WO2017014283A1 - 水添共役ジエン系重合体及びその製造方法、重合体組成物、架橋重合体、並びにタイヤ - Google Patents
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Abstract
Description
(p+q)/(p+q+r+s)≧0.55 …(A)
0.91≦(p+r)/(p+q+r+s)≦0.99 …(B)
[3]共役ジエン化合物に由来する構造単位と芳香族ビニル化合物に由来する構造単位とを有し、前記共役ジエン化合物がブタジエンを含み、かつ該ブタジエンに由来する構造単位のビニル結合含量が55モル%以上である共役ジエン系重合体を、前記ブタジエンに由来する構造単位の水素添加率が91%以上99%以下となるように水素添加する工程を含む、水添共役ジエン系重合体の製造方法。
[4]上記[1]若しくは上記[2]の水添共役ジエン系重合体又は上記[3]の製造方法により得られた水添共役ジエン系重合体と、架橋剤とを含む重合体組成物。
[5]上記[4]の重合体組成物を架橋させてなる架橋重合体。
[6]上記[5]の架橋重合体を、少なくともトレッド又はサイドウォールの材料として用いたタイヤ。
重合に際して使用する共役ジエン化合物は、少なくとも1,3-ブタジエンを含む。重合に際し、共役ジエン化合物としては、1,3-ブタジエンを単独で用いてもよいし、1,3-ブタジエン以外の共役ジエン化合物(以下「その他の共役ジエン化合物」ともいう。)を併用してもよい。その他の共役ジエン化合物としては、例えばイソプレン、2,3-ジメチル-1,3-ブタジエン、1,3-ペンタジエン、1,3-ヘキサジエン、1,3-ヘプタジエン、2-フェニル-1,3-ブタジエン、3-メチル-1,3-ペンタジエン、2-クロロ-1,3-ブタジエン等が挙げられる。これらの中でも、イソプレン及び2,3-ジメチル-1,3-ブタジエンが好ましい。なお、その他の共役ジエン化合物は、1種を単独で又は2種以上を組み合わせて使用することができる。
上記重合により得られた共役ジエン系重合体は、アルコール等を用いて重合を停止させてもよいが、活性末端を有する共役ジエン系重合体を、シリカと相互作用する官能基を有する化合物(以下、「変性化合物」ともいう。)や、カップリング剤と反応させてもよい。
(III)分子中に、イソ(チオ)シアナート基を2つ以上有する化合物(B2-3);
R5は、炭素数1~20の直鎖状若しくは分岐状のアルカンジイル基、炭素数3~20のシクロアルキレン基又は炭素数6~20のアリーレン基であることが好ましい。
nは、共役ジエン系重合体との反応性を高める観点から、0又は1が好ましい。
A1は、窒素原子、リン原子及び硫黄原子からなる群より選択される少なくとも一種の原子(以下、特定原子ともいう。)を有し、これら特定原子でR5に結合する。特定原子は活性水素に結合しておらず、また保護基で保護されていてもよい。
A1の具体例としては、例えば1級アミノ基の2つの水素原子が2つの保護基によって置換されてなる窒素含有基、2級アミノ基の1つの水素原子が1つの保護基によって置換されてなる窒素含有基、3級アミノ基、炭素-窒素二重結合を有する基、窒素含有複素環基、1級ホスフィノ基の2つの水素原子が2つの保護基によって置換されてなるリン含有基、2級ホスフィノ基の1つの水素原子が1つの保護基によって置換されてなるリン含有基、3級ホスフィノ基、及び、チオール基の1つの水素原子が1つの保護基によって置換されてなる硫黄含有基等が挙げられる。これらの中でも、シリカとの親和性が良好である観点から、窒素原子を有する基であることが好ましい。保護基は特に限定されず、例えば3置換のヒドロカルビルシリル基等が挙げられる。
(チオ)カルボニル基を有する化合物として、例えば4-N,N-ジメチルアミノベンゾフェノン等の4-アミノアセトフェノン;1,7-ビス(メチルエチルアミノ)-4-ヘプタノン等のビス(ジヒドロカルビルアミノアルキル)ケトン:2-ジメチルアミノエチルアクリレート等のジヒドロカルビルアミノアルキル(メタ)アクリレート;
1,3-ジメチル-2-イミダゾリジノン等のヒドロカルビルイミダゾリジノン;1-フェニル-2-ピロリドン等のN-ヒドロカルビルピロリドン;N-メチル-ε-カプロラクタム等のN-ヒロドカルビルカプトラクタム;N,N-ジエチルホルムアミド等のN-ジヒドロカルビルホルムアミド;N,N-ジメチルアセトアミド等のN,N-ジヒドロカルビルアセトアミド;N,N-ジメチルアクリルアミド等の(メタ)アクリルアミド;などを;イソ(チオ)シアナート基を有する化合物として、例えば3-イソシアナトプロピルトリメトキシシラン等を;挙げることができる。なお、化合物(B2-2)は、これらの1種を単独で又は2種以上を組み合わせて使用することができる。
上記反応の温度は、通常、重合反応の温度と同じであり、-20℃~150℃とすることが好ましく、0~120℃とすることがより好ましく、20~100℃とすることが特に好ましい。反応温度が低いと、変性後の共役ジエン系重合体の粘度が上昇する傾向がある。一方、反応温度が高いと、重合活性末端が失活しやすくなる。反応時間は、好ましくは1分~5時間であり、より好ましくは2分~1時間である。
本開示の水添共役ジエン系重合体は、共役ジエン化合物由来の構造単位の含有割合が特定範囲である共役ジエン系重合体に、水素添加(水添)することにより得ることができる。水添反応に供する共役ジエン系重合体は、末端が未変性の共重合体であってもよく、片末端又は両末端が変性された変性共重合体であってもよい。タイヤ用途に適用する場合、加硫ゴムにおける各種タイヤ特性を良好にする観点から、片末端又は両末端が変性された変性共重合体を用いることが好ましい。
(a) 上記式(3)で表される構造単位、上記式(4)で表される構造単位、上記式(5)で表される構造単位、及び上記式(6)で表される構造単位の構成比をそれぞれp、q、r、sとしたとき、下記の数式(A)及び(B)を満たす。
(p+q)/(p+q+r+s)≧0.55 …(A)
0.91≦(p+r)/(p+q+r+s)≦0.99 …(B)
なお、上記数式(A)は、「ブタジエンに由来する構造単位のビニル結合含量が55モル%以上」であることを表し、上記数式(B)は、「ブタジエンに由来する構造単位の水素添加率が91%以上99%以下である」ことを表す。
ここで、A4の炭素-窒素二重結合を有する基としては、「-N=CR11R12」(ただし、R11は水素原子又はヒドロカルビル基であり、R12はヒドロカルビル基である。)などが挙げられる。R11及びR12のヒドロカルビル基については、上記式(1)中のR3及びR4の説明を適用することができる。窒素含有複素環基は、窒素含有複素環が有する水素原子を1個取り除いた基であり、例えば1-イミダゾリル基、4,5-ジヒドロ-1-イミダゾリル基、1-ピペリジノ基、1-ピペラジニル基、ピリジル基、モルホリノ基などが挙げられる。
本開示の重合体組成物は、上記の水添共役ジエン系重合体、及び、架橋剤を含有する。重合体組成物中における上記水添共役ジエン系重合体の含有割合は、重合体組成物の全体量に対して、20質量%以上であることが好ましく、30質量%以上であることがより好ましく、40質量%以上であることがさらに好ましい。架橋剤としては、硫黄、ハロゲン化硫黄、有機過酸化物、キノンジオキシム類、有機多価アミン化合物、メチロール基を有するアルキルフェノール樹脂などが挙げられ、通常、硫黄が使用される。硫黄の配合量は、重合体組成物に含まれる重合体成分の合計量100質量部に対して、好ましくは0.1~5質量部、より好ましくは0.5~3質量部である。
[ビニル結合含量(モル%)]:重合体中の1,2-ビニル結合の含有量を500MHzの1H-NMRによって求めた。
[変性前分子量]:ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)(HLC-8120GPC(商品名(東ソー社製)))を使用して得られたGPC曲線の最大ピークの頂点に相当する保持時間から、ポリスチレン換算で求めた。
(GPCの条件)
カラム;商品名「GMHXL」(東ソー社製)2本
カラム温度;40℃
移動相;テトラヒドロフラン
流速;1.0ml/分
サンプル濃度;10mg/20ml
[水素添加率(%)]:500MHzの1H-NMRによって求めた。
[実施例1]
(1)水添共役ジエン系重合体Aの製造及び評価
窒素置換された内容積50リットルのオートクレーブ反応器に、シクロヘキサン25600g、テトラヒドロフラン410g、スチレン864g、1,3-ブタジエン2272gを仕込んだ。反応器内容物の温度を45℃に調整した後、n-ブチルリチウム(63.94mmol)を含むシクロヘキサン溶液を添加して重合を開始した。重合は断熱条件で実施し、最高温度は85℃に達した。
重合転化率が99%に達した時点で、ブタジエン64gを追加し、さらに1分間重合させた後、四塩化ケイ素2.24gを加え、15分間反応させた。
次いで、反応液を80℃以上にして系内に水素を導入し、その後、[ビス(η5-シクロペンタジエニル)チタニウム(フルフリルオキシ)クロライド](「[クロロビス(2,4-シクロペンタジエニル)チタン(IV)フルフリルアルコキシド]」ともいう。)を2.27g、ジエチルアルミニウムクロライド1.01g、及びn-ブチルリチウム0.90gを加え、水素圧0.7MPa以上を保つようにして反応させた。所定の水素積算流量に到達後、反応液を常温、常圧に戻して反応容器より抜き出し、重合体溶液を得た。
次いで、脱溶媒槽の液相の温度:95℃で、2時間スチームストリッピング(スチーム温度:190℃)により脱溶媒を行い、110℃に調温された熱ロールにより乾燥を行うことで水添共役ジエン系重合体Aを得た。得られた水添共役ジエン系重合体Aの重合処方を下記表1に、各種物性値等を下記表2に示した。
上記で得られた水添共役ジエン系重合体Aを用いて、下記表3に示す配合処方により各成分を配合し、これを混練りすることによって重合体組成物を製造した。混練りは以下の方法で行った。温度制御装置を付属したプラストミル(内容量:250ml)を使用し、まず一段目の混練りとして、充填率72%、回転数60rpmの条件で、水添共役ジエン系重合体、シリカ、シランカップリング剤、ステアリン酸、老化防止剤及び酸化亜鉛を配合して混練りした。次いで、二段目の混練りとして、上記で得た配合物を室温まで冷却後、硫黄及び加硫促進剤を配合し、混練りした。これを成型し、160℃で所定時間、加硫プレスにて加硫して架橋重合体を得た。また、以下に示す物性評価を行った。測定結果は下記表2に示した。
(ムーニー粘度)
加硫前の重合体組成物を測定用試料とし、JIS K6300-1:2013に準拠し、Lローターを使用して、予熱1分、ローター作動時間4分、温度100℃の条件で測定した。測定結果は比較例1を100とした指数で示し、数値が小さいほど加工性が良好であることを示す。
(耐摩耗性)
架橋重合体を測定用試料とし、ランボーン型摩耗試験機(島田技研社製)を用い、JIS K6264-2:2005に準拠し、室温(23℃)におけるスリップ率が25%の摩耗量を測定した。測定結果は比較例1の摩耗量の逆数を100とした指数で示し、数値が大きいほど、耐摩耗性が良好であることを示す。
(ウェットグリップ性能)
加硫ゴムを測定用試料とし、動的スペクトロメーター(米国レオメトリックス社製)を使用し、0℃におけるtanδを測定した。測定は、引張動歪0.14%、角速度100ラジアン毎秒で行った。測定結果は比較例1を100とした指数で示し、数値が大きいほどウェットグリップ性能が良好であることを示す。
(1)水添共役ジエン系重合体Bの製造及び評価
窒素置換された内容積50リットルのオートクレーブ反応器に、シクロヘキサン25600g、テトラヒドロフラン410g、スチレン1088g、1,3-ブタジエン2048gを仕込んだ。反応器内容物の温度を45℃に調整した後、n-ブチルリチウム(63.94mmol)を含むシクロヘキサン溶液を添加して重合を開始した。重合は断熱条件で実施し、最高温度は85℃に達した。
重合転化率が99%に達した時点で、ブタジエン64gを追加し、さらに1分間重合させた後、四塩化ケイ素2.18gを加え、15分間反応させた。
次いで、実施例1と同様の操作により水添反応及び脱溶媒を行い、110℃に調温された熱ロールにより乾燥を行うことで水添共役ジエン系重合体Bを得た。得られた水添共役ジエン系重合体Bの重合処方を下記表1に、各種物性値等を下記表2に示した。
(2)架橋重合体の製造及び評価
水添共役ジエン系重合体Aに代えて水添共役ジエン系重合体Bを用いた点以外は、実施例1と同様にして重合体組成物及び架橋重合体を製造した。また、得られた架橋重合体につき、実施例1と同様にして物性評価を行った。測定結果は下記表2に示した。
(1)水添共役ジエン系重合体Cの製造及び評価
窒素置換された内容積50リットルのオートクレーブ反応器に、シクロヘキサン25600g、テトラヒドロフラン410g、スチレン1280g、1,3-ブタジエン1856gを仕込んだ。反応器内容物の温度を45℃に調整した後、n-ブチルリチウム(62.95mmol)を含むシクロヘキサン溶液を添加して重合を開始した。重合は断熱条件で実施し、最高温度は85℃に達した。
重合転化率が99%に達した時点で、ブタジエン64gを追加し、さらに1分間重合させた後、四塩化ケイ素2.08gを加え、15分間反応させた。
次いで、実施例1と同様の操作により水添反応及び脱溶媒を行い、110℃に調温された熱ロールにより乾燥を行うことで水添共役ジエン系重合体Cを得た。得られた水添共役ジエン系重合体Cの重合処方を下記表1に、各種物性値等を下記表2に示した。
(2)架橋重合体の製造及び評価
水添共役ジエン系重合体Aに代えて水添共役ジエン系重合体Cを用いた点以外は、実施例1と同様にして重合体組成物及び架橋重合体を製造した。また、得られた架橋重合体につき、実施例1と同様にして物性評価を行った。測定結果は下記表2に示した。
(1)水添共役ジエン系重合体Dの製造及び評価
窒素置換された内容積50リットルのオートクレーブ反応器に、シクロヘキサン25600g、テトラヒドロフラン410g、スチレン1088g、1,3-ブタジエン2048gを仕込んだ。反応器内容物の温度を45℃に調整した後、n-ブチルリチウム(27.48mmol)を含むシクロヘキサン溶液を添加して重合を開始した。重合は断熱条件で実施し、最高温度は85℃に達した。
重合転化率が99%に達した時点で、ブタジエン64gを追加し、さらに1分間重合させた後、N,N-ジメチルアミノプロピルメチルジエトキシシラン4.4gを加え、15分間反応させた。
次いで、反応液を80℃以上にして系内に水素を導入し、その後、[ビス(η5-シクロペンタジエニル)チタニウム(フルフリルオキシ)クロライド]を2.05g、ジエチルアルミニウムクロライド2.85g、及びn-ブチルリチウム0.90gを加え、水素圧0.7MPa以上を保つようにして反応させた。所定の水素積算流量に到達後、反応液を常温、常圧に戻して反応容器より抜き出し、重合体溶液を得た。
その後、脱溶媒を行い、110℃に調温された熱ロールにより乾燥を行うことで水添共役ジエン系重合体Dを得た。得られた水添共役ジエン系重合体Dの重合処方を下記表1に、各種物性値等を下記表2に示した。
(2)架橋重合体の製造及び評価
水添共役ジエン系重合体Aに代えて水添共役ジエン系重合体Dを用いた点以外は、実施例1と同様にして重合体組成物及び架橋重合体を製造した。また、得られた架橋重合体につき、実施例1と同様にして物性評価を行った。測定結果は下記表2に示した。
(1)水添共役ジエン系重合体Eの製造及び評価
窒素置換された内容積50リットルのオートクレーブ反応器に、シクロヘキサン25600g、テトラヒドロフラン410g、スチレン1088g、1,3-ブタジエン2048gを仕込んだ。反応器内容物の温度を45℃に調整した後、n-ブチルリチウム(27.48mmol)を含むシクロヘキサン溶液を添加して重合を開始した。重合は断熱条件で実施し、最高温度は85℃に達した。
重合転化率が99%に達した時点で、ブタジエン64gを追加し、さらに1分間重合させた後、N,N-ビス(トリメチルシリル)アミノプロピルメチルジエトキシシラン6.8gを加え、15分間反応させた。
次いで、実施例4と同様の操作により水添反応及び脱溶媒を行い、110℃に調温された熱ロールにより乾燥を行うことで水添共役ジエン系重合体Eを得た。得られた水添共役ジエン系重合体Eの重合処方を下記表1に、各種物性値等を下記表2に示した。
(2)架橋重合体の製造及び評価
水添共役ジエン系重合体Aに代えて水添共役ジエン系重合体Eを用いた点以外は、実施例1と同様にして重合体組成物及び架橋重合体を製造した。また、得られた架橋重合体につき、実施例1と同様にして物性評価を行った。測定結果は下記表2に示した。
(1)水添共役ジエン系重合体Fの製造及び評価
窒素置換された内容積50リットルのオートクレーブ反応器に、シクロヘキサン25600g、テトラヒドロフラン410g、スチレン1088g、1,3-ブタジエン2048gを仕込んだ。反応器内容物の温度を45℃に調整した後、n-ブチルリチウム(27.48mmol)を含むシクロヘキサン溶液を添加して重合を開始した。重合は断熱条件で実施し、最高温度は85℃に達した。
重合転化率が99%に達した時点で、ブタジエン64gを追加し、さらに1分間重合させた後、2-メチル-1-(3-(トリメトキシシリル)プロピル)-4,5-ジヒドロ-1H-イミダゾール5.0gを加え、15分間反応させた。
次いで、実施例4と同様の操作により水添反応及び脱溶媒を行い、110℃に調温された熱ロールにより乾燥を行うことで水添共役ジエン系重合体Fを得た。得られた水添共役ジエン系重合体Fの重合処方を下記表1に、各種物性値等を下記表2に示した。
(2)架橋重合体の製造及び評価
水添共役ジエン系重合体Aに代えて水添共役ジエン系重合体Fを用いた点以外は、実施例1と同様にして重合体組成物及び架橋重合体を製造した。また、得られた架橋重合体につき、実施例1と同様にして物性評価を行った。測定結果は下記表2に示した。
(1)水添共役ジエン系重合体Pの製造及び評価
テトラヒドロフランの量を76.8gに変更した以外は実施例1と同じ操作により、重合反応、水添反応及び脱溶媒を行い、110℃に調温された熱ロールにより乾燥を行うことで水添共役ジエン系重合体Pを得た。得られた水添共役ジエン系重合体Pの重合処方を下記表1に、各種物性値等を下記表2に示した。
(2)架橋重合体の製造及び評価
水添共役ジエン系重合体Aに代えて水添共役ジエン系重合体Pを用いた点以外は、実施例1と同様にして重合体組成物及び架橋重合体を製造した。また、得られた架橋重合体につき、実施例1と同様にして物性評価を行った。測定結果は下記表2に示した。
(1)水添共役ジエン系重合体Qの製造及び評価
窒素置換された内容積50リットルのオートクレーブ反応器に、シクロヘキサン25600g、テトラヒドロフラン179g、スチレン960g、1,3-ブタジエン2176gを仕込んだ。反応器内容物の温度を45℃に調整した後、n-ブチルリチウム(69.94mmol)を含むシクロヘキサン溶液を添加して重合を開始した。重合は断熱条件で実施し、最高温度は85℃に達した。
重合転化率が99%に達した時点で、ブタジエン64gを追加し、さらに1分間重合させた後、四塩化ケイ素2.24gを加え、15分間反応させた。
次いで、水添反応における水素積算流量を多くした点以外は、実施例1と同様の操作により水添反応及び脱溶媒を行い、110℃に調温された熱ロールにより乾燥を行うことで水添共役ジエン系重合体Qを得た。得られた水添共役ジエン系重合体Qの重合処方を下記表1に、各種物性値等を下記表2に示した。
(2)架橋重合体の製造及び評価
水添共役ジエン系重合体Aに代えて水添共役ジエン系重合体Qを用いた点以外は、実施例1と同様にして重合体組成物及び架橋重合体を製造した。また、得られた架橋重合体につき、実施例1と同様にして物性評価を行った。測定結果は下記表2に示した。
(1)水添共役ジエン系重合体Rの製造及び評価
水添反応における水素積算流量を少なくした点以外は、実施例2と同様の操作により重合反応、水添反応及び脱溶媒を行い、110℃に調温された熱ロールにより乾燥を行うことで水添共役ジエン系重合体Rを得た。得られた水添共役ジエン系重合体Rの重合処方を下記表1に、各種物性値等を下記表2に示した。
(2)架橋重合体の製造及び評価
水添共役ジエン系重合体Aに代えて水添共役ジエン系重合体Rを用いた点以外は、実施例1と同様にして重合体組成物及び架橋重合体を製造した。また、得られた架橋重合体につき、実施例1と同様にして物性評価を行った。測定結果は下記表2に示した。
Claims (8)
- 共役ジエン化合物に由来する構造単位と、芳香族ビニル化合物に由来する構造単位とを有する共役ジエン系重合体の水添物であって、前記共役ジエン化合物がブタジエンを含み、該ブタジエンに由来する構造単位のビニル結合含量が55モル%以上の重合体を水素添加してなるものであり、かつ、前記ブタジエンに由来する構造単位の水素添加率が91%以上99%以下である、水添共役ジエン系重合体。
- 重合体の末端に、アミノ基、炭素-窒素二重結合を有する基、窒素含有複素環基、ホスフィノ基、チオール基及びヒドロカルビルオキシシリル基からなる群より選ばれる一種以上の官能基を有する、請求項1又は2に記載の水添共役ジエン系重合体。
- 前記共役ジエン化合物に由来する構造単位からなるブロックを有する、請求項1~3のいずれか一項に記載の水添共役ジエン系重合体。
- 共役ジエン化合物に由来する構造単位と芳香族ビニル化合物に由来する構造単位とを有し、前記共役ジエン化合物がブタジエンを含み、かつ該ブタジエンに由来する構造単位のビニル結合含量が55モル%以上である共役ジエン系重合体を、前記ブタジエンに由来する構造単位の水素添加率が91%以上99%以下となるように水素添加する工程を含む、水添共役ジエン系重合体の製造方法。
- 請求項1~4のいずれか一項に記載の水添共役ジエン系重合体又は請求項5に記載の製造方法により得られた水添共役ジエン系重合体と、架橋剤とを含む重合体組成物。
- 請求項6に記載の重合体組成物を架橋させてなる架橋重合体。
- 請求項7に記載の架橋重合体を、少なくともトレッド又はサイドウォールの材料として用いたタイヤ。
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