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TWI583702B - 改質共軛二烯橡膠及其方法與組成物 - Google Patents

改質共軛二烯橡膠及其方法與組成物 Download PDF

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TWI583702B
TWI583702B TW101126913A TW101126913A TWI583702B TW I583702 B TWI583702 B TW I583702B TW 101126913 A TW101126913 A TW 101126913A TW 101126913 A TW101126913 A TW 101126913A TW I583702 B TWI583702 B TW I583702B
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謝其誠
林福
蔡奇達
林暉凱
林柏翰
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台橡股份有限公司
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Description

改質共軛二烯橡膠及其方法與組成物
本發明係有關於一種共軛二烯橡膠，特別有關於以兩種改質劑進行改質之共軛二烯橡膠。
溶聚丁苯橡膠(solution styrene butadiene rubber，SSBR)為丁二烯與苯乙烯單元所組成。首先由美國Phillips公司提出批次式製程及Firestone公司提出連續式製程，並率先實現工業化生產。由於溶聚丁苯橡膠具有比乳聚丁苯橡膠(emulsion styrene butadiene rubber，ESBR)更具優異的機械性能和滾動阻力，因而更能廣泛應用於汽車工業及其他橡膠製品。
隨著近來汽車對耗油量的要求降低，對用於輪胎的橡膠材料的特性需求亦隨之增加。共軛二烯橡膠具有低滾動阻抗、優良磨耗阻抗，並因抗濕滑而產生更優異的操縱穩定性，使其需求性增加。另一方面，業界更提出於輪胎的橡膠組成物中添加白煙(silica compound)或白煙與碳黑(carbon black)以作為補強劑。含有白煙或白煙與碳黑混合物的輪胎胎面具有低滾動阻抗及抗濕滑而產生更優異的操縱穩定性。
為使共軛二烯橡膠可與補強劑作更好的結合，業界已產生許多改質共軛二烯橡膠的技術。美國專利US 4,185,042揭露一種用於SBS嵌段共聚物的偶合劑，將含鋰的聚合物與含矽偶合劑反應，所獲得的聚合物的偶合率>90%且無Si-OR基存在於聚合物中。美國專利US 5,219,938揭露一種兩階段改質的步驟，藉由使用兩種改質劑，先將含鋰聚合物的二烯聚 合物鏈末端與偶合劑RnSiCl4-n或RnSnCl4-n反應，接著再與偶合劑(R5R6R7-Si-(CH2)n-N-R8R9)反應改質。美國專利US 7,288,594揭露以兩種不同的矽烷化合物兩階段改質含鋰的丁苯橡膠。另，美國專利US 7,807,747揭露以相同的矽烷化合物兩階段改質含鋰的丁苯橡膠。
然而，上述先前技術所合成之改質共軛二烯橡膠其製程多半困難複雜而不易實施，所以業界仍需要新穎的共軛二烯橡膠改質技術以解決先前技術產生的問題。
本發明之一方面在於提供一種改質共軛二烯橡膠的製造方法，包含：步驟(a)：將一含鹼金屬離子之共軛二烯橡膠與一第一改質劑反應，該第一改質劑如以下之結構式(I)
其中R1,R2,R3係各自獨立地選自含C1-C12烷基、C2-C12烯基及C6-C12芳香基所組成之群組，而R4選自C1-C12烷基、C2-C12烯基、C1-C12烷氧基及C6-C12芳香基所組成之群組；以及 步驟(b)：在該步驟(a)之後加入一第二改質劑，該第二改質劑如以下之結構式(II)(II) HO-R5-Y
其中R5選自C1-C12伸烷基(alkylene)、C2-C12伸烯基(alkenylene)、C3-C12脂環基及C6~C12芳香基所組成之群組，Y選自C1-C12含氧基團及C1-C12含氮基團所組成的群組，Y以其氧原子或其氮原子直接與R5之碳原子結合。
本發明之另一方面在於提供一種改質共軛二烯橡膠，其係以前述之製造方法所製成；及一種共軛二烯橡膠組成物，包含該改質共軛二烯橡膠及一白煙(silica)。
本發明又另一方面在於提供一種改質共軛二烯橡膠，該改質共軛二烯橡膠為結構式(III)或結構式(IV)如下：
D為共軛二烯單元或共軛二烯單元及乙烯芳族單元所構成的聚合鏈，其中R4選自C1-C12烷基、C2-C12烯基、C1-C12烷氧基及C6-C12芳香基所組成之群組，R5選自C1-C12伸烷基(alkylene)、C2-C12伸烯基(alkenylene)、C3-C12脂環基及C6-C12芳香基所組成之群組，Y選自C1-C12含氧基團及C1-C12含氮基團所組成的群組，Y以其氧原子或其氮原子直接與R5之碳原子結合；及一種共軛二烯橡膠組成物，包含該改質共軛二烯橡膠及一白煙(silica)。
為使本發明及其所要主張的申請專利範圍能被充分地理解，以下將示範本發明之較佳實施例。為避免模糊本發明之內容，以下說明可能會省略習知的元件、相關材料、及其相關處理技術。以下所述僅為本發明之較佳實施例而已，並非用以限定本發明之申請專利範圍；凡其它未脫離本發明所揭示之精神下所完成之等效改變或修飾，均應包含在下述之申請專利範圍內。
聚合反應：形成含鹼金屬離子之共軛二烯橡膠
本發明之形成含鹼金屬離子之共軛二烯橡膠的製造方法包含於合適的溶劑中，利用陰離子聚合法，以有機鹼金屬化合物作為引發劑聚合共軛二烯單體或共軛二烯單體及乙烯芳族單體以形成含鹼金屬離子之共軛二烯橡膠。
本發明之聚合物可為共軛二烯單體聚合物，或者為共軛二烯單體(例如丁二烯(butadiene)或異戊二烯(isoprene))與乙烯芳族單體(例如苯乙烯(styrene)或甲基苯乙烯(methyl styrene))的共聚物。本發明之共軛二烯橡膠之聚合單體並不僅限於丁二烯、異戊二烯、及苯乙烯，上述之任何合適的衍生物皆可用於本發明。舉例而言，共軛二烯單體係獨立地選自以下項目所組成的群組：1,3-丁二烯(1,3-butadiene)、2,3-二甲基-1,3-丁二烯(2,3-dimethyl-1,3-butadiene)、3-丁基-1,3-辛二烯(3-butyl-1,3-octadiene)、異戊二烯(isoprene)、1-甲基丁二烯(1-methylbutadiene)、2-苯基-1,3-丁二烯(2-phenyl-1,3-butadiene)及其上述各項之任何組合。乙烯芳族單體可以獨立地選自以下項目所組成的群組：苯乙烯(styrene)、甲基苯乙烯(methylstyrene)及其所有異構物、乙基苯乙烯(ethylstyrene)及其所有異構物、環己基苯乙烯(cyclohexylstyrene)、乙烯基聯苯(vinyl biphenyl)、1-乙烯基-5-己基萘(1-vinyl-5-hexyl naphthalene)、乙烯基萘(vinyl naphthalene)、乙烯基蒽(vinyl anthracene)及其上述各項之任何組合。
進行聚合時，使用有機鋰化合物作為引發劑是較佳的選擇，可因此得到其在分子鏈末端有碳鋰離子的鹼金屬離子共軛二烯橡膠。有機鋰起始劑的具體例子包含正丙基鋰、異丙基鋰、正丁基鋰、仲丁基鋰、叔丁基鋰、正戊基鋰、苯基鋰、甲苯基鋰等，較佳者為正丁基鋰。
聚合反應合適的溶劑如鈍性有機溶劑，其意為在聚合反應中不會參與反應的溶劑，此類溶劑包含丁烷、異丁烷、正 戊烷、異戊烷、2,2,4-三甲基戊烷、異己烷、正己烷、異庚烷、正庚烷、異辛烷、正辛烷的脂肪族碳氫化合物；或者像環己烷、甲基環己烷、乙基環己烷、環戊烷、環庚烷、甲基環戊烷的環烷族；或者苯、甲苯、二甲苯、乙苯、二乙苯及丙苯等芳香烴化合物，適用於本發明較佳者為環己烷。共軛二烯橡膠的聚合溶液濃度一般為5%至35%，較佳者為10%至30%。在一般情況下，若單純使用鈍性有機溶劑作為溶劑，乙烯基芳香族或共軛二烯的聚合速率較慢且兩者的聚合反應性差異相當大，此時可藉由加入極性溶劑的方式克服。適用於本發明之極性溶劑的具體例子包含四氫呋喃、二乙醚、環戊醚、二丙醚、乙二醇二甲醚、乙二醇二乙醚、二甘醇、二甲醚、甲乙醚等醚類化合物及四甲基乙二胺，較佳者為四氫呋喃及二乙醚。
聚合的起始溫度可於10℃至80℃，最終溫度可於30℃至150℃，溫度操控方法可使用絕熱反應方式，也可採用恆溫控制，或者採用部分冷卻方式。
依據本發明之各實施例，聚合完成後但尚未與改質劑反應之聚合物初始數目平均分子量(Mi)為80kg/mole至2000kg/mole，較佳於100kg/mole至1500kg/mole之間，更佳於150kg/mole至1000kg/mole之間。數目分子量的測定是使用凝膠滲透層析儀(gel permeation chromatography；GPC)，此為熟此技藝者常用作法。
加入改質劑
本發明改質反應使用兩種改質劑以形成改質共軛二烯橡 膠，其製法包含步驟(a)：將一含鹼金屬離子之共軛二烯橡膠與一第一改質劑反應，該第一改質劑如以下之結構式(I)：
由結構式(I)可知第一改質劑為矽氧烷，其中R1,R2,R3係各自獨立地選自含C1-C12烷基、C2-C12烯基及C6-C12芳香基所組成之群組，而R4選自C1-C12烷基、C2-C12烯基、C1-C12烷氧基及C6-C12芳香基所組成之群組。在本發明之第一改質劑的各實施例中，R1,R2,R3,R4各別為烷基實例有甲基、乙基、丙基、異丙基、正丁基、異丁基、叔丁基、己基、2-乙基己基；R1,R2,R3,R4各別為烯基實例有乙烯基、丙烯基、正丁烯基、異丁烯基、戊烯基、己烯基；R1,R2,R3,R4各別為芳香基的實例有苯基、甲苯基、乙苯基、二甲苯基、丙苯基。R4為烷氧基的實例有甲烷氧基、乙烷氧基、丙烷氧基、正丁烷氧基、異丁烷氧基。第一改質劑之特佳的實例為R1,R2,R3,R4皆為甲基之三甲氧基(甲基)矽烷(Trimethoxy(methyl)silane)。
步驟(a)之含鹼金屬離子之共軛二烯橡膠可為如上述之聚合步驟所形成之聚合物，或以其他方式所形成之合適的聚合物。步驟(a)之改質反應進行時，第一改質劑與含鹼金屬離 子之共軛二烯橡膠的二烯鏈末端結合。第一改質劑與含鹼金屬離子之共軛二烯橡膠的莫耳比值為≧0.5，較好者為≧0.6，更好者為≧0.7，但須低於10。
本發明改質反應法更包含步驟(b)：在該步驟(a)之後加入一第二改質劑，第二改質劑如以下之結構式(II)(II) HO-R5-Y
其中R5選自C1-C12伸烷基(alkylene)、C2-C12伸烯基(alkenylene)、C3-C12脂環基及C6-C12芳香基所組成之群組，Y選自C1-C12含氧基團及C1-C12含氮基團所組成的群組，Y以其氧原子或其氮原子直接與R5之碳原子結合。由結構式(II)可知第二改質劑為具有O或N之異原子的醇類。R5為伸烷基(alkylene)的實例有伸乙基(ethylene，-CH2CH2-)、伸丙基(-CH2CH2CH2-)、伸丁基(-CH2CH2CH2CH2-)；R5為伸烯基(alkenylene)實例有伸乙烯基(vinylene,-CHCH-)、伸丙烯基(-CH=CHCH2-)、伸丁烯基(-CH=CHCH2CH2-)、伸己烯基(-CH2CH=CHCH2CH2CH2-)；R5為芳香基之實例有苯基、甲苯基、乙苯基、二甲苯基、丙苯基；R5為脂環基之實例有環丙烷基，環丁烷基，環戊烷基，環己烷基，環庚烷基。Y為C1-C12的含氧基團之實例有甲烷氧基、乙烷氧基、丙烷氧基、正丁烷氧基、異丁烷氧基。Y為C1-C12的含氮基團之實例有二乙胺基，二甲胺基，甲乙胺基。第二改質劑之特佳的實例為3-甲氧基酚(3-methoxyphenol)或二甲胺基乙醇(dimethylaminoethanol)。第二改質劑與含鹼金屬離子之共軛二烯橡膠的莫耳比值為≧0.5，較好者為≧0.6，更好者為≧ 0.7，但須低於10。
水接觸反應
本發明之共軛二烯橡膠如上述加入第一改質劑及第二改質劑後，可使其與水接觸，其中共軛二烯橡膠與水量的比例可視所需狀況而定。若為更加改善其門尼黏度的穩定性，可使其與大量的水接觸，其方法包含蒸汽汽提(steam stripping)方法或其他合適之方法。以蒸汽汽提為例，可使含有溶劑之共軛二烯橡膠溶液與水接觸，溫度控制在90℃下，其中水量與共軛二烯橡膠溶液中所含溶劑的重量比例為0.1以上，更好為0.5以上，最好為1以上，並可使pH介於6~10之間。兩者接觸時的溫度可為20至150℃，更好為30至140℃，最好為40至130℃，兩者接觸的時間為5分鐘至10小時，更好的是10分鐘至8小時，最好的是30分鐘至6小時。共軛二烯橡膠溶液與水接觸的同時或之後可利用蒸汽、電熱、熱空氣或其他熱源脫除溶劑，再經過熟知的乾燥方式，例如：機械脫水、烘箱乾燥或隧道乾燥(apron dryer)方式處理，或例如將橡膠於110℃下進行熱滾輪(hot roll)乾燥。本發明之共軛二烯橡膠在經過上述之水接觸處理後測得之偶合率在10%~95%，較佳者為20~80%，更佳者為25~75%，最佳者為30~70%。
上述實施例說明將經第一改質劑反應後之共軛二烯橡膠先混入第二改質劑後，再與水接觸作為較佳實施例。然而，本發明也包含運用適當方法使第二改質劑與水同時加入，或使經第一改質劑反應後之共軛二烯橡膠先與水接觸後再加入第二改質劑的實施例。舉例而言，可將經第一改質劑反應後 之共軛二烯橡膠進行蒸汽汽提，於蒸汽汽提過程中加入第二改質劑；或是先將經第一改質劑反應後之共軛二烯橡膠進行蒸汽汽提，於蒸汽汽提完畢後再加入第二改質劑。
改質反應機制
有關上述改質之反應機制合理推定如下：
步驟(a)：將含鹼金屬離子之共軛二烯橡膠與第一改質劑反應
其中(A)代表含鹼金屬離子鋰(Li)之共軛二烯橡膠，(A)中之D代表以共軛二烯單元或共軛二烯單元及乙烯芳族單元所構成的聚合鏈，與第一改質劑矽氧烷(I)反應後，共軛二烯橡膠(A)中之金屬離子鋰被第一改質劑矽氧烷(I)所取代而形成帶有矽氧烷基之共軛二烯橡膠(B)。
步驟(b)：在該步驟(a)之後加入第二改質劑(II)，惟第二改質劑係僅混入聚合物溶液中而尚未產生改質反應。 步驟(c)：加入水產生水解反應
帶有矽氧烷基之共軛二烯橡膠(B)與水接觸的過程(例如蒸汽汽提)會進行水解反應以生成水解產物(D)。
步驟(d)：水解產物(D)與第二改質劑(II)進行反應
水解產物(D)將與第二改質劑(II)反應，以生成具有N或O原子(以Y表示)之矽氧烷共軛二烯橡膠，如結構式(III)或結構式(IV)所示之聚合物。由上述之推論可知，藉由第一改質劑將矽氧烷官能基引入共軛二烯橡膠，然後再藉由第二改質劑將含N或O原子之官能基引入具矽氧烷之共軛二烯橡膠。
改質共軛二烯橡膠
經上述之改質反應後可形成具有以下結構式(III)或結構式(IV)之改質共軛二烯橡膠：
其中R4選自C1-C12烷基、C2-C12烯基、C1-C12烷氧基及C6-C12芳香基所組成之群組，R5選自C1-C12伸烷基(alkylene)、C2-C12伸烯基(alkenylene)、C3-C12脂環基及C6-C12芳香基所組成之群組，Y選自C1-C12含氧基團及C1-C12含氮基團所組成的群組，Y以其氧原子或其氮原子直接與R5之碳原子結合。在較佳的實例中R4為甲基。在Y為C1-C12含氧基團之較佳實例中，Y可為一烷基、芳香基、或烯基連接該氧原子；在Y為C1-C12含氮基團之較佳實例中，Y可為一烷基、芳香基、或烯基連接該氮原子。有關烷基、芳香基、烯基或脂環基之實例可參考以上述之改質反應中的說明。在特佳的實例中結構式(III)及結構式(IV)中之-O-R5-Y為-O-(C6H4)-OCH3或-O-CH2CH2N(CH3)2。
共軛二烯橡膠組成物
本發明之改質共軛二烯橡膠可藉由與其他橡膠成分混合而形成一種共軛二烯橡膠組成物。其他橡膠成分的具體例子包含傳統苯乙烯-丁二烯共聚物橡膠、聚丁二烯橡膠、丁二烯-異戊二烯共聚物橡膠、及丁基橡膠。具體例子更包含天然橡膠、乙烯-丙烯共聚物橡膠、及乙烯-辛烯共聚物橡膠。上述組成可以兩種或多種型式的混合應用。含改質共軛二烯橡膠的共軛二烯橡膠組成物之組成可為，當全部橡膠成分的總量為100重量份時，改質共軛二烯橡膠的含量較佳者為至少10重量份，且更佳者為至少20重量份。
再者，本發明之共軛二烯橡膠組成物也可含有添加劑。添加劑之具體例子包含硫化劑例如硫；硫化促進劑例如噻唑基(thiazole-based)硫化促進劑、秋蘭姆基(thiuram-based)硫化促進劑或次磺酰胺基(sulfenamide-based)硫化促進劑；硫化活化劑，例如硬脂酸或氧化鋅；有機過氧化物；補強劑例如白煙或碳黑；填充劑例如碳酸鈣或滑石；矽烷偶合劑；填充油；加工助劑；抗氧化劑；及潤滑劑等。
在以白煙作為補強劑混合入本發明之共軛二烯橡膠組成物混合的實例中，當全部橡膠成分的總量為100重量份時，白煙的含量通常為10重量份至200重量份。從省油的觀點視之，所混合的量較佳者為至少20重量份，且更佳者為至少30重量份。從補強效果的觀點視之，較佳者為不超過180重量份，且更佳者為不超過150重量份。白煙可為非晶質合成白煙，例如藉由酸化(acidification)可溶性矽酸鹽(例如矽酸鈉或矽酸鹽與鋁酸鹽的共沉析)而獲得。一般而言，此類沉析白煙為本技術領域中具通常知識者所熟知。合成白煙(沉析白煙) 的BET比表面積，以氮氣量測，可為例如介於範圍約50至約300平方公尺/公克之間，另可選替介於範圍約100至約250平方公尺/公克之間。白煙亦可具有鄰苯二甲酸二丁酯(dibutylphthalate，DBP)吸收值，例如範圍介於約100cc/g至約500cc/g之間，較佳者範圍介於約120cc/g至約350cc/g之間。其他各種商業市售的合成白煙可考慮使用於本發明中，包含但不限定於例如由PPG Industries所提供的商業市售白煙，例如商標Hi-Sil trademark型號210、243等；由Rhodia公司所提供的商業市售白煙，例如商品型號Zeosil 1165 MP和Zeosil 165GR；由EVONIK公司所提供的商業市售白煙，例如商品型號VN2、VN3、7000GR、9000GR；以及由Huber所提供的商業市售白煙，例如商品型號Zeopol 8745。
在以非白煙作為補強劑混合入本發明之共軛二烯橡膠組成物的實例中，從補強效果的觀點視之，當全部橡膠成分的總量為100重量份時，所述非白煙補強劑的含量較佳者為不超過120重量份，且更佳者為不超過100重量份。從省油的觀點視之，較佳者為至少1重量份，且更佳者為至少3重量份。而非白煙補強劑較佳具體例子為碳黑。
本發明之改質共軛二烯橡膠與另一橡膠成份、添加劑等混合製造共軛二烯橡膠組成物的方法，可使用例如習知的混合器，像是滾輪，或萬馬力密閉式批量混合機(Banbury mixer)，或密煉機(internal mixer)用以捏合(knead)各組成份的方法。關於捏合的條件，除了硫化劑或硫化促進劑外，當混合添加劑、填充劑、白煙及/或其他補強劑時，捏合的溫度通常為50℃至200℃，較佳者為80℃至150℃，並且捏合的時 間通常為30秒至30分鐘，較佳者為1分鐘至30分鐘。當硫化劑或硫化促進劑混合時，所述捏合的溫度通常不超過100℃，較佳者為室溫至90℃。由硫化劑或硫化促進劑混合的組成可使用例如壓力硫化(press vulcanization)的硫化處理方式加以實施。所述硫化處理的溫度通常為120℃至200℃，較佳者為140℃至180℃。
本發明之改質共軛二烯橡膠及其共軛二烯橡膠組成物係可使用於輪胎、鞋底、地板材料、及震動阻絕材料等，並且特別適合用於輪胎，以增進輪胎胎面的低滾動阻抗及促進抗濕滑而產生的操縱穩定性及可靠度。
藉由以下以實例詳細說明本發明之聚合反應及改質反應的製程。
實例1(Y為含氮基團)
提供高壓釜反應器，初始容量約5公升以氮氣充填。填入2750克的環己烷，82.5克的四氫呋喃，100克的苯乙烯及390克的1,3-丁二烯於高壓釜反應器中。當反應器內含物的溫度達30℃時，添加310毫克(4.80mmole)的正丁基鋰(n-butyl lithium)以起始聚合反應。聚合反應在絕熱狀態下進行，最高溫度為83℃。當聚合反應幾乎完成時，加入10g的1,3-丁二烯再進行聚合反應約5分鐘。然後加入1.308 mg(9.60 mmole)的三甲氧基(甲基)矽烷(Trimethoxy(methyl)silane，以下簡稱M1)進行約10分鐘的第一段改質反應。然後再加入1.28 g(14.4 mmole)的二甲胺基乙醇(dimethylaminoethanol，以下簡稱M2)進行約10分鐘混合。接著，添加2,6-二叔丁基對甲 酚(2,6-di-tert-butyl-p-cresol)於聚合物溶液中使反應終止。接著，將聚合物溶液去溶劑化，使改質後共軛二烯橡膠與大量水接觸，然後利用可行的熱源脫除溶劑與水分。在90℃下實施蒸汽提餾(steam stripping)步驟，水量與溶劑的重量比例為1以上，pH介於6~10之間，持續3小時。然後將所獲得的橡膠於110℃下進行熱軋(hot roll)乾燥。經過上述之各步驟的改質共軛二烯橡膠定義為實例1之橡膠。實例1之第一改質劑及第二改質劑分別與含鹼金屬離子之共軛二烯橡膠的莫耳比值，初始分子量(Mi)，及所得到產物之各種性質已詳列於後附之表一中。
實例2(Y為含氮基團)
實例2之步驟可參考實例1之步驟，其皆使用同樣的溶劑及反應物，反應條件之差別僅在於各反應物的含量。各實例之反應條件，如改質劑與含鹼金屬離子之共軛二烯橡膠的莫耳比值，初始分子量(Mi)，及所得到產物之各種性質已詳列於後附之表二中。
實例3-4(Y為含氧基團)
實例3-4之步驟可參考實例1之步驟，反應條件之差別僅在於實例3-4之第二改質劑使用3-甲氧基酚(3-methoxyphenol，以下簡稱M3)。各實例之反應條件，如第一改質劑及第二改質劑分別與含鹼金屬離子之共軛二烯橡膠的莫耳比值，初始分子量(Mi)，及所得到產物之各種性質已詳列於後附之表二中。實例3-4其皆使用同樣的溶劑及反應物，反應條件之差別僅在於各反應物的含量。
比較實例1
聚合反應步驟同實例1。改質反應時，以0.327 mg(2.40 mmole)的三甲氧基(甲基)矽烷(Trimethoxy(methyl)silane，以下簡稱M1)進行約10分鐘。接著，沒有加入第二改質劑，直接添加2,6-二叔丁基對甲酚(2,6-di-tert-butyl-p-cresol)於聚合物溶液中使反應終止。將此聚合物溶液橡膠去溶劑化後，於110℃下進行熱滾輪(hot roll)乾燥即可獲得改質的共軛二烯橡膠，定義為比較實例1之橡膠。比較實例1之改質劑與含鹼金屬離子之共軛二烯橡膠的莫耳比值，初始分子量(Mi)，及所得到產物之各種性質已詳列於後附之表一中。
比較實例2及3
比較實例2至3之步驟可參考比較實例1之步驟，主要差別在於反應物種類不同。比較實例1使用的改質劑為三甲氧基(甲基)矽烷(Trimethoxy(methyl)silane，M1)；比較實例2使用的改質劑為四乙氧基矽烷(tetraethoxysilane,TEOS)；比較實例3使用的改質劑為四甲氧基矽烷(tetramethoxysilane,TMOS)。各比較實例之改質劑與含鹼金屬離子之共軛二烯橡膠的莫耳比值，初始分子量(Mi)等反應條件及反應後所得產物特性已詳列於後附之表一中。
以下說明將本發明上述之各實例所獲得的橡膠製作成共軛二烯橡膠組成物並進一步形成硫化片板膜以測試損失正切的方法。
取100重量份之各實例橡膠、78.4重量份的的白煙(商品名稱Ultrasil 7000GR，由EVONIK公司製造)、6.9重量份的 矽烷偶合劑(商品名稱Si69，由EVONIK公司製造)、50.0重量份的填充油(丁DAE，由IRPC公司製造)、1.5重量份的抗氧化劑(商品名稱Antigene 3C)、2重量份的硬脂酸、2重量份的氧化鋅、1.5重量份的蠟、1.4重量份的硫、及2重量份硫化促進劑(商品名稱CZ和D各1重量份)捏合以形成組成物。所述組成物可藉由兩滾輪機模鑄成片板膜，將所述片板膜加熱至160℃，維持45分鐘，進行硫化，由此獲得硫化片板膜。
所述硫化片板膜於60℃下的損失正切(loss tangent，tanδ(60℃))可藉由使用黏彈儀(viscoelastometer)量測，量測條件為1%的應變和10Hz的頻率。例如，以比較實例2作為標準，令比較實例2為100%，則實施例值愈高者，節能效果愈佳。所述硫化片板於0℃下的損失正切(tanδ(0℃))可藉由使用黏彈儀量測，量測條件為0.5%的應變和10Hz的頻率。例如，以比較實例2作為標準，令比較實例2為100%，則實施例值愈高者，抓地煞車安全效果愈佳。各實例之硫化片板膜所得之損失正切如表一及表二所示。
以上阿克隆磨耗率表耐磨耗性，tan δ(0℃)表濕地抓地力，tan δ(60℃)表滾動阻抗性，三者各別數值越高越佳。
表一及表二中，門尼黏度(MV,Mooney Viscosity)係於預熱1分鐘且於100℃下持續4分鐘的條件下量測。門尼黏度量測時點有：改質反應完成並去溶劑後(標註為直接去溶劑後)；蒸汽汽提並機械乾燥後(標註為汽提並乾燥後)；及經90℃、相對濕度80%及40小時儲存試驗後(標註為經儲存試驗後)。MV(汽提並乾燥後)和MV(經儲存試驗後)數值比較約略相等，代表門尼黏度之穩定性的改善。偶合率(Coupling Ratio(C/R%))係以凝膠滲透層析儀(GPC)及折射率儀量測，指分子量高於未偶合前分子量的聚合物佔全部聚合物的比例，於量測時以四氫呋喃(tetrahydrofuran)作為移動相(mobile phase)。偶合率量測時點有：改質反應完成後之聚合物溶液狀態(標註為聚合物溶液)；蒸汽汽提並機械乾燥後(標註為汽提並乾燥後)。其他特性則以此技藝者所熟知之技術進行測試，例如苯乙烯含量、乙烯基含量係以傅立葉轉換紅外線光譜儀(FTIR)量測。阿克隆磨耗(Akron abrasion)量耐磨耗性使用阿克隆磨耗試驗機，測定於荷重為6磅、3300旋轉數下之磨耗量。指數愈高代表磨耗量愈少。
雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限制本發明，任何熟習此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當以後附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims (21)

  1. 一種改質共軛二烯橡膠的製造方法，包含：步驟(a)：將一含鹼金屬離子之共軛二烯橡膠與一第一改質劑反應，該含鹼金屬離子之共軛二烯橡膠係利用陰離子聚合法以有機鹼金屬化合物作為引發劑聚合共軛二烯單體或共軛二烯單體及乙烯芳族單體所形成，該第一改質劑如以下之結構式(I) 其中R1,R2,R3係各自獨立地選自含C1-C12烷基、C2-C12烯基及C6-C12芳香基所組成之群組，而R4選自C1-C12烷基、C2-C12烯基、C1-C12烷氧基及C6-C12芳香基所組成之群組；步驟(b)：在該步驟(a)之後加入一第二改質劑，該第二改質劑如以下之結構式(II)(II) HO-R5-Y其中R5選自C1-C12伸烷基(alkylene)、C2-C12伸烯基(alkenylene)、C3-C12脂環基及C6-C12芳香基所組成之群組，Y選自C1-C12含氧基團及C1-C12含氮基團所組成的群組，Y以其氧原子或其氮原子直接與R5之碳原子結合，其中Y具有一烷基、烯基、或芳香基連接該氧原子或該氮原子且Y只具有一個氧原子或一個氮原子；以及步驟(c)：在該步驟(b)進行的同時或之前或之後加入水分 子，其中進行步驟(c)所獲得的一水解產物將與該第二改質劑反應以生成該改質共軛二烯橡膠。
  2. 如請求項第1項所述之改質共軛二烯橡膠的製造方法，其中該R1,R2,R3各自獨立地選自甲基、乙基、及丙基所組成的群組。
  3. 如請求項第1項所述之改質共軛二烯橡膠的製造方法，其中該R4選自甲基、乙基、及丙基所組成的群組。
  4. 如請求項第1項所述之改質共軛二烯橡膠的製造方法，其中該第二改質劑為3-甲氧基酚(3-methoxyphenol)或二甲胺基乙醇(dimethylaminoethanol)。
  5. 如請求項第1項所述之改質共軛二烯橡膠的製造方法，其中該第一改質劑與含鹼金屬離子之共軛二烯橡膠的莫耳比值為≧0.5。
  6. 如請求項第1項所述之改質共軛二烯橡膠的製造方法，其中該第二改質劑與含鹼金屬離子之共軛二烯橡膠的莫耳比值為≧0.5。
  7. 如請求項第1項所述的改質共軛二烯橡膠的製造方法，其中該步驟(c)中加入水分子的方法包含蒸汽汽提(steam stripping)。
  8. 如請求項第1項所述之改質共軛二烯橡膠的製造方法，其中在步驟(a)進行前該含鹼金屬離子之共軛二烯橡膠的初始數目 平均分子量為80kg/mole~2000kg/mole。
  9. 如請求項第1項所述之改質共軛二烯橡膠的製造方法，其中經過步驟(c)之該改質共軛二烯橡膠之偶合率在10%~95%之間。
  10. 一種改質共軛二烯橡膠，其係以如請求項第1至9項中任一項所述之製造方法製成。
  11. 一種共軛二烯橡膠組成物，包含：如請求項第10項所述之該改質共軛二烯橡膠；及一白煙(silica)。
  12. 如請求項11所述的共軛二烯橡膠組成物，其中當該共軛二烯橡膠組成物之全部橡膠成分的總量為100重量份時，該改質共軛二烯橡膠的含量為10重量份以上。
  13. 如請求項11所述的共軛二烯橡膠組成物，其中當該共軛二烯橡膠組成物之全部橡膠成分的總量為100重量份時，該白煙的含量為10-200重量份。
  14. 一種改質共軛二烯橡膠，該改質共軛二烯橡膠為結構式(III)或結構式(IV)如下： D為共軛二烯單元或共軛二烯單元及乙烯芳族單元所構成的聚合鏈，係利用陰離子聚合法以有機鹼金屬化合物作為引發劑聚合共軛二烯單體或共軛二烯單體及乙烯芳族單體所形成，其中R4選自C1-C12烷基、C2-C12烯基、C1-C12烷氧基及C6-C12芳香基所組成之群組，R5選自C1-C12伸烷基(alkylene)、C2-C12伸烯基(alkenylene)、C3-C12脂環基及C6-C12芳香基所組成之群組，Y選自C1-C12含氧基團及C1-C12含氮基團所組成的群組，Y以其氧原子或其氮原子直接與R5之碳原子結合，其中Y具有一烷基、烯基、或芳香基連接該氧原子或該氮原子，且Y只具有一個氮原子或一個氧原子。
  15. 如請求項第14項所述之改質共軛二烯橡膠，其中該R4選自甲基、乙基、及丙基所組成的群組。
  16. 如請求項第14項所述之改質共軛二烯橡膠，其中該結構式(III)及該結構式(IV)中之-O-R5-Y為-O-(C6H4)-OCH3或-O-CH2CH2N(CH3)2。
  17. 如請求項第14項所述之之改質共軛二烯橡膠，其中該改質共軛二烯橡膠之偶合率在10%~95%之間。
  18. 如請求項14所述的共軛二烯橡膠組成物，其中該改質共軛二烯橡膠係經過水接觸之處理。
  19. 一種共軛二烯橡膠組成物，包含：如請求項第14-18項之任一項所述之該改質共軛二烯橡膠；及一白煙(silica)。
  20. 如請求項19所述的共軛二烯橡膠組成物，其中當該共軛二烯橡膠組成物之全部橡膠成分的總量為100重量份時，該改質共軛二烯橡膠的含量為10重量份以上。
  21. 如請求項19所述的共軛二烯橡膠組成物，其中當該共軛二烯橡膠組成物之全部橡膠成分的總量為100重量份時，該白煙的含量為10-200重量份。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008195923A (ja) * 2006-12-28 2008-08-28 Bridgestone Corp 含アミンアルコキシシリル官能化ポリマー
US20100130664A1 (en) * 2008-11-24 2010-05-27 The Goodyear Tire & Rubber Company Terminating compounds, polymers, and their uses in rubber compositions and tires

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