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公開番号2025026938
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-02-26
出願番号2024200868,2021523469
出願日2024-11-18,2019-11-05
発明の名称ポリマーネットワーク形成シラン組成物
出願人モメンティブパフォーマンスマテリアルズインコーポレイテッド,Momentive Performance Materials Inc.
代理人個人,個人,個人
主分類C08G 12/02 20060101AFI20250218BHJP(有機高分子化合物;その製造または化学的加工;それに基づく組成物)
要約【課題】シラン系添加剤、添加剤を含むゴム配合物、および添加剤を用いて製造されたトレッド部分を有するタイヤ、ならびにそれらの製品を形成する方法が提供される。
【解決手段】本発明の好ましい実施形態による未硬化ゴム配合物は、(1)天然ゴムおよび/または合成ゴムなどのゴム状一次ポリマーまたはポリマーブレンド;(2)補強充填剤;(3)二次ポリマーネットワークを形成するための、ネットワーク形成モノマーまたはポリマー、特に熱硬化性ネットワーク形成部分;および(4)前述のネットワーク形成ポリマーの1つまたは複数の部分を含むシランを含む。特に、その場で生成できるネットワークが好ましい。硬化ゴム配合物は、硫化物結合を介してゴム鎖に直接ではなく、ゴムマトリックス内に、それに結合された二次ポリマーネットワークを有するシリカを含むべきである。
【選択図】なし
特許請求の範囲【請求項１】
少なくとも１つの加水分解性シリル基および少なくとも１つのアルコキシメチルアミノ官能基を含む、加水分解性アルコキシメチルアミノ官能性シランであって、ここでアルコキシメチルアミノ官能基および加水分解性シリル基はそれぞれ有機基のｓｐ
２
炭素原子に結合して、Ｎ－Ｃ共有結合を形成し、そしてここで少なくとも１つのアルコキシメチルアミノ官能基は下記構造を有し、
（Ｒ
１
ＯＣＨ
２
）
２
Ｎ－
ここでＲ
１
は独立して水素、１から１０個の炭素原子を有するアルキル基、３から１０個の炭素原子を有するシクロアルキル基、２から１０個の炭素原子を有するアルケニル基、６から１２個の炭素原子を有するアリール基、または７から１２個の炭素原子を有するアラルキル基であり；そして
少なくとも１つの加水分解性シリル基は、化学式（ＩＩ）を有し、
JPEG
2025026938000043.jpg
14
164
ここで
各Ｒ
２
は、独立して水素、１から１０個の炭素原子および任意にて少なくとも１個の酸素原子を有するアルキル基、３から１０個の炭素原子を有するシクロアルキル基、２から１０個の炭素原子を有するアルケニル基、６から１２個の炭素原子を有するアリール基、または７から１２個の炭素原子を有するアラルキル基であり；
各Ｒ
３
は独立して１から３個の炭素原子を有するアルキル基またはフェニルであり；
Ｒ
４
は、１から１０個の炭素原子および任意にて少なくとも１個の酸素原子を有するアルキレン基、３から１０個の炭素原子を有するシクロアルキレン基、２から１０個の炭素原子を有するアルケニレン基、６から１２個の炭素原子を有するアリーレン基、７から１４個の炭素原子を有するアラルキレン基であり；
各Ｘは、－ＳＣＨ
２
－、
JPEG
2025026938000044.jpg
11
165
－ＮＲ
１
Ｃ（＝Ｏ）Ｎ（Ｒ
１
）ＣＨ
２
－、
JPEG
2025026938000045.jpg
12
165
－ＮＲ
１
（Ｃ＝Ｏ）ＯＣＨ
２
－、－ＯＣＨ
２
－、－ＮＲ
１
ＣＨ
２
－、または－ＯＣＨ
２
ＣＨ（ＯＨ）ＣＨ
２
ＯＣＨ
２
－基であり、ここで基のメチレン炭素原子は窒素原子、または－ＮＨ（Ｃ＝Ｏ）－、－ＯＣＨ
２
ＣＨ（ＯＨ）ＣＨ
２
－、または式（ＩＩ）に示されるＲ
４
基と窒素原子との間の結合を形成する化学結合に結合しており；そして
下付き文字ａは、１、２、または３に等しい整数であり、但し式（ＩＩ）に示す窒素原子はｓｐ
２
混成炭素原子に結合しているという条件である、
加水分解性アルコキシメチルアミノ官能性シラン。
続きを表示（約 6,400 文字）【請求項２】
加水分解性アルコキシメチルアミノ官能性シランの少なくとも１つは、式ＩＩＩまたはＩＶまたはその立体異性体の化学構造を有し、
JPEG
2025026938000046.jpg
71
168
または
JPEG
2025026938000047.jpg
52
168
ここで
各Ｒ
１
は、独立して水素、１から１０個の炭素原子を有するアルキル基、３から１０個の炭素原子を有するシクロアルキル基、２から１０個の炭素原子を有するアルケニル基、６から１２個の炭素原子を有するアリール基、または７から１２個の炭素原子を有するアラルキル基であり；
各Ｒ
２
は独立して、水素、１から１０個の炭素原子および任意にて少なくとも１個の酸素原子を有するアルキル基、３から１０個の炭素原子を有するシクロアルキル基、２から１０個の炭素原子を有するアルケニル基、６から１２個の炭素原子を有するアリール基、または７から１２個の炭素原子を有するアラルキル基であり；
各Ｒ
３
は独立して１から３個の炭素原子を有するアルキル基またはフェニルであり；
各Ｒ
４
は、独立して、１から１０個の炭素原子および任意にて少なくとも１個の酸素原子を有するアルキレン基、３から１０個の炭素原子を有するシクロアルキレン基、２から１０個の炭素原子を有するアルケニレン基、６から１２個の炭素原子を有するアリーレン基、７から１４個の炭素原子を有するアラルキレン基であり；
Ｒ
５
およびＲ
７
の各々は独立してフェニル、－Ｎ（ＣＨ
２
ＯＲ
１
）
２
、－Ｎ（ＣＨ
２
ＯＲ
１
）（ＸＲ
４
Ｓｉ（Ｒ
３
）
３－ａ
（ＯＲ
２
）
ａ
）、－Ｎ（ＸＲ
４
Ｓｉ（Ｒ
３
）
３－ａ
（ＯＲ
２
）
ａ
）
２
、
JPEG
2025026938000048.jpg
58
163
または
JPEG
2025026938000049.jpg
58
164
であり；
Ｒ
６
、Ｒ
８
およびＲ
９
の各々は独立して水素、－ＣＨ
２
ＯＲ
１
または－ＸＲ
４
Ｓｉ（Ｒ
３
）
３－ａ
（ＯＲ
２
）
ａ
であり；
各Ｘは、独立して－ＳＣＨ
２
－、
JPEG
2025026938000050.jpg
10
164
【請求項３】
各Ｒ
１
は、独立して、１から３個の炭素原子を有するアルキル基であり；
各Ｒ
２
は、独立して、１から３個の炭素原子を有するアルキル基であり；
各Ｒ
３
は、独立して、１から３個の炭素原子を有するアルキル基であり；各Ｒ
４
は、独立して、１から６個の炭素原子を有するアルキレン基であり；
Ｒ
５
およびＲ
７
の各々は、独立して、－Ｎ（ＣＨ
２
ＯＲ
１
）
２
、または－Ｎ（ＣＨ
２
ＯＲ
１
）（ＣＨ
２
ＸＲ
４
Ｓｉ（Ｒ
３
）
３－ａ
（ＯＲ
２
）
ａ
）であり；
Ｒ
６
、Ｒ
８
、およびＲ
９
の各々は－ＣＨ
２
ＯＲ
１
であり；
各Ｘは、独立して、－ＳＣＨ
２
－または－ＮＲ
１
ＣＨ
２
－基であり；下付き文字ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｘ、およびｙは独立して整数であり、ここでａは３であり；ｂは１であり；ｃは１であり：ｘは１、２、または３であり：そしてｙは０である、
請求項２に記載の加水分解性アルコキシメチルアミノ官能性シラン。
【請求項４】
前記シランは、１－（５－トリメトキシシリル－２－チアペンチル）－１，３，３－トリス－メトキシメチル尿素、１，３－ビス－（１－（５－トリメトキシシリル－２－チアペンチル）－１，３－ビス－メトキシメチル尿素、３，３－ビス－（３－ジメトキシシリル－２－チアプロピル）－１，１－ビス－メトキシメチル尿素、１－（５－トリエトキシシリル－２－チアペンチル）－１，３，３－テトラ－エトキシメチル尿素、１－（５－トリエトキシシリル－２－アザ－２－メチル－ペンチル）－１，３，３－トリス－エトキシメチル尿素、１，３－ビス－（７－トリエトキシシリル－２，４－ジアザ－３－オキソ－ヘプチル）－１，３－ビス－エトキシメチル尿素、３，３－ビス－（１－（５－トリエトキシシリル－２－チアペンチル）－１，１－ビス－エトキシメチル尿素、１－（５－トリエトキシシリル－２－チアペンチル）－１，３，３－トリス－プロポキシメチル尿素、１－（５－トリエトキシシリル－２－チアペンチル）－１，３，３－トリス－プロポキシメチル尿素、１，３－ビス－（５－トリプロポキシシリル－２－チアペンチル）－１，３－ビス－プロポキシメチル尿素、３，３－ビス－（５－トリプロポキシシリル－２－チアペンチル）－１，１－ビス－プロポキシメチル尿素、１，３－ビス－（５－トリプロポキシシリル－２－チアペンチル）－１，３，３－テトラ－ブトキシメチル尿素、１－（５－トリフェノキシシリル－２－チアペンチル）－１，３，３－テトラ－フェノキシメチル尿素、Ｎ－［１－（５－トリエトキシシリル－２－チアペンチル）－１，３－トリス－エトキシメチルウレイドメチル］－１，３，３－テトラ－エトキシメチル尿素、Ｎ、Ｎ’－ビス－［（１－（５－トリエトキシシリル－２－チアペンチル）－１，３－ビス－エトキシメチルウレイドメチル］－１，３－ビス－エトキシメチル尿素、Ｎ，Ｎ’－ビス－［１－（５－トリエトキシシリル－２－チアペンチル）－１，３－ビス－エトキシメチルウレイド－メトキシメチル］－１，３－ビス－エトキシメチル尿素、Ｎ－（５－トリエトキシシリル－２－チアペンチル）－Ｎ，Ｎ’，Ｎ’，Ｎ’’，Ｎ’’－ペンタキス－メトキシメチル－［１，３，５］トリアジン－２，４，６－トリアミン、Ｎ，Ｎ’’－ビス－（５－トリエトキシシリル－２－チアペンチル）－Ｎ，Ｎ’，Ｎ’，Ｎ’’－テトラキス－メトキシメチル－［１，３，５］トリアジン－２，４，６－トリアミン、Ｎ’，Ｎ’’－（５－トリエトキシシリル－２－チアペンチル）－Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’’－テトラキス－メトキシメチル－［１，３，５］トリアジン－２，４，６－トリアミン、Ｎ－（５－トリエトキシシリル－２－アザ－２－メチル－ペンチル）－Ｎ，Ｎ’，Ｎ’，Ｎ’’，Ｎ’’－ペンタキス－エトキシメチル－［１，３，５］トリアジン－２，４，６－トリアミン、Ｎ’’－（７－トリエトキシシリル－２，４－ジアザ－３－オキソ－ヘプチル）－Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’，Ｎ’’－ペンタキス－エトキシメチル－［１，３，５］トリアジン－２，４，６－トリアミン、Ｎ’，Ｎ’’－（７－トリエトキシシリル－２，４－ジアザ－３－オキソ－ヘプチル）－Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’’－テトラキス－エトキシメチル－［１，３，５］トリアジン－２，４，６－トリアミン、Ｎ－（５－トリエトキシシリル－２－アザ－２－メチル－ペンチル）－Ｎ，Ｎ’，Ｎ’，Ｎ’’，Ｎ’’－ペンタキス－プロポキシメチル－［１，３，５］トリアジン－２，４，６－トリアミン、およびＮ－（５－トリエトキシシリル－２－アザ－２－メチル－ペンチル）－Ｎ，Ｎ’，Ｎ’，Ｎ’’，Ｎ’’－ペンタキス－フェノキシメチル－［１，３，５］トリアジン－２，４，６－トリアミンからなる群から選択される、請求項１に記載の加水分解性アルコキシメチルアミノ官能性シラン。
【請求項５】
加水分解性アルコキシメチルアミノ官能性シランを調製するための方法であって、
（ｉ）一般式（ＶＩＩ）または（ＶＩＩＩ）の構造を有するアミノ樹脂を、
JPEG
2025026938000052.jpg
55
167
または
JPEG
2025026938000053.jpg
43
167
ここで
各Ｒ
１０
は、独立して、１から１０個の炭素原子を有するアルキル基、３から１０個の炭素原子を有するシクロアルキル基、２から１０個の炭素原子を有するアルケニル基、６から１２個の炭素原子を有するアリール基、７から１２個の炭素原子を有するアラルキル基、または水素であり；
各Ｒ
１１
は、独立して、フェニル、－Ｎ（ＣＨ
２
ＯＲ
１０
）
２
、または－ＮＨ（ＣＨ
２
ＯＲ
１０
）であり：
各Ｒ
１２
は、独立して、水素、または－ＣＨ
２
ＯＲ
１０
であり：
ｄおよびｚの各々は整数であり、ここでｄは０または１であり、そしてｚは１から４０であり、
各Ｒ
１２
は、－ＣＨ
２
ＯＲ
１０
であり、
一般式（Ｘ）を有する官能基を含むシランと接触させること、
（Ｒ
２
Ｏ）
ａ
Ｒ
３
３－ａ
ＳｉＲ
４
Ｘ
１
Ｈ（Ｘ）
ここで
各Ｒ
２
は、独立して、水素、１から１０個の炭素原子および任意にて少なくとも１個の酸素原子を有するアルキル基、３から１０個の炭素原子を有するシクロアルキル基、２から１０個の炭素原子を有するアルケニル基、６から１２個の炭素原子を有するアリール基、または７から１２個の炭素原子を有するアラルキル基であり；
各Ｒ
３
は、独立して、１から３個の炭素原子を有するアルキル基またはフェニルであり；
Ｒ
４
は、１から１０個の炭素原子および任意にて少なくとも１個の酸素原子を有するアルキレン基、３から１０個の炭素原子を有するシクロアルキレン基、２から１０個の炭素原子を有するアルケニレン基、６から１２個の炭素原子を有するアリーレン基、７から１４個の炭素原子を有するアラルキレン基であり；
Ｘ
１
は、－Ｏ－、－Ｓ－、－ＮＲ
１３
－、－ＮＲ
１３
Ｃ（＝Ｏ）ＮＲ
１３
－であり、ここでＲ
１３
は、水素、１から１０個の炭素原子および任意にて少なくとも１個の酸素原子を有するアルキル基、３から１０個の炭素原子を有するシクロアルキル基、２から１０個の炭素原子を有するアルケニル基、６から１２個の炭素原子を有するアリール基、または７から１２個の炭素原子を有するアラルキル基であり；
ａは、０、１、または２に等しい整数であり、あるいは
少なくとも１つのＲ
１２
が水素または－ＣＨ
２
ＯＨである一般式（ＶＩＩ）、（ＶＩＩＩ）または（ＩＸ）の構造を有するアミノ樹脂を、一般式（ＸＩ）を有する官能基を含むシランと接触させること、
（Ｒ
２
Ｏ）
【請求項６】
反応中に副生成物が形成された場合、反応混合物からＲ
１０
ＯＨ、Ｒ
１３
ＯＨ、Ｒ
１３
２
ＮＨ、ＨＣｌおよびＨＢｒからなる群から選択される副生成物を除去することをさらに含み、ここで－Ｘ
１
Ｈ基のＲ
１０
ＯＣＨ
２
Ｎ－基に対する、または－Ｘ
２
のＲ
１２
基の対するモル比は約０．１から約０．８である、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
方法は、ゴムポリマー（ａ）およびそれに水が結合した補強充填剤（ｂ）を含むゴム組成物中でその場で実施され、そしてここで官能基を含むシランは、水または補強充填剤に結合した水と反応してシラノールを形成し、そして前記シラノールは補強充填剤と反応して、充填剤と複数の共有化学結合を形成する、請求項５に記載の方法。
【請求項８】
（ａ）ゴム状ポリマーまたはポリマーのブレンド；
（ｂ）請求項１に記載の加水分解性アルコキシメチルアミノ官能性シランと反応性である少なくとも１つの補強充填剤；
（ｃ）少なくとも１つの有機樹脂；
（ｄ）請求項１に記載の少なくとも１つの加水分解性アルコキシメチルアミノ官能性シラン；
（ｅ）任意にて、少なくとも１つの活性水素含有有機化合物；および
（ｆ）任意にて、少なくとも１つの硫黄供与化合物、を含むゴム組成物。
【請求項９】
アルコキシメチルアミノ官能性シラン（ｄ）の量は、ゴム組成物の総重量に基づいて約０．２から約２０重量パーセントの範囲であり、ゴム成分（ａ）は、ゴム組成物の総重量に基づいて、約２５から約９５重量パーセントの範囲であり、アルコキシメチルアミノ官能性シラン（ｄ）と反応性である補強充填剤（ｂ）は、ゴム組成物の総重量に基づいて、約２から約７０重量パーセントの範囲であり、有機樹脂（ｃ）は、ゴム組成物の総重量に基づいて、約０．２から約２５重量パーセントの範囲であり、活性水素含有化合物（ｅ）は、ゴム組成物の総重量に基づいて、約０．２から約２５重量パーセントの範囲であり、そして硫黄供与化合物（ｆ）の量は、ゴム組成物の総重量に基づいて、約０．２から約５重量パーセントの範囲である、請求項８に記載のゴム組成物。
【請求項１０】
（ｉ）（ａ）ゴム状ポリマーまたはポリマーのブレンドおよび（ｆ）少なくとも１つの硫黄供与化合物を含む一次ポリマーネットワーク；および
（ｉｉ）（ｂ）少なくとも１つの補強充填剤、（ｃ）少なくとも１つの有機樹脂、（ｄ）請求項１に記載の少なくとも１つの加水分解性アルコキシメチルアミノ官能性シラン、および（ｅ）少なくとも１つの活性水素含有有機化合物を含む二次ポリマーネットワークの組み合わせを含む、ゴム組成物。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、加水分解性シラン、ポリマーネットワーク形成加水分解性シラン組成物、それらの調製方法、およびそれらを含むゴム組成物に関する。
続きを表示（約 2,000 文字）【背景技術】
【０００２】
カーボンブラックは、トラックのタイヤにおける優れた充填材の選択肢である。参照により全体が本明細書に組み込まれる米国特許第６，６０８，１３２号は、カーボンブラックの粒子サイズおよび構造が、トレッド摩耗、転がり抵抗、熱蓄積および引裂抵抗などのタイヤの特定の主要性能特性に影響を及ぼし得ることを示している。
【０００３】
カーボンブラックの高構造と高表面積により、耐摩耗性と耐引裂性を向上させることができる一方で、これらの特性は、通常、非常にヒステリシスのあるタイヤコンパウンドにつながる。ヒステリシスは転がり抵抗に悪影響を及ぼすことがあり得、その結果、走行マイルあたりの燃料使用量に悪影響を及ぼすことがあり得る。企業平均燃費（ＣＡＦＥ）基準、温室効果ガス（ＧＨＧ）規制、環境保護庁（ＥＰＡ）規制、欧州タイヤ表示規制などの規制推進者は、エネルギーの節約を重視している。その結果、タイヤメーカーは、タイヤの摩耗とトラクション(ハンドリング)特性を維持しながら、転がり抵抗の低いタイヤを製造することにますます努めている。ゴム組成物が従来のカーボンブラック充填剤を、特にトラック、大型車およびバスのタイヤ用途において使用する場合、耐摩耗性、転がり抵抗、トラクションの間のトレードオフにより、転がり抵抗、摩耗、およびトラクション(ハンドリング)特性のバランスを改善する技術が必要となった。
【０００４】
参照によりその全体が本明細書に組み込まれる米国特許第５，２２７，４２５号によれば、ゴム成分は、溶液中で製造された共役ジエンとビニル含有芳香族化合物の共重合体であり、そしてカーボンブラック充填剤が部分的または完全にシリカおよびシランカップリング剤で置き換えられたタイヤトレッド組成物が開示されている。
【０００５】
参照によりその全体が本明細書に組み込まれる米国特許第６，０４６，２６６号は、ゴムが、天然または合成シス１，４－ポリイソプレンゴムとシス１，４－ポリブタジエンゴムとを含む混合物であり、そして充填剤が、カーボンブラック充填剤と沈降シリカ充填剤の混合物であるタイヤトレッド組成物を開示している。ゴム成分のそれぞれは、規定されたガラス転移温度を有し、そして規定された範囲内で使用されている。タイヤトレッド組成物は、シランカップリング剤を含み、所定の充填剤の添加順序で調製されている。
【０００６】
参照によりその全体が本明細書に組み込まれる米国特許第５，３９６，９４０号は、ゴムがエポキシ化天然ゴムとシス－１，４－ポリイソプレンを含む混合物であり、そしてカーボンブラック充填剤の一部または全部をシリカ充填剤とシランカップリング剤に置き換えたタイヤトレッド組成物を開示している。
【０００７】
P.J. Martin et al., Rubber Chemistry and Technology vol. 88, page390 (2015)は、天然ゴム、ブタジエンゴムおよびカーボンブラック充填剤を含むトラックタイヤ配合物を、カーボンブラック充填剤をシリカ充填剤およびシランカップリング剤に置き換えた同様の配合物と比較している。
【０００８】
参照によりその全体が本明細書に組み込まれるM. Wang et al., Rubber Chemistry andTechnology vol. 74, page 124 (2001)は、ゴム組成物中のカーボンブラック充填剤またはシリカ充填剤をカーボン－シリカ二相充填剤に置き換えることを論じている。カーボン－シリカ二相充填剤は、個々の粒子がカーボン相中に微細に分散したシリカ相を含む粒子を有していた。カーボン相は、水素と酸素の微量成分を含むことがあり得る。
【０００９】
ゴム組成物中のカーボンブラック充填剤をシリカ充填剤またはカーボン－シリカ二相充填剤で部分的または完全に置換すること、およびゴムまたはゴムの混合物の選択および／または加工による配合の最適化が知られている。シリカ充填剤またはカーボン－シリカ二相充填剤を含むゴム組成物は、シランカップリング剤を使用してゴムポリマーに化学的に結合することができる。ゴムと充填剤の化学的結合により、転がり抵抗、摩耗、および／またはトラクション（ハンドリング）の間で重大なトレードオフが生じることがよくある。
【００１０】
したがって、タイヤおよび他のゴム製品、特に、特殊タイヤ、大型車用タイヤ、バス用タイヤ、トラック用タイヤの製造に使用できる、低いヒステリック特性 (低い転がり抵抗)、摩耗特性およびトラクション (ハンドリング) の改善されたバランスを有するゴム組成物を提供する必要が依然としてある。
【発明の概要】
（【００１１】以降は省略されています）

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