WO2022244317A1 - ニトリルオキシド化合物及びイオン性官能基含有ポリマー - Google Patents

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住友ゴム工業株式会社
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    • C07C291/02Compounds containing carbon and nitrogen and having functional groups not covered by groups C07C201/00 - C07C281/00 containing nitrogen-oxide bonds
    • C07C291/06Nitrile oxides
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    • B60CVEHICLE TYRES; TYRE INFLATION; TYRE CHANGING; CONNECTING VALVES TO INFLATABLE ELASTIC BODIES IN GENERAL; DEVICES OR ARRANGEMENTS RELATED TO TYRES
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    • C08C19/22Incorporating nitrogen atoms into the molecule
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    • C08F36/00Homopolymers and copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, at least one having two or more carbon-to-carbon double bonds
    • C08F36/02Homopolymers and copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, at least one having two or more carbon-to-carbon double bonds the radical having only two carbon-to-carbon double bonds
    • C08F36/04Homopolymers and copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, at least one having two or more carbon-to-carbon double bonds the radical having only two carbon-to-carbon double bonds conjugated
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    • Y02T10/80Technologies aiming to reduce greenhouse gasses emissions common to all road transportation technologies
    • Y02T10/86Optimisation of rolling resistance, e.g. weight reduction 

Definitions

  • TECHNICAL FIELD This disclosure relates to nitrile oxide compounds, ionic functional group-containing polymers, rubber compositions, and tires.
  • Rubbers having ionic molecules have been disclosed as polymers having various properties. For example, introduction of a unit containing a carboxylic acid into a styrene-butadiene rubber has been proposed. It is difficult to adjust the amount of ionic functional groups such as , and to introduce ionic functional groups into various polymers.
  • the present inventors focused on nitrile oxide compounds. Synthesize a novel nitrile oxide compound having a nitrile oxide group and an ionic functional group, this novel compound can react with various unsaturated polymers, does not require a special catalyst during synthesis, The present disclosure was completed based on the discovery that the production of products can also be suppressed.
  • the present disclosure solves the above problems, and provides a novel nitrile oxide compound having a nitrile oxide group and an ionic functional group capable of reacting with various unsaturated polymers, and an ionic functional group-containing compound introduced into the nitrile oxide compound.
  • An object of the present invention is to provide a polymer, and a rubber composition and a tire using the ionic functional group-containing polymer.
  • the present disclosure relates to nitrile oxide compounds with nitrile oxide groups and ionic functional groups.
  • novel nitrile oxide compounds with nitrile oxide groups and ionic functional groups are capable of reacting with various unsaturated polymers as they are nitrile oxide compounds with nitrile oxide groups and ionic functional groups. , an ionic functional group-containing polymer into which the nitrile oxide compound is introduced, and a rubber composition and a tire using the ionic functional group-containing polymer.
  • FIG. 2 is an example of 1 H-NMR (proton NMR) spectra of compounds C, D, and E in the total pathway of FIG. 1.
  • FIG. 2 is an example of IR spectra of compounds D and E in the total pathway of FIG. 1.
  • FIG. This is an example of synthesis showing that a nitrile oxide compound having a nitrile oxide group and an ionic functional group reacts with a polymer having a double bond to synthesize a polymer having an ionic functional group.
  • FIG. 5 is an example of the 1 H-NMR (proton NMR) spectrum of the polymer in the summed path of FIG. 4.
  • FIG. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is the schematic explaining an example of the synthesis method of the nitrile oxide compound which has a nitrile oxide group and an ionic functional group.
  • BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is the schematic explaining an example of the synthesis method of the nitrile oxide compound which has a nitrile oxide group and an ionic functional group. It is an example of IR spectra of Example 1-1 using SSBR1-4 (ionic functional group-containing SBR) and Comparative Example 1-1 using corresponding SSBR1, and their difference spectra.
  • nitrile oxide compound having a nitrile oxide group and an ionic functional group. Since the nitrile oxide compound can react with various polymers, an ionic functional group-containing polymer can be provided by simply introducing an ionic functional group into the polymer. In addition, the nitrile oxide compound does not require any particular catalyst during its synthesis, and the production of by-products can be suppressed.
  • the nitrile oxide group is a group represented by the following formula.
  • the nitrile oxide compound may be a compound having one nitrile oxide group or a compound having two or more nitrile oxide groups.
  • examples of the ionic functional group include cationic functional groups and anionic functional groups.
  • the ionic functional group is desirably introduced at the end of the nitrile oxide compound.
  • the nitrile oxide compound may be a compound having one ionic functional group or a compound having two or more ionic functional groups. Also, the number of ionic functional groups in the nitrile oxide compound may be one or two or more.
  • Examples of cationic functional groups include basic functional groups.
  • the amino group may be a primary amino group (--NH 2 ), a secondary amino group (--NHR 1 ) or a tertiary amino group (--NR 1 R 2 ).
  • Examples of R 1 and R 2 include an alkyl group, a phenyl group, an aralkyl group, etc.
  • R 1 and R 2 preferably have 1 to 8 carbon atoms.
  • Ammonium bases include tertiary ammonium bases, quaternary ammonium bases, and the like.
  • the heterocyclic group having a basic nitrogen atom includes nitrogen-containing heterocyclic groups such as a pyridine group, a pyrimidine group, a pyrazine group, an imidazole group, an imidazole group containing a thiol, a triazole group and a thiazole group.
  • nitrogen-containing heterocyclic groups such as a pyridine group, a pyrimidine group, a pyrazine group, an imidazole group, an imidazole group containing a thiol, a triazole group and a thiazole group.
  • an amino group primary amino group, secondary amino group, tertiary amino group
  • anionic functional groups include halogen groups and acidic functional groups.
  • Halogen groups include fluoro, chloro, bromo, and iodo groups.
  • acidic functional groups include hydroxyl group, carboxylic acid group, sulfonic acid group, sulfuric acid group, phosphonic acid group, phosphoric acid group, phosphinic acid group, maleic acid group, acid anhydride group (maleic anhydride group, etc.), fumaric acid group.
  • an itaconic acid group an acrylic acid group, a methacrylic acid group, a mercapto group, and the like.
  • a carboxylic acid group (carboxyl group) is preferable.
  • the nitrile oxide compound is not particularly limited as long as it has a nitrile oxide group and an ionic functional group, and examples thereof include compounds represented by the following formulas. X-C ⁇ N + -O - (Wherein, X represents a monovalent hydrocarbon group containing an ionic functional group.)
  • X is not particularly limited as long as it is a monovalent hydrocarbon group containing an ionic functional group. Moreover, the ionic functional group contained in X includes, for example, the same ionic functional groups as those described above. The ionic functional group contained in X is preferably formed at the end of X, for example, X is a group represented by -(CH 2 ) 5 -A (A: ionic functional group). .
  • the monovalent hydrocarbon group in X (a monovalent hydrocarbon group containing an ionic functional group) means a monovalent hydrocarbon group that constitutes the skeleton of X and has an ionic functional group substituted with a hydrogen atom.
  • X is a group represented by -(CH 2 ) 5 -COOH (COOH: ionic functional group)
  • the monovalent hydrocarbon group in X is -(CH 2 ) 5 -H.
  • the monovalent hydrocarbon group for X includes a substituted or unsubstituted monovalent hydrocarbon group, which may be linear, branched or cyclic, but preferably cyclic.
  • the monovalent hydrocarbon group for X may contain a heteroatom.
  • the substituents are not particularly limited, and include known groups such as hydroxyl groups and halogen groups (-Cl, -Br, etc.).
  • the heteroatom is not particularly limited and includes oxygen, nitrogen and the like. One or more of these substituents and heteroatoms may be provided.
  • the number of carbon atoms in the monovalent hydrocarbon group in X is preferably 3 or more, more preferably 6 or more, and is preferably 30 or less, more preferably 26 or less, still more preferably 20 or less.
  • Examples of monovalent hydrocarbon groups for X include substituted or unsubstituted straight-chain alkyl groups, branched alkyl groups, cyclic alkyl groups, aryl groups and aralkyl groups which may contain a heteroatom.
  • the monovalent hydrocarbon group for X is a group in which these substituted or unsubstituted linear alkyl groups, branched alkyl groups, cyclic alkyl groups, aryl groups, aralkyl groups, etc., which may contain heteroatoms are bonded. It may be (such as a group in which a substituted or unsubstituted linear alkyl group which may contain a heteroatom and a substituted or unsubstituted aryl group which may contain a heteroatom are bonded).
  • the substituted or unsubstituted linear alkyl group which may contain a heteroatom, and the branched alkyl group include a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, an isopropyl group, an n- butyl group, iso-butyl group, sec-butyl group, tert-butyl group, pentyl group, hexyl group, heptyl group, 2-ethylhexyl group, octyl group, nonyl group, decyl group, and heteroatoms thereof and the like.
  • substituted or unsubstituted cyclic alkyl groups which may contain hetero atoms include cyclopropyl, cyclobutyl, cyclopentyl, cyclohexyl, cycloheptyl, cyclooctyl, adamantyl, 1-ethylcyclopentyl, 1-ethyl A cyclohexyl group, a group containing these heteroatoms, and the like are included.
  • substituted or unsubstituted aryl groups which may contain a heteroatom include phenyl, tolyl, xylyl, biphenyl, naphthyl, anthryl, phenanthryl and groups containing these heteroatoms.
  • substituted or unsubstituted aralkyl groups which may contain a heteroatom examples include benzyl groups, phenethyl groups, groups containing these heteroatoms, and the like.
  • a group to which these groups are bonded a substituted or unsubstituted pentyl group which may contain a heteroatom, a substituted or unsubstituted naphthyl group which may contain a heteroatom, and the like are also included.
  • the monovalent hydrocarbon group for X is a substituted or unsubstituted linear alkyl group which may contain a heteroatom, a substituted or unsubstituted aryl group which may contain a heteroatom, and may contain a heteroatom.
  • a group in which a substituted or unsubstituted linear alkyl group and a substituted or unsubstituted aryl group optionally containing a hetero atom are bonded is preferred.
  • the compound having a nitrile oxide group and an ionic functional group is preferably a compound containing a cyclic structure, more preferably a compound having an aromatic ring.
  • aromatic rings include benzene ring, naphthalene ring, anthracene ring, phenanthrene ring, fluorene ring, triphenylene ring, naphthacene ring, biphenyl ring, bisphenol ring and terphenyl ring (three benzene rings can be connected in any manner may be linked).
  • a compound having a benzene ring or a naphthalene ring is preferable, and a compound having a naphthalene ring is more preferable.
  • nitrile oxide compounds having a nitrile oxide group and an ionic functional group include compounds represented by the following formula (compounds having a naphthalene ring).
  • A represents a monovalent ionic functional group.
  • Y represents a substituted or unsubstituted divalent hydrocarbon group which may contain a heteroatom.
  • A (monovalent ionic functional group) includes, for example, the aforementioned monovalent ionic functional groups.
  • Y (substituted or unsubstituted divalent hydrocarbon group which may contain a heteroatom) may be linear, branched or cyclic. Moreover, examples of the heteroatom and substituent in Y include the aforementioned heteroatom and substituent. Y may have one or more of these substituents and heteroatoms.
  • the number of carbon atoms in the divalent hydrocarbon group in Y is preferably 1 or more, more preferably 2 or more, still more preferably 3 or more, and is preferably 20 or less, more preferably 12 or less, and still more preferably 10 or less. is.
  • Y (substituted or unsubstituted divalent hydrocarbon group which may contain a heteroatom) includes, for example, a substituted or unsubstituted alkylene group which may contain a heteroatom, an alkenylene group, a cycloalkylene group, a cycloalkylalkylene group, An arylene group, an aralkylene group, an oxyalkylene group and the like can be mentioned.
  • substituted or unsubstituted alkylene groups which may contain heteroatoms include methylene, ethylene, trimethylene, tetramethylene, pentamethylene, hexamethylene, octylene, nonylene, decylene, 1,2- A propylene group, a group containing these heteroatoms, and the like are included.
  • substituted or unsubstituted alkenylene groups which may contain heteroatoms include vinylene groups, 1-propenylene groups, 2-propenylene groups, and groups containing these heteroatoms.
  • the substituted or unsubstituted cycloalkylene group which may contain a heteroatom includes a cyclohexylene group and a group containing this heteroatom.
  • the substituted or unsubstituted cycloalkylalkylene group which may contain a heteroatom includes a cyclohexylmethylene group and a group containing this heteroatom.
  • substituted or unsubstituted arylene groups which may contain heteroatoms include phenylene groups, tolylene groups, xylylene groups, and groups containing these heteroatoms.
  • the substituted or unsubstituted aralkylene group which may contain a heteroatom includes a benzylidene group and a group containing this heteroatom.
  • the substituted or unsubstituted oxyalkylene group which may contain a heteroatom includes an oxyethylene group, an oxypropylene group, an oxybutylene group, an oxytetramethylene group, and groups containing these heteroatoms.
  • the compound having a naphthalene ring represented by the above formula is an example of a preferred example, and the substitution site of the group represented by -C ⁇ N + -O - and -YA in the naphthalene ring is not particularly limited, and the 1-position Any one of 1 to 8 positions may be used. Among them, it is preferable that the 1st and 2nd positions are substituted with -C ⁇ N + -O - and -YA.
  • nitrile oxide compound having a nitrile oxide group and an ionic functional group An example of a method for synthesizing a nitrile oxide compound having a nitrile oxide group and an ionic functional group will be described below.
  • the nitrile oxide compound is not limited to those obtained by such a synthesis method. It includes compounds obtained by any synthetic method possible.
  • the compound having a hydroxyl group and an aldehyde group is reacted with a compound into which an ionic functional group can be introduced. If necessary, a group derived from a compound into which an ionic functional group can be introduced in the obtained substance is substituted with the ionic functional group.
  • a nitrile oxide compound having a nitrile oxide group and an ionic functional group can be synthesized.
  • the reaction process may be carried out in an organic solvent, in water, or in the absence of a solvent.
  • the organic solvent is not particularly limited, it is preferably one in which both the compound to be reacted and the compound to be reacted are easily dissolved.
  • the organic solvent is not particularly limited, and examples thereof include toluene, mesitylene, chloroform (CHCl 3 ), alcohol, and THF (tetrahydrofuran).
  • the catalyst is not particularly limited, and examples thereof include DMF (N,N-dimethylformamide), DMSO (dimethyl sulfoxide), triethylamine (TEA) and the like.
  • the amount of solvent and the amount of catalyst may be appropriately set according to the compound so that the reaction proceeds.
  • the reaction temperature and time may also be appropriately set depending on the compound, and the reaction temperature is, for example, 10 to 100° C., preferably 20 to 80° C., and the reaction time is, for example, 1 to 200 hours, preferably 3 to 100 hours.
  • a nitrile oxide compound represented by compound E having a nitrile oxide group and an ionic functional group can be synthesized by the synthesis route shown in FIG.
  • compound A a compound having a hydroxyl group and an aldehyde group
  • compound A a compound having a hydroxyl group and an aldehyde group
  • FIG. 2 is an example of 1 H-NMR (proton NMR) spectra of compounds C, D, and E in the total pathway of FIG.
  • FIG. 3 is an example of IR spectra of compounds D and E in the total pathway of FIG.
  • Each spectrum in FIG. 2 indicates that compounds C, D and E are synthesized, and each spectrum in FIG. 3 indicates that compounds D and E are synthesized.
  • a nitrile oxide compound represented by Compound I having a nitrile oxide group and an ionic functional group can be synthesized by the synthetic route shown in FIG.
  • a compound A (a compound having a hydroxyl group and an aldehyde group) is used as a starting material, and the compound A is reacted with a compound (Cl—(CH 2 ) 6 —OH) capable of introducing an ionic functional group to obtain a compound get F.
  • a nitrile oxide compound having a nitrile oxide group represented by compound e and an ionic functional group can be synthesized by the synthetic route shown in FIG.
  • An ionic functional group-containing polymer obtained by reacting a nitrile oxide compound having a nitrile oxide group and an ionic functional group with a polymer is a nitrile oxide compound having a nitrile oxide group and an ionic functional group and a polymer (having an unsaturated bond It is a modified polymer obtained by reacting with a polymer, etc.).
  • tire performance such as wet grip performance is improved.
  • a nitrile oxide compound having a nitrile oxide group and an ionic functional group is capable of reacting with various unsaturated polymers. It is possible to easily synthesize a polymer having (sites for forming ionic bonds), and to easily adjust the content of ionic bonding sites in the polymer. For example, when the diene rubber into which the nitrile oxide compound is introduced is applied to a rubber composition for tires, when the rubber composition comes into contact with a wet road surface, the ionic bonding points are dissociated, the crosslinks are loosened, and the elastic modulus is reduced. descend. Therefore, when running on a wet road surface, the contact area with the road surface is increased, the friction is increased, and the loss is improved, so it is presumed that the wet grip performance is improved.
  • any method capable of reacting can be applied. For example, by dissolving the nitrile oxide compound and the polymer having an unsaturated bond, or by applying energy, the nitrile oxide group and the carbon-carbon double bond in the main chain of the polymer A cycloaddition reaction occurs between them, and the reaction to form a five-membered ring can proceed.
  • Polymers include, for example, polymers having carbon-carbon double bonds.
  • Polymers having carbon-carbon double bonds include, for example, rubber components such as diene rubbers.
  • Diene rubbers include isoprene rubber, butadiene rubber (BR), styrene butadiene rubber (SBR), styrene isoprene butadiene rubber (SIBR), ethylene propylene diene rubber (EPDM), chloroprene rubber (CR), acrylonitrile butadiene rubber (NBR). ) and the like.
  • BR butadiene rubber
  • SBR styrene butadiene rubber
  • SIBR styrene isoprene butadiene rubber
  • EPDM ethylene propylene diene rubber
  • chloroprene rubber CR
  • NBR acrylonitrile butadiene rubber
  • butyl-based rubber, fluororubber, and the like can also be used.
  • the diene rubber may be non-modified diene rubber or modified diene rubber.
  • the modified diene rubber may be any diene rubber having a functional group that interacts with a filler such as silica.
  • Terminal modified diene rubber modified with terminal modified diene rubber having the above functional group at the end
  • main chain modified diene rubber having the above functional group on the main chain and the above functional group on the main chain and terminal main chain end-modified diene rubber (for example, main chain end-modified diene rubber having the above functional group in the main chain and at least one end modified with the above modifier), or two or more in the molecule
  • a terminal-modified diene rubber modified (coupled) with a polyfunctional compound having an epoxy group and introduced with a hydroxyl group or an epoxy group is exemplified.
  • Examples of the functional groups include amino group, amido group, silyl group, alkoxysilyl group, isocyanate group, imino group, imidazole group, urea group, ether group, carbonyl group, oxycarbonyl group, mercapto group, sulfide group, disulfide group, sulfonyl group, sulfinyl group, thiocarbonyl group, ammonium group, imide group, hydrazo group, azo group, diazo group, carboxyl group, nitrile group, pyridyl group, alkoxy group, hydroxyl group, oxy group, epoxy group and the like. .
  • these functional groups may have a substituent.
  • an amino group preferably an amino group in which the hydrogen atom of the amino group is substituted with an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms
  • an alkoxy group preferably an alkoxy group having 1 to 6 carbon atoms
  • an alkoxysilyl group An alkoxysilyl group having 1 to 6 carbon atoms is preferred.
  • the SBR is not particularly limited, and for example, emulsion-polymerized styrene-butadiene rubber (E-SBR), solution-polymerized styrene-butadiene rubber (S-SBR), etc. can be used. These may be used alone or in combination of two or more.
  • E-SBR emulsion-polymerized styrene-butadiene rubber
  • S-SBR solution-polymerized styrene-butadiene rubber
  • the styrene content of SBR is preferably 3% by mass or more, more preferably 5% by mass or more, and still more preferably 7% by mass or more. Also, the styrene content is preferably 60% by mass or less, more preferably 55% by mass or less, and even more preferably 50% by mass or less. Within the above range, there is a tendency for better tire performance such as wet grip performance to be obtained. In this specification, the styrene content of SBR is calculated by 1 H-NMR measurement.
  • the vinyl content of SBR is preferably 3% by mass or more, more preferably 5% by mass or more, and still more preferably 7% by mass or more.
  • the vinyl content is preferably 60% by mass or less, more preferably 55% by mass or less, and even more preferably 50% by mass or less. Within the above range, there is a tendency for better tire performance such as wet grip performance to be obtained.
  • the vinyl content (1,2-bonded butadiene unit amount) can be measured by infrared absorption spectrometry.
  • SBR for example, SBR manufactured and sold by Sumitomo Chemical Co., Ltd., JSR Co., Ltd., Asahi Kasei Co., Ltd., Nippon Zeon Co., Ltd., etc. can be used.
  • SBR may be unmodified SBR or modified SBR.
  • modified SBR include modified SBR into which functional groups similar to those of modified diene rubber have been introduced.
  • SBR may also be a hydrogenated product.
  • BR is not particularly limited, and for example, high cis BR having a high cis content, BR containing syndiotactic polybutadiene crystals, BR synthesized using a rare earth catalyst (rare earth BR), and the like can be used. These may be used alone or in combination of two or more. Among them, high-cis BR having a cis content of 90% by mass or more is preferable because it improves wear resistance.
  • BR may be non-denatured BR or denatured BR.
  • modified BR include modified BR into which functional groups similar to those of modified diene rubber have been introduced.
  • BR may be a hydrogenated product.
  • As BR for example, products of Ube Industries, Ltd., JSR Corporation, Asahi Kasei Co., Ltd., Nippon Zeon Co., Ltd., etc. can be used.
  • the isoprene rubber includes natural rubber (NR), isoprene rubber (IR), modified NR, modified NR, modified IR, and the like.
  • NR natural rubber
  • IR isoprene rubber
  • modified NR those commonly used in the rubber industry, such as SIR20, RSS#3, and TSR20, can be used.
  • the IR is not particularly limited, and for example IR2200 or the like commonly used in the rubber industry can be used.
  • Modified NR includes deproteinized natural rubber (DPNR), high-purity natural rubber (UPNR), etc.
  • Modified NR includes epoxidized natural rubber (ENR), hydrogenated natural rubber (HNR), grafted natural rubber, etc.
  • modified IR include epoxidized isoprene rubber, hydrogenated isoprene rubber, grafted isoprene rubber, and the like. These may be used alone or in combination of two or more.
  • the reaction process between the nitrile oxide compound and the polymer such as the diene rubber is not particularly limited, and may be carried out in an organic solvent, in water, or in the absence of a solvent.
  • the organic solvent is not particularly limited, it is preferably one in which both the nitrile oxide compound and the polymer are easily dissolved. Specific examples of the organic solvent include those mentioned above.
  • the reaction temperature and time may be appropriately set according to the nitrile oxide compound and the polymer so that the reaction proceeds.
  • reaction product ionic polymers with functional groups
  • a nitrile oxide compound having a nitrile oxide group and an ionic functional group compound E above
  • BR and SBR dimethyl methacrylate
  • the resulting solution is stirred under appropriate temperature conditions.
  • the solution containing the product is precipitated in methanol and dried to obtain the desired reactant (polymer having an ionic functional group).
  • FIG. 5 is an example of the 1 H-NMR (proton NMR) spectrum of the polymer in the summed path of FIG.
  • A is 1 H-NMR spectrum of SBR
  • B is 1 H-NMR spectrum of SBR with COOH (ionic functional group)
  • C is 1 H of BR with COOH (ionic functional group) -
  • An example of a NMR spectrum. 5(B) and (C) show that a nitrile oxide compound (the compound E) having a nitrile oxide group and an ionic functional group reacts with BR and SBR to synthesize a polymer having an ionic functional group. indicates that there is
  • the rubber composition contains, as a rubber component, the ionic functional group-containing polymer obtained by reacting a nitrile oxide group and a nitrile oxide compound having an ionic functional group with the polymer.
  • the ionic functional group-containing polymer obtained by reacting a nitrile oxide group and a nitrile oxide compound having an ionic functional group with the polymer.
  • the types of ion-modified rubber are limited.
  • SBR the SBR skeleton is limited, but the nitrile oxide compound is used. With this, it is possible to impart an ionic functional group without depending on the structure of the skeleton, so it is considered that it becomes easy to adjust the impartation of desired wet grip performance, such as further improvement of wet grip performance.
  • the content of the ionic functional group-containing rubber is preferably 5% by mass or more, more preferably 10% by mass or more, and still more preferably 15% by mass or more in 100% by mass of the rubber component.
  • the lower limit of the content of the ionic functional group-containing rubber may be 30% by mass or more, 50% by mass or more, 60% by mass or more, or 70% by mass or more.
  • the upper limit is not particularly limited, and may be 100% by mass, but may be 90% by mass or less, 85% by mass or less, or 80% by mass or less. Within the above range, there is a tendency for better tire performance such as wet grip performance to be obtained.
  • the content of the ionic functional group-containing SBR in 100% by mass of the rubber component is preferably 5% by mass or more, more preferably 10% by mass or more, More preferably, it is 15% by mass or more.
  • the lower limit of the content of the ionic functional group-containing rubber may be 30% by mass or more, 50% by mass or more, 60% by mass or more, or 70% by mass or more.
  • the upper limit is not particularly limited, and may be 100% by mass, but may be 90% by mass or less, 85% by mass or less, or 80% by mass or less. Within the above range, there is a tendency for better tire performance such as wet grip performance to be obtained.
  • the content of the ionic functional group-containing SBR in 100% by mass of the rubber component is preferably 5% by mass or more, more preferably 10% by mass or more, More preferably, it is 15% by mass or more.
  • the lower limit of the content of the ionic functional group-containing rubber may be 30% by mass or more, 50% by mass or more, 60% by mass or more, or 70% by mass or more.
  • the upper limit is not particularly limited, and may be 100% by mass, but may be 90% by mass or less, 85% by mass or less, or 80% by mass or less. Within the above range, there is a tendency for better tire performance such as wet grip performance to be obtained.
  • the content of the ionic functional group-containing SBR in 100% by mass of the rubber component is preferably 5% by mass or more, more preferably 10% by mass. or more, more preferably 15% by mass or more.
  • the lower limit of the content of the ionic functional group-containing rubber may be 30% by mass or more, 50% by mass or more, 60% by mass or more, or 70% by mass or more.
  • the upper limit is not particularly limited, and may be 100% by mass, but may be 90% by mass or less, 85% by mass or less, or 80% by mass or less. Within the above range, there is a tendency for better tire performance such as wet grip performance to be obtained.
  • the rubber composition desirably contains at least one filler selected from the group consisting of alkali metal salt and alkaline earth metal salt fillers.
  • alkali metal salts and alkaline earth metal salts include lithium carbonate, sodium carbonate, potassium carbonate, rubidium carbonate, cesium carbonate, beryllium carbonate, magnesium carbonate, calcium carbonate, strontium carbonate, barium carbonate, lithium acetate, sodium acetate, Potassium acetate, rubidium acetate, cesium acetate, beryllium acetate, magnesium acetate, calcium acetate, strontium acetate, barium acetate, lithium phenoxide, sodium phenoxide, potassium phenoxide, rubidium phenoxide, cesium phenoxide, beryllium diphenoxide, magnesium diphenoxide, calcium diphenoxide , strontium diphenoxide, and at least one alkali metal salt or alkaline earth metal salt selected from the group consisting of barium diphenoxide.
  • One of these alkali metal salts or alkaline earth metal salts may be used alone, or two or more thereof may be used in combination.
  • the content of the alkali metal salt or alkaline earth metal salt is preferably 0.5 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the rubber component. parts or more, more preferably 2.0 parts by mass or more, still more preferably 5.0 parts by mass or more, still more preferably 7.0 parts by mass or more, particularly preferably 7.2 parts by mass or more, and preferably 20.0 parts by mass or less, more preferably 17.0 parts by mass or less, still more preferably 12.0 parts by mass or less, and particularly preferably 10.0 parts by mass or less. Within the above range, the effect tends to be obtained more favorably.
  • the apparent specific gravity of the alkali metal salt or alkaline earth metal salt is preferably less than 0.4 g/ml, more preferably 0.3 g/ml or less, still more preferably 0.25 g/ml or less, and also preferably is 0.05 g/ml or more, more preferably 0.15 g/ml or more. Within the above range, the effect tends to be obtained more favorably.
  • the apparent specific gravity of the alkali metal salt or alkaline earth metal salt is a value calculated from the mass of 30 ml of apparent volume measured into a 50 ml measuring cylinder.
  • the d50 of the alkali metal salt or alkaline earth metal salt is preferably less than 10 ⁇ m, more preferably 4.5 ⁇ m or less, even more preferably 1.5 ⁇ m or less, particularly preferably less than 0.75 ⁇ m, and preferably 0 0.05 ⁇ m or more, more preferably 0.45 ⁇ m or more. Within the above range, the effect tends to be obtained more favorably.
  • the d50 of the alkali metal salt or alkaline earth metal salt is the particle diameter at 50% of the integrated value in the mass-based particle size distribution curve obtained by the laser diffraction scattering method.
  • the nitrogen adsorption specific surface area (N 2 SA) of the alkali metal salt or alkaline earth metal salt is preferably 100 m 2 /g or more, more preferably 115 m 2 /g or more, and preferably 250 m 2 /g or less. , more preferably 225 m 2 /g or less, still more preferably 200 m 2 /g or less. Within the above range, the effect tends to be obtained more favorably.
  • the N 2 SA of the alkali metal salt or alkaline earth metal salt is a value measured by the BET method according to JIS Z8830:2013.
  • alkali metal salts or alkaline earth metal salts examples include Kyowa Chemical Industry Co., Ltd., Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd., Kishida Chemical Co., Ltd., Kyowa Chemical Industry Co., Ltd., Tateho Chemical Industry Co., Ltd. ), JHE Co., Ltd., Nippon Kagaku Kogyo Co., Ltd., Ako Kasei Co., Ltd., etc. can be used.
  • the rubber composition preferably contains a filler (filler).
  • a filler inorganic fillers such as silica, carbon black, calcium carbonate, talc, alumina, clay, aluminum hydroxide, aluminum oxide, and mica; difficult-to-disperse fillers; and other fillers known in the rubber field can be used. Among them, silica and carbon black are preferred, and silica is more preferred.
  • the total amount of filler is preferably 5 parts by mass or more, more preferably 10 parts by mass or more, still more preferably 15 parts by mass or more, and particularly preferably 25 parts by mass or more, relative to 100 parts by mass of the rubber component.
  • the upper limit is preferably 200 parts by mass or less, more preferably 180 parts by mass or less, and even more preferably 160 parts by mass or less. Within the above range, there is a tendency for better tire performance such as wet grip performance to be obtained.
  • Silica that can be used includes, for example, dry silica (anhydrous silica), wet silica (hydrous silica), and the like. Among them, wet-process silica is preferable because it has many silanol groups.
  • silica for example, products of Degussa, Rhodia, Tosoh Silica, Solvay Japan, Tokuyama, etc. can be used.
  • the nitrogen adsorption specific surface area (N 2 SA) of silica is preferably 10 m 2 /g or more, more preferably 20 m 2 /g or more, still more preferably 30 m 2 /g or more.
  • the upper limit of N 2 SA of silica is not particularly limited, but is preferably 300 m 2 /g or less, more preferably 275 m 2 /g or less, and still more preferably 250 m 2 /g or less. Within the above range, there is a tendency for better tire performance such as wet grip performance to be obtained.
  • the N 2 SA of silica is a value measured by the BET method according to ASTM D3037-93.
  • the content of silica is preferably 5 parts by mass or more, more preferably 10 parts by mass or more, still more preferably 15 parts by mass or more, and particularly preferably 25 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the rubber component. That's it.
  • the upper limit is preferably 200 parts by mass or less, more preferably 180 parts by mass or less, and even more preferably 160 parts by mass or less. Within the above range, there is a tendency for better tire performance such as wet grip performance to be obtained.
  • silane coupling agent When silica is contained, a silane coupling agent may be blended together with silica.
  • silane coupling agent any silane coupling agent conventionally used in combination with silica in the rubber industry can be used without particular limitation.
  • sulfide bis(2-triethoxysilylethyl)tetrasulfide, bis(4-triethoxysilylbutyl)tetrasulfide, bis(3-trimethoxysilylpropyl)tetrasulfide, bis(2-trimethoxysilylethyl)tetrasulfide, Bis (2-triethoxysilylethyl) trisulfide, bis (4-trimethoxysilylbutyl) trisulfide, bis (3-triethoxysilylpropyl) disulfide, bis (2-triethoxysilylethyl) disulfide, bis (4- triethoxysilylbutyl)disulf
  • amino-based, glycidoxy-based such as ⁇ -glycidoxypropyltriethoxysilane, ⁇ -glycidoxypropyltrimethoxysilane, nitro-based such as 3-nitropropyltrimethoxysilane, 3-nitropropyltriethoxysilane, 3- Chloro compounds such as chloropropyltrimethoxysilane and 3-chloropropyltriethoxysilane are included.
  • products of Degussa, Momentive, Shin-Etsu Silicone Co., Ltd., Tokyo Chemical Industry Co., Ltd., Azumax Co., Ltd., Dow Corning Toray Co., Ltd., etc. can be used. These may be used alone or in combination of two or more. Among them, sulfide-based and mercapto-based are preferred.
  • the content of the silane coupling agent is preferably 3 parts by mass or more, more preferably 6 parts by mass or more, relative to 100 parts by mass of silica. Moreover, 20 mass parts or less are preferable, and, as for the said content, 15 mass parts or less are more preferable.
  • Usable carbon blacks include N134, N110, N220, N234, N219, N339, N330, N326, N351, N550, N762 and the like. These may be used alone or in combination of two or more.
  • Commercially available products include Asahi Carbon Co., Ltd., Cabot Japan Co., Ltd., Tokai Carbon Co., Ltd., Mitsubishi Chemical Co., Ltd., Lion Corporation, Shin Nikka Carbon Co., Ltd., Columbia Carbon Co., Ltd., etc. can be used.
  • the nitrogen adsorption specific surface area (N 2 SA) of carbon black is preferably 10 m 2 /g or more, more preferably 20 m 2 /g or more, still more preferably 30 m 2 /g or more.
  • the upper limit of N 2 SA of silica is not particularly limited, but is preferably 300 m 2 /g or less, more preferably 275 m 2 /g or less, and still more preferably 250 m 2 /g or less. Within the above range, there is a tendency for better tire performance such as wet grip performance to be obtained.
  • the nitrogen adsorption specific surface area of carbon black is determined according to JIS K6217-2:2001.
  • the content of carbon black is preferably 5 parts by mass or more, more preferably 10 parts by mass or more, and still more preferably 15 parts by mass or more with respect to 100 parts by mass of the rubber component.
  • the upper limit is preferably 200 parts by mass or less, more preferably 180 parts by mass or less, and even more preferably 160 parts by mass or less. Within the above range, there is a tendency for better tire performance such as wet grip performance to be obtained.
  • the rubber composition may contain a plasticizer.
  • the plasticizer is a material that imparts plasticity to the rubber component. ) and the like.
  • the plasticizer content (total amount of plasticizer) is preferably 3 parts by mass or more, more preferably 5 parts by mass or more, and still more preferably 100 parts by mass of the rubber component. is 7 parts by mass or more.
  • the upper limit is preferably 120 parts by mass or less, more preferably 100 parts by mass or less, and even more preferably 90 parts by mass or less. Within the above range, there is a tendency for better tire performance such as wet grip performance to be obtained.
  • Liquid plasticizers that can be used in rubber compositions are not particularly limited, and include oils, liquid polymers (liquid resins, liquid diene-based polymers, liquid farnesene-based polymers, etc.). is mentioned. These may be used alone or in combination of two or more.
  • the content of the liquid plasticizer is preferably 3 parts by mass or more, more preferably 5 parts by mass or more, and still more preferably 7 parts by mass or more, relative to 100 parts by mass of the rubber component. is.
  • the upper limit is preferably 120 parts by mass or less, more preferably 100 parts by mass or less, and even more preferably 90 parts by mass or less. Within the above range, there is a tendency for better tire performance such as wet grip performance to be obtained.
  • the content of the liquid plasticizer also includes the amount of oil contained in the oil-extended rubber.
  • Oils include, for example, process oils, vegetable oils, or mixtures thereof.
  • process oil for example, paraffinic process oil, aromatic process oil, naphthenic process oil, etc. can be used.
  • Vegetable oils include castor oil, cottonseed oil, linseed oil, rapeseed oil, soybean oil, palm oil, coconut oil, peanut oil, rosin, pine oil, pine tar, tall oil, corn oil, rice bran oil, safflower oil, sesame oil, and olive oil. , sunflower oil, palm kernel oil, camellia oil, jojoba oil, macadamia nut oil, tung oil and the like.
  • Liquid resins include terpene resins (including terpene phenolic resins and aromatic modified terpene resins), rosin resins, styrene resins, C5 resins, C9 resins, C5/C9 resins, and dicyclopentadiene (DCPD) resins. , coumarone-indene resins (including coumarone and indene simple substance resins), phenol resins, olefin resins, polyurethane resins, acrylic resins, and the like. Hydrogenated products of these can also be used.
  • terpene resins including terpene phenolic resins and aromatic modified terpene resins
  • rosin resins rosin resins
  • styrene resins C5 resins, C9 resins, C5/C9 resins
  • DCPD dicyclopentadiene
  • coumarone-indene resins including coumarone and indene simple substance resins
  • liquid diene polymer examples include liquid styrene-butadiene copolymer (liquid SBR), liquid butadiene polymer (liquid BR), liquid isoprene polymer (liquid IR), liquid styrene-isoprene copolymer (liquid SIR), liquid styrene butadiene styrene block copolymer (liquid SBS block polymer), liquid styrene isoprene styrene block copolymer (liquid SIS block polymer), liquid farnesene polymer, liquid farnesene butadiene copolymer, and the like. . These may be modified with a polar group at the terminal or main chain. Hydrogenated products of these can also be used.
  • the content of the resin is preferably 3 parts by mass or more, more preferably 5 parts by mass or more, and still more preferably 7 parts by mass or more with respect to 100 parts by mass of the rubber component.
  • the upper limit is preferably 120 parts by mass or less, more preferably 100 parts by mass or less, and even more preferably 90 parts by mass or less.
  • the softening point of the resin is preferably 50°C or higher, more preferably 55°C or higher, and even more preferably 60°C or higher.
  • the upper limit is preferably 160°C or lower, more preferably 150°C or lower, and even more preferably 145°C or lower. Within the above range, there is a tendency for better tire performance such as wet grip performance to be obtained.
  • the softening point of the resin is the temperature at which the sphere descends when the softening point specified in JIS K6220-1:2001 is measured with a ring and ball type softening point measuring device.
  • the aromatic vinyl polymer is a polymer containing an aromatic vinyl monomer as a structural unit.
  • examples thereof include ⁇ -methylstyrene and/or resins obtained by polymerizing styrene. Specifically, styrene homopolymers (styrene resins), ⁇ -methylstyrene homopolymers ( ⁇ -methylstyrene resins ), copolymers of ⁇ -methylstyrene and styrene, and copolymers of styrene and other monomers.
  • the coumarone-indene resin is a resin containing coumarone and indene as main monomer components constituting the skeleton (main chain) of the resin.
  • monomer components contained in the skeleton other than coumarone and indene include styrene, ⁇ -methylstyrene, methylindene, and vinyltoluene.
  • the coumarone resin is a resin containing coumarone as a main monomer component that constitutes the skeleton (main chain) of the resin.
  • the indene resin is a resin containing indene as a main monomer component that constitutes the skeleton (main chain) of the resin.
  • phenolic resin for example, known polymers obtained by reacting phenol with aldehydes such as formaldehyde, acetaldehyde and furfural with an acid or alkali catalyst can be used. Among them, those obtained by reacting with an acid catalyst (such as novolac phenolic resins) are preferable.
  • rosin resin examples include natural rosin, polymerized rosin, modified rosin, ester compounds thereof, and rosin-based resins represented by hydrogenated products thereof.
  • Examples of the petroleum resins include C5-based resins, C9-based resins, C5/C9-based resins, dicyclopentadiene (DCPD) resins, and hydrogenated products thereof. Among them, DCPD resin and hydrogenated DCPD resin are preferable.
  • the terpene-based resin is a polymer containing terpene as a structural unit.
  • examples thereof include polyterpene resins obtained by polymerizing terpene compounds, and aromatic modified terpene resins obtained by polymerizing terpene compounds and aromatic compounds.
  • Aromatic modified terpene resins include terpene phenol resins made from terpene compounds and phenol compounds, terpene styrene resins made from terpene compounds and styrene compounds, and terpene compounds, phenol compounds and styrene compounds as raw materials.
  • Terpene phenol styrene resins can also be used.
  • the terpene compounds include ⁇ -pinene and ⁇ -pinene
  • the phenolic compounds include phenol and bisphenol A
  • the aromatic compounds include styrene compounds (styrene, ⁇ -methylstyrene, etc.).
  • the acrylic resin is a polymer containing an acrylic monomer as a structural unit.
  • examples thereof include styrene-acrylic resins such as styrene-acrylic resins, which have a carboxyl group and are obtained by copolymerizing an aromatic vinyl monomer component and an acrylic monomer component.
  • solvent-free carboxyl group-containing styrene-acrylic resins can be preferably used.
  • plasticizers examples include Maruzen Petrochemical Co., Ltd., Sumitomo Bakelite Co., Ltd., Yasuhara Chemical Co., Ltd., Tosoh Corporation, Rutgers Chemicals, BASF, Arizona Chemical, Nichinuri Chemical Co., Ltd. Products of Nippon Shokubai, ENEOS Co., Ltd., Arakawa Chemical Co., Ltd., Taoka Chemical Co., Ltd., etc. can be used.
  • the rubber composition preferably contains an anti-aging agent.
  • Antiaging agents are not particularly limited, but naphthylamine antiaging agents such as phenyl- ⁇ -naphthylamine; diphenylamine antiaging agents such as octylated diphenylamine and 4,4′-bis( ⁇ , ⁇ ′-dimethylbenzyl)diphenylamine.
  • p-phenylenediamine-based antioxidants and quinoline-based antioxidants are preferable, and N-(1,3-dimethylbutyl)-N'-phenyl-p-phenylenediamine, 2,2,4-trimethyl-1 , 2-dihydroquinoline polymers are more preferred.
  • products of Seiko Chemical Co., Ltd., Sumitomo Chemical Co., Ltd., Ouchi Shinko Kagaku Kogyo Co., Ltd., Flexis, etc. can be used.
  • the content of the antioxidant is preferably 0.2 parts by mass or more, more preferably 0.5 parts by mass or more, relative to 100 parts by mass of the rubber component.
  • the content is preferably 7.0 parts by mass or less, more preferably 4.0 parts by mass or less.
  • the rubber composition may contain stearic acid.
  • the stearic acid content is preferably 0.5 to 10 parts by mass, more preferably 0.5 to 5 parts by mass, per 100 parts by mass of the rubber component.
  • stearic acid conventionally known ones can be used, for example, products of NOF Corporation, Kao Corporation, FUJIFILM Wako Pure Chemical Industries, Ltd., Chiba Fatty Acids Co., Ltd., etc. can be used.
  • the rubber composition may contain zinc oxide.
  • the zinc oxide content is preferably 0.5 to 10 parts by mass, more preferably 1 to 5 parts by mass, per 100 parts by mass of the rubber component.
  • zinc oxide conventionally known ones can be used. products can be used.
  • Wax may be blended in the rubber composition.
  • the wax content is preferably 0.5 to 10 parts by mass, more preferably 1 to 5 parts by mass, per 100 parts by mass of the rubber component.
  • the wax is not particularly limited, and examples thereof include petroleum waxes and natural waxes. Synthetic waxes obtained by refining or chemically treating a plurality of waxes can also be used. These waxes may be used alone or in combination of two or more.
  • Examples of petroleum wax include paraffin wax and microcrystalline wax.
  • the natural wax is not particularly limited as long as it is derived from a resource other than petroleum.
  • Examples include plant waxes such as candelilla wax, carnauba wax, Japan wax, rice wax, and jojoba wax; beeswax, lanolin, spermaceti, and the like. animal waxes; mineral waxes such as ozokerite, ceresin and petrolactam; and refined products thereof.
  • plants such as candelilla wax, carnauba wax, Japan wax, rice wax, and jojoba wax
  • animal waxes mineral waxes such as ozokerite, ceresin and petrolactam
  • refined products thereof for example, products of Ouchi Shinko Kagaku Kogyo Co., Ltd., Nippon Seiro Co., Ltd., Seiko Kagaku Co., Ltd., etc. can be used
  • the rubber composition may contain sulfur from the viewpoint of forming appropriate crosslinked chains in the polymer chains and imparting a good balance of performance.
  • the sulfur content is preferably 0.1 parts by mass or more, more preferably 0.5 parts by mass or more, and still more preferably 0.7 parts by mass or more with respect to 100 parts by mass of the rubber component.
  • the content is preferably 6.0 parts by mass or less, more preferably 4.0 parts by mass or less, and even more preferably 3.0 parts by mass or less.
  • Sulfur includes powdered sulfur, precipitated sulfur, colloidal sulfur, insoluble sulfur, highly dispersible sulfur, soluble sulfur and the like commonly used in the rubber industry.
  • products of Tsurumi Chemical Industry Co., Ltd., Karuizawa Io Co., Ltd., Shikoku Kasei Kogyo Co., Ltd., Flexis Co., Ltd., Nippon Kantan Kogyo Co., Ltd., Hosoi Chemical Industry Co., Ltd., etc. can be used. These may be used alone or in combination of two or more.
  • the rubber composition may contain a vulcanization accelerator.
  • the content of the vulcanization accelerator is usually 0.3-10 parts by mass, preferably 0.5-7 parts by mass, per 100 parts by mass of the rubber component.
  • Vulcanization accelerators include thiazole-based vulcanization accelerators such as 2-mercaptobenzothiazole, di-2-benzothiazolyl disulfide, and N-cyclohexyl-2-benzothiazylsulfenamide; tetramethylthiuram disulfide (TMTD ), tetrabenzyl thiuram disulfide (TBzTD), tetrakis (2-ethylhexyl) thiuram disulfide (TOT-N) and other thiuram vulcanization accelerators; N-cyclohexyl-2-benzothiazolesulfenamide, Nt-butyl- Sulfenamide-based vulcanization accelerators such as 2-benzothiazolylsulfenamide, N-oxyethylene-2-benzothiazolesulfenamide, N,N'-diisopropyl-2-
  • the rubber composition may also contain additives such as release agents and pigments, which are commonly used in the application, as appropriate.
  • each component can be kneaded using a rubber kneading device such as an open roll mixer or a Banbury mixer, and crosslinked as necessary.
  • a rubber kneading device such as an open roll mixer or a Banbury mixer
  • the kneading temperature is usually 50 to 200° C., preferably 80 to 190° C.
  • the kneading time is usually 30 seconds to 30 minutes, preferably 1 minute to 30 minutes.
  • the rubber composition can be used for tires, shoe soles, flooring materials, vibration-proof materials, seismic-isolating materials, butyl frame materials, belts, hoses, packings, drug stoppers, other industrial rubber products, and the like.
  • it is preferable to use it as a rubber composition for tires because it is excellent in tire performance such as wet grip performance.
  • the rubber composition preferably satisfies the following formula (1).
  • E* when wet with water / E* when dry ⁇ 0.95 (In the formula, E* is the complex elastic modulus (MPa ).)
  • E* when wet with water/E* when dry is preferably 0.91 or less, more preferably 0.88 or less, still more preferably 0.86 or less, particularly preferably 0.84 or less, most preferably 0.84 or less. 81 or less.
  • the lower limit of E* when wet with water/E* when dry is not particularly limited, but is preferably 0.10 or more, more preferably 0.30 or more, still more preferably 0.50 or more, and particularly preferably 0.60 or more. is. Within the above range, the effect can be suitably obtained.
  • the rubber composition preferably has a dry E* of 3.0 MPa or more, more preferably 52.0 MPa or more, even more preferably 58.0 MPa or more, and particularly preferably 66.0 MPa or more.
  • E* 3.0 MPa or more
  • the upper limit of E* during drying is not particularly limited, it is preferably 200.0 MPa or less, more preferably 176.0 MPa or less, even more preferably 150.0 MPa or less, and particularly preferably 100.0 MPa or less. Within the above range, the effect can be suitably obtained.
  • the rubber composition preferably has an E* when wet with water of 3.0 MPa or more, more preferably 45.0 MPa or more, still more preferably 55.0 MPa or more, and particularly preferably 60.0 MPa or more.
  • E* when wet with water of 3.0 MPa or more, more preferably 45.0 MPa or more, still more preferably 55.0 MPa or more, and particularly preferably 60.0 MPa or more.
  • the upper limit of E* during drying is not particularly limited, it is preferably 180.0 MPa or less, more preferably 150.0 MPa or less, even more preferably 110.0 MPa or less, and particularly preferably 90.0 MPa or less. Within the above range, the effect can be suitably obtained.
  • the complex elastic modulus (E*) of the rubber composition means E* of the rubber composition after vulcanization.
  • E* is a value obtained by conducting a viscoelasticity test on the vulcanized rubber composition.
  • the rubber composition satisfies the above formula (1), and for example, the complex elastic modulus (E*) reversibly changes with water.
  • E*) changes means that the presence of water causes the E* of the rubber composition (after vulcanization) to reversibly increase or decrease.
  • E* should change reversibly when changing from dry to water wet to dry, and the same E* should not be present during the previous drying and the subsequent drying. Alternatively, it may have the same E* during the previous drying and the subsequent drying.
  • E* when dry means E* of the rubber composition in a dry state, and specifically, E* of the rubber composition dried by the method described in Examples. means.
  • the E* when wet with water means the E* of the rubber composition in a state of being wet with water. Denotes the E* of the composition.
  • the E* of the rubber composition is measured under the conditions of a temperature of 30° C., an initial strain of 10%, a dynamic strain of 1%, a frequency of 10 Hz, an elongation mode, and a measurement time of 30 minutes. E*.
  • the reversible E* change by water represented by the formula (1) of the rubber composition is, for example, the ionic functional group-containing polymer and, if necessary, the alkali metal salt or alkaline earth metal It can be achieved by using a salt.
  • E* at the time of drying can be adjusted by the type and amount of chemicals (especially rubber components, fillers, softeners such as oils) blended in the rubber composition. By reducing the amount or increasing the amount of filler, the dry E* tends to increase.
  • the ionic functional group content of the ionic functional group-containing polymer the content of the alkali metal salt or alkaline earth metal salt (in other words, the alkali metal salt or alkaline earth metal salt)
  • the content of the alkali metal salt or alkaline earth metal salt it is possible to adjust E* at the time of drying by adjusting the content of metals derived from metal salts. Specifically, when the ionic functional group content of the ionic functional group-containing polymer or the content of the alkali metal salt or alkaline earth metal salt is increased, the dry E* tends to increase.
  • E* when wet with water is, for example, a rubber composition in which part or all of the ionic functional group-containing polymer and the alkali metal salt or alkaline earth metal salt are crosslinked by ionic bonds. , it is possible to reduce the E* when wet with water as compared to when it is dry, and it is possible to adjust the E* when dry and when wet with water.
  • a rubber composition crosslinked by ionic bonds is obtained, and compared to the dry state, the water wet state can reduce the E* of
  • the E* when wet with water can be adjusted by adjusting the type and amount of the chemical compounded in the rubber composition. , a similar tendency can be obtained for E* when wetted with water.
  • the ionic functional group-containing polymer and, if necessary, the alkali metal salt or alkaline earth metal salt are used. , etc., the reversible E* change due to water represented by the above formula (1) of the rubber composition can be realized.
  • the tire member to which the rubber composition is applied is not particularly limited, and any tire such as cap tread, sidewall, base tread, bead apex, clinch apex, inner liner, under tread, breaker topping, ply topping, etc. Each member is mentioned. In particular, it is suitable for cap treads because of its excellent wet grip performance.
  • the rubber composition can be suitably used for tires.
  • Tires include pneumatic tires, non-pneumatic tires, etc. Among them, pneumatic tires are preferred. In particular, it can be suitably used as a summer tire (summer tire), a winter tire (studless tire, snow tire, studded tire, etc.), an all-season tire, and the like.
  • Tires can be used as tires for passenger cars, tires for large passenger cars, tires for large SUVs, tires for heavy loads such as trucks and buses, tires for light trucks, tires for two-wheeled vehicles, tires for racing (high performance tires), and the like. Among others, it can be suitably used for tires for passenger cars and tires for light trucks.
  • a tire is manufactured by a normal method using the rubber composition.
  • a rubber composition blended with various materials is extruded in an unvulcanized stage to match the shape of a tire member, and then molded together with other tire members on a tire molding machine by a normal method. After forming the unvulcanized tire, it can be heated and pressed in a vulcanizer to produce a tire.
  • the double bond modification rate and nitrile oxide compound reaction rate in Table 1 are defined below and measured by the following methods.
  • Double bond modification rate (%) [amount of carbon-carbon double bonds reacted with nitrile oxide compound / (amount of remaining carbon-carbon double bonds + carbon-carbon double bonds reacted with nitrile oxide compound Amount of binding] ⁇ 100
  • Node oxide compound reaction rate (%) (amount of nitrile oxide compound reacted with double bond/(prepared amount of nitrile oxide compound) x 100
  • Double bond modification rate The rate of addition of the nitrile oxide compound to the carbon-carbon double bond in the polymer was calculated by IR measurement, 1 H-NMR measurement and 13 C-NMR measurement.
  • Nitrile oxide compound reaction rate was obtained by IR measurement, 1 H-NMR measurement and 13 C-NMR measurement.
  • the glass transition temperature (Tg) of the produced ionic functional group-containing polymer was determined according to JIS K 7121 using a differential scanning calorimeter (Q200) manufactured by TA Instruments Japan at a heating rate of 10 ° C.
  • the glass transition start temperature was obtained by measuring while increasing the temperature at 1/min.
  • BR1 BR150B (cis content 96% by mass) manufactured by Ube Industries, Ltd.
  • ESBR Nipol 1502 (E-SBR, styrene content 23.5% by mass, vinyl content 18% by mass) manufactured by ZEON Co., Ltd.
  • SSBR2 HPR840 (S-SBR) manufactured by JSR Corporation
  • nitrile oxide compound having a nitrile oxide group and an ionic functional group it is possible to synthesize a nitrile oxide compound having a nitrile oxide group and an ionic functional group, and it is also possible to synthesize an ionic functional group-containing polymer by reacting the nitrile oxide compound with BR, ESBR, or SSBR. I found out.
  • nitrile oxide group in the nitrile oxide group and the nitrile oxide compound having an ionic functional group is highly reactive and can react with any polymer, any polymer (isoprene rubber, other double bond It is thought that an ionic functional group can be introduced into the polymer by reacting the nitrile oxide group in the nitrile oxide compound with a polymer having various ionic functional groups. was considered possible.
  • SSBR1 HPR850 (S-SBR) manufactured by JSR Corporation
  • SSBR1-4 SBRs containing ionic functional groups made according to Table 1
  • SSBR1-5 SBRs containing ionic functional groups made according to Table 1
  • SSBR2 HPR840 (S-SBR) manufactured by JSR Corporation
  • SSBR2-1 SBR containing ionic functional groups made according to Table 1
  • SSBR2-2 SBR containing ionic functional groups made according to Table 1 BR2: BR730 manufactured by JSR Corporation (BR synthesized using a Nd-based catalyst, cis content 96% by mass)
  • BR2-1 Ionic functional group-containing BR prepared according to Table 1
  • BR2-2 ionic functional group-containing BR prepared according to Table 1 Potassium acetate: Potassium acetate manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd.
  • Silica Ultrasil VN3 manufactured by Evonik Degussa (N 2 SA: 175 m 2 /g)
  • Silane coupling agent Si266 manufactured by Evonik Degussa
  • Stearic acid stearic acid "Tsubaki” manufactured by NOF Corporation Oil: Diana Process NH-70S manufactured by Idemitsu Kosan Co., Ltd.
  • Sulfur powdered sulfur vulcanization accelerator manufactured by Tsurumi Chemical Industry Co., Ltd.
  • NS Noccellar NS (N-tert-butyl-2-benzothiazylsulfenamide) manufactured by Ouchi Shinko Chemical Industry Co., Ltd.
  • Vulcanization accelerator DPG Noccellar D (1,3-diphenylguanidine) manufactured by Ouchi Shinko Kagaku Kogyo Co., Ltd.
  • ⁇ Viscoelasticity test> A viscoelasticity measurement sample of length 40 mm x width 3 mm x thickness 0.5 mm was taken from each vulcanized rubber composition, and E* of the vulcanized rubber composition was measured using RSA series manufactured by TA Instruments. , a temperature of 30° C., an initial strain of 10%, a dynamic strain of 1%, a frequency of 10 Hz, an elongation mode, and a measurement time of 30 minutes.
  • ionic functional group-containing polymers having ionic bonding points sites where ionic bonds are formed
  • the ionic bonding points are dissociated and cross-linking slows down.
  • the elastic modulus decreases, and when running on a wet road surface, the contact area with the road surface increases, friction increases, loss increases, and wet grip performance improves.
  • the present disclosure (1) is a nitrile oxide compound having a nitrile oxide group and an ionic functional group.
  • This disclosure (2) is the nitrile oxide compound according to this disclosure (1), wherein the ionic functional group is at least one selected from the group consisting of an amino group and a carboxylic acid group.
  • the present disclosure (3) is the nitrile oxide compound according to the present disclosure (1) or (2), which is a compound containing a cyclic structure.
  • the present disclosure (4) is the nitrile oxide compound according to the present disclosure (1) or (2), which is a compound having an aromatic ring.
  • the present disclosure (5) is the nitrile oxide compound according to the present disclosure (1) or (2), which is a compound having a naphthalene ring.
  • the present disclosure (6) is an ionic functional group-containing polymer obtained by reacting the nitrile oxide group and the nitrile oxide compound having an ionic functional group according to any one of the present disclosure (1) to (5) with a polymer. .
  • the present disclosure (7) is the ionic functional group-containing polymer according to the present disclosure (6), wherein the polymer is at least one selected from the group consisting of styrene-butadiene rubber, butadiene rubber and isoprene rubber.
  • (8) of the present disclosure is a rubber composition comprising the ionic functional group-containing polymer described in (6) or (7) of the present disclosure.
  • the present disclosure (9) is the present disclosure (6), wherein the ionic functional group-containing polymer includes at least one selected from the group consisting of an ionic functional group-containing styrene-butadiene rubber and an ionic functional group-containing styrene-butadiene rubber. is an ionic functional group-containing polymer.
  • the present disclosure (10) is the rubber composition according to the present disclosure (8) or (9) containing at least one selected from the group consisting of silica and carbon black.
  • the present disclosure (11) is a rubber composition according to any one of the present disclosure (8) to (10), which satisfies the following formula (1).
  • E* when wet with water / E* when dry ⁇ 0.95 In the formula, E* is the complex elastic modulus (MPa ).
  • (12) of the present disclosure is a tire using the rubber composition according to any one of (8) to (11) of the present disclosure.

Abstract

種々の不飽和ポリマーとの反応が可能であるニトリルオキシド基及びイオン性官能基を持つ新規のニトリルオキシド化合物、該ニトリルオキシド化合物を導入したイオン性官能基含有ポリマー、並びに、該イオン性官能基含有ポリマーを用いたゴム組成物及びタイヤを提供する。

Description

ニトリルオキシド化合物及びイオン性官能基含有ポリマー
本開示は、ニトリルオキシド化合物、イオン性官能基含有ポリマー、ゴム組成物、及びタイヤに関する。
種々の特性を持つポリマーとして、イオン分子有するゴムが開示されており、例えば、スチレンブタジエンゴム中にカルボン酸を含むユニットを導入すること等が提案されているが、一般に、ポリマー中のカルボン酸基等のイオン性官能基の量を調整したり、種々のポリマーにイオン性官能基を導入することは難しい。
このように、例えば、カルボン酸基等のイオン性官能基を持つ低分子化合物をポリマーに簡便に導入する技術の提供が望まれていることに関し、本開示者らは、ニトリルオキシド化合物に着目してニトリルオキシド基及びイオン性官能基を持つ新規のニトリルオキシド化合物を合成し、この新規化合物が、種々の不飽和ポリマーとの反応が可能である、合成の際に特段触媒が不要である、副生成物の生成も抑制できる、という知見を見出し、本開示を完成したものである。
本開示は、前記課題を解決し、種々の不飽和ポリマーとの反応が可能であるニトリルオキシド基及びイオン性官能基を持つ新規のニトリルオキシド化合物、該ニトリルオキシド化合物を導入したイオン性官能基含有ポリマー、並びに、該イオン性官能基含有ポリマーを用いたゴム組成物及びタイヤを提供することを目的とする。
本開示は、ニトリルオキシド基及びイオン性官能基を持つニトリルオキシド化合物に関する。
本開示によれば、ニトリルオキシド基及びイオン性官能基を持つニトリルオキシド化合物であるので、種々の不飽和ポリマーとの反応が可能であるニトリルオキシド基及びイオン性官能基を持つ新規のニトリルオキシド化合物、該ニトリルオキシド化合物を導入したイオン性官能基含有ポリマー、並びに、該イオン性官能基含有ポリマーを用いたゴム組成物及びタイヤを提供できる。
ニトリルオキシド基及びイオン性官能基を持つニトリルオキシド化合物の合成法の一例を説明する概略図である。 図1の合計経路における化合物C、D、EのH-NMR(プロトンNMR)のスペクトルの一例である。 図1の合計経路における化合物D、EのIRスペクトルの一例である。 ニトリルオキシド基及びイオン性官能基を持つニトリルオキシド化合物と、二重結合を持つポリマーとが反応し、イオン性官能基を持つポリマーが合成されることを示す合成例の一例である。 図4の合計経路におけるポリマーのH-NMR(プロトンNMR)のスペクトルの一例である。 ニトリルオキシド基及びイオン性官能基を持つニトリルオキシド化合物の合成法の一例を説明する概略図である。 ニトリルオキシド基及びイオン性官能基を持つニトリルオキシド化合物の合成法の一例を説明する概略図である。 SSBR1-4(イオン性官能基含有SBR)を用いた実施例1-1、対応するSSBR1を用いた比較例1-1のIRスペクトル、これらの差スペクトルの一例である。
<ニトリルオキシド化合物>
本開示は、ニトリルオキシド基及びイオン性官能基を持つ新規のニトリルオキシド化合物である。該ニトリルオキシド化合物は、種々のポリマーとの反応が可能であるため、ポリマー中にイオン性官能基を簡便に導入してイオン性官能基含有ポリマーを提供できる。また、該ニトリルオキシド化合物は、合成の際に特段触媒が不要であり、副生成物の生成も抑制できる。
ニトリルオキシド基及びイオン性官能基を持つニトリルオキシド化合物において、該ニトリルオキシド基は、下記式で表される基である。前記ニトリルオキシド化合物は、ニトリルオキシド基を1個有する化合物でも、2個以上有する化合物でもよい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
ニトリルオキシド基及びイオン性官能基を持つニトリルオキシド化合物において、該イオン性官能基としては、陽イオン性官能基、陰イオン性官能基などが挙げられる。イオン性官能基は、ニトリルオキシド化合物の末端に導入されていることが望ましい。前記ニトリルオキシド化合物は、イオン性官能基を1個有する化合物でも、2個以上有する化合物でもよい。また、前記ニトリルオキシド化合物中のイオン性官能基は、1種でも、2種以上でもよい。
陽イオン性官能基としては、塩基性官能基などが挙げられる。塩基性官能基としては、アミノ基、イミノ基(=NH)、アンモニウム塩基、塩基性窒素原子を有する複素環基等が例示される。アミノ基は、第1級アミノ基(-NH)、第2級アミノ基(-NHR)、第3級アミノ基(-NR)のいずれでもよい。RとRは、アルキル基、フェニル基、アラルキル基などが挙げられ、RとRの炭素原子数は好ましくは1~8である。アンモニウム塩基としては、第3級アンモニウム塩基、第4級アンモニウム塩基などが挙げられる。塩基性窒素原子を有する複素環基としては、ピリジン基、ピリミジン基、ピラジン基、イミダゾール基、チオールを含むイミダゾール基、トリアゾール基、チアゾール基等の含窒素ヘテロ環基などが挙げられる。なかでも、アミノ基(第1級アミノ基、第2級アミノ基、第3級アミノ基)が好ましい。
陰イオン性官能基としては、ハロゲン基、酸性官能基などが挙げられる。ハロゲン基としては、フルオロ基、クロロ基、ブロモ基、ヨード基等が挙げられる。酸性官能基としては、水酸基、カルボン酸基、スルホン酸基、硫酸基、ホスホン酸基、リン酸基、ホスフィン酸基、マレイン酸基、酸無水物基(無水マレイン酸基等)、フマル酸基、イタコン酸基、アクリル酸基、メタクリル酸基、メルカプト基等が挙げられる。なかでも、カルボン酸基(カルボキシル基)が好ましい。
前記ニトリルオキシド化合物は、ニトリルオキシド基及びイオン性官能基を持つ化合物であれば特に限定されず、例えば、下記式で表される化合物などが挙げられる。
X-C≡N-O
(式中、Xは、イオン性官能基を含む1価の炭化水素基を表す。)
Xは、イオン性官能基を含む1価の炭化水素基であれば特に限定されない。また、Xに含まれるイオン性官能基は、例えば、前記イオン性官能基と同様のものが挙げられる。Xに含まれるイオン性官能基は、例えば、Xが-(CH-A(A:イオン性官能基)で示される基であるように、Xの末端に形成されていることが好ましい。
X(イオン性官能基を含む1価の炭化水素基)における1価の炭化水素基とは、Xの骨格を構成し、イオン性官能基を水素原子に置換した1価の炭化水素基を意味し、例えば、Xが-(CH-COOH(COOH:イオン性官能基)で示される基の場合、Xにおける1価の炭化水素基は、-(CH-Hである。
Xにおける1価の炭化水素基としては、置換又は非置換の1価の炭化水素基が挙げられ、直鎖状、分岐鎖状、環状のいずれでもよいが、環状が好ましい。また、Xにおける1価の炭化水素基は、ヘテロ原子を含んでもよい。置換基としては特に限定されず、水酸基、ハロゲン基(-Cl、-Br等)等の公知の基が挙げられる。ヘテロ原子としては特に限定されず、酸素、窒素などが挙げられる。これらの置換基、ヘテロ原子は、1個有するものでも、複数個有するものでもよい。
Xにおける1価の炭化水素基の炭素数は、好ましくは3以上、より好ましくは6以上であり、また、好ましくは30以下、より好ましくは26以下、更に好ましくは20以下である。
Xにおける1価の炭化水素基としては、例えば、ヘテロ原子を含んでもよい置換若しくは非置換の直鎖状アルキル基、分岐状アルキル基、環状アルキル基、アリール基及びアラルキル基などが列挙される。また、Xにおける1価の炭化水素基は、これらのヘテロ原子を含んでもよい置換若しくは非置換の直鎖状アルキル基、分岐状アルキル基、環状アルキル基、アリール基及びアラルキル基などが結合した基(ヘテロ原子を含んでもよい置換若しくは非置換の直鎖状アルキル基と、ヘテロ原子を含んでもよい置換若しくは非置換のアリール基とが結合した基など)でもよい。
Xにおける1価の炭化水素基において、ヘテロ原子を含んでもよい置換若しくは非置換の直鎖状アルキル基、分岐状アルキル基としては、メチル基、エチル基、n-プロピル基、イソプロピル基、n-ブチル基、iso-ブチル基、sec-ブチル基、tert-ブチル基、ペンチル基、へキシル基、へプチル基、2-エチルヘキシル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、及びこれらのヘテロ原子を含む基等が挙げられる。ヘテロ原子を含んでもよい置換若しくは非置換の環状アルキル基としては、シクロプロピル基、シクロブチル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基、シクロオクチル基、アダマンチル基、1-エチルシクロペンチル基、1-エチルシクロヘキシル基、及びこれらのヘテロ原子を含む基等が挙げられる。ヘテロ原子を含んでもよい置換若しくは非置換のアリール基としては、フェニル基、トリル基、キシリル基、ビフェニル基、ナフチル基、アントリル基、フェナントリル基、及びこれらのヘテロ原子を含む基等が挙げられる。ヘテロ原子を含んでもよい置換若しくは非置換のアラルキル基としては、ベンジル基、フェネチル基、及びこれらのヘテロ原子を含む基等が挙げられる。また、Xにおける1価の炭化水素基としては、これらの基が結合した基(ヘテロ原子を含んでもよい置換若しくは非置換のペンチル基と、ヘテロ原子を含んでもよい置換若しくは非置換のナフチル基とが結合した基など)も挙げられる。
なかでも、Xにおける1価の炭化水素基は、ヘテロ原子を含んでもよい置換若しくは非置換の直鎖状アルキル基、ヘテロ原子を含んでもよい置換若しくは非置換のアリール基、ヘテロ原子を含んでもよい置換若しくは非置換の直鎖状アルキル基と、ヘテロ原子を含んでもよい置換若しくは非置換のアリール基とが結合した基が好ましい。
ニトリルオキシド基及びイオン性官能基を持つ化合物は、環状構造を含む化合物であることが好ましく、芳香環を有する化合物であることがより好ましい。芳香環の具体例としては、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環、フェナントレン環、フルオレン環、トリフェニレン環、ナフタセン環、ビフェニル環、ビスフェノール環、ターフェニル環(3個のベンゼン環は任意の連結様式で連結してもよい)などが挙げられる。なかでも、ベンゼン環、ナフタレン環を有する化合物が好ましく、ナフタレン環を有する化合物がより好ましい。
ニトリルオキシド基及びイオン性官能基を持つニトリルオキシド化合物の好適例としては、下記式で表される化合物(ナフタレン環を有する化合物)が挙げられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000002
(式中、Aは1価のイオン性官能基を表す。Yはヘテロ原子を含んでもよい置換若しくは非置換の2価の炭化水素基を表す。)
A(1価のイオン性官能基)としては、例えば、前述の1価のイオン性官能基が挙げられる。
Y(ヘテロ原子を含んでもよい置換又は非置換の2価炭化水素基)は、直鎖状、分岐鎖状、環状のいずれでもよい。また、Yにおけるヘテロ原子、置換基としては、例えば、前述のヘテロ原子、置換基が挙げられる。Yは、これらの置換基、ヘテロ原子を、1個有するものでも、2個以上有するものでもよい。
Yにおける2価の炭化水素基の炭素数は、好ましくは1以上、より好ましくは2以上、更に好ましくは3以上であり、また、好ましくは20以下、より好ましくは12以下、更に好ましくは10以下である。
Y(ヘテロ原子を含んでもよい置換又は非置換の2価炭化水素基)としては、例えば、ヘテロ原子を含んでもよい置換若しくは非置換のアルキレン基、アルケニレン基、シクロアルキレン基、シクロアルキルアルキレン基、アリーレン基、アラルキレン基、オキシアルキレン基等が挙げられる。
ヘテロ原子を含んでもよい置換又は非置換のアルキレン基としては、メチレン基、エチレン基、トリメチレン基、テトラメチレン基、ペンタメチレン基、ヘキサメチレン基、オクチレン基、ノニレン基、デシレン基、1,2-プロピレン基、及びこれらのヘテロ原子を含む基等が挙げられる。ヘテロ原子を含んでもよい置換又は非置換のアルケニレン基としては、ビニレン基、1-プロペニレン基、2-プロペニレン基、及びこれらのヘテロ原子を含む基等が挙げられる。ヘテロ原子を含んでもよい置換又は非置換のシクロアルキレン基としては、シクロヘキシレン基、及びこのヘテロ原子を含む基等が挙げられる。ヘテロ原子を含んでもよい置換又は非置換のシクロアルキルアルキレン基としては、シクロヘキシルメチレン基、及びこのヘテロ原子を含む基等が挙げられる。ヘテロ原子を含んでもよい置換又は非置換のアリーレン基としては、フェニレン基、トリレン基、キシリレン基、及びこれらのヘテロ原子を含む基等が挙げられる。ヘテロ原子を含んでもよい置換又は非置換のアラルキレン基としては、ベンジリデン基、及びこのヘテロ原子を含む基等が挙げられる。ヘテロ原子を含んでもよい置換又は非置換のオキシアルキレン基としては、オキシエチレン基、オキシプロピレン基、オキシブチレン基、オキシテトラメチレン基、及びこれらのヘテロ原子を含む基等が挙げられる。
前記式で示されるナフタレン環を有する化合物は、好適例の一例であり、ナフタレン環における-C≡N-O、-Y-Aで示される基の置換箇所は特に限定されず、1位~8位のいずれでもよい。なかでも、1位、2位が-C≡N-O、-Y-Aで置換されていることが好ましい。
次に、ニトリルオキシド基及びイオン性官能基を持つ前記ニトリルオキシド化合物の合成方法について説明する。以下、ニトリルオキシド基及びイオン性官能基を持つニトリルオキシド化合物の合成法の一例について説明するが、該ニトリルオキシド化合物は、このような合成法により得られるものに限定されるものではなく、合成が可能な任意の合成法により得られる化合物を含む。
先ず、水酸基及びアルデヒド基を持つ化合物を出発物質として、該水酸基及びアルデヒド基を持つ化合物と、イオン性官能基の導入が可能な化合物とを反応させる。必要に応じて、得られた物質中のイオン性官能基の導入が可能な化合物に由来する基を、該イオン性官能基に置換する。
次いで、作製された化合物中のアルデヒド基を-CH=N-OHで表される基に変換し、更に該-CH=N-OHで表される基を-C≡N-Oで表される基に変換することにより、ニトリルオキシド基及びイオン性官能基を持つニトリルオキシド化合物を合成できる。
なお、反応過程は、有機溶媒中、水中で行ってもよいし、無溶媒中で行ってもよい。有機溶媒は、特に限定されないが、反応させる化合物、反応する化合物が共に溶解し易いものであることが好ましい。有機溶媒としては特に限定されず、トルエン、メシチレン、クロロホルム(CHCl)、アルコール、THF(tetrahydrofuran)などが例示される。また、必要に応じて、触媒を用いてもよい。触媒としては特に限定されず、DMF(N,N-ジメチルホルムアミド)、DMSO(Dimethyl sulfoxide)、トリエチルアミン(TEA)などが例示される。溶媒量、触媒量は、化合物に応じて、反応が進行する量を適宜設定すればよい。反応温度、時間も、化合物に応じて、反応が進行する温度、時間を適宜設定すればよく、反応温度は、例えば10~100℃、好ましくは20~80℃が挙げられ、反応時間は、例えば1~200時間、好ましくは3~100時間が挙げられる。
具体的な化合物の合成例を説明すると、例えば、図1で示される合成経路により、化合物Eで表されるニトリルオキシド基及びイオン性官能基を持つニトリルオキシド化合物を合成できる。
先ず、化合物A(水酸基及びアルデヒド基を持つ化合物)を出発物質とし、該化合物Aと、イオン性官能基の導入が可能な化合物(Br-(CH-C(=O)-O-CHCH)とを反応させ、化合物Bを得る。得られた化合物B中の-C(=O)-O-CHCH(イオン性官能基の導入が可能な化合物に由来する基)を、-C(=O)-OH(イオン性官能基:カルボン酸基)に置換し、化合物Cを得る。
作製された化合物C中のアルデヒド基を-CH=N-OHで表される基に変換して化合物Dを合成する。得られた化合物D中の-CH=N-OHで表される基を-C≡N-Oで表される基に変換し、化合物E(ニトリルオキシド基及びイオン性官能基を持つニトリルオキシド化合物)を合成する。
図2は、図1の合計経路における化合物C、D、EのH-NMR(プロトンNMR)のスペクトルの一例である。図3は、図1の合計経路における化合物D、EのIRスペクトルの一例である。図2の各スペクトルは化合物C、D、Eが合成されていること、図3の各スペクトルは化合物D、Eが合成されていること、を示している。
また、例えば、図6で示される合成経路により、化合物Iで表されるニトリルオキシド基及びイオン性官能基を持つニトリルオキシド化合物を合成できる。
先ず、化合物A(水酸基及びアルデヒド基を持つ化合物)を出発物質とし、該化合物Aと、イオン性官能基の導入が可能な化合物(Cl-(CH-OH)とを反応させ、化合物Fを得る。
作製された化合物F中のアルデヒド基を-CH=N-OHに変換して化合物Gを合成する。得られた化合物G中の-CH=N-OHを-C≡N-Oに変換し、化合物H(イオン性官能基:水酸基)を得る。
得られた化合物H中の-OH(イオン性官能基の導入が可能な化合物に由来する基)を、-O-C(=O)-CH(CH-BR(イオン性官能基:ハロゲン基)に置換し、化合物I(ニトリルオキシド基及びイオン性官能基を持つニトリルオキシド化合物)を合成する。
更に、例えば、図7で示される合成経路により、化合物eで表されるニトリルオキシド基及びイオン性官能基を持つニトリルオキシド化合物を合成できる。
先ず、化合物a(水酸基及びアルデヒド基を持つ化合物)を出発物質とし、該化合物aと、イオン性官能基の導入が可能な化合物(Br-CH-Ph-C(=O)-O-CH)とを反応させ、化合物bを得る。
作製された化合物b中の-C(=O)-O-CHで表される基(イオン性官能基の導入が可能な化合物に由来する基)を-C(=O)-OH(イオン性官能基:カルボン酸基)に変換して化合物cを得る。
作製された化合物c中のアルデヒド基を-CH=N-OHに変換して化合物dを合成する。得られた化合物d中の-CH=N-OHを-C≡N-Oに変換し、化合物e(ニトリルオキシド基及びイオン性官能基を持つニトリルオキシド化合物)を合成する。
<イオン性官能基含有ポリマー>
ニトリルオキシド基及びイオン性官能基を持つニトリルオキシド化合物とポリマーとを反応させたイオン性官能基含有ポリマーは、ニトリルオキシド基及びイオン性官能基を持つニトリルオキシド化合物と、ポリマー(不飽和結合を有するポリマーなど)とを反応させることにより得られる変性ポリマーである。前記イオン性官能基含有ポリマーを用いることで、ウェットグリップ性能などのタイヤ性能が向上する。
前記作用効果が得られるメカニズムは明らかではないが、以下のように推察される。
ニトリルオキシド基及びイオン性官能基を持つニトリルオキシド化合物は、種々の不飽和ポリマーとの反応が可能であるため、該ニトリルオキシド化合物をジエン系ゴム等の不飽和ポリマーに付加させ易く、イオン結合点(イオン結合の形成箇所)を持つポリマーを簡便に合成でき、また、ポリマー中のイオン結合点の含有量の調整も容易である。例えば、前記ニトリルオキシド化合物を導入したジエン系ゴムをタイヤ用ゴム組成物に適用した場合、該ゴム組成物がウェット路面に接触すると、イオン結合点が乖離し、架橋が緩まって、弾性率が低下する。従って、ウェット路面の走行時において、路面との接触面積が増加して摩擦が高まり、ロスが向上することから、ウェットグリップ性能が向上すると推察される。
ニトリルオキシド基及びイオン性官能基を持つニトリルオキシド化合物と、ポリマーとを反応させる方法は、反応が可能な任意の方法を適用できる。例えば、前記ニトリルオキシド化合物及び不飽和結合を有するポリマーを、必要に応じて、溶解させたり、エネルギーを付与することにより、ニトリルオキシド基と、ポリマーの主鎖中の炭素-炭素二重結合との間で環化付加反応が起こり、五員環が生成する反応を進行させることができる。
ポリマーとしては、例えば、炭素-炭素二重結合を持つポリマー等が挙げられる。炭素-炭素二重結合を持つポリマーとしては、例えば、ジエン系ゴムなどのゴム成分などが挙げられる。ジエン系ゴムとしては、イソプレン系ゴム、ブタジエンゴム(BR)、スチレンブタジエンゴム(SBR)、スチレンイソプレンブタジエンゴム(SIBR)、エチレンプロピレンジエンゴム(EPDM)、クロロプレンゴム(CR)、アクリロニトリルブタジエンゴム(NBR)などが挙げられる。また、ブチル系ゴム、フッ素ゴムなども挙げられる。なかでも、ウェットグリップ性能などのタイヤ性能の観点から、SBR、BR、イソプレン系ゴムが好ましく、SBR、BRがより好ましい。
ジエン系ゴムは、非変性ジエン系ゴムでもよいし、変性ジエン系ゴムでもよい。
変性ジエン系ゴムとしては、シリカ等の充填剤と相互作用する官能基を有するジエン系ゴムであればよく、例えば、ジエン系ゴムの少なくとも一方の末端を、上記官能基を有する化合物(変性剤)で変性された末端変性ジエン系ゴム(末端に上記官能基を有する末端変性ジエン系ゴム)や、主鎖に上記官能基を有する主鎖変性ジエン系ゴムや、主鎖及び末端に上記官能基を有する主鎖末端変性ジエン系ゴム(例えば、主鎖に上記官能基を有し、少なくとも一方の末端を上記変性剤で変性された主鎖末端変性ジエン系ゴム)や、分子中に2個以上のエポキシ基を有する多官能化合物により変性(カップリング)され、水酸基やエポキシ基が導入された末端変性ジエン系ゴム等が挙げられる。
上記官能基としては、例えば、アミノ基、アミド基、シリル基、アルコキシシリル基、イソシアネート基、イミノ基、イミダゾール基、ウレア基、エーテル基、カルボニル基、オキシカルボニル基、メルカプト基、スルフィド基、ジスルフィド基、スルホニル基、スルフィニル基、チオカルボニル基、アンモニウム基、イミド基、ヒドラゾ基、アゾ基、ジアゾ基、カルボキシル基、ニトリル基、ピリジル基、アルコキシ基、水酸基、オキシ基、エポキシ基等が挙げられる。なお、これらの官能基は、置換基を有していてもよい。なかでも、アミノ基(好ましくはアミノ基が有する水素原子が炭素数1~6のアルキル基に置換されたアミノ基)、アルコキシ基(好ましくは炭素数1~6のアルコキシ基)、アルコキシシリル基(好ましくは炭素数1~6のアルコキシシリル基)が好ましい。
SBRとしては特に限定されず、例えば、乳化重合スチレンブタジエンゴム(E-SBR)、溶液重合スチレンブタジエンゴム(S-SBR)等を使用できる。これらは、単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
SBRのスチレン量は、好ましくは3質量%以上、より好ましくは5質量%以上、更に好ましくは7質量%以上である。また、該スチレン量は、好ましくは60質量%以下、より好ましくは55質量%以下、更に好ましくは50質量%以下である。上記範囲内であると、ウェットグリップ性能などのタイヤ性能がより良好に得られる傾向がある。
なお、本明細書において、SBRのスチレン含量は、H-NMR測定により算出される。
SBRのビニル量は、好ましくは3質量%以上、より好ましくは5質量%以上、更に好ましくは7質量%以上である。上記ビニル量は、好ましくは60質量%以下、より好ましくは55質量%以下、更に好ましくは50質量%以下である。上記範囲内であると、ウェットグリップ性能などのタイヤ性能がより良好に得られる傾向がある。
なお、ビニル含有量(1,2-結合ブタジエン単位量)は、赤外吸収スペクトル分析法によって測定できる。
SBRとしては、例えば、住友化学(株)、JSR(株)、旭化成(株)、日本ゼオン(株)等により製造・販売されているSBRを使用できる。
SBRは、非変性SBRでもよいし、変性SBRでもよい。変性SBRとしては、変性ジエン系ゴムと同様の官能基が導入された変性SBRが挙げられる。また、SBRは、水素添加物でもよい。
BRは特に限定されず、例えば、高シス含量のハイシスBR、シンジオタクチックポリブタジエン結晶を含有するBR、希土類系触媒を用いて合成したBR(希土類BR)等を使用できる。これらは、単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。なかでも、耐摩耗性が向上するという理由から、シス含量が90質量%以上のハイシスBRが好ましい。
また、BRは、非変性BRでもよいし、変性BRでもよい。変性BRとしては、変性ジエン系ゴムと同様の官能基が導入された変性BRが挙げられる。BRは、水素添加物でもよい。
BRとしては、例えば、宇部興産(株)、JSR(株)、旭化成(株)、日本ゼオン(株)等の製品を使用できる。
イソプレン系ゴムとしては、天然ゴム(NR)、イソプレンゴム(IR)、改質NR、変性NR、変性IR等が挙げられる。NRとしては、例えば、SIR20、RSS♯3、TSR20等、ゴム工業において一般的なものを使用できる。IRとしては、特に限定されず、例えば、IR2200等、ゴム工業において一般的なものを使用できる。改質NRとしては、脱タンパク質天然ゴム(DPNR)、高純度天然ゴム(UPNR)等、変性NRとしては、エポキシ化天然ゴム(ENR)、水素添加天然ゴム(HNR)、グラフト化天然ゴム等、変性IRとしては、エポキシ化イソプレンゴム、水素添加イソプレンゴム、グラフト化イソプレンゴム等、が挙げられる。これらは、単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
前記ニトリルオキシド化合物と、前記ジエン系ゴム等のポリマーとの反応過程は、特に限定されないが、有機溶媒中、水中で行ってもよいし、無溶媒で行ってもよい。有機溶媒としては、特に限定されないが、前記ニトリルオキシド化合物及びポリマーが共に溶解し易いものであることが好ましい。有機溶媒の具体例としては、例えば、前述のものが挙げられる。反応温度、時間は、前記ニトリルオキシド化合物、前記ポリマーに応じて、反応が進行する温度、時間を適宜設定すればよい。
具体的な化合物の合成例を説明すると、例えば、図4で示される合成経路により、ニトリルオキシド基及びイオン性官能基を持つニトリルオキシド化合物と、二重結合を持つポリマーとの反応物(イオン性官能基を持つポリマー)を合成できる。
具体的には、ニトリルオキシド基及びイオン性官能基を持つニトリルオキシド化合物(前記化合物E)、BR及びSBR(ジエン系ゴム)を溶媒に溶解し、作製された溶液を適切な温度条件下で撹拌して反応させ、反応終了後、生成物を含む溶液をメタノールに沈殿して、乾燥し、目的物の反応物(イオン性官能基を持つポリマー)を得る。
図5は、図4の合計経路におけるポリマーのH-NMR(プロトンNMR)のスペクトルの一例である。(A)はSBRのH-NMRスペクトル、(B)はCOOH(イオン性官能基)を持つSBRのH-NMRスペクトル、(C)はCOOH(イオン性官能基)を持つBRのH-NMRスペクトルの一例である。図5(B)、(C)は、ニトリルオキシド基及びイオン性官能基を持つニトリルオキシド化合物(前記化合物E)と、BR及びSBRとが反応し、イオン性官能基を持つポリマーが合成されていることを示している。
<ゴム組成物>
前記ゴム組成物は、ゴム成分として、ニトリルオキシド基及びイオン性官能基を持つニトリルオキシド化合物とポリマーとを反応させた前記イオン性官能基含有ポリマーを含む。前記イオン性官能基含有ポリマーを用いることで、ウェットグリップ性能などのタイヤ性能が向上する。
従来では、イオン結合を用いたゴム組成物を作製する場合、イオン変性ゴムの種類に限りがあり、例えば、SBRを用いる場合は、そのSBR骨格に制限が発生するが、前記ニトリルオキシド化合物を用いると、骨格の構造によることなく、イオン性官能基を付与することが可能となることから、ウェットグリップ性能の更なる向上など、所望のウェットグリップ性能の付与の調整が容易になると考えられる。
前記ゴム組成物において、ゴム成分100質量%中、前記イオン性官能基含有ゴムの含有量は、好ましくは5質量%以上、より好ましくは10質量%以上、更に好ましくは15質量%以上である。前記イオン性官能基含有ゴムの含有量の下限は、30質量%以上、50質量%以上、60質量%以上、70質量%以上でもよい。上限は特に限定されず、100質量%でもよいが、90質量%以下、85質量%以下、80質量%以下でもよい。上記範囲内であると、ウェットグリップ性能などのタイヤ性能がより良好に得られる傾向がある。
前記ゴム組成物が前記イオン性官能基含有SBRを含む場合、ゴム成分100質量%中、前記イオン性官能基含有SBRの含有量は、好ましくは5質量%以上、より好ましくは10質量%以上、更に好ましくは15質量%以上である。前記イオン性官能基含有ゴムの含有量の下限は、30質量%以上、50質量%以上、60質量%以上、70質量%以上でもよい。上限は特に限定されず、100質量%でもよいが、90質量%以下、85質量%以下、80質量%以下でもよい。上記範囲内であると、ウェットグリップ性能などのタイヤ性能がより良好に得られる傾向がある。
前記ゴム組成物が前記イオン性官能基含有BRを含む場合、ゴム成分100質量%中、前記イオン性官能基含有SBRの含有量は、好ましくは5質量%以上、より好ましくは10質量%以上、更に好ましくは15質量%以上である。前記イオン性官能基含有ゴムの含有量の下限は、30質量%以上、50質量%以上、60質量%以上、70質量%以上でもよい。上限は特に限定されず、100質量%でもよいが、90質量%以下、85質量%以下、80質量%以下でもよい。上記範囲内であると、ウェットグリップ性能などのタイヤ性能がより良好に得られる傾向がある。
前記ゴム組成物が前記イオン性官能基含有イソプレン系ゴムを含む場合、ゴム成分100質量%中、前記イオン性官能基含有SBRの含有量は、好ましくは5質量%以上、より好ましくは10質量%以上、更に好ましくは15質量%以上である。前記イオン性官能基含有ゴムの含有量の下限は、30質量%以上、50質量%以上、60質量%以上、70質量%以上でもよい。上限は特に限定されず、100質量%でもよいが、90質量%以下、85質量%以下、80質量%以下でもよい。上記範囲内であると、ウェットグリップ性能などのタイヤ性能がより良好に得られる傾向がある。
前記ゴム組成物は、ウェットグリップ性能などのタイヤ性能がより良好に得られる観点から、アルカリ金属塩及びアルカリ土類金属塩フィラーからなる群より選択される少なくとも1種を含むことが望ましい。
アルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩としては、例えば、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸ルビジウム、炭酸セシウム、炭酸ベリリウム、炭酸マグネシウム、炭酸カルシウム、炭酸ストロンチウム、炭酸バリウム、酢酸リチウム、酢酸ナトリウム、酢酸カリウム、酢酸ルビジウム、酢酸セシウム、酢酸ベリリウム、酢酸マグネシウム、酢酸カルシウム、酢酸ストロンチウム、酢酸バリウム、リチウムフェノキシド、ナトリウムフェノキシド、カリウムフェノキシド、ルビジウムフェノキシド、セシウムフェノキシド、ベリリウムジフェノキシド、マグネシウムジフェノキシド、カルシウムジフェノキシド、ストロンチウムジフェノキシド、及びバリウムジフェノキシドからなる群より選択される少なくとも1種のアルカリ金属塩又はアルカリ土類金属塩などが挙げられる。これらのアルカリ金属塩又はアルカリ土類金属塩は、1種を単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
なかでも、より効果が好適に得られる観点から、酢酸カリウム、酢酸カルシウム、酢酸ナトリウム、酢酸マグネシウムからなる群より選択される少なくとも1種を含むことがより好ましく、酢酸カリウム、酢酸カルシウム、酢酸ナトリウムからなる群より選択される少なくとも1種を含むことが更に好ましく、酢酸カリウム及び/又は酢酸カルシウムを含むことが特に好ましい。
前記ゴム組成物において、前記アルカリ金属塩又はアルカリ土類金属塩の含有量(前記アルカリ金属塩又はアルカリ土類金属塩の総量)は、ゴム成分100質量部に対して、好ましくは0.5質量部以上、より好ましくは2.0質量部以上、更に好ましくは5.0質量部以上、より更に好ましくは7.0質量部以上、特に好ましくは7.2質量部以上であり、また、好ましくは20.0質量部以下、より好ましくは17.0質量部以下、更に好ましくは12.0質量部以下、特に好ましくは10.0質量部以下である。上記範囲内であると、効果がより良好に得られる傾向がある。
前記アルカリ金属塩又はアルカリ土類金属塩の見かけ比重は、好ましくは0.4g/ml未満、より好ましくは、0.3g/ml以下、更に好ましくは0.25g/ml以下であり、また、好ましくは0.05g/ml以上、より好ましくは0.15g/ml以上である。上記範囲内であると、効果がより良好に得られる傾向がある。
なお、上記アルカリ金属塩又はアルカリ土類金属塩の見かけ比重は、50mlメスシリンダーに見かけ容積で30ml量り取り、その質量から算出して求めた値である。
前記アルカリ金属塩又はアルカリ土類金属塩のd50は、好ましくは10μm未満、より好ましくは4.5μm以下、更に好ましくは1.5μm以下、特に好ましくは0.75μm未満であり、また、好ましくは0.05μm以上、より好ましくは0.45μm以上である。上記範囲内であると、効果がより良好に得られる傾向がある。
なお、上記アルカリ金属塩又はアルカリ土類金属塩のd50は、レーザー回折散乱法によって得られた質量基準の粒度分布曲線における積算値50%の粒子径である。
前記アルカリ金属塩又はアルカリ土類金属塩の窒素吸着比表面積(NSA)は、好ましくは100m/g以上、より好ましくは115m/g以上であり、また、好ましくは250m/g以下、より好ましくは225m/g以下、更に好ましくは200m/g以下である。上記範囲内であると、効果がより良好に得られる傾向がある。
なお、上記アルカリ金属塩又はアルカリ土類金属塩のNSAは、JIS Z8830:2013に準拠してBET法で測定される値である。
前記アルカリ金属塩又はアルカリ土類金属塩の市販品としては、共和化学工業(株)、富士フイルム和光純薬(株)、キシダ化学(株)、協和化学工業(株)、タテホ化学工業(株)、(株)JHE、日本化学工業(株)、赤穂化成(株)等の製品を使用できる。
前記ゴム組成物は、フィラー(充填材)を含むことが好ましい。フィラーとしては、シリカ、カーボンブラック、炭酸カルシウム、タルク、アルミナ、クレイ、水酸化アルミニウム、酸化アルミニウム、マイカなどの無機フィラー;難分散性フィラー;等のゴム分野で公知のものを使用できる。なかでも、シリカ、カーボンブラックが好ましく、シリカがより好ましい。
前記ゴム組成物において、フィラーの総量は、ゴム成分100質量部に対して、好ましくは5質量部以上、より好ましくは10質量部以上、更に好ましくは15質量部以上、特に好ましくは25質量部以上である。上限は、好ましくは200質量部以下、より好ましくは180質量部以下、更に好ましくは160質量部以下である。上記範囲内であると、ウェットグリップ性能などのタイヤ性能がより良好に得られる傾向がある。
使用可能なシリカとしては、例えば、乾式法シリカ(無水シリカ)、湿式法シリカ(含水シリカ)などが挙げられる。なかでも、シラノール基が多いという理由から、湿式法シリカが好ましい。シリカとしては、例えば、デグッサ社、ローディア社、東ソー・シリカ(株)、ソルベイジャパン(株)、(株)トクヤマ等の製品を使用できる。
シリカの窒素吸着比表面積(NSA)は、好ましくは10m/g以上、より好ましくは20m/g以上、更に好ましくは30m/g以上である。また、シリカのNSAの上限は特に限定されないが、好ましくは300m/g以下、より好ましくは275m/g以下、更に好ましくは250m/g以下である。上記範囲内であると、ウェットグリップ性能などのタイヤ性能がより良好に得られる傾向がある。
なお、本明細書において、シリカのNSAは、ASTM D3037-93に準じてBET法で測定される値である。
前記ゴム組成物において、シリカの含有量は、ゴム成分100質量部に対して、好ましくは5質量部以上、より好ましくは10質量部以上、更に好ましくは15質量部以上、特に好ましくは25質量部以上である。上限は、好ましくは200質量部以下、より好ましくは180質量部以下、更に好ましくは160質量部以下である。上記範囲内であると、ウェットグリップ性能などのタイヤ性能がより良好に得られる傾向がある。
シリカを含有する場合、シリカとともにシランカップリング剤を配合してもよい。
使用可能なシランカップリング剤としては、ゴム工業において、従来からシリカと併用される任意のシランカップリング剤を使用することができ特に限定されず、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(2-トリエトキシシリルエチル)テトラスルフィド、ビス(4-トリエトキシシリルブチル)テトラスルフィド、ビス(3-トリメトキシシリルプロピル)テトラスルフィド、ビス(2-トリメトキシシリルエチル)テトラスルフィド、ビス(2-トリエトキシシリルエチル)トリスルフィド、ビス(4-トリメトキシシリルブチル)トリスルフィド、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)ジスルフィド、ビス(4-トリエトキシシリルブチル)ジスルフィド、ビス(3-トリメトキシシリルプロピル)ジスルフィド、ビス(2-トリメトキシシリルエチル)ジスルフィド、ビス(4-トリメトキシシリルブチル)ジスルフィド、3-トリメトキシシリルプロピル-N,N-ジメチルチオカルバモイルテトラスルフィド、2-トリエトキシシリルエチル-N,N-ジメチルチオカルバモイルテトラスルフィド、3-トリエトキシシリルプロピルメタクリレートモノスルフィド、などのスルフィド系、3-メルカプトプロピルトリメトキシシラン、2-メルカプトエチルトリエトキシシラン、Momentive社製のNXT、NXT-Zなどのメルカプト系、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシランなどのビニル系、3-アミノプロピルトリエトキシシラン、3-アミノプロピルトリメトキシシランなどのアミノ系、γ-グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、γ-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、などのグリシドキシ系、3-ニトロプロピルトリメトキシシラン、3-ニトロプロピルトリエトキシシランなどのニトロ系、3-クロロプロピルトリメトキシシラン、3-クロロプロピルトリエトキシシランなどのクロロ系などが挙げられる。市販品としては、デグッサ社、Momentive社、信越シリコーン(株)、東京化成工業(株)、アヅマックス(株)、東レ・ダウコーニング(株)等の製品を使用できる。これらは、単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。なかでも、スルフィド系、メルカプト系が好ましい。
前記ゴム組成物において、シランカップリング剤の含有量は、シリカ100質量部に対して、3質量部以上が好ましく、6質量部以上がより好ましい。また、上記含有量は、20質量部以下が好ましく、15質量部以下がより好ましい。
使用可能なカーボンブラックとしては、N134、N110、N220、N234、N219、N339、N330、N326、N351、N550、N762などが挙げられる。これらは、単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。市販品としては、例えば、旭カーボン(株)、キャボットジャパン(株)、東海カーボン(株)、三菱化学(株)、ライオン(株)、新日化カーボン(株)、コロンビアカーボン社等の製品を使用できる。
カーボンブラックの窒素吸着比表面積(NSA)は、好ましくは10m/g以上、より好ましくは20m/g以上、更に好ましくは30m/g以上である。また、シリカのNSAの上限は特に限定されないが、好ましくは300m/g以下、より好ましくは275m/g以下、更に好ましくは250m/g以下である。上記範囲内であると、ウェットグリップ性能などのタイヤ性能がより良好に得られる傾向がある。
なお、本明細書において、カーボンブラックの窒素吸着比表面積は、JIS K6217-2:2001によって求められる。
前記ゴム組成物において、カーボンブラックの含有量は、ゴム成分100質量部に対して、好ましくは5質量部以上、より好ましくは10質量部以上、更に好ましくは15質量部以上である。上限は、好ましくは200質量部以下、より好ましくは180質量部以下、更に好ましくは160質量部以下である。上記範囲内であると、ウェットグリップ性能などのタイヤ性能がより良好に得られる傾向がある。
前記ゴム組成物は、可塑剤を含んでもよい。ここで、可塑剤とは、ゴム成分に可塑性を付与する材料であり、例えば、液体可塑剤(常温(25℃)で液体状態の可塑剤)、樹脂(常温(25℃)で固体状態の樹脂)等が挙げられる。
ゴム組成物において、可塑剤の含有量(可塑剤の総量)は、可塑剤の総量は、ゴム成分100質量部に対して、好ましくは3質量部以上、より好ましくは5質量部以上、更に好ましくは7質量部以上である。上限は、好ましくは120質量部以下、より好ましくは100質量部以下、更に好ましくは90質量部以下である。上記範囲内であると、ウェットグリップ性能などのタイヤ性能がより良好に得られる傾向がある。
ゴム組成物に使用可能な液体可塑剤(常温(25℃)で液体状態の可塑剤)としては特に限定されず、オイル、液状ポリマー(液状樹脂、液状ジエン系ポリマー、液状ファルネセン系ポリマーなど)などが挙げられる。これらは、単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
ゴム組成物において、液体可塑剤の含有量は、可塑剤の総量は、ゴム成分100質量部に対して、好ましくは3質量部以上、より好ましくは5質量部以上、更に好ましくは7質量部以上である。上限は、好ましくは120質量部以下、より好ましくは100質量部以下、更に好ましくは90質量部以下である。上記範囲内であると、ウェットグリップ性能などのタイヤ性能がより良好に得られる傾向がある。なお、液体可塑剤の含有量には、油展ゴムに含まれるオイルの量も含まれる。
オイルとしては、例えば、プロセスオイル、植物油、又はその混合物が挙げられる。プロセスオイルとしては、例えば、パラフィン系プロセスオイル、アロマ系プロセスオイル、ナフテン系プロセスオイルなどを用いることができる。植物油としては、ひまし油、綿実油、あまに油、なたね油、大豆油、パーム油、やし油、落花生油、ロジン、パインオイル、パインタール、トール油、コーン油、こめ油、べに花油、ごま油、オリーブ油、ひまわり油、パーム核油、椿油、ホホバ油、マカデミアナッツ油、桐油等が挙げられる。市販品としては、出光興産(株)、三共油化工業(株)、(株)ジャパンエナジー、オリソイ社、H&R社、豊国製油(株)、昭和シェル石油(株)、富士興産(株)、日清オイリオグループ(株)等の製品を使用できる。なかでも、プロセスオイル(パラフィン系プロセスオイル、アロマ系プロセスオイル、ナフテン系プロセスオイル等)、植物油が好ましい。
液状樹脂としては、テルペン系樹脂(テルペンフェノール樹脂、芳香族変性テルペン樹脂を含む)、ロジン樹脂、スチレン系樹脂、C5系樹脂、C9系樹脂、C5/C9系樹脂、ジシクロペンタジエン(DCPD)樹脂、クマロンインデン系樹脂(クマロン、インデン単体樹脂を含む)、フェノール樹脂、オレフィン系樹脂、ポリウレタン樹脂、アクリル樹脂等が挙げられる。また、これらの水素添加物も使用可能である。
液状ジエン系ポリマーとしては、25℃で液体状態の液状スチレンブタジエン共重合体(液状SBR)、液状ブタジエン重合体(液状BR)、液状イソプレン重合体(液状IR)、液状スチレンイソプレン共重合体(液状SIR)、液状スチレンブタジエンスチレンブロック共重合体(液状SBSブロックポリマー)、液状スチレンイソプレンスチレンブロック共重合体(液状SISブロックポリマー)、液状ファルネセン重合体、液状ファルネセンブタジエン共重合体等が挙げられる。これらは、末端や主鎖が極性基で変性されていても構わない。また、これらの水素添加物も使用可能である。
ゴム組成物に使用可能な上記樹脂(常温(25℃)で固体状態の樹脂)としては、例えば、常温(25℃)で固体状態の芳香族ビニル重合体、クマロンインデン樹脂、クマロン樹脂、インデン樹脂、フェノール樹脂、ロジン樹脂、石油樹脂、テルペン系樹脂、アクリル系樹脂などが挙げられる。また、樹脂は、水添されていてもよい。これらは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。なかでも、芳香族ビニル重合体、石油樹脂、テルペン系樹脂が好ましい。
ゴム組成物において、上記樹脂の含有量は、ゴム成分100質量部に対して、好ましくは3質量部以上、より好ましくは5質量部以上、更に好ましくは7質量部以上である。上限は、好ましくは120質量部以下、より好ましくは100質量部以下、更に好ましくは90質量部以下である。上記範囲内であると、ウェットグリップ性能などのタイヤ性能がより良好に得られる傾向がある。
上記樹脂の軟化点は、50℃以上が好ましく、55℃以上がより好ましく、60℃以上が更に好ましい。上限は、160℃以下が好ましく、150℃以下がより好ましく、145℃以下が更に好ましい。上記範囲内であると、ウェットグリップ性能などのタイヤ性能がより良好に得られる傾向がある。なお、上記樹脂の軟化点は、JIS K6220-1:2001に規定される軟化点を環球式軟化点測定装置で測定し、球が降下した温度である。
上記芳香族ビニル重合体は、芳香族ビニルモノマーを構成単位として含むポリマーである。例えば、α-メチルスチレン及び/又はスチレンを重合して得られる樹脂が挙げられ、具体的には、スチレンの単独重合体(スチレン樹脂)、α-メチルスチレンの単独重合体(α-メチルスチレン樹脂)、α-メチルスチレンとスチレンとの共重合体、スチレンと他のモノマーの共重合体などが挙げられる。
上記クマロンインデン樹脂は、樹脂の骨格(主鎖)を構成する主なモノマー成分として、クマロン及びインデンを含む樹脂である。クマロン、インデン以外に骨格に含まれるモノマー成分としては、スチレン、α-メチルスチレン、メチルインデン、ビニルトルエンなどが挙げられる。
上記クマロン樹脂は、樹脂の骨格(主鎖)を構成する主なモノマー成分として、クマロンを含む樹脂である。
上記インデン樹脂は、樹脂の骨格(主鎖)を構成する主なモノマー成分として、インデンを含む樹脂である。
上記フェノール樹脂としては、例えば、フェノールと、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、フルフラールなどのアルデヒド類とを酸又はアルカリ触媒で反応させることにより得られるポリマー等の公知のものを使用できる。なかでも、酸触媒で反応させることにより得られるもの(ノボラック型フェノール樹脂など)が好ましい。
上記ロジン樹脂としては、天然ロジン、重合ロジン、変性ロジン、これらのエステル化合物、これらの水素添加物に代表されるロジン系樹脂等が挙げられる。
上記石油樹脂としては、C5系樹脂、C9系樹脂、C5/C9系樹脂、ジシクロペンタジエン(DCPD)樹脂、これらの水素添加物などが挙げられる。なかでも、DCPD樹脂、水添DCPD樹脂が好ましい。
上記テルペン系樹脂は、テルペンを構成単位として含むポリマーであり。例えば、テルペン化合物を重合して得られるポリテルペン樹脂、テルペン化合物と芳香族化合物とを重合して得られる芳香族変性テルペン樹脂などが挙げられる。芳香族変性テルペン樹脂としては、テルペン化合物及びフェノール系化合物を原料とするテルペンフェノール樹脂や、テルペン化合物及びスチレン系化合物を原料とするテルペンスチレン樹脂、テルペン化合物、フェノール系化合物及びスチレン系化合物を原料とするテルペンフェノールスチレン樹脂も使用できる。なお、テルペン化合物としては、α-ピネン、β-ピネンなど、フェノール系化合物としては、フェノール、ビスフェノールAなど、芳香族化合物としては、スチレン系化合物(スチレン、α-メチルスチレンなど)が挙げられる。
上記アクリル系樹脂は、アクリル系モノマーを構成単位として含むポリマーである。例えば、カルボキシル基を有し、芳香族ビニルモノマー成分とアクリル系モノマー成分とを共重合して得られる、スチレンアクリル樹脂等のスチレンアクリル系樹脂などが挙げられる。なかでも、無溶剤型カルボキシル基含有スチレンアクリル系樹脂を好適に使用できる。
可塑剤としては、例えば、丸善石油化学(株)、住友ベークライト(株)、ヤスハラケミカル(株)、東ソー(株)、RutgersChemicals社、BASF社、アリゾナケミカル社、日塗化学(株)、(株)日本触媒、ENEOS(株)、荒川化学工業(株)、田岡化学工業(株)等の製品を使用できる。
前記ゴム組成物は、耐クラック性、耐オゾン性等の観点から、老化防止剤を含有することが好ましい。
老化防止剤としては特に限定されないが、フェニル-α-ナフチルアミン等のナフチルアミン系老化防止剤;オクチル化ジフェニルアミン、4,4′-ビス(α,α′-ジメチルベンジル)ジフェニルアミン等のジフェニルアミン系老化防止剤;N-イソプロピル-N′-フェニル-p-フェニレンジアミン、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、N,N′-ジ-2-ナフチル-p-フェニレンジアミン等のp-フェニレンジアミン系老化防止剤;2,2,4-トリメチル-1,2-ジヒドロキノリンの重合物等のキノリン系老化防止剤;2,6-ジ-t-ブチル-4-メチルフェノール、スチレン化フェノール等のモノフェノール系老化防止剤;テトラキス-[メチレン-3-(3′,5′-ジ-t-ブチル-4′-ヒドロキシフェニル)プロピオネート]メタン等のビス、トリス、ポリフェノール系老化防止剤などが挙げられる。なかでも、p-フェニレンジアミン系老化防止剤、キノリン系老化防止剤が好ましく、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、2,2,4-トリメチル-1,2-ジヒドロキノリンの重合物がより好ましい。市販品としては、例えば、精工化学(株)、住友化学(株)、大内新興化学工業(株)、フレクシス社等の製品を使用できる。
前記ゴム組成物において、老化防止剤の含有量は、ゴム成分100質量部に対して、好ましくは0.2質量部以上、より好ましくは0.5質量部以上である。該含有量は、好ましくは7.0質量部以下、より好ましくは4.0質量部以下である。
前記ゴム組成物は、ステアリン酸を含んでもよい。前記ゴム組成物において、ステアリン酸の含有量は、ゴム成分100質量部に対して、好ましくは0.5~10質量部、より好ましくは0.5~5質量部である。
なお、ステアリン酸としては、従来公知のものを使用でき、例えば、日油(株)、花王(株)、富士フイルム和光純薬(株)、千葉脂肪酸(株)等の製品を使用できる。
前記ゴム組成物は、酸化亜鉛を含んでもよい。前記ゴム組成物において、酸化亜鉛の含有量は、ゴム成分100質量部に対して、好ましくは0.5~10質量部、より好ましくは1~5質量部である。
なお、酸化亜鉛としては、従来公知のものを使用でき、例えば、三井金属鉱業(株)、東邦亜鉛(株)、ハクスイテック(株)、正同化学工業(株)、堺化学工業(株)等の製品を使用できる。
前記ゴム組成物には、ワックスを配合してもよい。前記ゴム組成物において、ワックスの含有量は、ゴム成分100質量部に対して、好ましくは0.5~10質量部、より好ましくは1~5質量部である。
ワックスとしては特に限定されず、石油系ワックス、天然系ワックスなどが挙げられ、また、複数のワックスを精製又は化学処理した合成ワックスも使用可能である。これらのワックスは、単独で使用しても、2種類以上を併用してもよい。
石油系ワックスとしては、パラフィンワックス、マイクロクリスタリンワックス等が挙げられる。天然系ワックスとしては、石油外資源由来のワックスであれば特に限定されず、例えば、キャンデリラワックス、カルナバワックス、木ろう、ライスワックス、ホホバろうなどの植物系ワックス;ミツロウ、ラノリン、鯨ろうなどの動物系ワックス;オゾケライト、セレシン、ペトロラクタムなどの鉱物系ワックス;及びこれらの精製物などが挙げられる。市販品としては、例えば、大内新興化学工業(株)、日本精蝋(株)、精工化学(株)等の製品を使用できる。
前記ゴム組成物には、ポリマー鎖に適度な架橋鎖を形成し、良好な前記性能バランスを付与するという点で、硫黄を配合してもよい。
前記ゴム組成物において、硫黄の含有量は、ゴム成分100質量部に対して、好ましくは0.1質量部以上、より好ましくは0.5質量部以上、更に好ましくは0.7質量部以上である。該含有量は、好ましくは6.0質量部以下、より好ましくは4.0質量部以下、更に好ましくは3.0質量部以下である。
硫黄としては、ゴム工業において一般的に用いられる粉末硫黄、沈降硫黄、コロイド硫黄、不溶性硫黄、高分散性硫黄、可溶性硫黄などが挙げられる。市販品としては、鶴見化学工業(株)、軽井沢硫黄(株)、四国化成工業(株)、フレクシス社、日本乾溜工業(株)、細井化学工業(株)等の製品を使用できる。これらは、単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
前記ゴム組成物は、加硫促進剤を含んでもよい。
前記ゴム組成物において、加硫促進剤の含有量は、ゴム成分100質量部に対して、通常、0.3~10質量部、好ましくは0.5~7質量部である。
加硫促進剤の種類は特に制限はなく、通常用いられているものを使用可能である。加硫促進剤としては、2-メルカプトベンゾチアゾール、ジ-2-ベンゾチアゾリルジスルフィド、N-シクロヘキシル-2-ベンゾチアジルスルフェンアミド等のチアゾール系加硫促進剤;テトラメチルチウラムジスルフィド(TMTD)、テトラベンジルチウラムジスルフィド(TBzTD)、テトラキス(2-エチルヘキシル)チウラムジスルフィド(TOT-N)等のチウラム系加硫促進剤;N-シクロヘキシル-2-ベンゾチアゾールスルフェンアミド、N-t-ブチル-2-ベンゾチアゾリルスルフェンアミド、N-オキシエチレン-2-ベンゾチアゾールスルフェンアミド、N,N’-ジイソプロピル-2-ベンゾチアゾールスルフェンアミド等のスルフェンアミド系加硫促進剤;ジフェニルグアニジン、ジオルトトリルグアニジン、オルトトリルビグアニジン等のグアニジン系加硫促進剤を挙げることができる。これらは、単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。なかでも、スルフェンアミド系加硫促進剤、グアニジン系加硫促進剤が好ましい。
前記ゴム組成物には、上記成分以外にも、離型剤や顔料等の応用分野に従って、それらの使用に使われる通常の添加物を適宜配合してもよい。
前記ゴム組成物の製造方法としては、公知の方法を用いることができる。例えば、各成分をオープンロール、バンバリーミキサーなどのゴム混練装置を用いて混練し、必要に応じて架橋する方法などにより製造できる。なお、混練条件としては、混練温度は、通常50~200℃、好ましくは80~190℃であり、混練時間は、通常30秒~30分、好ましくは1分~30分である。
前記ゴム組成物は、タイヤ、靴底、床材、防振材、免震材、ブチル枠材、ベルト、ホース、パッキン、薬栓、その他のゴム製工業製品等に用いることができる。特に、ウェットグリップ性能などのタイヤ性能に優れることから、タイヤ用ゴム組成物として用いることが好ましい。
前記ゴム組成物は、ウェットグリップ性能などのタイヤ性能がより良好に得られる観点から、下記式(1)を満たすことが望ましい。
(1)水湿潤時のE*/乾燥時のE*≦0.95
(式中、E*は、温度30℃、初期歪10%、動歪1%、周波数10Hz、伸長モード、測定時間30分の条件下で測定した測定開始から30分後の複素弾性率(MPa)である。)
水湿潤時のE*/乾燥時のE*は、好ましくは0.91以下、より好ましくは0.88以下、更に好ましくは0.86以下、特に好ましくは0.84以下、最も好ましくは0.81以下である。水湿潤時のE*/乾燥時のE*の下限は特に限定されないが、好ましくは0.10以上、より好ましくは0.30以上、更に好ましくは0.50以上、特に好ましくは0.60以上である。上記範囲内であると、効果が好適に得られる。
前記ゴム組成物は、乾燥時のE*が好ましくは3.0MPa以上、より好ましくは52.0MPa以上、更に好ましくは58.0MPa以上、特に好ましくは66.0MPa以上である。乾燥時のE*の上限は特に限定されないが、好ましくは200.0MPa以下、より好ましくは176.0MPa以下、更に好ましくは150.0MPa以下、特に好ましくは100.0MPa以下である。上記範囲内であると、効果が好適に得られる。
前記ゴム組成物は、水湿潤時のE*が好ましくは3.0MPa以上、より好ましくは45.0MPa以上、更に好ましくは55.0MPa以上、特に好ましくは60.0MPa以上である。乾燥時のE*の上限は特に限定されないが、好ましくは180.0MPa以下、より好ましくは150.0MPa以下、更に好ましくは110.0MPa以下、特に好ましくは90.0MPa以下である。上記範囲内であると、効果が好適に得られる。
なお、本明細書において、ゴム組成物の複素弾性率(E*)は、加硫後のゴム組成物のE*を意味する。また、E*は、加硫後のゴム組成物に対し、粘弾性試験を実施することで得られる値である。
前記ゴム組成物は、前記式(1)を満たし、例えば、水によって可逆的に複素弾性率(E*)が変化するものであるが、本明細書において、水によって可逆的に複素弾性率(E*)が変化するとは、水の存在によって、ゴム組成物(加硫後)のE*が可逆的に大きくなったり、小さくなったりすることを意味する。なお、例えば、乾燥時→水湿潤時→乾燥時と変化した場合に、E*が可逆的に変化すればよく、先の乾燥時と、後の乾燥時において、同一のE*を有さなくてもよいし、先の乾燥時と、後の乾燥時において、同一のE*を有していてもよい。
本明細書において、乾燥時のE*とは、乾燥している状態のゴム組成物のE*を意味し、具体的には、実施例に記載の方法により乾燥したゴム組成物のE*を意味する。
本明細書において、水湿潤時のE*とは、水によって湿潤している状態のゴム組成物のE*を意味し、具体的には、実施例に記載の方法により、水によって湿潤したゴム組成物のE*を意味する。
本明細書において、ゴム組成物のE*は、温度30℃、初期歪10%、動歪1%、周波数10Hz、伸長モード、測定時間30分の条件下で測定した測定開始から30分後のE*である。
なお、前記ゴム組成物の前記式(1)で表される水による可逆的なE*変化は、例えば、前記イオン性官能基含有ポリマーと、必要に応じて前記アルカリ金属塩又はアルカリ土類金属塩とを用いることにより達成できる。
乾燥時のE*は、ゴム組成物に配合される薬品(特に、ゴム成分、充填材、オイルなどの軟化剤)の種類や量によって調整することが可能であり、例えば、軟化剤の量を減量したり、充填材の量を増量したりすることにより、乾燥時のE*は大きくなる傾向がある。
また、乾燥時のE*について、例えば、前記イオン性官能基含有ポリマーのイオン性官能基含有量や、前記アルカリ金属塩又はアルカリ土類金属塩の含有量(言い換えれば、アルカリ金属塩又はアルカリ土類金属塩由来の金属含有量)により、乾燥時のE*を調整することが可能である。具体的には、前記イオン性官能基含有ポリマーのイオン性官能基含有量や前記アルカリ金属塩又はアルカリ土類金属塩の含有量を増加させると、乾燥時のE*が大きくなる傾向がある。
水湿潤時のE*は、例えば、前記イオン性官能基含有ポリマーと、アルカリ金属塩又はアルカリ土類金属塩との間の一部又は全部がイオン結合により架橋されたゴム組成物とすることで、乾燥時に比べて、水湿潤時のE*を低下させることができ、乾燥時、水湿潤時のE*の調整が可能となる。具体的には、前記イオン性官能基含有ポリマーと、前記アルカリ金属塩又はアルカリ土類金属塩とを併用することで、イオン結合で架橋されたゴム組成物となり、乾燥時に比べて、水湿潤時のE*を低下させることができる。また、水湿潤時のE*は、ゴム組成物に配合される薬品の種類や量によって調整することが可能であり、例えば、前述の乾燥時のE*の調整方法と同様の手法を用いることで、水湿潤時のE*においても同様の傾向を得ることができる。
そして、具体的には、乾燥時のE*を所望の範囲内に調整した上で、前記イオン性官能基含有ポリマーと、必要に応じて前記アルカリ金属塩又はアルカリ土類金属塩とを用いること、等により、ゴム組成物の前記式(1)で表される水による可逆的なE*変化を実現できる。
前記ゴム組成物を適用するタイヤ部材としては特に限定されず、キャップトレッド、サイドウォール、ベーストレッド、ビードエイペックス、クリンチエイペックス、インナーライナー、アンダートレッド、ブレーカートッピング、プライトッピング等、任意のタイヤの各部材が挙げられる。なかでも、ウェットグリップ性能などに優れることから、キャップトレッドに好適に適用できる。
<タイヤ>
前記ゴム組成物は、タイヤに好適に使用できる。タイヤとしては、空気入りタイヤ、非空気入りタイヤなどが挙げられるが、なかでも、空気入りタイヤが好ましい。特に、夏用タイヤ(サマータイヤ)、冬用タイヤ(スタッドレスタイヤ、スノータイヤ、スタッドタイヤなど)、オールシーズンタイヤ、等として好適に使用できる。タイヤは、乗用車用タイヤ、大型乗用車用、大型SUV用タイヤ、トラック、バスなどの重荷重用タイヤ、ライトトラック用タイヤ、二輪自動車用タイヤ、レース用タイヤ(高性能タイヤ)などに使用可能である。なかでも、乗用車用タイヤ、ライトトラック用タイヤに好適に使用できる。
タイヤは、前記ゴム組成物を用いて通常の方法により製造される。例えば、各種材料を配合したゴム組成物を、未加硫の段階でタイヤ部材の形状に合わせて押し出し加工し、他のタイヤ部材とともに、タイヤ成型機上にて通常の方法で成形することにより、未加硫タイヤを形成した後、加硫機中で加熱加圧してタイヤを製造することができる。
実施例に基づいて、本開示を具体的に説明するが、本開示はこれらのみに限定されるものではない。
<ニトリルオキシド化合物の合成1>
図1に示されている合成経路により、化合物E(ニトリルオキシド基及びイオン性官能基を持つニトリルオキシド化合物)を合成した。
(化合物A→化合物B)
先ず、三口フラスコに撹拌子、2-Hydroxy-1-naphthaldehyde(化合物A)、KCO、DMF(N,N-dimethylformamide)、ethyl 6-bromohexanoateを加え、攪拌して溶解させ、次いで、オイルバスで加熱して、100℃で3時間反応させた。室温に冷却して、酢酸エチルと水を使って分液した。酢酸エチル層をMgSOで乾燥して、エバポレーターして、残留物をヘキサンで再結晶して、化合物Bを得た。
(化合物B→化合物C)
化合物BとNaOHをTHF:iPrOH:HO=(4:2:1)の混合溶媒に溶解して、室温で終夜反応させ、反応終了後、塩酸を使って中和して、エバポレーターした。残留物を水で希釈し、酢酸エチルと分液漏斗に投入して分液した。酢酸エチル層をMgSOで乾燥し、エバポレーターして乾燥させた後、真空乾燥して、化合物Cを得た。
(化合物C→化合物D)
500mlビーカーに攪拌子、化合物Cとエタノールを加え、攪拌して溶解した。CHCOONa・3HO、NHOH・HClの水溶液を、化合物C溶液に投入して、室温で4時間に反応させ、沈殿物が得られた。混合物をフィルタして、沈殿物を収集し、真空乾燥して、化合物Dを得た。
(化合物D→化合物E)
三口フラスコに攪拌子、化合物D、2-propanolを加え、アイスバスして、攪拌して分散した。0~5℃の条件下、NaClO溶液を滴下漏斗でフラスコに加えて反応させた。反応終了後、HClで約pH5に調整して、CHClで分液した。CHCl層をMgSOで乾燥して、エバポレーターして乾燥させた後、エタノール/水で再結晶して、目的物の化合物E(ニトリルオキシド基及びイオン性官能基を持つニトリルオキシド化合物)を得た。
合成物のH-NMRスペクトル(図2)、IRスペクトル(図3)から、化合物E(ニトリルオキシド基及びイオン性官能基を持つニトリルオキシド化合物)が合成されていることが分かった。
<ニトリルオキシド化合物の合成2>
図6に示されている合成経路により、化合物H(ニトリルオキシド基及びイオン性官能基を持つニトリルオキシド化合物)を合成した。
(化合物A→化合物F)
先ず、三口フラスコに撹拌子、2-Hydroxy-1-naphthaldehyde(化合物A)、KCO、DMF(N,N-dimethylformamide)、6-chlorohexanolを加え、攪拌して溶解させ、次いで、オイルバスで加熱して、100℃で5時間反応させた。室温に冷却して、酢酸エチルと水を使って分液した。酢酸エチル層をMgSOで乾燥して、エバポレーターして、化合物Fを得た。
(化合物F→化合物G)
500mlビーカーに攪拌子、化合物Fとエタノールを加え、攪拌して溶解した。CHCOONa・3HO、NHOH・HClの水溶液を、化合物F溶液に投入して、室温で4時間に反応させ、沈殿物が得られた。混合物をフィルタして、沈殿物を収集し、真空乾燥して、化合物Gを得た。
(化合物G→化合物H)
三口フラスコに攪拌子、化合物G、2-propanolを加え、アイスバスして、攪拌して分散した。0~5℃の条件下、NaClO溶液を滴下漏斗でフラスコに加えて反応させた。反応終了後、HClで約pH5に調整して、水で沈殿して、ろ過して固形分の目的化合物H(ニトリルオキシド基及びイオン性官能基を持つニトリルオキシド化合物)を得た。
(化合物H→化合物I)
三口フラスコに攪拌子、化合物H、dry THFを加え、アイスバスして、攪拌して溶解した。0~5℃の条件下、2-Bromoisobutyrylbromideのdry THF溶液を滴下漏斗でフラスコに加えて反応させた。反応終了後、反応液をろ過して、濾液を水/酢酸エチルで分液する。有機層をMgSOで乾燥して、エバポレーターして、化合物Iを得た。
合成物のH-NMRスペクトル、IRスペクトルから、化合物H(ニトリルオキシド基及びイオン性官能基を持つニトリルオキシド化合物)が合成されていることが分かった。
<ニトリルオキシド化合物の合成3>
図7に示されている合成経路により、化合物e(ニトリルオキシド基及びイオン性官能基を持つニトリルオキシド化合物)を合成した。
(化合物a→化合物b)
三口フラスコに攪拌子、化合物a、4-(bromomethyl) benzoate、KCO、18-crown-6を加え、攪拌して溶解させ、次いで、オイルバスで加熱して、40℃で終夜反応させた。反応液をエバポレーターして、固形分をジクロロメタンと3%塩酸水溶液を使って分液した。ジクロロメタン層をMgSOで乾燥して、エバポレーターした。固形分をヘキサン/酢酸エチル(7/1 v/v)で再結晶して化合物bを得た。
(化合物b→化合物c)
化合物bとLiOHをTHF:iPrOH:HO=(4:2:1)の混合溶媒に溶解して、室温で終夜反応させ、反応終了後、塩酸使ってpH=5に調整して、エバポレーターした。残留物をジクロロメタン/水で分液、有機層をMgSOで乾燥して、エバポレーターして、化合物cを得た。
(化合物c→化合物d)
500mlビーカーに攪拌子、化合物cとエタノールを加え、攪拌して溶解した。CHCOONa・3HO、NHOH・HClの水溶液を、化合物c溶液に投入して、室温で4時間に反応させ、沈殿物が得られた。混合物をフィルタして、沈殿物を収集し、真空乾燥して、化合物dを得た。
(化合物d→化合物e)
三口フラスコに攪拌子、化合物d、DMFを加え、アイスバスして、攪拌して溶解した。0~5℃の条件下、NBSのDMF溶液を滴下漏斗でフラスコに加えて反応させた。10min後、TEAのDMF溶液を滴下漏斗でフラスコに加えて反応させた。反応終了後、水/酢酸エチルで分液して、有機層をMgSOで乾燥して、エバポレーターして、化合物e(ニトリルオキシド基及びイオン性官能基を持つニトリルオキシド化合物)を得た。
合成物のH-NMRスペクトル、IRスペクトルから、化合物e(ニトリルオキシド基及びイオン性官能基を持つニトリルオキシド化合物)が合成されていることが分かった。
<イオン性官能基含有ポリマーの合成>
表1に記載されている処方、条件に従い、前記ニトリルオキシド化合物の合成で得られた化合物E(ニトリルオキシド基及びイオン性官能基を持つニトリルオキシド化合物)、ポリマーを溶媒に溶解して溶液とした後、攪拌して反応させた。反応完了後、生成物含む溶液をメタノールを用いて沈殿させ、乾燥し、カルボン酸基を持つジエン系ゴム(イオン性官能基含有ポリマー(BR1-1~BR1-5、ESBR-1~ESBR-9、SSBR1-1~SSBR1-3)、(BR2-1~BR2-2、SSBR2-1~SSBR2-2、SSBR1-4~SSBR1-5))を得た。
なお、表1の二重結合修飾率、ニトリルオキシド化合物反応率は、以下で定義され、下記の方法で測定した。
(二重結合修飾率(%))=〔ニトリルオキシド化合物と反応した炭素-炭素二重結合の量/(残存する炭素-炭素二重結合の量+ニトリルオキシド化合物と反応した炭素-炭素二重結合の量〕×100
(ニトリルオキシド化合物反応率(%))=(二重結合と反応したニトリルオキシド化合物の量/(ニトリルオキシド化合物の仕込み量)×100
(1)二重結合修飾率
ポリマー中の炭素-炭素二重結合にニトリルオキシド化合物が付加した割合を、IR測定、H-NMR測定及び13C-NMR測定により算出した。
(2)ニトリルオキシド化合物反応率
IR測定、H-NMR測定及び13C-NMR測定により求めた。
(ガラス転移温度(Tg)の測定)
作製されたイオン性官能基含有ポリマーのガラス転移温度(Tg)は、JIS K 7121に従い、ティー・エイ・インスツルメント・ジャパン社製の示差走査熱量計(Q200)を用いて昇温速度10℃/分で昇温しながら測定することにより、ガラス転移開始温度として求めた。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
 
なお、表1のBR1、ESBR、SSBR1、BR2、SSBR2は、以下の材料を用いた。
BR1:宇部興産(株)製のBR150B(シス含有量96質量%)
ESBR:ZEON(株)製のNipol 1502(E-SBR、スチレン含量23.5質量%、ビニル含量18質量%)
SSBR1:JSR(株)製のHPR850(S-SBR)
BR2:JSR(株)製のBR730(Nd系触媒を用いて合成されたBR、シス含量96質量%)
SSBR2:JSR(株)製のHPR840(S-SBR)
合成物のH-NMRスペクトル(図5)から、カルボン酸基を持つジエン系ゴム(イオン性官能基含有ポリマー)が合成されていることが判明した。
表1のBR2-1~BR2-2、SSBR2-1~SSBR2-2、SSBR1-4~SSBR1-5(イオン性官能基含有ポリマー)のTgから、イオン性官能基含有ポリマーは、対応するポリマーに比べてTgが高くなることが判明した。
以上のとおり、ニトリルオキシド基及びイオン性官能基を持つニトリルオキシド化合物の合成が可能であり、該ニトリルオキシド化合物をBR、ESBR、SSBRに反応させたイオン性官能基含有ポリマーの合成も可能であることが分かった。
ニトリルオキシド基及びイオン性官能基を持つニトリルオキシド化合物中のニトリルオキシド基は反応性が高く、任意のポリマーとの反応が可能であることから、任意のポリマー(イソプレン系ゴム、他の二重結合を持つポリマーなど)にニトリルオキシド化合物中のニトリルオキシド基を反応させることで、イオン性官能基をポリマー中に導入できると考えられ、種々のイオン性官能基を有するイオン性官能基含有ポリマーの提供が可能であると考えられた。
<ゴム組成物の作製>
以下で使用した各種薬品について、まとめて説明する。
SSBR1:JSR(株)製のHPR850(S-SBR)
SSBR1-4:表1により作製されたイオン性官能基含有SBR
SSBR1-5:表1により作製されたイオン性官能基含有SBR
SSBR2:JSR(株)製のHPR840(S-SBR)
SSBR2-1:表1により作製されたイオン性官能基含有SBR
SSBR2-2:表1により作製されたイオン性官能基含有SBR
BR2:JSR(株)製のBR730(Nd系触媒を用いて合成されたBR、シス含量96質量%)
BR2-1:表1により作製されたイオン性官能基含有BR
BR2-2:表1により作製されたイオン性官能基含有BR
酢酸カリウム:富士フイルム和光純薬(株)製の酢酸カリウム
シリカ:エボニックデグッサ社製のウルトラシルVN3(NSA:175m/g)
シランカップリング剤:エボニックデグッサ社製のSi266
ステアリン酸:日油(株)製のステアリン酸「椿」
オイル:出光興産(株)製のダイアナプロセスNH-70S
硫黄:鶴見化学工業(株)製の粉末硫黄
加硫促進剤NS:大内新興化学工業(株)製のノクセラーNS(N-tert-ブチル-2-ベンゾチアジルスルフェンアミド)
加硫促進剤DPG:大内新興化学工業(株)製のノクセラーD(1,3-ジフェニルグアニジン)
(ゴム組成物の製造)
表2~5に示す配合処方にしたがい、(株)神戸製鋼所製の16Lバンバリーミキサーを用いて、硫黄及び加硫促進剤以外の薬品を160℃の条件下で4分間混練りし、混練り物を得た。次に、得られた混練り物に硫黄及び加硫促進剤を添加し、オープンロールを用いて、80℃の条件下で4分間練り込み、未加硫ゴム組成物を得た。
得られた未加硫ゴム組成物を170℃の条件下で12分間プレス加硫し、加硫ゴム組成物を得た。
得られた加硫ゴム組成物を下記により物性測定、評価を行った。結果を各表に示した。なお、基準比較例は、以下のとおりとした。
表2:比較例1-1
表3:比較例2-1
表4:比較例3-1
表5:比較例4-1
<粘弾性試験>
各加硫ゴム組成物から長さ40mm×幅3mm×厚さ0.5mmの粘弾性測定サンプルを採取し、加硫ゴム組成物のE*を、TAインスツルメント社製のRSAシリーズを用いて、温度30℃、初期歪10%、動歪1%、周波数10Hz、伸長モード、測定時間30分の条件下で測定し、測定開始から30分後の測定値を得た。
<乾燥時のE*>
上記粘弾性測定サンプル(長さ40mm×幅3mm×厚さ0.5mm)を常温、常圧の条件で恒量になるまで乾燥した。得られた乾燥時の加硫ゴム組成物(ゴム片)の複素弾性率E*を上記粘弾性試験の方法で測定し、乾燥時のE*とした。
<水湿潤時のE*>
RSAの浸漬測定治具を用いて、水中にて上記粘弾性試験の方法で粘弾性を測定することにより、水湿潤時のE*とした。なお、水温は30℃に設定した。
<水湿潤時のE*の低下性>
基準比較例の加硫ゴム組成物の「水湿潤時のE*/乾燥時のE*」を100とし、各加硫ゴム組成物の「水湿潤時のE*/乾燥時のE*」の逆数を指数表示した。指数が大きいほど、水湿潤時のE*の低下性が良好であり、ウェットグリップ性能などのウェット性能が優れていることを示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000007
 
表2~5から、イオン性官能基含有SBR(SSBR1-4、SSBR1-5、SSBR2-1、SSBR2-2、BR2-1、BR2-2)を含むゴム組成物において、対応するポリマー(SSBR1、SSBR2、BR2)をゴム組成物に比べて、乾燥時のE*に対して水湿潤時のE*が低下した。このように、いずれのポリマーも変性を行ってイオン性官能基含有ポリマーとすることで、水による軟化する傾向が見られた。
また、SSBR1-4(イオン性官能基含有SBR)を用いた実施例1-1、対応するSSBR1を用いた比較例1-1のIRスペクトル、これらの差スペクトル(図8)から、COOH-Znの結合が形成されていることが分かった。
以上により、イオン結合点(イオン結合の形成箇所)を持つ種々のイオン性官能基含有ポリマーをタイヤ用ゴム組成物に用いた場合、ウェット路面に接触すると、イオン結合点が乖離し、架橋が緩まって、弾性率が低下し、ウェット路面の走行時において、路面との接触面積が増加して摩擦が高まってロスが向上し、ウェットグリップ性能が向上すると考えられた。
本開示(1)は、ニトリルオキシド基及びイオン性官能基を持つニトリルオキシド化合物である。
本開示(2)は、前記イオン性官能基がアミノ基及びカルボン酸基からなる群より選択される少なくとも1種である本開示(1)記載のニトリルオキシド化合物である。
本開示(3)は、環状構造を含む化合物である本開示(1)又は(2)記載のニトリルオキシド化合物である。
本開示(4)は、芳香環を有する化合物である本開示(1)又は(2)記載のニトリルオキシド化合物である。
本開示(5)は、ナフタレン環を有する化合物である本開示(1)又は(2)記載のニトリルオキシド化合物である。
本開示(6)は、本開示(1)~(5)のいずれかに記載のニトリルオキシド基及びイオン性官能基を持つニトリルオキシド化合物とポリマーとを反応させたイオン性官能基含有ポリマーである。
本開示(7)は、前記ポリマーがスチレンブタジエンゴム、ブタジエンゴム及びイソプレン系ゴムからなる群より選択される少なくとも1種である本開示(6)記載のイオン性官能基含有ポリマーである。
本開示(8)は、本開示(6)又は(7)記載のイオン性官能基含有ポリマーを含むゴム組成物である。
本開示(9)は、前記イオン性官能基含有ポリマーがイオン性官能基含有スチレンブタジエンゴム及びイオン性官能基含有スチレンブタジエンゴムからなる群より選択される少なくとも1種を含む本開示(6)記載のイオン性官能基含有ポリマーである。
本開示(10)は、シリカ及びカーボンブラックからなる群より選択される少なくとも1種を含む本開示(8)又は(9)記載のゴム組成物である。
本開示(11)は、下記式(1)を満たす本開示(8)~(10)のいずれかに記載のゴム組成物である。
(1)水湿潤時のE*/乾燥時のE*≦0.95
(式中、E*は、温度30℃、初期歪10%、動歪1%、周波数10Hz、伸長モード、測定時間30分の条件下で測定した測定開始から30分後の複素弾性率(MPa)である。)
本開示(12)は、本開示(8)~(11)のいずれかに記載のゴム組成物を用いたタイヤである。

Claims (12)

  1. ニトリルオキシド基及びイオン性官能基を持つニトリルオキシド化合物。
  2. 前記イオン性官能基は、アミノ基及びカルボン酸基からなる群より選択される少なくとも1種である請求項1記載のニトリルオキシド化合物。
  3. 環状構造を含む化合物である請求項1又は2記載のニトリルオキシド化合物。
  4. 芳香環を有する化合物である請求項1又は2記載のニトリルオキシド化合物。
  5. ナフタレン環を有する化合物である請求項1又は2記載のニトリルオキシド化合物。
  6. 請求項1~5のいずれかに記載のニトリルオキシド基及びイオン性官能基を持つニトリルオキシド化合物とポリマーとを反応させたイオン性官能基含有ポリマー。
  7. 前記ポリマーは、スチレンブタジエンゴム、ブタジエンゴム及びイソプレン系ゴムからなる群より選択される少なくとも1種である請求項6記載のイオン性官能基含有ポリマー。
  8. 請求項6又は7記載のイオン性官能基含有ポリマーを含むゴム組成物。
  9. 前記イオン性官能基含有ポリマーは、イオン性官能基含有スチレンブタジエンゴム及びイオン性官能基含有スチレンブタジエンゴムからなる群より選択される少なくとも1種を含む請求項6記載のイオン性官能基含有ポリマー。
  10. シリカ及びカーボンブラックからなる群より選択される少なくとも1種を含む請求項8又は9記載のゴム組成物。
  11. 下記式(1)を満たす請求項8~10のいずれかに記載のゴム組成物。
    (1)水湿潤時のE*/乾燥時のE*≦0.95
    (式中、E*は、温度30℃、初期歪10%、動歪1%、周波数10Hz、伸長モード、測定時間30分の条件下で測定した測定開始から30分後の複素弾性率(MPa)である。)
  12. 請求項8~11のいずれかに記載のゴム組成物を用いたタイヤ。
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