[发明专利]官能化聚合物、橡胶组合物和充气轮胎

说明书

技术领域

本发明涉及官能化聚合物的合成及其在橡胶胶料和轮胎材料中的用途。特别地，本发明涉及官能化聚合物、橡胶组合物和充气轮胎。

背景技术

近年来，对于官能化聚合物存在增长的需求。官能化聚合物可以通过各种活性/受控聚合技术来合成。在基于活性碳负离子(carbanionic)中心的活性聚合法中，来自元素周期表的I和II族的金属通常用来引发单体聚合成为聚合物。例如，锂、钡、镁、钠和钾为经常用于这种聚合的金属。此类引发剂体系具有商业重要性，因为它们可用于生产立构规整(stereo regulated)的聚合物。例如，锂引发剂可以用来引发异戊二烯阴离子聚合成为合成聚异戊二烯橡胶，或引发1,3-丁二烯聚合成为具有所需微观结构的聚丁二烯橡胶。

这种聚合中形成的聚合物在其聚合物链的生长末端具有用来引发聚合的金属，并且有时称为活性聚合物。它们被称为活性聚合物是因为它们的聚合物链包含末端金属引发剂，该末端金属引发剂继续生长或是活性的，直到所有的可用单体耗尽。通过使用这种金属引发剂制备的聚合物通常具有基本线性的结构，并且通常不包含可察觉数量的支化。

本发明详述了官能化聚合物的合成及其在橡胶胶料和轮胎材料中的用途。通常为获得最好的轮胎工作性能，官能化聚合物是高度需要的。为了降低轮胎的滚动阻力和改善轮胎的胎面耐磨特性，轮胎胎面胶组合物中已经使用具有高回弹物理性能(低迟滞性)的官能化弹性体。但是，为了提高轮胎胎面的抗湿滑性，此类胎面胶组合物中有时已经使用具有相对较低回弹物理性能(较高迟滞性)，由此遭受较大能量损失的橡胶状聚合物。为获得轮胎胎面胶组合物的这种相对不一致的粘弹性能，轮胎胎面中可以使用各种类型的合成和天然橡胶的共混物(混合物)。

由活性聚合技术制备的官能化橡胶状聚合物典型地与硫，促进剂，抗降解剂，填料，例如炭黑，二氧化硅或淀粉，以及其它所需橡胶化学制品进行配混(compounded)，然后随后硫化或固化成为有用的制品形式，例如轮胎或传动带。已经证实这种固化橡胶的物理性能取决于填料均匀地分散在整个橡胶中的程度。这进而与填料对于特定橡胶状聚合物所具有的亲合性水平有关。这在改善使用这种橡胶组合物制造的橡胶制品的物理特性方面具有实用重要性。例如，可以通过改善炭黑和/或二氧化硅与用于其中的橡胶状聚合物的亲合性来改善轮胎的滚动阻力和牵引力特性。因此，高度需要的是改善给定橡胶状聚合物与填料，例如炭黑和二氧化硅的亲合性。

在轮胎胎面胶料中，填料和橡胶状聚合物之间更好的相互作用产生较低的迟滞性，并且因此用这种橡胶胶料制造的轮胎具有较低的滚动阻力。60℃下的低Tanδ值为低迟滞性的指示，并且因此使用这种在60℃具有低Tanδ值的橡胶胶料制造的轮胎通常显示较低的滚动阻力。轮胎胎面胶料中填料和橡胶状聚合物之间更好的相互作用通常也在0℃下产生更高的Tanδ值，这是牵引力特性更好的指示。

橡胶和炭黑之间的相互作用归因于炭黑表面上的含氧官能团和橡胶之间的物理吸附(absorption)(范德华力)和化学吸附(chemisorption)的组合(参见D. Rivin，J. Aron，和A. Medalia，Rubber Chem. & Technol. 41，330 (1968)和A. Gessler，W. Hess，和A Medalia，Plast. Rubber Process，3，141 (1968))。各种其它化学改性技术，特别是用于由溶液聚合制造的丁苯橡胶(S-SBR)，也已经描述用于通过改善聚合物-填料相互作用来降低迟滞损耗。在这些技术之一中，用氨基二苯甲酮改性溶液橡胶链端。这极大地改善了聚合物与炭黑表面上的含氧基团之间的相互作用(参见N. Nagata，Nippon Gomu Kyokaishi，62，630 (1989))。阴离子溶液聚合物的锡偶联是另一种通常使用的链端改性方法，其按照推测通过增强与炭黑表面上的醌基的反应来促进聚合物-填料相互作用。这种相互作用的影响降低了炭黑颗粒之间的聚集，进而改善分散并最终降低迟滞性。

发明内容

本发明提供用于端基官能化橡胶状活性聚合物的低成本方法，以改善其与填料，例如炭黑和/或二氧化硅的亲合性。这种官能化聚合物可以有利地用于制造其中需要改善的聚合物/填料相互作用的轮胎和其它橡胶产品。在轮胎胎面胶料中，这可以产生更低的聚合物迟滞性，进而可以提供更低水平的轮胎滚动阻力。

本发明涉及官能化弹性体，其包含活性阴离子弹性聚合物和式I的聚合终止剂的反应产物