(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
非極性炭化水素溶媒下で開始剤として下記の化学式１（化１）で示される化合物を用いて１，３−ブタジエン単独又はスチレンと一緒に重合して溶液重合スチレン−ブタジエンゴム又はブタジエンゴムを製造する方法。
【化１】
0003653663.tif 000010
前記式において、Ｒ’は炭素原子数１〜３のアルキル基で、Ｂｕはブチル基である。
【請求項２】
前記化学式１で示される化合物を１，３−ブタジエン単独又はスチレンと一緒に反応させて次の化学式２（化２）で示される重合体を得る段階と、化学式２で示される重合体を変性剤と反応させて下記の化学式３（化３）で示される両末端が変性されたスチレン−ブタジエンゴム又はブタジエンゴムを製造する段階と、からなる請求項１に記載の溶液重合スチレン−ブタジエンゴム又はブタジエンゴムの製造方法。
【化２】
0003653663.tif 000011
前記式において、Ｒ’は上記のものと同一であり、ＳＢＲはスチレン−ブタジエンゴムで、ＢＲはブタジエンゴムである。
【化３】
0003653663.tif 000012
前記式において、Ｒ’、ＳＢＲ及びＢＲは上記のものと同一であり、Ａは−（ＣＨ２）ｎＳｉ（ＯＥｔ）３（ここでｎは０〜３）、−Ｓｎ（Ｃ４Ｈ9）３、又は化学式４（化４）である。
【化４】
0003653663.tif 000013
ここで、Ｒ’は上記のものと同一である。
【請求項３】
スチレン−ブタジエンゴム又はブタジエンゴムは、スチレン含量０〜４０重量％で、ブタジエンのビニル含量が２０〜８０％であることを特徴とする請求項１又は２に記載の溶液重合スチレン−ブタジエンゴム又はブタジエンゴムの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、末端がアミン類などに変性された１官能性陰イオン重合開始剤を用いて、溶液状態でブタジエン単独又はスチレンと一緒に重合してブタジエンゴム（以下、ＢＲという）、又はスチレン−ブタジエンゴム（以下、ＳＢＲという）を製造する方法に係るもので、詳しくは、官能基を含む変性された陰イオン重合開始剤を用いて別途の前処理なしにも非極性炭化水素溶媒下で優れた溶解性を有し、重合末期の変性段階で粘度の増加及びゲル化現象が発生しないと共に、走行の際に制動力、摩耗性能及び燃費の側面から良好な物性を有する両末端が変性されたスチレン−ブタジエンゴム又はブタジエンゴムを製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ＳＢＲ及びＢＲは溶液重合又は乳化重合方法により製造されるのに、前記溶液重合の場合、乳化重合方法とは異なって、重合体鎖内の微細構造の変化及び単量体配列を容易にすることができるし、鎖の末端をスズ又はシリコン化合物を用いて結合させるか、或いはアミン及び水酸基を含む化合物に変性させて鎖の末端の数を減らすか、若しくは鎖の末端の動きを減らし、且つカ−ボンブラックとの結合力を増加させることができる。それで、溶液重合方法により製造されたＳＢＲ及びＢＲをタイヤトレッドゴムとして使用する場合、燃料消耗を減らし、制動性及び耐摩耗性のようなタイヤ要求物性を調節できるという特長がある。
【０００３】
ＳＢＲ又はＢＲを製造する溶液重合方法は次のような色々な方法が知られている。
【０００４】
先ず、１官能性開始剤のアルキルリチウムを用いて非極性溶媒下でスチレン−ブタジエンを重合して重合体鎖の末端を活性化させ、得た鎖の末端の活性陰イオンをスズ化合物（例えば、ＳｎＣｌ４）のような結合剤を用いて鎖の末端を結合させる方法（米国特許第４，３９７，９９４号）及びベンゾペノン誘導体のような有機変性剤と反応させて重合体鎖の一方の末端を変性させる方法（米国特許第４，５５０，１４２号）などがある。
【０００５】
然るに、このように１官能性開始剤のアルキルリチウムを用いて得たＳＢＲである場合、一方の末端だけが結合又は変性されているので、鎖の末端の半分以上は結合又は変性されていない自由な状態に残されており、従って、ゴムのヒステリシスを増加させてタイヤの走行の際回転抵抗を増大させることにより燃費が低下されるという問題点があった。
【０００６】
又、他の方法としては、ナフチオン酸ナトリウムのような２官能性開始剤を用いて重合した後、上記のような結合剤及び変性剤で反応させて重合体の両方の末端が変性された溶液重合ＳＢＲを得る方法が知られているが、このような２官能性開始剤の場合、殆ど非極性炭化水素溶媒における溶解度が低いので、重合反応の際極性溶媒を全量又はその一部分だけを使用しなければならない。しかし、極性溶媒を相当量だけ使用した場合、溶液重合のときに重合体の微細構造を変化させて（特に、ブタジエン部分のビニル含量が増加される）、ゴムのガラス転移温度を大きく高めて走行抵抗及び制動力のようなゴム物性を大きく変化させ、更には鎖の末端を変性させるか又は結合させるときに鎖の末端間の疑集（ａｇｇｒｅｇａｔｉｏｎ）により溶液の粘度が上昇されて反応を調節することが難しいという短所がある。特に、更にはゲル化までも発生する。
【０００７】
その他の方法として、スズ化合物を含む１官能性開始剤を用いて重合した後スズ化合物を末端に反応させて両方の末端が変性されたＳＢＲを溶液重合する方法（米国特許第５，４６３，００４号）があるが、この方法も非極性炭化水素溶媒における溶解度が低いという問題点があった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記のような問題点を解決するためのものであって、非極性炭化水素溶媒での溶解度が高くて前処理なしでも使用でき、重合末期の変性段階で発生する粘度の増加及びゲル化現象が発生しない変性された１官能性陰イオン重合開始剤を用いることにより、走行の際制動力、摩耗性能及び燃費側面で良好な物性を有する両末端が変性されたＳＢＲ又はＢＲを製造する方法を提供するにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するための本発明に係るＳＢＲ又はＢＲの製造方法は、非極性炭化水素溶媒下で開始剤として下記の化学式１（化５）で示される化合物を用いて１，３−ブタジエン単独又はスチレンと共に重合することをその特徴とする。
【００１０】
【化５】
0003653663.tif 000002
前記式において、Ｒ' は炭素原子数１〜３のアルキル基で、Ｂｕはブチル基である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳しく説明する。
【００１２】
前記化学式１で示される変性された１官能性陰イオン重合開始剤の具体的な化合物としては、１，１−ジ（４−ジエチルアミノフェニル）−３−メチルペンチルリチウム、及び１，１−ジ（４−メチルアミノフェニル）−３−メチルペンチルリチウムのうちいずれか一つ選択された１種である。
【００１３】
このような開始剤は、従来２官能性開始剤とは異なって開始剤が変性剤の役割を同時にし、シクロヘキサンのような非極性炭化水素系溶媒での溶解度も高い特性を有する。
【００１４】
本発明に係る開始剤は、効率の高い２次ブチルリチウムを前駆体、例えば、１−（４−ジメチルアミノフェニル）−１−フェニルエチレン、１，１−ジ（４−ジメチルアミノフェニル）エチレン又は１，１−（４−ジメチルアミノフェニル）エチレンと反応させて製造し得るが、その反応メカニズムは下記の反応式（化６）で示される。
【００１５】
【化６】
0003653663.tif 000003
前記式において、Ｒ' は炭素原子数１〜３のアルキル基で、Ｂｕはブチル基である。
【００１６】
前記反応式に示したように、テトラヒドロフラン溶媒でベンゾフェノン誘導体とトリフェニルメチルホスホニウムイリドとを反応させて前駆体を合成し得る。
【００１７】
このように得た前駆体を２次ブチルリチウムと反応させて１官能性重合開始剤の化学式１で示される化合物を得ることができる。
【００１８】
上記で挙げた前駆体の全てはブチルリチウムと反応するとき、副反応が存在しなく、製造された開始剤は溶解度が高くて前処理なしにもシクロヘキサンのような非極性炭化水素系溶媒で使用できる。又、２官能性開始剤を使用する場合に発生する問題点として、重合末期において変性の際に粘度の増加及び更にはゲル化現象もないので、変性効率を容易に調整し得る。
【００１９】
このような変性された１官能性陰イオン重合開始剤を用いてＳＢＲ又はＢＲを製造する一連の過程は次のようである。
【００２０】
先ず、前記化学式１で示される変性された１官能性陰イオン重合開始剤と１，３−ブタジエン単独又は１，３−ブタジエン及びスチレンとを反応させて次の化学式２（化７）で示される重合体を得る。
【００２１】
【化７】
0003653663.tif 000004
前記式において、ＳＢＲはスチレンブタジエンゴムで、ＢＲはブタジエンゴムで、Ｒ' 、Ｂｕは上記のようである。
【００２２】
重合反応は通常の重合反応条件で起こされ、好ましくは１〜５時間の間２０〜９０℃の温度で進行される。
【００２３】
前記化学式２に示したように、ＳＢＲ又はＢＲは鎖の両方末端のうち一方の末端は変性され、残りの他方の末端は活性陰イオンからなる。
【００２４】
ここで通常の変性剤を反応させて次の化学式３（化８）で示される両末端が変性された溶液重合スチレン−ブタジエンゴム又はブタジエンゴムを製造する。ここで通常の変性剤とはアミン誘導体、スズ又はシリコン化合物のような変性剤を指すもので、これを前記化学式２で示される活性陰イオンと反応させて重合体鎖の両方末端に官能基を含む溶液重合ＳＢＲ又はＢＲを製造し得る。
【００２５】
【化８】
0003653663.tif 000005
前記式において、ＳＢＲ、ＢＲ、Ｒ’、及びＢｕは上記のようであり、Ａは−（ＣＨ２）ｎＳｉ（ＯＥｔ）３（ここでｎは０〜３）、−Ｓｎ（Ｃ４Ｈ９）３又は（化９）で示されるものである。
【００２６】
【化９】
0003653663.tif 000006
ここで、Ｒ' は上記のようである。
【００２７】
本発明の方法により変性された１官能性陰イオン重合開始剤を用いて、溶液重合方法に製造された重合体鎖の両方末端が変性されたＳＢＲ及びＢＲはタイヤトレッドゴムに使用すれば一層効果的である。
【００２８】
【実施例】
以下、本発明を実施例に基づき詳しく説明するが、本発明がこの実施例に限定されるものではない。
【００２９】
製造例：陰イオン重合開始剤の合成
（１）前駆体の合成
１）１−（４−ジメチルアミノフェニル）−１−フェニルエチレン（以下、１−ＤＭＡＰＥ）の合成
テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）１００ｍ１に４−ジメチルアミノベンゾフェノン（以下、１−ＤＭＡＢＰという）０．１ｍｏ１を溶かした溶液を、トリフェニルメチルホスホニウムヨ−ドとメチルリチウムとを反応させて得たトリフェニルメチルホスホニウムイリド０．１１ｍｏ１が解けているＴＨＦ溶液１００ｍｌに徐々に入れて０℃で４時間反応させた後、得られた生成物を精製して標題化合物を得た。
【００３０】
２）１，１−ジ（４−ジメチルアミノフェニル）エチレン（以下、２−ＤＭＡＰＥ）の合成
４，４' −ビス（ジメチルアミノ）ベンゾフェノン（以下、２−ＤＭＡＢＰ）を用いることのみ除外し、前記方法１と同一に標題化合物を合成した。
【００３１】
３）１，１−ジ（４−ジエチルアミノフェニル）エチレン（以下、２−ＤＥＡＰＥ）の合成
４，４' −ビス（ジエチルアミノ）ベンゾフェノン（以下、２−ＤＥＡＢＰ）を用いることのみ除外し、前記方法１と同一に標題化合物を合成した。
【００３２】
（２）陰イオン重合開始剤の合成
１）１−（４−ジメチルアミノフェニル）−１−フェニル−３−メチルペンチルリチウム（１−ＤＭＡＰＬｉ）の合成
２次ブチルリチウム（シクロヘキサンのうち１．５Ｍ）溶液を上記で合成した１−ＤＭＡＰＥとモル当量比で反応させて標題化合物を合成した。
【００３３】
２）１，１−ジ（４−ジメチルアミノフェニル）−３−メチルペンチルリチウム（２−ＤＭＡＰＬｉの合成
２次ブチルリチウム（シクロヘキサンのうち１．５Ｍ）溶液を上記で合成した２−ＤＭＡＰＥとモル当量比で反応させて標題化合物を合成した。
【００３４】
３）１，１' −ビス（４−ジエチルアミノフェニル）−３−メチルペンチルリチウム（２−ＤＥＡＰＬｉ）の合成
２次ブチルリチウム（シクロヘキサンのうち１．５Ｍ）溶液を上記で合成した２−ＤＥＡＰＥとモル当量比で反応させて標題化合物を合成した。
【００３５】
実施例１
真空乾燥させた容量１０リットルのステンレススチール圧力反応器に溶媒としてシクロヘキサン５，０００ｇ、微細構造調節のためのテトラヒドロフラン５０ｇ、単量体としてスチレン２００ｇとブタジエン８００ｇを順次注入した後、反応系の温度を５０℃に維持しながら、前記製造例で合成した開始剤１，１−ジ（４−ジエチルアミノフェニル）−３−メチルペンチルリチウム１０ｍｍｏ１を注入して３時間の間重合した。重合の完了された後末端変性のために４，４' −ビス（ジエチルアミノ）ベンゾフェノン（２−ＤＥＡＢＰ）２０ｍｍｏ１を注入して６０℃で１時間だけ反応させた後、メチルアルコ−ルで反応を終結させた。反応物を酸化防止剤の含有されたイソプロピルアルコ−ルに沈殿させた後重合体鎖の両方末端が変性された溶液重合ＳＢＲを得た。
【００３６】
実施例２
前記実施例１と同一な方法により溶液重合ＳＢＲを製造するが、但し末端変性のために２−ＤＥＡＢＰの代わりにトリブチル塩化スズ（ＴＢＴＣ）を反応させた。
【００３７】
実施例３
前記実施例１と同一な方法により溶液重合ＳＢＲを製造するが、但し末端変性のために２−ＤＥＡＢＰの代わりにトリエトキシシリルクロライド（ＴＥＳＣ）を反応させた。
【００４０】
比較例１
前記実施例１と同一な方法によりＳＢＲを製造するが、但し陰イオン重合開始剤としてブチルリチウムを用いて重合した後変性させずにのり抜き沈殿乾燥して変性させないＳＢＲを製造した。
【００４１】
実施例４
真空乾燥させた容量１０リットルのステンレススチール圧力反応器に溶媒としてシクロヘキサン５，０００ｇ、微細構造調節のためのテトラヒドロフラン２０ｇ、単量体としてブタジエン１，０００ｇを順次注入した後、反応系の温度を５０℃に維持しながら前記製造例で合成した開始剤１，１−ジ（４−ジエチルアミノフェニル）−３−メチルペンチルリチウム１０ｍｍｏ１を注入して３時間の間重合した。重合の完了された後末端変性のために４，４’−ビス（ジエチルアミノ）ベンゾフェノン（２−ＤＥＡＢＰ）２０ｍｍｏ１を注入して６０℃で１時間反応させた後、メチルアルコ−ル反応を終結させた。反応物を酸化防止剤の含有されたイソプロピルアルコ−ルで沈殿させた後乾燥させて重合体鎖の両方末端が変性されたＢＲを得た。
【００４２】
実施例５
前記実施例４と同一な方法によりＢＲを製造するが、但し末端変性のために４，４’ビス（ジエチルアミノ）ベンゾフェノンの代わりにトリブチル塩化スズ（ＴＢＴＣ）を反応させた。
【００４３】
実施例６
前記実施例４と同一な方法によりＢＲを製造するが、但し末端変性のために４，４’−ビス（ジエチルアミノ）ベンゾフェノンの代わりにトリエトキシシリルクロライド（ＴＥＳＣ）を反応させた。
【００４４】
実施例７
前記実施例４と同一な方法によりＢＲを製造するが、但し重合開始剤として１，１−ジ（４−ジメチルアミノフェニル）−３−メチルペンチルリチウムを用いた。
【００４６】
比較例２
前記実施例４と同一な方法によりＢＲを製造するが、但し重合開始剤としてブチルリチウムを用いて重合した後、変性させずにのり抜き沈殿乾燥して変性されないＢＲを製造した。
【００４７】
実験例１
重合体物性を測定し、前記実施例１〜３及び比較例１で製造されたＳＢＲを表１に示したような成分比で内部混合器とロ−ルで混合して１４５℃で最適加硫時間（ｔ９０）の間加硫してゴム試片を製造してその物性を測定した結果を下記の表２に示した。
【００４８】
このとき、物性は次のような測定方法により測定した。
−ステレン含量、ビニル含量（％）：３００ＭＨｚ  ＮＭＲを用いて測定
−ムーニ粘度（ＭＬ１＋４ａ１００℃）：ムーニ粘度器を用いて大型ローターを使用して１００℃で１分間予熱した後４分の後の測定されたトーク値。
【００４９】
−ｔａｎδ（０℃、２０℃、６０℃）：ＲＤＳを用いて変形量０．５％、周波数１０Ｈｚで測定した動的損失係数。
【００５０】
【表１】
0003653663.tif 000007
【表２】
0003653663.tif 000008
前記表２の結果から、本発明により変性された１官能性開始剤を用いて製造した両末端の変性されたＳＢＲ（実施例１〜３）は、末端が変性されないＳＢＲ（比較例１）に比べ重合体の微細構造及びムーニ粘度（分子量）が類似であるにもかかわらず、加硫ゴムの物性が優れ、特にタイヤ走行の際に回転抵抗の指標である６０℃におけるｔａｎδ値が遥かに少ないことからみて、燃費側面で優れていることがわかる。
【００５１】
実験例２
前記実施例４〜７及び比較例２で製造されたＢＲ試片で前記実験例１のようにゴム試片を製造して同一な方法による物性を測定し、その結果を下記の表３に示した。
【００５２】
【表３】
0003653663.tif 000009
前記表３の結果も表２の結果と同様な傾向を示している。即ち、本発明により変性された１官能式開始剤を用いて製造した両末端が変性されたＢＲである実施例４〜７は、末端が変性されないＢＲ（比較例２）に比べ重合体の微細構造とムーニ粘度（分子量）が類似であるにもかかわらず、加硫ゴムの物性がすぐれ、特にタイヤ走行の際に回転抵抗の指標である６０℃におけるｔａｎδ値が少なくて燃費側面で優れていることがわかる。
【００５３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の方法により非極性炭化水素系溶媒における溶解度が高い変性された陰イオン重合開始剤１，１−ジ（４−ジエチルアミノフェニエル）−３−メチルペンチルリチウム、及び１，１−ジ（４−ジメチルアミノフェニエル）−３−メチルペンチルリチウムを合成することができるし、得た開始剤を用いて両末端の変性された溶液重合スチレン−ブタジエンゴム又はブタジエンゴムを製造する場合、反応調節が容易であると共に、加硫ゴム試験の結果、物性が良好であり、特に高温（６０℃）での動的損失係数（ｔａｎδ）が減少して燃費が大きく向上されることが確認されている。