KR20060012403A - Rubber compounds for tire tread - Google Patents
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Abstract
본 발명은 말단 변성 공역디엔 중합체를 포함하는 타이어 트레드용 고무 조성물에 관한 것으로서, 유기리튬 촉매 및 탄화수소 용매 존재 하에 공역디엔계 단량체와 비닐 방향족 단량체를 공중합시켜 형성된 리빙 중합체의 말단을 다가성 폴리실록산 화합물(multi-reactive polysiloxanes)로써 커플링한 다음, 커플링되지 않은 나머지 말단을 아민류의 화합물로 변성시켜 얻어진 말단이 변성된 중합체를 원료고무 중 포함하고, 여기에 가황제 및 카본블랙, 실리카 등의 무기충진재를 혼합함으로써 타이어의 물성과 직접적으로 관련있는 기계적 물성의 향상 뿐만 아니라 구름 저항값과 습윤 미끌림 저항값 등을 향상시킬 수 있는 타이어 트레드용 고무 조성물을 제공한다. The present invention relates to a rubber tread composition comprising a terminal modified conjugated diene polymer, wherein the terminal of the living polymer formed by copolymerizing a conjugated diene-based monomer and a vinyl aromatic monomer in the presence of an organolithium catalyst and a hydrocarbon solvent is used as a polyvalent polysiloxane compound ( After coupling with multi-reactive polysiloxanes, the end-modified polymer obtained by modifying the remaining uncoupled ends with a compound of an amine is included in the raw material rubber, including inorganic vulcanizing agents and inorganic fillers such as carbon black and silica. It provides a rubber composition for tire tread that can improve the rolling resistance value and the wet slip resistance value, as well as the improvement of mechanical properties directly related to the physical properties of the tire by mixing.
Description
본 발명은 타이어 트레드용 고무 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 유기리튬 촉매 및 탄화수소 용매 존재 하에 공역디엔계 단량체와 비닐 방향족 단량체를 공중합시켜 형성된 활성말단을 다가성 폴리실록산 화합물(multi-reactive polysiloxanes)로써 커플링한 다음 일가성 아민 화합물로 잔여 활성 말단을 변성시켜 얻어진 가황성 탄성중합체를 원료고무로서 포함하는 타이어 트레드용 고무조성물에 관한 것이다.The present invention relates to a rubber composition for tire tread, and more particularly, an active terminal formed by copolymerizing a conjugated diene monomer and a vinyl aromatic monomer in the presence of an organolithium catalyst and a hydrocarbon solvent as a multi-reactive polysiloxane compound. A rubber composition for tire treads comprising as a raw material rubber a vulcanizable elastomer obtained by coupling and then modifying the remaining active end with a monovalent amine compound.
비교적 다량의 실리카 또는 실리케이트를 포함하는 고무 조성물로 만들어진 고무 접지면을 갖는 공기 타이어를 소위 '그린 타이어(green tires)'라고 일반적으로 말한다. 일반적으로 상업화된 고무의 조성물은 대체로 카본 블랙과 실리카를 포함하고 있으며, 그 용도에 따라 그 비율을 달리할 수 있다. Pneumatic tires having a rubber ground plane made of a rubber composition comprising a relatively large amount of silica or silicate are generally referred to as 'green tires'. Generally, the composition of commercialized rubbers generally contains carbon black and silica, and the ratio may vary depending on the application.
운동상태에 있는 타이어의 고무가 비교적 낮은 주파수역대에서 규칙적으로 변형될 때, 에너지가 분산되면서 자동차 타이어의 구름저항이 형성된다. 이러한 저항은 운전 중에 일어나는 에너지 손실(hysteresis loss)을 줄임으로써 감소시킬 수 있다. When the rubber of a tire in motion is regularly deformed in a relatively low frequency band, the energy is dispersed and the rolling resistance of the car tire is formed. This resistance can be reduced by reducing the energy loss that occurs during operation.
즉, 온도 변환 공식인 Williams-Landel-Ferry 식에 근거하여 주파수를 온도에 관한 함수로 바꾼 다음 50∼70℃ 사이의 동적 손실 계수(tan δ, 에너지 손실에 대한 손실 함량을 지수화한 값)를 측정하게 되는데, 이 값이 바로 구름저항 값을 나타내는 척도가 된다. That is, based on the temperature conversion formula Williams-Landel-Ferry equation, the frequency is converted into a function of temperature, and then the dynamic loss factor (tan δ, an exponent of the loss content for energy loss) between 50 and 70 ° C is measured. This value is a measure of rolling resistance.
한편, 안정성과 직접적으로 관련 있는 빗길 표면에서의 타이어의 제동성능을 향상시키기 위해서, 습윤 미끌림 저항(wet skid resistance)을 높이는 노력도 계속되고 있다. 자동차 타이어는 운전자가 제동장치를 사용함과 동시에 도로의 표면에 미끄러지게 된다. 이때, 도로의 노면과 직접 맞닿아 있는 타이어의 트레드 부분은 마찰 저항으로 인해 많은 에너지 손실을 입게 된다. 이러한 습윤 미끌림 저항은 구름저항이 형성되는 주파수역대에 비해서 상대적으로 높은 주파수역대의 타이어의 운동에 의해 형성되기 때문에 0℃ 부근의 동적 손실계수 값이 이 성능을 결정짓는 척도가 된다.On the other hand, efforts are being made to increase wet skid resistance in order to improve the braking performance of tires on the surface of the rain which is directly related to stability. The car tires slide on the surface of the road as the driver uses the brake system. At this time, the tread portion of the tire directly in contact with the road surface of the road suffers a lot of energy loss due to the frictional resistance. Since the wet slip resistance is formed by the tire movement of a relatively high frequency band compared to the frequency band at which rolling resistance is formed, the dynamic loss factor value near 0 ° C is a measure of this performance.
이와같이 상반된 타이어의 중요한 두 가지 특성을 만족시키기 위한 방법들로는, 에멀젼 중합 방법에 의한 스티렌-부타디엔 고무, 시스 함량이 높은 부타디엔 고무, 시스 함량이 낮은 부타디엔 고무, 천연 고무, 그리고 시스 함량이 높은 이소프렌 고무 등을 단독 혹은, 조합을 이루어서 원료고무로서 사용해 왔다. 그러나 이러한 원료고무를 사용하는 것은 위의 두 가지 성질을 동시에 만족시키기에는 역부족임이 판명되었다. As a means of satisfying the two important characteristics of these incompatible tires, styrene-butadiene rubber by emulsion polymerization method, butadiene rubber with high cis content, butadiene rubber with low cis content, natural rubber, and isoprene rubber with high cis content Has been used alone or in combination as raw material rubber. However, using these raw rubbers proved inadequate to satisfy both of the above properties.
한편, 높은 습윤 미끌림 저항 값을 얻기 위해서는, 스티렌 함량이 많은 스티 렌-부타디엔 고무(예를 들어, 스티렌 함량이 30중량% 정도인 것임)나 비닐 함량이 많은 부타디엔 고무(예를 들어, 비닐 함량이 60중량% 이상인 것임)의 양을 증가시키거나, 카본 블랙이나 오일과 같은 충진재의 양을 증가시켜주어야 한다. 하지만, 이 방법 역시 구름 저항 값을 증가시키는 결점을 안고 있다. On the other hand, in order to obtain a high wet slip resistance value, styrene-butadiene rubber having a high styrene content (for example, having a styrene content of about 30% by weight) or butadiene rubber having a high vinyl content (for example, having a high vinyl content Increase the amount of fillers such as carbon black or oil. However, this method also has the drawback of increasing the rolling resistance value.
용액중합법으로 제조된 고무를 타이어에 사용할 경우 특히 회전저항과 습윤저항 특성이 유화중합 스티렌-부타디엔 고무(SBR)에 비하여 월등히 우수하다. 또한 유기리튬 촉매를 이용하여 중합한 경우 분자말단에 여러 관능기를 도입하여 타이어에 사용되는 보강재(reinforcing material)인 카본블랙 및 실리카와의 상용성을 높여 내마모도(tread wear) 특성을 향상시킬 수 있고 회전 저항(rolling resistance)을 감소시킬 수 있으며, 또한 습윤저항(wet traction)을 향상시킬 수 있는 효과를 나타낸다. When rubber prepared by solution polymerization is used in tires, rotational and wet resistance properties are particularly excellent compared to emulsion-polymerized styrene-butadiene rubber (SBR). In addition, when polymerized using an organolithium catalyst, various functional groups are introduced at the end of the molecule to increase compatibility with carbon black and silica, which are reinforcing materials used in tires, and thus improve wear resistance and rotation. It can reduce the rolling resistance and also improve the wet traction.
용액중합을 통해 얻어진 공역디엔 폴리머에 대한 카본블랙 및 실리카와의 상용성을 높이기 위한 기존의 방법들을 살펴보면;Looking at existing methods to increase the compatibility with the carbon black and silica for the conjugated diene polymer obtained through solution polymerization;
먼저, 고무와 카본블랙과의 상용성을 증대시키기 위한 방법으로, 미합중국 특허 제4,555,548호에서는 분자말단을 아민 화합물의 일종인 아미노 벤조페논(amino benzophenone) 화합물로 변성시킴으로써 기존 고무보다 우수한 동적 특성과 기계적 물성을 획득하고자 한 방법이 개시되어 있다. 그러나 이러한 방법으로 제조된 고무는 배합시 가공성이 좋지 않고, 보관안정성의 중요요소인 저온 흐름성(cold flow)이 높아 장기보관의 문제점을 보이고 있다. 또한 이러한 고무를 보강재로서 실리카를 사용한 타이어(이하, 실리카 타이어라 함)에 사용할 경우 실리카와 상용 성이 적어 기계적 물성과 타이어의 동적특성(회전 및 습윤저항)이 떨어지는 단점이 있어 이를 실리카 타이어 제조에 사용하는 것은 큰장점이 없는 것으로 나타났다.First, in order to increase the compatibility between rubber and carbon black, U.S. Patent No. 4,555,548 discloses that the molecular end is modified with an amino benzophenone compound, which is a kind of amine compound, which has superior dynamic properties and mechanical properties. A method for obtaining physical properties is disclosed. However, the rubber produced by this method is poor in processability at the time of blending, and shows a problem of long-term storage due to high cold flow (cold flow) which is an important factor of storage stability. In addition, when the rubber is used for tires using silica as a reinforcing material (hereinafter referred to as silica tire), the rubber is less compatible with silica, and thus, mechanical properties and tire dynamic characteristics (rotation and wet resistance) are inferior. Use has been shown to have no major advantages.
미합중국 특허 제6,329,467호에서는 사염화 주석과 사염화 실리콘의 혼합물을 커플링제로 사용하여 카본블랙 배합물의 가공성과 회전저항을 감소시키기 위한 기술이 개시되어 있으나, 이렇게 제조된 중합물에는 보강재와의 상용성을 유도하는 기능성기가 존재하지 않기 때문에 실리카 배합물에서는 보강재와의 상용성이 낮아 실리카 타이어에 적합한 고무를 제조하기는 힘들다. 특히 사염화 주석 화합물은 배합시 가황촉진제로 사용되는 스테아린산에 의해 주석과 고분자의 결합을 해리시키기 때문에 실리카 배합물의 물성을 떨어뜨리는 문제점이 있다.U.S. Patent No. 6,329,467 discloses a technique for reducing the processability and rolling resistance of carbon black blends using a mixture of tin tetrachloride and silicon tetrachloride as a coupling agent, but the polymers thus prepared induce compatibility with reinforcements. The absence of functional groups makes it difficult to produce rubbers suitable for silica tires because of their low compatibility with reinforcements in silica formulations. In particular, since the tin tetrachloride compound dissociates the bond between the tin and the polymer by stearic acid used as a vulcanization accelerator in the compounding, there is a problem of deteriorating the physical properties of the silica compound.
또한 미합중국 특허 제6,133,388호에서는 분자의 양말단을 기능성기로 변성하여 보강재와의 상용성을 극대화시키는 기술이 소개되었으나, 이렇게 제조된 화합물은 분자구조가 선형성이어서 중합물의 저장 안정성의 지표인 저온흐름성(cold flow) 값이 높으며, 배합가공성도 떨어지는 문제점이 있다. In addition, U.S. Patent No. 6,133,388 introduces a technology for maximizing compatibility with reinforcing materials by modifying the sock end of a molecule into a functional group.However, the compound prepared in this way has a low molecular weight, which is an indicator of the storage stability of the polymer. The value of cold flow is high, and there is a problem in that the blendability is also poor.
미합중국 특허 제 6,013,718호에서는 분자의 말단을 실록산으로 치환하여 실리카와의 상용성을 유도하는 기술이 개시되어 있으나, 분자내에 치환된 실록산의 투입량이 적고 카본블랙과의 상용성을 유도하는 치환체가 고무내에 존재하지 않아 상업적으로 사용되고 있는 타이어에서는 회전저항 특성이 저하되는 문제점이 있다. U.S. Patent No. 6,013,718 discloses a technique for inducing compatibility with silica by substituting a terminal of a molecule with siloxane, but a substituent containing less amount of siloxane substituted in the molecule and inducing compatibility with carbon black is contained in rubber. There is a problem that the rolling resistance characteristics are deteriorated in a tire that is not used commercially.
이에 타이어 제조시 사용되는 충진재인 실리카와 카본블랙 모두에 혼화성이 우수하고, 기계적 물성과 동적 특성이 기존에 개발된 고분자 보다 개량된 고무를 이용한 타이어 트레드 조성물 개발이 요구되고 있다. Accordingly, there is a demand for development of a tire tread composition using rubber having excellent miscibility in both silica and carbon black, which are fillers used in tire production, and improved mechanical properties and dynamic properties than previously developed polymers.
이에 본 발명자들은 실리카와 상용성이 우수하면서 또한 카본블랙과도 상용성이 우수한 고무를 개발하기 위해 연구 노력하던 중, 리빙 중합체의 음이온과 반응가능한 다가성 폴리실록산 화합물을 사용하여 커플링시킨 다음 커플링되지 않은 활성 말단을 추가로 아민화합물로 변성시킨 고무를 원료고무 중 포함시킨 결과, 보강재로서 실리카 단독, 카본블랙 단독 또는 실리카-카본블랙의 혼합물을 사용한 고무 등에서 기존 고무보다 기계적 물성과 동적물성을 현저히 개선시킬 수 있음을 알게되어 본 발명을 완성하게 되었다. Accordingly, the present inventors have been researching to develop a rubber having excellent compatibility with silica and also excellent compatibility with carbon black, and then using a polyvalent polysiloxane compound capable of reacting with the anion of a living polymer, then coupling As a result of including rubber modified with an amine compound in an active end, which is not active, the raw material rubber contained mechanically and dynamic properties more remarkably than conventional rubber in rubbers using silica alone, carbon black alone or silica-carbon black mixtures as reinforcing materials. It has been found that the present invention can be improved to complete the present invention.
본 발명의 목적은 서로 다른 특성을 갖는 2원 관능기를 한 고무내에 도입하여 타이어용 실리카-카본블랙 배합에서 기존의 고무보다 기계적 물성과 동적 물성 및 저온흐름성을 현저히 향상시킬 수 있는 타이어 트레드용 고무조성물을 제공하는 데 있다. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to introduce a dual functional group having different characteristics into a rubber, and thus, a tire tread rubber that can significantly improve mechanical properties, dynamic properties, and low temperature flow properties in the silica-carbon black mixture for tires. It is to provide a composition.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 타이어 트레드용 고무조성물은 원료고무, 무기충진제, 유황 및 가황촉진제를 포함하는 것으로서, 이때 원료고무는 공역디엔계 단량체와 비닐 방향족 단량체를 탄화수소 용매 및 루이스 염기 하에서 유기리튬 촉매 존재 하에 공중합하여 활성말단에 다음 화학식 1로 표시되는 다가성 폴리실록산으로 리빙 중합체를 커플링한 후, 커플링되지 않은 활성 말단을 다음 화학식 2 또는 3으로 표시되는 화합물 중의 하나로써 연차적으로 변성시키는 단계를 거쳐 얻어진 말단변성 공역디엔계 공중합체를 전체 원료고무 고형분 함량 중 10 내지 100중량%로 포함하는 것임을 그 특징으로 한다. The rubber composition for tire treads of the present invention for achieving the above object includes a raw material rubber, an inorganic filler, sulfur and a vulcanization accelerator, wherein the raw rubber is a conjugated diene monomer and a vinyl aromatic monomer to a hydrocarbon solvent and a Lewis base. Copolymerization in the presence of an organolithium catalyst under the present invention couples the living polymer to the active end with the polyvalent polysiloxane represented by the following formula (1), and then the uncoupled active end is sequentially obtained as one of the compounds represented by the following formula (2) or (3). Characterized in that the terminal modified conjugated diene-based copolymer obtained through the step of modifying to 10 to 100% by weight of the total raw material rubber solid content.
상기 식에서, X는 불소, 염소, 브롬 또는 요오드와 같은 할로겐 원자이고; Y는 Si 또는 C 이고; R은 메틸, 에틸, 프로필기 등을 포함한 탄소 원자수 20이하의 저급 알킬기이며; R1은 R과 같거나, 수소원자, 할로겐으로 치환된 알킬기, 또는 할로겐으로 치환된 실란기이며; R2는 X 또는 R1과 같고; a는 1∼3이며, b는 (3-a)이며; c 는 1∼100; d는 1∼1000 이다.Wherein X is a halogen atom such as fluorine, chlorine, bromine or iodine; Y is Si or C; R is a lower alkyl group having 20 or less carbon atoms including methyl, ethyl, propyl, and the like; R 1 is the same as R, or a hydrogen atom, an alkyl group substituted with halogen, or a silane group substituted with halogen; R 2 is equal to X or R 1 ; a is 1 to 3, b is (3-a); c is 1 to 100; d is 1-1000.
상기 식에서, R3은 탄소원자수 20 이하의 저급 알킬기이며, Bz는 벤젠환이다.In which R 3 is It is a lower alkyl group of 20 or less carbon atoms, and Bz is a benzene ring.
상기 식에서, R4는 탄소원자수 20 이하의 저급 알킬기이다.Wherein R 4 is It is a lower alkyl group of 20 or less carbon atoms.
이와 같은 본 발명을 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.The present invention will be described in more detail as follows.
본 발명에 따른 타이어 트레드용 고무는 원료고무 중 적어도 10중량% 이상이 말단변성 공역디엔계 공중합체로 이루어진다.The tire tread rubber according to the present invention comprises at least 10% by weight or more of the end-modified conjugated diene copolymer of the raw material rubber.
말단변성 공역디엔계 공중합체는 공역디엔계 단량체와 비닐 방향족 단량체를 탄화수소 용매 및 루이스 염기 하에서 유기리튬 촉매 존재 하에 공중합하여 활성말단에 상기 화학식 1로 표시되는 다가성 폴리실록산으로 리빙 중합체를 커플링한 후, 커플링되지 않은 활성 말단을 상기 화학식 2 또는 3으로 표시되는 화합물 중의 하나로써 연차적으로 변성시키는 단계를 거쳐 얻어진 것이다. The terminally modified conjugated diene copolymer is a copolymer of a conjugated diene monomer and a vinyl aromatic monomer in the presence of an organolithium catalyst under a hydrocarbon solvent and a Lewis base to couple a living polymer to a polyhydric polysiloxane represented by Formula 1 at the active end thereof. , Which is obtained through a step of annually denaturing an uncoupled active end with one of the compounds represented by Formula 2 or 3 above.
이때 사용되는 공역디엔계 단량체는 부타디엔 또는 이소프렌 화합물류이며, 비닐방향족 화합물은 스티렌 또는 알파메틸 스티렌류를 들 수 있다. 공중합체는 일반적으로 비닐 방향족계 화합물이 5∼50중량%, 공역디엔계 화합물이 50∼95중량%의 조성이 적합하며, 스티렌계 화합물의 함량이 5중량% 미만인 경우는 내마모도 및 습윤저항 특성향상을 기대할 수 없으며, 50중량% 초과인 경우는 내마모도와 발열특성의 향상을 기대할 수 없다. The conjugated diene monomer used at this time is a butadiene or isoprene compound, and a vinyl aromatic compound is styrene or alphamethyl styrene. Copolymers generally have a composition of 5 to 50% by weight of vinyl aromatic compounds and 50 to 95% by weight of conjugated diene compounds, and when the content of styrene compounds is less than 5% by weight, the wear resistance and the wet resistance are improved. If it is more than 50% by weight can not be expected to improve the wear resistance and exothermic properties.
상기의 단량체를 유기 리튬 촉매의 존재 하에서 탄화수소 용매 중에서 공중합하는 통상의 과정을 거친다. 리빙중합체 형성 시 유기 리튬 촉매로는 적어도 1개 이상의 리튬원자를 결합한 탄화수소, 예를 들면 에틸 리튬, 프로필 리튬, n-부틸 리튬, sec-부틸 리튬, tert-부틸 리튬, 페닐 리튬, 프로페닐 리튬, 헥실 리튬, 1,4-디리티오-n-부탄, 1,3-디(2-리티오-2-헥실)벤젠 등을 들 수가 있으며, 특히 바 람직하기로는, n-부틸 리튬, sec-부틸 리튬을 들 수 있다. 이같은 유기 리튬 촉매는 1종 뿐 아니라 2종 이상의 혼합물로서도 사용될 수 있다. 유기 리튬 촉매의 사용량은 생성 중합체의 목표 분자량에 따라 달라질 수 있으나, 통상 단량체 100g당 0.1∼5밀리몰, 바람직하기는 0.3∼3밀리몰 되도록 사용될 수 있다. The monomer is subjected to the conventional procedure of copolymerizing the monomer in a hydrocarbon solvent in the presence of an organolithium catalyst. The organolithium catalyst in forming the living polymer may be a hydrocarbon having at least one lithium atom, such as ethyl lithium, propyl lithium, n-butyl lithium, sec-butyl lithium, tert-butyl lithium, phenyl lithium, propenyl lithium, Hexyl lithium, 1,4-dirithio-n-butane, 1,3-di (2-lithio-2-hexyl) benzene, and the like, and particularly preferably n-butyl lithium and sec-butyl. Lithium. Such an organolithium catalyst may be used not only as one kind but also as a mixture of two or more kinds. The amount of the organolithium catalyst used may vary depending on the target molecular weight of the resulting polymer, but can be used to generally 0.1 to 5 mmol, preferably 0.3 to 3 mmol, per 100 g of the monomer.
중합에 사용되는 탄화수소 용매로서는, n-헥산, n-헵탄, iso-옥탄, 시클로헥산, 메틸시클로펜탄, 벤젠, 톨루엔 등을 들 수가 있으며, 특히 바람직하기로는 n-헥산, n-헵탄, 시클로헥산 등을 들 수 있다. Hydrocarbon solvents used for the polymerization include n-hexane, n-heptane, iso-octane, cyclohexane, methylcyclopentane, benzene, toluene, and the like, and particularly preferably n-hexane, n-heptane, cyclohexane Etc. can be mentioned.
용액중합시 단량체들은 탄화수소 용매 내에서 5∼40중량%로 존재한다. 더 바람직하게는 약 10∼25중량%의 단량체를 함유하는 것이 유리하다. In solution polymerization, the monomers are present in the hydrocarbon solvent at 5 to 40% by weight. More preferably it is advantageous to contain about 10 to 25% by weight of monomers.
중합반응은 중합용액에 유기리튬 화합물과 루이스 염기를 가하여 개시시킨다. 중합물의 미세구조 조절을 위해 사용되는 루이스 염기 화합물로는 테트라하이드로퓨란, N, N, N, N-테트라 메틸에틸렌디아민(TMEDA), 디-n-프로필 에테르(di-n-propyl ether), 디이소프로필 에테르(di-isopropyl ether), 디-n-부틸 에테르(di-n-butyl ether), 에틸부틸 에테르(ethyl butyl ether), 트리에틸렌 글리콜(triethylene glycol), 1,2-디메톡시벤젠(1,2-dimethoxybenzene), 트리메틸아민(trimethylamine), 트리에틸아민(triethylamine)을 통상적으로 사용하며, 이중 테트라하이드로퓨란, N, N, N, N-테트라 메틸에틸렌디아민이 바람직하다. 루이스 염기의 사용량은 중합에 사용되는 탄화수소 용매에 대하여 약 50ppm 내지 45,000ppm 범위 내에서 사용되는 것이 바람직하다.The polymerization reaction is initiated by adding an organolithium compound and a Lewis base to the polymerization solution. Lewis base compounds used to control the microstructure of the polymer include tetrahydrofuran, N, N, N, N-tetra methylethylenediamine (TMEDA), di-n-propyl ether, di Di-isopropyl ether, di-n-butyl ether, ethyl butyl ether, triethylene glycol, 1,2-dimethoxybenzene ( 1,2-dimethoxybenzene), trimethylamine and triethylamine are commonly used, of which tetrahydrofuran, N, N, N, and N-tetra methylethylenediamine are preferred. The amount of Lewis base is preferably used in the range of about 50 ppm to 45,000 ppm with respect to the hydrocarbon solvent used for the polymerization.
전형적인 중합반응 개시온도는 약 0∼60℃ 사이에서 유지하는 바, 바람직한 개시온도는 5∼50℃를 유지하는 것이다. 만일 중합반응 개시온도가 0℃보다 낮을 경우 용액의 점도가 반응이 진행됨에 따라 급격히 상승하여 원활한 반응이 어렵고 반응속도가 매우 느려 비경제적이며, 60℃보다 높은 경우는 반응온도가 급격히 상승하여 반응기 온도 조절이 용이치 않다. 반응압력은 1∼10kgf/㎠가 적절하다. Typical polymerization initiation temperatures are maintained between about 0 and 60 ° C., with preferred initiation temperatures being maintained between 5 and 50 ° C. If the initiation temperature of the polymerization reaction is lower than 0 ℃, the viscosity of the solution rises rapidly as the reaction proceeds, so that the smooth reaction is difficult and the reaction rate is very slow, it is uneconomical, if it is higher than 60 ℃, the reaction temperature rises rapidly and the reactor temperature It is not easy to adjust. The reaction pressure is suitably 1 to 10 kgf / cm 2.
중합반응은 단량체 모두가 공중합체로 전환될 때까지 충분한 시간동안 진행하는 바, 다시 말해 중합반응은 높은 전환율이 실현될 때까지 실행하는 것이 바람직하다. 통상적으로 반응시간은 30분∼200분 사이가 적절하다. The polymerization reaction proceeds for a sufficient time until all of the monomers are converted into the copolymer, that is, the polymerization reaction is preferably performed until a high conversion rate is realized. Usually, the reaction time is suitably between 30 minutes and 200 minutes.
이와 같은 용액중합 반응이 완료되는 시점에 리빙중합체의 말단을 상기 화학식 1로 표시되는 다가성 폴리실록산 화합물로 커플링시킨 후 연차적으로 상기 화학식 2 또는 3으로 표시되는 화합물 중의 하나를 이용하여 중합물의 잔여 활성말단을 모두 변성시킨다. At the time when the solution polymerization reaction is completed, the terminal of the living polymer is coupled to the polyvalent polysiloxane compound represented by Chemical Formula 1, and then the residue of the polymer is sequentially used by using one of the compounds represented by Chemical Formula 2 or 3 above. Denature all active ends.
상기 화학식 1로 표시되는 다가성 폴리실록산 화합물의 구체적인 예로는 α,ω-비스(2-트리클로로실릴에틸)폴리디메틸실록산, α,ω-비스(2-디클로로메틸실릴에틸)폴리디메틸실록산, α,ω-비스(2-클로로디메틸실릴에틸)폴리디메틸실록산 등을 들 수 있다. 이같은 다가성 폴리실록산 화합물은 통상의 폴리실록산과는 달리 양말단에 극성기를 함유하므로 리빙중합체 음이온과 반응이 가능하다. Specific examples of the polyvalent polysiloxane compound represented by Chemical Formula 1 include α, ω-bis (2-trichlorosilylethyl) polydimethylsiloxane, α, ω-bis (2-dichloromethylsilylethyl) polydimethylsiloxane, α, ω-bis (2-chlorodimethylsilylethyl) polydimethylsiloxane and the like. Such polyvalent polysiloxane compounds, unlike conventional polysiloxanes, contain a polar group at the sock end, and thus can react with living polymer anions.
다가성 폴리실록산 화합물의 사용량은 리빙중합체 1몰을 기준으로 하여 0.01∼0.5몰이며, 바람직하게는 0.05∼0.2몰이다. The usage-amount of a polyhydric polysiloxane compound is 0.01-0.5 mol with respect to 1 mol of living polymers, Preferably it is 0.05-0.2 mol.
이와 같은 다가성 폴리실록산 화합물로 리빙중합체 말단을 커플링할 때 커플링율은 일반적으로 30∼70% 범위이며, 커플링되지 않은 나머지 리빙중합체 말단은 알코올 또는 물과 같은 protic solvent에 의해 수소로 치환되어 통상적으로 실활 된다. When coupling the living polymer ends with such polyvalent polysiloxane compounds, the coupling ratio is generally in the range of 30 to 70%, and the remaining uncoupled living polymer ends are replaced with hydrogen by a protic solvent such as alcohol or water. I am inactivated.
이러한 방법으로 제조된 공중합체는 무기물인 실리카와 친화력이 우수한 특성을 보이고 상온에서 고무의 저온흐름성 제어가 우수하나, 카본블랙과의 친화력을 향상시키는데는 한계가 있다. 또한, 커플링되지 않은 리빙중합체를 보다 효율적으로 활용할 방안도 필요하다. The copolymer prepared in this way shows excellent affinity with inorganic silica and excellent control of low temperature flow of rubber at room temperature, but has a limitation in improving affinity with carbon black. There is also a need for more efficient use of uncoupled living polymers.
이에, 다가성 폴리실록산 화합물로 커플링된 공중합체의 경우 카본블랙과의 친화력이 떨어지는 문제를 해결하면서 커플링되지 않은 리빙중합체 말단을 효율적으로 활용할 수 있는 방안으로서, 상기 화학식 2 또는 3으로 표시되는 화합물로 연차적으로 변성시키는 방안을 도입한 것이다. Thus, in the case of a copolymer coupled with a polyvalent polysiloxane compound, as a method of efficiently utilizing the uncoupled living polymer terminal while solving a problem of inferior affinity with carbon black, the compound represented by Formula 2 or 3 As a result, a method of annual degeneration was introduced.
즉, 다가성 폴리실록산으로 처리되지 않은 활성 말단을 연차적으로 상기 화학식 2 또는 3으로 표시되는 화합물을 이용하여 활성 말단과 동일 몰량(equimolar amount) 이상으로 첨가하여 비 활성화시킨다. In other words, the active ends not treated with the polyvalent polysiloxane are sequentially inactivated by adding at least the same molar amount (equimolar amount) as the active ends using the compound represented by Formula 2 or 3 above.
화학식 2로 표시되는 화합물의 구체적인 예로는 디메틸아미노벤조페논, 디에틸아미노벤조페논을 들 수 있고, 화학식 3으로 표시되는 화합물의 구체적인 예로는 1-메틸-2-피롤리디논, 1-에틸-2-피놀리디논 등을 들 수 있으며, 이중 디에틸아미노벤조페논 및 1-메틸-2-피롤리디논 화합물이 가장 바람직하다. Specific examples of the compound represented by the formula (2) include dimethylaminobenzophenone and diethylaminobenzophenone. Specific examples of the compound represented by the formula (3) include 1-methyl-2-pyrrolidinone and 1-ethyl-2. -Pinolidinone, and the like, of which diethylaminobenzophenone and 1-methyl-2-pyrrolidinone compound are most preferred.
그런데 활성 말단을 화학식 2 또는 3으로 표시되는 화합물로만 변성시키게 되면 실리카와의 친화력을 유도하는 작용기가 없어, 실리카 타이어에서는 그 사용의 한계성이 있으며, 특히 보관안정성의 중요요소인 저온흐름성이 높아 장기보관의 문제점이 따르나, 본 발명에서와 같이 다가 폴리실록산으로 커플링을 수행하게되면, 커플링된 공중합체의 주쇄의 움직임은 커플링되지 않은 상태보다 움직임이 제한을 받기 때문에 상온에서 저온흐름성을 현저히 향상시켜 보관안정성 문제를 해결할 수 있다.However, if the active end is modified only with a compound represented by the formula (2) or (3), there is no functional group that induces affinity with silica, and there is a limit to its use in silica tires. Although there is a problem of storage, when the coupling is carried out with the polyvalent polysiloxane as in the present invention, the movement of the main chain of the coupled copolymer is significantly lower than the uncoupled state, so that the low temperature flowability is significantly lower. It can be improved to solve storage stability problems.
또한, 활성 말단을 화학식 2 또는 3으로 표시되는 화합물로 변성시키게 되면 고무와 카본블랙과의 상용성이 증대되는 바, 결과적으로 본 발명에 따라 얻어진 공중합체는 실리카와 카본블랙 모두에 상용성이 좋다. In addition, when the active terminal is modified with a compound represented by the formula (2) or (3), the compatibility between rubber and carbon black increases. As a result, the copolymer obtained according to the present invention has good compatibility with both silica and carbon black. .
만일, 타이어용 고무에 있어서 보강재로서 실리카를 위주로 하는 배합고무라면 다가성 폴리실록산의 커플링율을 향상시키는 방향으로 제조과정이 수행되면 바람직하고, 카본블랙 위주의 배합고무라면 다가성 폴리실록산의 커플링율이 높지 않다 하더라도 후속적인 아민 변성에 따라서 제조과정을 수행할 수 있다. In the case of a rubber compound for tires, if the rubber is mainly used as a reinforcing material, the manufacturing process is preferably performed in a direction of improving the coupling rate of the polyvalent polysiloxane, and if the rubber is mainly carbon black, the coupling rate of the polyvalent polysiloxane is not high. If not, the preparation can be performed according to subsequent amine denaturation.
본 발명에서는 실리카와 카본블랙 혼합물의 배합고무를 위주로 하여 커플링율이 50% 정도인 것으로 기재되어 있으나, 당 업계의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상 범주 내에서 다양한 변형이 가능함은 물론이다. In the present invention, the coupling ratio of the silica and carbon black mixture is mainly described as about 50%, but those skilled in the art can be variously modified within the technical scope of the present invention. to be.
얻어진 중합체의 무늬점도(ML1+4@100)는 20∼200 사이의 값을 보이며, 바람직하게는 30∼160 사이이다. 미세구조 중 공역디엔계 화합물의 비닐함량은 10∼90중량%이며, 바람직하게는 30∼80중량%이다.The pattern viscosity (ML 1 + 4 @ 100) of the obtained polymer shows the value between 20-200, Preferably it is between 30-160. The vinyl content of the conjugated diene compound in the microstructure is 10 to 90% by weight, preferably 30 to 80% by weight.
본 발명에서 합성된 중합체의 분석은 NMR(nuclear magnetic resonance)을 이용하여 공역디엔 화합물의 미세구조와 공역디엔 화합물과 방향족 비닐 화합물의 조 성비, 공역디엔 화합물과 방향족 비닐 화합물의 랜덤 및 블록비율을 분석하였으며, 커플링수(CN), 커플링효율(CE), 분자량(Mw), 분자량분포도(Mwd)는 GPC(Gel permeation chromatography)를 이용하여 분석하였다. 고무의 무늬점도는 무늬점도기를 이용하여 분석하였다.Analysis of the polymer synthesized in the present invention is to analyze the microstructure of conjugated diene compound, composition ratio of conjugated diene compound and aromatic vinyl compound, random and block ratio of conjugated diene compound and aromatic vinyl compound using NMR (nuclear magnetic resonance) Coupling number (CN), coupling efficiency (CE), molecular weight (Mw) and molecular weight distribution (Mwd) were analyzed using GPC (Gel permeation chromatography). The pattern viscosities of the rubber were analyzed using a pattern viscometer.
이와같이 얻어진 중합체를 원료고무로 하는 타이어 트레드 고무 조성물에 있어서, 말단변성 공역디엔계 공중합체는 원료고무 중 10 내지 100중량%인 것이 바람직하다. 만일 원료고무 중 말단변성 공역디엔계 공중합체의 함량이 10중량% 미만이면 원하는 수준의 습윤저항과 회전저항의 값을 충분히 얻을 수 없는 문제가 있다. In the tire tread rubber composition using the polymer thus obtained as the raw material rubber, it is preferable that the terminally modified conjugated diene copolymer is 10 to 100% by weight in the raw material rubber. If the content of the terminally modified conjugated diene copolymer in the raw material rubber is less than 10% by weight there is a problem that the desired level of wet resistance and rotational resistance can not be obtained sufficiently.
이같은 말단변성 공역디엔계 공중합체 외에 원료고무로는 통상의 타이어 트레드용 고무의 원료고무들을 포함하는 바, 일예로는 천연고무, 폴리부타디엔 고무(BR), 합성 폴리이소프렌 고무(IR), 및 스티렌-부타디엔 고무(SBR) 등을 들 수 있다. In addition to such end-modified conjugated diene-based copolymer, the raw material rubber includes raw material rubbers of rubber for general tire tread, and examples thereof include natural rubber, polybutadiene rubber (BR), synthetic polyisoprene rubber (IR), and styrene. Butadiene rubber (SBR) etc. are mentioned.
이같은 원료고무 100중량부에 대해 무기충진재를 10 내지 100중량부 되도록 포함할 수 있는 바, 무기충진재는 실리카, 카본블랙 단독 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 무기충진재의 함량이 원료고무 100중량부에 대해 10중량부 미만이면 원하는 수준의 발열 감소 및 습윤저항특성을 얻을 수 없으며, 100중량부를 초과하면 타이어의 내마모성 및 전도도를 저하시키는 문제가 있을 수 있다. The inorganic filler may be included in an amount of 10 to 100 parts by weight based on 100 parts by weight of such raw rubber, and the inorganic filler may be silica, carbon black alone, or a mixture thereof. If the content of the inorganic filler is less than 10 parts by weight based on 100 parts by weight of the raw material rubber, the desired level of heat reduction and wetting resistance may not be obtained. If the content of the inorganic filler exceeds 100 parts by weight, there may be a problem of reducing the wear resistance and conductivity of the tire.
그리고 유황을 원료고무 100중량부에 대해 0.1 내지 5중량부로 포함하는 바, 유황의 함량이 원료고무 100중량부에 대해 0.1중량부 미만이면 충분한 가황이 되지 않아 기계적 물성이 낮아 마모도 특성이 저하되며 5중량부를 초과하면 과가교가 이 루어져 모듈러스 상승, 마모도 상승의 문제가 있을 수 있다. In addition, since sulfur is included in an amount of 0.1 to 5 parts by weight based on 100 parts by weight of the raw material rubber, when the content of sulfur is less than 0.1 part by weight based on 100 parts by weight of the raw material rubber, it is not sufficiently vulcanized. Exceeding the weight part may result in over-crosslinking, which may result in an increase in modulus and wear.
그밖에 통상의 타이어 트레드용 고무 조성물에 첨가되는 배합제들을 포함할 수 있음은 물론인 바, 예를 들어 스테아린산, 산화아연, 프로세스 오일, 그리고 실리카를 무기충진재로 포함하는 경우 실란 커플링제 등을 포함할 수 있다. In addition, the present invention may include compounding agents added to a rubber composition for a tire tread, for example, and include a silane coupling agent when stearic acid, zinc oxide, process oil, and silica are included as inorganic fillers. Can be.
본 발명을 실시 예로 상세하게 설명하면 다음과 같다. 다음 실시 예는 본 발명에 따른 SBR 랜덤 공중합체의 제조방법과 커플링정도, 무늬점도 및 중합체내의 비닐결합 생성정도에 대하여 설명하고 있다. 여기에 기재된 실시 예는 본 발명의 설명을 위한 목적일 뿐 본 발명의 범위를 제한하려는 의도로 제공되는 것은 아니다. 특별한 언급이 없는 한 모든 백분율(%)은 중량기준으로 한다.The present invention will be described in detail with reference to Examples. The following example illustrates the preparation method of the SBR random copolymer according to the present invention, the degree of coupling, the pattern viscosity, and the degree of vinyl bond formation in the polymer. The embodiments described herein are for the purpose of illustrating the invention only and are not intended to limit the scope of the invention. All percentages are by weight unless otherwise indicated.
제조예Production Example 1 One
스티렌 150g, 1,3-부타디엔 438g과 사이클로헥산 2,400g을 10L 스테인레스 반응기에 공급한 후 테트라하이드로퓨란 84g을 반응기에 투입하였다. 투입이 완료되면 교반기를 돌리면서 반응기 내부온도를 25℃로 조절하였다. 반응기 온도가 설정한 온도에 도달하면 n-부틸리튬 4mmol을 반응기에 투입하여 단열 승온 반응을 진행시켰다. 중합반응 정도는 반응온도변화를 관찰하여 결정하며, 반응도중 소량의 반응물을 수시로 취하여 단량체 비율과 반응 전환율을 분석하였다. 반응온도가 최고온도에 도달할 시점에 반응말단을 부타디엔으로 치환시키기 위하여 추가 1,3-부타디엔 12g을 투입하였다. 150 g of styrene, 438 g of 1,3-butadiene, and 2,400 g of cyclohexane were fed to a 10 L stainless reactor, followed by 84 g of tetrahydrofuran. When the addition was completed, the temperature inside the reactor was adjusted to 25 ° C. while turning the stirrer. When the reactor temperature reached the set temperature, 4 mmol of n-butyllithium was added to the reactor to proceed with the adiabatic heating reaction. The degree of polymerization was determined by observing the reaction temperature change, and a small amount of the reactant was taken from time to time to analyze the monomer ratio and the reaction conversion rate. When the reaction temperature reached the maximum temperature, 12 g of additional 1,3-butadiene was added to replace the reaction terminal with butadiene.
추가 부타디엔 공급이 완료되면 수평균분자량(Mn) 1,345인 커플링제 α,ω- 비스(2-트리클로로실릴에틸) 폴리디메틸실록산 0.5mmol을 반응기에 공급한 후 일정시간 방치하여 커플링 반응을 진행시켰다. When the additional butadiene supply was completed, 0.5 mmol of the coupling agent α, ω-bis (2-trichlorosilylethyl) polydimethylsiloxane having a number average molecular weight (Mn) of 1,345 was supplied to the reactor, and the coupling reaction was then allowed to stand for a predetermined time. .
커플링 반응이 끝나면 4, 4-디에틸아미노벤조페논 2mmol을 반응기에 투입하여 커플링되지 않은 활성말단을 4, 4-디에틸아미노벤조페논으로 치환시킨 후 산화방지제인 BHT(부틸레이티드 하이드록시 톨루엔) 6g(1phr)을 반응기에 투입하여 반응을 종료시켰다. 상기 중합물을 스팀으로 가열된 온수에 넣고 교반하여 용매를 제거한 다음 롤 건조하여 잔량의 용매와 물을 제거하였다. After the coupling reaction was completed, 2mmol of 4,4-diethylaminobenzophenone was added to the reactor to replace the uncoupled active terminal with 4,4-diethylaminobenzophenone, followed by antioxidant BHT (butylated hydroxy). 6 g (1 phr) of toluene) was added to the reactor to terminate the reaction. The polymer was poured into hot water heated with steam, stirred to remove the solvent, and then roll dried to remove the residual amount of solvent and water.
NMR을 이용하여 분자 미세구조를, GPC를 이용하여 분자량, 커플링수, 커플링율 및 분자량분포도를 cold flow meter를 이용하여 저온흐름성을 측정하였으며, 고무의 동적 특성은 DMTA를 이용하여 분석하였다. 그 결과를 다음 표 1에 나타내었다. The molecular microstructure using NMR, the molecular weight, the number of coupling, the coupling ratio and the molecular weight distribution were measured by cold flow meter using GPC, and the dynamic properties of rubber were analyzed by DMTA. The results are shown in Table 1 below.
제조예Production Example 2 2
상기 제조예 1과 같은 방법으로 공중합체를 제조하되, n-부틸리튬 3.4mmol을 투입하여 반응을 진행하며, 추가 부타디엔 공급이 완료되면 수평균분자량(Mn) 1,345인 커플링제 α,ω-비스(2-트리클로로실릴에틸) 폴리디메틸실록산 0.3mmol을 반응기에 공급한 후 커플링 반응을 진행시켰다. The copolymer was prepared in the same manner as in Preparation Example 1, but 3.4 mmol of n-butyllithium was added to proceed with the reaction. When the addition of butadiene was completed, the coupling agent α, ω-bis (Mn) having a number average molecular weight (Mn) of 1,345 ( 2-trichlorosilylethyl) 0.3 mmol of polydimethylsiloxane was fed to the reactor, followed by coupling reaction.
커플링 반응이 끝나면 4, 4-디에틸아미노벤조페논 2.2mmol을 반응기에 투입하여 커플링되지 않은 활성말단을 4, 4-디에틸아미노벤조페논으로 치환시킨 후 산화방지제인 BHT 6g(1phr)을 반응기에 투입하여 반응을 종료시켰다. 반응종료 후 중합물은 상기 제조예 1과 같은 방법으로 처리하였으며, 중합물에 대한 분석결과는 다음 표 1에 나타내었다.After the coupling reaction was completed, 2.2 mmol of 4,4-diethylaminobenzophenone was added to the reactor to replace the uncoupled active terminal with 4,4-diethylaminobenzophenone, followed by 6 g (1 phr) of antioxidant BHT. The reaction was terminated by adding to the reactor. After completion of the reaction, the polymer was treated in the same manner as in Preparation Example 1, and the analysis results for the polymer are shown in Table 1 below.
제조예Production Example 3 3
상기 제조예 1과 같은 방법으로 공중합체를 제조하되, n-부틸리튬 4.6mmol을 투입하여 반응을 진행하며 추가 부타디엔 공급이 완료되면 수평균분자량(Mn) 1,345인 커플링제 α,ω-비스(2-트리클로로실릴에틸) 폴리디메틸실록산 0.75mmol을 반응기에 공급한 후 일정시간 방치하여 커플링 반응을 진행시켰다. Prepare a copolymer in the same manner as in Preparation Example 1, but proceed with the reaction by adding 4.6mmol of n-butyllithium and the coupling agent α, ω-bis (2) having a number average molecular weight (Mn) of 1,345 when the addition of butadiene is completed -Trichlorosilylethyl) 0.75 mmol of polydimethylsiloxane was fed to the reactor, and then allowed to stand for a certain time to proceed with the coupling reaction.
커플링 반응이 끝나면 4, 4-디에틸아미노벤조페논 1.6mmol을 반응기에 투입하여 커플링되지 않은 활성말단을 4, 4-디에틸아미노벤조페논으로 치환시킨 후 산화방지제인 BHT 6g(1phr)을 반응기에 투입하여 반응을 종료시켰다. 반응종료 후 중합물은 상기 제조예 1과 같은 방법으로 처리하였으며, 중합물에 대한 분석결과는 다음 표 1에 나타내었다.After the coupling reaction was completed, 1.6 mmol of 4,4-diethylaminobenzophenone was added to the reactor to replace the uncoupled active terminal with 4,4-diethylaminobenzophenone, followed by 6 g (1 phr) of antioxidant BHT. The reaction was terminated by adding to the reactor. After completion of the reaction, the polymer was treated in the same manner as in Preparation Example 1, and the analysis results for the polymer are shown in Table 1 below.
제조예Production Example 4 4
상기 제조예 1과 같은 방법으로 공중합체를 제조하되, 커플링반응이 끝나면 1-메틸-2-피놀리디논 2mmol을 반응기에 투입하여 커플링되지 않은 활성말단을 1-메틸-2-피놀리디논으로 치환시킨 후 산화방지제인 BHT 6g(1phr)을 반응기에 투입하여 반응을 종료시켰다. 반응종료 후 중합물은 상기 제조예 1과 같은 방법으로 처리하였으며, 중합물에 대한 분석결과는 다음 표 1에 나타내었다.Prepare a copolymer in the same manner as in Preparation Example 1, but when the coupling reaction is completed, 1 mmol of 1-methyl-2-pinolidinone is added to the reactor to terminate the uncoupled active terminal 1-methyl-2-pinolidinone After the substitution, 6 g (1 phr) of antioxidant BHT was added to the reactor to terminate the reaction. After completion of the reaction, the polymer was treated in the same manner as in Preparation Example 1, and the analysis results for the polymer are shown in Table 1 below.
제조예Production Example 5 5
상기 제조예 4와 같은 방법으로 공중합체를 제조하되, 투입되는 n-부틸리튬 3.4mmol을 투입하여 반응을 진행하며, 추가 부타디엔 공급이 완료되면 수평균분자 량(Mn) 1,345인 커플링제 α,ω-비스(2-트리클로로실릴에틸) 폴리디메틸실록산 0.3mmol을 반응기에 공급한 후 커플링 반응을 진행시켰다. The copolymer was prepared in the same manner as in Preparation Example 4, but the reaction proceeded by adding 3.4 mmol of n-butyllithium, and when the addition of butadiene was completed, the coupling agent α, ω having a number average molecular weight (Mn) of 1,345. 0.3 mmol of bis (2-trichlorosilylethyl) polydimethylsiloxane was fed to the reactor, followed by coupling reaction.
커플링 반응이 끝나면 1-메틸-2-피놀리디논 2.2mmol을 반응기에 투입하여 커플링되지 않은 활성말단을 1-메틸-2-피놀리디논으로 치환시킨 후 산화방지제인 BHT 6g(1phr)을 반응기에 투입하여 반응을 종료시켰다. 반응종료 후 중합물은 상기 제조예 1과 같은 방법으로 처리하였으며, 중합물에 대한 분석결과는 다음 표 1에 나타내었다.After the coupling reaction was completed, 2.2 mmol of 1-methyl-2-pinolidinone was added to the reactor to replace the uncoupled active terminal with 1-methyl-2-pinolidinone, followed by 6 g (1 phr) of antioxidant BHT. The reaction was terminated by adding to the reactor. After completion of the reaction, the polymer was treated in the same manner as in Preparation Example 1, and the analysis results for the polymer are shown in Table 1 below.
제조예Production Example 6 6
상기 제조예 4와 같은 방법으로 공중합체를 제조하되, n-부틸리튬 4.6mmol을 투입하여 반응을 진행하며 추가 부타디엔 공급이 완료되면 수평균분자량(Mn) 1,345인 커플링제 α,ω-비스(2-트리클로로실릴에틸) 폴리디메틸실록산 0.75mmol을 반응기에 공급한 후 일정시간 방치하여 커플링 반응을 진행시켰다. A copolymer was prepared in the same manner as in Preparation Example 4, but the reaction was carried out by adding 4.6 mmol of n-butyllithium, and the coupling agent α, ω-bis (2) having a number average molecular weight (Mn) of 1,345 was completed. -Trichlorosilylethyl) 0.75 mmol of polydimethylsiloxane was fed to the reactor, and then allowed to stand for a certain time to proceed with the coupling reaction.
커플링 반응이 끝나면 1-메틸-2-피놀리디논 1.6mmol을 반응기에 투입하여 커플링되지 않은 활성말단을 1-메틸-2-피놀리디논으로 치환시킨 후 산화방지제인 BHT 6g(1phr)을 반응기에 투입하여 반응을 종료시켰다. 반응종료 후 중합물은 상기 제조예 1과 같은 방법으로 처리하였으며, 중합물에 대한 분석결과는 다음 표 1에 나타내었다.After the coupling reaction was completed, 1.6 mmol of 1-methyl-2-pinolidinone was added to the reactor to replace the uncoupled active terminal with 1-methyl-2-pinolidinone, followed by 6 g (1 phr) of antioxidant BHT. The reaction was terminated by adding to the reactor. After completion of the reaction, the polymer was treated in the same manner as in Preparation Example 1, and the analysis results for the polymer are shown in Table 1 below.
비교제조예Comparative Production Example 1 One
상기 제조예 1과 같은 방법으로 공중합체를 제조하되, 커플링 반응이 끝난 후 산화방지제인 BHT 6g(1phr)을 반응기에 투입하여 반응을 종료시켰다. 반응종료 후 중합물은 상기 제조예 1과 같은 방법으로 처리하였으며, 중합물에 대한 분석결과는 다음 표 1에 나타내었다.A copolymer was prepared in the same manner as in Preparation Example 1, but after completion of the coupling reaction, 6 g (1 phr) of antioxidant BHT was added to the reactor to terminate the reaction. After completion of the reaction, the polymer was treated in the same manner as in Preparation Example 1, and the analysis results for the polymer are shown in Table 1 below.
비교제조예Comparative Production Example 2 2
상기 제조예 1과 같은 방법으로 반응을 진행하되 n-부틸리튬 2.3mmol을 투입하여 반응을 진행하며, 추가 1,3-부타디엔 투입이 완료되면 4, 4,-비스-디에틸 아미노 벤조페논 2.3mmol을 반응기에 투입하여 활성말단을 4, 4,-비스-디에틸 아미노 벤조페논으로 모두 말단 변성하였다. 말단변성 완료 후 산화방지제인 BHT 6g(1phr)을 반응기에 투입한 후 제조예 1과 같은 방법으로 중합물을 처리하였으며, 이에 대한 분석결과는 다음 표 1에 나타내었다. The reaction was carried out in the same manner as in Preparation Example 1, but the reaction proceeded by adding 2.3mmol of n-butyllithium, and 2.3mmol of 4,4, -bis-diethylamino benzophenone when the addition of 1,3-butadiene was completed. Was injected into the reactor, and the active ends were all terminally modified with 4, 4, -bis-diethyl amino benzophenone. After the end denaturation was completed, 6 g (1 phr) of antioxidant BHT was added to the reactor and the polymer was treated in the same manner as in Preparation Example 1, and the analysis results thereof are shown in Table 1 below.
비교제조예Comparative Production Example 3 3
상기 제조예 1과 같은 방법으로 반응을 진행하되, 추가 1,3-부타디엔 투입이 완료되면 1-메틸 -2-피롤리디논 2.3mmol을 반응기에 투입하여 활성말단을 1-메틸 -2-피롤리디논으로 모두 말단 변성하였다. 말단변성 완료 후 산화방지제인 BHT 6g(1phr)을 반응기에 투입한 후 제조예 1과 같은 방법으로 중합물을 처리하였으며, 이에 대한 분석결과는 다음 표 1에 나타내었다. The reaction was conducted in the same manner as in Preparation Example 1, but when additional 1,3-butadiene was added, 2.3 mmol of 1-methyl-2-pyrrolidinone was added to the reactor to activate 1-methyl-2-pyrroli. Terminal denatured all with dinon. After the end denaturation was completed, 6 g (1 phr) of antioxidant BHT was added to the reactor and the polymer was treated in the same manner as in Preparation Example 1, and the analysis results thereof are shown in Table 1 below.
실시예Example 1 One ∼To 99
본 실시예에서는 상기 제조예 1 내지 6 및 비교제조예 1 내지 3에 따라 얻어진 각각의 폴리머를 사용하여 실리카 배합을 실시하여 배합 가공성과 배합 후의 물성 및 동적 특성을 비교하였다. 배합조건은 다음 표 2와 같다. 기계적 물성 및 동적 특성 측정 결과는 다음 표 3에 나타낸 바와 같다.In this example, silica was blended using the respective polymers obtained according to Production Examples 1 to 6 and Comparative Production Examples 1 to 3 to compare the blendability and the physical and dynamic properties after blending. Compounding conditions are shown in Table 2 below. Mechanical and dynamic properties measurement results are shown in Table 3 below.
구체적인 물성측정방법은 다음과 같다.Specific measuring methods are as follows.
경도는 SHORE-A 경도기를 이용하여 측정하였으며, 배합고무의 인장강도, 300% 모듈러스 및 신장률은 ASTM 3189 Method B 방법에 준하여 Universal Test Machine을 이용하여 측정하였다. 가황고무의 동적물성 값인 Tanδ값은 Rheometric사의 DMTA 5 기기를 이용하여, 주파수 10Hz, 0.1%의 변형 조건에서 분석하였다.Hardness was measured using a SHORE-A hardness tester, tensile strength, 300% modulus and elongation of the rubber compound was measured using a universal test machine according to ASTM 3189 Method B method. Tanδ value, which is a dynamic property value of the vulcanized rubber, was analyzed under a strain condition of 10 Hz and 0.1% using a DMTA 5 device of Rheometric.
실시예Example 10 10 ∼To 1818
본 실시예에서는 상기 제조예 1 내지 6 및 비교제조예 1 내지 3에 따라 얻어진 폴리머를 사용하여 카본블랙 배합을 실시하여 배합 가공성과 배합 후의 물성 및 동적 특성을 비교하였다. 배합조건은 다음 표 4와 같다. 상술한 방법으로 기계적 물성 및 동적 특성을 측정한 결과는 다음 표 5에 나타낸 바와 같다.In this embodiment, carbon black was blended using the polymers obtained according to Production Examples 1 to 6 and Comparative Production Examples 1 to 3 to compare the blendability and the physical properties and dynamic properties after blending. Compounding conditions are shown in Table 4 below. The results of measuring the mechanical and dynamic properties by the above-described method are shown in Table 5 below.
실시예Example 19 19 ∼To 2727
본 실시예에서는 상기 제조예 1 내지 6 및 비교제조예 1 내지 3에 따라 얻어진 폴리머를 사용한 응용배합으로써 실리카-카본블랙 혼합배합을 실시하여 배합 가공성과 배합 후의 물성 및 동적 특성을 비교하였다. 배합조건은 다음 표 6과 같다. 상술한 바와 같은 방법으로 기계적 물성 및 동적 특성을 측정한 결과 다음 표 7에 나타낸 바와 같다.In this example, silica-carbon black blending was carried out as an application blend using the polymers obtained according to Production Examples 1 to 6 and Comparative Production Examples 1 to 3 to compare the blendability and the physical and dynamic properties after blending. Compounding conditions are shown in Table 6 below. As a result of measuring the mechanical and dynamic properties by the method described above is shown in Table 7 below.
실시예Example 28 28 ∼To 3636
본 실시예에서는 원료고무로서 상기 제조예 및 비교제조예에 따라 얻어진 공중합체와 high-Cis 부타디엔 고무를 다음과 같은 비로서 혼합사용한 실리카-카본블랙 혼합배합을 실시하여 배합 가공성과 배합 후의 물성 및 동적 특성을 비교하였다. 배합조건은 다음 표 8과 같다. 상술한 바와 같은 방법으로 기계적 물성 및 동적 특성을 측정한 결과 다음 표 9에 나타낸 바와 같다.In this embodiment, as a raw material rubber, a copolymer obtained according to the above production examples and comparative production examples and high-Cis butadiene rubber are mixed and used in the following ratios. Silica-carbon black blending was performed to compare blendability and physical and dynamic properties after blending. Compounding conditions are shown in Table 8 below. As a result of measuring the mechanical and dynamic properties by the method described above is shown in Table 9 below.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따라 상기 화학식 1로 표시되 는 다가성 폴리실록산 화합물로서 리빙 중합체 말단을 커플링시킨 후 연속적으로 남아있는 리빙중합체 말단을 화학식 2 또는 3으로 표시되는 화합물 중 하나로써 분자의 말단을 변성시킨 중합체를 여러 첨가제와 함께 제조된 고무조성물을 타이어 트레드에 적용할 경우, 다가성 폴리실록산 커플링으로 인해 실리카와의 친화성이 우수해지며 아민 말단변성으로 인한 카본블랙과의 친화성이 증가하여 타이어 제조에 사용된 보강재인 실리카 및 카본블랙과의 상용성이 기존 제품에 비하여 현저히 증가하므로, 궁극적으로는 카본블랙, 실리카 단독을 무기 충진재로 사용하는 경우 뿐만 아니라 실리카-카본블랙 혼합 무기 충진재를 사용할 경우 다양한 무기 충진재의 배합비로부터 제조된 고무조성물에서 타이어에 요구되는 내마모도 성능의 향상과 바람직한 높은 습윤저항 및 낮은 회전저항의 값을 나타낼 수 있다. As described above in detail, the polyhydric polysiloxane compound represented by Chemical Formula 1 according to the present invention is one of the compounds represented by Chemical Formula 2 or 3, wherein the living polymer terminals remaining after coupling the living polymer terminals are continuously connected. When the rubber composition prepared by modifying the end of the molecule with various additives is applied to the tire tread, the polyhydric polysiloxane coupling provides good affinity with silica and affinity with carbon black due to amine end modification. The increased compatibility with silica and carbon black, a reinforcing material used to make tires, increases significantly compared to existing products. Ultimately, silica-carbon black mixtures as well as carbon black and silica alone are used as inorganic fillers. If inorganic fillers are used, The wear resistance required for the tire in the manufactured rubber composition can also exhibit improved performance and desirable high wetting resistance and low rolling resistance.
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