WO2025115334A1 - 共重合体、及び共重合体の製造方法 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a copolymer and a method for producing the copolymer.
- butadiene-based polymers such as butadiene rubber and styrene-butadiene rubber, which are used in the rubber industry, mainly for tire applications, are generally difficult to decompose. For this reason, it has been pointed out that tire wear dust, for example, may exist in the natural world as microplastics, which may place a burden on the environment.
- polycaprolactone and the like are known as biodegradable polymers that are easily decomposed in nature.
- JP 2023-58335 A discloses a branched biodegradable polyester having a block structure including a random copolymer segment of lactide and caprolactone and a homopolymer segment of lactide, and having a trivalent or higher polyhydric alcohol bonded to the end of the block structure.
- the branched biodegradable polyester disclosed in the above-mentioned Patent Document 1 does not have the physical properties required for tire applications. Therefore, there is a demand for a polymer that can be used as a tire material and is easily degradable.
- an object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the conventional technology and to provide a polymer that can be used as a tire material and is easily decomposable.
- Another object of the present invention is to provide a method for producing a polymer that can be used as a tire material and is easily decomposable.
- copolymer of the present invention which solves the above problems, and the method for producing the copolymer are outlined below.
- a copolymer comprising a segment (A) derived from a butadiene-based polymer, a segment (B) derived from a biodegradable polyester, a segment (C) derived from a polyethylene glycol, and a segment (D) derived from a polyisocyanate compound.
- the present invention it is possible to provide a copolymer that can be used as a tire material and is easily decomposable. Furthermore, according to the present invention, it is possible to provide a method for producing a copolymer that can be used as a tire material and is easily decomposable.
- copolymer of the present invention and the method for producing the copolymer are described in detail below based on the embodiments.
- the compounds described herein may be derived in whole or in part from fossil sources, from biological sources such as plant sources, from recycled sources such as used tires, or from a mixture of two or more of fossil, biological and/or renewable sources.
- the copolymer of the present embodiment is characterized by including a segment (A) derived from a butadiene-based polymer, a segment (B) derived from a biodegradable polyester, a segment (C) derived from a polyethylene glycol, and a segment (D) derived from a polyisocyanate compound.
- the copolymer of the present embodiment contains a segment (A) derived from a butadiene-based polymer, and the segment (A) derived from a butadiene-based polymer provides the copolymer with sufficient rubber elasticity for use as a tire material. Moreover, the copolymer of the present embodiment contains a segment (B) derived from a biodegradable polyester, and the segment (B) derived from a biodegradable polyester becomes a degradable portion (hydrolyzable portion) of the copolymer. The copolymer of the present embodiment also contains a polyethylene glycol-derived segment (C), and the polyethylene glycol-derived segment (C) provides hydrophilicity to the copolymer.
- a copolymer having a butadiene-based polymer-derived segment (A) and a biodegradable polyester-derived segment (B), but not having a polyethylene glycol-derived segment (C), has a biodegradable polyester-derived segment (B) which is a degradable portion, but is hydrophobic, and water required for hydrolysis of the biodegradable polyester-derived segment (B) is difficult to reach the biodegradable polyester-derived segment (B), so the hydrolysis reaction rate is slow and it is difficult to decompose.
- the copolymer of the present embodiment has a polyethylene glycol-derived segment (C) in addition to the butadiene-based polymer-derived segment (A) and the biodegradable polyester-derived segment (B), and is highly hydrophilic, so water easily reaches the biodegradable polyester-derived segment (B), the hydrolysis reaction rate is fast, and it is easy to decompose.
- the copolymer of the present embodiment contains a segment (D) derived from a polyisocyanate compound, and by bonding the segment (A) derived from the butadiene-based polymer, the segment (B) derived from a biodegradable polyester, and the segment (C) derived from a polyethylene glycol, the copolymer is endowed with physical properties sufficient for use as a tire material. Therefore, the copolymer of the present embodiment can be used as a tire material, and is easily degraded, particularly in the natural environment.
- the copolymer of the present embodiment contains a segment (A) derived from a butadiene-based polymer, and the segment (A) derived from a butadiene-based polymer provides the copolymer with sufficient rubber elasticity for use as a tire material.
- the butadiene-based polymer-derived segment (A) is derived from the raw material butadiene-based polymer (A').
- the butadiene-based polymer (A') contains 1,3-butadiene units and may be a homopolymer of 1,3-butadiene or a copolymer of 1,3-butadiene and another monomer copolymerizable with 1,3-butadiene.
- Examples of other monomers copolymerizable with 1,3-butadiene include conjugated diene monomers other than 1,3-butadiene and aromatic vinyl monomers.
- conjugated diene monomers other than 1,3-butadiene examples include 2-methyl-1,3-butadiene (also called “isoprene”), 2,3-dimethyl-1,3-butadiene, 1,3-pentadiene, and 1,3-hexadiene.
- aromatic vinyl monomer examples include styrene, p-methylstyrene, ⁇ -methylstyrene, and vinylnaphthalene.
- the butadiene-based polymer (A') is preferably polybutadiene (also called “butadiene rubber”), styrene-butadiene copolymer (also called “styrene-butadiene rubber”), etc. These butadiene-based polymers (A') may be used alone or in combination of two or more.
- the butadiene-based polymer (A') used as the raw material for the butadiene-based polymer-derived segment (A) preferably has multiple hydroxyl groups (OH), more preferably has two hydroxyl groups (OH) (so-called diol), and particularly preferably has hydroxyl groups (OH) at both ends (so-called diol at both ends).
- OH hydroxyl groups
- diol hydroxyl groups
- polybutadiene diol and the like are preferred as butadiene-based polymers having multiple hydroxyl groups.
- the butadiene-based polymer (A') used as the raw material for the butadiene-based polymer-derived segment (A) preferably has a number average molecular weight (Mn) of 1,000 to 30,000.
- Mn number average molecular weight
- the copolymer has more suitable rubber elasticity as a tire material
- the butadiene-based polymer (A') has a number average molecular weight (Mn) of 30,000 or less
- the decomposition product containing the butadiene-based polymer-derived segment (A) generated after decomposition of the copolymer becomes sufficiently small, and the burden on the environment is reduced.
- a copolymer having a number average molecular weight (Mn) of 1,000 to 30,000 used as the raw material for the butadiene-based polymer-derived segment (A) has more suitable rubber elasticity and less burden on the environment.
- the number average molecular weight (Mn) of the butadiene-based polymer (A') is more preferably 20,000 or less, even more preferably 10,000 or less, and particularly preferably 5,000 or less.
- the copolymer of the present embodiment contains a segment (B) derived from a biodegradable polyester, and the segment (B) derived from a biodegradable polyester is a degradable portion (hydrolyzable portion) of the copolymer.
- the segment (B) derived from a biodegradable polyester and the biodegradable polyester (B') that is the raw material for the segment (B) derived from a biodegradable polyester are biodegradable.
- biodegradation means that a substance is decomposed into carbon dioxide, water, etc. by the action of microorganisms.
- biodegradable polyester (B') that is the raw material for the biodegradable polyester-derived segment (B)
- various polyesters having biodegradability can be used, and among them, polylactone is preferred.
- the polylactone include polybutyrolactone, polyvalerolactone, polycaprolactone, polydecalactone, and the like.
- polycaprolactone is particularly preferred from the viewpoint of degradability.
- These biodegradable polyesters (B') may be used alone or in combination of two or more.
- the biodegradable polyester (B') which is the raw material of the biodegradable polyester-derived segment (B) preferably has multiple hydroxyl groups (OH), more preferably has two hydroxyl groups (OH) (so-called diol), and particularly preferably has hydroxyl groups (OH) at both ends (so-called diol at both ends).
- OH hydroxyl groups
- biodegradable polyesters having multiple hydroxyl groups include polybutyrolactone diol, polyvalerolactone diol, polycaprolactone diol, polydecalactone diol, etc., and among these, polycaprolactone diol is preferred.
- the molecular weight of the biodegradable polyester (B') that is the raw material for the biodegradable polyester-derived segment (B) is not particularly limited. In one embodiment, the number average molecular weight (Mn) of the biodegradable polyester (B') is preferably 200 to 20,000.
- the copolymer of the present embodiment contains a segment (C) derived from polyethylene glycol, and the segment (C) derived from polyethylene glycol provides hydrophilicity to the copolymer.
- the polyethylene glycol (C') that is the raw material of the segment (C) derived from polyethylene glycol is not particularly limited. Since the polyethylene glycol (C') usually has hydroxyl groups (OH) at both ends, it is easy to bond with other segments (A) and (B) with the polyisocyanate compound (D') that is the raw material of the segment (D) derived from a polyisocyanate compound described later, and the copolymer can be easily produced.
- the molecular weight of the polyethylene glycol (C') that is the raw material for the polyethylene glycol-derived segment (C) is not particularly limited.
- the polyethylene glycol (C') preferably has a number average molecular weight (Mn) of 200 to 20,000.
- Mn number average molecular weight
- the polyethylene glycol (C') may be used alone having the same average molecular weight, or two or more types having different average molecular weights may be used in combination.
- the proportion of the butadiene-based polymer-derived segment (A) in the total amount of the butadiene-based polymer-derived segment (A), the biodegradable polyester-derived segment (B), and the polyethylene glycol-derived segment (C) is preferably 20 to 80 mass%, more preferably 20 to 60 mass%.
- the proportion of the butadiene-based polymer-derived segment (A) in the total amount of the butadiene-based polymer-derived segment (A), the biodegradable polyester-derived segment (B), and the polyethylene glycol-derived segment (C) is 20 mass% or more, the copolymer has more suitable rubber elasticity and can be more suitably used as a tire material.
- the proportion of the biodegradable polyester-derived segment (B) in the total amount of the butadiene-based polymer-derived segment (A), the biodegradable polyester-derived segment (B), and the polyethylene glycol-derived segment (C) is preferably 10 to 40 mass%, and more preferably 20 to 40 mass%.
- the proportion of the biodegradable polyester-derived segment (B) in the total amount of the butadiene-based polymer-derived segment (A), the biodegradable polyester-derived segment (B), and the polyethylene glycol-derived segment (C) is 10 mass% or more, the degradable portion in the copolymer increases, making it easier to decompose.
- the proportion of the polyethylene glycol-derived segment (C) in the total amount of the butadiene-based polymer-derived segment (A), the biodegradable polyester-derived segment (B), and the polyethylene glycol-derived segment (C) is preferably 10 to 40 mass%, and more preferably 20 to 40 mass%.
- the proportion of the polyethylene glycol-derived segment (C) in the total amount of the butadiene-based polymer-derived segment (A), the biodegradable polyester-derived segment (B), and the polyethylene glycol-derived segment (C) is 10 mass% or more, the hydrophilicity of the copolymer is improved, water can more easily reach the biodegradable polyester-derived segment (B), and the copolymer can be more easily decomposed.
- the proportion of the butadiene polymer-derived segment (A) in the total amount of the butadiene polymer-derived segment (A), the biodegradable polyester-derived segment (B), and the polyethylene glycol-derived segment (C) is 20 to 80% by mass
- the biodegradable polyester-derived segment (B) in the total amount of the biodegradable polyester-derived segment (B), and the polyethylene glycol-derived segment (C) in the total amount of the butadiene polymer-derived segment (A) is 20 to 80% by mass
- the biodegradable polyester-derived segment (B) in the total amount of the biodegradable polyester-derived segment (B), and the polyethylene glycol-derived segment (C) in the total amount of the polyethylene glycol-derived segment (C) are 10 to 40% by mass.
- the copolymer can be more suitably used as a tire material and is more easily decomposed.
- the copolymer of this embodiment it is more preferable that, in the total amount of the butadiene-based polymer-derived segment (A), the biodegradable polyester-derived segment (B), and the polyethylene glycol-derived segment (C), the proportion of the butadiene-based polymer-derived segment (A) is 20 to 60 mass%, the proportion of the biodegradable polyester-derived segment (B) is 20 to 40 mass%, and the proportion of the polyethylene glycol-derived segment (C) is 20 to 40 mass%.
- the copolymer can be even more suitably used as a tire material and is even more easily decomposed.
- the copolymer of the present embodiment contains a segment (D) derived from a polyisocyanate compound.
- the polyisocyanate compound (D') that is the raw material of the polyisocyanate compound-derived segment (D) is a compound having a plurality of isocyanate groups (NCO).
- the polyisocyanate compound (D') preferably has two isocyanate groups (NCO), that is, is preferably a diisocyanate compound.
- NCO isocyanate groups
- polyisocyanate compound (D') that is the raw material for the polyisocyanate compound-derived segment (D) include 1,3-bis(isocyanatomethyl)cyclohexane (1,3-HXDI), isophorone diisocyanate (IPDI), tolylene diisocyanate (TDI), diphenylmethane diisocyanate (MDI), crude diphenylmethane diisocyanate (crude MDI), hydrogenated diphenylmethane diisocyanate, hydrogenated tolylene diisocyanate, hexamethylene diisocyanate (HDI), and nurate-modified hexamethylene diisocyanate.
- These polyisocyanate compounds (D') may be used alone or in combination of two or more.
- the amount of polyisocyanate compound (D') used as the raw material for segment (D) derived from the polyisocyanate compound is preferably set appropriately so that the molar ratio (NCO/OH) of isocyanate groups (NCO) to hydroxyl groups (OH) in the raw material described below falls within a desired range.
- the proportion of segment (D) derived from the polyisocyanate compound in the copolymer is preferably 16 to 50% by mass.
- the copolymer of the present embodiment preferably further contains a segment (E) derived from a diol compound having a molecular weight of 600 or less other than the segment (A) derived from the butadiene-based polymer, the segment (B) derived from the biodegradable polyester, the segment (C) derived from the polyethylene glycol, and the segment (D) derived from the polyisocyanate compound.
- the diol compound (E') having a molecular weight of 600 or less which is a raw material for the segment (E) derived from the diol compound having a molecular weight of 600 or less, acts as a chain extender, and can increase the chain length of the copolymer, thereby imparting physical properties to the copolymer that are more suitable for use as a tire material. Therefore, a copolymer containing a segment (E) derived from a diol compound having a molecular weight of 600 or less has physical properties that are more suitable for use as a tire material.
- Examples of the diol compound (E') having a molecular weight of 600 or less that is used as the raw material for the segment (E) derived from the diol compound having a molecular weight of 600 or less include propylene glycol (also called "propane-1,2-diol"), 1,3-propanediol, 1,4-butanediol, 1,5-pentanediol, 1,6-hexanediol, and 1,8-octanediol, and among these, 1,4-butanediol is preferred.
- These diol compounds (E') having a molecular weight of 600 or less may be used alone or in combination of two or more.
- the proportion of the segment (E) derived from the diol compound having a molecular weight of 600 or less in the copolymer is preferably 2 to 20 mass%, more preferably 3 to 10 mass%.
- the proportion of the segment (E) derived from the diol compound having a molecular weight of 600 or less is 2 mass% or more, the chain length of the copolymer becomes longer, and the copolymer has more suitable physical properties as a tire material.
- the proportion of the segment (E) derived from the diol compound having a molecular weight of 600 or less is 20 mass% or less, the copolymer has more suitable physical properties as a tire material.
- the molar ratio (NCO/OH) of the isocyanate group (NCO) to the hydroxyl group (OH) in the raw material of the copolymer of this embodiment is preferably 0.8 or more and less than 1.0, more preferably 0.9 or more and less than 1.0.
- the molar ratio (NCO/OH) of the isocyanate group (NCO) to the hydroxyl group (OH) in the raw material is 0.8 or more, the chain length of the copolymer becomes long and the molecular weight of the copolymer becomes large, so that the copolymer has more suitable physical properties as a tire material.
- a copolymer having a molar ratio (NCO/OH) of the isocyanate group (NCO) to the hydroxyl group (OH) in the raw material of 0.8 or more and less than 1.0 has more suitable physical properties as a tire material and is easy to handle.
- the mass ratio (SS:HS) of the soft segment (SS) consisting of the butadiene-based polymer-derived segment (A), the biodegradable polyester-derived segment (B) and the polyethylene glycol-derived segment (C) to the hard segment (HS) consisting of the polyisocyanate compound-derived segment (D) and the diol compound-derived segment (E) having a molecular weight of 600 or less is preferably 80:20 to 50:50.
- the ratio of the soft segment (SS) to the total of the soft segment (SS) and the hard segment (HS) is 50% by mass or more and the ratio of the hard segment (HS) is 50% by mass or less
- the copolymer has more suitable physical properties as a tire material.
- a copolymer in which the mass ratio (SS:HS) of the soft segment (SS) to the hard segment (HS) is 80:20 to 50:50 has physical properties more suitable for use as a tire material.
- the copolymer of the present embodiment is not particularly limited, but the number average molecular weight (Mn) is preferably 10,000 to 2,000,000, and more preferably 20,000 to 1,000,000. When the number average molecular weight (Mn) is 10,000 or more, it can be more suitably used as a tire material, and when the number average molecular weight (Mn) is 2,000,000 or less, it can be easily mixed with various compounding agents for tires.
- the copolymer of the present embodiment is not particularly limited, but preferably has a weight average molecular weight (Mw) of 20,000 to 4,000,000, and more preferably 40,000 to 2,000,000.
- the weight average molecular weight (Mw) is 20,000 or more, it can be more suitably used as a tire material, and if the weight average molecular weight (Mw) is 4,000,000 or less, it can be easily mixed with various compounding agents for tires.
- the number average molecular weight (Mn) and weight average molecular weight (Mw) of the copolymer and the raw material of each segment are determined by gel permeation chromatography (GPC) using polystyrene as a standard substance.
- the copolymer of the present embodiment can be used for various rubber products, and is particularly suitable as a tire material.
- the copolymer of the present embodiment can be mixed with various compounding ingredients to form a rubber composition according to the desired performance. If desired, the copolymer may be blended with other rubber components.
- the copolymer of the present embodiment is easily decomposed, and therefore the rubber composition containing the copolymer of the present embodiment and the other rubber components and compounding ingredients is also easily decomposed. Furthermore, a tire made from such a rubber composition is easily decomposed and reused after use.
- the copolymer of the present embodiment is preferably biodegradable, that is, it is preferably capable of being decomposed in nature. If desired, the copolymer of the present embodiment may be decomposed (hydrolyzed) in the presence of an alkali or acid in order to accelerate the decomposition.
- alkali include sodium hydroxide and potassium hydroxide.
- the acid include inorganic acids such as hydrochloric acid, sulfuric acid, and nitric acid, and organic acids such as formic acid, acetic acid, and propionic acid.
- the materials obtained by decomposition of the copolymer of this embodiment can be reused for various purposes. For example, they can be used as raw materials for producing copolymers, or as raw materials for synthesizing other chemical substances.
- the copolymer of the present embodiment can be produced by reacting the butadiene-based polymer (A'), the biodegradable polyester (B'), the polyethylene glycol (C'), and the polyisocyanate compound (D'), which are the raw materials for the above-mentioned segments (A), (B), (C), and (D).
- the copolymer when it has a segment (E) derived from a diol compound having a molecular weight of 600 or less, it can be produced by reacting the butadiene-based polymer (A'), the biodegradable polyester (B'), the polyethylene glycol (C'), the polyisocyanate compound (D'), and the diol compound (E') having a molecular weight of 600 or less.
- the copolymer having the segment (E) derived from a diol compound having a molecular weight of 600 or less is (First step) a step of reacting the butadiene-based polymer (A'), the biodegradable polyester (B'), the polyethylene glycol (C') and the polyisocyanate compound (D') to form a soft segment (SS)-containing portion; (Second step) A step of reacting the diol compound (E') having a molecular weight of 600 or less with the soft segment (SS)-containing portion to produce a copolymer. In this case, a copolymer having the desired physical properties can be obtained more easily.
- the number of isocyanate groups (NCO) contained in the polyisocyanate compound (D') is greater than the number of hydroxyl groups (OH) contained in the butadiene polymer (A'), the biodegradable polyester (B'), and the polyethylene glycol (C'), i.e., it is preferable to form a soft segment (SS)-containing portion having an excess of isocyanate groups (NCO) and an isocyanate group (NCO) at the end.
- the soft segment (SS)-containing portion having an isocyanate group (NCO) at the end can easily undergo a urethane reaction with the diol compound (E') having a molecular weight of 600 or less in the second step, making it even easier to obtain a copolymer having the desired physical properties.
- urethanization reaction catalyst can be, for example, dibutyltin dilaurate, dibutyltin diacetate, dibutyltin dimaleate, tin octenate, and other organic tin compounds; lead octenate, and other organic lead compounds; triethylamine, dimethylcyclohexylamine, and other monoamines; tetramethylethylenediamine, tetramethylpropanediamine, tetramethylhexanediamine, and other diamines; pentamethyldiethylenetriamine, pentamethyldipropylenetriamine, tetramethylguanidine, and other triamines; triethylenediamine, dimethylpiperazine, methylethylpiperazine, methylmorpholine, dimethylaminoethylmorpholine
- an organotin compound is preferred.
- These catalysts may be used alone or in combination of two or more.
- the amount of the catalyst used is preferably in the range of 0.0001 to 0.1 moles per mole of the polyisocyanate compound (D').
- the copolymer is preferably produced in a solvent.
- the solvent is preferably one that does not inhibit the urethanization reaction and does not have active hydrogen. In addition, it is preferable to dehydrate the solvent prior to the reaction.
- the solvent include ether solvents such as tetrahydrofuran, methyltetrahydrofuran, 1,3-dioxane, 1,4-dioxane, 1,3-dioxolane, diethyl ether, dipropyl ether, diisopropyl ether, dibutyl ether, dipentyl ether, dihexyl ether, diheptyl ether, dioctyl ether, t-butyl methyl ether, cyclopentyl methyl ether, etc. These solvents may be used alone or in combination of two or more.
- reaction temperature in the production of the copolymer is not particularly limited, and can be carried out at, for example, 50°C to 100°C.
- the reaction time is also not particularly limited, and can be set appropriately depending on the reaction temperature.
- the reaction time is preferably about 10 minutes to 3 hours.
- the reaction temperature and reaction time can be set appropriately, and in one embodiment, it is preferable to carry out the reaction at 50°C to 100°C for about 10 minutes to 3 hours.
- TCI cis/trans mixture
- CAS 38661-72-2
- Dibutyltin dilaurate manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.
- TCI Dibutyltin dilaurate
- CAS 77-58-7
- Solvent Kanto Chemical Co., Ltd., tetrahydrofuran (dehydrated), no stabilizer added
- CAS 109-99-9
- 1,4-Butanediol Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.
- CAS 110-63-4
- Example 1 To a dry, nitrogen purged reactor were added polybutadiene diol (11.230 g, 3.556 mmol), polyethylene glycol (11.023 g, 11.023 mmol), and polycaprolactone (9.387 g, 4.693 mmol). These were dissolved in tetrahydrofuran (THF) (80 g) to form a homogeneous solution, followed by the addition of 1,3-bis(isocyanatomethyl)cyclohexane (7.597 g, 39.114 mmol) to form a homogeneous solution.
- THF tetrahydrofuran
- the reaction was initiated by the addition of dibutyltin dilaurate (tin-based catalyst) (0.06 g, 0.095 mmol) to the reactor. The reaction was allowed to proceed at 80° C. for 1.5 hours to ensure complete conversion. After this initial step, 1,4-butanediol (BDO) (1.843 g, 20.446 mmol) dissolved in THF (20 mL) was injected into the reaction mixture. The reaction was continued for an additional 2 hours at 80° C., after which the reaction was quenched by the addition of methanol (5 mL). Volatiles were removed in a well-ventilated fume hood, and the resulting copolymer was washed with methanol and dried in vacuum at 60° C. to constant weight.
- BDO 1,4-butanediol
- Example 2 To a dry, nitrogen purged reactor were added polybutadiene diol (20.5 g, 6.491 mmol), polyethylene glycol (10.39 g, 10.390 mmol), and polycaprolactone (10.39 g, 5.193 mmol). These were dissolved in tetrahydrofuran (THF) (80 g) to obtain a homogeneous solution, followed by the addition of 1,3-bis(isocyanatomethyl)cyclohexane (9.078 g, 46.738 mmol) to obtain a homogeneous solution. The reaction was initiated by the addition of dibutyltin dilaurate (tin-based catalyst) (0.060 g, 0.095 mmol) to the reactor.
- THF tetrahydrofuran
- Tg1 of (Co)polymer ⁇ Method for Analyzing Glass Transition Temperature (Tg1) of (Co)polymer> The glass transition temperature (Tg1) of the (co)polymer was measured using a differential scanning calorimeter (DSC).
- the copolymer of the embodiment according to the present invention contains a segment (A) derived from a butadiene-based polymer, can be used as a tire material, and is easily decomposed.
- the copolymer of the present invention can be used as a tire material.
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Abstract
本発明の課題は、タイヤ材料として活用でき、且つ、分解され易い重合体を提供することであり、その解決手段は、ブタジエン系重合体由来のセグメント(A)と、生分解性ポリエステル由来のセグメント(B)と、ポリエチレングリコール由来のセグメント(C)と、ポリイソシアネート化合物由来のセグメント(D)と、を含むことを特徴とする、共重合体である。該共重合体は、更に、前記ブタジエン系重合体由来のセグメント(A)、前記生分解性ポリエステル由来のセグメント(B)、前記ポリエチレングリコール由来のセグメント(C)及び前記ポリイソシアネート化合物由来のセグメント(D)以外の、分子量が600以下のジオール化合物由来のセグメント(E)を含むことが好ましい。
Description
本発明は、共重合体、及び共重合体の製造方法に関するものである。
タイヤ用途を中心に、ゴム業界で用いられるブタジエンゴム、スチレン-ブタジエンゴム等のブタジエン系重合体は、一般に分解され難い。そのため、例えば、タイヤの摩耗粉塵等が自然界にマイクロプラスチックとして存在することで、環境に負荷を与える恐れがあることが指摘されている。
一方、化学合成された重合体の中でも、自然界で分解され易い生分解性ポリマーとしては、ポリカプロラクトン等が知られている。例えば、特開2023-58335号公報(特許文献1)には、ラクチド及びカプロラクトンのランダム共重合体セグメントと、ラクチドの単独重合体セグメントとを含むブロック構造を備え、当該ブロック構造の末端に3価以上の多価アルコールが結合してなる、分岐型生分解性ポリエステルが開示されている。
一方、化学合成された重合体の中でも、自然界で分解され易い生分解性ポリマーとしては、ポリカプロラクトン等が知られている。例えば、特開2023-58335号公報(特許文献1)には、ラクチド及びカプロラクトンのランダム共重合体セグメントと、ラクチドの単独重合体セグメントとを含むブロック構造を備え、当該ブロック構造の末端に3価以上の多価アルコールが結合してなる、分岐型生分解性ポリエステルが開示されている。
しかしながら、上記特許文献1に開示の分岐型生分解性ポリエステルは、タイヤ用途として必要な物性値を有しない。そのため、タイヤ材料として活用でき、且つ、分解され易い重合体が求められている。
そこで、本発明は、上記従来技術の問題を解決し、タイヤ材料として活用でき、且つ、分解され易い重合体を提供することを課題とする。
また、本発明は、タイヤ材料として活用でき、且つ、分解され易い重合体の製造方法を提供することを更なる課題とする。
また、本発明は、タイヤ材料として活用でき、且つ、分解され易い重合体の製造方法を提供することを更なる課題とする。
上記課題を解決する本発明の共重合体、及び共重合体の製造方法の要旨構成は、以下の通りである。
[1] ブタジエン系重合体由来のセグメント(A)と、生分解性ポリエステル由来のセグメント(B)と、ポリエチレングリコール由来のセグメント(C)と、ポリイソシアネート化合物由来のセグメント(D)と、を含むことを特徴とする、共重合体。
[2] 更に、前記ブタジエン系重合体由来のセグメント(A)、前記生分解性ポリエステル由来のセグメント(B)、前記ポリエチレングリコール由来のセグメント(C)及び前記ポリイソシアネート化合物由来のセグメント(D)以外の、分子量が600以下のジオール化合物由来のセグメント(E)を含む、[1]に記載の共重合体。
[3] 前記ブタジエン系重合体由来のセグメント(A)と、前記生分解性ポリエステル由来のセグメント(B)と、前記ポリエチレングリコール由来のセグメント(C)との合計量中の、前記ブタジエン系重合体由来のセグメント(A)の割合が20~80質量%で、前記生分解性ポリエステル由来のセグメント(B)の割合が10~40質量%で、前記ポリエチレングリコール由来のセグメント(C)の割合が10~40質量%である、[1]又は[2]に記載の共重合体。
[4] 前記ブタジエン系重合体由来のセグメント(A)と、前記生分解性ポリエステル由来のセグメント(B)と、前記ポリエチレングリコール由来のセグメント(C)との合計量中の、前記ブタジエン系重合体由来のセグメント(A)の割合が20~60質量%で、前記生分解性ポリエステル由来のセグメント(B)の割合が20~40質量%で、前記ポリエチレングリコール由来のセグメント(C)の割合が20~40質量%である、[1]~[3]のいずれか一つに記載の共重合体。
[5] 当該共重合体の原材料におけるイソシアネート基(NCO)とヒドロキシ基(OH)とのモル比(NCO/OH)が、0.8以上1.0未満である、[1]~[4]のいずれか一つに記載の共重合体。
[6] 前記ブタジエン系重合体由来のセグメント(A)、前記生分解性ポリエステル由来のセグメント(B)及び前記ポリエチレングリコール由来のセグメント(C)からなるソフトセグメント(SS)と、前記ポリイソシアネート化合物由来のセグメント(D)及び前記分子量が600以下のジオール化合物由来のセグメント(E)からなるハードセグメント(HS)との質量比率(SS:HS)が、80:20~50:50である、[2]~[5]のいずれか一つに記載の共重合体。
[7] 前記ブタジエン系重合体由来のセグメント(A)の原料となるブタジエン系重合体(A’)の数平均分子量(Mn)が、1,000~30,000である、[1]~[6]のいずれか一つに記載の共重合体。
[8] [2]~[7]のいずれか一つに記載の共重合体の製造方法であって、
ブタジエン系重合体(A’)と、生分解性ポリエステル(B’)と、ポリエチレングリコール(C’)と、ポリイソシアネート化合物(D’)と、を反応させてソフトセグメント(SS)含有部分を形成する工程と、
前記ブタジエン系重合体(A’)、前記生分解性ポリエステル(B’)、前記ポリエチレングリコール(C’)及び前記ポリイソシアネート化合物(D’)以外の、分子量が600以下のジオール化合物(E’)を、前記ソフトセグメント(SS)含有部分と反応させて共重合体を製造する工程と、を含むことを特徴とする、共重合体の製造方法。
ブタジエン系重合体(A’)と、生分解性ポリエステル(B’)と、ポリエチレングリコール(C’)と、ポリイソシアネート化合物(D’)と、を反応させてソフトセグメント(SS)含有部分を形成する工程と、
前記ブタジエン系重合体(A’)、前記生分解性ポリエステル(B’)、前記ポリエチレングリコール(C’)及び前記ポリイソシアネート化合物(D’)以外の、分子量が600以下のジオール化合物(E’)を、前記ソフトセグメント(SS)含有部分と反応させて共重合体を製造する工程と、を含むことを特徴とする、共重合体の製造方法。
本発明によれば、タイヤ材料として活用でき、且つ、分解され易い共重合体を提供することができる。
また、本発明によれば、タイヤ材料として活用でき、且つ、分解され易い共重合体の製造方法を提供することができる。
また、本発明によれば、タイヤ材料として活用でき、且つ、分解され易い共重合体の製造方法を提供することができる。
以下に、本発明の共重合体、及び共重合体の製造方法を、その実施形態に基づき、詳細に例示説明する。
<定義>
本明細書に記載されている化合物は、部分的に、又は全てが化石資源由来であってもよく、植物資源等の生物資源由来であってもよく、使用済タイヤ等の再生資源由来であってもよい。また、化石資源、生物資源、再生資源のいずれか2つ以上の混合物由来であってもよい。
本明細書に記載されている化合物は、部分的に、又は全てが化石資源由来であってもよく、植物資源等の生物資源由来であってもよく、使用済タイヤ等の再生資源由来であってもよい。また、化石資源、生物資源、再生資源のいずれか2つ以上の混合物由来であってもよい。
<共重合体>
本実施形態の共重合体は、ブタジエン系重合体由来のセグメント(A)と、生分解性ポリエステル由来のセグメント(B)と、ポリエチレングリコール由来のセグメント(C)と、ポリイソシアネート化合物由来のセグメント(D)と、を含むことを特徴とする。
本実施形態の共重合体は、ブタジエン系重合体由来のセグメント(A)と、生分解性ポリエステル由来のセグメント(B)と、ポリエチレングリコール由来のセグメント(C)と、ポリイソシアネート化合物由来のセグメント(D)と、を含むことを特徴とする。
本実施形態の共重合体は、ブタジエン系重合体由来のセグメント(A)を含み、該ブタジエン系重合体由来のセグメント(A)がタイヤ材料として十分なゴム弾性を共重合体にもたらす。
また、本実施形態の共重合体は、生分解性ポリエステル由来のセグメント(B)を含み、該生分解性ポリエステル由来のセグメント(B)が共重合体の分解可能部分(加水分解可能部分)となる。
また、本実施形態の共重合体は、ポリエチレングリコール由来のセグメント(C)を含み、該ポリエチレングリコール由来のセグメント(C)が共重合体に親水性をもたらす。ここで、ブタジエン系重合体由来のセグメント(A)及び生分解性ポリエステル由来のセグメント(B)を有し、ポリエチレングリコール由来のセグメント(C)を有しない共重合体は、分解可能部分である生分解性ポリエステル由来のセグメント(B)を有するものの、疎水性であり、生分解性ポリエステル由来のセグメント(B)の加水分解に必要な水が、生分解性ポリエステル由来のセグメント(B)に到達し難いため、加水分解反応の速度が遅く、分解し難い。これに対して、本実施形態の共重合体は、ブタジエン系重合体由来のセグメント(A)及び生分解性ポリエステル由来のセグメント(B)に加えて、ポリエチレングリコール由来のセグメント(C)を有し、親水性が高いため、水が生分解性ポリエステル由来のセグメント(B)に到達し易く、加水分解反応の速度が速く、分解し易い。
また、本実施形態の共重合体は、ポリイソシアネート化合物由来のセグメント(D)を含み、前記ブタジエン系重合体由来のセグメント(A)と、生分解性ポリエステル由来のセグメント(B)と、ポリエチレングリコール由来のセグメント(C)とを結合させることで、タイヤ材料として十分な物性を共重合体にもたらす。
従って、本実施形態の共重合体は、タイヤ材料として活用でき、且つ、分解され易く、特には、自然界で分解され易い。
また、本実施形態の共重合体は、生分解性ポリエステル由来のセグメント(B)を含み、該生分解性ポリエステル由来のセグメント(B)が共重合体の分解可能部分(加水分解可能部分)となる。
また、本実施形態の共重合体は、ポリエチレングリコール由来のセグメント(C)を含み、該ポリエチレングリコール由来のセグメント(C)が共重合体に親水性をもたらす。ここで、ブタジエン系重合体由来のセグメント(A)及び生分解性ポリエステル由来のセグメント(B)を有し、ポリエチレングリコール由来のセグメント(C)を有しない共重合体は、分解可能部分である生分解性ポリエステル由来のセグメント(B)を有するものの、疎水性であり、生分解性ポリエステル由来のセグメント(B)の加水分解に必要な水が、生分解性ポリエステル由来のセグメント(B)に到達し難いため、加水分解反応の速度が遅く、分解し難い。これに対して、本実施形態の共重合体は、ブタジエン系重合体由来のセグメント(A)及び生分解性ポリエステル由来のセグメント(B)に加えて、ポリエチレングリコール由来のセグメント(C)を有し、親水性が高いため、水が生分解性ポリエステル由来のセグメント(B)に到達し易く、加水分解反応の速度が速く、分解し易い。
また、本実施形態の共重合体は、ポリイソシアネート化合物由来のセグメント(D)を含み、前記ブタジエン系重合体由来のセグメント(A)と、生分解性ポリエステル由来のセグメント(B)と、ポリエチレングリコール由来のセグメント(C)とを結合させることで、タイヤ材料として十分な物性を共重合体にもたらす。
従って、本実施形態の共重合体は、タイヤ材料として活用でき、且つ、分解され易く、特には、自然界で分解され易い。
-ブタジエン系重合体由来のセグメント(A)-
本実施形態の共重合体は、ブタジエン系重合体由来のセグメント(A)を含み、該ブタジエン系重合体由来のセグメント(A)がタイヤ材料として十分なゴム弾性を共重合体にもたらす。
本実施形態の共重合体は、ブタジエン系重合体由来のセグメント(A)を含み、該ブタジエン系重合体由来のセグメント(A)がタイヤ材料として十分なゴム弾性を共重合体にもたらす。
前記ブタジエン系重合体由来のセグメント(A)は、原料のブタジエン系重合体(A’)に由来する。該ブタジエン系重合体(A’)は、1,3-ブタジエン単位を含み、1,3-ブタジエンの単独重合体であってもよいし、1,3-ブタジエンと、1,3-ブタジエンと共重合可能な他の単量体と、の共重合体であってもよい。ここで、1,3-ブタジエンと共重合可能な他の単量体としては、1,3-ブタジエン以外の共役ジエン単量体、芳香族ビニル単量体等が挙げられる。該1,3-ブタジエン以外の共役ジエン単量体としては、2-メチル-1,3-ブタジエン(「イソプレン」とも呼ぶ。)、2,3-ジメチル-1,3-ブタジエン、1,3-ペンタジエン、1,3-ヘキサジエン等が挙げられる。また、前記芳香族ビニル単量体としては、スチレン、p-メチルスチレン、α-メチルスチレン、ビニルナフタレン等が挙げられる。また、前記ブタジエン系重合体(A’)として、具体的には、ポリブタジエン(「ブタジエンゴム」とも呼ぶ。)、スチレン-ブタジエン共重合体(「スチレン-ブタジエンゴム」とも呼ぶ。)等が好ましい。これらブタジエン系重合体(A’)は、一種単独で使用してもよいし、二種以上を組み合わせて使用してもよい。
前記ブタジエン系重合体由来のセグメント(A)の原料となるブタジエン系重合体(A’)は、複数のヒドロキシ基(OH)を有することが好ましく、2つのヒドロキシ基(OH)を有すること(所謂、ジオールであること)がより好ましく、両末端にヒドロキシ基(OH)を有すること(所謂、両末端ジオールであること)が特に好ましい。原料のブタジエン系重合体(A’)が複数のヒドロキシ基(OH)を有する場合、後述するポリイソシアネート化合物由来のセグメント(D)の原料となるポリイソシアネート化合物(D’)で、他のセグメント(B)及び(C)と結合させ易く、製造が容易となる。複数のヒドロキシ基を有するブタジエン系重合体として、具体的には、ポリブタジエンジオール等が好ましい。
前記ブタジエン系重合体由来のセグメント(A)の原料となるブタジエン系重合体(A’)は、数平均分子量(Mn)が1,000~30,000であることが好ましい。前記ブタジエン系重合体(A’)の数平均分子量(Mn)が1,000以上であると、共重合体がタイヤ材料としてより好適なゴム弾性を有するようになり、また、前記ブタジエン系重合体(A’)の数平均分子量(Mn)が30,000以下であると、共重合体の分解後に生成するブタジエン系重合体由来のセグメント(A)を含む分解生成物が十分に小さくなり、環境への負荷が小さくなる。そのため、ブタジエン系重合体由来のセグメント(A)の原料となるブタジエン系重合体(A’)の数平均分子量(Mn)が1,000~30,000である共重合体は、より好適なゴム弾性を有しつつ、環境への負荷が小さい。
前記ブタジエン系重合体(A’)の数平均分子量(Mn)は、環境負荷低減の観点から、より好ましくは20,000以下であり、より一層好ましくは10,000以下であり、特に好ましくは5,000以下である。
前記ブタジエン系重合体(A’)の数平均分子量(Mn)は、環境負荷低減の観点から、より好ましくは20,000以下であり、より一層好ましくは10,000以下であり、特に好ましくは5,000以下である。
-生分解性ポリエステル由来のセグメント(B)-
本実施形態の共重合体は、生分解性ポリエステル由来のセグメント(B)を含み、該生分解性ポリエステル由来のセグメント(B)が共重合体の分解可能部分(加水分解可能部分)となる。該生分解性ポリエステル由来のセグメント(B)、及び該生分解性ポリエステル由来のセグメント(B)の原料となる生分解性ポリエステル(B’)は、生分解性を有する。ここで、「生分解」とは、微生物の働きにより、物質が二酸化炭素、水等に分解されることを意味する。
本実施形態の共重合体は、生分解性ポリエステル由来のセグメント(B)を含み、該生分解性ポリエステル由来のセグメント(B)が共重合体の分解可能部分(加水分解可能部分)となる。該生分解性ポリエステル由来のセグメント(B)、及び該生分解性ポリエステル由来のセグメント(B)の原料となる生分解性ポリエステル(B’)は、生分解性を有する。ここで、「生分解」とは、微生物の働きにより、物質が二酸化炭素、水等に分解されることを意味する。
前記生分解性ポリエステル由来のセグメント(B)の原料となる生分解性ポリエステル(B’)としては、生分解性を有する種々のポリエステルを適用することができ、中でも、ポリラクトンが好ましい。該ポリラクトンとしては、ポリブチロラクトン、ポリバレロラクトン、ポリカプロラクトン、ポリデカラクトン等が挙げられる。これらポリラクトンの中でも、分解性の観点から、ポリカプロラクトンが特に好ましい。これら生分解性ポリエステル(B’)は、一種単独で用いてもよいし、二種以上を組み合わせて用いてもよい。
前記生分解性ポリエステル由来のセグメント(B)の原料となる生分解性ポリエステル(B’)は、複数のヒドロキシ基(OH)を有することが好ましく、2つのヒドロキシ基(OH)を有すること(所謂、ジオールであること)がより好ましく、両末端にヒドロキシ基(OH)を有すること(所謂、両末端ジオールであること)が特に好ましい。原料の生分解性ポリエステル(B’)が複数のヒドロキシ基(OH)を有する場合、後述するポリイソシアネート化合物由来のセグメント(D)の原料となるポリイソシアネート化合物(D’)で、他のセグメント(A)及び(C)と結合させ易く、製造が容易となる。複数のヒドロキシ基を有する生分解性ポリエステルとして、具体的には、ポリブチロラクトンジオール、ポリバレロラクトンジオール、ポリカプロラクトンジオール、ポリデカラクトンジオール等が挙げられ、これらの中でも、ポリカプロラクトンジオールが好ましい。
前記生分解性ポリエステル由来のセグメント(B)の原料となる生分解性ポリエステル(B’)の分子量は、特に限定されない。一実施形態においては、生分解性ポリエステル(B’)は、数平均分子量(Mn)が200~20,000であることが好ましい。
-ポリエチレングリコール由来のセグメント(C)-
本実施形態の共重合体は、ポリエチレングリコール由来のセグメント(C)を含み、該ポリエチレングリコール由来のセグメント(C)が共重合体に親水性をもたらす。該ポリエチレングリコール由来のセグメント(C)の原料となるポリエチレングリコール(C’)は、特に限定されない。ポリエチレングリコール(C’)は、通常、両末端にヒドロキシ基(OH)を有するため、後述するポリイソシアネート化合物由来のセグメント(D)の原料となるポリイソシアネート化合物(D’)で、他のセグメント(A)及び(B)と結合させ易く、共重合体の製造が容易となる。
本実施形態の共重合体は、ポリエチレングリコール由来のセグメント(C)を含み、該ポリエチレングリコール由来のセグメント(C)が共重合体に親水性をもたらす。該ポリエチレングリコール由来のセグメント(C)の原料となるポリエチレングリコール(C’)は、特に限定されない。ポリエチレングリコール(C’)は、通常、両末端にヒドロキシ基(OH)を有するため、後述するポリイソシアネート化合物由来のセグメント(D)の原料となるポリイソシアネート化合物(D’)で、他のセグメント(A)及び(B)と結合させ易く、共重合体の製造が容易となる。
前記ポリエチレングリコール由来のセグメント(C)の原料となるポリエチレングリコール(C’)の分子量は、特に限定されない。一実施形態においては、ポリエチレングリコール(C’)は、数平均分子量(Mn)が200~20,000であることが好ましい。該ポリエチレングリコール(C’)は、平均分子量が同じものを一種単独で用いてもよいし、平均分子量が異なるものを二種以上組み合わせて用いてもよい。
-各セグメントの割合-
前記ブタジエン系重合体由来のセグメント(A)と、前記生分解性ポリエステル由来のセグメント(B)と、前記ポリエチレングリコール由来のセグメント(C)との合計量中の、前記ブタジエン系重合体由来のセグメント(A)の割合は、20~80質量%が好ましく、20~60質量%が更に好ましい。ブタジエン系重合体由来のセグメント(A)と、生分解性ポリエステル由来のセグメント(B)と、ポリエチレングリコール由来のセグメント(C)との合計量中の、ブタジエン系重合体由来のセグメント(A)の割合が20質量%以上であると、共重合体がより好適なゴム弾性を有するようになり、タイヤ材料としてより好適に活用できるようになる。
前記ブタジエン系重合体由来のセグメント(A)と、前記生分解性ポリエステル由来のセグメント(B)と、前記ポリエチレングリコール由来のセグメント(C)との合計量中の、前記ブタジエン系重合体由来のセグメント(A)の割合は、20~80質量%が好ましく、20~60質量%が更に好ましい。ブタジエン系重合体由来のセグメント(A)と、生分解性ポリエステル由来のセグメント(B)と、ポリエチレングリコール由来のセグメント(C)との合計量中の、ブタジエン系重合体由来のセグメント(A)の割合が20質量%以上であると、共重合体がより好適なゴム弾性を有するようになり、タイヤ材料としてより好適に活用できるようになる。
前記ブタジエン系重合体由来のセグメント(A)と、前記生分解性ポリエステル由来のセグメント(B)と、前記ポリエチレングリコール由来のセグメント(C)との合計量中の、前記生分解性ポリエステル由来のセグメント(B)の割合は、10~40質量%が好ましく、20~40質量%が更に好ましい。ブタジエン系重合体由来のセグメント(A)と、生分解性ポリエステル由来のセグメント(B)と、ポリエチレングリコール由来のセグメント(C)との合計量中の、生分解性ポリエステル由来のセグメント(B)の割合が10質量%以上であると、共重合体中の分解可能部分が増加するため、より分解され易くなる。
前記ブタジエン系重合体由来のセグメント(A)と、前記生分解性ポリエステル由来のセグメント(B)と、前記ポリエチレングリコール由来のセグメント(C)との合計量中の、前記ポリエチレングリコール由来のセグメント(C)の割合は、10~40質量%が好ましく、20~40質量%が更に好ましい。ブタジエン系重合体由来のセグメント(A)と、生分解性ポリエステル由来のセグメント(B)と、ポリエチレングリコール由来のセグメント(C)との合計量中の、ポリエチレングリコール由来のセグメント(C)の割合が10質量%以上であると、共重合体の親水性が向上し、水が生分解性ポリエステル由来のセグメント(B)により到達し易くなり、共重合体がより分解され易くなる。
本実施形態の共重合体においては、前記ブタジエン系重合体由来のセグメント(A)と、前記生分解性ポリエステル由来のセグメント(B)と、前記ポリエチレングリコール由来のセグメント(C)との合計量中の、前記ブタジエン系重合体由来のセグメント(A)の割合が20~80質量%で、前記生分解性ポリエステル由来のセグメント(B)の割合が10~40質量%で、前記ポリエチレングリコール由来のセグメント(C)の割合が10~40質量%であることが好ましい。この場合、共重合体が、タイヤ材料としてより好適に活用できるようになり、また、より分解され易くなる。
本実施形態の共重合体においては、前記ブタジエン系重合体由来のセグメント(A)と、前記生分解性ポリエステル由来のセグメント(B)と、前記ポリエチレングリコール由来のセグメント(C)との合計量中の、前記ブタジエン系重合体由来のセグメント(A)の割合が20~60質量%で、前記生分解性ポリエステル由来のセグメント(B)の割合が20~40質量%で、前記ポリエチレングリコール由来のセグメント(C)の割合が20~40質量%であることが更に好ましい。この場合、共重合体が、タイヤ材料としてより一層好適に活用できるようになり、また、より一層分解され易くなる。
-ポリイソシアネート化合物由来のセグメント(D)-
本実施形態の共重合体は、ポリイソシアネート化合物由来のセグメント(D)を含む。該ポリイソシアネート化合物由来のセグメント(D)の原料となるポリイソシアネート化合物(D’)は、イソシアネート基(NCO)を複数有する化合物である。該ポリイソシアネート化合物(D’)は、イソシアネート基(NCO)を2つ有することが好ましく、即ち、ジイソシアネート化合物であることが好ましい。ポリイソシアネート化合物(D’)がジイソシアネート化合物であると、共重合体が分岐を有しない直鎖状のポリマーとなり、タイヤ材料としてより好適な物性を有するようになる。
本実施形態の共重合体は、ポリイソシアネート化合物由来のセグメント(D)を含む。該ポリイソシアネート化合物由来のセグメント(D)の原料となるポリイソシアネート化合物(D’)は、イソシアネート基(NCO)を複数有する化合物である。該ポリイソシアネート化合物(D’)は、イソシアネート基(NCO)を2つ有することが好ましく、即ち、ジイソシアネート化合物であることが好ましい。ポリイソシアネート化合物(D’)がジイソシアネート化合物であると、共重合体が分岐を有しない直鎖状のポリマーとなり、タイヤ材料としてより好適な物性を有するようになる。
前記ポリイソシアネート化合物由来のセグメント(D)の原料となるポリイソシアネート化合物(D’)としては、1,3-ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサン(1,3-HXDI)、イソホロンジイソシアネート(IPDI)、トリレンジイソシアネート(TDI)、ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)、粗製ジフェニルメタンジイソシアネート(クルードMDI)、水素添加ジフェニルメタンジイソシアネート、水素添加トリレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)、ヌレート変性ヘキサメチレンジイソシアネート等が挙げられる。これらポリイソシアネート化合物(D’)は、一種単独で用いてもよいし、二種以上を組み合わせて用いてもよい。
前記ポリイソシアネート化合物由来のセグメント(D)の原料となるポリイソシアネート化合物(D’)の使用量は、後述する原材料中のイソシアネート基(NCO)とヒドロキシ基(OH)とのモル比(NCO/OH)が所望の範囲になるように適宜設定することが好ましい。一実施形態において、前記共重合体中の、前記ポリイソシアネート化合物由来のセグメント(D)の割合は、16~50質量%が好ましい。
-分子量が600以下のジオール化合物由来のセグメント(E)-
本実施形態の共重合体は、更に、前記ブタジエン系重合体由来のセグメント(A)、前記生分解性ポリエステル由来のセグメント(B)、前記ポリエチレングリコール由来のセグメント(C)及び前記ポリイソシアネート化合物由来のセグメント(D)以外の、分子量が600以下のジオール化合物由来のセグメント(E)を含むことが好ましい。該分子量が600以下のジオール化合物由来のセグメント(E)の原料となる分子量が600以下のジオール化合物(E’)は、鎖延長剤として作用し、共重合体の鎖長を長くして、共重合体にタイヤ材料としてより好適な物性を付与することができる。そのため、分子量が600以下のジオール化合物由来のセグメント(E)を含む共重合体は、タイヤ材料としてより好適な物性を有する。
本実施形態の共重合体は、更に、前記ブタジエン系重合体由来のセグメント(A)、前記生分解性ポリエステル由来のセグメント(B)、前記ポリエチレングリコール由来のセグメント(C)及び前記ポリイソシアネート化合物由来のセグメント(D)以外の、分子量が600以下のジオール化合物由来のセグメント(E)を含むことが好ましい。該分子量が600以下のジオール化合物由来のセグメント(E)の原料となる分子量が600以下のジオール化合物(E’)は、鎖延長剤として作用し、共重合体の鎖長を長くして、共重合体にタイヤ材料としてより好適な物性を付与することができる。そのため、分子量が600以下のジオール化合物由来のセグメント(E)を含む共重合体は、タイヤ材料としてより好適な物性を有する。
前記分子量が600以下のジオール化合物由来のセグメント(E)の原料となる分子量が600以下のジオール化合物(E’)としては、プロピレングリコール(「プロパン-1,2-ジオール」とも呼ぶ。)、1,3-プロパンジオール、1,4-ブタンジオール、1,5-ペンタンジオール、1,6-ヘキサンジオール、1,8-オクタンジオール等が挙げられ、これらの中でも、1,4-ブタンジオールが好ましい。これら分子量が600以下のジオール化合物(E’)は、一種単独で用いてもよいし、二種以上を組み合わせて用いてもよい。
前記共重合体中の、前記分子量が600以下のジオール化合物由来のセグメント(E)の割合は、2~20質量%が好ましく、3~10質量%が更に好ましい。前記分子量が600以下のジオール化合物由来のセグメント(E)の割合が2質量%以上であると、共重合体の鎖長が長くなり、共重合体がタイヤ材料としてより好適な物性を有するようになる。また、前記分子量が600以下のジオール化合物由来のセグメント(E)の割合が20質量%以下であると、共重合体がタイヤ材料としてより好適な物性を有するようになる。
-原材料における「NCO」と「OH」とのモル比-
本実施形態の共重合体の原材料におけるイソシアネート基(NCO)とヒドロキシ基(OH)とのモル比(NCO/OH)は、0.8以上1.0未満であることが好ましく、0.9以上1.0未満であることがより好ましい。原材料におけるイソシアネート基(NCO)とヒドロキシ基(OH)とのモル比(NCO/OH)が0.8以上であると、共重合体の鎖長が長くなり、共重合体の分子量が大きくなるため、共重合体がタイヤ材料としてより好適な物性を有するようになる。また、原材料におけるイソシアネート基(NCO)とヒドロキシ基(OH)とのモル比(NCO/OH)が1.0未満であると、末端がヒドロキシ基(OH)の共重合体となり、鎖長が長くなり過ぎず、取り扱い易い分子量の共重合となる。そのため、原材料のイソシアネート基(NCO)とヒドロキシ基(OH)とのモル比(NCO/OH)は、0.8以上1.0未満である共重合体は、タイヤ材料としてより好適な物性を有し、また、取り扱い易い。
本実施形態の共重合体の原材料におけるイソシアネート基(NCO)とヒドロキシ基(OH)とのモル比(NCO/OH)は、0.8以上1.0未満であることが好ましく、0.9以上1.0未満であることがより好ましい。原材料におけるイソシアネート基(NCO)とヒドロキシ基(OH)とのモル比(NCO/OH)が0.8以上であると、共重合体の鎖長が長くなり、共重合体の分子量が大きくなるため、共重合体がタイヤ材料としてより好適な物性を有するようになる。また、原材料におけるイソシアネート基(NCO)とヒドロキシ基(OH)とのモル比(NCO/OH)が1.0未満であると、末端がヒドロキシ基(OH)の共重合体となり、鎖長が長くなり過ぎず、取り扱い易い分子量の共重合となる。そのため、原材料のイソシアネート基(NCO)とヒドロキシ基(OH)とのモル比(NCO/OH)は、0.8以上1.0未満である共重合体は、タイヤ材料としてより好適な物性を有し、また、取り扱い易い。
-ソフトセグメント(SS)及びハードセグメント(HS)-
前記分子量が600以下のジオール化合物由来のセグメント(E)を含む共重合体において、前記ブタジエン系重合体由来のセグメント(A)、前記生分解性ポリエステル由来のセグメント(B)及び前記ポリエチレングリコール由来のセグメント(C)は、共重合のソフトセグメント(SS)として作用する。
一方、前記ポリイソシアネート化合物由来のセグメント(D)及び前記分子量が600以下のジオール化合物由来のセグメント(E)は、共重合体のハードセグメント(HS)として作用する。
ここで、前記ブタジエン系重合体由来のセグメント(A)、前記生分解性ポリエステル由来のセグメント(B)及び前記ポリエチレングリコール由来のセグメント(C)からなるソフトセグメント(SS)と、前記ポリイソシアネート化合物由来のセグメント(D)及び前記分子量が600以下のジオール化合物由来のセグメント(E)からなるハードセグメント(HS)との質量比率(SS:HS)は、80:20~50:50であることが好ましい。ソフトセグメント(SS)とハードセグメント(HS)との合計中のソフトセグメント(SS)の割合が50質量%以上で、ハードセグメント(HS)の割合が50質量%以下であると、共重合体がタイヤ材料としてより好適な物性を有するようになる。また、ソフトセグメント(SS)とハードセグメント(HS)との合計中のソフトセグメント(SS)の割合が80質量%以下で、ハードセグメント(HS)の割合が20質量%以上であると、共重合体の鎖長が長くなり、共重合体がタイヤ材料としてより好適な物性を有するようになる。そのため、前記ソフトセグメント(SS)と前記ハードセグメント(HS)との質量比率(SS:HS)が80:20~50:50である共重合体は、タイヤ材料としてより好適な物性を有する。
前記分子量が600以下のジオール化合物由来のセグメント(E)を含む共重合体において、前記ブタジエン系重合体由来のセグメント(A)、前記生分解性ポリエステル由来のセグメント(B)及び前記ポリエチレングリコール由来のセグメント(C)は、共重合のソフトセグメント(SS)として作用する。
一方、前記ポリイソシアネート化合物由来のセグメント(D)及び前記分子量が600以下のジオール化合物由来のセグメント(E)は、共重合体のハードセグメント(HS)として作用する。
ここで、前記ブタジエン系重合体由来のセグメント(A)、前記生分解性ポリエステル由来のセグメント(B)及び前記ポリエチレングリコール由来のセグメント(C)からなるソフトセグメント(SS)と、前記ポリイソシアネート化合物由来のセグメント(D)及び前記分子量が600以下のジオール化合物由来のセグメント(E)からなるハードセグメント(HS)との質量比率(SS:HS)は、80:20~50:50であることが好ましい。ソフトセグメント(SS)とハードセグメント(HS)との合計中のソフトセグメント(SS)の割合が50質量%以上で、ハードセグメント(HS)の割合が50質量%以下であると、共重合体がタイヤ材料としてより好適な物性を有するようになる。また、ソフトセグメント(SS)とハードセグメント(HS)との合計中のソフトセグメント(SS)の割合が80質量%以下で、ハードセグメント(HS)の割合が20質量%以上であると、共重合体の鎖長が長くなり、共重合体がタイヤ材料としてより好適な物性を有するようになる。そのため、前記ソフトセグメント(SS)と前記ハードセグメント(HS)との質量比率(SS:HS)が80:20~50:50である共重合体は、タイヤ材料としてより好適な物性を有する。
-共重合体の分子量-
本実施形態の共重合体は、特に限定されるものではないが、数平均分子量(Mn)が10,000~2,000,000であることが好ましく、20,000~1,000,000であることが更に好ましい。数平均分子量(Mn)が10,000以上であると、タイヤ材料としてより好適に利用でき、また、数平均分子量(Mn)が2,000,000以下であると、タイヤ用の種々の配合剤と共に混錬し易い。
本実施形態の共重合体は、特に限定されるものではないが、重量平均分子量(Mw)が20,000~4,000,000であることが好ましく、40,000~2,000,000であることが更に好ましい。重量平均分子量(Mw)が20,000以上であると、タイヤ材料としてより好適に利用でき、また、重量平均分子量(Mw)が4,000,000以下であると、タイヤ用の種々の配合剤と共に混錬し易い。
なお、本明細書において、共重合体及び各セグメントの原料の数平均分子量(Mn)及び重量平均分子量(Mw)は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により、ポリスチレンを標準物質として求める。
本実施形態の共重合体は、特に限定されるものではないが、数平均分子量(Mn)が10,000~2,000,000であることが好ましく、20,000~1,000,000であることが更に好ましい。数平均分子量(Mn)が10,000以上であると、タイヤ材料としてより好適に利用でき、また、数平均分子量(Mn)が2,000,000以下であると、タイヤ用の種々の配合剤と共に混錬し易い。
本実施形態の共重合体は、特に限定されるものではないが、重量平均分子量(Mw)が20,000~4,000,000であることが好ましく、40,000~2,000,000であることが更に好ましい。重量平均分子量(Mw)が20,000以上であると、タイヤ材料としてより好適に利用でき、また、重量平均分子量(Mw)が4,000,000以下であると、タイヤ用の種々の配合剤と共に混錬し易い。
なお、本明細書において、共重合体及び各セグメントの原料の数平均分子量(Mn)及び重量平均分子量(Mw)は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により、ポリスチレンを標準物質として求める。
-共重合体の用途-
本実施形態の共重合体は、種々のゴム製品に利用できる。中でも、本実施形態の共重合体は、タイヤ材料として好適である。
本実施形態の共重合体をタイヤに使用する場合、目的とする性能に応じて、共重合体を種々の配合剤と混合して、ゴム組成物とすることができる。また、所望により、共重合体を、他のゴム成分とブレンドしてもよい。
上述のように、本実施形態の共重合体は、分解され易いため、本実施形態の共重合体と、前記他のゴム成分や配合剤と、を含むゴム組成物も、分解され易い。また、かかるゴム組成物から作製したタイヤは、使用後に分解して再利用し易い。
本実施形態の共重合体は、種々のゴム製品に利用できる。中でも、本実施形態の共重合体は、タイヤ材料として好適である。
本実施形態の共重合体をタイヤに使用する場合、目的とする性能に応じて、共重合体を種々の配合剤と混合して、ゴム組成物とすることができる。また、所望により、共重合体を、他のゴム成分とブレンドしてもよい。
上述のように、本実施形態の共重合体は、分解され易いため、本実施形態の共重合体と、前記他のゴム成分や配合剤と、を含むゴム組成物も、分解され易い。また、かかるゴム組成物から作製したタイヤは、使用後に分解して再利用し易い。
-共重合体の分解-
本実施形態の共重合体は、生分解性を有することが好ましく、即ち、自然界で分解できることが好ましい。
なお、本実施形態の共重合体は、所望により、分解を加速するために、アルカリや酸の存在下で、分解(加水分解)してもよい。前記アルカリとしては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等が挙げられる。また、前記酸としては、塩酸、硫酸、硝酸等の無機酸や、ギ酸、酢酸、プロピオン酸等の有機酸が挙げられる。
本実施形態の共重合体の分解により得られる材料は、種々の用途に再利用することができ、例えば、共重合体の製造原料として利用することもできるし、他の化学物質の合成原料とすることもできる。
本実施形態の共重合体は、生分解性を有することが好ましく、即ち、自然界で分解できることが好ましい。
なお、本実施形態の共重合体は、所望により、分解を加速するために、アルカリや酸の存在下で、分解(加水分解)してもよい。前記アルカリとしては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等が挙げられる。また、前記酸としては、塩酸、硫酸、硝酸等の無機酸や、ギ酸、酢酸、プロピオン酸等の有機酸が挙げられる。
本実施形態の共重合体の分解により得られる材料は、種々の用途に再利用することができ、例えば、共重合体の製造原料として利用することもできるし、他の化学物質の合成原料とすることもできる。
<共重合体の製造方法>
本実施形態の共重合体は、上述の各セグメント(A)、(B)、(C)、(D)の原料となる、ブタジエン系重合体(A’)と、生分解性ポリエステル(B’)と、ポリエチレングリコール(C’)と、ポリイソシアネート化合物(D’)と、を反応させることで製造できる。
本実施形態の共重合体は、上述の各セグメント(A)、(B)、(C)、(D)の原料となる、ブタジエン系重合体(A’)と、生分解性ポリエステル(B’)と、ポリエチレングリコール(C’)と、ポリイソシアネート化合物(D’)と、を反応させることで製造できる。
また、前記共重合体が、前記分子量が600以下のジオール化合物由来のセグメント(E)を有する場合、前記ブタジエン系重合体(A’)と、前記生分解性ポリエステル(B’)と、前記ポリエチレングリコール(C’)と、前記ポリイソシアネート化合物(D’)と、前記分子量が600以下のジオール化合物(E’)と、を反応させることで製造できる。
ここで、前記分子量が600以下のジオール化合物由来のセグメント(E)を有する共重合体は、
(第1工程)前記ブタジエン系重合体(A’)と、前記生分解性ポリエステル(B’)と、前記ポリエチレングリコール(C’)と、前記ポリイソシアネート化合物(D’)と、を反応させてソフトセグメント(SS)含有部分を形成する工程と、
(第2工程)前記分子量が600以下のジオール化合物(E’)を、前記ソフトセグメント(SS)含有部分と反応させて共重合体を製造する工程と、を経て製造することが好ましい。この場合、目的の物性を有する共重合体をより容易に得ることができる。
(第1工程)前記ブタジエン系重合体(A’)と、前記生分解性ポリエステル(B’)と、前記ポリエチレングリコール(C’)と、前記ポリイソシアネート化合物(D’)と、を反応させてソフトセグメント(SS)含有部分を形成する工程と、
(第2工程)前記分子量が600以下のジオール化合物(E’)を、前記ソフトセグメント(SS)含有部分と反応させて共重合体を製造する工程と、を経て製造することが好ましい。この場合、目的の物性を有する共重合体をより容易に得ることができる。
前記第1工程においては、前記ブタジエン系重合体(A’)、前記生分解性ポリエステル(B’)及び前記ポリエチレングリコール(C’)に含まれるヒドロキシ基(OH)の数よりも、前記ポリイソシアネート化合物(D’)に含まれるイソシアネート基(NCO)の数が多いことが好ましく、即ち、イソシアネート基(NCO)が過剰で、末端がイソシアネート基(NCO)であるソフトセグメント(SS)含有部分を形成することが好ましい。末端がイソシアネート基(NCO)であるソフトセグメント(SS)含有部分は、前記第2工程で、前記分子量が600以下のジオール化合物(E’)と容易にウレタン化反応でき、目的の物性を有する共重合体をより一層容易に得ることができる。
-触媒-
前記共重合体の製造の一実施形態においては、ウレタン化反応を利用するため、ウレタン化反応触媒を使用することが好ましい。該ウレタン化反応触媒としては、例えば、ジブチルスズジラウレート、ジブチルスズジアセテート、ジブチルスズジマレエート、オクテン酸スズ等の有機スズ化合物;オクテン酸鉛等の有機鉛化合物;トリエチルアミン、ジメチルシクロヘキシルアミン等のモノアミン類;テトラメチルエチレンジアミン、テトラメチルプロパンジアミン、テトラメチルヘキサンジアミン等のジアミン類;ペンタメチルジエチレントリアミン、ペンタメチルジプロピレントリアミン、テトラメチルグアニジン等のトリアミン類;トリエチレンジアミン、ジメチルピペラジン、メチルエチルピペラジン、メチルモルホリン、ジメチルアミノエチルモルホリン、ジメチルイミダゾール等の環状アミン類;ジメチルアミノエタノール、ジメチルアミノエトキシエタノール、トリメチルアミノエチルエタノールアミン、メチルヒドロキシエチルピペラジン、ヒドロキシエチルモルホリン等のアルコールアミン類;ビス(ジメチルアミノエチル)エーテル、エチレングリコールビス(ジメチル)アミノプロピルエーテル等のエーテルアミン類等が挙げられる。これら触媒の中でも、有機スズ化合物が好ましい。これら触媒は、一種単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。前記触媒の使用量は、前記ポリイソシアネート化合物(D’)1モルに対して0.0001~0.1モルの範囲が好ましい。
前記共重合体の製造の一実施形態においては、ウレタン化反応を利用するため、ウレタン化反応触媒を使用することが好ましい。該ウレタン化反応触媒としては、例えば、ジブチルスズジラウレート、ジブチルスズジアセテート、ジブチルスズジマレエート、オクテン酸スズ等の有機スズ化合物;オクテン酸鉛等の有機鉛化合物;トリエチルアミン、ジメチルシクロヘキシルアミン等のモノアミン類;テトラメチルエチレンジアミン、テトラメチルプロパンジアミン、テトラメチルヘキサンジアミン等のジアミン類;ペンタメチルジエチレントリアミン、ペンタメチルジプロピレントリアミン、テトラメチルグアニジン等のトリアミン類;トリエチレンジアミン、ジメチルピペラジン、メチルエチルピペラジン、メチルモルホリン、ジメチルアミノエチルモルホリン、ジメチルイミダゾール等の環状アミン類;ジメチルアミノエタノール、ジメチルアミノエトキシエタノール、トリメチルアミノエチルエタノールアミン、メチルヒドロキシエチルピペラジン、ヒドロキシエチルモルホリン等のアルコールアミン類;ビス(ジメチルアミノエチル)エーテル、エチレングリコールビス(ジメチル)アミノプロピルエーテル等のエーテルアミン類等が挙げられる。これら触媒の中でも、有機スズ化合物が好ましい。これら触媒は、一種単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。前記触媒の使用量は、前記ポリイソシアネート化合物(D’)1モルに対して0.0001~0.1モルの範囲が好ましい。
-溶媒-
前記共重合体の製造は、溶媒中で行うことが好ましい。溶媒としては、ウレタン化反応を阻害しない溶媒が好ましく、活性水素を有しない溶媒が好ましい。また、反応に先立って、溶媒に脱水処理を施すことが好ましい。
前記溶媒としては、テトラヒドロフラン、メチルテトラヒドロフラン、1,3-ジオキサン、1,4-ジオキサン、1,3-ジオキソラン、ジエチルエーテル、ジプロピルエーテル、ジイソプロピルエーテル、ジブチルエーテル、ジペンチルエーテル、ジヘキシルエーテル、ジヘプチルエーテル、ジオクチルエーテル、t-ブチルメチルエーテル、シクロペンチルメチルエーテル等のエーテル系溶媒が挙げられる。これら溶媒は、一種単独で使用してもよいし、二種以上を組み合わせて用いてもよい。
前記共重合体の製造は、溶媒中で行うことが好ましい。溶媒としては、ウレタン化反応を阻害しない溶媒が好ましく、活性水素を有しない溶媒が好ましい。また、反応に先立って、溶媒に脱水処理を施すことが好ましい。
前記溶媒としては、テトラヒドロフラン、メチルテトラヒドロフラン、1,3-ジオキサン、1,4-ジオキサン、1,3-ジオキソラン、ジエチルエーテル、ジプロピルエーテル、ジイソプロピルエーテル、ジブチルエーテル、ジペンチルエーテル、ジヘキシルエーテル、ジヘプチルエーテル、ジオクチルエーテル、t-ブチルメチルエーテル、シクロペンチルメチルエーテル等のエーテル系溶媒が挙げられる。これら溶媒は、一種単独で使用してもよいし、二種以上を組み合わせて用いてもよい。
-反応条件-
前記共重合体の製造における反応温度は、特に限定されず、例えば、50℃~100℃で実施することができる。反応時間も特に限定されず、反応温度に応じて適宜設定できる。例えば、反応時間は、10分~3時間程度が好ましい。また、前記第1工程及び第2工程を経て共重合体を製造する場合においても、反応温度及び反応時間は、適宜設定でき、一実施形態においては、50℃~100℃で、10分~3時間程度反応を行うことが好ましい。
前記共重合体の製造における反応温度は、特に限定されず、例えば、50℃~100℃で実施することができる。反応時間も特に限定されず、反応温度に応じて適宜設定できる。例えば、反応時間は、10分~3時間程度が好ましい。また、前記第1工程及び第2工程を経て共重合体を製造する場合においても、反応温度及び反応時間は、適宜設定でき、一実施形態においては、50℃~100℃で、10分~3時間程度反応を行うことが好ましい。
以下に、実施例を挙げて本発明を更に詳しく説明するが、本発明は下記の実施例に何ら限定されるものではない。
<(共)重合体の合成に使用した原材料>
ポリブタジエンジオール: Cray Valley社製、Krasol LBH 3000、数平均分子量(Mn)=約3,000
ポリカプロラクトン: Sigma-Aldrich社製、ポリカプロラクトンジオール、数平均分子量(Mn)=約2,000、CAS:36890-68-3
ポリエチレングリコール: 富士フイルム和光純薬社製、数平均分子量(Mn)=約1,000、和光一級、CAS:25322-68-3
1,3-ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサン: 東京化成工業(TCI)社製、シス/トランス混合物、CAS:38661-72-2
ジブチルスズジラウレート: 東京化成工業(TCI)社製、CAS:77-58-7
溶媒: 関東化学社製、テトラヒドロフラン(脱水)、安定剤無添加、CAS:109-99-9
1,4-ブタンジオール: 東京化成工業(TCI)社製、CAS:110-63-4
ポリブタジエンジオール: Cray Valley社製、Krasol LBH 3000、数平均分子量(Mn)=約3,000
ポリカプロラクトン: Sigma-Aldrich社製、ポリカプロラクトンジオール、数平均分子量(Mn)=約2,000、CAS:36890-68-3
ポリエチレングリコール: 富士フイルム和光純薬社製、数平均分子量(Mn)=約1,000、和光一級、CAS:25322-68-3
1,3-ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサン: 東京化成工業(TCI)社製、シス/トランス混合物、CAS:38661-72-2
ジブチルスズジラウレート: 東京化成工業(TCI)社製、CAS:77-58-7
溶媒: 関東化学社製、テトラヒドロフラン(脱水)、安定剤無添加、CAS:109-99-9
1,4-ブタンジオール: 東京化成工業(TCI)社製、CAS:110-63-4
(実施例1)
乾燥し窒素パージした反応器に、ポリブタジエンジオール(11.230g,3.556mmol)、ポリエチレングリコール(11.023g,11.023mmol)、及びポリカプロラクトン(9.387g,4.693mmol)を加えた。これらをテトラヒドロフラン(THF)(80g)に溶解して均一溶液とした後、1,3-ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサン(7.597g,39.114mmol)を加えて、単一溶液とした。反応器にジブチルスズジラウレート(スズ系触媒)(0.06g,0.095mmol)を加えて反応を開始した。反応を80℃で1.5時間進行させ、完全な転化を確保した。この最初のステップの後、THF(20mL)に溶解した1,4-ブタンジオール(BDO)(1.843g,20.446mmol)を反応混合物に注入した。反応を80℃で更に2時間続けた後、メタノール(5mL)を加えて反応をクエンチした。換気の良いヒュームフード内で揮発分を除去し、生成した共重合体をメタノールで洗浄し、60℃で重量が一定になるまで真空乾燥した。
乾燥し窒素パージした反応器に、ポリブタジエンジオール(11.230g,3.556mmol)、ポリエチレングリコール(11.023g,11.023mmol)、及びポリカプロラクトン(9.387g,4.693mmol)を加えた。これらをテトラヒドロフラン(THF)(80g)に溶解して均一溶液とした後、1,3-ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサン(7.597g,39.114mmol)を加えて、単一溶液とした。反応器にジブチルスズジラウレート(スズ系触媒)(0.06g,0.095mmol)を加えて反応を開始した。反応を80℃で1.5時間進行させ、完全な転化を確保した。この最初のステップの後、THF(20mL)に溶解した1,4-ブタンジオール(BDO)(1.843g,20.446mmol)を反応混合物に注入した。反応を80℃で更に2時間続けた後、メタノール(5mL)を加えて反応をクエンチした。換気の良いヒュームフード内で揮発分を除去し、生成した共重合体をメタノールで洗浄し、60℃で重量が一定になるまで真空乾燥した。
(実施例2)
乾燥し窒素パージした反応器に、ポリブタジエンジオール(20.5g,6.491mmol)、ポリエチレングリコール(10.39g,10.390mmol)、ポリカプロラクトン(10.39g,5.193mmol)を加えた。これらをテトラヒドロフラン(THF)(80g)に溶解して均一溶液とした後、1,3-ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサン(9.078g,46.738mmol)を加えて、単一溶液とした。反応器にジブチルスズジラウレート(スズ系触媒)(0.060g,0.095mmol)を加えて反応を開始した。反応を80℃で2.0時間進行させ、完全な転化を確保した。この最初のステップの後、THF(20mL)に溶解した1,4-ブタンジオール(BDO)(2.281g,25.316mmol)を反応混合物に注入した。反応を80℃で更に2時間続けた後、メタノール(5mL)を加えて反応をクエンチした。換気の良いヒュームフード内で揮発分を除去し、生成した共重合体をメタノールで洗浄し、60℃で重量が一定になるまで真空乾燥した。
乾燥し窒素パージした反応器に、ポリブタジエンジオール(20.5g,6.491mmol)、ポリエチレングリコール(10.39g,10.390mmol)、ポリカプロラクトン(10.39g,5.193mmol)を加えた。これらをテトラヒドロフラン(THF)(80g)に溶解して均一溶液とした後、1,3-ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサン(9.078g,46.738mmol)を加えて、単一溶液とした。反応器にジブチルスズジラウレート(スズ系触媒)(0.060g,0.095mmol)を加えて反応を開始した。反応を80℃で2.0時間進行させ、完全な転化を確保した。この最初のステップの後、THF(20mL)に溶解した1,4-ブタンジオール(BDO)(2.281g,25.316mmol)を反応混合物に注入した。反応を80℃で更に2時間続けた後、メタノール(5mL)を加えて反応をクエンチした。換気の良いヒュームフード内で揮発分を除去し、生成した共重合体をメタノールで洗浄し、60℃で重量が一定になるまで真空乾燥した。
(実施例3)
乾燥し窒素パージした反応器に、ポリブタジエンジオール(20.5g,6.491mmol)、ポリエチレングリコール(10.39g,10.390mmol)、ポリカプロラクトン(10.39g,5.193mmol)を加えた。これらをテトラヒドロフラン(THF)(80g)に溶解して均一溶液とした後、1,3-ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサン(12.608g,64.913mmol)を加えて、単一溶液とした。反応器にジブチルスズジラウレート(スズ系触媒)(0.060g,0.095mmol)を加えて反応を開始した。反応を80℃で2.0時間進行させ、完全な転化を確保した。この最初のステップの後、THF(20mL)に溶解した1,4-ブタンジオール(BDO)(3.919g,43.492mmol)を反応混合物に注入した。反応を80℃で更に2時間続けた後、メタノール(5mL)を加えて反応をクエンチした。換気の良いヒュームフード内で揮発分を除去し、生成した共重合体をメタノールで洗浄し、60℃で重量が一定になるまで真空乾燥した。
乾燥し窒素パージした反応器に、ポリブタジエンジオール(20.5g,6.491mmol)、ポリエチレングリコール(10.39g,10.390mmol)、ポリカプロラクトン(10.39g,5.193mmol)を加えた。これらをテトラヒドロフラン(THF)(80g)に溶解して均一溶液とした後、1,3-ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサン(12.608g,64.913mmol)を加えて、単一溶液とした。反応器にジブチルスズジラウレート(スズ系触媒)(0.060g,0.095mmol)を加えて反応を開始した。反応を80℃で2.0時間進行させ、完全な転化を確保した。この最初のステップの後、THF(20mL)に溶解した1,4-ブタンジオール(BDO)(3.919g,43.492mmol)を反応混合物に注入した。反応を80℃で更に2時間続けた後、メタノール(5mL)を加えて反応をクエンチした。換気の良いヒュームフード内で揮発分を除去し、生成した共重合体をメタノールで洗浄し、60℃で重量が一定になるまで真空乾燥した。
(比較例1)
乾燥し窒素パージした反応器に、ポリエチレングリコール(0.362g,0.362mmol)、ポリカプロラクトン(4.82g,2.41mmol)を加えた。これらをテトラヒドロフラン(THF)(10g)に溶解して均一溶液とした後、1,3-ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサン(1.03g,5.302mmol)を加え、単一溶液とした。反応器にジブチルスズジラウレート(スズ系触媒)(0.02g,0.032mmol)を加えて反応を開始した。反応を80℃で1.5時間進行させ、完全な転化を確保した。この最初のステップの後、THF(5mL)に溶解した1,4-ブタンジオール(BDO)(0.239g,2.651mmol)を反応混合物に注入した。反応を80℃で更に2時間続けた後、メタノール(5mL)を加えて反応をクエンチした。換気の良いヒュームフード内で揮発分を除去し、生成した共重合体をメタノールで洗浄し、60℃で重量が一定になるまで真空乾燥した。
乾燥し窒素パージした反応器に、ポリエチレングリコール(0.362g,0.362mmol)、ポリカプロラクトン(4.82g,2.41mmol)を加えた。これらをテトラヒドロフラン(THF)(10g)に溶解して均一溶液とした後、1,3-ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサン(1.03g,5.302mmol)を加え、単一溶液とした。反応器にジブチルスズジラウレート(スズ系触媒)(0.02g,0.032mmol)を加えて反応を開始した。反応を80℃で1.5時間進行させ、完全な転化を確保した。この最初のステップの後、THF(5mL)に溶解した1,4-ブタンジオール(BDO)(0.239g,2.651mmol)を反応混合物に注入した。反応を80℃で更に2時間続けた後、メタノール(5mL)を加えて反応をクエンチした。換気の良いヒュームフード内で揮発分を除去し、生成した共重合体をメタノールで洗浄し、60℃で重量が一定になるまで真空乾燥した。
(比較例2)
Sigma-Aldrich社製のポリカプロラクトン(ポリカプロラクトンジオール、Mn約10,000、CAS:36890-68-3)を使用した。
Sigma-Aldrich社製のポリカプロラクトン(ポリカプロラクトンジオール、Mn約10,000、CAS:36890-68-3)を使用した。
(比較例3)
乾燥し窒素パージした反応器に、ポリブタジエンジオール(40.759g,12.906mmol)を加えた。これをテトラヒドロフラン(THF)(100g)に溶解して均一溶液とした後、1,3-ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサン(9.526g,49.044mmol)を加え、単一溶液とした。反応器にジブチルスズジラウレート(スズ系触媒)(0.100g,0.158mmol)を加えて反応を開始した。反応を80℃で80分進行させ、完全な転化を確保した。この最初のステップの後、THF(20mL)に溶解した1,4-ブタンジオール(BDO)(3.257g,36.138mmol)を反応混合物に注入した。反応を80℃で更に2時間続けた後、メタノール(5mL)を加えて反応をクエンチした。換気の良いヒュームフード内で揮発分を除去し、生成した重合体をメタノールで洗浄し、60℃で重量が一定になるまで真空乾燥した。
乾燥し窒素パージした反応器に、ポリブタジエンジオール(40.759g,12.906mmol)を加えた。これをテトラヒドロフラン(THF)(100g)に溶解して均一溶液とした後、1,3-ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサン(9.526g,49.044mmol)を加え、単一溶液とした。反応器にジブチルスズジラウレート(スズ系触媒)(0.100g,0.158mmol)を加えて反応を開始した。反応を80℃で80分進行させ、完全な転化を確保した。この最初のステップの後、THF(20mL)に溶解した1,4-ブタンジオール(BDO)(3.257g,36.138mmol)を反応混合物に注入した。反応を80℃で更に2時間続けた後、メタノール(5mL)を加えて反応をクエンチした。換気の良いヒュームフード内で揮発分を除去し、生成した重合体をメタノールで洗浄し、60℃で重量が一定になるまで真空乾燥した。
(比較例4)
Sigma-Aldrich社製のポリカプロラクトン(ポリカプロラクトンジオール、Mn約2,000、CAS:36890-68-3)を使用した。
Sigma-Aldrich社製のポリカプロラクトン(ポリカプロラクトンジオール、Mn約2,000、CAS:36890-68-3)を使用した。
(比較例5)
乾燥し窒素パージした反応器に、ポリエチレングリコール(13.725g,13.725mmol)、ポリカプロラクトン(3.0g,1.5mmol)を加えた。これをテトラヒドロフラン(THF)(20g)に溶解して均一溶液とした後、1,3-ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサン(5.929g,30.525mmol)を加え、単一溶液とした。反応器にジブチルスズジラウレート(スズ系触媒)(0.03g,0.048mmol)を加えて反応を開始した。反応を80℃で1.5時間進行させ、完全な転化を確保した。この最初のステップの後、THF(5mL)に溶解した1,4-ブタンジオール(BDO)(1.379g,15.3mmol)を反応混合物に注入した。反応を80℃で更に2時間続けた後、メタノール(5mL)を加えて反応をクエンチした。換気の良いヒュームフード内で揮発分を除去し、生成した共重合体をメタノールで洗浄し、60℃で重量が一定になるまで真空乾燥した。
乾燥し窒素パージした反応器に、ポリエチレングリコール(13.725g,13.725mmol)、ポリカプロラクトン(3.0g,1.5mmol)を加えた。これをテトラヒドロフラン(THF)(20g)に溶解して均一溶液とした後、1,3-ビス(イソシアナトメチル)シクロヘキサン(5.929g,30.525mmol)を加え、単一溶液とした。反応器にジブチルスズジラウレート(スズ系触媒)(0.03g,0.048mmol)を加えて反応を開始した。反応を80℃で1.5時間進行させ、完全な転化を確保した。この最初のステップの後、THF(5mL)に溶解した1,4-ブタンジオール(BDO)(1.379g,15.3mmol)を反応混合物に注入した。反応を80℃で更に2時間続けた後、メタノール(5mL)を加えて反応をクエンチした。換気の良いヒュームフード内で揮発分を除去し、生成した共重合体をメタノールで洗浄し、60℃で重量が一定になるまで真空乾燥した。
<(共)重合体の分子量の分析方法>
ゲルパーミエーションクロマトグラフィー[GPC:東ソー社製HLC-8321GPC/HT、カラム:昭和電工社製HT-806M×2本、検出器:示差屈折率計(RI)]で単分散ポリスチレンを基準として、(共)重合体の数平均分子量(Mn)、重量平均分子量(Mw)、ピークトップ分子量(Mp)、多分散性(PDI=Mw/Mn)を求めた。なお、測定温度は40℃である。
ゲルパーミエーションクロマトグラフィー[GPC:東ソー社製HLC-8321GPC/HT、カラム:昭和電工社製HT-806M×2本、検出器:示差屈折率計(RI)]で単分散ポリスチレンを基準として、(共)重合体の数平均分子量(Mn)、重量平均分子量(Mw)、ピークトップ分子量(Mp)、多分散性(PDI=Mw/Mn)を求めた。なお、測定温度は40℃である。
<(共)重合体のガラス転移温度(Tg1)の分析方法>
示差走査熱量計(DSC)を用いて、(共)重合体のガラス転移温度(Tg1)を測定した。
示差走査熱量計(DSC)を用いて、(共)重合体のガラス転移温度(Tg1)を測定した。
<(共)重合体の各セグメントの分析方法>
(共)重合体の各セグメントの割合(質量%)を、1H-NMRスペクトルにおける、各ピークの積分比より求めた。表1中には、生成物である(共)重合体中のポリブタジエンジオール由来のセグメント、ポリカプロラクトン由来のセグメント、ポリエチレングリコール由来のセグメントの合計中の各セグメントの割合を示した。
(共)重合体の各セグメントの割合(質量%)を、1H-NMRスペクトルにおける、各ピークの積分比より求めた。表1中には、生成物である(共)重合体中のポリブタジエンジオール由来のセグメント、ポリカプロラクトン由来のセグメント、ポリエチレングリコール由来のセグメントの合計中の各セグメントの割合を示した。
<(共)重合体の分解性の評価>
NaOH水溶液でpHを14に調整したアルカリ水中に、(共)重合体を浸漬し、室温で、11日間、分解反応を行い、以下の評価基準で分類した。
A: 加水分解速度が速く、(共)重合体が完全に分解していた場合
B: 加水分解速度が中程度で、(共)重合体が部分的に分解していた場合
C: 加水分解速度が遅く、(共)重合体がほぼ分解していなかった場合
NaOH水溶液でpHを14に調整したアルカリ水中に、(共)重合体を浸漬し、室温で、11日間、分解反応を行い、以下の評価基準で分類した。
A: 加水分解速度が速く、(共)重合体が完全に分解していた場合
B: 加水分解速度が中程度で、(共)重合体が部分的に分解していた場合
C: 加水分解速度が遅く、(共)重合体がほぼ分解していなかった場合
表1から、本発明に従う実施例の共重合体は、ブタジエン系重合体由来のセグメント(A)を含み、タイヤ材料として活用できる上、分解され易いことが分かる。
本発明の共重合体は、タイヤ材料として利用できる。
Claims (8)
- ブタジエン系重合体由来のセグメント(A)と、生分解性ポリエステル由来のセグメント(B)と、ポリエチレングリコール由来のセグメント(C)と、ポリイソシアネート化合物由来のセグメント(D)と、を含むことを特徴とする、共重合体。
- 更に、前記ブタジエン系重合体由来のセグメント(A)、前記生分解性ポリエステル由来のセグメント(B)、前記ポリエチレングリコール由来のセグメント(C)及び前記ポリイソシアネート化合物由来のセグメント(D)以外の、分子量が600以下のジオール化合物由来のセグメント(E)を含む、請求項1に記載の共重合体。
- 前記ブタジエン系重合体由来のセグメント(A)と、前記生分解性ポリエステル由来のセグメント(B)と、前記ポリエチレングリコール由来のセグメント(C)との合計量中の、前記ブタジエン系重合体由来のセグメント(A)の割合が20~80質量%で、前記生分解性ポリエステル由来のセグメント(B)の割合が10~40質量%で、前記ポリエチレングリコール由来のセグメント(C)の割合が10~40質量%である、請求項1に記載の共重合体。
- 前記ブタジエン系重合体由来のセグメント(A)と、前記生分解性ポリエステル由来のセグメント(B)と、前記ポリエチレングリコール由来のセグメント(C)との合計量中の、前記ブタジエン系重合体由来のセグメント(A)の割合が20~60質量%で、前記生分解性ポリエステル由来のセグメント(B)の割合が20~40質量%で、前記ポリエチレングリコール由来のセグメント(C)の割合が20~40質量%である、請求項3に記載の共重合体。
- 当該共重合体の原材料におけるイソシアネート基(NCO)とヒドロキシ基(OH)とのモル比(NCO/OH)が、0.8以上1.0未満である、請求項1又は2に記載の共重合体。
- 前記ブタジエン系重合体由来のセグメント(A)、前記生分解性ポリエステル由来のセグメント(B)及び前記ポリエチレングリコール由来のセグメント(C)からなるソフトセグメント(SS)と、前記ポリイソシアネート化合物由来のセグメント(D)及び前記分子量が600以下のジオール化合物由来のセグメント(E)からなるハードセグメント(HS)との質量比率(SS:HS)が、80:20~50:50である、請求項2に記載の共重合体。
- 前記ブタジエン系重合体由来のセグメント(A)の原料となるブタジエン系重合体(A’)の数平均分子量(Mn)が、1,000~30,000である、請求項1に記載の共重合体。
- 請求項2に記載の共重合体の製造方法であって、
ブタジエン系重合体(A’)と、生分解性ポリエステル(B’)と、ポリエチレングリコール(C’)と、ポリイソシアネート化合物(D’)と、を反応させてソフトセグメント(SS)含有部分を形成する工程と、
前記ブタジエン系重合体(A’)、前記生分解性ポリエステル(B’)、前記ポリエチレングリコール(C’)及び前記ポリイソシアネート化合物(D’)以外の、分子量が600以下のジオール化合物(E’)を、前記ソフトセグメント(SS)含有部分と反応させて共重合体を製造する工程と、を含むことを特徴とする、共重合体の製造方法。
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|---|---|---|---|
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| JP2023201844 | 2023-11-29 | ||
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Citations (6)
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| JP2013502487A (ja) * | 2009-08-21 | 2013-01-24 | ケムチュア コーポレイション | コポリエステルポリオール、プレポリマー、及びそれらから生成されるポリウレタンエラストマー、並びにその製造方法 |
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-
2024
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- 2024-08-30 WO PCT/JP2024/031316 patent/WO2025115334A1/ja active Pending
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Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| GUO, YUTONG ET AL.: "Ultra-tough and stress-free two-way shape memory polyurethane induced by polymer segment ''spring", CHEMICAL ENGINEERING JOURNAL., vol. 470, 17 June 2023 (2023-06-17), pages 144212, XP087357060, DOI: 10.1016/j.cej.2023.144212 * |
| no. 38661-72-2 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN122341669A (zh) | 2026-07-03 |
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| ENP | Entry into the national phase |
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| WWE | Wipo information: entry into national phase |
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| NENP | Non-entry into the national phase |
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