WO2024225452A1 - 共役ジエン系重合体、及び共役ジエン系重合体の製造方法 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a conjugated diene polymer and a method for producing a conjugated diene polymer.
- wet grip performance which is a characteristic generally required of tread rubber in terms of braking performance on wet roads
- winter performance which is a characteristic required of rubber in terms of braking performance on icy and snowy surfaces.
- tire tread rubber is required to eliminate this contradiction in characteristics.
- rubber materials are also required to have tensile properties.
- affinity between these multiple rubber types is low, this tends to cause a decrease in the mechanical strength of the rubber material, so a rubber material that can satisfy these properties is required.
- a rubber composition containing a rubber-like polymer and a reinforcing filler such as carbon black and silica is known.
- a reinforcing filler such as carbon black and silica
- Patent Documents 1 to 3 disclose rubber compositions containing silica and a modified conjugated diene polymer obtained by reacting alkoxysilanes containing amino groups with the active terminals of a conjugated diene polymer.
- Patent Document 4 discloses a rubber composition containing a low-vinyl modified conjugated diene polymer.
- Patent Document 5 discloses a rubber composition containing a conjugated diene polymer composition blended with multiple types of modified conjugated diene polymers.
- JP 2005-290355 A Japanese Patent Application Publication No. 11-189616 JP 2003-171418 A Patent No. 6512240 JP 2021-143324 A
- the present invention aims to provide a conjugated diene polymer that can provide a rubber composition with excellent wet grip performance, winter performance, abrasion resistance, and tensile properties, and a method for producing a conjugated diene polymer.
- the conjugated diene polymer has an estimated glass transition temperature (estimated Tg) of -72°C or higher and -40°C or lower.
- [5] The conjugated diene polymer according to any one of [1] to [4] above, which has a nitrogen-containing modifying group and has a modification rate of 60% or more.
- [6] A method for producing the conjugated diene polymer according to any one of [1] to [5] above, a polymerization step (P1) of forming the first polymer segment in two or more consecutive reactors; a polymerization step (P2) of forming the second polymer segment at an end of the first polymer segment obtained in the step (P1); , In the polymerization step (P2), a polar substance is additionally added.
- P1 polymerization step
- P2 In the polymerization step (P2), a polar substance is additionally added.
- the method further comprises a coupling step of reacting the conjugated diene polymer with a coupling agent having a nitrogen atom-containing group after the polymerization step (P2).
- the amount of the conjugated diene compound added in the polymerization step (P2) is 15 mass% or more of the total amount of the conjugated diene compound added.
- the present invention provides a conjugated diene polymer that can be used to obtain a rubber composition that exhibits excellent abrasion resistance and tensile properties, as well as excellent wet grip performance and winter performance.
- the present embodiment an embodiment of the present invention (hereinafter, referred to as "the present embodiment") will be described in detail.
- the following embodiments are merely illustrative for explaining the present invention, and are not intended to limit the present invention to the following contents.
- the present invention can be modified appropriately within the scope of the gist thereof.
- the conjugated diene polymer of the present embodiment contains conjugated diene monomer units, and preferably contains conjugated diene monomer units and aromatic vinyl monomer units.
- the conjugated diene polymer of the present embodiment is a conjugated diene polymer having two or more polymer segments, in which the absolute value of the difference (
- the difference (Y 2 -Y 1 ) between the vinyl bond amount Y 1 (mol %) in the bound conjugated diene of the first polymer segment and the vinyl bond amount Y 2 (mol %) in the bound conjugated diene of the second polymer segment is 15 mol % or more and 50 mol % or less.
- the conjugated diene polymer has an estimated glass transition temperature (estimated Tg) calculated from the microstructure of the conjugated diene polymer of -72°C or higher and -40°C or lower.
- the above-mentioned configuration results in a conjugated diene polymer that can be used to obtain a rubber composition that exhibits excellent abrasion resistance and tensile properties, as well as excellent wet grip performance and winter performance.
- Conjugated diene compounds forming the conjugated diene monomer units include, but are not limited to, 1,3-butadiene, isoprene, 2,3-dimethyl-1,3-butadiene, 1,3-pentadiene, 3-methyl-1,3-pentadiene, 1,3-hexadiene, and 1,3-heptadiene.
- 1,3-butadiene and isoprene are preferred from the viewpoint of industrial availability. These may be used alone or in combination of two or more.
- the conjugated diene compound is preferably 1,3-butadiene or isoprene, and more preferably 1,3-butadiene.
- aromatic vinyl compounds examples include, but are not limited to, styrene, p-methylstyrene, ⁇ -methylstyrene, vinylethylbenzene, vinylxylene, vinylnaphthalene, and diphenylethylene.
- styrene is preferred from the viewpoint of industrial availability. These compounds may be used alone or in combination of two or more.
- the aromatic vinyl compound is preferably styrene from the viewpoints of availability and ease of structural control during polymer synthesis.
- the amount X (mass %) of bound aromatic vinyl monomer units is the mass fraction (mass %) of bound aromatic vinyl monomer units relative to the total mass of the conjugated diene polymer or a polymer segment described below.
- the amount of bound aromatic vinyl monomer units can be calculated by measuring the ultraviolet absorption of the phenyl group of the portion of the conjugated diene polymer derived from the aromatic vinyl compound (hereinafter referred to as "bound aromatic vinyl monomer units").
- bound aromatic vinyl monomer units the amount of bound conjugated diene monomer units can also be determined from the amount of bound aromatic vinyl monomer units obtained as described above. Specifically, it can be measured by the method described in the examples below.
- the vinyl bond amount Y (mol %) in the bound conjugated diene is the molar fraction (mol %) of 1,2-bond units relative to the polymerization units derived from the conjugated diene contained in the conjugated diene-based polymer or the polymer segment described below.
- the amount of vinyl bonds in the bound conjugated diene can be obtained by determining the amount of vinyl bonds (1,2-bond amount) in the bound butadiene by the Hampton method (R.R. Hampton, Analytical Chemistry, 21, 923 (1949)). Specifically, it can be measured by the method described in the examples below.
- the microstructure refers to a polymer composition including the distinction between isomers in a conjugated diene polymer comprising an aromatic vinyl compound and a conjugated diene compound or in a polymer segment described below.
- the mass of the copolymer consisting of styrene and butadiene is preferably 70 mass% or more, more preferably 80 mass% or more, and even more preferably 90 mass% or more, based on the mass of the entire conjugated diene polymer.
- the conjugated diene polymer of the present embodiment preferably has a small number of blocks in which four or more bound aromatic vinyl monomer units are linked (hereinafter, may be referred to as bound aromatic vinyl monomer unit blocks) or no blocks at all.
- bound aromatic vinyl monomer unit blocks In the conjugated diene polymer of the present embodiment has few or no bound aromatic vinyl monomer unit blocks, it tends to be difficult for the polymer to have two or more glass transition temperatures (Tg).
- the content of the bound aromatic vinyl monomer unit block in the conjugated diene polymer when the conjugated diene polymer is a butadiene-styrene copolymer, can be measured by a known method in which the conjugated diene polymer is decomposed by the Kolthoff method (the method described in I.M. KOLTHOFF, et al., J. Polym. Sci. 1, 429 (1946)) and the amount of polystyrene insoluble in methanol is analyzed.
- the content of the bound aromatic vinyl monomer unit block measured by such a method is preferably 1.0 mass% or less, more preferably 0.1 mass% or less, and even more preferably 0 mass% based on the total amount of the conjugated diene polymer.
- the conjugated diene polymer tends to show continuous properties with respect to temperature change.
- the vulcanizate using the conjugated diene polymer tends to show continuous changes in a wide temperature range and has excellent tensile strength.
- Estimated glass transition temperature (estimated Tg)
- the glass transition temperature of the conjugated diene polymer of the present embodiment can be estimated using the Gordon-Taylor equation (Gordon, M.; Taylor, J. S. J. Appl. Chem. 1952, 2, 493.) expanded to a system of two or more components of the following formula (1). This value is called the estimated glass transition temperature.
- the subscript i of the variable represents each component of the microstructure contained in the conjugated diene polymer
- ⁇ i is the difference in thermal expansion coefficient before and after the glass transition of the homopolymer of the i component
- w i is the mass ratio of the i component in the conjugated diene polymer
- Tg i is the glass transition temperature of the homopolymer of the i component
- ⁇ i is the density of the homopolymer of the i component. All of these can be used as literature values or measured values.
- ⁇ i 3.6 ⁇ 10 -4 K -1
- Tg i 105.3 ° C. based on the measured value of the glass transition temperature
- ⁇ i 1.02 g / cm 3 based on the measured value of the density.
- the estimated glass transition temperature (estimated Tg) can be calculated from the following formula (i) using the bound aromatic vinyl monomer unit amount X all (mass %), the vinyl bond amount Y all (mol %) in the bound conjugated diene, and the thermal expansion coefficients ( ⁇ a i ), glass transition temperatures (Tg i ), and densities ( ⁇ i ) of polystyrene (PS), poly-1,2-butadiene (1,2-PBd), and poly-1,4-butadiene (1,4-PBd).
- the glass transition temperature (estimated Tg) of the conjugated diene polymer can be estimated by the above formula (iii) from the values usually used in design.
- the mass ratio of each microstructure component can be obtained from the microstructure such as the bound aromatic vinyl monomer unit amount X all (mass%) in the conjugated diene polymer of this embodiment and the vinyl bond amount Y all (mol%) in the bound conjugated diene, and the glass transition temperature (estimated Tg) of the conjugated diene polymer can be calculated from the above formula (1). That is, the above formula (1) is a scale representing the change in the glass transition temperature of the conjugated diene polymer with respect to the change in the bound aromatic vinyl monomer unit amount X all (mass%) and the vinyl bond amount Y all (mol%) in the bound conjugated diene.
- the glass transition temperature (Tg) of the conjugated diene polymer of the present embodiment is small, and when the value is large, the glass transition temperature (Tg) is high.
- the glass transition temperature of the conjugated diene polymer is estimated to be -70°C, and when it is -40, the glass transition temperature is estimated to be -40°C.
- the value of the formula (1) calculated from the microstructure of the polymer is generally an index of the glass transition temperature of the conjugated diene polymer, but the present inventors have found that when the relaxation of the conjugated diene polymer near the measured glass transition temperature is over a wide temperature range, the viscoelasticity of the actual vulcanizate does not necessarily match the viscoelasticity calculated from the estimated value (estimated Tg) of the glass transition temperature calculated from the microstructure by the formula (1).
- the difference in the value of the formula (1) between the polymer segments described later is 33 or more, or when the ratio of the mass ratios of the polymer segments described later is in the numerical range of 0.67 to 1.5, the mismatch between the glass transition temperature estimated from the formula (1) and the measured glass transition temperature tends to become significant. Therefore, from the viewpoint of controlling the performance of the vulcanizate affected by the glass transition temperature, it has been found that it is more effective to adjust the estimated glass transition temperature (estimated Tg) by the value of the formula (1) calculated from the microstructure than to adjust the measured glass transition temperature of the conjugated diene polymer to a specific value.
- DSC differential scanning calorimetry
- the conjugated diene polymer of this embodiment has a glass transition temperature (estimated Tg) estimated by the above formula (1) that falls within the range of -72°C or higher and -40°C or lower, so that the glass transition temperature when vulcanized becomes an optimal value, and the polymer tends to have an excellent balance of wet grip performance, winter performance, and abrasion resistance.
- the lower limit of the formula (1) is ⁇ 72 or more, preferably ⁇ 70 or more, and more preferably ⁇ 68 or more.
- the wet grip performance of the vulcanizate of the conjugated diene polymer of the present embodiment can be improved.
- the upper limit of the value of the formula (1) is -40 or less, preferably -44 or less, and more preferably -50 or less.
- the winter performance and abrasion resistance of the vulcanizate of the conjugated diene polymer of the present embodiment can be improved.
- the formula (1) can be controlled to fall within the above-mentioned numerical range by adjusting the microstructure of the conjugated diene polymer.
- the conjugated diene polymer of the present embodiment is a butadiene-styrene polymer
- the bound styrene amount X all (mass%) of the conjugated diene polymer and the vinyl bond amount Y all (mol%) in butadiene can be controlled to fall within the above-mentioned numerical range by adjusting the bound styrene amount X all (mass%) of the conjugated diene polymer and the vinyl bond amount Y all (mol%) in butadiene according to the formula (iii).
- the conjugated diene-based polymer of the present embodiment has two or more polymer segments.
- the polymer segment refers to a portion of a conjugated diene-based polymer that is composed of a conjugated diene monomer unit and an aromatic vinyl monomer unit, or is composed of a conjugated diene monomer unit.
- the polymer segment is preferably composed of a conjugated diene monomer unit and an aromatic vinyl monomer unit.
- the polymer segment preferably has a small number of blocks in which 4 or more bonded aromatic vinyl monomer units are chained, or has no blocks at all.
- the multiple polymer segments contained in the conjugated diene polymer of this embodiment have different microstructures.
- Each polymer segment may have a different amount of bound aromatic vinyl monomer units or a different amount of vinyl bonds in the bound conjugated diene, and each polymer segment can be distinguished by the method described in the examples below.
- the conjugated diene polymer of this embodiment has two or more polymer segments. By having two or more polymer segments, one conjugated diene polymer undergoes glass transition in multiple temperature ranges. By setting the microstructure of the conjugated diene polymer of this embodiment within an appropriate range and controlling the difference in estimated glass transition temperature of each polymer segment, calculated by applying the amount of bound aromatic vinyl monomer units ( X1 , X2 ) and the amount of vinyl bonds ( Y1 , Y2 ) of each polymer segment to the formula (1), within a certain range, the vulcanizate tends to exhibit excellent wet grip performance and winter performance.
- a polymer segment having an estimated glass transition temperature calculated by the formula (1) that is 5° C. or more lower than the average estimated glass transition temperature of the conjugated diene-based polymer of the present embodiment is referred to as a "first polymer segment”
- a polymer segment having a glass transition temperature that is 5° C. or more higher is referred to as a "second polymer segment.”
- the first polymer segment and the second polymer segment may each contain a plurality of polymer segments, but from the viewpoint of ease of production, it is preferable that each is composed of one polymer segment.
- the ratio of the sum of the masses of the first polymer segment and the second polymer segment to the total mass of the conjugated diene-based polymer is preferably 70% or more, more preferably 80% or more, and even more preferably 90% or more, from the viewpoint of the balance between the wet grip performance and winter performance of the vulcanizate using the conjugated diene-based polymer of this embodiment.
- a conventionally known continuously polymerized conjugated diene polymer is composed of one polymer segment having a uniform microstructure, and exhibits a sharp glass transition behavior in a narrow temperature range.
- a conjugated diene polymer with a low glass transition temperature is used to sufficiently increase flexibility at around -30 to -10°C, but the glass transition does not occur near 0°C, making it difficult to absorb energy, and therefore the wet grip performance tends to be inferior.
- the conjugated diene-based polymer of the present embodiment has a gentle glass transition behavior due to the multiple polymer segments each having a different glass transition temperature, the polymer sufficiently softens at -30 to -10°C, exhibits good winter performance, can increase energy absorption at around 0°C, and tends to have excellent wet grip properties.
- the greater the difference in glass transition temperature between these two polymer segments the more gradual the glass transition behavior becomes, and the more pronounced the above-mentioned tendency becomes, so that there is a tendency to achieve both winter performance and wet grip performance.
- the conjugated diene polymer of the present embodiment in order to increase the difference in glass transition temperature between the polymer segments, it is preferable to increase the difference in the amount of aromatic vinyl monomer units between the first polymer segment and the second polymer segment and the difference in the amount of vinyl bonds in the bound conjugated diene.
- the difference in the amount of aromatic vinyl monomer units between the two polymer segments becomes large, the compatibility between the two polymer segments deteriorates, and the tensile strength of the vulcanized product tends to deteriorate.
- the lower limit of the aromatic vinyl monomer unit amount X 1 (mass%) of the first polymer segment and the aromatic vinyl monomer unit amount X 2 (mass%) of the second polymer segment is preferably 5 mass% or more, more preferably 7 mass% or more, and even more preferably 9 mass% or more in each polymer segment, and the upper limit is preferably 30 mass% or less, more preferably 25 mass% or less, and even more preferably 23 mass% or less in each polymer segment.
- the lower limit of the vinyl bond amount Y 1 (mol%) in the bound conjugated diene of the first polymer segment is preferably 14 mol% or more, more preferably 16 mol% or more, and even more preferably 17 mol% or more.
- the upper limit is preferably 40 mol% or less, more preferably 35 mol% or less, even more preferably 30 mol% or less, and even more preferably 23 mol% or less.
- the lower limit of the vinyl bond amount Y2 (mol%) in the bonded conjugated diene of the second polymer segment is preferably 40 mol% or more, more preferably 45 mol% or more, even more preferably 50 mol% or more, and even more preferably 55 mol% or more.
- the upper limit is preferably 65 mol% or less, more preferably 62 mol% or less, and even more preferably 61 mol% or less.
- the vinyl bond amounts Y 1 and Y 2 in the bonded conjugated diene of the polymer segment may be set within a range that arbitrarily combines the above upper and lower limits.
- the difference (Y 2 -Y 1 ) between the vinyl bond amount Y 1 (mol %) in the bound conjugated diene of the first polymer segment and the vinyl bond amount Y 2 (mol % ) in the bound conjugated diene of the second polymer segment is 15 mol % or more and 50 mol % or less, preferably 20 mol % or more and 45 mol % or less, and more preferably 25 mol % or more and 45 mol % or less.
- (Y 2 -Y 1 ) When (Y 2 -Y 1 ) is 15 mol % or more, the vulcanizate tends to have an excellent balance between wet grip performance and winter performance, while when (Y 2 -Y 1 ) is 50 mol % or less, phase separation of the conjugated diene polymer is suppressed, and the vulcanizate tends to have excellent tensile strength.
- the value of (Y 2 -Y 1 ) can be measured by the method described in the Examples below, and can be controlled within the above numerical range by adjusting the amount of the polar substance added in the polymerization steps (P1 and P2) described below.
- ) between the amount of bound aromatic vinyl monomer X 1 (% by mass) of the first polymer segment and the amount of bound aromatic vinyl monomer X 2 (% by mass) of the second polymer segment is 5% by mass or less, preferably 3% by mass or less, and more preferably 2% by mass or less.
- ) is 5 mass % or less, the distribution of aromatic vinyl monomer units becomes uniform, microphase separation of the conjugated diene polymer is suppressed, and the vulcanizate tends to have better tensile properties.
- the absolute value of the difference in the amount of bound aromatic vinyl monomer between the polymer segments can be measured by the method described in the Examples below, and can be controlled within the above-mentioned numerical range by adjusting the amount of aromatic vinyl monomer added in the polymerization step of each polymer segment.
- the vinyl bond amount Y 2 (mol %) of the second polymer segment is set to be higher than the vinyl bond amount Y 1 (mol %) of the first polymer segment, and the amount of bound aromatic vinyl monomer is not made to differ between both polymer segments, which is a basic design concept.
- the difference between the absolute values of the amount of the bound aromatic vinyl monomer of both segments is set to 5% by mass or less in order to allow for errors during production.
- the estimated glass transition temperature of the polymer segment can be calculated using formula (1) in the same manner as for the conjugated diene-based polymer.
- a conjugated diene monomer unit may be added prior to the coupling step in order to increase the reactivity of the conjugated diene polymer with the coupling agent.
- the polymer segments may be bonded to each other directly or via a coupling agent.
- the first and second polymer segments preferably have a predetermined mass ratio.
- the mass ratio of the polymer segment is the mass ratio (r) of each polymer segment to the entire conjugated diene-based polymer.
- the mass ratios of the first and second polymer segments of the conjugated diene-based polymer of this embodiment are defined as the mass ratios of the polymer segments obtained in steps P1 and P2, which are the polymerization steps for each polymer segment, relative to the total mass of the conjugated diene-based polymer.
- the lower limit of R is 0.25 or more, the fuel saving performance during vulcanization tends to be excellent.
- the upper limit of R is 4 or less, the processability of the vulcanized product tends to be excellent.
- the R can be measured by the method described in the Examples described later, and can be controlled within the above-mentioned numerical range by adjusting conditions such as polymerization time, polymerization temperature, amount of monomer added, and amount of vinyl bond in the polymerization step of each polymer segment in the production process of the conjugated diene-based polymer of this embodiment.
- the method of introducing multiple polymer segments into the molecule of a conjugated diene polymer is carried out by using a continuous solution polymerization method in which multiple reactors are arranged in series, as described below, and sequentially adding a conjugated diene compound, an aromatic vinyl compound, a polar substance, and a solvent to each reactor.
- the substances added sequentially may be the same or different between the reactors.
- the glass transition temperature (Tg) of the conjugated diene polymer of this embodiment is preferably ⁇ 72° C. or higher, and more preferably ⁇ 67° C. or higher.
- the glass transition temperature of the conjugated diene polymer of this embodiment is ⁇ 40° C. or lower, and more preferably ⁇ 45° C. or lower.
- the fuel saving performance of the vulcanizate of the conjugated diene polymer of this embodiment tends to be even more excellent.
- the conjugated diene polymer of this embodiment in which the estimated Tg of the formula (1) satisfies the numerical range of ⁇ 72° C. or more and ⁇ 40° C.
- the glass transition temperature (Tg) may be within a range that combines the above upper and lower limits.
- the glass transition temperature of the conjugated diene polymer can be measured according to ISO 22768:2006. More specifically, the glass transition temperature is measured by performing differential scanning calorimetry (DSC) measurement while increasing the temperature within a predetermined temperature range, recording a DSC curve, and the inflection point of the DSC curve is taken as the glass transition temperature. Specifically, the glass transition temperature can be measured by the method described in the examples below.
- the conjugated diene polymer of the present embodiment may contain plasticizing components such as resins and process oils described below. However, these components must be removed in the DSC measurement for determining the glass transition temperature of the conjugated diene copolymer of the present embodiment.
- the glass transition temperature of the conjugated diene polymer varies depending on the amount of the bound aromatic vinyl monomer unit of the conjugated diene polymer and the amount of vinyl bonds in the bound conjugated diene. Specifically, the glass transition temperature increases when the amount of the bound aromatic vinyl monomer unit and the amount of vinyl bonds in the bound conjugated diene are increased, whereas the glass transition temperature decreases when the amount of the bound aromatic vinyl monomer unit and the amount of vinyl bonds in the bound conjugated diene are decreased.
- the estimated Tg calculated by the formula (1) is set to be ⁇ 72° C. or more and ⁇ 40° C. or less, so that the actually measured glass transition temperature can be set in a preferred range.
- the weight average molecular weight (Mw) of the conjugated diene polymer of this embodiment measured by GPC measurement is preferably 35 ⁇ 10 4 or more, more preferably 40 ⁇ 10 4 or more, and even more preferably 45 ⁇ 10 4 or more.
- the weight average molecular weight measured by GPC measurement satisfies the above range, the vulcanizate tends to have excellent abrasion resistance.
- the weight average molecular weight is preferably 135 ⁇ 10 4 or less, more preferably 95 ⁇ 10 4 or less, and even more preferably 75 ⁇ 10 4 or less.
- the weight average molecular weight may be within a range that combines any of the above upper and lower limits.
- the weight average molecular weight of the conjugated diene polymer can be measured by a GPC measurement method, specifically, by the method described in the examples below.
- the number average molecular weight of the conjugated diene polymer of the present embodiment measured by GPC measurement is preferably 10 ⁇ 10 4 or more, more preferably 15 ⁇ 10 4 or more, and even more preferably 20 ⁇ 10 4 or more.
- the vulcanizate tends to have excellent abrasion resistance.
- the number average molecular weight is preferably 100 ⁇ 10 4 or less, more preferably 70 ⁇ 10 4 or less, and even more preferably 50 ⁇ 10 4 or less.
- the number average molecular weight may be within a range that arbitrarily combines the upper limit and lower limit.
- the number average molecular weight of the conjugated diene polymer can be measured by GPC measurement, and can be measured by the method described in the examples described below.
- the weight-average molecular weight and number-average molecular weight of the conjugated diene polymer can be controlled within the above numerical range by adjusting the ratio of the amount of polymerization initiator used to the amount of monomer used, and the type and amount of coupling agent used.
- the molecular weight distribution of the conjugated diene polymer of the present embodiment is represented by the ratio of the weight average molecular weight (Mw) to the number average molecular weight (Mn).
- the conjugated diene polymer of the present embodiment preferably has a molecular weight distribution of 1.7 or more.
- a conjugated diene polymer having a molecular weight distribution in this range tends to have better processability when made into a vulcanizate.
- the molecular weight distribution of the conjugated diene polymer of the present embodiment is more preferably 1.75 or more, and even more preferably 1.8 or more. Also, it is more preferably 2.4 or less, and even more preferably 2.2 or less.
- the conjugated diene polymer of the present embodiment preferably has a modifying group having nitrogen.
- the "modification rate” refers to the mass content (in %) of a modified conjugated diene polymer component having a specific functional group in the polymer molecule that has affinity or binding reactivity with a filler relative to the total amount of the conjugated diene polymer mixture, when a conjugated diene polymer is modified with a modifying agent having a nitrogen atom to obtain a mixture of a conjugated diene polymer and an unmodified conjugated diene polymer.
- the modification rate refers to the mass ratio (%) of the modified conjugated diene polymer containing a nitrogen atom relative to the total amount of the conjugated diene polymer mixture.
- modified conjugated diene polymer refers to a modified conjugated diene polymer, and a mixture of a modified conjugated diene polymer and an unmodified conjugated diene polymer.
- the mass ratio of the modified conjugated diene-based polymer having a nitrogen atom-containing functional group resulting from the nitrogen atom-containing modifying agent to the total amount of the modified conjugated diene-based polymer is the modification rate.
- the degree of modification can be measured by chromatography, which is capable of separating the functional group-containing modified and unmodified components.
- chromatography is capable of separating the functional group-containing modified and unmodified components.
- methods using chromatography include a method in which a gel permeation chromatography column is packed with a polar substance such as silica that adsorbs specific functional groups, and the non-adsorbed components are quantified using an internal standard for comparison.
- the modification rate is obtained by measuring the amount of adsorption to the silica column from the difference between a chromatogram obtained by measuring a sample solution containing a sample and a low-molecular-weight internal standard polystyrene using a polystyrene-based gel column and a chromatogram obtained by measuring a sample solution using a silica-based column. More specifically, the modification rate can be measured by the method described in the Examples.
- the modification rate can be controlled by adjusting the amount of the modifier added and the reaction method.
- the above modification rate can be achieved by combining a method of polymerization using an organolithium compound having at least one nitrogen atom in the molecule described below as a polymerization initiator, a method of copolymerizing a monomer having at least one nitrogen atom in the molecule, and a method of using a modifying agent having a structural formula described below, and controlling the polymerization conditions.
- the conjugated diene polymer of this embodiment preferably has a modification rate of 60% or more, more preferably 65% or more, and even more preferably 70% or more.
- the method for producing the modified conjugated diene copolymer of the present embodiment includes the steps of: a polymerization step (P1) of forming a first polymer segment in two or more consecutive reactors; a polymerization step (P2) of forming the second polymer segment at an end of the first polymer segment obtained in the polymerization step (P1); ,
- the polymerization step (P2) includes a step of additionally adding a polar substance.
- polymerization initiator In the polymerization step (P1), it is preferable to use a polymerization initiator. In the polymerization step (P2), it is preferable not to use a polymerization initiator.
- the polymerization initiator at least an organic monolithium compound can be used.
- the organomonolithium compound is not limited to the following, but examples thereof include low molecular weight compounds and solubilized oligomeric organomonolithium compounds.
- examples of the organomonolithium compound include compounds having a carbon-lithium bond, a nitrogen-lithium bond, and a tin-lithium bond in terms of the bonding mode between the organic group and the lithium.
- the amount of the organic monolithium compound used as the polymerization initiator is preferably determined depending on the molecular weight of the target conjugated diene polymer or modified conjugated diene polymer.
- the amount of a monomer such as a conjugated diene compound used relative to the amount of a polymerization initiator used is related to the degree of polymerization, that is, tends to be related to the number average molecular weight and the weight average molecular weight. Therefore, in order to increase the molecular weight of the conjugated diene polymer, the amount of the polymerization initiator used should be adjusted to decrease, and in order to decrease the molecular weight, the amount of the polymerization initiator used should be adjusted to increase.
- the organomonolithium compound is preferably an alkyllithium compound having a substituted amino group or a dialkylaminolithium, from the viewpoint that the organomonolithium compound is used as one method for introducing a nitrogen atom into a conjugated diene-based polymer.
- a conjugated diene polymer having a nitrogen atom consisting of an amino group at the polymerization initiation terminal is obtained.
- the substituted amino group is an amino group that does not have an active hydrogen or has a structure in which the active hydrogen is protected.
- alkyllithium compounds having an amino group that does not have an active hydrogen include, but are not limited to, 3-dimethylaminopropyllithium, 3-diethylaminopropyllithium, 4-(methylpropylamino)butyllithium, and 4-hexamethyleneiminobutyllithium.
- alkyllithium compounds having an amino group with an active hydrogen protected structure include, but are not limited to, 3-bistrimethylsilylaminopropyllithium and 4-trimethylsilylmethylaminobutyllithium.
- dialkylaminolithium examples include, but are not limited to, lithium dimethylamide, lithium diethylamide, lithium dipropylamide, lithium dibutylamide, lithium di-n-hexylamide, lithium diheptylamide, lithium diisopropylamide, lithium dioctylamide, lithium-di-2-ethylhexylamide, lithium didecylamide, lithium ethylpropylamide, lithium ethylbutylamide, lithium ethylbenzylamide, lithium methylphenethylamide, lithium hexamethylene imide, lithium pyrrolidide, lithium piperidide, lithium heptamethylene imide, lithium morpholide, 1-lithioazacyclooctane, 6-lithio-1,3,3-trimethyl-6-azabicyclo[3.2.1]octane, and 1-lithio-1,2,3,6-tetrahydropyridine.
- organomonolithium compounds having a substituted amino group can also be used as solubilized oligomeric organomonolithium compounds by reacting them with a small amount of a polymerizable monomer, such as 1,3-butadiene, isoprene, or styrene.
- a polymerizable monomer such as 1,3-butadiene, isoprene, or styrene.
- the polymerization initiator may be one produced by reacting an aromatic vinyl compound and/or a conjugated diene compound having a substituted amino group with an organic monolithium compound, or may be one capable of introducing a functional group into one end of a polymer chain.
- the organomonolithium compound is preferably an alkyllithium compound from the viewpoints of industrial availability and ease of control of the polymerization reaction, in which case a conjugated diene-based polymer having an alkyl group at the polymerization initiation terminal can be obtained.
- alkyl lithium compound examples include, but are not limited to, n-butyl lithium, sec-butyl lithium, tert-butyl lithium, n-hexyl lithium, benzyl lithium, phenyl lithium, and stilbene lithium.
- alkyllithium compound n-butyllithium and sec-butyllithium are preferred from the viewpoints of industrial availability and ease of control of the polymerization reaction.
- organomonolithium compounds may be used alone or in combination of two or more kinds, and may also be used in combination with other organometallic compounds.
- the other organometallic compounds include alkaline earth metal compounds, other alkali metal compounds, and other organometallic compounds.
- Alkaline earth metal compounds include, but are not limited to, organomagnesium compounds, organocalcium compounds, and organostrontium compounds, as well as alkaline earth metal alkoxides, sulfonates, carbonates, and amides.
- organomagnesium compounds include dibutylmagnesium and ethylbutylmagnesium.
- Other organometallic compounds include organoaluminum compounds.
- a coupling step described below may be carried out after the polymerization step described above.
- the weight average molecular weight of the conjugated diene polymer before the coupling step is controlled by the amount of polymerization initiator used relative to the conjugated diene compound and aromatic vinyl compound, and the weight average molecular weight of the conjugated diene polymer tends to decrease as the amount of polymerization initiator used decreases.
- the amount of polymerization initiator used is preferably 0.15 mol or more and 1.5 mol or less, assuming that the total mass of the conjugated diene compound and aromatic vinyl compound used is 100 kg.
- Polar substances In the method for producing a conjugated diene-based polymer of this embodiment, a polar substance is added in the polymerization step (P2) for forming the second polymer segment.
- Polar substances tend to be able to randomly copolymerize aromatic vinyl compounds with conjugated diene compounds, and can be used as vinylating agents to control the microstructure of the conjugated diene portion. They also tend to be effective in accelerating polymerization reactions.
- polar substances include, but are not limited to, ethers such as tetrahydrofuran, diethyl ether, dioxane, ethylene glycol dimethyl ether, ethylene glycol dibutyl ether, diethylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol dibutyl ether, dimethoxybenzene, and 2,2-bis(2-oxolanyl)propane; tertiary amine compounds such as tetramethylethylenediamine, dipiperidinoethane, trimethylamine, triethylamine, pyridine, and quinuclidine; alkali metal alkoxide compounds such as potassium tert-amylate, potassium tert-butylate, sodium tert-butylate, and sodium amylate; and phosphine compounds such as triphenylphosphine. These polar substances may be used alone or in combination of two or more.
- ethers such as tetrahydrofuran, diethyl
- the amount of polar substance used is not particularly limited and can be selected according to the purpose, but it is preferably 0.01 moles or more and 100 moles or less per mole of polymerization initiator used in the polymerization process.
- Such polar substances can be used in appropriate amounts according to the desired vinyl bond amount as regulators for the microstructure of the conjugated diene portion of the conjugated diene polymer.
- Many polar substances simultaneously exert an effective randomizing effect in the copolymerization of a conjugated diene compound and an aromatic vinyl compound, and tend to be able to adjust the randomness of the aromatic vinyl monomer units and the conjugated diene monomer units of each polymer segment.
- a copolymerization reaction may be started with the whole amount of styrene and a part of 1,3-butadiene, and the remaining 1,3-butadiene may be intermittently added during the copolymerization reaction.
- the 1,3-butadiene added here is added to adjust the randomness, and does not necessarily have to form a polymer segment.
- the polymerization step is carried out in a continuous reactor in which two or more reactors are connected in series, and a polymerization step (P1) for obtaining a first polymer segment and a polymerization step (P2) for obtaining a second polymer segment are carried out.
- the polymerization steps (P1) and (P2) can each be carried out using one or two or more connected reactors.
- the reactor shape may be a tank type or a tube type equipped with a stirrer. It is not essential that the polymerization steps (P1) and (P2) are assigned to each reactor, and for example, the polymerization step (P2) may be set to start downstream of the first reactor.
- Each reactor may have a temperature control function.
- the target conjugated diene polymer can be recovered in a predetermined solid amount.
- the solid amount refers to the mass of the conjugated diene polymer recovered per unit time at a measurement point.
- the mass of the conjugated diene polymer includes only that which has reacted with the polymerization initiator and been polymerized, and does not include the masses of unreacted conjugated diene compounds, aromatic vinyl compounds, solvents, and the like.
- the “conversion rate” is defined as the mass of the conjugated diene polymer that has been reacted and converted to a conjugated diene polymer at the time of measurement out of the total mass of the conjugated diene compound and the aromatic vinyl compound. That is, it can be calculated using the above solid amount according to the following formula (2).
- the conversion rates of the conjugated diene compound and the aromatic vinyl compound can be calculated by the following formulas (3) and (4) using the amount of bound conjugated diene monomer units and the amount of bound aromatic vinyl monomer units in the solid content obtained by the solid content measurement.
- the denominator in the calculation of the conversion rate mentioned above is the total mass of the monomers added throughout the entire polymerization process (P1, P2). Therefore, in the case of the conversion rate at the end of P1, even if all the monomers added up to that point have reacted, the conversion rate will not be 100%.
- the conversion is preferably 95% or more by the end of the polymerization step. That is, the conversion may be controlled to 95% or more at the end of the polymerization step (P2), and may be less than this in the polymerization step (P1).
- the bound aromatic vinyl monomer unit amount X all of the conjugated diene polymer can be controlled by the ratio between the total amount of the conjugated diene compound and the total amount of the aromatic vinyl compound added during the polymerization step, which makes it easy to control the structure.
- a first polymer segment is obtained in the polymerization step (P1), and in this polymerization step (P1), it is preferable to have a raw material supply section that continuously supplies the conjugated diene compound, aromatic vinyl compound, inert solvent, polymerization initiator, and polar substance from one end of the reactor, and a discharge section that continuously discharges the polymer solution from the end opposite the raw material supply section.
- the conjugated diene polymer solution that has completed the polymerization step (P1) is continuously distilled from the reactor and sent to the next step.
- the liquid is sent to, for example, the polymerization step (P2) of the second polymer segment described below.
- the polymerization step (P2) for obtaining the second polymer segment uses one or two or more connected reactors, similar to the polymerization step (P1). At this time, a conjugated diene compound, an aromatic vinyl compound, an inert solvent, a polar substance, etc. are newly added to the middle of the reactor or to the piping connecting the previous step to this step, thereby introducing a second polymer segment having a higher amount of vinyl bonds in the bonded conjugated diene than that synthesized in the previous polymerization step to the end of the first polymer segment. This makes it possible to form a second polymer segment with a higher Tg than the first polymer segment.
- the conditions are set so that the polymer has a higher vinyl bond content.
- one or more polar substances are added. By adding the polar substances, the vinyl bond amount in the bonded conjugated diene of the second polymer segment becomes higher than that of the first polymer segment, and the difference in the vinyl bond amount in the bonded diene of the first polymer segment and the second polymer segment becomes larger.
- the amount of polar substance added in the polymerization step is preferably 0.01 to 100 moles per mole of polymerization initiator, including the polar substances added in the polymerization steps (P1) and (P2). Within the above range, the amount of each substance added can be selected to control the difference in the amount of vinyl bonds in the bonded conjugated dienes of the first polymer segment and the second polymer segment.
- the distribution of the polar substance added in the polymerization steps (P1) and (P2) is not particularly limited, as it varies depending on various factors such as the type of polar substance, the polymerization temperature, and the shape of the reactor, but for example, it is preferable that the concentration of the polar substance in the polymerization step (P2) is 3 to 20 times that of the polymerization step (P1).
- the conjugated diene polymer solution that has completed the polymerization step (P2) is continuously distilled from the reactor and sent to the next step.
- the destination may be the coupling step described below.
- conjugated diene polymer of this embodiment in order to make the absolute value of the difference (X 1 -X 2 ) between the amount of bound aromatic vinyl monomer units between the first polymer segment and the second polymer segment 5% by mass or less, it is necessary that the conjugated diene compound and the aromatic vinyl compound added to the polymerization step react at a similar ratio in each of the polymerization steps (P1) and (P2). To achieve this, it is preferable to reduce the difference in the conversion rate between the conjugated diene compound and the aromatic vinyl compound in the polymerization step (P1).
- the conversion rate of the aromatic vinyl compound is smaller than that of the conjugated diene compound, the amount of bound aromatic vinyl monomer units in the first polymer segment becomes smaller, and instead, a large amount of aromatic vinyl compound flows into the polymerization step (P2), and the difference in the amount of bound aromatic vinyl monomer units between the first polymer segment and the second polymer segment becomes larger.
- the absolute value of the difference in the conversion rates between the two in the polymerization step (P1) is small, the first polymer segment and the second polymer segment both contain aromatic vinyl monomer units at the same ratio, so the difference in the amount of bound aromatic vinyl monomer units is small.
- the difference in the conversion rates between the conjugated diene compound and the aromatic vinyl compound is preferably less than 10% by mass, more preferably less than 8% by mass, and even more preferably less than 6% by mass.
- Adding a polar substance is expected to increase the reaction rate of the aromatic vinyl compound, so it is possible to reduce the difference in conversion rate between the conjugated diene compound and the aromatic vinyl compound by increasing the amount of polar substance added.
- polar substances generally also act as vinylizing agents, and increasing the amount added tends to increase the amount of vinyl bonds in the generated segments. Therefore, although the amount of polar substance is one of the variables for controlling the conversion rate, it is difficult to select it in the design to control the amount of vinyl bonds. Rather than controlling the conversion rate by the amount of polar substance added, it is a preferable embodiment to adjust the amount of monomer supplied to each segment after setting the amount of polar substance added and the polymerization temperature.
- the conversion rate at the end of the polymerization step is preferably 95% or more, so that the amount of bound aromatic vinyl monomer units X all of the conjugated diene polymer is naturally approximately equal to the ratio of (aromatic vinyl compound) to (conjugated diene compound + aromatic vinyl compound). This value is approximately equal to the amount of bound aromatic vinyl monomer units X 1 of the first polymer segment synthesized in the polymerization step (P1).
- the polymerization reaction rate of the conjugated diene compound is higher than that of the aromatic vinyl compound, and therefore the conversion rate of the conjugated diene compound tends to be higher than that of the aromatic vinyl compound.
- the conjugated diene compound is added in the P1 step in accordance with the ratio obtained by dividing B by A, and the remaining amount is additionally added in the P2 step, thereby making it possible to reduce the difference in conversion rate between the conjugated diene compound and the aromatic vinyl compound.
- the amount of the conjugated diene compound added in the polymerization step (P2) is preferably 15% by mass or more, more preferably 20% by mass or more, and even more preferably 25% by mass or more of the total amount of the conjugated diene compound added.
- P2 the proportions of the conjugated diene compound and the aromatic vinyl compound added in the polymerization step
- the conversion rate is high in each polymerization step, but the R may be controlled by supplying unreacted conjugated diene compound and/or aromatic vinyl compound in the previous polymerization step to the next step.
- the production of the conjugated diene polymer of this embodiment may include a predetermined step before or after the polymerization step (P1) and before or after the polymerization step (P2). For example, there may be a step of synthesizing a polymer different from the first polymer segment and the second polymer segment.
- the polymerization temperature in the polymerization step of the conjugated diene polymer of this embodiment is preferably a temperature at which living anionic polymerization proceeds, and from the viewpoint of productivity, is more preferably 0°C or higher, and even more preferably 120°C or lower. By being in such a range, it tends to be possible to ensure a sufficient amount of the modifier reacting with the active terminals after the polymerization is completed. Even more preferably, it is 50°C or higher and 100°C or lower.
- a high molecular weight distribution can be obtained by reducing the height (L)/diameter (D) of the tank reactor. As the L/D ratio decreases, the residence time distribution in the reactor increases, which increases the variation in reaction time for each polymerization initiator molecule, resulting in a larger molecular weight distribution.
- a step of coupling the active terminal of the conjugated diene polymer obtained through the polymer segment polymerization step using a coupling agent for example, a reactive compound having three or more functionalities
- a coupling agent for example, a reactive compound having three or more functionalities
- a step of modifying the active terminal of the conjugated diene polymer using a modifying agent having a nitrogen atom-containing group preferably a coupling agent having a nitrogen atom-containing group
- the step of performing coupling and/or modification will be referred to as a coupling step.
- one active end of the conjugated diene polymer is modified with a coupling agent or a modifying agent having a nitrogen atom to obtain a modified conjugated diene polymer.
- the coupling agent used in the coupling step may have any structure as long as it is a reactive compound having three or more functionalities, but is preferably a reactive compound having three or more functionalities and a silicon atom.
- trifunctional or higher reactive compounds having silicon atoms include, but are not limited to, halogenated silane compounds, epoxy silane compounds, vinyl silane compounds, alkoxy silane compounds, and alkoxy silane compounds containing nitrogen-containing groups.
- Halogenated silane compounds that serve as coupling agents include, but are not limited to, methyltrichlorosilane, tetrachlorosilane, tris(trimethylsiloxy)chlorosilane, tris(dimethylamino)chlorosilane, hexachlorodisilane, bis(trichlorosilyl)methane, 1,2-bis(trichlorosilyl)ethane, 1,2-bis(methyldichlorosilyl)ethane, 1,4-bis(trichlorosilyl)butane, 1,4 bis(methyldichlorosilyl)butane, etc.
- Epoxy silane compounds that are coupling agents include, but are not limited to, 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane, 3-glycidoxypropyltriethoxysilane, 3-glycidoxypropylmethyldiethoxysilane, epoxy-modified silicone, etc.
- the nitrogen atom-containing modifying agent include, but are not limited to, isocyanate compounds, isothiocyanate compounds, isocyanuric acid derivatives, nitrogen atom group-containing carbonyl compounds, nitrogen atom group-containing vinyl compounds, and nitrogen atom group-containing epoxy compounds.
- Isocyanate compounds that are modifying agents having nitrogen atom-containing groups include, but are not limited to, 2,4-tolylene diisocyanate, 2,6-tolylene diisocyanate, diphenylmethane diisocyanate, polymeric diphenylmethane diisocyanate (C-MDI), phenyl isocyanate, isophorone diisocyanate, hexamethylene diisocyanate, butyl isocyanate, 1,3,5-benzene triisocyanate, etc.
- Isocyanuric acid derivatives which are modifying agents having a nitrogen atom-containing group, include, but are not limited to, 1,3,5-tris(3-trimethoxysilylpropyl)isocyanurate, 1,3,5-tris(3-triethoxysilylpropyl)isocyanurate, 1,3,5-tri(oxiran-2-yl)-1,3,5-triazinane-2,4,6-trione, 1,3,5-tris(isocyanatomethyl)-1,3,5-triazinane-2,4,6-trione, 1,3,5-trivinyl-1,3,5-triazinane-2,4,6-trione, etc.
- Carbonyl compounds that are modifiers having a nitrogen atom-containing group include, but are not limited to, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone, 1-methyl-3-ethyl-2-imidazolidinone, 1-methyl-3-(2-methoxyethyl)-2-imidazolidinone, N-methyl-2-pyrrolidone, N-methyl-2-piperidone, N-methyl-2-quinolone, 4,4'-bis(diethylamino)benzophenone, 4,4'-bis(dimethylamino)benzophenone, methyl
- Examples of such compounds include methyl-2-pyridyl ketone, methyl-4-pyridyl ketone, propyl-2-pyridyl ketone, di-4-pyridyl ketone, 2-benzoylpyridine, N,N,N',N'-tetramethylurea, N,N-dimethyl-N',N'-diphenylurea, N,
- Vinyl compounds that are modifiers having nitrogen atom-containing groups include, but are not limited to, N,N-dimethylacrylamide, N,N-dimethylmethacrylamide, N-methylmaleimide, N-methylphthalimide, N,N-bistrimethylsilylacrylamide, morpholinoacrylamide, 3-(2-dimethylaminoethyl)styrene, (dimethylamino)dimethyl-4-vinylphenylsilane, 4,4'-vinylidenebis(N,N-dimethylaniline), 4,4'-vinylidenebis(N,N-diethylaniline), 1,1-bis(4-morpholinophenyl)ethylene, 1-phenyl-1-(4-N,N-dimethylaminophenyl)ethylene, etc.
- the epoxy compound which is a modifying agent having a nitrogen atom-containing group, is, but is not limited to, for example, a hydrocarbon compound containing an epoxy group bonded to an amino group, which may further have an epoxy group bonded to an ether group.
- examples of such epoxy compounds include, but are not limited to, epoxy compounds represented by the following general formula (a):
- R is a divalent or higher organic group having at least one polar group selected from a divalent or higher hydrocarbon group, or an oxygen-containing polar group such as an ether, epoxy, or ketone, a sulfur-containing polar group such as a thioether or thioketone, or a nitrogen-containing polar group such as a tertiary amino group or an imino group.
- the divalent or higher hydrocarbon group may be a saturated or unsaturated straight-chain, branched or cyclic hydrocarbon group, and includes alkylene groups, alkenylene groups, phenylene groups, etc. Preferably, it is a hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms. Examples include methylene, ethylene, butylene, cyclohexylene, 1,3-bis(methylene)-cyclohexane, 1,3-bis(ethylene)-cyclohexane, o-, m-, p-phenylene, m-, p-xylene, bis(phenylene)-methane, etc.
- R 1 and R 4 are hydrocarbon groups having 1 to 10 carbon atoms, and R 1 and R 4 may be the same or different.
- R 2 and R 5 are hydrogen or a hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms, and R 2 and R 5 may be the same or different.
- R 3 is a hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms or a structure represented by the following formula (a1).
- R 1 , R 2 and R 3 may be bonded to each other to form a cyclic structure.
- R3 when R3 is a hydrocarbon group, it may be a cyclic structure bonded to R. In the case of the cyclic structure, the N bonded to R3 and R may be directly bonded to each other.
- n is an integer of 1 or more
- m is 0 or an integer of 1 or more.
- R 1 and R 2 are defined in the same manner as R 1 and R 2 in the formula (a), and R 1 and R 2 may be the same or different.
- the compound As an epoxy compound that is a modifier having a nitrogen atom-containing group, it is preferable that the compound has an epoxy group-containing hydrocarbon group, and more preferably, that the compound has a glycidyl group-containing hydrocarbon group.
- the epoxy group-containing hydrocarbon group bonded to the amino group or ether group is not particularly limited, but examples thereof include a glycidylamino group, a diglycidylamino group, and a glycidoxy group. More preferred molecular structures are epoxy group-containing compounds each having a glycidylamino group or a diglycidylamino group, and a glycidoxy group, and examples thereof include compounds represented by the following general formula (a2).
- R is defined as R in the formula (a), and R6 is a hydrocarbon group having 1 to 10 carbon atoms or a structure represented by the following formula (a3).
- R6 is a hydrocarbon group, it may be bonded to R to form a cyclic structure, and in this case, the N bonded to R6 and R may be directly bonded to each other.
- n is an integer of 1 or more
- m is 0 or an integer of 1 or more.
- the epoxy compound which is a modifier having a nitrogen atom-containing group, is particularly preferably a compound having one or more diglycidylamino groups and one or more glycidoxy groups in the molecule.
- Epoxy compounds used as modifiers having a nitrogen atom-containing group include, but are not limited to, N,N-diglycidyl-4-glycidoxyaniline, 1-N,N-diglycidylaminomethyl-4-glycidoxy-cyclohexane, 4-(4-glycidoxyphenyl)-(N,N-diglycidyl)aniline, 4-(4-glycidoxyphenoxy)-(N,N-diglycidyl)aniline, 4-(4-glycidoxybenzyl)-(N,N-diglycidyl)aniline, 4-(N,N'-diglycidyl-2-piperazinyl)-glycidoxybenzene, 1,3-bis(N,N-diglycidylaminomethyl)cyclohexane, N,N,N',N'-tetraglycidyl-m -xylenediamine, 4,4-methylene-bis(N,N-diglycidylaniline), 1,4-
- the modifier is preferably an alkoxysilane compound having a nitrogen atom-containing group.
- Such modifiers are not limited to the following, but examples include 3-dimethylaminopropyltrimethoxysilane, 3-dimethylaminopropylmethyldimethoxysilane, 3-diethylaminopropyltriethoxysilane, 3-morpholinopropyltrimethoxysilane, 3-piperidinopropyltriethoxysilane, 3-hexamethyleneiminopropylmethyldiethoxysilane, 3-(4-methyl-1-piperazino)propyltriethoxysilane, 1-[3-(triethoxysilyl)-propyl]-3-methylhexahydropyrimidine, 3-(4-trimethylsilyl ...
- alkoxysilane compound having a nitrogen atom-containing group include the following: Specifically, tris(3-trimethoxysilylpropyl)amine, tris(3-triethoxysilylpropyl)amine, tris(3-tripropoxysilylpropyl)amine, bis(3-trimethoxysilylpropyl)-[3-(2,2-dimethoxy-1-aza-2-silacyclopentane)propyl]amine, tetrakis(3-trimethoxysilylpropyl)-1,3-propanediamine (also referred to as "N,N,N',N'-tetrakis(3-trimethoxysilylpropyl)-1,3-propanediamine”), tris(3-trimethoxysilylpropyl)-[3-(1-methoxy-2-trimethylsilyl-1-sila-2-azacyclopentane)propyl]-1,
- examples of protected amine compounds in which active hydrogen is substituted with a protecting group include compounds having alkoxysilanes and protected amines in the molecule.
- examples of such compounds include, but are not limited to, N,N-bis(trimethylsilyl)aminopropyl trimethoxysilane, N,N-bis(trimethylsilyl)aminopropyl methyl dimethoxysilane, N,N-bis(trimethylsilyl)aminopropyl triethoxysilane, N,N-bis(trimethylsilyl)aminopropyl methyl diethoxysilane, N,N-bis(trimethylsilyl)aminoethyl trimethoxysilane, N,N-bis(trimethylsilyl)aminoethyl methyl diethoxysilane, N,N-bis(triethylsilyl)aminopropyl methyl diethoxysilane, N,N-bis(triethy
- N-(1,3-dimethylbutylidene)-3-methyl(dimethoxysilyl)-1-propanamine N-(1,3-dimethylbutylidene)-3-methyl(diethoxysilyl)-1-propanamine
- N-(1-methylethylidene)-3-(triethoxysilyl)-1-propanamine N-(1-methylethylidene)-3-(triethoxysilyl)-1-propanamine
- N-(1-methylethylidene)-3-methyl(dimethoxysilyl)-1-propanamine N-(1-methylethylidene)-3-methyl(diethoxysilyl)-1-propanamine
- N-ethylidene-3-(triethoxysilyl)-1-propanamine N-ethylidene-3-(trimethoxysilyl)-1-propanamine
- a modifier having a nitrogen atom-containing group represented by any one of the following formulas (A) to (D) in the coupling step may be used alone or in combination of two or more types.
- R 10 and R 11 are hydrocarbon groups having 1 to 12 carbon atoms, which may contain unsaturated bonds, and may be the same or different from each other, and R 12 is a hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms.
- R 8 and R 9 are aliphatic hydrocarbon groups having 1 to 6 carbon atoms, which may contain an unsaturated bond, and may be the same or different.
- R 7 is a hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms which contains Si, O, or N and may be substituted with an organic group having no active hydrogen, and may have an unsaturated bond.
- a is an integer from 1 to 3.
- A represents a hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms, or an organic group having at least one atom selected from the group consisting of an oxygen atom, a nitrogen atom, a silicon atom, a sulfur atom, and a phosphorus atom and having no active hydrogen.
- R 13 , R 14 , and R 15 each independently represent a single bond or an alkylene group having 1 to 20 carbon atoms.
- R 16 , R 17 , R 18 , R 19 , and R 21 each independently represent an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms.
- R 20 and R 22 each independently represent an alkylene group having 1 to 20 carbon atoms.
- Each R 23 independently represents an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms or a trialkylsilyl group.
- Each b is independently an integer of 1 to 3
- each c is independently 1 or 2
- each i is an integer of 0 to 6
- each j is an integer of 0 to 6
- each k is an integer of 0 to 6, and the sum of i, j, and k is an integer of 4 to 10.
- R 24 , R 25 , R 26 , R 27 , R 28 , and R 29 each independently represent an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, or an aryl group having 6 to 20 carbon atoms.
- R 30 , R 31 , and R 32 each independently represent an alkylene group having 1 to 20 carbon atoms.
- s, t, and u each independently represent an integer of 1 to 3, and the sum of s, t, and u is an integer of 4 or more.
- B 1 and B 2 are each independently a divalent hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms which may or may not contain an oxygen atom.
- R 33 to R 36 are each independently a monovalent hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms.
- L 1 to L 4 are each independently a divalent, trivalent, or tetravalent alkylsilyl group substituted with an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, or a monovalent hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms, or L 1 and L 2 , and L 3 and L 4 may be linked together to form a ring having 1 to 5 carbon atoms, and when L 1 and L 2 , and L 3 and L 4 are linked together to form a ring, the formed ring may contain 1 to 3 heteroatoms of one or more types selected from the group consisting of N, O, and S.
- B1 and B2 are each independently an alkylene group having 1 to 10 carbon atoms
- R33 to R36 are each independently an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms
- L1 to L4 are each independently a tetravalent alkylsilyl group substituted with an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms, an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, or L1 and L2 and L3 and L4 may be linked to each other to form a ring having 1 to 3 carbon atoms, and when L1 and L2 and L3 and L4 are linked to each other to form a ring, the formed ring may contain 1 to 3 heteroatoms selected from the group consisting of N, O, and S.
- Examples of the coupling modifier represented by formula (A) include, but are not limited to, 1-methyl-4-[3-(trimethoxysilyl)propyl]piperazine, 1-methyl-4-[3-(triethoxysilyl)propyl]piperazine, 1-propyl-4-[3-(trimethoxysilyl)propyl]piperazine, 1-propyl-4-[3-(triethoxysilyl)propyl]piperazine, 1-trimethylsilyl-4-[3-(trimethoxysilyl)propyl]piperazine, and 1-trimethylsilyl-4-[3-(triethoxysilyl)propyl]piperazine.
- a in formula (A) is 3.
- the reaction temperature and reaction time are not particularly limited, but the reaction is preferably carried out at a temperature of 0°C or higher and 120°C or lower, and preferably for 30 seconds or longer.
- the amount of the coupling modifier represented by formula (A) added is preferably in a range such that the total number of moles of alkoxy groups bonded to silyl groups in the compound represented by formula (A) is 0.2 to 2.0 times the number of moles of the polymerization initiator added, more preferably 0.3 to 1.5 times, and even more preferably 0.4 to 1.0 times. From the viewpoint of setting the molecular weight of the resulting modified conjugated diene polymer in a more preferable range, it is preferably 0.2 times or more, and from the viewpoint of storage stability during long-term storage, it is preferably 2.0 times or less.
- the amounts of the polymerization initiator and the coupling modifier represented by formula (A) added may be adjusted so that the number of moles of the coupling modifier represented by formula (A) is preferably 0.1 to 1.0 times the number of moles of the polymerization initiator.
- A is preferably represented by any one of the following formulas (I) to (IV).
- D 1 represents a single bond or a divalent hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms, and h represents an integer of 1 to 10. When a plurality of D 1 are present, each D 1 is independent.
- D2 represents a single bond or a divalent hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms.
- D3 represents an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, and h represents an integer of 1 to 10. When there are a plurality of D2 and D3 , they are each independent of each other.
- D4 represents a single bond or a divalent hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms.
- h represents an integer of 1 to 10.
- D5 represents a single bond or a divalent hydrocarbon group having 1 to 20 carbon atoms, and h represents an integer of 1 to 10. When a plurality of D5s are present, they are each independent of each other.
- examples of the coupling modifier include, but are not limited to, tris(3-trimethoxysilylpropyl)amine, bis(3-trimethoxysilylpropyl)-[3-(2,2-dimethoxy-1-aza-2-silacyclopentane)propyl]amine, bis[3-(2,2-dimethoxy-1-aza-2-silacyclopentane)propyl]-(3-trimethoxysilylpropyl)amine, tris[3-(2,2-dimethoxy-1-aza-2-silacyclopentane)propyl]amine, tris(3-ethoxysilylpropyl)amine, bis(3-triethoxysilylpropyl)-[3-(2,2-diethoxy-1-aza-2-silacyclopentane)propyl]amine, bis[3-(2,2-diethoxy-1 -aza-2-silacyclopentane)propyl]amine, bis[3-(
- tetrakis[3-(2,2-dimethoxy-1-aza-2-silacyclopentane)propyl]-1,3-propanediamine tris(3-trimethoxysilylpropyl)-[3-(1-methoxy-2-trimethylsilyl-1-sila-2-azacyclopentane)propyl]-1,3-propanediamine, bis(3-trimethoxysilylpropyl)-[3-(2,2-dimethoxy-1-aza-2-silacyclopentane)propyl]-[3-(1-methoxy-2-trimethylsilyl-1-sila-2-azacyclopentane)propyl]-1,3-propanediamine, bis[3-(2,2-dimethoxy-1-aza-2-silacyclopentane)propyl] propyl]-(3-trimethoxysilylpropyl)-[3-(1-methoxy-2
- examples of the coupling modifier include, but are not limited to, tris(3-trimethoxysilylpropyl)-methyl-1,3-propanediamine, bis(2-trimethoxysilylpropyl)-[3-(2,2-dimethoxy-1-aza-2-silacyclopentane)propyl]-methyl-1,3-propanediamine, bis[3-(2,2-dimethoxy-1-aza-2-silacyclopentane)propyl]-(3-trimethoxysilylpropyl)-methyl-1,3-propanediamine, 2-(2,2-diethoxysilylpropyl)-methyl-1,3-propanediamine, tris(3-triethoxysilylpropyl)-methyl-1,3-propanediamine, bis(2-triethoxysilylpropyl)-[3-(2,2-diethoxy-1-aza-2-silacyclopentane
- examples of the coupling modifier include, but are not limited to, tetrakis[3-(2,2-dimethoxy-1-aza-2-silacyclopentane)propyl]silane, tris[3-(2,2-dimethoxy-1-aza-2-silacyclopentane)propyl]-(3-trimethoxysilylpropyl)silane, tris[3-(2,2-dimethoxy-1-aza-2-silacyclopentane)propyl]-(3-trimethoxysilylpropyl)silane, silane, bis(3-trimethoxysilylpropyl)-bis[3-(2,2-dimethoxy-1-aza-2-silacyclopentane)propyl]silane, (3-trimethoxysilyl)-[3-(1-methoxy-2-trimethylsilyl-1-sila-2-azacyclopent
- examples of the coupling modifier include, but are not limited to, 3-tris[2-(2,2-dimethoxy-1-aza-2-silacyclopentane)ethoxy]silyl-1-(2,2-dimethoxy-1-aza-2-silacyclopentane)propane and 3-tris[2-(2,2-dimethoxy-1-aza-2-silacyclopentane)ethoxy]silyl-1-trimethoxysilylpropane.
- the amount of the modifier represented by formula (B) added is preferably determined based on the ratio of the number of moles of the polymerization initiator added to the number of moles of the modifier represented by formula (B) added. In this way, the conjugated diene polymer and the modifier can be adjusted to react in a desired stoichiometric ratio.
- the amount of the polymerization initiator and the coupling modifier represented by formula (B) added may be adjusted so that the number of moles of the coupling modifier represented by formula (B) is preferably 0.012 to 1.0 times, more preferably 0.02 to 0.5 times, relative to the number of moles of the polymerization initiator.
- the number of functional groups of the modifier (for example, when i and j are 2 or more and w and x are present in a plurality of cases, and when f and g are equal, it is f ⁇ i+(g+1) ⁇ j+k) is preferably an integer of 5 to 10, more preferably an integer of 6 to 10. From the viewpoint of setting the molecular weight of the resulting modified conjugated diene polymer in a preferred range, it is preferably 0.012 times or more. Also, from the viewpoint of storage stability during long-term storage, it is preferably 0.2 times or less.
- i, j, and k in the formula (B) are all 3.
- Coupling modifiers represented by formula (C) include, but are not limited to, tris(3-trimethoxysilylpropyl)amine, tris(3-methyldimethoxysilylpropyl)amine, tris(3-triethoxysilylpropyl)amine, tris(3-methyldiethoxysilylpropyl)amine, tris(trimethoxysilylmethyl)amine, tris(2-trimethoxysilylethyl)amine, and tris(4-trimethoxysilylbutyl)amine.
- reaction temperature and reaction time are not limited to the following, but are preferably from 0°C to 120°C, and the reaction is preferably carried out for 30 seconds or more.
- the amount of the coupling modifier represented by formula (C) added is preferably in a range such that the total number of moles of alkoxy groups bonded to silyl groups in the compound represented by formula (C) is 0.1 to 2.0 times the number of moles of the polymerization initiator added, more preferably 0.2 to 1.0 times, and even more preferably 0.3 to 0.5 times. From the viewpoint of the molecular weight of the resulting modified conjugated diene polymer, it is preferable to set it to 0.1 times or more. Also, from the viewpoint of storage stability during long-term storage, it is preferable to set it to 2.0 times or less.
- Examples of the coupling modifier represented by formula (D) include 3,3'-(1,1,3,3-tetramethoxydisiloxane-1,3-diyl)bis(N,N-dimethylpropane-1-amine), 3,3'-1,1,3,3-tetraethoxydisiloxane-1,3-diyl)bis(N,N-dimethylpropane-1-amine), 3,3'-(1,1,3,3-tetrapropoxydisiloxane-1,3-diyl)bis(N,N-dimethylpropane-1-amine), propan-1-amine), 3,3'-(1,1,3,3-tetramethoxydisiloxane-1,3-diyl)bis(N,N-diethylpropan-1-amine), 3,3'-(1,1,3,3-tetramethoxydisiloxane-1,3-diyl)bis(N,N-dipropylpropan-1-amine), 3,
- the reaction temperature and reaction time are not particularly limited, but the reaction is preferably carried out at a temperature of 0°C or higher and 120°C or lower, and preferably for 30 seconds or longer.
- the amount of the coupling modifier represented by formula (D) added is preferably in a range in which the total number of moles of alkoxy groups bonded to silyl groups in the compound represented by formula (D) is 0.25 to 2.0 times the number of moles of the polymerization initiator added, more preferably in a range in which the total number of moles is 0.3 to 1, and even more preferably in a range in which the total number of moles is 0.35 to 0.5. From the viewpoint of the molecular weight of the resulting modified conjugated diene polymer and from the viewpoint of storage stability during long-term storage, it is preferably 2.0 times or less.
- the method for producing a conjugated diene polymer of this embodiment may include a condensation reaction step in which a condensation promoter is added after and/or before the coupling step to cause a condensation reaction.
- a deactivator and/or a neutralizer may be added to the polymer solution, if necessary.
- quenching agents include, but are not limited to, water and alcohols such as methanol, ethanol, and isopropanol.
- the neutralizing agent include, but are not limited to, carboxylic acids such as stearic acid, oleic acid, and versatic acid (a mixture of highly branched carboxylic acids having 9 to 11 carbon atoms and mainly having 10 carbon atoms), aqueous solutions of inorganic acids, and carbon dioxide gas.
- a rubber stabilizer is preferably added from the viewpoint of preventing gel formation after polymerization and improving stability during processing.
- the rubber stabilizer is not limited to the following and any known stabilizer can be used.
- antioxidants such as 2,6-di-tert-butyl-4-hydroxytoluene (BHT), n-octadecyl-3-(4'-hydroxy-3',5'-di-tert-butylphenol)propionate, and 2-methyl-4,6-bis[(octylthio)methyl]phenol are preferred.
- the method for producing a conjugated diene polymer of the present embodiment may include a step of obtaining the obtained conjugated diene polymer from the polymer solution.
- a method for obtaining a conjugated diene polymer from a polymer solution a known method may be used, and for example, the following method may be used.
- Examples of the method include a method in which the solvent is separated by steam stripping or the like, the conjugated diene polymer is filtered, and then dehydrated and dried to obtain a conjugated diene polymer, a method in which the conjugated diene polymer is concentrated in a flashing tank and further devolatilized by a vent extruder or the like to obtain a conjugated diene polymer, and a method in which the conjugated diene polymer is directly devolatilized by a drum dryer or the like to obtain a conjugated diene polymer.
- Step of Obtaining Extended Conjugated Diene Polymer In the method for producing a conjugated diene polymer of the present embodiment, at least one selected from the group consisting of an extending oil, a liquid rubber, and a resin may be further added to the produced conjugated diene polymer to obtain an extended conjugated diene polymer.
- the extended conjugated diene polymer includes not only oil-extended conjugated diene polymers containing oil, but also those containing liquid polybutadiene and various resins other than oil. This can further improve the processability of the conjugated diene polymer.
- the method for adding the extender oil to the conjugated diene polymer is not limited to the following method, but a method in which the extender oil is added to a conjugated diene polymer solution, mixed, and the extended polymer solution is desolvated is preferred.
- the extender oil include aromatic oil, naphthenic oil, paraffin oil, vegetable oil, etc.
- the vegetable oil can be made from an oil selected from the group consisting of linseed oil, safflower oil, soybean oil, corn oil, cottonseed oil, castor oil, tung oil, pine oil, sunflower oil, palm oil, olive oil, coconut oil, peanut oil, and grape seed oil.
- aromatic substitute oils having a polycyclic aromatic (PCA) content of 3 mass% or less according to the IP346 method are preferred.
- PCA polycyclic aromatic
- examples of aromatic substitute oils include Treated Distillate Aromatic Extracts (TDAE) and Mild Extraction Solvate (MES) as shown in Kautschuk Kunststoffe 52(12)799 (1999), as well as Residual Aromatic Extracts (RAE).
- liquid rubber examples include, but are not limited to, liquid polybutadiene, liquid styrene-butadiene rubber, and the like.
- resins include, but are not limited to, aromatic petroleum resins, coumarone-indene resins, terpene resins, rosin derivatives (including paulownia oil resins), tall oil, derivatives of tall oil, rosin ester resins, natural and synthetic terpene resins, aliphatic hydrocarbon resins, aromatic hydrocarbon resins, mixed aliphatic-aromatic hydrocarbon resins, coumarin-indene resins, phenolic resins, p-tert-butylphenol-acetylene resins, phenol-formaldehyde resins, xylene-formaldehyde resins, monoolefin oligomers, diolefin oligomers, hydrogenated aromatic hydrocarbon resins, cyclic aliphatic hydrocarbon resins, hydrogenated hydrocarbon resins, hydrogenated paul
- the amount of at least one selected from the group consisting of extender oil, liquid rubber, and resin is not particularly limited, but is preferably 1 to 60 parts by mass, more preferably 10 to 60 parts by mass, and even more preferably 15 to 37.5 parts by mass, relative to 100 parts by mass of the conjugated diene-based polymer of the present embodiment.
- the conjugated diene-based polymer of the present embodiment can be made into a rubber composition by adding a filler (hereinafter, may be referred to as the rubber composition of the present embodiment).
- the rubber composition of the present embodiment includes a rubber component containing the conjugated diene polymer of the present embodiment described above, and a filler of 5.0 parts by mass or more and 150 parts by mass or less per 100 parts by mass of the rubber component, and the rubber component preferably contains 10 parts by mass or more of the conjugated diene polymer of the present embodiment per 100 parts by mass of the total amount of the rubber component.
- a rubber composition By dispersing the filler in the rubber component containing the conjugated diene polymer of the present embodiment, a rubber composition can be obtained that is more excellent in processability during vulcanization, and the vulcanizate has more excellent low hysteresis loss, fracture properties, and abrasion resistance.
- the rubber component contains the conjugated diene polymer of the present embodiment at a predetermined ratio, and thus the processability and abrasion resistance are further improved.
- Fillers include, but are not limited to, silica-based inorganic fillers, carbon black, metal oxides, and metal hydroxides. Among these, silica-based inorganic fillers are preferred. In particular, when the rubber composition is used for vulcanized rubber applications such as tires, automobile parts such as anti-vibration rubber, and shoes, it is particularly preferred that the rubber composition contains a silica-based inorganic filler. Such fillers may be used alone or in combination of two or more types.
- the silica-based inorganic filler is not particularly limited and any known filler can be used, but solid particles containing SiO2 or Si3Al as a constituent unit are preferred, and solid particles containing SiO2 or Si3Al as a main component of the constituent unit are more preferred.
- the main component refers to a component contained in the silica-based inorganic filler in an amount of more than 50 mass%, preferably 70 mass% or more, more preferably 80 mass% or more.
- Silica-based inorganic fillers include, but are not limited to, inorganic fibrous substances such as silica, clay, talc, mica, diatomaceous earth, wollastonite, montmorillonite, zeolite, and glass fiber. Silica-based inorganic fillers with hydrophobic surfaces and mixtures of silica-based inorganic fillers and non-silica-based inorganic fillers may also be used. Among these, silica or glass fiber is preferred, and silica is more preferred, from the viewpoint of further improving the strength and abrasion resistance of the rubber composition of this embodiment. Silica is not particularly limited, but examples include dry silica, wet silica, and synthetic silicate silica. Among these silicas, wet silica is preferred, from the viewpoint of further improving the breaking strength of the rubber composition.
- the nitrogen adsorption specific surface area of the silica-based inorganic filler determined by the BET adsorption method is preferably 100 m 2 /g or more and 300 m 2 /g or less, more preferably 170 m 2 /g or more and 250 m 2 /g or less.
- a silica-based inorganic filler having a relatively small specific surface area for example, a specific surface area of less than 200 m 2 /g
- a silica-based inorganic filler having a relatively large specific surface area for example, 200 m 2 /g or more.
- the rubber composition of this embodiment further improves the dispersibility of silica.
- a rubber composition having even better abrasion resistance, fracture strength and low hysteresis loss tends to be obtained.
- carbon black examples include, but are not limited to, carbon black of various classes such as SRF, FEF, HAF, ISAF, and SAF. Among these, carbon black having a nitrogen adsorption specific surface area of 50 m 2 /g or more as determined by the BET adsorption method and a dibutyl phthalate (DBP) oil absorption of 80 mL/100 g or less is preferred.
- SRF sulfur adsorption specific surface area
- DBP dibutyl phthalate
- the metal oxide is not particularly limited as long as it is a solid particle having a structural unit of the chemical formula M x O y (M represents a metal atom, and x and y each independently represent an integer of 1 to 6), and examples thereof include alumina, titanium oxide, magnesium oxide, and zinc oxide.
- Metal hydroxides include, but are not limited to, aluminum hydroxide, magnesium hydroxide, and zirconium hydroxide.
- the content of the filler in the rubber composition of this embodiment is preferably 5.0 parts by mass or more and 150 parts by mass or less, more preferably 20 parts by mass or more and 100 parts by mass or less, and even more preferably 30 parts by mass or more and 90 parts by mass or less, per 100 parts by mass of the rubber component.
- the filler satisfies the above range, the rubber composition tends to have better processability during vulcanization, and the vulcanizate tends to have better low hysteresis loss, fracture properties, and abrasion resistance.
- the rubber composition of this embodiment preferably contains 0.5 parts by mass or more and 100 parts by mass or less of carbon black per 100 parts by mass of the rubber component containing the conjugated diene polymer of this embodiment.
- the rubber composition preferably contains 3.0 parts by mass or more and 100 parts by mass or less of carbon black, more preferably 5.0 parts by mass or more and 50 parts by mass or less, per 100 parts by mass of the rubber component containing the conjugated diene polymer of this embodiment.
- the rubber composition of the present embodiment may further contain a silane coupling agent.
- a silane coupling agent is preferably, but not limited to, a compound having a sulfur bond and an alkoxysilyl group or a silanol group in one molecule, such as, but not limited to, bis-[3-(triethoxysilyl)-propyl]-tetrasulfide, bis-[3-(triethoxysilyl)-propyl]-disulfide, and bis-[2-(triethoxysilyl)-ethyl]-tetrasulfide.
- the content of the silane coupling agent is preferably 0.1 parts by mass or more and 30 parts by mass or less, more preferably 0.5 parts by mass or more and 20 parts by mass or less, and even more preferably 1.0 parts by mass or more and 15 parts by mass or less, relative to 100 parts by mass of the filler.
- the content of the silane coupling agent is within the above range, there is a tendency for the interaction between the rubber component and the filler to be further improved.
- the rubber composition of the present embodiment may contain, as a rubber component, a rubber-like polymer other than the conjugated diene-based polymer of the present embodiment (hereinafter simply referred to as a "rubber-like polymer").
- rubber-like polymers include, but are not limited to, conjugated diene polymers and hydrogenated products thereof, random copolymers of conjugated diene compounds and vinyl aromatic compounds and hydrogenated products thereof, block copolymers of conjugated diene compounds and vinyl aromatic compounds and hydrogenated products thereof, non-diene polymers, and natural rubber.
- rubber-like polymers include, but are not limited to, styrene-based elastomers such as butadiene rubber and hydrogenated products thereof, isoprene rubber and hydrogenated products thereof, styrene-butadiene rubber and hydrogenated products thereof, styrene-butadiene block copolymers and hydrogenated products thereof, and styrene-isoprene block copolymers and hydrogenated products thereof, as well as acrylonitrile-butadiene rubber and hydrogenated products thereof.
- styrene-based elastomers such as butadiene rubber and hydrogenated products thereof, isoprene rubber and hydrogenated products thereof, styrene-butadiene rubber and hydrogenated products thereof, styrene-butadiene block copolymers and hydrogenated products thereof, and styrene-isoprene block copolymers and hydrogenated products thereof, as well as acrylonitrile-butadiene rubber and
- non-diene polymers include, but are not limited to, olefin elastomers such as ethylene-propylene rubber, ethylene-propylene-diene rubber, ethylene-butene-diene rubber, ethylene-butene rubber, ethylene-hexene rubber, and ethylene-octene rubber, butyl rubber, brominated butyl rubber, acrylic rubber, fluororubber, silicone rubber, chlorinated polyethylene rubber, epichlorohydrin rubber, ⁇ , ⁇ -unsaturated nitrile-acrylate-conjugated diene copolymer rubber, urethane rubber, and polysulfide rubber.
- natural rubber include, but are not limited to, smoked sheet RSS 3 to 5, SMR, and epoxidized natural rubber.
- the rubber-like polymer may be a modified rubber to which a polar functional group such as a hydroxyl group or an amino group has been added.
- the rubber-like polymer is preferably one or more selected from the group consisting of butadiene rubber, isoprene rubber, styrene-butadiene rubber, natural rubber, and butyl rubber.
- the mass average molecular weight of the rubber-like polymer is preferably 2,000 or more and 2,000,000 or less, and more preferably 5,000 or more and 1,500,000 or less, from the viewpoint of the balance between the abrasion resistance, breaking strength, and low hysteresis loss and processability of the rubber composition.
- a low molecular weight rubber-like polymer so-called liquid rubber, can also be used as the rubber-like polymer.
- These rubber-like polymers may be used alone or in combination of two or more types.
- the content ratio (mass ratio) of the conjugated diene polymer to the rubber-like polymer is preferably 10/90 or more and 100/0 or less, more preferably 20/80 or more and 90/10 or less, and even more preferably 30/70 or more and 80/20 or less.
- the rubber component contains the conjugated diene polymer of this embodiment in an amount of preferably 10 parts by mass or more and 100 parts by mass or less, more preferably 20 parts by mass or more and 90 parts by mass or less, and even more preferably 30 parts by mass or more and 80 parts by mass or less, per 100 parts by mass of the total amount of the rubber component.
- the ratio of the conjugated diene polymer of this embodiment contained in the rubber component is within the above range, the vulcanizate of the rubber composition tends to be more excellent in wear resistance and low hysteresis loss.
- a rubber softener may be added in addition to the rubber component.
- the rubber softener the same ones as those exemplified as those contained in the above-mentioned conjugated diene polymer can be used, but mineral oil or liquid or low molecular weight synthetic softeners are preferred.
- the rubber composition of the present embodiment preferably contains a rubber softener having a moderate aromatic content. By containing such a rubber softener, compatibility with the conjugated diene polymer is further improved.
- the content of the rubber softener in the rubber composition of this embodiment is represented by the total amount of the rubber softener added in advance to the conjugated diene polymer or rubber-like polymer and the rubber softener added when preparing the rubber composition.
- the content of the rubber softener is preferably 0 parts by mass or more and 100 parts by mass or less, more preferably 10 parts by mass or more and 90 parts by mass or less, and even more preferably 30 parts by mass or more and 90 parts by mass or less, per 100 parts by mass of the rubber component.
- the rubber composition can be produced by mixing a conjugated diene polymer, a rubber-like polymer, a filler, a silane coupling agent, a rubber softener, and the like.
- a general mixer such as an open roll, a Banbury mixer, a kneader, a single-screw extruder, a twin-screw extruder, or a multi-screw extruder, and a method in which the components are dissolved and mixed and then the solvent is removed by heating.
- melt-kneading method using a roll, a Banbury mixer, a kneader, or an extruder is preferred from the standpoint of productivity and good kneading properties.
- the rubber component, the filler, the silane coupling agent, and the additives may be kneaded all at once, or may be mixed in several batches.
- the rubber composition of this embodiment may be vulcanized with a vulcanizing agent.
- the vulcanizing agent is not particularly limited, but examples include radical generators such as organic peroxides and azo compounds, oxime compounds, nitroso compounds, polyamine compounds, sulfur, and sulfur compounds.
- Sulfur compounds include sulfur monochloride, sulfur dichloride, disulfide compounds, and polymeric polysulfur compounds.
- the content of the vulcanizing agent is preferably 0.01 parts by mass or more and 20 parts by mass or less, and more preferably 0.1 parts by mass or more and 15 parts by mass or less, per 100 parts by mass of the rubber component.
- the vulcanization method a conventionally known method can be used.
- the vulcanization temperature is preferably 120°C or more and 200°C or less, and more preferably 140°C or more and 180°C or less.
- a vulcanization accelerator and/or a vulcanization aid may be used as necessary.
- the vulcanization accelerator a conventionally known material may be used, and examples thereof include, but are not limited to, sulfenamide-based, guanidine-based, thiuram-based, aldehyde-amine-based, aldehyde-ammonia-based, thiazole-based, thiourea-based, and dithiocarbamate-based vulcanization accelerators.
- examples of the vulcanization aid include, but are not limited to, zinc oxide and stearic acid.
- the amount of each of the vulcanization accelerator and the vulcanization aid is preferably 0.01 parts by mass or more and 20 parts by mass or less, and more preferably 0.1 parts by mass or more and 15 parts by mass or less, per 100 parts by mass of the rubber component.
- the rubber composition of this embodiment may contain various additives such as softeners other than those mentioned above, other fillers, heat stabilizers, antistatic agents, weather stabilizers, antioxidants, colorants, and lubricants, within the scope of not impairing the effects of this embodiment.
- softener a known softener can be used.
- other fillers examples include, but are not limited to, calcium carbonate, magnesium carbonate, aluminum sulfate, and barium sulfate.
- heat stabilizer, antistatic agent, weather stabilizer, antioxidant, colorant, and lubricant known materials can be used.
- the rubber composition of this embodiment is suitable for use as a rubber composition for tires.
- the rubber composition of this embodiment is not particularly limited, but can be suitable for use in various parts of tires such as fuel-efficient tires, all-season tires, high-performance tires, and studless tires; for example, the tread, carcass, sidewalls, and bead portions.
- the measurement points were the discharge part of the polymerization step (P1) for synthesizing the first polymer segment and the discharge part of the polymerization step (P2) for forming the second polymer segment, and the solid amounts at these points were designated as m 1 and m 2 , respectively.
- the mass ratios r of the first polymer segment and the second polymer segment were calculated as the amounts m1 and m2 of solids discharged from the polymerization step (P1) for synthesizing the first polymer segment and the polymerization step (P2) for forming the second polymer segment, respectively, relative to the sum of the mass (U) of the conjugated diene compound and the mass (V) of the aromatic vinyl compound added per unit time throughout the entire polymerization step, as shown in the following formulas ( II) and (III) .
- U is the total amount of 1,3-butadiene in the first addition and the second addition per unit time
- V is the total amount of styrene in the first addition and the second addition per unit time.
- the amount of bound styrene (mass %) relative to 100 mass % of the sample coupled conjugated diene polymer was measured based on the amount of absorption of ultraviolet light at wavelengths (around 254 nm) by the phenyl group of styrene (measuring device: Shimadzu Corporation spectrophotometer "UV-2450").
- the bound styrene amount (X2) in the second polymer segment was calculated from the solid amounts m1 and m2 and the bound styrene amounts X1 and Xall in the polymerization step (P1) for synthesizing the first polymer segment and the polymerization step ( P2 ) for forming the second polymer segment, respectively, according to the following formula (VIII).
- the infrared spectrum of each sample was measured in the range of 600 to 1000 cm ⁇ 1 using a Fourier transform infrared spectrophotometer (manufactured by JASCO Corporation under the trade name “FT-IR230”). According to the Hampton method (the method described in R. R. Hampton, Analytical Chemistry 21, 923 (1949)), the amount of 1,2-vinyl bonds (mol %) in the bound butadiene was determined from the absorbance at a predetermined wave number.
- the vinyl bond amount in the second polymer segment was calculated from the solid amounts m 1 and m 2 and the vinyl bond amounts Y 1 and Y all in the bound conjugated diene in each of the polymerization step (P1) for synthesizing the first polymer segment and the polymerization step (P2) for forming the second polymer segment, according to the following formula (X).
- the polymerization conversion rate difference c dif was calculated by the following formula (VII).
- the conjugated diene polymers of the examples and comparative examples were used as samples, and a GPC measuring device (manufactured by Tosoh Corporation under the trade name "HLC-8320GPC") having three columns packed with polystyrene gel was used to measure the solubility of the conjugated diene polymers.
- the chromatogram was measured using an RI detector (trade name "HLC8020” manufactured by Tosoh Corporation), and the weight average molecular weight (Mw) and number average molecular weight (Mn) were calculated based on a calibration curve obtained using standard polystyrene. and molecular weight distribution (Mw/Mn).
- the eluent used was 5 mmol/L triethylamine-containing THF (tetrahydrofuran).
- THF triethylamine-containing THF
- “TSKguardcolumn SuperMP(HZ)-H” was connected and used. 10 mg of a measurement sample was dissolved in 10 mL of THF to prepare a measurement solution, and 10 ⁇ L of the measurement solution was injected into a GPC measurement device and measured under conditions of an oven temperature of 40° C. and a THF flow rate of 0.35 mL/min.
- the extrapolated glass transition onset temperature was determined as the temperature at the intersection of a straight line extending from the low-temperature baseline to the high-temperature side and a tangent drawn at the point where the gradient of the step-like change in the glass transition curve is maximum.
- the extrapolated glass transition finish temperature was determined as the temperature at the intersection of a straight line extending from the high temperature baseline to the low temperature side and a tangent drawn at the point where the gradient of the step-like change in the glass transition curve is maximum.
- the modification ratios of the conjugated diene polymers of the Examples and Comparative Examples were measured by column adsorption GPC as follows.
- the conjugated diene polymer was used as a sample, and the measurement was carried out by utilizing the characteristic of the modified basic polymer component being adsorbed to a GPC column filled with silica gel.
- the amount of a sample solution containing a sample and low molecular weight internal standard polystyrene was adsorbed onto the silica-based column by measuring the difference between the chromatogram measured using a polystyrene-based column and the chromatogram measured using a silica-based column, and the modification rate was calculated.
- ⁇ Preparation of sample solution> 10 mg of a sample and 5 mg of standard polystyrene were dissolved in 20 mL of THF (tetrahydrofuran) to prepare a sample solution.
- THF tetrahydrofuran
- ⁇ GPC measurement conditions using polystyrene column> A Tosoh Corporation product name "HLC-8320GPC” was used, and 10 ⁇ L of the sample solution was injected into the device using THF containing 5 mmol/L triethylamine as an eluent.
- a chromatogram was obtained using an RI detector under the conditions of a column oven temperature of 40° C. and a THF flow rate of 0.35 mL/min.
- the columns used were three Tosoh Corporation products under the trade name "TSKgel SuperMultiporeHZ-H” connected together, and a Tosoh Corporation product under the trade name “TSKguardcolumn SuperMP(HZ)-H” was connected in front of them as a guard column.
- THF was used as an eluent
- 50 ⁇ L of the sample solution was injected into the apparatus, and a chromatogram was obtained under the conditions of a column oven temperature of 40° C.
- the columns used were Agilent Corporation's Zorbax PSM-1000S, PSM-300S, and PSM-60S, connected in this order, with a DIOL 4.6 ⁇ 12.5 mm 5 micron guard column connected in front of them.
- Example 1 Two tank-type pressure vessels each having an internal volume of 10 L, an internal height (L) to diameter (D) ratio (L/D) of 4.0, an inlet at the bottom and an outlet at the top, and equipped with an agitator as a tank-type reactor and a jacket for temperature control were connected together as polymerization reactors.
- the polymerization step (P1) of synthesizing the first polymer segment was carried out using the first polymerization reactor. 1,3-butadiene, which had been previously dehydrated, was mixed under the conditions of 20.3 g/min, styrene 4.31 g/min, and normal hexane 173 g/min.
- n-butyllithium for inactivating remaining impurities was added at 0.104 mmol/min, mixed, and then continuously supplied to the bottom of the reaction unit. Furthermore, 2,2-bis(2-oxolanyl)propane as a polar substance was supplied at a rate of 0.0235 mmol/min, and n-butyllithium as a polymerization initiator was supplied at a rate of 0.239 mmol/min to the bottom of the first reactor, which was vigorously mixed with a stirrer, and the temperature inside the reactor was maintained at 78°C.
- the entire amount of the conjugated diene polymer was extracted from the top of the reactor, and an antioxidant (BHT) was added in an amount of 0.2 g per 100 g of the conjugated diene polymer, and then the solvent was removed. Thereafter, the amount of bound aromatic vinyl monomer units (X 1 ) of the first polymer segment, the amount of vinyl bonds (Y 1 ) in the bound conjugated diene, and the solid content concentration (m 1 ) were measured.
- BHT antioxidant
- the step (P2) of forming a second polymer segment was carried out using a second polymerization reactor.
- the conjugated diene polymer solution was continuously supplied from the top of the first reactor to the bottom of the second reactor, and further, 1,3-butadiene, normal hexane, and 2,2-bis(2-oxolanyl)propane as a polar substance were added to the second reactor at rates of 8.71 g/min, 32.1 g/min, and 0.450 mmol/min while stirring, and the reaction was continued at 78° C.
- Coupled agent A tetrakis(3-trimethoxysilylpropyl)-1,3-propanediamine
- coupling agent B 1-methyl-4-[3-(trimethoxysilyl)propyl]piperazine
- an antioxidant (BHT) was continuously added at 0.055 g/min (n-hexane solution) to the conjugated diene polymer solution after the coupling reaction so that the amount was 0.2 g per 100 g of polymer, and the coupling reaction was terminated.
- SRAE oil JOMO Process NC140 manufactured by JX Nippon Oil & Energy Corporation
- Example 2 A modified conjugated diene polymer of Example 2 was obtained in the same manner as in Example 1, except that the 1,3-butadiene and styrene supplied to the first reactor were changed to 18.7 g/min and 6.67 g/min, respectively, and the 1,3-butadiene added to the second reactor was changed to 8.00 g/min.
- Example 3 A modified conjugated diene polymer of Example 3 was obtained in the same manner as in Example 1, except that the 1,3-butadiene and styrene supplied to the first reactor were changed to 17.3 g/min and 8.67 g/min, respectively, and the 1,3-butadiene added to the second reactor was changed to 7.40 g/min.
- Example 4 A modified conjugated diene polymer of Example 4 was obtained in the same manner as in Example 1, except that the 1,3-butadiene and styrene supplied to the first reactor were changed to 21.0 g/min and 3.33 g/min, respectively, and the 1,3-butadiene added to the second reactor was changed to 9.00 g/min.
- Example 5 A modified conjugated diene polymer of Example 5 was obtained in the same manner as in Example 1, except that the 1,3-butadiene and styrene supplied to the first reactor were changed to 21.9 g/min and 2.00 g/min, respectively, and the 1,3-butadiene added to the second reactor was changed to 9.40 g/min.
- Example 6 A modified conjugated diene polymer of Example 6 was obtained in the same manner as in Example 1, except that the L/D of the first reactor was changed to 6.0, the amount of styrene supplied to the first reactor was 3.88 g/min, the amount of 2,2-bis(2-oxolanyl)propane as a polar substance was 0.0208 mmol/min, the amount of n-butyllithium as a polymerization initiator was 0.208 mmol/min, the amount of 2,2-bis(2-oxolanyl)propane supplied to the second reactor was 0.396 mmol/min, the amount of coupling agent A added in the modification step was changed to 0.00917 mmol/min, and the amount of coupling agent B was changed to 0.0856 mmol/min, and styrene was newly added to the second reactor at 0.43 g/min.
- Example 7 A modified conjugated diene polymer of Example 7 was obtained in the same manner as in Example 1, except that the 1,3-butadiene and styrene were supplied to the first reactor at 24.9 g/min and 4.35 g/min, respectively, and the 1,3-butadiene added to the second reactor was supplied at 4.35 g/min.
- Example 8 A modified conjugated diene polymer of Example 8 was obtained in the same manner as in Example 1, except that the 1,3-butadiene and styrene supplied to the first reactor were changed to 4.64 g/min and 0.46 g/min, respectively, the internal temperature of the first reactor was changed to 80° C., the 1,3-butadiene added to the second reactor was changed to 26.3 g/min, the temperature of the second polymerization reactor was changed to 82° C., and styrene was newly added to the second reactor at 1.98 g/min.
- Example 9 A modified conjugated diene polymer of Example 9 was obtained in the same manner as in Example 1, except that the 1,3-butadiene and styrene supplied to the first reactor were changed to 19.5 g/min and 2.66 g/min, respectively, and the 1,3-butadiene added to the second reactor was changed to 10.5 g/min, and 2,2-bis(2-oxolanyl)propane was added as a polar substance at 0.0177 mmol/min, and styrene was newly added to the second reactor at 0.67 g/min.
- Example 10 A modified conjugated diene polymer of Example 10 was obtained in the same manner as in Example 1, except that the 2,2-bis(2-oxolanyl)propane supplied to the first reactor was 0.0408 mmol/min, n-butyllithium as a polymerization initiator was 0.442 mmol/min, the 2,2-bis(2-oxolanyl)propane added to the second reactor was 0.776 mmol/min, and the coupling agent A added in the modification step was 0.018 mmol/min and the coupling agent B was 0.168 mmol/min.
- Example 11 A modified conjugated diene-based polymer of Example 11 was obtained in the same manner as in Example 1, except that the 2,2-bis(2-oxolanyl)propane supplied to the first reactor was 0.0271 mmol/min, n-butyllithium as a polymerization initiator was 0.297 mmol/min, the 2,2-bis(2-oxolanyl)propane added to the second reactor was 0.461 mmol/min, and the coupling agent A added in the modification step was 0.0125 mmol/min and the coupling agent B was 0.117 mmol/min.
- Example 12 A modified conjugated diene polymer of Example 12 was obtained in the same manner as in Example 1, except that the 2,2-bis(2-oxolanyl)propane supplied to the first reactor was 0.0190 mmol/min, n-butyllithium as a polymerization initiator was 0.187 mmol/min, the 2,2-bis(2-oxolanyl)propane added to the second reactor was 0.362 mmol/min, and the coupling agent A added in the modification step was 0.0084 mmol/min and the coupling agent B was 0.0783 mmol/min.
- Example 13 A modified conjugated diene-based polymer of Example 13 was obtained in the same manner as in Example 1, except that the 2,2-bis(2-oxolanyl)propane and n-butyllithium as a polymerization initiator supplied to the first reactor were 0.0084 mmol/min and 0.065 mmol/min, respectively, the 2,2-bis(2-oxolanyl)propane added to the second reactor was 0.168 mmol/min, the coupling agent A added in the modification step was 0.0130 mmol/min, no coupling agent B was added, and the amount of SRAE oil added was changed to 25 g per 100 g of polymer.
- the 2,2-bis(2-oxolanyl)propane and n-butyllithium as a polymerization initiator supplied to the first reactor were 0.0084 mmol/min and 0.065 mmol/min, respectively, the 2,2-bis(2-oxolanyl)propane added to the second reactor was 0.168
- Example 14 A modified conjugated diene-based polymer of Example 14 was obtained in the same manner as in Example 1, except that the coupling agent A and the coupling agent B added in the modification step were changed to 0.0067 mmol/min and 0.0627 mmol/min, respectively.
- Example 15 A modified conjugated diene polymer of Example 15 was obtained in the same manner as in Example 1, except that the coupling agent added in the modification step was changed to 0.0895 mmol/min of 1,3-bis(N,N-diglycidylaminomethyl)cyclohexane (coupling agent C) instead of coupling agent A and coupling agent B.
- Example 16 A conjugated diene polymer of Example 16 was obtained in the same manner as in Example 1, except that the 2,2-bis(2-oxolanyl)propane supplied to the first reactor was 0.0200 mmol/min, n-butyllithium as a polymerization initiator was 0.198 mmol/min, the 2,2-bis(2-oxolanyl)propane added to the second reactor was 0.379 mmol/min, and both the coupling agent A and the coupling agent B added in the modification step were 0.
- Example 17 A conjugated diene polymer of Example 17 was obtained in the same manner as in Example 1, except that the 2,2-bis(2-oxolanyl)propane supplied to the first reactor was 0.013 mmol/min, n-butyllithium as a polymerization initiator was 0.12 mmol/min, the 2,2-bis(2-oxolanyl)propane added to the second reactor was 0.253 mmol/min, and the coupling agent A added in the modification step was 0.0059 mmol/min and the coupling agent B was 0.0546 mmol/min.
- Example 18 A conjugated diene polymer of Example 18 was obtained in the same manner as in Example 1, except that the 2,2-bis(2-oxolanyl)propane supplied to the first reactor was 0.012 mmol/min, n-butyllithium as a polymerization initiator was 0.213 mmol/min, the 2,2-bis(2-oxolanyl)propane added to the second reactor was 0.405 mmol/min, the coupling agent A added in the modification step was 0.0312 mmol/min, no coupling agent B was added, and the SRAE oil added was changed to 25 g per 100 g of polymer.
- Example 19 The 2,2-bis(2-oxolanyl)propane to be supplied to the first reactor was 0.0209 mmol/min, n-butyllithium as a polymerization initiator was 0.208 mmol/min, n-butyllithium for remaining impurity inactivation treatment was 0.114 mmol/min, 1,3-butadiene was 21.6 g/min, styrene was 4.57 g/min, and normal hexane was 153 g/min, and the 2,2-bis(2-oxolanyl)propane to be added to the second reactor was 0.396 mmol/min, normal hexane was 35.5 g/min, 1,3-butadiene was 7.16 g/min, and the coupling agent A added in the modification step was 0.00917 mmol/min, and the coupling agent B was 0.0856 mmol/min.
- a modified conjugated diene polymer of Example 19 was obtained in the same manner as in
- Reference Example 1 A modified conjugated diene-based polymer of Reference Example 1 was obtained in the same manner as in Example 1, except that the 2,2-bis(2-oxolanyl)propane supplied to the first reactor was set to 0.136 mmol/min, no 2,2-bis(2-oxolanyl)propane was added to the second reactor, and the reactor temperatures of the first and second reactors were set to 68° C. and 73° C., respectively.
- Comparative Example 1 A modified conjugated diene polymer of Comparative Example 1 was obtained in the same manner as in Example 1, except that the 1,3-butadiene and styrene were supplied to the first reactor at 16.8 g/min and 9.33 g/min, respectively, and the 1,3-butadiene added to the second reactor was changed to 7.20 g/min.
- Comparative Example 2 A modified conjugated diene polymer of Comparative Example 2 was obtained in the same manner as in Example 1, except that the 1,3-butadiene and styrene were supplied to the first reactor at 23.3 g/min and 1.00 g/min, respectively, and the 1,3-butadiene added to the second reactor was changed to 9.70 g/min.
- Comparative Example 3 A modified conjugated diene polymer of Comparative Example 3 was obtained in the same manner as in Example 1, except that the 2,2-bis(2-oxolanyl)propane and n-butyllithium as a polymerization initiator were supplied to the first reactor at 0.168 mmol/min and 0.297 mmol/min, respectively, and no 2,2-bis(2-oxolanyl)propane was added to the second reactor, and the coupling agent A and coupling agent B added in the modification step were changed to 0.0125 mmol/min and 0.117 mmol/min, respectively.
- Comparative Example 4 A modified conjugated diene polymer of Comparative Example 4 was obtained in the same manner as in Example 1, except that the 2,2-bis(2-oxolanyl)propane and n-butyllithium as a polymerization initiator were supplied to the first reactor at 0.106 mmol/min and 0.187 mmol/min, respectively, and no 2,2-bis(2-oxolanyl)propane was added to the second reactor, and the coupling agent A and coupling agent B added in the modification step were changed to 0.0084 mmol/min and 0.0783 mmol/min.
- Comparative Example 5 A conjugated diene polymer of Comparative Example 5 was obtained in the same manner as in Example 1, except that the 2,2-bis(2-oxolanyl)propane and n-butyllithium as a polymerization initiator were supplied to the first reactor at 0.115 mmol/min and 0.198 mmol/min, respectively, and no 2,2-bis(2-oxolanyl)propane was added to the second reactor, the reactor temperatures of the first and second reactors were 68° C. and 73° C., respectively, and the amounts of coupling agent A and coupling agent B added in the modification step were both changed to 0.
- Comparative Example 6 A conjugated diene polymer of Comparative Example 6 was obtained in the same manner as in Example 1, except that the 2,2-bis(2-oxolanyl)propane supplied to the first reactor was 0.145 mmol/min, n-butyllithium as a polymerization initiator was 0.239 mmol/min, the amount of 1,3-butadiene added was 21.0 g/min, styrene was 2.01 g/min, and hexane was 172 g/min, the amounts of 1,3-butadiene added to the second reactor were changed to 8.99 g/min, styrene was 2.01 g/min, and normal hexane was 32.9 g/min, and 2,2-bis(2-oxolanyl)propane was not added to the second reactor.
- Example 7 Four tank-type pressure vessels each having an internal volume of 10 L, an internal height (L) to diameter (D) ratio (L/D) of 4.0, an inlet at the bottom and an outlet at the top, and each having an agitator as a tank-type reactor and a jacket for temperature control were connected as polymerization reactors.
- the polymerization step (P1) for synthesizing the first polymer segment was carried out using the first to third polymerization reactors. 1,3-butadiene, from which moisture had been removed in advance, was mixed under the conditions of 21.3 g/min, styrene at 6.70 g/min, and normal hexane at 205 g/min.
- n-butyllithium for inactivating remaining impurities was added at 0.104 mmol/min, mixed, and then continuously supplied to the bottom of the reaction unit. Furthermore, 2,2-bis(2-oxolanyl)propane as a polar substance was supplied at a rate of 0.120 mmol/min, and n-butyllithium as a polymerization initiator was supplied at a rate of 0.205 mmol/min to the bottom of the first reactor, which was vigorously mixed with a stirrer, and the temperature inside the three reactors was maintained at 45 to 55°C.
- the entire amount of the conjugated diene polymer was extracted from the top of the reactor, and an antioxidant (BHT) was added in an amount of 0.2 g per 100 g of the conjugated diene polymer, and then the solvent was removed. Thereafter, the amount of bound aromatic vinyl monomer units (X 1 ) of the first polymer segment, the amount of vinyl bonds (Y 1 ) in the bound conjugated diene, and the solid content concentration (m 1 ) were measured.
- BHT antioxidant
- the step (P2) of forming a second polymer segment was carried out using the fourth polymerization reactor.
- the conjugated diene polymer solution was continuously supplied from the top of the first reactor to the bottom of the second reactor, and further, 1,3-butadiene, normal hexane, and 2,2-bis(2-oxolanyl)propane as a polar substance were added to the second reactor at rates of 5.30 g/min, 36.0 g/min, and 2.230 mmol/min, respectively, with stirring, and the reaction was continued at 60° C.
- the conjugated diene polymer of Comparative Example 7 was obtained in the same manner as in Example 1, except that "coupling agent B” was added at a rate of 0.1200 mmol/min.
- the above materials were kneaded in the following manner to obtain a rubber composition.
- an internal mixer (capacity 0.3 L) equipped with a temperature control device, the raw rubber (samples 1 to 26), filler (silica, carbon black), silane coupling agent, process oil, zinc oxide, and stearic acid were kneaded in the first stage under conditions of a filling rate of 65% and a rotor rotation speed of 30 to 50 rpm.
- the temperature of the internal mixer was controlled, and each rubber composition (compound) was obtained at a discharge temperature of 145 to 150°C.
- the mixture obtained above was cooled to room temperature, and then the antioxidant was added and mixed again to improve the dispersion of the silica.
- the discharge temperature of the mixture was adjusted to 120° C. by controlling the temperature of the mixer.
- sulfur and vulcanization accelerators 1 and 2 were added and kneaded using an open roll set at 70°C. Thereafter, the product was molded and vulcanized in a vulcanization press at 160° C. for 20 minutes.
- the rubber composition before vulcanization and the rubber composition after vulcanization were evaluated. Specifically, the evaluation was carried out by the following methods.
- ⁇ Evaluation criteria> 1 50% or less of the edge portion of the sheet is smooth, and the workability is very poor. 2: More than 50% to 60% of the edge portion of the sheet is smooth, and the workability is poor. 3: More than 60% to 80% of the edge portions of the sheet are smooth, and the workability is good. 4: More than 80% to 90% of the edge portions of the sheet are smooth, and the processability is excellent. 5: 90% of the edges of the sheet are super smooth, and the workability is very excellent.
- Example 30 when comparing Example 30 with Comparative Example 10, and Example 31 with Comparative Example 11, which use modified conjugated diene polymers with equivalent molecular weights and estimated glass transition temperatures, it was confirmed that the Examples have an excellent balance of wet grip performance and winter performance, and have sufficient abrasion resistance and tensile properties.
- Example 35 and Comparative Example 12 were compared, it was confirmed that even when conjugated diene polymers that were not modified were used, the Example had an excellent balance of wet grip performance and winter performance, abrasion resistance, and tensile properties.
- the conjugated diene polymer of the present invention has industrial applicability as a material in fields such as tire treads, interior and exterior parts of automobiles, anti-vibration rubber, belts, footwear, foams, and various industrial product applications.
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Abstract
2つ以上の重合体セグメントを有する共役ジエン系重合体であって、 第1重合体セグメントの結合芳香族ビニル単量体単位量X1(質量%)と、第2重合体セグメントの結合芳香族ビニル単量体単位量X2(質量%)との差の絶対値(|X1-X2|)が、5質量%以下であり、 第1重合体セグメントの結合共役ジエン中のビニル結合量Y1(mоl%)と、第2重合体セグメントの結合共役ジエン中のビニル結合量Y2(mоl%)の差(Y2-Y1)が15mоl%以上50mоl%以下であり、 前記共役ジエン系重合体の推定ガラス転移温度(推定Tg)が-72℃以上-40℃以下である共役ジエン系重合体。
Description
本発明は、共役ジエン系重合体、及び共役ジエン系重合体の製造方法に関する。
自動車のタイヤトレッドに求められる基本的な機能として、路面上での制動性がある。近年の気候変動に伴い、急な降雨によって路面が濡れることもあれば、急な降雪によって路面が氷雪面に変化することもある。こうした環境下では、乾いた路面上だけでなく、氷雪面上や濡れた路面上でも優れた制動性能を持つタイヤが求められている。また、このような要求を満たすタイヤは、季節に応じてタイヤを交換する必要がないため、消費者のニーズはますます高まっている。
一般的に濡れた路面上での制動性に関してトレッドゴムに要求される特性であるウェットグリップ性能は、氷雪面上での制動性に関して求められるゴムの特性であるウィンター性能とは相反する特性である。すなわちこれらの特性において、一方の特性の改善は他方の特性の悪化を引き起こす傾向にある。よって、タイヤトレッドゴムには、これらの特性の相反の解消が求められている。
また、自動車に対する燃費規制要求の高まりから、自動車の軽量化を目的として、自動車部材の樹脂化、及びタイヤの薄肉化の要求が高まっている。タイヤの薄肉化を図る際、特にタイヤ全体に占める割合の高い、路面と接するトレッド部の厚みを減らす必要があり、従来にも増して耐摩耗性に優れたゴム材料が求められている。
他方、タイヤの耐久性の観点から、ゴム材料には引張特性も求められている。上述のようにウェットグリップ性能及びウィンター性能の両特性を改善するために複数のゴム種を用いた場合、これらの複数のゴム種の互いの親和性が低いとゴム材料の機械強度の低下が引き起こされる傾向にあるため、これらの特性を満足できるゴム材料が求められている。
上述したような各種の特性向上の要求に応えるゴム材料として、例えば、ゴム状重合体と、カーボンブラック及びシリカ等の補強性充填剤とを含むゴム組成物が知られている。
そのようなゴム組成物においては、運動性の高いゴム状重合体の分子末端部に、充填剤との親和性又は反応性を有する官能基を導入することによって、ゴム組成物中における充填剤の分散性を改良し、耐摩耗性等の各種特性を向上させる試みがなされている。
そのようなゴム組成物においては、運動性の高いゴム状重合体の分子末端部に、充填剤との親和性又は反応性を有する官能基を導入することによって、ゴム組成物中における充填剤の分散性を改良し、耐摩耗性等の各種特性を向上させる試みがなされている。
例えば、特許文献1~3には、アミノ基を含有するアルコキシシラン類を共役ジエン系重合体の活性末端に反応させて得られる変性共役ジエン系重合体とシリカとを含有するゴム組成物が開示されている。また、特許文献4には、低ビニルの変性共役ジエン系重合体を含有するゴム組成物が開示されている。さらに、特許文献5には、複数種の変性共役ジエン系重合体を配合した共役ジエン系重合体組成物を含有するゴム組成物が開示されている。
しかしながら、特許文献1~4に開示されているゴム組成物を始めとする従来公知のゴム組成物は、未だその物性に関して改善の余地がある、という問題点を有している。例えば、従来の共役ジエン系重合体を含有するゴム組成物は、ウェットグリップ性能を改善しようとすると、ウィンター性能が低下して氷雪面上での性能が悪化し、それらの両立は困難である、という問題点を有している。また、このようなゴム組成物は、加硫した場合、特にシリカ等の無機充填剤を含む加硫物とした場合、シリカの分散性が低下し、柔軟性が悪化し、氷雪面上での性能が低下するほか、耐摩耗性も十分ではない、という問題点を有している。
また、特許文献5に記載のゴム組成物を詳細に検討したところ、例えばサマータイヤ等、ウェットグリップ性能が求められるタイヤ用の設計には好適であるが、その一方で、オールシーズン用途等、より低温環境下での使用を目的としたウィンター性能については、未だ改善の余地があるという問題点を有している。
そこで本発明は、ウェットグリップ性能、ウィンター性能、耐摩耗性、引張特性に優れたゴム組成物が得られる共役ジエン系重合体、及び共役ジエン系重合体の製造方法を提供することを目的とする。
本発明者らが上記課題を解決するために鋭意検討した結果、共役ジエン系重合体を構成する複数の重合体セグメントにおける結合芳香族ビニル単量体単位量の差の絶対値、及びビニル結合量の差が所定の数値範囲であって、共役ジエン系重合体のミクロ構造により推定されるガラス転移温度(推定Tg)を所定の数値範囲とすることにより、ウェットグリップ性能とウィンター性能を両立し、耐摩耗性、引張特性にも優れるゴム組成物が得られることを見出し、本発明を完成させるに至った。
すなわち本発明は以下の通りである。
すなわち本発明は以下の通りである。
〔1〕
2つ以上の重合体セグメントを有する共役ジエン系重合体であって、
第1重合体セグメントの結合芳香族ビニル単量体単位量X1(質量%)と、第2重合体セグメントの結合芳香族ビニル単量体単位量X2(質量%)との差の絶対値(|X1-X2|)が、5質量%以下であり、
第1重合体セグメントの結合共役ジエン中のビニル結合量Y1(mоl%)と、第2重合体セグメントの結合共役ジエン中のビニル結合量Y2(mоl%)の差(Y2-Y1)が15mоl%以上50mоl%以下であり、
前記共役ジエン系重合体の推定ガラス転移温度(推定Tg)が-72℃以上-40℃以下である、共役ジエン系重合体。
〔2〕
重量平均分子量Mwと数平均分子量Mnの比Mw/Mnが1.7以上である、前記〔1〕に記載の共役ジエン系重合体。
〔3〕
前記第2重合体セグメントの質量比率(r2)に対する、前記第1重合体セグメントの質量比率(r1)の比(R=r1/r2)が、0.25~4である、前記〔1〕又は〔2〕に記載の共役ジエン系重合体。
〔4〕
重量平均分子量Mwが35万以上135万以下である、前記〔1〕乃至〔3〕のいずれか一に記載の共役ジエン系重合体。
〔5〕
窒素を有する変性基を有し、変性率が60%以上である、前記〔1〕乃至〔4〕のいずれか一に記載の共役ジエン系重合体。
〔6〕
前記〔1〕乃至〔5〕のいずれか一に記載の共役ジエン系重合体の製造方法であって、
2基以上の連続反応器で前記第1重合体セグメントを形成する重合工程(P1)と、
前記(P1)で得られた第1重合体セグメントの端部に、前記第2重合体セグメントを形成する重合工程(P2)と、
を、有し、
前記重合工程(P2)で極性物質を追加で添加する、
共役ジエン系重合体の製造方法。
〔7〕
前記重合工程(P2)で共役ジエン化合物を追加で添加する、前記〔6〕に記載の共役ジエン系重合体の製造方法。
〔8〕
前記重合工程(P2)の後に、共役ジエン系重合体と、窒素原子含有基を有するカップリング剤を反応させるカップリング工程を有する、
前記〔6〕又は〔7〕に記載の共役ジエン系重合体の製造方法。
〔9〕
前記重合工程(P2)で追加する共役ジエン化合物の添加量を、共役ジエン化合物の添加総量の15質量%以上とする、
前記〔7〕又は〔8〕に記載の共役ジエン系重合体の製造方法。
2つ以上の重合体セグメントを有する共役ジエン系重合体であって、
第1重合体セグメントの結合芳香族ビニル単量体単位量X1(質量%)と、第2重合体セグメントの結合芳香族ビニル単量体単位量X2(質量%)との差の絶対値(|X1-X2|)が、5質量%以下であり、
第1重合体セグメントの結合共役ジエン中のビニル結合量Y1(mоl%)と、第2重合体セグメントの結合共役ジエン中のビニル結合量Y2(mоl%)の差(Y2-Y1)が15mоl%以上50mоl%以下であり、
前記共役ジエン系重合体の推定ガラス転移温度(推定Tg)が-72℃以上-40℃以下である、共役ジエン系重合体。
〔2〕
重量平均分子量Mwと数平均分子量Mnの比Mw/Mnが1.7以上である、前記〔1〕に記載の共役ジエン系重合体。
〔3〕
前記第2重合体セグメントの質量比率(r2)に対する、前記第1重合体セグメントの質量比率(r1)の比(R=r1/r2)が、0.25~4である、前記〔1〕又は〔2〕に記載の共役ジエン系重合体。
〔4〕
重量平均分子量Mwが35万以上135万以下である、前記〔1〕乃至〔3〕のいずれか一に記載の共役ジエン系重合体。
〔5〕
窒素を有する変性基を有し、変性率が60%以上である、前記〔1〕乃至〔4〕のいずれか一に記載の共役ジエン系重合体。
〔6〕
前記〔1〕乃至〔5〕のいずれか一に記載の共役ジエン系重合体の製造方法であって、
2基以上の連続反応器で前記第1重合体セグメントを形成する重合工程(P1)と、
前記(P1)で得られた第1重合体セグメントの端部に、前記第2重合体セグメントを形成する重合工程(P2)と、
を、有し、
前記重合工程(P2)で極性物質を追加で添加する、
共役ジエン系重合体の製造方法。
〔7〕
前記重合工程(P2)で共役ジエン化合物を追加で添加する、前記〔6〕に記載の共役ジエン系重合体の製造方法。
〔8〕
前記重合工程(P2)の後に、共役ジエン系重合体と、窒素原子含有基を有するカップリング剤を反応させるカップリング工程を有する、
前記〔6〕又は〔7〕に記載の共役ジエン系重合体の製造方法。
〔9〕
前記重合工程(P2)で追加する共役ジエン化合物の添加量を、共役ジエン化合物の添加総量の15質量%以上とする、
前記〔7〕又は〔8〕に記載の共役ジエン系重合体の製造方法。
本発明によれば、優れた耐摩耗性、引張特性を示し、優れたウェットグリップ性能とウィンター性能を発揮するゴム組成物が得られる、共役ジエン系重合体を提供できる。
以下、本発明を実施するための形態(以下、「本実施形態」という。)について、詳細に説明する。
以下の本実施形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明を以下の内容に限定する趣旨ではない。本発明は、その要旨の範囲内で適宜に変形して実施できる。
以下の本実施形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明を以下の内容に限定する趣旨ではない。本発明は、その要旨の範囲内で適宜に変形して実施できる。
〔共役ジエン系重合体〕
本実施形態の共役ジエン系重合体は、共役ジエン単量体単位を含有し、好ましくは共役ジエン単量体単位と芳香族ビニル単量体単位を含有する。
本実施形態の共役ジエン系重合体は、共役ジエン単量体単位を含有し、好ましくは共役ジエン単量体単位と芳香族ビニル単量体単位を含有する。
本実施形態の共役ジエン系重合体は、2つ以上の重合体セグメントを有する共役ジエン系重合体であって、第1重合体セグメントの結合芳香族ビニル単量体単位量X1(質量%)と、第2重合体セグメントの結合芳香族ビニル単量体単位量X2(質量%)との差の絶対値(|X1-X2|)が、5質量%以下である。
また、前記第1重合体セグメントの結合共役ジエン中のビニル結合量Y1(mоl%)と、前記第2重合体セグメントの結合共役ジエン中のビニル結合量Y2(mоl%)の差(Y2-Y1)が15mоl%以上50mоl%以下である。
さらに、前記共役ジエン系重合体のミクロ構造から計算される推定ガラス転移温度(推定Tg)が-72℃以上-40℃以下である、共役ジエン系重合体である。
また、前記第1重合体セグメントの結合共役ジエン中のビニル結合量Y1(mоl%)と、前記第2重合体セグメントの結合共役ジエン中のビニル結合量Y2(mоl%)の差(Y2-Y1)が15mоl%以上50mоl%以下である。
さらに、前記共役ジエン系重合体のミクロ構造から計算される推定ガラス転移温度(推定Tg)が-72℃以上-40℃以下である、共役ジエン系重合体である。
上記構成によれば、優れた耐摩耗性、引張特性を示し、優れたウェットグリップ性能とウィンター性能を発揮するゴム組成物が得られる共役ジエン系重合体となる。
(共役ジエン化合物)
共役ジエン単量体単位を形成する共役ジエン化合物としては、以下に限定されないが、例えば、1,3-ブタジエン、イソプレン、2,3-ジメチル-1,3-ブタジエン、1,3-ペンタジエン、3-メチル-1,3-ペンタジエン、1,3-ヘキサジエン、及び1,3-ヘプタジエンが挙げられる。これらの中でも、工業的入手の容易さの観点から、1,3-ブタジエン、及びイソプレンが好ましい。これらは1種単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
共役ジエン化合物は、入手の容易性、及び重合体合成時の構造制御の容易性の観点から、1,3-ブタジエン又はイソプレンであることが好ましく、1,3-ブタジエンであることがより好ましい。
共役ジエン単量体単位を形成する共役ジエン化合物としては、以下に限定されないが、例えば、1,3-ブタジエン、イソプレン、2,3-ジメチル-1,3-ブタジエン、1,3-ペンタジエン、3-メチル-1,3-ペンタジエン、1,3-ヘキサジエン、及び1,3-ヘプタジエンが挙げられる。これらの中でも、工業的入手の容易さの観点から、1,3-ブタジエン、及びイソプレンが好ましい。これらは1種単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
共役ジエン化合物は、入手の容易性、及び重合体合成時の構造制御の容易性の観点から、1,3-ブタジエン又はイソプレンであることが好ましく、1,3-ブタジエンであることがより好ましい。
(芳香族ビニル化合物)
芳香族ビニル単量体単位を形成する芳香族ビニル化合物としては、以下に限定されないが、例えば、スチレン、p-メチルスチレン、α-メチルスチレン、ビニルエチルベンゼン、ビニルキシレン、ビニルナフタレン、及びジフェニルエチレンが挙げられる。これらの中でも、工業的入手の容易さの観点から、スチレンが好ましい。これらは1種単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
芳香族ビニル化合物は、入手の容易性及び重合体合成時の構造制御の容易性の観点からスチレンであることが好ましい。
芳香族ビニル単量体単位を形成する芳香族ビニル化合物としては、以下に限定されないが、例えば、スチレン、p-メチルスチレン、α-メチルスチレン、ビニルエチルベンゼン、ビニルキシレン、ビニルナフタレン、及びジフェニルエチレンが挙げられる。これらの中でも、工業的入手の容易さの観点から、スチレンが好ましい。これらは1種単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
芳香族ビニル化合物は、入手の容易性及び重合体合成時の構造制御の容易性の観点からスチレンであることが好ましい。
(結合芳香族ビニル単量体単位量X)
本明細書中における結合芳香族ビニル単量体単位量X(質量%)は、共役ジエン系重合体又は後述する重合体セグメントの総質量に対する結合芳香族ビニル単量体単位の質量分率(質量%)の値である。
本明細書中における結合芳香族ビニル単量体単位量X(質量%)は、共役ジエン系重合体又は後述する重合体セグメントの総質量に対する結合芳香族ビニル単量体単位の質量分率(質量%)の値である。
ここで、結合芳香族ビニル単量体単位量は、共役ジエン系重合体の芳香族ビニル化合物に由来する部分(以下、「結合芳香族ビニル単量体単位」という。)が有するフェニル基の紫外吸収を測定することによって算出できる。また、共役ジエン系重合体が結合芳香族ビニル単量体単位及び結合共役ジエン単量体単位からなる場合、上記のようにして得られる結合芳香族ビニル単量体単位量から結合共役ジエン単量体単位量も求めることができる。具体的には、後述する実施例に記載の方法により測定することができる。
(結合共役ジエン中のビニル結合量Y)
本明細書中における結合共役ジエン中のビニル結合量Y(mоl%)は、共役ジエン系重合体又は後述する重合体セグメントに含まれる共役ジエンに由来の重合単位に対する1,2-結合単位のモル分率の値(mоl%)である。
本明細書中における結合共役ジエン中のビニル結合量Y(mоl%)は、共役ジエン系重合体又は後述する重合体セグメントに含まれる共役ジエンに由来の重合単位に対する1,2-結合単位のモル分率の値(mоl%)である。
結合共役ジエン中のビニル結合量は、本実施形態の共役ジエン系重合体が、ブタジエンとスチレンとの共重合体である場合には、ハンプトンの方法(R.R.Hampton,Analytical Chemistry,21,923(1949))により、結合ブタジエン中のビニル結合量(1,2-結合量)を求めることにより得られる。具体的には、後述する実施例に記載の方法により測定できる。
(ミクロ構造)
本明細書中におけるミクロ構造とは、芳香族ビニル化合物及び共役ジエン化合物からなる共役ジエン系重合体又は後述する重合体セグメントにおける、異性体の区別も含めた重合体の組成である。
本実施形態の共役ジエン系重合体は、スチレンとブタジエンからなる共重合体の質量が共役ジエン系重合体全体の質量に対して70質量%以上であることが好ましく、80質量%以上であることがより好ましく、90質量%以上であることがさらに好ましい。
本明細書中におけるミクロ構造とは、芳香族ビニル化合物及び共役ジエン化合物からなる共役ジエン系重合体又は後述する重合体セグメントにおける、異性体の区別も含めた重合体の組成である。
本実施形態の共役ジエン系重合体は、スチレンとブタジエンからなる共重合体の質量が共役ジエン系重合体全体の質量に対して70質量%以上であることが好ましく、80質量%以上であることがより好ましく、90質量%以上であることがさらに好ましい。
(結合芳香族ビニル単量体単位ブロックの含有量)
本実施形態の共役ジエン系重合体は、結合芳香族ビニル単量体単位が4以上連鎖しているブロック(以下、結合芳香族ビニル単量体単位ブロックと記載する場合がある。)の数が少ないか、又は無いものであることが好ましい。
結合芳香族ビニル単量体単位ブロックが少ないか、又は無いことで、本実施形態の共役ジエン系重合体は、ガラス転移温度(Tg)を2つ以上持つ状態になりにくくなる傾向にある。
共役ジエン系重合体における結合芳香族ビニル単量体単位ブロックの含有量は、前記共役ジエン系重合体がブタジエン-スチレン共重合体の場合、Kolthoffの方法(I.M.KOLTHOFF,et al.,J.Polym.Sci.1,429(1946)に記載の方法)により共役ジエン系重合体を分解し、メタノールに不溶なポリスチレン量を分析する公知の方法により測定できる。このような方法により測定される結合芳香族ビニル単量体単位ブロックの含有量は、共役ジエン系重合体の総量に対して、好ましくは1.0質量%以下であり、より好ましくは0.1質量%以下であり、さらに好ましくは0質量%である。共役ジエン共重合体中及び後述の重合体セグメントに、結合芳香族ビニル単量体単位ブロックを含まないことで、共役ジエン系重合体が温度変化に対して連続的な性質を示す傾向にある。これにより、共役ジエン系重合体を用いた加硫物が幅広い温度域で連続的な変化を示し、引張強度に優れたものとなる傾向にある。
本実施形態の共役ジエン系重合体は、結合芳香族ビニル単量体単位が4以上連鎖しているブロック(以下、結合芳香族ビニル単量体単位ブロックと記載する場合がある。)の数が少ないか、又は無いものであることが好ましい。
結合芳香族ビニル単量体単位ブロックが少ないか、又は無いことで、本実施形態の共役ジエン系重合体は、ガラス転移温度(Tg)を2つ以上持つ状態になりにくくなる傾向にある。
共役ジエン系重合体における結合芳香族ビニル単量体単位ブロックの含有量は、前記共役ジエン系重合体がブタジエン-スチレン共重合体の場合、Kolthoffの方法(I.M.KOLTHOFF,et al.,J.Polym.Sci.1,429(1946)に記載の方法)により共役ジエン系重合体を分解し、メタノールに不溶なポリスチレン量を分析する公知の方法により測定できる。このような方法により測定される結合芳香族ビニル単量体単位ブロックの含有量は、共役ジエン系重合体の総量に対して、好ましくは1.0質量%以下であり、より好ましくは0.1質量%以下であり、さらに好ましくは0質量%である。共役ジエン共重合体中及び後述の重合体セグメントに、結合芳香族ビニル単量体単位ブロックを含まないことで、共役ジエン系重合体が温度変化に対して連続的な性質を示す傾向にある。これにより、共役ジエン系重合体を用いた加硫物が幅広い温度域で連続的な変化を示し、引張強度に優れたものとなる傾向にある。
(重合体のガラス転移温度の推定する方法):推定ガラス転移温度(推定Tg)
本実施形態の共役ジエン系重合体のガラス転移温度は、下記式(1)の2つ以上の成分系に拡張されたゴードン・テイラー式(Gordon, M.; Taylor, J. S. J. Appl. Chem. 1952, 2, 493.)を用いて推定することができる。この値を推定ガラス転移温度という。
本実施形態の共役ジエン系重合体のガラス転移温度は、下記式(1)の2つ以上の成分系に拡張されたゴードン・テイラー式(Gordon, M.; Taylor, J. S. J. Appl. Chem. 1952, 2, 493.)を用いて推定することができる。この値を推定ガラス転移温度という。
前記式(1)中、変数の添え字のiは共役ジエン系重合体に含まれるミクロ構造の各成分をそれぞれ表し、Δαiはi成分の単独重合体のガラス転移前後の熱膨張率差、wiはi成分の共役ジエン系重合体中の質量比率、Tgiはi成分の単独重合体のガラス転移温度、ρiはi成分の単独重合体の密度である。いずれも文献値や実測値を用いることができる。例えば、共役ジエン系重合体がスチレンを含む場合に、iの一つをスチレン成分としたとき、ポリスチレンの熱膨張率(J.BRANDRUP et al, Polymer Handbook, 第3班,(米), John Wiley & Sons, Inc., 1966, VI-75)よりΔαi=3.6×10-4K-1、ガラス転移温度の実測値よりTgi=105.3℃、密度の実測値よりρi=1.02g/cm3を用いることができる。
一例として、共役ジエン系重合体がブタジエン-スチレン共重合体である場合、結合芳香族ビニル単量体単位量Xall(質量%)、及び結合共役ジエン中のビニル結合量Yall(mоl%)、及び、ポリスチレン(PS)、ポリ-1,2-ブタジエン(1,2-PBd)、ポリ-1,4-ブタジエン(1,4-PBd)の各々の熱膨張率(Δai)、ガラス転移温度(Tgi)、密度(ρi)を用いて、推定ガラス転移温度(推定Tg)は、下記式(i)から算出することができる。
前記式(i)の分母に対する、結合芳香族ビニル単量体単位量Xall(質量%)、結合共役ジエン中のビニル結合量Yall(mоl%)の積の値の影響は非常に小さいことから、下記式(ii)に近似することができる。さらに、下記式(ii)は、下記式(iii)のように近似することができる。
すなわち、共役ジエン系重合体が、ブタジエンの単独重合体や、ブタジエン・スチレン系の共重合体の場合、設計に通常用いられる数値から共役ジエン系重合体のガラス転移温度(推定Tg)を、前記式(iii)により推定できる。
上述したように、本実施形態の共役ジエン系重合体中の結合芳香族ビニル単量体単位量Xall(質量%)、結合共役ジエン中のビニル結合量Yall(mоl%)などのミクロ構造から各ミクロ構造成分の質量割合を求めることができ、前記式(1)により、共役ジエン系重合体のガラス転移温度(推定Tg)を算出することができる。すなわち、前記式(1)は結合芳香族ビニル単量体単位量Xall(質量%)、結合共役ジエン中のビニル結合量Yall(mоl%)の変化に対する、共役ジエン系重合体のガラス転移温度変化を表す尺度である。
前記式(1)の値が小さいと、本実施形態の共役ジエン系重合体のガラス転移温度(Tg)は小さく、値が大きいとガラス転移温度(Tg)は大きくなる。
例えば、前記式(1)が-70のとき、共役ジエン系重合体のガラス転移温度は-70℃と推定され、-40のときガラス転移温度は-40℃と推定される。
例えば、前記式(1)が-70のとき、共役ジエン系重合体のガラス転移温度は-70℃と推定され、-40のときガラス転移温度は-40℃と推定される。
このように、重合体のミクロ構造から求められる前記式(1)の値は、一般的には共役ジエン系重合体のガラス転移温度の指標であるが、本発明者は、実測のガラス転移温度付近の共役ジエン系重合体の緩和が幅広い温度の場合には、実際の加硫物の粘弾性は、ミクロ構造から算出される式(1)によるガラス転移温度の推定値(推定Tg)から算出される粘弾性に必ずしも一致しないことを見出した。具体的には、後述する重合体セグメント間における式(1)の値の差が33以上、又は、後述する重合体セグメントの質量比率の比が0.67~1.5の数値範囲にある場合に、前記式(1)から推測されるガラス転移温度(推定Tg)と実測のガラス転移温度の不一致が顕著になる傾向にある。そのため、ガラス転移温度が影響するような加硫物の性能を制御する観点では、実測の共役ジエン系重合体のガラス転移温度を特定値に調整することよりも、ミクロ構造から計算される式(1)の値による推定ガラス転移温度(推定Tg)を調整することの方が有効であることを発見した。この原因として、DSC(示差走査熱量測定)は小さなエネルギー変化を拾ってしまうために、共役ジエン系重合体中の低Tg部分の緩和の始まりにガラス転移温度全体が引っ張られ、実測のガラス転移温度が推定のガラス転移温度よりも低くなるためであると考えられる。例えば、共役ジエン系重合体全体のミクロ構造が同じ共役ジエン系重合体であっても、重合体セグメントごとのミクロ構造の相違次第で、DSCで測定されるガラス転移温度が2~5℃程度も違うことが実験的に確かめられている。
本実施形態の共役ジエン系重合体は、前記式(1)により推測されるガラス転移温度(推定Tg)を、-72℃以上-40℃以下の数値範囲を満たすようにすることにより、加硫物とした際のガラス転移温度が最適な値となり、ウェットグリップ性能、ウィンター性能、及び耐摩耗性のバランスに優れる傾向にある。
本実施形態の共役ジエン系重合体において、前記式(1)の下限は、-72以上であるものとし、好ましくは-70以上、より好ましくは-68以上である。
前記式(1)の下限が上記の範囲内であることで、本実施形態の共役ジエン系重合体の加硫物のウェットグリップ性能を改善することができる。
また、前記式(1)の値の上限は、-40以下であるものとし、好ましくは-44以下、より好ましくは-50以下である。
前記式(1)の上限が上記の範囲内であることで、本実施形態の共役ジエン系重合体の加硫物のウィンター性能、耐摩耗性を改善することができる。
前記式(1)は、共役ジエン系重合体のミクロ構造を調整することにより上述した数値範囲に制御することができる。例えば、本実施形態の共役ジエン系重合体がブタジエン-スチレン系重合体の場合、前記式(iii)により共役ジエン系重合体の結合スチレン量Xall(質量%)、ブタジエン中のビニル結合量Yall(mоl%)を調整することにより、上述した数値範囲に制御することができる。
前記式(1)の下限が上記の範囲内であることで、本実施形態の共役ジエン系重合体の加硫物のウェットグリップ性能を改善することができる。
また、前記式(1)の値の上限は、-40以下であるものとし、好ましくは-44以下、より好ましくは-50以下である。
前記式(1)の上限が上記の範囲内であることで、本実施形態の共役ジエン系重合体の加硫物のウィンター性能、耐摩耗性を改善することができる。
前記式(1)は、共役ジエン系重合体のミクロ構造を調整することにより上述した数値範囲に制御することができる。例えば、本実施形態の共役ジエン系重合体がブタジエン-スチレン系重合体の場合、前記式(iii)により共役ジエン系重合体の結合スチレン量Xall(質量%)、ブタジエン中のビニル結合量Yall(mоl%)を調整することにより、上述した数値範囲に制御することができる。
(重合体セグメント)
本実施形態の共役ジエン系重合体は、2つ以上の重合体セグメントを有する。
重合体セグメントは、共役ジエン単量体単位及び芳香族ビニル単量体単位から構成される、又は、共役ジエン単量体単位から構成される、共役ジエン系重合体の一部分を指す。重合体セグメントは、共役ジエン単量体単位及び芳香族ビニル単量体単位から構成されることが好ましい。
また、本実施形態の共役ジエン系重合体は、重合体セグメントが、結合芳香族ビニル単量体単位が4以上連鎖しているブロックの数が、少ないか又は無いものであることが好ましい。
本実施形態の共役ジエン系重合体中に含まれる複数の重合体セグメントは、互いに異なるミクロ構造を持つ。各々の重合体セグメントは、例えば結合芳香族ビニル単量体単位量や結合共役ジエン中のビニル結合量が異なっていてもよく、各々の重合体セグメントは、後述する実施例に記載の方法で区別することができる。
本実施形態の共役ジエン系重合体は、2つ以上の重合体セグメントを有する。
重合体セグメントは、共役ジエン単量体単位及び芳香族ビニル単量体単位から構成される、又は、共役ジエン単量体単位から構成される、共役ジエン系重合体の一部分を指す。重合体セグメントは、共役ジエン単量体単位及び芳香族ビニル単量体単位から構成されることが好ましい。
また、本実施形態の共役ジエン系重合体は、重合体セグメントが、結合芳香族ビニル単量体単位が4以上連鎖しているブロックの数が、少ないか又は無いものであることが好ましい。
本実施形態の共役ジエン系重合体中に含まれる複数の重合体セグメントは、互いに異なるミクロ構造を持つ。各々の重合体セグメントは、例えば結合芳香族ビニル単量体単位量や結合共役ジエン中のビニル結合量が異なっていてもよく、各々の重合体セグメントは、後述する実施例に記載の方法で区別することができる。
本実施形態の共役ジエン重合体は、2つ以上の重合体セグメントを有する。重合体セグメントを2つ以上有することで、1つの共役ジエン系重合体が複数の温度域でガラス転移を起こす。本実施形態の共役ジエン系重合体のミクロ構造を適切な範囲に設定しつつ、前記(1)式に、各重合体セグメントの結合芳香族ビニル単量体単位量(X1,X2)や、ビニル結合量(Y1,Y2)を当てはめて計算される各重合体セグメントの推定ガラス転移温度の差が一定の範囲にあるものに制御することにより、加硫物が優れたウェットグリップ性能とウィンター性能を発現する傾向にある。
本実施形態の共役ジエン系重合体に含まれる2以上の重合体セグメントのうち、前記(1)式で計算される推定ガラス転移温度が本実施形態の共役ジエン系重合体の平均推定ガラス転移温度よりも5℃以上低い重合体セグメントを「第1重合体セグメント」、5℃以上高い重合体セグメントを「第2重合体セグメント」とする。
第1重合体セグメント、第2重合体セグメントはそれぞれ複数の重合体セグメント含んでいてもよいが、製造容易性の観点から、それぞれ1つの重合体セグメントで構成されることが好ましい。また共役ジエン系重合体の全体の質量に対する第1重合体セグメントと第2重合体セグメントの質量和の割合は、本実施形態の共役ジエン系重合体を用いた加硫物のウェットグリップ性能とウィンター性能のバランスの観点から、好ましくは70%以上、より好ましくは80%以上、さらに好ましくは90%以上である。
第1重合体セグメント、第2重合体セグメントはそれぞれ複数の重合体セグメント含んでいてもよいが、製造容易性の観点から、それぞれ1つの重合体セグメントで構成されることが好ましい。また共役ジエン系重合体の全体の質量に対する第1重合体セグメントと第2重合体セグメントの質量和の割合は、本実施形態の共役ジエン系重合体を用いた加硫物のウェットグリップ性能とウィンター性能のバランスの観点から、好ましくは70%以上、より好ましくは80%以上、さらに好ましくは90%以上である。
従来公知の連続重合された共役ジエン系重合体は、均一なミクロ構造を持つひとつの重合体セグメントから構成され、狭い温度範囲で鋭いガラス転移挙動を示す。一般的にウィンター性能が重視される場合、-30~-10℃付近での柔軟性を十分に高くするため、ガラス転移温度が低い共役ジエン系重合体が用いられるが、0℃付近ではガラス転移が起こらず、エネルギー吸収が起こりにくいため、ウェットグリップ性能は劣る傾向にある。
一方において、本実施形態の共役ジエン系重合体は、複数の重合体セグメントがそれぞれ異なるガラス転移温度を持つことでガラス転移挙動が緩やかになるため、-30~-10℃までに十分に軟化し、良好なウィンター性能を発現しつつ、0℃付近でのエネルギー吸収を大きくすることができ、ウェットグリップ性にも優れる傾向にある。
本実施形態の共役ジエン系重合体を構成する2つの重合体セグメントにおいて、これら2つの重合体セグメントの間のガラス転移温度差が大きいほどガラス転移挙動が緩やかになり、前述の傾向が顕著になるため、ウィンター性能とウェットグリップ性能の両立が図られる傾向にある。
一方において、本実施形態の共役ジエン系重合体は、複数の重合体セグメントがそれぞれ異なるガラス転移温度を持つことでガラス転移挙動が緩やかになるため、-30~-10℃までに十分に軟化し、良好なウィンター性能を発現しつつ、0℃付近でのエネルギー吸収を大きくすることができ、ウェットグリップ性にも優れる傾向にある。
本実施形態の共役ジエン系重合体を構成する2つの重合体セグメントにおいて、これら2つの重合体セグメントの間のガラス転移温度差が大きいほどガラス転移挙動が緩やかになり、前述の傾向が顕著になるため、ウィンター性能とウェットグリップ性能の両立が図られる傾向にある。
本実施形態の共役ジエン系重合体において、重合体セグメント間のガラス転移温度差を広げるためには、第1重合体セグメントと第2重合体セグメントの芳香族ビニル単量体単位量の差と、結合共役ジエン中のビニル結合量の差をそれぞれ大きくすることが好ましい。
一方において、2つの重合体セグメントの芳香族ビニル単量体単位量の差が大きくなると、二つの重合体セグメントの相溶性が悪化し、加硫物とした際の引張強度の悪化する傾向にある。かかる観点から、引張強度も優れた加硫物を得るためには、2つの重合体セグメントの芳香族ビニル単量体単位量の差を適切な範囲とし、結合共役ジエン中のビニル結合量の差を大きくすることが有効である。
一方において、2つの重合体セグメントの芳香族ビニル単量体単位量の差が大きくなると、二つの重合体セグメントの相溶性が悪化し、加硫物とした際の引張強度の悪化する傾向にある。かかる観点から、引張強度も優れた加硫物を得るためには、2つの重合体セグメントの芳香族ビニル単量体単位量の差を適切な範囲とし、結合共役ジエン中のビニル結合量の差を大きくすることが有効である。
第1重合体セグメントの芳香族ビニル単量体単位量X1(質量%)、及び第2重合体セグメントの芳香族ビニル単量体単位量X2(質量%)の下限は、各々の重合体セグメント中、好ましくは5質量%以上、より好ましくは7質量%以上であり、さらに好ましくは9質量%以上である。また、その上限は好ましくは、各々の重合体セグメント中、30質量%以下、より好ましくは25質量%以下、さらに好ましくは23質量%以下である。
第1重合体セグメントの結合共役ジエン中のビニル結合量Y1(mоl%)の下限は好ましくは14mоl%以上、より好ましくは16mоl%以上、さらに好ましくは17mоl%以上である。また、その上限は好ましくは40mоl%以下、より好ましくは35mоl%以下、さらに好ましくは30mоl%以下であり、さらにより好ましくは23mоl%以下である。
一方、第2重合体セグメントの結合共役ジエン中のビニル結合量Y2(mоl%)の下限は、好ましくは40mоl%以上、より好ましくは45mоl%以上、さらに好ましくは50mоl%以上であり、さらにより好ましくは55mоl%以上である。また、その上限は好ましくは65mоl%以下、より好ましくは62mоl%以下、さらに好ましくは61mоl%以下である。
重合体セグメントの結合共役ジエン中のビニル結合量Y1、Y2は、上記の上限値及び下限値を任意に組み合わせた範囲内としてもよい。
一方、第2重合体セグメントの結合共役ジエン中のビニル結合量Y2(mоl%)の下限は、好ましくは40mоl%以上、より好ましくは45mоl%以上、さらに好ましくは50mоl%以上であり、さらにより好ましくは55mоl%以上である。また、その上限は好ましくは65mоl%以下、より好ましくは62mоl%以下、さらに好ましくは61mоl%以下である。
重合体セグメントの結合共役ジエン中のビニル結合量Y1、Y2は、上記の上限値及び下限値を任意に組み合わせた範囲内としてもよい。
本実施形態の共役ジエン系重合体の、第1重合体セグメントの結合共役ジエン中のビニル結合量Y1(mоl%)と第2重合体セグメントの結合共役ジエン中のビニル結合量Y2(mоl%)の差(Y2-Y1)は、15mоl%以上50mоl%以下であり、好ましくは20mоl%以上45mоl%以下であり、より好ましくは25mоl%以上45mоl%以下である。
(Y2-Y1)が15mоl%以上であることで、その加硫物はウェットグリップ性能とウィンター性能のバランスに優れる傾向にある。一方で(Y2-Y1)が50mоl%以下であることで、共役ジエン系重合体の相分離が抑制され、その加硫物は引張強度に優れる傾向にある。
前記(Y2-Y1)の値は、後述する実施例に記載する方法により測定でき、後述する重合工程(P1及びP2)にて添加される極性物質の量を調整することにより、上記数値範囲に制御できる。
(Y2-Y1)が15mоl%以上であることで、その加硫物はウェットグリップ性能とウィンター性能のバランスに優れる傾向にある。一方で(Y2-Y1)が50mоl%以下であることで、共役ジエン系重合体の相分離が抑制され、その加硫物は引張強度に優れる傾向にある。
前記(Y2-Y1)の値は、後述する実施例に記載する方法により測定でき、後述する重合工程(P1及びP2)にて添加される極性物質の量を調整することにより、上記数値範囲に制御できる。
本実施形態の共役ジエン系重合体の第1重合体セグメントの結合芳香族ビニル単量体量X1(質量%)と、第2重合体セグメントの結合芳香族ビニル単量体量X2(質量%)の差の絶対値(|X1-X2|)は、5質量%以下であり、好ましくは3質量%以下であり、より好ましくは2質量%以下である。
(|X1-X2|)が5質量%以下であることで、芳香族ビニル単量体単位の分布が一様になり、共役ジエン系重合体のミクロ相分離が抑制され、その加硫物は引張特性により一層優れたものとなる傾向にある。
重合体セグメントの結合芳香族ビニル単量体量の差の絶対値は、後述する実施例に記載する方法により測定でき、各重合体セグメントの重合工程における芳香族ビニル単量体の添加量を調整することにより、上記数値範囲に制御できる。
(|X1-X2|)が5質量%以下であることで、芳香族ビニル単量体単位の分布が一様になり、共役ジエン系重合体のミクロ相分離が抑制され、その加硫物は引張特性により一層優れたものとなる傾向にある。
重合体セグメントの結合芳香族ビニル単量体量の差の絶対値は、後述する実施例に記載する方法により測定でき、各重合体セグメントの重合工程における芳香族ビニル単量体の添加量を調整することにより、上記数値範囲に制御できる。
本実施形態の共役ジエン系重合体においては、第2重合体セグメントが共役ジエン系重合体の平均推定ガラス転移温度よりも5℃以上高い推定ガラス転移温度を持つために、第2重合体セグメントのビニル結合量Y2(mоl%)を、第1重合体セグメントのビニル結合量Y1(mоl%)よりも高くなるように設定し、かつ、結合芳香族ビニル単量体量については、両重合体セグメントに差をつけないようにすることが、基本的な設計思想である。
本実施形態において、両セグメントの結合芳香族ビニル単量体量の絶対値の差を5質量%以下としているのは、製造時の誤差を許容する趣旨である。芳香族ビニル単量体単位の含有量も、推定ガラス転移温度に影響する要因であるため、各重合体セグメントの結合芳香族ビニル単量体単位量に差をつける設計も可能ではあるものの、両重量体セグメントの結合芳香族ビニル単量体単位量の差を小さくすることにより、上述のように芳香族ビニル単量体単位の分布を一様にしてミクロ相分離の抑制というメリットを期待できる。
重合体セグメントの推定ガラス転移温度は、共役ジエン系重合体と同様にして、式(1)を用いて計算できる。
本実施形態において、両セグメントの結合芳香族ビニル単量体量の絶対値の差を5質量%以下としているのは、製造時の誤差を許容する趣旨である。芳香族ビニル単量体単位の含有量も、推定ガラス転移温度に影響する要因であるため、各重合体セグメントの結合芳香族ビニル単量体単位量に差をつける設計も可能ではあるものの、両重量体セグメントの結合芳香族ビニル単量体単位量の差を小さくすることにより、上述のように芳香族ビニル単量体単位の分布を一様にしてミクロ相分離の抑制というメリットを期待できる。
重合体セグメントの推定ガラス転移温度は、共役ジエン系重合体と同様にして、式(1)を用いて計算できる。
本実施形態の共役ジエン系重合体は、カップリング工程の前に、共役ジエン系重合体とカップリング剤の反応性を高めるために、共役ジエン単量体単位を添加してもよい。
本実施形態の共役ジエン系重合体においては、重合体セグメント同士は互いに直接結合していても、カップリング剤を介して結合していてもよい。
(第2重合体セグメントの質量比率に対する、第1重合体セグメントの質量比率の比R)
本実施形態の共役ジエン系重合体において、第1及び第2の重合体セグメントは、所定の質量比率を有していることが好ましい。
重合体セグメントの質量比率とは、各重合体セグメントの共役ジエン系重合体全体に対する質量比率(r)である。
本実施形態の共役ジエン系重合体の、第1及び第2重合体セグメントの質量比率は、共役ジエン系重合体の総質量に対し、それぞれの重合体セグメントの重合工程であるP1、P2のそれぞれの工程で得られる重合体セグメントの質量比率で定義される。
第1重合体セグメント質量比率(r1)、及び第2重合体セグメント質量比率(r2)の比(R=r1/r2)は0.25~4が好ましく、0.33~3がより好ましく、0.4~2.4がさらに好ましい。Rの下限が0.25以上であると、加硫時の省燃費性能に優れる傾向にある。また、Rの上限が4以下であると、加硫物とした際に加工性に優れる傾向にある。
前記Rは、後述する実施例に記載する方法により測定でき、本実施形態の共役ジエン系重合体の製造工程において、それぞれの重合体セグメントの重合工程における重合時間、重合温度、単量体添加量、ビニル結合量等の条件を調整することにより、上記数値範囲に制御できる。
本実施形態の共役ジエン系重合体において、第1及び第2の重合体セグメントは、所定の質量比率を有していることが好ましい。
重合体セグメントの質量比率とは、各重合体セグメントの共役ジエン系重合体全体に対する質量比率(r)である。
本実施形態の共役ジエン系重合体の、第1及び第2重合体セグメントの質量比率は、共役ジエン系重合体の総質量に対し、それぞれの重合体セグメントの重合工程であるP1、P2のそれぞれの工程で得られる重合体セグメントの質量比率で定義される。
第1重合体セグメント質量比率(r1)、及び第2重合体セグメント質量比率(r2)の比(R=r1/r2)は0.25~4が好ましく、0.33~3がより好ましく、0.4~2.4がさらに好ましい。Rの下限が0.25以上であると、加硫時の省燃費性能に優れる傾向にある。また、Rの上限が4以下であると、加硫物とした際に加工性に優れる傾向にある。
前記Rは、後述する実施例に記載する方法により測定でき、本実施形態の共役ジエン系重合体の製造工程において、それぞれの重合体セグメントの重合工程における重合時間、重合温度、単量体添加量、ビニル結合量等の条件を調整することにより、上記数値範囲に制御できる。
共役ジエン系重合体の分子内に複数の重合体セグメントを導入する方法は、後述するように複数の反応器を直列に並べた連続溶液重合法を用いて、反応器ごとに順次共役ジエン化合物、芳香族ビニル化合物、極性物質、溶媒を添加することで実施される。順次添加する物質は反応器間で同一のものであっても、異なるものであってもよい。
(ガラス転移温度)
本実施形態の共役ジエン系重合体のガラス転移温度(Tg)は、好ましくは-72℃以上であり、より好ましくは-67℃以上である。また本実施形態の共役ジエン系重合体のガラス転移温度は-40℃以下であり、より好ましくは-45℃以下である。ガラス転移温度が上記の範囲を満たすと、本実施形態の共役ジエン系重合体の加硫物の省燃費性能が一層優れるものとなる傾向にある。
また、前記式(1)の推定Tgが-72℃以上-40℃以下の数値範囲を満たす本実施形態の共役ジエン系重合体は、基本的には上記の範囲内に実測のガラス転移温度(Tg)を持つ。
ガラス転移温度(Tg)は、上記の上限値及び下限値を任意に組み合わせた範囲内としてもよい。共役ジエン系重合体のガラス転移温度は、ISO 22768:2006に従って測定できる。より詳細には、ガラス転移温度は、所定の温度範囲で昇温しながら示差走査熱量(DSC)測定をすることでDSC曲線を記録し、DSC曲線の変曲点をガラス転移温度とする。具体的には、後述する実施例に記載の方法により測定できる。
なお、本実施形態の共役ジエン系重合体は後述の樹脂やプロセスオイル等の可塑成分を含んでいてもよいが、本実施形態の共役ジエン共重合体のガラス転移温度を求める際のDSCの測定においてはこれらの成分は取り除かれる必要がある。
本実施形態の共役ジエン系重合体のガラス転移温度(Tg)は、好ましくは-72℃以上であり、より好ましくは-67℃以上である。また本実施形態の共役ジエン系重合体のガラス転移温度は-40℃以下であり、より好ましくは-45℃以下である。ガラス転移温度が上記の範囲を満たすと、本実施形態の共役ジエン系重合体の加硫物の省燃費性能が一層優れるものとなる傾向にある。
また、前記式(1)の推定Tgが-72℃以上-40℃以下の数値範囲を満たす本実施形態の共役ジエン系重合体は、基本的には上記の範囲内に実測のガラス転移温度(Tg)を持つ。
ガラス転移温度(Tg)は、上記の上限値及び下限値を任意に組み合わせた範囲内としてもよい。共役ジエン系重合体のガラス転移温度は、ISO 22768:2006に従って測定できる。より詳細には、ガラス転移温度は、所定の温度範囲で昇温しながら示差走査熱量(DSC)測定をすることでDSC曲線を記録し、DSC曲線の変曲点をガラス転移温度とする。具体的には、後述する実施例に記載の方法により測定できる。
なお、本実施形態の共役ジエン系重合体は後述の樹脂やプロセスオイル等の可塑成分を含んでいてもよいが、本実施形態の共役ジエン共重合体のガラス転移温度を求める際のDSCの測定においてはこれらの成分は取り除かれる必要がある。
共役ジエン系重合体のガラス転移温度は、共役ジエン系重合体の結合芳香族ビニル単量体単位量、及び結合共役ジエン中のビニル結合量によって変化する。具体的には結合芳香族ビニル単量体単位量、及び結合共役ジエン中のビニル結合量を増加させることで、ガラス転移温度が高くなり、結合芳香族ビニル単量体単位量、及び結合共役ジエン中のビニル結合量を減少させることで、ガラス転移温度が低くなる。
本実施形態の共役ジエン系重合体においては、前記式(1)により算出される推定Tgを-72℃以上-40℃以下とすることにより、実測のガラス転移温度を好ましい範囲とすることができる。
本実施形態の共役ジエン系重合体においては、前記式(1)により算出される推定Tgを-72℃以上-40℃以下とすることにより、実測のガラス転移温度を好ましい範囲とすることができる。
(重量平均分子量)
本実施形態の共役ジエン系重合体のGPC測定法により測定される重量平均分子量(Mw)は、好ましくは35×104以上であり、より好ましくは40×104以上であり、さらに好ましくは45×104以上である。GPC測定法により測定される重量平均分子量の下限値が上記の範囲を満たすと、加硫物が耐摩耗性に優れる傾向にある。また、上記重量平均分子量は、好ましくは135×104以下であり、より好ましくは95×104以下であり、さらに好ましくは75×104以下である。上記重量平均分子量の上限値が上記の範囲を満たすと、その加硫物において充填剤の分散性に一層優れ、加工性に優れる傾向にある。
重量平均分子量は、上記の上限値及び下限値を任意に組み合わせた範囲内としてもよい。
共役ジエン系重合体の重量平均分子量は、GPC測定法により測定でき、具体的には、後述する実施例に記載の方法により測定できる。
本実施形態の共役ジエン系重合体のGPC測定法により測定される重量平均分子量(Mw)は、好ましくは35×104以上であり、より好ましくは40×104以上であり、さらに好ましくは45×104以上である。GPC測定法により測定される重量平均分子量の下限値が上記の範囲を満たすと、加硫物が耐摩耗性に優れる傾向にある。また、上記重量平均分子量は、好ましくは135×104以下であり、より好ましくは95×104以下であり、さらに好ましくは75×104以下である。上記重量平均分子量の上限値が上記の範囲を満たすと、その加硫物において充填剤の分散性に一層優れ、加工性に優れる傾向にある。
重量平均分子量は、上記の上限値及び下限値を任意に組み合わせた範囲内としてもよい。
共役ジエン系重合体の重量平均分子量は、GPC測定法により測定でき、具体的には、後述する実施例に記載の方法により測定できる。
(数平均分子量)
本実施形態の共役ジエン系重合体のGPC測定法により測定される数平均分子量は、好ましくは10×104以上であり、より好ましくは15×104以上であり、さらに好ましくは20×104以上である。GPC測定法により測定される数平均分子量の下限値が上記の範囲を満たすと、加硫物は耐摩耗性に優れる傾向にある。また、上記数平均分子量は、好ましくは100×104以下であり、より好ましくは70×104以下であり、さらに好ましくは50×104以下である。上記数平均分子量の上限値が上記の範囲を満たすと、その加硫物において充填剤の分散性に一層優れ、加工性に優れる傾向にある。上記の数平均分子量は、上記の上限値及び下限値を任意に組み合わせた範囲内としてもよい。共役ジエン系重合体の数平均分子量はGPC測定法により測定でき、後述する実施例に記載の方法により測定できる。
本実施形態の共役ジエン系重合体のGPC測定法により測定される数平均分子量は、好ましくは10×104以上であり、より好ましくは15×104以上であり、さらに好ましくは20×104以上である。GPC測定法により測定される数平均分子量の下限値が上記の範囲を満たすと、加硫物は耐摩耗性に優れる傾向にある。また、上記数平均分子量は、好ましくは100×104以下であり、より好ましくは70×104以下であり、さらに好ましくは50×104以下である。上記数平均分子量の上限値が上記の範囲を満たすと、その加硫物において充填剤の分散性に一層優れ、加工性に優れる傾向にある。上記の数平均分子量は、上記の上限値及び下限値を任意に組み合わせた範囲内としてもよい。共役ジエン系重合体の数平均分子量はGPC測定法により測定でき、後述する実施例に記載の方法により測定できる。
共役ジエン系重合体の重量平均分子量、及び数平均分子量は、重合開始剤の使用量と単量体の使用量の比率、及びカップリング剤の種類ならびに使用量を調整することによって上記数値範囲に制御することができる。
(分子量分布)
本実施形態の共役ジエン系重合体の分子量分布は、数平均分子量(Mn)に対する重量平均分子量(Mw)の比で表される。本実施形態の共役ジエン重合体は、分子量分布が好ましくは1.7以上である。この範囲の分子量分布である共役ジエン系重合体は、加硫物とする際の加工性により優れる傾向にある。
本実施形態の共役ジエン重合体の分子量分布は、より好ましくは1.75以上、さらに好ましくは1.8以上である。また、より好ましくは2.4以下、さらに好ましくは2.2以下である。
本実施形態の共役ジエン系重合体の分子量分布は、数平均分子量(Mn)に対する重量平均分子量(Mw)の比で表される。本実施形態の共役ジエン重合体は、分子量分布が好ましくは1.7以上である。この範囲の分子量分布である共役ジエン系重合体は、加硫物とする際の加工性により優れる傾向にある。
本実施形態の共役ジエン重合体の分子量分布は、より好ましくは1.75以上、さらに好ましくは1.8以上である。また、より好ましくは2.4以下、さらに好ましくは2.2以下である。
(変性率)
本実施形態の共役ジエン系重合体は、窒素を有する変性基を有していることが好ましい。
本明細書中、「変性率」とは、共役ジエン系重合体が窒素原子を有する変性剤により変性させることにより、共役ジエン系重合体と変性されていない共役ジエン系重合体との混合物が得られる場合において、充填剤に親和性又は結合反応性を有する特定官能基を重合体分子中に有する変性共役ジエン系重合体成分の、共役ジエン系重合体の混合物の総量に対する質量含有率を%で表したものである。したがって、上記の特定官能基が窒素原子を含有する場合、変性率とは、共役ジエン系重合体の混合物の総量に対する、窒素原子を含有する変性共役ジエン系重合体の質量比率(%)を表す。
本明細書中、「変性共役ジエン系重合体」は、変性されている共役ジエン系重合体、及び、変性共役ジエン系重合体と変性されてない共役ジエン系重合体の混合物を意味する。
例えば、窒素原子を含有する変性剤を共役ジエン系重合体の終末端に反応させることにより変性された変性共役ジエン系重合体を含む共役ジエン系重合体を得た場合において、前記窒素原子を含有する変性剤に起因する窒素原子含有官能基を有する変性共役ジエン系重合体の、変性共役ジエン系重合体の総量に対する質量比率が変性率となる。
本実施形態の共役ジエン系重合体は、窒素を有する変性基を有していることが好ましい。
本明細書中、「変性率」とは、共役ジエン系重合体が窒素原子を有する変性剤により変性させることにより、共役ジエン系重合体と変性されていない共役ジエン系重合体との混合物が得られる場合において、充填剤に親和性又は結合反応性を有する特定官能基を重合体分子中に有する変性共役ジエン系重合体成分の、共役ジエン系重合体の混合物の総量に対する質量含有率を%で表したものである。したがって、上記の特定官能基が窒素原子を含有する場合、変性率とは、共役ジエン系重合体の混合物の総量に対する、窒素原子を含有する変性共役ジエン系重合体の質量比率(%)を表す。
本明細書中、「変性共役ジエン系重合体」は、変性されている共役ジエン系重合体、及び、変性共役ジエン系重合体と変性されてない共役ジエン系重合体の混合物を意味する。
例えば、窒素原子を含有する変性剤を共役ジエン系重合体の終末端に反応させることにより変性された変性共役ジエン系重合体を含む共役ジエン系重合体を得た場合において、前記窒素原子を含有する変性剤に起因する窒素原子含有官能基を有する変性共役ジエン系重合体の、変性共役ジエン系重合体の総量に対する質量比率が変性率となる。
変性率は、官能基含有の変性成分と非変性成分を分離できるクロマトグラフィーによって測定することができる。
このクロマトグラフィーを用いた方法としては、特定官能基を吸着するシリカ等の極性物質を充填剤としたゲル浸透クロマトグラフィー用のカラムを使用し、非吸着成分の内部標準を比較に用いて定量する方法が挙げられる。
より具体的には、変性率は、試料及び低分子量内部標準ポリスチレンを含む試料溶液を、ポリスチレン系ゲルカラムで測定したクロマトグラムとシリカ系カラムで測定したクロマトグラムとの差分から、シリカカラムへの吸着量を測定することにより得られる。さらに具体的には、変性率は、実施例に記載の方法により測定することができる。
このクロマトグラフィーを用いた方法としては、特定官能基を吸着するシリカ等の極性物質を充填剤としたゲル浸透クロマトグラフィー用のカラムを使用し、非吸着成分の内部標準を比較に用いて定量する方法が挙げられる。
より具体的には、変性率は、試料及び低分子量内部標準ポリスチレンを含む試料溶液を、ポリスチレン系ゲルカラムで測定したクロマトグラムとシリカ系カラムで測定したクロマトグラムとの差分から、シリカカラムへの吸着量を測定することにより得られる。さらに具体的には、変性率は、実施例に記載の方法により測定することができる。
本実施形態の共役ジエン系重合体において、変性率は、変性剤の添加量及び反応方法を調整するによって制御することができる。
例えば、重合開始剤として、後述する分子内に少なくとも1つ窒素原子を有する有機リチウム化合物を用いて重合する方法、分子内に少なくとも1つ窒素原子を有する単量体を共重合する方法、後述する構造式の変性剤を用いる方法を組み合わせ、重合条件を制御することによって、上記変性率とすることができる。
例えば、重合開始剤として、後述する分子内に少なくとも1つ窒素原子を有する有機リチウム化合物を用いて重合する方法、分子内に少なくとも1つ窒素原子を有する単量体を共重合する方法、後述する構造式の変性剤を用いる方法を組み合わせ、重合条件を制御することによって、上記変性率とすることができる。
本実施形態の共役ジエン系重合体は、加硫物の省燃費性能の観点から、変性率が60%以上であることが好ましく、65%以上であることがより好ましく、70%以上であることがさらに好ましい。
〔共役ジエン系重合体の製造方法〕
本実施形態の変性共役ジエン共敬重合体の製造方法は、
2基以上の連続反応器で第1重合体セグメントを形成する重合工程(P1)と、
前記重合工程(P1)で得られた第1重合体セグメントの端部に、前記第2重合体セグメントを形成する重合工程(P2)と、
を、有し、
前記重合工程(P2)で極性物質を追加で添加する工程を有する。
本実施形態の変性共役ジエン共敬重合体の製造方法は、
2基以上の連続反応器で第1重合体セグメントを形成する重合工程(P1)と、
前記重合工程(P1)で得られた第1重合体セグメントの端部に、前記第2重合体セグメントを形成する重合工程(P2)と、
を、有し、
前記重合工程(P2)で極性物質を追加で添加する工程を有する。
(重合開始剤)
重合工程(P1)においては、重合開始剤を用いることが好ましい。
なお、重合工程(P2)においては、重合開始剤を用いないことが好ましい。
重合開始剤としては、少なくとも有機モノリチウム化合物を用いることができる。
有機モノリチウム化合物としては、以下に限定されないが、例えば、低分子化合物、可溶化したオリゴマーの有機モノリチウム化合物が挙げられる。
また、有機モノリチウム化合物としては、その有機基とそのリチウムの結合様式において、例えば、炭素-リチウム結合を有する化合物、窒素-リチウム結合を有する化合物、及び錫-リチウム結合を有する化合物が挙げられる。
重合開始剤としての有機モノリチウム化合物の使用量は、目標とする共役ジエン系重合体又は変性共役ジエン系重合体の分子量によって決めることが好ましい。
重合開始剤の使用量に対する、共役ジエン化合物等の単量体の使用量が重合度に関係する。すなわち、数平均分子量及び重量平均分子量に関係する傾向にある。
したがって、共役ジエン系重合体の分子量を増大させるためには、重合開始剤の使用量を減らす方向に調整するとよく、分子量を低下させるためには、重合開始剤の使用量を増やす方向に調整するとよい。
重合工程(P1)においては、重合開始剤を用いることが好ましい。
なお、重合工程(P2)においては、重合開始剤を用いないことが好ましい。
重合開始剤としては、少なくとも有機モノリチウム化合物を用いることができる。
有機モノリチウム化合物としては、以下に限定されないが、例えば、低分子化合物、可溶化したオリゴマーの有機モノリチウム化合物が挙げられる。
また、有機モノリチウム化合物としては、その有機基とそのリチウムの結合様式において、例えば、炭素-リチウム結合を有する化合物、窒素-リチウム結合を有する化合物、及び錫-リチウム結合を有する化合物が挙げられる。
重合開始剤としての有機モノリチウム化合物の使用量は、目標とする共役ジエン系重合体又は変性共役ジエン系重合体の分子量によって決めることが好ましい。
重合開始剤の使用量に対する、共役ジエン化合物等の単量体の使用量が重合度に関係する。すなわち、数平均分子量及び重量平均分子量に関係する傾向にある。
したがって、共役ジエン系重合体の分子量を増大させるためには、重合開始剤の使用量を減らす方向に調整するとよく、分子量を低下させるためには、重合開始剤の使用量を増やす方向に調整するとよい。
重合開始剤により共役ジエン系重合体中に窒素原子を導入する場合、有機モノリチウム化合物は、共役ジエン系重合体へ窒素原子を導入する1つの手法で用いられるという観点から、好ましくは、置換アミノ基を有するアルキルリチウム化合物、又はジアルキルアミノリチウムである。
この場合、重合開始末端にアミノ基からなる窒素原子を有する、共役ジエン系重合体が得られる。
置換アミノ基とは、活性水素を有しない、又は、活性水素を保護した構造の、アミノ基である。
活性水素を有しないアミノ基を有するアルキルリチウム化合物としては、以下に限定されないが、例えば、3-ジメチルアミノプロピルリチウム、3-ジエチルアミノプロピルリチウム、4-(メチルプロピルアミノ)ブチルリチウム、及び4-ヘキサメチレンイミノブチルリチウムが挙げられる。
活性水素を保護した構造のアミノ基を有するアルキルリチウム化合物としては、以下に限定されないが、例えば、3-ビストリメチルシリルアミノプロピルリチウム、及び4-トリメチルシリルメチルアミノブチルリチウムが挙げられる。
ジアルキルアミノリチウムとしては、以下に限定されないが、例えば、リチウムジメチルアミド、リチウムジエチルアミド、リチウムジプロピルアミド、リチウムジブチルアミド、リチウムジ-n-ヘキシルアミド、リチウムジへプチルアミド、リチウムジイソプロピルアミド、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、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、リチウムヘプタメチレンイミド、リチウムモルホリド、1-リチオアザシクロオクタン、6-リチオ-1,3,3-トリメチル-6-アザビシクロ[3.2.1]オクタン、及び1-リチオ-1,2,3,6-テトラヒドロピリジンが挙げられる。
これらの置換アミノ基を有する有機モノリチウム化合物は、重合可能な単量体、例えば、1,3-ブタジエン、イソプレン、スチレン等の単量体を少量反応させて、可溶化したオリゴマーの有機モノリチウム化合物として用いることもできる。
この場合、重合開始末端にアミノ基からなる窒素原子を有する、共役ジエン系重合体が得られる。
置換アミノ基とは、活性水素を有しない、又は、活性水素を保護した構造の、アミノ基である。
活性水素を有しないアミノ基を有するアルキルリチウム化合物としては、以下に限定されないが、例えば、3-ジメチルアミノプロピルリチウム、3-ジエチルアミノプロピルリチウム、4-(メチルプロピルアミノ)ブチルリチウム、及び4-ヘキサメチレンイミノブチルリチウムが挙げられる。
活性水素を保護した構造のアミノ基を有するアルキルリチウム化合物としては、以下に限定されないが、例えば、3-ビストリメチルシリルアミノプロピルリチウム、及び4-トリメチルシリルメチルアミノブチルリチウムが挙げられる。
ジアルキルアミノリチウムとしては、以下に限定されないが、例えば、リチウムジメチルアミド、リチウムジエチルアミド、リチウムジプロピルアミド、リチウムジブチルアミド、リチウムジ-n-ヘキシルアミド、リチウムジへプチルアミド、リチウムジイソプロピルアミド、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、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、リチウムヘプタメチレンイミド、リチウムモルホリド、1-リチオアザシクロオクタン、6-リチオ-1,3,3-トリメチル-6-アザビシクロ[3.2.1]オクタン、及び1-リチオ-1,2,3,6-テトラヒドロピリジンが挙げられる。
これらの置換アミノ基を有する有機モノリチウム化合物は、重合可能な単量体、例えば、1,3-ブタジエン、イソプレン、スチレン等の単量体を少量反応させて、可溶化したオリゴマーの有機モノリチウム化合物として用いることもできる。
また、重合開始剤は、置換アミノ基を有する芳香族ビニル化合物及び/又は共役ジエン化合物と有機モノリチウム化合物を反応させて生成されたものであってもよく、重合体鎖の一末端に官能基を導入させることができるものであってもよい。
前記有機モノリチウム化合物としては、工業的入手の容易さ及び重合反応の制御の容易さの観点から、好ましくは、アルキルリチウム化合物である。この場合、重合開始末端にアルキル基を有する共役ジエン系重合体が得られる。
前記アルキルリチウム化合物としては、以下に限定されないが、例えば、n-ブチルリチウム、sec-ブチルリチウム、tert-ブチルリチウム、n-ヘキシルリチウム、ベンジルリチウム、フェニルリチウム、及びスチルベンリチウムが挙げられる。
アルキルリチウム化合物としては、工業的入手の容易さ及び重合反応の制御の容易さの観点から、n-ブチルリチウム、及びsec-ブチルリチウムが好ましい。
これらの有機モノリチウム化合物は、1種単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。また、他の有機金属化合物と併用してもよい。
前記他の有機金属化合物としては、例えば、アルカリ土類金属化合物、他のアルカリ金属化合物、その他有機金属化合物が挙げられる。
アルカリ土類金属化合物としては、以下に限定されないが、例えば、有機マグネシウム化合物、有機カルシウム化合物、及び有機ストロンチウム化合物が挙げられる。また、アルカリ土類金属のアルコキサイド、スルフォネート、カーボネート、及びアミドの化合物も挙げられる。
有機マグネシウム化合物としては、例えば、ジブチルマグネシウム、及びエチルブチルマグネシウムが挙げられる。その他有機金属化合物としては、例えば、有機アルミニウム化合物が挙げられる。
前記有機モノリチウム化合物としては、工業的入手の容易さ及び重合反応の制御の容易さの観点から、好ましくは、アルキルリチウム化合物である。この場合、重合開始末端にアルキル基を有する共役ジエン系重合体が得られる。
前記アルキルリチウム化合物としては、以下に限定されないが、例えば、n-ブチルリチウム、sec-ブチルリチウム、tert-ブチルリチウム、n-ヘキシルリチウム、ベンジルリチウム、フェニルリチウム、及びスチルベンリチウムが挙げられる。
アルキルリチウム化合物としては、工業的入手の容易さ及び重合反応の制御の容易さの観点から、n-ブチルリチウム、及びsec-ブチルリチウムが好ましい。
これらの有機モノリチウム化合物は、1種単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。また、他の有機金属化合物と併用してもよい。
前記他の有機金属化合物としては、例えば、アルカリ土類金属化合物、他のアルカリ金属化合物、その他有機金属化合物が挙げられる。
アルカリ土類金属化合物としては、以下に限定されないが、例えば、有機マグネシウム化合物、有機カルシウム化合物、及び有機ストロンチウム化合物が挙げられる。また、アルカリ土類金属のアルコキサイド、スルフォネート、カーボネート、及びアミドの化合物も挙げられる。
有機マグネシウム化合物としては、例えば、ジブチルマグネシウム、及びエチルブチルマグネシウムが挙げられる。その他有機金属化合物としては、例えば、有機アルミニウム化合物が挙げられる。
本実施形態の共役ジエン系重合体の製造方法においては、上述した重合工程後に、後述するカップリング工程を実施してもよい。前記カップリング工程以前の共役ジエン系重合体の重量平均分子量は、共役ジエン化合物と芳香族ビニル化合物に対する重合開始剤の使用量によって制御され、重合開始剤の使用量を下げるほど共役ジエン系重合体の重量平均分子量は低下する傾向にある。重合開始剤の使用量は、共役ジエン化合物と芳香族ビニル化合物使用量の総質量を100kgとした場合、0.15モル以上1.5モル以下であることが好ましい。
(極性物質)
本実施形態の共役ジエン系重合体の製造方法においては、前記第2重合体セグメントを形成する重合工程(P2)で極性物質を添加する。
極性物質は、芳香族ビニル化合物を共役ジエン化合物とランダムに共重合させることができ、共役ジエン部のミクロ構造を制御するためのビニル化剤としても用いることができる傾向にある。また、重合反応の促進等にも効果がある傾向にある。
本実施形態の共役ジエン系重合体の製造方法においては、前記第2重合体セグメントを形成する重合工程(P2)で極性物質を添加する。
極性物質は、芳香族ビニル化合物を共役ジエン化合物とランダムに共重合させることができ、共役ジエン部のミクロ構造を制御するためのビニル化剤としても用いることができる傾向にある。また、重合反応の促進等にも効果がある傾向にある。
極性物質としては、以下に限定されないが、例えば、テトラヒドロフラン、ジエチルエーテル、ジオキサン、エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジブチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジブチルエーテル、ジメトキシベンゼン、2,2-ビス(2-オキソラニル)プロパン等のエーテル類;テトラメチルエチレンジアミン、ジピペリジノエタン、トリメチルアミン、トリエチルアミン、ピリジン、キヌクリジン等の第3級アミン化合物;カリウム-tert-アミラート、カリウム-tert-ブチラート、ナトリウム-tert-ブチラート、ナトリウムアミラート等のアルカリ金属アルコキシド化合物;トリフェニルホスフィン等のホスフィン化合物等が挙げられる。
これらの極性物質は、1種単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
これらの極性物質は、1種単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
極性物質の使用量は、特に限定されず、目的等に応じて選択することができるが、重合工程で使用した重合開始剤1モルに対して、0.01モル以上100モル以下であることが好ましい。
このような極性物質(ビニル化剤)は、共役ジエン系重合体の共役ジエン部分のミクロ構造の調節剤として、所望のビニル結合量に応じて、適量用いることができる。多くの極性物質は、同時に共役ジエン化合物と芳香族ビニル化合物との共重合において有効なランダム化効果を発現し、各重合体セグメントの芳香族ビニル単量体単位及び共役ジエン単量体単位のランダム性を調整できる傾向にある。
共役ジエン単量体単位と芳香族ビニル単量体単位とをランダム化する方法としては、例えば、特開昭59-140211号公報に記載されているように、スチレンの全量と1,3-ブタジエンの一部とで共重合反応を開始させ、共重合反応の途中で残りの1,3-ブタジエンを断続的に添加する方法を用いてもよい。ここで添加された1,3-ブタジエンはランダム性の調整のために添加されているものであり、必ずしも重合体セグメントを形成する必要はない。
共役ジエン単量体単位と芳香族ビニル単量体単位とをランダム化する方法としては、例えば、特開昭59-140211号公報に記載されているように、スチレンの全量と1,3-ブタジエンの一部とで共重合反応を開始させ、共重合反応の途中で残りの1,3-ブタジエンを断続的に添加する方法を用いてもよい。ここで添加された1,3-ブタジエンはランダム性の調整のために添加されているものであり、必ずしも重合体セグメントを形成する必要はない。
(重合工程)
本実施形態の共役ジエン系重合体の製造方法において、重合工程は、2基以上の反応器を直列に接続した連続反応器で行うものとし、第1重合体セグメントを得る重合工程(P1)、第2重合体セグメントを得る重合工程(P2)を実施する。
前記重合工程(P1)、(P2)は、それぞれ1基又は2基以上の連結された反応器を用いて行うことができる。反応器の形状は、撹拌機付きの槽型、管型のもの等を用いることができる。
重合工程(P1)、(P2)が反応器毎に割り振られることは必須では無く、例えば1基目の下流側で重合工程(P2)が始まるように設定してもよい。反応器はそれぞれが温度制御機能を持っていてもよい。
本実施形態の共役ジエン系重合体の製造方法において、重合工程は、2基以上の反応器を直列に接続した連続反応器で行うものとし、第1重合体セグメントを得る重合工程(P1)、第2重合体セグメントを得る重合工程(P2)を実施する。
前記重合工程(P1)、(P2)は、それぞれ1基又は2基以上の連結された反応器を用いて行うことができる。反応器の形状は、撹拌機付きの槽型、管型のもの等を用いることができる。
重合工程(P1)、(P2)が反応器毎に割り振られることは必須では無く、例えば1基目の下流側で重合工程(P2)が始まるように設定してもよい。反応器はそれぞれが温度制御機能を持っていてもよい。
(固形量)
本実施形態の共役ジエン系重合体の製造方法においては、所定の固形量で、目的とする共役ジエン系重合体を回収できる。
なお、本明細書中における固形量とは、測定点において単位時間あたりに回収される共役ジエン系重合体の質量である。
共役ジエン系重合体の質量には重合開始剤と反応し高分子化したもののみを含めるものとし、未反応の共役ジエン化合物や芳香族ビニル化合物、溶剤等の質量は含まないものとする。
本実施形態の共役ジエン系重合体の製造方法においては、所定の固形量で、目的とする共役ジエン系重合体を回収できる。
なお、本明細書中における固形量とは、測定点において単位時間あたりに回収される共役ジエン系重合体の質量である。
共役ジエン系重合体の質量には重合開始剤と反応し高分子化したもののみを含めるものとし、未反応の共役ジエン化合物や芳香族ビニル化合物、溶剤等の質量は含まないものとする。
(転化率)
本実施形態の共役ジエン系重合体の製造方法において、「転化率」は、共役ジエン化合物と芳香族ビニル化合物の総質量の内、測定時点において反応が完了し共役ジエン系重合体となったものの質量と定義される。
すなわち、前記固形量を用いて、下記式(2)で求められる。
本実施形態の共役ジエン系重合体の製造方法において、「転化率」は、共役ジエン化合物と芳香族ビニル化合物の総質量の内、測定時点において反応が完了し共役ジエン系重合体となったものの質量と定義される。
すなわち、前記固形量を用いて、下記式(2)で求められる。
また、前記固形量測定で得られる固形分の結合共役ジエン単量体単位量、結合芳香族ビニル単量体単位量をそれぞれ用いて、共役ジエン化合物、芳香族ビニル化合物ごとの転化率を、下記式(3)、式(4)で求められる。
なお、上述した転化率の計算における分母は、重合工程(P1、P2)の全体を通して添加する単量体全体の質量である。従って、P1終了時点の転化率の場合、その時点まで入れた単量体が全て反応したとしても、転化率は100%とはならないものとする。
本実施形態の共役ジエン系重合体の物性制御の観点から、重合工程終了時点までに転化率は95%以上であることが好ましい。すなわち、転化率は、重合工程(P2)の終了時点で95%以上に制御すればよく、重合工程(P1)においてはこれに満たない転化率であってもよい。
転化率が上記範囲にあることで、共役ジエン系重合体の結合芳香族ビニル単量体単位量Xallを、重合工程中に添加した共役ジエン化合物の総量と芳香族ビニル化合物の総量の比で制御することができ、構造制御が容易になる。
転化率が上記範囲にあることで、共役ジエン系重合体の結合芳香族ビニル単量体単位量Xallを、重合工程中に添加した共役ジエン化合物の総量と芳香族ビニル化合物の総量の比で制御することができ、構造制御が容易になる。
本実施形態の共役ジエン系の製造方法において、重合工程(P1)においては、第1重合体セグメントを得るものとし、かかる重合工程(P1)においては、反応器の一方端部より連続的に共役ジエン化合物、芳香族ビニル化合物、不活性溶媒、重合開始剤及び極性物質を供給する原料供給部を持ち、原料供給部とは反対の端部には連続的に重合体溶液を払い出す排出部を持つことが好ましい。
重合工程(P1)を終えた共役ジエン重合体溶液は、反応器から連続的に留出し、次の工程に送られる。送液先は、例えば、後述の第2重合体セグメントの重合工程(P2)であることが好ましい態様である。
第2重合体セグメントを得る重合工程(P2)は、前記重合工程(P1)と同様に1基又は2基以上の連結された反応器を用いる。この時、反応器の中腹又は前段工程と本工程を繋ぐ配管に、新たに共役ジエン化合物、芳香族ビニル化合物、不活性溶媒、極性物質等を追加することにより、第1重合体セグメントの端部に、それ以前の重合工程で合成されたものよりも結合共役ジエン中のビニル結合量が多い第2重合体セグメントを導入する。これにより、第1重合体セグメントよりもTgの高い、第2重合体セグメントを形成できる。
第2重合体セグメントは、第1重合体セグメントよりも高いビニル結合量Y2(mоl%)を有するため、第2重合体セグメントを形成する重合工程(P2)では、重合体のビニル結合量が高くなるように条件を設定する。
重合工程(P2)では極性物質を1種または2種以上追加で添加する。極性物質が添加されることで第2重合体セグメントの結合共役ジエン中のビニル結合量が第1重合体セグメントと比べて高くなり、第1重合体セグメントと第2重合体セグメントの結合ジエン中のビニル結合量の差が大きくなる。
重合工程(P2)では極性物質を1種または2種以上追加で添加する。極性物質が添加されることで第2重合体セグメントの結合共役ジエン中のビニル結合量が第1重合体セグメントと比べて高くなり、第1重合体セグメントと第2重合体セグメントの結合ジエン中のビニル結合量の差が大きくなる。
重合工程における極性物質の添加量は、重合工程(P1)と重合工程(P2)で添加した極性物質を合わせて、重合開始剤1モルに対して、0.01モル以上100モル以下であることが好ましい。上記の範囲内で、第1重合体セグメントと第2重合体セグメントの結合共役ジエン中のビニル結合量の差を制御すべく、各々の添加量を選択することができる。添加する極性物質の重合工程(P1)、(P2)における配分は、極性物質の種類、重合温度、反応器の形状など様々の要因によって変化するため、特に限定されないが、例えば重合工程(P2)の極性物質濃度が重合工程(P1)の3倍以上20倍以下であることが好ましい。
重合工程(P2)を終えた共役ジエン重合体溶液は、反応器から連続的に留出し、次の工程に送られる。送液先は、一例として後述のカップリング工程であってもよい。
本実施形態の共役ジエン系重合体において、第1重合体セグメントと第2重合体セグメントの結合芳香族ビニル単量体単位量の差(X1-X2)の絶対値を5質量%以下にするために、重合工程に添加した共役ジエン化合物と芳香族ビニル化合物が、重合工程(P1)と重合工程(P2)、それぞれで近い比率で反応する必要がある。これを実現するには、重合工程(P1)における共役ジエン化合物と芳香族ビニル化合物の転化率の差を小さくすることが好ましい。例えば芳香族ビニル化合物の転化率が共役ジエン化合物の転化率と比較して小さい場合、第1重合体セグメントの結合芳香族ビニル単量体単位量が小さくなり、代わりに芳香族ビニル化合物が重合工程(P2)に多量流入し、第1重合体セグメントと第2重合体セグメントの結合芳香族ビニル単量体単位量の差が拡大する。一方で、重合工程(P1)における両者の転化率の差の絶対値が小さい場合、第1重合体セグメントと第2重合体セグメント、どちらにおいても同じ比率で芳香族ビニル単量体単位を含有するため、結合芳香族ビニル単量体単位量の差は小さくなる。共役ジエン化合物と芳香族ビニル化合物の転化率の差は好ましくは10質量%未満、より好ましくは8質量%未満、さらに好ましくは6質量%未満である。
極性物質を添加すると、芳香族ビニル化合物の反応速度を高める効果が期待できるので、極性物質の添加量を増やすことによっても、共役ジエン化合物と芳香族ビニル化合物の転化率の差を小さくすることは可能である。一方、極性物質は一般にビニル化剤としても作用し、添加量を増やすことで生成するセグメントのビニル結合量が高まる傾向にある。そのため、極性物質量は転化率制御のための変数の一つではあるものの、ビニル結合量を制御する設計においては、選択しにくい。極性物質の添加量による転化率の制御よりも、極性物質の添加量や重合温度を設定した上で、セグメント毎のモノマーの供給量の調整することが好ましい態様である。
極性物質を添加すると、芳香族ビニル化合物の反応速度を高める効果が期待できるので、極性物質の添加量を増やすことによっても、共役ジエン化合物と芳香族ビニル化合物の転化率の差を小さくすることは可能である。一方、極性物質は一般にビニル化剤としても作用し、添加量を増やすことで生成するセグメントのビニル結合量が高まる傾向にある。そのため、極性物質量は転化率制御のための変数の一つではあるものの、ビニル結合量を制御する設計においては、選択しにくい。極性物質の添加量による転化率の制御よりも、極性物質の添加量や重合温度を設定した上で、セグメント毎のモノマーの供給量の調整することが好ましい態様である。
共役ジエン化合物と芳香族ビニル化合物の転化率の差を下げるためには、重合工程で添加すべき共役ジエン化合物や芳香族ビニル化合物を、重合工程(P1)と重合工程(P2)で分割して添加することが効果的である。重合工程(P1)において反応速度定数の大きいいずれか一方の単量体の添加量を下げることで、原料枯渇による反応速度低下を誘発させ、重合工程(P1)終了時点の転化率を揃えることができる。
転化率の制御のため、単量体の分割添加によって本来添加すべき総量に対し重合工程(P1)での添加量が不足している化合物があれば、その不足分は重合工程(P2)で添加される。前記の通り、重合工程終了時の転化率は好ましくは95%以上であるため、自ずと共役ジエン系重合体の結合芳香族ビニル単量体単位量Xallは、(芳香族ビニル化合物)と(共役ジエン系化合物+芳香族ビニル化合物)との比に概ね等しくなる。この値は重合工程(P1)で合成された第1重合体セグメントの結合芳香族ビニル単量体単位量X1と概ね等しい。
例えば、ノルマルヘキサンを溶媒とし、重合モノマーである共役ジエン化合物と芳香族ビニル化合物として、1,3-ブタジエンとスチレンをそれぞれ用いて一般的な共重合反応を行う場合、共役ジエン化合物の重合反応速度が芳香族ビニル化合物よりも大きくなる。したがって共役ジエン化合物の転化率が芳香族ビニル化合物の転化率よりも高くなる傾向にある。
ここで両化合物の転化率差を下げるためには、P1工程単独で重合を完結させた場合時に想定される共役ジエン化合物、芳香族ビニル化合物の転化率をそれぞれA,Bとしたときに、BをAで除した割合に応じて、共役ジエン化合物をP1工程に添加し、残量をP2工程で、追加で添加するようにすることで、共役ジエン化合物と芳香族ビニル化合物の転化率差を小さくすることができる。
転化率の制御のため、単量体の分割添加によって本来添加すべき総量に対し重合工程(P1)での添加量が不足している化合物があれば、その不足分は重合工程(P2)で添加される。前記の通り、重合工程終了時の転化率は好ましくは95%以上であるため、自ずと共役ジエン系重合体の結合芳香族ビニル単量体単位量Xallは、(芳香族ビニル化合物)と(共役ジエン系化合物+芳香族ビニル化合物)との比に概ね等しくなる。この値は重合工程(P1)で合成された第1重合体セグメントの結合芳香族ビニル単量体単位量X1と概ね等しい。
例えば、ノルマルヘキサンを溶媒とし、重合モノマーである共役ジエン化合物と芳香族ビニル化合物として、1,3-ブタジエンとスチレンをそれぞれ用いて一般的な共重合反応を行う場合、共役ジエン化合物の重合反応速度が芳香族ビニル化合物よりも大きくなる。したがって共役ジエン化合物の転化率が芳香族ビニル化合物の転化率よりも高くなる傾向にある。
ここで両化合物の転化率差を下げるためには、P1工程単独で重合を完結させた場合時に想定される共役ジエン化合物、芳香族ビニル化合物の転化率をそれぞれA,Bとしたときに、BをAで除した割合に応じて、共役ジエン化合物をP1工程に添加し、残量をP2工程で、追加で添加するようにすることで、共役ジエン化合物と芳香族ビニル化合物の転化率差を小さくすることができる。
前記重合工程(P2)で追加する共役ジエン化合物の添加量は、共役ジエン化合物の添加総量の15質量%以上であることが好ましく、20質量%以上であることがより好ましく、25質量%以上であることがさらに好ましい。重合工程(P2)における添加量が、共役ジエン化合物の添加総量の15質量%以上であることで、第1重合体セグメントの結合芳香族ビニル単量体単位量X1(質量%)と、第2重合体セグメントの結合芳香族ビニル単量体単位量X2(質量%)との差(X1-X2)の絶対値が5質量%以下でありながら、第2重合体セグメントの質量比率(r2)に対する、第1重合体セグメントの質量比率(r1)の比(R=r1/r2)が0.25~4.00の数値範囲であることを満たしやすくなる傾向にある。
本実施形態の共役ジエン系重合体において、第1重合体セグメントの質量比率(r1)と第2重合体セグメントの質量比率(r2)との比(R=r1/r2)、前記重合工程(P2)で添加する共役ジエン化合物及び芳香族ビニル化合物の割合で制御することができる。
前記重合工程(P2)で添加する共役ジエン化合物及び芳香族ビニル化合物の割合を下げることで、重合工程(P1)での各成分の転化率が高くなり、Rは上昇する。この時、共役ジエン化合物の転化率と芳香族ビニル化合物の転化率の差は低くなるように制御することが好ましい。
前記重合工程(P2)で添加する共役ジエン化合物及び芳香族ビニル化合物の割合を下げることで、重合工程(P1)での各成分の転化率が高くなり、Rは上昇する。この時、共役ジエン化合物の転化率と芳香族ビニル化合物の転化率の差は低くなるように制御することが好ましい。
反応制御性の観点から、各重合工程で転化率は高いことが好ましいが、前段重合工程で未反応の共役ジエン化合物及び/又は芳香族ビニル化合物を次工程に供給することで前記Rを制御してもよい。
本実施形態の共役ジエン系重合体の製造に当たっては、重合工程(P1)の前後、重合工程(P2)の前後に、それぞれ所定の工程を含んでいてもよい。例えば、第1重合体セグメントや第2重合体セグメントと異なる重合体を合成する工程があってもよい。
本実施形態の共役ジエン系重合体の重合工程における重合温度は、リビングアニオン重合が進行する温度であることが好ましく、生産性の観点から、0℃以上であることがより好ましく、120℃以下であることがさらに好ましい。このような範囲にあることで、重合終了後の活性末端に対する変性剤の反応量を充分に確保することができる傾向にある。よりさらに好ましくは50℃以上100℃以下である。
本実施形態の共役ジエン系重合体の製造において、高い分子量分布を得るには、槽型反応器の高さ(L)/径(D)を下げればよい。L/Dが小さくなることで、反応器内の滞留時間分布が大きくなることで、重合開始剤分子ごとの反応時間のばらつきが大きくなり、分子量分布が大きくなる。
(カップリング工程)
本実施形態の共役ジエン系重合体の製造方法においては、重合体セグメント重合工程を経て得られた共役ジエン系重合体の活性末端に対して、カップリング剤、例えば3官能以上の反応性化合物を用いてカップリングを行う工程及び/又は窒素原子含有基を有する変性剤(好ましくは、窒素原子含有基を有するカップリング剤)を用いて変性させる工程を実施してもよい。
以下、カップリングを行う工程及び/又は変性される工程を、カップリング工程という。
カップリング工程においては、共役ジエン系重合体の活性末端の一端に対してカップリング剤又は窒素原子を有する変性剤で変性反応させ、変性された共役ジエン系重合体を得る。
本実施形態の共役ジエン系重合体の製造方法においては、重合体セグメント重合工程を経て得られた共役ジエン系重合体の活性末端に対して、カップリング剤、例えば3官能以上の反応性化合物を用いてカップリングを行う工程及び/又は窒素原子含有基を有する変性剤(好ましくは、窒素原子含有基を有するカップリング剤)を用いて変性させる工程を実施してもよい。
以下、カップリングを行う工程及び/又は変性される工程を、カップリング工程という。
カップリング工程においては、共役ジエン系重合体の活性末端の一端に対してカップリング剤又は窒素原子を有する変性剤で変性反応させ、変性された共役ジエン系重合体を得る。
<カップリング剤>
本実施形態の共役ジエン系重合体の製造方法において、カップリング工程で用いられるカップリング剤は、3官能以上の反応性化合物であればいかなる構造のものでもよいが、好ましくは、珪素原子を有する3官能以上の反応性化合物が好ましい。
本実施形態の共役ジエン系重合体の製造方法において、カップリング工程で用いられるカップリング剤は、3官能以上の反応性化合物であればいかなる構造のものでもよいが、好ましくは、珪素原子を有する3官能以上の反応性化合物が好ましい。
珪素原子を有する3官能以上の反応性化合物としては、以下に限定されないが、例えば、ハロゲン化シラン化合物、エポキシ化シラン化合物、ビニル化シラン化合物、アルコキシシラン化合物、窒素含有基を含むアルコキシシラン化合物等が挙げられる。
カップリング剤であるハロゲン化シラン化合物としては、以下に限定されないが、例えば、メチルトリクロロシラン、テトラクロロシラン、トリス(トリメチルシロキシ)クロロシラン、トリス(ジメチルアミノ)クロロシラン、ヘキサクロロジシラン、ビス(トリクロロシリル)メタン、1,2-ビス(トリクロロシリル)エタン、1,2-ビス(メチルジクロロシリル)エタン、1,4-ビス(トリクロロシリル)ブタン、1,4ビス(メチルジクロロシリル)ブタン等が挙げられる。
カップリング剤であるエポキシ化シラン化合物としては、以下に限定されないが、例えば、3-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3-グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、3-グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、エポキシ変性シリコーン等が挙げられる。
<窒素原子含有基を有する変性剤>
窒素原子含有を有する変性剤としては、以下に限定されないが、例えば、イソシアナート化合物、イソチオシアナート化合物、イソシアヌル酸誘導体、窒素原子基含有カルボニル化合物、窒素原子基含有ビニル化合物、窒素原子基含有エポキシ化合物等が挙げられる。
窒素原子含有を有する変性剤としては、以下に限定されないが、例えば、イソシアナート化合物、イソチオシアナート化合物、イソシアヌル酸誘導体、窒素原子基含有カルボニル化合物、窒素原子基含有ビニル化合物、窒素原子基含有エポキシ化合物等が挙げられる。
窒素原子含有基を有する変性剤としては、好ましくは活性水素を有さないアミン化合物であり、例えば、3級アミン化合物、上記の活性水素を保護基で置換した保護化アミン化合物、一般式-N=Cで表されるイミン化合物、及び、前記窒素原子含有基と結合したアルコキシシラン化合物が挙げられる。
窒素原子含有基を有する変性剤であるイソシアナート化合物としては、以下に限定されないが、例えば、2,4-トリレンジイソシアナート、2,6-トリレンジイソシアナート、ジフェニルメタンジイソシアナート、ポリメリックタイプのジフェニルメタンジイソシアナート(C-MDI)、フェニルイソシアナート、イソホロンジイソシアナート、ヘキサメチレンジイソシアナート、ブチルイソシアナート、1,3,5-ベンゼントリイソシアナート等が挙げられる。
窒素原子含有基を有する変性剤であるイソシアヌル酸誘導体としては、以下に限定されないが、例えば、1,3,5-トリス(3-トリメトキシシリルプロピル)イソシアヌレート、1,3,5-トリス(3-トリエトキシシリルプロピル)イソシアヌレート、1,3,5-トリ(オキシラン-2-イル)-1,3,5-トリアジナン-2,4,6-トリオン、1,3,5-トリス(イソシアナトメチル)-1,3,5-トリアジナン-2,4,6-トリオン、1,3,5-トリビニル-1,3,5-トリアジナン-2,4,6-トリオン等が挙げられる。
窒素原子含有基を有する変性剤であるカルボニル化合物としては、以下に限定されないが、例えば、1,3-ジメチル-2-イミダゾリジノン、1-メチル-3-エチル-2-イミダゾリジノン、1-メチル-3-(2-メトキシエチル)-2-イミダゾリジノン、N-メチル-2-ピロリドン、N-メチル-2-ピペリドン、N-メチル-2-キノロン、4,4’-ビス(ジエチルアミノ)ベンゾフェノン、4,4’-ビス(ジメチルアミノ)ベンゾフェノン、メチル-2-ピリジルケトン、メチル-4-ピリジルケトン、プロピル-2-ピリジルケトン、ジ-4-ピリジルケトン、2-ベンゾイルピリジン、N,N,N’,N’-テトラメチル尿素、N,N-ジメチル-N’,N’-ジフェニル尿素、N,N-ジエチルカルバミン酸メチル、N,N-ジエチルアセトアミド、N,N-ジメチル-N’,N’-ジメチルアミノアセトアミド、N,N-ジメチルピコリン酸アミド、N,N-ジメチルイソニコチン酸アミド等が挙げられる。
窒素原子含有基を有する変性剤であるビニル化合物としては、以下に限定されないが、例えば、N,N-ジメチルアクリルアミド、N,N-ジメチルメタクリルアミド、N-メチルマレイミド、N-メチルフタルイミド、N,N-ビストリメチルシリルアクリルアミド、モルホリノアクリルアミド、3-(2-ジメチルアミノエチル)スチレン、(ジメチルアミノ)ジメチル-4-ビニルフェニルシラン、4,4’-ビニリデンビス(N,N-ジメチルアニリン)、4,4’-ビニリデンビス(N,N-ジエチルアニリン)、1,1-ビス(4-モルホリノフェニル)エチレン、1-フェニル-1-(4-N,N-ジメチルアミノフェニル)エチレン等が挙げられる。
窒素原子含有基を有する変性剤であるエポキシ化合物としては、以下に限定されないが、例えば、アミノ基に結合したエポキシ基含有炭化水素化合物が挙げられ、さらにエーテル基に結合したエポキシ基を有してもよい。
このようなエポキシ化合物としては、以下に限定されないが、例えば、下記一般式(a)で表わされるエポキシ化合物が挙げられる。
このようなエポキシ化合物としては、以下に限定されないが、例えば、下記一般式(a)で表わされるエポキシ化合物が挙げられる。
前記式(a)中、Rは、2価以上の炭化水素基、又は、エーテル、エポキシ、ケトン等の酸素を有する極性基、チオエーテル、チオケトン等の硫黄を有する極性基、3級アミノ基、イミノ基等の窒素を有する極性基から選ばれる少なくとも1種の極性基を有する2価以上の有機基である。
2価以上の炭化水素基は、飽和又は不飽和の直鎖状、分岐状、環状であってもよい炭化水素基であり、アルキレン基、アルケニレン基、フェニレン基等を含む。好ましくは、炭素数が1~20の炭化水素基である。例えば、メチレン、エチレン、ブチレン、シクロヘキシレン、1,3-ビス(メチレン)-シクロヘキサン、1,3-ビス(エチレン)-シクロヘキサン、o-、m-、p-フェニレン、m-、p-キシレン、ビス(フェニレン)-メタン等の各基が挙げられる。
前記式(a)中、R1、R4は、炭素数1~10の炭化水素基であり、R1、R4は互いに同一でも異なっていてもよい。
前記式(a)中、R2、R5は、水素又は炭素数1~10の炭化水素基であり、R2、R5は互いに同一でも異なっていてもよい。
前記式(a)中、R3は炭素数1~10の炭化水素基、又は下記式(a1)の構造である。
R1、R2、R3は、互いに結合した環状構造であってもよい。
また、R3が炭化水素基の場合、Rと互いに結合した環状構造であってもよい。前記の環状構造の場合、R3に結合しているNとRとが直接結合している形態であってもよい。
前記式(a)中、nは1以上の整数であって、mは0又は1以上の整数である。
前記式(a)中、R2、R5は、水素又は炭素数1~10の炭化水素基であり、R2、R5は互いに同一でも異なっていてもよい。
前記式(a)中、R3は炭素数1~10の炭化水素基、又は下記式(a1)の構造である。
R1、R2、R3は、互いに結合した環状構造であってもよい。
また、R3が炭化水素基の場合、Rと互いに結合した環状構造であってもよい。前記の環状構造の場合、R3に結合しているNとRとが直接結合している形態であってもよい。
前記式(a)中、nは1以上の整数であって、mは0又は1以上の整数である。
前記式(a1)中、R1、R2は、前記式(a)のR1、R2と同様に定義され、R1、R2は互いに同一であっても異なっていてもよい。
窒素原子含有基を有する変性剤であるエポキシ化合物としては、エポキシ基含有炭化水素基を有するものが好ましく、より好ましくはグリシジル基含有炭化水素基を有するものである。
アミノ基又はエーテル基に結合したエポキシ基含有炭化水素基としては、特に限定されないが、例えば、グリシジルアミノ基、ジグリシジルアミノ基又はグリシジドキシ基が挙げられる。さらに好ましい分子構造は、グリシジルアミノ基又はジグリシジルアミノ基、及びグリシジドキシ基をそれぞれ有するエポキシ基含有化合物であり、例えば、下記一般式(a2)で表わされる化合物が挙げられる。
前記式(a2)中、Rは、前記式(a)のRと同様に定義され、R6は、炭素数1~10の炭化水素基又は下記式(a3)の構造である。
R6が炭化水素基の場合、Rと互いに結合して環状構造であってもよく、その場合は、R6に結合しているNとRとが直接結合している形態であってもよい。
式(a2)中、nは1以上の整数であって、mは0又は1以上の整数である。
R6が炭化水素基の場合、Rと互いに結合して環状構造であってもよく、その場合は、R6に結合しているNとRとが直接結合している形態であってもよい。
式(a2)中、nは1以上の整数であって、mは0又は1以上の整数である。
窒素原子含有基を有する変性剤であるエポキシ化合物としては、特に好ましくは分子中にジグリシジルアミノ基を1個以上及びグリシドキシ基を1個以上有する化合物である。
窒素原子含有基を有する変性剤として用いるエポキシ化合物としては、以下に限定されないが、例えば、N,N-ジグリシジル-4-グリシドキシアニリン、1-N,N-ジグリシジルアミノメチル-4-グリシドキシ-シクロヘキサン、4-(4-グリシドキシフェニル)-(N,N-ジグリシジル)アニリン、4-(4-グリシドキシフェノキシ)-(N,N-ジグリシジル)アニリン、4-(4-グリシドキシベンジル)-(N,N-ジグリシジル)アニリン、4-(N,N’-ジグリシジル-2-ピペラジニル)-グリシドキシベンゼン、1,3-ビス(N,N-ジグリシジルアミノメチル)シクロヘキサン、N,N,N’,N’-テトラグリシジル-m-キシレンジアミン、4,4-メチレン-ビス(N,N-ジグリシジルアニリン)、1,4-ビス(N,N-ジグリシジルアミノ)シクロヘキサン、N,N,N’,N’-テトラグリシジル-p-フェニレンジアミン、4,4’-ビス(ジグリシジルアミノ)ベンゾフェノン、4-(4-グリシジルピペラジニル)-(N,N-ジグリシジル)アニリン、2-〔2-(N,N-ジグリシジルアミノ)エチル〕-1-グリシジルピロリジン、N,N-ジグリシジルアニリン、4,4’-ジグリシジル-ジベンジルメチルアミン、N,N-ジグリシジルアニリン、N,N-ジグリシジルオルソトルイジン、N,N-ジグリシジルアミノメチルシクロヘキサン等が挙げられる。これらのうち特に好ましいものとしては、N,N-ジグリシジル-4-グリシドキシアニリン、1,3-ビス(N,N-ジグリシジルアミノメチル)シクロヘキサンが挙げられる。
本実施形態の効果を有効かつ確実に奏する観点から、変性剤は、窒素原子含有基を有するアルコキシシラン化合物が好ましい。このような変性剤は以下に限定されないが、例えば、3-ジメチルアミノプロピルトリメトキシシラン、3-ジメチルアミノプロピルメチルジメトキシシラン、3-ジエチルアミノプロピルトリエトキシシラン、3-モルホリノプロピルトリメトキシシラン、3-ピペリジノプロピルトリエトキシシラン、3-ヘキサメチレンイミノプロピルメチルジエトキシシラン、3-(4-メチル-1-ピペラジノ)プロピルトリエトキシシラン、1-[3-(トリエトキシシリル)-プロピル]-3-メチルヘキサヒドロピリミジン、3-(4-トリメチルシリル-1-ピペラジノ)プロピルトリエトキシシラン、3-(3-トリエチルシリル-1-イミダゾリジニル)プロピルメチルジエトキシシラン、3-(3-トリメチルシリル-1-ヘキサヒドロピリミジニル)プロピルトリメトキシシラン、3-ジメチルアミノ-2-(ジメチルアミノメチル)プロピルトリメトキシシラン、ビス(3-ジメトキシメチルシリルプロピル)-N-メチルアミン、ビス(3-トリメトキシシリルプロピル)-N-メチルアミン、ビス(3-トリエトキシシリルプロピル)メチルアミン、トリス(トリメトキシシリル)アミン、トリス(3-トリメトキシシリルプロピル)アミン、N,N,N’,N’-テトラ(3-トリメトキシシリルプロピル)エチレンジアミン、3-イソシアナトプロピルトリメトキシシラン、3-シアノプロピルトリメトキシシラン、2,2-ジメトキシ-1-(3-トリメトキシシリルプロピル)-1-アザ-2-シラシクロペンタン、2,2-ジエトキシ-1-(3-トリエトキシシリルプロピル)-1-アザ-2-シラシクロペンタン、2,2-ジメトキシ-1-(4-トリメトキシシリルブチル)-1-アザ-2-シラシクロヘキサン、2,2-ジメトキシ-1-(3-ジメトキシメチルシリルプロピル)-1-アザ-2-シラシクロペンタン、2,2-ジメトキシ-1-フェニル-1-アザ-2-シラシクロペンタン、2,2-ジエトキシ-1-ブチル-1-アザ-2-シラシクロペンタン、2,2-ジメトキシ-1-メチル-1-アザ-2-シラシクロペンタン、2,2-ジメトキシ-8-(4-メチルピペラジニル)メチル-1,6-ジオキサ-2-シラシクロオクタン、2,2-ジメトキシ-8-(N,N-ジエチルアミノ)メチル-1,6-ジオキサ-2-シラシクロオクタン等が挙げられる。
窒素原子含有基を有するアルコキシシラン化合物としては、以下のものが特に好ましい例として挙げられる。
具体的には、トリス(3-トリメトキシシリルプロピル)アミン、トリス(3-トリエトキシシリルプロピル)アミン、トリス(3-トリプロポキシシリルプロピル)アミン、ビス(3-トリメトキシシリルプロピル)-[3-(2,2-ジメトキシ-1-アザ-2-シラシクロペンタン)プロピル]アミン、テトラキス(3-トリメトキシシリルプロピル)-1,3-プロパンジアミン(「N,N,N’,N’-テトラキス(3-トリメトキシシリルプロピル)-1,3-プロパンジアミン」ともいう。)、トリス(3-トリメトキシシリルプロピル)-[3-(1-メトキシ-2-トリメチルシリル-1-シラ-2-アザシクロペンタン)プロピル]-1,3-プロパンジアミン、トリス(3-トリメトキシシリルプロピル)-[3-(1-メトキシ-2-メチル-1-シラ-2-アザシクロペンタン)プロピル]-1,3-プロパンジアミン、ビス(3-トリエトキシシリルプロピル)-[3-(2,2-ジエトキシ-1-アザ-2-シラシクロペンタン)プロピル]-[3-(1-エトキシ-2-トリメチルシリル-1-シラ-2-アザシクロペンタン)プロピル]-1,3-プロパンジアミン、テトラキス(3-トリメトキシシリルプロピル)-1,3-ビスアミノメチルシクロヘキサン、トリス(3-トリメトキシシリルプロピル)-[3-(2,2-ジメトキシ-1-アザ-2-シラシクロペンタン)プロピル]-1,3-ビスアミノメチルシクロヘキサン、テトラキス(3-トリメトキシシリルプロピル)-1,6-ヘキサメチレンジアミン、ペンタキス(3-トリメトキシシリルプロピル)-ジエチレントリアミン、トリス(3-トリメトキシシリルプロピル)-メチル-1,3-プロパンジアミン、テトラキス[3-(2,2-ジメトキシ-1-アザ-2-シラシクロペンタン)プロピル]シラン、ビス(3-トリメトキシシリルプロピル)-ビス[3-(2,2-ジメトキシ-1-アザ-2-シラシクロペンタン)プロピル]シラン、トリス[3-(2,2-ジメトキシ-1-アザ-2-シラシクロペンタン)プロピル]-(3-トリメトキシシリルプロピル)シラン、トリス[3-(2,2-ジメトキシ-1-アザ-2-シラシクロペンタン)プロピル]-[3-(1-メトキシ-2-トリメチルシリル-1-シラ-2-アザシクロペンタン)プロピル]シラン、3-トリス[2-(2,2-ジメトキシ-1-アザ-2-シラシクロペンタン)エトキシ]シリル-1-トリメトキシシリルプロパン、1-[3-(1-メトキシ-2-トリメチルシリル-1-シラ-2-アザシクロペンタン)プロピル]-3,4,5-トリス(3-トリメトキシシリルプロピル)-シクロヘキサン、1-[3-(2,2-ジメトキシ-1-アザ-2-シラシクロペンタン)プロピル]-3,4,5-トリス(3-トリメトキシシリルプロピル)-シクロヘキサン、3,4,5-トリス(3-トリメトキシシリルプロピル)-シクロヘキシル-[3-(2,2-ジメトキシ-1-アザ-2-シラシクロペンタン)プロピル]エーテル、(3-トリメトキシシリルプロピル)ホスフェイトが挙げられる。
具体的には、トリス(3-トリメトキシシリルプロピル)アミン、トリス(3-トリエトキシシリルプロピル)アミン、トリス(3-トリプロポキシシリルプロピル)アミン、ビス(3-トリメトキシシリルプロピル)-[3-(2,2-ジメトキシ-1-アザ-2-シラシクロペンタン)プロピル]アミン、テトラキス(3-トリメトキシシリルプロピル)-1,3-プロパンジアミン(「N,N,N’,N’-テトラキス(3-トリメトキシシリルプロピル)-1,3-プロパンジアミン」ともいう。)、トリス(3-トリメトキシシリルプロピル)-[3-(1-メトキシ-2-トリメチルシリル-1-シラ-2-アザシクロペンタン)プロピル]-1,3-プロパンジアミン、トリス(3-トリメトキシシリルプロピル)-[3-(1-メトキシ-2-メチル-1-シラ-2-アザシクロペンタン)プロピル]-1,3-プロパンジアミン、ビス(3-トリエトキシシリルプロピル)-[3-(2,2-ジエトキシ-1-アザ-2-シラシクロペンタン)プロピル]-[3-(1-エトキシ-2-トリメチルシリル-1-シラ-2-アザシクロペンタン)プロピル]-1,3-プロパンジアミン、テトラキス(3-トリメトキシシリルプロピル)-1,3-ビスアミノメチルシクロヘキサン、トリス(3-トリメトキシシリルプロピル)-[3-(2,2-ジメトキシ-1-アザ-2-シラシクロペンタン)プロピル]-1,3-ビスアミノメチルシクロヘキサン、テトラキス(3-トリメトキシシリルプロピル)-1,6-ヘキサメチレンジアミン、ペンタキス(3-トリメトキシシリルプロピル)-ジエチレントリアミン、トリス(3-トリメトキシシリルプロピル)-メチル-1,3-プロパンジアミン、テトラキス[3-(2,2-ジメトキシ-1-アザ-2-シラシクロペンタン)プロピル]シラン、ビス(3-トリメトキシシリルプロピル)-ビス[3-(2,2-ジメトキシ-1-アザ-2-シラシクロペンタン)プロピル]シラン、トリス[3-(2,2-ジメトキシ-1-アザ-2-シラシクロペンタン)プロピル]-(3-トリメトキシシリルプロピル)シラン、トリス[3-(2,2-ジメトキシ-1-アザ-2-シラシクロペンタン)プロピル]-[3-(1-メトキシ-2-トリメチルシリル-1-シラ-2-アザシクロペンタン)プロピル]シラン、3-トリス[2-(2,2-ジメトキシ-1-アザ-2-シラシクロペンタン)エトキシ]シリル-1-トリメトキシシリルプロパン、1-[3-(1-メトキシ-2-トリメチルシリル-1-シラ-2-アザシクロペンタン)プロピル]-3,4,5-トリス(3-トリメトキシシリルプロピル)-シクロヘキサン、1-[3-(2,2-ジメトキシ-1-アザ-2-シラシクロペンタン)プロピル]-3,4,5-トリス(3-トリメトキシシリルプロピル)-シクロヘキサン、3,4,5-トリス(3-トリメトキシシリルプロピル)-シクロヘキシル-[3-(2,2-ジメトキシ-1-アザ-2-シラシクロペンタン)プロピル]エーテル、(3-トリメトキシシリルプロピル)ホスフェイトが挙げられる。
また、ビス(3-トリメトキシシリルプロピル)-[3-(2,2-ジメトキシ-1-アザ-2-シラシクロペンタン)プロピル]ホスフェイト、ビス[3-(2,2-ジメトキシ-1-アザ-2-シラシクロペンタン)プロピル]-(3-トリメトキシシリルプロピル)ホスフェイト、トリス[3-(2,2-ジメトキシ-1-アザ-2-シラシクロペンタン)プロピル]ホスフェイト、N-(1,3-ジメチルブチリデン)-3-(トリエトキシシリル)-1-プロパンアミン、N-(1,3-ジメチルブチリデン)-3-(トリメトキシシリル)-1-プロパンアミン、N-ベンジリデン-3-(トリエトキシシリル)プロパン-1-アミン、N-ベンジリデン-3-(トリメトキシシリル)プロパン-1-アミン、1,1-(1,4-フェニレン)ビス(N-(3(トリエトキシシリル)プロピル)メタンアミン)、1,1-(1,4-フェニレン)ビス(N-(3(トリメトキシシリル)プロピル)メタンアミン)、2-メトキシ-2-メチル-1-(ベンジリデンアミノエチル)-1-アザ-2-シラシクロペンタン、及び2-メトキシ-2-メチル-1-(4-メトキシベンジリデンアミノエチル)-1-アザ-2-シラシクロペンタンが挙げられる。
さらに、1-メチル-4-[3-(トリメトキシシリル)プロピル]ピペラジン、1-メチル-4-[3-(トリエトキシシリル)プロピル]ピペラジン、1-メチル-4-[3-(メチルジメトキシシリル)プロピル]ピペラジン、3,3'-(1,1,3,3-テトラメトキシジシロキサン-1,3-ジイル)ビス(N,N-ジメチルプロパン-1-アミン)、3,3’-(1,1,3,3-テトラエトキシジシロキサン-1,3-ジイル)ビス(N,N-ジメチルプロパン-1-アミン)、3,3’-(1,1,3,3-テトラプロポキシジシロキサン-1,3-ジイル)ビス(N,N‐ジメチルプロパン-1-アミン)、3,3’-(1,1,3,3-テトラメトキシジシロキサン-1,3-ジイル)ビス(N,N-ジエチルプロパン-1-アミン)、3,3’-(1,1,3,3-テトラメトキシジシロキサン-1,3-ジイル)ビス(N,N-ジプロピルプロパン-1-アミ ン)、3,3’-(1,1,3,3-テトラエトキシジシロキサン-1,3-ジイル)ビス(N,N-ジエチルプロパン-1-アミン)、3,3’-(1,1,3,3-テトラプロポキシジシ ロキサン-1,3-ジイル)ビス(N,N-ジエチルプロパン-1-アミン)、3,3’-(1,1,3,3-テトラエトキシジシロキサン-1,3-ジイル)ビス(N,N-ジプロピルプロパン-1-アミン)が挙げられる。
さらにまた、3,3’-(1,1,3,3-テトラプロポキシジシロキサン-1,3-ジイル)ビス(N,N-ジプロピルプロパン-1-アミン)、3,3’-(1,1,3,3-テトラメトキシジシロキサン-1,3-ジイル)ビス(N,N-ジエチルメタン-1-アミン)、3,3’-(1,1,3,3-テトラエトキシジシロキサン-1,3-ジイル)ビス(N,N-ジエチルメタン-1-アミン)、3,3’-(1,1,3,3-テトラプロポキシジシロキサン-1,3-ジイル)ビス(N,N-ジエチルメタン-1-アミン)、3,3’-(1,1,3,3-テトラメトキシジシロキサン-1,3-ジイル)ビス(N,N-ジメチルメタン-1-アミン)、3,3’-(1,1,3,3-テトラメトキシジシロキサン-1,3-ジイル)ビス(N,N-ジプロピルメタン-1-アミン)、3,3’-(1,1,3,3-テトラプロポキシジシロキサン-1,3-ジイル)ビス(N,N-ジメチルメタン-1-アミン)、3,3’-(1,1,3,3-テトラプロポキシジシロキサン-1,3-ジイル)ビス(N,N-ジプロピルメタン-1-アミン)、3,3’-(1,1,3,3-テトラエトキシジシロキサン-1,3-ジイル)ビス(N,N-ジメチルメタン-1-アミン)、3,3’-(1,1,3,3-テトラエトキシジシロキサン-1,3-ジイル)ビス(N,N-ジプロピルメタン-1-アミン)、1,3-ビス(3-(1H-イミダゾール-1-イル)プロピル)1,1,3,3-テトラメトキシジシロキサン、1,3-ビス(3-(1H-イミダゾール-1-イル)プロピル)-1,1,3,3-テトラエトキシジシロキサン、及び1,3-ビス(3-(1H-イミダゾール-1-イル)プロピル)1,1,3,3-テトラプロポキシジシロキサンが挙げられる。
窒素原子を含有する基を有するカップリング変性剤のうち、活性水素を保護基で置換した保護化アミン化合物としては、アルコキシシラン及び保護化アミンを分子中に有する化合物が挙げられる。
そのような化合物としては、以下に限定されないが、例えば、N,N-ビス(トリメチルシリル)アミノプロピルトリメトキシシラン、N,N-ビス(トリメチルシリル)アミノプロピルメチルジメトキシシラン、N,N-ビス(トリメチルシリル)アミノプロピルトリエトキシシラン、N,N-ビス(トリメチルシリル)アミノプロピルメチルジエトキシシラン、N,N-ビス(トリメチルシリル)アミノエチルトリメトキシシラン、N,N-ビス(トリメチルシリル)アミノエチルメチルジエトキシシラン、N,N-ビス(トリエチルシリル)アミノプロピルメチルジエトキシシラン、3-(4-トリメチルシリル-1-ピペラジノ)プロピルトリエトキシシラン、3-(3-トリエチルシリル-1-イミダゾリジニル)プロピルメチルジエトキシシラン、3-(3-トリメチルシリル-1-ヘキサヒドロピリミジニル)プロピルトリメトキシシラン、2,2-ジメトキシ-1-(3-トリメトキシシリルプロピル)-1-アザ-2-シラシクロペンタン、2,2-ジエトキシ-1-(3-トリエトキシシリルプロピル)-1-アザ-2-シラシクロペンタン、2,2-ジメトキシ-1-(4-トリメトキシシリルブチル)-1-アザ-2-シラシクロヘキサン、2,2-ジメトキシ-1-(3-ジメトキシメチルシリルプロピル)-1-アザ-2-シラシクロペンタン、2,2-ジメトキシ-1-フェニル-1-アザ-2-シラシクロペンタン、2,2-ジエトキシ-1-ブチル-1-アザ-2-シラシクロペンタン、2,2-ジメトキシ-1-メチル-1-アザ-2-シラシクロペンタンが挙げられる。
そのような化合物としては、以下に限定されないが、例えば、N,N-ビス(トリメチルシリル)アミノプロピルトリメトキシシラン、N,N-ビス(トリメチルシリル)アミノプロピルメチルジメトキシシラン、N,N-ビス(トリメチルシリル)アミノプロピルトリエトキシシラン、N,N-ビス(トリメチルシリル)アミノプロピルメチルジエトキシシラン、N,N-ビス(トリメチルシリル)アミノエチルトリメトキシシラン、N,N-ビス(トリメチルシリル)アミノエチルメチルジエトキシシラン、N,N-ビス(トリエチルシリル)アミノプロピルメチルジエトキシシラン、3-(4-トリメチルシリル-1-ピペラジノ)プロピルトリエトキシシラン、3-(3-トリエチルシリル-1-イミダゾリジニル)プロピルメチルジエトキシシラン、3-(3-トリメチルシリル-1-ヘキサヒドロピリミジニル)プロピルトリメトキシシラン、2,2-ジメトキシ-1-(3-トリメトキシシリルプロピル)-1-アザ-2-シラシクロペンタン、2,2-ジエトキシ-1-(3-トリエトキシシリルプロピル)-1-アザ-2-シラシクロペンタン、2,2-ジメトキシ-1-(4-トリメトキシシリルブチル)-1-アザ-2-シラシクロヘキサン、2,2-ジメトキシ-1-(3-ジメトキシメチルシリルプロピル)-1-アザ-2-シラシクロペンタン、2,2-ジメトキシ-1-フェニル-1-アザ-2-シラシクロペンタン、2,2-ジエトキシ-1-ブチル-1-アザ-2-シラシクロペンタン、2,2-ジメトキシ-1-メチル-1-アザ-2-シラシクロペンタンが挙げられる。
また、例えば、N-(1,3-ジメチルブチリデン)-3-メチル(ジメトキシシリル)-1-プロパンアミン、N-(1,3-ジメチルブチリデン)-3-メチル(ジエトキシシリル)-1-プロパンアミン、N-(1-メチルエチリデン)-3-(トリエトキシシリル)-1-プロパンアミン、N-(1-メチルエチリデン)-3-(トリメトキシシリル)-1-プロパンアミン、N-(1-メチルエチリデン)-3-メチル(ジメトキシシリル)-1-プロパンアミン、N-(1-メチルエチリデン)-3-メチル(ジエトキシシリル)-1-プロパンアミン、N-エチリデン-3-(トリエトキシシリル)-1-プロパンアミン、N-エチリデン-3-(トリメトキシシリル)-1-プロパンアミン、N-エチリデン-3-メチル(ジメトキシシリル)-1-プロパンアミン、N-エチリデン-3-メチル(ジエトキシシリル)-1-プロパンアミン、N-(1-メチルプロピリデン)-3-(トリエトキシシリル)-1-プロパンアミン、N-(1-メチルプロピリデン)-3-(トリメトキシシリル)-1-プロパンアミン、N-(1-メチルプロピリデン)-3-メチル(ジメトキシシリル)-1-プロパンアミン、N-(1-メチルプロピリデン)-3-メチル(ジエトキシシリル)-1-プロパンアミン、N-ベンジリデン-3-メチル(ジメトキシシリル)プロパン-1-アミン、N-ベンジリデン-3-メチル(ジエトキシシリル)プロパン-1-アミン、N-4-メチルベンジリデン-3-(トリエトキシシリル)プロパン-1-アミン、N-4-メチルベンジリデン-3-(トリメトキシシリル)プロパン-1-アミン、N-4-メチルベンジリデン-3-メチル(ジメトキシシリル)プロパン-1-アミン、N-4-メチルベンジリデン-3-メチル(ジエトキシシリル)プロパン-1-アミン、N-ナフチリデン-3-(トリエトキシシリル)プロパン-1-アミン、N-ナフチリデン-3-(トリメトキシシリル)プロパン-1-アミン、N-ナフチリデン-3-メチル(ジメトキシシリル)プロパン-1-アミン、1,1-(1,4-フェニレン)ビス(N-(3メチル(ジメトキシシリル)プロピル)メタンアミン)、1,1-(1,4-フェニレン)ビス(N-(3メチル(ジエトキシシリル)プロピル)メタンアミン)、2-エトキシ-2-メチル-1-(ベンジリデンアミノエチル)-1-アザ-2-シラシクロペンタン、及び2-メトキシ-2-メチル-1-(メチルイソブチリデンアミノエチル)-1-アザ-2-シラシクロペンタン、1-トリメチルシリル-4-[3-(トリメトキシシリル)プロピル]ピペラジン、1-トリメチルシリル-4-[3-(トリエトキシシリル)プロピル]ピペラジンが挙げられる。
本実施形態の共役ジエン系重合体の製造工程において、カップリング工程を行う場合、当該カップリング工程においては、下記式(A)~(D)のいずれかで表される窒素原子含有基を有する変性剤を用いることがさらに好ましい。これらは1種類単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせてもよい。
ここで、R10、R11は、炭素数1~12の炭化水素基であって、不飽和結合が存在してもよく、またそれぞれ同じであっても異なっていてもよい。R12は炭素数1~20の炭化水素基である。
R8、R9は炭素数1~6の脂肪族炭化水素基であって、不飽和結合が存在してもよく、またそれぞれ同じであっても異なっていてもよい。
R7はSi、O、又はNを含み、活性水素を持たない有機基で置換されていてもよい炭素数1~20の炭化水素基であり、不飽和結合が存在してもよい。
aは1~3の整数である。
R8、R9は炭素数1~6の脂肪族炭化水素基であって、不飽和結合が存在してもよく、またそれぞれ同じであっても異なっていてもよい。
R7はSi、O、又はNを含み、活性水素を持たない有機基で置換されていてもよい炭素数1~20の炭化水素基であり、不飽和結合が存在してもよい。
aは1~3の整数である。
前記式(B)中、Aは、炭素数1~20の炭化水素基、又は、酸素原子、窒素原子、珪素原子、硫黄原子、及びリン原子からなる群より選ばれる少なくとも1種の原子を有し、かつ、活性水素を有しない有機基を示す。
R13、R14、及びR15は、各々独立に、単結合又は炭素数1~20のアルキレン基を示す。
R16、R17、R18、R19、及びR21は、各々独立に、炭素数1~20のアルキル基を示す。
R20、及びR22は、各々独立に、炭素数1~20のアルキレン基を示す。
R23は、各々独立して炭素数1~20のアルキル基、又はトリアルキルシリル基を示す。
bは、各々独立して1~3の整数を示し、cは、各々独立して1又は2を示し、iは、0~6の整数を示し、jは、0~6の整数を示し、kは、0~6の整数を示し、i、j、及びkの和は、4~10の整数である。
R13、R14、及びR15は、各々独立に、単結合又は炭素数1~20のアルキレン基を示す。
R16、R17、R18、R19、及びR21は、各々独立に、炭素数1~20のアルキル基を示す。
R20、及びR22は、各々独立に、炭素数1~20のアルキレン基を示す。
R23は、各々独立して炭素数1~20のアルキル基、又はトリアルキルシリル基を示す。
bは、各々独立して1~3の整数を示し、cは、各々独立して1又は2を示し、iは、0~6の整数を示し、jは、0~6の整数を示し、kは、0~6の整数を示し、i、j、及びkの和は、4~10の整数である。
ただし、式(C)中、R24、R25、R26、R27、R28、及びR29は、各々独立して、炭素数1~20のアルキル基、又は炭素数6~20のアリール基を示す。
R30、R31、及びR32は、各々独立して、炭素数1~20のアルキレン基を示す。
s、t、及びuは、各々独立して、1~3の整数を示し、s、t、及びuの和は、4以上の整数である。
R30、R31、及びR32は、各々独立して、炭素数1~20のアルキレン基を示す。
s、t、及びuは、各々独立して、1~3の整数を示し、s、t、及びuの和は、4以上の整数である。
ただし、式(D)中、B1及びB2は、それぞれ独立して、酸素原子を含むか又は含まない炭素数1~20の2価の炭化水素基である。
R33~R36は、それぞれ独立して、炭素数1~20の1価の炭化水素基である。L1~L4は、それぞれ独立して、炭素数1~10のアルキル基で置換された2価、3価、又は4価のアルキルシリル基、又は炭素数1~20の1価の炭化水素基であるか、L1及びL2と、L3及びL4は、互いに連結されて炭素数1~5の環を形成してもよく、L1及びL2と、L3及びL4が互いに連結されて環を形成する場合、形成された環は、N、O、及びSからなる群から選択される1種以上のヘテロ原子を1個~3個含んでもよい。
R33~R36は、それぞれ独立して、炭素数1~20の1価の炭化水素基である。L1~L4は、それぞれ独立して、炭素数1~10のアルキル基で置換された2価、3価、又は4価のアルキルシリル基、又は炭素数1~20の1価の炭化水素基であるか、L1及びL2と、L3及びL4は、互いに連結されて炭素数1~5の環を形成してもよく、L1及びL2と、L3及びL4が互いに連結されて環を形成する場合、形成された環は、N、O、及びSからなる群から選択される1種以上のヘテロ原子を1個~3個含んでもよい。
具体的には、前記式(D)中、B1及びB2は、それぞれ独立して、1~10のアルキレン基であり、R33~R36は、それぞれ独立して、炭素数1~10のアルキル基であり、L1~L4は、それぞれ独立して、炭素数1~5のアルキル基で置換された4価のアルキルシリル基、炭素数1~10のアルキル基であるか、L1及びL2と、L3及びL4 は、互いに連結されて炭素数1~3の環を形成してもよく、L1及びL2と、L3及びL4が互いに連結されて環を形成する場合、形成された環は、N、O及びSからなる群より選択される1種以上のヘテロ原子を1個~3個含んでもよい。
前記式(A)で表されるカップリング変性剤としては、以下に限定されないが、例えば、1-メチル-4-[3-(トリメトキシシリル)プロピル]ピペラジン、1-メチル-4-[3-(トリエトキシシリル)プロピル]ピペラジン、1-プロピル-4-[3-(トリメトキシシリル)プロピル]ピペラジン、1-プロピル-4-[3-(トリエトキシシリル)プロピル]ピペラジン、1-トリメチルシリル-4-[3-(トリメトキシシリル)プロピル]ピペラジン、1-トリメチルシリル-4-[3-(トリエトキシシリル)プロピル]ピペラジンが挙げられる。
これらの中でも、本実施形態の共役ジエン系重合体とシリカ等の無機充填剤との反応性及び相互作用を高める観点、並びに加工性を高める観点から、前記式(A)中、aが3であるものが好ましい。
前記式(A)で表されるカップリング変性剤を用いたカップリング工程における、反応温度、及び反応時間については、特に限定されないが、好ましくは0℃以上120℃以下で、好ましくは30秒以上反応させる。
前記式(A)で表されるカップリング変性剤の添加量は、前記式(A)で表される化合物中のシリル基に結合したアルコキシ基の合計モル数が、重合開始剤の添加モル数の0.2倍以上2.0倍以下となる範囲であることが好ましく、0.3倍以上1.5倍以下となる範囲であることがより好ましく、0.4以上1.0倍以下となる範囲であることがさらに好ましい。得られる変性された共役ジエン系重合体の、分子量を一層好ましい範囲とする観点から、0.2倍以上とすることが好ましく、長期保管時の貯蔵安定性の観点から、2.0倍以下とすることが好ましい。
より具体的には、前記式(A)で表されるカップリング変性剤のモル数が重合開始剤のモル数に対して、好ましくは0.1倍以上、1.0倍以下となるように重合開始剤及び前記式(A)で表されるカップリング変性剤の添加量を調整すればよい。
前記式(B)中、Aは、好ましくは下記の式(化I)~(化IV)のいずれかで表される。
前記式(化I)中、D1は、単結合又は炭素数1~20の2価の炭化水素基を示す。hは、1~10の整数を示す。複数存在する場合のD1は、各々独立している。
前記式(化II)中、D2は、単結合又は炭素数1~20の2価の炭化水素基を示す。D3は、炭素数1~20のアルキル基を示し、hは、1~10の整数を示す。それぞれ複数存在する場合のD2及びD3は、各々独立している。
前記式(化III)中、D4は、単結合又は炭素数1~20の2価の炭化水素基を示す。hは、1~10の整数を示す。複数存在する場合のD4は、各々独立している。
前記式(化IV)中、D5は、単結合又は炭素数1~20の2価の炭化水素基を示す。hは、1~10の整数を示す。複数存在する場合のD5は、各々独立している。
前記式(B)において、Aが式(化I)で表される場合のカップリング変性剤としては、以下に限定されないが、例えば、トリス(3-トリメトキシシリルプロピル)アミン、ビス(3-トリメトキシシリルプロピル)-[3-(2,2-ジメトキシ-1-アザ-2-シラシクロペンタン)プロピル]アミン、ビス[3-(2,2-ジメトキシ-1-アザ-2-シラシクロペンタン)プロピル]-(3-トリメトキシシリルプロピル)アミン、トリス[3-(2,2-ジメトキシ-1-アザ-2-シラシクロペンタン)プロピル]アミン、トリス(3-エトキシシリルプロピル)アミン、ビス(3-トリエトキシシリルプロピル)-[3-(2,2-ジエトキシ-1-アザ-2-シラシクロペンタン)プロピル]アミン、ビス[3-(2,2-ジエトキシ-1-アザ-2-シラシクロペンタン)プロピル]-(3-トリエトキシシリルプロピル)アミン、トリス[3-(2,2-ジエトキシ-1-アザ-2-シラシクロペンタン)プロピル]アミン、テトラキス(3-トリメトキシシリルプロピル)-1,3-プロパンジアミン、トリス(3-トリメトキシシリルプロピル)-[3-(2,2-ジメトキシ-1-アザ-2-シラシクロペンタン)プロピル]-1,3-プロパンジアミン、ビス(3-トリメトキシシリルプロピル)-ビス[3-(2,2-ジメトキシ-1-アザ-2-シラシクロペンタン)プロピル]-1,3-プロパンジアミン、トリス[3-(2,2-ジメトキシ-1-アザ-2-シラシクロペンタン)プロピル]-(3-トリメトキシシリルプロピル)-1,3-プロパンジアミンが挙げられる。
また、例えば、テトラキス[3-(2,2-ジメトキシ-1-アザ-2-シラシクロペンタン)プロピル]-1,3-プロパンジアミン、トリス(3-トリメトキシシリルプロピル)-[3-(1-メトキシ-2-トリメチルシリル-1-シラ-2-アザシクロペンタン)プロピル]-1,3-プロパンジアミン、ビス(3-トリメトキシシリルプロピル)-[3-(2,2-ジメトキシ-1-アザ-2-シラシクロペンタン)プロピル]-[3-(1-メトキシ-2-トリメチルシリル-1-シラ-2-アザシクロペンタン)プロピル]-1,3-プロパンジアミン、ビス[3-(2,2-ジメトキシ-1-アザ-2-シラシクロペンタン)プロピル]-(3-トリメトキシシリルプロピル)-[3-(1-メトキシ-2-トリメチルシリル-1-シラ-2-アザシクロペンタン)プロピル]-1,3-プロパンジアミン、トリス[3-(2,2-ジメトキシ-1-アザ-2-シラシクロペンタン)プロピル]-[3-(1-メトキシ-2-トリメチルシリル-1-シラ-2-アザシクロペンタン)プロピル]-1,3-プロパンジアミン、テトラキス(3-トリエトキシシリルプロピル)-1,3-プロパンジアミン、トリス(3-トリエトキシシリルプロピル)-[3-(2,2-ジエトキシ-1-アザ-2-シラシクロペンタン)プロピル]-1,3-プロパンジアミンが挙げられる。
さらに、例えば、ビス(3-トリエトキシシリルプロピル)-ビス[3-(2,2-ジエトキシ-1-アザ-2-シラシクロペンタン)プロピル]-1,3-プロパンジアミン、トリス[3-(2,2-ジエトキシ-1-アザ-2-シラシクロペンタン)プロピル]-(3-トリエトキシシリルプロピル)-1,3-プロパンジアミン、テトラキス[3-(2,2-ジエトキシ-1-アザ-2-シラシクロペンタン)プロピル]-1,3-プロパンジアミン、トリス(3-トリエトキシシリルプロピル)-[3-(1-エトキシ-2-トリメチルシリル-1-シラ-2-アザシクロペンタン)プロピル]-1,3-プロパンジアミン、ビス(3-トリエトキシシリルプロピル)-[3-(2,2-ジエトキシ-1-アザ-2-シラシクロペンタン)プロピル]-[3-(1-エトキシ-2-トリメチルシリル-1-シラ-2-アザシクロペンタン)プロピル]-1,3-プロパンジアミン、ビス[3-(2,2-ジエトキシ-1-アザ-2-シラシクロペンタン)プロピル]-(3-トリエトキシシリルプロピル)-[3-(1-エトキシ-2-トリメチルシリル-1-シラ-2-アザシクロペンタン)プロピル]-1,3-プロパンジアミン、トリス[3-(2,2-ジエトキシ-1-アザ-2-シラシクロペンタン)プロピル]-[3-(1-エトキシ-2-トリメチルシリル-1-シラ-2-アザシクロペンタン)プロピル]-1,3-プロパンジアミン、テトラキス(3-トリメトキシシリルプロピル)-1,3-ビスアミノメチルシクロヘキサンが挙げられる。
さらにまた、例えば、トリス(3-トリメトキシシリルプロピル)-[3-(2,2-ジメトキシ-1-アザ-2-シラシクロペンタン)プロピル]-1,3-ビスアミノメチルシクロヘキサン、ビス(3-トリメトキシシリルプロピル)-ビス[3-(2,2-ジメトキシ-1-アザ-2-シラシクロペンタン)プロピル]-1,3-ビスアミノメチルシクロヘキサン、トリス[3-(2,2-ジメトキシ-1-アザ-2-シラシクロペンタン)プロピル]-(3-トリメトキシシリルプロピル)-1,3-ビスアミノメチルシクロヘキサン、テトラキス[3-(2,2-ジメトキシ-1-アザ-2-シラシクロペンタン)プロピル]-1,3-プロパンジアミン、トリス(3-トリメトキシシリルプロピル)-[3-(1-メトキシ-2-トリメチルシリル-1-シラ-2-アザシクロペンタン)プロピル]-1,3-ビスアミノメチルシクロヘキサン、ビス(3-トリメトキシシリルプロピル)-[3-(2,2-ジメトキシ-1-アザ-2-シラシクロペンタン)プロピル]-[3-(1-メトキシ-2-トリメチルシリル-1-シラ-2-アザシクロペンタン)プロピル]-1,3-ビスアミノメチルシクロヘキサン、ビス[3-(2,2-ジメトキシ-1-アザ-2-シラシクロペンタン)プロピル]-(3-トリメトキシシリルプロピル)-[3-(1-メトキシ-2-トリメチルシリル-1-シラ-2-アザシクロペンタン)プロピル]-1,3-ビスアミノメチルシクロヘキサンが挙げられる。
またさらに、例えば、トリス[3-(2,2-ジメトキシ-1-アザ-2-シラシクロペンタン)プロピル]-[3-(1-メトキシ-2-トリメチルシリル-1-シラ-2-アザシクロペンタン)プロピル]-1,3-ビスアミノメチルシクロヘキサン、テトラキス(3-トリエトキシシリルプロピル)-1,3-プロパンジアミン、トリス(3-トリエトキシシリルプロピル)-[3-(2,2-ジエトキシ-1-アザ-2-シラシクロペンタン)プロピル]-1,3-ビスアミノメチルシクロヘキサン、ビス(3-トリエトキシシリルプロピル)-ビス[3-(2,2-ジエトキシ-1-アザ-2-シラシクロペンタン)プロピル]-1,3-ビスアミノメチルシクロヘキサン、トリス[3-(2,2-ジエトキシ-1-アザ-2-シラシクロペンタン)プロピル]-(3-トリエトキシシリルプロピル)-1,3-プロパンジアミン、テトラキス[3-(2,2-ジエトキシ-1-アザ-2-シラシクロペンタン)プロピル]-1,3-プロパンジアミン、トリス(3-トリエトキシシリルプロピル)-[3-(1-エトキシ-2-トリメチルシリル-1-シラ-2-アザシクロペンタン)プロピル]-1,3-ビスアミノメチルシクロヘキサン、ビス(3-トリエトキシシリルプロピル)-[3-(2,2-ジエトキシ-1-アザ-2-シラシクロペンタン)プロピル]-[3-(1-エトキシ-2-トリメチルシリル-1-シラ-2-アザシクロペンタン)プロピル]-1,3-ビスアミノメチルシクロヘキサン、ビス[3-(2,2-ジエトキシ-1-アザ-2-シラシクロペンタン)プロピル]-(3-トリエトキシシリルプロピル)-[3-(1-エトキシ-2-トリメチルシリル-1-シラ-2-アザシクロペンタン)プロピル]-1,3-ビスアミノメチルシクロヘキサン、トリス[3-(2,2-ジエトキシ-1-アザ-2-シラシクロペンタン)プロピル]-[3-(1-エトキシ-2-トリメチルシリル-1-シラ-2-アザシクロペンタン)プロピル]-1,3-ビスアミノメチルシクロヘキサン、テトラキス(3-トリメトキシシリルプロピル)-1,6-ヘキサメチレンジアミン、及びペンタキス(3-トリメトキシシリルプロピル)-ジエチレントリアミンが挙げられる。
前記式(B)において、Aが式(化II)で表される場合のカップリング変性剤としては、以下に限定されないが、例えば、トリス(3-トリメトキシシリルプロピル)-メチル-1,3-プロパンジアミン、ビス(2-トリメトキシシリルプロピル)-[3-(2,2-ジメトキシ-1-アザ-2-シラシクロペンタン)プロピル]-メチル-1,3-プロパンジアミン、ビス[3-(2,2-ジメトキシ-1-アザ-2-シラシクロペンタン)プロピル]-(3-トリメトキシシリルプロピル)-メチル-1,3-プロパンジアミン、トリス(3-トリエトキシシリルプロピル)-メチル-1,3-プロパンジアミン、ビス(2-トリエトキシシリルプロピル)-[3-(2,2-ジエトキシ-1-アザ-2-シラシクロペンタン)プロピル]-メチル-1,3-プロパンジアミン、ビス[3-(2,2-ジエトキシ-1-アザ-2-シラシクロペンタン)プロピル]-(3-トリエトキシシリルプロピル)-メチル-1,3-プロパンジアミン、N1,N1’-(プロパン-1,3-ジイル)ビス(N1-メチル-N3,N3-ビス(3-(トリメトキシシリル)プロピル)-1,3-プロパンジアミン)、及びN1-(3-(ビス(3-(トリメトキシシリル)プロピル)アミノ)プロピル)-N1-メチル-N3-(3-(メチル(3-(トリメトキシシリル)プロピル)アミノ)プロピル)-N3-(3-(トリメトキシシリル)プロピル)-1,3-プロパンジアミンが挙げられる。
前記式(B)において、Aが式(化III)で表される場合のカップリング変性剤としては、以下に限定されないが、例えば、テトラキス[3-(2,2-ジメトキシ-1-アザ-2-シラシクロペンタン)プロピル]シラン、トリス[3-(2,2-ジメトキシ-1-アザ-2-シラシクロペンタン)プロピル]-(3-トリメトキシシリルプロピル)シラン、トリス[3-(2,2-ジメトキシ-1-アザ-2-シラシクロペンタン)プロピル]-[3-(1-メトキシ-2-トリメチルシリル-1-シラ-2-アザシクロペンタン)プロピル]シラン、ビス(3-トリメトキシシリルプロピル)-ビス[3-(2,2-ジメトキシ-1-アザ-2-シラシクロペンタン)プロピル]シラン、(3-トリメトキシシリル)-[3-(1-メトキシ-2-トリメチルシリル-1-シラ-2-アザシクロペンタン)-ビス[3-(2,2-ジメトキシ-1-アザ-2-シラシクロペンタン)プロピル]シラン、ビス[3-(1-メトキシ-2-トリメチルシリル-1-シラ-2-アザシクロペンタン)-ビス[3-(2,2-ジメトキシ-1-アザ-2-シラシクロペンタン)プロピル]シラン、トリス(3-トリメトキシシリルプロピル)-[3-(2,2-ジメトキシ-1-アザ-2-シラシクロペンタン)プロピル]シラン、ビス(3-トリメトキシシリルプロピル)-[3-(1-メトキシ-2-トリメチルシリル-1-シラ-2-アザシクロペンタン)プロピル]-[3-(2,2-ジメトキシ-1-アザ-2-シラシクロペンタン)プロピル]シラン、ビス[3-(1-メトキシ-2-トリメチルシリル-1-シラ-2-アザシクロペンタン)プロピル]-ビス(3-トリメトキシシリルプロピル)シラン、及びビス(3-トリメトキシシリルプロピル)-ビス[3-(1-メトキシ-2-メチル-1-シラ-2-アザシクロペンタン)プロピル]シランが挙げられる。
前記式(B)において、Aが式(化IV)で表される場合のカップリング変性剤としては、以下に限定されないが、例えば、3-トリス[2-(2,2-ジメトキシ-1-アザ-2-シラシクロペンタン)エトキシ]シリル-1-(2,2-ジメトキシ-1-アザ-2-シラシクロペンタン)プロパン、及び3-トリス[2-(2,2-ジメトキシ-1-アザ-2-シラシクロペンタン)エトキシ]シリル-1-トリメトキシシリルプロパンが挙げられる。
前記式(B)で表される変性剤の添加量は、重合開始剤の添加モル数と式(B)で表される変性剤の添加モル数との比を基準として決めることが好ましい。そのようにすることで、共役ジエン系重合体と、変性剤とを、所望の化学量論比率で反応させるよう調整することができる。
より具体的には、重合開始剤のモル数に対して、前記式(B)で表されるカップリング変性剤のモル数が、好ましくは0.012倍以上1.0倍以下、より好ましくは0.02倍以上と0.5倍以下となるように、重合開始剤及び式(B)で表されるカップリング変性剤の添加量を調整すればよい。この場合、前記式(B)において、変性剤の官能基数(例えば、i及びjが2以上であって、w及びxが複数存在する場合に、それらf及びgがそれぞれ等しいとき、f×i+(g+1)×j+kである)が、5~10の整数であることが好ましく、6~10の整数であることがより好ましい。得られる変性された共役ジエン系重合体の分子量を好ましい範囲とする観点から、0.012倍以上とすることが好ましい。また、長期保管時の貯蔵安定性の観点から、0.2倍以下とすることが好ましい。
これらの中でも、変性された共役ジエン系重合体とシリカ等の無機充填剤との反応性及び相互作用を高める観点、並びに加工性を高める観点から、前記式(B)中、i、j、及びkが全て3であるものが好ましい。
前記式(C)で表されるカップリング変性剤としては、以下に限定されないが、例えば、トリス(3-トリメトキシシリルプロピル)アミン、トリス(3-メチルジメトキシシリルプロピル)アミン、トリス(3-トリエトキシシリルプロピル)アミン、トリス(3-メチルジエトキシシリルプロピル)アミン、トリス(トリメトキシシリルメチル)アミン、トリス(2-トリメトキシシリルエチル)アミン、及びトリス(4-トリメトキシシリルブチル)アミンが挙げられる。
前記式(C)で表されるカップリング変性剤を用いたカップリング工程における、反応温度、及び反応時間については、以下に限定されないが、好ましくは0℃以上120℃以下で、好ましくは30秒以上反応させる。
前記式(C)で表されるカップリング変性剤の添加量は、前記式(C)で表される化合物中のシリル基に結合したアルコキシ基の合計モル数が、重合開始剤の添加モル数の0.1倍以上2.0倍以下となる範囲であることが好ましく、0.2倍以上1.0倍以下となる範囲であることがより好ましく、0.3倍以上0.5倍以下となる範囲であることがさらに好ましい。得られる変性された共役ジエン系重合体の分子量の観点から、0.1倍以上とすることが好ましい。また、長期保管時の貯蔵安定性の観点から、2.0倍以下とすることが好ましい。
前記式(D)で表されるカップリング変性剤としては、例えば、3,3'-(1,1,3,3-テトラメトキシジシロキサン-1,3-ジイル)ビス(N,N-ジメチルプロパン-1-アミン)、3,3’-1,1,3,3-テトラエトキシジシロキサン-1,3-ジイル)ビス(N,N-ジメチルプロパン-1-アミン)、3,3’-(1,1,3,3-テトラプロポキシジシロキサン-1,3-ジイル)ビス(N,N-ジメチルプロパン-1-アミン)、3,3’-(1,1,3,3-テトラメトキシジシロキサン-1,3-ジイル)ビス(N,N-ジエチルプロパン-1-アミン)、3,3’-(1,1,3,3-テトラ メトキシジシロキサン-1,3-ジイル)ビス(N,N-ジプロピルプロパン-1-アミン)、3,3’-(1,1,3,3-テトラエトキシジシロキサン-1,3-ジイル)ビス(N,N-ジエチルプロパン-1-アミン)等が挙げられる。
前記式(D)で表されるカップリング変性剤を用いたカップリング工程における、反応温度、及び反応時間については、特に限定されないが、好ましくは0℃以上120℃以下で、好ましくは30秒以上反応させる。
前記式(D)で表されるカップリング変性剤の添加量は、前記式(D)で表される化合物中のシリル基に結合したアルコキシ基の合計モル数が、重合開始剤の添加モル数の0.25倍以上2.0倍以下となる範囲であることが好ましく、0.3倍以上1倍以下となる範囲であることがより好ましく、0.35以上0.5倍以下となる範囲であることがさらに好ましい。得られる変性された共役ジエン系重合体の分子量の観点から、及び長期保管時の貯蔵安定性の観点から、2.0倍以下とすることが好ましい。
本実施形態の共役ジエン系重合体の製造方法は、カップリング工程後、及び/又はカップリング工程前に、縮合促進剤を添加することにより、縮合反応を生じさせる縮合反応工程を有していてもよい。
本実施形態の共役ジエン系重合体の製造方法において、カップリング工程の後、重合体溶液に、必要に応じて、失活剤及び/又は中和剤等を添加してもよい。
失活剤としては、以下に限定されないが、例えば、水、並びにメタノール、エタノール、及びイソプロパノール等のアルコール等が挙げられる。
中和剤としては、以下に限定されないが、例えば、ステアリン酸、オレイン酸、及びバーサチック酸(炭素数が9~11個であり、かつ、炭素数が10個であるものを主成分とする、分岐の多いカルボン酸の混合物)等のカルボン酸、無機酸の水溶液、並びに炭酸ガスが挙げられる。
失活剤としては、以下に限定されないが、例えば、水、並びにメタノール、エタノール、及びイソプロパノール等のアルコール等が挙げられる。
中和剤としては、以下に限定されないが、例えば、ステアリン酸、オレイン酸、及びバーサチック酸(炭素数が9~11個であり、かつ、炭素数が10個であるものを主成分とする、分岐の多いカルボン酸の混合物)等のカルボン酸、無機酸の水溶液、並びに炭酸ガスが挙げられる。
本実施形態の共役ジエン系重合体は、重合後のゲル生成を防止する観点、及び加工時の安定性を向上させる観点から、ゴム用安定剤を添加することが好ましい。
ゴム用安定剤としては、以下に限定されず、公知のものを用いることができるが、例えば、2,6-ジ-tert-ブチル-4-ヒドロキシトルエン(BHT)、n-オクタデシル-3-(4’-ヒドロキシ-3’,5’-ジ-tert-ブチルフェノール)プロピネート、2-メチル-4,6-ビス[(オクチルチオ)メチル]フェノール等の酸化防止剤が好ましい。
ゴム用安定剤としては、以下に限定されず、公知のものを用いることができるが、例えば、2,6-ジ-tert-ブチル-4-ヒドロキシトルエン(BHT)、n-オクタデシル-3-(4’-ヒドロキシ-3’,5’-ジ-tert-ブチルフェノール)プロピネート、2-メチル-4,6-ビス[(オクチルチオ)メチル]フェノール等の酸化防止剤が好ましい。
(重合体溶液から取得する工程)
本実施形態の共役ジエン系重合体の製造方法においては、得られた共役ジエン系重合体を、重合体溶液から取得する工程を有していてもよい。重合体溶液から共役ジエン系重合体を取得する方法としては、公知の方法を用いることができるが、例えば、以下のような方法を用いてもよい。スチームストリッピング等で溶媒を分離した後、共役ジエン系重合体を濾別し、さらにそれを脱水及び乾燥することにより共役ジエン系重合体を得る方法、フラッシングタンクで濃縮し、さらにベント押出し機等で脱揮することにより共役ジエン系重合体を得る方法、及びドラムドライヤー等で直接脱揮することにより共役ジエン系重合体を得る方法等が挙げられる。
本実施形態の共役ジエン系重合体の製造方法においては、得られた共役ジエン系重合体を、重合体溶液から取得する工程を有していてもよい。重合体溶液から共役ジエン系重合体を取得する方法としては、公知の方法を用いることができるが、例えば、以下のような方法を用いてもよい。スチームストリッピング等で溶媒を分離した後、共役ジエン系重合体を濾別し、さらにそれを脱水及び乾燥することにより共役ジエン系重合体を得る方法、フラッシングタンクで濃縮し、さらにベント押出し機等で脱揮することにより共役ジエン系重合体を得る方法、及びドラムドライヤー等で直接脱揮することにより共役ジエン系重合体を得る方法等が挙げられる。
(伸展共役ジエン系重合体を得る工程)
本実施形態の共役ジエン系重合体の製造方法においては、製造された共役ジエン系重合体に、さらに伸展油、液状ゴム、及び樹脂からなる群より選ばれる少なくともいずれかを添加して、伸展共役ジエン系重合体としてもよい。
なお、伸展共役ジエン系重合体には、オイルを含有させた油展共役ジエン系重合体のみならず、オイル以外の液状ポリブタジエンや各種の樹脂を含有させたものも含まれる。
これにより、共役ジエン系重合体の加工性をより改善することができる。
本実施形態の共役ジエン系重合体の製造方法においては、製造された共役ジエン系重合体に、さらに伸展油、液状ゴム、及び樹脂からなる群より選ばれる少なくともいずれかを添加して、伸展共役ジエン系重合体としてもよい。
なお、伸展共役ジエン系重合体には、オイルを含有させた油展共役ジエン系重合体のみならず、オイル以外の液状ポリブタジエンや各種の樹脂を含有させたものも含まれる。
これにより、共役ジエン系重合体の加工性をより改善することができる。
伸展油を共役ジエン系重合体に添加する方法としては、以下の方法に限定されないが、伸展油を共役ジエン系重合体溶液に加え、混合して、伸展重合体溶液としたものを脱溶媒する方法が好ましい。
伸展油としては、例えば、アロマ油、ナフテン油、パラフィン油、植物油等が挙げられる。植物油は、亜麻仁油、サフラワー油、大豆油、トウモロコシ油、綿実油、ヒマシ油、桐油、松根油、ヒマワリ油、ヤシ油、オリーブ油、ココナッツ油、落花生油、及びブドウ種子油からなる群から選択される油から作ることができる。これらの中でも、環境安全上の観点、並びにオイルブリード防止及びウェットグリップ特性の観点から、IP346法による多環芳香族(PCA)成分が3質量%以下であるアロマ代替油が好ましい。
アロマ代替油としては、例えば、Kautschuk Gummi Kunststoffe 52(12)799(1999)に示されるTDAE(Treated Distillate Aromatic Extracts)、MES(Mild Extraction Solvate)等の他、RAE(Residual Aromatic Extracts)が挙げられる。
伸展油としては、例えば、アロマ油、ナフテン油、パラフィン油、植物油等が挙げられる。植物油は、亜麻仁油、サフラワー油、大豆油、トウモロコシ油、綿実油、ヒマシ油、桐油、松根油、ヒマワリ油、ヤシ油、オリーブ油、ココナッツ油、落花生油、及びブドウ種子油からなる群から選択される油から作ることができる。これらの中でも、環境安全上の観点、並びにオイルブリード防止及びウェットグリップ特性の観点から、IP346法による多環芳香族(PCA)成分が3質量%以下であるアロマ代替油が好ましい。
アロマ代替油としては、例えば、Kautschuk Gummi Kunststoffe 52(12)799(1999)に示されるTDAE(Treated Distillate Aromatic Extracts)、MES(Mild Extraction Solvate)等の他、RAE(Residual Aromatic Extracts)が挙げられる。
液状ゴムとしては、以下に限定されないが、例えば、液状ポリブタジエン、液状、スチレン-ブタジンゴム等が挙げられる。
樹脂としては、以下に限定されないが、例えば、芳香族系石油樹脂、クマロン・インデン樹脂、テルペン系樹脂、ロジン誘導体(桐油樹脂を含む)、トール油、トール油の誘導体、ロジンエステル樹脂、天然及び合成のテルペン樹脂、脂肪族炭化水素樹脂、芳香族炭化水素樹脂、混合脂肪族-芳香族炭化水素樹脂、クマリン-インデン樹脂、フェノール樹脂、p-tert-ブチルフェノール-アセチレン樹脂、フェノール-ホルムアルデヒド樹脂、キシレン-ホルムアルデヒド樹脂、モノオレフィンのオリゴマー、ジオレフィンのオリゴマー、水素化芳香族炭化水素樹脂、環式脂肪族炭化水素樹脂、水素化炭化水素樹脂、水素化桐油樹脂、水素化油樹脂、水素化油樹脂と単官能又は多官能アルコールとのエステル等が挙げられる。
これら樹脂は、1種類を単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
水素化する場合、不飽和基を全て水添してもよいし、一部、残してもよい。
伸展油、液状ゴム、及び樹脂からなる群より選ばれる少なくともいずれかの添加量は、特に限定されないが、本実施形態の共役ジエン系重合体100質量部に対し、1~60質量部が好ましく、10~60質量部がより好ましく、15~37.5質量部がさらに好ましい。
樹脂としては、以下に限定されないが、例えば、芳香族系石油樹脂、クマロン・インデン樹脂、テルペン系樹脂、ロジン誘導体(桐油樹脂を含む)、トール油、トール油の誘導体、ロジンエステル樹脂、天然及び合成のテルペン樹脂、脂肪族炭化水素樹脂、芳香族炭化水素樹脂、混合脂肪族-芳香族炭化水素樹脂、クマリン-インデン樹脂、フェノール樹脂、p-tert-ブチルフェノール-アセチレン樹脂、フェノール-ホルムアルデヒド樹脂、キシレン-ホルムアルデヒド樹脂、モノオレフィンのオリゴマー、ジオレフィンのオリゴマー、水素化芳香族炭化水素樹脂、環式脂肪族炭化水素樹脂、水素化炭化水素樹脂、水素化桐油樹脂、水素化油樹脂、水素化油樹脂と単官能又は多官能アルコールとのエステル等が挙げられる。
これら樹脂は、1種類を単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
水素化する場合、不飽和基を全て水添してもよいし、一部、残してもよい。
伸展油、液状ゴム、及び樹脂からなる群より選ばれる少なくともいずれかの添加量は、特に限定されないが、本実施形態の共役ジエン系重合体100質量部に対し、1~60質量部が好ましく、10~60質量部がより好ましく、15~37.5質量部がさらに好ましい。
〔ゴム組成物〕
本実施形態の共役ジエン系重合体は、充填剤を添加してゴム組成物(以下、本実施形態のゴム組成物と記載する場合がある。)とすることができる。
本実施形態のゴム組成物は、上述した本実施形態の共役ジエン系重合体を含むゴム成分と、前記ゴム成分100質量部に対して5.0質量部以上150質量部以下の充填剤とを含み、ゴム成分は、ゴム成分の総量100質量部に対して、本実施形態の共役ジエン系重合体を10質量部以上含むものとすることが好ましい。本実施形態の共役ジエン系重合体を含むゴム成分に充填剤を分散させることにより、加硫する際の加工性に一層優れ、その加硫物の低ヒステリシスロス性、破壊特性、及び耐摩耗性が一層優れるゴム組成物を得ることができる。また、ゴム成分が本実施形態の共役ジエン系重合体を所定の割合で含むことにより、加工性、及び耐摩耗性が一層向上する。
本実施形態の共役ジエン系重合体は、充填剤を添加してゴム組成物(以下、本実施形態のゴム組成物と記載する場合がある。)とすることができる。
本実施形態のゴム組成物は、上述した本実施形態の共役ジエン系重合体を含むゴム成分と、前記ゴム成分100質量部に対して5.0質量部以上150質量部以下の充填剤とを含み、ゴム成分は、ゴム成分の総量100質量部に対して、本実施形態の共役ジエン系重合体を10質量部以上含むものとすることが好ましい。本実施形態の共役ジエン系重合体を含むゴム成分に充填剤を分散させることにより、加硫する際の加工性に一層優れ、その加硫物の低ヒステリシスロス性、破壊特性、及び耐摩耗性が一層優れるゴム組成物を得ることができる。また、ゴム成分が本実施形態の共役ジエン系重合体を所定の割合で含むことにより、加工性、及び耐摩耗性が一層向上する。
充填剤としては、以下に限定されないが、例えば、シリカ系無機充填剤、カーボンブラック、金属酸化物、及び金属水酸化物が挙げられる。これらの中でも、シリカ系無機充填剤が好ましい。特に、ゴム組成物を、タイヤ、防振ゴム等の自動車部品、靴等の加硫ゴム用途に用いる場合には、シリカ系無機充填剤を含むことが特に好ましい。このような充填剤は1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
シリカ系無機充填剤としては、特に限定されず、公知のものを用いることができるが、SiO2又はSi3Alを構成単位として含む固体粒子が好ましく、SiO2又はSi3Alを構成単位の主成分として含む固体粒子がより好ましい。ここで、主成分とは、シリカ系無機充填剤中に50質量%超、好ましくは70質量%以上、より好ましくは80質量%以上含有される成分をいう。
シリカ系無機充填剤としては、以下に限定されないが、例えば、シリカ、クレイ、タルク、マイカ、珪藻土、ウォラストナイト、モンモリロナイト、ゼオライト、及びガラス繊維等の無機繊維状物質が挙げられる。また、表面を疎水化したシリカ系無機充填剤、及びシリカ系無機充填剤とシリカ系以外の無機充填剤との混合物を用いてもよい。これらの中でも、本実施形態のゴム組成物の強度及び耐摩耗性が一層向上する観点から、シリカ又はガラス繊維が好ましく、シリカがより好ましい。シリカとしては、特に限定されないが、例えば、乾式シリカ、湿式シリカ、及び合成ケイ酸塩シリカが挙げられる。これらのシリカの中でも、ゴム組成物の破壊強度が一層向上する観点から、湿式シリカが好ましい。
実用上良好な耐摩耗性及び破壊強度を有するゴム組成物を一層確実に得る観点から、シリカ系無機充填剤のBET吸着法で求められる窒素吸着比表面積は、100m2/g以上300m2/g以下であることが好ましく、170m2/g以上250m2/g以下であることがより好ましい。また必要に応じて、比較的比表面積が小さい(例えば、比表面積が200m2/g未満)シリカ系無機充填剤と、比較的比表面積の大きい(例えば、200m2/g以上)シリカ系無機充填剤とを組み合わせて用いてもよい。特に比較的比面積の大きい(例えば、200m2/g以上)シリカ系無機充填剤を用いる場合、本実施形態のゴム組成物は、シリカの分散性を一層向上させる。その結果、一層優れた耐摩耗性、破壊強度及び低ヒステリシスロス性を有するゴム組成物が得られる傾向にある。
カーボンブラックとしては、以下に限定されないが、例えば、SRF、FEF、HAF、ISAF、及びSAF等の各クラスのカーボンブラックが挙げられる。これらの中でも、BET吸着法で求められる窒素吸着比表面積が50m2/g以上、かつ、ジブチルフタレート(DBP)吸油量が80mL/100g以下のカーボンブラックが好ましい。
金属酸化物としては、化学式MxOy(Mは、金属原子を示し、x及びyは、各々独立して、1~6の整数を示す。)を構成単位の主成分とする固体粒子であれば特に限られないが、例えば、アルミナ、酸化チタン、酸化マグネシウム、及び酸化亜鉛が挙げられる。
金属水酸化物としては、特に限定されないが、例えば、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、及び水酸化ジルコニウムが挙げられる。
本実施形態のゴム組成物中の充填剤の含有量は、ゴム成分100質量部に対して、5.0質量部以上150質量部であることが好ましく、20質量部以上100質量部以下がより好ましく、30質量部以上90質量部以下がさらに好ましい。充填剤が上記の範囲を満たすことにより、ゴム組成物は、加硫する際の加工性に一層優れ、その加硫物の低ヒステリシスロス性、破壊特性、及び耐摩耗性が一層優れる傾向にある。
本実施形態のゴム組成物は、ドライグリップ性能及び導性等のタイヤ等の用途に求められる性能を確実に付与する観点から、カーボンブラックを、本実施形態の共役ジエン系重合体を含むゴム成分100質量部に対して、0.5質量部以上100質量部以下で含むことが好ましい。同様の観点から、ゴム組成物は、カーボンブラックを、本実施形態の共役ジエン系重合体を含むゴム成分100質量部に対して、より好ましくは3.0質量部以上100質量部以下、さらに好ましくは5.0質量部以上50質量部以下で含む。
本実施形態のゴム組成物は、シランカップリング剤をさらに含んでもよい。ゴム組成物がシランカップリング剤を含むことにより、ゴム成分と充填剤との相互作用を一層向上させることができる。
シランカップリング剤としては、以下に限定されないが、例えば、硫黄結合部分とアルコキシシリル基又はシラノール基部分とを一分子中に有する化合物が好ましい。このような化合物としては、以下に限定されないが、例えば、ビス-[3-(トリエトキシシリル)-プロピル]-テトラスルフィド、ビス-[3-(トリエトキシシリル)-プロピル]-ジスルフィド、及びビス-[2-(トリエトキシシリル)-エチル]-テトラスルフィドが挙げられる。
シランカップリング剤としては、以下に限定されないが、例えば、硫黄結合部分とアルコキシシリル基又はシラノール基部分とを一分子中に有する化合物が好ましい。このような化合物としては、以下に限定されないが、例えば、ビス-[3-(トリエトキシシリル)-プロピル]-テトラスルフィド、ビス-[3-(トリエトキシシリル)-プロピル]-ジスルフィド、及びビス-[2-(トリエトキシシリル)-エチル]-テトラスルフィドが挙げられる。
本実施形態のゴム組成物において、シランカップリング剤の含有量は、充填剤100質量部に対して、0.1質量部以上30質量部以下が好ましく、0.5質量部以上20質量部以下がより好ましく、1.0質量部以上15質量部以下がさらに好ましい。シランカップリング剤の含有量が上記範囲であると、ゴム成分と充填剤との相互作用を一層向上させることができる傾向にある。
本実施形態のゴム組成物は、ゴム成分として、本実施形態の共役ジエン系重合体以外のゴム状重合体(以下、単に「ゴム状重合体」という。)を含んでいてもよい。
ゴム状重合体としては、以下に限定されないが、例えば、共役ジエン系重合体及びその水素添加物、共役ジエン化合物とビニル芳香族化合物とのランダム共重合体及びその水素添加物、共役ジエン化合物とビニル芳香族化合物とのブロック共重合体及びその水素添加物、非ジエン系重合体、並びに天然ゴムが挙げられる。
ゴム状重合体としては、以下に限定されないが、例えば、ブタジエンゴム及びその水素添加物、イソプレンゴム及びその水素添加物、スチレン-ブタジエンゴム及びその水素添加物、スチレン-ブタジエンブロック共重合体及びその水素添加物、スチレン-イソプレンブロック共重合体及びその水素添加物等のスチレン系エラストマー、並びにアクリロニトリル-ブタジエンゴム及びその水素添加物が挙げられる。
非ジエン系重合体としては、以下に限定されないが、例えば、エチレン-プロピレンゴム、エチレン-プロピレン-ジエンゴム、エチレン-ブテン-ジエンゴム、エチレン-ブテンゴム、エチレン-ヘキセンゴム、及びエチレン-オクテンゴム等のオレフィン系エラストマー、ブチルゴム、臭素化ブチルゴム、アクリルゴム、フッ素ゴム、シリコーンゴム、塩素化ポリエチレンゴム、エピクロルヒドリンゴム、α、β-不飽和ニトリル-アクリル酸エステル-共役ジエン共重合ゴム、ウレタンゴム、並びに多硫化ゴムが挙げられる。
天然ゴムとしては、以下に限定されないが、例えば、スモークドシートであるRSS3~5号、SMR、及びエポキシ化天然ゴムが挙げられる。
ゴム状重合体としては、以下に限定されないが、例えば、共役ジエン系重合体及びその水素添加物、共役ジエン化合物とビニル芳香族化合物とのランダム共重合体及びその水素添加物、共役ジエン化合物とビニル芳香族化合物とのブロック共重合体及びその水素添加物、非ジエン系重合体、並びに天然ゴムが挙げられる。
ゴム状重合体としては、以下に限定されないが、例えば、ブタジエンゴム及びその水素添加物、イソプレンゴム及びその水素添加物、スチレン-ブタジエンゴム及びその水素添加物、スチレン-ブタジエンブロック共重合体及びその水素添加物、スチレン-イソプレンブロック共重合体及びその水素添加物等のスチレン系エラストマー、並びにアクリロニトリル-ブタジエンゴム及びその水素添加物が挙げられる。
非ジエン系重合体としては、以下に限定されないが、例えば、エチレン-プロピレンゴム、エチレン-プロピレン-ジエンゴム、エチレン-ブテン-ジエンゴム、エチレン-ブテンゴム、エチレン-ヘキセンゴム、及びエチレン-オクテンゴム等のオレフィン系エラストマー、ブチルゴム、臭素化ブチルゴム、アクリルゴム、フッ素ゴム、シリコーンゴム、塩素化ポリエチレンゴム、エピクロルヒドリンゴム、α、β-不飽和ニトリル-アクリル酸エステル-共役ジエン共重合ゴム、ウレタンゴム、並びに多硫化ゴムが挙げられる。
天然ゴムとしては、以下に限定されないが、例えば、スモークドシートであるRSS3~5号、SMR、及びエポキシ化天然ゴムが挙げられる。
ゴム状重合体は、水酸基、アミノ基等の極性を有する官能基を付与した変性ゴムであってもよい。本実施形態のゴム組成物をタイヤ用に用いる場合、ゴム状重合体は、ブタジエンゴム、イソプレンゴム、スチレン-ブタジエンゴム、天然ゴム、及びブチルゴム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。
ゴム状重合体の質量平均分子量は、ゴム組成物の耐摩耗性、破壊強度、及び低ヒステリシスロス性と加工性とのバランスの観点から、2000以上2000000以下であることが好ましく、5000以上1500000以下であることがより好ましい。また、ゴム状重合体として、低分子量のゴム状重合体、いわゆる液状ゴムを用いることもできる。これらのゴム状重合体は、1種単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
本実施形態のゴム組成物が、本実施形態の共役ジエン系重合体に加えてさらに上述したゴム状重合体を含む場合、ゴム状重合体に対する共役ジエン系重合体の含有比率(質量比)は、(共役ジエン系重合体/ゴム状重合体)は、10/90以上100/0以下であることが好ましく、20/80以上90/10以下であることがより好ましく、30/70以上80/20以下であることがさらに好ましい。すなわち、ゴム成分は、ゴム成分の総量100質量部に対して、本実施形態の共役ジエン系重合体を、好ましくは10質量部以上100質量部以下含み、より好ましくは20質量部以上90質量部以下含み、さらに好ましくは30質量部以上80質量部以下含む。ゴム成分に含まれる本実施形態の共役ジエン系重合体の割合が上記範囲であると、ゴム組成物の加硫物は耐摩耗性及び低ヒステリシスロス性とに一層優れる傾向にある。
本実施形態のゴム組成物は、その加工性を一層向上させる観点から、ゴム成分に加えて、ゴム用軟化剤を添加してもよい。
ゴム用軟化剤としては、上述した共役ジエン系重合体が含むものとして例示したものと同じものを用いることができるが、鉱物油、又は液状若しくは低分子量の合成軟化剤が好適である。
ゴム成分の軟化、増容、及び加工性の向上を図るために用いられているプロセスオイル又はエクステンダーオイルと呼ばれる鉱物油系ゴム用軟化剤は、芳香族環、ナフテン環、及びパラフィン鎖の混合物である。その中でも、パラフィン鎖に属する炭素数が全炭素数中50%以上であるものがパラフィン系と呼ばれ、ナフテン環に属する炭素数が全炭素数中30%以上45%以下であるものがナフテン系と呼ばれ、芳香族炭素数に属する炭素数が全炭素数中30%を超えるものが芳香族系と呼ばれる。本実施形態のゴム組成物は、ゴム用軟化剤として、適度な芳香族含量を有するものを含むことが好ましい。そのようなゴム用軟化剤を含むことにより、共役ジエン系重合体との馴染みが一層向上する。
本実施形態のゴム組成物におけるゴム用軟化剤の含有量は、予め共役ジエン系重合体又はゴム状重合体に添加してあるゴム用軟化剤の量と、ゴム組成物とする際に添加するゴム用軟化剤の総量で表される。
本実施形態のゴム組成物において、ゴム用軟化剤の含有量は、ゴム成分100質量部に対して、0質量部以上100質量部以下が好ましく、10質量部以上90質量部以下がより好ましく、30質量部以上90質量部以下がさらに好ましい。ゴム用軟化剤の含有量がゴム成分100質量部に対して100質量部以下であることで、ブリードアウトを抑制し、ゴム組成物表面のベタツキを一層抑制することができる。
ゴム用軟化剤としては、上述した共役ジエン系重合体が含むものとして例示したものと同じものを用いることができるが、鉱物油、又は液状若しくは低分子量の合成軟化剤が好適である。
ゴム成分の軟化、増容、及び加工性の向上を図るために用いられているプロセスオイル又はエクステンダーオイルと呼ばれる鉱物油系ゴム用軟化剤は、芳香族環、ナフテン環、及びパラフィン鎖の混合物である。その中でも、パラフィン鎖に属する炭素数が全炭素数中50%以上であるものがパラフィン系と呼ばれ、ナフテン環に属する炭素数が全炭素数中30%以上45%以下であるものがナフテン系と呼ばれ、芳香族炭素数に属する炭素数が全炭素数中30%を超えるものが芳香族系と呼ばれる。本実施形態のゴム組成物は、ゴム用軟化剤として、適度な芳香族含量を有するものを含むことが好ましい。そのようなゴム用軟化剤を含むことにより、共役ジエン系重合体との馴染みが一層向上する。
本実施形態のゴム組成物におけるゴム用軟化剤の含有量は、予め共役ジエン系重合体又はゴム状重合体に添加してあるゴム用軟化剤の量と、ゴム組成物とする際に添加するゴム用軟化剤の総量で表される。
本実施形態のゴム組成物において、ゴム用軟化剤の含有量は、ゴム成分100質量部に対して、0質量部以上100質量部以下が好ましく、10質量部以上90質量部以下がより好ましく、30質量部以上90質量部以下がさらに好ましい。ゴム用軟化剤の含有量がゴム成分100質量部に対して100質量部以下であることで、ブリードアウトを抑制し、ゴム組成物表面のベタツキを一層抑制することができる。
ゴム組成物は、共役ジエン系重合体、ゴム状重合体、充填剤、シランカップリング剤、及びゴム用軟化剤等を混合することにより製造できる。混合方法については、特に限定されないが、例えば、オープンロール、バンバリーミキサー、ニーダー、単軸スクリュー押出機、2軸スクリュー押出機、又は多軸スクリュー押出機等の一般的な混和機を用いた溶融混練方法、及び各成分を溶解混合後、溶剤を加熱除去する方法が挙げられる。これらのうち、ロール、バンバリーミキサー、ニーダー、又は押出機による溶融混練方法が、生産性、及び良混練性の観点から好ましい。また、ゴム成分と、充填剤、シランカップリング剤、及び添加剤とを一度に混練してもよく、複数回に分けて混合してもよい。
本実施形態のゴム組成物は、加硫剤により加硫処理を施した加硫物としてもよい。加硫剤としては特に限定されないが、例えば、有機過酸化物及びアゾ化合物等のラジカル発生剤、オキシム化合物、ニトロソ化合物、ポリアミン化合物、硫黄、並びに硫黄化合物が挙げられる。硫黄化合物には、一塩化硫黄、二塩化硫黄、ジスルフィド化合物、及び高分子多硫化合物等が含まれる。
本実施形態のゴム組成物において、加硫剤の含有量は、ゴム成分100質量部に対して、0.01質量部以上20質量部以下が好ましく、0.1質量部以上15質量部以下がより好ましい。加硫方法としては、従来公知の方法を用いることができる。また、加硫温度としては、120℃以上200℃以下が好ましく、より好ましくは140℃以上180℃以下である。
ゴム組成物を加硫する際、必要に応じて加硫促進剤及び/又は加硫助剤を用いてもよい。加硫促進剤としては、従来公知の材料を用いることができ、以下に限定されないが、例えば、スルフェンアミド系、グアニジン系、チウラム系、アルデヒド-アミン系、アルデヒド-アンモニア系、チアゾール系、チオ尿素系、及びジチオカルバメート系の加硫促進剤が挙げられる。
また、加硫助剤としては、以下に限定されないが、例えば、亜鉛華、及びステアリン酸が挙げられる。
加硫促進剤及び加硫助剤の含有量は、それぞれ、ゴム成分100質量部に対して、0.01質量部以上20質量部以下が好ましく、0.1質量部以上15質量部以下がより好ましい。
また、加硫助剤としては、以下に限定されないが、例えば、亜鉛華、及びステアリン酸が挙げられる。
加硫促進剤及び加硫助剤の含有量は、それぞれ、ゴム成分100質量部に対して、0.01質量部以上20質量部以下が好ましく、0.1質量部以上15質量部以下がより好ましい。
本実施形態のゴム組成物には、本実施形態の効果を阻害しない範囲内で、上述した以外の軟化剤及びその他の充填剤、耐熱安定剤、帯電防止剤、耐候安定剤、老化防止剤、着色剤、及び滑剤等の各種添加剤を用いてもよい。軟化剤としては、公知の軟化剤を用いることができる。その他の充填剤としては、以下に限定されないが、例えば、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、硫酸アルミニウム、及び硫酸バリウムが挙げられる。耐熱安定剤、帯電防止剤、耐候安定剤、老化防止剤、着色剤、及び潤滑剤としては、それぞれ公知の材料を用いることができる。
本実施形態のゴム組成物は、タイヤ用ゴム組成物として好適に用いられる。本実施形態のゴム組成物は、特に限定されないが、例えば、省燃費タイヤ、オールシーズンタイヤ、高性能タイヤ、及びスタッドレスタイヤ等の各種タイヤ;トレッド、カーカス、サイドウォール、及びビード部等のタイヤ各部位に好適に用いることができる。
なお、上記において好ましい範囲等として記載した数値範囲は、特に言及した場合以外でも、上限として記載された各値と下限として記載された各値とを任意に組み合わせた数値範囲に置き換えてもよい。
以下、具体的な実施例及び比較例を挙げて、本実施形態を更に詳しく説明するが、本発明は、以下の実施例及び比較例により何ら限定されるものではない。
実施例及び比較例における各種の物性は下記に示す方法により測定した。
実施例及び比較例における各種の物性は下記に示す方法により測定した。
((物性1)重合体セグメント比率)
<固形量>
共役ジエン系重合体溶液中の固形量を、単位時間中に測定点を流れる共役ジエン系重合体溶液中の不揮発性成分量から求めた。測定点を流れる共役ジエン系重合体溶液の全量を3分間採取し、即座に重合停止剤を添加した。その後、耐熱性の皿に移し、140℃オーブンで30分以上乾燥させたときに残存する固形物の質量(M)を測定した。
ここで固形量(m)を、下記式(I)で求めた。
<固形量>
共役ジエン系重合体溶液中の固形量を、単位時間中に測定点を流れる共役ジエン系重合体溶液中の不揮発性成分量から求めた。測定点を流れる共役ジエン系重合体溶液の全量を3分間採取し、即座に重合停止剤を添加した。その後、耐熱性の皿に移し、140℃オーブンで30分以上乾燥させたときに残存する固形物の質量(M)を測定した。
ここで固形量(m)を、下記式(I)で求めた。
また、測定点を、第1重合体セグメントを合成する重合工程(P1)排出部、第2重合体セグメントを形成する重合工程(P2)排出部とし、これらにおける固形量を、それぞれm1、m2とした。
<第1重合体セグメント、第2重合体セグメントの質量比率r1、r2>
第1重合体セグメント、第2重合体セグメントの、それぞれの質量比率rは、下記式(II)、式(III)の通り、重合工程全体を通して単位時間あたりに添加された共役ジエン化合物の質量(U)と芳香族ビニル化合物の質量(V)の和に対する、前記第1重合体セグメントを合成する重合工程(P1)、前記第2重合体セグメントを形成する重合工程(P2)の、それぞれの排出部の固形量m1、m2でそれぞれ求めた。
本実施例においては、Uは単位時間あたりの1基目添加の1,3-ブタジエンと2基目添加の1,3-ブタジエンの総量、Vは単位時間あたりの1基目添加のスチレンと2基目添加のスチレンの総量である。
第1重合体セグメント、第2重合体セグメントの、それぞれの質量比率rは、下記式(II)、式(III)の通り、重合工程全体を通して単位時間あたりに添加された共役ジエン化合物の質量(U)と芳香族ビニル化合物の質量(V)の和に対する、前記第1重合体セグメントを合成する重合工程(P1)、前記第2重合体セグメントを形成する重合工程(P2)の、それぞれの排出部の固形量m1、m2でそれぞれ求めた。
本実施例においては、Uは単位時間あたりの1基目添加の1,3-ブタジエンと2基目添加の1,3-ブタジエンの総量、Vは単位時間あたりの1基目添加のスチレンと2基目添加のスチレンの総量である。
<重合体セグメント比率の比:R>
第2重合体セグメントの質量比率に対する、第1重合体セグメントの質量比率の比:R(=r1/r2)を、下記式(IV)で求めた。
第2重合体セグメントの質量比率に対する、第1重合体セグメントの質量比率の比:R(=r1/r2)を、下記式(IV)で求めた。
((物性2)結合芳香族ビニル単量体単位量(結合スチレン量))
<共役ジエン系重合体の結合スチレン量 Xall>
ゴム用軟化剤を含まない、第2重合体セグメントを形成する重合工程(P2)の排出部から採取した共役ジエン系重合体を試料として、前記試料100mgを、クロロホルムで100mLにメスアップし、溶解して測定サンプルとした。
スチレンのフェニル基による紫外線吸収波長(254nm付近)の吸収量により、試料であるカップリング共役ジエン系重合体100質量%に対しての結合スチレン量(質量%)を測定した(測定装置:島津製作所社製の分光光度計「UV-2450」)。
<共役ジエン系重合体の結合スチレン量 Xall>
ゴム用軟化剤を含まない、第2重合体セグメントを形成する重合工程(P2)の排出部から採取した共役ジエン系重合体を試料として、前記試料100mgを、クロロホルムで100mLにメスアップし、溶解して測定サンプルとした。
スチレンのフェニル基による紫外線吸収波長(254nm付近)の吸収量により、試料であるカップリング共役ジエン系重合体100質量%に対しての結合スチレン量(質量%)を測定した(測定装置:島津製作所社製の分光光度計「UV-2450」)。
<第1重合体セグメント中の結合スチレン量 X1>
試料を共役ジエン系重合体から、第1重合体セグメントを合成する重合工程(P1)の排出部の重合体溶液の固形分に替えた。その他の条件は、共役ジエン系重合体のセグメント中の結合スチレン量と同様の方法で結合スチレン量を算出した。
試料を共役ジエン系重合体から、第1重合体セグメントを合成する重合工程(P1)の排出部の重合体溶液の固形分に替えた。その他の条件は、共役ジエン系重合体のセグメント中の結合スチレン量と同様の方法で結合スチレン量を算出した。
<第2重合体セグメント中の結合スチレン量 X2>
第1重合体セグメントを合成する重合工程(P1)、及び第2重合体セグメントを形成する重合工程(P2)の、それぞれにおける固形量m1、m2、結合スチレン量X1、Xallから、下記式(VIII)により第2重合体セグメント中の結合スチレン量(X2)を算出した。
第1重合体セグメントを合成する重合工程(P1)、及び第2重合体セグメントを形成する重合工程(P2)の、それぞれにおける固形量m1、m2、結合スチレン量X1、Xallから、下記式(VIII)により第2重合体セグメント中の結合スチレン量(X2)を算出した。
<第1重合体セグメントと、第2重合体セグメントの結合スチレン量の差|ΔX|>
第1重合体セグメントと第2重合体セグメントの結合スチレン量の差|ΔX|を、下記式(IX)により求めた。
第1重合体セグメントと第2重合体セグメントの結合スチレン量の差|ΔX|を、下記式(IX)により求めた。
((物性3)結合共役ジエン中のビニル結合量(結合ブタジエン中の1,2-ビニル結合量))
<共役ジエン系重合体のビニル結合量 Yall>
ゴム用軟化剤を含まない、第2重合体セグメントを形成する重合工程(P2)の排出部から採取した共役ジエン重合体を試料として、前記試料50mgを10mLの二硫化炭素に溶解して測定試料とした。
各試料の赤外線スペクトルを600~1000cm-1の範囲で、フーリエ変換赤外分光光度計(日本分光社製の商品名「FT-IR230」)により測定した。
ハンプトンの方法(R.R.Hampton,Analytical Chemistry 21,923(1949)に記載の方法)に従い、所定の波数における吸光度から結合ブタジエン中の1,2-ビニル結合量(mol%)を求めた。
<共役ジエン系重合体のビニル結合量 Yall>
ゴム用軟化剤を含まない、第2重合体セグメントを形成する重合工程(P2)の排出部から採取した共役ジエン重合体を試料として、前記試料50mgを10mLの二硫化炭素に溶解して測定試料とした。
各試料の赤外線スペクトルを600~1000cm-1の範囲で、フーリエ変換赤外分光光度計(日本分光社製の商品名「FT-IR230」)により測定した。
ハンプトンの方法(R.R.Hampton,Analytical Chemistry 21,923(1949)に記載の方法)に従い、所定の波数における吸光度から結合ブタジエン中の1,2-ビニル結合量(mol%)を求めた。
<第1重合体セグメント中のビニル結合量 Y1>
試料を共役ジエン系重合体から、第1重合体セグメントを合成する重合工程(P1)の排出部の重合体溶液の固形分に替えた。その他の条件は、共役ジエン系重合体のビニル結合量と同様の方法でビニル結合量を算出した。
試料を共役ジエン系重合体から、第1重合体セグメントを合成する重合工程(P1)の排出部の重合体溶液の固形分に替えた。その他の条件は、共役ジエン系重合体のビニル結合量と同様の方法でビニル結合量を算出した。
<第2重合体セグメント中のビニル結合量 Y2>
第1重合体セグメントを合成する重合工程(P1)及び第2重合体セグメントを形成する重合工程(P2)のそれぞれにおける、固形量m1、m2、結合共役ジエン中のビニル結合量Y1、Yallから、下記式(X)から、第2重合体セグメント中のビニル結合量を算出した。
第1重合体セグメントを合成する重合工程(P1)及び第2重合体セグメントを形成する重合工程(P2)のそれぞれにおける、固形量m1、m2、結合共役ジエン中のビニル結合量Y1、Yallから、下記式(X)から、第2重合体セグメント中のビニル結合量を算出した。
<第1重合体セグメントと第2重合体セグメントのビニル結合量の差ΔY>
第1重合体セグメントと第2重合体セグメントの結合共役ジエン中ビニル結合量の差ΔYを、下記式(XI)により求めた。
第1重合体セグメントと第2重合体セグメントの結合共役ジエン中ビニル結合量の差ΔYを、下記式(XI)により求めた。
((物性4)転化率、重合転化率差)
第1重合体セグメントを合成する重合工程(P1)における共役ジエン化合物の転化率cbd、及び芳香族ビニル化合物の転化率cstを、それぞれ下記(V)、式(VI)で求めた。
第1重合体セグメントを合成する重合工程(P1)における共役ジエン化合物の転化率cbd、及び芳香族ビニル化合物の転化率cstを、それぞれ下記(V)、式(VI)で求めた。
また、共役ジエン化合物の転化率と芳香族ビニル化合物の転化率の差:重合転化率差cdifを、下記式(VII)で求めた。
((物性5)推定ガラス転移温度)
共役ジエン系重合体の推定ガラス転移温度を、前記式(iii)を用いて求めた。
共役ジエン系重合体の推定ガラス転移温度を、前記式(iii)を用いて求めた。
((物性6)分子量)
実施例及び比較例の共役ジエン系重合体を試料として、ポリスチレン系ゲルを充填剤としたカラムを3本連結したGPC測定装置(東ソー社製の商品名「HLC-8320GPC」)を使用して、RI検出器(東ソー社製の商品名「HLC8020」)を用いてクロマトグラムを測定し、標準ポリスチレンを使用して得られる検量線に基づいて、重量平均分子量(Mw)と数平均分子量(Mn)と分子量分布(Mw/Mn)とを求めた。
溶離液は5mmol/Lのトリエチルアミン入りTHF(テトラヒドロフラン)を使用した。カラムは、東ソー社製の商品名「TSKgel SuperMultiporeHZ-H」を3本接続し、その前段にガードカラムとして東ソー社製の商品名「TSKguardcolumn SuperMP(HZ)-H」を接続して使用した。
測定用の試料10mgを10mLのTHFに溶解して測定溶液とし、測定溶液10μLをGPC測定装置に注入して、オーブン温度40℃、THF流量0.35mL/分の条件で測定した。
実施例及び比較例の共役ジエン系重合体を試料として、ポリスチレン系ゲルを充填剤としたカラムを3本連結したGPC測定装置(東ソー社製の商品名「HLC-8320GPC」)を使用して、RI検出器(東ソー社製の商品名「HLC8020」)を用いてクロマトグラムを測定し、標準ポリスチレンを使用して得られる検量線に基づいて、重量平均分子量(Mw)と数平均分子量(Mn)と分子量分布(Mw/Mn)とを求めた。
溶離液は5mmol/Lのトリエチルアミン入りTHF(テトラヒドロフラン)を使用した。カラムは、東ソー社製の商品名「TSKgel SuperMultiporeHZ-H」を3本接続し、その前段にガードカラムとして東ソー社製の商品名「TSKguardcolumn SuperMP(HZ)-H」を接続して使用した。
測定用の試料10mgを10mLのTHFに溶解して測定溶液とし、測定溶液10μLをGPC測定装置に注入して、オーブン温度40℃、THF流量0.35mL/分の条件で測定した。
((物性7)重合体ムーニー粘度)
実施例及び比較例の共役ジエン系重合体を試料として、ムーニー粘度計(上島製作所社製の商品名「VR1132」)を用い、ISO 289に準拠し、L形ローターを用いて測定温度を100℃としてムーニー粘度を測定した。
まず、試料を1分間試験温度で予熱した後、ローターを2rpmで回転させ、4分後のトルクを測定してムーニー粘度(ML(1+4))とした。
実施例及び比較例の共役ジエン系重合体を試料として、ムーニー粘度計(上島製作所社製の商品名「VR1132」)を用い、ISO 289に準拠し、L形ローターを用いて測定温度を100℃としてムーニー粘度を測定した。
まず、試料を1分間試験温度で予熱した後、ローターを2rpmで回転させ、4分後のトルクを測定してムーニー粘度(ML(1+4))とした。
((物性8)ガラス転移温度(Tg))
実施例及び比較例の共役ジエン系重合体が油展品の場合は、伸展油を抽出した後の共役ジエン系重合体を試料として、ISO 22768:2006に準拠して、マックサイエンス社製の示差走査熱量計「DSC3200S」を用い、ヘリウム50mL/分の流通下、-120℃から40℃まで10℃/分で昇温しながらDSC曲線を記録し、―100℃~20℃の区間に見られるDSCの変曲点をガラス転移温度とした。
実施例及び比較例の共役ジエン系重合体が油展品の場合は、伸展油を抽出した後の共役ジエン系重合体を試料として、ISO 22768:2006に準拠して、マックサイエンス社製の示差走査熱量計「DSC3200S」を用い、ヘリウム50mL/分の流通下、-120℃から40℃まで10℃/分で昇温しながらDSC曲線を記録し、―100℃~20℃の区間に見られるDSCの変曲点をガラス転移温度とした。
補外ガラス転移開始温度は、低温側のベースラインを高温側に延長した直線と、ガラス転移の階段状変化部分の曲線のこう配が最大になる点で引いた接線との交点の温度とした。
補外ガラス転移終了温度は、高温側のベースラインを低温側に延長した直線と、ガラス転移の階段状変化部分の曲線のこう配が最大になる点で引いた接線との交点の温度とした。
補外ガラス転移終了温度は、高温側のベースラインを低温側に延長した直線と、ガラス転移の階段状変化部分の曲線のこう配が最大になる点で引いた接線との交点の温度とした。
((物性9)変性率)
実施例及び比較例の共役ジエン系重合体における変性率をカラム吸着GPC法で以下のとおり測定した。
共役ジエン系重合体を試料として、シリカ系ゲルを充填剤としたGPCカラムに、変性した塩基性重合体成分が吸着する特性を応用することにより、測定した。
試料及び低分子量内部標準ポリスチレンを含む試料溶液を、ポリスチレン系カラムで測定したクロマトグラムと、シリカ系カラムで測定したクロマトグラムと、の差分よりシリカ系カラムへの吸着量を測定し、変性率を求めた。
<試料溶液の調製> :
試料10mg及び標準ポリスチレン5mgを20mLのTHF(テトラヒドロフラン)に溶解させて、試料溶液とした。
<ポリスチレン系カラムを用いたGPC測定条件>:
東ソー社製の商品名「HLC-8320GPC」を使用して、5mmol/Lのトリエチルアミン入りTHFを溶離液として用い、試料溶液10μLを装置に注入し、カラムオーブン温度40℃、THF流量0.35mL/分の条件で、RI検出器を用いてクロマトグラムを得た。
カラムは、東ソー社製の商品名「TSKgel SuperMultiporeHZ-H」を3本接続し、その前段にガードカラムとして東ソー社製の商品名「TSKguardcolumn SuperMP(HZ)-H」を接続して使用した。
<シリカ系カラムを用いたGPC測定条件>
東ソー社製の商品名「HLC-8320GPC」、及びRI検出器(東ソー社製の商品名「HLC8020」)を用いてGPC測定を行った。
THFを溶離液として用い、試料溶液50μLを装置に注入し、カラムオーブン温度40℃、THF流量0.5ml/分の条件でクロマトグラムを得た。
カラムは、アジレント社製の商品名「Zorbax PSM-1000S」、「PSM-300S」、「PSM-60S」をこの順に接続し、その前段にガードカラムとして商品名「DIOL 4.6×12.5mm 5micron」を接続して用いた。
<変性率の計算方法> :
ポリスチレン系カラムを用いたクロマトグラムのピーク面積の全体を100として、試料のピーク面積をp1、標準ポリスチレンのピーク面積をp2、シリカ系カラムを用いたクロマトグラムのピーク面積の全体を100として、試料のピーク面積をp3、標準ポリスチレンのピーク面積をp4として、下記式より変性率(%)を求めた。
変性率(%)=[1-(p2×p3)/(p1×p4)]×100
(ただし、p1+p2=p3+p4=100)
実施例及び比較例の共役ジエン系重合体における変性率をカラム吸着GPC法で以下のとおり測定した。
共役ジエン系重合体を試料として、シリカ系ゲルを充填剤としたGPCカラムに、変性した塩基性重合体成分が吸着する特性を応用することにより、測定した。
試料及び低分子量内部標準ポリスチレンを含む試料溶液を、ポリスチレン系カラムで測定したクロマトグラムと、シリカ系カラムで測定したクロマトグラムと、の差分よりシリカ系カラムへの吸着量を測定し、変性率を求めた。
<試料溶液の調製> :
試料10mg及び標準ポリスチレン5mgを20mLのTHF(テトラヒドロフラン)に溶解させて、試料溶液とした。
<ポリスチレン系カラムを用いたGPC測定条件>:
東ソー社製の商品名「HLC-8320GPC」を使用して、5mmol/Lのトリエチルアミン入りTHFを溶離液として用い、試料溶液10μLを装置に注入し、カラムオーブン温度40℃、THF流量0.35mL/分の条件で、RI検出器を用いてクロマトグラムを得た。
カラムは、東ソー社製の商品名「TSKgel SuperMultiporeHZ-H」を3本接続し、その前段にガードカラムとして東ソー社製の商品名「TSKguardcolumn SuperMP(HZ)-H」を接続して使用した。
<シリカ系カラムを用いたGPC測定条件>
東ソー社製の商品名「HLC-8320GPC」、及びRI検出器(東ソー社製の商品名「HLC8020」)を用いてGPC測定を行った。
THFを溶離液として用い、試料溶液50μLを装置に注入し、カラムオーブン温度40℃、THF流量0.5ml/分の条件でクロマトグラムを得た。
カラムは、アジレント社製の商品名「Zorbax PSM-1000S」、「PSM-300S」、「PSM-60S」をこの順に接続し、その前段にガードカラムとして商品名「DIOL 4.6×12.5mm 5micron」を接続して用いた。
<変性率の計算方法> :
ポリスチレン系カラムを用いたクロマトグラムのピーク面積の全体を100として、試料のピーク面積をp1、標準ポリスチレンのピーク面積をp2、シリカ系カラムを用いたクロマトグラムのピーク面積の全体を100として、試料のピーク面積をp3、標準ポリスチレンのピーク面積をp4として、下記式より変性率(%)を求めた。
変性率(%)=[1-(p2×p3)/(p1×p4)]×100
(ただし、p1+p2=p3+p4=100)
〔共役ジエン系重合体の製造〕
(実施例1)
内容積が10Lで、内部の高さ(L)と直径(D)との比(L/D)が4.0であり、底部に入口、頂部に出口を有し、攪拌機付槽型反応器である攪拌機及び温度制御用のジャケットを有する槽型圧力容器を重合反応器として2基連結した。
第一の重合反応器を用いて、第1重合体セグメントを合成する重合工程(P1)を実施した。予め水分除去した、1,3-ブタジエンを20.3g/分、スチレンを4.31g/分、ノルマルヘキサンを173g/分の条件で混合した。この混合溶液を反応基の入口に供給する配管の途中に設けたスタティックミキサーにおいて、残存不純物不活性処理用のn-ブチルリチウムを0.104mmol/分で添加、混合した後、反応基の底部に連続的に供給した。さらに、極性物質として2,2-ビス(2-オキソラニル)プロパンを0.0235mmol/分の速度で、重合開始剤としてn-ブチルリチウムを0.239mmol/分の速度で、攪拌機で激しく混合する1基目反応器の底部へ供給し、反応器内温を78℃に保持した。その後重合反応が安定したところで反応器の頂部から共役ジエン系重合体を全量抜き出し酸化防止剤(BHT)を共役ジエン系重合体100gあたり0.2gとなるように添加した後に溶媒を除去した。その後、第1重合体セグメントの結合芳香族ビニル単量体単位量(X1)と、結合共役ジエン中のビニル結合量(Y1)、固形分濃度(m1)を測定した。
(実施例1)
内容積が10Lで、内部の高さ(L)と直径(D)との比(L/D)が4.0であり、底部に入口、頂部に出口を有し、攪拌機付槽型反応器である攪拌機及び温度制御用のジャケットを有する槽型圧力容器を重合反応器として2基連結した。
第一の重合反応器を用いて、第1重合体セグメントを合成する重合工程(P1)を実施した。予め水分除去した、1,3-ブタジエンを20.3g/分、スチレンを4.31g/分、ノルマルヘキサンを173g/分の条件で混合した。この混合溶液を反応基の入口に供給する配管の途中に設けたスタティックミキサーにおいて、残存不純物不活性処理用のn-ブチルリチウムを0.104mmol/分で添加、混合した後、反応基の底部に連続的に供給した。さらに、極性物質として2,2-ビス(2-オキソラニル)プロパンを0.0235mmol/分の速度で、重合開始剤としてn-ブチルリチウムを0.239mmol/分の速度で、攪拌機で激しく混合する1基目反応器の底部へ供給し、反応器内温を78℃に保持した。その後重合反応が安定したところで反応器の頂部から共役ジエン系重合体を全量抜き出し酸化防止剤(BHT)を共役ジエン系重合体100gあたり0.2gとなるように添加した後に溶媒を除去した。その後、第1重合体セグメントの結合芳香族ビニル単量体単位量(X1)と、結合共役ジエン中のビニル結合量(Y1)、固形分濃度(m1)を測定した。
次に、第二の重合反応器を用いて、第2重合体セグメントを形成する工程(P2)を実施した。
1基目反応器頂部より共役ジエン系重合体溶液を2基目反応器の底部に連続的に供給し、さらに2基目に1,3―ブタジエンを8.71g/分、ノルマルヘキサンを32.1g/分、極性物質として2,2-ビス(2-オキソラニル)プロパンを0.450mmol/分の速度を加えながら撹拌し、78℃で反応を継続した。
1基目反応器頂部より共役ジエン系重合体溶液を2基目反応器の底部に連続的に供給し、さらに2基目に1,3―ブタジエンを8.71g/分、ノルマルヘキサンを32.1g/分、極性物質として2,2-ビス(2-オキソラニル)プロパンを0.450mmol/分の速度を加えながら撹拌し、78℃で反応を継続した。
次に、変性工程として、2基目反応器の頂部より流出した共役ジエン系重合体溶液に、カップリング剤として、テトラキス(3-トリメトキシシリルプロピル)-1,3-プロパンジアミン(下記表中、「カップリング剤A」と記載する。)を0.0103mmol/分、1-メチル-4-[3-(トリメトキシシリル)プロピル]ピペラジン(下記表中、「カップリング剤B」と記載する。)を0.0965mmol/分の速度で連続的に添加し、スタティックミキサーを用いて混合し、カップリング反応した。このとき、反応器の出口より流出した重合体溶液にカップリング剤が添加されるまでの時間は4.8分、温度は68℃でであった。
カップリング反応後の共役ジエン系重合体溶液を全量抜出し、酸化防止剤(BHT)を重合体100gあたり0.2gとなるように添加した後に溶媒を除去し、各種の分子量、結合芳香族ビニル量(Xall)と結合共役ジエン中のビニル結合量(Yall)、固形分濃度(m2)、ガラス転移温度を測定した。
カップリング反応後の共役ジエン系重合体溶液を全量抜出し、酸化防止剤(BHT)を重合体100gあたり0.2gとなるように添加した後に溶媒を除去し、各種の分子量、結合芳香族ビニル量(Xall)と結合共役ジエン中のビニル結合量(Yall)、固形分濃度(m2)、ガラス転移温度を測定した。
次に、カップリング反応後の共役ジエン系重合体溶液に、酸化防止剤(BHT)を重合体100gあたり0.2gとなるように0.055g/分(n-ヘキサン溶液)で連続的に添加し、カップリング反応を終了した。
酸化防止剤と同時に、ゴム用軟化剤として重合体100gに対してSRAEオイル(JX日鉱日石エネルギー社製 JOMOプロセスNC140)が5.0gとなるように連続的に添加し、スタティックミキサーで混合した。スチームストリッピングにより溶媒を除去して、実施例1の変性共役ジエン系重合体を得た。
酸化防止剤と同時に、ゴム用軟化剤として重合体100gに対してSRAEオイル(JX日鉱日石エネルギー社製 JOMOプロセスNC140)が5.0gとなるように連続的に添加し、スタティックミキサーで混合した。スチームストリッピングにより溶媒を除去して、実施例1の変性共役ジエン系重合体を得た。
(実施例2)
1基目の反応器に供給する1,3-ブタジエンを18.7g/分、スチレンを6.67g/分、2基目に添加する1,3-ブタジエンを8.00g/分に変更したこと以外は、実施例1と同様にして、実施例2の変性共役ジエン系重合体を得た。
1基目の反応器に供給する1,3-ブタジエンを18.7g/分、スチレンを6.67g/分、2基目に添加する1,3-ブタジエンを8.00g/分に変更したこと以外は、実施例1と同様にして、実施例2の変性共役ジエン系重合体を得た。
(実施例3)
1基目の反応器に供給する1,3-ブタジエンを17.3g/分、スチレンを8.67g/分、2基目に添加する1,3-ブタジエンを7.40g/分に変更したこと以外は、実施例1と同様にして、実施例3の変性共役ジエン系重合体を得た。
1基目の反応器に供給する1,3-ブタジエンを17.3g/分、スチレンを8.67g/分、2基目に添加する1,3-ブタジエンを7.40g/分に変更したこと以外は、実施例1と同様にして、実施例3の変性共役ジエン系重合体を得た。
(実施例4)
1基目の反応器に供給する1,3-ブタジエンを21.0g/分、スチレンを3.33g/分、2基目に添加する1,3-ブタジエンを9.00g/分に変更したこと以外は、実施例1と同様にして、実施例4の変性共役ジエン系重合体を得た。
1基目の反応器に供給する1,3-ブタジエンを21.0g/分、スチレンを3.33g/分、2基目に添加する1,3-ブタジエンを9.00g/分に変更したこと以外は、実施例1と同様にして、実施例4の変性共役ジエン系重合体を得た。
(実施例5)
1基目の反応器に供給する1,3-ブタジエンを21.9g/分、スチレンを2.00g/分、2基目に添加する1,3-ブタジエンを9.40g/分に変更したこと以外は、実施例1と同様にして、実施例5の変性共役ジエン系重合体を得た。
1基目の反応器に供給する1,3-ブタジエンを21.9g/分、スチレンを2.00g/分、2基目に添加する1,3-ブタジエンを9.40g/分に変更したこと以外は、実施例1と同様にして、実施例5の変性共役ジエン系重合体を得た。
(実施例6)
1基目の反応器のL/Dを6.0に変更し、1基目の反応器に供給するスチレンを3.88g/分、極性物質として2,2-ビス(2-オキソラニル)プロパンを0.0208mmol/分、重合開始剤としてのn-ブチルリチウムを0.208mmol/分、2基目に供給する2,2-ビス(2-オキソラニル)プロパンを0.396mmol/分とし、変性工程で添加されるカップリング剤Aを0.00917mmol/分、カップリング剤Bを0.0856mmol/分に変更し、新たに2基目にスチレンを0.43g/分で添加したこと以外は、実施例1と同様にして、実施例6の変性共役ジエン系重合体を得た。
1基目の反応器のL/Dを6.0に変更し、1基目の反応器に供給するスチレンを3.88g/分、極性物質として2,2-ビス(2-オキソラニル)プロパンを0.0208mmol/分、重合開始剤としてのn-ブチルリチウムを0.208mmol/分、2基目に供給する2,2-ビス(2-オキソラニル)プロパンを0.396mmol/分とし、変性工程で添加されるカップリング剤Aを0.00917mmol/分、カップリング剤Bを0.0856mmol/分に変更し、新たに2基目にスチレンを0.43g/分で添加したこと以外は、実施例1と同様にして、実施例6の変性共役ジエン系重合体を得た。
(実施例7)
1基目の反応器に供給する1,3-ブタジエンを24.9g/分、スチレンを4.35g/分、2基目に添加する1,3-ブタジエンを4.35g/分に変更したこと以外は、実施例1と同様にして、実施例7の変性共役ジエン系重合体を得た。
1基目の反応器に供給する1,3-ブタジエンを24.9g/分、スチレンを4.35g/分、2基目に添加する1,3-ブタジエンを4.35g/分に変更したこと以外は、実施例1と同様にして、実施例7の変性共役ジエン系重合体を得た。
(実施例8)
1基目の反応器に供給する1,3-ブタジエンを4.64g/分、スチレンを0.46g/分、1基目の反応器内温を80℃、2基目に添加する1,3-ブタジエンを26.3g/分、2基目の重合反応器温度を82℃に変更し、2基目に新たにスチレンを1.98g/分で添加したこと以外は、実施例1と同様にして、実施例8の変性共役ジエン系重合体を得た。
1基目の反応器に供給する1,3-ブタジエンを4.64g/分、スチレンを0.46g/分、1基目の反応器内温を80℃、2基目に添加する1,3-ブタジエンを26.3g/分、2基目の重合反応器温度を82℃に変更し、2基目に新たにスチレンを1.98g/分で添加したこと以外は、実施例1と同様にして、実施例8の変性共役ジエン系重合体を得た。
(実施例9)
1基目の反応器に供給する1,3-ブタジエンを19.5g/分、スチレンを2.66g/分、2基目に添加する1,3-ブタジエンを10.5g/分に変更し、極性物質として2,2-ビス(2-オキソラニル)プロパンを0.0177mmol/分、2基目に新たにスチレンを0.67g/分で添加したこと以外は、実施例1と同様にして、実施例9の変性共役ジエン系重合体を得た。
1基目の反応器に供給する1,3-ブタジエンを19.5g/分、スチレンを2.66g/分、2基目に添加する1,3-ブタジエンを10.5g/分に変更し、極性物質として2,2-ビス(2-オキソラニル)プロパンを0.0177mmol/分、2基目に新たにスチレンを0.67g/分で添加したこと以外は、実施例1と同様にして、実施例9の変性共役ジエン系重合体を得た。
(実施例10)
1基目の反応器に供給する2,2-ビス(2-オキソラニル)プロパンを0.0408mmol/分、重合開始剤としてn-ブチルリチウムを0.442mmol/分、2基目に添加する2,2-ビス(2-オキソラニル)プロパンを0.776mmol/分とし、変性工程で添加されるカップリング剤Aを0.018mmol/分、カップリング剤Bを0.168mmol/分に変更したこと以外は、実施例1と同様にして、実施例10の変性共役ジエン系重合体を得た。
1基目の反応器に供給する2,2-ビス(2-オキソラニル)プロパンを0.0408mmol/分、重合開始剤としてn-ブチルリチウムを0.442mmol/分、2基目に添加する2,2-ビス(2-オキソラニル)プロパンを0.776mmol/分とし、変性工程で添加されるカップリング剤Aを0.018mmol/分、カップリング剤Bを0.168mmol/分に変更したこと以外は、実施例1と同様にして、実施例10の変性共役ジエン系重合体を得た。
(実施例11)
1基目の反応器に供給する2,2-ビス(2-オキソラニル)プロパンを0.0271mmol/分、重合開始剤としてn-ブチルリチウムを0.297mmol/分、2基目に添加する2,2-ビス(2-オキソラニル)プロパンを0.461mmol/分とし、変性工程で添加されるカップリング剤Aを0.0125mmol/分、カップリング剤Bを0.117mmol/分に変更したこと以外は、実施例1と同様にして、実施例11の変性共役ジエン系重合体を得た。
1基目の反応器に供給する2,2-ビス(2-オキソラニル)プロパンを0.0271mmol/分、重合開始剤としてn-ブチルリチウムを0.297mmol/分、2基目に添加する2,2-ビス(2-オキソラニル)プロパンを0.461mmol/分とし、変性工程で添加されるカップリング剤Aを0.0125mmol/分、カップリング剤Bを0.117mmol/分に変更したこと以外は、実施例1と同様にして、実施例11の変性共役ジエン系重合体を得た。
(実施例12)
1基目の反応器に供給する2,2-ビス(2-オキソラニル)プロパンを0.0190mmol/分、重合開始剤としてn-ブチルリチウムを0.187mmol/分、2基目に添加する2,2-ビス(2-オキソラニル)プロパンを0.362mmol/分とし、変性工程で添加されるカップリング剤Aを0.0084mmol/分、カップリング剤Bを0.0783mmol/分に変更したこと以外は、実施例1と同様にして、実施例12の変性共役ジエン系重合体を得た。
1基目の反応器に供給する2,2-ビス(2-オキソラニル)プロパンを0.0190mmol/分、重合開始剤としてn-ブチルリチウムを0.187mmol/分、2基目に添加する2,2-ビス(2-オキソラニル)プロパンを0.362mmol/分とし、変性工程で添加されるカップリング剤Aを0.0084mmol/分、カップリング剤Bを0.0783mmol/分に変更したこと以外は、実施例1と同様にして、実施例12の変性共役ジエン系重合体を得た。
(実施例13)
1基目の反応器に供給する2,2-ビス(2-オキソラニル)プロパンを0.0084mmol/分、重合開始剤としてn-ブチルリチウムが0.065mmol/分とし、2基目に添加する2,2-ビス(2-オキソラニル)プロパンを0.168mmol/分、変性工程で添加されるカップリング剤Aを0.0130mmol/分、カップリング剤Bを無添加、添加するSRAEオイルを重合体100gに対して25gに変更したこと以外は、実施例1と同様にして、実施例13の変性共役ジエン系重合体を得た。
1基目の反応器に供給する2,2-ビス(2-オキソラニル)プロパンを0.0084mmol/分、重合開始剤としてn-ブチルリチウムが0.065mmol/分とし、2基目に添加する2,2-ビス(2-オキソラニル)プロパンを0.168mmol/分、変性工程で添加されるカップリング剤Aを0.0130mmol/分、カップリング剤Bを無添加、添加するSRAEオイルを重合体100gに対して25gに変更したこと以外は、実施例1と同様にして、実施例13の変性共役ジエン系重合体を得た。
(実施例14)
変性工程で添加されるカップリング剤Aを0.0067mmol/分、カップリング剤Bを0.0627mmol/分に変更したこと以外は、実施例1と同様にして、実施例14の変性共役ジエン系重合体を得た。
変性工程で添加されるカップリング剤Aを0.0067mmol/分、カップリング剤Bを0.0627mmol/分に変更したこと以外は、実施例1と同様にして、実施例14の変性共役ジエン系重合体を得た。
(実施例15)
変性工程で添加されるカップリング剤を、カップリング剤A及びカップリング剤Bに代えて、1,3-ビス(N,N-ジグリシジルアミノメチル)シクロヘキサン(カップリング剤C)0.0895mmol/分に変更したこと以外は、実施例1と同様にして、実施例15の変性共役ジエン系重合体を得た。
変性工程で添加されるカップリング剤を、カップリング剤A及びカップリング剤Bに代えて、1,3-ビス(N,N-ジグリシジルアミノメチル)シクロヘキサン(カップリング剤C)0.0895mmol/分に変更したこと以外は、実施例1と同様にして、実施例15の変性共役ジエン系重合体を得た。
(実施例16)
1基目の反応器に供給する2,2-ビス(2-オキソラニル)プロパンを0.0200mmol/分、重合開始剤としてn-ブチルリチウムを0.198mmol/分とし、2基目に添加する2,2-ビス(2-オキソラニル)プロパンを0.379mmol/分、変性工程で添加されるカップリング剤A、カップリング剤Bともに0に変更したこと以外は、実施例1と同様にして、実施例16の共役ジエン系重合体を得た。
1基目の反応器に供給する2,2-ビス(2-オキソラニル)プロパンを0.0200mmol/分、重合開始剤としてn-ブチルリチウムを0.198mmol/分とし、2基目に添加する2,2-ビス(2-オキソラニル)プロパンを0.379mmol/分、変性工程で添加されるカップリング剤A、カップリング剤Bともに0に変更したこと以外は、実施例1と同様にして、実施例16の共役ジエン系重合体を得た。
(実施例17)
1基目の反応器に供給する2,2-ビス(2-オキソラニル)プロパンを0.013mmol/分、重合開始剤としてn-ブチルリチウムを0.12mmol/分、2基目に添加する2,2-ビス(2-オキソラニル)プロパンを0.253mmol/分とし、変性工程で添加されるカップリング剤Aを0.0059mmol/分、カップリング剤Bを0.0546mmol/分に変更したこと以外は、実施例1と同様にして、実施例17の共役ジエン系重合体を得た。
1基目の反応器に供給する2,2-ビス(2-オキソラニル)プロパンを0.013mmol/分、重合開始剤としてn-ブチルリチウムを0.12mmol/分、2基目に添加する2,2-ビス(2-オキソラニル)プロパンを0.253mmol/分とし、変性工程で添加されるカップリング剤Aを0.0059mmol/分、カップリング剤Bを0.0546mmol/分に変更したこと以外は、実施例1と同様にして、実施例17の共役ジエン系重合体を得た。
(実施例18)
1基目の反応器に供給する2,2-ビス(2-オキソラニル)プロパンを0.012mmol/分、重合開始剤としてn-ブチルリチウムが0.213mmol/分とし、2基目に添加する2,2-ビス(2-オキソラニル)プロパンを0.405mmol/分、変性工程で添加されるカップリング剤Aを0.0312mmol/分、カップリング剤Bを無添加、添加するSRAEオイルを重合体100gに対して25gに変更したこと以外は、実施例1と同様にして、実施例18の共役ジエン系重合体を得た。
1基目の反応器に供給する2,2-ビス(2-オキソラニル)プロパンを0.012mmol/分、重合開始剤としてn-ブチルリチウムが0.213mmol/分とし、2基目に添加する2,2-ビス(2-オキソラニル)プロパンを0.405mmol/分、変性工程で添加されるカップリング剤Aを0.0312mmol/分、カップリング剤Bを無添加、添加するSRAEオイルを重合体100gに対して25gに変更したこと以外は、実施例1と同様にして、実施例18の共役ジエン系重合体を得た。
(実施例19)
1基目の反応器に供給する2,2-ビス(2-オキソラニル)プロパンを0.0209mmol/分、重合開始剤としてn-ブチルリチウムが0.208mmol/分、残存不純物不活性処理用のn-ブチルリチウムを0.114mmol/分、1,3-ブタジエンを21.6g/分、スチレンを4.57g/分、ノルマルヘキサンを153g/分とし、2基目に添加する2,2-ビス(2-オキソラニル)プロパンを0.396mmol/分、ノルマルヘキサンを35.5g/分、1,3-ブタジエンを7.16g/分、変性工程で添加されるカップリング剤Aを0.00917mmol/分、カップリング剤Bを0.0856mmol/分に変更したことに変更したこと以外は、実施例1と同様として、実施例19の変性共役ジエン系重合体を得た。
1基目の反応器に供給する2,2-ビス(2-オキソラニル)プロパンを0.0209mmol/分、重合開始剤としてn-ブチルリチウムが0.208mmol/分、残存不純物不活性処理用のn-ブチルリチウムを0.114mmol/分、1,3-ブタジエンを21.6g/分、スチレンを4.57g/分、ノルマルヘキサンを153g/分とし、2基目に添加する2,2-ビス(2-オキソラニル)プロパンを0.396mmol/分、ノルマルヘキサンを35.5g/分、1,3-ブタジエンを7.16g/分、変性工程で添加されるカップリング剤Aを0.00917mmol/分、カップリング剤Bを0.0856mmol/分に変更したことに変更したこと以外は、実施例1と同様として、実施例19の変性共役ジエン系重合体を得た。
(参照例1)
1基目の反応器に供給する2,2-ビス(2-オキソラニル)プロパンを0.136mmol/分とし、2基目に2,2-ビス(2-オキソラニル)プロパンを添加しなかったことに加え、1基目と2基目の反応器温度を、それぞれ68℃、73℃としたこと以外は、実施例1と同様にして、参照例1の変性共役ジエン系重合体を得た。
1基目の反応器に供給する2,2-ビス(2-オキソラニル)プロパンを0.136mmol/分とし、2基目に2,2-ビス(2-オキソラニル)プロパンを添加しなかったことに加え、1基目と2基目の反応器温度を、それぞれ68℃、73℃としたこと以外は、実施例1と同様にして、参照例1の変性共役ジエン系重合体を得た。
(比較例1)
1基目の反応器に供給する1,3-ブタジエンを16.8g/分、スチレンを9.33g/分とし、2基目に添加する1,3-ブタジエンを7.20g/分に変更したこと以外は、実施例1と同様にして、比較例1の変性共役ジエン系重合体を得た。
1基目の反応器に供給する1,3-ブタジエンを16.8g/分、スチレンを9.33g/分とし、2基目に添加する1,3-ブタジエンを7.20g/分に変更したこと以外は、実施例1と同様にして、比較例1の変性共役ジエン系重合体を得た。
(比較例2)
1基目の反応器に供給する1,3-ブタジエンを23.3g/分、スチレンを1.00g/分とし、2基目に添加する1,3-ブタジエンを9.70g/分に変更したこと以外は、実施例1と同様にして、比較例2の変性共役ジエン系重合体を得た。
1基目の反応器に供給する1,3-ブタジエンを23.3g/分、スチレンを1.00g/分とし、2基目に添加する1,3-ブタジエンを9.70g/分に変更したこと以外は、実施例1と同様にして、比較例2の変性共役ジエン系重合体を得た。
(比較例3)
1基目の反応器に供給する2,2-ビス(2-オキソラニル)プロパンを0.168mmol/分、重合開始剤としてn-ブチルリチウムが0.297mmol/分とし、2基目に2,2-ビス(2-オキソラニル)プロパンを添加せず、変性工程で添加されるカップリング剤Aを0.0125mmol/分、カップリング剤Bを0.117mmol/分に変更したこと以外は、実施例1と同様にして、比較例3の変性共役ジエン系重合体を得た。
1基目の反応器に供給する2,2-ビス(2-オキソラニル)プロパンを0.168mmol/分、重合開始剤としてn-ブチルリチウムが0.297mmol/分とし、2基目に2,2-ビス(2-オキソラニル)プロパンを添加せず、変性工程で添加されるカップリング剤Aを0.0125mmol/分、カップリング剤Bを0.117mmol/分に変更したこと以外は、実施例1と同様にして、比較例3の変性共役ジエン系重合体を得た。
(比較例4)
1基目の反応器に供給する2,2-ビス(2-オキソラニル)プロパンを0.106mmol/分、重合開始剤としてn-ブチルリチウムを0.187mmol/分とし、2基目に2,2-ビス(2-オキソラニル)プロパンを添加せず、変性工程で添加されるカップリング剤Aを0.0084mmol/分、カップリング剤Bを0.0783mmol/分に変更したこと以外は、実施例1と同様にして、比較例4の変性共役ジエン系重合体を得た。
1基目の反応器に供給する2,2-ビス(2-オキソラニル)プロパンを0.106mmol/分、重合開始剤としてn-ブチルリチウムを0.187mmol/分とし、2基目に2,2-ビス(2-オキソラニル)プロパンを添加せず、変性工程で添加されるカップリング剤Aを0.0084mmol/分、カップリング剤Bを0.0783mmol/分に変更したこと以外は、実施例1と同様にして、比較例4の変性共役ジエン系重合体を得た。
(比較例5)
1基目の反応器に供給する2,2-ビス(2-オキソラニル)プロパンを0.115mmol/分、重合開始剤としてn-ブチルリチウムを0.198mmol/分とし、2基目に2,2-ビス(2-オキソラニル)プロパンを添加しなかったことに加え、1基目と2基目の反応器温度を、それぞれ68℃、73℃とし、変性工程で添加されるカップリング剤A、カップリング剤Bをともに0に変更したこと以外は、実施例1と同様にして、比較例5の共役ジエン系重合体を得た。
1基目の反応器に供給する2,2-ビス(2-オキソラニル)プロパンを0.115mmol/分、重合開始剤としてn-ブチルリチウムを0.198mmol/分とし、2基目に2,2-ビス(2-オキソラニル)プロパンを添加しなかったことに加え、1基目と2基目の反応器温度を、それぞれ68℃、73℃とし、変性工程で添加されるカップリング剤A、カップリング剤Bをともに0に変更したこと以外は、実施例1と同様にして、比較例5の共役ジエン系重合体を得た。
(比較例6)
1基目の反応器に供給する2,2-ビス(2-オキソラニル)プロパンを0.145mmol/分、重合開始剤としてn-ブチルリチウムを0.239mmol/分、1,3ブタジエンの添加量を21.0g/分、スチレンを2.01g/分、ヘキサンを172g/分とし、2基目に添加する1,3-ブタジエンを8.99g/分、スチレンを2.01g/分、ノルマルヘキサンを32.9g/分に変更し、2基目に2,2-ビス(2-オキソラニル)プロパンを添加しなかったこと以外は、実施例1と同様にして、比較例6の共役ジエン系重合体を得た。
1基目の反応器に供給する2,2-ビス(2-オキソラニル)プロパンを0.145mmol/分、重合開始剤としてn-ブチルリチウムを0.239mmol/分、1,3ブタジエンの添加量を21.0g/分、スチレンを2.01g/分、ヘキサンを172g/分とし、2基目に添加する1,3-ブタジエンを8.99g/分、スチレンを2.01g/分、ノルマルヘキサンを32.9g/分に変更し、2基目に2,2-ビス(2-オキソラニル)プロパンを添加しなかったこと以外は、実施例1と同様にして、比較例6の共役ジエン系重合体を得た。
(比較例7)
内容積が10Lで、内部の高さ(L)と直径(D)との比(L/D)が4.0であり、底部に入口、頂部に出口を有し、攪拌機付槽型反応器である攪拌機及び温度制御用のジャケットを有する槽型圧力容器を重合反応器として4基連結した。
第一から第三の重合反応器を用いて、第1重合体セグメントを合成する重合工程(P1)を実施した。予め水分除去した、1,3-ブタジエンを21.3g/分、スチレンを6.70g/分、ノルマルヘキサンを205g/分の条件で混合した。この混合溶液を反応基の入口に供給する配管の途中に設けたスタティックミキサーにおいて、残存不純物不活性処理用のn-ブチルリチウムを0.104mmol/分で添加、混合した後、反応基の底部に連続的に供給した。さらに、極性物質として2,2-ビス(2-オキソラニル)プロパンを0.120mmol/分の速度で、重合開始剤としてn-ブチルリチウムを0.205mmol/分の速度で、攪拌機で激しく混合する1基目反応器の底部へ供給し、3つの反応器内温を45~55℃に保持した。その後重合反応が安定したところで反応器の頂部から共役ジエン系重合体を全量抜き出し酸化防止剤(BHT)を共役ジエン系重合体100gあたり0.2gとなるように添加した後に溶媒を除去した。その後、第1重合体セグメントの結合芳香族ビニル単量体単位量(X1)と、結合共役ジエン中のビニル結合量(Y1)、固形分濃度(m1)を測定した。
内容積が10Lで、内部の高さ(L)と直径(D)との比(L/D)が4.0であり、底部に入口、頂部に出口を有し、攪拌機付槽型反応器である攪拌機及び温度制御用のジャケットを有する槽型圧力容器を重合反応器として4基連結した。
第一から第三の重合反応器を用いて、第1重合体セグメントを合成する重合工程(P1)を実施した。予め水分除去した、1,3-ブタジエンを21.3g/分、スチレンを6.70g/分、ノルマルヘキサンを205g/分の条件で混合した。この混合溶液を反応基の入口に供給する配管の途中に設けたスタティックミキサーにおいて、残存不純物不活性処理用のn-ブチルリチウムを0.104mmol/分で添加、混合した後、反応基の底部に連続的に供給した。さらに、極性物質として2,2-ビス(2-オキソラニル)プロパンを0.120mmol/分の速度で、重合開始剤としてn-ブチルリチウムを0.205mmol/分の速度で、攪拌機で激しく混合する1基目反応器の底部へ供給し、3つの反応器内温を45~55℃に保持した。その後重合反応が安定したところで反応器の頂部から共役ジエン系重合体を全量抜き出し酸化防止剤(BHT)を共役ジエン系重合体100gあたり0.2gとなるように添加した後に溶媒を除去した。その後、第1重合体セグメントの結合芳香族ビニル単量体単位量(X1)と、結合共役ジエン中のビニル結合量(Y1)、固形分濃度(m1)を測定した。
次に、第四の重合反応器を用いて、第2重合体セグメントを形成する工程(P2)を実施した。
1基目反応器頂部より共役ジエン系重合体溶液を2基目反応器の底部に連続的に供給し、さらに2基目に1,3―ブタジエンを5.30g/分、ノルマルヘキサンを36.0g/分、極性物質として2,2-ビス(2-オキソラニル)プロパンを2.230mmol/分の速度を加えながら撹拌し、60℃で反応を継続した。
1基目反応器頂部より共役ジエン系重合体溶液を2基目反応器の底部に連続的に供給し、さらに2基目に1,3―ブタジエンを5.30g/分、ノルマルヘキサンを36.0g/分、極性物質として2,2-ビス(2-オキソラニル)プロパンを2.230mmol/分の速度を加えながら撹拌し、60℃で反応を継続した。
変性工程以降は、「カップリング剤B」を0.1200mmol/分の速度で添加した点を除き、実施例1と同様にして比較例7の共役ジエン系重合体を得た。
〔実施例20~38〕、〔参照例2〕、〔比較例8~14〕
前記表1~3に示す試料1~27を原料ゴムとして、以下に示す配合に従い、それぞれの原料ゴムを含有するゴム組成物を得た。
共役ジエン系重合体(試料1~27):100質量部(オイル抜き)
シリカ(エボニック デグサ社製の商品名「Ultrasil 7000GR」窒素吸着比表面積170m2/g) :85.0質量部
カーボンブラック
(東海カーボン社製の商品名「シースト7HM(N234)」):2.0質量部
シランカップリング剤(エボニック デグサ社製の商品名「Si69」、ビス(トリエトキシシリルプロピル)テトラスルフィド):6.8質量部
S-RAEオイル
(JX日鉱日石エネルギー社製の商品名「プロセスNC140」):40質量部
亜鉛華:2.4質量部
ステアリン酸:1.25質量部
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):3.5質量部
硫黄:1.0質量部
加硫促進剤1
テトラベンジルチウラムジスルフィド:0.5質量部
加硫促進剤2
N-(tert-ブチル)-2-ベンゾチアゾールスルフェンアミド:2.5質量部
合計:246.95質量部
前記表1~3に示す試料1~27を原料ゴムとして、以下に示す配合に従い、それぞれの原料ゴムを含有するゴム組成物を得た。
共役ジエン系重合体(試料1~27):100質量部(オイル抜き)
シリカ(エボニック デグサ社製の商品名「Ultrasil 7000GR」窒素吸着比表面積170m2/g) :85.0質量部
カーボンブラック
(東海カーボン社製の商品名「シースト7HM(N234)」):2.0質量部
シランカップリング剤(エボニック デグサ社製の商品名「Si69」、ビス(トリエトキシシリルプロピル)テトラスルフィド):6.8質量部
S-RAEオイル
(JX日鉱日石エネルギー社製の商品名「プロセスNC140」):40質量部
亜鉛華:2.4質量部
ステアリン酸:1.25質量部
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):3.5質量部
硫黄:1.0質量部
加硫促進剤1
テトラベンジルチウラムジスルフィド:0.5質量部
加硫促進剤2
N-(tert-ブチル)-2-ベンゾチアゾールスルフェンアミド:2.5質量部
合計:246.95質量部
上記した材料を次の方法により混練してゴム組成物を得た。
温度制御装置を備える密閉混練機(内容量0.3L)を使用し、第一段の混練として、充填率65%、ローター回転数30~50rpmの条件で、原料ゴム(試料1~26)、充填剤(シリカ、カーボンブラック)、シランカップリング剤、プロセスオイル、亜鉛華、ステアリン酸を混練した。このとき、密閉混合機の温度を制御し、排出温度は145~150℃で各ゴム組成物(配合物)を得た。
温度制御装置を備える密閉混練機(内容量0.3L)を使用し、第一段の混練として、充填率65%、ローター回転数30~50rpmの条件で、原料ゴム(試料1~26)、充填剤(シリカ、カーボンブラック)、シランカップリング剤、プロセスオイル、亜鉛華、ステアリン酸を混練した。このとき、密閉混合機の温度を制御し、排出温度は145~150℃で各ゴム組成物(配合物)を得た。
次に、第二段の混練として、上記で得た配合物を室温まで冷却後、老化防止剤を加え、シリカの分散を向上させるため再度混練した。この場合も、混合機の温度制御により、配合物の排出温度を120℃に調整した。
冷却後、第三段の混練として、70℃に設定したオープンロールにて、硫黄、加硫促進剤1、2を加えて混練した。
その後、成型し、160℃で20分間、加硫プレスにて加硫した。
加硫前のゴム組成物、及び加硫後のゴム組成物を評価した。
具体的には、下記の方法により評価した。
冷却後、第三段の混練として、70℃に設定したオープンロールにて、硫黄、加硫促進剤1、2を加えて混練した。
その後、成型し、160℃で20分間、加硫プレスにて加硫した。
加硫前のゴム組成物、及び加硫後のゴム組成物を評価した。
具体的には、下記の方法により評価した。
〔評価1、評価2:粘弾性パラメータ〕
レオメトリックス・サイエンティフィック社製の粘弾性試験機「ARES」を使用し、ねじりモードで粘弾性パラメータを測定した。
各々の測定値は、参照例2のゴム組成物に対する結果を100として指数化した。
レオメトリックス・サイエンティフィック社製の粘弾性試験機「ARES」を使用し、ねじりモードで粘弾性パラメータを測定した。
各々の測定値は、参照例2のゴム組成物に対する結果を100として指数化した。
(評価1)
0℃において周波数10Hz、ひずみ1%で測定したtanδをウェットグリップ性の指標とした。指数が大きいほどウェットグリップ性が良好であることを示す。
また、指数値が80以上の時、加硫物として十分なウェットグリップ性を有していると判断した。
0℃において周波数10Hz、ひずみ1%で測定したtanδをウェットグリップ性の指標とした。指数が大きいほどウェットグリップ性が良好であることを示す。
また、指数値が80以上の時、加硫物として十分なウェットグリップ性を有していると判断した。
(評価2)
-20℃におけて周波数10Hz、ひずみ1%で測定した貯蔵弾性率G’を低温特性の指標とした。
指数が大きいほどウィンター特性が良好であることを示す。
また、指数値が50以上の時、加硫物として十分なウィンター性能を有していると判断した。
-20℃におけて周波数10Hz、ひずみ1%で測定した貯蔵弾性率G’を低温特性の指標とした。
指数が大きいほどウィンター特性が良好であることを示す。
また、指数値が50以上の時、加硫物として十分なウィンター性能を有していると判断した。
〔評価3:耐摩耗性〕
アクロン摩耗試験機(安田精機製作所社製)を使用し、JIS K6264-2に準拠して、荷重44.4N、1000回転の摩耗量を測定し、参照例2の結果を100として指数化した。
指数が大きいほど耐摩耗性が良好であることを示す。
アクロン摩耗試験機(安田精機製作所社製)を使用し、JIS K6264-2に準拠して、荷重44.4N、1000回転の摩耗量を測定し、参照例2の結果を100として指数化した。
指数が大きいほど耐摩耗性が良好であることを示す。
〔評価4:加工性〕
実施例、参照例及び比較例に示す方法で製造した未加硫の変性共役ジエン系重合体又は共役ジエン系重合体に関し、加圧ニーダーから排出した直後(混練り1段目における加圧ニーダーによる混練りが終了し、排出された直後)のまとまり(形状)について目視で観察し、以下の基準に基づきパネラー一人当たり5点を満点とし評価した。
まとまり性は加硫物の加工性の指標である。
指数が大きいほど加工性が良好であることを示す。
<評価基準>
1 :シートの端部分が50%以下平滑であり、加工性が非常に悪い
2 :シートの端部分が50%超60%以下平滑であり、加工性が悪い。
3 :シートの端部分が60%超80%以下平滑であり、加工性が良い。
4 :シートの端部分が80%超90%以下平滑であり、加工性が優れる。
5 :シートの端部分が90%超平滑であり、加工性が非常に優れる。
実施例、参照例及び比較例に示す方法で製造した未加硫の変性共役ジエン系重合体又は共役ジエン系重合体に関し、加圧ニーダーから排出した直後(混練り1段目における加圧ニーダーによる混練りが終了し、排出された直後)のまとまり(形状)について目視で観察し、以下の基準に基づきパネラー一人当たり5点を満点とし評価した。
まとまり性は加硫物の加工性の指標である。
指数が大きいほど加工性が良好であることを示す。
<評価基準>
1 :シートの端部分が50%以下平滑であり、加工性が非常に悪い
2 :シートの端部分が50%超60%以下平滑であり、加工性が悪い。
3 :シートの端部分が60%超80%以下平滑であり、加工性が良い。
4 :シートの端部分が80%超90%以下平滑であり、加工性が優れる。
5 :シートの端部分が90%超平滑であり、加工性が非常に優れる。
〔評価5:引張特性〕
JIS K6251の引張試験法に準拠し、引張強度及び引張伸びを測定し、これらの積を参照例2の結果を100として指数化した。
指数が大きいほど引張強度及び引張伸び(破壊強度)が良好であることを示す。
指数値が80以上の時、加硫物として十分な引張特性を有していると判断した。
JIS K6251の引張試験法に準拠し、引張強度及び引張伸びを測定し、これらの積を参照例2の結果を100として指数化した。
指数が大きいほど引張強度及び引張伸び(破壊強度)が良好であることを示す。
指数値が80以上の時、加硫物として十分な引張特性を有していると判断した。
表4~表6に示すように、結合スチレン量の差、ビニル結合量の差、及び推定ガラス転移温度の値が全て好ましい範囲にある試料1~19を用いた実施例20~38のゴム組成物、試料20~27を使用した参照例2、比較例8~14のゴム組成物と比較すると、加硫物とした際のウェットグリップ性能とウィンター性能のバランスに優れ、十分な耐摩耗性及び引張特性を有していることが確認された。
また、分子量及び推定ガラス転移温度の値がそれぞれ同等な変性共役ジエン系重合体を用いた実施例30と比較例10、実施例31と比較例11を各々比較すると、実施例はウェットグリップ性能とウィンター性能のバランスに優れ、十分な耐摩耗性及び引張特性を有していることが確認された。
また、実施例35と比較例12を比較すると、互いに変性されていない共役ジエン系重合体を用いた場合も、実施例はウェットグリップ性能とウィンター性能のバランス、耐摩耗性及び引張特性に優れることが確認された。
本出願は、2023年4月27日に日本国特許庁へ出願された日本特許出願(特願2023-072878)に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
本発明の共役ジエン系重合体は、タイヤトレッド、自動車の内装・外装品、防振ゴム、ベルト、履物、発泡体、各種工業用品用途等の分野の材料として産業上の利用可能性がある。
Claims (9)
- 2つ以上の重合体セグメントを有する共役ジエン系重合体であって、
第1重合体セグメントの結合芳香族ビニル単量体単位量X1(質量%)と、第2重合体セグメントの結合芳香族ビニル単量体単位量X2(質量%)との差の絶対値(|X1-X2|)が、5質量%以下であり、
第1重合体セグメントの結合共役ジエン中のビニル結合量Y1(mоl%)と、第2重合体セグメントの結合共役ジエン中のビニル結合量Y2(mоl%)の差(Y2-Y1)が15mоl%以上50mоl%以下であり、
前記共役ジエン系重合体の推定ガラス転移温度(推定Tg)が-72℃以上-40℃以下である、
共役ジエン系重合体。 - 重量平均分子量Mwと数平均分子量Mnの比Mw/Mnが1.7以上である、
請求項1に記載の共役ジエン系重合体。 - 前記第2重合体セグメントの質量比率(r2)に対する、前記第1重合体セグメントの質量比率(r1)の比(R=r1/r2)が、
0.25~4である、
請求項1に記載の共役ジエン系重合体。 - 重量平均分子量Mwが35万以上135万以下である、
請求項1に記載の共役ジエン系重合体。 - 窒素を有する変性基を有し、変性率が60%以上である、
請求項1に記載の共役ジエン系重合体。 - 請求項1に記載の共役ジエン系重合体の製造方法であって、
2基以上の連続反応器で前記第1重合体セグメントを形成する重合工程(P1)と、
前記(P1)で得られた第1重合体セグメントの端部に、前記第2重合体セグメントを形成する重合工程(P2)と、
を、有し、
前記重合工程(P2)で極性物質を追加で添加する、
共役ジエン系重合体の製造方法。 - 前記重合工程(P2)で共役ジエン化合物を追加で添加する、
請求項6に記載の共役ジエン系重合体の製造方法。 - 前記重合工程(P2)の後に、共役ジエン系重合体と、窒素原子含有基を有するカップリング剤を反応させるカップリング工程を有する、
請求項6に記載の共役ジエン系重合体の製造方法。 - 前記重合工程(P2)で追加する共役ジエン化合物の添加量を、共役ジエン化合物の添加総量の15質量%以上とする、
請求項7に記載の共役ジエン系重合体の製造方法。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2023-072878 | 2023-04-27 | ||
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PCT/JP2024/016507 WO2024225452A1 (ja) | 2023-04-27 | 2024-04-26 | 共役ジエン系重合体、及び共役ジエン系重合体の製造方法 |
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WO (1) | WO2024225452A1 (ja) |
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---|---|---|---|---|
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-
2024
- 2024-04-26 WO PCT/JP2024/016507 patent/WO2024225452A1/ja unknown
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