[发明专利]官能化聚合物和制造及使用的方法

说明书

背景技术

橡胶制品如轮胎胎面经常由含有一种或多种补强材料如粒状炭黑和二氧化硅的弹性体组合物制成；参见，例如TheVanderbilt Rubber Handbook，13th ed.(1990)，pp.603-04。

良好的抓地性和耐磨性对于轮胎胎面是首要的考虑；然而，机动车的燃料效率涉及对于与在轮胎运行期间的滞后下降和生热性有关的它们的滚动阻力最小化的争论。不幸的是，由设计以提供良好路面抓地性的组合物制成的胎面典型地显示增加的滚动阻力。

典型地选择填料、聚合物和添加剂以提供这些性质可接受的折衷或平衡。保证补强填料良好地分散遍布于弹性体材料中不仅提高可加工性而且对改进物理性质起作用。填料的分散可以通过增加它们与弹性体的相互作用来改进。这种努力的实例包括在选择性的反应性促进剂存在下的高温混炼、配混材料的表面氧化、表面接枝和典型地在其末端对聚合物的化学改性。

各种弹性体材料经常用于制造硫化橡胶如轮胎组件。除了天然橡胶以外，最常采用的一些包括经常通过采用催化剂的方法制成的高顺聚二烯烃，以及经常通过采用阴离子引发剂的方法制成的苯乙烯/丁二烯共聚体。可引入至高顺聚二烯烃中的官能团经常不能引入至阴离子引发的苯乙烯/丁二烯共聚体中，反之亦然。

用镧系元素基催化剂生产的顺式-1，4-聚二烯烃通常具有线性结构，认为该顺式-1，4-聚二烯烃提供改进的拉伸性、改进的耐磨性和耐疲劳性、和滞后损失的下降。如此得到的这种顺式-1，4-聚二烯烃特别适合用于轮胎组件如胎侧和胎面。

发明内容

一方面，提供具有包括二甲硅烷氨基的末端部分的聚合物。该末端部分可以是除二甲硅烷氨基以外还包括含有至少一个杂原子的基团的化合物的残基。在一些实施方案中，该末端部分可具有通式：

其中，各R独立地为H原子或者取代或未取代的单价有机基团(如，烃基)；R¹为取代或未取代的二价有机基团，例如但不限于，亚烃基；J为O或S；和各R′独立地为R或两个R′基团一起形成取代或未取代的二价有机基团，该二价有机基团与二甲硅烷氨基的两个Si原子和N原子一起构成环状官能团。

另一方面，提供一种官能化聚合物，所述官能化聚合物包括末端活性的(如，碳负离子的或假活性的)聚合物链与如下化合物的反应产物，该化合物包括二甲硅烷氨基和能够与末端活性聚合物反应的基团如(硫)酮基或环氧(或S类似物，即，环硫)基团。还提供在制造这类官能聚合物中可用的方法。在一些实施方案中，与聚合物反应的化合物(此处也称作“反应性化合物”)可具有由下式定义的结构：

其中，R、R′和R¹如上定义，Q为能与末端活性聚合物反应的含杂原子的基团；在一些实施方案中，Q可具有下式的任一种：

其中R和J如上定义。

再一方面，提供通过下式定义的大分子：

其中，{p}表示聚合物链，R、R′、R¹和J如上定义。

无论如何表征，该聚合物都可与粒状填料如炭黑和二氧化硅相互作用。还提供包括含粒状填料和此类聚合物的硫化橡胶的组合物，以及提供和使用此类组合物的方法。

在这些方面的任一方面或每一方面，该聚合物可包括直接键合的芳族侧基，可为基本上线性的，和/或可在聚合物链内和/或聚合物链的侧基包括不饱和度。该不饱和度由多烯链节单元的引入而产生，并优选沿聚合物链是基本无规的。

根据以下说明性的实施方案的描述，本发明的其它方面对于本领域的普通熟练技术人员将显而易见。为了有助于理解该描述，以下紧接着提供一些定义。这些定义意欲应用于全文，除非上下文明确表明相反的意图：

“聚合物”指一种或多种单体的聚合产物，并包括均聚物、共聚物、三元聚合物、四元聚合物等；

“大分子”指在它的结构中包括两个以上聚合物链的化学品；

“链节”或“链节单元”指衍生自单一反应物分子的聚合物的部分(例如，乙烯链节具有通式-CH₂CH₂-)；

“共聚物(copolymer)”指包括衍生自两种通常为单体的反应物的链节单元的聚合物，并包括无规、嵌段、链段和接枝等的共聚物；

“共聚体(interpolymer)”指包括衍生自至少两种通常为单体的反应物的链节单元的聚合物，并包括共聚物、三元聚合物和四元聚合物等；

“(硫)酮基”意指酮基或硫酮基；