KR20200019105A - Modified conjugated diene polymer and preparation method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 변성 중합 개시제 유래 작용기를 포함하는, 충진제와의 친화성이 우수하여 기계적 물성 및 점탄성 특성이 개선된 변성 공액디엔계 중합체 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a modified conjugated diene-based polymer including a functional group derived from a modified polymerization initiator and excellent in affinity with a filler, and having improved mechanical and viscoelastic properties, and a method of preparing the same.
최근 자동차에 대한 저연비화의 요구에 따라, 타이어용 고무 재료로서 주행저항이 적고, 내마모성, 인장 특성이 우수하며, 웨트 스키드 저항으로 대표되는 조정 안정성도 겸비한 공액디엔계 중합체가 요구되고 있다. In recent years, with the demand for low fuel consumption for automobiles, there has been a demand for conjugated diene-based polymers having low running resistance, excellent abrasion resistance and tensile properties, and a control stability typified by wet skid resistance.
타이어의 주행저항을 감소시키기 위해서는 가황 고무의 히스테리시스 손실을 작게하는 방안이 있으며, 이러한 가황 고무의 평가 지표로서는 50℃ 내지 80℃의 반발탄성, tan δ, 굿리치 발열 등이 이용된다. 즉, 상기 온도에서의 반발탄성이 크거나 tan δ 또는 굿리치 발열이 작은 고무 재료가 바람직하다.In order to reduce the running resistance of the tire, there is a method of reducing the hysteresis loss of the vulcanized rubber. As an evaluation index of the vulcanized rubber, a rebound elasticity of 50 ° C. to 80 ° C., tan δ, Goodrich heat generation and the like are used. That is, a rubber material having a high resilience at the above temperature, or a small tan δ or good rich heat generation is preferable.
히스테리시스 손실이 작은 고무 재료로서는, 천연 고무, 폴리이소프렌고무 또는 폴리부타디엔 고무 등이 알려져있지만, 이들은 웨트 스키드 저항성이 작은 문제가 있다. 이에 최근에는 스티렌-부타디엔 고무(이하, SBR이라 함) 또는 부타디엔 고무(이하, BR이라 함)와 같은 공액디엔계 (공)중합체가 유화중합이나 용액중합에 의해 제조되어 타이어용 고무로서 이용되고 있다. As a rubber material having a low hysteresis loss, natural rubber, polyisoprene rubber, polybutadiene rubber and the like are known, but these have a problem of low wet skid resistance. Recently, conjugated diene-based (co) polymers such as styrene-butadiene rubber (hereinafter referred to as SBR) or butadiene rubber (hereinafter referred to as BR) have been produced by emulsion polymerization or solution polymerization and used as rubber for tires. .
이 중, 유화중합에 비해 용액 중합이 갖는 최대의 장점은 고무 물성을 규정하는 비닐 구조 함량 및 스티렌 함량을 임의로 조절할 수 있고, 커플링(coupling)이나, 변성(modification) 등에 의해 분자량 및 물성 등을 조절할 수 있다는 점이다. 따라서, 최종 제조된 SBR 이나 BR 고무의 구조 변화가 용이하고, 사슬 말단의 결합이나 변성으로 사슬 말단의 움직임을 줄이고 실리카 또는 카본블랙 등의 충진제와의 결합력을 증가시킬 수 있어 용액중합 의한 SBR 고무가 타이어용 고무 재료로 많이 사용된다.Among them, the greatest advantage of solution polymerization compared to emulsion polymerization is that the vinyl structure content and styrene content that define rubber properties can be arbitrarily controlled, and molecular weight and physical properties can be adjusted by coupling or modification. It can be adjusted. Therefore, it is easy to change the structure of the final produced SBR or BR rubber, and the movement of the chain ends by the binding or modification of the chain ends can be reduced and the bonding strength with fillers such as silica or carbon black can be increased. It is widely used as a rubber material for tires.
이러한 용액중합 SBR이 타이어용 고무 재료로 사용되는 경우 상기 SBR 내의 비닐 함량을 증가시킴으로써 고무의 유리전이온도를 상승시켜 주행저항 및 제동력과 같은 타이어 요구 물성을 조절할 수 있을 뿐만 아니라, 유리전이온도를 적절히 조절함으로써 연료소모를 줄일 수 있다.When the solution-polymerized SBR is used as a rubber material for tires, the vinyl content in the SBR is increased to increase the glass transition temperature of the rubber, thereby controlling tire required properties such as running resistance and braking force, and properly adjusting the glass transition temperature. By adjusting the fuel consumption can be reduced.
이에, SBR과 실리카나 카본블랙 등의 충진제의 분산성을 높이기 위한 방법으로서, 유기 리튬을 이용한 음이온 중합으로 얻어지는 공액디엔계 중합체의 중합활성 부위를 충진제와 상호작용 가능한 관능기로 변성하는 방법이 제안되었다. 예컨대, 공액디엔계 중합체의 중합활성 말단을 주석계 화합물로 변성하거나, 아민기를 도입하는 방법 또는 알콕시실란 유도체로 변성하는 방법 등이 제안되었다.Therefore, as a method for improving the dispersibility of fillers such as SBR and silica or carbon black, a method of modifying the polymerization active site of the conjugated diene-based polymer obtained by anionic polymerization using organolithium into a functional group capable of interacting with the filler has been proposed. . For example, a method of modifying the polymerizable active end of the conjugated diene polymer with a tin compound, introducing an amine group, or modifying with an alkoxysilane derivative has been proposed.
예를 들어, 미국특허 제4,397,994호에는 일관능성 개시제인 알킬리튬을 이용하여 비극성 용매하에서 스티렌-부타디엔을 중합하여 얻어진 중합체 사슬 말단의 활성 음이온을 주석화합물과 같은 결합제를 사용하여 결합시킨 기술을 제시하였다. For example, US Pat. No. 4,397,994 discloses a technique in which an active anion at a polymer chain end obtained by polymerizing styrene-butadiene in a nonpolar solvent using alkyllithium, a monofunctional initiator, is bound using a binder such as a tin compound. .
한편, 타이어 트레드의 보강성 충진제로서 카본블랙 및 실리카 등이 사용되고 있는데, 보강성 충진제로서 실리카를 이용하는 경우 저히스테리시스 손실성 및 웨트 스키드 저항성이 향상된다는 장점이 있다. 그러나, 소수성 표면의 카본블랙 대비 친수성 표면의 실리카는 고무와의 친화성이 낮아 분산성이 나쁘다는 결점을 가지고 있어, 분산성을 개선시키거나 실리카-고무 간의 결합 부여를 행하기 위해 별도의 실란 커플링제를 사용할 필요가 있다.On the other hand, carbon black and silica are used as reinforcing fillers for tire treads. When silica is used as reinforcing fillers, low hysteresis loss and wet skid resistance are improved. However, the hydrophilic surface silica has a disadvantage of poor dispersibility due to low affinity with rubber compared to the hydrophobic surface carbon black, so that a separate silane coupler is used to improve dispersibility or to impart a bond between silica and rubber. It is necessary to use a ring agent.
이에, 고무 분자 말단부에 실리카와의 친화성이나 반응성을 갖는 관능기를 도입하는 방안이 이루어지고 있으나, 그 효과가 충분하지 않은 실정이다.Thus, a method of introducing a functional group having affinity or reactivity with silica to the rubber molecule terminal has been made, but the effect is insufficient.
따라서, 실리카를 비롯한 충진제와의 친화성이 높은 고무의 개발이 필요한 실정이다. Therefore, there is a need for development of a rubber having high affinity with fillers including silica.
본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 변성중합 개시제 유래 작용기를 포함하는, 충진제와의 친화성이 우수하여 기계적 물성 및 점탄성 특성이 개선된 변성 공액디엔계 중합체를 제공하는 것을 목적으로 한다. The present invention has been made to solve the problems of the prior art, to provide a modified conjugated diene-based polymer having improved affinity and mechanical properties and viscoelastic properties, including a modified polymerization initiator-derived functional group The purpose.
또한, 본 발명은 상기 변성 공액디엔계 중합체의 제조방법을 제공하는 것을목적으로 한다. Another object of the present invention is to provide a method for producing the modified conjugated diene polymer.
또한, 본 발명은 상기 변성 공액디엔계 중합체 및 충진제를 포함하는 고무 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, an object of the present invention is to provide a rubber composition comprising the modified conjugated diene-based polymer and a filler.
상기의 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 적어도 일 말단에 변성 중합 개시제 유래 작용기를 포함하고, 상기 변성 중합 개시제는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물과 유기금속 화합물과의 반응 생성물인 것인 변성 공액디엔계 중합체를 제공한다:In order to solve the above problems, the present invention includes a modified polymerization initiator-derived functional group at at least one terminal, the modified polymerization initiator is a modified conjugated diene which is a reaction product of the compound represented by the formula The system polymer is provided:
[화학식 1][Formula 1]
상기 화학식 1에서, In Chemical Formula 1,
R1은 수소, 치환기 X로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알킬기, 치환기 X로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 사이클로알킬기 또는 치환기 X로 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴기이고, R 1 is hydrogen, an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms unsubstituted or substituted with substituent X, a cycloalkyl group having 1 to 20 carbon atoms substituted or unsubstituted with substituent X or an aryl having 6 to 30 carbon atoms unsubstituted or substituted with substituent X Gigi,
R2는 치환기 X로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 5의 알킬렌기이고,R 2 is an alkylene group having 1 to 5 carbon atoms unsubstituted or substituted with substituent X,
R3는 수소이고,R 3 is hydrogen,
X는 하이드록시기(OH), 할로겐기, 1급 아미노기(NH2) 및 2급 아미노기로 이루어진 군으로부터 선택되는 치환기이고,X is a substituent selected from the group consisting of a hydroxyl group (OH), a halogen group, a primary amino group (NH 2 ) and a secondary amino group,
R1 및 R2 중 1 이상은 반드시 치환기 X로 치환된 것이다.At least one of R 1 and R 2 is necessarily substituted with a substituent X.
또한, 본 발명은 탄화수소 용매 중에서, 하기 화학식 1로 표시되는 변성 중합 개시제의 존재 하 공액디엔계 단량체 또는 방향족 비닐계 단량체 및 공액디엔계 단량체를 중합하여 적어도 일 말단에 하기 화학식 1로 표시되는 화합물 유래 작용기가 결합된 활성 중합체를 제조하는 단계를 포함하는 변성 공액디엔게 중합체의 제조방법을 제공한다:In addition, the present invention is derived from a compound represented by the following formula (1) at least at one end by polymerizing a conjugated diene monomer or an aromatic vinyl monomer and a conjugated diene monomer in the presence of a modified polymerization initiator represented by the formula (1) in a hydrocarbon solvent Provided is a method of preparing a modified conjugated diene polymer comprising the step of preparing an active polymer having a functional group bonded thereto:
[화학식 1][Formula 1]
상기 화학식 1에서, In Chemical Formula 1,
R1은 수소, 치환기 X로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알킬기, 치환기 X로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 사이클로알킬기 또는 치환기 X로 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴기이고, R 1 is hydrogen, an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms unsubstituted or substituted with substituent X, a cycloalkyl group having 1 to 20 carbon atoms substituted or unsubstituted with substituent X or an aryl having 6 to 30 carbon atoms unsubstituted or substituted with substituent X Gigi,
R2는 치환기 X로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 5의 알킬렌기이고,R 2 is an alkylene group having 1 to 5 carbon atoms unsubstituted or substituted with substituent X,
R3는 수소이고,R 3 is hydrogen,
X는 하이드록시기(-OH), 할로겐기, 1급 아미노기(-NH2) 및 2급 아미노기(-NHR')로 이루어진 군으로부터 선택되는 치환기이고, 상기 X가 2급 아미노기인 경우 R'은 탄소수 1 내지 10의 알킬기이며,X is a substituent selected from the group consisting of a hydroxyl group (-OH), a halogen group, a primary amino group (-NH 2 ) and a secondary amino group (-NHR '), and when X is a secondary amino group, R' is An alkyl group having 1 to 10 carbon atoms,
R1 및 R2 중 1 이상은 반드시 치환기 X로 치환된 것이다.At least one of R 1 and R 2 is necessarily substituted with a substituent X.
본 발명에 따른 변성 공액디엔계 중합체는 일 말단에 특정 구조의 변성 중합 개시제 유래 작용기를 포함함으로써 실리카계 충진제 등의 충진제와 친화성이 우수할 수 있고, 이에 가공성, 기계적 특성 및 점탄성이 우수할 수 있다. The modified conjugated diene-based polymer according to the present invention may be excellent in affinity with a filler such as a silica-based filler by including a modified polymerization initiator-derived functional group at one end, it may be excellent in workability, mechanical properties and viscoelasticity have.
또한, 본 발명에 따른 제조방법은 특정 구조의 변성 중합 개시제 존재 하에 활성 중합체를 제조함으로써 중합체 사슬 일 말단에 본 발명에서 특정한 변성 중합 개시제 유래 작용기를 용이하게 도입시킬 수 있으므로 적어도 일 말단에 작용기가 도입된 고변성의 변성 공액디엔계 중합체를 용이하게 제조할 수 있다. In addition, the production method according to the present invention can easily introduce a functional group derived from a specific modified polymerization initiator in the present invention at one end of the polymer chain by preparing the active polymer in the presence of a modified polymerization initiator of a specific structure, so that a functional group is introduced at at least one end. The modified high-modified conjugated diene-based polymer can be easily produced.
아울러, 본 발명에 따른 변성 공액디엔계 중합체를 포함하는 고무 조성물은 상기 충전제와의 친화성이 우수한 변성 공액디엔계 중합체를 포함함으로써 가공성이 우수할 수 있으며, 결과적으로 상기 고무 조성물을 이용하여 제조된 가공품은 인장강도, 내마모성 및 젖은 노면 저항성 특성이 우수할 수 있다. In addition, the rubber composition comprising the modified conjugated diene-based polymer according to the present invention may be excellent in workability by including a modified conjugated diene-based polymer having excellent affinity with the filler, and as a result prepared by using the rubber composition Workpieces can be excellent in tensile strength, wear resistance and wet road resistance properties.
이하, 본 발명에 대한 이해를 돕기 위하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail to aid in understanding the present invention.
본 명세서 및 청구범위에서 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.The terms or words used in this specification and claims should not be construed as being limited to the common or dictionary meanings, and the inventors can appropriately define the concept of terms in order to best explain their invention in the best way possible. It should be interpreted as meanings and concepts corresponding to the technical idea of the present invention based on the principle that the present invention.
본 발명에서 사용하는 용어 "치환"은 작용기, 원자단 또는 화합물의 수소가 특정 치환기로 치환된 것을 의미할 수 있으며, 작용기, 원자단 또는 화합물의 수소가 특정 치환기로 치환되는 경우 작용기, 원자단 또는 화합물 내에 존재하는 수소의 개수에 따라 1개 또는 2개 이상의 복수의 치환기가 존재할 수 있다. 또한, 복수의 치환기가 존재하는 경우에는 각각의 치환기는 서로 동일하거나, 상이할 수 있다. As used herein, the term "substituted" may mean that the hydrogen of the functional group, atomic group or compound is substituted with a specific substituent, and is present in the functional group, atomic group or compound when hydrogen of the functional group, atomic group or compound is substituted with a specific substituent. One or two or more substituents may be present depending on the number of hydrogen. In addition, when a plurality of substituents are present, each of the substituents may be the same or different from each other.
본 발명에서 사용하는 용어 "알킬기(alkyl group)"는 1가의 지방족 포화 탄화수소를 의미할 수 있으며, 메틸, 에틸, 프로필 및 부틸 등의 선형 알킬기 및 이소프로필(isopropyl), 세크부틸(sec-butyl), 터셔리 부틸(tert-butyl) 및 네오펜틸(neo-pentyl) 등의 분지형 알킬기를 모두 포함할 수 있다. As used herein, the term "alkyl group" may mean a monovalent aliphatic saturated hydrocarbon, and may be linear alkyl groups such as methyl, ethyl, propyl and butyl, and isopropyl and sec-butyl. And branched alkyl groups such as tert-butyl and neo-pentyl may be included.
본 발명에서 사용하는 용어 "알킬렌기(alkylene group)"는 메틸렌, 에틸렌, 프로필렌 및 부틸렌 등과 같은 2가의 지방족 포화 탄화수소를 의미할 수 있다.As used herein, the term "alkylene group" may refer to a divalent aliphatic saturated hydrocarbon such as methylene, ethylene, propylene and butylene.
본 발명에서 "사이클로알킬기(cycloalkyl group)"는 환형의 포화 탄화수소를 의미할 수 있다.In the present invention, "cycloalkyl group" may mean a cyclic saturated hydrocarbon.
본 발명에서 사용하는 용어 "아릴기(aryl group)"는 환형의 방향족 탄화수소를 의미할 수 있고, 또한 1개의 환이 형성된 단환 방향족 탄화수소(monocyclic aromatic hydrocarbon), 또는 2개 이상의 환이 결합된 다환 방향족 탄화수소(polycyclic aromatic hydrocarbon)을 모두 포함하는 의미일 수 있다.As used herein, the term “aryl group” may mean a cyclic aromatic hydrocarbon, and may also include a monocyclic aromatic hydrocarbon in which one ring is formed, or a polycyclic aromatic hydrocarbon in which two or more rings are bonded ( polycyclic aromatic hydrocarbons) may include both.
본 발명에서 사용하는 용어 "유래 단위" 및 "유래 작용기"는 어떤 물질로부 터 기인한 성분, 구조 또는 그 물질 자체를 나타내는 것일 수 있다.As used herein, the terms "derived unit" and "derived functional group" may refer to a component, structure, or the substance itself resulting from a substance.
본 발명은 적어도 일 말단에 변성 중합 개시제로부터 유래되는 작용기가 도입되고, 충진제, 특히 실리카계 충진제와의 친화성이 우수한 변성 공액디엔계 중합체를 제공한다.The present invention provides a modified conjugated diene-based polymer having at least one functional group derived from a modified polymerization initiator and having excellent affinity with a filler, particularly a silica-based filler.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 변성 공액디엔계 중합체는 적어도 일 말단에 변성 중합 개시제 유래 작용기를 포함하고, 상기 변성 중합 개시제는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물과 유기금속 화합물과의 반응 생성물인 것을 특징으로 한다.The modified conjugated diene-based polymer according to an embodiment of the present invention includes a functional group derived from a modified polymerization initiator at at least one terminal, wherein the modified polymerization initiator is a reaction product of a compound represented by the following formula (1) with an organometallic compound It features.
[화학식 1] [Formula 1]
상기 화학식 1에서,In Chemical Formula 1,
R1은 수소, 치환기 X로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알킬기, 치환기 X로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 사이클로알킬기 또는 치환기 X로 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴기일 수 있고, R 1 is hydrogen, an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms unsubstituted or substituted with substituent X, a cycloalkyl group having 1 to 20 carbon atoms substituted or unsubstituted with substituent X or an aryl having 6 to 30 carbon atoms unsubstituted or substituted with substituent X Can be
R2는 치환기 X로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 5의 알킬렌기일 수 있고,R 2 may be an alkylene group having 1 to 5 carbon atoms unsubstituted or substituted with substituent X,
R3는 수소일 수 있고,R 3 may be hydrogen,
X는 하이드록시기(-OH), 할로겐기, 1급 아미노기(-NH2) 및 2급 아미노기(-NHR')로 이루어진 군으로부터 선택되는 치환기일 수 있고, 상기 X가 2급 아미노기인 경우 R'은 탄소수 1 내지 10의 알킬기일 수 있으며,X may be a substituent selected from the group consisting of a hydroxyl group (-OH), a halogen group, a primary amino group (-NH 2 ) and a secondary amino group (-NHR '), when X is a secondary amino group 'May be an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms,
R1 및 R2 중 1 이상은 반드시 치환기 X로 치환된 것이다.At least one of R 1 and R 2 is necessarily substituted with a substituent X.
구체적으로, 상기 화학식 1에 있어서 R1은 수소, 치환기 X로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 10의 알킬기 또는 치환기 X로 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 20의 아릴기일 수 있고, R2는 치환기 X로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 3의 알킬렌기일 수 있으며, 치환기 X는 전술한 바와 같이 하이드록시기(OH), 할로겐기, 1급 아미노기(NH2) 및 2급 아미노기로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 치환기일 수 있고, R1 및 R2 중 1 이상은 반드시 치환기 X로 된 것일 수 있다. 보다 구체적으로 상기 치환기 X는 하이드록시기, 할로겐기 및 1급 아미노기로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 치환기일 수 있다.Specifically, in Formula 1, R 1 may be hydrogen, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms unsubstituted or substituted with substituent X or an aryl group having 6 to 20 carbon atoms unsubstituted or substituted with substituent X, and R 2 is a substituent It may be an alkylene group having 1 to 3 carbon atoms unsubstituted or substituted with X, substituent X is from the group consisting of a hydroxyl group (OH), a halogen group, a primary amino group (NH 2 ) and a secondary amino group as described above It may be one or more substituents selected, at least one of R 1 and R 2 may be necessarily a substituent X. More specifically, the substituent X may be one or more substituents selected from the group consisting of a hydroxyl group, a halogen group and a primary amino group.
또한, 본 발명에 있어서, 2급 아미노기는 -NHR'으로 표시되는 치환기일 수 있으며, 이 때 R'은 탄소수 1 내지 10의 알킬기, 바람직하게는 탄소수 1 내지 5의 알킬기일 수 있고, 예컨대 R'은 메틸기 또는 에틸기일 수 있다.Further, in the present invention, the secondary amino group may be a substituent represented by -NHR ', wherein R' may be an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, preferably an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, for example, R ' May be a methyl group or an ethyl group.
또한, 본 발명에 있어서, 치환기 X의 할로겐기는 플루오린(F), 염소(Cl), 브로민(Br) 또는 아이오딘(I)일 수 있으며, 구체적으로 플루오린(F) 또는 염소(Cl)일 수 있다.In addition, in the present invention, the halogen group of the substituent X may be fluorine (F), chlorine (Cl), bromine (Br) or iodine (I), specifically fluorine (F) or chlorine (Cl) Can be.
더 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에서 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 하기 화학식 2 내지 4로 표시되는 화합물 중에서 선택된 1 이상을 포함하는 것일 수 있다.More specifically, in one embodiment of the present invention, the compound represented by Chemical Formula 1 may include one or more selected from the compounds represented by the following Chemical Formulas 2 to 4.
[화학식 2][Formula 2]
[화학식 3][Formula 3]
[화학식 4][Formula 4]
상기 화학식 2 내지 4에서,In Chemical Formulas 2 to 4,
R4는 탄소수 1 내지 10의 알킬렌기, 또는 탄소수 6 내지 20의 아릴렌기일 수 있고,R 4 may be an alkylene group having 1 to 10 carbon atoms, or an arylene group having 6 to 20 carbon atoms,
R5 내지 R11은 각각 독립적으로, 수소, 치환기 X, 또는 탄소수 1 내지 10의 알킬기일 수 있으며,R 5 to R 11 may be each independently hydrogen, a substituent X, or an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms,
상기 화학식 2에서는 R5 내지 R7 중 1 이상이 치환기 X일 수 있고, 상기 화학식 3에서는 R5 내지 R9 중 1 이상이 치환기 X일 수 있으며, 상기 화학식 4에서는 R5 내지 R11 중 1 이상이 치환기 X일 수 있다.In Formula 2, at least one of R 5 to R 7 may be a substituent X, in Formula 3, at least one of R 5 to R 9 may be a substituent X, and in Formula 4, at least one of R 5 to R 11 . This substituent may be X.
또한, R3 및 X는 상기 화학식 1에서 정의한 바와 같다.In addition, R 3 and X are as defined in the formula (1).
더 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에서 상기 화학식 1로 표시되는 변성 중합 개시제는 하기 화학식 2a, 2b, 3a, 3b, 4a 및 4b로 표시되는 화합물로 이루어진 군으로부터 중 선택된 1 이상을 포함하는 것일 수 있다.More specifically, the modified polymerization initiator represented by Chemical Formula 1 in one embodiment of the present invention is to include at least one selected from the group consisting of compounds represented by the following Chemical Formulas 2a, 2b, 3a, 3b, 4a and 4b Can be.
[화학식 2a][Formula 2a]
[화학식 2b][Formula 2b]
[화학식 3a][Formula 3a]
[화학식 3b][Formula 3b]
[화학식 4a] [Formula 4a]
[화학식 4b][Formula 4b]
상기 화학식 2a, 2b, 3a, 3b, 4a 및 4b에서,In the formula 2a, 2b, 3a, 3b, 4a and 4b,
R4는 탄소수 1 내지 10의 알킬렌기, 또는 탄소수 6 내지 20의 아릴렌기일 수 있고,R 4 may be an alkylene group having 1 to 10 carbon atoms, or an arylene group having 6 to 20 carbon atoms,
R5, R6, R8 및 R9는 각각 독립적으로 수소, 또는 탄소수 1 내지 10의 알킬기일 수 있으며,R 5, R 6, R 8 and R 9 may be each independently hydrogen or an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms,
R3 및 X는 화학식 1에서 정의한 바와 같다.R 3 and X are as defined in formula (1).
보다 더 구체적으로는, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 하기 화학식 1-1 내지 화학식 1-15로 표시되는 화합물 중 1 이상을 포함하는 것일 수 있다. More specifically, the compound represented by Chemical Formula 1 may include one or more of the compounds represented by the following Chemical Formulas 1-1 to 1-15.
[화학식 1-1][Formula 1-1]
[화학식 1-2][Formula 1-2]
[화학식 1-3][Formula 1-3]
[화학식 1-4][Formula 1-4]
[화학식 1-5][Formula 1-5]
[화학식 1-6][Formula 1-6]
[화학식 1-7][Formula 1-7]
[화학식 1-8][Formula 1-8]
[화학식 1-9][Formula 1-9]
[화학식 1-10][Formula 1-10]
[화학식 1-11][Formula 1-11]
[화학식 1-12][Formula 1-12]
[화학식 1-13][Formula 1-13]
[화학식 1-14][Formula 1-14]
[화학식 1-15][Formula 1-15]
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 변성 개시제는 화학식 1로 표시되는 화합물과 유기금속 화합물을 반응시켜 생성된 것으로, 중합을 개시하면서, 동시에 중합되어 형성된 중합체 사슬의 일 말단에 작용기를 도입시킬 수 있는 것일 수 있다. The modification initiator according to an embodiment of the present invention is produced by reacting a compound represented by Formula 1 with an organometallic compound, and may initiate a polymerization and introduce a functional group at one end of a polymer chain formed by polymerization at the same time. It may be.
또한, 상기 유기금속 화합물은 유기알칼리 금속 화합물일 수 있고, 예컨대 유기리튬 화합물, 유기나트륨 화합물, 유기칼륨 화합물, 유기루비듐 화합물 및 유기세슘 화합물 중에서 선택된 1종 이상인 것일 수 있다. In addition, the organometallic compound may be an organoalkali metal compound, and for example, may be one or more selected from an organolithium compound, an organosodium compound, an organopotassium compound, an organorubidium compound, and an organocesium compound.
구체적으로, 상기 유기금속 화합물은 메틸리튬, 에틸리튬, 이소프로필리튬, n-부틸리튬, sec-부틸리튬, tert-부틸리튬, n-데실리튬, tert-옥틸리튬, 페닐리튬, 1-나프틸리튬, n-에이코리튬, 4-부틸페닐리튬, 4-톨릴리튬, 시클로헥실리튬, 3,5-디-n-헵틸시클로헥실리튬 및 4-시클로펜틸리튬 중에서 선택된 1종 이상인 것일 수 있다. Specifically, the organometallic compound is methyllithium, ethyllithium, isopropyllithium, n-butyllithium, sec-butyllithium, tert-butyllithium, n-decyllithium, tert-octylithium, phenyllithium, 1-naphthyl It may be one or more selected from lithium, n-ecolithium, 4-butylphenyllithium, 4-tolyllithium, cyclohexyllithium, 3,5-di-n-heptylcyclohexyllithium and 4-cyclopentyllithium.
또한, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물과 유기금속 화합물이 반응하여 생성된 반응 생성물은, 예컨대 상기 화학식 1에서 치환기 X가 하이드록시기(-OH), 1급 아미노기(-NH2) 또는 2급 아미노기(-NHR')가 인 경우, 상기 치환기에 존재하는 수소 및 R3의 위치에 있는 수소가 유기금속으로 치환된 것일 수 있다. 여기에서, 치환기 X에 존재하는 수소가 치환된 유기금속은 하이드록시기의 산소 원자, 1급 또는 2급 아미노기의 질소 원자를 보호하는 보호기 역할을 하는 것일 수 있고, 중합 반응은 R3이 결합된 탄소에서부터 개시될 수 있다. 일례로, R3 및 치환기 X의 수소에 모두 유기금속이 치환되더라도, R3이 결합된 탄소만이 중합 개시점을 형성하는 것일 수 있다.In addition, the reaction product produced by the reaction of the compound represented by Formula 1 with the organometallic compound, for example, in Formula 1, the substituent X is a hydroxyl group (-OH), a primary amino group (-NH 2 ) or a secondary amino group When (-NHR ') is, hydrogen present in the substituent and hydrogen at the position of R 3 may be substituted with an organometallic. Herein, the hydrogen-substituted organometallic group present in the substituent X may serve as a protecting group to protect the oxygen atom of the hydroxyl group, the nitrogen atom of the primary or secondary amino group, and the polymerization reaction may be performed by R 3. May be initiated from carbon. As an example, even if both of R 3 and the hydrogen of the substituent X is substituted with an organometallic, only carbon to which R 3 is bonded may form a polymerization initiation point.
또한, 본 발명에서 중합 반응 이후 에탄올 등을 첨가하여 중합을 정지시키는 과정에서, 치환기 X에 결합된 유기금속은 다시 수소로 치환되므로, 제조가 완료된 공액디엔계 중합체 내에는 화학식 1로 표시되는 화합물의 유래 작용기가 포함되는 것일 수 있다.In addition, in the process of stopping the polymerization by adding ethanol or the like after the polymerization reaction in the present invention, since the organometallic bonded to the substituent X is again substituted with hydrogen, the compound represented by the formula (1) in the conjugated diene-based polymer Derived functional groups may be included.
본 발명에 따른 상기 변성 공액디엔계 중합체는 후술하는 제조방법에 의해서 제조된 것일 수 있고, 예컨대 공액디엔계 단량체의 단독 중합체 또는 공액디엔계 단량체와 방향족 비닐계 단량체의 공중합체의 변성 중합체인 것일 수 있다. 이때, 상기 공중합체는 랜덤 공중합체인 것일 수 있다. The modified conjugated diene-based polymer according to the present invention may be prepared by the production method described below, for example, may be a modified polymer of a homopolymer of conjugated diene monomer or a copolymer of conjugated diene monomer and an aromatic vinyl monomer. have. In this case, the copolymer may be a random copolymer.
여기에서, 상기 "랜덤 공중합체(random copolymer)"는 공중합체를 이루는 변성 구성 단위가 무질서하게 배열되어 있는 것을 나타내는 것일 수 있다. Here, the "random copolymer" may indicate that the modified structural units constituting the copolymer are randomly arranged.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 변성 공액디엔계 중합체는 상기의 변성 중합 개시제의 존재 하에 제조됨으로써 상기 변성 중합 개시제 유래 작용기를 적어도 일 말단에 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 변성 공액디엔계 중합체는 중합체 사슬의 일 말단에는 상기의 변성 중합 개시제 유래 작용기가, 다른 일 말단에는 변성제 유래 작용기가 존재하는 것일 수 있다. 즉, 이 경우 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 변성 공액디엔계 중합체는 양 말단이 변성되어 있는 양말단 변성 공액디엔계 중합체일 수 있다.The modified conjugated diene-based polymer according to an embodiment of the present invention may be prepared in the presence of the modified polymerization initiator to include at least one terminal-derived functional group derived from the modified polymerization initiator. In addition, the modified conjugated diene-based polymer according to an embodiment of the present invention may have a functional group derived from the modified polymerization initiator at one end of the polymer chain, a functional group derived from a modifier at the other end. That is, in this case, the modified conjugated diene-based polymer according to an embodiment of the present invention may be a sock end modified conjugated diene-based polymer in which both ends are modified.
말단이 변성된 공액디엔계 중합체는 사슬 내(in-chain) 변성된 공액디엔계 중합체와는 달리 중합체의 말단에 충진제를 결합시킬 수 있으므로 고무 조성물 배합 시 말단이 노출된 중합체 사슬의 개수를 줄일 수 있다. 말단이 노출된 중합체 사슬들의 수가 많을수록, 고무 조성물 배합 시 마찰에 의한 열 손실량 및 에너지 손실량이 증가하기 때문에, 말단이 노출된 중합체 사슬의 개수를 줄이는 경우 열 손실, 에너지 손실을 절감시켜 연비를 더욱 개선시킬 수 있다.End-modified conjugated diene-based polymers, unlike in-chain modified conjugated diene-based polymers, can bind fillers to the ends of the polymer, thus reducing the number of end-exposed polymer chains when formulating rubber compositions. have. As the number of polymer chains exposed at the end increases, the heat loss and energy loss due to friction increase in the rubber composition formulation, and thus reducing the heat loss and energy loss when reducing the number of polymer chains exposed at the ends further improves fuel economy. You can.
여기에서, 상기 변성제는 중합체에 작용기를 부여하거나 또는 커플링에 의해 분자량을 상승시킬 수 있는 화합물이 사용될 수 있으며, 예컨대 알콕시 실란기, 아자시클로프로판기, 케톤기, 카르복실기, 티오카르복실기, 탄산염, 카르복시산 무수물, 카르복시산 금속염, 산할로겐화물, 우레아기, 티오우레아기, 아미드기, 티오아미드기, 이소시아네이트기, 티오이소시아네이트기, 할로겐화 이소시아노기, 에폭시기, 티오에톡시기, 이민기 및 Y-Z결합(단, 여기에서 Y는 Sn, Si, Ge 또는 P이고, Z는 할로겐기다) 중에서 선택된 1종 이상의 작용기를 포함하는 화합물일 수 있으며, 또한, 상기 변성제는 상기의 작용기를 포함하면서 오늄염을 포함하지 않는 화합물일 수 있다. Here, the denaturant may be a compound that can impart a functional group to the polymer or increase the molecular weight by coupling, such as an alkoxy silane group, azacyclopropane group, ketone group, carboxyl group, thiocarboxyl group, carbonate, carboxylic acid Anhydrides, carboxylic acid metal salts, acid halides, urea groups, thiourea groups, amide groups, thioamide groups, isocyanate groups, thioisocyanate groups, halogenated isocyano groups, epoxy groups, thioethoxy groups, imine groups, and YZ bonds (here, Wherein Y is Sn, Si, Ge, or P, and Z is a halogen group), and the denaturing agent may be a compound including the functional group and not containing an onium salt. Can be.
즉, 상기 변성 공액디엔계 중합체는 적어도 일 말단에 상기 화학식 1로 표시되는 화합물 유래 작용기인 하이드록시기(-OH), 할로겐기(-X'. X':할로겐 원자), 1급 아미노기(-NH2) 또는 2급 아미노기 및 2개의 황 함유기를 포함하는 것일 수 있다. 여기에서 상기 황 함유기는 황 원자가 가지는 킬레이팅 특성 때문에 충진제와의 친화성을 더욱 개선시킬 수 있는 효과가 있고, 상기 하이드록시기, 할로겐기, 1급 및 2급 아미노기는 충진제(예: 실리카)와 수소결합을 함으로써 충진제 표면의 작용기와의 친화성을 더욱 향상시킬 수 있다. That is, the modified conjugated diene-based polymer has a hydroxyl group (-OH), a halogen group (-X'.X ': halogen atom), a primary amino group (- NH 2 ) or a secondary amino group and two sulfur containing groups. Here, the sulfur-containing group has an effect of further improving affinity with the filler due to the chelating property of the sulfur atom, and the hydroxyl group, the halogen group, the primary and the secondary amino group are combined with the filler (for example, silica). By hydrogen bonding, the affinity with the functional group on the filler surface can be improved further.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 변성 공액디엔계 중합체는 상기 화학식 1로 표시되는 화합물 유래 작용기를 적어도 일 말단에 포함함으로써 충진제, 특히 실리카계 충진제와의 친화성이 우수할 수 있고, 이에 충진제와의 배합 물성이 우수할 수 있어 상기 변성 공액디엔계 중합체를 포함하는 고무 조성물의 가공성이 개선될 수 있으며, 결과적으로 상기 고무 조성물을 이용하여 제조된 성형품, 예컨대 타이어의 인장강도, 내마모성 및 점탄성 특성이 개선될 수 있다. Therefore, the modified conjugated diene-based polymer according to an embodiment of the present invention may be excellent in affinity with a filler, in particular a silica-based filler by including a functional group-derived functional group represented by the formula (1) at one end, The blending properties with the filler may be excellent, so that the processability of the rubber composition including the modified conjugated diene-based polymer may be improved, and as a result, the tensile strength, wear resistance, and viscoelasticity of a molded article, such as a tire, manufactured using the rubber composition. Properties can be improved.
또한, 상기 변성 공액디엔계 중합체는 수평균 분자량(Mn)이 100,000 g/mol 내지 800,000 g/mol, 구체적으로는 200,000 g/mo 내지 500,000 g/mol일 수 있다.In addition, the modified conjugated diene-based polymer may have a number average molecular weight (Mn) of 100,000 g / mol to 800,000 g / mol, specifically 200,000 g / mo to 500,000 g / mol.
또한, 상기 변성 공액디엔계 중합체는 중량평균 분자량(Mw)이 200,000 g/mol 내지 2,500,000 g/mol, 구체적으로는 300,000 g/mol 내지 1,200,000 g/mol일 수 있다. In addition, the modified conjugated diene-based polymer may have a weight average molecular weight (Mw) of 200,000 g / mol to 2,500,000 g / mol, specifically 300,000 g / mol to 1,200,000 g / mol.
또한, 상기 변성 공액디엔계 중합체는 분자량 분포(Mw/Mn; 다분산도)가 1.0 내지 3.0인 것일 수 있다. 구체적으로는, 상기 분자량 분포는 1.0 내지 2.5인 것일 수 있다. In addition, the modified conjugated diene-based polymer may have a molecular weight distribution (Mw / Mn; polydispersity) of 1.0 to 3.0. Specifically, the molecular weight distribution may be 1.0 to 2.5.
아울러, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 변성 공액디엔계 중합체는 고무 조성물에 적용시 고무 조성물의 기계적 물성, 탄성률 및 가공성의 발란스 좋은 개선 효과를 고려할 때, 상기와 같은 분자량 분포 범위를 가지면서 중량평균 분자량 및 수평균 분자량을 동시에 전술한 범위의 조건에 충족되는 것일 수 있다. In addition, the modified conjugated diene-based polymer according to an embodiment of the present invention has a weight distribution range as described above when considering the good effect of balancing the mechanical properties, elastic modulus and processability of the rubber composition when applied to the rubber composition The average molecular weight and the number average molecular weight may be one that satisfies the conditions of the above-mentioned range at the same time.
구체적으로는, 상기 변성 공액디엔계 중합체는 분자량 분포가 3.0 이하이고, 중량평균 분자량이 200,000 g/mol 내지 2,500,000 g/mol이고, 수평균 분자량이 100,000 g/mol 내지 800,000 g/mol인 것일 수 있고, 더 구체적으로는 분자량 분포가 2.5 이하이고, 중량평균 분자량이 300,000 g/mol 내지 1,200,000 g/mol이고, 수평균 분자량이 200,000 g/mol 내지 500,000 g/mol인 것일 수 있다. Specifically, the modified conjugated diene-based polymer may have a molecular weight distribution of 3.0 or less, a weight average molecular weight of 200,000 g / mol to 2,500,000 g / mol, a number average molecular weight of 100,000 g / mol to 800,000 g / mol More specifically, the molecular weight distribution may be 2.5 or less, a weight average molecular weight of 300,000 g / mol to 1,200,000 g / mol, and a number average molecular weight of 200,000 g / mol to 500,000 g / mol.
여기에서, 상기 중량평균 분자량 및 수평균 분자량은 각각 겔 투과형 크로마토그래피(GPC)로 분석되는 폴리스티렌 환산 분자량이며, 분자량 분포(Mw/Mn)는 다분산도(polydispersity)라고도 불리며, 중량평균 분자량(Mw)과 수평균 분자량(Mn)과의 비(Mw/Mn)로 계산하였다.Here, the weight average molecular weight and the number average molecular weight are polystyrene equivalent molecular weights analyzed by gel permeation chromatography (GPC), respectively, and the molecular weight distribution (Mw / Mn) is also called polydispersity, and the weight average molecular weight (Mw). ) And the number average molecular weight (Mn) (Mw / Mn).
또한, 상기 변성 공액디엔계 중합체는 비닐 함량이 5 중량% 이상, 구체적으로는 10 중량% 이상, 보다 구체적으로는 10 중량% 내지 50 중량%일 수 있고, 비닐 함량이 상기 범위일 경우 유리전이온도가 적절한 범위로 조절될 수 있어 타이어에 적용 시 주행저항 및 제동력과 같은 타이어에 요구되는 물성이 우수할 뿐 아니라 연료소모를 줄이는 효과가 있다.In addition, the modified conjugated diene-based polymer may have a vinyl content of 5% by weight or more, specifically 10% by weight or more, more specifically 10% by weight to 50% by weight, and the glass transition temperature when the vinyl content is in the above range. Can be adjusted to an appropriate range, and when applied to a tire, not only the properties required for the tire such as driving resistance and braking force are excellent, but also it has an effect of reducing fuel consumption.
이때, 상기 비닐 함량은 비닐기를 갖는 단량체 또는 공액디엔계 단량체로 이루어진 공액디엔계 중합체 100 중량%에 대하여 1,4-첨가가 아닌 1,2-첨가된 공액디엔게 단량체의 함량을 나타내는 것이다. In this case, the vinyl content represents the content of 1,2-added conjugated diene monomer, not 1,4-addition, based on 100% by weight of the conjugated diene polymer composed of a monomer having a vinyl group or a conjugated diene monomer.
더 나아가, 본 발명은 상기 변성 공액디엔계 중합체의 제조방법을 제공한다. Furthermore, the present invention provides a method for producing the modified conjugated diene polymer.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 제조방법은 탄화수소 용매 중에서, 변성 중합 개시제의 존재 하 공액디엔계 단량체, 또는 방향족 비닐계 단량체 및 공액디엔계 단량체를 중합하여 적어도 일 말단에 상기 변성 개시제 유래 작용기가 도입된 활성 중합체를 제조하는 단계(단계 1)를 포함하고, 상기 변성 중합 개시제는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물과 유기금속 화합물을 반응시켜 제조된 반응생성물인 것을 특징으로 한다. According to one embodiment of the present invention, in the hydrocarbon solvent, the modified initiator-based functional group is polymerized at least at one end by polymerizing a conjugated diene monomer, or an aromatic vinyl monomer and a conjugated diene monomer in the presence of a modified polymerization initiator. Including the step (step 1) of preparing the active polymer, wherein the modified polymerization initiator is characterized in that the reaction product prepared by reacting the compound represented by the formula (1) and the organometallic compound.
[화학식 1] [Formula 1]
상기 화학식 1에서,In Chemical Formula 1,
R1은 수소, 치환기 X로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알킬기, 치환기 X로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 사이클로알킬기 또는 치환기 X로 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴기일 수 있고, R 1 is hydrogen, an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms unsubstituted or substituted with substituent X, a cycloalkyl group having 1 to 20 carbon atoms substituted or unsubstituted with substituent X or an aryl having 6 to 30 carbon atoms unsubstituted or substituted with substituent X Can be
R2는 치환기 X로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 5의 알킬렌기일 수 있고,R 2 may be an alkylene group having 1 to 5 carbon atoms unsubstituted or substituted with substituent X,
R3는 수소일 수 있고,R 3 may be hydrogen,
X는 하이드록시기(-OH), 할로겐기, 1급 아미노기(-NH2) 및 2급 아미노기(-NHR')로 이루어진 군으로부터 선택되는 치환기일 수 있고, 상기 X가 2급 아미노기인 경우 R'은 탄소수 1 내지 10의 알킬기일 수 있으며,X may be a substituent selected from the group consisting of a hydroxyl group (-OH), a halogen group, a primary amino group (-NH 2 ) and a secondary amino group (-NHR '), when X is a secondary amino group 'May be an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms,
R1 및 R2 중 1 이상은 반드시 치환기 X로 치환된 것이다.At least one of R 1 and R 2 is necessarily substituted with a substituent X.
또한, 본 발명의 변성 공액디엔계 중합체의 제조방법에 적용되는 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 앞서 변성 공액디엔계 중합체에서 정의한 바와 같다. 일례로, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 구체적으로 화학식 2 내지 4, 2a, 2b, 3a, 3b, 4a 및 4b로 표시되는 화합물 중 하나 이상을 포함할 수 있으며, 더욱 구체적으로 상기 화학식 1-1 내지 1-15로 표시되는 화합물 중 하나 이상을 포함할 수 있다.In addition, the compound represented by the formula (1) applied to the method for producing a modified conjugated diene polymer of the present invention is as defined in the modified conjugated diene polymer. For example, the compound represented by Chemical Formula 1 may specifically include one or more of the compounds represented by Chemical Formulas 2 to 4, 2a, 2b, 3a, 3b, 4a, and 4b, and more specifically, Chemical Formula 1-1 It may include one or more of the compounds represented by 1-15.
상기 단계 1은 적어도 일 말단에 변성 중합 개시제로부터 유래된, 즉 화학식 1로 표시되는 화합물과 유기금속 화합물의 반응 생성물 유래 작용기가 결합된 활성 중합체를 제조하기 위한 단계로, 탄화수소 용매 중에서 변성 중합 개시제 존재 하 공액디엔계 단량체 또는 방향족 비닐계 단량체 및 공액디엔계 단량체를 중합함으로써 수행할 수 있다. Step 1 is a step for preparing an active polymer derived from a modified polymerization initiator at least one end, that is, a functional group derived from the reaction product of the compound represented by the formula (1) and the organometallic compound, the presence of the modified polymerization initiator in a hydrocarbon solvent It can be carried out by polymerizing the lower conjugated diene monomer or aromatic vinyl monomer and conjugated diene monomer.
상기 공액디엔계 단량체는 특별히 제한되는 것은 아니나, 예컨대 1,3-부타디엔, 2,3-디메틸-1,3-부타디엔, 피페릴렌, 3-부틸-1,3-옥타디엔, 이소프렌 및 2-페닐-1,3-부타디엔으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 것일 수 있다.The conjugated diene monomer is not particularly limited, but for example, 1,3-butadiene, 2,3-dimethyl-1,3-butadiene, piperylene, 3-butyl-1,3-octadiene, isoprene and 2-phenyl It may be one or more selected from the group consisting of -1,3-butadiene.
상기 단량체로서 공액디엔계 단량체와 방향족 비닐계 단량체를 함께 사용하는 경우, 상기 공액디엔계 단량체는 최종적으로 제조된 변성 공액디엔계 중합체 내 상기 공액디엔계 단량체 유래 단위가 60 중량% 이상, 구체적으로는 60 중량% 이상 100 중량% 미만, 더 구체적으로는 60 중량% 내지 85 중량%로 포함되는 양으로 사용하는 것일 수 있다. When the conjugated diene monomer and the aromatic vinyl monomer are used together as the monomer, the conjugated diene monomer may include 60% by weight or more of the unit derived from the conjugated diene monomer in the finally prepared modified conjugated diene polymer. It may be used in an amount of 60 wt% or more but less than 100 wt%, more specifically, 60 wt% to 85 wt%.
상기 방향족 비닐계 단량체는 특별히 제한되는 것은 아니나, 예컨대 스티렌, α-메틸스티렌, 3-메틸스티렌, 4-메틸스티렌, 4-프로필스티렌, 1-비닐나프탈렌, 4-사이클로헥실스티렌, 4-(p-메틸페닐)스티렌 및 1-비닐-5-헥실나프탈렌으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 것일 수 있다.The aromatic vinyl monomer is not particularly limited, but for example, styrene, α-methylstyrene, 3-methylstyrene, 4-methylstyrene, 4-propylstyrene, 1-vinylnaphthalene, 4-cyclohexylstyrene, 4- (p It may be one or more selected from the group consisting of -methylphenyl) styrene and 1-vinyl-5-hexylnaphthalene.
상기 단량체로서 공액디엔계 단량체와 방향족 비닐계 단량체를 함께 사용하는 경우, 상기 방향족 비닐계 단량체는 최종적으로 제조된 변성 공액디엔계 중합체 내 상기 방향족 비닐계 단량체 유래 단위가 40 중량% 이하, 구체적으로는 40 중량% 이상 0 중량% 초과, 더 구체적으로는 15 중량% 내지 40 중량%로 포함되는 양으로 사용하는 것일 수 있다.When the conjugated diene monomer and the aromatic vinyl monomer are used together as the monomer, the aromatic vinyl monomer may be 40% by weight or less of the aromatic vinyl monomer-derived unit in the finally prepared modified conjugated diene polymer. 40 wt% or more, more than 0 wt%, more specifically, may be used in an amount comprised from 15 wt% to 40 wt%.
상기 탄화수소 용매는 특별히 제한되는 것은 아니나, 예컨대 n-펜탄, n-헥산, n-헵탄, 이소옥탄, 사이클로 헥산, 톨루엔, 벤젠 및 크실렌으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 것일 수 있다. The hydrocarbon solvent is not particularly limited, but may be, for example, one or more selected from the group consisting of n-pentane, n-hexane, n-heptane, isooctane, cyclohexane, toluene, benzene, and xylene.
상기 변성 중합 개시제는 단량체 총 100 중량부를 기준으로 0.05 내지 1중량부로 사용하는 것일 수 있으며, 구체적으로는 0.05 내지 0.3 중량부로 사용하는 것일 수 있다.The modified polymerization initiator may be used in 0.05 to 1 part by weight based on 100 parts by weight of the total monomer, specifically, may be used in 0.05 to 0.3 parts by weight.
상기 중합은 필요에 따라 극성 첨가제를 더 첨가하여 수행하는 것일 수 있으며, 상기 극성첨가제는 단량체 총 100 중량부에 대하여 0.001 중량부 내지 10 중량부로 첨가하는 것일 수 있다. 구체적으로는, 단량체 총 100 중량부에 대하여 0.001 중량부 내지 1 중량부, 더욱 구제적으로는 0.005 중량부 내지 0.2 중량부로 첨가하는 것일 수 있다.The polymerization may be carried out by further adding a polar additive as needed, the polar additive may be added to 0.001 parts by weight to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of the total monomer. Specifically, the content may be added in an amount of 0.001 part by weight to 1 part by weight, more specifically 0.005 part by weight to 0.2 part by weight, based on 100 parts by weight of the total monomers.
상기 극성첨가제는 테트라하이드로퓨란, 디테트라하이드로퓨릴프로판, 디에틸에테르, 시클로아말에테르, 디프로필에테르, 에틸렌디메틸에테르, 에틸렌디메틸에테르, 디에틸글리콜, 디메틸에테르, 3차 부톡시에톡시에탄, 비스(3-디메틸아미노에틸)에테르, (디메틸아미노에틸)에틸에테르, 트리메틸아민, 트리에틸아민, 트리프로필아민 및 테트라메틸에틸렌디아민으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 것일 수 있다.The polar additives include tetrahydrofuran, ditetrahydrofurylpropane, diethyl ether, cycloamal ether, dipropyl ether, ethylene dimethyl ether, ethylene dimethyl ether, diethyl glycol, dimethyl ether, tert-butoxyethoxyethane, bis It may be one or more selected from the group consisting of (3-dimethylaminoethyl) ether, (dimethylaminoethyl) ethyl ether, trimethylamine, triethylamine, tripropylamine and tetramethylethylenediamine.
본 발명의 일 실시예에 따른 제조방법은 상기의 극성첨가제를 사용함으로써 공액디엔계 단량체 및 방향족 비닐계 단량체를 공중합시키는 경우 이들의 반응속도 차이를 보완해줌으로써 랜덤 공중합체를 용이하게 형성할 수 있도록 유도할 수 있다.In the manufacturing method according to an embodiment of the present invention, when the conjugated diene-based monomer and the aromatic vinyl-based monomer are copolymerized by using the polar additive, the reaction rate can be easily compensated for by forming a random copolymer. Can be induced.
또한, 상기 중합은 승온 중합, 등온 중합 또는 정온 중합(단열 중합)일 수 있다. In addition, the polymerization may be elevated temperature polymerization, isothermal polymerization or constant temperature polymerization (thermal insulation polymerization).
여기에서, 정온 중합은 중합을 개시한 후 임의로 열을 가하지 않고 자체 반응열로 중합시키는 단계를 포함하는 중합방법을 나타내는 것이고, 상기 승온 중합은 상기 중합 개시 후 임의로 열을 가하여 온도를 증가시키는 중합방법을 나타내는 것이며, 상기 등온 중합은 상기 중합 개시 후 열을 가하여 열을 증가시키거나 열을 뺏어 중합물의 온도를 일정하게 유지하는 중합방법을 나타내는 것이다. Herein, the constant temperature polymerization refers to a polymerization method including the step of polymerizing with self-heating reaction without adding heat after the polymerization is initiated, and the elevated temperature polymerization is a polymerization method in which the temperature is increased by optionally applying heat after the polymerization is started. The isothermal polymerization refers to a polymerization method in which heat is increased after the initiation of the polymerization to increase heat or take away heat to keep the temperature of the polymer constant.
상기 중합은 -20℃ 내지 200℃의 온도범위에서 수행하는 것일 수 있으며, 구체적으로는 20℃ 내지 150℃, 더욱 구체적으로는 30℃ 내지 120℃의 온도범위에서 15분 내지 3시간 동안 수행하는 것일 수 있다. 만약, 상기의 온도범위에서 수행하는 경우 중합 반응의 제어가 용이하고, 중합반응 속도 및 효율이 우수할 수 있다.The polymerization may be performed at a temperature range of -20 ° C to 200 ° C, specifically 20 ° C to 150 ° C, more specifically, to be performed for 15 minutes to 3 hours at a temperature range of 30 ° C to 120 ° C. Can be. If carried out in the above temperature range, it is easy to control the polymerization reaction, it may be excellent in the polymerization rate and efficiency.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 변성 공액디엔계 중합체의 제조방법은 상기 단계 1에서 제조된 활성 중합체를 변성제와 반응시키는 단계(단계 2)를 더 포함하는 것일 수 있다.In addition, the method for preparing the modified conjugated diene-based polymer according to an embodiment of the present invention may further comprise the step (step 2) of reacting the active polymer prepared in step 1 with a modifier.
상기 단계 2의 반응은 중합 후 활성 중합체에 작용기를 도입시키기 위한 변성반응으로, 상기 반응은 10℃ 내지 120℃의 온도범위에서 10분 내지 5시간 동안 수행하는 것일 수 있다.The reaction of step 2 is a modification reaction for introducing a functional group into the active polymer after polymerization, the reaction may be performed for 10 minutes to 5 hours at a temperature range of 10 ℃ to 120 ℃.
여기에서, 상기 변성제는 중합체에 작용기를 부여하거나 또는 커플링에 의해 분자량을 상승시킬 수 있는 화합물이 사용될 수 있으며, 예컨대 알콕시 실란기, 아자시클로프로판기, 케톤기, 카르복실기, 티오카르복실기, 탄산염, 카르복시산 무수물, 카르복시산 금속염, 산할로겐화물, 우레아기, 티오우레아기, 아미드기, 티오아미드기, 이소시아네이트기, 티오이소시아네이트기, 할로겐화 이소시아노기, 에폭시기, 티오에톡시기, 이민기 및 Y-Z결합(단, 여기에서 Y는 Sn, Si, Ge 또는 P이고, Z는 할로겐기다) 중에서 선택된 1종 이상의 작용기를 포함하는 화합물일 수 있으며, 또한, 상기 변성제는 상기의 작용기를 포함하면서 오늄염을 포함하지 않는 화합물일 수 있다. Here, the denaturant may be a compound that can impart a functional group to the polymer or increase the molecular weight by coupling, such as an alkoxy silane group, azacyclopropane group, ketone group, carboxyl group, thiocarboxyl group, carbonate, carboxylic acid Anhydrides, carboxylic acid metal salts, acid halides, urea groups, thiourea groups, amide groups, thioamide groups, isocyanate groups, thioisocyanate groups, halogenated isocyano groups, epoxy groups, thioethoxy groups, imine groups, and YZ bonds (here, Wherein Y is Sn, Si, Ge, or P, and Z is a halogen group), and the denaturing agent may be a compound including the functional group and not containing an onium salt. Can be.
또한, 상기 변성제는 상기 변성제는 상기 변성 중합 개시제 1 몰 대비 0.1 몰 내지 5.0 몰비로 사용할 수 있다. 변성제를 상기의 비율범위가 되는 양으로 사용하는 경우 최적 성능의 변성반응을 수행할 수 있어, 고변성율의 공액디엔계 중합체를 얻을 수 있다. In addition, the denaturing agent may be used in 0.1 mol to 5.0 molar ratio of 1 mole of the modified polymerization initiator. When the denaturant is used in an amount within the above ratio range, it is possible to perform a modification reaction of optimum performance, thereby obtaining a conjugated diene polymer having a high modification rate.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 변성 공액디엔계 중합체의 제조방법은 회분식(배치식) 또는 1종 이상의 반응기를 포함하는 연속식 중합방법에 의하여 수행하는 것일 수 있다. In addition, the modified conjugated diene-based polymer manufacturing method according to an embodiment of the present invention may be carried out by a batch polymerization (batch) or a continuous polymerization method comprising one or more reactors.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 변성 공액디엔계 중합체의 제조방법은 상기 활성 중합체를 제조한 후 에탄올, 2,6-디-t-부틸-p-크레졸(BHT)의 이소프로판올 용액 등을 중합 반응계에 첨가하여 중합 반응을 정지시킬 수 있다. 이후 수증기의 공급을 통해 용제의 분압을 낮추는 스팀 스트립핑 등의 탈용매 처리나 진공 건조 처리를 거쳐서 변성 공액디엔계 중합체가 수득될 수 있다. 또한, 상기한 변성 반응의 결과로 수득되는 반응생성물 중에는 상기한 변성 공액디엔 중합체와 함께, 변성되지 않은, 활성 중합체가 포함될 수도 있다. In addition, the method for producing the modified conjugated diene-based polymer according to an embodiment of the present invention is prepared by using the isopropanol solution of ethanol, 2,6-di-t-butyl-p-cresol (BHT) after preparing the active polymer It can be added to the polymerization reaction system to stop the polymerization reaction. Thereafter, a modified conjugated diene-based polymer may be obtained through desolvent treatment or vacuum drying such as steam stripping to lower the partial pressure of the solvent through supply of steam. In addition, the reaction product obtained as a result of the above-mentioned modification reaction may include an active polymer which is not modified, together with the above-mentioned modified conjugated diene polymer.
본 발명의 일 실시예에 따른 제조방법은 상기 단계 1의 중합 이후에 필요에 따라 용매 및 미반응 단량체 회수 및 건조 중 1 이상의 단계를 더 포함할 수 있으며, 상기 후공정 단계는 예컨대 상기 반응생성물을 스팀으로 가열된 온수에 넣고 교반하여 용매를 제거하고, 롤 건조하여 잔량의 용매와 물을 제거하여 수행하는 것일 수 있다. The production method according to an embodiment of the present invention may further include at least one step of recovering and drying the solvent and the unreacted monomer, if necessary, after the polymerization of Step 1, and the post-process step may include, for example, the reaction product. Put into hot water heated with steam and stirred to remove the solvent, roll drying to remove the residual amount of solvent and water may be performed.
아울러, 본 발명은 상기 변성 공액디엔계 중합체를 포함하는 고무 조성물 및 상기 고무 조성물로부터 제조된 성형품을 제공한다. In addition, the present invention provides a rubber composition comprising the modified conjugated diene-based polymer and a molded article prepared from the rubber composition.
본 발명의 일 실시예에 따른 상기 고무 조성물은 변성 공액디엔계 중합체를 0.1 중량% 이상 100 중량% 이하, 구체적으로는 10 중량% 내지 100 중량%, 더욱 구체적으로는 20 중량% 내지 90 중량%로 포함하는 것일 수 있다. 만약, 상기 변성 공액디엔계 중합체의 함량이 0.1 중량% 미만인 경우 결과적으로 상기 고무 조성물을 이용하여 제조된 성형품, 예컨대 타이어의 내마모성 및 내균열성 등의 개선효과가 미미할 수 있다. The rubber composition according to an embodiment of the present invention is 0.1 to 100% by weight of the modified conjugated diene-based polymer, specifically 10 to 100% by weight, more specifically 20 to 90% by weight It may be to include. If the content of the modified conjugated diene-based polymer is less than 0.1% by weight, as a result, improvement effects such as abrasion resistance and crack resistance of a molded article manufactured using the rubber composition, such as a tire, may be insignificant.
또한, 상기 고무 조성물은 상기 변성 공액디엔계 중합체 외에 필요에 따라 다른 고무 성분을 더 포함할 수 있으며, 이때 상기 고무 성분은 고무 조성물 총 중량에 대하여 90 중량% 이하의 함량으로 포함될 수 있다. 구체적으로는 상기 변성 공액디엔계 공중합체 100 중량부에 대하여 1 중량부 내지 900 중량부로 포함되는 것일 수 있다. In addition, the rubber composition may further include other rubber components as needed in addition to the modified conjugated diene-based polymer, wherein the rubber components may be included in an amount of 90% by weight or less based on the total weight of the rubber composition. Specifically, the modified conjugated diene copolymer may be included in an amount of 1 part by weight to 900 parts by weight based on 100 parts by weight.
상기 고무 성분은 천연고무 또는 합성고무일 수 있으며, 예컨대 상기 고무 성분은 시스-1,4-폴리이소프렌을 포함하는 천연고무(NR); 상기 일반적인 천연고무를 변성 또는 정제한, 에폭시화 천연고무(ENR), 탈단백 천연고무(DPNR), 수소화 천연고무 등의 변성 천연고무; 스티렌-부타디엔 공중합체(SBR), 폴리부타디엔(BR), 폴리이소프렌(IR), 부틸고무(IIR), 에틸렌-프로필렌 공중합체, 폴리이소부틸렌-코-이소프렌, 네오프렌, 폴리(에틸렌-코-프로필렌), 폴리(스티렌-코-부타디엔), 폴리(스티렌-코-이소프렌), 폴리(스티렌-코-이소프렌-코-부타디엔), 폴리(이소프렌-코-부타디엔), 폴리(에틸렌-코-프로필렌-코-디엔), 폴리설파이드 고무, 아크릴 고무, 우레탄 고무, 실리콘 고무, 에피클로로히드린 고무, 부틸 고무, 할로겐화 부틸 고무 등과 같은 합성고무일 수 있으며, 이들 중 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물이 사용될 수 있다. The rubber component may be natural rubber or synthetic rubber, for example, the rubber component may include natural rubber (NR) including cis-1,4-polyisoprene; Modified natural rubbers such as epoxidized natural rubber (ENR), deproteinized natural rubber (DPNR), and hydrogenated natural rubber obtained by modifying or refining the general natural rubber; Styrene-butadiene copolymer (SBR), polybutadiene (BR), polyisoprene (IR), butyl rubber (IIR), ethylene-propylene copolymer, polyisobutylene-co-isoprene, neoprene, poly (ethylene-co- Propylene), poly (styrene-co-butadiene), poly (styrene-co-isoprene), poly (styrene-co-isoprene-co-butadiene), poly (isoprene-co-butadiene), poly (ethylene-co-propylene Co-diene), polysulfide rubber, acrylic rubber, urethane rubber, silicone rubber, epichlorohydrin rubber, butyl rubber, halogenated butyl rubber, etc., and any one or a mixture of two or more thereof may be used. have.
또한, 상기 고무 조성물은 변성 공액디엔계 중합체 100 중량부에 대하여 0.1 중량부 내지 150 중량부의 충진제를 포함하는 것일 수 있으며, 상기 충진제는 실리카계, 카본블랙 또는 이들 조합을 포함하는 것일 수 있다. 예컨대 상기 충진제는 실리카계 충진제를 포함하는 것일 수 있다.In addition, the rubber composition may include 0.1 parts by weight to 150 parts by weight of a filler based on 100 parts by weight of the modified conjugated diene-based polymer, and the filler may include silica, carbon black, or a combination thereof. For example, the filler may include a silica-based filler.
상기 카본블랙계 충진제는 특별히 제한하는 것은 아니나, 예컨대 질소 흡착 비표면적(N2SA, JIS K 6217-2:2001에 준거해서 측정함)이 20 ㎡/g 내지 250 ㎡/g인 것일 수 있다. 또, 상기 카본블랙은 디부틸프탈레이트 흡유량(DBP)이 80 cc/100g 내지 200 cc/100g인 것일 수 있다. 상기 카본블랙의 질소흡착 비표면적이 250 m2/g을 초과하면 고무 조성물의 가공성이 저하될 우려가 있고, 20 m2/g 미만이면 카본블랙에 의한 보강 성능이 미미할 수 있다. 또한, 상기 카본블랙의 DBP 흡유량이 200 cc/100g을 초과하면 고무 조성물의 가공성이 저하될 우려가 있고, 80 cc/100g 미만이면 카본블랙에 의한 보강 성능이 미미할 수 있다. Although the carbon black filler is not particularly limited, for example, the nitrogen adsorption specific surface area (N 2 SA, measured in accordance with JIS K 6217-2: 2001) may be 20 m 2 / g to 250 m 2 / g. In addition, the carbon black may have a dibutyl phthalate oil absorption (DBP) of 80 cc / 100g to 200 cc / 100g. When the nitrogen adsorption specific surface area of the carbon black exceeds 250 m 2 / g, the workability of the rubber composition may be lowered. When the carbon adsorption specific surface area is less than 20 m 2 / g, the reinforcement performance by the carbon black may be insignificant. In addition, when the DBP oil absorption of the carbon black exceeds 200 cc / 100 g, the workability of the rubber composition may be lowered. If the DBP oil absorption of the carbon black is less than 80 cc / 100 g, the reinforcing performance by the carbon black may be insignificant.
또한, 상기 실리카는 특별히 제한하는 것은 아니나, 예컨대 습식 실리카(함수규산), 건식 실리카(무수규산), 규산칼슘, 규산알루미늄 또는 콜로이드 실리카 등일 수 있다. 구체적으로는, 상기 실리카는 파괴 특성의 개량 효과 및 웨트 그립성(wet grip)의 양립 효과가 가장 현저한 습실 실리카일 수 있다. 또한, 상기 실리카는 질소흡착 비표면적(nitrogen surface area per gram, N2SA)이 120 ㎡/g 내지 180 ㎡/g이고, CTAB(cetyl trimethyl ammonium bromide) 흡착 비표면적이 100 ㎡/g 내지 200 ㎡/g일 수 있다. 상기 실리카의 질소흡착 비표면적이 120 ㎡/g 미만이면 실리카에 의한 보강 성능이 저하될 우려가 있고, 180 ㎡/g을 초과하면 고무 조성물의 가공성이 저하될 우려가 있다. 또한, 상기 실리카의 CTAB 흡착 비표면적이 100 ㎡/g 미만이면 충진제인 실리카에 의한 보강 성능이 저하될 우려가 있고, 200 ㎡/g을 초과하면 고무 조성물의 가공성이 저하될 우려가 있다.In addition, the silica is not particularly limited, but may be, for example, wet silica (silicate silicate), dry silica (silicate anhydride), calcium silicate, aluminum silicate or colloidal silica. Specifically, the silica may be a wet silica having the most remarkable effect of improving the fracture characteristics and a wet grip. In addition, the silica has a nitrogen adsorption specific surface area (N2SA) of 120 m 2 / g to 180 m 2 / g, and CTAB (cetyl trimethyl ammonium bromide) adsorption specific surface area of 100 m 2 / g to 200 m 2 / g Can be. When the nitrogen adsorption specific surface area of the said silica is less than 120 m <2> / g, there exists a possibility that the reinforcement performance by a silica may fall, and when it exceeds 180 m <2> / g, there exists a possibility that the workability of a rubber composition may fall. In addition, when the CTAB adsorption specific surface area of the silica is less than 100 m 2 / g, reinforcing performance by silica as a filler may be deteriorated, and when it exceeds 200 m 2 / g, the workability of the rubber composition may be deteriorated.
한편, 상기 충진제로서 실리카가 사용될 경우 보강성 및 저발열성 개선을 위해 실란 커플링제가 함께 사용될 수 있다. Meanwhile, when silica is used as the filler, a silane coupling agent may be used together to improve reinforcement and low heat generation.
상기 실란 커플링제로는 구체적으로 비스(3-트리에톡시실릴프로필)테트라술피드, 비스(3-트리에톡시실릴프로필)트리술피드, 비스(3-트리에톡시실릴프로필)디술피드, 비스(2-트리에톡시실릴에틸)테트라술피드, 비스(3-트리메톡시실릴프로필)테트라술피드, 비스(2-트리메톡시실릴에틸)테트라술피드, 3-머캅토프로필트리메톡시실란, 3-머캅토프로필트리에톡시실란, 2-머캅토에틸트리메톡시실란, 2-머캅토에틸트리에톡시실란, 3-트리메톡시실릴프로필-N,N-디메틸티오카르바모일테트라술피드, 3-트리에톡시실릴프로필-N,N-디메틸티오카르바모일테트라술피드, 2-트리에톡시실릴에틸-N,N-디메틸티오카르바모일테트라술피드, 3-트리메톡시실릴프로필벤조티아졸릴테트라술피드, 3-트리에톡시실릴프로필벤졸릴테트라술피드, 3-트리에톡시실릴프로필메타크릴레이트모노술피드, 3-트리메톡시실릴프로필메타크릴레이트모노술피드, 비스(3-디에톡시메틸실릴프로필)테트라술피드, 3-머캅토프로필디메톡시메틸실란, 디메톡시메틸실릴프로필-N,N-디메틸티오카르바모일테트라술피드 또는 디메톡시메틸실릴프로필벤조티아졸릴테트라술피드 등을 들 수 있으며, 이들 중 어느 하나 또는 둘 이상의 혼합물이 사용될 수 있다. 보다 구체적으로는 보강성 개선 효과를 고려할 때 상기 실란커플링제는 비스(3-트리에톡시실릴프로필)폴리술피드 또는 3-트리메톡시실릴프로필벤조티아질테트라술피드일 수 있다. Specific examples of the silane coupling agent include bis (3-triethoxysilylpropyl) tetrasulfide, bis (3-triethoxysilylpropyl) trisulfide, bis (3-triethoxysilylpropyl) disulfide, bis (2-triethoxysilylethyl) tetrasulfide, bis (3-trimethoxysilylpropyl) tetrasulfide, bis (2-trimethoxysilylethyl) tetrasulfide, 3-mercaptopropyltrimethoxysilane , 3-mercaptopropyltriethoxysilane, 2-mercaptoethyltrimethoxysilane, 2-mercaptoethyltriethoxysilane, 3-trimethoxysilylpropyl-N, N-dimethylthiocarbamoyl tetrasul Feed, 3-triethoxysilylpropyl-N, N-dimethylthiocarbamoyl tetrasulfide, 2-triethoxysilylethyl-N, N-dimethylthiocarbamoyl tetrasulfide, 3-trimethoxysilyl Propylbenzothiazolyl tetrasulfide, 3-triethoxysilylpropylbenzolyl tetrasulfide, 3-triethoxysilylpropyl methacrylate Monosulfide, 3-trimethoxysilylpropylmethacrylate monosulfide, bis (3-diethoxymethylsilylpropyl) tetrasulfide, 3-mercaptopropyldimethoxymethylsilane, dimethoxymethylsilylpropyl-N, N-dimethylthiocarbamoyl tetrasulfide or dimethoxymethylsilylpropylbenzothiazolyl tetrasulfide, and the like, and any one or a mixture of two or more thereof may be used. More specifically, in consideration of the reinforcing improvement effect, the silane coupling agent may be bis (3-triethoxysilylpropyl) polysulfide or 3-trimethoxysilylpropylbenzothiazyl tetrasulfide.
또한, 본 발명에 따른 일 실시예에 따른 상기 고무 조성물에 있어서는, 고무 성분으로서 활성 부위에 충진제와의 친화성이 높은 관능기가 도입된 변성 공액디엔계 중합체가 사용되고 있기 때문에, 실란 커플링제의 배합량은 통상의 경우보다 저감될 수 있다. 구체적으로, 상기 실란 커플링제는 충진제 100 중량부에 대하여 1 중량부 내지 20 중량부로 사용될 수 있다. 상기한 범위로 사용될 때, 커플링제로서의 효과가 충분히 발휘되면서도 고무 성분의 겔화를 방지할 수 있다. 보다 구체적으로는 상기 실란 커플링제는 실리카 100 중량부에 대하여 5 중량부 내지 15 중량부로 사용될 수 있다. In addition, in the rubber composition according to one embodiment of the present invention, since the modified conjugated diene-based polymer in which a functional group having high affinity with a filler is introduced into the active site is used as the rubber component, the compounding amount of the silane coupling agent is It can be reduced than usual. Specifically, the silane coupling agent may be used in an amount of 1 to 20 parts by weight based on 100 parts by weight of the filler. When used in the above-mentioned range, the gelation of the rubber component can be prevented while the effect as a coupling agent is sufficiently exhibited. More specifically, the silane coupling agent may be used in 5 parts by weight to 15 parts by weight based on 100 parts by weight of silica.
또한, 본 발명에 따른 일 실시예에 따른 고무 조성물은 황 가교성일 수 있으며, 이에 따라 가황제를 더 포함할 수 있다.In addition, the rubber composition according to an embodiment of the present invention may be sulfur crosslinkable, and thus may further include a vulcanizing agent.
상기 가황제는 구체적으로 황분말일 수 있으며, 고무 성분 100 중량부에 대하여 0.1 중량부 내지 10 중량부로 포함될 수 있다. 상기 함량범위로 포함될 때, 가황 고무 조성물의 필요한 탄성률 및 강도를 확보할 수 있으며, 동시에 저연비성을 얻을 수 있다. The vulcanizing agent may be specifically sulfur powder, and may be included in an amount of 0.1 to 10 parts by weight based on 100 parts by weight of the rubber component. When included in the content range, it is possible to secure the required elastic modulus and strength of the vulcanized rubber composition, and at the same time obtain a low fuel consumption.
또한, 본 발명에 따른 일 실시예에 따른 고무 조성물은 상기한 성분들 외에, 통상 고무 공업계에서 사용되는 각종 첨가제, 구체적으로는 가황 촉진제, 공정유, 가소제, 노화 방지제, 스코치 방지제, 아연화(zinc white), 스테아르산, 열경화성 수지, 또는 열가소성 수지 등을 더 포함할 수 있다.In addition, the rubber composition according to an embodiment of the present invention, in addition to the above components, various additives commonly used in the rubber industry, specifically, vulcanization accelerators, process oils, plasticizers, anti-aging agents, anti-scoring agents, zinc white (zinc white) ), Stearic acid, a thermosetting resin, or a thermoplastic resin may be further included.
상기 가황 촉진제는 특별히 한정되는 것은 아니며, 구체적으로는 M(2-머캅토벤조티아졸), DM(디벤조티아질디술피드), CZ(N-사이클로헥실-2-벤조티아질술펜아미드) 등의 티아졸계 화합물, 혹은 DPG(디페닐구아니딘) 등의 구아니딘계 화합물이 사용될 수 있다. 상기 가황촉진제는 고무 성분 100 중량부에 대하여 0.1 중량부 내지 5 중량부로 포함될 수 있다.The said vulcanization accelerator is not specifically limited, Specifically, M (2-mercapto benzothiazole), DM (dibenzothiazyl disulfide), CZ (N-cyclohexyl-2- benzothiazyl sulfenamide), etc. Thiazole compounds, or guanidine compounds such as DPG (diphenylguanidine) can be used. The vulcanization accelerator may be included in an amount of 0.1 parts by weight to 5 parts by weight based on 100 parts by weight of the rubber component.
또한, 상기 공정유는 고무 조성물내 연화제로서 작용하는 것으로, 구체적으로는 파라핀계, 나프텐계, 또는 방향족계 화합물일 수 있으며, 보다 구체적으로는 인장 강도 및 내마모성을 고려할 때 방향족계 공정유가, 히스테리시스 손실 및 저온 특성을 고려할 때 나프텐계 또는 파라핀계 공정유가 사용될 수 있다. 상기 공정유는 고무 성분 100 중량부에 대하여 100 중량부 이하의 함량으로 포함될 수 있으며, 상기 함량으로 포함될 때, 가황 고무의 인장 강도, 저발열성(저연비성)의 저하를 방지할 수 있다.In addition, the process oil acts as a softener in the rubber composition, specifically, may be a paraffinic, naphthenic, or aromatic compound, and more specifically, aromatic process oil, hysteresis loss in consideration of tensile strength and wear resistance. And naphthenic or paraffinic process oils may be used when considering low temperature properties. The process oil may be included in an amount of 100 parts by weight or less with respect to 100 parts by weight of the rubber component, when included in the content, it is possible to prevent the degradation of tensile strength, low heat generation (low fuel efficiency) of the vulcanized rubber.
또한, 상기 노화방지제로는 구체적으로 N-이소프로필-N'-페닐-p-페닐렌디아민, N-(1,3-디메틸부틸)-N'-페닐-p-페닐렌디아민, 6-에톡시-2,2,4-트리메틸-1,2-디히드로퀴놀린, 또는 디페닐아민과 아세톤의 고온 축합물 등을 들 수 있다. 상기 노화방지제는 고무 성분 100 중량부에 대하여 0.1 중량부 내지 6 중량부로 사용될 수 있다.In addition, as the anti-aging agent, specifically N-isopropyl-N'-phenyl-p-phenylenediamine, N- (1,3-dimethylbutyl) -N'-phenyl-p-phenylenediamine, 6- Methoxy-2,2,4-trimethyl-1,2-dihydroquinoline, or a high temperature condensate of diphenylamine and acetone. The anti-aging agent may be used in an amount of 0.1 to 6 parts by weight based on 100 parts by weight of the rubber component.
본 발명의 일 실시예에 따른 고무 조성물은 상기 배합 처방에 의해 밴버리 믹서, 롤, 인터널 믹서 등의 혼련기를 사용하여 혼련함으로써 수득될 수 있으며, 또 성형 가공 후 가황 공정에 의해 저발열성이며 내마모성이 우수한 고무 조성물이 수득될 수 있다.The rubber composition according to an embodiment of the present invention can be obtained by kneading using a kneading machine such as a Banbury mixer, a roll, an internal mixer, etc. by the above formulation, and also has low heat resistance and abrasion resistance by a vulcanization process after molding. This excellent rubber composition can be obtained.
이에 따라 상기 고무 조성물은 타이어 트레드, 언더 트레드, 사이드 월, 카카스 코팅 고무, 벨트 코팅 고무, 비드 필러, 췌이퍼, 또는 비드 코팅 고무 등의 타이어의 각 부재나, 방진고무, 벨트 컨베이어, 호스 등의 각종 공업용 고무 제품의 제조에 유용할 수 있다.Accordingly, the rubber composition may be used for tire members such as tire treads, under treads, sidewalls, carcass coated rubbers, belt coated rubbers, bead fillers, pancreapers, or bead coated rubbers, dustproof rubbers, belt conveyors, hoses, and the like. It may be useful for the production of various industrial rubber products.
상기 고무 조성물을 이용하여 제조된 성형품은 타이어 또는 타이어 트레드를 포함하는 것일 수 있다.The molded article manufactured using the rubber composition may include a tire or a tire tread.
이하, 실시예 및 실험예에 의하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 하기 실시예 및 실험예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로 이들 만으로 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and Experimental Examples. However, the following Examples and Experimental Examples are provided to illustrate the present invention, and the scope of the present invention is not limited only to these examples.
제조예 1Preparation Example 1
1 L 오토클레이브 반응기에 노말헥산 360 ml, 하기 화학식 (i)로 표시되는 화합물 95g 및 n-부틸리튬 180ml, 2,5M in 노말헥산을 투입하고, 0 ℃에서 30분간 반응시켜 변성 중합 개시제를 제조하였다. 1,10-phenanthroline 적정방법(D. E. Bergbreiter, E. Pendergrass, J. Org. Chem. 1981, 46, 219-220)을 통해 변성개시제 용액의 농도가 0.35 M임을 확인하였다.360 ml of normal hexane, 95 g of a compound represented by the following formula (i) and 180 ml of n-butyllithium, 2,5 M in normal hexane were added to a 1 L autoclave reactor, and reacted at 0 ° C. for 30 minutes to prepare a modified polymerization initiator. It was. 1,10-phenanthroline titration method (D. E. Bergbreiter, E. Pendergrass, J. Org. Chem. 1981, 46, 219-220) confirmed that the concentration of denaturation initiator solution is 0.35 M.
제조예 2Preparation Example 2
출발물질로 제조예 화학식 (ii) 사용한 것을 제외하고는 상기 제조예 1과 동일한 방법을 통하여 변성 개시제 용액을 제조하였다. 1,10-phenanthroline 적정방법(D. E. Bergbreiter, E. Pendergrass, J. Org. Chem. 1981, 46, 219-220)을 통해 변성개시제 용액의 농도가 0.35 M임을 확인하였다.Preparation Example As starting material, a modification initiator solution was prepared in the same manner as in Preparation Example 1, except that Chemical Formula (ii) was used. 1,10-phenanthroline titration method (D. E. Bergbreiter, E. Pendergrass, J. Org. Chem. 1981, 46, 219-220) confirmed that the concentration of denaturation initiator solution is 0.35 M.
제조예 3Preparation Example 3
출발물질로 제조예 화학식 (iii) 사용한 것을 제외하고는 상기 제조예 1과 동일한 방법을 통하여 변성 개시제 용액을 제조하였다. 1,10-phenanthroline 적정방법(D. E. Bergbreiter, E. Pendergrass, J. Org. Chem. 1981, 46, 219-220)을 통해 변성개시제 용액의 농도가 0.35 M임을 확인하였다.Preparation Example As a starting material, a modification initiator solution was prepared in the same manner as in Preparation Example 1, except that Chemical Formula (iii) was used. 1,10-phenanthroline titration method (D. E. Bergbreiter, E. Pendergrass, J. Org. Chem. 1981, 46, 219-220) confirmed that the concentration of denaturation initiator solution is 0.35 M.
제조예 4Preparation Example 4
출발물질로 제조예 화학식 (iv) 사용한 것을 제외하고는 상기 제조예 1과 동일한 방법을 통하여 변성 개시제 용액을 제조하였다. 1,10-phenanthroline 적정방법(D. E. Bergbreiter, E. Pendergrass, J. Org. Chem. 1981, 46, 219-220)을 통해 변성개시제 용액의 농도가 0.35 M임을 확인하였다.Preparation Example As starting material A denaturation initiator solution was prepared in the same manner as in Preparation Example 1, except that Chemical Formula (iv) was used. 1,10-phenanthroline titration method (D. E. Bergbreiter, E. Pendergrass, J. Org. Chem. 1981, 46, 219-220) confirmed that the concentration of denaturation initiator solution is 0.35 M.
제조예 5Preparation Example 5
출발물질로 제조예 화학식 (v) 사용한 것을 제외하고는 상기 제조예 1과 동일한 방법을 통하여 변성 개시제 용액을 제조하였다. 1,10-phenanthroline 적정방법(D. E. Bergbreiter, E. Pendergrass, J. Org. Chem. 1981, 46, 219-220)을 통해 변성개시제 용액의 농도가 0.35 M임을 확인하였다.Preparation Example As a starting material, a modification initiator solution was prepared in the same manner as in Preparation Example 1, except that Chemical Formula (v) was used. 1,10-phenanthroline titration method (D. E. Bergbreiter, E. Pendergrass, J. Org. Chem. 1981, 46, 219-220) confirmed that the concentration of denaturation initiator solution is 0.35 M.
실시예 1Example 1
20 L 오토클레이브 반응기에 n-헥산 5 kg, 제조예 1에서 제조된 변성 중합 개시제 2.4 ml(0.35M)를 투입하고, 여기에 스티렌 270 g, 1,3-부타디엔 710 g 및 극성첨가제로 2,2-비스(2-옥소라닐)프로판 0.75 g을 투입한 후 반응기 내부온도를 40℃로 승온시키고, 단열승온 반응을 진행하였다. 30여 분 경과 후, 1,3-부타디엔 20 g을 투입하여 중합체 말단을 부타디엔으로 캡핑(capping)하였다. 이후 에탄올을 이용하여 반응을 정지시키고, 산화방지제인 Wingstay K가 헥산에 30 중량% 녹아있는 용액 33 g을 첨가하였다. 그 결과 얻어진 중합물을 스팀으로 가열된 온수에 넣고 교반하여 용매를 제거한 다음, 롤 건조하여 잔량의 용매와 물을 제거하여, 변성 스티렌-부타디엔 공중합체를 제조하였다.5 kg of n-hexane, 2.4 ml (0.35 M) of the modified polymerization initiator prepared in Preparation Example 1 were added to a 20 L autoclave reactor, and 270 g of styrene, 710 g of 1,3-butadiene and 2, as a polar additive were added thereto. After 0.75 g of 2-bis (2-oxoranyl) propane was added thereto, the temperature inside the reactor was raised to 40 ° C, and the adiabatic heating reaction was performed. After 30 minutes, 20 g of 1,3-butadiene was added to cap the polymer end with butadiene. Then, the reaction was stopped using ethanol, and 33 g of a solution of 30 wt% of Wingstay K, an antioxidant, dissolved in hexane was added. The resulting polymer was placed in hot water heated with steam, stirred to remove the solvent, and then dried in rolls to remove residual solvent and water to prepare a modified styrene-butadiene copolymer.
실시예 2Example 2
변성 중합 개시제로 제조예 2에서 제조된 변성 중합 개시제를 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법을 통하여 변성 스티렌-부타디엔 공중합체를 제조하였다. A modified styrene-butadiene copolymer was prepared in the same manner as in Example 1 except that the modified polymerization initiator prepared in Preparation Example 2 was used as the modified polymerization initiator.
실시예 3Example 3
변성 중합 개시제로 제조예 3에서 제조된 변성 중합 개시제를 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법을 통하여 변성 스티렌-부타디엔 공중합체를 제조하였다.A modified styrene-butadiene copolymer was prepared in the same manner as in Example 1 except that the modified polymerization initiator prepared in Preparation Example 3 was used as the modified polymerization initiator.
실시예 4Example 4
변성 중합 개시제로 제조예 4에서 제조된 변성 중합 개시제를 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법을 통하여 변성 스티렌-부타디엔 공중합체를 제조하였다.A modified styrene-butadiene copolymer was prepared in the same manner as in Example 1 except that the modified polymerization initiator prepared in Preparation Example 4 was used as the modified polymerization initiator.
실시예 5Example 5
변성 중합 개시제로 제조예 5에서 제조된 변성 중합 개시제를 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법을 통하여 변성 스티렌-부타디엔 공중합체를 제조하였다.A modified styrene-butadiene copolymer was prepared in the same manner as in Example 1 except that the modified polymerization initiator prepared in Preparation Example 5 was used as the modified polymerization initiator.
비교예 1Comparative Example 1
20 L 오토클레이브 반응기에 스티렌 270 g, 1,3-부타디엔 730 g 및 노말헥산 5 kg, 극성첨가제로 2,2-비스(2-옥소라닐)프로판 0.75 g을 투입한 후 반응기 내부온도를 40℃로 승온하였다. 반응기 내부 온도가 40℃에 도달했을 때, n-부틸리튬 3.57 g(2.5M in 노말헥산)을 반응기에 투입하여 단열승온 반응을 진행하였다. 이후 에탄올을 이용하여 반응을 정지시키고, 산화방지제인 Wingstay K가 헥산에 30 중량% 녹아있는 용액 33 g을 첨가하였다. 그 결과 얻어진 중합물을 스팀으로 가열된 온수에 넣고 교반하여 용매를 제거한 다음, 롤 건조하여 잔량의 용매와 물을 제거하여, 스티렌-부타디엔 공중합체를 제조하였다.Into a 20 L autoclave reactor, 270 g of styrene, 730 g of 1,3-butadiene, 5 kg of normal hexane, 0.75 g of 2,2-bis (2-oxolanyl) propane were added as a polar additive, and the temperature inside the reactor was 40 It heated up at ° C. When the internal temperature of the reactor reached 40 ° C, 3.57 g (2.5 M in normal hexane) of n-butyllithium was added to the reactor to perform an adiabatic heating reaction. Then, the reaction was stopped using ethanol, and 33 g of a solution of 30 wt% of Wingstay K, an antioxidant, dissolved in hexane was added. The resulting polymer was placed in hot water heated with steam, stirred to remove the solvent, and then roll dried to remove the residual solvent and water to prepare a styrene-butadiene copolymer.
비교예 2Comparative Example 2
변성 중합 개시제로 2-리티오-2-페닐-1,3-디티안을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법을 통하여 변성 스티렌-부타디엔 공중합체를 제조하였다.A modified styrene-butadiene copolymer was prepared in the same manner as in Example 1 except that 2-rithio-2-phenyl-1,3-dithiane was used as the modified polymerization initiator.
비교예 3Comparative Example 3
변성 중합 개시제로 2-리티오-2-(4-디메틸아미노페닐)-1,3-디티안을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법을 통하여 변성 스티렌-부타디엔 공중합체를 제조하였다.A modified styrene-butadiene copolymer was prepared in the same manner as in Example 1 except that 2-rithio-2- (4-dimethylaminophenyl) -1,3-dithiane was used as the modified polymerization initiator.
실험예 1Experimental Example 1
상기 실시예 및 비교예에서 제조한 변성 스티렌-부타디엔 공중합체 및 스티렌-부타디엔 공중합체에 대해 하기와 같은 방법으로 각각의 물성을 측정하고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다. Physical properties of the modified styrene-butadiene copolymers and styrene-butadiene copolymers prepared in Examples and Comparative Examples were measured in the following manners, and the results are shown in Table 1 below.
1) 스티렌 유래단위 및 비닐 함량1) Styrene derived unit and vinyl content
각 공중합체 내 스티렌 유래단위(SM) 및 비닐 함량은 NMR을 이용하여 측정하였다.Styrene derived units (SM) and vinyl content in each copolymer were measured using NMR.
2) 중량 평균 분자량(Mw), 수 평균 분자량(Mn), 및 분자량 분포2) weight average molecular weight (Mw), number average molecular weight (Mn), and molecular weight distribution
각 중합체를 40℃ 조건 하에서 테트라히드로퓨란(THF)에 30분간 녹인 후 겔 투과 크로마토 그래피(GPC: gel permeation chromatography)에 적재하여 흘려주었다. 이때, 칼럼은 폴리머 라보레토리즈사(Polymer Laboratories)의 상품명 PLgel Olexis 칼럼 두 자루와 PLgel mixed-C 칼럼 한 자루를 조합 사용하였다. 또 새로 교체한 칼럼은 모두 혼합상(mixed bed) 타입의 칼럼을 사용하였으며, 겔 투과 크로마토그래피 표준 물질(GPC Standard material)로서 폴리스티렌(Polystyrene)을 사용하였다.Each polymer was dissolved in tetrahydrofuran (THF) for 30 minutes under 40 ° C., and then loaded on a gel permeation chromatography (GPC) and flowed through. In this case, two columns of PLgel Olexis brand name and one PLgel mixed-C column of Polymer Laboratories were used in combination. The newly replaced columns were all mixed bed type columns, and polystyrene was used as the gel permeation chromatography standard material (GPC Standard material).
3) 무니점도3) Mooney viscosity
각 중합체에 대해 Monsanto사 MV2000E로 Large Rotor를 사용하여 100℃에서 Rotor Speed 2±0.02 rpm의 조건에서 무니점도(MV)를 측정하였다. 이때 사용된 시료는 실온(23±3℃)에서 30분 이상 방치한 후 27±3g을 채취하여 다이 캐비티 내부에 채워 놓고 플래턴(Platen)을 작동시켜 토크를 인가하면서 무니점도를 측정하였다.For each polymer, the Mooney viscosity (MV) was measured under conditions of Rotor Speed 2 ± 0.02 rpm at 100 ° C. using a Large Rotor with Monsanto MV2000E. At this time, the sample used was left at room temperature (23 ± 3 ℃) for more than 30 minutes, and collected 27 ± 3g filled inside the die cavity and operated the platen (Platen) to measure the Mooney viscosity.
(wt%)NMR
(wt%)
유래단위Styrene
Origin unit
실험예 2Experimental Example 2
상기 실시예 및 비교예에서 제조한 변성 스티렌-부타디엔 공중합체 및 스티렌-부타디엔 공중합체를 이용하여 고무 조성물 및 고무 시편을 제조한 후, 하기와 같은 방법으로 인장특성, 점탄성 특성 및 내마모성을 각각 측정하였다. 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.Rubber compositions and rubber specimens were prepared using the modified styrene-butadiene copolymers and styrene-butadiene copolymers prepared in Examples and Comparative Examples, and then the tensile, viscoelastic and abrasion resistance properties were measured in the following manner. . The results are shown in Table 2 below.
구체적으로, 각 고무 시편은 제1단 혼련과 제2단 혼련과정을 거쳐 제조하였다. 이때, 공중합체를 제외한 물질의 사용량은 공중합체 100 중량부를 기준으로 하여 나타낸 것이다. 제1단 혼련에서는 온도제어 장치를 부속한 반바리믹서를 사용하여 상기 각 공중합체 137.5 중량부, 실리카 70 중량부, 실란 커플링제로서 비스(3-트리에톡시실릴프로필)테트라술피드 11.2 중량부, 노화방지제(TMDQ) 2 중량부, 산화아연(ZnO) 3 중량부 및 스테아린산(stearic acid) 2 중량부, 산화방지제 2 중량부, 왁스 1 중량부를 배합하여 혼련하였다. 이때, 혼련기의 온도를 제어하고 145℃~155℃의 배출온도에서 1차 배합물을 얻었다. 제2단 혼련에서는 상기 1차 배합물을 실온까지 냉각한 후 혼련기에 고무 촉진제(CZ) 1.75 중량부, 황분말 1.5 중량부, 및 가황촉진제 2 중량부를 첨가하고 100℃ 이하의 온도에서 믹싱하여 2차 배합물을 얻었다. 이 후 100℃에서 20분 동안 큐어링 공정을 거쳐 각 고무 시편을 제조하였다.Specifically, each rubber specimen was prepared through a first stage kneading process and a second stage kneading process. In this case, the amount of the material excluding the copolymer is shown based on 100 parts by weight of the copolymer. In the first stage kneading, 137.5 parts by weight of each copolymer, 70 parts by weight of silica, and 11.2 parts by weight of bis (3-triethoxysilylpropyl) tetrasulfide as a silane coupling agent using a half-barrier with a temperature controller. 2 parts by weight of antioxidant (TMDQ), 3 parts by weight of zinc oxide (ZnO), 2 parts by weight of stearic acid, 2 parts by weight of antioxidant, and 1 part by weight of wax were mixed and kneaded. At this time, the temperature of the kneader was controlled and the primary blend was obtained at the discharge temperature of 145 ° C to 155 ° C. In the second stage kneading, after cooling the first blend to room temperature, 1.75 parts by weight of rubber accelerator (CZ), 1.5 parts by weight of sulfur powder, and 2 parts by weight of vulcanization accelerator are added to the kneader, followed by mixing at a temperature of 100 ° C. or lower, and then A blend was obtained. Thereafter, each rubber specimen was prepared by a curing process at 100 ° C. for 20 minutes.
1) 인장특성1) Tensile Properties
인장특성은 ASTM 412의 인장시험법에 준하여 각 시험편을 제조하고 상기 시험편의 절단시의 인장강도 및 300% 신장시의 인장응력(300% 모듈러스)를 측정하였다. 구체적으로, 인장특성은 Universal Test Machin 4204(Instron 社) 인장 시험기를 이용하여 실온에서 50 cm/min의 속도로 측정하여 인장강도 및 300% 신장시의 인장응력 값을 얻었다. 측정값은 비교예 1의 측정값을 100으로하여 지수화하여 나타내었다. 지수가 높을수록 물성이 우수한 것을 나타낸다.Tensile properties were prepared in accordance with the tensile test method of ASTM 412 and measured the tensile strength at the cutting of the specimen and the tensile stress (300% modulus) at 300% elongation. Specifically, the tensile properties were measured at a rate of 50 cm / min at room temperature using a Universal Test Machin 4204 (Instron Co., Ltd.) tensile tester to obtain tensile strength and tensile stress at 300% elongation. The measured value was indexed and shown as the measured value of the comparative example 1 as 100, and was shown. The higher the index, the better the physical properties.
2) 점탄성 특성2) viscoelastic properties
점탄성 특성은 동적 기계 분석기(TA 社)를 이용하여 비틀림 모드로 주파수10 Hz, 각 측정온도(0℃~70℃)에서 변형을 변화시켜 Tan δ를 측정하였다. 측정 값에서 저온 0℃ tanδ값이 높은 것일 수록 젖은 노면저항성이 우수하고, 고온 60℃ tanδ 값이 낮은 것일 수록 히스테리시스 손실이 적고, 저주행저항성(연비성)이 우수함을 나타내는 것이나, 하기 표 2에서는 비교예 1의 측정값을 100으로 하여 각 측정값을 지수화(%)하여 나타내었다. 지수가 높을수록 점탄성 특성이 우수한 것을 의미한다.Viscoelastic properties were measured by using a dynamic mechanical analyzer (TA, Inc.) to measure Tan δ by changing the strain at a frequency of 10 Hz and measuring temperature (0 ° C. to 70 ° C.) in torsion mode. The higher the low temperature 0 ° C tanδ value in the measurement value, the better the wet road resistance, and the lower the high temperature 60 ° C tanδ value indicates less hysteresis loss and better low running resistance (fuel efficiency), but compared in Table 2 below. The measured value of Example 1 was set to 100, and each measured value was shown exponentially (%). Higher index means better viscoelastic properties.
3) 내마모성3) wear resistance
내마모성은 DIN 마모 시험기를 이용하여, 마모지가 붙여진 회전 드럼(drum)에 10 N의 하중을 부가하고 각 고무 시편을 드럼의 회전방향의 직각방향으로 이동시킨 후 마모된 손실무게량을 측정하였다. 드럼의 회전속도는 40 rpm이고, 시험 완료 시 시편의 총 이동거리는 40 m였다. 손실무게량이 적을수록 내마모성이 우수한 것을 나타내는 것이나, 하기 표 2에서는 비교예 1의 측정값을 100으로하여 각 측정값을 지수화하여 나타내었다. 지수가 높을수록 내마모성이 우수한 것을 나타낸다.Wear resistance was measured by applying a load of 10 N to a wear drum-coated rotating drum using a DIN wear tester and moving each rubber specimen in a direction perpendicular to the rotational direction of the drum. The rotational speed of the drum was 40 rpm, and upon completion of the test the total distance traveled was 40 m. The smaller the loss weight, the better the wear resistance. However, in Table 2, the measured value of Comparative Example 1 was set to 100, and each measured value was indexed. The higher the index, the better the wear resistance.
(인덱스 값)Tensile Properties
(Index value)
(인덱스 값)Viscoelastic properties
(Index value)
상기 표 2에 나타난 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 실시예 1 내지 실시예 5의 변성 스티렌-부타디엔 공중합체를 이용하여 제조된 고무 시편이 비교예 1 내지 비교예 3의 미변성 혹은 본 발명에서 특정한 변성 중합 개시제가 아닌 다른 변성 중합 개시제를 사용한 변성 스티렌-부타디엔 공중합체를 이용하여 제조된 고무 시편과 비교하여 전반적으로 인장특성 및 배합 가공성이 우수하면서 점탄성 특성과 내마모성이 우수한 것을 확인하였다. As shown in Table 2, the rubber specimen prepared using the modified styrene-butadiene copolymer of Examples 1 to 5 according to an embodiment of the present invention is unmodified or present in Comparative Examples 1 to 3 Compared to the rubber specimens prepared using the modified styrene-butadiene copolymer using a modified polymerization initiator other than the specific modified polymerization initiator in the invention, it was confirmed that the overall excellent tensile properties and workability, viscoelastic properties and wear resistance.
구체적으로, 상기 실시예 1 내지 실시예 5는 미변성 스티렌-부타디엔 공중합체인 비교예 1과 비교하여 인장특성이 우수하면서 점탄성 특성 및 내마모성이 크게 향상되는 것을 확인하였다.Specifically, Examples 1 to 5 was confirmed that the viscoelastic properties and wear resistance significantly improved compared to Comparative Example 1 which is an unmodified styrene-butadiene copolymer.
또한, 상기 실시예 1 내지 실시예 5는 비교예 2 및 비교예 3의 변성 스티렌-부타디엔 공중합체에 비해 동등한 수준 또는 그 이상으로 우수한 내마모성 및 저온 Tan δ 특성을 나타내면서, 특히 인장 특성 및 점탄성 특성 중 고온(60 ℃) Tan δ 특성이 크게 개선되는 것을 확인하였다. 이 때, 비교예 2 및 3의 변성 스티렌-부타디엔 공중합체는 변성 중합 개시제의 구조가 본 발명과는 상이한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 조건에서 제조된 것이다.In addition, Examples 1 to 5 show excellent abrasion resistance and low temperature Tan δ characteristics equivalent or higher than those of the modified styrene-butadiene copolymers of Comparative Examples 2 and 3, in particular, among tensile and viscoelastic properties. It was confirmed that the high temperature (60 ° C.) Tan δ characteristics were greatly improved. At this time, the modified styrene-butadiene copolymers of Comparative Examples 2 and 3 are prepared under the same conditions as in Example 1 except that the structure of the modified polymerization initiator is different from that of the present invention.
Claims (17)
[화학식 1]
상기 화학식 1에서,
R1은 수소, 치환기 X로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알킬기, 치환기 X로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 사이클로알킬기 또는 치환기 X로 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴기이고,
R2는 치환기 X로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 5의 알킬렌기이고,
R3는 수소이고,
X는 하이드록시기(-OH), 할로겐기, 1급 아미노기(-NH2) 및 2급 아미노기(-NHR')로 이루어진 군으로부터 선택되는 치환기이고, 상기 X가 2급 아미노기인 경우 R'은 탄소수 1 내지 10의 알킬기이며,
R1 및 R2 중 1 이상은 반드시 치환기 X로 치환된 것이다.
A modified conjugated diene-based polymer containing at least one functional group derived from a modified polymerization initiator, wherein the modified polymerization initiator is a reaction product of a compound represented by the following formula (1) with an organometallic compound:
[Formula 1]
In Chemical Formula 1,
R 1 is hydrogen, an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms unsubstituted or substituted with substituent X, a cycloalkyl group having 1 to 20 carbon atoms substituted or unsubstituted with substituent X, or an aryl having 6 to 30 carbon atoms unsubstituted or substituted with substituent X Gigi,
R 2 is an alkylene group having 1 to 5 carbon atoms unsubstituted or substituted with substituent X,
R 3 is hydrogen,
X is a substituent selected from the group consisting of a hydroxyl group (-OH), a halogen group, a primary amino group (-NH 2 ) and a secondary amino group (-NHR '), and when X is a secondary amino group, R' is An alkyl group having 1 to 10 carbon atoms,
At least one of R 1 and R 2 is necessarily substituted with a substituent X.
상기 화학식 1에서,
R1은 수소, 치환기 X로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 10의 알킬기 또는 치환기 X로 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 20의 아릴기이고,
R2는 치환기 X로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 3의 알킬렌기인 것인 변성 공액디엔계 중합체.
The method according to claim 1,
In Chemical Formula 1,
R 1 is hydrogen, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms unsubstituted or substituted with substituent X, or an aryl group having 6 to 20 carbon atoms unsubstituted or substituted with substituent X,
R 2 is a modified conjugated diene-based polymer which is an alkylene group having 1 to 3 carbon atoms unsubstituted or substituted with a substituent X.
상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 하기 화학식 2 내지 4로 표시되는 화합물 중에서 선택된 1 이상을 포함하는 것인 변성 공액디엔계 중합체:
[화학식 2]
[화학식 3]
[화학식 4]
상기 화학식 2 내지 4에서,
R4는 탄소수 1 내지 10의 알킬렌기, 또는 탄소수 6 내지 20의 아릴렌기이고,
R5 내지 R11은 각각 독립적으로, 수소, 치환기 X, 또는 탄소수 1 내지 10의 알킬기이며,
상기 화학식 2에서는 R5 내지 R7 중 1 이상이 치환기 X이고, 상기 화학식 3에서는 R5 내지 R9 중 1 이상이 치환기 X이며, 상기 화학식 4에서는 R5 내지 R11 중 1 이상이 치환기 X이고,
R3 및 X는 상기 화학식 1에서 정의한 바와 같다.
The method according to claim 1,
The compound represented by Formula 1 is a modified conjugated diene-based polymer comprising at least one selected from the compounds represented by Formula 2 to 4:
[Formula 2]
[Formula 3]
[Formula 4]
In Chemical Formulas 2 to 4,
R 4 is an alkylene group having 1 to 10 carbon atoms or an arylene group having 6 to 20 carbon atoms,
R 5 to R 11 are each independently hydrogen, a substituent X, or an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms,
In Formula 2, at least one of R 5 to R 7 is a substituent X, In Formula 3, at least one of R 5 to R 9 is a substituent X, and in Formula 4, at least one of R 5 to R 11 is a substituent X ,
R 3 and X are as defined in the formula (1).
상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 하기 화학식 2a, 2b, 3a, 3b, 4a 및 4b로 표시되는 화합물로 이루어진 군으로부터 중에서 선택된 1 이상을 포함하는 것인 변성 공액디엔계 중합체:
[화학식 2a]
[화학식 2b]
[화학식 3a]
[화학식 3b]
[화학식 4a]
[화학식 4b]
상기 화학식 2a, 2b, 3a, 3b, 4a 및 4b에서,
R4는 탄소수 1 내지 10의 알킬렌기, 또는 탄소수 6 내지 20의 아릴렌기이고,
R5, R6, R8 및 R9는 각각 독립적으로, 수소, 또는 탄소수 1 내지 10의 알킬기이며,
R3 및 X는 화학식 1에서 정의한 바와 같다.
The method according to claim 1,
The compound represented by Formula 1 is a modified conjugated diene-based polymer comprising at least one selected from the group consisting of compounds represented by the following formulas 2a, 2b, 3a, 3b, 4a and 4b:
[Formula 2a]
[Formula 2b]
[Formula 3a]
[Formula 3b]
[Formula 4a]
[Formula 4b]
In the formula 2a, 2b, 3a, 3b, 4a and 4b,
R 4 is an alkylene group having 1 to 10 carbon atoms or an arylene group having 6 to 20 carbon atoms,
R 5, R 6, R 8 and R 9 are each independently hydrogen or an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms,
R 3 and X are as defined in formula (1).
상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 하기 화학식 1-1 내지 1-15로 표시되는 화합물 중 하나 이상의 화합물을 포함하는 것인 변성 공액디엔계 중합체:
[화학식 1-1]
[화학식 1-2]
[화학식 1-3]
[화학식 1-4]
[화학식 1-5]
[화학식 1-6]
[화학식 1-7]
[화학식 1-8]
[화학식 1-9]
[화학식 1-10]
[화학식 1-11]
[화학식 1-12]
[화학식 1-13]
[화학식 1-14]
[화학식 1-15]
The method according to claim 1,
The compound represented by Formula 1 is a modified conjugated diene-based polymer comprising at least one compound of the compound represented by the formula 1-1 to 1-15:
[Formula 1-1]
[Formula 1-2]
[Formula 1-3]
[Formula 1-4]
[Formula 1-5]
[Formula 1-6]
[Formula 1-7]
[Formula 1-8]
[Formula 1-9]
[Formula 1-10]
[Formula 1-11]
[Formula 1-12]
[Formula 1-13]
[Formula 1-14]
[Formula 1-15]
상기 변성 공액디엔계 중합체는 공액디엔계 단량체의 단독 중합체; 또는 공액디엔계 단량체와 방향족 비닐계 단량체의 공중합체;의 변성 중합체인 것인 변성 공액디엔계 중합체.
The method according to claim 1,
The modified conjugated diene polymer is a homopolymer of conjugated diene monomer; Or a copolymer of a conjugated diene monomer and an aromatic vinyl monomer; a modified conjugated diene polymer.
상기 변성 공액디엔계 중합체는 변성 중합 개시제 유래기가 결합되지 않은 중합체의 타 말단에 변성제 유래 작용기를 포함하는 것인 변성 공액디엔계 중합체.
The method according to claim 1,
The modified conjugated diene-based polymer is a modified conjugated diene-based polymer that includes a modifier-derived functional group at the other end of the polymer that is not bonded to the modified polymerization initiator.
상기 변성제는 알콕시실란기, 아자시클로프로판기, 케톤기, 카르복실기, 티오카르복실기, 탄산염, 카르복시산 무수물, 카르복시산 금속염, 산할로겐화물, 우레아기, 티오우레아기, 아미드기, 티오아미드기, 이소시아네이트기, 티오이소시아네이트기, 할로겐화 이소시아노기, 에폭시기, 티오에톡시기, 이민기 및 Y-Z결합기(단, 여기에서 Y는 Sn, Si, Ge 또는 P이고, Z는 할로겐기다) 중에서 선택된 1종 이상의 작용기를 포함하는 것인 변성 공액디엔계 중합체.
The method according to claim 7,
The modifier is an alkoxysilane group, azacyclopropane group, ketone group, carboxyl group, thiocarboxyl group, carbonate, carboxylic anhydride, carboxylic acid metal salt, acid halide, urea group, thiourea group, amide group, thioamide group, isocyanate group, thio Containing at least one functional group selected from an isocyanate group, a halogenated isocyano group, an epoxy group, a thioethoxy group, an imine group, and a YZ bond group, wherein Y is Sn, Si, Ge or P, and Z is a halogen group Phosphorus-modified conjugated diene polymer.
상기 중합체는 100,000 g/mol 내지 800,000 g/mol의 수평균 분자량을 갖는 것인 변성 공액디엔계 중합체.
The method according to claim 1,
The polymer is a modified conjugated diene-based polymer having a number average molecular weight of 100,000 g / mol to 800,000 g / mol.
상기 중합체는 분자량 분포(Mw/Mn)가 1.0 내지 3.0인 것인 변성 공액디엔계 중합체.
The method according to claim 1,
The polymer is a modified conjugated diene-based polymer having a molecular weight distribution (Mw / Mn) of 1.0 to 3.0.
상기 변성 중합 개시제는 하기 화학식 1로 표시되는 화합물과 유기금속 화합물을 반응시켜 제조된 반응생성물인 것인 변성 공액디엔계 중합체의 제조방법:
[화학식 1]
상기 화학식 1에서,
R1은 수소, 치환기 X로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알킬기, 치환기 X로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 사이클로알킬기 또는 치환기 X로 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴기이고,
R2는 치환기 X로 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 5의 알킬렌기이고,
R3는 수소이고,
X는 하이드록시기(-OH), 할로겐기, 1급 아미노기(-NH2) 및 2급 아미노기(-NHR')로 이루어진 군으로부터 선택되는 치환기이고, 상기 X가 2급 아미노기인 경우 R'은 탄소수 1 내지 10의 알킬기이며,
R1 및 R2 중 1 이상은 반드시 치환기 X로 치환된 것이다.
Conjugated diene monomers in the presence of a modified polymerization initiator in a hydrocarbon solvent; Or polymerizing an aromatic vinyl monomer and a conjugated diene monomer to prepare an active polymer having the modified initiator-derived functional group introduced at least at one end thereof (step 1),
The modified polymerization initiator is a reaction product prepared by reacting a compound represented by the following formula (1) with an organometallic compound:
[Formula 1]
In Chemical Formula 1,
R 1 is hydrogen, an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms unsubstituted or substituted with substituent X, a cycloalkyl group having 1 to 20 carbon atoms substituted or unsubstituted with substituent X, or an aryl having 6 to 30 carbon atoms unsubstituted or substituted with substituent X Gigi,
R 2 is an alkylene group having 1 to 5 carbon atoms unsubstituted or substituted with substituent X,
R 3 is hydrogen,
X is a substituent selected from the group consisting of a hydroxyl group (-OH), a halogen group, a primary amino group (-NH 2 ) and a secondary amino group (-NHR '), and when X is a secondary amino group, R' is An alkyl group having 1 to 10 carbon atoms,
At least one of R 1 and R 2 is necessarily substituted with a substituent X.
상기 변성 중합 개시제는 단량체 총 100 중량부를 기준으로 0.05 내지 1.0 중량부로 사용하는 것인 변성 공액디엔계 중합체의 제조방법.
The method according to claim 11,
The modified polymerization initiator is a method for producing a modified conjugated diene-based polymer that is used in 0.05 to 1.0 parts by weight based on 100 parts by weight of the total monomers.
상기 활성 중합체를 변성제와 반응시키는 단계(단계 2)를 더 포함하는 것인 변성 공액디엔계 중합체의 제조방법.
The method according to claim 11,
Method of producing a modified conjugated diene-based polymer further comprises the step of reacting the active polymer with a modifier (step 2).
상기 변성제는 상기 변성 중합 개시제 1몰 대비 0.1 몰 내 5.0 몰비로 사용하는 것인 변성 공액디엔계 중합체의 제조방법.
The method according to claim 13,
The modifying agent is a method for producing a modified conjugated diene-based polymer that is used in a 5.0 molar ratio of 0.1 mole to 1 mole of the modified polymerization initiator.
A rubber composition comprising the modified conjugated diene-based polymer according to claim 1 and a filler.
상기 고무 조성물은 상기 변성 공액디엔계 중합체 100 중량부에 대하여, 0.1 중량부 내지 200 중량부의 충진제를 포함하는 것인 고무 조성물.
The method according to claim 15,
The rubber composition comprises 0.1 part by weight to 200 parts by weight of a filler based on 100 parts by weight of the modified conjugated diene-based polymer.
상기 충진제는 실리카계 충진제를 포함하는 것인 고무 조성물.The method according to claim 15,
The filler is a rubber composition comprising a silica-based filler.
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