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WO2020059367A1 - ゴム組成物およびタイヤ - Google Patents

ゴム組成物およびタイヤ Download PDF

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WO2020059367A1
WO2020059367A1 PCT/JP2019/031666 JP2019031666W WO2020059367A1 WO 2020059367 A1 WO2020059367 A1 WO 2020059367A1 JP 2019031666 W JP2019031666 W JP 2019031666W WO 2020059367 A1 WO2020059367 A1 WO 2020059367A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
conjugated diene
mol
rubber composition
based polymer
rubber
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/JP2019/031666
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English (en)
French (fr)
Inventor
隆嗣 田中
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bridgestone Corp
Original Assignee
Bridgestone Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bridgestone Corp filed Critical Bridgestone Corp
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Priority to JP2020548135A priority patent/JP7341154B2/ja
Priority to CN201980061721.4A priority patent/CN112739762B/zh
Publication of WO2020059367A1 publication Critical patent/WO2020059367A1/ja
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Ceased legal-status Critical Current

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    • C08L9/06Copolymers with styrene
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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

  • the present invention relates to a rubber composition and a tire.
  • an object of the present invention is to provide a rubber composition having excellent durability (crack resistance) and abrasion resistance while maintaining a low loss property at a high level.
  • Another object of the present invention is to provide a tire excellent in durability (crack resistance) and abrasion resistance while maintaining a low loss property at a high level.
  • the rubber composition according to the present invention includes a modified conjugated diene-based polymer and a natural rubber, wherein the modified conjugated diene-based polymer has two or more modifying groups per molecule, and the modification between molecules is performed.
  • the rubber composition according to the present invention is excellent in durability (crack resistance) and abrasion resistance while keeping low loss properties at a high level.
  • the tire according to the present invention is a tire using any one of the above rubber compositions.
  • ADVANTAGE OF THE INVENTION According to the tire which concerns on this invention, it is excellent in durability (crack resistance) and abrasion resistance, maintaining low loss property at a high level.
  • the present invention it is possible to provide a rubber composition that is excellent in durability (crack resistance) and abrasion resistance while maintaining low loss properties at a high level. Further, according to the present invention, it is possible to provide a tire excellent in durability (crack resistance) and abrasion resistance while maintaining a low loss property at a high level.
  • conjugated diene unit refers to a unit derived from a conjugated diene compound in a modified conjugated diene-based polymer.
  • conjugated diene compound refers to a conjugated diene compound.
  • the energy per non-covalent bond between the modified groups of the modified conjugated diene-based polymer is determined using M06 / 6-31G (d, p) as a basis function using Gaussian 09 as a quantum chemistry calculation program. .
  • the binding energy is calculated as follows. First, only the monomer unit that forms a non-covalent bond is taken out, a model of the association state is created, and the energy of the association state is calculated. Next, the association state is sufficiently separated, and the energy of the dissociation state is calculated. The binding energy per molecule is determined from the difference between the energy in the association state and the energy in the dissociation state, and divided by the number of coordination bonds to obtain the binding energy per one.
  • the weight average molecular weight (Mw) is determined by gel permeation chromatography [GPC: "HLC-8020” manufactured by Tosoh Corporation, column: “GMH-XL” manufactured by Tosoh Corporation (two in series), detector: differential refraction
  • GPC gel permeation chromatography
  • RI rate meter
  • Mw weight average molecular weight
  • a part of the polymerization cement is withdrawn from the polymerization bottle, the polymerization reaction is stopped with degassed isopropanol, and the Mw of the solution diluted with THF is measured to obtain the weight average molecular weight in terms of polystyrene of the modified conjugated diene copolymer.
  • the rubber composition according to the present invention includes a modified conjugated diene-based polymer and a natural rubber, wherein the modified conjugated diene-based polymer has two or more modifying groups per molecule, and the modification between molecules is performed.
  • a rubber composition wherein groups have non-covalent bonds, and the energy per non-covalent bond is 10 to 200 kJ / mol.
  • the rubber composition according to the present invention is excellent in durability (crack resistance) and abrasion resistance while keeping low loss properties at a high level.
  • modified conjugated diene-based polymer and natural rubber which are essential components of the rubber composition of the present invention, and optional components will be described.
  • the rubber composition according to the present invention contains a modified conjugated diene-based polymer as a rubber component.
  • the modified conjugated diene-based polymer has two or more modifying groups per molecule, the modified groups between molecules have non-covalent bonds, and the energy per non-covalent bond is 10 to 200 kJ / mol of the modified conjugated diene-based polymer.
  • the modified conjugated diene polymer in the rubber composition of the present invention is excellent in low loss property and durability.
  • this is because the modified groups between the molecules have a non-covalent bond having a weak binding energy in the above specific range, so that the crosslinked product of the rubber composition can be used.
  • the non-covalent bond is maintained to maintain excellent non-coupling properties, while at high strains, non-covalent bonds are broken and loss occurs, resulting in excellent durability.
  • the energy per non-covalent bond is preferably 50 to 200 kJ / mol from the viewpoint of low loss and excellent durability.
  • the energy per one non-covalent bond is 10 kJ / mol or more, 20 kJ / mol or more, 30 kJ / mol or more, 40 kJ / mol or more, 50 kJ / mol or more, 60 kJ or more. / Mol or more, 70 kJ / mol or more, 80 kJ / mol or more, 90 kJ / mol or more, 100 kJ / mol or more, 110 kJ / mol or more, 130 kJ / mol or more, 140 kJ / mol or more, 150 kJ / mol or more, 160 kJ.
  • the energy per non-covalent bond is 200 kJ / mol or less, 195 kJ / mol or less, 190 kJ / mol or less, 180 kJ / mol or less, 170 kJ / mol or less, 160 kJ / mol or less, 150 kJ / mol or less, 130 kJ / mol or less, 130 kJ / mol or less, 110 kJ / mol or less, 100 kJ / mol or less, 90 kJ / mol or less, 80 kJ / mol or less, 70 kJ / mol or less, It is 60 kJ / mol or less, 50 kJ / mol or less,
  • the base polymer of the modified conjugated diene-based polymer may be a polymer containing at least a conjugated diene unit.
  • the base polymer include a polymer composed of only a conjugated diene unit; a copolymer containing at least a conjugated diene unit and an aromatic vinyl unit.
  • conjugated diene compound forming the conjugated diene unit examples include butadiene (1,3-butadiene), isoprene, 1,3-pentadiene, and 2,3-dimethylbutadiene.
  • the conjugated diene compound may be substituted or unsubstituted.
  • the conjugated diene compound has 4 to 8 carbon atoms.
  • butadiene and isoprene are preferred from the viewpoint of availability.
  • the conjugated diene compound is one or more selected from the group consisting of 1,3-butadiene and isoprene. In another embodiment, the conjugated diene compound is only 1,3-butadiene.
  • the content of the conjugated diene unit in the modified conjugated diene-based polymer is not particularly limited, and is, for example, 20 mol% or more, 30 mol% or more, 40 mol% or more, 50 mol% or more, 60 mol% or more, 70 mol% or more, 80 mol% or more. , 90 mol% or more or 95 mol% or more, and 100 mol% or less, 95 mol% or less, 90 mol% or less, 80 mol% or less, 70 mol% or less, 60 mol% or less, 50 mol% or less, 40 mol% or less, 30 mol% or less, or 20 mol% or less. It is. In one embodiment, the content of the conjugated diene unit in the modified conjugated diene-based polymer is 50 to 100 mol%.
  • aromatic vinyl compound forming the aromatic vinyl unit examples include styrene, alkylstyrene, and halogenated alkylstyrene.
  • aromatic vinyl compound styrene is preferred from the viewpoint of availability.
  • alkylstyrene for example, 4-methylstyrene, 3-methylstyrene, 2,4-dimethylstyrene and the like can be mentioned.
  • the alkyl group of the halogenated alkyl styrene has, for example, 1 to 5 carbon atoms.
  • the halogen in the halogenated alkylstyrene include fluorine, chlorine, bromine, and iodine.
  • the halogenated alkylstyrene include 4-chloromethylstyrene, 3-chloromethylstyrene, and the like.
  • the aromatic vinyl compound is one or more selected from the group consisting of styrene, alkylstyrene, and halogenated alkylstyrene.
  • the content of the aromatic vinyl unit in the modified conjugated diene-based polymer is not particularly limited, for example, 0.1 mol% 1 mol% or more, 5 mol% or more, 10 mol% or more, 20 mol% or more, 30 mol% or more, or 40 mol% or more, 40 mol% or less, 30 mol% or less, 20 mol% or less, 10 mol% or less, 5 mol% or less, 1 mol% Or less or 0.1 mol% or less.
  • the content of the aromatic vinyl unit in the modified conjugated diene-based polymer is 0 to 45 mol%.
  • the conjugated diene unit and the aromatic vinyl unit may each be used alone or in combination of two or more.
  • Examples of the base polymer of the modified conjugated diene-based polymer include styrene-butadiene copolymer, polybutadiene, and synthetic isoprene rubber.
  • the modifying group of the modified conjugated diene-based polymer is not particularly limited as long as the modifying group can form a non-covalent bond with each other and the energy per one non-covalent bond is 10 to 200 kJ / mol.
  • -COOM -OM (M is an alkali metal atom) and the like.
  • alkali metal atom examples include Li, Na, K, Rb, and Cs.
  • the modifying group is preferably at least one selected from the group consisting of -COOM and -OM (M is an alkali metal atom).
  • M is an alkali metal atom
  • the modifying group is preferably at least one selected from the group consisting of -COOLi and -OLi. This makes it possible to more easily introduce a coordination bond having an appropriate binding energy.
  • the modified conjugated diene-based polymer has two or more of the above-mentioned modifying groups per molecule. If it is less than 2 per molecule, it is insufficient in terms of low loss, durability (crack resistance) and abrasion resistance.
  • the number of the modifying groups contained in the modified conjugated diene-based polymer may be at least 2 per molecule, preferably 3 or more, more preferably 5 or more. In light of handleability, the number of modifying groups is preferably 30 or less, more preferably 15 or less, and still more preferably 10 or less per molecule.
  • the number of modifying groups in the modified conjugated diene-based polymer is 2 or more, 3 or more, 4 or more, 5 or more, 6 or more, 7 or more, 8 or more per molecule , 9 or more, 9.5 or more, 10 or more, 11 or more, 12 or more, 13 or more, 14 or more, 15 or more, 20 or more, 25 or more, or 30 or more.
  • the number of the modifying groups in the modified conjugated diene-based polymer is 30 or less, 25 or less, 20 or less, 19 or less, 18 or less, 17 or less, 16 or less per molecule. Below, 15 or less, 14 or less, 13 or less, 12 or less, 11 or less, 10 or less, 9.5 or less, 9 or less, 8 or less, 7 or less, 6 or less, 5 Below, 4 or less or 3 or less.
  • the molecular weight of the modified conjugated diene polymer is not particularly limited, and may be appropriately adjusted.
  • the weight average molecular weight (Mw) of the modified conjugated diene-based polymer is 100,000 or more or 150,000 or more, and 1,000,000 or less, 500,000 or less, or 200,000 or less.
  • the modified conjugated diene-based polymer preferably has a weight average molecular weight of 100,000 or more. Thereby, both crack resistance and wear resistance can be highly compatible. Further, from the viewpoint of crack resistance and abrasion resistance, the modified conjugated diene polymer preferably has a Mw of 150,000 to 250,000.
  • the modified conjugated diene-based polymer is preferably at least one selected from the group consisting of a modified styrene-butadiene copolymer and a modified polybutadiene.
  • the modified conjugated diene-based polymer may be used alone or in combination of two or more.
  • the ratio of the modified conjugated diene polymer in the rubber component may be appropriately adjusted.
  • the ratio of the mass of the modified conjugated diene polymer to the total mass of the modified conjugated diene polymer and the natural rubber is 10% by mass or more, 20% by mass or more, 30% by mass or more, 40% by mass or more, 50% by mass. % Or more, or 60% by mass or more, and 90% by mass or less, 80% by mass or less, 70% by mass or less, 60% by mass or less, 50% by mass or less, or 40% by mass or less.
  • the ratio of the mass of the modified conjugated diene polymer to the total mass of the modified conjugated diene polymer and the natural rubber is preferably 20 to 90% by mass.
  • the method for producing the modified conjugated diene polymer is not particularly limited, and for example, a production method including the following steps (i), (ii) and (iii) can be suitably used.
  • step (I) a step of forming a conjugated diene-based polymer by anionically polymerizing a conjugated diene compound alone or a conjugated diene compound and an aromatic vinyl compound in the presence of an alkali metal compound as a polymerization initiator (hereinafter, referred to as a “conjugated diene polymer”);
  • the step (i) may be carried out in the same manner as the conventionally known anionic polymerization described in JP-A-2013-249379, JP-A-2016-003246, JP-A-2014-227458 and the like.
  • Examples of the conjugated diene compound and the aromatic vinyl compound are as described above.
  • a compound containing at least a conjugated diene compound (optionally containing an aromatic vinyl compound described later) used to form a conjugated diene-based polymer in the step (i) may be collectively referred to as a monomer. .
  • the aromatic vinyl compound contains styrene and at least one selected from the group consisting of alkylstyrene and halogenated alkylstyrene. This makes it easier to introduce a modifying group.
  • a total of 0.1 to 3% by mass of at least one selected from the group consisting of the alkyl styrene and the halogenated alkyl styrene is contained with respect to the monomer forming the conjugated diene polymer. Is preferred. Thereby, it is excellent in low loss property and durability while ensuring workability at the time of manufacturing.
  • the alkylstyrene is 4-methylstyrene and the halogenated alkylstyrene is 4-chloromethylstyrene. This makes it easier to introduce a modifying group.
  • alkali metal compound used as the polymerization initiator a known alkali metal compound in anionic polymerization can be used.
  • alkali metal atom (M) include Li, Na, K, Rb, and Cs.
  • alkali metal compound include an organic alkali metal compound and an organic alkaline earth metal compound.
  • an organic alkali metal compound is preferable.
  • organic alkali metal compound examples include hydrocarbyl lithium and lithium amide compounds.
  • hydrocarbyl lithium for example, those having a hydrocarbyl group having 2 to 20 carbon atoms are preferable.
  • lithium amide compound examples include lithium hexamethylene imide, lithium pyrrolidide, lithium piperidide, lithium heptamethylene imide, lithium dodecamethylene imide, lithium dimethyl amide, lithium diethyl amide, lithium dibutyl amide, lithium dipropyl amide, and lithium dipropyl amide.
  • the alkali metal compound used in the step (i) is preferably n-butyllithium.
  • the amount of the alkali metal compound used in the step (i) may be appropriately adjusted. For example, if the amount is in the range of 0.2 to 20 mmol with respect to 100 parts by mass of the monomer forming the modified conjugated diene polymer. Good.
  • the alkali metal atom of the alkali metal compound added in the step of further adding an alkali metal compound to the conjugated diene-based polymer (hereinafter sometimes simply referred to as (ii) step)
  • Examples of M) include Li, Na, K, Rb, Cs and the like.
  • the alkali metal compound added in the step (ii) is the same as the alkali metal compound described in the step (i).
  • the alkali metal compounds in step (i) and step (ii) may be the same or different.
  • ⁇ ⁇ Sec-butyllithium is preferred as the alkali metal compound used in step (ii) because the modified conjugated diene-based polymer of the present invention can be synthesized more efficiently.
  • the alkali metal compound used in the step (i) is preferably n-butyllithium, and the alkali metal compound used in the step (ii) The compound is preferably sec-butyllithium.
  • an alkali metal compound is further added separately in the step (ii), whereby a portion other than one end of the polymer main chain of the conjugated diene-based polymer formed in the step (i) (polymer
  • An alkali metal atom is introduced in the middle of the main chain (for example, a hydrogen atom of a hydrocarbon chain is replaced with an alkali metal atom), and the introduced alkali metal atom reacts with a denaturant to form a non-covalent bond between molecules.
  • a modifying group that can be formed is introduced. Therefore, the number of modifying groups per molecule of the modified conjugated diene-based polymer can be two or more.
  • step (ii) when the step (ii) is not carried out, usually, an alkali metal is introduced only into the polymerization active terminal of the conjugated diene-based polymer, and A modifying group is introduced only at its end. Therefore, when the step (ii) is not performed, the number of the modified groups per molecule of the modified conjugated diene-based polymer is one.
  • the part where the alkali metal atom is introduced in the step (ii) is, for example, a tertiary carbon atom in a bonding part of styrene with the polymer main chain when styrene is used as the aromatic vinyl compound.
  • a tertiary carbon atom in a bonding part of styrene with the polymer main chain when styrene is used as the aromatic vinyl compound.
  • styrene and 4-methylstyrene are used as the aromatic vinyl compound, in addition to the tertiary carbon atom in the bonding portion of the styrene to the polymer main chain, the styrene and the 4-methylstyrene polymer An alkali metal atom is introduced into the tertiary carbon atom of the bonding moiety and the primary carbon atom of the methyl group at the 4-position.
  • the primary carbon atom has less steric hindrance than the tertiary carbon atom, and it is considered that the alkali metal atom is preferentially introduced into the primary carbon atom.
  • the hydrogen atom at the allylic position reacts with the alkali metal atom of the alkali metal compound to which the additionally added alkali metal compound is added. It is believed that atoms are introduced.
  • the amount of the alkali metal compound added in the step (ii) may be appropriately adjusted. For example, if the amount is in the range of 0.2 to 20 mmol with respect to 100 parts by mass of the monomer forming the modified conjugated diene-based polymer. Good.
  • the ratio ((ii) / (i)) of the amount (mmol) of the alkali metal compound added in the step (i) to the amount (mmol) of the alkali metal compound added in the step (ii) is 0.5 to 0.5. It is preferably 100, and more preferably 0.9 to 20.
  • the amount of the alkali metal compound added in the step (ii) may be, for example, modified conjugate
  • the amount may be in the range of 0.1 to 3 mmol, preferably 0.1 to 1 mmol, based on 100 parts by mass of the monomer forming the diene polymer.
  • the number of modified groups per molecule of the modified conjugated diene-based polymer can be obtained from the following formula.
  • Substance amount (mmol) of alkali metal compound added in step / amount of charged monomer for forming modified conjugated diene-based polymer (g) / number average molecular weight Mn of modified conjugated diene-based polymer)
  • step (Iii) modifying the product obtained in the step (ii) with a modifying agent to introduce a modifying group into the conjugated diene-based polymer (hereinafter sometimes simply referred to as the (iii) step).
  • a modifying agent include carbon dioxide (carbon dioxide) and carbon disulfide.
  • the modifier is carbon dioxide.
  • the polar group can be easily introduced into the non-polar polymer.
  • the amount of the modifier may be appropriately adjusted and is not particularly limited.
  • carbon dioxide when using carbon dioxide as a denaturing agent, carbon dioxide may be blown until the color of the solution containing the product of the step (ii) disappears.
  • the modifying group when carbon dioxide gas is used as the modifier, the modifying group is —COOM.
  • the modifying group when an aldehyde such as acetaldehyde is used as the modifier, the modifying group is -OM.
  • butadiene is used as the conjugated diene compound
  • styrene and 4-methylstyrene are used as the aromatic vinyl compound
  • n-butyllithium is used as the alkali metal compound in the step (i)
  • sec is used as the alkali metal compound in the step (ii).
  • 4 is a scheme showing an example of the steps (i) to (iii) when using -butyllithium and carbon dioxide gas as a modifier in the step (iii).
  • a Li atom is introduced only into the 4-position methyl portion of the 4-methylstyrene unit of the conjugated diene-based polymer in step (ii) is shown.
  • the carbon atom marked with * in the following formula that is, the tertiary carbon atom in the bonding portion with the polymer main chain of styrene and the tertiary carbon atom in the bonding portion with the polymer main chain of 4-methylstyrene, Can also introduce Li atoms.
  • the modified conjugated diene-based polymer obtained in the above example has —COOLi as a modifying group.
  • the O atom of the carbonyl group in this modified group is a modified group of another modified conjugated diene-based polymer molecule. It coordinates with the Li atom in it to form a coordination bond, which is a type of non-covalent bond. Since the Li atom has a coordination number of 4, the O atom of the carbonyl group of the modifying group in the two further modified conjugated diene-based polymer molecules can be coordinated to the Li atom.
  • step (ii) and the step (iii) may be performed simultaneously, or the step (iii) may be performed after the step (ii).
  • the above production method may include a step of washing the modified conjugated diene-based polymer obtained in the step (iii).
  • the solvent used for washing is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose. Examples thereof include methanol, ethanol, isopropanol, water, and buffered water.
  • the modified conjugated diene-based polymer it is preferable not to add an acid to the modified conjugated diene-based polymer. This is because, by adding an acid, for example, lithium may be removed from the modified conjugated diene-based polymer and may have no coordination bond.
  • a conjugated diene-based polymer (base polymer) may be formed by using a known production method.
  • a conjugated diene-based polymer may be formed by using the method for producing a multi-component copolymer described in (1).
  • the rubber composition according to the present invention contains a natural rubber as a rubber component.
  • a natural rubber as a rubber component.
  • durability crack resistance
  • abrasion resistance can be improved while keeping low loss properties at a high level.
  • Natural rubber may be used alone or in combination of two or more.
  • the rubber composition according to the present invention may or may not contain a rubber component other than the modified conjugated diene-based polymer and natural rubber.
  • Such other rubber components may be appropriately selected from known rubber components.
  • Other rubber components include, for example, synthetic isoprene rubber, butadiene rubber, styrene butadiene rubber, butyl rubber, bromide of a copolymer of isobutylene and p-methylstyrene, halogenated butyl rubber, acrylonitrilobutadiene rubber, chloroprene rubber, ethylene- Propylene rubber, ethylene-propylene-diene rubber, styrene isoprene rubber, styrene-isoprene-butadiene rubber, isoprene-butadiene rubber, chlorosulfonated polyethylene, acrylic rubber, epichlorohydrin rubber, polysulfide rubber, silicone rubber, fluorine rubber, urethane rubber,
  • a known additive that is blended in the rubber composition may be appropriately blended.
  • additives include fillers, vulcanizing agents (crosslinking agents), vulcanization accelerators, antioxidants, reinforcing agents, softeners, vulcanizing aids, coloring agents, flame retardants, lubricants, and foaming agents.
  • the rubber composition according to the present invention further includes a filler. Thereby, it is more excellent in low loss property and durability. Also, the wet grip performance is improved.
  • the filler examples include an inorganic filler and carbon black. Each of these may be used alone or in combination of two or more. In this specification, carbon black is not included in the inorganic filler.
  • inorganic filler for example, silica, aluminum hydroxide, clay, alumina, talc, mica, kaolin, glass balloon, glass beads, calcium carbonate, magnesium carbonate, magnesium hydroxide, magnesium oxide, titanium oxide, potassium titanate, Barium sulfate and the like can be mentioned.
  • a surface treatment of the inorganic filler may be appropriately performed using a silane coupling agent or the like.
  • GPF General @ Purpose @ Furance
  • FEF Flud @ Extruding @ Furance
  • SRF Semi-Reinforcing @ Furance
  • HAF High @ Abrasion @ Furance, Infra.Ference, InfraSurface, InfraSurface
  • GPF General @ Purpose @ Furance
  • FEF Flud @ Extruding @ Furance
  • SRF Semi-Reinforcing @ Furance
  • HAF High @ Abrasion @ Furance, Infra.Ference, InfraSurface, InfraSurface
  • the rubber composition according to the present invention contains a filler
  • its content may be appropriately adjusted.
  • the amount is 5 to 200 parts by mass, 10 to 200 parts by mass, or 10 to 130 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the rubber component.
  • the vulcanizing agent is not particularly limited and may be appropriately selected.
  • the vulcanizing agent include sulfur vulcanizing agents, organic peroxide vulcanizing agents, inorganic vulcanizing agents, polyamine vulcanizing agents, resin crosslinking agents, sulfur compound vulcanizing agents, oxime-nitrosamine vulcanizing agents. Agents, sulfur and the like.
  • the rubber composition according to the present invention contains a vulcanizing agent
  • its content may be appropriately adjusted.
  • the amount is 0.1 to 20 parts by mass or 0.1 to 10 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the rubber component.
  • the vulcanization accelerator is not particularly limited and may be appropriately selected.
  • Examples of the vulcanization accelerator include guanidine compounds, aldehyde-amine compounds, aldehyde-ammonia compounds, thiazole compounds, sulfenamide compounds, thiourea compounds, thiuram compounds, dithiocarbamate compounds, xanthate. And the like.
  • the rubber composition according to the present invention contains a vulcanization accelerator, its content may be appropriately adjusted.
  • the amount is 0.1 to 20 parts by mass or 0.1 to 10 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the rubber component.
  • the method for preparing the rubber composition according to the present invention is not particularly limited, and a known method can be used. For example, it can be obtained by kneading components including a modified conjugated diene polymer and natural rubber using a kneading machine such as a Banbury mixer, a roll, or an internal mixer.
  • a kneading machine such as a Banbury mixer, a roll, or an internal mixer.
  • the vulcanization accelerator and components other than the vulcanizing agent are mixed in a non-producing (non-pro) stage, and the vulcanizing accelerator and the vulcanizing agent are compounded and mixed in the mixture in the generating (pro) stage to obtain a rubber composition. May be prepared.
  • the rubber product obtained by using the rubber composition according to the present invention is not particularly limited, and includes, for example, tires, conveyor belts, vibration-isolating rubber, seismic isolation rubber, rubber crawlers, hoses, foams, and the like.
  • a method for obtaining a rubber product using the rubber composition according to the present invention is not particularly limited, and a known method can be used.
  • the conditions for crosslinking or vulcanizing the rubber composition may be appropriately adjusted, for example, a temperature of 120 to 200 ° C. and a heating time of 1 minute to 900 minutes.
  • the tire according to the present invention is a tire using any one of the above rubber compositions.
  • the application site of the rubber composition of the present invention in a tire is not particularly limited, and examples thereof include a tread rubber, a base tread rubber, a sidewall rubber, a side reinforcing rubber, and a bead filler.
  • the method for manufacturing the tire is not particularly limited, and a known method can be used.
  • Natural rubber RSS # 3
  • Modified conjugated diene polymer modified SBR, prepared by the method described below
  • Carbon black HAF, "N234" manufactured by Tokai Carbon Co., Ltd.
  • Oil "JOMO PROCESS NC300BN” manufactured by JX Nippon Oil & Energy Corporation Wax: trade name “Santite (registered trademark)” manufactured by Seiko Chemical Co., Ltd.
  • Anti-aging agent N- (1,3-dimethylbutyl) -N'-phenyl-p-phenylenediamine, trade name "Nocrack (registered trademark) 6C” manufactured by Ouchi Shinko Chemical Co., Ltd.
  • Vulcanization accelerator N- (cyclohexyl) -2-benzothiazolesulfenamide, trade name "NOXELLER (registered trademark) CZ-G” manufactured by Ouchi Shinko Chemical Co., Ltd.
  • the energy per non-covalent bond between the modified groups of the modified conjugated diene-based polymer was determined by the method described above.
  • the vinyl content (expressed as Vi in the table) [%] and the styrene content (expressed as St in the table) [%] of the butadiene portion of the polymer were obtained from the 1 H-NMR integration ratio. Was.
  • the weight average molecular weight of the polymer was determined by the method described above.
  • the number of modifying groups in the modified conjugated diene-based polymer was calculated by the method described above.
  • step (ii) N, N, N ', N'-tetramethylethylenediamine (418 mg), sec-butyllithium (1.0 M, 4.0 mL) and shaken at 70 ° C. for 2 hours.
  • step (iii) carbon dioxide gas was blown into the solution obtained in the step (ii) until the color disappeared to complete the denaturation reaction.
  • BHT 2,6-di-t-butyl-p-cresol
  • a rubber composition was produced according to the compounding recipes shown in Tables 1 and 2 using a normal Banbury mixer. Then, for this rubber composition, a tensile stress at 100% elongation (expressed as 100% stress in Table 2) was measured in accordance with JIS K6251 as shown below. The rubber vulcanizate obtained by vulcanizing this rubber composition at 160 ° C. for 20 minutes was evaluated for low loss, crack growth resistance and abrasion resistance as described below. Table 2 shows the results.
  • ⁇ Low loss property> Using a viscoelasticity measuring device manufactured by TA Instruments, the loss tangent (tan ⁇ ) was measured at a temperature of 50 ° C., a frequency of 15 Hz, and a strain of 10%. The value of tan ⁇ was calculated by taking the reciprocal of the value and taking the value of Comparative Example 1 as 100 to indicate an index. The larger the index value, the better the low loss property.
  • the durability (crack resistance) and the abrasion resistance are excellent while the low loss property is maintained at a high level.
  • the stress is also improved. Even if the rubber has a high stress, the durability (crack resistance) is improved, and the durability can be further improved by lowering the stress.
  • the present invention it is possible to provide a rubber composition that is excellent in durability (crack resistance) and abrasion resistance while maintaining low loss properties at a high level. Further, according to the present invention, it is possible to provide a tire excellent in durability (crack resistance) and abrasion resistance while maintaining a low loss property at a high level.

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Abstract

低ロス性を高レベルに保ちながら、耐久性(耐亀裂性)と耐摩耗性とに優れるゴム組成物およびタイヤを提供すること。変性共役ジエン系重合体と、天然ゴムと、を含み、前記変性共役ジエン系重合体は、一分子当たり変性基を2個以上有し、分子間の当該変性基同士が非共有結合を有し、当該非共有結合1つ当たりのエネルギーが10~200kJ/molである、ゴム組成物。当該ゴム組成物を用いた、タイヤ。

Description

ゴム組成物およびタイヤ 関連出願の相互参照
 本願は、2018年9月20日に出願の日本国特許出願第2018-176252号および2019年4月10日に出願の日本国特許出願第2019-075022号の優先権の利益を主張するものであり、それらの内容は、参照により本願に組み込まれる。
 本発明は、ゴム組成物およびタイヤに関する。
 近年、自動車の低燃費化に対する要求はより過酷なものとなりつつある。このような要求に対応するため、タイヤ性能についても転がり抵抗の低減が求められている。タイヤの転がり抵抗を下げる手法としては、ゴム組成物としてより発熱性の低い(低ロス性)材料を用いることが最も一般的な手法として行われている。
 このような方法としては、例えば、充填剤にカーボンブラックを用い、重合活性末端をスズ化合物にて修飾する方法(例えば、特許文献1参照)、同様にカーボンブラックを用い、重合活性末端にアミノ基を導入する方法(例えば、特許文献2参照)などが開示されている。
特開昭60-255838号公報 特開昭62-207342号公報
 しかし、一般に高分子材料では、ヒステリシスロスが低いほど破壊へエネルギーが多くまわるため、強度(耐久性)は低下する。
 また、ゴム組成物を用いたタイヤなどのゴム物品の耐摩耗性を向上することも求められている。
 そこで、本発明は、低ロス性を高レベルに保ちながら、耐久性(耐亀裂性)と耐摩耗性とに優れるゴム組成物を提供することを目的とする。また、本発明は、低ロス性を高レベルに保ちながら、耐久性(耐亀裂性)と耐摩耗性とに優れるタイヤを提供することを目的とする。
 本発明に係るゴム組成物は、変性共役ジエン系重合体と、天然ゴムと、を含み、前記変性共役ジエン系重合体は、一分子当たり変性基を2個以上有し、分子間の当該変性基同士が非共有結合を有し、当該非共有結合1つ当たりのエネルギーが10~200kJ/molである、ゴム組成物である。
 本発明に係るゴム組成物は、低ロス性を高レベルに保ちながら、耐久性(耐亀裂性)と耐摩耗性とに優れる。
 本発明に係るタイヤは、上記いずれかのゴム組成物を用いた、タイヤである。
 本発明に係るタイヤによれば、低ロス性を高レベルに保ちながら、耐久性(耐亀裂性)と耐摩耗性とに優れる。
 本発明によれば、低ロス性を高レベルに保ちながら、耐久性(耐亀裂性)と耐摩耗性とに優れるゴム組成物を提供することができる。また、本発明によれば、低ロス性を高レベルに保ちながら、耐久性(耐亀裂性)と耐摩耗性とに優れるタイヤを提供することができる。
 以下、本発明の実施形態について説明する。これらの記載は、本発明の例示を目的とするものであり、本発明を何ら限定するものではない。
 本発明では、2以上の実施形態を任意に組み合わせることができる。
 本明細書において、「共役ジエン単位」は、変性共役ジエン系重合体における、共役ジエン化合物に由来する単位を指す。本明細書において、「共役ジエン化合物」は、共役系のジエン化合物を指す。
 本発明において、変性共役ジエン系重合体の変性基同士の非共有結合1つ当たりのエネルギーは、M06/6-31G(d,p)を基底関数として、量子化学計算プログラムにGaussian09を用いて求める。結合エネルギーは以下の通り計算する。まず非共有結合を形成するモノマーユニットだけをとりだし、会合状態のモデルを作製し会合状態のエネルギーを計算する。次いで会合状態を十分引き離し、解離状態のエネルギーを計算する。この会合状態のエネルギーと解離状態のエネルギーとの差から一分子あたりの結合エネルギーを求め、配位結合の数で割ることで1つあたりの結合エネルギーとする。
 本発明において、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:東ソー社製「HLC-8020」、カラム:東ソー社製「GMH-XL」(2本直列)、検出器:示差屈折率計(RI)]で単分散ポリスチレンから検量線を作製し、各変性共役ジエン系重合体のポリスチレン換算の重量平均分子量(Mw)を求める。重合瓶から重合セメントを一部抜き取り、脱気したイソプロパノールで重合反応を停止させ、THFで薄めた溶液のMwを測定することで、変性共役ジエン系共重合体のポリスチレン換算重量平均分子量とする。
(ゴム組成物)
 本発明に係るゴム組成物は、変性共役ジエン系重合体と、天然ゴムと、を含み、前記変性共役ジエン系重合体は、一分子当たり変性基を2個以上有し、分子間の当該変性基同士が非共有結合を有し、当該非共有結合1つ当たりのエネルギーが10~200kJ/molである、ゴム組成物である。
 本発明に係るゴム組成物は、低ロス性を高レベルに保ちながら、耐久性(耐亀裂性)と耐摩耗性とに優れる。
 以下、本発明のゴム組成物の必須成分である、変性共役ジエン系重合体および天然ゴムと、任意成分を例示説明する。
<変性共役ジエン系重合体>
 本発明に係るゴム組成物は、ゴム成分として、変性共役ジエン系重合体を含む。当該変性共役ジエン系重合体は、一分子当たり変性基を2個以上有し、分子間の当該変性基同士が非共有結合を有し、当該非共有結合1つ当たりのエネルギーが10~200kJ/molである、変性共役ジエン系重合体である。
 本発明のゴム組成物における変性共役ジエン系重合体は、低ロス性と耐久性に優れる。理論に拘束されることを望むものではないが、この理由は、分子間の当該変性基同士が、上記特定範囲の弱い結合エネルギーを持つ非共有結合を有することにより、ゴム組成物の架橋物において、低歪では、非共有結合を維持することによって低ロス性に優れ、一方、高歪では、非共有結合が切れて、ロスが発生することによって、耐久性に優れるものと推測される。
 変性共役ジエン系重合体において、前記非共有結合1つ当たりのエネルギーは、低ロス性と耐久性に優れる観点から、50~200kJ/molであることが好ましい。
 一実施形態では、変性共役ジエン系重合体において、前記非共有結合1つ当たりのエネルギーは、10kJ/mol以上、20kJ/mol以上、30kJ/mol以上、40kJ/mol以上、50kJ/mol以上、60kJ/mol以上、70kJ/mol以上、80kJ/mol以上、90kJ/mol以上、100kJ/mol以上、110kJ/mol以上、120kJ/mol以上、130kJ/mol以上、140kJ/mol以上、150kJ/mol以上、160kJ/mol以上、170kJ/mol以上、180kJ/mol以上、190kJ/mol以上または195kJ/mol以上である。別の実施形態では、変性共役ジエン系重合体において、前記非共有結合1つ当たりのエネルギーは、200kJ/mol以下、195kJ/mol以下、190kJ/mol以下、180kJ/mol以下、170kJ/mol以下、160kJ/mol以下、150kJ/mol以下、140kJ/mol以下、130kJ/mol以下、120kJ/mol以下、110kJ/mol以下、100kJ/mol以下、90kJ/mol以下、80kJ/mol以下、70kJ/mol以下、60kJ/mol以下、50kJ/mol以下、40kJ/mol以下、30kJ/mol以下または20kJ/mol以下である。
 変性共役ジエン系重合体のベースポリマー、すなわち、変性前の共役ジエン系重合体は、少なくとも共役ジエン単位を含む重合体であればよい。ベースポリマーとしては、例えば、共役ジエン単位のみからなる重合体;少なくとも共役ジエン単位と芳香族ビニル単位とを含む共重合体などが挙げられる。
 共役ジエン単位を形成する共役ジエン化合物としては、例えば、ブタジエン(1,3-ブタジエン)、イソプレン、1,3-ペンタジエン、2,3-ジメチルブタジエンなどが挙げられる。共役ジエン化合物は、置換されていてもよいし、非置換であってもよい。一実施形態では、共役ジエン化合物の炭素数は、4~8である。共役ジエン化合物としては、入手容易性の観点から、ブタジエン、イソプレンが好ましい。
 一実施形態では、共役ジエン化合物は、1,3-ブタジエンおよびイソプレンからなる群より選択される1種以上である。別の実施形態では、共役ジエン化合物は、1,3-ブタジエンのみである。
 変性共役ジエン系重合体中の共役ジエン単位の含有量は、特に限定されず、例えば、20mol%以上、30mol%以上、40mol%以上、50mol%以上、60mol%以上、70mol%以上、80mol%以上、90mol%以上または95mol%以上であり、100mol%以下、95mol%以下、90mol%以下、80mol%以下、70mol%以下、60mol%以下、50mol%以下、40mol%以下、30mol%以下または20mol%以下である。一実施形態では、変性共役ジエン系重合体中の共役ジエン単位の含有量は、50~100mol%である。
 芳香族ビニル単位を形成する芳香族ビニル化合物としては、例えば、スチレン、アルキルスチレン、ハロゲン化アルキルスチレンなどが挙げられる。芳香族ビニル化合物としては、入手容易性の観点から、スチレンが好ましい。
 アルキルスチレンとしては、例えば、4-メチルスチレン、3-メチルスチレン、2,4-ジメチルスチレンなどが挙げられる。
 ハロゲン化アルキルスチレンのアルキル基の炭素数は、例えば、1~5個である。ハロゲン化アルキルスチレンのハロゲンとしては、例えば、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素などが挙げられる。ハロゲン化アルキルスチレンとしては、例えば、4-クロロメチルスチレン、3-クロロメチルスチレンなどが挙げられる。
 一実施形態では、芳香族ビニル化合物は、スチレン、アルキルスチレンおよびハロゲン化アルキルスチレンからなる群より選択される1種以上である。
 変性共役ジエン系重合体が、共役ジエン単位に加えて芳香族ビニル単位を含む場合、変性共役ジエン系重合体中の芳香族ビニル単位の含有量は、特に限定されず、例えば、0.1mol%以上、1mol%以上、5mol%以上、10mol%以上、20mol%以上、30mol%以上または40mol%以上であり、40mol%以下、30mol%以下、20mol%以下、10mol%以下、5mol%以下、1mol%以下または0.1mol%以下である。一実施形態では、変性共役ジエン系重合体中の芳香族ビニル単位の含有量は、0~45mol%である。
 共役ジエン単位および芳香族ビニル単位は、それぞれ、1種単独で、または2種以上を組み合わせて用いてもよい。
 変性共役ジエン系重合体のベースポリマーとしては、例えば、スチレンブタジエン共重合体、ポリブタジエン、合成イソプレンゴムなどが挙げられる。
 変性共役ジエン系重合体が有する変性基としては、変性基同士で非共有結合を形成することができ、当該非共有結合1つ当たりのエネルギーが10~200kJ/molであれば、特に限定されず、例えば、-COOM、-OM(Mは、アルカリ金属原子である)などが挙げられる。
 アルカリ金属原子(M)としては、例えば、Li、Na、K、Rb、Csなどが挙げられる。
 本発明に係るゴム組成物では、前記変性基が、-COOMおよび-OM(Mは、アルカリ金属原子である)からなる群より選択される1種以上であることが好ましい。これにより、適度な結合エネルギーをもつ配位結合を導入することができる。
 本発明に係るゴム組成物では、前記変性基が、-COOLiおよび-OLiからなる群より選択される1種以上であることが好ましい。これにより、適度な結合エネルギーを持つ配位結合をより容易に導入することができる。
 変性共役ジエン系重合体は、上述した変性基を一分子当たり2個以上有する。一分子当たり2個未満の場合、低ロス性、耐久性(耐亀裂性)および耐摩耗性の点で不十分である。
 変性共役ジエン系重合体が有する変性基の数は、一分子当たり2個以上であればよく、3個以上が好ましく、5個以上がより好ましい。取り扱い性の観点から、変性基の数は、一分子当たり30個以下が好ましく、15個以下がより好ましく、10個以下が更に好ましい。
 一実施形態では、変性共役ジエン系重合体が有する変性基の数は、一分子当たり、2個以上、3個以上、4個以上、5個以上、6個以上、7個以上、8個以上、9個以上、9.5個以上、10個以上、11個以上、12個以上、13個以上、14個以上、15個以上、20個以上、25個以上または30個以上である。別の実施形態では、変性共役ジエン系重合体が有する変性基の数は、一分子当たり、30個以下、25個以下、20個以下、19個以下、18個以下、17個以下、16個以下、15個以下、14個以下、13個以下、12個以下、11個以下、10個以下、9.5個以下、9個以下、8個以下、7個以下、6個以下、5個以下、4個以下または3個以下である。
 変性共役ジエン系重合体の分子量は特に限定されず、適宜調節すればよい。例えば、変性共役ジエン系重合体の重量平均分子量(Mw)は、100,000以上または150,000以上であり、1,000,000以下、500,000以下または200,000以下である。
 本発明に係るゴム組成物では、前記変性共役ジエン系重合体の重量平均分子量が、100,000以上であることが好ましい。これにより、耐亀裂性と耐摩耗性を高度に両立することができる。また、耐亀裂性と耐摩耗性との観点から、変性共役ジエン系重合体のMwは、150,000~250,000であることが好ましい。
 本発明に係るゴム組成物では、前記変性共役ジエン系重合体が、変性スチレンブタジエン共重合体および変性ポリブタジエンからなる群より選択される1種以上であることが好ましい。これにより、低ロス性を高レベルに保ちながら、耐亀裂性と耐摩耗性とにより優れる。
 変性共役ジエン系重合体は、1種単独で、または2種以上を組み合わせて用いてもよい。
 ゴム成分における変性共役ジエン系重合体の割合は、適宜調節すればよい。例えば、変性共役ジエン系重合体および天然ゴムの合計質量に対する、変性共役ジエン系重合体の質量の割合は、10質量%以上、20質量%以上、30質量%以上、40質量%以上、50質量%以上または60質量%以上であり、90質量%以下、80質量%以下、70質量%以下、60質量%以下、50質量%以下または40質量%以下である。
 本発明に係るゴム組成物では、前記変性共役ジエン系重合体および前記天然ゴムの合計質量に対する、前記変性共役ジエン系重合体の質量の割合が、20~90質量%であることが好ましい。これにより、低ロス性を高レベルに保ちながら、耐亀裂性をより向上することができる。
<変性共役ジエン系重合体の製造方法>
 変性共役ジエン系重合体の製造方法は、特に限定されず、例えば、以下の(i)、(ii)および(iii)工程を含む製造方法を好適に用いることができる。
 (i)重合開始剤としてのアルカリ金属化合物の存在下、共役ジエン化合物単独で、または共役ジエン化合物と芳香族ビニル化合物とを、アニオン重合して、共役ジエン系重合体を形成する工程、
 (ii)(i)工程の後、前記共役ジエン系重合体に、アルカリ金属化合物をさらに添加する工程、および
 (iii)(ii)工程で得られた生成物を変性剤と反応させて、前記共役ジエン系重合体に変性基を導入する工程。
 (i)重合開始剤としてのアルカリ金属化合物の存在下、共役ジエン化合物単独で、または共役ジエン化合物と芳香族ビニル化合物とを、アニオン重合して、共役ジエン系重合体を形成する工程(以下、単に(i)工程ということがある)は、例えば、特開2013-249379号、特開2016-003246号、特開2014-227458号などに記載の従来公知のアニオン重合と同様に行うことができる。共役ジエン化合物と芳香族ビニル化合物の例は、上述したとおりである。
 本明細書では、(i)工程で共役ジエン系重合体を形成するために用いられる少なくとも共役ジエン化合物を含む化合物(任意に、後述する芳香族ビニル化合物を含む)をまとめてモノマーということがある。
 一実施形態では、前記芳香族ビニル化合物が、スチレンと、アルキルスチレンおよびハロゲン化アルキルスチレンからなる群より選択される1種以上とを含むことが好ましい。これにより、変性基の導入がより容易になる。
 一実施形態では、前記共役ジエン系重合体を形成するモノマーに対して、前記アルキルスチレンおよびハロゲン化アルキルスチレンからなる群より選択される1種以上を合計0.1~3質量%の量で含むことが好ましい。これにより、製造時の作業性を確保しながら、低ロス性と耐久性に優れる。
 一実施形態では、前記アルキルスチレンが、4-メチルスチレンであり、前記ハロゲン化アルキルスチレンが、4-クロロメチルスチレンであることが好ましい。これにより、変性基の導入がさらに容易になる。
 重合開始剤として用いるアルカリ金属化合物としては、アニオン重合において公知のアルカリ金属化合物を用いることができる。アルカリ金属原子(M)としては、例えば、Li、Na、K、Rb、Csなどが挙げられる。アルカリ金属化合物としては、例えば、有機アルカリ金属化合物、有機アルカリ土類金属化合物などが挙げられる。アルカリ金属化合物としては、有機アルカリ金属化合物が好ましい。
 有機アルカリ金属化合物としては、例えば、ヒドロカルビルリチウムおよびリチウムアミド化合物などが挙げられる。
 ヒドロカルビルリチウムとしては、例えば、炭素数2~20のヒドロカルビル基を有するものが好ましく、例えば、エチルリチウム、n-プロピルリチウム、イソプロピルリチウム、n-ブチルリチウム、イソブチルリチウム、sec-ブチルリチウム、tert-ブチルリチウム、tert-オクチルリチウム、n-デシルリチウム、フェニルリチウム、2-ナフチルリチウム、2-ブチルフェニルリチウム、4-フェニルブチルリチウム、シクロへキシルリチウム、シクロベンチルリチウム、ジイソプロペニルベンゼンとブチルリチウムとの反応生成物などが挙げられる。
 リチウムアミド化合物としては、例えば、リチウムヘキサメチレンイミド、リチウムピロリジド、リチウムピペリジド、リチウムへプタメチレンイミド、リチウムドデカメチレンイミド、リチウムジメチルアミド、リチウムジエチルアミド、リチウムジブチルアミド、リチウムジプロピルアミド、リチウムジへプチルアミド、リチウムジへキシルアミド、リチウムジオクチルアミド、リチウムジ-2-エチルへキシルアミド、リチウムジデシルアミド、リチウム-N-メチルピベラジド、リチウムエチルプロピルアミド、リチウムエチルブチルアミド、リチウムエチルベンジルアミド、リチウムメチルフェネチルアミドなどが挙げられる。
 より効率よく本発明の変性共役ジエン系重合体を合成することができることから、(i)工程で使用するアルカリ金属化合物は、n-ブチルリチウムが好ましい。
 (i)工程で使用するアルカリ金属化合物の量は、適宜調節すればよいが、例えば、変性共役ジエン系重合体を形成するモノマー100質量部に対して、0.2~20mmolの範囲とすればよい。
 (ii)(i)工程の後、前記共役ジエン系重合体に、アルカリ金属化合物をさらに添加する工程(以下、単に(ii)工程ということがある)で添加するアルカリ金属化合物のアルカリ金属原子(M)としては、例えば、Li、Na、K、Rb、Csなどが挙げられる。
 (ii)工程で添加するアルカリ金属化合物としては、(i)工程で説明したアルカリ金属化合物と同様である。(i)工程と(ii)工程のアルカリ金属化合物は、同じであってもよいし、異なっていてもよい。
 より効率よく本発明の変性共役ジエン系重合体を合成することができることから、(ii)工程で使用するアルカリ金属化合物は、sec-ブチルリチウムが好ましい。
 より効率よく本発明の変性共役ジエン系重合体を合成することができることから、(i)工程で使用するアルカリ金属化合物は、n-ブチルリチウムが好ましく、かつ、(ii)工程で使用するアルカリ金属化合物は、sec-ブチルリチウムが好ましい。
 (i)工程の後、別個に(ii)工程でアルカリ金属化合物をさらに添加することによって、(i)工程で形成された共役ジエン系重合体のポリマー主鎖の一方の末端以外の部分(ポリマー主鎖の途中など)にアルカリ金属原子が導入され(炭化水素鎖の水素原子がアルカリ金属原子で置換され)、その導入されたアルカリ金属原子が変性剤と反応し、分子間で非共有結合を形成し得る変性基が導入される。したがって、変性共役ジエン系重合体一分子当たりの変性基を2個以上とすることができる。
 上記一例の(i)、(ii)および(iii)工程を含む製造方法において、(ii)工程を行わない場合、通常、共役ジエン系重合体の重合活性末端のみにアルカリ金属が導入され、そしてその末端のみに変性基が導入される。したがって、(ii)工程を行わない場合、変性共役ジエン系重合体一分子当たりの変性基数は、1個となる。
 (ii)工程でアルカリ金属原子が導入される部分は、例えば、芳香族ビニル化合物としてスチレンを用いた場合、スチレンのポリマー主鎖との結合部分の3級炭素原子である。この他、例えば、芳香族ビニル化合物としてスチレンと、4-メチルスチレンを用いた場合、スチレンのポリマー主鎖との結合部分の3級炭素原子に加えて、4-メチルスチレンのポリマー主鎖との結合部分の3級炭素原子および4位のメチル基の1級炭素原子に、アルカリ金属原子が導入される。この場合、3級炭素原子よりも、1級炭素原子の方が、立体障害が小さいため、1級炭素原子の方にアルカリ金属原子が優先的に導入されると考えられる。また、芳香族ビニル化合物を含まない重合体の系では、芳香族ビニル化合物の場合より活性は劣るものの、アリル位の水素原子が追加で添加したアルカリ金属化合物のアルカリ金属原子と反応し、アルカリ金属原子が導入されると考えられる。
 (ii)工程で添加するアルカリ金属化合物の量は、適宜調節すればよいが、例えば、変性共役ジエン系重合体を形成するモノマー100質量部に対して、0.2~20mmolの範囲とすればよい。
 (i)工程で添加するアルカリ金属化合物の量(mmol)と、(ii)工程で添加するアルカリ金属化合物の量(mmol)との比率((ii)/(i))は、0.5~100であることが好ましく、0.9~20であることがより好ましい。
 前記芳香族ビニル化合物が、スチレンと、アルキルスチレンおよびハロゲン化アルキルスチレンからなる群より選択される1種以上とを含む場合、(ii)工程で添加するアルカリ金属化合物の量は、例えば、変性共役ジエン系重合体を形成するモノマー100質量部に対して、0.1~3mmolの範囲とすればよく、0.1~1mmolが好ましい。これにより、作業性を確保しながら、低ロス性と耐久性に優れる。
 上記一例の(i)、(ii)および(iii)工程を含む製造方法を用いる場合、変性共役ジエン系重合体一分子当たりの変性基数は、以下の式から求められる。
 (ii)工程で添加するアルカリ金属化合物の物質量(mmol)/(変性共役ジエン系重合体を形成するモノマーの仕込み量(g)/変性共役ジエン系重合体の数平均分子量Mn)
 上記(i)、(ii)および(iii)工程を含む製造方法において、変性共役ジエン系重合体一分子当たりの変性基を2個以上とする方法としては、例えば、(ii)工程で添加するアルカリ金属の量を増やす;および/または、モノマーとしての芳香族ビニル化合物の量を増やすなどが挙げられる。
 (iii)(ii)工程で得られた生成物を変性剤と反応させて、前記共役ジエン系重合体に変性基を導入する工程(以下、単に(iii)工程ということがある)で用いる変性剤としては、例えば、炭酸ガス(二酸化炭素)、二硫化炭素などが挙げられる。
 前記変性剤は、炭酸ガスであることが好ましい。これにより、極性基を容易に非極性ポリマー中へ導入することができる。
 変性剤の量は、適宜調節すればよく、特に限定されない。例えば、変性剤として炭酸ガスを用いる場合、(ii)工程の生成物を含む溶液の色が消えるまで炭酸ガスを吹き込めばよい。
 例えば、変性剤として、炭酸ガスを用いた場合、変性基は、-COOMとなる。例えば、変性剤として、アセトアルデヒドなどのアルデヒドを用いた場合、変性基は、-OMとなる。
 以下のスキームは、共役ジエン化合物としてブタジエンを、芳香族ビニル化合物としてスチレンと4-メチルスチレンを、(i)工程のアルカリ金属化合物としてn-ブチルリチウムを、(ii)工程のアルカリ金属化合物としてsec-ブチルリチウムを、(iii)工程の変性剤として炭酸ガスを、それぞれ、用いた場合の(i)~(iii)工程の一例を示したスキームである。なお、この一例では、説明の簡略化のため、(ii)工程で共役ジエン系重合体の4-メチルスチレン単位の4位のメチル部分のみにLi原子が導入された中間体生成物を示しているが、下記式中の*の付いた炭素原子、すなわち、スチレンのポリマー主鎖との結合部分の3級炭素原子と、4-メチルスチレンのポリマー主鎖との結合部分の3級炭素原子にもLi原子が導入され得る。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
 上の一例で得られた変性共役ジエン系重合体は、変性基として-COOLiを有し、例えば、この変性基中のカルボニル基のO原子が、別の変性共役ジエン系重合体分子の変性基中のLi原子に配位して非共有結合の一種である配位結合を形成する。なお、Li原子は配位数が4であるため、さらにもう二つの変性共役ジエン系重合体分子中の変性基のカルボニル基のO原子が前記Li原子に配位し得る。
 上記製造方法では、(ii)工程と(iii)工程を同時に行ってもよいし、(ii)工程の後に、(iii)工程を行ってもよい。
 上記製造方法では、(i)、(ii)および(iii)工程の他、(iii)工程において得られた変性共役ジエン系重合体を洗浄する工程などを含んでいてもよい。洗浄に用いる溶媒としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、メタノール、エタノール、イソプロパノール、水、バッファー水などが挙げられる。
 本発明においては、変性共役ジエン系重合体に対して、酸を添加しないことが好ましい。酸を加えることで、例えばリチウムが変性共役ジエン系重合体から除かれ、配位結合を有さなくなる可能性があるためである。
 上述した(i)工程に代えて、公知の製造方法を用いて、共役ジエン系重合体(ベースポリマー)を形成してもよく、例えば、特開2017-101181号公報、国際公開第2015/190072号などに記載の多元共重合体の製造方法を用いて、共役ジエン系重合体を形成してもよい。
<天然ゴム>
 本発明に係るゴム組成物は、ゴム成分として、天然ゴムを含む。天然ゴムと、上記変性共役ジエン系重合体とのブレンドにより、低ロス性を高レベルに保ちながら、耐久性(耐亀裂性)と耐摩耗性とを向上することができる。天然ゴムは、1種単独で、または2種以上を組み合わせて用いてもよい。
<その他のゴム成分>
 本発明に係るゴム組成物には、上記変性共役ジエン系重合体と天然ゴム以外のゴム成分が含まれていてもよいし、含まれていなくてもよい。このようなその他のゴム成分は、公知のゴム成分から適宜選択すればよい。その他のゴム成分としては、例えば、合成イソプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレンブタジエンゴム、ブチルゴム、イソブチレンとp-メチルスチレンの共重合体の臭化物、ハロゲン化ブチルゴム、アクリロニトリロブタジエンゴム、クロロプレンゴム、エチレン-プロピレンゴム、エチレン-プロピレン-ジエンゴム、スチレンイソプレンゴム、スチレン-イソプレン-ブタジエンゴム、イソプレン-ブタジエンゴム、クロロスルホン化ポリエチレン、アクリルゴム、エピクロルヒドリンゴム、多硫化ゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム、ウレタンゴム、などが挙げられる。これらのその他のゴム成分は、1種単独で、または2種以上を組み合わせて用いてもよい。
<その他の成分>
 本発明に係るゴム組成物には、上記ゴム成分の他、ゴム組成物に配合される公知の添加剤を適宜配合してもよい。このような添加剤としては、例えば、フィラー、加硫剤(架橋剤)、加硫促進剤、老化防止剤、補強剤、軟化剤、加硫助剤、着色剤、難燃剤、滑剤、発泡剤、可塑剤、加工助剤、酸化防止剤、スコーチ防止剤、紫外線防止剤、帯電防止剤、着色防止剤、オイルなどが挙げられる。これらは、それぞれ、1種単独で、または2種以上を組み合わせて用いてもよい。
 本発明に係るゴム組成物は、フィラーをさらに含むことが好ましい。これにより、低ロス性と耐久性により優れる。また、ウェットグリップ性能も向上する。
<フィラー>
 フィラーとしては、例えば、無機充填剤およびカーボンブラックなどが挙げられる。これらは、それぞれ、1種単独で、または2種以上を組み合わせて用いてもよい。本明細書において、カーボンブラックは、無機充填剤には含まれないものとする。
 無機充填剤としては、例えば、シリカ、水酸化アルミニウム、クレー、アルミナ、タルク、マイカ、カオリン、ガラスバルーン、ガラスビーズ、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、水酸化マグネシウム、酸化マグネシウム、酸化チタン、チタン酸カリウム、硫酸バリウムなどが挙げられる。
 無機充填剤を用いる場合、シランカップリング剤などを使用して、適宜無機充填剤の表面処理をしてもよい。
 カーボンブラックとしては、例えば、GPF(General Purpose Furnace)、FEF(Fast Extruding Furnace)、SRF(Semi-Reinforcing Furnace)、HAF(High Abrasion Furnace)、SAF(Super Abrasion Furnace)、ISAF(Intermediate SAF)グレードのものなどが挙げられる。
 本発明に係るゴム組成物がフィラーを含む場合、その含有量は適宜調節すればよい。例えば、ゴム成分100質量部に対して、5~200質量部、10~200質量部または10~130質量部である。
<加硫剤(架橋剤)>
 加硫剤(架橋剤)としては、特に制限はなく、適宜選択すればよい。加硫剤としては、例えば、硫黄系加硫剤、有機過酸化物系加硫剤、無機加硫剤、ポリアミン加硫剤、樹脂架橋剤、硫黄化合物系加硫剤、オキシム-ニトロソアミン系加硫剤、硫黄などが挙げられる。
 本発明に係るゴム組成物が加硫剤を含む場合、その含有量は適宜調節すればよい。例えば、ゴム成分100質量部に対し、0.1~20質量部または0.1~10質量部である。
<加硫促進剤>
 加硫促進剤としては、特に制限はなく、適宜選択すればよい。加硫促進剤としては、例えば、グアジニン系化合物、アルデヒド-アミン系化合物、アルデヒド-アンモニア系化合物、チアゾール系化合物、スルフェンアミド系化合物、チオ尿素系化合物、チウラム系化合物、ジチオカルバメート系化合物、ザンテート系化合物などが挙げられる。
 本発明に係るゴム組成物が加硫促進剤を含む場合、その含有量は適宜調節すればよい。例えば、ゴム成分100質量部に対し、0.1~20質量部または0.1~10質量部である。
 本発明に係るゴム組成物の調製方法は特に限定されず、公知の方法を用いることができる。例えば、変性共役ジエン系重合体と天然ゴムとを含む各成分を、バンバリーミキサー、ロール、インターナルミキサーなどの混練り機を用いて混練りすることによって得られる。また、加硫促進剤と加硫剤以外の成分を非生成(ノンプロ)段階で混合し、その混合物に加硫促進剤と加硫剤を生成(プロ)段階で配合および混合してゴム組成物を調製してもよい。
(ゴム製品)
 本発明に係るゴム組成物を用いて得られるゴム製品としては、特に限定されないが、例えば、タイヤ、コンベヤベルト、防振ゴム、免震ゴム、ゴムクローラ、ホース、発泡体などが挙げられる。
 本発明に係るゴム組成物を用いてゴム製品を得る方法は、特に限定されず、公知の方法を用いることができる。ゴム組成物を架橋ないし加硫する条件としては、適宜調節すればよく、例えば、温度120~200℃、加温時間1分間~900分間とすればよい。
(タイヤ)
 本発明に係るタイヤは、上記いずれかのゴム組成物を用いた、タイヤである。本発明のゴム組成物のタイヤにおける適用部位としては、特に限定されないが、例えば、トレッドゴム、ベーストレッドゴム、サイドウォールゴム、サイド補強ゴムおよびビードフィラーなどが挙げられる。
 タイヤを製造する方法としては、特に限定されず、公知の方法を用いることができる。
 以下、実施例を挙げて本発明をさらに詳しく説明するが、これらの実施例は、本発明の例示を目的とするものであり、本発明を何ら限定するものではない。実施例において、配合量は、特に断らない限り、質量部を意味する。
 実施例で用いた材料の詳細は以下のとおりである。
天然ゴム:RSS#3
変性共役ジエン系重合体:変性SBR、後述する方法で調製
カーボンブラック:HAF、東海カーボン社製の「N234」
オイル:JX日鉱日石エネルギー社製の「JOMO PROCESS NC300BN」
ワックス:精工化学社製の商品名「サンタイト(登録商標)」
老化防止剤:N-(1,3-ジメチルブチル)-N’-フェニル-p-フェニレンジアミン、大内新興化学工業社製の商品名「ノクラック(登録商標) 6C」
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、大内新興化学工業社製の商品名「ノクセラー(登録商標)CZ-G」
 実施例において、変性共役ジエン系重合体の変性基同士の非共有結合1つ当たりのエネルギーは、前述した方法により求めた。また、実施例において、重合体のブタジエン部分のビニル含量(表中、Viと表す)[%]と、スチレン含量(表中、Stと表す)[%]をH-NMRの積分比から求めた。また、重合体の重量平均分子量は、前述した方法により求めた。
 実施例において、変性共役ジエン系重合体の変性基数は、上述した方法により算出した。
 COOLi変性SBRの調製
 (i)工程として、不活性雰囲気としたガラス瓶の中にシクロヘキサン(240g)、ブタジエン/シクロヘキサン溶液(25質量%、194g)、スチレン/シクロヘキサン溶液(27質量%、46g)、4-メチルスチレン(480mg)を加え混合したのち、2,2-ジ-(2-テトラヒドロフリル)プロパン/シクロヘキサン溶液(1M、0.35mL)とn-ブチルリチウム(1.6M、0.42mL)を添加した。50℃で1時間ゆるやかに振とう、重合が完了し、共役ジエン系重合体の形成を確認した。
 (ii)工程として、(i)工程で得られた共役ジエン系重合体を含む溶液に、N,N,N’,N’-テトラメチルエチレンジアミン(418mg)、sec-ブチルリチウム(1.0M、4.0mL)を加えて、70℃で2時間振とうさせた。
 (iii)工程として、(ii)工程で得られた溶液に、炭酸ガスを色が消えるまで吹き込み、変性反応を完了させた。
 その後、得られたポリマーセメントへ2,6-ジ-t-ブチル-p-クレゾール(BHT)のイソプロパノール溶液(BHT濃度:5質量%)0.5mLを加えたのち、イソプロパノールで再沈殿させ、減圧乾燥させることで目的とする変性スチレンブタジエン共重合体(COOLi変性SBR)を得た。
 表1および表2に示す配合処方に従い、通常のバンバリーミキサーを用いて、ゴム組成物を製造した。そして、このゴム組成物について、以下に示すように、JIS K 6251に従い、100%伸びにおける引張応力(表2中、100%応力と表記)を測定した。また、このゴム組成物を160℃、20分間加硫して得たゴム加硫物について、以下に示すように、低ロス性、耐亀裂成長性および耐摩耗性の評価を行った。これらの結果を表2に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
<100%伸びにおける引張応力>
 各ゴム組成物について、JIS K 6251に従い、JISダンベル状3号型試験片を作製し、100%伸びにおける引張応力(MPa)を、試験温度24±4℃にて測定した。
<低ロス性>
 TAインスツルメント社製の粘弾性測定装置を用いて、温度50℃、周波数15Hz、歪10%で損失正接(tanδ)を測定した。tanδの値は、その逆数をとり、比較例1の値を100とし、指数表示した。指数値が大きいほど、低ロス性に優れることを示す。
<耐亀裂性>
 JIS3号試験片の中心部に0.5mmの亀裂を入れ、室温で40~150%の一定歪みで繰り返し疲労を与え、サンプルが切断するまでの回数を測定した。比較例1の回数を100とし、指数表示した。指数値が大きいほど、耐亀裂性(耐久性)に優れることを示す。
<耐摩耗性>
 各ゴム加硫物について、ランボーン式摩耗試験機を用い、室温におけるスリップ率25%での摩耗量を測定した。比較例1のゴム加硫物の摩耗量の逆数を100として指数表示した。指数値が大きい程、摩耗量が少なく、耐摩耗性に優れることを示す。
 表2に示すように、実施例では、低ロス性を高レベルに保ちながら、耐久性(耐亀裂性)と耐摩耗性とに優れる。実施例では、応力も向上している。応力が高いゴムであっても耐久性(耐亀裂性)が向上しており、応力を下げることでさらに耐久性が向上させることが可能である。
 本発明によれば、低ロス性を高レベルに保ちながら、耐久性(耐亀裂性)と耐摩耗性とに優れるゴム組成物を提供することができる。また、本発明によれば、低ロス性を高レベルに保ちながら、耐久性(耐亀裂性)と耐摩耗性とに優れるタイヤを提供することができる。

Claims (8)

  1.  変性共役ジエン系重合体と、
     天然ゴムと、
     を含み、
     前記変性共役ジエン系重合体は、一分子当たり変性基を2個以上有し、分子間の当該変性基同士が非共有結合を有し、当該非共有結合1つ当たりのエネルギーが10~200kJ/molである、ゴム組成物。
  2.  前記変性共役ジエン系重合体および前記天然ゴムの合計質量に対する、前記変性共役ジエン系重合体の質量の割合が、20~90質量%である、請求項1に記載のゴム組成物。
  3.  前記変性基が、-COOMおよび-OM(Mは、アルカリ金属原子である)からなる群より選択される1種以上である、請求項1または2に記載のゴム組成物。
  4.  前記変性基が、-COOLiおよび-OLiからなる群より選択される1種以上である、請求項1~3のいずれか一項に記載のゴム組成物。
  5.  前記変性共役ジエン系重合体が、変性スチレンブタジエン共重合体および変性ポリブタジエンからなる群より選択される1種以上である、請求項1~4のいずれか一項に記載のゴム組成物。
  6.  前記変性共役ジエン系重合体の重量平均分子量が、100,000以上である、請求項1~5のいずれか一項に記載のゴム組成物。
  7.  フィラーをさらに含む、請求項1~6のいずれか一項に記載のゴム組成物。
  8.  請求項1~7のいずれか一項に記載のゴム組成物を用いた、タイヤ。
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