WO2022123939A1 - 水添ジエン重合体、ベール、ゴム組成物、及びタイヤ - Google Patents

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省吾 角谷
大悟 松岡
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旭化成株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a hydrogenated diene polymer, a veil, a rubber composition, and a tire.
  • the conventionally proposed rubber-like polymer having an ethylene structure and having a crosslinkable unsaturated group introduced tends to have poor processability, and the dispersibility of the silica-based filler in the rubber composition is lowered. This has the problem that the low fuel efficiency of the rubber composition tends to be impaired.
  • a hydrogenated diene polymer used for a rubber composition capable of obtaining a vulcanized product having excellent low temperature performance and wear resistance and further excellent breaking strength is provided.
  • the purpose is.
  • the present inventors have determined the degree of branching of the vulcanized diene polymer used in the rubber composition, the composition ratio of the structural unit of the polymer, and the vulcanization ratio. By setting it in a specific range, it has been found that a rubber composition having excellent low temperature performance and abrasion resistance when made into a vulcanized product and having excellent breaking strength can be obtained, and the present invention has been completed. That is, the present invention is as follows.
  • GPC with viscosity detector-Branch degree (Bn) by light scattering measurement method is 1.5 or more.
  • the ratio (mol%) is a, b, c, and d, respectively, in order, Satisfy the following formula (S) and Hydrogenation rate is 40-85%, Hydrogenated diene polymer.
  • GPC with viscosity detector-Branch degree (Bn) by light scattering measurement method is 1.5 or more. Satisfy the following formula (S) and Hydrogenation rate is 40-80%, The hydrogenated diene polymer according to the above [1].
  • the rubber composition according to the above [11] which contains 2 parts by mass or more and 25 parts by mass or less of liquid rubber.
  • a hydrogenated diene polymer used for a rubber composition capable of obtaining a vulcanized product having excellent low temperature performance and wear resistance and excellent breaking strength.
  • the present embodiment will be described in detail.
  • the following embodiments are examples for explaining the present invention, and the present invention is not limited to the following embodiments.
  • the present invention can be appropriately modified and carried out within the scope of the gist thereof.
  • the hydrogenated diene polymer of the present embodiment is GPC with viscosity detector-The degree of branching (Bn) by the light scattering measurement method is 1.5 or more, the structural unit represented by the following formula (1), the structural unit represented by the following formula (2), and the following formula.
  • the composition ratios (mol%) of the structural unit represented by (3) and the structural unit represented by the following formula (4) are a, b, c, and d, respectively, the following mathematical formula (S) is used.
  • the water addition rate is 40 to 85%.
  • the hydrogenated diene polymer of the present embodiment a conjugated diene monomer unit and, if necessary, other monomer units are used as constituent monomer units.
  • the hydrogenated diene polymer of the present embodiment is characterized in that it does not substantially contain an aromatic vinyl monomer unit as the monomer unit constituting the polymer.
  • substantially free means that "aromatic vinyl compound” is not used as the polymerization monomer. Strictly speaking, it does not mean that the content is completely zero in consideration of the case where it is contained as an impurity, but for example, when the structure of the polymer is analyzed by NMR, the polymerization monomer is used. It shall be less than the lower limit of the value that can be normally detected when used as.
  • the hydrogenated diene polymer of the present embodiment has an ethylene structure and a conjugated diene monomer unit by (co) polymerizing the conjugated diene monomer and then hydrogenating a part of the conjugated diene monomer unit. It is preferable that the structure includes the mixture.
  • the hydrogenated diene polymer of the present embodiment does not substantially contain a structural unit derived from an aromatic vinyl compound (hereinafter, also referred to as “aromatic vinyl monomer unit”). ..
  • aromatic vinyl monomer unit a structural unit derived from an aromatic vinyl compound
  • substantially free in the present specification means that the conjugated diene polymer is not contained at a level that affects the low temperature performance. Specifically, since the content of the aromatic vinyl monomer unit tends to affect the low temperature performance of the vulcanized product, the aromatic vinyl monomer has an effect of 5% or less on the low temperature performance.
  • the specific concentration is preferably 0.1% by mass or less with respect to the total mass of the hydrogenated diene polymer of the present embodiment.
  • styrene and the like are likely to affect the fuel efficiency performance when the rubber composition using the hydrogenated diene polymer of the present embodiment is used as a vulcanized product, and therefore, therefore, the hydrogenated diene polymer of the present embodiment is used.
  • the styrene content is preferably 0.1% by mass or less.
  • Monomer units derived from other monomers other than the aromatic vinyl monomer unit are also not contained at a level that affects the low temperature performance of the vulcanized product using the hydrogenated diene polymer of the present embodiment. preferable.
  • the low temperature performance correlates with the low elastic modulus of the rubber composition in a low temperature environment. Since the hydrogenated diene polymer of the present embodiment does not substantially contain an aromatic vinyl monomer unit, the glass transition temperature is lower than that of SBR and the low temperature performance is excellent. Further, the composition ratio a of the structural unit represented by the above formula (1) formed in the diene polymer by hydrogenation contributes to the decrease in elastic modulus at low temperature. From this point of view, the hydrogenation ratio of the hydrogenated diene polymer of the present embodiment is 40 to 85%, and the formula (S): 10 ⁇ [(a + b) / (a + b + c + d)] ⁇ 100 ⁇ 70 is satisfied. ..
  • the hydrogenation rate is 40 to 75%, and the mathematical formula (S): 40 ⁇ [(a + b) / (a + b + c + d)] ⁇ 100 ⁇ 70 is satisfied. More preferably, the hydrogenation rate is 40 to 60%, and the mathematical formula (S): 50 ⁇ [(a + b) / (a + b + c + d)] ⁇ 100 ⁇ 70 is satisfied.
  • the structural unit represented by the formula (1) is sufficiently contained in the hydrogenated diene-based polymer. It will be present, the composition ratio a will be a sufficient value, and the rubber composition containing the hydrogenated diene-based polymer will have excellent low-temperature performance.
  • a “monomer” means a compound before polymerization
  • “monomer unit” means a structural unit constituting a polymer.
  • the "ethylene structure” includes both those generated by hydrogenating a part of the double bond portion of the conjugated diene monomer unit and the ethylene monomer unit when ethylene is used as the monomer. including.
  • the hydrogenated diene polymer of the present embodiment can be produced by polymerizing a conjugated diene monomer and, if necessary, other monomers and then hydrogenating.
  • Specific methods include, for example, International Publication No. 96/05250, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-053706, International Publication No. 2003/085010, International Publication No. 2019/151126, and International Publication No. 2019/151127.
  • the conjugated diene monomer is polymerized by anionic polymerization under various additives and conditions. If necessary, it is preferably produced by a method of copolymerizing with other monomers and then hydrogenating.
  • the conjugated diene monomer is not limited to the following, and is, for example, 1,3-butadiene, isoprene, 2,3-dimethyl-1,3-butadiene, 1,3-pentadiene, 3-methyl-1,3-.
  • Examples include pentadiene, 1,3-hexadiene, and 1,3-heptadiene.
  • 1,3-butadiene and isoprene are preferable, and 1,3-butadiene is more preferable from the viewpoint of easy industrial availability. These may be used alone or in combination of two or more.
  • the other monomer is not limited to the following, but is not limited to, for example, a non-conjugated polyene compound monomer such as etylidene norbornene, dicyclopentadiene, vinyl norbornene; Conjugate polyene compound monomers can be mentioned.
  • a non-conjugated polyene compound monomer such as etylidene norbornene, dicyclopentadiene, vinyl norbornene
  • Conjugate polyene compound monomers can be mentioned.
  • the hydrogenated diene polymer of the present embodiment has a hydrogenation ratio of 40% or more, preferably 45% or more, more preferably 51% or more, still more preferably 55% or more.
  • the vulcanization rate is 40% or more, the ethylene structure is increased, and the molecular weight between the entanglement points of the molecular chains, that is, one molecular chain required for one molecular chain to be entangled with another molecular chain in one place.
  • the minimum molecular weight of the molecular chain is reduced, which tends to increase the number of entanglements of the molecular chain and further improve the breaking strength of the vulcanized product.
  • the hydrogenation ratio of the hydrogenated diene polymer of the present embodiment is 85% or less, preferably 80% or less, more preferably 75% or less, more preferably 71% or less, still more preferably 65% or less.
  • the hydrogenation rate can be calculated by the method using 1 H-NMR shown in the examples.
  • the hydrogenation ratio of the hydrogenated diene polymer of the present embodiment can be controlled within the above numerical range by adjusting the amount of double bonds contained in the conjugated diene monomer unit.
  • the hydrogenated diene polymer of the present embodiment is equipped with a viscosity detector from the viewpoint of suppressing cold flow when made into a rubber veil and improving processability represented by ease of kneading with a filler or a cross-linking agent.
  • the degree of branching (Bn) by the GPC-light scattering measurement method (hereinafter, also simply referred to as “degree of branching (Bn)”) is 1.5 or more, preferably 3.0 or more, and more preferably 4.0 or more.
  • the degree of branching (Bn) represents the number of polymer chains bonded to the longest polymer backbone. For example, when the degree of branching (Bn) is 2 or more, the hydrogenated diene polymer of the present embodiment has two or more side chain polymer chains with respect to the substantially longest polymer main chain. It means that there is.
  • a polymer having a branch tends to have a smaller molecular size when compared with a linear polymer having the same absolute molecular weight.
  • the shrinkage factor (g') is an index of the ratio of the size occupied by the molecule to the linear polymer having the same absolute molecular weight. That is, as the degree of branching of the polymer increases, the shrinkage factor (g') tends to decrease.
  • M is an absolute molecular weight.
  • the contractile factor expresses the rate of decrease in the size of the molecule, and does not accurately represent the branched structure of the polymer. Therefore, the degree of branching (Bn) of the hydrogenated diene polymer is calculated using the value of the shrinkage factor (g') at each absolute molecular weight of the hydrogenated diene polymer.
  • the calculated "branch degree (Bn)" accurately represents the number of polymers directly or indirectly bonded to each other with respect to the longest backbone structure.
  • the calculated degree of branching (Bn) is an index expressing the branching structure of the hydrogenated diene polymer. For example, in the case of a general 4-branched star-shaped polymer (4 polymer chains connected to the central part), two arms of the polymer chain are bonded to the longest highly branched main chain structure. , The degree of branching (Bn) is evaluated as 2. In the case of a general 8-branched star-shaped polymer, 6 arms of the polymer chain are bonded to the longest highly branched main chain structure, and the degree of branching (Bn) is evaluated as 6.
  • the “branch” is formed by directly or indirectly binding one polymer to another polymer.
  • the “degree of branching (Bn)” is the number of polymers directly or indirectly bonded to each other with respect to the longest main chain structure. Since the hydrogenated diene polymer of the present embodiment has a branching degree (Bn) of 1.5 or more, cold flow when it is made into a rubber veil can be suppressed, and processability (workability) when it is made into a vulcanized product. It is extremely excellent in breaking strength and breaking elongation when made into a vulcanized product. From the same viewpoint, the hydrogenated diene polymer of the present embodiment preferably has a branching degree (Bn) of 3.0 or more, and more preferably 4.0 or more.
  • the upper limit of the degree of branching (Bn) is not particularly limited and may be at least the detection limit, but is preferably 84 or less, more preferably 80 or less, still more preferably 64 or less. Even more preferably, it is 57 or less. Since the hydrogenated diene polymer of the present embodiment has a branching degree (Bn) of 84 or less, it tends to be excellent in breaking strength and breaking elongation when made into a vulcanized product.
  • the hydrogenated diene polymer of the present embodiment has a structural unit represented by the following formula (1), a structural unit represented by the following formula (2), a structural unit represented by the following formula (3), and the following formula.
  • the composition ratio (mol%) of the structural unit represented by (4) is a, b, c, and d, respectively, the following mathematical formula (S) is satisfied.
  • the ratio of a, b, c, and d can be controlled by adjusting the type and amount of the polar compound, the polymerization temperature, and the amount of hydrogen to be reacted when the polymer before hydrogenation is polymerized.
  • the above formula (S) represents the molar ratio (m beginnerl%) of the 1,2-vinyl bond and the hydrogenated 1,2-vinyl bond in the hydrogenated diene polymer.
  • the above formula (S) is 10 mL or more, more preferably 15 mL or more, still more preferably 20 mL or more, from the viewpoint of improving wet skid resistance.
  • the above formula (S) is 70 mL or less, preferably 60 mL or less, more preferably 40 mL or less, still more preferably 30 mL or less.
  • Examples of the method for controlling the formula (S) within the above range include adjustment of the polymerization temperature and a method of adding a polar compound. For example, by adding an equal amount of 0.1 mol of polar compound per 1 mol of organolithium compound, the 1,2-bond can be improved by about 2%.
  • the method for measuring the above formula (S) due to the butadiene bond unit contained in the hydrogenated diene polymer of the present embodiment is not particularly limited, but can be measured, for example, by the method described in Examples described later.
  • the formula (X) reflects the structure of the hydrogenated diene polymer and expresses the above-mentioned properties, and concretely discusses the relationship between the specific numerical values and the properties of the hydrogenated diene polymer.
  • the formula (X) is preferably 2.0 or less, more preferably 1.8 or less, and even more preferably 1.6 or less.
  • the formula (X) is 2.0 or less, it is possible to suppress the hydrogenated diene polymer from expressing crystals derived from the ethylene structural chain, and it is possible to avoid a sharp increase in elastic modulus.
  • the hydrogenated diene polymer of the present embodiment does not become too hard, and the formability of the veil made of the hydrogenated diene polymer becomes excellent.
  • the formability of the bale can be measured by the method described in Examples described later.
  • the formula (X) for the hydrogenated diene polymer of the present embodiment is preferably 0.8 or more, more preferably 1.0 or more, and further preferably 1.2 or more.
  • b is preferentially hydrogenated when b and d coexist. Therefore, by setting the formula (X) to 0.8 or more, the ratio of b, which is a reactive group unsaturated group, in the hydrogenated diene polymer can be reduced to 8% or less, and the hydrogenated diene polymer can be used.
  • Thermal stability can be improved. As a result, gelation is less likely to occur during kneading of the rubber composition using the hydrogenated diene polymer of the present embodiment.
  • the formula (X) can be controlled within the above-mentioned numerical range by adjusting the type and amount of the polar compound, the polymerization temperature, and the amount of hydrogen to be reacted when polymerizing the polymer before hydrogenation. ..
  • the hydrogenated diene polymer of the present embodiment preferably contains a nitrogen atom from the viewpoint of improving fuel efficiency when made into a vulcanized product. Nitrogen atoms can be introduced with a denaturing agent. As a result, the dispersibility of the silica-based inorganic filler, which is a reinforcing material for the tire, tends to be further improved.
  • the hydrogenated diene polymer of the present embodiment preferably has a modification rate of 65% by mass or more, more preferably 70% by mass or more, from the viewpoint of dispersibility of the silica-based inorganic filler which is a reinforcing material for the tire. More preferably, it is 75% by mass or more.
  • the hydrogenated diene polymer of the present embodiment is not particularly limited in the upper limit of the modification rate, but is preferably 98% by mass or less, preferably 95% by mass, from the viewpoint of lowering the viscosity of the formulation after kneading and improving the workability. The following is more preferable, and 90% by mass or less is further preferable.
  • the "denaturation rate” represents the mass ratio of the polymer having a nitrogen atom-containing functional group to the total amount of the hydrogenated diene polymer.
  • the position of introducing the nitrogen atom into the hydrogenated diene polymer of the present embodiment may be any of the polymerization initiation end, the molecular chain (including the graft), and the polymerization end of the hydrogenated diene polymer.
  • the hydrogenated diene-based polymer of the present embodiment is produced by polymerizing a conjugated diene monomer and then hydrogenating it, it has high polymerization productivity, high modification rate, and low fuel consumption when made into a vulcanized product. From the viewpoint, it is preferable to introduce the nitrogen atom by using a coupling agent containing the nitrogen atom.
  • the coupling agent containing a nitrogen atom from the viewpoint of polymerization productivity and high modification rate, an isocyanato compound, an isothiocyanate compound, an isocyanuric acid derivative, a nitrogen group-containing carbonyl compound, a nitrogen group-containing vinyl compound, and a nitrogen group-containing coupling agent.
  • Epoxy compounds, nitrogen group-containing alkoxysilane compounds and the like are preferable.
  • the number of branches of the coupling agent is large.
  • the number of branches is not particularly limited, but from the viewpoint of suppressing cold flow, 3 branches or more are preferable, and 4 branches or more are more preferable.
  • the upper limit of the number of branches is not particularly limited, but 30 branches or less is preferable from the viewpoint of productivity.
  • a nitrogen group-containing alkoxysilane compound is more preferable from the viewpoint of the polymerization productivity of the hydrogenated diene polymer, the high modification rate and the tensile strength when the tire is made.
  • the nitrogen group-containing alkoxysilane compound is not limited to the following, and is, for example, 2,2-dimethoxy-1- (3-trimethoxysilylpropyl) -1-aza-2-silacyclopentane, 2,2-diethoxy-.
  • the hydrogenated diene polymer of the present embodiment is a copolymer of ethylene and a conjugated diene monomer
  • a tin atom is used from the viewpoint of low fuel consumption, wear resistance and flexibility when made into a vulcanized product. It is preferable to contain a nitrogen atom or a silicon atom. Further, from the viewpoint of the manufacturability of the hydrogenated diene polymer, it is possible to apply a method of introducing using a coupling agent containing a tin atom, a nitrogen atom or a silicon atom when the polymerization reaction reaches 100%. preferable.
  • the coupling agent containing a tin atom, a nitrogen atom or a silicon atom is not limited to the following, but for example, a tin-containing compound such as bis (-1-octadecyl maleate) dioctyltin, 4,4-.
  • a tin-containing compound such as bis (-1-octadecyl maleate) dioctyltin, 4,4-.
  • examples thereof include isocyanate compounds such as diphenylmethane diisocyanate and alkoxysilane compounds such as glycidylpropyltrimethoxysilane.
  • the weight average molecular weight of the hydrogenated diene polymer of the present embodiment is the shape stability of the molded product of the rubber composition containing the hydrogenated diene polymer, and the tensile strength and abrasion resistance of the crosslinked product using the rubber composition. From the viewpoint of the above, 150,000 or more is preferable, and 200,000 or more is more preferable. On the other hand, from the viewpoint of processability when the hydrogenated diene polymer of the present embodiment is used as a rubber composition for crosslinking, 1 million or less is preferable, 500,000 or less is more preferable, and 400,000 or less is further preferable.
  • the weight average molecular weight and the molecular weight distribution can be calculated from the polystyrene-equivalent molecular weight measured by GPC (gel permeation chromatography).
  • the hydrogenated diene polymer of the present embodiment may have an additive such as a deactivating agent or a neutralizing agent added at the end of the polymerization step, if necessary.
  • the deactivating agent include, but are not limited to, water; alcohols such as methanol, ethanol, and isopropanol.
  • the final stage of the polymerization step means a state in which 95% or more of the added monomer is consumed in the polymerization.
  • Neutralizing agents include, but are not limited to, carboxylic acids such as stearic acid, oleic acid, and versatic acid (a carboxylic acid mixture having 9 to 11 carbon atoms and mainly 10 branches); Examples include an aqueous solution of an inorganic acid and carbon dioxide.
  • Stabilizers for rubber include, but are not limited to, 2,6-di-tert-butyl-4-hydroxytoluene (hereinafter, also referred to as "BHT"), n-octadecyl-3- (4'-hydroxy).
  • BHT 2,6-di-tert-butyl-4-hydroxytoluene
  • Antioxidants such as -3', 5'-di-tert-butylphenol) propinate and 2-methyl-4,6-bis [(octylthio) methyl] phenol are preferred.
  • softening for rubber is necessary.
  • the agent may be added.
  • the softening agent for rubber is not particularly limited, and examples thereof include wrought oil, liquid rubber, and resin. Stretched oil is preferable from the viewpoint of processability, productivity and economy.
  • the method for adding the softener for rubber to the hydrogenated diene polymer of the present embodiment is not limited to the following, but the softening agent for rubber is added to the polymer solution, mixed, and the weight containing the softening agent for rubber is added. A method of desolving the combined solution is preferable.
  • Preferred spreading oils include, for example, aroma oils, naphthenic oils, paraffin oils and the like.
  • an aroma substitute oil having a polycyclic aromatic (PCA) component of 3% by mass or less according to the IP346 method is preferable.
  • the aroma substitute oil include TDAE (Treated Distillate Aromatic Extracts) shown in Kautschuk Kunststoffe 52 (12) 799 (1999), MES (Mild Extract Plastic), and others.
  • the content of the spreading oil in the rubber composition using the hydrogenated diene polymer of the present embodiment is preferably 30% by mass or less, more preferably 20% by mass or less, from the viewpoint of suppressing deterioration over time when the tire is made.
  • Preferred resins include, but are not limited to, aromatic petroleum resins, kumaron-inden resins, terpene resins, rosin derivatives (including tung oil resin), tall oils, toll oil derivatives, rosin ester resins, and natural resins.
  • terpene resin aliphatic hydrocarbon resin, aromatic hydrocarbon resin, mixed aliphatic / aromatic hydrocarbon resin, coumarin-inden resin, phenol resin, p-tert-butylphenol-acetylene resin, phenol-formaldehyde resin, Xylene-formaldehyde resin, monoolefin oligomer, diolefin oligomer, hydride aromatic hydrocarbon resin, cyclic aliphatic hydrocarbon resin, hydride hydrocarbon resin, hydrocarbon resin, hydride tung oil resin, hydride oil resin , Esters of hydrocarbon oil resin and monofunctional or polyfunctional alcohol and the like. These resins may be used alone or in combination of two or more.
  • the amount of the spreading oil, liquid rubber, resin, or the like added as the softening agent for rubber is preferably 5 parts by mass or more, more preferably 10 parts by mass or more, and 20 parts by mass or more with respect to 100 parts by mass of the hydrogenated diene polymer. Is even more preferable.
  • the addition amount in this range a rubber composition having excellent wear resistance and crack resistance tends to be obtained. Further, from the viewpoint of improving fuel efficiency, 35 parts by mass or less is preferable, 30 parts by mass or less is more preferable, and 25 parts by mass or less is further preferable.
  • a known method can be used as a method for obtaining the hydrogenated diene polymer of the present embodiment by removing the solvent from the polymer solution.
  • a method thereof for example, after separating the solvent by steam stripping or the like, the hydrogenated diene polymer is filtered off, and further dehydrated and dried to obtain the hydrogenated diene polymer, which is concentrated in a flushing tank. Further, a method of devolatile with a vent extruder or the like and a method of directly devolatile with a drum dryer or the like can be mentioned.
  • the hydrogenated diene polymer of the present embodiment preferably has an aluminum content of less than 2 ppm. Within this range, the viscosity of the hydrogenated diene polymer of the present embodiment tends to be suppressed from increasing with time. The reason why the viscosity of the hydrogenated diene polymer of the present embodiment can be suppressed from increasing with time by keeping the concentration of aluminum low will be described below. That is, when the aluminum content in the hydrogenated diene polymer is 2 ppm or more, the compound containing aluminum is dispersed in the form of fine particles, and the heteroatom of the hydrogenated diene polymer and the residue of the coupling agent are present.
  • the content of aluminum is less than 2 ppm, such an increase in viscosity can be suppressed.
  • the hydrogenated diene polymer contains a nitrogen atom, the nitrogen atom easily becomes a primary amine, or further contains a coupling agent having an alkoxysilane, the aluminum content is less than 2 ppm. Therefore, the effect of suppressing the increase in viscosity with time is remarkable.
  • the aluminum content of the hydrogenated diene polymer can be measured by the method described in Examples described later, and the type and amount of the polymerization catalyst and hydrogenation catalyst added, decalcification, or the conditions of the solvent removal step described later. Can be controlled within the above numerical range by adjusting.
  • the hydrogenated diene polymer of the present embodiment can be produced through a polymerization step, a modification step, and a hydrogenation step.
  • the polymerization method in the polymerization step is not particularly limited, and any of a solution polymerization method, a gas phase polymerization method, and a bulk polymerization method can be used, but the solution polymerization method is particularly preferable from the viewpoint of commercial production. Further, as the polymerization type, a batch type is preferable in this embodiment from the viewpoint that side reactions are suppressed and the molecular structure can be easily controlled.
  • the monomer concentration in the solution is preferably 5% by mass or more, more preferably 10% by mass or more. When the monomer concentration in the solution is 5% by mass or more, the amount of the obtained polymer becomes sufficient, which is preferable from the viewpoint of cost.
  • the monomer concentration in the solution is preferably 50% by mass or less, more preferably 30% by mass or less.
  • the monomer concentration in the solution is 50% by mass or less, it is possible to prevent the solution viscosity from becoming too high, stirring is easily performed, and the polymerization step tends to be easy to carry out.
  • the polymerization initiator is not particularly limited, but an organolithium compound is preferably used.
  • the organic lithium compound preferably has an alkyl group having 2 to 20 carbon atoms, and is not limited to, for example, ethyllithium, n-propyllithium, isopropyllithium, n-butyllithium, sec-.
  • Examples thereof include reaction products of butyllithium and butyllithium.
  • n-butyllithium and sec-butyllithium are preferable from the viewpoint of availability, safety and the like.
  • the method for producing a diene polymer by anionic polymerization or coordination polymerization of a predetermined monomer using a polymerization initiator is not particularly limited, and a conventionally known method can be used. Specifically, in an organic solvent inert to the reaction, for example, in a hydrocarbon solvent such as an aliphatic, alicyclic, or aromatic hydrocarbon compound, for example, butyl lithium is used as a polymerization initiator, and a polar compound is required.
  • the desired diene polymer can be obtained by polymerizing 1,3-butadiene, ethylene, etc. in the presence of.
  • the hydrocarbon-based solvent is preferably a hydrocarbon having 3 to 8 carbon atoms, and is not limited to, for example, propane, n-butene, isobutene, n-pentane, isopentene, n-hexane, cyclohexane, propene, 1-.
  • Examples thereof include butene, isobutene, trans-2-butene, cis-2-butene, 1-pentene, 2-pentene, 1-hexene, 2-hexene, benzene, toluene, xylene, ethylbenzene and the like. These may be used alone or in combination of two or more.
  • a polar compound may be added.
  • the polar compound is a compound used to control the microstructure of the conjugated diene moiety in the polymer. For example, a compound that increases 1,2-bonds in butadiene and 3,4-bonds in isoprene.
  • the polar compound is not particularly limited, and any known compound generally used as a conventional polar compound can be used.
  • ethers such as', N'-tetramethylethylenediamine and 1,2-dipiperidinoethane, and tertiary amines.
  • potassium salts such as potassium-t-amilate and potassium-t-butoxide
  • sodium salts such as sodium-t-amilate can also be used. These polar compounds may be used alone or in combination of two or more.
  • the amount of the polar compound used is preferably 0.01 molar equivalent or more, more preferably 0.05 molar equivalent or more, per 1 mol of the organolithium compound as the polymerization initiator.
  • the polar compound is also called a vinylizing agent, and when the amount of the polar compound used is 0.01 molar equivalent or more, an addition effect can be obtained and the 1,2-bond tends to be easily increased. For example, by adding 0.1 mol equivalent per 1 mol of the organolithium compound, the 1,2-bond can be improved by about 2%.
  • the amount of the polar compound used as the vinylizing agent is preferably 1000 molar equivalents or less, and more preferably 500 molar equivalents or less per mol of the organolithium compound. When the amount of the polar compound used is 1000 molar equivalents or less, it is possible to prevent a large change in the reaction rate of the monomer, and there is a tendency that the polymerization reaction can be controlled.
  • reaction temperature at the time of polymerization is not particularly limited as long as the reaction proceeds suitably, but is preferably ⁇ 10 ° C. to 100 ° C., more preferably 25 ° C. to 70 ° C.
  • the diene polymer used in the denaturation reaction (hereinafter, also referred to as terminal denaturation reaction) may be an unmodified one or a modified one as long as it has an active terminal.
  • the compound used in the modification step is not particularly limited as long as it has a functional group that interacts with silica and can react with the active terminal of the polymer, but contains, for example, a tin atom or a nitrogen atom. It is preferable to use a terminal modifier, and it is more preferable to use a terminal modifier containing a nitrogen atom.
  • the modification step also includes a coupling step with an increase in molecular weight.
  • a random diene polymer having a branched structure can be obtained by reacting a coupling agent having a plurality of reaction points with the active end of the polymer.
  • a coupling agent having nitrogen is called a denaturing agent
  • a coupling effect can be obtained by the denaturing step by selecting a compound having a coupling function as the denaturing agent.
  • the modification rate affects the molecular weight distribution of the polymer after modification. Therefore, from the viewpoint of controlling the molecular weight distribution to 1.75 or less, the modification rate is preferably 65% by mass or more, more preferably 70% by mass or more, and further preferably 75% by mass or more.
  • the modification step is carried out using a modifier having multiple functional groups, a multi-branched polymer is produced by the coupling reaction, but regardless of the number of functional groups, if the modification rate is high, the molecular weight distribution becomes sharp. There is a tendency to shift while maintaining. Since the structure of the modifying agent has little influence on the molecular weight distribution, it is possible to select the modifying agent according to the function expected of the modified diene polymer to be produced. The denaturation rate can be measured by the method described in Examples described later.
  • Examples of the terminal modifier containing a nitrogen atom include an isocyanato compound, an isothiocyanate compound, an isocyanuric acid derivative, a nitrogen group-containing carbonyl compound, a nitrogen group-containing vinyl compound, and a nitrogen group from the viewpoint of polymerization productivity and high modification rate.
  • Preferable examples include an epoxy compound and a nitrogen group-containing alkoxysilane compound.
  • a nitrogen group-containing alkoxysilane compound is more preferable from the viewpoint of polymerization productivity, high modification rate, and tensile strength when made into a tire.
  • the nitrogen atom-containing group alkoxysilane compound is not limited to the following, and is, for example, 2,2-dimethoxy-1- (3-trimethoxysilylpropyl) -1-aza-2-silacyclopentane, 2,2.
  • the terminal modification reaction to the polymer can be carried out, for example, as a solution reaction.
  • This solution reaction may be carried out using a solution containing an unreacted monomer after the completion of the polymerization reaction in the polymerization step.
  • the polymer contained in the solution may be isolated and dissolved in an appropriate solvent such as cyclohexane. You may go.
  • the terminal modification reaction is also preferably a continuous type.
  • the method of adding the terminal modifier is not particularly limited, and examples thereof include a method of adding all at once, a method of adding separately, and a method of continuously adding.
  • the amount of the compound used in the terminal modification reaction may be appropriately set according to the type of the compound used in the reaction, but is preferably 0. 1 mol of the metal atom involved in the polymerization reaction contained in the polymerization initiator. It is 1 molar equivalent or more, more preferably 0.3 molar equivalent or more. By setting the equivalent to 0.1 molar equivalent or more, the modification reaction can be sufficiently proceeded, and the dispersibility of silica can be suitably improved in the rubber composition containing the modified polymer and silica.
  • the temperature of the terminal modification reaction is usually the same as the temperature of the polymerization reaction, preferably ⁇ 20 to 150 ° C., more preferably 0 to 120 ° C., and further preferably 20 to 100 ° C. preferable.
  • the reaction time of the denaturation reaction is preferably 1 minute to 5 hours, more preferably 2 minutes to 1 hour.
  • reaction stop step When anionic polymerization is carried out in the polymerization step, the polymerization reaction can be stopped by adding a known reaction terminator.
  • the reaction terminator is not limited to the following, but is, for example, an alcohol such as methanol, ethanol or isopropanol; a polar solvent having an active proton such as acetic acid; and a mixed solution thereof, or a non-polar solvent such as hexane or cyclohexane. Examples thereof include a mixed solution with a sex solvent.
  • the amount of the reaction terminator added is usually preferably about the same molar amount or twice the molar amount as compared with the anionic polymerization initiator.
  • the hydrogenation method and reaction conditions are not particularly limited, and hydrogenation may be performed by a known method and known conditions. Usually, it is carried out at 20 to 150 ° C. under hydrogen pressurization of 0.1 to 10 MPa in the presence of a hydrogenation catalyst.
  • the hydrogenation rate can be controlled by adjusting the amount of hydrogenation catalyst, hydrogen pressure during hydrogenation reaction, reaction time, and the like.
  • a compound containing any of the metals of Groups 4 to 11 of the Periodic Table Chemistry of the Elements can be usually used.
  • Such compounds are not limited to the following, and for example, compounds containing Ti, V, Co, Ni, Zr, Ru, Rh, Pd, Hf, Re, and Pt atoms can be used as hydrogenation catalysts. More specifically, metallocene compounds such as Ti, Zr, Hf, Co, Ni, Pd, Pt, Ru, Rh, and Re; metals such as Pd, Ni, Pt, Rh, and Ru are carbon, silica, alumina, and silica soil.
  • the metallocene compound containing any one of Ti, Zr, Hf, Co, and Ni is preferable from the viewpoint of being able to carry out a hydrogenation reaction in a homogeneous system in an inert organic solvent. Further, a metallocene compound containing any one of Ti, Zr and Hf is preferable.
  • the hydrogenation catalyst may be used alone or in combination of two or more.
  • a preferable method for producing the hydrogenated diene polymer of the present embodiment is to carry out solution polymerization, carry out a modification step as necessary using the obtained polymer solution as it is, and then subject it to a hydrogenation step as necessary.
  • the hydrogenated diene polymer of the present embodiment is obtained by removing the solvent from the polymer solution obtained above and isolating the polymer.
  • Examples of the method for isolating the polymer include known desolvation methods such as steam stripping, and methods for isolating the polymer by a drying operation such as heat treatment using a dehydration extruder, a drying extruder, and a conveyor.
  • the veil of this embodiment is obtained by molding the hydrogenated diene polymer of this embodiment described above.
  • the veil is a block-shaped molded product, and a molded product of 1000 cm 3 or more is preferable. Further, it is more preferable that the veil has a rectangular parallelepiped shape of 17.5 kg to 35 kg.
  • the molding compression pressure of the molded product is preferably 3 to 30 MPa, more preferably 10 to 20 MPa. When the compression pressure at the time of molding is 30 MPa or less, the device can be designed compactly, the installation efficiency is good, and when the compression pressure at the time of molding is 3 MPa or more, the moldability is good.
  • the temperature of the hydrogenated diene polymer at the time of molding is preferably 30 to 120 ° C, more preferably 50 to 100 ° C from the viewpoint of reducing residual solvent and suppressing thermal deterioration.
  • the temperature of the hydrogenated diene polymer at the time of molding is 30 ° C. or higher, the moldability is good, while when the temperature is 120 ° C. or lower, gel formation due to thermal deterioration of the rubber composition is suppressed. preferable.
  • the higher the molding temperature and pressure the smaller the specific surface area of the bale.
  • the holding time during molding is preferably 3 to 30 seconds, more preferably 5 to 20 seconds.
  • the holding time during compression is 30 seconds or less, the production efficiency is good, and when the holding time is 5 seconds or more, the moldability is good. It is preferable to wrap with a resin film (wrapping sheet) in order to avoid adhesion between the molded bodies.
  • a resin film wrapping sheet
  • the type of resin for the film for example, polyethylene, ethylene copolymer resin, polystyrene, high impact polystyrene, or PET can be used.
  • Good adhesion of the packaging sheet is preferable from the viewpoint of handleability during transportation of the molded product and the fact that dew condensation is unlikely to occur in the gap between the packaging sheet and the bale.
  • the rubber composition of the present embodiment contains 100 parts by mass of a rubber component containing the hydrogenated diene polymer of the present embodiment and other diene-based rubbers described above, and 20 parts by mass or more and 100 parts by mass or less of a silica-based inorganic filler. And contains.
  • the hydrogenated diene polymer of the present embodiment in 100 parts by mass of the rubber component is preferably 10 parts by mass or more, more preferably 20 parts by mass or more, still more preferably 30 parts by mass or more.
  • the rubber composition of the present embodiment preferably contains a diene-based rubber other than the hydrogenated diene polymer of the present embodiment.
  • a diene-based polymer is not limited to the following, and for example, a conjugated diene-based polymer or a hydrogenated product thereof, a random copolymer of a conjugated diene-based compound and a vinyl aromatic compound or a hydrogenated product thereof, and the like.
  • Examples thereof include a block copolymer of a conjugated diene-based compound and a vinyl aromatic compound or a hydrogenated product thereof, a non-diene-based polymer, and natural rubber. Specifically, but not limited to the following, for example, butadiene rubber or a hydrogenated product thereof, isoprene rubber or a hydrogenated product thereof, styrene-butadiene rubber or a hydrogenated product thereof, a styrene-butadiene block copolymer or a hydrogenated product thereof. Examples thereof include styrene-based elastomers such as styrene-isoprene block copolymers or hydrogenated products thereof, acrylonitrile-butadiene rubbers or hydrogenated products thereof.
  • the hydrogenated diene polymer of the present embodiment has a compatibility parameter close to that of natural rubber, it can usually also exert an effect as a compatibility agent between natural rubber and other rubbers.
  • the rubber composition composed of a rubber incompatible with natural rubber, a natural rubber, and a ternary component of the hydrogenated diene polymer of the present embodiment removes the hydrogenated diene polymer of the present embodiment. It is possible to exhibit excellent wear resistance and break elongation that cannot be achieved.
  • the rubber composition is not particularly limited, and examples thereof include a rubber composition composed of the hydrogenated diene polymer of the present embodiment, natural rubber, and a ternary component of high cis butadiene.
  • the natural rubber is not limited to the following, and examples thereof include smoked sheets RSS3 to 5, SMR, and epoxidized natural rubber.
  • the diene-based rubber other than the various hydrogenated diene polymers of the present embodiment described above may be a modified rubber to which a functional group having polarity such as a hydroxyl group or an amino group is imparted.
  • a functional group having polarity such as a hydroxyl group or an amino group is imparted.
  • butadiene rubber, isoprene rubber, styrene-butadiene rubber, natural rubber, and butyl rubber are preferably used.
  • the rubber composition of the present embodiment can be used in combination with a non-diene polymer.
  • the non-diene polymer is not limited to the following, and examples thereof include olefin elastomers such as ethylene-propylene rubber, ethylene-propylene-diene rubber, ethylene-butene-diene rubber, ethylene-butene rubber, ethylene-hexene rubber, and ethylene-octene rubber.
  • the weight average molecular weights of the diene-based rubbers other than the hydrogenated diene polymer of the present embodiment and the non-diene-based rubbers used in the rubber composition of the present embodiment are 20000 or more 200000 from the viewpoint of the balance between performance and processing characteristics. It is preferably the following, and more preferably 5000 or more and 1500,000 or less. Further, a low molecular weight diene-based rubber or non-diene-based rubber, so-called liquid rubber, can also be used. These diene-based rubbers and non-diene-based rubbers may be used alone or in combination of two or more.
  • the rubber composition of the present embodiment contains a silica-based inorganic filler.
  • the rubber composition of the present embodiment tends to be more excellent in processability when it is made into a vulcanized product by dispersing a silica-based inorganic filler, and has wear resistance, breaking strength, and breaking strength when it is made into a vulcanized product. It tends to be superior due to the balance between low hysteresis loss and wet skid resistance. Since the rubber composition of the present embodiment contains a silica-based inorganic filler, it is suitably used for vulcanized rubber applications such as tires, automobile parts such as anti-vibration rubber, and shoes.
  • the content of the silica-based inorganic filler in the rubber composition of the present embodiment is a sulfide product based on 100 parts by mass of the hydrogenated diene polymer of the present embodiment and other diene-based rubber-containing rubber components.
  • the amount is 20 parts by mass or more, preferably 50 parts by mass or more, more preferably 60 parts by mass or more, and further preferably 70 parts by mass or more.
  • the content is 100 parts by mass or less, preferably 90 parts by mass or less. , 85 parts by mass or less is more preferable, and 80 parts by mass or less is further preferable.
  • the silica-based inorganic filler is not particularly limited, and known ones can be used, but solid particles containing SiO 2 or Si 3 Al as a constituent unit are preferable, and SiO 2 or Si 3 Al is the main constituent unit. Solid particles contained as a component are more preferable.
  • the main component means a component contained in the silica-based inorganic filler in an amount of 50% by mass or more, preferably 70% by mass or more, and more preferably 80% by mass or more.
  • silica-based inorganic filler examples include, but are not limited to, inorganic fibrous substances such as silica, clay, talc, mica, diatomaceous earth, wollastonite, montmorillonite, zeolite, and glass fiber. Further, a silica-based inorganic filler having a hydrophobic surface, a mixture of a silica-based inorganic filler and a non-silica-based inorganic filler can also be mentioned. Among these, silica and glass fiber are preferable, and silica is more preferable, from the viewpoint of strength, wear resistance and the like. Examples of silica include dry silica, wet silica, and synthetic silicate silica. Among these silicas, wet silica is preferable from the viewpoint of improving the breaking strength and the excellent balance of wet skid resistance.
  • the nitrogen adsorption specific surface area required by the BET adsorption method of the silica-based inorganic filler is 100 m 2 / g or more and 300 m 2 / g. It is preferably 170 m 2 / g or more, and more preferably 250 m 2 / g or less. Further, if necessary, a silica-based inorganic filler having a relatively small specific surface area (for example, a specific surface area of less than 200 m 2 / g) and a silica-based filler having a relatively large specific surface area (for example, 200 m 2 / g or more) are used.
  • Inorganic filler and can be used in combination.
  • the rubber composition of the present embodiment particularly when a silica-based inorganic filler having a relatively large specific surface area (for example, 200 m 2 / g or more) is used, the rubber composition containing the hydrogenated diene polymer of the present embodiment is used. Is effective in improving the dispersibility of silica, particularly in improving wear resistance, and tends to be able to highly balance good fracture strength and low hysteresis loss.
  • the rubber composition of the present embodiment may contain a filler other than the silica-based inorganic filler, and examples of the filler include carbon black, metal oxide, and metal hydroxide.
  • the carbon black is not limited to the following, and examples thereof include carbon blacks of each class such as SRF, FEF, HAF, ISAF, and SAF. Among these, carbon black having a nitrogen adsorption specific surface area of 50 m 2 / g or more and a dibutyl phthalate (DBP) oil absorption of 80 mL / 100 g or less is preferable.
  • the content of carbon black is preferably 0.5 parts by mass or more and 100 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the rubber component containing the hydrogenated diene polymer of the present embodiment.
  • the content of carbon black is 0.5 with respect to 100 parts by mass of the rubber component from the viewpoint of exhibiting the performance required for applications such as tires such as dry grip performance and conductivity. It is preferably 100 parts by mass or more, and preferably 100 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the rubber component from the viewpoint of dispersibility.
  • the metal oxide refers to solid particles having the chemical formula MxOy (M represents a metal atom, and x and y each independently represent an integer of 1 to 6) as a main component of the constituent unit. ..
  • Metal oxides include, but are not limited to, alumina, titanium oxide, magnesium oxide, and zinc oxide.
  • Metal hydroxides include, but are not limited to, aluminum hydroxide, magnesium hydroxide, and zirconium hydride.
  • the rubber composition of the present embodiment may contain a silane coupling agent.
  • the silane coupling agent has a function of closely interacting with the rubber component and the inorganic filler, and has an affinity or binding group for each of the rubber component and the silica-based inorganic filler.
  • a compound having a sulfur-bonded moiety and an alkoxysilyl group or a silanol group moiety in one molecule is preferable.
  • Such compounds are not particularly limited, but are, for example, bis- [3- (triethoxysilyl) -propyl] -tetrasulfide, bis- [3- (triethoxysilyl) -propyl] -disulfide, bis- [.
  • the content of the silane coupling agent is preferably 0.1 part by mass or more and 30 parts by mass or less, and 0.5 part by mass with respect to 100 parts by mass of the above-mentioned silica-based inorganic filler. 20 parts by mass or more is more preferable, and 1.0 part by mass or more and 15 parts by mass or less is further preferable.
  • the content of the silane coupling agent is in the above range, the effect of the addition by the silane coupling agent tends to be more remarkable.
  • the rubber composition of the present embodiment may contain a softening agent for rubber from the viewpoint of improving the processability thereof.
  • the amount of the softening agent for rubber added is previously contained in the above-mentioned hydrogenated diene polymer and other diene-based rubber with respect to 100 parts by mass of the rubber component containing the above-mentioned hydrogenated diene polymer of the present embodiment. It is represented by the amount containing the softening agent for rubber and the total amount of the softening agent for rubber added when the rubber composition is prepared.
  • the softener for rubber wrought oil, liquid rubber and resin are suitable.
  • the mineral oil-based rubber softener called process oil or extender oil used to soften, increase the volume, and improve workability of rubber is a mixture of aromatic ring, naphthen ring, and paraffin chain.
  • the one in which the carbon number of the paraffin chain occupies 50% or more of the total carbon is called paraffin type, and the one in which the naphthen ring carbon number occupies 30% or more and 45% or less of the total carbon is naphthen type, and the total number of aromatic carbons is. Those that occupy more than 30% of carbon are called aromatic type.
  • the content of the softening agent for rubber is preferably 0 parts by mass or more and 100 parts by mass or less, and more preferably 10 parts by mass or more and 90 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the rubber component. More preferably, it is 30 parts by mass or more and 90 parts by mass or less.
  • the content of the softener for rubber is 100 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the rubber component, bleed-out is suppressed and the stickiness of the surface of the rubber composition tends to be suppressed.
  • the rubber composition of the present embodiment preferably contains liquid rubber from the viewpoint of improving low temperature performance.
  • the liquid rubber include liquid butadiene rubber, liquid styrene butadiene rubber, and liquid isoprene rubber. These liquid rubbers may be used alone or in combination of two or more. Due to the addition of the liquid rubber, the elastic modulus of the rubber composition of the present embodiment is lowered at a low temperature, and the rubber composition tends to be excellent in low temperature performance. Further, since the liquid rubber selected from the above has an unsaturated bond in the molecule, the breaking strength tends to increase by binding to the rubber component when the rubber composition is vulcanized.
  • the molecular weight of the liquid rubber is preferably 1000 or more, more preferably 1500 or more. By setting the molecular weight within the above range, the number of entangled molecular chains constituting the liquid rubber increases, and the breaking strength tends to be excellent.
  • the molecular weight of the liquid rubber is preferably 10,000 or less, more preferably 9000 or less. By setting the molecular weight in this range, the viscosity is lowered and the processability when making a vulcanized product is excellent.
  • the amount of the liquid rubber added to the rubber composition of the present embodiment is preferably 2 parts by mass or more, more preferably 5 parts by mass or more, and 10 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the rubber component containing the hydrogenated diene polymer of the present embodiment. More than parts by mass is more preferable.
  • the addition amount in this range, the elastic modulus at low temperature is lowered and the rubber composition tends to be excellent in low temperature performance.
  • 25 parts by mass or less is preferable, 20 parts by mass or less is more preferable, and 15 parts by mass or less is further preferable. If the content of the liquid rubber is too large, the rubber composition becomes soft and the wear resistance becomes low. However, within this range, the hardness when the rubber composition is made into a vulcanized product is improved and the wear resistance is lowered. There is a tendency for sex to improve.
  • the rubber composition includes the hydrogenated diene polymer of the present embodiment, other diene-based rubbers, silica-based inorganic fillers, and if necessary, carbon black and other fillers, silane coupling agents, softeners for rubber, and the like. It can be produced by mixing the additives of.
  • the method for producing the rubber composition is not limited to the following, but is not limited to, for example, a general mixer such as an open roll, a Banbury mixer, a kneader, a single-screw screw extruder, a twin-screw screw extruder, and a multi-screw screw extruder.
  • Examples thereof include a melt-kneading method using the above method, and a method of dissolving and mixing each component and then heating and removing the solvent.
  • a melt-kneading method using a roll, a Banbury mixer, a kneader, or an extruder is preferable from the viewpoint of productivity and good kneading.
  • any of a method of kneading the rubber component and other fillers, a silane coupling agent, and an additive at one time and a method of mixing them in a plurality of times can be applied.
  • the rubber composition of the present embodiment may be a vulcanized composition that has been vulcanized with a vulcanizing agent.
  • the sulfide agent include, but are not limited to, radical generators such as organic peroxides and azo compounds, oxime compounds, nitroso compounds, polyamine compounds, sulfur, and sulfur compounds.
  • Sulfur compounds include sulfur monochloride, sulfur dichloride, disulfide compounds, high molecular weight polysulfur compounds and the like.
  • the content of the vulcanizing agent is preferably 0.01 parts by mass or more and 20 parts by mass or less, and 0.1 parts by mass or more and 15 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the rubber component. More preferred.
  • the vulcanization method a conventionally known method can be applied, and the vulcanization temperature is preferably 120 ° C. or higher and 200 ° C. or lower, more preferably 140 ° C. or higher and 180 ° C. or lower.
  • a vulcanization accelerator may be used if necessary.
  • the vulcanization accelerator conventionally known materials can be used, and the vulcanization accelerator is not limited to the following, but is, for example, sulfenamide-based, guanidine-based, thiuram-based, aldehyde-amine-based, aldehyde-ammonia-based, and thiazole-based. , Thiourea-based and dithiocarbamate-based vulcanization accelerators.
  • the vulcanization aid is not limited to the following, and examples thereof include zinc oxide and stearic acid.
  • the content of the vulcanization accelerator is preferably 0.01 parts by mass or more and 20 parts by mass or less, and 0.1 parts by mass or more and 15 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the rubber component containing the hydrogenated diene polymer of the present embodiment. Less than a part is more preferable.
  • the rubber composition of the present embodiment contains other softeners and fillers other than those described above, heat-resistant stabilizers, antistatic agents, weather-resistant stabilizers, anti-aging agents, as long as the object of the present embodiment is not impaired.
  • Various additives such as colorants and lubricants may be used.
  • known softeners can be used.
  • Other fillers are not particularly limited, and examples thereof include calcium carbonate, magnesium carbonate, aluminum sulfate, and barium sulfate.
  • Known materials can be used as the heat-resistant stabilizer, antistatic agent, weather-resistant stabilizer, anti-aging agent, colorant, and lubricant.
  • the rubber composition of the present embodiment is suitably used as a rubber composition for a tire. That is, the tire of the present embodiment is a molded body of a rubber composition.
  • the rubber composition for tires is not limited to the following, but for example, various tires such as fuel-saving tires, all-season tires, high-performance tires, and studless tires: tires such as treads, carcass, sidewalls, and beads. It can be used for parts.
  • the rubber composition for tires has an excellent balance between wear resistance, fracture strength, low hysteresis loss and wet skid resistance when made into a vulcanized product, and therefore, it is suitable for fuel-saving tires and high-performance tires. It is preferably used for treads.
  • Measurement solution A measurement solution in which 10 mg of a measurement sample is dissolved in 20 mL of THF.
  • the modification rate of the hydrogenated diene polymer was measured as follows by the column adsorption GPC method utilizing the property that the modified hydrogenated diene polymer was adsorbed on the column. From the difference between the chromatogram measured on the column filled with the polystyrene gel and the chromatogram measured on the column filled with the silica gel, the sample solution containing the measurement sample and the low molecular weight internal standard polystyrene is transferred to the silica column. The amount of adsorption was measured and the modification rate was determined.
  • the GPC measurement conditions using a polystyrene column are shown below. 20 ⁇ L of the following measurement liquid was injected into a GPC measuring device for measurement.
  • Flow rate 0.6 mL / min
  • Detector RI detector (HLC8020 manufactured by Tosoh Corporation)
  • Measurement solution 10 mg of the sample and 5 mg of standard polystyrene were dissolved in 20 mL of THF to prepare a sample solution.
  • the GPC measurement conditions using a silica-based column are shown below. 50 ⁇ L of the following measurement liquid was injected into a GPC measuring device for measurement.
  • the modification rate (%) was calculated from the following formula, assuming that the whole was 100, the peak area of the sample was P3, and the peak area of the standard polystyrene was P4.
  • the absolute molecular weight of the sample is obtained from the three detectors connected in the order of the detector and the viscosity detector (trade name "TDA305” manufactured by Malvern), and the sample is obtained from the results of the RI detector and the viscosity detector.
  • the intrinsic viscosity of was determined.
  • M represents an absolute molecular weight.
  • Al content of hydrogenated diene polymer The aluminum content (Al content, unit ppm) of the hydrogenated diene polymer produced in Examples and Comparative Examples described later is determined by inductively coupled plasma (ICP, Inductivity Coupled Plasma, manufactured by Shimadzu Corporation, device name: ICPS-7500). ) was measured through elemental analysis.
  • ICP inductively coupled plasma
  • the index is 80 or more and 89 or less, it is good ( ⁇ in the table), if it is 90 or more and 99 or less, there is no practical problem ( ⁇ in the table), and if it is 100 or more and 105 or less, it is slightly bad ( ⁇ in the table). If it exceeds 105, there is a practical problem (x in the table).
  • the bale Since the bale is compressed to a size that can be accommodated in a predetermined number in a transport container, if the bale is inflated without being molded into a predetermined bale size, the specified number cannot be accommodated and a problem during transportation is likely to occur.
  • By molding the veil to the desired size as compressed it is possible to store and transport it in a container of a predetermined size, which is advantageous in terms of transportation cost.
  • a hydrogenation catalyst used for preparing a hydrogenated diene polymer was prepared by the following method.
  • ⁇ Manufacturing example 1> In a nitrogen-substituted reaction vessel, 2 liters of dried and purified cyclohexane were charged, and 40 mmol of bis ( ⁇ 5-cyclopentadienyl) titanium di- (p-tolyl) and 1,2 with a molecular weight of about 1,000 were added thereto. -150 grams of polybutadiene (1,2-vinyl binding amount of about 85%) was dissolved.
  • a cyclohexane solution containing 60 mmol of n-butyllithium is added to the reaction vessel, the reaction is carried out at room temperature for 5 minutes, and immediately 40 mmol of n-butanol is added and stirred to obtain a hydrogenation catalyst (TC-1). Obtained.
  • the obtained hydrogenation catalyst (TC-1) was stored at room temperature.
  • ⁇ Manufacturing example 2 1 liter of dried and purified cyclohexane is charged in a nitrogen-substituted reaction vessel, 100 mmol of bis ( ⁇ 5-cyclopentadienyl) titanium dichloride is added, and an n-hexane solution containing 200 mmol of trimethylaluminum is added with sufficient stirring. Then, the reaction was carried out at room temperature for about 3 days to obtain a hydrogenation catalyst (TC-2).
  • the obtained hydrogenation catalyst (TC-2) was stored at room temperature.
  • the hydrogenation catalyst (TC-1) prepared above was added to 100 parts by mass of the diene polymer based on Ti to the obtained solution of the diene polymer, the hydrogen pressure was 0.8 MPa, and the average temperature was 85.
  • the hydrogenation reaction was carried out at ° C. for 1 hour to obtain a solution of the hydrogenated diene polymer.
  • 12.6 g of n-octadecyl-3- (3,5-di-t-butyl-4-hydrooxyphenyl) -propionate as an antioxidant was added to the solution, 4,6.
  • sample A After adding 3.0 g of -bis (octylthiomethyl) -o-cresol, the solvent was removed by steam steam ripping and dried by a dryer to obtain a hydrogenated diene polymer (Sample A). The results of analysis of sample A are shown in Table 1.
  • Example 2 Hydrogenated diene polymer (Sample B)> A hydrogenated diene polymer (Sample B) was obtained in the same manner as in Example 1 except that the amount of the hydrogenated catalyst (TC-1) added was changed to 75 ppm. The results of analysis of sample B are shown in Table 1.
  • Example 3 Hydrogenated diene polymer (Sample C)> A hydrogenated diene polymer (Sample C) was obtained in the same manner as in Example 1 except that the amount of the hydrogenated catalyst (TC-1) added was changed to 90 ppm. The results of analysis of sample C are shown in Table 1.
  • Example 4 Hydrogenated diene polymer (Sample D)> After putting 1,3-butadiene and cyclohexane in the reactor, 2.0 mmol of tetrahydrofuran (THF) and 4.0 mmol of 2,2-bis (2-oxolanyl) propane (BOP) were added as polar compounds. A hydrogenated diene polymer (Sample D) was obtained in the same manner as in Example 2 except that it was placed in a reactor. The results of analysis of sample D are shown in Table 1.
  • Example 5 Hydrogenated diene polymer (Sample E)> After putting 1,3-butadiene and cyclohexane in the reactor, 3.0 mmol of tetrahydrofuran (THF) and 5.0 mmol of 2,2-bis (2-oxolanyl) propane (BOP) were added as polar compounds. A hydrogenated diene polymer (Sample E) was obtained in the same manner as in Example 2 except that it was placed in a reactor. The results of analysis of sample E are shown in Table 1.
  • Example 8 Hydrogenated diene polymer (Sample H)> Example 2 except that 2,2-dimethoxy-1- (3-dimethoxysilylpropyl) -1-aza-2-silacyclopentane (compound 1) was changed to tetraethoxysilane (compound 5). A hydrogenated diene polymer (Sample H) was obtained in the same manner. The results of analysis of sample H are shown in Table 1.
  • Example 10 Hydrogenated diene polymer (Sample J)> The same as in Example 2 except that the amount of 2,2-dimethoxy-1- (3-dimethoxysilylpropyl) -1-aza-2-silacyclopentane (compound 1) added was changed to 0.8 mm ME. A hydrogenated diene polymer (Sample J) was obtained. The results of analysis of sample J are shown in Table 1.
  • Example 11 Hydrogenated diene polymer (Sample K)> A hydrogenated diene polymer (Sample K) was obtained in the same manner as in Example 2 except that the hydrogenation catalyst was changed to (TC-2) prepared above. The results of analysis of sample K are shown in Table 1.
  • Example 40 Hydrogenated diene polymer (Sample T)> Same as in Example 4 except that the amount of 2,2-bis (2-oxolanyl) propane (BOP) added was changed to 5.0 mmol and the amount of hydrogenation catalyst (TC-1) added was changed to 90 ppm. A hydrogenated diene polymer (Sample T) was obtained. The results of analysis of sample T are shown in Table 2.
  • Example 41 Hydrogenated diene polymer (Sample U)> A hydrogenated diene polymer (hydrogenated diene polymer) in the same manner as in Example 4 except that the amount of tetrahydrofuran (THF) added was changed to 3.0 mmol and the amount of 2,2-bis (2-oxolanyl) propane (BOP) added was changed to 5.0 mmol. Sample T) was obtained. The results of analysis of sample T are shown in Table 2.
  • Example 43 Hydrogenated diene polymer (sample W)>
  • the hydrogenated diene polymer hydrogenated diene polymer
  • Example W was obtained. The results of analysis of sample W are shown in Table 2.
  • Example 44 Hydrogenated diene polymer (Sample X)> A hydrogenated diene polymer (hydrogenated diene polymer) in the same manner as in Example 40, except that the amount of tetrahydrofuran (THF) added was 3.5 mmol and the amount of 2,2-bis (2-oxolanyl) propane (BOP) was changed to 6.0 mmol. Sample X) was obtained. The results of analysis of sample X are shown in Table 2.
  • Example 45 Hydrogenated diene polymer (Sample Y)> A hydrogenated diene polymer (Sample Y) was obtained in the same manner as in Example 44 except that the amount of the hydrogenated catalyst (TC-1) added was changed to 75 ppm. The results of analysis of sample Y are shown in Table 2.
  • Example N Hydrogenated diene polymer (Sample N)> A hydrogenated diene polymer (Sample N) was obtained in the same manner as in Example 1 except that the amount of the hydrogenated catalyst (TC-1) added was changed to 120 ppm. The results of analysis of sample N are shown in Table 2.
  • Example ⁇ (Comparative Example 2) Hydrogenated Diene Polymer (Sample ⁇ )> A hydrogenated diene polymer (sample ⁇ ) was obtained in the same manner as in Example 1 except that the amount of the hydrogenation catalyst (TC-1) added was changed to 40 ppm. Table 2 shows the results of analysis of sample ⁇ .
  • sample S 12.6 g of n-octadecyl-3- (3,5-di-t-butyl-4-hydrooxyphenyl) -propionate as an antioxidant in the obtained solution of hydrogenated diene polymer, 4,6 After adding 3.0 g of -bis (octylthiomethyl) -o-cresol, the solvent was removed by steam steam ripping and dried by a dryer to obtain a hydrogenated conjugated diene polymer (sample S). rice field. The results of analysis of sample S are shown in Table 2.
  • the above-mentioned materials were kneaded by the following method to obtain a rubber composition.
  • the first kneading is a rubber component (hydrogenated diene polymer, water) under the conditions of a filling rate of 60% and a rotor rotation speed of 30 to 50 rpm.
  • a diene polymer, high cis polybutadiene, natural rubber, and styrene butadiene rubber), filler (silica, carbon black), silane coupling agent, S-RAE oil, liquid rubber, zinc flower, and stearic acid were kneaded.
  • the temperature of the closed mixer was controlled, and the discharge temperature was 155 to 160 ° C. to obtain each rubber composition (blending).
  • the formulation obtained above was cooled to room temperature, an antiaging agent was added, and the mixture was kneaded again in order to improve the dispersion of the filler.
  • the discharge temperature of the compound was adjusted to 155 to 160 ° C. by controlling the temperature of the mixer.
  • sulfur and vulcanization accelerators 1 and 2 were added and kneaded in an open roll set at 70 ° C. for kneading in the third stage. Then, it was molded and vulcanized in a vulcanization press at 160 ° C. for 25 minutes.
  • the characteristics of the rubber composition before vulcanization and the rubber composition after vulcanization were evaluated. Specifically, it was evaluated by the following method. The results are shown in Tables 3 to 6.
  • Examples 14 to 39 and 46 to 51 are superior in low temperature performance and wear resistance of the rubber composition and further excellent in breaking strength as compared with Comparative Examples 7 to 16. It was confirmed.
  • the rubber composition according to the present invention has industrial applicability in the fields of tire treads, automobile interior and exterior parts, anti-vibration rubbers, belts, footwear, foams, various industrial supplies and the like.

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Abstract

粘度検出器付きGPC-光散乱測定法による分岐度(Bn)が1.5以上であり、 下記式(1)で表される構造単位、下記式(2)で表される構造単位、下記式(3)で表される構造単位、及び下記式(4)で表される構造単位の構成比(mol%)を、それぞれ順にa、b、c、及びdとしたとき、 下記数式(S)を満たし、 水添率が40~85%である、 水添ジエン重合体。 数式(S):10≦〔(a+b)/(a+b+c+d)〕×100≦70

Description

水添ジエン重合体、ベール、ゴム組成物、及びタイヤ
 本発明は、水添ジエン重合体、ベール、ゴム組成物、及びタイヤに関する。
 近年、オールシーズンタイヤの普及が急速に進んでおり、タイヤの低温性能の向上が強く求められるようになっている。
 従来から、タイヤの低温性能を向上させる方法として、低温での弾性率を低減化して低温でのトレッドゴムの路面への高い追従性を確保することを目的として、タイヤ用のゴム組成物に、ハイシスポリブタジエンゴムや天然ゴムといった、ガラス転移温度の低いゴム材料を添加する方法や、可塑剤であるオイルを添加する方法が提案されている。
 しかしながら、このような方法は、ゴム組成物の破断強度を低下させるという問題点を有している。
 かかる問題点に鑑み、ゴム組成物の破断強度を維持しながら低温性能を向上させる方法として、可塑剤として液状ゴムをゴム組成物に添加する方法が提案されている(特許文献1参照)。液状ゴムは不飽和結合を有しているため加硫時に結合し、これによりゴム組成物の破断強度が向上する。
 しかしながら、液状ゴムを添加することによって、ゴム組成物は、粘度が低下し、耐摩耗性が悪化するという問題点を有している。
 近年、タイヤトレッド、シート、フィルム、及びアスファルト改質用のゴム組成物の分野において、機械強度や圧縮永久歪みを高める目的で、エチレン構造を有し架橋可能な不飽和基が導入されたゴム状重合体を含むゴム組成物が提案されている。このようなゴム状重合体を含有することにより、ゴム組成物の破断強度が向上し、タイヤの耐摩耗性の向上も図られている(例えば、特許文献1~5参照)。
特開2008-50432号公報 国際公開第2003/085010号公報 国際公開第2019/151126号公報 国際公開第2019/151127号公報 国際公開第2019/078083号公報
 しかしながら、従来提案されているエチレン構造を有し架橋可能な不飽和基が導入されたゴム状重合体は、加工性が悪い傾向にあり、ゴム組成物中のシリカ系充填剤の分散性を低下させ、これにより、ゴム組成物の低燃費性が損なわれる傾向にある、という問題点を有している。
 そこで本発明においては、上述した従来技術の問題点に鑑み、低温性能と耐摩耗性に優れ、さらに破断強度に優れた加硫物が得られるゴム組成物に用いる水添ジエン重合体を提供することを目的とする。
 本発明者らは、上述した従来技術の課題を解決するために鋭意検討した結果、ゴム組成物に用いる水添ジエン重合体の分岐度、重合体の構造単位の構成比、及び水添率を特定の範囲に設定することにより、加硫物としたときの低温性能と耐摩耗性に優れ、かつ破断強度に優れるゴム組成物が得られることを見出し、本発明を完成させるに至った。
 すなわち本発明は以下の通りである。
〔1〕
 粘度検出器付きGPC-光散乱測定法による分岐度(Bn)が1.5以上であり、
 下記式(1)で表される構造単位、下記式(2)で表される構造単位、下記式(3)で表される構造単位、及び下記式(4)で表される構造単位の構成比(mol%)を、それぞれ順にa、b、c、及びdとしたとき、
 下記数式(S)を満たし、
 水添率が40~85%である、
 水添ジエン重合体。
 数式(S):10≦〔(a+b)/(a+b+c+d)〕×100≦70
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000002
 
〔2〕
 粘度検出器付きGPC-光散乱測定法による分岐度(Bn)が1.5以上であり、
 下記数式(S)を満たし、
 水添率が40~80%である、
 前記〔1〕に記載の水添ジエン重合体。
 数式(S):10≦〔(a+b)/(a+b+c+d)〕×100≦60
〔3〕
 下記数式(X)が、2.0以下である、前記〔1〕又は〔2〕に記載の水添ジエン重合体。
 数式(X):(a+c)/(a+b)
〔4〕
 前記数式(X)が、0.8以上2.0以下である、前記〔3〕に記載の水添ジエン重合体。
〔5〕
 水添率が51%以上である、前記〔1〕乃至〔4〕のいずれか一に記載の水添ジエン重合体。
〔6〕
 水添率が71%以下である、前記〔1〕乃至〔5〕のいずれか一に記載の水添ジエン重合体。
〔7〕
 窒素原子を含有する、前記〔1〕乃至〔6〕のいずれか一に記載の水添ジエン重合体。
〔8〕
 変性率が65質量%以上である、前記〔1〕乃至〔7〕のいずれか一に記載の水添ジエン重合体。
〔9〕
 アルミニウムの含有量が2ppm未満である、前記〔1〕乃至〔8〕のいずれか一に記載の水添ジエン重合体。
〔10〕
 前記〔1〕乃至〔9〕のいずれか一に記載の水添ジエン重合体の成形体であるベール。
〔11〕
 前記〔1〕乃至〔9〕のいずれか一に記載の水添ジエン重合体を10質量部以上50質量部以下と、ジエン系ゴム50質量部以上90質量部以下とを含む、ゴム成分100質量部と、
 シリカ系無機充填剤を20質量部以上100質量部以下と、
を、含有する、
 ゴム組成物。
〔12〕
 液状ゴムを2質量部以上25質量部以下含む、前記〔11〕に記載のゴム組成物。
〔13〕
 前記〔12〕に記載のゴム組成物の成形体であるタイヤ。
 本発明によれば、低温性能と耐摩耗性に優れ、かつ破断強度に優れた加硫物が得られるゴム組成物に用いる水添ジエン重合体を提供できる。
 以下、本発明を実施するための形態(以下、「本実施形態」という。)について詳細に説明する。
 なお、以下の本実施形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。本発明は、その要旨の範囲内で適宜に変形して実施することができる。
〔水添ジエン重合体〕
 本実施形態の水添ジエン重合体は、
 粘度検出器付きGPC-光散乱測定法による分岐度(Bn)が1.5以上であり、下記式(1)で表される構造単位、下記式(2)で表される構造単位、下記式(3)で表される構造単位、及び下記式(4)で表される構造単位の構成比(mol%)を、それぞれ順にa、b、c、及びdとしたとき、下記数式(S)を満たし、水添率が40~85%である。
 数式(S):10≦〔(a+b)/(a+b+c+d)〕×100≦70
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000003
 
 本実施形態の水添ジエン重合体は、共役ジエン単量体単位、及び必要に応じてその他の単量体単位を、構成単量体単位とする。
 本実施形態の水添ジエン重合体は、当該重合体を構成する単量体単位として、芳香族ビニル単量体単位を実質的に含まない点に特徴を有している。
 なお、「実質的に含まない」とは、重合単量体として「芳香族ビニル化合物」を用いないことを意味する。厳密に、不純物として含有されてしまう場合等を考慮し、含有量が完全にゼロになることを意味するものではないが、例えば、重合体の構造をNMR分析した場合においては、重合単量体として用いた場合に通常検出され得る値の下限値未満であるものとする。
 本実施形態の水添ジエン重合体は、共役ジエン単量体を(共)重合した後に共役ジエン単量体単位の一部を水素添加することによって、エチレン構造と共役ジエン単量体単位とを含む構造としたものであることが好ましい。
 また、本実施形態の水添ジエン重合体は、上記のように、芳香族ビニル化合物に由来する構造単位(以下「芳香族ビニル単量体単位」とも記す)を実質的に含まないものとする。これにより、本実施形態の水添ジエン重合体を用いたゴム組成物を加硫物としたときの低温性能の向上を図ることができる。
 かかる観点から、本明細書中、「実質的に含まない」とは、共役ジエン重合体の低温性能に影響を及ぼすレベルで含まれていないことを意味する。具体的には、芳香族ビニル単量体単位の含有量は、加硫物の低温性能に影響する傾向があるため、これへの影響が5%以下になる程度に、芳香族ビニル単量体単位の含有量を抑えることが好ましい。具体的な濃度としては、本実施形態の水添ジエン重合体全体の質量に対して、0.1質量%以下が好ましい。
 例えば、スチレン等は、本実施形態の水添ジエン重合体を用いたゴム組成物を加硫物としたときの低燃費性能にも影響し易いため、本実施形態の水添ジエン重合体中のスチレンの含有量は0.1質量%以下が好ましい。
 芳香族ビニル単量体単位以外のその他のモノマーに起因する単量体単位も、本実施形態の水添ジエン重合体を用いた加硫物の低温性能に影響するレベルでは含まれていないことが好ましい。
 低温性能は、低温環境下におけるゴム組成物の弾性率の低さに相関する。本実施形態の水添ジエン重合体は、芳香族ビニル単量体単位を実質的に含まないことから、SBRに比べてガラス転移温度が低く低温性能に優れる。また、水添によりジエン重合体中に形成される、前記式(1)で表される構造単位の構成比aは、低温時の弾性率低下に寄与する。かかる観点から、本実施形態の水添ジエン重合体の水添率は40~85%であり、数式(S):10≦〔(a+b)/(a+b+c+d)〕×100≦70を満たすものとする。
 好ましくは、水添率40~75%であり、数式(S):40≦〔(a+b)/(a+b+c+d)〕×100≦70を満たすものとする。
 より好ましくは、水添率40~60%であり、数式(S):50≦〔(a+b)/(a+b+c+d)〕×100≦70を満たすものとする。
 本実施形態の水添ジエン重合体が、水添率及び数式(S)を上記範囲とすることにより、水添ジエン系重合体中に、前記式(1)で表される構造単位が十分に存在することとなり、構成比aが十分な数値となり、水添ジエン系重合体を含むゴム組成物は、低温性能が優れたものとなる。
 なお、本明細書において、「単量体」とは、重合前の化合物をいい、「単量体単位」とは重合体を構成する構成単位をいう。
 また、「エチレン構造」には、共役ジエン単量体単位の二重結合部分の一部を水素添加することにより生じるものと、単量体としてエチレンを用いた場合のエチレン単量体単位の両方を含む。
 本実施形態の水添ジエン重合体は、共役ジエン単量体、及び必要に応じてその他の単量体を重合した後に水素添加することにより製造できる。
 具体的な方法としては、例えば、国際公開第96/05250号公報、特開2000-053706号公報、国際公開第2003/085010号公報、国際公開第2019/151126号公報、国際公開第2019/151127号公報、国際公開第2002/002663号公報、国際公開第2015/006179号公報に記載されているように、種々の添加剤や条件のもとに、アニオン重合で共役ジエン単量体を重合、必要に応じてその他の単量体と共重合した後に水素添加する方法により製造することが好ましい。
 共役ジエン単量体としては、以下に限定されないが、例えば、1,3-ブタジエン、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、3-メチル-1,3-ペンタジエン、1,3-ヘキサジエン、及び1,3-ヘプタジエンが挙げられる。これらの中でも、工業的入手の容易さの観点から、1,3-ブタジエンやイソプレンが好ましく、1,3-ブタジエンがより好ましい。これらは1種単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
 また、その他の単量体としては、以下に限定されないが、例えば、エチリデンノルボルネン、ジシクロペンタジエン、ビニルノルボルネン等の非共役ポリエン化合物単量体;ジシクロペンタジエン、ビニルノルボルネン、エチリデンノルボルネン等の環状非共役ポリエン化合物単量体が挙げられる。このようなその他の単量体を用いることにより、加硫物、特にタイヤに用いた時の破壊強度や低燃費性やウェットスキッド抵抗性や耐摩耗性のバランスがより向上する傾向にある。これらは1種単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
(水添率)
 本実施形態の水添ジエン重合体は、水添率が、40%以上であり、45%以上が好ましく、51%以上がより好ましく、55%以上がさらに好ましい。
 水添率が40%以上であることにより、エチレン構造が増加し、分子鎖の絡み合い点間分子量、すなわち、一の分子鎖が他の分子鎖に一か所絡み合うために必要な、前記一の分子鎖の最小の分子量が低減し、これにより分子鎖の絡み合い数が増加し、加硫物としたときの破断強度がより向上する傾向にある。
 一方、本実施形態の水添ジエン重合体の水添率は、85%以下であり、80%以下が好ましく、75%以下がより好ましく、71%以下がより好ましく、65%以下がさらに好ましい。
 水添率が85%以下であることにより、架橋のしやすさが向上し、エチレン構造由来の微小結晶が無くなることによりヒステリシスロスが低減し、加硫物としたときの低燃費性がより向上する傾向にある。
 水添率は、実施例に示すH-NMRを用いた手法によって算出できる。
 本実施形態の水添ジエン重合体の水添率は、共役ジエン単量体単位に含まれる二重結合の量を調整することによって上記数値範囲に制御できる。
(分岐度)
 本実施形態の水添ジエン重合体は、ゴムベールとしたときのコールドフローを抑制しつつ、充填剤や架橋剤との混練し易さに代表される加工性を向上させる観点から、粘度検出器付きGPC-光散乱測定法による分岐度(Bn)(以下単に「分岐度(Bn)」とも記す。)が1.5以上であり、3.0以上が好ましく、4.0以上がより好ましい。
 分岐度(Bn)は、最長の高分子主鎖に結合した高分子鎖の数を表す。
 例えば、当該分岐度(Bn)が2以上であるとは、本実施形態の水添ジエン重合体が、実質的に最長の高分子主鎖に対して側鎖の高分子鎖が2本以上であることを意味する。
 本実施形態の水添ジエン重合体の分岐度(Bn)は、粘度検出器付きGPC-光散乱法測定法により測定される収縮因子(g’)を用いて、g’=6Bn/{(Bn+1)(Bn+2)}と定義される。
 一般的に、分岐を有する重合体は、同一の絶対分子量である直鎖状の重合体と比較した場合に、分子の大きさが小さくなる傾向にある。
 収縮因子(g’)は、想定上同一の絶対分子量である直鎖状重合体に対する、分子の占める大きさの比率の指標である。すなわち、重合体の分岐度が大きくなれば、収縮因子(g’)は小さくなる傾向にある。
 この収縮因子に対して本実施形態の水添ジエン重合体においては、分子の大きさの指標として固有粘度を用い、直鎖状の重合体は、固有粘度[η]=-3.883M0.771の関係式に従うものとする。前記式中、Mは絶対分子量である。
 しかしながら、収縮因子は分子の大きさの減少率を表現しているもので、重合体の分岐構造を正確に表現しているものではない。
 そこで、水添ジエン重合体の各絶対分子量のときの収縮因子(g’)の値を用いて水添ジエン重合体の分岐度(Bn)を算出する。算出された「分岐度(Bn)」は、最長の主鎖構造に対して、直接的又は間接的に互いに結合している重合体の数を正確に表現するものである。
 算出された分岐度(Bn)は、水添ジエン重合体の分岐構造を表現する指標となる。
 例えば、一般的な4分岐星形高分子(中央部に、4本の重合体鎖が接続)の場合、最長の高分岐主鎖構造に対して高分子鎖の腕が2本結合しており、分岐度(Bn)は2と評価される。
 一般的な8分岐星形高分子の場合、最長の高分岐主鎖構造に対して高分子鎖の腕が6本結合しており、分岐度(Bn)は6と評価される。
 ここで、「分岐」とは、1つの重合体に対して、他の重合体とが直接的又は間接的に結合することにより形成されるものである。また、「分岐度(Bn)」は、最長の主鎖構造に対して、直接的又は間接的に互いに結合している重合体の数である。
 本実施形態の水添ジエン重合体は、分岐度(Bn)が1.5以上であることにより、ゴムベールとしたときのコールドフローを抑制でき、加硫物とする際の加工性(作業性)に極めて優れ、加硫物としたときに破断強度及び破断伸びに優れたものとなる。
 本実施形態の水添ジエン重合体は、同様の観点から、分岐度(Bn)が、3.0以上であることが好ましく、4.0以上であることがより好ましい。
 また、分岐度(Bn)の上限値は特に限定されず、検出限界値以上であってもよいが、好ましくは84以下であり、より好ましくは80以下であり、さらに好ましくは64以下であり、さらにより好ましくは57以下である。
 本実施形態の水添ジエン重合体は、分岐度(Bn)が84以下であることで加硫物とした際に、破断強度や破断伸びに優れる傾向にある。
(数式(S))
 本実施形態の水添ジエン重合体は、下記式(1)で表される構造単位、下記式(2)で表される構造単位、下記式(3)で表される構造単位、及び下記式(4)で表される構造単位の構成比(mol%)を、それぞれ順にa、b、c、及びdとしたとき、下記数式(S)を満たす。
 数式(S):10≦〔(a+b)/(a+b+c+d)〕×100≦70
 前記a、b、c、dの比率は、水素添加前の重合体を重合する際の、極性化合物の種類や添加量、重合温度、反応させる水素量を調整することによって制御することができる。
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 上記数式(S)は、水添ジエン重合体中の1,2-ビニル結合及び水添された1,2-ビニル結合のモル比率(mоl%)を表す。
 本実施形態の水添ジエン重合体は、ウェットスキッド抵抗性が向上する観点から上記数式(S)は、10mоl%以上であり、15mоl%以上がより好ましく、さらに好ましくは20mоl%以上である。
 また、耐摩耗性が向上する観点から、上記数式(S)は70mоl%以下であり、60mоl%以下が好ましく、40mоl%以下がより好ましく、30mоl%以下がさらに好ましい。
 数式(S)を前記範囲に制御する方法としては、重合温度の調整や、極性化合物を添加する方法が挙げられる。例えば有機リチウム化合物1モル辺り0.1モル等量の極性化合物を添加すると、1,2-結合を約2%程度向上させることができる。
 なお、前記a、b、c、dから算出される(a+c)/(a+b+c+d)は、前述の水添率を表す。
 前記式(2)で表される構造単位と前記式(4)で表される構造単位からなる共役ジエン系重合体に水素添加すると、前記式(2)で表される構造単位が優先されて反応し、前記式(1)で表される構造単位になる。本実施形態で示す水素添加反応の場合、前記式(2)で表される構造単位の全量を100mоl%としたとき、80~90mоl%が水素添加されて前記式(1)で表される構造単位になった後、前記式(4)で示される構造単位の反応が開始する傾向にある。
 本実施形態の水添ジエン重合体に含まれるブタジエン結合単位に起因する上記数式(S)を測定する方法は、特に限定されないが、例えば後述の実施例に記載の方法により測定することができる。
(数式(X))
 本実施形態の水添ジエン重合体において、前記式(1)~(4)で表される構造単位の構成比(mоl%)を、それぞれ順にa、b、c、dとしたとき、これらのa、b、c、dを用いた下記の数式(X)を、以下のように定義する。
 数式(X)=(a+c)/(a+b)
 数式(X)は、水添ジエン重合体中のリニアリティー、すなわち線形性の低い繰り返し単位と、水添された繰り返し単位の比率を示している。
 1,2-ビニル結合及び水添された1,2-ビニル結合であるb及びaの比率が低いと、分子の線形性は高まり、分母が小さくなって数式(X)が大きくなる。aは分子、分母とも影響するので、cの大きさが分子の大きさに寄与し易く、式(3)の構造単位の構成比であるcが大きいほどエチレン構造連鎖由来の結晶性を発現する傾向が高くなる。結晶構造はジエン重合体の弾性率を急激に上昇させるため、ゴムが硬くなる。
 本発明者は、数式(X)が、水添ジエン重合体の構造を反映して上記のような性質を表すと考え、具体的な数値と水添ジエン重合体の性質の関係について具体的な水添ジエン重合体を使って調べた結果、次のような傾向を見出した。
 すなわち、数式(X)は2.0以下が好ましく、より好ましくは1.8以下、さらに好ましくは1.6以下である。数式(X)が2.0以下であることにより、水添ジエン重合体がエチレン構造連鎖由来の結晶を発現することを抑制することができ、弾性率の急激な上昇を避けることができる。その結果、本実施形態の水添ジエン重合体は硬くなりすぎず、水添ジエン重合体からなるベールの成形性が優れたものとなる。
 ベールの成形性は後述の実施例に記載の方法により測定することができる。
 本実施形態の水添ジエン重合体の数式(X)は、0.8以上が好ましく、より好ましくは1.0以上であり、さらに好ましくは1.2以上である。数式(X)が0.8以上の場合、水添ジエン重合体の構造は、一例ではあるが、a=32,b=8,c=0,d=60を満たす。本実施形態の水添ジエン重合体は、b、dが共存する状態では優先的にbが水添される。従って、数式(X)が0.8以上とすることで、水添ジエン重合体中の反応性基不飽和基であるbの割合を8%以下にすることができ、水添ジエン重合体の熱安定性を向上することができる。その結果、本実施形態の水添ジエン重合体を用いたゴム組成物の混練り中に、ゲル化が起こりにくくなる。
 前記数式(X)は、水素添加前の重合体を重合する際の、極性化合物の種類や添加量、重合温度、反応させる水素量を調整することによって、上述した数値範囲に制御することができる。
(変性率)
 本実施形態の水添ジエン重合体は、加硫物にしたときの低燃費性を向上させる観点から、窒素原子を含有することが好ましい。
 窒素原子は、変性剤により導入することができる。これによりタイヤの補強材であるシリカ系無機充填剤の分散性がより向上する傾向にある。
 本実施形態の水添ジエン重合体は、タイヤの補強材であるシリカ系無機充填剤の分散性の観点で、変性率が65質量%以上であることが好ましく、70質量%以上がより好ましく、75質量%以上がさらに好ましい。
 本実施形態の水添ジエン重合体は、変性率の上限は特に限定されないが、混練りした後の配合物粘度が下がり加工性が良好になる観点から、98質量%以下が好ましく、95質量%以下がより好ましく、90質量%以下がさらに好ましい。
 本明細書中、「変性率」は、水添ジエン重合体の総量に対する窒素原子含有官能基を有する重合体の質量比率を表す。
 本実施形態の水添ジエン重合体への窒素原子の導入位置は、水添ジエン重合体の重合開始末端、分子鎖中(グラフト含む)、及び重合末端のいずれであってもよい。
 本実施形態の水添ジエン系重合体を、共役ジエン単量体を重合した後に水素添加して製造する場合は、重合生産性、高い変性率、及び加硫物にしたときの低燃費性の観点から、窒素原子は、窒素原子を含有するカップリング剤を用いて導入することが好ましい。
 窒素原子を含有するカップリング剤としては、重合生産性や高い変性率の観点から、イソシアナート化合物、イソチオシアナート化合物、イソシアヌル酸誘導体、窒素基含有カルボニル化合物、窒素基含有ビニル化合物、窒素基含有エポキシ化合物、窒素基含有アルコキシシラン化合物等が好ましい。
 また、加硫物にする際の加工性が向上する観点から、カップリング剤の分岐数は多い方が好ましい。分岐数は特に限定されないが、コールドフローを抑制する観点から3分岐以上が好ましく、4分岐以上がより好ましい。分岐数の上限は特に限定されないが、生産性の観点から30分岐以下が好ましい。
 これらの窒素原子を含有するカップリング剤としては、水添ジエン重合体の重合生産性や、高い変性率やタイヤにした時の引張強度の観点から、窒素基含有アルコキシシラン化合物がより好ましい。
 窒素基含有アルコキシシラン化合物としては、以下に制限されないが、例えば、2,2-ジメトキシ-1-(3-トリメトキシシリルプロピル)-1-アザ-2-シラシクロペンタン、2,2-ジエトキシ-1-(3-トリエトキシシリルプロピル)-1-アザ-2-シラシクロペンタン、2,2-ジメトキシ-1-(4-トリメトキシシリルブチル)-1-アザ-2-シラシクロヘキサン、2,2-ジメトキシ-1-(5-トリメトキシシリルペンチル)-1-アザ-2-シラシクロヘプタン、2,2-ジメトキシ-1-(3-ジメトキシメチルシリルプロピル)-1-アザ-2-シラシクロペンタン、2,2-ジエトキシ-1-(3-ジエトキシエチルシリルプロピル)-1-アザ-2-シラシクロペンタン、2-メトキシ-2-メチル-1-(3-トリメトキシシリルプロピル)-1-アザ-2-シラシクロペンタン、2-エトキシ-2-エチル-1-(3-トリエトキシシリルプロピル)-1-アザ-2-シラシクロペンタン、2-メトキシ-2-メチル-1-(3-ジメトキシメチルシリルプロピル)-1-アザ-2-シラシクロペンタン、2-エトキシ-2-エチル-1-(3-ジエトキシエチルシリルプロピル)-1-アザ-2-シラシクロペンタン、トリス(3-トリメトキシシリルプロピル)アミン、トリス(3-メチルジメトキシシリルプロピル)アミン、トリス(3-トリエトキシシリルプロピル)アミン、トリス(3-メチルジエトキシシリルプロピル)アミン、トリス(トリメトキシシリルメチル)アミン、トリス(2-トリメトキシシリルエチル)アミン、トリス(4-トリメトキシシリルブチル)アミン、テトラキス[3-(2,2-ジメトキシ-1-アザ-2-シラシクロペンタン)プロピル]-1,3-プロパンジアミン、テトラキス(3-トリメトキシシリルプロピル)-1,3-プロパンジアミン、テトラキス(3-トリメトキシシリルプロピル)-1,3-ビスアミノメチルシクロヘキサン、及びN1-(3-(ビス(3-(トリメトキシシリル)プロピル)アミノ)プロピル)-N1-メチル-N3-(3-(メチル(3-(トリメトキシシリル)プロピル)アミノ)プロピル)-N3-(3-(トリメトキシシリル)プロピル)-1,3-プロパンジアミンが挙げられる。
 本実施形態の水添ジエン重合体が、エチレンと共役ジエン単量体の共重合体である場合は、加硫物にした時の低燃費性や耐摩耗性や柔軟性の観点から、スズ原子や窒素原子や珪素原子を含有することが好ましい。
 また、水添ジエン重合体の製造性の観点から、重合反応が100%に達した際に、スズ原子や窒素原子や珪素原子を含有するカップリング剤を用いて導入する方法を適用することが好ましい。
 スズ原子や窒素原子や珪素原子を含有するカップリング剤としては、以下に限定されるものではないが、例えば、ビス(マレイン酸-1-オクタデシル)ジオクチル スズ等のスズ含有化合物、4,4-ジフェニルメタンジイソシアネート等のイソシアネート化合物、グリシジルプロピルトリメトキシシラン等のアルコキシシラン化合物等が挙げられる。
(重量平均分子量)
 本実施形態の水添ジエン重合体の重量平均分子量は、水添ジエン重合体を含有するゴム組成物の成形体の形状安定性や、ゴム組成物を用いた架橋体の引張強度や耐摩耗性の観点から、15万以上が好ましく、20万以上がより好ましい。
 一方、本実施形態の水添ジエン重合体を架橋用ゴム組成物にした時の加工性の観点から、100万以下が好ましく、50万以下がより好ましく、40万以下がさらに好ましい。
 本実施形態の水添ジエン重合体の分子量分布(=重量平均分子量/数平均分子量)は、本実施形態の水添ジエン重合体を加硫物に使用した時の低燃費性の観点から、2.0以下が好ましく、1.8以下がより好ましく、1.6以下がさらに好ましい。
 一方、本実施形態の水添ジエン重合体を架橋用ゴム組成物にした時の加工性の観点から、水添ジエン重合体の分子量分布は、1.05以上が好ましく、1.2以上がより好ましく、1.4以上がさらに好ましい。
 重量平均分子量や分子量分布は、GPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)によって測定されたポリスチレン換算の分子量から計算できる。
(添加剤)
 本実施形態の水添ジエン重合体は、重合工程の終盤に、必要に応じて、失活剤、中和剤等の添加剤を添加したものであってもよい。
 失活剤としては、以下に限定されないが、例えば、水;メタノール、エタノール、イソプロパノール等のアルコール等が挙げられる。
 なお、重合工程の終盤とは、添加したモノマーが95%以上重合に消費された状態を言う。
 中和剤としては、以下に限定されないが、例えば、ステアリン酸、オレイン酸、バーサチック酸(炭素数9~11個で、10個を中心とする、分岐の多いカルボン酸混合物)等のカルボン酸;無機酸の水溶液、炭酸ガスが挙げられる。
 また、水添ジエン重合体の重合工程の終盤に、ゲル生成を防止や加工安定性の観点で、ゴム用安定剤を添加することが好ましい。
 ゴム用安定剤としては、以下に限定されないが、例えば、2,6-ジ-tert-ブチル-4-ヒドロキシトルエン(以下「BHT」とも記す。)、n-オクタデシル-3-(4’-ヒドロキシ-3’,5’-ジ-tert-ブチルフェノール)プロピネート、2-メチル-4,6-ビス[(オクチルチオ)メチル]フェノール等の酸化防止剤が好ましいものとして挙げられる。
 さらに、水添ジエン重合体の重合工程の終盤等に、重合体の生産性や、タイヤ製造時に無機充填剤等を配合したときの加工性を改善するために、必要に応じて、ゴム用軟化剤を添加してもよい。
 ゴム用軟化剤としては、特に限定されないが、例えば、伸展油、液状ゴム、樹脂等が挙げられる。加工性や生産性や経済性の観点から、伸展油が好ましい。
 ゴム用軟化剤を、本実施形態の水添ジエン重合体に添加する方法としては、以下に限定されないが、ゴム用軟化剤を重合体溶液に加え、混合して、ゴム用軟化剤含有の重合体溶液としたものを脱溶媒する方法が好ましい。
 好ましい伸展油としては、例えば、アロマ油、ナフテン油、パラフィン油等が挙げられる。これらの中でも、環境安全上の観点、並びにオイルブリード防止及びウェットスキッド抵抗性の観点から、IP346法による多環芳香族(PCA)成分が3質量%以下であるアロマ代替油が好ましい。
 アロマ代替油としては、例えば、Kautschuk Gummi Kunststoffe 52(12)799(1999)に示されるTDAE(Treated Distillate Aromatic Extracts)、MES(Mild Extraction Solvate)等の他、RAE(Residual Aromatic Extracts)が挙げられる。
 本実施形態の水添ジエン重合体を用いたゴム組成物中の伸展油の含有量は、タイヤにした時の経年劣化を抑制する観点から、30質量%以下が好ましく、20質量%以下がより好ましく、10質量%以下がさらに好ましく、5質量%以下がさらにより好ましい。
 好ましい樹脂としては、以下に限定されないが、例えば、芳香族系石油樹脂、クマロン・インデン樹脂、テルペン系樹脂、ロジン誘導体(桐油樹脂を含む)、トール油、トール油の誘導体、ロジンエステル樹脂、天然及び合成のテルペン樹脂、脂肪族炭化水素樹脂、芳香族炭化水素樹脂、混合脂肪族/芳香族炭化水素樹脂、クマリン-インデン樹脂、フェノール樹脂、p-tert-ブチルフェノール-アセチレン樹脂、フェノール-ホルムアルデヒド樹脂、キシレン-ホルムアルデヒド樹脂、モノオレフィンのオリゴマー、ジオレフィンのオリゴマー、水素化芳香族炭化水素樹脂、環式脂肪族炭化水素樹脂、水素化炭化水素樹脂、炭化水素樹脂、水素化桐油樹脂、水素化油樹脂、水素化油樹脂と単官能又は多官能アルコールとのエステル等が挙げられる。
 これら樹脂は、1種類で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。水素化する場合、不飽和基を全て水添してもよいし、一部残してもよい。
 樹脂を添加した際の効果としては、水添ジエン重合体と充填剤等とを配合したゴム組成物としたときの加工性を改善することに加え、加硫物としたときにおける破壊強度を改良することが挙げられる。
 ゴム用軟化剤としての、伸展油、液状ゴム又は樹脂等の添加量は、水添ジエン重合体100質量部に対して5質量部以上が好ましく、10質量部以上がより好ましく、20質量部以上がさらに好ましい。添加量をこの範囲とすることで、耐摩耗性及び耐亀裂性に優れたゴム組成物が得られる傾向にある。また低燃費性を向上させる観点から35質量部以下が好ましく、30質量部以下がより好ましく、25質量部以下がさらに好ましい。
 本実施形態の水添ジエン重合体を、重合体溶液から溶媒を除去して取得する方法としては、公知の方法を用いることができる。その方法として、例えばスチームストリッピング等で溶媒を分離した後、水添ジエン重合体を濾別し、さらにそれを脱水及び乾燥して水添ジエン重合体を取得する方法、フラッシングタンクで濃縮し、さらにベント押し出し機等で脱揮する方法、ドラムドライヤー等で直接脱揮する方法が挙げられる。
(アルミニウムの含有量)
 本実施形態の水添ジエン重合体は、アルミニウムの含有量が2ppm未満であることが好ましい。当該範囲であると、本実施形態の水添ジエン重合体の粘度が経時で上昇することを抑制できる傾向にある。
 アルミニウムの濃度を低く抑えることによって、本実施形態の水添ジエン重合体が経時で粘度が上昇することを抑制できる理由を以下に述べる。すなわち、水添ジエン重合体中にアルミニウム含有量が2ppm以上であると、アルミニウムを含有する化合物が微粒子状に分散したものと、水添ジエン重合体のヘテロ原子やカップリング剤の残基とが相互作用し、粘度が上昇するためであると考えられる。よって、アルミニウムの含有量が2ppm未満であることにより、かかる粘度の上昇が抑制できる。
 特に、水添ジエン重合体が窒素原子を含有したり、さらに、その窒素原子が一級アミンになり易かったり、さらに、アルコキシシランを有するカップリング剤を含有する場合は、アルミニウム含有量が2ppm未満であることにより、経時で粘度が上昇することを抑制する効果が顕著である。
 水添ジエン重合体のアルミニウム含有量は、後述する実施例に記載する方法により測定することができ、重合触媒や水素添加触媒の種類や添加量、脱灰、あるいは後述する溶剤の除去工程の条件を調整することにより、上記数値範囲に制御することができる。
〔水添ジエン系重合体の製造方法〕
 本実施形態の水添ジエン重合体は、重合工程、変性工程、水素添加工程を経て製造することができる。
(重合工程)
 重合工程における重合方法は、特に限定されず、溶液重合法、気相重合法、バルク重合法のいずれも用いることができるが、商業生産上の観点で、特に溶液重合法が好ましい。
 また、重合形式は、本実施形態では副反応が抑えられて分子構造を制御しやすい観点から、バッチ式が好ましい。
 溶液重合法を用いた場合には、溶液中のモノマー濃度は、5質量%以上が好ましく、10質量%以上がより好ましい。溶液中のモノマー濃度が5質量%以上であることにより、得られる重合体の量が十分なものとなり、コストの観点から好ましい。また、溶液中のモノマー濃度は50質量%以下が好ましく、30質量%以下がより好ましい。溶液中のモノマー濃度が50質量%以下であると、溶液粘度が高くなりすぎることを防止でき、撹拌が容易に行われ、重合工程が実施しやすくなる傾向にある。
<重合開始剤>
 重合工程でアニオン重合を行う場合、重合開始剤としては特に制限はないが、有機リチウム化合物が好ましく用いられる。
 有機リチウム化合物としては、炭素数2~20のアルキル基を有するものが好ましく、以下に限定されるものではないが、例えば、エチルリチウム、n-プロピルリチウム、イソプロピルリチウム、n-ブチルリチウム、sec-ブチルリチウム、tert-ブチルリチウム、tert-オクチルリチウム、n-デシルリチウム、フェニルリチウム、2-ナフチルリチウム、2-ブチルーフェニルリチウム、4-フェニル-ブチルリチウム、シクロヘキシルリチウム、シクロペンチルリチウム、ジイソプロペニルベンゼンとブチルリチウムとの反応生成物等が挙げられる。これらの中で、入手容易性、安全性等の観点からn-ブチルリチウム、sec-ブチルリチウムが好ましい。
 重合工程で配位重合を行う場合、重合開始剤としては、例えば、特開2020-45500号公報に記載されている重合触媒組成物を使用することが好ましい。
<重合の方法>
 重合開始剤を用いて所定の単量体をアニオン重合、または、配位重合し、ジエン重合体を製造する方法としては、特に制限はなく、従来公知の方法を用いることができる。
 具体的には、反応に不活性な有機溶剤、例えば脂肪族、脂環族、芳香族炭化水素化合物等の炭化水素系溶剤中において、例えばブチルリチウムを重合開始剤とし、必要に応じて極性化合物の存在下で、1,3-ブタジエン、エチレン等を重合させることにより目的のジエン重合体を得ることができる。
<炭化水素系溶剤>
 炭化水素系溶剤としては、炭素数3~8の炭化水素が好ましく、以下に限定されないが、例えば、プロパン、n-ブタン、イソブタン、n-ペンタン、イソペンタン、n-ヘキサン、シクロヘキサン、プロペン、1-ブテン、イソブテン、トランス-2-ブテン、シス-2-ブテン、1-ペンテン、2-ペンテン、1-ヘキセン、2-ヘキセン、ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン等が挙げられる。
 これらは1種単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。
<アニオン重合における極性化合物>
 重合工程においては、極性化合物を添加してもよい。
 極性化合物とは、重合体中の共役ジエン部分のミクロ構造を制御するために用いる化合物である。例えばブタジエンにおける1,2-結合、イソプレンにおける3,4-結合を増加させる化合物のことである。
 この極性化合物としては、特に制限はなく、従来極性化合物として一般に使用されている公知の化合物の中から任意のものを用いることができる。以下に限定されないが、例えば、ジメトキシベンゼン、テトラヒドロフラン、ジメトキシエタン、ジエチレングリコールジブチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、2,2ージ(2ーテトラヒドロフリル)プロパン、トリエチルアミン、ピリジン、N-メチルモルホリン、N,N,N’,N’-テトラメチルエチレンジアミン、1,2-ジピペリジノエタン等のエーテル類及び第三級アミン類等が挙げられる。また、カリウム-t-アミレート、カリウム-t-ブトキシド等のカリウム塩類、ナトリウム-t-アミレート等のナトリウム塩類も用いることができる。
 これらの極性化合物は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
 また、極性化合物の使用量は、重合開始剤である有機リチウム化合物1モル当たり、0.01モル当量以上が好ましく、0.05モル当量以上がより好ましい。極性化合物は、ビニル化剤とも呼ばれ、極性化合物の使用量を0.01モル当量以上とすることにより、添加効果が得られ、1,2-結合を増加しやすくなる傾向にある。例えば、有機リチウム化合物1モル辺り0.1モル当量添加すると、1,2-結合を約2%程度向上させることができる。また、ビニル化剤としての極性化合物の使用量は、有機リチウム化合物1モル当たり1000モル当量以下が好ましく、500モル当量以下がより好ましい。極性化合物の使用量が1000モル当量以下であることにより、モノマーの反応速度が大きく変化することを防止でき、重合反応を制御できる傾向にある。
<反応温度>
 重合の際の反応温度は、好適に反応が進行する限り特に限定されるものではないが、-10℃~100℃が好ましく、25℃~70℃がより好ましい。
(変性工程)
 上述した重合工程により得られたジエン重合体の活性末端と、シリカと相互作用する官能基を有する化合物とを反応させる工程により、ジエン重合体の重合終了末端に、シリカと相互作用する官能基を導入することができる。これにより、重合終了末端が変性されたジエン重合体が得られる。
 変性反応(以下、末端変性反応ともいう。)に用いるジエン重合体は、活性末端を有している限り、重合開始末端が未変性のものでもよいし、変性されたものでもよい。
 また、変性工程に用いる化合物としては、シリカと相互作用する官能基を有し、かつ重合体の活性末端と反応し得る化合物であれば特に限定されないが、例えば、スズ原子又は窒素原子を含有する末端変性剤を用いることが好ましく、窒素原子を含有する末端変性剤を用いることがより好ましい。
 変性工程は、分子量の増加を伴うカップリング工程も含まれる。
 具体的には複数個の反応点を有するカップリング剤と、重合体の活性末端を反応させることにより枝分かれ構造を有するランダムジエン重合体を得ることができる。
 窒素を有するカップリング剤は変性剤と称されるように、変性剤としてカップリング機能を有する化合物を選択することにより、変性工程によってカップリング効果が得られる。
 分子量の増加を伴う変性反応では、変性率(カップリング率)が、変性後の重合体の分子量分布に影響を及ぼす。したがって、分子量分布を1.75以下に制御する観点から、変性率は65質量%以上が好ましく、70質量%以上がより好ましく、75質量%以上がさらに好ましい。
 複数の官能基を有する変性剤を用いて変性工程を実施すると、カップリング反応によって多分岐の重合体が生成するが、官能基の数によらず、変性率が高ければ分子量分布はシャープさを保ったままシフトする傾向にある。
 変性剤の構造は分子量分布に与える影響が少ないことから、製造する変性ジエン重合体に期待する機能などに応じて、変性剤を選択することが可能である。
 なお、変性率は、後述の実施例に記載の方法により測定できる。
 窒素原子を含有する末端変性剤としては、重合生産性や高い変性率の観点から、イソシアナート化合物、イソチオシアナート化合物、イソシアヌル酸誘導体、窒素基含有カルボニル化合物、窒素基含有ビニル化合物、窒素基含有エポキシ化合物、窒素基含有アルコキシシラン化合物等が好ましいものとして挙げられる。
 これらの窒素原子を含有する末端変性剤としては、重合生産性、高い変性率、及びタイヤにした時の引張強度の観点で、窒素基含有アルコキシシラン化合物がより好ましい。
 窒素原子含有基アルコキシシラン化合物としては、以下に限定されるないが、例えば、2,2-ジメトキシ-1-(3-トリメトキシシリルプロピル)-1-アザ-2-シラシクロペンタン、2,2-ジエトキシ-1-(3-トリエトキシシリルプロピル)-1-アザ-2-シラシクロペンタン、2,2-ジメトキシ-1-(4-トリメトキシシリルブチル)-1-アザ-2-シラシクロヘキサン、2,2-ジメトキシ-1-(5-トリメトキシシリルペンチル)-1-アザ-2-シラシクロヘプタン、2,2-ジメトキシ-1-(3-ジメトキシメチルシリルプロピル)-1-アザ-2-シラシクロペンタン、2,2-ジエトキシ-1-(3-ジエトキシエチルシリルプロピル)-1-アザ-2-シラシクロペンタン、2-メトキシ-2-メチル-1-(3-トリメトキシシリルプロピル)-1-アザ-2-シラシクロペンタン、2-エトキシ-2-エチル-1-(3-トリエトキシシリルプロピル)-1-アザ-2-シラシクロペンタン、2-メトキシ-2-メチル-1-(3-ジメトキシメチルシリルプロピル)-1-アザ-2-シラシクロペンタン、及び2-エトキシ-2-エチル-1-(3-ジエトキシエチルシリルプロピル)-1-アザ-2-シラシクロペンタン、トリス(3-トリメトキシシリルプロピル)アミン、トリス(3-メチルジメトキシシリルプロピル)アミン、トリス(3-トリエトキシシリルプロピル)アミン、トリス(3-メチルジエトキシシリルプロピル)アミン、トリス(トリメトキシシリルメチル)アミン、トリス(2-トリメトキシシリルエチル)アミン、及びトリス(4-トリメトキシシリルブチル)アミン、テトラキス[3-(2,2-ジメトキシ-1-アザ-2-シラシクロペンタン)プロピル]-1,3-プロパンジアミン、テトラキス(3-トリメトキシシリルプロピル)-1,3-プロパンジアミン、テトラキス(3-トリメトキシシリルプロピル)-1,3-ビスアミノメチルシクロヘキサン、及びN1-(3-(ビス(3-(トリメトキシシリル)プロピル)アミノ)プロピル)-N1-メチル-N3-(3-(メチル(3-(トリメトキシシリル)プロピル)アミノ)プロピル)-N3-(3-(トリメトキシシリル)プロピル)-1,3-プロパンジアミンが挙げられる。
 重合体への末端変性反応は、例えば、溶液反応として行うことができる。この溶液反応は、重合工程における重合反応の終了後の未反応モノマーを含む溶液を用いて行ってもよく、当該溶液に含まれる重合体を単離し、シクロヘキサン等の適当な溶媒に溶解した上で行ってもよい。また、重合形式が連続式である場合には、末端変性反応も連続式が好ましい。
 末端変性剤の添加方法は特に制限されず、一括して添加する方法、分割して添加する方法、連続的に添加する方法等が挙げられる。
 末端変性反応に使用する化合物の量は、反応に使用する化合物の種類に応じて適宜設定すればよいが、重合開始剤に含まれる重合反応に関与する金属原子1モルに対し、好ましくは0.1モル当量以上、より好ましくは0.3モル当量以上である。0.1モル当量以上とすることにより、変性反応を充分に進行させることができ、変性後の重合体とシリカを含むゴム組成物においてシリカの分散性を好適に改良することができる。
 末端変性反応の温度は、通常、前記重合反応の温度と同じであり、-20~150℃であることが好ましく、0~120℃であることがより好ましく、20~100℃であることがさらに好ましい。変性反応の温度が低いと、変性重合体の粘度が上昇する傾向にある。
 一方、変性反応の温度が高いと、重合活性末端が失活しやすくなる。変性反応の反応時間は、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。
(反応停止工程)
 重合工程においてアニオン重合を行う場合は、公知の反応停止剤の添加により、重合反応を停止させることができる。反応停止剤としては、以下に限定されないが、例えば、メタノール、エタノール、イソプロパノール等のアルコール;酢酸等の活性プロトンを有する極性溶媒;及びこれらの混合液、又は前記極性溶媒とヘキサン、シクロヘキサン等の無極性溶媒との混合液が挙げられる。
 反応停止剤の添加量は、通常、アニオン重合開始剤に対し、同モル量もしくは2倍モル量程度が好ましい。
(水素添加工程)
 本実施形態の水添ジエン重合体の製造方法において、水素添加の方法、反応条件については特に限定はなく、公知の方法、公知の条件で水素添加すればよい。
 通常は、20~150℃、0.1~10MPaの水素加圧下、水添触媒の存在下で実施される。
 なお、水素添加率は、水添触媒の量、水添反応時の水素圧力、反応時間等を調整することにより、制御できる。
 水添触媒としては、通常は、元素周期表4~11族金属のいずれかを含む化合物を用いることができる。このような化合物としては、以下に限定されないが、例えば、Ti、V、Co、Ni、Zr、Ru、Rh、Pd、Hf、Re、Pt原子を含む化合物を水添触媒として用いることができる。より具体的は、Ti、Zr、Hf、Co、Ni、Pd、Pt、Ru、Rh、Re等のメタロセン化合物;Pd、Ni、Pt、Rh、Ru等の金属をカーボン、シリカ、アルミナ、ケイソウ土等の担体に担持させた担持型不均一系触媒;Ni、Co等の金属元素の有機塩又はアセチルアセトン塩と有機アルミニウム等の還元剤とを組み合わせた均一系チーグラー型触媒;Ru、Rh等の有機金属化合物又は錯体;水素を吸蔵させたフラーレンやカーボンナノチューブ等が挙げられる。
 これらのうち、Ti、Zr、Hf、Co、Niのいずれかを含むメタロセン化合物は、不活性有機溶媒中、均一系で水添反応できる観点から好ましい。さらに、Ti、Zr、Hfのいずれかを含むメタロセン化合物が好ましい。
 水添触媒は、1種単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
 本実施形態の水添ジエン重合体の好ましい製造方法は、溶液重合し、得られた重合体溶液をそのまま用いて必要に応じて変性工程を実施し、次いで必要に応じて水添工程に供することである。
 本実施形態の水添ジエン重合体は、上記で得られた重合体溶液から、脱溶剤し、重合体を単離することにより得られる。重合体を単離する方法として、例えば、スチームストリッピング等の公知の脱溶媒方法、及び脱水押出機、乾燥押出機、コンベアを使用した熱処理等の乾燥操作によって単離する方法等が挙げられる。
〔ベール〕
 本実施形態のベールは、上述した本実施形態の水添ジエン重合体を成形したものである。
 ベールとはブロック状の成形体であり、1000cm以上の成形体であることが好ましい。また17.5kg~35kgの直方体型のベールであることがさらに好ましい。
 成形体の成形圧縮圧力は、好ましくは3~30MPa、より好ましくは10~20MPaである。成形時の圧縮圧力が30MPa以下であると、装置をコンパクトに設計することができ、設置効率がよく、成形時の圧縮圧力が3MPa以上であると、成形性が良好である。
 成形時の水添ジエン重合体の温度は30~120℃が好ましく、より好ましくは残溶剤低減と熱劣化抑制の観点から50~100℃である。
 成形時の水添ジエン重合体の温度が30℃以上であると、成形性が良好であり、一方で、温度が120℃以下であると、ゴム組成物の熱劣化によるゲル生成が抑えられるため好ましい。
 成形時の温度及び圧力は高い程、ベールの比表面積は小さくなる。
 成形時の保圧時間は、好ましくは3~30秒で、より好ましくは5~20秒である。圧縮時の保圧時間が30秒以下では生産効率がよく、5秒以上では成形性が良好である。
 成形体同士の密着を避けるために樹脂フィルム(包装シート)で包装することが好ましい。
 フィルムの樹脂の種類は、例えば、ポリエチレン、エチレン共重合体樹脂、ポリスチレン、ハイインパクトポリスチレン、PETを用いることができる。
 成形体の運搬時の取扱い性や、包装シートとベールの間隙に結露が発生し難い観点から、包装シートの密着性が良いことが好ましい。
〔ゴム組成物〕
 本実施形態のゴム組成物は、上述した本実施形態の水添ジエン重合体と、その他のジエン系ゴムを含むゴム成分100質量部と、シリカ系無機充填剤を20質量部以上100質量部以下と、を含有する。
 ゴム成分100質量部中の本実施形態の水添ジエン重合体は10質量部以上が好ましく、20質量部以上がより好ましく、30質量部以上がさらに好ましい。
 ゴム成分中の水添ジエン重合体の量を、前記範囲とすることで、加硫物としたときの破壊強度に優れる傾向にある。また加硫物にする際の加工性に優れる観点から、50質量部以下が好ましく、45質量部以下がより好ましく、40質量部以下がさらに好ましい。
 本実施形態のゴム組成物は、本実施形態の水添ジエン重合体以外のジエン系ゴムを含むことが好ましい。このようなジエン系重合体としては、以下に限定されないが、例えば、共役ジエン系重合体又はその水素添加物、共役ジエン系化合物とビニル芳香族化合物とのランダム共重合体又はその水素添加物、共役ジエン系化合物とビニル芳香族化合物とのブロック共重合体又はその水素添加物、非ジエン系重合体、天然ゴムが挙げられる。
 具体的には、以下に限定されないが、例えば、ブタジエンゴム又はその水素添加物、イソプレンゴム又はその水素添加物、スチレン-ブタジエンゴム又はその水素添加物、スチレン-ブタジエンブロック共重合体又はその水素添加物、スチレン-イソプレンブロック共重合体又はその水素添加物等のスチレン系エラストマー、アクリロニトリル-ブタジエンゴム又はその水素添加物が挙げられる。
 本実施形態の水添ジエン重合体は、天然ゴムと相容性パラメータが近いことから、通常、天然ゴムと他のゴムとの相容化剤としての効果も奏することができる。具体的には、天然ゴムと非相容性のゴム、天然ゴム、及び本実施形態の水添ジエン重合体の3元成分からなるゴム組成物は、本実施形態の水添ジエン重合体を抜きにしては、成しえない優れた耐摩耗性や破断伸びを示すことができる。
 上記ゴム組成物としては、特に限定されないが、本実施形態の水添ジエン重合体と天然ゴム、ハイシスブタジエンの3元成分からなるゴム組成物が挙げられる。
 天然ゴムとしては、以下に限定されないが、例えば、スモークドシートであるRSS3~5号、SMR、エポキシ化天然ゴムが挙げられる。
 上述した各種の本実施形態の水添ジエン重合体以外のジエン系ゴムは、水酸基、アミノ基等の極性を有する官能基を付与した変性ゴムであってもよい。タイヤ用に用いる場合、ブタジエンゴム、イソプレンゴム、スチレン-ブタジエンゴム、天然ゴム、及びブチルゴムが好ましく用いられる。
 また本実施形態のゴム組成物は、非ジエン系重合体を組み合わせて使用することができる。
 非ジエン系重合体としては、以下に限定されないが、例えば、エチレン-プロピレンゴム、エチレン-プロピレン-ジエンゴム、エチレン-ブテン-ジエンゴム、エチレン-ブテンゴム、エチレン-ヘキセンゴム、エチレン-オクテンゴム等のオレフィン系エラストマー、ブチルゴム、臭素化ブチルゴム、アクリルゴム、フッ素ゴム、シリコーンゴム、塩素化ポリエチレンゴム、エピクロルヒドリンゴム、α、β-不飽和ニトリル-アクリル酸エステル-共役ジエン共重合ゴム、ウレタンゴム、及び多硫化ゴムが挙げられる。
 本実施形態のゴム組成物に用いる、本実施形態の水添ジエン重合体以外のジエン系ゴム、及び非ジエン系ゴムの重量平均分子量は、性能と加工特性とのバランスの観点から、2000以上2000000以下であることが好ましく、5000以上1500000以下であることがより好ましい。また、低分子量のジエン系ゴムや非ジエン系ゴム、いわゆる液状ゴムを用いることもできる。これらのジエン系ゴム及び非ジエン系ゴムは、1種単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
 また、本実施形態のゴム組成物は、シリカ系無機充填剤を含む。
 本実施形態のゴム組成物は、シリカ系無機充填剤を分散させることで、加硫物とする際の加工性により優れる傾向にあり、加硫物としたときにおける耐摩耗性、破壊強度、及び低ヒステリシスロス性とウェットスキッド抵抗性とのバランスにより優れる傾向にある。
 本実施形態のゴム組成物が、シリカ系無機充填剤を含有することにより、タイヤ、防振ゴム等の自動車部品、靴等の加硫ゴム用途に好適に用いられる。
 本実施形態のゴム組成物におけるシリカ系無機充填剤の含有量は、本実施形態の水添ジエン重合体、及びその他のジエン系ゴムを含むゴム成分100質量部に対し、加硫物としたときの耐摩耗性、破壊強度に優れる観点から、20質量部以上であるものとし、50質量部以上が好ましく、60質量部以上がより好ましく、70質量部以上がさらに好ましい。
 また加硫物とする際の加工性及び加硫物としたときの低ヒステリシスロス性とウェットスキッド抵抗性とのバランスに優れる観点から、100質量部以下であるものとし、90質量部以下が好ましく、85質量部以下がより好ましく、80質量部以下がさらに好ましい。
 シリカ系無機充填剤としては、特に限定されず、公知のものを用いることができるが、SiO又はSiAlを構成単位として含む固体粒子が好ましく、SiO又はSiAlを構成単位の主成分として含む固体粒子がより好ましい。
 ここで、主成分とは、シリカ系無機充填剤中に50質量%以上、好ましくは70質量%以上、より好ましくは80質量%以上含有される成分をいう。
 具体的なシリカ系無機充填剤としては、以下に限定されないが、例えば、シリカ、クレイ、タルク、マイカ、珪藻土、ウォラストナイト、モンモリロナイト、ゼオライト、ガラス繊維等の無機繊維状物質が挙げられる。また、表面を疎水化したシリカ系無機充填剤、シリカ系無機充填剤とシリカ系以外の無機充填剤との混合物も挙げられる。これらの中でも、強度及び耐摩耗性等の観点から、シリカ及びガラス繊維が好ましく、シリカがより好ましい。シリカとしては、例えば、乾式シリカ、湿式シリカ、合成ケイ酸塩シリカが挙げられる。これらのシリカの中でも、破壊強度の改良効果及びウェットスキッド抵抗性のバランスに優れる観点から、湿式シリカが好ましい。
 本実施形態のゴム組成物において実用上良好な耐摩耗性及び破壊強度を得る観点から、シリカ系無機充填剤のBET吸着法で求められる窒素吸着比表面積は、100m/g以上300m/g以下であることが好ましく、170m/g以上250m/g以下であることがより好ましい。また必要に応じて、比較的比表面積が小さい(例えば、比表面積が200m/g未満の)シリカ系無機充填剤と、比較的比表面積の大きい(例えば、200m/g以上の)シリカ系無機充填剤)と、を組み合わせて用いることができる。本実施形態のゴム組成物において、特に比較的比表面積の大きい(例えば、200m/g以上の)シリカ系無機充填剤を用いる場合に、本実施形態の水添ジエン重合体を含むゴム組成物は、シリカの分散性を改善し、特に耐摩耗性の向上に効果があり、良好な破壊強度と低ヒステリシスロス性とを高度にバランスさせることができる傾向にある。
 本実施形態のゴム組成物は、シリカ系無機充填剤以外の充填剤を含んでもよく、当該充填剤としては、例えばカーボンブラック、金属酸化物、金属水酸化物が挙げられる。
 カーボンブラックとしては、以下のものに限定されないが、例えば、SRF、FEF、HAF、ISAF、SAF等の各クラスのカーボンブラックが挙げられる。これらの中でも、窒素吸着比表面積が50m/g以上、かつ、ジブチルフタレート(DBP)吸油量が80mL/100g以下のカーボンブラックが好ましい。
 本実施形態のゴム組成物において、カーボンブラックの含有量は、本実施形態の水添ジエン重合体を含むゴム成分100質量部に対して、0.5質量部以上100質量部以下が好ましく、3.0質量部以上100質量部以下がより好ましく、5.0質量部以上50質量部以下がさらに好ましい。本実施形態のゴム組成物において、カーボンブラックの含有量は、ドライグリップ性能、導電性等のタイヤ等の用途に求められる性能を発現する観点から、ゴム成分100質量部に対して、0.5質量部以上とすることが好ましく、分散性の観点から、ゴム成分100質量部に対して、100質量部以下とすることが好ましい。
 金属酸化物とは、化学式MxOy(Mは、金属原子を示し、x及びyは、各々独立して、1~6の整数を示す。)を構成単位の主成分とする固体粒子のことをいう。
 金属酸化物としては、以下のものに限定されないが、例えば、アルミナ、酸化チタン、酸化マグネシウム、及び酸化亜鉛が挙げられる。
 金属水酸化物としては、以下のものに限定されないが、例えば、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、及び水酸化ジルコニウムが挙げられる。
 本実施形態のゴム組成物は、シランカップリング剤を含んでもよい。シランカップリング剤は、ゴム成分と無機充填剤との相互作用を緊密にする機能を有しており、ゴム成分及びシリカ系無機充填剤のそれぞれに対する親和性又は結合性の基を有しており、硫黄結合部分とアルコキシシリル基又はシラノール基部分とを一分子中に有する化合物が好ましい。このような化合物としては、特に限定されないが、例えば、ビス-[3-(トリエトキシシリル)-プロピル]-テトラスルフィド、ビス-[3-(トリエトキシシリル)-プロピル]-ジスルフィド、ビス-[2-(トリエトキシシリル)-エチル]-テトラスルフィドが挙げられる。
 本実施形態のゴム組成物において、シランカップリング剤の含有量は、上述したシリカ系無機充填剤100質量部に対して、0.1質量部以上30質量部以下が好ましく、0.5質量部以上20質量部以下がより好ましく、1.0質量部以上15質量部以下がさらに好ましい。シランカップリング剤の含有量が上記範囲であると、シランカップリング剤による上記添加効果を一層顕著なものにできる傾向にある。
 本実施形態のゴム組成物は、その加工性の改良を図る観点から、ゴム用軟化剤を含んでもよい。
 ゴム用軟化剤の添加量は、上述した本実施形態の水添ジエン重合体を含むゴム成分100質量部に対して、予め上述の水添ジエン重合体や他のジエン系ゴムに含有してあるゴム用軟化剤を含んだ量と、ゴム組成物とする際に添加するゴム用軟化剤の総量で表される。
 ゴム用軟化剤としては、伸展油、液状ゴム、樹脂が好適である。
 ゴムの軟化、増容、及び加工性の向上を図るために使用されているプロセスオイル又はエクステンダーオイルと呼ばれる鉱物油系ゴム用軟化剤は、芳香族環、ナフテン環、及びパラフィン鎖の混合物であり、パラフィン鎖の炭素数が全炭素中50%以上を占めるものがパラフィン系と呼ばれ、ナフテン環炭素数が全炭素中30%以上45%以下を占めるものがナフテン系、芳香族炭素数が全炭素中30%を超えて占めるものが芳香族系と呼ばれている。
 本実施形態のゴム組成物において、ゴム用軟化剤の含有量は、ゴム成分100質量部に対して、0質量部以上100質量部以下が好ましく、10質量部以上90質量部以下がより好ましく、30質量部以上90質量部以下がさらに好ましい。ゴム用軟化剤の含有量がゴム成分100質量部に対して100質量部以下であることで、ブリードアウトを抑制し、ゴム組成物表面のベタツキを抑制する傾向にある。
 本実施形態のゴム組成物は、低温性能を向上させる観点から、液状ゴムを含むことが好ましい。
 液状ゴムとしては、例えば、液状ブタジエンゴム、液状スチレンブタジエンゴム、液状イソプレンゴム等が挙げられる。これらの液状ゴムは、1種単独で用いても2種以上を組み合わせてもよい。
 液状ゴムの添加によって、本実施形態のゴム組成物は、低温での弾性率が低下し、低温性能に優れる傾向にある。また上記から選ばれる液状ゴムは、分子内に不飽和結合を有することから、ゴム組成物を加硫した際にゴム成分と結合することで破断強度が上昇する傾向にある。
 液状ゴムの分子量は1000以上が好ましく、1500以上がより好ましい。分子量を前記範囲とすることで、液状ゴムを構成する分子鎖の絡み合い数が増加し、破断強度に優れる傾向にある。また液状ゴムの分子量は10000以下が好ましく、9000以下がより好ましい。分子量をこの範囲とすることで、粘度が低下して加硫物とする際の加工性に優れる。
 本実施形態のゴム組成物における液状ゴムの添加量は、本実施形態の水添ジエン重合体を含むゴム成分100質量部に対し、2質量部以上が好ましく、5質量部以上がより好ましく、10質量部以上がさらに好ましい。添加量をこの範囲とすることで、ゴム組成物は、低温での弾性率が低下し、低温性能に優れる傾向にある。また、ゴム組成物の耐摩耗性を向上させる観点から、25質量部以下が好ましく、20質量部以下がより好ましく、15質量部以下がさらに好ましい。液状ゴムの含有量が多すぎると、ゴム組成物が柔らかくなって耐摩耗性が低くなるが、この範囲とすることで、ゴム組成物を加硫物とした際の硬度が向上し、耐摩耗性が向上する傾向にある。
 ゴム組成物は、本実施形態の水添ジエン重合体、その他のジエン系ゴム、シリカ系無機充填剤、その他必要に応じてカーボンブラックやその他の充填剤、シランカップリング剤、ゴム用軟化剤等の添加剤を混合することにより作製できる。
 ゴム組成物を作製する方法については、以下に限定されないが、例えば、オープンロール、バンバリーミキサー、ニーダー、単軸スクリュー押出機、2軸スクリュー押出機、多軸スクリュー押出機等の一般的な混和機を用いた溶融混練方法、各成分を溶解混合後、溶剤を加熱除去する方法が挙げられる。
 これらのうち、ロール、バンバリーミキサー、ニーダー、押出機による溶融混練法が生産性、良混練性の観点から好ましい。また、ゴム成分とその他の充填剤、シランカップリング剤、及び添加剤とを一度に混練する方法、複数の回数に分けて混合する方法のいずれも適用可能である。
 本実施形態のゴム組成物は、加硫剤により加硫処理を施した加硫組成物としてもよい。加硫剤としては、以下のものに限定されないが、例えば、有機過酸化物及びアゾ化合物等のラジカル発生剤、オキシム化合物、ニトロソ化合物、ポリアミン化合物、硫黄、硫黄化合物が挙げられる。硫黄化合物には、一塩化硫黄、二塩化硫黄、ジスルフィド化合物、高分子多硫化合物等が含まれる。
 本実施形態のゴム組成物において、加硫剤の含有量は、ゴム成分100質量部に対して、0.01質量部以上20質量部以下が好ましく、0.1質量部以上15質量部以下がより好ましい。加硫方法としては、従来公知の方法を適用でき、加硫温度は、120℃以上200℃以下が好ましく、より好ましくは140℃以上180℃以下である。
 加硫に際しては、必要に応じて加硫促進剤を用いてもよい。
 加硫促進剤としては、従来公知の材料を用いることができ、以下のものに限定されないが、例えば、スルフェンアミド系、グアニジン系、チウラム系、アルデヒド-アミン系、アルデヒド-アンモニア系、チアゾール系、チオ尿素系、ジチオカルバメート系の加硫促進剤が挙げられる。
 また、加硫助剤としては、以下のものに限定されないが、例えば、亜鉛華、ステアリン酸が挙げられる。
 加硫促進剤の含有量は、本実施形態の水添ジエン重合体を含むゴム成分100質量部に対して、0.01質量部以上20質量部以下が好ましく、0.1質量部以上15質量部以下がより好ましい。
 本実施形態のゴム組成物には、本実施形態の目的を損なわない範囲内で、上述した以外のその他の軟化剤及び充填剤、耐熱安定剤、帯電防止剤、耐候安定剤、老化防止剤、着色剤、滑剤等の各種添加剤を用いてもよい。
 その他の軟化剤としては、公知の軟化剤を用いることができる。その他の充填剤としては、特に限定されないが、例えば、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、硫酸アルミニウム、硫酸バリウムが挙げられる。上記の耐熱安定剤、帯電防止剤、耐候安定剤、老化防止剤、着色剤、潤滑剤としては、それぞれ公知の材料を用いることができる。
〔タイヤ〕
 本実施形態のゴム組成物は、タイヤ用ゴム組成物として好適に用いられる。すなわち、本実施形態のタイヤは、ゴム組成物の成形体である。
 タイヤ用ゴム組成物としては、以下のものに限定されないが、例えば、省燃費タイヤ、オールシーズンタイヤ、高性能タイヤ、スタッドレスタイヤ等の各種タイヤ:トレッド、カーカス、サイドウォール、ビード部等のタイヤ各部位への利用が可能である。特に、タイヤ用ゴム組成物は、加硫物としたときに耐摩耗性能、破壊強度、及び低ヒステリシスロス性とウェットスキッド抵抗性とのバランスに優れているため、省燃費タイヤ、高性能タイヤのトレッド用として、好適に用いられる。
 以下、具体的な実施例及び比較例を挙げて、本実施形態をさらに詳しく説明するが、本発明は以下の実施例及び比較例により何ら限定されるものではない。
 実施例及び比較例における各種の物性は下記に示す方法により測定した。
〔物性の測定方法〕
(水添ジエン重合体の重量平均分子量(Mw))
 後述する実施例及び比較例で作製した水添ジエン重合体を測定用サンプルとし、ポリスチレン系ゲルを充填剤としたカラムを3本連結したGPC測定装置を使用して、クロマトグラムを測定し、標準ポリスチレンを使用した検量線に基づいて、重量平均分子量(Mw)を求めた。
 具体的な測定条件を以下に示す。
 下記測定用液20μLをGPC測定装置に注入して測定を行った。
 <測定条件>
 装置    :東ソー社製の商品名「HLC-8320GPC」
 溶離液   :5mmol/Lのトリエチルアミン入りテトラヒドロフラン(THF)
 ガードカラム:東ソー社製の商品名「TSKguardcolumn SuperH-H」、
 分離カラム :東ソー社製の商品名「TSKgel SuperH5000」、「TSKgel SuperH6000」、「TSKgel SuperH7000」をこの順に連結したもの。
 オーブン温度:40℃
 流量    :0.6mL/分
 検出器   :RI検出器(東ソー社製の商品名「HLC8020」)
 測定用液  :測定用の試料10mgを20mLのTHFに溶解した測定用の溶液
(水添ジエン重合体、及びゴム組成物のムーニー粘度)
 後述する実施例及び比較例で作製した水添ジエン重合体、及びゴム組成物を測定用サンプルとし、ムーニー粘度計(上島製作所社製の商品名「VR1132」)を用い、ISO 289に準拠し、L形ローターを用いてムーニー粘度を測定した。
 具体的には、まず、試料を1分間100℃度で予熱した後、ローターを2rpmで回転させ、4分後のトルクを測定して100℃におけるムーニー粘度(ML(1+4))とした。
(水添ジエン重合体の変性率)
 水添ジエン重合体の変性率は、変性した水添ジエン重合体がカラムに吸着する特性を利用し、カラム吸着GPC法で、以下のとおり測定した。
 測定用試料及び低分子量内部標準ポリスチレンを含む試料溶液を、ポリスチレン系ゲルを充填したカラムで測定したクロマトグラムと、シリカ系ゲルを充填したカラムで測定したクロマトグラムと、の差分よりシリカ系カラムへの吸着量を測定し、変性率を求めた。
 ポリスチレン系カラムを用いたGPC測定条件を以下に示す。
 下記測定用液20μLをGPC測定装置に注入して測定を行った。
 <ポリスチレン系カラムを用いたGPC測定条件>
 装置    :東ソー社製の商品名「HLC-8320GPC」
 溶離液   :5mmol/Lのトリエチルアミン入りTHF
 ガードカラム:東ソー社製の商品名「TSKguardcolumn SuperH-H」
 カラム   :東ソー社製の商品名「TSKgel SuperH5000」、「TSKgel SuperH6000」、「TSKgel SuperH7000」をこの順で連結したもの
 オーブン温度:40℃
 流量    :0.6mL/分
 検出器   :RI検出器(東ソー社製 HLC8020)
 測定用液  :試料10mg及び標準ポリスチレン5mgを20mLのTHFに溶解させて、試料溶液とした。
 シリカ系カラムを用いたGPC測定条件を以下に示す。
 下記測定用液50μLをGPC測定装置に注入して測定を行った。
 <シリカ系カラムを用いたGPC測定条件>
 装置    :東ソー社製の商品名「HLC-8320GPC」
 溶離液   :THF
 ガードカラム:ジーエルサイエンス社製の商品名「DIOL 4.6×12.5mm 5micron」
 分離カラム :アジレントテクノロジー社製の商品名「Zorbax PSM-1000S」、「PSM-300S」、「PSM-60S」をこの順で連結したもの
 オーブン温度:40℃、
 流量    :0.5mL/分
 検出器   :RI検出器(東ソー社製 HLC8020)
 変性率の計算方法 : ポリスチレン系カラムを用いたクロマトグラムのピーク面積の全体を100として、試料のピーク面積をP1、標準ポリスチレンのピーク面積をP2、シリカ系カラムを用いたクロマトグラムのピーク面積の全体を100として、試料のピーク面積をP3、標準ポリスチレンのピーク面積をP4として、下記式より変性率(%)を求めた。
 変性率(%)=[1-(P2×P3)/(P1×P4)]×100
(ただし、P1+P2=P3+P4=100)
(水添ジエン重合体の水素添加率、前記式(1)~(4)で表される構造単位の構成比(mоl%)であるa~dにより得られる数式(S)、数式(X)、結合スチレン量)
 H-NMR測定により、水素添加前のジエン重合体の不飽和結合部の積算値を得た。
 次いで、水添反応後の反応液に、大量のメタノールを添加することで、水添ジエン重合体を沈殿させて回収した。
 次いで、水添ジエン重合体をアセトンで抽出し、水添ジエン系重合体を真空乾燥した。
 これを、H-NMR測定のサンプルとして用いて、前記式(1)で表される構造単位、前記式(2)で表される構造単位、前記式(3)で表される構造単位、前記式(4)で表される構造単位の構成比a~d(mоl%)を測定し、1,3-ブタジエンに由来する構造単位の二重結合の水素転化率(以下単に「水素転化率」とも記す)、前記数式(S)、及び結合スチレン量を測定した。H-NMR測定の条件を以下に記す。
<測定条件>
 測定機器   :JNM-LA400(JEOL製)
 溶媒     :重水素化クロロホルム
 測定サンプル :ポリマーを水素添加する前後の抜き取り品
 サンプル濃度 :50mg/mL
 観測周波数  :400MHz
 化学シフト基準:TMS(テトラメチルシラン)
 パルスディレイ:2.904秒
 スキャン回数 :64回
 パルス幅   :45°
 測定温度   :26℃
(水添ジエン重合体の分岐度(Bn))
 後述する実施例及び比較例で作製した水添ジエン重合体を試料として、粘度検出器付きGPC-光散乱法測定法によって分岐度(Bn)を以下の通り測定した。
 ポリスチレン系ゲルを充填剤としたカラムを3本連結させたゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)装置(Malvern社製の商品名「GPCmax VE-2001」)を使用して、光散乱検出器、示差屈折率(RI)検出器、粘度検出器(Malvern社製の商品名「TDA305」)の順番に接続されている3つの検出器から試料の絶対分子量を、RI検出器と粘度検出器との結果から試料の固有粘度を求めた。
 直鎖ポリマーは、固有粘度[η]=-3.883M0.771に従うものとして用い、各分子量に対応する固有粘度の比としての収縮因子(g’)を算出した。なお、当該式中、Mは絶対分子量を表す。
 その後、得られた収縮因子(g’)を用いてg’=6Bn/{(Bn+1)(Bn+2)}と定義される分岐度(Bn)を算出した。
 溶離液は5mmol/Lのトリエチルアミン入りテトラヒドロフラン(以下「THF」とも記す。)を使用した。
 カラムは、東ソー社製の商品名「TSKgel G4000HXL」、「TSKgel G5000HXL」、及び「TSKgel G6000HXL」を接続して使用した。
 測定用の試料20mgを10mLのTHFに溶解して測定溶液とし、測定溶液100μLをGPC測定装置に注入して、オーブン温度40℃、THF流量1mL/分の条件で測定した。
(水添ジエン重合体のAl含有量)
 後述する実施例及び比較例で作製した水添ジエン重合体のアルミニウム含有量(Al量、単位ppm)を、誘導結合プラズマ(ICP、Inductivity Coupled Plasma, 株式会社島津製作所製、装置名:ICPS-7500)を用いた元素分析を通じて測定した。
〔特性の評価方法〕
(評価1:水添ジエン重合体のムーニー粘度の経時変化)
 下記条件で、後述する実施例及び比較例で作製した水添ジエン重合体のムーニー粘度を測定した。
 ムーニー粘度計(上島製作所社製の商品名「VR1132」)を用い、ISO 289に準拠し、L形ローターを用いてムーニー粘度を測定した。
 測定温度は100℃とした。
 まず、試料を1分間試験温度で予熱した後、ローターを2rpmで回転させ、4分後のトルクを測定してムーニー粘度(ML(1+4))とした。
 水添ジエン重合体を製造後、4時間以内に測定したムーニー粘度と、1ヶ月間25℃、湿度30%で保管した後のムーニー粘度の差をΔMLとして評価した。
 ΔMLが0以上8未満であれば〇、8以上であれば×とした。
 実用上、ΔMLは8未満であれば良好であると評価した。
(評価2:コールドフロー)
 後述する実施例及び比較例で作製した水添ジエン重合体を用いて40mm×40mm×厚み(H0)50mmの成形体を作製し、これを測定試料とした。この測定試料に、25℃で1kgの荷重を掛けて、60分間放置し、その後の厚み(H60)を測定した。前記厚みの変化率(%)を下式で算出した。
 厚みの変化率(%)=(H0-H60)×100/H0
 この厚みの変化率がコールドフローを表すものとし、実施例1の結果を100として指数化した。
 指数が小さいほど保管中のコールドフローが小さく、作業性に優れることを示すものとして評価した。
 指数が80以上89以下であれば良好(表中◎)であり、90以上99以下であれば実用上問題なく(表中〇)、100以上105以下であればやや悪く(表中△)、105を超えると実用上問題がある(表中×)ものとした。
(評価3:ベール成形性)
 後述する実施例及び比較例で作製した水添ジエン重合体35kgを用いて成形圧力10MPa、成形温度80℃でベールを成形した。
 ベール成形性は、圧縮を開放した後のベールサイズに基づき、以下のフローに従い判断した。
 〇:ベール体積が40、000cm以上50,000cm未満。
 △:ベール体積が50、000cm以上55,000cm未満。
 ×:ベール体積が55、000cm以上。
 所定の成形温度、成形圧力において成形したベールが、圧力開放前後でサイズが変わりにくい方がベール成形性に優れるものと判断した。
 ベールは運搬用容器に所定の数が収まるサイズに圧縮しているので、所定のベールサイズに成形されずに膨らんでしまうと規定の数が収容できずに運搬時の問題となり易い。ベールが圧縮したとおりの所期のサイズに成型されることで、所定の大きさの容器に収容して運搬することが可能となり、輸送コストの点で有利である。
〔水添ジエン重合体の製造方法〕
(水素添加触媒の調製)
 後述する実施例及び比較例において、水添ジエン重合体を調製する際に用いる水素添加触媒を、下記の方法により作製した。
<製造例1>
 窒素置換した反応容器に、乾燥及び精製したシクロヘキサン2リットルを仕込み、そこにビス(η5-シクロペンタジエニル)チタニウムジ-(p-トリル)40ミリモルと、分子量が約1,000の1,2-ポリブタジエン(1,2-ビニル結合量約85%)150グラムを溶解した。その後、n-ブチルリチウム60ミリモルを含むシクロヘキサン溶液を反応容器に添加して、室温で5分反応させ、直ちにn-ブタノール40ミリモルを添加して攪拌することで水素添加触媒(TC-1)を得た。得られた水素添加触媒(TC-1)は室温で保存した。
<製造例2>
 窒素置換した反応容器に乾燥及び精製したシクロヘキサン1リットルを仕込み、ビス(η5-シクロペンタジエニル)チタニウムジクロリド100ミリモルを添加し、十分に攪拌しながらトリメチルアルミニウム200ミリモルを含むn-ヘキサン溶液を添加して、室温にて約3日間反応させ水素添加触媒(TC-2)を得た。得られた水素添加触媒(TC-2)は室温で保存した。
(水添ジエン重合体の重合)
<(実施例1)水添ジエン重合体(試料A)>
 内容積40Lで、撹持機及びジャケットを具備する温度制御が可能なオートクレーブを反応器として使用し、予め不純物を除去した、1,3-ブタジエンを2,700g、シクロヘキサンを21,000g反応器へ入れ、反応器内温を46℃に保持した。
 重合開始剤として、n-ブチルリチウム6.0mmolを前記反応器に供給した。
 重合反応開始後、重合による発熱で反応器内の温度は上昇を始め、最終的な反応器内の温度は、76℃に達した。この反応温度ピーク到達後から2分後に、反応器に2,2-ジメトキシ-1-(3-卜リメトキシシリルプロピル)-1-アザ-2-シラシクロペンタン(化合物1)を1.5mmol添加し、20分間、カップリング反応を実施した。この重合体溶液に、反応停止剤としてメタノールを、1.2mmol添加し、ジエン重合体溶液を得た。
 さらに得られたジエン重合体の溶液に、上記で調製した水素添加触媒(TC-1)を、ジエン重合体100質量部に対し、Ti基準で50ppm添加し、水素圧0.8MPa、平均温度85℃で水素添加反応を1時間行って水添ジエン重合体の溶液を得た。
 得られた水添ジエン重合体の溶液に、酸化防止剤としてn-オクタデシル-3-(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロオキシフェニル)-プロピオネートを12.6gと、4,6-ビス(オクチルチオメチル)-o-クレゾールを3.0g添加した後、スチームス卜リッピングにより溶媒を除去し、乾燥機により乾燥処理を施し、水添ジエン重合体(試料A)を得た。試料Aを分析した結果を表1に示す。
<(実施例2)水添ジエン重合体(試料B)>
 水素添加触媒(TC-1)の添加量を75ppmに変えた以外は、実施例1と同様にして水添ジエン重合体(試料B)を得た。
 試料Bを分析した結果を表1に示す。
<(実施例3)水添ジエン重合体(試料C)>
 水素添加触媒(TC-1)の添加量を90ppmに変えた以外は、実施例1と同様にして水添ジエン重合体(試料C)を得た。
 試料Cを分析した結果を表1に示す。
<(実施例4)水添ジエン重合体(試料D)>
 1,3-ブタジエン及びシクロヘキサンを反応器内に入れた後、極性化合物としてテトラヒドロフラン(THF)を2.0mmolと、2,2-ビス(2-オキソラニル)プロパン(BOP)を4.0mmolとを、反応器へ入れた以外は、実施例2と同様にして水添ジエン系重合体(試料D)を得た。試料Dを分析した結果を表1に示す。
<(実施例5)水添ジエン重合体(試料E)>
 1,3-ブタジエン及びシクロヘキサンを反応器内に入れた後、極性化合物としてテトラヒドロフラン(THF)を3.0mmolと、2,2-ビス(2-オキソラニル)プロパン(BOP)を5.0mmolとを、反応器へ入れた以外は、実施例2と同様にして水添ジエン系重合体(試料E)を得た。試料Eを分析した結果を表1に示す。
<(実施例6)水添ジエン重合体(試料F)>
 2,2-ジメトキシ-1-(3-卜リメトキシシリルプロピル)-1-アザ-2-シラシクロペンタン(化合物1)をテトラキス(3-トリメトキシシリルプロピル)-1,3-プロパンジアミン(化合物2)に変え、添加量を1.0mmоlに変えた以外は、実施例2と同様にして水添ジエン重合体(試料F)を得た。試料Fを分析した結果を表1に示す。
<(実施例7)水添ジエン重合体(試料G)>
 2,2-ジメトキシ-1-(3-卜リメトキシシリルプロピル)-1-アザ-2-シラシクロペンタン(化合物1)を、ビス(ジエトキシメチルシリルプロピル)-N-メチルアミン(化合物4)に変え、添加量を3.0mmоlに変えた以外は、実施例2と同様にして水添ジエン重合体(試料G)を得た。試料Gを分析した結果を表1に示す。
<(実施例8)水添ジエン重合体(試料H)>
 2,2-ジメトキシ-1-(3-卜リメトキシシリルプロピル)-1-アザ-2-シラシクロペンタン(化合物1)を、テトラエトキシシラン(化合物5)に変えた以外は、実施例2と同様にして水添ジエン重合体(試料H)を得た。試料Hを分析した結果を表1に示す。
<(実施例9)水添ジエン重合体(試料I)>
 2,2-ジメトキシ-1-(3-卜リメトキシシリルプロピル)-1-アザ-2-シラシクロペンタン(化合物1)の添加量を1.2mmоlに変えた以外は、実施例2と同様にして水添ジエン重合体(試料I)を得た。試料Iを分析した結果を表1に示す。
<(実施例10)水添ジエン重合体(試料J)>
 2,2-ジメトキシ-1-(3-卜リメトキシシリルプロピル)-1-アザ-2-シラシクロペンタン(化合物1)の添加量を0.8mmоlに変えた以外は、実施例2と同様にして水添ジエン重合体(試料J)を得た。試料Jを分析した結果を表1に示す。
<(実施例11)水添ジエン重合体(試料K)>
 水素添加触媒を上記で調製した(TC-2)に変えた以外は、実施例2と同様にして水添ジエン重合体(試料K)を得た。試料Kを分析した結果を表1に示す。
<(実施例12)水添ジエン重合体(試料L)>
 n-ブチルリチウムの添加量を12.0mmоlとし、2,2-ジメトキシ-1-(3-卜リメトキシシリルプロピル)-1-アザ-2-シラシクロペンタン(化合物1)の添加量を3.0mmolに変え、反応停止剤として加えるエタノールの添加量を2.2mmоlに変えた以外は、実施例2と同様にして水添ジエン重合体(試料L)を得た。試料Lを分析した結果を表1に示す。
<(実施例13)水添ジエン重合体(試料M)>
 n-ブチルリチウムの添加量を3.0mmоlとし、2,2-ジメトキシ-1-(3-卜リメトキシシリルプロピル)-1-アザ-2-シラシクロペンタン(化合物1)の添加量を0.7mmolに変え、反応停止剤として加えるエタノールの添加量を0.5mmоlに変えた以外は、実施例2と同様にして水添ジエン重合体(試料M)を得た。試料Mを分析した結果を表1に示す。
<(実施例40)水添ジエン重合体(試料T)>
 2,2-ビス(2-オキソラニル)プロパン(BOP)の添加量を5.0mmolに変え、水素添加触媒(TC-1)の添加量を90ppmに変えたこと以外は、実施例4と同様にして水添ジエン重合体(試料T)を得た。試料Tを分析した結果を表2に示す。
<(実施例41)水添ジエン重合体(試料U)>
 テトラヒドロフラン(THF)を3.0mmol、2,2-ビス(2-オキソラニル)プロパン(BOP)の添加量を5.0mmolに変えたこと以外は、実施例4と同様にして水添ジエン重合体(試料T)を得た。試料Tを分析した結果を表2に示す。
<(実施例42)水添ジエン重合体(試料V)>
 水添工程において、水素圧0.8MPa、平均温度85℃で、水素添加反応を1時間行って、添加する水素量を変えたこと以外は、実施例40と同様にして水添ジエン重合体(試料V)を得た。試料Vを分析した結果を表2に示す。
<(実施例43)水添ジエン重合体(試料W)>
 水添工程において、水素圧0.8MPa、平均温度85℃で、水素添加反応を1時間行って、添加する水素量を変えたこと以外は、実施例40と同様にして水添ジエン重合体(試料W)を得た。試料Wを分析した結果を表2に示す。
<(実施例44)水添ジエン重合体(試料X)>
 テトラヒドロフラン(THF)を3.5mmol、2,2-ビス(2-オキソラニル)プロパン(BOP)の添加量を6.0mmolに変えたこと以外は、実施例40と同様にして水添ジエン重合体(試料X)を得た。試料Xを分析した結果を表2に示す。
<(実施例45)水添ジエン重合体(試料Y)>
 水素添加触媒(TC-1)の添加量を75ppmに変えた以外は、実施例44と同様にして水添ジエン重合体(試料Y)を得た。試料Yを分析した結果を表2に示す。
<(比較例1)水添ジエン重合体(試料N)>
 水素添加触媒(TC-1)の添加量を120ppmに変えた以外は、実施例1と同様にして水添ジエン重合体(試料N)を得た。試料Nを分析した結果を表2に示す。
<(比較例2)水添ジエン重合体(試料О)>
 水素添加触媒(TC-1)の添加量を40ppmに変えた以外は、実施例1と同様にして水添ジエン重合体(試料О)を得た。試料Оを分析した結果を表2に示す。
<(比較例3)水添ジエン重合体(試料P)>
 1,3-ブタジエン及びシクロヘキサンを反応器内に入れた後、極性化合物としてテトラヒドロフラン(THF)を5.0mmolと2,2-ビス(2-オキソラニル)プロパン(BOP)を7.0mmolとを、反応器へ入れた以外は、実施例2と同様にして水添ジエン重合体(試料P)を得た。試料Pを分析した結果を表2に示す。
<(比較例4)水添ジエン重合体(試料Q)>
 2,2-ジメトキシ-1-(3-卜リメトキシシリルプロピル)-1-アザ-2-シラシクロペンタン(化合物1)を、[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(化合物3)に変え、添加量を3.0mmоlに変えた以外は、実施例2と同様にして水添ジエン系重合体(試料Q)を得た。試料Qを分析した結果を表2に示す。
<(比較例5)水添ジエン重合体(試料R)>
 水素添加触媒を上記で調製した(TC-2)に変え、2,2-ジメトキシ-1-(3-卜リメトキシシリルプロピル)-1-アザ-2-シラシクロペンタン(化合物1)を、[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(化合物3)に変え、添加量を3.0mmоlに変えた以外は、実施例2と同様にして水添ジエン重合体(試料R)を得た。試料Rを分析した結果を表2に示す。
<(比較例6)水添ジエン系重合体(試料S)>
 内容積40Lで、撹持機及びジャケットを具備する温度制御が可能なオートクレーブを反応器として使用し、予め不純物を除去した、1,3-ブタジエンを2,160g、スチレンを300g、シクロヘキサンを21,000g反応器へ入れ、極性化合物として、テトラヒドロフラン(THF)を30mmolと2,2-ビス(2-オキソラニル)プロパンを4.9mmol、反応器へ入れ、反応器内温を42℃に保持した。重合開始剤として、n-ブチルリチウム33.2mmolを上記反応器に供給した。
 重合反応開始後、重合による発熱で反応器内の温度は上昇を始め、最終的な反応器内の温度は、76℃に達した。この反応温度ピーク到達後から2分後に、反応器に2,2-ジメトキシ-1-(3-卜リメトキシシリルプロピル)-1-アザ-2-シラシクロペンタン(化合物1)を6.6mmol添加し、20分間、カップリング反応を実施した。
 この重合体溶液に、反応停止剤としてメタノールを、6.0mmol添加しジエン系重合体溶液を得た。
 さらに得られたジエン系重合体の溶液に、上記で調製した水素添加触媒(TC-1)を、ジエン系重合体100質量部に対し、Ti基準で50ppm添加し、水素圧0.8MPa、平均温度85℃で水素添加反応を1時間行って水添ジエン系重合体の溶液を得た。
 得られた水添ジエン系重合体の溶液に酸化防止剤としてn-オクタデシル-3-(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロオキシフェニル)-プロピオネートを12.6gと、4,6-ビス(オクチルチオメチル)-o-クレゾールを3.0g添加した後、スチームス卜リッピングにより溶媒を除去し、乾燥機により乾燥処理を施し、水添共役ジエン系重合体(試料S)を得た。試料Sを分析した結果を表2に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
 
〔ゴム組成物の製造〕
 (実施例14~39、46~51、比較例7~16)
 前記水添ジエン重合体又は水添ジエン系重合体(試料A~P)、ハイシスポリブタジエン(BR、宇部興産社製の「UBEPOL U150」)、天然ゴム(NR)、及びスチレンブタジエンゴム(SBR、旭化成社製のY031)をゴム成分として、表3~表6に示す配合、及び以下に示す条件に従い、ゴム組成物を作製した。
 表3~表6中の各成分について、使用した製品名は以下の通りである。
・シリカ(エボニック デグサ社製の商品名「Ultrasil 7000GR」窒素吸着比表面積170m/g)
・カーボンブラック(東海カーボン社製の商品名「シーストKH(N339)」
・S-RAEオイル(JX日鉱日石エネルギー社製の商品名「プロセスNC140」)
・液状ゴム(クラレ社製の商品名「クラプレンLBR-302」、分子量5500)
・シランカップリング剤(エボニック デグサ社製の商品名「Si75」、ビス(トリエトキシシリルプロピル)ジスルフィド)
・老化防止剤(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)
・加硫促進剤1(N-シクロヘキシル-2-ベンゾチアジルスルフィンアミド)
・加硫促進剤2(ジフェニルグアニジン)
 上述した材料を次の方法により混練してゴム組成物を得た。
 温度制御装置を備える密閉混練機(内容量0.3L)を使用し、第一弾の混練として、充填率60%、ローター回転数30~50rpmの条件でゴム成分(水添ジエン重合体、水添ジエン系重合体、ハイシスポリブタジエン、天然ゴム、及びスチレンブタジエンゴム)、充填剤(シリカ、カーボンブラック)、シランカップリング剤、S-RAEオイル、液状ゴム、亜鉛華、ステアリン酸を混練した。
 この時、密閉混合器の温度を制御し、排出温度は155~160℃で各ゴム組成物(配合物)を得た。
 次に第二段の混練として、上記で得た配合物を室温まで冷却後、老化防止剤を加え、充填剤の分散を向上させるため再度混練した。
 この場合も、混合器の温度制御により、配合物の排出温度を155~160℃に調整した。
 冷却後、第三段の混練として、70℃に設定したオープンロールにて、硫黄、加硫促進剤1、2を加えて混練した。その後、成形し、160℃で25分間、加硫プレスにて加硫した。
 加硫前のゴム組成物、及び加硫後のゴム組成物の特性を評価した。
 具体的には、下記の方法により評価した。その結果を表3~表6に示す。
(物性の評価)
<(評価4)加工性:配合物ムーニー粘度>
 上記で得た第二段の混練後、かつ、第三段の混練前の配合物を試料として、ムーニー粘度計を使用し、JIS K6300-1に準拠して、130℃、1分間の予熱を行った後に、ローターを毎分2回転で4分間回転させた後の粘度を測定した。
 比較例8の結果を100として指数化した。
 指数が小さいほど加工性が良好であることを示す。
<(評価5)破断強度>
 JIS K6251の引張試験法に準拠し、破断強度を測定した。
 比較例8の結果を100として指数化した。指数が大きいほど破断強度に優れる。
<(評価6)耐摩耗性>
 アクロン摩耗試験機(安田精機製作所社製)を使用し、JIS K6264-2に準拠して、荷重44.4N、1000回転の摩耗量を測定した。
 比較例8の結果を100として指数化した。指数が小さいほど耐摩耗性が良好であることを示す。
<(評価7及び8)低温性能、及び低燃費性:粘弾性パラメータ>
 レオメトリックス・サイエンティフィック社製の粘弾性試験機「ARES」を使用し、ねじりモードで粘弾性パラメータを測定した。各々の測定値は、比較例8のゴム組成物に対する結果を100として指数化した。
 50℃において周波数10Hz、ひずみ3%で測定したtanδを低燃費性の指標とした。指数が小さいほど低燃費性が良好であることを示す。
 -20℃において周波数10Hz、ひずみ1%で測定した貯蔵弾性率(G’)を低温性能の指標とした。指数が小さいほど低温性能が良好であることを示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000007
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000008
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000009
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000010
 
 表4~表6に示す通り、実施例14~39、46~51は、比較例7~16と比較して、ゴム組成物の低温性能と耐摩耗性に優れ、さらに破断強度に優れていることを確認した。
 本出願は、2020年12月8日に日本国特許庁に出願された日本特許出願(特願2020-203168)に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
 本発明に係るゴム組成物は、タイヤトレッド、自動車の内装及び外装品、防振ゴム、ベルト、履物、発泡体、各種工業用品用途等の分野において産業上の利用可能性がある。
 
 
 
 

Claims (13)

  1.  粘度検出器付きGPC-光散乱測定法による分岐度(Bn)が1.5以上であり、
     下記式(1)で表される構造単位、下記式(2)で表される構造単位、下記式(3)で表される構造単位、及び下記式(4)で表される構造単位の構成比(mol%)を、それぞれ順にa、b、c、及びdとしたとき、
     下記数式(S)を満たし、
     水添率が40~85%である、
     水添ジエン重合体。
     数式(S):10≦〔(a+b)/(a+b+c+d)〕×100≦70
    Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
     
  2.  粘度検出器付きGPC-光散乱測定法による分岐度(Bn)が1.5以上であり、
     下記数式(S)を満たし、
     水添率が40~80%である、
     請求項1に記載の水添ジエン重合体。
     数式(S):10≦〔(a+b)/(a+b+c+d)〕×100≦60
  3.  下記数式(X)が、2.0以下である、請求項1又は2に記載の水添ジエン重合体。
     数式(X):(a+c)/(a+b)
  4.  前記数式(X)が、0.8以上2.0以下である、請求項3に記載の水添ジエン重合体。
  5.  水添率が51%以上である、請求項1乃至4のいずれか一項に記載の水添ジエン重合体。
  6.  水添率が71%以下である、請求項1乃至5のいずれか一項に記載の水添ジエン重合体。
  7.  窒素原子を含有する、請求項1乃至6のいずれか一項に記載の水添ジエン重合体。
  8.  変性率が65質量%以上である、請求項1乃至7のいずれか一項に記載の水添ジエン重合体。
  9.  アルミニウムの含有量が2ppm未満である、請求項1乃至8のいずれか一項に記載の水添ジエン重合体。
  10.  請求項1乃至9のいずれか一項に記載の水添ジエン重合体の成形体であるベール。
  11.  請求項1乃至9のいずれか一項に記載の水添ジエン重合体を10質量部以上50質量部以下と、ジエン系ゴム50質量部以上90質量部以下とを含む、ゴム成分100質量部と、
     シリカ系無機充填剤を20質量部以上100質量部以下と、
    を、含有する、
     ゴム組成物。
  12.  液状ゴムを2質量部以上25質量部以下含む、請求項11に記載のゴム組成物。
  13.  請求項12に記載のゴム組成物の成形体であるタイヤ。
     
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