合しな
い。共役ジオレフィン単量体が通常、α−メチルスチレ
ンよりもずっと速く重合するという事実によって、商業
ベースに基づく溶液重合によるそのような共重合体の合
成は不可能であった。
る。従って、処理量を最大にするためには、適度に高い
温度を商業的な重合に用いることが望まれる。しかしな
がら、α−メチルスチレンと共役ジオレフィン単量体と
を約60℃より上の温度で共重合することは昔から実質
的に不可能であった。60℃より下の温度では、重合速
度および転換レベルが低いため、重合は商業的に不可能
であることが証明されている。
ンス異性体含有率が30〜45%で、分子量分布が広い
ポリブタジエンゴムを、本発明の触媒系および技術を用
いて陰イオン重合により合成しうることを見いだした。
これらのポリブタジエンゴムは、ムーニー粘度が100
を越えても標準的な市販の装置で加工することができ
る。そのようなポリブタジエンゴムはタイヤトレッドコ
ンパウンドに用いると、加工性および耐摩耗性の両方が
改善される。この種の重合体は自動車のモーター油のよ
うな潤滑油用の粘度調節剤として用いることもできる。
囲な追加ゴム重合体を合成することができる。トランス
含有率が高く、分子量分布の広いスチレン−ブタジエン
ゴム(SBR)、スチレンーイソプレン−ブタジエンゴ
ム(SIBR)およびイソプレン−ブタジエンゴム(I
BR)を製造することができる。分子量分布が広い、従
って良好な加工性を有するスチレン−イソプレンゴム
(SIR)も合成することができる。
1,3−ブタジエンとを60℃より高い温度にて溶液中
で高転化率に共重合する特異な能力を有する。例えば、
α−メチルスチレンは20℃〜約100℃の温度で共役
ジオレフィンと共重合することができる。カリウムアル
コキシド含有触媒系を用いる場合、約85%までのα−
メチルスチレン単量体転化率を得ることができる。実質
的に100%のアルファ−メチルスチレン単量体転化率
は、セシウムアルコキシドまたはルビジウムアルコキシ
ド含有触媒系を使用する場合に得ることができる。
ゴムコンパウンドまたは粘度調節剤に特に有用な、広い
分子量分布を有するゴム状重合体の合成方法であって、
この方法は、少なくとも1種の共役ジオレフィン単量体
を、有機溶媒中で、(a)ジアルキルマグネシウム化合
物および(b)アルカリ金属アルコキシド、アルカリ金
属フェノキシド、アルカリ金属スルホキシド、アルカリ
金属スルフォネート、アルカリ金属カルボキシレート、
アルキル置換アルカリ金属フェノキシド、アルカリ金属
アルキルアミン、およびアルカリ金属ジアルキルアミン
よりなる群から選択されるアルカリ金属含有化合物を含
み、アルカリ金属含有化合物対ジアルキルマグネシウム
化合物のモル比が約6:1〜約1:5である触媒系の存
在下で重合することを含んでなる。
ウンドに特に有用な、広い分子量分布を有する、α−メ
チルスチレンと1,3−ブタジエンとのゴム状共重合体
の合成方法であって、この方法は、α−メチルスチレン
単量体と1,3−ブタジエン単量体とを、有機溶媒中、
約60〜約100℃で、(a)ジアルキルマグネシウム
化合物;(b)炭素原子数が約2〜約12のカリウムア
ルコキシド、および(c)極性調節剤を含み;カリウム
アルコキシド対ジアルキルマグネシウム化合物のモル比
が約6:1〜約1:5であり、極性調節剤対ジアルキル
マグネシウム化合物のモル比が約10:1〜約1:2で
ある触媒系の存在下で共重合することを含んでなる。
ウンドに特に有用な、広い分子量分布を有する、α−メ
チルスチレンと1,3−ブタジエンとのゴム状共重合体
の合成方法であって、この方法は、α−メチルスチレン
単量体と1,3−ブタジエン単量体とを、有機溶媒中、
約60〜約100℃で、(a)ジアルキルマグネシウム
化合物;(b)炭素原子数が約2〜約12のアルカリ金
属アルコキシド、ここで、アルカリ金属アルコキシドの
アルカリ金属はルビジウムおよびセシウムよりなる群か
ら選択される、および(c)極性調節剤を含み;アルカ
リ金属アルコキシド対ジアルキルマグネシウム化合物の
モル比が約6:1〜約1:5であり、極性調節剤対ジア
ルキルマグネシウム化合物のモル比が約10:1〜約
1:2である触媒系の存在下で共重合することを含んで
なる。
重合体への重合に特に有用な触媒系であって、この触媒
系は、(a)ジアルキルマグネシウム化合物;(b)炭
素原子数が約2〜約12のアルカリ金属アルコキシド、
ここで、アルカリ金属アルコキシドのアルカリ金属はナ
トリウム、カリウム、ルビジウムおよびセシウムよりな
る群から選択される;および(c)極性調節剤を含み;
アルカリ金属アルコキシド対ジアルキルマグネシウム化
合物のモル比が約6:1〜約1:5であり、極性調節剤
対ジアルキルマグネシウム化合物のモル比が約10:1
〜約1:2である。
パウンドに特に有用な、広い分子量分布を有するゴム状
共重合体の合成方法であって、この方法は、少なくとも
1種の共役ジオレフィン単量体を、有機溶媒中で、カリ
ウム、ルビジウムおよびセシウムよりなる群から選択さ
れるアルカリ金属のラジカル陰イオンを含み、このラジ
カル陰イオンが少なくとも1種の芳香族化合物を含有す
る極性媒質に溶解される触媒系の存在下で重合すること
を含んでなる。アルカリ金属のラジカル陰イオンは、ア
ルカリ金属をテトラヒドロフランまたはトリエチルアミ
ンのような極性溶媒に約−70℃で溶解することによっ
てつくることができる。アルカリ金属のそのようなラジ
カル陰イオンは、アルカリ金属を芳香族化合物の存在
下、約−60℃〜約−90℃の温度で溶解することによ
って一般につくられる。ラジカル陰イオンの製造には約
−65℃〜約−75℃の温度が好ましい。
ンを溶解することができる。用いうる芳香族化合物のい
くつかの代表的な例はベンゼン、トルエン、ナフタレ
ン、ペンタレン、インデン、as−インダセン、s−イ
ンダセン、アズレン、アセナフチレン、クメン、シメ
ン、メシチレン、キシレン、ペンタセン、ヘキサセン、
フェナレン、フェナントレン、ヘキサフェン、アントラ
セン、フルオランテン、アセフェナントリレン、アセア
ントリレン、ルビセン、トリフェニレン、クリセン、ナ
フタセン、ピセン、ペリレン、ペンタフェン、ペリレ
ン、ペンタフェン、およびテトラフェニレンである。多
核芳香族化合物(2つ以上の芳香環を有する芳香族化合
物)である芳香族化合物、例えばナフタレン、アントラ
センナフタセンまたはヘプタセンが好ましい。ラジカル
陰イオン対芳香族化合物のモル比は通常、約1:5〜約
1:25である。一般に好ましいラジカル陰イオン対芳
香族化合物のモル比は約1:8〜約1:15である。通
常最も好ましいラジカル陰イオン対芳香族化合物のモル
比は約1:10である。アルカリ金属はナトリウム、カ
リウム、ルビジウムおよびセシウムよりなる群から通常
選択される。好ましいのはカリウム、ルビジウムおよび
セシウムであり、最も好ましいのはセシウムである。
ィン系またはシクロパラフィン系化合物である炭化水素
溶媒中で行われる。これらの溶媒は分子当たり4〜10
個の炭素原子を通常含み、重合条件下で液体である。適
した有機溶媒のいくつかの代表的な例はペンタン、イソ
オクタン、シクロヘキサン、n−ヘキサン、ベンゼン、
トルエン、キシレン、エチルベンゼン等の単独またはこ
れらの混合物である。
合媒質中の単量体は通常、5〜35重量%である。その
ような重合媒質はもちろん、有機溶媒、単量体および触
媒系を含む。たいていの場合、重合媒質は10〜30重
量%の単量体を含有しているのが好ましい。重合媒質が
20〜25重量%の単量体を含有していると一般により
好ましい。
体の単独重合、または共役ジオレフィン単量体とビニル
芳香族単量体との共重合に使用することができる。ま
た、もちろん、共役ジオレフィン単量体と1種以上のビ
ニル芳香族単量体との混合物を重合することも可能であ
る。本発明の触媒系で合成することができるゴム状重合
体のいくつかの代表的な例はポリブタジエン、スチレン
−ブタジエンゴム(SBR)、α−メチルスチレン−ブ
タジエンゴム、スチレン−イソプレン−ブタジエンゴム
(SIBR)、スチレン−イソプレンゴム(SIR)、
イソプレン−ブタジエンゴム(IBR)、α−メチルス
チレン−イソプレン−ブタジエンゴム、およびα−メチ
ルスチレン−スチレン−イソプレン−ブタジエンゴムで
ある。
共役ジオレフィン単量体は4〜12個の炭素原子を一般
に含む。商業的な目的には、4〜8個の炭素原子を含む
ものが一般に好ましい。同様な理由で、最も一般的に用
いられる共役ジオレフィン単量体は1,3−ブタジエン
およびイソプレンである。用いうる追加共役ジオレフィ
ン単量体のいくつかの例は2,3−ジメチル−1,3−
ブタジエン、ピペリレン、3−ブチル−1,3−オクタ
ジエン、2−フェニル−1,3−ブタジエン等の単独ま
たはこれらの混合物である。用いうるビニル芳香族単量
体のいくつかの代表的な例は1−ビニルナフタレン、2
−ビニルナフタレン、α−メチルスチレン、4−フェニ
ルスチレン、3−メチルスチレン等である。
ジアルキルマグネシウム化合物、アルカリ金属含有化合
物、および任意に極性調節剤を含む。ジアルキルマグネ
シウム化合物は一般に式:MgR2で表され、Rは1〜
約12個の炭素原子を含むアルキル基を表す。ジアルキ
ルマグネシウム化合物のアルキル基は2〜約6個の炭素
原子を通常含む。ジブチルマグネシウムは非常に好まし
いジアルキルマグネシウム化合物である。
含有化合物は、アルカリ金属アルコキシド、アルカリ金
属フェノキシド、アルカリ金属スルホキシド、アルカリ
金属スルフォネート、アルカリ金属カルボキシレート、
アルキル置換アルカリ金属フェノキシド、アルカリ金属
アルキルアミン、およびアルカリ金属ジアルキルアミン
よりなる群から選択される。アルカリ金属アルコキシド
は本発明の触媒系に用いるのに好ましい種類のアルカリ
金属含有化合物である。
リ金属は、ナトリウム、カリウム、ルビジウムおよびセ
シウムよりなる群から選択される。α−メチルスチレン
含有共重合体を合成する場合、アルカリ金属はカリウ
ム、ルビジウムおよびセシウムよりなる群から選択され
る。α−メチルスチレン含有共重合体を合成する場合、
より高い転化率が得られ、かつより高レベルのα−メチ
ルスチレンを共重合体に組み込むことができるので、ア
ルカリ金属含有化合物のアルカリ金属はルビジウムまた
はセシウムであるのが好ましい。
る場合、触媒系のアルカリ金属はセシウムであるのが一
般に最も好ましい。例えば、セシウム含有触媒系を用い
る場合、実質的に100%のα−メチルスチレン単量体
転化率を得ることができる。カリウム含有触媒系を用い
る場合、α−メチルスチレン単量体転化率は最高約85
%に一般に限定される。セシウム含有触媒系を用いる
と、約50%までのα−メチルスチレン単量体を含有す
る共重合体を製造することもできる。これは、共重合体
に組み込むことができるα−メチルスチレンの量が約2
5%に限られるカリウム含有触媒系とは対照的である。
ドは通常、式MORで表され、式中、Mはナトリウム、
カリウム、ルビジウムおよびセシウムよりなる群から選
択されるアルカリ金属であり、Rは約2〜約12個の炭
素原子を含むアルキル基である。アルカリ金属アルコキ
シドは一般に、約2〜約12個の炭素原子を含む。一般
に好ましいアルカリ金属アルコキシドは約3〜約8個の
炭素原子を含む。一般に最も好ましいアルカリ金属アル
コキシドは約4〜約6個の炭素原子を含む。アルカリ金
属t−ペントキシド、例えばナトリウムt−アミロキシ
ド(ナトリウムt−ペントキシド)、カリウムt−アミ
ロキシド(カリウムt−ペントキシド)、ルビジウムt
−アミロキシド(ルビジウムt−ペントキシド)、およ
びセシウムt−アミロキシド(セシウムt−ペントキシ
ド)が好ましいアルカリ金属アルコキシドの代表的な例
であり、これらは本発明の触媒系に用いることができ
る。セシウムt−アミロキシドおよびルビジウムt−ア
ミロキシドは、α−メチルスチレン含有共重合体の合成
に用いるのに非常に好ましいアルカリ金属アルコキシド
であり、セシウムt−アミロキシドが最も好ましい。
ドは通常、式MO−φで表されるものであり、式中、M
はナトリウム、カリウム、ルビジウムおよびセシウムよ
りなる群から選択されるアルカリ金属であり、φはフェ
ニル基を表す。ルビジウムフェノキドおよびセシウムフ
ェノキドは好ましいアルカリ金属フェノキシドであり、
セシウムフェノキドが最も好ましい。
触媒系に用いることができる。そのような置換アルカリ
金属フェノキシドでは、フェニル基上の1〜5個の水素
原子が1〜約10個の炭素原子を含むアルキル基で置換
される。
造式M2SOで表されるものであり、式中、Mはナトリ
ウム、カリウム、ルビジウムおよびセシウムよりなる群
から選択されるアルカリ金属である。使用しうるアルカ
リ金属スルホネートは構造式M−SO3Hで表されるも
のであり、式中、Mはナトリウム、カリウム、ルビジウ
ムおよびセシウムよりなる群から選択されるアルカリ金
属である。使用しうるアルカリ金属カルボキシレートは
構造式M−COOHで表されるものであり、式中、Mは
ナトリウム、カリウム、ルビジウムおよびセシウムより
なる群から選択されるアルカリ金属である。
ルキルアミンは式M2NRのt−アミンまたは式MNH
Rのsec−アミンであり、式中、Mはナトリウム、カ
リウム、ルビジウムおよびセシウムよりなる群から選択
されるアルカリ金属であり、Rは約2〜約12個の炭素
原子を含むアルキル基である。アルカリ金属アルキルア
ミンは一般に、約2〜約12個の炭素原子を含むアルキ
ル基を有する。一般に好ましいアルカリ金属アルキルア
ミンのアルキル基は、約3〜約8個の炭素原子を含む。
アルキルアミンは式MNR2のt−アミンであり、式
中、Mはナトリウム、カリウム、ルビジウムおよびセシ
ウムよりなる群から選択されるアルカリ金属であり、R
は約2〜約12個の炭素原子を含むアルキル基であり、
これらは同じものでも異なるものでもよい。アルカリ金
属ジアルキルアミンは一般に、約2〜約12個の炭素原
子を含むアルキル基を有する。一般に好ましいアルカリ
金属ジアルキルアミンのアルキル基は、約3〜約8個の
炭素原子を含む。
t−アミンは用いうる極性調節剤の代表的な例である。
一般的な極性調節剤のいくつかの具体例はジエチルエー
テル、ジ−n−プロピルエーテル、ジイソプロピルエー
テル、ジーn−ブチルエーテル、テトラヒドロフラン、
ジオキサン、エチレングリコールジメチルエーテル、エ
チレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコ
ールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチル
エーテル、トリエチレングリコールジメチルエーテル、
トリメチルアミン、トリエチルアミン、N,N,N′,
N′−テトラメチルエチレンジアミン(TMEDA)、
N−メチルモルホリン、N−エチルモルホリン、N−フ
ェニルモルホリン等である。ジピペリジノエタン、ジピ
ロリジノエタン、テトラメチルエチレンジアミン、ジエ
チレングリコール、ジメチルエーテル、TMEDAおよ
びテトラヒドロフランが非常に好ましい調節剤の代表例
である。第3キレート化アルキル1,2−エチレンジア
ミン、例えばTMEDAは最も好ましい極性調節剤であ
る。
ネシウム含有化合物のモル比は約6:1〜約1:5であ
る。アルカリ金属含有化合物対ジアルキルマグネシウム
含有化合物の好ましいモル比は約4:1〜約1:2であ
る。アルカリ金属含有化合物対ジアルキルマグネシウム
含有化合物のより好ましいモル比は約3:1〜約1:1
である。アルカリ金属含有化合物対ジアルキルマグネシ
ウム含有化合物の最も好ましいモル比は約5:2〜約
3:2である。
おけるように、極性調節剤を用いる場合、極性調節剤対
ジアルキルマグネシウム含有化合物のモル比は約10:
1〜約1:2である。極性調節剤対ジアルキルマグネシ
ウム含有化合物の好ましいモル比は約6:1〜約1:1
である。極性調節剤対ジアルキルマグネシウム含有化合
物のより好ましいモル比は約3:1〜約3:2である。
極性調節剤対ジアルキルマグネシウム含有化合物の最も
好ましいモル比は約5:2〜約2:1である。
範囲で変えることができる。たいていの場合、約62〜
約80℃の範囲の温度を用いる。約65〜約75℃の温
度が一般に最も好ましい重合温度である。使用圧力は一
般に、重合反応条件下で実質的に液相を維持するのに十
分な圧力である。
十分な時間行う。換言すると、重合は通常、高転化率が
得られるまで行う。カリウムアルコキシド含有触媒系の
場合、α−メチルスチレン単量体転化率は通常約80〜
約85%となる。セシウムアルコキシド含有触媒系の場
合、α−メチルスチレン単量体転化率は少なくとも約9
0%、好ましくは少なくとも95%となる。重合はその
後、標準的な方法を用いて停止することができる。重合
は一般的な非カップリングタイプの停止剤、例えば水、
酸、低級アルコール等、またはカップリング剤で停止す
ることができる。
メチルスチレン−ブタジエン共重合体ゴムは、ブタジエ
ン反復単位に基づいて、35〜45%のビニルおよび5
5〜65%の1,4−異性体構造の固定ミクロ構造を含
む。α−メチルスチレン反復単位は本質的にはランダム
にゴム状共重合体中に分散されており、すべての1,3
−ブタジエン単量体が使い尽くされたら、α−メチルス
チレン反復単位はほんのわずかとなる。事実、α−メチ
ルスチレンから誘導される50〜80%の反復単位は、
反復単位が1つだけのブロック中に存在する。タイヤト
レッドコンパウンド用のα−メチルスチレン−ブタジエ
ンゴムは、約30〜約50%のα−メチルスチレンおよ
び約50〜70%のブタジエンを含有するのが好まし
い。そのような重合体は約35〜約45%のα−メチル
スチレンおよび約55〜65%のブタジエンを含有する
とさらに好ましい。
よって製造されるゴムは、一般的な技術で回収すること
ができる。製造されるポリジエンゴムが酸素との接触で
有害作用を受けないように、重合体溶液に酸化防止剤を
加えるのが望ましい。製造されるゴムは、イソプロルア
ルコールのような低級アルコールを重合体溶液に加える
ことによって、重合体溶液から沈殿させることができ
る。ゴム状重合体は、デカンテーション、濾過、濃縮等
の手段により溶媒および残留物から回収することができ
る。揮発性有機化合物をゴムから除去するためには、水
蒸気ストリッピングを用いることもできる。
ンパウンドに用いると、有用な利点が伴う。そのような
タイヤトレッドコンパウンドは本発明のゴム状重合体と
1種以上の追加加硫性エラストマーとの配合物である。
例えば、タイヤトレッドコンパウンドの製造では、本発
明のα−メチルスチレン−ブタジエンゴムは天然ゴム、
および任意に高シス−1,4−ポリブタジエンおよび/
またはスチレン−ブタジエンゴムと配合することができ
る。そのような配合物は約20〜約80重量%のα−メ
チルスチレン−ブタジエン共重合体ゴムおよび約20〜
約80重量%の他の加硫性ゴムを通常含有する。
の1種は、ゴム100重量部に基づいて、(a)約30
〜約50部のα−メチルスチレン−ブタジエン共重合体
ゴム、および(b)約50〜約70部の天然ゴムを含
む。最も好ましいこのタイヤトレッドコンパウンドは、
ゴム100重量部に基づいて、(a)約35〜約45部
のα−メチルスチレン−ブタジエン共重合体ゴム、およ
び(b)約55〜約65部の天然ゴムを含む。
共重合体ゴムで製造しうるタイヤトレッドコンパウンド
の別の代表的な例は、ゴム100重量部に基づいて、
(a)約30〜約40部のα−メチルスチレン−ブタジ
エン共重合体ゴム、(b)約20〜約50部の天然ゴ
ム、(c)約10〜約40部のスチレン−ブタジエンゴ
ム、および(d)約0部〜約50部の高シス−1,4−
ポリブタジエンゴムを含む。
シリカ充填材をさらに含有しうる。カーボンブラックと
シリカとの組み合わせを用いることができる。例えば、
約30〜約80部のカーボンブラックと約10〜約40
部との組み合わせをそのような配合物に通常用いること
ができる。シリカ対カーボンブラックの重量比は通常は
少なくとも1:1である。一般に好ましいシリカ対カー
ボンブラックの重量比は少なくとも4:1である。
カを含み、カーボンブラックを実質的に含まない配合物
を用いるのが好ましい。そのような場合、60〜80部
のシリカを含む配合物がより好ましい。これらの配合物
は充填材として実質的にカーボンブラックを含まない
が、少量のカーボンブラックを黒色付与剤として配合物
に混合したり、またはカップリング剤のような化学添加
剤のための担体として用いることが考えられる。一般
に、色彩を付与する目的に要するカーボンブラックの量
は、配合物中のゴム100部当たり10部未満であり、
一般に配合物中のゴム100部当たり5部未満である。
合物は一般的な成分および標準的な技術を用いて配合す
ることができる。例えば、スチレン−イソプレンゴム含
有配合物は一般には、カーボンブラックおよび/または
シリカ充填材、硫黄、促進剤、油、ワックス、スコーチ
防止剤並びに加工助剤と共に配合する。たいていの場
合、スチレン−イソプレン含有ゴム配合物は硫黄および
/または硫黄含有化合物、少なくとも1種の充填材、少
なくとも1種の促進剤、少なくとも1種の劣化防止剤、
少なくとも1種の加工助剤、酸化亜鉛、任意に粘着付与
剤、任意に強化樹脂、任意に1種以上の脂肪酸、任意に
しゃく解剤、および任意に1種以上のスコーチ防止剤と
共に配合する。そのような配合物は約0.5〜5ph
r、好ましくは1〜2.5phr(重量に基づくゴム1
00部当たりの部)の硫黄および/または硫黄含有化合
物を通常含有する。ブルームが問題となる場合、不溶性
硫黄を用いるのが望ましい。
0〜95phrの少なくとも1種の充填材を配合物に用
いる。たいていの場合、少なくともいくらかのカーボン
ブラックを充填材中に用いる。充填材はもちろん、全部
がカーボンブラックよりなっていてもよい。シリカを充
填材に含めると、引き裂き抵抗および発熱性を改善する
ことができる。クレーおよび/またはタルクを充填材に
含めるとコストを減じることができる。
リカ)を含めた、ゴムの配合分野で一般に用いられる珪
酸質顔料を、本発明ではシリカとして用いることができ
るが、沈降シリカが好ましい。本発明で用いられる好ま
しい珪酸質顔料は沈降シリカ、例えば、珪酸ナトリウム
のような可溶性珪酸塩の酸性化によって得られるもので
ある。
用いて測定したBET表面積が好ましくは約40〜約6
00、より通例は50〜300m2/gであるという特
徴を有する。表面積を測定するBET法についてはJo
urnal of theAmerican Chem
ical Society、第60巻、p.304(1
930)に記載されている。シリカはまた、ジブチルフ
タレート(DBP)吸収値が約100〜約400、より
通例は約150〜約300であるという特徴を一般に有
する。
子顕微鏡で測定して0.01〜0.05ミクロンである
と予想されるが、シリカ粒子の大きさはこれより小さく
ても大きくてもよい。
例えば、PPGインダストリーズ社からHi−Silの
登録商標名で市販されている210、243等のシリ
カ、Rhone−Poulenc社から販売されている
Z1165MPおよびZ165GRのようなシリカ、並
びにDegussa社から販売されているVN2および
VN3等のようなシリカが考えられるが、これらは例示
したものにすぎず、これらに限定されない。PPG H
i−Silシリカが一般には好ましい。
ましくは0.2〜1.5phrの少なくとも1種の促進
剤を含有する。劣化防止剤、例えば酸化防止剤およびオ
ゾン亀裂防止剤は一般に、配合物に0.25〜10ph
r、好ましくは1〜5phrの量で含有される。加工油
は一般に、配合物に2〜100phr、好ましくは5〜
50phrの量で含有される。本発明のSIR含有配合
物はまた通常、0.5〜10phr、好ましくは1〜5
phrの酸化亜鉛を含有する。これらの配合物は任意
に、0〜10phrの粘着付与剤、0〜10phrの強
化樹脂、1〜10phrの脂肪酸、0〜2.5phrの
しゃく解剤、および0〜1phrのスコーチ防止剤を含
有しうる。
技術でタイヤトレッドに用いることができる。タイヤは
標準的な方法を用いて製造され、本発明のゴム状重合体
コンパウンドは、トレッドゴムとして一般に用いられる
ゴムコンバウンドの代わりに用いるだけである。タイヤ
を本発明の配合物で製造した後、通常のタイヤ硬化サイ
クルを用いて加硫することができる。本発明によって製
造されるタイヤは広い温度範囲で硬化することができ
る。しかしながら、本発明のタイヤは約132℃(27
0°F)〜約166℃(330°F)で硬化するのが一
般的に好ましい。本発明のタイヤは約143℃(290
°F)〜約154℃(310°F)で硬化するのがより
一般的である。本発明のタイヤの加硫に用いる硬化サイ
クルは、約10〜約14分であるのが一般に好ましく、
最も好ましい硬化サイクルは約12分である。
実施例は単に説明のためのものであり、本発明の範囲お
よび本発明の実施方法を限定するものではない。特に断
りがなければ、部および%は重量によるものである。
を、空気駆動撹拌機、窒素ライン、水冷コイル、破裂
(rupture)ディスクおよびダンプタンク、並びに温度
サージに対して保護するソレノイドコントローラーを備
えた1ガロン(4.55リットル)バッチ反応器内で行
った。反応器は陰イオン重合のために予め状態調節して
おいた(乾燥窒素でパージした)。この反応器へ、ヘキ
サン溶液中の14.6%1,3−ブタジエン2000g
を加えた。初期濃度をガスクロマトグラフィー(GC)
分析により測定したところ、固形分は14%であった。
反応器内容物を65℃の反応温度に調整し、平衡にし
た。
いて決定した。350,000g/モル重合体を製造す
るのに必要なジブチルマグネシウムはヘキサン中の0.
73Mジブチルマグネシウム溶液1.15mlであっ
た。ナトリウムアミレート/ジブチルマグネシウムのモ
ル比は4/1であるのが望ましいので、ヘキサン中の
1.0Mナトリウムアミレートは3.35mlにした。
その後、装填反応器を次のように触媒処理した:まず、
ヘキサン中の0.73Mジブチルマグネシウム溶液0.
3ml、次いでヘキサンリンスおよび微量のヘキサン中
の1.0Mナトリウムアミレートを導入した。これらは
系の空気または不純物を除去するのに十分なものであっ
た。必要ならば、さらにジブチルマグネシウムを、UV
FORSを使用していくらかの反応が検出されるまで
加えた。触媒量のナトリウムアミレート、次いでジブチ
ルマグネシウムを加えた。全ての試薬は活性成分に対し
て予め滴定した。
体のGC分析が示すまで、反応器を4.5時間等温撹拌
した。転化が完了したら、内容物(重合体および溶媒)
を窒素下で1ガロンポリプロピレンジャグに移した。重
合体セメントは必要ならば酸化防止剤で安定化した。重
合体を乾燥した後、DSC、GPC、ムーニー粘度およ
びNMR分析した。この分析をまとめると、ガラス転移
温度(Tg)は−73.18℃、ムーニーML−4粘度
は120、トランス含有率は38%、シス含有率は24
%、1,2−異性体含有率は38%、重量平均分子量は
613,000、そして重量平均分子量対数平均分子量
の比(Mw/Mn)は1.9であった。
および様々な重合温度で、実施例1の手順を繰り返し
た。いくつかの反応では、プロピレンを反応器へ加え
た;反応速度は遅いが、この添加は加工性を改善するよ
うに思われた。ポリブタジエンについての結果は表1に
示す。
し、MgR2はジブチルマグネシウムを表す。従って、
表1において、NaOAm/MgR2はナトリウムアミ
レート対ジブチルマグネシウムの比を表す。表1の第2
欄に示す温度は用いた重合温度である。表1の第3欄に
は、重合中に存在したプロピレンの量を示す。Tgは合
成された重合体のガラス転移温度を表す。製造された重
合体のムーニーML−4粘度、トランス異性体含有率、
シス異性体含有率、ビニル(1,2−)異性体含有率、
重量平均分子量(Mw)、および重量平均分子量対数平
均分子量の比(Mw/Mn)も表1に示す。
よびTMEDAを用いて、類似のポリブタジエンを製造
する。実施例1に記載の手順を用いたところ、表2に示
す重合体が製造された。
レートおよびジブチルマグネシウムを用いて製造した。
反応器へ、ヘキサン中の14.1%ブタジエン溶液17
02gおよびヘキサン中の22.5%スチレン溶液24
5gを加えて、スチレン/ブタジエン組成が19/81
の重合体を得た。実施例1に記載の手順を用い、ヘキサ
ン中の0.73Mジブチルマグネシウム1.15mlお
よびヘキサン中の1.0Mナトリウムアミレートを触媒
として用いた。不純物を除去するために、反応が検出さ
れる前に、0.73Mジブチルマグネシウムを0.4m
l、次いで追加の0.2mlを加えた。反応はGC分析
を用いて追跡し、スチレンおよびブタジエンがこの触媒
でランダムに組み込まれていることが明らかになった。
重合体特性は表3に示す。
シウムと共に用いるとき、特異なスチレン−ブタジエン
ゴムを製造する。ナトリウムアミレートは、スチレンを
反応の始めでブロックするカリウムアミレートおよびス
チレンを反応の終わりでブロックするリチウムアルキル
と対照的に、転化単量体のGC分析で示されるように、
スチレンをランダムに組み込む。TMEDAガ存在して
も、ナトリウムアミレートとジブチルマグネシウムはや
はりスチレンをランダムに組み込む。しかしながら、T
MEDAを系に加えると、表3に示されるように、ビニ
ル含有率を高め、ガラス転移温度はより高くなる。
ジエン共重合体をさらに製造したり、あるいはカリウム
アミレート/TMEDA/ジブチルマグネシウム触媒を
用いた。結果は表3に示す。実質的に100%の転化率
がこの一連の実験で得られた。実施例4に記載のSBR
とは異なり、この重合体はいくらかスチレンブロック性
を示す。
表す。従って、St/Bdは共重合体中のスチレン対ブ
タジエンの比である。 2 − %Stは共重合体中の結合スチレンの百分率を
表す。 3 − %1,4は共重合体中の1,4−異性体ミクロ
構造の百分率を表す。
同様に、他の共重合体を製造することができる。イソプ
レン/ブタジエンおよびスチレン/イソプレン共重合体
は、実施例1に記載のおよび実施例4の共重合体のため
に変更した一般的な重合手順を用いて製造した。これら
の2種の共重合体についての結果を、それらの比率およ
び使用触媒と共に、表4および5に示す。カリウムアミ
レート/TMEDA/ジブチルマグネシウムからのイソ
プレン/ブタジエンはブロック状になる傾向である。
イソプレン反復単位の百分率を表す。 2 − %1,4PIは1,4−異性体構造であるポリ
イソプレン反復単位の百分率を表す。 3 − %3,4PIは3,4−異性体構造であるポリ
イソプレン反復単位の百分率を表す。
シウムの比またはナトリウムアミレート対TMEDA対
ジブチルマグネシウムの比を表す。 2 − %Stブロックは、ポリスチレンブロック中の
スチレン反復単位よりなる重合体中の反復単位のおおよ
その百分率である。 3 − %Stランダムは、重合体中にランダムに分布
されているスチレン反復単位よりなる重合体中の反復単
位のおおよその百分率である。
合体はまた、上記の手順により製造することができる。
結果は表6に示す。
動撹拌機、窒素ライン、水冷コイル、破裂板およびダン
プタンク、並びに温度サージに対して保護するソレノイ
ドコントローラーを備えた1ガロンバッチ反応器内で行
った。反応器は陰イオン重合のために予め状態調節して
おいた(乾燥窒素でパージした)。この反応器へ、ヘキ
サン中の0.909g/mlのα−メチルスチレン溶液
38.5mlおよびヘキサン中の17.5%Bd溶液1
800gを加えたところ、α−メチルスチレン/ブタジ
エンの比は10/90となった。初期濃度をGC分析で
測定したところ、固形分は18.3%であった。反応器
内容物を65℃の反応温度に調整し、平衡にした。
いて測定した。350,000g/モル重合体を製造す
るのに必要なジブチルマグネシウムはヘキサン中の0.
73Mジブチルマグネシウム溶液1.35mlであると
判断した。カリウムアミレート/TMEDA/ジブチル
マグネシウムのモル比は2/2/1であるのが望ましい
ので、ヘキサン中の1M TMEDAは2.0mlおよ
びヘキサン中の0.86M カリウムアミレートは2.
3mlにした。その後、装填反応器を次のように触媒し
た:まず、ヘキサン中の0.73Mジブチルマグネシウ
ム溶液0.3ml、次いでヘキサンリンスおよび微量の
ヘキサン中の0.86Mカリウムアミレートを導入し
た。これらは系の空気または不純物を除去するのに十分
なものであった。必要ならば、さらにジブチルマグネシ
ウムを、UV FORSを使用していくらかの反応が検
出されるまで加えた。触媒量のカリウムアミレートおよ
びTMEDAを加えた。最後に、ジブチルマグネシウム
を加えた。全ての試薬は活性成分に対して予め滴定し
た。
体のGC分析が示すまで、反応器を3.5時間等温撹拌
した。このGC分析から、単量体転化率対全体転化率お
よび重合体組成対転化率も測定した。転化が完了した
ら、内容物(重合体および溶媒)を窒素下でポリプロピ
レンの1ガロンジャグに移した。重合体セメントは必要
ならば酸化防止剤で安定化させた。重合体を乾燥した
後、DSC、GPC、ムーニー粘度およびNMR分析し
た。結果は表7に示す。
施例8の手順を繰り返した。結果を表7に示す。
施例8で用いたカリウムアミレートの代わりに2−エチ
ルヘキソキシドを用いて各種重合体を合成した。これら
の実施例で合成されたα−メチルスチレンとブタジエン
との共重合体の特徴を表8にまとめた。
表す。 2 − %α−Stは共重合体中の結合α−メチルスチ
レンの百分率を表す。
量体を含めることにより、三元共重合体を実施例8にお
ける一般的な手順を用いて製造した。実験ではα−メチ
ルスチレン/イソプレン/ブタジエンは25/50/2
5であり、反応器へ446gの23.9%α−メチルス
チレン、1330gの16%イソプレンおよび584g
の18.2%ブタジエンを入れた。実施例8の手順に従
って、1.95mlの0.73Mジブチルマグネシウム
を用いて、目標分子量300,000g/モルを得た。
2/2/1比のセシウム2−エチルヘキソキシド/TM
EDA/ジブチルマグネシウムにするために、0.8M
セシウム2−エチルヘキソキシドを3.55mlおよび
1M TMEDAを2.85mlにした。まず、0.5
mlの0.73Mジブチルマグネシウム、次いで、ヘキ
サンリンスおよび微量のセシウム2−エチルヘキソキシ
ドを加えて不純物を除去した。これは十分ではないの
で、追加の0.3mlの0.73Mジブチルマグネシウ
ムを加えたところ、反応がいくらか生じたことをUV
FORSが示した。次に、実施例8に記載の手順に従
い、そして転化率対時間、単量体転化率対全体転化率、
および重合体組成対全体転化率を調べた。分析から、製
造された三元共重合体のTgは−39℃、ムーニーML
−4粘度は18.5であることが分かった。ブタジエン
から誘導されたが、三元共重合体の反復単位のミクロ構
造は13%の1,2−異性体および11%の1,4−異
性体であった。イソプレンから誘導された三元共重合体
の反復単位のミクロ構造は34%の1,4−異性体、1
7%の3,4−異性体および0%の1,2−異性体であ
った。
レン、スチレンおよびブタジエンの20/10/70三
元共重合体を製造した。40分以内で95%を越える転
化率となった。製造された三元共重合体のTgは−53
℃、ムーニーML−4粘度は68あった。
スチレン、15%のイソプレンおよび40%のブタジエ
ンよりなる重合体を、実施例11に記載のセシウム2−
エチルヘキソキシド/TMEDA/ジブチルマグネシウ
ム触媒系を用い、65℃の重合温度で合成した。製造さ
れた重合体のガラス転移温度は−37℃であった。
ルマグネシウム触媒系を用いて製造された様々な比率の
α−メチルスチレン/ブタジエン共重合体を内部ミキサ
ー中で配合した。表9において製造された様々なタイヤ
トレッドコンパウンドを用いた。表9の50phr(ゴ
ム100部当たりの部)のスチレン−ブタジエンゴムの
変わりに、α−メチルスチレン/ブタジエンの20/8
0、30/70および40/60の共重合体を評価し
た。評価した別のタイヤトレッドゴム配合物では、スチ
レン−ブタジエンゴムの変わりに、α−メチルスチレン
/スチレン/ブタジエンの20/10/70三元共重合
体も評価した。配合材料の動的温度特性をDSCおよび
レオビブロンによって分析した。貯蔵弾性率、損失弾性
率、およびレオバイロン分析から得られた異なる温度で
のtan δに基づいて、タイヤ特性を数学モデルを用
いて予測した。予測されたタイヤ特性は表11に示す。
評価した重合体のガラス転移温度は表10に示す。
r wear)、けん引特性を表11に無次元単位で予測し
た。転がり抵抗性については、数が小さいほど転がり抵
抗性は優れている。この場合、α−メチルスチレン含有
重合体で製造されたタイヤトレッドコンパウンドは、対
照と本質的に等しい転がり抵抗性であることが予測され
た。
ど優れている。表11から分かるように、α−メチルス
チレン含有重合体は対照以上に改善された耐不規則摩耗
性を一般に示した。事実、30%および40%のα−メ
チルスチレンを含有するα−メチルスチレン−ブタジエ
ン共重合体ゴムで製造されたトレッドコンパウンドは、
対照よりも大きく改善された耐不規則摩耗性を示た。デ
ータはまた、α−メチルスチレン−スチレン−ブタジエ
ンゴムが耐不規則摩耗性を大きく改善しうることも予測
した。
いる。けん引特性は20mph(マイル/時)および4
0mphの速度であることが予測された。表11から分
かるように、α−メチルスチレン含有重合体は20mp
hおよび40mphの両方で、対照よりも改善されたけ
ん引特性を一般に示した。事実、30%および40%の
α−メチルスチレンを含有するα−メチルスチレン−ブ
タジエン共重合体ゴムで製造されたトレッドコンパウン
ドは、対照よりも著しく改善されたけん引特性を示た。
データはまた、α−メチルスチレン−スチレン−ブタジ
エンゴムが20mphおよび40mphの両方で、けん
引特性を大きく改善しうることも予測した。
タイヤトレッドゴムコンパウンドの溶液スチレン−ブタ
ジエンゴムを部分的に置き換えることで評価した。この
実験では、20%、30%および40%のα−メチルス
チレンを含有するα−メチルスチレン/ブタジエン共重
合体を、カーボンブラック、加硫系および劣化防止剤含
有コンパウンド(標準コンパウンド試験配合)中で評価
した。標準物理的特性は、α−メチルスチレン含有共重
合体が粘着性および溝引き裂き特性を改善することを示
した。
よび詳細を示してきたが、本発明の範囲を逸脱すること
なく変更しうることは当業者にとって明らかなことであ
る。
Claims (6)
- 【請求項1】 タイヤトレッドゴムコンパウンドに特に
有用な、広い分子量分布を有するゴム状重合体の合成方
法であって、少なくとも1種の共役ジオレフィン単量体
を、有機溶媒中で、(a)元素周期表第Ia、IIa、
IIb、IIIaまたはIVb族からの金属の有機金属
化合物、および(b)アルカリ金属アルコキシド、アル
カリ金属フェノキシド、アルカリ金属スルホキシド、ア
ルカリ金属スルフォネート、アルカリ金属カルボキシレ
ート、アルキル置換アルカリ金属フェノキシド、アルカ
リ金属アルキルアミン、およびアルカリ金属ジアルキル
アミンよりなる群から選択されるアルカリ金属含有化合
物を含み、かつ上記アルカリ金属含有化合物対有機金属
化合物のモル比が約6:1〜約1:5である触媒系の存
在下で重合することを特徴とする、上記の方法。 - 【請求項2】 タイヤトレッドゴムコンパウンドに特に
有用な、広い分子量分布を有する、α−メチルスチレン
と1,3−ブタジエンとのゴム状共重合体の合成方法で
あって、α−メチルスチレン単量体と1,3−ブタジエ
ン単量体とを、有機溶媒中、約60〜約100℃で、
(a)ジアルキルマグネシウム化合物;(b)炭素原子
数が約2〜約12のアルカリ金属アルコキシド、ここ
で、アルカリ金属アルコキシドのアルカリ金属はルビジ
ウムおよびセシウムよりなる群から選択される;および
(c)極性調節剤を含み;かつアルカリ金属アルコキシ
ド対ジアルキルマグネシウム化合物のモル比が約6:1
〜1:5であり、極性調節剤対ジアルキルマグネシウム
化合物のモル比が約10:1〜約1:2である触媒系の
存在下で共重合することを特徴とする、上記の方法。 - 【請求項3】 共役ジオレフィン単量体のゴム状重合体
への重合に特に有用な触媒系であって、(a)ジアルキ
ルマグネシウム化合物;(b)炭素原子数が約2〜約1
2のアルカリ金属アルコキシド、ここで、アルカリ金属
アルコキシドのアルカリ金属はナトリウム、カリウム、
ルビジウムおよびセシウムよりなる群から選択される;
および(c)極性調節剤を含み;かつアルカリ金属アル
コキシド対ジアルキルマグネシウム化合物のモル比が約
6:1〜約1:5であり、極性調節剤対ジアルキルマグ
ネシウム化合物のモル比が約10:1〜約1:2であ
る、上記の触媒系。 - 【請求項4】 トレッドが、(a)請求項2に記載の方
法によって製造されるα−メチルスチレンと1,3−ブ
タジエンとのゴム状共重合体;および(b)α−メチル
スチレンと1,3−ブタジエンとのゴム状共重合体と同
時硬化可能な少なくとも1種の追加のゴム状重合体を含
むことを特徴とする加硫ゴム組成物である、外周トレッ
ドを有する空気入りタイヤ。 - 【請求項5】 ジエチルエーテル、ジ−n−プロピルエ
ーテル、ジイソプロピルエーテル、ジ−n−ブチルエー
テル、テトラヒドロフラン、ジオキサン、エチレングリ
コールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチル
エーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジ
エチレングリコールジエチルエーテル、トリエチレング
リコールジメチルエーテル、トリメチルアミン、トリエ
チルアミン、N,N,N′,N′−テトラメチルエチレ
ンジアミン、N−メチルモルホリン、N−エチルモルホ
リン、およびN−フェニルモルホリンよりなる群から選
択される極性調節剤の存在下で行うことを特徴とする、
請求項1に記載の方法。 - 【請求項6】 アルカリ金属がセシウムであり;セシウ
ムアルコキシドが約3〜約8個の炭素原子を含有し;セ
シウムアルコキシド対ジアルキルマグネシウム含有化合
物のモル比が約4:1〜約1:2であり;約60〜約1
00℃の温度で行い;ジアルキルマグネシウム化合物の
アルキル基が1〜約12個の炭素原子を含み;極性調節
剤がジエチルエーテル、ジ−n−プロピルエーテル、ジ
イソプロピルエーテル、ジ−n−ブチルエーテル、テト
ラヒドロフラン、ジオキサン、エチレングリコールジメ
チルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、
ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレング
リコールジエチルエーテル、トリエチレングリコールジ
メチルエーテル、トリメチルアミン、トリエチルアミ
ン、N,N,N′,N′−テトラメチルエチレンジアミ
ン、N−メチルモルホリン、N−エチルモルホリン、お
よびN−フェニルモルホリンよりなる群から選択され;
極性調節剤対ジアルキルマグネシウム化合物のモル比が
約6:1〜約1:1であり;そしてジアルキルマグネシ
ウム化合物のアルキル基が2〜約6個の炭素原子を含む
ことを特徴とする、請求項2に記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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