JPWO2012086496A1 - 共役ジエン系ゴム、ゴム組成物、ゴム架橋物、およびタイヤ - Google Patents
共役ジエン系ゴム、ゴム組成物、ゴム架橋物、およびタイヤInfo
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Abstract
Description
本発明の共役ジエン系ゴムの形成に用いられる共役ジエン系重合体鎖は、共役ジエン単量体単位を含んでなる重合体鎖であって、一方の末端が活性末端であり、イソプレン単量体単位を70重量%以上有するイソプレンブロックを少なくとも他方の末端側に有するものであれば、特に限定されない。この共役ジエン系重合体鎖は、共役ジエン単量体単位50〜100重量%、および芳香族ビニル単量体単位50〜0重量%を含んでなるものであることが好ましい。
本明細書においてイソプレンブロックとは、共役ジエン系重合体鎖においてイソプレン単量体単位を主たる構成単位として形成されている部分をいう。ここで、イソプレンブロックは、イソプレンブロック中のイソプレン単量体単位含有量が70重量%以上であり、80重量%以上であることが好ましく、90重量%以上であることがより好ましい。イソプレンブロック中のイソプレン単量体単位含有量が70重量%以上であると、共役ジエン系ゴムにカーボンブラックを配合した場合に、共役ジエン系ゴムとカーボンブラックとの親和性が良好となり、そのゴム組成物を用いたタイヤは、低発熱性が優れる。
共役ジエン系重合体鎖におけるイソプレンブロック以外の部分は、共役ジエン単量体の単独重合体鎖または共役ジエン単量体と芳香族ビニル単量体との共重合体鎖であることが好ましい。共役ジエン単量体単位と芳香族ビニル単量体単位との重量比(共役ジエン単量体単位:芳香族ビニル単量体単位)は、100:0〜50:50が好ましく、90:10〜60:40がより好ましく、85:15〜70:30が特に好ましい。共役ジエン単量体単位と芳香族ビニル単量体単位との重量比が上記範囲内にあると、本発明の共役ジエン系ゴムの製造が容易となる。
本発明の共役ジエン系ゴムを得るために用いる、一方の末端が活性末端であり、イソプレン単量体単位を70重量%以上有するイソプレンブロックを少なくとも他方の末端側に有する共役ジエン系重合体鎖(以下、単に、「共役ジエン系重合体鎖(B)」ともいう)の重量平均分子量は、特に限定されないが、その重量平均分子量は、1,000〜2,000,000が好ましく、10,000〜1,500,000がより好ましく、100,000〜1,000,000が特に好ましい。共役ジエン系重合体鎖(B)の重量平均分子量が上記範囲内にあると、この共役ジエン系重合体鎖(B)を用いて得られるタイヤの強度と低発熱性とのバランスが良好となる。
本発明の共役ジエン系ゴムは、少なくとも一部の共役ジエン系重合体鎖(B)の活性末端が、官能基として>C=O基を有する化合物(以下、単に、変性剤(C)ともいう)により変性されてなるものである。本発明において「官能基」とは、共役ジエン系重合体鎖の活性末端と反応し、共役ジエン系重合体鎖と結合する基のことをいう。
本発明の共役ジエン系ゴムでは、カップリング剤を重合系内に添加して、一部の共役ジエン系重合体鎖(B)がカップリングしていてもよい。カップリング剤としては、共役ジエン系重合体鎖(B)の活性末端と反応する反応点を1分子中に6以上有するカップリング剤(以下、単に、カップリング剤(D)ともいう)が好ましく、共役ジエン系重合体鎖(B)の活性末端と反応する反応点を1分子中に6個有するカップリング剤がより好ましい。カップリング剤(D)は、具体的には、下記一般式(1)で表されるケイ素化合物がより好ましい。
上記一般式(1)で表されるケイ素化合物のうち、A1は、炭素数1〜20のポリメチレン基((CH2)k(kは1〜20の整数である。))であることがより好ましく、このうち、kが1〜10の整数であることがさらに好ましく、kが1〜6の整数であることが特に好ましい。
本発明の共役ジエン系ゴムでは、本発明の効果を阻害しない範囲で、後述する重合停止剤、変性剤(C)以外の重合体鎖末端変性剤、および上記したカップリング剤(D)以外のカップリング剤などを重合系内に添加して、一部の共役ジエン系重合体鎖(B)の活性末端を不活性化してもよい。
本発明の共役ジエン系ゴムは、少なくとも一部の共役ジエン系重合体鎖(B)の活性末端が変性剤(C)により変性されている共役ジエン系ゴムである。カップリング剤(D)によるカップリングが行われていない場合には、共役ジエン系重合体鎖(B)のうち、10〜100重量%の共役ジエン系重合体鎖(B)の活性末端が変性剤(C)により変性されていることが好ましく、25〜100重量%の共役ジエン系重合体鎖(B)の活性末端が変性剤(C)により変性されていることがより好ましく、50〜100重量%の共役ジエン系重合体鎖(B)の活性末端が変性剤(C)により変性されていることが特に好ましい。共役ジエン系ゴムにおける、活性末端が変性剤(C)により変性されている共役ジエン系重合体鎖(B)の割合(変性剤(C)による変性率)(以下、単に「変性率」ともいう)が上記範囲内にあるときには、共役ジエン系ゴムを含有するゴム組成物の加工性、ならびに上記共役ジエン系ゴムを用いて得られるタイヤの機械的強度、ウエットグリップ性、および低発熱性がより優れたものとなる。
本発明のゴム組成物は、上述した本発明の共役ジエン系ゴムを含有するゴム成分100重量部と、カーボンブラック10〜200重量部とを含有してなるものである。
本発明のゴム架橋物は、本発明のゴム組成物を架橋してなる。本発明のゴム組成物を用いて、タイヤなどのゴム製品(ゴム架橋物)を構成する場合の架橋および成形方法は、特に限定されず、架橋物の形状、および大きさなどに応じて選択すればよい。金型中に、架橋剤を配合したゴム組成物を充填して加熱することにより成形と同時に架橋してもよく、架橋剤を配合したゴム組成物を予め成形した後、それを加熱して架橋してもよい。成形時の温度は、好ましくは20〜140℃、より好ましくは40〜130℃である。架橋温度は、好ましくは120〜200℃、より好ましくは140〜180℃であり、架橋時間は、例えば、1〜120分である。
各種の物性については、以下の方法に従って評価した。
重量平均分子量、分子量分布、およびカップリング率については、ゲルパーミエーションクロマトグラフィにより、ポリスチレン換算の分子量に基づくチャートを得て、そのチャートに基づいて求めた。なお、ゲルパーミエーションクロマトグラフィの具体的な測定条件は、以下の通りである。
カラム :GMH−HR−H(東ソー社製)2本を直列に連結した
検出器 :示差屈折計RI−8020(東ソー社製)
溶離液 :テトラヒドロフラン
カラム温度:40℃
カップリング率については、全溶出面積に対する、分子量の最も小さいピークが示すピークトップ分子量の3.5倍以上のピークトップ分子量を有するピーク部分の面積比を、共役ジエン系重合体鎖の4分岐以上のカップリング率として示す。
変性率は、上記ゲルパーミエーションクロマトグラフィの示差屈折計(RI)で屈折率の差を測定し、紫外可視分光光度計(UV)で吸収強度を測定し、その比(UV/RI)を求め、予め作製した検量線によって決定した。
(スチレン単位含有量およびビニル結合含有量)
スチレン単位含有量、およびビニル結合含有量については、1H−NMRにより測定した。
ムーニー粘度については、JIS K6300に従い、ムーニー粘度計(島津製作所社製)を用いて測定した。
引張強さについては、JIS K6301に従って、引張試験を行ない、300%伸張時の応力を測定した。この特性については、基準サンプルとして後述する比較例5の測定値を100とする指数で示した。この指数が大きいものほど、ゴム架橋物の引張強さに優れる。
ウエットグリップ性については、長さ50mm、幅12.7mm、厚さ2mmの試験片を、レオメトリックス社製ARESを用い、動的歪み0.5%、10Hzの条件で0℃におけるtanδを測定した。この特性については、基準サンプルとして後述する比較例5の測定値を100とする指数で示した。この指数が大きいものほど、ゴム架橋物をタイヤに用いた際のウエットグリップ性に優れる。
低発熱性については、長さ50mm、幅12.7mm、厚さ2mmの試験片を、レオメトリックス社製ARESを用い、動的歪み2.0%、10Hzの条件で60℃におけるtanδを測定した。この特性については、基準サンプルとして後述する比較例5の測定値を100とする指数で示した。この指数が小さいものほど、ゴム架橋物をタイヤに用いた際の低発熱性に優れる。
窒素置換された800mlガラスボトルに、シクロヘキサン400g、およびテトラメチルエチレンジアミン76.8mmolを添加し、さらに、n−ブチルリチウム48.0mmolを添加した。次いで、イソプレン96gをゆっくりと添加し、60℃の温水槽内で120分間反応させることにより、開始剤1を得た。この開始剤1について、重量平均分子量、分子量分布、およびビニル結合含有量を測定した。これらの測定結果を表1に示す。
窒素置換された800mlガラスボトルに、シクロヘキサン400g、およびテトラメチルエチレンジアミン30.7mmolを添加し、さらに、n−ブチルリチウム19.2mmolを添加した。次いで、イソプレン88gとスチレン8gとの混合溶液を撹拌しながらゆっくりと添加し、60℃の温水槽内で120分間反応させることにより、開始剤2を得た。この開始剤2について、重量平均分子量、分子量分布、スチレン単位含有量、およびビニル結合含有量を測定した。これらの測定結果を表1に示す。
攪拌機付きオートクレーブに、窒素雰囲気下、シクロヘキサン4000g、1,3−ブタジエン357.7g、およびスチレン132.3gを仕込んだ後、開始剤1をリチウム量にして2.70mmol加え、40℃で重合を開始した。重合を開始してから10分経過後、1,3−ブタジエン195.3g、およびスチレン14.7gを60分かけて連続的に添加した。重合反応中の最高温度は60℃であった。連続添加終了後、さらに20分間重合反応を継続し、重合転化率が95%から100%の範囲になったことを確認してから、次いで、N−メチル−2−ピロリドン2.70mmolを20重量パーセント濃度のキシレン溶液の状態で添加し、30分間反応させた。その後、重合停止剤として、メタノール5.4mmolを添加して、共役ジエン系ゴムIを含有する溶液を得た。この溶液に、老化防止剤として、イルガノックス1520L(チバスペシャリティーケミカルズ社製)を、共役ジエン系ゴムI 100部に対して0.15部添加した後、スチームストリッピングにより溶媒を除去し、60℃で24時間真空乾燥して、固形状の共役ジエン系ゴムIを得た。
攪拌機付きオートクレーブに、窒素雰囲気下、シクロヘキサン4000g、1,3−ブタジエン357.7g、およびスチレン132.3gを仕込んだ後、開始剤1をリチウム量にして4.12mmol加え、40℃で重合を開始した。重合を開始してから10分経過後、1,3−ブタジエン195.3g、およびスチレン14.7gを60分かけて連続的に添加した。重合反応中の最高温度は60℃であった。連続添加終了後、さらに20分間重合反応を継続し、重合転化率が95%から100%の範囲になったことを確認してから、次いで、1,2−ビス(トリクロロシリル)エタン0.14mmolを20重量パーセント濃度のシクロヘキサン溶液の状態で添加し、10分間反応させた。さらに、N−フェニル−2−ピロリドン4.12mmolを20重量パーセント濃度のキシレン溶液の状態で添加し、30分間反応させた。その後、重合停止剤として、メタノール8.2mmolを添加して、共役ジエン系ゴムIIを含有する溶液を得た。この溶液に、老化防止剤として、イルガノックス1520L(チバスペシャリティーケミカルズ社製)を、共役ジエン系ゴムII 100部に対して0.15部添加した後、スチームストリッピングにより溶媒を除去し、60℃で24時間真空乾燥して、固形状の共役ジエン系ゴムIIを得た。
攪拌機付きオートクレーブに、窒素雰囲気下、シクロヘキサン4000g、1,3−ブタジエン357.7g、およびスチレン132.3gを仕込んだ後、開始剤2をリチウム量にして2.70mmol加え、40℃で重合を開始した。重合を開始してから10分経過後、1,3−ブタジエン195.3g、およびスチレン14.7gを60分かけて連続的に添加した。重合反応中の最高温度は60℃であった。連続添加終了後、さらに20分間重合反応を継続し、重合転化率が95%から100%の範囲になったことを確認してから、次いで、N−フェニル−2−ピロリドン2.70mmolを20重量パーセント濃度のキシレン溶液の状態で添加し、30分間反応させた。その後、重合停止剤として、メタノール5.4mmolを添加して、共役ジエン系ゴムIIIを含有する溶液を得た。この溶液に、老化防止剤として、イルガノックス1520L(チバスペシャリティーケミカルズ社製)を、共役ジエン系ゴムIII 100部に対して0.15部添加した後、スチームストリッピングにより溶媒を除去し、60℃で24時間真空乾燥して、固形状の共役ジエン系ゴムIIIを得た。
攪拌機付きオートクレーブに、窒素雰囲気下、シクロヘキサン4000g、1,3−ブタジエン357.7g、およびスチレン132.3gを仕込んだ後、開始剤2をリチウム量にして4.12mmol加え、40℃で重合を開始した。重合を開始してから10分経過後、1,3−ブタジエン195.3g、およびスチレン14.7gを60分かけて連続的に添加した。重合反応中の最高温度は60℃であった。連続添加終了後、さらに20分間重合反応を継続し、重合転化率が95%から100%の範囲になったことを確認してから、次いで、1,6−ビス(トリクロロシリル)ヘキサン0.11mmolを20重量パーセント濃度のシクロヘキサン溶液の状態で添加し、10分間反応させた。さらに、N−メチル−2−ピロリドン4.12mmolを20重量パーセント濃度のキシレン溶液の状態で添加し、30分間反応させた。その後、重合停止剤として、メタノール8.2mmolを添加して、共役ジエン系ゴムIVを含有する溶液を得た。この溶液に、老化防止剤として、イルガノックス1520L(チバスペシャリティーケミカルズ社製)を、共役ジエン系ゴムIV 100部に対して0.15部添加した後、スチームストリッピングにより溶媒を除去し、60℃で24時間真空乾燥して、固形状の共役ジエン系ゴムIVを得た。
攪拌機付きオートクレーブに、窒素雰囲気下、シクロヘキサン4000g、1,3−ブタジエン357.7g、およびスチレン132.3gを仕込んだ後、開始剤1をリチウム量にして4.12mmol加え、40℃で重合を開始した。重合を開始してから10分経過後、1,3−ブタジエン195.3g、およびスチレン14.7gを60分かけて連続的に添加した。重合反応中の最高温度は60℃であった。連続添加終了後、さらに20分間重合反応を継続し、重合転化率が95%から100%の範囲になったことを確認してから、次いで、四塩化錫4.12mmolを20重量パーセント濃度のシクロヘキサン溶液の状態で添加し、30分間反応させた。その後、重合停止剤として、メタノール8.2mmolを添加して、共役ジエン系ゴムiを含有する溶液を得た。この溶液に、老化防止剤として、イルガノックス1520L(チバスペシャリティーケミカルズ社製)を、共役ジエン系ゴムi 100部に対して0.15部添加した後、スチームストリッピングにより溶媒を除去し、60℃で24時間真空乾燥して、固形状の共役ジエン系ゴムiを得た。
攪拌機付きオートクレーブに、窒素雰囲気下、シクロヘキサン4000g、1,3−ブタジエン357.7g、およびスチレン132.3gを仕込んだ後、テトラエチレンジアミン6.6mmolを加え、さらに、n−ブチルリチウム4.1mmolを加え、40℃で重合を開始した。重合を開始してから10分経過後、1,3−ブタジエン195.3g、およびスチレン14.7gを60分かけて連続的に添加した。重合反応中の最高温度は60℃であった。連続添加終了後、さらに20分間重合反応を継続し、重合転化率が95%から100%の範囲になったことを確認してから、次いで、四塩化錫4.12mmolを20重量パーセント濃度のシクロヘキサン溶液の状態で添加し、30分間反応させた。その後、重合停止剤として、メタノール8.2mmolを添加して、共役ジエン系ゴムiiを含有する溶液を得た。この溶液に、老化防止剤として、イルガノックス1520L(チバスペシャリティーケミカルズ社製)を、共役ジエン系ゴムii 100部に対して0.15部添加した後、スチームストリッピングにより溶媒を除去し、60℃で24時間真空乾燥して、固形状の共役ジエン系ゴムiiを得た。
攪拌機付きオートクレーブに、窒素雰囲気下、シクロヘキサン4000g、1,3−ブタジエン357.7g、およびスチレン132.3gを仕込んだ後、テトラエチレンジアミン6.6mmolを加え、さらに、n−ブチルリチウム4.1mmolを加え、40℃で重合を開始した。重合を開始してから10分経過後、1,3−ブタジエン195.3g、およびスチレン14.7gを60分かけて連続的に添加した。重合反応中の最高温度は60℃であった。連続添加終了後、さらに20分間重合反応を継続し、重合転化率が95%から100%の範囲になったことを確認してから、次いで、N−フェニル−2−ピロリドン4.12mmolを20重量パーセント濃度のキシレン溶液の状態で添加し、30分間反応させた。その後、重合停止剤として、メタノール8.2mmolを添加して、共役ジエン系ゴムiiiを含有する溶液を得た。この溶液に、老化防止剤として、イルガノックス1520L(チバスペシャリティーケミカルズ社製)を、共役ジエン系ゴムiii 100部に対して0.15部添加した後、スチームストリッピングにより溶媒を除去し、60℃で24時間真空乾燥して、固形状の共役ジエン系ゴムiiiを得た。
容積250mlのバンバリーミキサーを用いて、実施例1で得た共役ジエン系ゴムI 70部とブタジエンゴム(商品名「BR1220」 日本ゼオン社製)30部とを素練りし、それに、カーボンブラック(商品名「シースト6」、東海カーボン社製、窒素吸着比表面積(BET法):119m2/g)50部、プロセスオイル(商品名「フッコール エラミック30」、新日本石油社製)10部、酸化亜鉛3部、ステアリン酸2部、および老化防止剤(N−フェニル−N´−(1,3−ジメチルブチル)−p−フェニレンジアミン、商品名「ノクラック6C」、大内新興化学工業社製)2部を添加して、80℃を開始温度として3分間混練した後、バンバリーミキサーからゴム組成物を排出させた。混練終了時のゴム組成物の温度は120℃であった。次いで、50℃のオープンロールを用いて、得られたゴム組成物と、硫黄1.5部および架橋促進剤(N−シクロヘキシル−2−ベンゾチアゾリルスルフェンアミド(商品名「ノクセラーCZ−G」、大内新興化学工業社製))1.1部とを混練した後、シート状のゴム組成物を取り出した。
共役ジエン系ゴムIに代えて、実施例2で得た共役ジエン系ゴムII(実施例6)、実施例3で得た共役ジエン系ゴムIII(実施例7)、実施例4で得た共役ジエン系ゴムIV(実施例8)、比較例1で得た共役ジエン系ゴムi(比較例4)、比較例2で得た共役ジエン系ゴムii(比較例5)、比較例3で得た共役ジエン系ゴムiii(比較例6)をそれぞれ同量用いたこと以外は、実施例5と同様の方法でゴム組成物を得て、試験片の評価を行った。表2にその結果を示す。
Claims (9)
- 一方の末端が活性末端であり、イソプレン単量体単位を70重量%以上有するイソプレンブロックを少なくとも他方の末端側に有する共役ジエン系重合体鎖から得られ、少なくとも一部の該共役ジエン系重合体鎖における該活性末端が、官能基として>C=O基を有する化合物により変性されてなる、共役ジエン系ゴム。
- 上記共役ジエン系重合体鎖が、共役ジエン単量体単位50〜100重量%、および芳香族ビニル単量体単位50〜0重量%を含んでなる、請求項1に記載の共役ジエン系ゴム。
- 10〜100重量%の上記共役ジエン系重合体鎖が、上記>C=O基を有する化合物により変性されている、請求項1または2に記載の共役ジエン系ゴム。
- 一部の上記共役ジエン系重合体鎖は、上記活性末端において、上記活性末端と反応する反応点を1分子中に6以上有するカップリング剤と反応することにより、カップリングされている、請求項1または2に記載の共役ジエン系ゴム。
- 10〜95重量%の上記共役ジエン系重合体鎖が上記>C=O基を有する化合物により変性されており、90〜5重量%の上記共役ジエン系重合体鎖が上記カップリング剤を介して4分岐以上の構造体を形成している、請求項4に記載の共役ジエン系ゴム。
- 請求項1〜5の何れか1項に記載の共役ジエン系ゴムを含有するゴム成分100重量部と、カーボンブラック10〜200重量部とを含有してなる、ゴム組成物。
- 架橋剤をさらに含有してなる、請求項6に記載のゴム組成物。
- 請求項7に記載のゴム組成物を架橋してなる、ゴム架橋物。
- 請求項8に記載のゴム架橋物を含む、タイヤ。
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