WO2012086711A1 - ゴム組成物及びそれを用いたタイヤ - Google Patents

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rubber
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成晃 松尾
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株式会社ブリヂストン
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    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
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    • C08LCOMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L7/00Compositions of natural rubber
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08LCOMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
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    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/80Technologies aiming to reduce greenhouse gasses emissions common to all road transportation technologies
    • Y02T10/86Optimisation of rolling resistance, e.g. weight reduction 

Definitions

  • the present invention relates to a rubber composition excellent in low heat buildup, durability and processability, and more specifically, a rubber composition containing a low molecular weight synthetic rubber having a terminal crosslinkable functional group as a rubber component, and a tire using the rubber composition About.
  • Patent Document 1 As a method for improving the rubber component, many technical developments of modified rubbers that interact with fillers such as carbon black and silica have been made (Patent Document 1), but the modification effect in a rubber composition containing silica and carbon black is known. Is not always sufficient.
  • Patent Documents 2 and 3 liquid styrene-butadiene rubber having a low molecular weight is used (Patent Documents 2 and 3).
  • PEG polyethylene glycol polymerate
  • the present invention is a rubber composition excellent in low exothermic property (small loss coefficient tan ⁇ ) and having high storage elastic modulus (G ′) without impairing processability, and rolling resistance using such a rubber composition as a member.
  • An object of the present invention is to provide a tire having low heat buildup and excellent wear resistance.
  • the present invention has a weight average molecular weight of 1,000 to 300,000 (in terms of polystyrene by gel permeation chromatography) with respect to 100 parts by mass of the rubber component (A) comprising at least one of natural rubber and synthetic diene rubber.
  • a low molecular weight aromatic vinyl compound-diene compound copolymer comprising 5 to 120 parts by mass of a copolymer (B) having a crosslinkable functional group at its terminal, wherein the copolymer (B) is 0 to 80 parts by mass.
  • a tire using the rubber composition wherein the vinyl bond content of the diene compound portion is 0 to 80% by mass.
  • a copolymer having a crosslinkable functional group at the end is obtained by selecting a specific functional anionic polymerization initiator to obtain a polymer product having functionality at the end of the polymer chain. By stopping the polymer, it is possible to obtain a copolymer having a functional group at the end of an anionically polymerized polymer.
  • the functional group of the copolymer having a functional group reduces the number of free ends of the polymer, and the interaction between the functional group and the filler particles suppresses the aggregation of the filler. The deterioration of tan ⁇ due to the separation of the aggregate is suppressed.
  • a functional group having affinity for carbon black or silica used as a filler is preferable, and examples of such a functional group include a functional group containing sulfur.
  • the workability of the rubber composition is impaired by blending a copolymer having a crosslinkable functional group at one or both ends with a low molecular weight aromatic vinyl compound-diene compound copolymer. Therefore, the loss coefficient and storage elastic modulus (G ′) can be remarkably improved. When this is used for a tire member, a low fuel consumption and excellent fuel consumption tire can be obtained, which contributes greatly to energy saving. it can.
  • the rubber component (A) comprises 5 to 60 parts by mass of a predetermined low molecular weight copolymer (B) with respect to 100 parts by mass.
  • Rubber component (A) It consists of at least one of natural rubber and synthetic diene rubber. Various types are applicable, but those by emulsion polymerization or solution polymerization are preferred. Further, those having a glass transition temperature Tg of ⁇ 60 ° C. or higher are preferable from the viewpoint of wear resistance, heat resistance, and the like.
  • Synthetic diene rubbers include cis-1,4-polyisoprene, styrene-butadiene copolymer (SBR), low cis-1,4-polybutadiene, high cis-1,4-polybutadiene, and ethylene-propylene-diene copolymer. Examples thereof include a polymer, chloroprene, halogenated butyl rubber, acrylonitrile-butadiene rubber, and the like. Natural rubber and synthetic diene rubber can be used alone or in combination.
  • a preferred rubber component (A) is at least one of natural rubber, cis-1,4-polyisoprene, SBR, and polybutadiene.
  • the rubber component (A) contains at least 15% by mass of a styrene-butadiene copolymer or butadiene polymer (A1) having a weight average molecular weight of 300,000 to 1,500,000.
  • the copolymer (A1) comprises 0 to 60% by mass of an aromatic vinyl compound, and the vinyl bond content of the diene compound portion is 10 to 80% by mass.
  • the rubber component (A) can ensure compatibility within a predetermined range, and G ′ and tan ⁇ are stably improved.
  • the copolymer (A1) is an emulsion-polymerized styrene-butadiene copolymer or butadiene polymer composed of 0% by mass or more of an aromatic vinyl compound, or composed of 0% by mass or more of an aromatic vinyl compound.
  • a solution-polymerized styrene-butadiene copolymer or butadiene polymer in which the amount of vinyl bonds in the compound portion is 10% by mass or more is preferable.
  • Low molecular weight aromatic vinyl compound-diene compound copolymer having a crosslinkable functional group at the terminal (B) This is a compound in which a monomeric aromatic vinyl compound and a diene compound are copolymerized, and is a copolymer having a crosslinkable functional group at its terminal, and has a weight average molecular weight of 1,000 to 300,000 (polystyrene by gel permeation chromatography). Conversion).
  • the copolymer (B) comprises an aromatic vinyl compound in an amount of 0 to 80% by mass, preferably 0 to 60% by mass, more preferably 0 to 50% by mass, and the amount of vinyl bonds in the diene compound portion is 0 to 80%.
  • the difference in the content of the aromatic vinyl compound between the copolymer (A1) and the copolymer (B) is 30% by mass or less.
  • the difference in the content of the aromatic vinyl compound exceeds 30% by mass, the compatibility is likely to be lowered, and sufficient fracture strength may not be obtained.
  • the copolymer (B) has a weight average molecular weight of 1,000 to 300,000, preferably 1,000 to 200,000, more preferably 1,000 to 150,000, and particularly preferably 1,000 to 100,000. Higher molecular weight materials are superior in storage elastic modulus and loss factor, but workability is lowered at 300,000 or more. Further, the molecular weight distribution is preferably narrow, and Mw / Mn is preferably 5.0 or less. If it is wide, it tends to be inferior to tan ⁇ .
  • Copolymers composed of an aromatic vinyl compound exceeding 80% by mass and a diene compound having a vinyl bond amount exceeding 80% by mass are insufficient in improving coexistence of desired workability, storage elastic modulus and tan ⁇ . .
  • the vinyl bond amount specified here indicates the amount of vinyl bond in the structural unit derived from the diene compound, and the vinyl bond occupies the amount of all bonds including other bonds represented by cis bond and trans bond. Indicates percentage of quantity.
  • the low molecular weight copolymer (B) is used in an amount of 5 to 120 parts by weight, preferably 5 to 80 parts by weight, more preferably 5 to 60 parts by weight, based on 100 parts by weight of the rubber component (A).
  • aromatic vinyl compound examples include styrene, p-methylstyrene, m-methylstyrene, p-tert-butylstyrene, ⁇ -methylstyrene, chloromethylstyrene, vinyltoluene and the like.
  • Preferable examples include styrene, p-methylstyrene, and ⁇ -methylstyrene. In particular, styrene is preferable.
  • butadiene isoprene, pentadiene, 2,3-dimethylbutadiene or the like is used, and butadiene is particularly preferable.
  • the low molecular weight copolymer (B) used in the present invention has a crosslinkable functional group (referred to as a functional polymer) at the terminal.
  • a functional polymer a crosslinkable functional group
  • by selecting a specific functional anionic polymerization initiator a polymer product having a functionality at the end of the polymer chain is obtained, and further, the living polymer is terminated with the functional compound.
  • a copolymer having a crosslinkable functional group at the end of the anionically polymerized polymer can be obtained.
  • sulfur-containing lithio compounds including lithio, alkyl, thio, acetal and lithio, aryl, thio, acetal can be used.
  • a sulfur-containing lithio compound suitable as an initiator is represented by the following general formula.
  • R represents a trialkyl-silyl group having 1 to 6 carbon atoms, an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, a cycloalkyl group having 4 to 20 carbon atoms, an aryl group having 6 to 20 carbon atoms, a thienyl group, furyl, And R is optionally selected from the following functional groups: an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an aryl group having 6 to 20 carbon atoms, an alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms, and 3 carbon atoms.
  • R 1 is an alkylene group having 2 to 8 carbon atoms.
  • X is selected from the group consisting of sulfur, oxygen and NR (R is as defined above).
  • a preferred lithio-alkyl-thio-acetal initiator is 2-lithio-2-methyl-1,3-dithiane represented by the following formula.
  • a preferred lithio-aryl-thio-acetal initiator is 2-lithio-2-phenyl-1,3-dithiane (PDT-Li) represented by the following formula.
  • Examples of other initiators of the present invention include lithio compounds represented by the following formula.
  • the sulfur-containing lithio initiator used in the present invention can be produced by reacting an initiator precursor compound with an organic lithium compound such as n-butyllithium.
  • initiator precursors are represented by the following general formula. (Wherein R, R 1 and X are as defined above.)
  • precursors include the following compounds:
  • Sulfur-containing lithioinitiators from initiator precursors and organolithium compounds in particular 2-lithio-2-methyl-1,3-dithiane and 2-lithio-2-phenyl-1,3-dithiane, for example
  • 2-lithio-2-methyl-1,3-dithiane 2-lithio-2-methyl-1,3-dithiane
  • 2-lithio-2-phenyl-1,3-dithiane for example
  • This type of initiator may be produced
  • This anionic polymerization initiator is desirably produced in situ, and can be synthesized in situ in a solution containing a monomer to be polymerized.
  • the anionic initiator is produced in situ by making a polymerization solvent and a monomer solution to be polymerized.
  • the solution is generally heated to about ⁇ 80 ° C. to about 100 ° C., more preferably about ⁇ 40 ° C. to about 50 ° C., and most preferably about 0 ° C. to about 25 ° C. to provide an unlithiated initiator precursor.
  • an organolithium compound are added to it.
  • the solution is then heated to a temperature in the range of about ⁇ 80 ° C.
  • reaction time and temperature may be varied as required to react the precursor with organolithium and then polymerize the monomer solution.
  • Examples of in situ initiator synthesis include, but are not limited to, using a solution containing hexane, styrene monomer and butadiene.
  • the solution is heated to about 24 ° C. and 2-methyl-1,3-dithiane and butyl lithium are added.
  • the solution is then heated to about 54 ° C. and allowed to react for about 40 minutes.
  • the initiator is useful for imparting crosslinkable functionality to the anionically polymerized living polymer.
  • These functional polymers are formed by reacting an anionic initiator with certain unsaturated monomers to grow the macromolecular structure. During polymer formation and growth, the macromolecular structure is anionic and “living”. Monomer added to the reaction can be subsequently attached to the living end of the chain to increase the degree of polymerization.
  • a living polymer is a polymer fragment that has a living end or a reactive end.
  • Anionic polymerization initiators can be used in significantly different amounts depending on the desired polymer properties. In one embodiment, it is preferred to use about 0.1 to about 100 mmol of lithium per 100 g of monomer, and more preferably about 0.33 to 10 mmol as lithium per 100 g of monomer.
  • Monomers that can be used to produce anionically polymerized living polymers include any monomer that can be polymerized according to anionic polymerization techniques. Suitable monomers include, but are not limited to, diene compounds and aromatic vinyl compounds.
  • the polymerization is typically a polar solvent such as tetrahydrofuran (THF), or various cyclic and acyclic hexane, heptane, octane, pentane, their alkylated derivatives, and mixtures thereof, and nonpolar such as benzene Anionic polymerization is carried out in the hydrocarbon.
  • THF tetrahydrofuran
  • cyclic and acyclic hexane heptane, octane, pentane, their alkylated derivatives, and mixtures thereof
  • nonpolar such as benzene
  • Anionic polymerization is carried out in the hydrocarbon.
  • a polar coordinator may be added to the polymerization material.
  • the amount is in the range of 0 to 90 or more equivalents per equivalent of lithium. The amount depends on the amount of vinyl desired, the level of aromatic vinyl compound used, and the nature of the specific polar coordinator used, as well as the polymerization temperature.
  • Suitable polymerization modifiers include, for example, ethers or amines that provide the desired microstructure and randomization of the copolymer units.
  • Compounds useful as polar coordinators include those having oxygen or nitrogen heteroatoms and unbonded electron pairs. Examples include monoalkylene glycol and oligoalkylene glycol dialkyl ethers, crown ethers, tertiary amines such as tetramethylethylenediamine (TEMEDA), linear THF oligomers, and the like.
  • TEMEDA tetramethylethylenediamine
  • compounds useful as polar coordinators include linear and cyclic oligomers of oxolanyl alkanes such as tetrahydrofuran (THF), 2,2-bis (2′-tetrahydrofuryl) propane, dipiperidylethane, di- Examples include piperidylmethane, hexamethylphosphoramide, NN′-dimethylpiperazine, diazabicyclooctane, dimethyl ether, diethyl ether, and tributylamine.
  • Linear and cyclic oligomeric oxolanyl alkane modifiers are described in US Pat. No. 4,429,091.
  • a terminating agent In order to stop the polymerization and further adjust the molecular weight of the polymer, a terminating agent, a coupling agent, or a linking agent may be used. In this specification, all of these substances are terminated. reagent).
  • Useful terminators, coupling agents, or linking agents include active hydrogen compounds such as water or alcohols. Some of these reagents impart multifunctionality to the resulting polymer. That is, the polymer produced by the initiator has a tip group having the above functionality, and also has a second functional group as a result of using a terminator, coupling agent, and linking agent in the polymer synthesis. Also good.
  • Useful functional termination reagents include tin tetrachloride, (R) 3 SnCl, (R) 2 SnCl 2 , RSnCl 3 , carbodiimide, N-cyclic amide, N, N′-disubstituted cyclic urea, cyclic amide, Examples include cyclic urea, isocyanate, Schiff base, 4,4′-bis (diethylamino) benzophenone, alkylthiothiazoline, carbon dioxide and the like.
  • other materials include alkoxysilanes Si (OR) 4 , RSi (OR) 3 , R 2 Si (OR) 2 , cyclic siloxanes, and mixtures thereof.
  • R of the organic moiety is an alkyl group having 1 to about 20 carbon atoms, a cycloalkyl group having about 3 to about 20 carbon atoms, an aryl group having about 6 to about 20 carbon atoms, about 7 Selected from the group consisting of aralkyl groups having from about 20 carbon atoms.
  • the alkyl group include n-butyl group, s-butyl group, methyl group, ethyl group, and isopropyl group.
  • Examples of the cycloalkyl group include a cyclohexyl group and a menthyl group.
  • the aryl group and aralkyl group include a phenyl group and a benzyl group.
  • R may contain a heteroatom such as nitrogen, silicon, sulfur or oxygen.
  • Preferred termination reagents are tin tetrachloride, tributyltin chloride, dibutyltin dichloride, tetraethyl orthosilicate, and 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone (DMI). Stop reagents are not limited to these specific reagents or types.
  • a crosslinkable functional group it is preferable to stop the polymerization and add a crosslinkable functional group to the end of the polymer, but for example, coupling using other coupling agents such as tin tetrachloride, silicon tetrachloride (SiCl 4 ), esters, etc. More preferably, the reaction is stopped. By this reaction, a second functional group having an affinity for the filler of the termination reagent is introduced.
  • Anionically polymerized living polymers can be produced by either batch, semi-batch or continuous processes.
  • batch polymerization is initiated by charging a mixture of monomer and normal alkane solvent into a suitable reaction vessel and then adding a polar coordinator (if used) and an initiator compound.
  • the reaction is heated to a temperature of about 20 ° C. to about 130 ° C. and polymerization is allowed to proceed for about 0.1 to about 24 hours.
  • a reactive polymer having a reactive end or a living end is obtained.
  • at least about 30% of the polymer molecules contain living ends. More preferably, at least about 50% of the polymer molecules contain living ends. More preferably, at least about 80% of the polymer molecules contain living ends.
  • the low molecular weight aromatic vinyl compound-diene compound copolymer (B) used in the present invention is preferably a solution-polymerized styrene-butadiene copolymer which is preferably produced by solution polymerization of styrene and butadiene. .
  • An example of the method for producing the copolymer (B) is as follows.
  • a hydrocarbon solvent is used as a starting material containing a small amount of 1,2-butadiene.
  • a crosslinkable polymer having a reactive end or a living end having a crosslinkable functional group can be obtained by copolymerizing a diene compound such as 3-butadiene and styrene.
  • the rubber composition of the present invention by using the low molecular weight copolymer (B) having a crosslinkable functional group at the terminal, the crosslinkable functional group generates an active site through a cleavage reaction, a decomposition reaction or an addition reaction. Since it reacts with the high molecular weight rubber component (A) comprising natural rubber and / or synthetic diene rubber, the entanglement durability is effectively improved.
  • the rubber composition can further contain various fillers.
  • the filler at least one of carbon black (C / B), silica, calcium carbonate, titanium oxide and the like is used, and preferably at least one of C / B and silica.
  • the filler can be contained in an amount of 30 to 90 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the rubber component (A). If the amount is less than 30 parts by mass, the fracture characteristics and wear resistance of the vulcanizate are not sufficient, and if it exceeds 90 parts by mass, it is not preferable in terms of workability.
  • Examples of C / B used as the filler include classes such as FEF, HAF, ISAF, and SAF. Particularly preferred are ISAF class to HAF class, or SAF class to HAF class.
  • silica examples include, but are not limited to, precipitated amorphous silica, wet silica (hydrated silicic acid), dry silica (anhydrous silicic acid), fumed silica, calcium silicate, and the like. Of these, precipitated, amorphous, wet-processed, hydrated silica is preferred.
  • the blending ratio when C / B and silica are used in combination can be arbitrarily changed according to the blending purpose.
  • vulcanizing agents In addition to the rubber component (A), copolymer (B), and filler, vulcanizing agents, vulcanization accelerators, and if necessary, usually in the rubber industry. Silane coupling agents, vulcanization accelerators, antioxidants, antiozonants, antiaging agents, process oils, zinc white, stearic acid, etc. can be blended. Examples of the vulcanizing agent include sulfur and the like. The amount of these used is 0.1 to 10 parts by mass, preferably 0.5 to 5.5 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the rubber component (A). 0 parts by mass. If the amount is less than 0.1 parts by mass, the fracture characteristics and wear resistance of the vulcanized rubber are deteriorated.
  • the process oil can be at least one of paraffinic, naphthenic, aromatic and the like. Aromatics are used for applications that emphasize fracture characteristics and wear resistance, and low heat buildup and low temperature characteristics. Naphthenic or paraffinic are preferred for applications where the emphasis is placed on.
  • the rubber composition of the present invention can be obtained by kneading using an open kneader such as a roll or a closed kneader such as a Banbury mixer, etc., and vulcanized after molding and suitably used as a tire rubber.
  • an open kneader such as a roll or a closed kneader such as a Banbury mixer, etc.
  • vulcanized after molding and suitably used as a tire rubber.
  • it can be applied to all tire members such as tread rubber (including cap rubber and base rubber), side rubber, side reinforcing rubber, and inner liner rubber.
  • the tire of the present invention is characterized by applying the above rubber composition to a member.
  • a tire using the rubber composition as a tread member has low rolling resistance and excellent wear resistance because the rubber composition has low heat generation.
  • As the gas filled in the tire of the present invention normal or air having a changed oxygen partial pressure, or an inert gas such as nitrogen can be used.
  • Storage elastic modulus (G ′) and loss factor (tan ⁇ ) were measured by using a low exothermic viscoelasticity measuring device (Rheometrics), measuring the G ′ value and tan ⁇ at a temperature of 50 ° C., a strain of 5%, and a frequency of 15 Hz. As an index.
  • the storage modulus indicates that the larger the index, the better the steering stability, and the loss coefficient indicates that the lower the index, the better the low heat buildup.
  • the bottle was heated to 50 ° C. and stirred for 1.5 hours.
  • the reaction solution containing the polymer was quenched with a small amount of 2-propanol, treated with 5 mL of BHT solution, finished with 2-propanol, and drum-dried to obtain copolymer (B) -3.
  • Production Example 9 Synthesis of low molecular weight aromatic vinyl compound-diene compound copolymer (B) -13 having no terminal functional group In place of DAPDT-Li (initiator A) in Production Example 7, 1.6 M n-butyllithium ( Synthesis was performed in the same manner as in Production Example 7 using 0.19 mL of initiator D) -hexane solution.
  • Examples 1 to 11 and Comparative Examples 1 to 3 Examples are low molecular weight aromatic vinyl compound-diene compound copolymers (B) -1 to (B) -11 having terminal functional groups, and low molecular weight copolymers are not used as comparative examples, or terminal functional groups are Aromatic vinyl compound-diene compound copolymer (B) -12 having a molecular weight larger than the range of the present invention or a low molecular weight aromatic vinyl compound-diene compound copolymer (B) -13 having no terminal functional group
  • Each component of the tread formulation was kneaded by a conventional method based on the formulation shown in Table 1 to prepare a rubber composition.
  • the rubber composition was vulcanized at 160 ° C. for 15 minutes, and the processability (Mooney viscosity), storage elastic modulus (G ′), and loss factor (tan ⁇ ) of the vulcanized rubber were evaluated. did.
  • the comparative example 1 is indexed as 100 and evaluated. The smaller the index, the better the low heat build-up, the higher the storage modulus, the better the steering stability, and the smaller the loss factor, the better the low heat build-up. It shows that. The results are shown in Table 2.
  • Comparative Example 1 did not use a low molecular weight polymer, and accordingly, process oil (A / O MIX manufactured by Sankyo Oil Chemical Co., Ltd.) was used, and Comparative Example 2 used a conventional initiator.
  • Examples 12 to 15 and Comparative Example 4 Using a low molecular weight aromatic vinyl compound-diene compound copolymer (B) -5, changing the amount used, kneading each component of the tread formulation according to the formulation shown in Table 3 by a conventional method, a rubber composition was prepared.
  • Comparative Example 4 is an example of the blending amount outside the scope of the present invention.
  • the rubber composition of the present invention is superior in storage elastic modulus (steering stability) and loss factor (low exothermic property) as compared with the rubber composition outside the scope of the present invention. I understand that.

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Abstract

 天然ゴム及び合成ジエン系ゴムの少なくとも1方のゴムからなるゴム成分(A)100質量部に対して、1千~30万の重量平均分子量(ゲル透過クロマトグラフィーによるポリスチレン換算)を有する低分子量芳香族ビニル化合物-ジエン化合物共重合体(B)を5~120質量部を含んでなり、前記共重合体(B)が0~80質量%の芳香族ビニル化合物からなり、ジエン化合物の部分のビニル結合量が0~80質量%であって、その末端に架橋性官能基を少なくとも1つ有する共重合体であるゴム組成物、さらにそのゴム組成物を用いてタイヤを製造する。

Description

ゴム組成物及びそれを用いたタイヤ
 本発明は、低発熱性、耐久性及び加工性に優れたゴム組成物に関し、さらに詳しくはゴム成分として末端架橋性官能基を有する低分子量合成ゴムを含有するゴム組成物およびそれを用いたタイヤに関する。
 近年、省エネルギーの社会的な要請及び環境問題への関心の高まりに伴う世界的な二酸化炭素排出規制の動きに関連して、自動車の低燃費化に対する要求はより過酷なものとなりつつある。このような要求に対応するため、タイヤ性能についても転がり抵抗を減らした低発熱性のタイヤが求められてきている。タイヤの転がり抵抗を下げる手法としては、ゴム組成物としてより発熱性の低い材料を用いることが最も一般的な手法として行われている。
 従来、ゴムの低発熱化技術としては、低ロス化剤の添加やポリマー変性による補強用充填剤として添加するカーボンブラックの分散性の向上や充填剤にシリカを使用するなどが数多く検討されている。
 ゴム成分を改良する方法として、カーボンブラックやシリカなどの充填剤と相互作用する変性ゴムの技術開発が多くなされてきた(特許文献1)が、シリカやカーボンブラックを配合したゴム組成物における変性効果は必ずしも充分なものが得られていない。また、耐摩耗性の向上のため、低分子量の液状スチレン-ブタジエンゴムを使用することが行われている(特許文献2、3)。さらに、貯蔵弾性率を改良する技術には、ポリエチレングリコールポリマレエート(PEGM)配合がある(特許文献4)。
特公平6-57767号公報 特開平1-197541号公報 特開2005-298804号公報 特開2003-176378号公報
 本発明は、加工性を損なうことなく、低発熱性(損失係数tanδが小さい)に優れ、貯蔵弾性率(G’)の高いゴム組成物およびこのようなゴム組成物を部材として用いた転がり抵抗が小さい低発熱性、耐摩耗性に優れたタイヤを提供することを目的とするものである。
 本発明は、天然ゴム及び合成ジエン系ゴムの少なくとも一方のゴムからなるゴム成分(A)100質量部に対して、1千~30万の重量平均分子量(ゲル透過クロマトグラフィーによるポリスチレン換算)を有する低分子量芳香族ビニル化合物-ジエン化合物共重合体で、末端に架橋性官能基を有する共重合体(B)5~120質量部を含んでなり、前記共重合体(B)が0~80質量%の芳香族ビニル化合物からなり、ジエン化合物の部分のビニル結合量が0~80質量%であるゴム組成物及びかかるゴム組成物を用いたタイヤに係るものである。
 末端に架橋性官能基を有する共重合体は、特定の官能性アニオン重合開始剤を選択することによって、ポリマー鎖の先端に官能性を有するポリマー生成物を得、さらに、官能性化合物でリビング・ポリマーを停止することによって、アニオン重合したポリマーの末端に官能基が付いた共重合体を得ることができる。
 官能基を有する共重合体の官能基が、重合体の遊離端の数を減らし、また官能基と充填剤粒子との相互作用によって、充填剤の凝集が抑えられ、それによって、充填剤の凝集体の分離を原因とするtanδの悪化が抑えられる。
 官能基として、充填剤として用いられるカーボンブラックやシリカに対して親和性を有する官能基が好ましく、そのような官能基として硫黄を含有する官能基が挙げられる。
 本発明によれば、低分子量芳香族ビニル化合物-ジエン化合物共重合体でどちらか一方及び両方の末端に架橋性官能基を有する共重合体を配合することにより、ゴム組成物の作業性を損なうことなく、損失係数、貯蔵弾性率(G’)を著しく改良でき、これをタイヤ部材に用いる時、低発熱性、耐久性に優れた低燃費のタイヤが得られ、省エネルギーに大きく寄与することができる。
(1)ゴム組成物
 ゴム成分(A)100質量部に対して、所定の低分子量の共重合体(B)5~60質量部を含んでなる。
(2)ゴム成分(A)
 天然ゴム及び合成ジエン系ゴムのうち少なくとも一方のゴムからなる。各種のものが適用可能であるが、乳化重合又は溶液重合によるものが好ましい。また、耐摩耗性、耐熱性等の点で、ガラス転移温度Tgが-60℃以上のものが好ましい。
 合成ジエン系ゴムとしては、シス-1,4-ポリイソプレン、スチレン-ブタジエン共重合体(SBR)、低シス-1,4-ポリブタジエン、高シス-1,4-ポリブタジエン、エチレン-プロピレン-ジエン共重合体、クロロプレン、ハロゲン化ブチルゴム、アクリロニリトル-ブタジエンゴム等を例示でき、天然ゴム及び合成ジエン系ゴムは、単独使用のみならず混合して使用することができる。
 好ましいゴム成分(A)は、天然ゴム、シス-1,4-ポリイソプレン、SBR、ポリブタジエンの少なくとも1種である。好ましくは、ゴム成分(A)は、30万~150万の重量平均分子量のスチレン-ブタジエン共重合体もしくはブタジエン重合体(A1)を15質量%以上含有する。そして、好ましくは、共重合体(A1)は0~60質量%の芳香族ビニル化合物からなり、ジエン化合物の部分のビニル結合量が10~80質量%である。
 かかるゴム成分(A)は、所定の範囲内において、相溶性を確保でき、G’及びtanδが安定して向上する。
 具体的には、共重合体(A1)は0質量%以上の芳香族ビニル化合物からなる乳化重合スチレン-ブタジエン共重合体もしくはブタジエン重合体、又は0質量%以上の芳香族ビニル化合物からなり、ジエン化合物の部分のビニル結合量が10質量%以上である溶液重合スチレン-ブタジエン共重合体もしくはブタジエン重合体が好ましい。
 なお、ゴム成分(A)中、(A1)が50質量%以上含まれていると、所定の低分子量共重合体(B)の組み合わせによる改良効果が明確になる点で好ましい。
(3)末端に架橋性官能基を有する低分子量芳香族ビニル化合物-ジエン化合物共重合体(B)
 単量体である芳香族ビニル化合物とジエン化合物とが共重合した化合物で、末端に架橋性官能基を有する共重合体であり、1千~30万の重量平均分子量(ゲル透過クロマトグラフィーによるポリスチレン換算)を有する。共重合体(B)は、0~80質量%、好ましくは0~60質量%、より好ましくは0~50質量%の芳香族ビニル化合物からなり、ジエン化合物の部分のビニル結合量が0~80質量%、好ましくは0~60質量%、より好ましくは0~50質量%である。また、好ましくは、共重合体(A1)と共重合体(B)の芳香族ビニル化合物の含量の差は30質量%以下である。芳香族ビニル化合物の含量の差が30質量%を超えると、相溶性が低下し易く、十分な破壊強度が得られない可能性がある。
 共重合体(B)は、1千~30万、好ましくは1千~20万、さらに好ましくは1千~15万、特に好ましくは1千~10万の重量平均分子量を有する。より高分子量のものが貯蔵弾性率及び損失係数に優れるが、30万以上では作業性が低下する。また、分子量分布は狭いのが好ましく、Mw/Mnが5.0以下が好ましい。広いとtanδに劣る傾向がある。
 80質量%を超える芳香族ビニル化合物、及び80質量%を超えるビニル結合量のジエン化合物からなる共重合体は、いずれも、所望の作業性、貯蔵弾性率及びtanδの両立向上が不十分である。なお、ここに規定するビニル結合量は、ジエン化合物由来の構成単位中のビニル結合の量を示し、シス結合及びトランス結合で表される他の結合を含むすべての結合の量に占めるビニル結合の量の割合を示す。
 低分子量共重合体(B)は、ゴム成分(A)100質量部に対して5~120質量部、好ましくは5~80質量部、さらに好ましくは5~60質量部使用する。
 芳香族ビニル化合物としては、スチレン、p-メチルスチレン、m-メチルスチレン、p-tert-ブチルスチレン、α-メチルスチレン、クロロメチルスチレン、ビニルトルエン等が挙げられる。好ましいくは、スチレン、p-メチルスチレン、α-メチルスチレンが挙げられる。特に、スチレンが好ましい。
 ジエン化合物としては、ブタジエン、イソプレン、ペンタジエン、2,3-ジメチルブタジエン等が用いられ、特に、ブタジエンが好ましい。
 本発明で使用する低分子量共重合体(B)は、末端に架橋性官能基(官能性ポリマーという)を有する。このような共重合体は、特定の官能性アニオン重合開始剤を選択することによって、ポリマー鎖の先端に官能性を有するポリマー生成物が得られ、さらに、官能性化合物でリビング・ポリマーを停止することによって、アニオン重合したポリマーの末端に架橋性官能基が付いた共重合体を得ることができる。
 芳香族ビニル化合物及びジエン化合物を重合して官能性ポリマーを得る重合開始剤として、リチオ・アルキル・チオ・アセタール及びリチオ・アリール・チオ・アセタールを含む硫黄含有リチオ化合物が使用できる。
 開始剤として好適な硫黄含有リチオ化合物は、下記一般式で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000002
 
[式中、Rは炭素数1~6のトリアルキル-シリル基、炭素数1~20のアルキル基、炭素数4~20のシクロアルキル基、炭素数6~20のアリール基、チエニル基、フリル基及びピリジル基から選択され、Rには、任意に、以下の官能基:炭素数1~10のアルキル基、炭素数6~20のアリール基、炭素数2~10のアルケニル基、炭素数3~10の非末端アルキニル基、エーテル、tert-アミン、オキサゾリン、チアゾリン、ホスフィン、スルフィド、シリルの1種又は2種以上が置換されていてもよく、Rは炭素数2~8のアルキレン基から成る群より選択され、Xは、硫黄、酸素及びNR(Rは、上記で定義した通りである)から成る群より選択される。]
 好ましいリチオ・アルキル・チオ・アセタール開始剤は、下記式で表される2-リチオ-2-メチル-1,3-ジチアンである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000003
 
 好ましいリチオ・アリール・チオ・アセタール開始剤は、下記式で表される2-リチオ-2-フェニル-1,3-ジチアン(PDT-Li)である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000004
 
 本発明の他の開始剤の例としては、下記の式で表されるリチオ化合物が挙げられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000005
 
 本発明で使用する硫黄含有リチオ開始剤は、開始剤前駆体化合物とn-ブチルリチウムなどの有機リチウム化合物とを反応させることによって製造することができる。これらの開始剤前駆体は、下記一般式で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000006
 
(式中、R、R及びXは、上記に定義した通りである。)
 代表的な種類の前駆体としは、以下の化合物が挙げられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000007
 
 開始剤前駆体と有機リチウム化合物からの硫黄含有リチオ開始剤、特に、2-リチオ-2-メチル-1,3-ジチアン及び2-リチオ-2-フェニル-1,3-ジチアンは、例えば以下のように合成できるが、これに限定されない。
 すなわち、市販の2-メチル-1,3-ジチアンまたは2-フェニル-1,3-ジチアンの溶液を乾燥テトラヒドロフランに添加し、約-78℃に冷却する。次に、ブチルリチウムとヘキサンを含む溶液をそれに添加する。次いで、生じた溶液を約3時間攪拌し、約10℃より低い温度下に一晩置く。
 得られた溶液を用いて、アニオン重合を開始することができる。
 このタイプの開始剤の製造は、モノマー溶液を添加する前に、重合反応器を備える適切な反応槽で行ってもよい。
 このアニオン重合開始剤は、インサイチュで製造することが望ましく、重合するモノマーを含む溶液内でインサイチュで合成することができる。一般に、重合溶媒及び重合されるモノマー溶液を作製することによって、アニオン開始剤のインサイチュでの製造を行う。この溶液を、一般には約-80℃~約100℃、より好ましくは約-40℃~約50℃、最も好ましくは約0℃~約25℃に加熱し、リチウム化されていない開始剤前駆体と有機リチウム化合物をそれに添加する。次に、溶液を、約-80℃~約150℃の範囲内の温度、より好ましくは約25℃~約120℃の温度、最も好ましくは約50℃~約100℃の温度に加熱し、約0.02時間~約168時間、より好ましくは約0.08時間~約48時間、最も好ましくは約0.16時間~約2時間、又は望ましい官能性ポリマーを含む溶液が形成するのに充分な時間反応させる。反応時間及び温度は、前駆体と有機リチウムを反応させ、その後、モノマー溶液を重合する必要に応じて変動してもよい。
 インサイチュでの開始剤の合成の例として、ヘキサン、スチレン・モノマー及びブタジエンを含む溶液を使用する例が挙げられるが、これに限定されるものではない。この例では、溶液を約24℃に加熱し、2-メチル-1,3-ジチアンとブチルリチウムを添加する。次に、溶液を、約54℃に加熱し、約40分間反応させる。
 開始剤は、アニオン重合したリビング・ポリマーに架橋性官能性を持たせるのに有用である。これらの官能性ポリマーは、アニオン開始剤と特定の不飽和モノマーとを反応させて、高分子構造を増殖させることによって形成される。ポリマーの形成及び増殖の間中、高分子構造はアニオン性で、かつ“生きている(living)”。反応に添加したモノマーが続けて鎖のリビング末端に付いて、重合度を増加させることができる。したがって、リビング・ポリマーは、リビング末端又は反応末端を有するポリマー断片である。
 アニオン重合開始剤は、望ましいポリマー特性に応じて大きく異なる量で用いることができる。一実施態様において、100gのモノマー当たりリチウムとして約0.1~約100mmol使用することが好ましく、100gのモノマー当たりリチウムとして約0.33~10mmol使用することがより好ましい。
 アニオン重合したリビング・ポリマーを製造するのに使用することができるモノマーとして、アニオン重合の技術に従い重合することが可能ないずれのモノマーも挙げられる。適したモノマーとして、ジエン化合物や芳香族ビニル化合物が挙げられるが、これらに限定されない。
 重合は、典型的にはテトラヒドロフラン(THF)などの極性溶媒、又は種々の環状及び非環式のヘキサン、ヘプタン、オクタン、ペンタン、それらのアルキル化誘導体、及びそれらの混合物、並びにベンゼンなどの非極性炭化水素内でアニオン重合を行う。
 ジエン化合物と芳香族ビニル化合物の共重合においてランダム化を促進し、ビニル含量を調整するために、極性コーディネーター(polar coordinator)を重合材料に添加してもよい。その量は、リチウムの当量当たり0~90又はそれ以上の当量の範囲内である。量は、望ましいビニル量、使用される芳香族ビニル化合物のレベル、及び重合温度に加えて、使用される具体的な極性コーディネーター(調整剤)の性質によって決まる。適した重合調整剤として、例えば、望ましい微細構造及び共重合体単位のランダム化をもたらすエーテル又はアミンが挙げられる。
 極性コーディネーターとして有用な化合物には、酸素又は窒素のヘテロ原子及び非結合電子対を有するものが挙げられる。例として、モノアルキレングリコール及びオリゴアルキレングリコールのジアルキルエーテル、クラウンエーテル、テトラメチルエチレンジアミン(TEMEDA)などの第3級アミン、直線状のTHFオリゴマーなどが挙げられる。
 極性コーディネーターとして有用な化合物の具体的例としては、テトラヒドロフラン(THF)、2,2-ビス(2’-テトラヒドロフリル)プロパンなどの直線状及び環状のオリゴマーのオキソラニルアルカン、ジピペリジルエタン、ジピペリジルメタン、ヘキサメチルホスホラミド、N-N’-ジメチルピペラジン、ジアザビシクロオクタン、ジメチルエーテル、ジエチルエーテル、トリブチルアミンなどが挙げられる。直線状及び環状のオリゴマーのオキソラニルアルカン調整剤は、米国特許第4,429,091号に記載されている。
 重合を停止させ、更にポリマーの分子量を調整するために、停止剤(terminating agent)、カップリング剤、又は連結剤を使用してもよく、本明細書においてこれらの物質総てを停止試薬(terminating reagent)とまとめて呼ぶ。有用な、停止剤、カップリング剤、又は連結剤としては、水又はアルコールなどの活性水素化合物が挙げられる。これらの試薬のいくつかは、生成したポリマーに多官能性を与えるものである。すなわち、上記開始剤により製造されたポリマーは、上記の官能性を有する先端の基を持ち、停止剤、カップリング剤及び連結剤をポリマー合成に使用した結果として第2の官能基も持っていてもよい。
 有用な官能性の停止試薬としては、四塩化スズ、(R)SnCl、(R)SnCl、RSnCl、カルボジイミド、N-環状アミド、N,N’-二置換環状尿素、環状アミド、環状尿素、イソシアネート、シッフ塩基、4,4’-ビス(ジエチルアミノ)ベンゾフェノン、アルキルチオチアゾリン、二酸化炭素などが挙げられる。さらに、他の物質としては、アルコキシシランであるSi(OR)、RSi(OR)、RSi(OR)、環状シロキサン、及びそれらの混合物が挙げられる。ここで、有機部分のRは、1~約20の炭素原子を有するアルキル基、約3~約20の炭素原子を有するシクロアルキル基、約6~約20の炭素原子を有するアリール基、約7~約20の炭素原子を有するアラルキル基から成る群より選択される。具体的なアルキル基としては、n-ブチル基、s-ブチル基、メチル基、エチル基、イソプロピル基などが挙げられる。シクロアルキル基としては、シクロヘキシル基、メンチル基などが挙げられる。アリール基及びアラルキル基としては、フェニル基、ベンジル基などが挙げられる。また、Rは窒素、ケイ素、硫黄、酸素などのヘテロ原子を含むものでもよい。
 好ましい停止試薬は、四塩化スズ、塩化トリブチルスズ、二塩化ジブチルスズ、オルト珪酸テトラエチル、及び1,3-ジメチル-2-イミダゾリジノン(DMI)である。停止試薬は、これらの特定の試薬又は種類に限定されるものではない。
 重合を停止させて、ポリマーの末端に架橋性官能基を付与することが好ましいが、例えば、四塩化スズ、又は四塩化珪素(SiCl)、エステルなどの他のカップリング剤を用いてカップリング反応によって停止させることがさらに好ましい。この反応によって、停止試薬のもつ充填剤に親和性を有する第2の官能基か導入される。
 アニオン重合したリビング・ポリマーは、バッチ法、セミバッチ(semi-batch)法又は連続法のいずれかによって製造することができる。
 例えば、バッチ重合は、モノマーと通常のアルカン溶媒の混合物を適した反応容器に装入し、次いで、極性コーディネータ(使用する場合)と開始剤化合物を添加することによって開始される。反応物を、約20℃~約130℃の温度に加熱し、約0.1~約24時間、重合を進行させる。この反応によって、反応末端又はリビング末端を有する反応性ポリマーが得られる。好ましくは、少なくとも約30%のポリマー分子がリビング末端を含有する。より好ましくは、少なくとも約50%のポリマー分子がリビング末端を含有する。さらに好ましくは、少なくとも約80%のポリマー分子がリビング末端を含有する。
 本発明で使用する低分子量芳香族ビニル化合物-ジエン化合物共重合体(B)としては、好ましくは、スチレンとブタジエンとを溶液重合することにより好適に製造され溶液重合スチレン-ブタジエン共重合体である。
 共重合体(B)の製造方法を例示すると、槽型又は塔型の反応器中において、炭化水素溶媒中、上記アニオン重合開始剤を開始剤として、少量の1,2-ブタジエンを含む1,3-ブタジエンのようなジエン化合物とスチレンとを共重合させることにより架橋性官能基を有する反応末端又はリビング末端を有する架橋性ポリマー得ることができる。
 本発明のゴム組成物は、末端に架橋性官能基を有する低分子量の共重合体(B)を用いることで、架橋性官能基が開裂反応、分解反応または付加反応を経て活性点を生成し、天然ゴム及び/又は合成ジエン系ゴムからなる高分子量のゴム成分(A)と反応するため、効果的に絡み合い耐久性が向上する。
(4)充填剤
 ゴム組成物は、更に種々の充填剤を含んでなることができる。充填剤としては、カーボンブラック(C/B)、シリカ、炭酸カルシウム、酸化チタン等の少なくとも1種が用いられ、好ましくはC/B及びシリカの少なくとも一方である。
 充填剤は、ゴム成分(A)100質量部に対して、30~90質量部含むことができる。30質量部未満では、加硫物の破壊特性及び耐摩耗性等が十分でなく、90質量部を超えると、作業性等において好ましくないからである。充填剤として用いられるC/Bを例示すると、FEF、HAF、ISAF、SAF等のクラスであり、特に好ましくはISAFクラス~HAFクラス、又はSAFクラス~HAFクラスである。シリカの例としては、沈降非晶質シリカ、湿潤シリカ(水和した珪酸)、乾燥シリカ(無水珪酸)、ヒュームド・シリカ、珪酸カルシウムなどが挙げられるがこれらに限定されない。これらのうち、沈降、非晶質、湿潤処理(wet-process)の水和したシリカが好ましい。C/Bとシリカとを併用する場合の配合比は、配合目的に応じて任意に変化させることができる。
(5)その他の添加剤
 ゴム組成物には、上記ゴム成分(A)、共重合体(B)、充填剤の他、加硫剤、加硫促進剤、必要に応じて、ゴム工業で通常使用されているシランカップリング剤、加硫促進助剤、酸化防止剤、オゾン劣化防止剤、老化防止剤、プロセス油、亜鉛華、ステアリン酸等を配合することができる。
 加硫剤としては、例えば、硫黄等が挙げられ、これらの使用量は、ゴム成分(A)100質量部に対し、硫黄分として0.1~10質量部、好ましくは0.5~5.0質量部である。0.1質量部未満では、加硫ゴムの破壊特性や耐摩耗性が低下し、10質量部を超えると、ゴム弾性が失われる傾向がある。
 プロセス油としては、パラフィン系、ナフテン系、アロマチック系等の少なくとも1種を用いることができ、破壊特性、耐摩耗性を重視する用途にはアロマチック系が、また、低発熱性、低温特性を重視する用途にはナフテン系またはパラフィン系がそれぞれ好ましい。
 本発明のゴム組成物は、ロール等の開放式混練機やバンバリーミキサー等の密閉式混練機等を用いて混練することにより得られ、成形加工後に加硫を行い、タイヤ用ゴムとして好適に使用され、例えば、トレッドゴム(キャップゴム、ベースゴムを含む)、サイドゴム、サイド補強ゴム、インナーライナーゴムなどあらゆるタイヤ部材に適用することができる。
 本発明のタイヤは、上記ゴム組成物を部材に適用することを特徴とする。該ゴム組成物をトレッド部材に用いたタイヤは、ゴム組成物が低発熱性であるため転がり抵抗が低く、耐摩耗性に優れている。本発明のタイヤに充填する気体としては、通常の又は酸素分圧を変えた空気、又は窒素等の不活性ガスも使用できる。
 以下、実施例及び比較例により本発明を更に詳しく説明するが、本発明は下記実施例に何ら限定されるものではない。
 以下の実施例、比較例において、各種測定、評価は、下記の方法に従って行なった。
(1)分子量の決定
 分子量を、Model 2414 リフラクトメーター、及びModel 996 フォトダイオード・アレイ・ディテクター(UV)を備えたWaters Model 150-C機器を使用して、ゲル透過クロマトグラフィー(GPC)によって決定した。分子量を、ポリスチレン・スタンダードに基づいた汎用校正曲線から計算し、以下のSBRについてのMark-Houwink定数:k=0.000269、α=0.73を用いて補正した。
(2)スチレン及びビニルの含量の確認
 スチレン及びビニルの含量の確認を300MHzのGemini 300 NMRスペクトロメーターシステム(Varian)によるH-NMR(CDCl)及び13C-NMRの測定結果を用いて決定した。
(3)カラムクロマトグラフィー
 カラムクロマトグラフィーをシリカゲル吸着剤(200~425メッシュ、Fisher Scientific)を用いて行った。
(4)加工性
 加工性は、JIS K6300-1994に準拠し、130℃にてゴム組成物のムーニー粘度[ML1+4 /130℃]を測定し、比較例1を100として指数化して評価する。指数が小さいほど加工性が良好である。
(5)貯蔵弾性率(G’)及び損失係数(tanδ)
 貯蔵弾性率及び損失係数は、低発熱性粘弾性測定装置(レオメトリックス社製)を使用し、温度50℃、歪み5%、周波数15HzでG’値及びtanδを測定し、比較例1を100として指数化して評価する。
 貯蔵弾性率は指数が大きいほど操縦安定性が良好になることを、損失係数は指数が小さいほど低発熱性が良好になることを示す。
製造例1
2-リチオ-2-メチル-1,3-ジチアン(開始剤C)の合成
 セラムキャップを備えた0.8Lの窒素パージしたガラス瓶に、乾燥テトラヒドロフラン350mL、及び2-メチル-1,3-ジチアン10mL(83.5mmol)を添加した。瓶を-78℃に冷却し、1.51Mのブチルリチウムヘキサン溶液55.83mL(84.3mmol)を瓶に添加した。反応物を-78℃で3時間攪拌し、その後、-25℃で一晩保存した。生じた溶液の滴定によって、溶液が0.234Mの活性リチウム化合物を含むことが示された。この化合物の構造を解明するために、溶液を、8.26mLの1-ブロモ-3-クロロプロパン(83.5mmol)のテトラヒドロフラン溶液90mLの乾燥した溶液に-78℃下で添加した。3時間後、生成物を、GC/MSによって調べ、生成物が、95%を超える2-(3-クロロプロピル)-2-メチル-1,3-ジチアンを含むことが分かった。1-クロロヘプタンは全く観察されず、これによって、ブチルリチウムが2-メチル-1,3-ジチアンと完全に反応したことが示された。
製造例2
2-リチオ-2-フェニル-1,3-ジチアン(開始剤B)の合成
 2-フェニル-1,3-ジチアン(2.1g,10.69mmol)のTHF(5mL)とシクロヘキサン(10mL)の溶液に、n-ブチルリチウム(6.37mL,1.68Mのヘキサン溶液)をシリンジによって一滴ずつ-78℃下で添加した。溶液を0℃で更に3時間攪拌した。生じた0.5Mの2-リチオ-2-フェニル-1,3-ジチアン(PDT-Liと略す)を冷凍庫内にて、窒素の不活性雰囲気内で保存した。
製造例3
 2-(4-ジメチルアミノ)フェニル-1,3-ジチアンの合成
 磁気攪拌子と還流冷却器を取り付けた、オーブンで乾燥した500mLフラスコに、4-(ジメチルアミノ)ベンズアルデヒド6.89g(46.2mmol)、p-トルエンスルホン酸一水和物8.8g(46.2mmol)、及びTHF180mLを導入した。混合物を10分間攪拌し、次いで2.5gのモンモリロナイトKSFを添加し、続いて、5g(46.2mmol)の1,3-プロパンジオールのTHF溶液30mLを添加した。混合物を窒素下で12時間還流した。室温に冷却した後、濾過し、濾液を、飽和炭酸水素ナトリウム溶液(2x100mL)、飽和塩化ナトリウム溶液(100mL)で洗浄し、硫酸マグネシウム(無水)上で乾燥した。溶媒を濃縮し、シリカゲルを用いたカラムクロマトグラフ[ヘキサン/ジエチルエーテル(85/15)で溶出]を残留物について得、10.5g(95%)の2-[4-(ジメチルアミノ)]-フェニル-1,3-ジチアンを得た。
H-NMR(CDCl):δ 1.90(m,1H)、2.14(m,1H)、2.93(s,6H)、2.97(m,4H)、5.11(s,1H)、6.67(m,2H)、7.33(m,2H)。13C-NMR(CDCl):δ 25.12、32.28、40.46、50.89、112.28、126.62、128.46、150.43。
製造例4
2-リチオ-2-(4-ジメチルアミノ)フェニル-1,3-ジチアン(開始剤A)の合成
 2-(4-ジメチルアミノ)フェニル-1,3-ジチアンの溶液(製造例3で製造したもの1.25g、5.22mmolのTHF(8mL)とトリエチルアミン(1mL)との溶液)に、n-ブチルリチウム(3.1mL、1.68Mのヘキサン溶液)を一滴ずつ、-78℃下でシリンジによって添加した。溶液を、更に4時間、0℃下で攪拌した。生じた0.43Mの2-リチオ-2-(4-ジメチルアミノ)フェニル-1,3-ジチアン(DAPDT-Liと略す)を窒素の不活性雰囲気内で、冷凍庫内にて保存した。
製造例5
2-リチオ-2-メチル-1,3-ジチアンを用いたスチレン-ブタジエン共重合体(共重合体(B)-1)の合成
 攪拌器を備えた0.8Lのガラス瓶に、ヘキサン188g、33重量%のスチレン・ヘキサン溶液57g、及び22.0重量%のブタジエン・ヘキサン溶液256gを装入した。次いで、1.6Mの環状オリゴマーのオキソラニルアルカン調整剤・ヘキサン溶液18mL、2.5Mの2-リチオ-2-メチル-1,3-ジチアン(開始剤C)・テトラヒドロフラン溶液9.6mLを添加した。その後、瓶を54℃に加熱した。15分後、反応液の温度は76.5℃に達した。さらに25分経過した後、反応液を瓶から取り出し、ブチル化したヒドロキシトルエン(BHT)を含むイソプロパノール内で凝固させ、ドラム乾燥して共重合体(B)-1を得た。
製造例6
2-リチオ-2-フェニル-1,3-ジチアンを用いたスチレン-ブタジエン共重合体(共重合体(B)-2)の合成
 0.8Lのガラス瓶に、ヘキサン190g、スチレン18.8g、及びブタジエン(22重量%ヘキサン溶液)256gを装入し、次いで、PDT-Li(製造例2で製造した開始剤B)49.5mLをシリンジによって装入した。瓶を50℃に加熱し、1.5時間攪拌した。ポリマーを含む反応液を、少量の2-プロパノールで反応停止させ、4mLのBHT溶液で処理し、2-プロパノールで仕上げ、ドラム乾燥して共重合体(B)-2を得た。
製造例7
2-リチオ-2-(4-ジメチルアミノ)フェニル-1,3-ジチアンを用いたスチレン-ブタジエン共重合体(共重合(B)-3)の合成
 0.8Lのガラス瓶に、ヘキサン188g、スチレン(33質量%ヘキサン溶液)57g及びブタジエン(22重量%ヘキサン溶液)256gを装入し、次いで、DAPDT-Li(製造例4で製造した開始剤A)56mL、及び環状オリゴマーのオキソラニルアルカン調整剤(1.6Mのヘキサン溶液)18mLをシリンジによって添加した。瓶を50℃に加熱し、1.5時間攪拌した。ポリマーを含む反応液を、少量の2-プロパノールで反応停止させ、5mLのBHT溶液で処理し、2-プロパノールで仕上げ、ドラム乾燥して共重合体(B)-3を得た。
製造例8
2-リチオ-2-(4-ジメチルアミノ)フェニル-1,3-ジチアン(開始剤A)を用いたスチレン-ブタジエン共重合体(共重合(B)-4~12)の合成
 製造例7と同様にして、重量平均分子量1万、2万、4万、8万、12万、15万、20万、30万及び40万で、25質量%のスチレンからなり、ブタジエンの部分のビニル結合量は65質量%の芳香族ビニル化合物-ジエン化合物共重合体(B)-4~(B)-12を用意した。
 環状オリゴマーのオキソラニルアルカン調整剤・ヘキサン溶液とDAPDT-Li(開始剤A)の比を一定にしておきながら、変量することで分子量の調整を行った。
製造例9
末端官能基を有しない低分子量の芳香族ビニル化合物-ジエン化合物共重合体(B)-13の合成
 製造例7のDAPDT-Li(開始剤A)の代わりに1.6Mのn-ブチルリチウム(開始剤D)・ヘキサン溶液0.19mLを用いて製造例7と同様に合成した。
実施例1~11及び比較例1~3
 実施例として、末端官能基を有する低分子量芳香族ビニル化合物-ジエン化合物共重合体(B)-1~(B)-11、比較例として低分子量共重合体を用いないか、末端官能基を有するが分子量が本発明の範囲より大きい芳香族ビニル化合物-ジエン化合物共重合体(B)-12又は末端官能基を有しない低分子量の芳香族ビニル化合物-ジエン化合物共重合体(B)-13を用い、表1に示す配合処方に基づきトレッド配合の各成分を常法により混練りし、ゴム組成物を調製した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000008
  注
1)SBR#1500〔JSR社製〕
2)低分子量芳香族ビニル化合物-ジエン化合物共重合体(B)-1~(B)-13
3)ISAF、シースト3H〔東海カーボン社製〕
4)N-(1,3-ジメチルブチル)-N’-フェニル-p-フェニレンジアミン
5)ジフェニルグアニジン
6)N-t-ブチル-2-ベンゾチアジルスルフェンアミド
 各実施例、比較例において、ゴム組成物を160℃、15分間の条件で加硫し、加硫ゴムの加工性(ムーニー粘度)、貯蔵弾性率(G’)及び損失係数(tanδ)を評価した。比較例1を100として指数化し評価する。加工性は指数が小さいほど低発熱性が良好になることを示し、貯蔵弾性率は指数が大きいほど操縦安定性が良好になることを、損失係数は指数が小さいほど低発熱性が良好になることを示す。その結果を表2に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000009
 注
 比較例1は低分子量ポリマーを使用せず、その分プロセスオイル(三共油化工業(株)製A/O MIX)を使用、比較例2は従来の開始剤を使用した。
実施例12~15及び比較例4
 低分子量芳香族ビニル化合物-ジエン化合物共重合体(B)-5を用い、使用量を変えて、表3に示す配合処方に基づきトレッド配合の各成分を常法により混練りし、ゴム組成物を調製した。比較例4は本発明の範囲外なる配合量の例である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000010
  注
1)SBR#1500〔JSR社製〕
2)低分子量芳香族ビニル化合物-ジエン化合物共重合体(B)-5
3)ISAF、シースト3H〔東海カーボン社製〕
4)N-(1,3-ジメチルブチル)-N’-フェニル-p-フェニレンジアミン
5)ジフェニルグアニジン
6)N-t-ブチル-2-ベンゾチアジルスルフェンアミド
 各実施例、比較例のゴム組成物を実施例1~11、比較例1~3と同様にして、加硫ゴムの加工性(ムーニー粘度)、貯蔵弾性率(G’)及び損失係数(tanδ)を評価した。比較例1を100として指数化し評価する。その結果を表4に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000011
 表2、4の示す結果から、本発明のゴム組成物は、本発明の範囲外のゴム組成物に比較して、貯蔵弾性率(操縦安定性)及び損失係数(低発熱性)が優れていることがわかる。
 

Claims (17)

  1.  天然ゴム及び合成ジエン系ゴムの少なくとも一方のゴムからなるゴム成分(A)100質量部に対して、1千~30万の重量平均分子量(ゲル透過クロマトグラフィーによるポリスチレン換算)を有する低分子量芳香族ビニル化合物-ジエン化合物共重合体(B)を5~120質量部を含んでなり、前記共重合体(B)が0~80質量%の芳香族ビニル化合物からなり、ジエン化合物の部分のビニル結合量が0~80質量%であって、その末端に架橋性官能基を少なくとも1つ有する共重合体であることを特徴とするゴム組成物。
  2.  架橋性官能基が、開裂反応、分解反応または付加反応を経て活性点を生成することで天然ゴム及び/又は合成ジエン系ゴムと反応することができる官能基であることを特徴とする請求項1記載のゴム組成物。
  3.  架橋性官能基が、少なくとも1つの硫黄原子を有することを特徴とする請求項2記載のゴム組成物。
  4.  共重合体(B)が、一方の末端に架橋性官能基、もう一方の末端に充填剤と親和性を有する官能基を有することを特徴とする請求項1~3のいずれか一項に記載のゴム組成物。
  5.  共重合体(B)が、1千~20万の重量平均分子量を有する請求項1~4のいずれか一項に記載のゴム組成物。
  6.  共重合体(B)が、1千~15万の重量平均分子量を有する請求項5に記載のゴム組成物。
  7.  共重合体(B)が、1千~10万の重量平均分子量を有する請求項6に記載のゴム組成物。
  8.  共重合体(B)が0~60質量%の芳香族ビニル化合物からなり、ジエン化合物の部分のビニル結合量が0~80質量%である請求項1~7のいずれか一項に記載のゴム組成物。
  9.  共重合体(B)が0~60質量%の芳香族ビニル化合物からなり、ジエン化合物の部分のビニル結合量が0~60質量%である請求項8に記載のゴム組成物。
  10.  共重合体(B)が0~50質量%の芳香族ビニル化合物からなり、ジエン化合物の部分のビニル結合量が0~60質量%である請求項9に記載のゴム組成物。
  11.  共重合体(B)が0~50質量%の芳香族ビニル化合物からなり、ジエン化合物の部分のビニル結合量が0~50質量%である請求項10に記載のゴム組成物。
  12.  共重合体(B)の含有量が5~80質量部である請求項1~11のいずれか一項に記載のゴム組成物。
  13.  共重合体(B)の含有量が5~60質量部である請求項12に記載のゴム組成物。
  14.  共重合体(B)が、芳香族ビニル化合物とジエン化合物を下記式で表される硫黄含有重合開始剤を用いて、アニオン重合して得られた共重合体である請求項1~13のいずれか一項に記載のゴム組成物。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
     
    [式中、Rは炭素数1~6のトリアルキル-シリル基、炭素数1~20のアルキル基、炭素数4~20のシクロアルキル基、炭素数6~20のアリール基、チエニル基、フリル基及びピリジル基から選択され、Rには、任意に、以下の官能基:炭素数1~10のアルキル基、炭素数6~20のアリール基、炭素数2~10のアルケニル基、炭素数3~10の非末端アルキニル基、エーテル、tert-アミン、オキサゾリン、チアゾリン、ホスフィン、スルフィド、シリルの1種又は2種以上が置換されていてもよく、Rは炭素数2~8のアルキレン基から成る群より選択され、Xは、硫黄、酸素及びNR(Rは、上記で定義した通りである)から成る群より選択される。]
  15.  ゴム組成物がタイヤに用いることを特徴とする請求項1~14のいずれか一項に記載のゴム組成物。
  16.  請求項15に記載のゴム組成物を用いたタイヤ。
  17.  請求項15に記載のゴム組成物をトレッド部材に用いたタイヤ。
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