WO2016139960A1 - ゴム組成物、ジエン系重合体の製造方法及びタイヤ - Google Patents

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英寿 鈴木
雄大 矢部
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株式会社ブリヂストン
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Definitions

  • Patent Document 1 discloses a method using carbon black as a filler and a modified conjugated diene polymer in which a polymerization active site is modified with a tin compound as a rubber component.
  • Patent Document 2 discloses a method using carbon black as a filler and a modified conjugated diene polymer in which both ends of polymerization activity are modified with a tin compound as a rubber component.
  • the modified conjugated diene polymer disclosed in Patent Documents 1 and 2 when used, in the rubber composition for a fuel-efficient tire with a small amount of filler and softening agent, the modified conjugated diene polymer depends on the modified conjugated diene polymer. Although the filler dispersibility improvement effect is large, the rubber composition for general-purpose tires with a large amount of filler and softener is sufficiently effective in improving the dispersibility of the filler by the modified conjugated diene polymer. However, there was a problem that the low loss property, fracture property, and wear resistance of the rubber composition could not be sufficiently improved.
  • Patent Document 3 even when the amount of filler or softener is large, nitrogen-containing rubber component is used as a rubber component for the purpose of obtaining excellent dispersibility, fracture characteristics, wear resistance and low loss of filler.
  • a rubber composition using a modified conjugated diene polymer having 5 or more functional groups is disclosed.
  • an object of the present invention is to provide a rubber composition excellent in low loss property, fracture characteristics and wear resistance when it contains a large amount of silica as a filler.
  • Another object of the present invention is to provide a method for producing a diene polymer excellent in low loss, fracture characteristics and wear resistance when containing a large amount of silica as a filler. It is to provide a tire having excellent properties, fracture characteristics and wear resistance.
  • the inventors of the present invention have intensively studied to achieve the above object with respect to a rubber composition containing a rubber component having a diene polymer and silica. Then, at least three modified functional groups capable of interacting with silica only in a specific range of the diene polymer (specifically, at least one end to a quarter of the total chain length). By providing a monomer structure of a diene polymer between the modified functional groups, the affinity between the modified diene polymer and silica is greatly improved, and the dispersibility of the silica is increased. The present inventors have found that lossability, fracture characteristics, and wear resistance can be realized, and have completed the present invention.
  • the rubber composition of the present invention is a rubber composition containing a rubber component having a diene polymer and silica, and the diene polymer is only in a range of 1/4 of the total chain length from the terminal. And having at least three modified functional groups capable of interacting with the silica, having a monomer structure of a diene polymer between at least one modified functional group, and the content of the silica Is 60 to 250 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the rubber component.
  • the peak molecular weight of the diene polymer is preferably 50,000 to 700,000. This is because good workability can be obtained in addition to more excellent fracture resistance and wear resistance.
  • the modified functional group is a nitrogen-containing functional group, a silicon-containing functional group, or an oxygen-containing functional group. This is because low loss, fracture characteristics, and wear resistance can be realized more reliably.
  • the diene polymer is preferably a polymer or copolymer obtained by polymerizing 60 to 100% by mass of a diene monomer and 0 to 40% by mass of an aromatic vinyl compound. More preferably, the diene monomer is 1,3-butadiene, and the aromatic vinyl compound is more preferably styrene. This is because more excellent low loss, fracture characteristics and wear resistance can be realized.
  • the rubber component further includes at least one of natural rubber, polyisoprene rubber, polybutadiene rubber and styrene-butadiene rubber other than the diene polymer. This is because more excellent low loss, fracture characteristics and wear resistance can be realized.
  • the content of the diene polymer in the rubber component is preferably 10% by mass or more. This is because it is possible to improve low loss, fracture characteristics and wear resistance more reliably.
  • the method for producing a diene polymer of the present invention includes a step of forming a molecular chain of a diene polymer having no modified functional group, Forming a molecular chain composed of the functional group and the monomer structure of the diene polymer, There are three or more modified functional groups capable of interacting with the silica only in the range of 1 ⁇ 4 of the total chain length from the end, and a diene polymer single unit between at least one modified functional group.
  • a diene polymer having a monomer structure is obtained. This is because a diene polymer capable of realizing low loss, fracture characteristics, and wear resistance can be obtained with the above configuration.
  • a step of forming a molecular chain of the diene polymer having no modified functional group prior to the step of forming the molecular chain. This is because a diene polymer having three or more modified functional groups capable of interacting with the silica can be produced only in the range of 1 ⁇ 4 of the total chain length from the end.
  • the formation of a molecular chain composed of the functional group and the monomer structure of the diene polymer is performed by the monomer component of the diene polymer and the modifier.
  • the monomer component of the diene polymer which is copolymerizable with the monomer component and chemically reacts with the modified functional group-containing compound.
  • the tire of the present invention is characterized by using the above-described rubber composition for a tread member. With the above configuration, it is possible to achieve excellent low-loss properties, fracture characteristics, and wear resistance.
  • the present invention when a large amount of silica is included as a filler, it is possible to provide a rubber composition excellent in low-loss property, fracture characteristics, and wear resistance. Further, according to the present invention, when a large amount of silica is used as the filler, it is possible to provide a method for producing a diene polymer excellent in low loss property, fracture characteristics, and wear resistance. A tire having excellent characteristics and wear resistance can be provided.
  • the rubber composition of the present invention is a rubber composition containing a rubber component having a diene polymer and silica, and the diene polymer has a modified functional group capable of interacting with the silica.
  • the silica content is 60 to 250 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the rubber component.
  • the silica content is as large as 60 to 250 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the rubber component, the reinforcing effect by silica can be enhanced, and the fracture characteristics and wear resistance of the rubber composition can be improved.
  • the modified functional group only in the range of 1/4 of the total chain length from the end of the diene polymer, an effect of dispersing silica more efficiently can be obtained, and between the modified functional groups. It is considered that the silica aggregate can be efficiently broken by allowing the monomer structure of the diene polymer to enter. And, by combining the above effects, compared with the conventional diene polymer having only individual characteristics, compared with the case where the conventional modified polymer is used, the modified functional group in the rubber and the rubber component As a result of this reaction being efficiently performed, higher dispersibility is exhibited, and the low loss property, fracture characteristics, and wear resistance of the rubber composition can be further improved.
  • the polymer chain connects silica agglomerates to each other, and the dispersibility of the silica is impaired, resulting in low loss of the rubber composition.
  • the fracture characteristics and wear resistance will be poor.
  • diene monomer examples include conjugates such as 1,3-butadiene, isoprene, 1,3-pentadiene, 2,3-dimethylbutadiene, 2-phenyl-1,3-butadiene, and 1,3-hexadiene. Examples thereof include diene compounds, and among these, 1,3-butadiene is particularly preferable. These conjugated diene compounds may be used alone or in combination of two or more.
  • examples of the aromatic vinyl compound as a monomer include styrene, ⁇ -methylstyrene, 1-vinylnaphthalene, 3-vinyltoluene, ethylvinylbenzene, divinylbenzene, 4-cyclohexylstyrene, and 2,4,6- Examples thereof include trimethylstyrene, and among these, styrene is particularly preferable.
  • aromatic vinyl compounds may be used alone or in combination of two or more.
  • the modified functional group capable of interacting with the silica forms a covalent bond between the functional group and the silica surface or an intermolecular force weaker than the covalent bond (ion-dipolar).
  • This is a functional group capable of forming an electromagnetic force acting between molecules such as dipole interaction, dipole-dipole interaction, hydrogen bond, van der Waals force and the like.
  • a nitrogen-containing functional group, a silicon-containing functional group, an oxygen-containing functional group, etc. are mentioned.
  • the state having three or more modified functional groups only in the range of 1 ⁇ 4 of the total chain length from the end means that the diene polymer is in the range of 1 ⁇ 4 from the end (range of 25% from the end).
  • the end of the diene polymer means at least one of the ends, and the range having the modified functional group is 1 of the total chain length from one end (tip) of the diene polymer. / 4 range, or may be in the range of 1/4 of the total chain length from both ends.
  • only one of the ends is It is preferable that it exists in.
  • the state having a monomer structure of a diene polymer between at least one of the modified functional groups is only in a range of 1 ⁇ 4 of the total chain length from the end of the diene polymer.
  • the monomer structure of the diene polymer between the modified functional group and the modified functional group eg, 1,3-butadiene when the diene polymer is polybutadiene
  • a styrene-butadiene copolymer it means styrene and / or 1,3-butadiene
  • the modified functional groups are not bonded to each other.
  • the monomer structure of the diene polymer is present between all the modified functional groups (that is, all the modified functional groups in the diene polymer are directly bonded to each other). More preferred).
  • the polymerization method for obtaining the diene polymer may be any of anionic polymerization, coordination polymerization, and emulsion polymerization.
  • the modifying agent may be a modifying agent that reacts with the polymerization active terminal of anionic polymerization or coordination polymerization, or may be an amide portion of a lithium amide compound used as a polymerization initiator.
  • a modifier may be copolymerized as a monomer.
  • the content of the diene polymer in the rubber component is preferably 10% by mass or more.
  • the content of the diene polymer in the rubber component is less than 10% by mass, the effect of improving the dispersibility of the filler is small, and the effect of improving the low loss property, fracture characteristics, and wear resistance of the rubber composition. Because it is small.
  • the modifier is a modifier containing a functional group having an interaction property with silica, and is preferably a modifier having at least one atom selected from a silicon atom, a nitrogen atom and an oxygen atom.
  • alkoxysilane compound represented by the general formula (I) include, for example, tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, tetra-n-propoxysilane, tetraisopropoxysilane, tetra-n-butoxysilane.
  • n1 + n2 + n3 + n4 4 (where n2 is an integer of 1 to 4, n1, n3 and n4 are integers of 0 to 3), and A 1 is a saturated cyclic tertiary amine Compound residue, unsaturated cyclic tertiary amine compound residue, ketimine residue, nitrile group, (thio) isocyanate group (indicating isocyanate group or thioisocyanate group; the same shall apply hereinafter), (thio) epoxy group , Isocyanuric acid trihydrocarbyl ester group, carbonic acid dihydrocarbyl ester group, nitrile group, pyridine group, (thio) ketone group, (thio) aldehyde group, amide group, (thio) carboxylic acid ester group, (thio) carboxylic acid ester Metal salt, carboxylic acid anhydride residue, carboxylic acid halogen compound residue,
  • R 38 is a hydrocarbyloxy group, monovalent 1-20 carbon atoms aliphatic or alicyclic hydrocarbon group or a monovalent aromatic hydrocarbon group having 6 to 18 carbon atoms having 1 to 20 carbon atoms Yes, when r2 is 2, they may be the same or different.
  • the hydrocarbyloxysilane compound represented by the general formula (III) is a hydrocarbyloxysilane compound represented by the following general formula (IX).
  • r1 + r2 3 (wherein r1 is an integer of 0 to 2 and r2 is an integer of 1 to 3), TMS is a trimethylsilyl group, and R 46 is a carbon number.
  • a plurality of R 47 or R 48 may be the same or different.
  • R 50 and R 51 are bonded to form a divalent organic group, and R 52 and R 53 are each independently a halogen atom, a hydrocarbyloxy group, or a carbon number of 1 to 20 A monovalent aliphatic or alicyclic hydrocarbon group or a monovalent aromatic hydrocarbon group having 6 to 18 carbon atoms.
  • R 50 and R 51 are preferably hydrolyzable groups, and the hydrolyzable group is preferably a trimethylsilyl group or a tert-butyldimethylsilyl group, and particularly preferably a trimethylsilyl group.
  • hydrocarbyloxysilane compounds represented by the above general formulas (III) to (X) are preferably used as a modifier when the modified conjugated diene polymer is produced by anionic polymerization.
  • the hydrocarbyloxysilane compounds represented by the general formulas (III) to (X) are preferably alkoxysilane compounds.
  • a suitable modifier for modifying the diene polymer by anionic polymerization specifically, 3,4-bis (trimethylsilyloxy) -1-vinylbenzene, 3,4-bis (trimethylsilyloxy) ) At least one compound selected from benzaldehyde, 3,4-bis (tert-butyldimethylsilyloxy) benzaldehyde, 2-cyanopyridine, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone and 1-methyl-2-pyrrolidone Is mentioned.
  • the modifier is preferably an amide portion of a lithium amide compound used as a polymerization initiator in anionic polymerization.
  • the lithium amide compound include lithium hexamethylene imide, lithium pyrrolidide, lithium piperide, lithium heptamethylene imide, lithium dodecamethylene imide, lithium dimethylamide, lithium diethylamide, lithium dibutylamide, lithium dipropylamide, lithium diheptylamide.
  • a preferred example is at least one compound.
  • the modifying agent that becomes the amide portion of lithium hexamethylene imide is hexamethyleneimine
  • the modifying agent that becomes the amide portion of lithium pyrrolidide is pyrrolidine
  • the modifying agent that becomes the amide portion of lithium piperide is piperidine.
  • a suitable modifier when modifying the diene polymer by emulsion polymerization at least one compound selected from 3,4-ditrimethylsilyloxybenzaldehyde and 4-hexamethyleneiminoalkylstyrene is preferably exemplified.
  • the modifier preferably used in these emulsion polymerizations is preferably copolymerized as a monomer containing nitrogen atoms and / or silicon atoms during emulsion polymerization.
  • the rubber component may further include natural rubber (NR), styrene-butadiene copolymer (SBR), polybutadiene rubber (BR), poly Can contain isoprene rubber (IR), butyl rubber (IIR), ethylene-propylene copolymer, etc.
  • NR natural rubber
  • SBR styrene-butadiene copolymer
  • BR polybutadiene rubber
  • IR isoprene rubber
  • IIR butyl rubber
  • ethylene-propylene copolymer etc.
  • These rubber components may be used alone or as a blend of two or more.
  • a step of forming a molecular chain of a diene polymer having no modified functional group (a range of 3/4 of the total chain length from the end of the diene polymer), and
  • the above-mentioned modified diene system is obtained by passing through a step of forming a molecular chain comprising the functional group and the monomer structure of the diene polymer (in the range of 1/4 of the total chain length from the end of the diene polymer).
  • a polymer can be produced. Which is the step of forming the molecular chain of the diene polymer not having the modified functional group and the step of forming the molecular chain composed of the functional group and the monomer structure of the diene polymer? You may go first.
  • a step of forming a molecular chain of the diene polymer having no modified functional group is performed prior to the step of forming a molecular chain composed of the functional group and the monomer structure of the diene polymer. It is preferable.
  • the step of forming a molecular chain composed of the functional group and the monomer structure of the diene polymer is performed first, the unreacted functional group and the monomer of the diene polymer are formed in a later step. This is because there is a possibility that it is formed outside the range of 1/4 of the total chain length from the end of the diene polymer.
  • the functional group and the monomer structure of the diene polymer are included. It is desirable to perform the step of forming the molecular chain of the diene polymer having no modified functional group after confirming that the polymerization conversion rate is 100% every time the step of forming the molecular chain is finished. . This is because by performing the next step without confirming that the polymerization conversion rate is 100%, there is a possibility that the diene polymer may be formed outside the range of 1/4 of the total chain length. .
  • examples of the formation of a molecular chain composed of the functional group and the monomer structure of the diene polymer include the following methods (1) to (4).
  • a method of alternately charging a compound having (4) A monomer component of the diene polymer and a site that can be copolymerized with the monomer component and can be introduced with a modified functional group by chemically reacting with the modified functional group-containing compound. And a compound having the same at the same time.
  • all the modified functional groups have a monomer structure of the diene polymer (that is, all the modified functional groups in the diene polymer are directly
  • the above-described method 1 or 3 is preferable from the viewpoint that a structure that is not bonded) can be more reliably formed, and the above-described method 2 or 4 is preferable in order to shorten the time required for production and increase productivity.
  • the content of the silica is set to 60 to 250 parts by mass.
  • the silica content is preferably 70 to 210 parts by mass, and more preferably 75 to 170 parts by mass.
  • the most preferable blending amount of silica is 75 to 120 parts by mass from the viewpoints of fracture characteristics and abrasion resistance, elongation and processability of the rubber composition.
  • the type of silica is not particularly limited, and can be used according to applications from general grade silica to special silica subjected to surface treatment. For example, workability, mechanical strength, and wear resistance can be further improved. From this point, it is preferable to use wet silica.
  • the rubber composition of the present invention is a compounding agent commonly used in the rubber industry, such as carbon black, anti-aging agent, silane coupling agent, vulcanization accelerator, vulcanization Accelerators, vulcanizers, softeners, and the like can be appropriately selected and blended within a range that does not impair the object of the present invention.
  • compounding agents commercially available products can be suitably used.
  • the rubber composition of the present invention can be produced by blending the rubber component with silica and various compounding agents appropriately selected as necessary, kneading, heating, extruding and the like.
  • the carbon black is not particularly limited, but those of FEF, SRF, HAF, ISAF, and SAF grade are preferable, and those of HAF, ISAF, and SAF grade are more preferable. Further, the content of the carbon black is not particularly limited, and can be appropriately adjusted according to the purpose.
  • the tire according to the present invention is characterized in that the rubber composition is used for a tread member.
  • a tire using the rubber composition as a tread member, particularly a tread rubber, is excellent in low loss property, fracture characteristics, and wear resistance.
  • the tire of the present invention is not particularly limited except that the rubber composition described above is used for any of the tread members, and can be manufactured according to a conventional method.
  • inert gas such as nitrogen, argon, helium other than normal or the air which adjusted oxygen partial pressure, can be used.
  • Modified polymers A to L were produced according to the following procedure.
  • Table 1 shows the presence or absence of direct bonding between the modified functional groups, the position of the modified functional group, the type of the modified functional group, the number of modified functional groups, and the peak molecular weight of the modified polymer in each modified polymer.
  • the measurement of the peak molecular weight of the modified polymer in Table 1 was performed by gel permeation chromatography [GPC: Tosoh HLC-8020, column: Tosoh GMH-XL (two in series)] Using the differential refractive index (RI), the measurement was performed in terms of polystyrene using monodisperse polystyrene as a standard.
  • RI differential refractive index
  • the polymerization conversion rate at this time was almost 100%. Thereafter, 0.5 ml of a 5 wt% isopropanol solution of 2,6-di-t-butyl-p-cresol (BHT) was added to stop the reaction, followed by drying according to a conventional method to obtain a modified polymer B.
  • BHT 2,6-di-t-butyl-p-cresol
  • the polymerization reaction system was charged with a cyclohexane solution of 1,3-butadiene containing 12 g of 1,3-butadiene, a cyclohexane solution of styrene containing 3 g of styrene, and 2.85 mmol of 3,4-bis (trimethylsilyloxy) as a modifier.
  • a mixed solution of -1-vinylbenzene was added at once and the polymerization reaction was further carried out for 1 hour. The polymerization conversion rate at this time was almost 100%.
  • a cyclohexane solution of 1,3-butadiene containing 15 g of 1,3-butadiene and a cyclohexane solution of styrene containing 3.48 g of styrene and 0.27 g of p-methylstyrene were added to the polymerization reaction system, and the polymerization reaction was further performed for 1 hour. It was. When the polymerization conversion rate reached 99%, 0.57 mmol of tetraethyl orthosilicate was added as a terminal modifier and reacted for 15 minutes.
  • a cyclohexane solution of 1,3-butadiene containing 15 g of 1,3-butadiene and a cyclohexane solution of styrene containing 3.48 g of styrene and 0.27 g of p-methylstyrene were added to the polymerization reaction system, and the polymerization reaction was further performed for 1 hour. It was. When the polymerization conversion rate reached 99%, 0.57 mmol of glycidoxypropyltrimethoxysilane was added as a terminal modifier, and the reaction was performed for 15 minutes.
  • Silane was added and reacted for 15 minutes.
  • 2.28 mmol of sec-butyllithium and 1.14 mmol of 2,2-ditetrahydrofurylpropane were added to the above polymer solution and reacted at 80 ° C. for 10 minutes.
  • 2.28 mmol of N- [2-N ′, N′-bis (trimethylsilyl) aminoethyl] -N- (trimethylsilyl) -3-aminopropyltriethoxysilane was used as a main chain modifier. The reaction was carried out for 15 minutes.
  • BHT 2,6-di-t-butyl-p-cresol
  • Examples 1 to 19 and Comparative Examples 1 to 12 Using the modified polymers A to M described above, rubber compositions having the compounding recipes shown in Table 2 were prepared, and samples of Examples and Comparative Examples were obtained. About each sample of an Example and a comparative example, (1) Workability, (2) Fracture elongation, (3) Fracture stress, (4) Abrasion resistance, (5) Low loss property (tan ⁇ ), (6) Total value was evaluated.
  • this total value it was set as the standard which shows an overall favorable result that it will be +25 or more.
  • a rubber composition excellent in low loss property, fracture characteristics, and abrasion resistance can be provided, and used for a tire using such a rubber composition.
  • the low loss property, fracture characteristics, and wear resistance of the tire can be improved.

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Abstract

 低ロス性、破壊特性及び耐摩耗性に優れたゴム組成物を提供することを目的とする。 上記課題を解決すべく、本発明は、ジエン系重合体を有するゴム成分と、シリカとを含むゴム組成物であって、前記ジエン系重合体は、末端から全鎖長の1/4の範囲のみに、前記シリカとの間で相互作用が可能な変性官能基を3つ以上有し、少なくとも一つの前記変性官能基間にジエン系重合体の単量体構造を有し、前記シリカの含有量が、前記ゴム成分100質量部に対して60~250質量部であることを特徴とする。

Description

ゴム組成物、ジエン系重合体の製造方法及びタイヤ
 本発明は、ゴム組成物、ジエン系重合体の製造方法及びタイヤに関するものである。
 近年、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が強まりつつある。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の低減が求められている。従来、タイヤの転がり抵抗を減少させる手法として、タイヤ構造を最適化する手法も検討されてきたが、タイヤに適用するゴム組成物について、tanδが低く(以下、「低ロス性」という。)、低発熱性の優れたものを用いることが、現在一般的な手法として行われている。
 このような発熱性の低いゴム組成物を得る方法として、カーボンブラックやシリカ等の充填剤の減量、又は大粒径のカーボンブラックの使用等が考えられるが、いずれの方法でも、ゴム組成物の補強性、耐摩耗性及び湿潤路面でのグリップ性の低下が避けられない。
 一方、発熱性の低いゴム組成物を得る方法として、ゴム組成物中の充填剤の分散性を高める技術開発も数多くなされてきた。その中でも特に、アルキルリチウムを用いたアニオン重合で得られる共役ジエン系重合体の重合活性部位を、充填剤と相互作用可能な官能基で修飾する方法が効果的である。
 例えば特許文献1には、充填剤としてカーボンブラックを用い、ゴム成分として重合活性部位をスズ化合物で修飾した変性共役ジエン系重合体を用いる方法が開示されている。また、特許文献2には、充填剤としてカーボンブラックを用い、ゴム成分として重合活性両末端をスズ化合物で修飾した変性共役ジエン系重合体を用いる方法が開示されている。
 ただし、特許文献1及び2に開示された変性共役ジエン系重合体を用いる場合、充填剤及び軟化剤の配合量が少ない低燃費タイヤ用のゴム組成物においては、当該変性共役ジエン系重合体による充填剤の分散性改良効果が大きいが、充填剤及び軟化剤の配合量が多い汎用タイヤ向けのゴム組成物においては、当該変性共役ジエン系重合体による充填剤の分散性改良効果が十分に発揮されず、ゴム組成物の低ロス性、破壊特性及び耐摩耗性を十分に改善できないという問題があった。
 そのため、特許文献3では、充填材や軟化剤の配合量が多い場合でも、優れた充填材の分散性、破壊特性、耐摩耗性及び低ロス性を得ることを目的として、ゴム成分として含窒素官能基を5つ以上有する変性共役ジエン系重合体を用いたゴム組成物が開示されている。
特開平5-287121号公報 特開平6-49279号公報 特開2005-298626号公報
 特許文献3のゴム組成物を用いることで、充填材や軟化剤の配合量が多い場合でも、一定の破壊特性、耐摩耗性及び低ロス性を得ることが可能となった。しかしながら、タイヤに用いた場合のさらなる性能向上を目的として、低ロス性、破壊特性及び耐摩耗性のさらなる向上が望まれており、特にゴム組成物中にシリカを充填材として多く含む場合に、優れた低ロス性、破壊特性及び耐摩耗性を実現できる技術の開発が望まれていた。
 そこで、本発明の目的は、充填材としてのシリカを多く含む場合に、低ロス性、破壊特性及び耐摩耗性に優れたゴム組成物を提供することにある。また、本発明の他の目的は、充填材としてのシリカを多く含む場合に、低ロス性、破壊特性及び耐摩耗性に優れたジエン系重合体の製造方法を提供すること、並びに、低ロス性、破壊特性及び耐摩耗性に優れたタイヤを提供することにある。
 本発明者らは、ジエン系重合体を有するゴム成分と、シリカとを含むゴム組成物について、上記目的を達成するべく鋭意研究を行った。そして、ジエン系重合体の特定範囲(具体的には、少なくとも一方の末端から全鎖長の1/4の範囲)のみに、シリカとの間で相互作用が可能な変性官能基を3つ以上設け、該変性官能基間にジエン系重合体の単量体構造を有することで、変性したジエン系重合体とシリカとの親和性が大きく向上し、シリカの分散性が高まる結果、優れた低ロス性、破壊特性及び耐摩耗性を実現できることを見出し、本発明を完成させるに至った。
 すなわち、本発明のゴム組成物は、ジエン系重合体を有するゴム成分と、シリカとを含むゴム組成物であって、前記ジエン系重合体は、末端から全鎖長の1/4の範囲のみに、前記シリカとの間で相互作用が可能な変性官能基を3つ以上有し、少なくとも一つの前記変性官能基間にジエン系重合体の単量体構造を有し、前記シリカの含有量が、前記ゴム成分100質量部に対して60~250質量部であることを特徴とする。
 上記構成により、優れた低ロス性、破壊特性及び耐摩耗性を実現できる。
 また、全ての前記変性官能基間に、前記ジエン系重合体の単量体構造を有することが好ましい。より優れた低ロス性、破壊特性及び耐摩耗性を実現できるためである。
 さらに、前記ジエン系重合体のピーク分子量が5万~70万であることが好ましい。より優れた耐破壊特性及び耐摩耗性に加え、良好な加工性を得ることができるためである。
 さらにまた、前記変性官能基が、含窒素官能基、含ケイ素官能基又は含酸素官能基であることが好ましい。より確実に、低ロス性、破壊特性及び耐摩耗性を実現できるためである。
 前記ジエン系重合体は、60~100質量%のジエン系単量体と、0~40質量%の芳香族ビニル化合物とを重合してなる、重合体又は共重合体であることが好ましく、また、前記ジエン系単量体が1,3-ブタジエンであることがより好ましく、前記芳香族ビニル化合物がスチレンであることがより好ましい。より優れた低ロス性、破壊特性及び耐摩耗性を実現できるためである。
 さらにまた、前記ゴム成分が、前記ジエン系重合体以外の、天然ゴム、ポリイソプレンゴム、ポリブタジエンゴム及びスチレン-ブタジエンゴムのうちの少なくとも一種をさらに有することが好ましい。より優れた低ロス性、破壊特性及び耐摩耗性を実現できるためである。
 また、前記ゴム成分中の前記ジエン系重合体の含有率が、10質量%以上であることが好ましい。より確実に低ロス性、破壊特性及び耐摩耗性を向上できるためである。
 本発明のジエン系重合体の製造方法は、変性官能基を有さないジエン系重合体の分子鎖を形成する工程と、
 前記官能基と前記ジエン系重合体の単量体構造とからなる分子鎖を形成する工程とを備え、
 末端から全鎖長の1/4の範囲のみに、前記シリカとの間で相互作用が可能な変性官能基を3つ以上有し、少なくとも一つの前記変性官能基間にジエン系重合体の単量体構造を有するジエン系重合体を得ることを特徴とする。
 上記構成により、低ロス性、破壊特性及び耐摩耗性を実現できるジエン系重合体を得ることができるからである。
 本発明のジエン系重合体の製造方法では、前記分子鎖を形成する工程に先立って、前記変性官能基を有さないジエン系重合体の分子鎖を形成する工程を実施することが好ましい。確実に、末端から全鎖長の1/4の範囲のみに、前記シリカとの間で相互作用が可能な変性官能基を3つ以上するジエン系重合体を生成できるからである。
 また、本発明のジエン系重合体の製造方法では、前記官能基と前記ジエン系重合体の単量体構造とからなる分子鎖の形成が、前記ジエン系重合体の単量体成分と変性剤とを交互又は同時に投入することで行われること、又は、前記ジエン系重合体の単量体成分と、該単量体成分と共重合可能であり且つ変性官能基含有化合物と化学的に反応して変性官能基の導入が可能となる部位を有する化合物とを、交互又は同時に投入することで形成されることが好ましい。確実に、末端から全鎖長の1/4の範囲のみに、前記シリカとの間で相互作用が可能な変性官能基を3つ以上するジエン系重合体を生成できるからである。
 さらに、本発明のタイヤは、上述したゴム組成物をトレッド部材に用いたことを特徴とする。
 上記構成により、優れた低ロス性、破壊特性及び耐摩耗性を実現できる。
 本発明によれば、充填材としてのシリカを多く含む場合に、低ロス性、破壊特性及び耐摩耗性に優れたゴム組成物を提供できる。また、本発明によれば、充填材としてのシリカを多く含む場合に、低ロス性、破壊特性及び耐摩耗性に優れたジエン系重合体の製造方法を提供でき、さらに、低ロス性、破壊特性及び耐摩耗性に優れたタイヤを提供できる。
<ゴム組成物>
 以下に、本発明のゴム組成物について、一実施形態を詳細に説明する。
 本発明のゴム組成物は、ジエン系重合体を有するゴム成分と、シリカとを含むゴム組成物であって、前記ジエン系重合体は、前記シリカとの間で相互作用が可能な変性官能基を有し、前記シリカの含有量が、前記ゴム成分100質量部に対して60~250質量部である。
 シリカの含有量を、ゴム成分100質量部に対して60~250質量部と多く含有することで、シリカによる補強効果を高め、ゴム組成物の破壊特性及び耐摩耗性を向上させることができる。ただし、混練におけるゴム組成物の作業性が悪化し、シリカの分散性が低下するおそれがある。そのため、ゴム成分中にシリカとの間で相互作用が可能な変性官能基を持った共役ジエン系重合体を用いることで、ゴム成分とシリカとの親和性が向上し、充填剤の分散性を改善できる結果、ゴム組成物の低ロス性、破壊特性及び耐摩耗性の両立が可能となる。
 そして、さらに本発明のゴム組成物は、前記ジエン系重合体が、末端から全鎖長の1/4の範囲のみに前記変性官能基を3つ以上有し、少なくとも1つの前記変性官能基間にジエン系重合体の単量体構造を有することを特徴とする。前記ジエン系重合体の末端から全鎖長の1/4の範囲のみに前記変性官能基を設けることで、より効率的にシリカを分散させる効果が得られるとともに、該変性官能基同士の間にジエン系重合体の単量体構造が入るようにすることで、シリカの凝集体を効率的に崩すことができると考えられる。そして、以上の効果が合わさることで、個別の特徴のみを有する従来のジエン系重合体と比較して、従来の変性重合体を用いた場合に比べて、シリカとゴム成分中の変性官能基との反応が効率的に行われる結果、より高い分散性が発揮され、ゴム組成物の低ロス性、破壊特性及び耐摩耗性をさらに向上できる。
 一方、ポリマー鎖全体に変性剤を入れた形態のジエン系重合体に関しては、シリカの凝集塊同士をポリマー鎖が繋いでしまい、かえってシリカの分散性が損なわれ、ゴム組成物の低ロス性、破壊特性及び耐摩耗性が劣ることとなる。
(ゴム成分)
 本発明のゴム組成物に含まれるゴム成分は、ジエン系重合体を有する。そして、該ジエン系重合体は、その末端から全鎖長の1/4の範囲のみに、前記シリカとの間で相互作用が可能な変性官能基を3つ以上有し、少なくとも1つの前記変性官能基間にジエン系重合体の単量体構造を有する。
 ここで、前記ジエン系重合体は、変性ジエン共重合体であっても良いし、変性ジエン単独重合体であっても良い。その中でも、ジエン系単量体と芳香族ビニル化合物との共重合体又はジエン系単量体の単独重合体が好ましく、60~100質量%のジエン系単量体と、0~40質量%の芳香族ビニル化合物とを重合してなる、重合体(単独重合体)又は共重合体であることがより好ましい。前記ゴム組成物の低ロス性、破壊特性及び耐摩耗性をより向上できるためである。
 また、前記ジエン系単量体としては、1,3-ブタジエン、イソプレン、1,3-ペンタジエン、2,3-ジメチルブタジエン、2-フェニル-1,3-ブタジエン、1,3-ヘキサジエン等の共役ジエン化合物が挙げられ、これらの中でも、1,3-ブタジエンが特に好ましい。これら共役ジエン化合物は、単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。
 一方、単量体としての前記芳香族ビニル化合物としては、スチレン、α-メチルスチレン、1-ビニルナフタレン、3-ビニルトルエン、エチルビニルベンゼン、ジビニルベンゼン、4-シクロヘキシルスチレン及び2,4,6-トリメチルスチレン等が挙げられ、これらの中でも、スチレンが特に好ましい。これら芳香族ビニル化合物は、単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。
 ここで、前記シリカとの間で相互作用が可能な変性官能基とは、該官能基とシリカ表面の間で共有結合を形成するか、又は、共有結合よりも弱い分子間力(イオン-双極子相互作用、双極子-双極子相互作用、水素結合、ファンデルワールス力等といった分子間に働く電磁気学的な力)を形成することが可能な官能基のことである。前記シリカとの親和性の高い官能基であれば特に限定はされないが、好ましくは、含窒素官能基、含ケイ素官能基又は含酸素官能基等が挙げられる。
 また、前記変性官能基を末端から全鎖長の1/4の範囲のみに3つ以上有する状態とは、前記ジエン系重合体のうち末端から1/4の範囲(末端から25%の範囲)に前記変性官能基が3つ以上存在し、末端から1/4以外の部分については、前記変性官能基が存在しない状態のことである。
 なお、前記ジエン系重合体の末端は、少なくともいずれか一方の末端のことを意味し、前記変性官能基を有する範囲は、前記ジエン系重合体の一方の末端(先端)から全鎖長の1/4の範囲でも良く、両端から全鎖長の1/4の範囲ずつでも良いが、ジエン系重合体自体の性能と、変性による性能を効率よく得られる点からは、いずれか一方の末端のみに存在することが好ましい。
 さらに、少なくとも一つの前記変性官能基間にジエン系重合体の単量体構造を有する状態とは、上述したように、前記ジエン系重合体の末端から全鎖長の1/4の範囲のみに存在する各官能基について、変性官能基と変性官能基との間にジエン系重合体の単量体構造(例えば、ジエン系重合体がポリブタジエンの場合には、1,3-ブタジエンのことであり、スチレン-ブタジエン共重合体の場合には、スチレン及び/又は1,3-ブタジエンのことである。)を介しており、変性官能基同士が結合していない状態のことをいう。
 前記ジエン系重合体の末端から全鎖長の1/4の範囲において、前記変性官能基が互いに直接結合しない構造をとることで、シリカとの親和性をさらに向上できるため、より優れた低ロス性、破壊特性及び耐摩耗性を実現できる。
 さらにまた、同様の観点から、全ての前記変性官能基間に、前記ジエン系重合体の単量体構造を有する(つまり、前記ジエン系重合体中の全ての変性官能基は互いに直接結合していない)ことがより好ましい。
 なお、前記ジエン系重合体を得るための重合方法としては、アニオン重合、配位重合及び乳化重合のいずれでも良い。変性剤は、アニオン重合又は配位重合の重合活性末端と反応する変性剤であっても良いし、重合開始剤として用いられるリチウムアミド化合物のアミド部分であっても良い。また、乳化重合において、変性剤がモノマーとして共重合されても良い。
 なお、前記ジエン系重合体の分子量は、特に限定はされないが、ピーク分子量を5万以上とすることで良好な耐破壊特性及び耐摩耗性が得られ、70万以下とすることで良好な加工性が得られる。さらに、高度に耐破壊特性及び耐摩耗性と加工性を両立するためには、10~35万のピーク分子量であることが望ましい。前記ピーク分子量については、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)で測定したポリスチレン換算のピーク分子量(Mp)とする。
 さらに、前記ゴム成分中の前記前記ジエン系重合体の含有率は、10質量%以上であることが好ましい。ゴム成分中の前記ジエン系重合体の含有率が10質量%未満では、充填剤の分散性を改良する効果が小さく、ゴム組成物の低ロス性、破壊特性及び耐摩耗性を改善する効果が小さいためである。
 ここで、前記ジエン系重合体を得る際の変性に用いられる変性剤について説明する。
 前記変性剤は、シリカに対して相互作用性を有する官能基を含む変性剤であり、ケイ素原子、窒素原子及び酸素原子から選ばれる少なくとも1つの原子を有する変性剤であることが好ましい。
 前記シリカに対して高い親和性を有する観点から前記変性剤は、アルコキシシラン化合物であることが好ましい。
 そして、当該アルコキシシラン化合物については、特に限定はされないものの、下記一般式(I)で表されるアルコキシシラン化合物であることがより好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
(式中、R1及びR2は、それぞれ独立に炭素数1~20の一価の脂肪族炭化水素基又は炭素数6~18の一価の芳香族炭化水素基を示し、aは0~2の整数であり、OR2が複数ある場合、複数のOR2はたがいに同一でも異なっていてもよく、また分子中には活性プロトンは含まれない。)
 ここで、前記一般式(I)で表されるアルコキシシラン化合物の具体例としては、例えば、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラ-n-プロポキシシラン、テトライソプロポキシシラン、テトラ-n-ブトキシシラン、テトライソブトキシシラン、テトラ-sec-ブトキシシラン、テトラーtert-ブトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、メチルトリプロポキシシラン、メチルトリイソプロポキシシラン、エチルトリメトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、エチルトリプロポキシシラン、エチルトリイソプロポキシシラン、プロピルトリメトキシシラン、プロピルトリエトキシシラン、プロピルトリプロポキシシラン、プロピルトリイソプロポキシシラン、ブチルトリメトキシシラン、ブチルトリエトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、ジメトリジメトキシシラン、メチルフェニルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ジビニルジエトキシシラン等が挙げることができるが、これらの中で、テトラエトキシシラン、メチルトリエトキシシラン及びジメチルジエトキシシランが好適である。これらは一種を単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせても用いてもよい。
 また、前記シリカに対して高い親和性を有する観点から、前記変性剤は、ヒドロカルビルオキシシラン化合物であっても良い。
 そして、当該ヒドロカルビルオキシシラン化合物は、下記一般式(III)で表されるヒドロカルビルオキシシラン化合物であることが好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000002
 前記一般式(III)中、n1+n2+n3+n4=4(但し、n2は1~4の整数であり、n1、n3及びn4は0~3の整数である)であり、A1は、飽和環状3級アミン化合物残基、不飽和環状3級アミン化合物残基、ケチミン残基、ニトリル基、(チオ)イソシアナート基(イソシアナート基又はチオイソシアナート基を示す。以下、同様。)、(チオ)エポキシ基、イソシアヌル酸トリヒドロカルビルエステル基、炭酸ジヒドロカルビルエステル基、ニトリル基、ピリジン基、(チオ)ケトン基、(チオ)アルデヒド基、アミド基、(チオ)カルボン酸エステル基、(チオ)カルボン酸エステルの金属塩、カルボン酸無水物残基、カルボン酸ハロゲン化合物残基、並びに加水分解性基を有する第一もしくは第二アミノ基又はメルカプト基の中から選択される少なくとも1種の官能基であり、n4が2以上の場合には同一でも異なっていても良く、A1は、Siと結合して環状構造を形成する二価の基であっても良く、R21は、炭素数1~20の一価の脂肪族もしくは脂環式炭化水素基又は炭素数6~18の一価の芳香族炭化水素基であり、n1が2以上の場合には同一でも異なっていても良く、R23は、炭素数1~20の一価の脂肪族もしくは脂環式炭化水素基、炭素数6~18の一価の芳香族炭化水素基又はハロゲン原子(フッ素、塩素、臭素、ヨウ素)であり、n3が2以上の場合には同一でも異なっていても良く、R22は、炭素数1~20の一価の脂肪族もしくは脂環式炭化水素基又は炭素数6~18の一価の芳香族炭化水素基であり、いずれも窒素原子及び/又はケイ素原子を含有していても良く、n2が2以上の場合には、互いに同一もしくは異なっていても良く、或いは、一緒になって環を形成しており、R24は、炭素数1~20の二価の脂肪族もしくは脂環式炭化水素基又は炭素数6~18の二価の芳香族炭化水素基であり、n4が2以上の場合には同一でも異なっていても良い。
 前記加水分解性基を有する第一もしくは第二アミノ基又は前記加水分解性基を有するメルカプト基における加水分解性基として、トリメチルシリル基又はtert-ブチルジメチルシリル基が好ましく、トリメチルシリル基が特に好ましい。
 なお、本発明において、「炭素数1~20の一価の脂肪族もしくは脂環式炭化水素基」とは、「炭素数1~20の一価の脂肪族炭化水素基もしくは炭素数3~20の一価の脂環式炭化水素基」をいう。二価の炭化水素基の場合も同様である。
 さらに、前記一般式(III)で表されるヒドロカルビルオキシシラン化合物は、下記一般式(IV)で表されるヒドロカルビルオキシシラン化合物であることがより好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000003
 前記一般式(IV)中、p1+p2+p3=2(但し、p2は1~2の整数であり、p1及びp3は0~1の整数である)であり、A2は、NRa(Raは、一価の炭化水素基、加水分解性基又は含窒素有機基である。加水分解性基として、トリメチルシリル基又はtert-ブチルジメチルシリル基が好ましく、トリメチルシリル基が特に好ましい。)、或いは、硫黄であり、R25は、炭素数1~20の一価の脂肪族もしくは脂環式炭化水素基又は炭素数6~18の一価の芳香族炭化水素基であり、R27は、炭素数1~20の一価の脂肪族もしくは脂環式炭化水素基、炭素数6~18の一価の芳香族炭化水素基又はハロゲン原子(フッ素、塩素、臭素、ヨウ素)であり、R26は、炭素数1~20の一価の脂肪族もしくは脂環式炭化水素基、炭素数6~18の一価の芳香族炭化水素基又は含窒素有機基であり、いずれも窒素原子及び/又はケイ素原子を含有していても良く、p2が2の場合には、互いに同一もしくは異なり、或いは、一緒になって環を形成しており、R28は、炭素数1~20の二価の脂肪族もしくは脂環式炭化水素基又は炭素数6~18の二価の芳香族炭化水素基である。
 さらに、前記一般式(III)で表されるヒドロカルビルオキシシラン化合物は、下記一般式(V)又は(VI)で表されるヒドロカルビルオキシシラン化合物であることがより好
ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000004
 前記一般式(V)中、q1+q2=3(但し、q1は0~2の整数であり、q2は1~3の整数である)であり、R31は炭素数1~20の二価の脂肪族もしくは脂環式炭化水素基又は炭素数6~18の二価の芳香族炭化水素基であり、R32及びR33はそれぞれ独立して加水分解性基、炭素数1~20の一価の脂肪族もしくは脂環式炭化水素基又は炭素数6~18の一価の芳香族炭化水素基であり、R34は炭素数1~20の一価の脂肪族もしくは脂環式炭化水素基又は炭素数6~18の一価の芳香族炭化水素基であり、q1が2の場合には同一でも異なっていても良く、R35は炭素数1~20の一価の脂肪族もしくは脂環式炭化水素基又は炭素数6~18の一価の芳香族炭化水素基であり、q2が2以上の場合には同一でも異なっても良い。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000005
 前記一般式(VI)中、r1+r2=3(但し、r1は1~3の整数であり、r2は0~2の整数である)であり、R36は炭素数1~20の二価の脂肪族もしくは脂環式炭化水素基又は炭素数6~18の二価の芳香族炭化水素基であり、R37はジメチルアミノメチル基、ジメチルアミノエチル基、ジエチルアミノメチル基、ジエチルアミノエチル基、メチルシリル(メチル)アミノメチル基、メチルシリル(メチル)アミノエチル基、メチルシリル(エチル)アミノメチル基、メチルシリル(エチル)アミノエチル基、ジメチルシリルアミノメチル基、ジメチルシリルアミノエチル基、炭素数1~20の一価の脂肪族もしくは脂環式炭化水素基又は炭素数6~18の一価の芳香族炭化水素基であり、r1が2以上の場合には同一でも異なっていても良く、R38は炭素数1~20のヒドロカルビルオキシ基、炭素数1~20の一価の脂肪族もしくは脂環式炭化水素基又は炭素数6~18の一価の芳香族炭化水素基であり、r2が2の場合には同一でも異なっていても良い。
 また、前記変性剤が、下記一般式(VII)又は(VIII)で表される2つ以上の窒素原子を有するヒドロカルビルオキシシラン化合物であることが好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000006
 前記一般式(VII)中、TMSはトリメチルシリル基であり、R40はトリメチルシリル基、炭素数1~20の一価の脂肪族もしくは脂環式炭化水素基又は炭素数6~18の一価の芳香族炭化水素基であり、R41は炭素数1~20のヒドロカルビルオキシ基、炭素数1~20の一価の脂肪族もしくは脂環式炭化水素基又は炭素数6~18の一価の芳香族炭化水素基であり、R42は炭素数1~20の二価の脂肪族もしくは脂環式炭化水素基又は炭素数6~18の二価の芳香族炭化水素基である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000007
 前記一般式(VIII)中、TMSはトリメチルシリル基であり、R43及びR44はそれぞれ独立して炭素数1~20の二価の脂肪族もしくは脂環式炭化水素基又は炭素数6~18の二価の芳香族炭化水素基であり、R45は炭素数1~20の一価の脂肪族もしくは脂環式炭化水素基又は炭素数6~18の一価の芳香族炭化水素基であり、複数のR45は、同一でも異なっていても良い。
 また、前記一般式(III)で表されるヒドロカルビルオキシシラン化合物が、下記一般式(IX)で表されるヒドロカルビルオキシシラン化合物であることが好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000008
 前記一般式(IX)中、r1+r2=3(但し、r1は0~2の整数であり、r2は1~3の整数である。)であり、TMSはトリメチルシリル基であり、R46は炭素数1~20の二価の脂肪族もしくは脂環式炭化水素基又は炭素数6~18の二価の芳香族炭化水素基であり、R47及びR48はそれぞれ独立して炭素数1~20の一価の脂肪族もしくは脂環式炭化水素基又は炭素数6~18の一価の芳香族炭化水素基である。複数のR47又はR48は、同一でも異なっていても良い。
 さらに、前記変性剤が、下記一般式(X)で表されるヒドロカルビルオキシシラン化合物であることが好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000009
 前記一般式(X)中、Xはハロゲン原子であり、R49は炭素数1~20の二価の脂肪族もしくは脂環式炭化水素基又は炭素数6~18の二価の芳香族炭化水素基であり、R50及びR51はそれぞれ独立して加水分解性基又は炭素数1~20の一価の脂肪族もしくは脂環式炭化水素基又は炭素数6~18の一価の芳香族炭化水素基であるか、或いは、R50及びR51は結合して二価の有機基を形成しており、R52及びR53はそれぞれ独立してハロゲン原子、ヒドロカルビルオキシ基、炭素数1~20の一価の脂肪族もしくは脂環式炭化水素基又は炭素数6~18の一価の芳香族炭化水素基である。R50及びR51としては、加水分解性基であることが好ましく、加水分解性基として、トリメチルシリル基又はtert-ブチルジメチルシリル基が好ましく、トリメチルシリル基が特に好ましい。
 以上の一般式(III)~(X)で表されるヒドロカルビルオキシシラン化合物は、前記変性共役ジエン系重合体がアニオン重合により製造される場合の変性剤として用いられることが好ましい。
 また、一般式(III)~(X)で表されるヒドロカルビルオキシシラン化合物は、アルコキシシラン化合物であることが好ましい。
 また、アニオン重合によって前記ジエン系重合体を変性する場合に好適な変性剤としては、具体的には、3,4-ビス(トリメチルシリルオキシ)-1-ビニルベンゼン、3,4-ビス(トリメチルシリルオキシ)ベンズアルデヒド、3,4-ビス(tert-ブチルジメチルシリルオキシ)ベンズアルデヒド、2-シアノピリジン、1,3-ジメチル-2-イミダゾリジノン及び1―メチル-2-ピロリドンから選ばれる少なくとも1種の化合物が挙げられる。
 さらに、前記変性剤は、アニオン重合における重合開始剤として用いられるリチウムアミド化合物のアミド部分であることが好ましい。
 このリチウムアミド化合物としては、リチウムヘキサメチレンイミド、リチウムピロリジド、リチウムピぺリジド、リチウムへプタメチレンイミド、リチウムドデカメチレンイミド、リチウムジメチルアミド、リチウムジエチルアミド、リチウムジブチルアミド、リチウムジプロピルアミド、リチウムジへプチルアミド、リチウムジへキシルアミド、リチウムジオクチルアミド、リチウムジ-2-エチルへキシルアミド、リチウムジデシルアミド、リチウム-N-メチルピベラジド、リチウムエチルプロピルアミド、リチウムエチルブチルアミド、リチウムエチルベンジルアミド及びリチウムメチルフェネチルアミドから選ばれる少なくとも一種の化合物であることが好適に例示される。例えば、リチウムヘキサメチレンイミドのアミド部分となる変性剤はヘキサメチレンイミンであり、リチウムピロリジドのアミド部分となる変性剤はピロリジンであり、リチウムピぺリジドのアミド部分となる変性剤はピぺリジンである。
 また、配位重合によって前記ジエン系重合体を変性する場合に好適な変性剤としては、2-シアノピリジン及び3,4-ジトリメチルシリルオキシベンズアルデヒドから選ばれる少なくとも1種の化合物が好ましく挙げられる。
 さらに、乳化重合によって前記ジエン系重合体を変性する場合に好適な変性剤としては、3,4-ジトリメチルシリルオキシベンズアルデヒド及び4-ヘキサメチレンイミノアルキルスチレンから選ばれる少なくとも1種の化合物が好ましく挙げられる。これらの乳化重合において好ましく用いられる変性剤は、窒素原子及び/又はケイ素原子を含むモノマーとして、乳化重合時に共重合されることが好ましい。
 また、前記ジエン系重合体は、示差走査熱量分析計(DSC)で測定したガラス転移点(Tg)が0℃以下であるのが好ましい。前記ジエン系重合体のガラス転移点が0℃を超えると、低温でのゴム特性が著しく悪化する。
 なお、本発明のゴム組成物において、前記ゴム成分は、上述した前記ジエン系重合体以外に、さらに、天然ゴム(NR)、スチレン-ブタジエン共重合体(SBR)、ポリブタジエンゴム(BR)、ポリイソプレンゴム(IR)、ブチルゴム(IIR)、エチレン-プロピレン共重合体等を含有することができ、これらの中でも、天然ゴム、ポリイソプレンゴム、ポリブタジエンゴム及びスチレン-ブタジエンゴムのうちの少なくとも一種を含有することが好ましい。これらゴム成分は、1種単独でも、2種以上のブレンドとして用いてもよい。
(ジエン系重合体の製造方法)
 なお、上述した本発明のジエン系重合体を製造する方法については、その末端から全鎖長の1/4の範囲のみに変性官能基を3つ以上有し、少なくとも1つの前記変性官能基間にジエン系重合体の単量体構造を形成することができれば特に限定はされない。
 製造方法の一つとして、例えば、前記変性官能基を有さないジエン系重合体の分子鎖(ジエン系重合体の末端から全鎖長の3/4の範囲)を形成する工程、並びに、前記官能基と前記ジエン系重合体の単量体構造とからなる分子鎖(ジエン系重合体の末端から全鎖長の1/4の範囲)を形成する工程を経ることによって、上述した変性ジエン系重合体を製造することができる。なお、前記変性官能基を有さないジエン系重合体の分子鎖を形成する工程と、前記官能基と前記ジエン系重合体の単量体構造とからなる分子鎖を形成する工程とは、どちらを先に行っても構わない。ただし、前記官能基と前記ジエン系重合体の単量体構造とからなる分子鎖を形成する工程に先立って、前記変性官能基を有さないジエン系重合体の分子鎖を形成する工程を行うことが好ましい。前記官能基と前記ジエン系重合体の単量体構造とからなる分子鎖を形成する工程を先に行うと、後の工程で未反応の前記官能基や前記ジエン系重合体の単量体が反応し、ジエン系重合体の末端から全鎖長の1/4の範囲以外に形成される可能性があるためである。
 なお、前記官能基と前記ジエン系重合体の単量体構造とからなる分子鎖を形成する工程を先に行う場合には、前記官能基と前記ジエン系重合体の単量体構造とからなる分子鎖を形成する工程を終える度に、重合転化率が100%であることを確認してから、前記変性官能基を有さないジエン系重合体の分子鎖を形成する工程を行うことが望ましい。重合転化率が100%であることを確認せずに次の工程を行うことで、ジエン系重合体の末端から全鎖長の1/4の範囲以外に形成される可能性があるためである。
 ここで、前記官能基と前記ジエン系重合体の単量体構造とからなる分子鎖の形成については、例えば以下の(1)~(4)のような方法が挙げられる。
(1)前記ジエン系重合体の単量体成分と、該単量体成分と共重合可能であり且つ変性官能基を有する変性剤とを、交互に投入する方法。
(2)前記ジエン系重合体の単量体成分と、該単量体成分と共重合可能であり且つ変性官能基を有する変性剤とを、同時に投入する方法。
(3)前記ジエン系重合体の単量体成分と、該単量体成分と共重合可能であり且つ変性官能基含有化合物と化学的に反応することで変性官能基の導入が可能となる部位を有する化合物とを、交互に投入する方法。
(4)前記ジエン系重合体の単量体成分と、該単量体成分と共重合可能であり且つ変性官能基含有化合物と化学的に反応することで変性官能基の導入が可能となる部位を有する化合物とを、同時に投入する方法。
 上記(1)~(4)の中でも、全ての前記変性官能基間に、前記ジエン系重合体の単量体構造を有する(つまり、前記ジエン系重合体中の全ての変性官能基は互いに直接結合していない)構造をより確実に形成できる点からは、前述の1若しくは3の方法が好ましく、生産に掛かる時間を短縮し生産性を高めるためには前述の2若しくは4の方法が好ましい 。なお、前述の前記ジエン系重合体の単量体成分と共重合可能であり変性官能基含有化合物と化学的に反応することで変性官能基の導入が可能な部位を有する化合物としては例えば、p-メチルスチレン等が挙げられる。
(シリカ)
 本発明のゴム組成物は、前記ゴム成分100質量部に対してシリカを60~250質量部含むことを特徴とする。
 ゴム組成物の補強効果を高め、破壊特性及び耐摩耗性を向上させることが可能となるからである。
 ここで、前記シリカの含有量を60~250質量部としたのは、含有量が60質量部未満の場合には、シリカの量が少ないため、十分な破壊特性及び耐摩耗性向上効果を得られず、含有量が250質量部を超えると、シリカの量が多すぎるため、ゴム組成物の伸びや加工性が悪化する。同様の観点からは、前記シリカの含有量が70~210質量部であることが好ましく、75~170質量部であることがより好ましい。そして、破壊特性及び耐摩耗性、ゴム組成物の伸びや加工性の観点からシリカの最も好ましい配合量は75~120質量部である。
 また、前記シリカの種類については特に限定はされず、一般グレードのシリカから、表面処理を施した特殊シリカまで、用途に応じて使用でき、例えば加工性、機械強度及び耐摩耗性をより向上できる点からは、湿式シリカを用いることが好ましい。
(その他)
 本発明のゴム組成物は、上述したゴム成分及びシリカの他に、ゴム工業界で通常使用される配合剤、例えば、カーボンブラック、老化防止剤、シランカップリング剤、加硫促進剤、加硫促進助剤、加硫剤、軟化剤等を、本発明の目的を害しない範囲内で適宜選択して配合することができる。これら配合剤は、市販品を好適に使用することができる。本発明のゴム組成物は、前記ゴム成分に、シリカと、必要に応じて適宜選択した各種配合剤とを配合して、混練り、熱入れ、押出等することにより製造することができる。
 ここで、前記カーボンブラックについては、特に限定はされないが、FEF、SRF、HAF、ISAF、SAFグレードのものが好ましく、HAF、ISAF、SAFグレードのものがさらに好ましい。
 また、前記カーボンブラックの含有量についても特に限定はされず、目的に応じて適宜調整することができる。
<タイヤ>
 本発明のタイヤは、前記ゴム組成物をトレッド部材に用いることを特徴とする。前記ゴム組成物をトレッド部材、特にトレッドゴムに用いたタイヤは、低ロス性、破壊特性及び耐摩耗性に優れる。なお、本発明のタイヤは、上述のゴム組成物をトレッド部材のいずれかに用いる以外特に制限は無く、常法に従って製造することができる。また、該タイヤに充填する気体としては、通常の或いは酸素分圧を調整した空気の他、窒素、アルゴン、ヘリウム等の不活性ガスを用いることができる。
 以下に、実施例を挙げて本発明をさらに詳しく説明するが、本発明は下記の実施例に何ら限定されるものではない。
 以下の手順に従って、変性重合体A~Lを製造した。なお、各変性重合体における、変性官能基同士の直接結合の有無、変性官能基の位置、変性官能基の種類、変性官能基の数、変性重合体のピーク分子量については、表1に示す。なお、表1中の変性重合体のピーク分子量の測定は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー〔GPC;東ソ-製HLC-8020、カラム;東ソ-製GMH-XL(2本直列)〕により行い、示差屈折率(RI)を用いて、単分散ポリスチレンを標準としてポリスチレン換算で行った。
(変性重合体Aの製造)
 乾燥し、窒素置換した800ミリリットルの耐圧ガラス容器に、1,3-ブタジエンのシクロヘキサン溶液、及びスチレンのシクロヘキサン溶液を、1,3-ブタジエン60g及びスチレン15gになるように加え、2,2-ジテトラヒドロフリルプロパン0.29ミリモルを加え、さらに重合開始剤として0.57ミリモルのn-ブチルリチウムを加えた後、50℃で1.5時間重合を行った。この際の重合転化率はほぼ100%であった。
 引き続き、重合反応系に、変性剤としての0.57ミリモルの3,4-ビス(トリメチルシリルオキシ)-1-ビニルベンゼン(酸素系)を加え、30分間反応させた。その後、2,6-ジ-t-ブチル-p-クレゾール(BHT)のイソプロパノール5重量%溶液0.5ミリリットルを加えて反応を停止させ、常法に従い乾燥して変性重合体Aを得た。
(変性重合体Bの製造)
 乾燥し、窒素置換した800ミリリットルの耐圧ガラス容器に、1,3-ブタジエンのシクロヘキサン溶液、及びスチレンのシクロヘキサン溶液を、1,3-ブタジエン60g及びスチレン15gになるように加え、変性剤としての3,4-ビス(トリメチルシリルオキシ)-1-ビニルベンゼン2.85ミリモルと、2,2-ジテトラヒドロフリルプロパン0.29ミリモルとを順次加え、さらに重合開始剤として0.57ミリモルのn-ブチルリチウムを加えた後、50℃で1.5時間重合を行った。この際の重合転化率はほぼ100%であった。その後、2,6-ジ-t-ブチル-p-クレゾール(BHT)のイソプロパノール5重量%溶液0.5ミリリットルを加えて反応を停止させ、常法に従い乾燥して変性重合体Bを得た。
(変性重合体Cの製造)
 乾燥し、窒素置換した800ミリリットルの耐圧ガラス容器に、1,3-ブタジエンのシクロヘキサン溶液、及びスチレンのシクロヘキサン溶液を、1,3-ブタジエン48g及びスチレン12gになるように加え、2,2-ジテトラヒドロフリルプロパン0.29ミリモルを加え、0.57ミリモルのn-ブチルリチウムを加えた後、50℃で1.5時間重合を行った。この際の重合転化率はほぼ100%であった。
 引き続き、重合反応系に、1,3-ブタジエン12gを含む1,3-ブタジエンのシクロヘキサン溶液、スチレン3gを含むスチレンのシクロヘキサン溶液、及び、変性剤として2.85ミリモルの3,4-ビス(トリメチルシリルオキシ)-1-ビニルベンゼンの混合溶液を一度に加え、さらに1時間重合反応を行った。この際の重合転化率はほぼ100%であった。その後、2,6-ジ-t-ブチル-p-クレゾール(BHT)のイソプロパノール5重量%溶液0.5ミリリットルを加えて反応を停止させ、常法に従い乾燥して変性重合体Cを得た。
(変性重合体Dの製造)
 乾燥し、窒素置換した800ミリリットルの耐圧ガラス容器に、1,3-ブタジエンのシクロヘキサン溶液、及びスチレンのシクロヘキサン溶液を、1,3-ブタジエン45g及びスチレン11.25gになるように加え、2,2-ジテトラヒドロフリルプロパン0.29ミリモルを加え、0.57ミリモルのn-ブチルリチウムを加えた後、50℃で1.5時間重合を行った。この際の重合転化率はほぼ100%であった。
 引き続き、重合反応系に、1,3-ブタジエン15gを含む1,3-ブタジエンのシクロヘキサン溶液、スチレン3.48gとp-メチルスチレン0.27gを含むスチレンのシクロヘキサン溶液を加え、さらに1時間重合反応を行った。重合転化率が99%に到達した時点で、末端変性剤として0.57ミリモルのオルトケイ酸テトラエチルを加えて15分間反応を行った。
 次いで、上記重合体溶液に2.28ミリモルのsec-ブチルリチウムと1.14ミリモルの2,2-ジテトラヒドロフリルプロパンを添加し、80℃で10分間反応を行った。反応後に得られた重合体溶液に、主鎖変性剤として2.28ミリモルのオルトケイ酸テトラエチルを加えて15分間反応を行った。その後、2,6-ジ-t-ブチル-p-クレゾール(BHT)のイソプロパノール5重量%溶液0.5ミリリットルを加えて反応を停止させ、常法に従い乾燥して変性重合体Dを得た。
(変性重合体Eの製造)
 乾燥し、窒素置換した800ミリリットルの耐圧ガラス容器に、1,3-ブタジエンのシクロヘキサン溶液、及びスチレンのシクロヘキサン溶液を、1,3-ブタジエン45g及びスチレン11.25gになるように加え、2,2-ジテトラヒドロフリルプロパン0.29ミリモルを加え、0.57ミリモルのn-ブチルリチウムを加えた後、50℃で1.5時間重合を行った。この際の重合転化率はほぼ100%であった。
 引き続き、重合反応系に、1,3-ブタジエン15gを含む1,3-ブタジエンのシクロヘキサン溶液、スチレン3.48gとp-メチルスチレン0.27gを含むスチレンのシクロヘキサン溶液を加え、さらに1時間重合反応を行った。重合転化率が99%に到達した時点で、末端変性剤として0.57ミリモルのグリシドキシプロピルトリメトキシシランを加えて15分間反応を行った。
 次いで、上記重合体溶液に2.28ミリモルのsec-ブチルリチウムと1.14ミリモルの2,2-ジテトラヒドロフリルプロパンを添加し、80℃で10分間反応を行った。反応後に得られた重合体溶液に、主鎖変性剤として2.28ミリモルのグリシドキシプロピルトリメトキシシランを加えて15分間反応を行った。その後、2,6-ジ-t-ブチル-p-クレゾール(BHT)のイソプロパノール5重量%溶液0.5ミリリットルを加えて反応を停止させ、常法に従い乾燥して変性重合体Eを得た。
(変性重合体Fの製造)
 乾燥し、窒素置換した800ミリリットルの耐圧ガラス容器に、1,3-ブタジエンのシクロヘキサン溶液、及びスチレンのシクロヘキサン溶液を、1,3-ブタジエン45g及びスチレン11.25gになるように加え、2,2-ジテトラヒドロフリルプロパン0.29ミリモルを加え、0.57ミリモルのn-ブチルリチウムを加えた後、50℃で1.5時間重合を行った。この際の重合転化率はほぼ100%であった。
 引き続き、重合反応系に、1,3-ブタジエン15gを含む1,3-ブタジエンのシクロヘキサン溶液、スチレン3.48gとp-メチルスチレン0.27gを含むスチレンのシクロヘキサン溶液を加え、さらに1時間重合反応を行った。重合転化率が99%に到達した時点で、末端変性剤として0.57ミリモルのN-(1,3-ジメチルブチリデン)-3-(トリエトキシシリル)-1-プロパンアミンを加えて15分間反応を行った。
 次いで、上記重合体溶液に2.28ミリモルのsec-ブチルリチウムと1.14ミリモルの2,2-ジテトラヒドロフリルプロパンを添加し、80℃で10分間反応を行った。反応後に得られた重合体溶液に、主鎖変性剤として2.28ミリモルのN-(1,3-ジメチルブチリデン)-3-(トリエトキシシリル)-1-プロパンアミンを加えて15分間反応を行った。その後、2,6-ジ-t-ブチル-p-クレゾール(BHT)のイソプロパノール5重量%溶液0.5ミリリットルを加えて反応を停止させ、常法に従い乾燥して変性重合体Fを得た。
(変性重合体G-1の製造)
 乾燥し、窒素置換した800ミリリットルの耐圧ガラス容器に、1,3-ブタジエンのシクロヘキサン溶液、及びスチレンのシクロヘキサン溶液を、1,3-ブタジエン45g及びスチレン11.25gになるように加え、2,2-ジテトラヒドロフリルプロパン0.29ミリモルを加え、0.57ミリモルのn-ブチルリチウムを加えた後、50℃で1.5時間重合を行った。この際の重合転化率はほぼ100%であった。
 引き続き、重合反応系に、1,3-ブタジエン15gを含む1,3-ブタジエンのシクロヘキサン溶液、スチレン3.48gとp-メチルスチレン0.27gを含むスチレンのシクロヘキサン溶液を加え、さらに1時間重合反応を行った。重合転化率が99%に到達した時点で、末端変性剤として0.57ミリモルのN,N-ビス(トリメチルシリル)-(3-アミノ-1-プロピル)(メチル)(ジエトキシ)シランを加えて15分間反応を行った。
 次いで、上記重合体溶液に2.28ミリモルのsec-ブチルリチウムと1.14ミリモルの2,2-ジテトラヒドロフリルプロパンを添加し、80℃で10分間反応を行った。反応後に得られた重合体溶液に、主鎖変性剤として2.28ミリモルのN,N-ビス(トリメチルシリル)-(3-アミノ-1-プロピル)(メチル)(ジエトキシ)シランを加えて15分間反応を行った。その後、2,6-ジ-t-ブチル-p-クレゾール(BHT)のイソプロパノール5重量%溶液0.5ミリリットルを加えて反応を停止させ、常法に従い乾燥して変性重合体Gを得た。
(変性重合体G-2の製造)
 乾燥し、窒素置換した800ミリリットルの耐圧ガラス容器に、1,3-ブタジエンのシクロヘキサン溶液、及びスチレンのシクロヘキサン溶液を、1,3-ブタジエン45g及びスチレン11.25gになるように加え、2,2-ジテトラヒドロフリルプロパン0.60ミリモルを加え、1.20ミリモルのn-ブチルリチウムを加えた後、50℃で1.5時間重合を行った。この際の重合転化率はほぼ100%であった。
 引き続き、重合反応系に、1,3-ブタジエン15gを含む1,3-ブタジエンのシクロヘキサン溶液、スチレン3.48gとp-メチルスチレン0.52gを含むスチレンのシクロヘキサン溶液を加え、さらに1時間重合反応を行った。重合転化率が99%に到達した時点で、末端変性剤として1.20ミリモルのN,N-ビス(トリメチルシリル)-(3-アミノ-1-プロピル)(メチル)(ジエトキシ)シランを加えて15分間反応を行った。
 次いで、上記重合体溶液に4.80ミリモルのsec-ブチルリチウムと2.40ミリモルの2,2-ジテトラヒドロフリルプロパンを添加し、80℃で10分間反応を行った。反応後に得られた重合体溶液に、主鎖変性剤として4.80ミリモルのN,N-ビス(トリメチルシリル)-(3-アミノ-1-プロピル)(メチル)(ジエトキシ)シランを加えて15分間反応を行った。その後、2,6-ジ-t-ブチル-p-クレゾール(BHT)のイソプロパノール5重量%溶液0.5ミリリットルを加えて反応を停止させ、常法に従い乾燥して変性重合体G-2を得た。
(変性重合体G-3の製造)
 乾燥し、窒素置換した800ミリリットルの耐圧ガラス容器に、1,3-ブタジエンのシクロヘキサン溶液、及びスチレンのシクロヘキサン溶液を、1,3-ブタジエン45g及びスチレン11.25gになるように加え、2,2-ジテトラヒドロフリルプロパン0.57ミリモルを加え、1.14ミリモルのn-ブチルリチウムを加えた後、50℃で1.5時間重合を行った。この際の重合転化率はほぼ100%であった。
 引き続き、重合反応系に、1,3-ブタジエン15gを含む1,3-ブタジエンのシクロヘキサン溶液、スチレン3.48gとp-メチルスチレン0.48gを含むスチレンのシクロヘキサン溶液を加え、さらに1時間重合反応を行った。重合転化率が99%に到達した時点で、末端変性剤として1.14ミリモルのN,N-ビス(トリメチルシリル)-(3-アミノ-1-プロピル)(メチル)(ジエトキシ)シランを加えて15分間反応を行った。
 次いで、上記重合体溶液に4.56ミリモルのsec-ブチルリチウムと2.28ミリモルの2,2-ジテトラヒドロフリルプロパンを添加し、80℃で10分間反応を行った。反応後に得られた重合体溶液に、主鎖変性剤として4.56ミリモルのN,N-ビス(トリメチルシリル)-(3-アミノ-1-プロピル)(メチル)(ジエトキシ)シランを加えて15分間反応を行った。その後、2,6-ジ-t-ブチル-p-クレゾール(BHT)のイソプロパノール5重量%溶液0.5ミリリットルを加えて反応を停止させ、常法に従い乾燥して変性重合体G-3を得た。
(変性重合体G-4の製造)
 乾燥し、窒素置換した800ミリリットルの耐圧ガラス容器に、1,3-ブタジエンのシクロヘキサン溶液、及びスチレンのシクロヘキサン溶液を、1,3-ブタジエン45g及びスチレン11.25gになるように加え、2,2-ジテトラヒドロフリルプロパン0.115ミリモルを加え、0.23ミリモルのn-ブチルリチウムを加えた後、50℃で1.5時間重合を行った。この際の重合転化率はほぼ100%であった。
 引き続き、重合反応系に、1,3-ブタジエン15gを含む1,3-ブタジエンのシクロヘキサン溶液、スチレン3.48gとp-メチルスチレン0.10gを含むスチレンのシクロヘキサン溶液を加え、さらに1時間重合反応を行った。重合転化率が99%に到達した時点で、末端変性剤として0.23ミリモルのN,N-ビス(トリメチルシリル)-(3-アミノ-1-プロピル)(メチル)(ジエトキシ)シランを加えて15分間反応を行った。
 次いで、上記重合体溶液に0.92ミリモルのsec-ブチルリチウムと2.85ミリモルの2,2-ジテトラヒドロフリルプロパンを添加し、80℃で10分間反応を行った。反応後に得られた重合体溶液に、主鎖変性剤として0.92ミリモルのN,N-ビス(トリメチルシリル)-(3-アミノ-1-プロピル)(メチル)(ジエトキシ)シランを加えて15分間反応を行った。その後、2,6-ジ-t-ブチル-p-クレゾール(BHT)のイソプロパノール5重量%溶液0.5ミリリットルを加えて反応を停止させ、常法に従い乾燥して変性重合体G-4を得た。
(変性重合体Hの製造)
 乾燥し、窒素置換した800ミリリットルの耐圧ガラス容器に、1,3-ブタジエンのシクロヘキサン溶液、及びスチレンのシクロヘキサン溶液を、1,3-ブタジエン45g及びスチレン11.25gになるように加え、2,2-ジテトラヒドロフリルプロパン0.29ミリモルを加え、0.57ミリモルのn-ブチルリチウムを加えた後、50℃で1.5時間重合を行った。この際の重合転化率はほぼ100%であった。
 引き続き、重合反応系に、1,3-ブタジエン15gを含む1,3-ブタジエンのシクロヘキサン溶液、スチレン3.61gとp-メチルスチレン0.14gを含むスチレンのシクロヘキサン溶液を加え、さらに1時間重合反応を行った。重合転化率が99%に到達した時点で、末端変性剤として0.57ミリモルのN,N-ビス(トリメチルシリル)-(3-アミノ-1-プロピル)(メチル)(ジエトキシ)シランを加えて15分間反応を行った。
 次いで、上記重合体溶液に1.14ミリモルのsec-ブチルリチウムと0.57ミリモルの2,2-ジテトラヒドロフリルプロパンを添加し、80℃で10分間反応を行った。反応後に得られた重合体溶液に、主鎖変性剤として1.14ミリモルのN,N-ビス(トリメチルシリル)-(3-アミノ-1-プロピル)(メチル)(ジエトキシ)シランを加えて15分間反応を行った。その後、2,6-ジ-t-ブチル-p-クレゾール(BHT)のイソプロパノール5重量%溶液0.5ミリリットルを加えて反応を停止させ、常法に従い乾燥して変性重合体Hを得た。
(変性重合体Iの製造)
 乾燥し、窒素置換した800ミリリットルの耐圧ガラス容器に、1,3-ブタジエンのシクロヘキサン溶液、及びスチレンのシクロヘキサン溶液を、1,3-ブタジエン45g及びスチレン11.25gになるように加え、2,2-ジテトラヒドロフリルプロパン0.29ミリモルを加え、0.57ミリモルのn-ブチルリチウムを加えた後、50℃で1.5時間重合を行った。この際の重合転化率はほぼ100%であった。
 引き続き、重合反応系に、1,3-ブタジエン15gを含む1,3-ブタジエンのシクロヘキサン溶液、スチレン3.68gとp-メチルスチレン0.07gを含むスチレンのシクロヘキサン溶液を加え、さらに1時間重合反応を行った。重合転化率が99%に到達した時点で、末端変性剤として0.57ミリモルのN,N-ビス(トリメチルシリル)-(3-アミノ-1-プロピル)(メチル)(ジエトキシ)シランを加えて15分間反応を行った。
 次いで、上記重合体溶液に0.57ミリモルのsec-ブチルリチウムと0.28ミリモルの2,2-ジテトラヒドロフリルプロパンを添加し、80℃で10分間反応を行った。反応後に得られた重合体溶液に、主鎖変性剤として0.57ミリモルのN,N-ビス(トリメチルシリル)-(3-アミノ-1-プロピル)(メチル)(ジエトキシ)シランを加えて15分間反応を行った。その後、2,6-ジ-t-ブチル-p-クレゾール(BHT)のイソプロパノール5重量%溶液0.5ミリリットルを加えて反応を停止させ、常法に従い乾燥して変性重合体Iを得た。
(変性重合体Jの製造)
 乾燥し、窒素置換した800ミリリットルの耐圧ガラス容器に、1,3-ブタジエンのシクロヘキサン溶液、及びスチレンのシクロヘキサン溶液を、1,3-ブタジエン30g及びスチレン7.5gになるように加え、2,2-ジテトラヒドロフリルプロパン0.29ミリモルを加え、0.57ミリモルのn-ブチルリチウムを加えた後、50℃で1.5時間重合を行った。この際の重合転化率はほぼ100%であった。
 引き続き、重合反応系に、1,3-ブタジエン30gを含む1,3-ブタジエンのシクロヘキサン溶液、スチレン7.23gとp-メチルスチレン0.27gを含むスチレンのシクロヘキサン溶液を加え、さらに1時間重合反応を行った。重合転化率が99%に到達した時点で、末端変性剤として0.57ミリモルのN,N-ビス(トリメチルシリル)-(3-アミノ-1-プロピル)(メチル)(ジエトキシ)シランを加えて15分間反応を行った。
 次いで、上記重合体溶液に2.28ミリモルのsec-ブチルリチウムと1.14ミリモルの2,2-ジテトラヒドロフリルプロパンを添加し、80℃で10分間反応を行った。反応後に得られた重合体溶液に、主鎖変性剤として2.28ミリモルのN,N-ビス(トリメチルシリル)-(3-アミノ-1-プロピル)(メチル)(ジエトキシ)シランを加えて15分間反応を行った。その後、2,6-ジ-t-ブチル-p-クレゾール(BHT)のイソプロパノール5重量%溶液0.5ミリリットルを加えて反応を停止させ、常法に従い乾燥して変性重合体Jを得た。
(変性重合体Kの製造)
 乾燥し、窒素置換した800ミリリットルの耐圧ガラス容器に、1,3-ブタジエンのシクロヘキサン溶液、及びスチレンのシクロヘキサン溶液を、1,3-ブタジエン60g及びスチレン14.73gになるように加え、2,2-ジテトラヒドロフリルプロパン0.29ミリモルを加え、0.57ミリモルのn-ブチルリチウムを加えた後、50℃で1.5時間重合を行った。この際の重合転化率はほぼ100%であった。
 引き続き、p-メチルスチレン0.27gを含むスチレンのシクロヘキサン溶液を加え、15分重合反応を行ったのち、末端変性剤として0.57ミリモルのN,N-ビス(トリメチルシリル)-(3-アミノ-1-プロピル)(メチル)(ジエトキシ)シランを加えて15分間反応を行った。
 次いで、上記重合体溶液に2.28ミリモルのsec-ブチルリチウムと1.14ミリモルの2,2-ジテトラヒドロフリルプロパンを添加し、80℃で10分間反応を行った。反応後に得られた重合体溶液に、主鎖変性剤として2.28ミリモルのN,N-ビス(トリメチルシリル)-(3-アミノ-1-プロピル)(メチル)(ジエトキシ)シランを加えて15分間反応を行った。その後、2,6-ジ-t-ブチル-p-クレゾール(BHT)のイソプロパノール5重量%溶液0.5ミリリットルを加えて反応を停止させ、常法に従い乾燥して変性重合体Kを得た。
(変性重合体Lの製造)
 乾燥し、窒素置換した800ミリリットルの耐圧ガラス容器に、1,3-ブタジエンのシクロヘキサン溶液、及びスチレンのシクロヘキサン溶液を、1,3-ブタジエン60g及びスチレン15gになるように加え、2,2-ジテトラヒドロフリルプロパン0.29ミリモルを加え、0.57ミリモルのn-ブチルリチウムを加えた後、50℃で1.5時間重合を行った。この際の重合転化率はほぼ100%であった。
 引き続き、変性剤としての3,4-ビス(トリメチルシリルオキシ)-1-ビニルベンゼン(酸素系)2.85ミリモルを加え、15分間重合反応を行った。その後、2,6-ジ-t-ブチル-p-クレゾール(BHT)のイソプロパノール5重量%溶液0.5ミリリットルを加えて反応を停止させ、常法に従い乾燥して変性重合体Lを得た。
(変性重合体Mの製造)
 乾燥し、窒素置換した800ミリリットルの耐圧ガラス容器に、1,3-ブタジエンのシクロヘキサン溶液、及びスチレンのシクロヘキサン溶液を、1,3-ブタジエン1.5gを含む1,3-ブタジエンのシクロヘキサン溶液、スチレン0.375gを含むスチレンのシクロヘキサン溶液、及び、変性剤として0.57ミリモルの3,4-ビス(トリメチルシリルオキシ)-1-ビニルベンゼン(酸素系)の混合溶液を一度に加え、2,2-ジテトラヒドロフリルプロパン0.29ミリモルを加え、0.57ミリモルのn-ブチルリチウムを加えた後、50℃で20分重合を行った。この際の重合転化率はほぼ100%であることを確認した後、1,3-ブタジエン1.5gを含む1,3-ブタジエンのシクロヘキサン溶液、スチレン0.375gを含むスチレンのシクロヘキサン溶液、及び、変性剤として2.28ミリモルの3,4-ビス(トリメチルシリルオキシ)-1-ビニルベンゼンの混合溶液を一度に加え、さらに20分重合を行った。この後引き続き同様の操作を回繰り返した。重合を終える度に重合転化率が100%であることを確認した。
 さらに、重合反応系に、1,3-ブタジエン48.75gを含む1,3-ブタジエンのシクロヘキサン溶液、スチレン13.125gを含むスチレンのシクロヘキサン溶液を加え、さらに1.5時間重合反応を行った。この際の重合転化率はほぼ100%であった。その後、2,6-ジ-t-ブチル-p-クレゾール(BHT)のイソプロパノール5重量%溶液0.5ミリリットルを加えて反応を停止させ、常法に従い乾燥して変性重合体Mを得た。
(変性重合体Nの製造)
 乾燥し、窒素置換した800ミリリットルの耐圧ガラス容器に、1,3-ブタジエンのシクロヘキサン溶液、及びスチレンのシクロヘキサン溶液を、1,3-ブタジエン45g及びスチレン11.25gになるように加え、2,2-ジテトラヒドロフリルプロパン0.29ミリモルを加え、0.57ミリモルのn-ブチルリチウムを加えた後、50℃で1.5時間重合を行った。この際の重合転化率はほぼ100%であった。
 引き続き、重合反応系に、1,3-ブタジエン15gを含む1,3-ブタジエンのシクロヘキサン溶液、スチレン3.48gとp-メチルスチレン0.27gを含むスチレンのシクロヘキサン溶液を加え、さらに1時間重合反応を行った。重合転化率が99%に到達した時点で、末端変性剤として0.57ミリモルのN-[2-N’,N’-ビス(トリメチルシリル)アミノエチル]-N-(トリメチルシリル)-3-アミノプロピルトリエトキシシランを加えて15分間反応を行った。
 次いで、上記重合体溶液に2.28ミリモルのsec-ブチルリチウムと1.14ミリモルの2,2-ジテトラヒドロフリルプロパンを添加し、80℃で10分間反応を行った。反応後に得られた重合体溶液に、主鎖変性剤として2.28ミリモルのN-[2-N’,N’-ビス(トリメチルシリル)アミノエチル]-N-(トリメチルシリル)-3-アミノプロピルトリエトキシシランを加えて15分間反応を行った。その後、2,6-ジ-t-ブチル-p-クレゾール(BHT)のイソプロパノール5重量%溶液0.5ミリリットルを加えて反応を停止させ、常法に従い乾燥して変性重合体Nを得た。
(変性重合体Oの製造)
 乾燥し、窒素置換した800ミリリットルの耐圧ガラス容器に、1,3-ブタジエンのシクロヘキサン溶液、及びスチレンのシクロヘキサン溶液を、1,3-ブタジエン45g及びスチレン11.25gになるように加え、2,2-ジテトラヒドロフリルプロパン0.29ミリモルを加え、0.57ミリモルのn-ブチルリチウムを加えた後、50℃で1.5時間重合を行った。この際の重合転化率はほぼ100%であった。
 引き続き、重合反応系に、1,3-ブタジエン15gを含む1,3-ブタジエンのシクロヘキサン溶液、スチレン3.48gとp-メチルスチレン0.27gを含むスチレンのシクロヘキサン溶液を加え、さらに1時間重合反応を行った。重合転化率が99%に到達した時点で、末端変性剤として0.57ミリモルの3-(2,6-ジメチル-1,3,6,2-ジオキサザシロカン-2-イル)-N,N-ビス(トリメチルシリル)プロパン-1-アミンを加えて15分間反応を行った。
 次いで、上記重合体溶液に2.28ミリモルのsec-ブチルリチウムと1.14ミリモルの2,2-ジテトラヒドロフリルプロパンを添加し、80℃で10分間反応を行った。反応後に得られた重合体溶液に、主鎖変性剤として2.28ミリモルの3-(2,6-ジメチル-1,3,6,2-ジオキサザシロカン-2-イル)-N,N-ビス(トリメチルシリル)プロパン-1-アミンを加えて15分間反応を行った。その後、2,6-ジ-t-ブチル-p-クレゾール(BHT)のイソプロパノール5重量%溶液0.5ミリリットルを加えて反応を停止させ、常法に従い乾燥して変性重合体Oを得た。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
<実施例1~19及び比較例1~12>
 上述の変性重合体A~Mを用いて、表2に示す配合処方のゴム組成物を調整し、実施例及び比較例の各サンプルを得た。
 実施例及び比較例の各サンプルについて、(1)加工性、(2)破壊伸び、(3)破壊応力、(4)耐摩耗性、(5)低ロス性(tanδ)、(6)総合値について評価を行った。
(1)加工性
 各サンプルについて、JIS-K6300-1:2001に準拠して、ムーニー粘度計(モンサント社製RPA)によって、L型ローターを用い、130℃の条件下で、未加硫ゴム組成物のムーニー粘度[ML1+4(130℃)]を測定した。
 得られた未加硫ゴム組成物のムーニー粘度の値は、比較例1~3については、比較例1の値を100としたときの指数として表示し、比較例4~10及び実施例1~19については、比較例4の値を100としたときの指数として表示した。結果を表2に示す。なお、ムーニー粘度の指数値は、小さいほど未加硫ゴム組成物の流れ性が良く、加工性に優れる。
(2)破壊伸び
 各サンプルについて、JIS-K6251に準拠して室温で引張試験を行い、加硫したゴム組成物の破壊伸びを測定し、比較例1~3については、比較例1の値を100としたときの指数として表示し、比較例4~10及び実施例1~19については、比較例4の値を100としたときの指数として表示した。結果を表2に示す。
 なお、破壊伸びの指数値は、大きいほど破壊伸びに優れる。
(3)破壊応力
 各サンプルについて、JIS-K6251に準拠して室温で引張試験を行い、加硫したゴム組成物の破壊応力を測定し、比較例1~3については、比較例1の値を100としたときの指数として表示し、比較例4~10及び実施例1~19については、比較例4の値を100としたときの指数として表示した。結果を表2に示す。なお、破壊応力の指数値は、大きいほど破壊応力に優れる。
(4)耐摩耗性
 各サンプルについて、ランボーン式摩耗試験機を用い、室温におけるスリップ率60%での摩耗量を測定した。
 得られた摩耗量の値は、その逆数をとり、比較例1~3については、比較例1の値を100としたときの指数として表示し、比較例4~10及び実施例1~19については、比較例4の値を100としたときの指数として表示した。結果を表2に示す。指数値が大きい程摩耗量が少なく、耐摩耗性に優れる。
(5)低ロス性(tanδ)
 各サンプルに対して、損失正接(tanδ)を粘弾性測定装置(レオメトリックス社製)を用い、温度50℃、歪み5%、周波数15Hzの条件で測定した。得られたtanδの値は、比較例1~3については、比較例1の値を100としたときの指数として表示し、比較例4~10及び実施例1~19については、比較例4の値を100としたときの指数として表示した。結果を表2に示す。なお、低ロス性の指数値は、小さい程低ロス性に優れることを示す。
(6)総合値
 各サンプルの評価(1)~(5)結果に基づき、総合値を算出した。具体的には、上記評価(1)~(5)のいずれについても、基準値である100との差を算出する(例えば、高いほど良好である評価結果の指数値が105の場合には「+5」、評価結果の指数値が90の場合には「-10」となり、低いほど良好である評価結果の指数値が105の場合には「-5」、評価結果の指数値が90の場合には「+10」となる)。そして、上記評価(1)~(5)について、それぞれ算出された差を合計した数値が総合値となる。例えば、実施例1の場合には、上記評価(1)~(5)の結果が、103、97、114、126、81であるため、「総合値=-3-3+14+26+19=53」となる。なお、この総合値については、+25以上となることが、総合的に良好な結果を示す目安とした。
 また、総合値については、上述した総合値の絶対値に加えて、上記評価(1)~(5)の基準値の合計(500)に対して、総合値がどの程度優れていたか、又は、劣っていたかを示すため、「%」でも表した。例えば、実施例1の場合には、総合値が53であったため、「総合値(%)=53/500*100=10.6%」となる。なお、この%表記の総合値については、+5%以上となることが、総合的に良好な結果を示す目安とした。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
※1:AQ、ニップシールAQ、東ソーシリカ(株)製
※2:プロセスオイル、A/O MIX、三共油化工業(株)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:ビス-[γ-(トリエトキシシリル)-プロピル]-テトラスルフィド、Si69、エボニックデグッサ製
※6:ジフェニルグアニジン、ノクセラーD、大内新興化学工業製
※7:ベンゾチアジルジスルフィド、ノクセラーDM-P、大内新興化学工業製
※8:N-t-ブチル-2-ベンゾチアジルスルフェンアミド、ノクセラーNS-P、大内新興化学工業製
 表2の結果から、シリカをゴム成分100質量部に対して60~250質量部の範囲で含み、末端から全鎖長の1/4の範囲のみに変性官能基を有する変性ジエン系重合体を用いた各実施例のゴム組成物のサンプルは、各比較例のゴム組成物のサンプルに比べて、破壊応力、耐摩耗性及び低ロス性(tanδ)のいずれについても大きく優れることがわかった。また、各実施例の加工性及び破壊伸びについては、比較例に比べて同程度かやや劣るものの、いずれも実際の使用に支障をきたすレベルではないことがわかった。
 以上のことから、本願実施例1のゴム組成物のサンプルは、低ロス性、破壊特性及び耐摩耗性に優れることがわかった。
 本発明によれば、充填材としてのシリカを多く含む場合に、低ロス性、破壊特性及び耐摩耗性に優れたゴム組成物を提供でき、また、かかるゴム組成物を用いたタイヤに用いることで、タイヤの低ロス性、破壊特性及び耐摩耗性を向上できる。

Claims (14)

  1.  ジエン系重合体を有するゴム成分と、シリカとを含むゴム組成物であって、
     前記ジエン系重合体は、末端から全鎖長の1/4の範囲のみに、前記シリカとの間で相互作用が可能な変性官能基を3つ以上有し、少なくとも一つの前記変性官能基間にジエン系重合体の単量体構造を有し、前記シリカの含有量が、前記ゴム成分100質量部に対して60~250質量部であることを特徴とする、ゴム組成物。
  2.  全ての前記変性官能基間に、前記ジエン系重合体の単量体構造を有することを特徴とする、請求項1に記載のゴム組成物。
  3.  前記変性官能基が、含窒素官能基、含ケイ素官能基又は含酸素官能基であることを特徴とする、請求項1又は2に記載のゴム組成物。
  4.  前記ジエン系重合体のピーク分子量が5万~70万であることを特徴とする、請求項1~3のいずれか1項に記載のゴム組成物。
  5.  前記ジエン系重合体は、60~100質量%のジエン系単量体と、0~40質量%の芳香族ビニル化合物とを重合してなる、重合体又は共重合体であることを特徴とする、請求項1~4のいずれか1項に記載のゴム組成物。
  6.  前記ジエン系単量体が1,3-ブタジエンであることを特徴とする、請求項5に記載のゴム組成物。
  7.  前記芳香族ビニル化合物がスチレンであることを特徴とする、請求項5又は6に記載のゴム組成物。
  8.  前記ゴム成分が、前記ジエン系重合体以外の、天然ゴム、ポリイソプレンゴム、ポリブタジエンゴム及びスチレン-ブタジエンゴムのうちの少なくとも一種をさらに有することを特徴とする、請求項1~7のいずれか1項に記載のゴム組成物。
  9.  前記ゴム成分中の前記ジエン系重合体の含有率が、10質量%以上であることを特徴とする、請求項1~7のいずれか1項に記載のゴム組成物。
  10.  変性官能基を有さないジエン系重合体の分子鎖を形成する工程と、
     前記官能基と前記ジエン系重合体の単量体構造とからなる分子鎖を形成する工程とを備え、
     末端から全鎖長の1/4の範囲のみに、前記シリカとの間で相互作用が可能な変性官能基を3つ以上有し、少なくとも一つの前記変性官能基間にジエン系重合体の単量体構造を有するジエン系重合体を得ることを特徴とする、ジエン系重合体の製造方法。
  11.  前記分子鎖を形成する工程に先立って、前記変性官能基を有さないジエン系重合体の分子鎖を形成する工程を実施することを特徴とする、請求項10に記載のジエン系重合体の製造方法。
  12.  前記官能基と前記ジエン系重合体の単量体構造とからなる分子鎖の形成は、前記ジエン系重合体の単量体成分と変性剤とを交互又は同時に投入することで行うことを特徴とする、請求項10に記載のジエン系重合体の製造方法。
  13.  前記変性官能基と前記ジエン系重合体の単量体構造とからなる分子鎖は、前記ジエン系重合体の単量体成分と、該単量体成分と共重合可能であり且つ変性官能基含有化合物と化学的に反応して変性官能基の導入が可能となる部位を有する化合物とを、交互又は同時に投入することで形成されることを特徴とする、請求項10に記載のジエン系重合体の製造方法。
  14.  請求項1~9のいずれか1項に記載のゴム組成物をトレッド部材に用いたことを特徴とする、タイヤ。
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