WO2017038725A1 - 被覆重合体粒子、樹脂改質剤、ゴム組成物及びタイヤ - Google Patents

被覆重合体粒子、樹脂改質剤、ゴム組成物及びタイヤ Download PDF

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WO2017038725A1
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mass
polymer
meth
coated polymer
monomer
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PCT/JP2016/075088
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康成 梅田
敦 稲富
大輔 香田
神原 浩
久保 敬次
社地 賢治
Original Assignee
株式会社クラレ
アミリス,インコーポレイティド
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60CVEHICLE TYRES; TYRE INFLATION; TYRE CHANGING; CONNECTING VALVES TO INFLATABLE ELASTIC BODIES IN GENERAL; DEVICES OR ARRANGEMENTS RELATED TO TYRES
    • B60C1/00Tyres characterised by the chemical composition or the physical arrangement or mixture of the composition
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08FMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F2/00Processes of polymerisation
    • C08F2/44Polymerisation in the presence of compounding ingredients, e.g. plasticisers, dyestuffs, fillers
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08FMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F279/00Macromolecular compounds obtained by polymerising monomers on to polymers of monomers having two or more carbon-to-carbon double bonds as defined in group C08F36/00
    • C08F279/02Macromolecular compounds obtained by polymerising monomers on to polymers of monomers having two or more carbon-to-carbon double bonds as defined in group C08F36/00 on to polymers of conjugated dienes
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    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08KUse of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08LCOMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L21/00Compositions of unspecified rubbers
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/80Technologies aiming to reduce greenhouse gasses emissions common to all road transportation technologies
    • Y02T10/86Optimisation of rolling resistance, e.g. weight reduction 

Definitions

  • the present invention relates to coated polymer particles, a resin modifier using the same, a rubber composition, and a tire. More specifically, the present invention relates to coated polymer particles useful as a resin modifier for tire applications, for example.
  • Polymer particles containing a conjugated diene polymer are known as resin modifiers.
  • resin modifiers for example, in tire applications, polymer particles made of styrene / butadiene rubber gel having a swelling index in toluene in a specific range and a particle size in a specific range are mixed with rubber to improve wear resistance and rolling. It is known that the resistance performance can be improved (see Patent Document 1).
  • polymer particles using styrene and butadiene have a problem that the addition of the polymer particles decreases the mechanical strength such as elongation at break and breaking strength of the tire (hereinafter also simply referred to as “mechanical strength”).
  • mechanical strength such as elongation at break and breaking strength of the tire
  • the present invention has been made in view of the above-described present situation, and in a tire application, coated polymer particles having excellent mechanical strength while maintaining excellent rolling resistance performance, and a resin modifier and rubber using the same
  • An object is to provide a composition and a tire.
  • the coated polymer particles have particles and an outermost coating covering at least a part of the particles, and the outermost coating is farnesene.
  • the present inventors have found that the above problems can be solved by coated polymer particles that are polymers containing monomer units derived from the present invention.
  • the present invention relates to the following [1] to [13].
  • Coated polymer particles having particles (x) and an outermost coating covering at least a part of the particles (x) contain the polymer (A), Coated polymer particles, wherein the outermost coating contains a polymer (B) containing a monomer unit derived from farnesene.
  • the polymer (A) is a copolymer including a monomer unit derived from a conjugated diene and a monomer unit derived from another radical polymerizable monomer (a) other than the conjugated diene.
  • the content of the monomer unit derived from the radical polymerizable monomer (a) in the polymer (A) is in the range of 5 to 95% by mass with respect to the total mass of the polymer (A).
  • the radical polymerizable monomer (b) is a conjugated diene other than farnesene, an aromatic vinyl compound, (meth) acrylic acid and its salt, (meth) acrylic acid ester, and (N-alkyl) (meth).
  • the radical polymerizable monomer (b) is (meth) acrylic acid and a salt thereof, (meth) acrylic acid hydroxyalkyl ester, (meth) acrylic acid glycidyl ester, (meth) acrylic acid N, N′— Any one of [5] to [7] above, which is at least one selected from the group consisting of a dialkylaminoalkyl ester, (meth) acrylic acid trialkoxysilylalkyl ester, and (N-alkyl) (meth) acrylamide. Coated polymer particles.
  • polymer (B) containing a farnesene-derived monomer unit is also simply referred to as “polymer (B)”, and the “radically polymerizable monomer (b)” is simply referred to as “monomer (b). ) ".
  • a monomer unit derived from farnesene is also simply referred to as “farnesene unit”
  • a monomer unit derived from conjugated diene is also simply referred to as “conjugated diene unit”.
  • (meth) acryl means one or two selected from “methacryl” and “acryl”, and “(N-alkyl) (meth) acrylamide” It means one or more selected from “(meth) acrylamide” and “N-alkyl (meth) acrylamide”.
  • coated polymer particles having excellent mechanical strength while maintaining excellent rolling resistance performance in tire applications, and a resin modifier, a rubber composition and a tire using the same.
  • the coated polymer particle of the present invention is a coated polymer particle having a particle (x) and an outermost coating film covering at least a part of the particle (x), and the particle (x) is a polymer (A). And the outermost coating contains a polymer (B) containing farnesene-derived monomer units.
  • the particle (x) is a portion of the inner layer in the coated polymer particle, and the outermost coating is a portion of the outermost layer.
  • “coating” refers to a state in which the outermost coating covers at least a part of the surface of the particle (x), and preferably covers the entire surface.
  • the particles (x) in the present invention contain the polymer (A).
  • Monomers that can form the polymer (A) of the present invention include conjugated dienes such as butadiene, isoprene, and farnesene; aromatic vinyl compounds such as styrene, ⁇ -methylstyrene, and tert-butylstyrene; (meth) acrylic acid And salts thereof; (meth) acrylic acid esters such as methyl (meth) acrylate, ethyl (meth) acrylate, n-propyl (meth) acrylate, isopropyl (meth) acrylate; (meth) acrylamide, N-methyl (N-alkyl) (meth) acrylamides such as (meth) acrylamide and N-ethyl (meth) acrylamide; nitriles such as (meth) acrylonitrile; vinyl ethers such as methyl vinyl ether, ethyl vinyl
  • the polymer (A) is preferably a polymer containing a monomer unit derived from a conjugated diene (conjugated diene unit) from the viewpoint of rolling resistance performance and mechanical strength.
  • conjugated diene units are formed by polymerization of the conjugated diene described above.
  • the conjugated diene is preferably at least one selected from the group consisting of butadiene, isoprene and farnesene, more preferably at least one selected from the group consisting of butadiene and farnesene, from the viewpoint of rolling resistance performance and mechanical strength. Or, a combination of butadiene and farnesene is more preferable.
  • the mass ratio of butadiene to farnesene [butadiene / farnesene] is preferably 20/80 to 80/20, and preferably 30/70 to 70 from the viewpoint of rolling resistance performance and mechanical strength. / 30 is more preferable, and 40/60 to 60/40 is more preferable. From the viewpoint of mechanical strength, the mass ratio of butadiene to farnesene [butadiene / farnesene] is preferably 30/70 to 100/0, and more preferably 40/60 to 100/0.
  • farnesene When farnesene is used as the monomer constituting the polymer (A), it may be ⁇ -farnesene, may be ⁇ -farnesene represented by the following formula (I), and ⁇ -farnesene. And ⁇ -farnesene may be included, but ⁇ -farnesene is preferably included from the viewpoint of ease of production.
  • the content of the monomer unit derived from ⁇ -farnesene is preferably 80% by mass or more, more preferably 90% by mass or more, and 100% by mass in the farnesene unit from the viewpoint of ease of production, that is, the farnesene unit. It is more preferable that all of the above are monomer units derived from ⁇ -farnesene.
  • the polymer (A) contains a farnesene unit
  • it is preferably crosslinked.
  • the polymer (A) is crosslinked, the low molecular weight polymer component that causes a decrease in mechanical strength is reduced. The smaller the toluene swelling index described below, the higher the degree of crosslinking.
  • a polymer composition is not the same as a polymer (A) and a polymer (B).
  • the content of the conjugated diene unit in the polymer (A) is preferably in the range of 5 to 100% by mass with respect to the total mass of the polymer (A) from the viewpoint of rolling resistance performance and mechanical strength, and 5 to 95% by mass. %, More preferably in the range of 20 to 95% by weight, still more preferably in the range of 30 to 90% by weight, still more preferably in the range of 40 to 80% by weight, and in the range of 50 to 70% by weight. Even more preferred.
  • the polymer (A) is derived from a monomer unit derived from a conjugated diene and a radical polymerizable monomer (a) other than the conjugated diene (hereinafter also simply referred to as “monomer (a)”).
  • a copolymer containing the monomer unit may be used.
  • the monomer (a) include monomers other than the conjugated diene capable of forming the polymer (A) described above.
  • an aromatic vinyl compound, (meth) At least one selected from the group consisting of acrylic acid and salts thereof, (meth) acrylic acid esters, and (N-alkyl) (meth) acrylamides is preferred.
  • aromatic vinyl compounds are preferred. More preferred is styrene. These may be used alone or in combination of two or more.
  • the content of the monomer unit derived from the monomer (a) in the polymer (A) is 0 to 95% by mass with respect to the total mass of the polymer (A) from the viewpoint of rolling resistance performance and mechanical strength.
  • the range is preferably 5 to 95% by mass, more preferably 5 to 80% by mass, still more preferably 10 to 70% by mass, and still more preferably 20 to 60% by mass. A range of 30 to 50% by mass is even more preferable.
  • the polymer (A) is a copolymer containing a conjugated diene unit and a monomer unit derived from the monomer (a)
  • the monomer unit derived from the conjugated diene unit and the monomer (a) The mass ratio of [conjugated diene unit / monomer unit derived from monomer (a)] is preferably 95/5 to 30/70, from the viewpoint of rolling resistance performance and mechanical strength, and 90/10 to 40 / 60 is more preferable, 80/20 to 50/50 is more preferable, and 70/30 to 60/40 is still more preferable.
  • the particles (x) may contain a plurality of types of polymers (A) having different monomer compositions, and the particles (x ′) and at least one layer covering at least a part of the particles (x ′).
  • grains which consist of several layers which have the film which becomes may be sufficient.
  • the content of the particles (x ′) in the particles (x) is preferably in the range of 1 to 50% by mass, more preferably in the range of 7 to 30% by mass, from the viewpoint of ease of production. A range is further preferred.
  • the particle (x) is another polymer (A ′) containing a monomer unit having a composition different from that of the polymer (A) (hereinafter simply referred to as “polymer (A ′)”). It is preferably a two-layer particle having a coating containing a particle (x ′) containing a polymer (A) covering at least a part of the particle (x ′).
  • Monomers that can form such other polymers (A ′) include conjugated dienes such as butadiene, isoprene, and farnesene; aromatic vinyl compounds such as styrene, ⁇ -methylstyrene, and tert-butylstyrene; (meth) acrylic Acids and salts thereof; (meth) acrylic acid esters such as methyl (meth) acrylate, ethyl (meth) acrylate, n-propyl (meth) acrylate, isopropyl (meth) acrylate; (meth) acrylamide, N- (N-alkyl) (meth) acrylamides such as methyl (meth) acrylamide and N-ethyl (meth) acrylamide; nitriles such as (meth) acrylonitrile; vinyl ethers such as methyl vinyl ether, ethyl vinyl ether, n-butyl vinyl ether and isobutyl vinyl ether;
  • the polymer (A ′) is a monomer derived from farnesene-derived monomer units and other radical polymerizable monomers (a ′) (hereinafter also simply referred to as “monomer (a ′)”). It may be a copolymer containing body units.
  • the monomer (a ′) is a conjugated diene other than farnesene, an aromatic vinyl compound, (meth) acrylic acid and its salt, (meth) acrylic acid ester, and (N— Alkyl) (meth) acrylamide is preferably at least one selected from the group consisting of (meth) acrylamide, and from the viewpoint of rolling resistance performance and mechanical strength, at least one selected from the group consisting of conjugated dienes other than farnesene and aromatic vinyl compounds is more preferred.
  • at least one selected from the group consisting of butadiene and styrene is more preferable. These may be used alone or in combination of two or more.
  • the content of the particles (x) in the coated polymer particles of the present invention is preferably in the range of 10 to 99.9% by mass, and 30 to 99.9% by mass with respect to the total mass of the coated polymer particles. Is more preferably in the range of 40 to 95% by mass, still more preferably in the range of 50 to 95% by mass, and more preferably in the range of 60 to 95% by mass. Further preferred.
  • the content of the polymer (A) in the particles (x) is preferably in the range of 60 to 100% by mass, more preferably in the range of 80 to 100% by mass, from the viewpoint of rolling resistance performance and mechanical strength, and 90 to 100%. A range of mass% is more preferred.
  • the content of the polymer (A) is the total amount of the plurality of types of polymers (A).
  • the content of the polymer (A ′) in the particles (x ′) is preferably in the range of 60 to 100% by mass, more preferably in the range of 80 to 100% by mass, from the viewpoint of rolling resistance performance and mechanical strength. The range of ⁇ 100% by mass is more preferable.
  • the outermost coating in the present invention contains a polymer (B) containing farnesene units.
  • the polymer (B) is formed by polymerization of a monomer containing farnesene.
  • the addition of the coated polymer particles can improve the rolling resistance performance and also improve the mechanical strength.
  • the farnesene used for the polymer (B) may be ⁇ -farnesene, similar to the farnesene used as the monomer for forming the polymer (A), and is represented by the above formula (I).
  • ⁇ -farnesene It may be ⁇ -farnesene or may include ⁇ -farnesene and ⁇ -farnesene, but ⁇ -farnesene is preferably included from the viewpoint of ease of production.
  • the content of the monomer unit derived from ⁇ -farnesene is preferably 80% by mass or more, more preferably 90% by mass or more, more preferably 100% by mass in the farnesene unit, from the viewpoint of ease of production. It is more preferable that all of the monomer units are monomer units derived from ⁇ -farnesene.
  • the farnesene unit contained in a polymer (B) is bridge
  • the content of the farnesene unit in the polymer (B) is preferably in the range of 5 to 100% by mass with respect to the total mass of the polymer (B) from the viewpoint of rolling resistance performance and mechanical strength, and 5 to 99% by mass.
  • the range of 20 to 99% by mass is more preferable, the range of 30 to 95% by mass is more preferable, the range of 40 to 90% by mass is more preferable, and the range of 40 to 80% by mass is more preferable. More preferably, the range of 45 to 70% by mass is even more preferable.
  • the polymer (B) of the present invention may be a copolymer containing a monomer unit derived from farnesene and a monomer unit derived from another radical polymerizable monomer (b) other than farnesene.
  • Monomer (b) includes conjugated dienes other than farnesene such as butadiene and isoprene; aromatic vinyl compounds such as styrene, ⁇ -methylstyrene and tert-butylstyrene; (meth) acrylic acid and salts thereof; (meth) (Meth) acrylic acid alkyl esters such as methyl acrylate, ethyl (meth) acrylate, n-propyl (meth) acrylate, isopropyl (meth) acrylate, hydroxyalkyl esters of (meth) acrylic acid, (meth) acrylic acid (Meth) acrylic acid esters such as glycidyl ester, (meth) acrylic acid N, N′-dialkylamin
  • (meth) acrylamide (meth) acryloni Nitriles such as ril; vinyl esters such as vinyl acetate, vinyl n-propionate, vinyl butyrate and vinyl pivalate; unsaturated dicarboxylic anhydrides such as maleic anhydride and itaconic anhydride; ethene, propene, n-butene and isobutene Monoolefins such as vinyl bromide, vinylidene bromide, vinyl chloride, vinylidene chloride, vinyl fluoride, vinylidene fluoride, and other halogenated ethylenes; allyl compounds such as allyl acetate and allyl chloride; maleic acid, itaconic acid, etc.
  • vinyl esters such as vinyl acetate, vinyl n-propionate, vinyl butyrate and vinyl pivalate
  • unsaturated dicarboxylic anhydrides such as maleic anhydride and itaconic anhydride
  • saturated dicarboxylic acids and salts thereof unsaturated dicarboxylic acid esters such as maleic acid esters and itaconic acid esters; vinylsilyl compounds such as vinyltrimethoxysilane and vinyltriethoxysilane; and the like.
  • a monomer (b) may be used individually by 1 type, or may use 2 or more types together.
  • the content of the monomer unit derived from the monomer (b) in the polymer (B) is preferably in the range of 0 to 95% by mass relative to the total mass of the polymer (B).
  • the range is more preferably 95% by mass, still more preferably in the range of 1 to 80% by mass, still more preferably in the range of 5 to 70% by mass, and in the range of 10 to 60% by mass. More preferably, the range of 20 to 60% by mass is even more preferable, and the range of 30 to 55% by mass is even more preferable.
  • the polymer (B) is a copolymer containing a farnesene unit and a monomer unit derived from the monomer (b), the farnesene unit and the monomer unit derived from the monomer (b)
  • the mass ratio (farnesene unit / monomer unit derived from monomer (b)) is preferably 98/2 to 40/60, more preferably 95/5 to 50/50, from the viewpoint of rolling resistance performance and mechanical strength.
  • the ratio is preferably 95/5 to 60/40.
  • the polymer (B) that forms the outermost coating preferably has a reactive functional group from the viewpoint of improving rolling resistance performance and mechanical strength.
  • the reactive functional group of the polymer (B) reacts with a filler component contained in the resin or rubber composition. By improving the dispersibility of the filler, an effect of improving rolling resistance performance and mechanical strength can be obtained.
  • Such reactive functional groups include hydroxyl groups, carboxy groups, epoxy groups, amino groups, N-alkylamino groups, trialkoxysilyl groups, and the like.
  • Such a monomer (b) includes (meth) acrylic acid and salts thereof; 2-hydroxyethyl (meth) acrylate, 2-hydroxybutyl (meth) acrylate, etc. from the viewpoint of improving rolling resistance performance and mechanical strength.
  • methacrylic acid, glycidyl methacrylate At least one more preferably more selected from the rate and the group consisting of 2-hydroxybutyl methacrylate, at least one and more preferably more selected from the group consisting of methacrylic acid and glycidyl methacrylate.
  • (meth) acrylic acid glycidyl ester is more preferred, and glycidyl methacrylate is more preferred.
  • (meth) acrylic acid and salts thereof are more preferable, and methacrylic acid is more preferable. These may be used alone or in combination of two or more.
  • the content of the outermost coating in the coated polymer particles of the present invention is preferably in the range of 0.1 to 90% by weight, preferably 0.1 to 70% by weight, based on the total weight of the coated polymer particles. More preferred is a range of 5 to 60% by mass, still more preferred is a range of 5 to 50% by mass, still more preferred is a range of 5 to 40% by mass. preferable.
  • the content of the polymer (B) in the outermost coating is preferably in the range of 60 to 100% by mass, more preferably in the range of 80 to 100% by mass, from the viewpoint of rolling resistance performance and mechanical strength, and 90 to 100% by mass. % Range is more preferred.
  • the mass ratio of the particles (x) to the outermost coating [particles (x) / outermost coating] is preferably in the range of 95/5 to 50/50 from the viewpoint of the balance between rolling resistance performance and mechanical strength.
  • the range of 90/10 to 60/40 is more preferable, and the range of 80/20 to 65/35 is more preferable.
  • the coated polymer particles of the present invention are preferably cross-linked from the viewpoint of improving the mechanical strength when used as a resin modifier for tire applications.
  • the toluene swelling index of the coated polymer particles can be used as an index. From the above viewpoint, the toluene swelling index is preferably 1 to 80, more preferably 1 to 60, still more preferably 6 to 40, still more preferably 6 to 25, More preferably, it is ⁇ 15.
  • the toluene swelling index is determined by the mass ratio ( ⁇ ) of the toluene swollen mass obtained by swelling the coated polymer particles with toluene and the mass ( ⁇ ) after drying of the toluene swollen mass by the method described in Examples. / ⁇ ) can be obtained by measuring.
  • the average particle size of the coated polymer particles of the present invention is preferably 10 to 200 nm, more preferably 20 to 100 nm from the viewpoint of the balance between easy dispersibility and the modification effect when used as a resin modifier for tire applications. More preferably, it is 30 to 80 nm.
  • the average particle diameter is measured by embedding the coated polymer particles in a methacrylic resin, staining with osmium tetroxide, and observing the particle image with a transmission electron microscope by the method described in Examples.
  • the ratio of the average particle diameter of the particles (x) to the average thickness of the outermost coating is from the viewpoint of improving rolling resistance performance and mechanical strength.
  • the range is preferably 1 to 1,000, more preferably 2 to 500, still more preferably 3 to 100, still more preferably 4 to 50, and still more preferably 5 to 30.
  • grains (x) and the average thickness of outermost film are measured by the method as described in an Example.
  • the coated polymer particle of the present invention is an anti-aging agent, an antioxidant, a wax, a lubricant as necessary for the purpose of improving the weather resistance, heat resistance, oxidation resistance, etc., as long as the effects of the present invention are not impaired.
  • the antioxidant include hindered phenol compounds, phosphorus compounds, lactone compounds, hydroquinone compounds, and the like.
  • the antiaging agent include amine-ketone compounds, imidazole compounds, amine compounds, phenol compounds, sulfur compounds, and phosphorus compounds.
  • the coated polymer particles of the present invention can be produced, for example, by emulsion polymerization, and are preferably obtained by a production method having the following steps 1 and 2.
  • Step 1 Emulsion polymerization of the monomer forming the polymer (A) in water to obtain an emulsion of particles (x) containing the polymer (A)
  • Step 2 Emulsification obtained in Step 1
  • An emulsion of coated polymer particles having an outermost film containing the polymer (B) by further adding a monomer containing farnesene to form the polymer (B) in the solution and emulsion polymerization in water The process of obtaining
  • Film (x) comprising polymer (A), particles (x ′) containing polymer (A ′), and film containing polymer (A) covering at least part of the particles (x ′)
  • steps 1-1 and 1-2 it is preferable to have the following steps 1-1 and 1-2 as step 1 before step 2.
  • Step 1-1 A step of emulsion-polymerizing the monomer forming the polymer (A ′) in water to obtain an emulsion of particles (x ′) containing the polymer (A ′)
  • Step 1-2 Particles (x) having a coating film containing the polymer (A) by further adding a monomer for forming the polymer (A) to the emulsion obtained in step 1-1 and emulsion polymerization in water.
  • Step of Obtaining the Emulsified Solution When the coating film covering the particles (x ′) is composed of a plurality of layers, it can be produced by repeating Step 1-2.
  • the amount of water used in the emulsion polymerization is 100 masses of the sum of the monomer forming the polymer (A) and the monomer forming the polymer (B) from the viewpoint of the viscosity and stability of the emulsion.
  • the amount is preferably in the range of 50 to 1,500 parts by weight, more preferably in the range of 80 to 1,000 parts by weight, and still more preferably in the range of 100 to 800 parts by weight.
  • an emulsifier and a polymerization initiator are usually used.
  • the emulsifier used in the emulsion polymerization is preferably an anionic emulsifier such as a fatty acid salt, a rosin acid salt or an alkyl sulfate.
  • sodium, potassium or ammonium salts of aliphatic carboxylic acids such as laurate, myristate, palmitate, stearate, linoleate, linolenate; disproportionation of natural rosin Or sodium salt, potassium salt or ammonium salt of hydrogenated product; sodium salt, potassium salt or ammonium salt of aliphatic sulfate compound such as lauryl sulfate; polyoxyethylene octyl phenyl ether sulfonate, polyoxyethylene octyl phenyl ether sulfate Examples thereof include sodium salts, potassium salts, and ammonium salts of nonionic anionic emulsifiers such as ester salts.
  • a nonionic emulsifier such as polyoxyethylene octylphenyl ether or polyoxyethylene nonylphenyl ether or a protective colloid agent such as polyvinyl alcohol may be used in combination.
  • the amount of the emulsifier is not particularly limited as long as it does not impair the stability of the emulsion, but is a monomer that forms the polymer (A) from the viewpoint of removal after emulsion polymerization and environmental contamination due to waste water. And in the range of 0.01 to 15 parts by mass, preferably in the range of 0.1 to 10 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the sum of the monomers forming the polymer (B). More preferably, it is in the range of 1 to 7 parts by mass.
  • Such an emulsifier may be usually dispersed in water from the beginning of emulsion polymerization before the monomer is added, or may be added during the polymerization reaction.
  • the polymerization initiator used in the emulsion polymerization is not particularly limited as long as it has radical polymerization initiating ability. Specifically, azobisisobutyronitrile, 1,1′-azobis (cyclohexane-1-carbonitrile), 2,2′-azobis (4-methoxy-2,4-dimethylvaleronitrile), 2,2 Azo compounds such as' -azobis [2- (2-imidazolin-2-yl) propane], 2,2'-azobis [N- (2-carboxyethyl) -2-methylpropionamidine] hydrate; Inorganic peroxides such as sodium, potassium persulfate and hydrogen peroxide; organic peroxides such as t-butyl hydroperoxide, cumene hydroperoxide and p-menthane hydroperoxide. These may be used alone or in combination of two or more. Such a polymerization initiator may be added to water from the beginning of emulsion polymerization, or may be added during the poly
  • the amount of the polymerization initiator used is 0.01 to 15 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the sum of the monomer that forms the polymer (A) and the monomer that forms the polymer (B).
  • the range is preferably 0.05 to 10 parts by mass, and more preferably 0.1 to 5 parts by mass.
  • a redox initiator may be used, and the redox initiator is preferably a combination of the organic peroxide and the transition metal salt.
  • transition metal salts used in combination with organic peroxides include iron (II) sulfate, iron (II) thiosulfate, iron (II) carbonate, iron (II) chloride, iron (II) bromide, and iron iodide.
  • Iron compounds such as (II), iron hydroxide (II), iron oxide (II); copper sulfate (I), copper thiosulfate (I), copper carbonate (I), copper chloride (I), copper bromide ( Copper compounds such as I), copper iodide (I), copper hydroxide (I), copper oxide (I), or hydrates thereof can be used.
  • the combined use of the organic peroxide and the iron compound is preferable, the combined use of cumene hydroperoxide and the iron compound is more preferable, and the water of cumene hydroperoxide and iron (II) sulfate is more preferable.
  • the combined use with a Japanese thing is still more preferable.
  • the amount of the organic peroxide used is 0.01 to 15 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the sum of the monomer forming the polymer (A) and the monomer forming the polymer (B). Is preferable, and the range of 0.1 to 5 parts by mass is more preferable.
  • the amount of the transition metal salt used is 0.001 to 0.2 mass relative to 100 mass parts of the sum of the monomer forming the polymer (A) and the monomer forming the polymer (B). The range of parts is preferable, and the range of 0.005 to 0.1 parts by mass is more preferable.
  • the organic peroxide is not only used at the start of emulsion polymerization, but may be additionally used during the polymerization reaction.
  • the amount added during the polymerization reaction is not particularly limited as long as it does not impair the modification effect of the produced coated polymer particles, but from the viewpoint of the toluene swelling index of the obtained coated polymer particles, A range of 0.0001 to 0.1% by mass with respect to water at the start of polymerization is preferred.
  • a method of additional addition of the organic peroxide to the polymerization reaction system either continuous addition or intermittent addition may be used.
  • a desired amount of a reducing agent, a metal ion chelating agent, an electrolyte, or the like may be added as necessary.
  • reducing agents such as sodium hydroxymethanesulfinate and sodium ascorbate
  • metal ion chelating agents such as disodium ethylenediaminetetraacetate
  • electrolytes such as sodium chloride, sodium sulfate, and trisodium phosphate.
  • a chain transfer agent conventionally used in emulsion polymerization can be used to adjust the toluene swelling index.
  • the chain transfer agent is not particularly limited as long as it has chain transfer ability in radical polymerization of farnesene.
  • mercaptan compounds such as n-dodecyl mercaptan and t-dodecyl mercaptan; dimethylxanthogen disulfide, Examples thereof include xanthogen disulfide compounds such as diethyl xanthogen disulfide and diisopropyl xanthogen disulfide; thiuram disulfide compounds such as tetramethylthiuram disulfide and tetraethylthiuram disulfide; halogenated hydrocarbon compounds such as carbon tetrachloride.
  • chain transfer agents such as n-dodecyl mercaptan and t-dodecyl mercaptan are preferred from the viewpoint of chain transfer ability to farnesene.
  • chain transfer agents may be added to water from the beginning of emulsion polymerization or may be added during the polymerization reaction.
  • the amount of the chain transfer agent used is preferably 5 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the sum of the monomer that forms the polymer (A) and the monomer that forms the polymer (B). Less than the mass part is more preferable.
  • the coated polymer particles of the present invention have a desired toluene swelling index, it can be adjusted by the addition amount of the polymerization initiator and chain transfer agent, but it can also be adjusted by adding a crosslinking agent before adding the polymerization terminator. it can.
  • the compound used for crosslinking is not particularly limited as long as it has the ability to initiate the crosslinking reaction of olefins. Specifically, hydrogen peroxide, cumene hydroperoxide, p-menthane hydroperoxide and the like are not particularly limited.
  • Oxides such as azobisisobutyronitrile, 1,1′-azobis (cyclohexane-1-carbonitrile), 2,2′-azobis (4-methoxy-2,4-dimethylvaleronitrile); sulfur And so on.
  • the emulsion polymerization is preferably performed under stirring conditions such that the environment in the system is uniform, and is preferably performed in an inert gas atmosphere such as nitrogen or argon.
  • the polymerization temperature of the emulsion polymerization is not particularly limited, but is preferably 5 to 80 ° C., more preferably 20 to 70 ° C. from the viewpoint of the polymerization rate and the stability of the emulsion.
  • the pressure condition during the emulsion polymerization depends on the vapor pressure and the amount of the compound to be used, but is appropriately selected from normal pressure to high pressure (about 1 MPa).
  • the method for adding the monomer for forming the polymer (A) is preferably intermittent addition and more preferably continuous addition from the viewpoint of emulsion stability at the time of monomer addition.
  • the monomer conversion rate is preferably 60% by mass or more, more preferably 80% by mass or more, and 90% by mass or more. Is more preferable. This conversion rate can be confirmed by measuring the mass of the solid content precipitated from the emulsion by the method described in Examples.
  • Step 1 after producing an emulsion of particles (x) containing the polymer (A) by emulsion polymerization, in Step 2, the polymer (B) is further formed in the emulsion obtained in Step 1.
  • a monomer is added and emulsion polymerization is performed to form an outermost film covering at least a part of the particles (x).
  • the method for adding the monomer for forming the polymer (B) is preferably intermittent addition, more preferably continuous addition, from the viewpoint of the stability of the emulsion during monomer addition.
  • the monomer conversion rate is preferably 60% by mass or more, more preferably 80% by mass or more, and 90% by mass or more. Is more preferable. This conversion rate can be confirmed by measuring the mass of the solid content precipitated from the emulsion by the method described in Examples.
  • the polymerization can be stopped by adding a polymerization terminator.
  • a polymerization terminator include amine compounds such as hydroxylamine and sodium dimethyldithiocarbamate, and phenol compounds such as hydroquinone and p-methoxyphenol. These may be used individually by 1 type, or may use 2 or more types together.
  • the addition amount of the polymerization terminator is in the range of 0.05 to 10 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the total amount of monomers usually used.
  • the polymerization terminator may be added after mixing with water to prepare an aqueous solution, suspension, emulsion or the like.
  • the coated polymer particles can be recovered by a general method of taking out the emulsion polymer such as salting out, acid precipitation, spray drying method and freezing method. You may remove a residual monomer by heating etc. before collection
  • the coated polymer particles can be recovered by using a coagulant generally used in emulsion polymerization.
  • monovalent metal salts such as sodium chloride, potassium chloride, sodium acetate, potassium acetate, sodium sulfate, potassium sulfate, sodium carbonate, potassium carbonate; calcium chloride, magnesium chloride, calcium acetate, magnesium acetate, calcium sulfate
  • Divalent metal salts such as magnesium sulfate, calcium carbonate and magnesium carbonate
  • trivalent metal salts such as aluminum chloride and aluminum sulfate
  • polymer flocculants may be used alone or in combination of two or more.
  • the coated polymer particles can be recovered by using an acid compound generally used in emulsion polymerization. Specific examples include hydrochloric acid, acetic acid, sulfuric acid and the like. These acid compounds may be used alone or in combination of two or more.
  • the average dispersed particle size of the particles (x) containing the polymer (A) in the emulsion during the emulsion polymerization and the coated polymer particles in the emulsion after the completion of the emulsion polymerization is the monomer and water used in the emulsion polymerization.
  • the addition ratio, the type or amount of the emulsifier, the polymerization temperature, the type or amount of the electrolyte can be adjusted.
  • the particle size can adjust the polymerization rate and the physical properties and dispersibility of the coated polymer particles.
  • the average dispersed particle size of the coated polymer particles in the emulsion during production is 10 from the viewpoint of polymerization stability. It is preferably from ⁇ 200 nm, more preferably from 20 to 100 nm, and even more preferably from 30 to 80 nm.
  • the average dispersed particle size is measured by the method described in the examples.
  • the toluene swelling index of the particles (x) containing the polymer (A) and the coated polymer particles is the polymerization temperature, polymerization time, type or amount of polymerization initiator, type or amount of chain transfer agent when performing emulsion polymerization. It can be adjusted by the kind or amount of the monomer, the kind or amount of the crosslinking agent, and the like.
  • the resin modifier of the present invention includes the coated polymer particles and can be used by being dispersed in a resin serving as a matrix. By mixing the resin modifier of the present invention and the resin used as a matrix, excellent rolling resistance performance can be imparted to the resin composition and the mechanical strength can be improved in tire applications. .
  • the resin used as the matrix is not particularly limited, but various rubbers such as natural rubber, styrene-butadiene copolymer, polybutadiene, polyisoprene, isobutylene-isoprene copolymer, styrene-isoprene copolymer, styrene-isoprene- Examples thereof include a butadiene copolymer, a halogenated isobutylene-isoprene copolymer, an ethylene-propylene-diene copolymer, an acrylonitrile-butadiene copolymer, a partial hydrogenated product of an acrylonitrile-butadiene copolymer, and polychloroprene. These may be used individually by 1 type, or may use 2 or more types together.
  • a modified rubber having a functional group introduced may be used as the rubber.
  • functional groups include epoxy groups, hydroxyl groups, amino groups, alkoxysilyl groups and the like.
  • modified rubber include epoxy group-modified natural rubber, hydroxyl group-modified styrene-butadiene copolymer, amino group-modified styrene- Examples thereof include butadiene copolymers and alkoxysilyl group-modified styrene-butadiene copolymers.
  • the rubber may contain a ⁇ -farnesene homopolymer in the range of, for example, 0.1 to 50 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the rubber.
  • the coated polymer particles of the present invention are preferably used in an amount of 0.1 to 100 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the resin as a matrix. It is more preferable to use ⁇ 50 parts by mass, and it is even more preferable to use 1 to 30 parts by mass.
  • the resin modifier of the present invention is an antioxidant, an antioxidant, a wax, a lubricant, a light stabilizer, a scorch inhibitor, a processing aid, as necessary, as long as the effects of the present invention are not impaired.
  • additives such as colorants such as pigments and dyes, flame retardants, antistatic agents, matting agents, antiblocking agents, UV absorbers, mold release agents, foaming agents, antibacterial agents, antifungal agents, and perfumes Or you may contain 2 or more types.
  • the rubber composition of the present invention is a rubber composition containing a rubber component (X) containing the above-mentioned coated polymer particles and a filler (Y), wherein the coated polymer particles in the total amount of the rubber component (X) The content is 1 to 50% by mass, and the filler (Y) is contained in an amount of 20 to 150 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the rubber component (X).
  • examples of the rubber component (X) include natural rubber; styrene-butadiene copolymer, polybutadiene, polyisoprene, isobutylene-isoprene copolymer, styrene-isoprene copolymer, styrene-isoprene-butadiene copolymer.
  • Halogenated isobutylene-isoprene copolymer ethylene-propylene-diene copolymer, acrylonitrile-butadiene copolymer, partially hydrogenated product of acrylonitrile-butadiene copolymer, and synthetic rubber such as polychloroprene.
  • synthetic rubber such as styrene-butadiene copolymer, polybutadiene, and polyisoprene is preferable. These rubbers may be used alone or in combination of two or more.
  • the natural rubber used as the rubber component (X) is, for example, natural rubber generally used in the tire industry such as TMR and RSS such as SMR, SIR and STR, high-purity natural rubber, epoxidized natural rubber, hydroxylated natural rubber, Examples thereof include modified natural rubbers such as hydrogenated natural rubber and grafted natural rubber.
  • TMR and RSS such as SMR, SIR and STR
  • modified natural rubbers such as hydrogenated natural rubber and grafted natural rubber.
  • SMR20, STR20, and RSS # 3 are preferable from the viewpoint of little variation in quality and easy availability.
  • These natural rubbers may be used alone or in combination of two or more. When two or more kinds of natural rubber are used in combination, the combination can be arbitrarily selected within a range not impairing the effects of the present invention, and the physical property value can be adjusted by the combination.
  • Synthetic rubber used as the rubber component (X) is styrene-butadiene copolymer, polybutadiene, polyisoprene, isobutylene-isoprene copolymer, styrene-isoprene copolymer, styrene-isoprene-butadiene copolymer, halogenated isobutylene- At least one selected from the group consisting of an isoprene copolymer, an ethylene-propylene-diene copolymer, an acrylonitrile-butadiene copolymer, a partial hydrogenated product of an acrylonitrile-butadiene copolymer, and polychloroprene is preferable.
  • the combination can be arbitrarily selected within a range not impairing the effects of the present invention, and the physical property values can be adjusted by the combination.
  • these manufacturing methods are not specifically limited, What is marketed can be used.
  • styrene-butadiene copolymer As the styrene-butadiene copolymer, those commonly used for tire applications can be used. Specifically, those having a styrene content of 0.1 to 70% by mass are preferred, and those having a styrene content of 5 to 50% by mass. Is more preferable. Further, the butadiene monomer unit in the copolymer preferably has a bond mode content (vinyl content) of 0.1 to 60% by weight excluding 1,4 bonds, preferably 0.1 to 55% by weight. More preferred.
  • the weight average molecular weight (Mw) of the styrene-butadiene copolymer is preferably 100,000 to 2,500,000, more preferably 150,000 to 2,000,000, and even more preferably 200,000 to 1,500,000. When it is within the above range, both moldability and the mechanical strength of the obtained tire can be achieved.
  • the glass transition temperature (Tg) obtained by differential thermal analysis of the styrene-butadiene copolymer used in the present invention is preferably ⁇ 95 to 0 ° C., more preferably ⁇ 95 to ⁇ 5 ° C.
  • Tg is in the above range, the rubber composition can be prevented from increasing in viscosity, and the handling becomes easy.
  • the styrene-butadiene copolymer that can be used in the present invention is obtained by copolymerizing styrene and butadiene.
  • the method for producing the styrene-butadiene copolymer and any of an emulsion polymerization method, a solution polymerization method, a gas phase polymerization method, and a bulk polymerization method can be used, and an emulsion polymerization method and a solution polymerization method are preferable.
  • the styrene-butadiene copolymer can be produced by an ordinary emulsion polymerization method, and can be obtained, for example, by emulsifying and dispersing a predetermined amount of styrene and a butadiene monomer in the presence of an emulsifier, and emulsion polymerization with a radical polymerization initiator. .
  • a chain transfer agent can also be used to adjust the molecular weight of the styrene-butadiene copolymer obtained by emulsion polymerization.
  • the copolymer can be recovered as crumb by adding the acid and coagulating the copolymer while adjusting the pH of the coagulation system to a predetermined value and then separating the dispersion solvent.
  • the crumb is washed with water, then dehydrated, and dried with a band dryer or the like to obtain the desired emulsion-polymerized styrene-butadiene copolymer.
  • a styrene-butadiene copolymer can be produced by a usual solution polymerization method.
  • an active metal capable of anion polymerization in a solvent styrene and butadiene are optionally copolymerized in the presence of a polar compound.
  • a polar compound e.g., a polar compound that is optionally copolymerized in the presence of a polar compound.
  • an anion-polymerizable active metal an alkali metal and an alkaline earth metal are preferable, an alkali metal is more preferable, and an organic alkali metal compound is further preferable.
  • organic alkali metal compound examples include organic monolithium compounds such as n-butyllithium, sec-butyllithium, t-butyllithium, hexyllithium, phenyllithium, stilbenelithium; dilithiomethane, 1,4-dilithiobutane, 1,4- Polyfunctional organolithium compounds such as dilithio-2-ethylcyclohexane and 1,3,5-trilithiobenzene; sodium naphthalene, potassium naphthalene and the like.
  • organic lithium compound is preferable, and an organic monolithium compound is more preferable.
  • the amount of the organic alkali metal compound used is appropriately determined depending on the required molecular weight of the styrene-butadiene copolymer obtained by solution polymerization.
  • the solvent include aliphatic hydrocarbons such as n-butane, n-pentane, isopentane, n-hexane, n-heptane and isooctane; alicyclic hydrocarbons such as cyclopentane, cyclohexane and methylcyclopentane; benzene, toluene And aromatic hydrocarbons.
  • These solvents are usually preferably used in a range where the monomer concentration is 1 to 50% by mass.
  • the polar compound is not particularly limited as long as it is usually used for adjusting the microstructure of the butadiene moiety and the distribution of styrene in the copolymer chain without deactivating the reaction in anionic polymerization.
  • dibutyl ether Ether compounds such as tetrahydrofuran and ethylene glycol diethyl ether; tertiary amines such as tetramethylethylenediamine and trimethylamine; alkali metal alkoxides and phosphine compounds.
  • the temperature of the polymerization reaction is usually in the range of ⁇ 80 to 150 ° C., preferably 0 to 100 ° C., more preferably 30 to 90 ° C.
  • the polymerization mode may be either a batch type or a continuous type.
  • the polymerization reaction can be stopped by adding an alcohol such as methanol or isopropanol as a polymerization terminator.
  • a polymerization terminal modifier may be added before the polymerization terminator is added.
  • the solvent can be separated by direct drying, steam stripping or the like, and the target solution-polymerized styrene-butadiene copolymer can be recovered.
  • the polymerization solution and the extending oil may be mixed in advance and recovered as an oil-extended rubber.
  • a modified styrene-butadiene copolymer having a functional group introduced into the styrene-butadiene copolymer may be used as long as the effects of the present invention are not impaired.
  • the functional group include an amino group, an alkoxysilyl group, a hydroxyl group, an epoxy group, and a carboxyl group.
  • the position at which the functional group in the polymer is introduced may be the end of the polymer or the side chain of the polymer.
  • polyisoprene As polyisoprene, for example, a commercially available polyisoprene obtained by polymerization using a Ziegler catalyst, a lanthanoid rare earth metal catalyst, an organic alkali metal compound, or the like can be used. Among these, polyisoprene obtained by polymerization using a Ziegler catalyst is preferable from the viewpoint of a high cis isomer content. Moreover, you may use the polyisoprene of the ultra high cis body content obtained using a lanthanoid type rare earth metal catalyst.
  • the vinyl content of polyisoprene is preferably 50% by mass or less, more preferably 40% by mass or less, and still more preferably 30% by mass or less. When the vinyl content is 50% by mass or less, the rolling resistance performance is good. The lower limit of the vinyl content is not particularly limited.
  • the glass transition temperature (Tg) of polyisoprene varies depending on the vinyl content, but is preferably ⁇ 20 ° C. or lower, more preferably ⁇ 30 ° C. or lower.
  • the weight average molecular weight (Mw) of polyisoprene is preferably 90,000 to 2,000,000, and more preferably 150,000 to 1,500,000. When the weight average molecular weight is within the above range, the moldability and the mechanical strength of the resulting tire are good.
  • the polyisoprene is partially branched by using a polyfunctional modifier such as tin tetrachloride, silicon tetrachloride, an alkoxysilane having an epoxy group in the molecule, or an amino group-containing alkoxysilane. It may have a structure or a polar functional group.
  • polybutadiene As the polybutadiene, for example, a commercially available polybutadiene obtained by polymerization using a Ziegler catalyst, a lanthanoid rare earth metal catalyst, an organic alkali metal compound, or the like can be used. Among these, polybutadiene obtained by polymerization using a Ziegler catalyst is preferable from the viewpoint of a high cis isomer content. Moreover, you may use the polybutadiene of the ultra-high cis body content obtained using a lanthanoid type rare earth metal catalyst.
  • the vinyl content of the polybutadiene is preferably 50% by mass or less, more preferably 40% by mass or less, and further preferably 30% by mass or less. When the vinyl content is 50% by mass or less, the rolling resistance performance is good. The lower limit of the vinyl content is not particularly limited.
  • the glass transition temperature (Tg) of polybutadiene varies depending on the vinyl content, but is preferably ⁇ 40 ° C. or lower, more preferably ⁇ 50 ° C. or lower.
  • the weight average molecular weight (Mw) of polybutadiene is preferably 90,000 to 2,000,000, more preferably 150,000 to 1,500,000, and further preferably 250,000 to 800,000. When the weight average molecular weight is in the above range, the moldability and the mechanical strength of the resulting tire are good.
  • the polybutadiene is partially branched by using a polyfunctional modifier such as tin tetrachloride, silicon tetrachloride, an alkoxysilane having an epoxy group in the molecule, or an amino group-containing alkoxysilane. Or you may have a polar functional group.
  • the rubber composition of the present invention contains 20 to 150 parts by mass of filler (Y) with respect to 100 parts by mass of rubber component (X).
  • filler (Y) physical properties such as mechanical strength, heat resistance, and weather resistance are improved, and the hardness can be adjusted and the amount of the rubber composition can be increased.
  • Fillers (Y) used in the present invention include oxides such as silica and titanium oxide; silicates such as clay, talc, mica, glass fiber and glass balloon; carbonates such as calcium carbonate and magnesium carbonate; magnesium hydroxide And hydroxides such as aluminum hydroxide; sulfates such as calcium sulfate and barium sulfate; inorganic fillers such as carbons such as carbon black and carbon fiber; organic fillers such as resin particles, wood powder and cork powder. . These may be used alone or in combination of two or more.
  • the content of the coated polymer particles in the rubber composition is 1 to 50% by mass, preferably 2 to 30% by mass, and more preferably 3 to 10% by mass in the total amount of the rubber component (X).
  • the content of the filler (Y) in the rubber composition is 20 to 150 parts by weight, preferably 25 to 130 parts by weight, and more preferably 30 to 110 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the rubber component (X). .
  • the content of the filler (Y) is in the above range, molding processability, braking performance, mechanical strength, and wear resistance are improved.
  • the rubber composition of the present invention preferably contains a silane coupling agent.
  • the silane coupling agent include sulfide compounds, mercapto compounds, vinyl compounds, amino compounds, glycidoxy compounds, nitro compounds, and chloro compounds.
  • sulfide compounds include bis (3-triethoxysilylpropyl) tetrasulfide, bis (2-triethoxysilylethyl) tetrasulfide, bis (3-trimethoxysilylpropyl) tetrasulfide, and bis (2-trimethoxysilyl).
  • Ethyl) tetrasulfide bis (3-triethoxysilylpropyl) trisulfide, bis (3-trimethoxysilylpropyl) trisulfide, bis (3-triethoxysilylpropyl) disulfide, bis (3-trimethoxysilylpropyl) disulfide 3-trimethoxysilylpropyl-N, N-dimethylthiocarbamoyl tetrasulfide, 3-triethoxysilylpropyl-N, N-dimethylthiocarbamoyl tetrasulfide, 2-trimethoxysilylethyl-N, N Examples include dimethylthiocarbamoyl tetrasulfide, 3-trimethoxysilylpropylbenzothiazole tetrasulfide, 3-triethoxysilylpropylbenzothiazole tetrasulfide, 3-triethoxys
  • Examples of the mercapto compound include 3-mercaptopropyltrimethoxysilane, 3-mercaptopropyltriethoxysilane, 2-mercaptoethyltrimethoxysilane, 2-mercaptoethyltriethoxysilane, and the like.
  • Examples of the vinyl compound include vinyl triethoxysilane and vinyl trimethoxysilane.
  • Examples of amino compounds include 3-aminopropyltriethoxysilane, 3-aminopropyltrimethoxysilane, 3- (2-aminoethyl) aminopropyltriethoxysilane, and 3- (2-aminoethyl) aminopropyltrimethoxy. Silane etc. are mentioned.
  • Examples of glycidoxy compounds include ⁇ -glycidoxypropyltriethoxysilane, ⁇ -glycidoxypropyltrimethoxysilane, ⁇ -glycidoxypropylmethyldiethoxysilane, and ⁇ -glycidoxypropylmethyldimethoxysilane.
  • Examples of the nitro compound include 3-nitropropyltrimethoxysilane and 3-nitropropyltriethoxysilane.
  • Examples of the chloro compound include 3-chloropropyltrimethoxysilane, 3-chloropropyltriethoxysilane, 2-chloroethyltrimethoxysilane, and 2-chloroethyltriethoxysilane.
  • sulfide compounds and mercapto compounds are preferable from the viewpoint of the effect of addition and cost, and bis (3-triethoxysilylpropyl) disulfide, bis (3-triethoxysilylpropyl) tetrasulfide, and 3-mercapto are preferred. More preferred is propyltrimethoxysilane.
  • the content of the silane coupling agent is preferably 0.1 to 30 parts by mass, more preferably 0.5 to 20 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the filler (Y). 1 to 15 parts by mass is more preferable.
  • the content of the silane coupling agent is within the above range, dispersibility, coupling effect, reinforcement, and tire wear resistance are improved.
  • the rubber composition of the present invention is preferably used after being crosslinked (vulcanized) by adding a crosslinking agent.
  • the crosslinking agent include sulfur and sulfur compounds, oxygen, organic peroxides, phenol resins and amino resins, quinones and quinone dioxime derivatives, halogen compounds, aldehyde compounds, alcohol compounds, epoxy compounds, metal halides and organometallic halogens.
  • silane compounds other than silane coupling agents are preferred. These may be used alone or in combination of two or more.
  • the content of the crosslinking agent is preferably 0.1 to 10 parts by weight, more preferably 0.5 to 8 parts by weight, and still more preferably 0.8 to 5 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the rubber component (X). .
  • the rubber composition of the present invention can be vulcanized and used as a vulcanized rubber.
  • the vulcanization conditions and method it is preferably carried out using a vulcanization mold under pressure and heating conditions of a vulcanization temperature of 120 to 200 ° C. and a vulcanization pressure of 0.5 to 2.0 MPa.
  • the rubber composition of the present invention may contain a vulcanization accelerator.
  • the vulcanization accelerator include guanidine compounds, sulfenamide compounds, thiazole compounds, thiuram compounds, thiourea compounds, dithiocarbamic acid compounds, aldehyde-amine compounds or aldehyde-ammonia compounds, imidazoline compounds. Compounds, xanthate compounds, and the like. These may be used alone or in combination of two or more.
  • the content thereof is preferably 0.1 to 15 parts by mass, more preferably 0.1 to 10 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the rubber component (X).
  • the rubber composition of the present invention may further contain a vulcanization aid.
  • a vulcanization aid include fatty acids such as stearic acid; metal oxides such as zinc white; and fatty acid metal salts such as zinc stearate. These may be used alone or in combination of two or more.
  • the content thereof is preferably 0.1 to 15 parts by mass and more preferably 1 to 10 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the rubber component (X).
  • the rubber composition of the present invention is intended to improve molding processability, fluidity, etc. within a range that does not impair the effects of the invention, and if necessary, silicon oil, aroma oil, TDAE (Treated Distilled Aromatic Extracts), MES ( Mild Extracted Solvates), RAE (Residual Aromatic Extracts), process oils such as paraffin oil and naphthenic oil, aliphatic hydrocarbon resins, alicyclic hydrocarbon resins, C9 resins, rosin resins, coumarone-indene resins, Resin components such as phenol resins, liquid polymers such as low molecular weight polybutadiene, low molecular weight polyisoprene, low molecular weight styrene-butadiene copolymer, and low molecular weight styrene-isoprene copolymer can be used as a softening agent as appropriate. .
  • the copolymer may be in any polymerization form such
  • the rubber composition of the present invention is an anti-aging agent, an antioxidant, a wax, a lubricant, a light as needed for the purpose of improving the weather resistance, heat resistance, oxidation resistance, etc., as long as the effects of the invention are not impaired.
  • One or more additives such as an agent and a fragrance may be contained.
  • the antioxidant include hindered phenol compounds, phosphorus compounds, lactone compounds, and hydroquinone compounds.
  • the anti-aging agent include amine-ketone compounds, imidazole compounds, amine compounds, phenol compounds, sulfur compounds, and phosphorus compounds.
  • the method for producing the rubber composition of the present invention is not particularly limited, and the components may be mixed uniformly.
  • the uniform mixing method include a tangential or meshing closed kneader such as a kneader ruder, a brabender, a banbury mixer, an internal mixer, a single screw extruder, a twin screw extruder, a mixing roll, and a roller. Usually, it can be carried out in a temperature range of 70 to 270 ° C.
  • the tire of the present invention is a tire using at least a part of the rubber composition. Therefore, rolling resistance performance and mechanical strength are good.
  • the rubber composition of the present invention can be used for various members of tires, and can be suitably used particularly as tire treads for passenger cars, truck buses, motorcycles and industrial vehicles.
  • a tire using the rubber composition of the present invention or a crosslinked product of the rubber composition of the present invention can maintain characteristics such as wear resistance, rolling resistance performance, and mechanical strength even when used for a long time.
  • a tire comprising a rubber composition containing the coated polymer particles of the present invention is excellent in rolling resistance performance and mechanical strength.
  • a mixture of the emulsion (0.1 ml) and ion-exchanged water (10 ml) sampled before the addition of the polymerization terminator is used as a dynamic light scattering measurement device (device).
  • FPAR-1000 manufactured by Otsuka Electronics Co., Ltd.
  • the particle size distribution of the particles was measured on a volume basis, and the median diameter was measured as the average dispersed particle size.
  • a transmission electron microscope device name: transmission electron microscope HT7700, manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation
  • Average thickness The average particle diameter of the particles (x) was measured by the same method as above except that the emulsion of the particles (x) was used in place of the emulsion of the above-mentioned coated polymer particles. The average thickness was obtained from the difference from the average particle diameter of the particles.
  • Toluene swelling index The coated polymer particles immersed in toluene were shaken for 24 hours so that the solid concentration was about 1% by mass to obtain a toluene solution containing a toluene swell.
  • the toluene solution containing the swollen body was treated at 20,000 rpm for 1 hour using a centrifuge (device name: hymac CR 22GII, manufactured by Hitachi Koki Co., Ltd.), and solid-liquid separation was performed. Subsequently, after taking out the solid layer containing the swollen body and measuring the mass ( ⁇ ), it was vacuum-dried under the conditions of 0.1 kPa and 60 ° C. using the vacuum dryer until the mass change of the swollen body disappeared, and toluene The toluene swelling index ( ⁇ / ⁇ ) was calculated from the ratio of the mass before drying ( ⁇ ) and the mass after drying ( ⁇ ).
  • Example 1 (Preparation of initiator emulsion) An emulsion containing 3.45 g of cumene hydroperoxide as a polymerization initiator, 3.75 g of sodium lauryl sulfate as an emulsifier, and 150 g of ion-exchanged water was subjected to deoxygenation to obtain an initiator emulsion.
  • the addition of the monomer mixture (iii) when it was confirmed that the total monomer conversion calculated by the above method exceeded 95% by mass, the addition of the initiator emulsion was stopped, and the polymerization terminator A hydroquinone deoxygenated aqueous solution was added.
  • the polymerization tank was cooled to 25 ° C., and the emulsion of the coated polymer particles of the present invention was taken out.
  • the polymerization time from the start of polymerization to the addition of the polymerization terminator was 10 hours.
  • Example 2 (Production of coated polymer particles (1-2) and a rubber composition) Using the monomer mixture shown in Table 1, coated polymer particles (1-2) were obtained in the same manner as in Example 1, and then according to the blending ratio (parts by mass) shown in Table 2, Example 1 and A rubber composition was obtained in the same manner. The obtained coated polymer particles and the rubber composition were evaluated by the above methods. The results are shown in Table 3.
  • Example 3 (Preparation of initiator emulsion) An initiator emulsion was obtained in the same manner as in the preparation of the initiator emulsion in Example 1. (Production of coated polymer particles (1-3)) (Step 1-1) In a dried 0.5 L pressure-resistant polymerization tank, 200 g of ion-exchanged water, 5 g of sodium lauryl sulfate, 0.032 g of iron (II) sulfate (7 hydrate), 0.02 g of disodium ethylenediaminetetraacetate, 0% of sodium chloride After adding 2 g, deoxygenation was performed by bubbling with nitrogen gas for 30 minutes to obtain an aqueous solution.
  • Step 1-1 In a dried 0.5 L pressure-resistant polymerization tank, 200 g of ion-exchanged water, 5 g of sodium lauryl sulfate, 0.032 g of iron (II) sulfate (7 hydrate), 0.02 g of disodium ethylened
  • Step 1-2 After confirming that the total monomer conversion calculated by the above method exceeded 95% by mass, the initiator emulsion was added to the emulsion obtained in Step 1-1 at a rate of 0.02 ml / min.
  • the monomer mixture (ii) shown in Table 1 was deoxygenated while being fed at 0, and then continuously added at a rate of 1.7 ml / min to obtain an emulsion of particles (x).
  • Process 2 After the addition of the monomer mixture (ii), when it was confirmed that the total monomer conversion calculated by the above method exceeded 95% by mass, the monomer mixture (iii) shown in Table 1 was removed. After oxygen treatment, it was continuously added at a rate of 1.7 ml / min.
  • the addition of the monomer mixture (iii) when it was confirmed that the total monomer conversion calculated by the above method exceeded 95% by mass, the addition of the initiator emulsion was stopped, and the polymerization terminator A hydroquinone deoxygenated aqueous solution was added. Thereafter, the polymerization tank was cooled to 25 ° C., and the emulsion of the coated polymer particles of the present invention was taken out. The polymerization time from the start of polymerization to the addition of the polymerization terminator was 10 hours.
  • Examples 4-5 (Production of coated polymer particles (1-4) to (1-5) and a rubber composition) Using the monomer mixture shown in Table 1, coated polymer particles (1-4) and (1-5) were obtained in the same manner as in Example 3, and then the blending ratio (parts by mass) shown in Table 2 was obtained. Therefore, a rubber composition was obtained in the same manner as in Example 1. Each of the obtained coated polymer particles and the rubber composition was evaluated by the above method. The results are shown in Table 3.
  • Comparative Examples 1 and 2 Manufacture of coated polymer particles (2-1) to (2-2) and manufacture of rubber composition
  • monomer mixture shown in Table 1 coated polymer particles (2-1) and (2-2) were obtained in the same manner as in Example 1, and then the blending ratio (parts by mass) shown in Table 2
  • a rubber composition was obtained in the same manner as in Example 1.
  • Each of the obtained coated polymer particles and the rubber composition was evaluated by the above method. The results are shown in Table 3.
  • Comparative Example 3 (Production of coated polymer particles (2-3) and rubber composition) Using the monomer mixture shown in Table 1, coated polymer particles (2-3) were obtained in the same manner as in Example 3, and then according to the blending ratio (parts by mass) shown in Table 2, Example 1 was obtained. In the same manner, a rubber composition was obtained. The obtained coated polymer particles and the rubber composition were evaluated by the above methods. The results are shown in Table 3.
  • Table 3 Each notation in Table 3 is as follows. * 1: Numerical values in parentheses in Table 3 indicate the content (mass%) of each monomer in each polymer. * 2: Indicates the average particle diameter of the coated polymer particles. * 3: Indicates the ratio between the average particle diameter of the particles (x) and the average thickness of the outermost coating.
  • Table 3 shows that the rubber compositions using the coated polymer particles of Examples 1 to 5 have superior rolling resistance performance and mechanical strength as compared with Comparative Examples 1 to 3.
  • coated polymer particles of the present invention are useful as a resin modifier capable of improving rolling resistance performance and mechanical strength in tire applications, and a rubber composition containing the coated polymer particles has excellent rolling resistance performance and mechanical strength. It can be suitably used as a rubber composition for tires having strength.

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Abstract

粒子(x)及び該粒子(x)の少なくとも一部を被覆する最外被膜を有する被覆重合体粒子であって、該粒子(x)が重合体(A)を含有し、該最外被膜がファルネセン由来の単量体単位を含む重合体(B)を含有する、被覆重合体粒子、及びこれを用いた樹脂改質剤、ゴム組成物及びタイヤである。

Description

被覆重合体粒子、樹脂改質剤、ゴム組成物及びタイヤ
 本発明は、被覆重合体粒子、及びこれを用いた樹脂改質剤、ゴム組成物、タイヤに関する。さらに詳しくは、例えばタイヤ用途の樹脂改質剤として有用な被覆重合体粒子に関する。
 共役ジエン重合体を含む重合体粒子は、樹脂改質剤として知られている。例えば、タイヤ用途では、トルエン中の膨潤指数が特定の範囲にあり、かつ粒径が特定の範囲にあるスチレン/ブタジエンゴムゲルからなる重合体粒子をゴムと混合することで、耐摩耗性及び転がり抵抗性能を改善できることが知られている(特許文献1参照)。しかしながら、スチレン及びブタジエンを使用した重合体粒子は、該重合体粒子の添加によってタイヤの破断伸びや破断強度といった力学強度(以下、単に「力学強度」とも称する)が低下してしまうという問題を有していた。
特開2010-095724号公報
 本発明は、上記の現状を鑑みてなされたものであり、タイヤ用途において、優れた転がり抵抗性能を保持しつつ、力学強度に優れる被覆重合体粒子、並びにこれを用いた樹脂改質剤、ゴム組成物及びタイヤを提供することを目的とする。
 本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討を行った結果、粒子及び該粒子の少なくとも一部を被覆する最外被膜を有する被覆重合体粒子であって、該最外被膜がファルネセン由来の単量体単位を含む重合体である被覆重合体粒子によって、上記課題を解決し得ることを見出し、本発明を完成した。
 すなわち、本発明は下記[1]~[13]に関する。
[1] 粒子(x)及び該粒子(x)の少なくとも一部を被覆する最外被膜を有する被覆重合体粒子であって、
 該粒子(x)が重合体(A)を含有し、
 該最外被膜がファルネセン由来の単量体単位を含む重合体(B)を含有する、被覆重合体粒子。
[2] 重合体(A)が、共役ジエン由来の単量体単位を含む重合体である、上記[1]に記載の被覆重合体粒子。
[3] 重合体(A)が、共役ジエン由来の単量体単位と、共役ジエン以外の他のラジカル重合性単量体(a)由来の単量体単位とを含む共重合体である、上記[2]に記載の被覆重合体粒子。
[4] 重合体(A)におけるラジカル重合性単量体(a)由来の単量体単位の含有量が、重合体(A)の総質量に対して5~95質量%の範囲である、上記[3]に記載の被覆重合体粒子。
[5] 重合体(B)が、ファルネセン由来の単量体単位と、他のラジカル重合性単量体(b)由来の単量体単位とを含む共重合体である、上記[1]~[4]のいずれかに記載の被覆重合体粒子。
[6] 重合体(B)におけるラジカル重合性単量体(b)由来の単量体単位の含有量が、重合体(B)の総質量に対して1~95質量%の範囲である、上記[5]に記載の被覆重合体粒子。
[7] ラジカル重合性単量体(b)が、ファルネセン以外の共役ジエン、芳香族ビニル化合物、(メタ)アクリル酸及びその塩、(メタ)アクリル酸エステル、並びに(N-アルキル)(メタ)アクリルアミドからなる群から選ばれる少なくとも1種である、上記[5]又は[6]に記載の被覆重合体粒子。
[8] ラジカル重合性単量体(b)が、(メタ)アクリル酸及びその塩、(メタ)アクリル酸ヒドロキシアルキルエステル、(メタ)アクリル酸グリシジルエステル、(メタ)アクリル酸N,N’-ジアルキルアミノアルキルエステル、(メタ)アクリル酸トリアルコキシシリルアルキルエステル並びに(N-アルキル)(メタ)アクリルアミドからなる群から選ばれる少なくとも1種である、上記[5]~[7]のいずれかに記載の被覆重合体粒子。
[9] 粒子(x)と最外被膜との質量比〔粒子(x)/最外被膜〕が、95/5~50/50の範囲である、上記[1]~[8]のいずれかに記載の被覆重合体粒子。
[10] 粒子(x)が、粒子(x’)及び該粒子(x’)の少なくとも一部を被覆する少なくとも一層からなる被膜を有する粒子である、上記[1]~[9]のいずれかに記載の被覆重合体粒子。
[11] 上記[1]~[10]のいずれかに記載の被覆重合体粒子を含む、樹脂改質剤。
[12] 上記[1]~[10]のいずれかに記載の被覆重合体粒子を含むゴム成分(X)、及びフィラー(Y)を含有するゴム組成物であって、ゴム成分(X)総量中における該被覆重合体粒子の含有量が1~50質量%であり、ゴム成分(X)100質量部に対し、フィラー(Y)を20~150質量部含有する、ゴム組成物。
[13] 上記[12]に記載のゴム組成物を少なくとも一部に用いたタイヤ。
 なお、以下「ファルネセン由来の単量体単位を含む重合体(B)」を単に「重合体(B)」とも称し、「ラジカル重合性単量体(b)」を単に「単量体(b)」とも称する。また、以下「ファルネセン由来の単量体単位」を単に「ファルネセン単位」とも称し、「共役ジエン由来の単量体単位」を単に「共役ジエン単位」とも称する。
 なお、本明細書中において、「(メタ)アクリル」とは、「メタクリル」及び「アクリル」から選ばれる1種又は2種を意味し、「(N-アルキル)(メタ)アクリルアミド」とは、「(メタ)アクリルアミド」及び「N-アルキル(メタ)アクリルアミド」から選ばれる1種又は2種以上を意味する。
 本発明によれば、タイヤ用途において、優れた転がり抵抗性能を保持しつつ、力学強度に優れる被覆重合体粒子、並びにこれを用いた樹脂改質剤、ゴム組成物及びタイヤを提供することができる。
[被覆重合体粒子]
 本発明の被覆重合体粒子は、粒子(x)及び該粒子(x)の少なくとも一部を被覆する最外被膜を有する被覆重合体粒子であって、該粒子(x)が重合体(A)を含有し、該最外被膜がファルネセン由来の単量体単位を含む重合体(B)を含有する。
 本発明の被覆重合体粒子において、粒子(x)は被覆重合体粒子における内層の部分であり、最外被膜は最外層の部分である。また、本発明において、「被覆」とは最外被膜が粒子(x)の表面を少なくとも一部被覆している状態をいい、該表面の全部を被覆していることが好ましい。
<粒子(x)>
 本発明における粒子(x)は、重合体(A)を含有する。
 本発明の重合体(A)を形成できる単量体としては、ブタジエン、イソプレン、ファルネセン等の共役ジエン;スチレン、α-メチルスチレン、tert-ブチルスチレン等の芳香族ビニル化合物;(メタ)アクリル酸及びその塩;(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸n-プロピル、(メタ)アクリル酸イソプロピル等の(メタ)アクリル酸エステル;(メタ)アクリルアミド、N-メチル(メタ)アクリルアミド、N-エチル(メタ)アクリルアミド等の(N-アルキル)(メタ)アクリルアミド;(メタ)アクリロニトリル等のニトリル;メチルビニルエーテル、エチルビニルエーテル、n-ブチルビニルエーテル、イソブチルビニルエーテル等のビニルエーテル;酢酸ビニル、n-プロピオン酸ビニル、酪酸ビニル、ピバリン酸ビニル等のビニルエステル;無水マレイン酸、無水イタコン酸等の不飽和ジカルボン酸無水物;エテン、プロペン、n-ブテン、イソブテン等のモノオレフィン;臭化ビニル、臭化ビニリデン、塩化ビニル、塩化ビニリデン、フッ化ビニル、フッ化ビニリデン等のハロゲン化エチレン;酢酸アリル、塩化アリル等のアリル化合物;マレイン酸、イタコン酸等の不飽和ジカルボン酸及びその塩;マレイン酸エステル、イタコン酸エステル等の不飽和ジカルボン酸エステル;ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン等のビニルシリル化合物;などが挙げられる。
 これらのうち、重合体(A)は、転がり抵抗性能及び力学強度の観点から、共役ジエン由来の単量体単位(共役ジエン単位)を含む重合体であることが好ましい。かかる共役ジエン単位は、上記した共役ジエンの重合によって形成される。共役ジエンとしては、転がり抵抗性能及び力学強度の観点から、ブタジエン、イソプレン、及びファルネセンからなる群から選ばれる少なくとも1種が好ましく、ブタジエン及びファルネセンからなる群から選ばれる少なくとも1種がより好ましく、ブタジエン又はブタジエンとファルネセンとの併用がさらに好ましい。
 ブタジエンとファルネセンとを併用する場合には、ブタジエンとファルネセンとの質量比〔ブタジエン/ファルネセン〕は、転がり抵抗性能及び力学強度の観点から、20/80~80/20が好ましく、30/70~70/30がより好ましく、40/60~60/40がさらに好ましい。
 また、力学強度の観点からは、ブタジエンとファルネセンとの質量比〔ブタジエン/ファルネセン〕は、30/70~100/0が好ましく、40/60~100/0がより好ましい。
 重合体(A)を構成する単量体としてファルネセンを用いる場合は、α-ファルネセンであってもよく、また、下記式(I)で表されるβ-ファルネセンであってもよく、α-ファルネセンとβ-ファルネセンとを含むものでもよいが、製造容易性の観点から、β-ファルネセンを含むことが好ましい。
 β-ファルネセン由来の単量体単位の含有量は、製造容易性の観点から、ファルネセン単位中、80質量%以上が好ましく、90質量%以上がより好ましく、100質量%であること、すなわちファルネセン単位のすべてがβ-ファルネセン由来の単量体単位であることがさらに好ましい。
 重合体(A)にファルネセン単位が含まれる場合には、架橋されていることが好ましい。重合体(A)が架橋されることにより、力学強度低下の原因となる低分子量の重合体成分が減少する。後述するトルエン膨潤指数が小さいほど、架橋度は高くなる。
 なお、重合体(A)がファルネセン単位を含む場合には、重合体(A)と重合体(B)は単量体組成が同一でないことが好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
 重合体(A)における共役ジエン単位の含有量は、転がり抵抗性能及び力学強度の観点から、重合体(A)の総質量に対して、5~100質量%の範囲が好ましく、5~95質量%の範囲がより好ましく、20~95質量%の範囲がさらに好ましく、30~90質量%の範囲がよりさらに好ましく、40~80質量%の範囲がよりさらに好ましく、50~70質量%の範囲がよりさらに好ましい。
 また、重合体(A)は、共役ジエン由来の単量体単位と、共役ジエン以外の他のラジカル重合性単量体(a)(以下、単に「単量体(a)」とも称する)由来の単量体単位とを含む共重合体であってもよい。
 単量体(a)としては、前述の重合体(A)を形成できる共役ジエン以外の単量体が挙げられるが、共役ジエンとの共重合性の観点から、芳香族ビニル化合物、(メタ)アクリル酸及びその塩、(メタ)アクリル酸エステル、並びに(N-アルキル)(メタ)アクリルアミドからなる群から選ばれる少なくとも1種が好ましく、転がり抵抗性能及び力学強度の観点から、芳香族ビニル化合物がより好ましく、スチレンがさらに好ましい。これらは1種を単独で用いても、2種以上を併用してもよい。
 重合体(A)における単量体(a)由来の単量体単位の含有量は、転がり抵抗性能及び力学強度の観点から、重合体(A)の総質量に対して、0~95質量%の範囲が好ましく、5~95質量%の範囲がより好ましく、5~80質量%の範囲がさらに好ましく、10~70質量%の範囲がよりさらに好ましく、20~60質量%の範囲がよりさらに好ましく、30~50質量%の範囲がよりさらに好ましい。
 重合体(A)が、共役ジエン単位と、単量体(a)由来の単量体単位をと含む共重合体である場合、共役ジエン単位と単量体(a)由来の単量体単位との質量比〔共役ジエン単位/単量体(a)由来の単量体単位〕は、転がり抵抗性能及び力学強度の観点から、95/5~30/70が好ましく、90/10~40/60がより好ましく、80/20~50/50がさらに好ましく、70/30~60/40がよりさらに好ましい。
 粒子(x)は、単量体組成の異なる複数の種類の重合体(A)を含んでいてもよく、粒子(x’)及び該粒子(x’)の少なくとも一部を被覆する少なくとも一層からなる被膜を有する、複数の層からなる粒子であってもよい。
 粒子(x)中の粒子(x’)の含有量は、製造容易性の観点から、1~50質量%の範囲が好ましく、7~30質量%の範囲がより好ましく、10~20質量%の範囲がさらに好ましい。
 粒子(x)は、転がり抵抗性能及び力学強度の観点から、重合体(A)と異なる組成の単量体単位を含む他の重合体(A’)(以下、単に「重合体(A’)」と称する)を含有する粒子(x’)と該粒子(x’)の少なくとも一部を被覆する重合体(A)を含有する被膜を有する、二層の粒子であることが好ましい。
 かかる他の重合体(A’)を形成できる単量体としては、ブタジエン、イソプレン、ファルネセン等の共役ジエン;スチレン、α-メチルスチレン、tert-ブチルスチレン等の芳香族ビニル化合物;(メタ)アクリル酸及びその塩;(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸n-プロピル、(メタ)アクリル酸イソプロピル等の(メタ)アクリル酸エステル;(メタ)アクリルアミド、N-メチル(メタ)アクリルアミド、N-エチル(メタ)アクリルアミド等の(N-アルキル)(メタ)アクリルアミド;(メタ)アクリロニトリル等のニトリル;メチルビニルエーテル、エチルビニルエーテル、n-ブチルビニルエーテル、イソブチルビニルエーテル等のビニルエーテル;酢酸ビニル、n-プロピオン酸ビニル、酪酸ビニル、ピバリン酸ビニル等のビニルエステル;無水マレイン酸、無水イタコン酸等の不飽和ジカルボン酸無水物;エテン、プロペン、n-ブテン、イソブテン等のモノオレフィン;臭化ビニル、臭化ビニリデン、塩化ビニル、塩化ビニリデン、フッ化ビニル、フッ化ビニリデン等のハロゲン化エチレン;酢酸アリル、塩化アリル等のアリル化合物;マレイン酸、イタコン酸等の不飽和ジカルボン酸及びその塩;マレイン酸エステル、イタコン酸エステル等の不飽和ジカルボン酸エステル;ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン等のビニルシリル化合物;などが挙げられる。
 これらのうち、転がり抵抗性能及び力学強度の観点、製造容易性の観点から、共役ジエン及び芳香族ビニル化合物からなる群から選ばれる少なくとも1種が好ましく、共役ジエンがより好ましく、ファルネセンがさらに好ましい。
 また、重合体(A’)は、ファルネセン由来の単量体単位と他のラジカル重合性単量体(a’)(以下、単に「単量体(a’)」とも称する)由来の単量体単位を含む共重合体であってもよい。単量体(a’)は、ファルネセンとの共重合性の観点から、ファルネセン以外の共役ジエン、芳香族ビニル化合物、(メタ)アクリル酸及びその塩、(メタ)アクリル酸エステル、並びに(N-アルキル)(メタ)アクリルアミドからなる群から選ばれる少なくとも1種が好ましく、転がり抵抗性能及び力学強度の観点からは、ファルネセン以外の共役ジエン及び芳香族ビニル化合物からなる群から選ばれる少なくとも1種がより好ましく、ブタジエン及びスチレンからなる群から選ばれる少なくとも1種がさらに好ましい。これらは1種を単独で用いても、2種以上を併用してもよい。
 本発明の被覆重合体粒子における粒子(x)の含有量は、被覆重合体粒子の総質量に対して、10~99.9質量%の範囲であることが好ましく、30~99.9質量%の範囲であることがより好ましく、40~95質量%の範囲であることがさらに好ましく、50~95質量%の範囲であることがよりさらに好ましく、60~95質量%の範囲であることがよりさらに好ましい。
 粒子(x)中の重合体(A)の含有量は、転がり抵抗性能及び力学強度の観点から、60~100質量%の範囲が好ましく、80~100質量%の範囲がより好ましく、90~100質量%の範囲がさらに好ましい。粒子(x)が、単量体組成の異なる複数の種類の重合体(A)を含む場合には、重合体(A)の含有量は、複数の種類の重合体(A)の総量である。
 粒子(x’)中の重合体(A’)の含有量は、転がり抵抗性能及び力学強度の観点から、60~100質量%の範囲が好ましく、80~100質量%の範囲がより好ましく、90~100質量%の範囲がさらに好ましい。
<最外被膜>
 本発明における最外被膜は、ファルネセン単位を含む重合体(B)を含有する。重合体(B)は、ファルネセンを含む単量体の重合によって形成される。最外被膜を構成する重合体(B)がファルネセン単位を含有することにより、被覆重合体粒子の添加により、転がり抵抗性能を向上させつつ、力学強度も向上させることができる。
 重合体(B)に用いるファルネセンは、前述の重合体(A)を形成する単量体として用いるファルネセンと同様に、α-ファルネセンであってもよく、また、上記式(I)で表されるβ-ファルネセンであってもよく、α-ファルネセンとβ-ファルネセンとを含むものでもよいが、製造容易性の観点から、β-ファルネセンを含むことが好ましい。
 β-ファルネセン由来の単量体単位の含有量は、製造容易性の観点から、ファルネセン単位中、80質量%以上が好ましく、90質量%以上がより好ましく、100質量%であること、すなわちファルネセン由来の単量体単位のすべてがβ-ファルネセン由来の単量体単位であることがさらに好ましい。
 また、重合体(B)に含まれるファルネセン単位は、力学強度の観点から、架橋されていることが好ましい。
 重合体(B)におけるファルネセン単位の含有量は、転がり抵抗性能及び力学強度の観点から、重合体(B)の総質量に対して、5~100質量%の範囲が好ましく、5~99質量%の範囲がより好ましく、20~99質量%の範囲がさらに好ましく、30~95質量%の範囲がよりさらに好ましく、40~90質量%の範囲がよりさらに好ましく、40~80質量%の範囲がよりさらに好ましく、45~70質量%の範囲がよりさらに好ましい。
 本発明の重合体(B)は、ファルネセン由来の単量体単位とファルネセン以外の他のラジカル重合性単量体(b)由来の単量体単位とを含む共重合体であってもよい。
 単量体(b)としては、ブタジエン、イソプレン等のファルネセン以外の共役ジエン;スチレン、α-メチルスチレン、tert-ブチルスチレン等の芳香族ビニル化合物;(メタ)アクリル酸及びその塩;(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸n-プロピル、(メタ)アクリル酸イソプロピル等の(メタ)アクリル酸アルキルエステル、(メタ)アクリル酸ヒドロキシアルキルエステル、(メタ)アクリル酸グリシジルエステル、(メタ)アクリル酸N,N’-ジアルキルアミノアルキルエステル等の(メタ)アクリル酸エステル;(メタ)アクリルアミド、N-メチル(メタ)アクリルアミド、N-エチル(メタ)アクリルアミド等の(N-アルキル)(メタ)アクリルアミド;(メタ)アクリロニトリル等のニトリル;酢酸ビニル、n-プロピオン酸ビニル、酪酸ビニル、ピバリン酸ビニル等のビニルエステル;無水マレイン酸、無水イタコン酸等の不飽和ジカルボン酸無水物;エテン、プロペン、n-ブテン、イソブテン等のモノオレフィン;臭化ビニル、臭化ビニリデン、塩化ビニル、塩化ビニリデン、フッ化ビニル、フッ化ビニリデン等のハロゲン化エチレン;酢酸アリル、塩化アリル等のアリル化合物;マレイン酸、イタコン酸等の不飽和ジカルボン酸及びその塩;マレイン酸エステル、イタコン酸エステル等の不飽和ジカルボン酸エステル;ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン等のビニルシリル化合物;などが挙げられる。これらのうち、ファルネセンとの共重合性の観点から、ファルネセン以外の共役ジエン、芳香族ビニル化合物、(メタ)アクリル酸及びその塩、(メタ)アクリル酸エステル、並びに(N-アルキル)(メタ)アクリルアミドからなる群から選ばれる少なくとも1種が好ましく、ファルネセン以外の共役ジエン、(メタ)アクリル酸及びその塩、並びに(メタ)アクリル酸エステルからなる群から選ばれる少なくとも1種がより好ましい。単量体(b)は、1種を単独で用いても、2種以上を併用してもよい。
 重合体(B)における単量体(b)由来の単量体単位の含有量は、重合体(B)の総質量に対して、0~95質量%の範囲であることが好ましく、1~95質量%の範囲であることがより好ましく、1~80質量%の範囲であることがさらに好ましく、5~70質量%の範囲であることがよりさらに好ましく、10~60質量%の範囲であることがよりさらに好ましく、20~60質量%の範囲がよりさらに好ましく、30~55質量%の範囲がよりさらに好ましい。
 重合体(B)が、ファルネセン単位と、単量体(b)由来の単量体単位をと含む共重合体である場合、ファルネセン単位と単量体(b)由来の単量体単位との質量比〔ファルネセン単位/単量体(b)由来の単量体単位〕は、転がり抵抗性能及び力学強度の観点から、98/2~40/60が好ましく、95/5~50/50がより好ましく、95/5~60/40がさらに好ましい。
 最外被膜を形成する重合体(B)は、転がり抵抗性能及び力学強度を向上させる観点から、反応性官能基を有することが好ましい。本発明の被覆重合体粒子を樹脂改質剤として用いる場合やゴム組成物に配合する際、重合体(B)の反応性官能基が、樹脂やゴム組成物に含まれるフィラー成分と反応して、フィラーの分散性を向上させることで転がり抵抗性能及び力学強度の向上効果が得られる。
 かかる反応性官能基としては水酸基、カルボキシ基、エポキシ基、アミノ基、N-アルキルアミノ基、トリアルコキシシリル基等が挙げられる。
 重合体(B)に該官能基を導入する方法として、ファルネセンと該官能基を有する単量体(b)とを併用して共重合体とすることが好ましい。
 かかる単量体(b)としては、転がり抵抗性能及び力学強度を向上させる観点から、(メタ)アクリル酸及びその塩;2-ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2-ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート等の(メタ)アクリル酸ヒドロキシアルキルエステル;グリシジル(メタ)アクリレート等の(メタ)アクリル酸グリシジルエステル;N,N’-ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、N,N’-ジエチルアミノエチル(メタ)アクリレート等の(メタ)アクリル酸N,N’-ジアルキルアミノアルキルエステル;(メタ)アクリル酸トリエトキシシリルプロピル、(メタ)アクリル酸トリメトキシシリルプロピル、(メタ)アクリル酸メチルジメトキシシリルプロピル等の(メタ)アクリル酸トリアルコキシシリルアルキルエステル;並びに(メタ)アクリルアミド、N-メチル(メタ)アクリルアミド等の(N-アルキル)(メタ)アクリルアミドからなる群から選ばれる少なくとも1種が好ましく、共重合体の製造容易性の観点からは、(メタ)アクリル酸及びその塩、(メタ)アクリル酸ヒドロキシアルキルエステル、(メタ)アクリル酸グリシジルエステル、(メタ)アクリル酸N,N’-ジアルキルアミノアルキルエステル、並びに(N-アルキル)(メタ)アクリルアミドからなる群から選ばれる少なくとも1種がより好ましく、(メタ)アクリル酸及びその塩、(メタ)アクリル酸ヒドロキシアルキルエステル、並びに(メタ)アクリル酸グリシジルエステルからなる群から選ばれる少なくとも1種がさらに好ましく、メタクリル酸、グリシジルメタクリレート及び2-ヒドロキシブチルメタクリレートからなる群から選ばれる少なくとも1種がよりさらに好ましく、メタクリル酸及びグリシジルメタクリレートからなる群から選ばれる少なくとも1種がよりさらに好ましい。転がり抵抗性能を向上させる観点からは、(メタ)アクリル酸グリシジルエステルがよりさらに好ましく、グリシジルメタクリレートがよりさらに好ましい。力学強度を向上させる観点からは、(メタ)アクリル酸及びその塩がよりさらに好ましく、メタクリル酸がよりさらに好ましい。これらは1種を単独で用いても、2種以上を併用してもよい。
 本発明の被覆重合体粒子における最外被膜の含有量は、被覆重合体粒子の総質量に対して、0.1~90質量%の範囲であることが好ましく、0.1~70質量%の範囲であることがより好ましく、5~60質量%の範囲であることがさらに好ましく、5~50質量%の範囲であることがよりさらに好ましく、5~40質量%の範囲であることがよりさらに好ましい。
 最外被膜中における重合体(B)の含有量は、転がり抵抗性能及び力学強度の観点から、60~100質量%の範囲が好ましく、80~100質量%の範囲がより好ましく、90~100質量%の範囲がさらに好ましい。
 粒子(x)と最外被膜との質量比〔粒子(x)/最外被膜〕は、転がり抵抗性能及び力学強度のバランスの観点から、95/5~50/50の範囲であることが好ましく、90/10~60/40の範囲であることがより好ましく、80/20~65/35の範囲であることがさらに好ましい。
 本発明の被覆重合体粒子は、タイヤ用途の樹脂改質剤として用いる場合、力学強度向上の観点から、架橋されていることが好ましい。本発明の被覆重合体粒子の架橋度については、該被覆重合体粒子のトルエン膨潤指数が指標として用いることができる。上記の観点から、トルエン膨潤指数が1~80であることが好ましく、1~60であることがより好ましく、6~40であることがさらに好ましく、6~25であることがよりさらに好ましく、6~15であることがよりさらに好ましい。
 かかるトルエン膨潤指数は、実施例に記載の方法により、被覆重合体粒子をトルエンで膨潤させたトルエン膨潤体の質量(α)と、トルエン膨潤体の乾燥後の質量(β)の質量比(α/β)を測定することで求めることができる。トルエン膨潤指数の数値が低いほど架橋度は高い。
 本発明の被覆重合体粒子の平均粒子径は、タイヤ用途の樹脂改質剤として用いる場合、易分散性と改質効果のバランスの観点から、10~200nmが好ましく、20~100nmがより好ましく、30~80nmがさらに好ましい。かかる平均粒子径は、実施例に記載の方法により、被覆重合体粒子をメタクリル樹脂に包埋した後に四酸化オスミウムで染色し、透過型電子顕微鏡で粒子像を観察することで測定される。
 本発明における粒子(x)の平均粒子径と最外被膜の平均厚みの比〔粒子(x)の平均粒子径/最外被膜の平均厚み〕は、転がり抵抗性能及び力学強度を向上させる観点から、1~1,000の範囲が好ましく、2~500の範囲がより好ましく、3~100の範囲がさらに好ましく、4~50の範囲がよりさらに好ましく、5~30の範囲がよりさらに好ましい。なお、粒子(x)の平均粒子径及び最外被膜の平均厚みは、実施例に記載の方法により測定される。
 本発明の被覆重合体粒子は、本発明の効果を阻害しない範囲で、耐候性、耐熱性、耐酸化性等の向上を目的として、必要に応じて老化防止剤、酸化防止剤、ワックス、滑剤、光安定剤、スコーチ防止剤、加工助剤、顔料や色素等の着色剤、難燃剤、帯電防止剤、艶消し剤、ブロッキング防止剤、紫外線吸収剤、離型剤、発泡剤、抗菌剤、防カビ剤、香料などの添加剤を1種又は2種以上含有していてもよい。
 上記酸化防止剤としては、例えば、ヒンダードフェノール系化合物、リン系化合物、ラクトン系化合物、ヒドロキノン系化合物等が挙げられる。老化防止剤としては、例えば、アミン-ケトン系化合物、イミダゾール系化合物、アミン系化合物、フェノール系化合物、硫黄系化合物及びリン系化合物等が挙げられる。
(被覆重合体粒子の製造方法)
 本発明の被覆重合体粒子は、例えば乳化重合によって製造でき、下記工程1及び2を有する製造方法により得ることが好ましい。
 工程1:重合体(A)を形成する単量体を水中で乳化重合して、重合体(A)を含有する粒子(x)の乳化液を得る工程
 工程2:工程1で得られた乳化液中に、さらに重合体(B)を形成するファルネセンを含む単量体を添加して水中で乳化重合して、重合体(B)を含有する最外被膜を有する被覆重合体粒子の乳化液を得る工程
 重合体(A)からなる粒子(x)が、重合体(A’)を含有する粒子(x’)及び該粒子(x’)の少なくとも一部を被覆する重合体(A)を含有する被膜を有する粒子である被覆重合体粒子を製造する場合は、工程2の前に、工程1として下記工程1-1及び1-2を有することが好ましい。
 工程1-1:重合体(A’)を形成する単量体を水中で乳化重合して、重合体(A’)を含有する粒子(x’)の乳化液を得る工程
 工程1-2:工程1-1で得られた乳化液に、さらに重合体(A)を形成する単量体を添加して水中で乳化重合して、重合体(A)を含有する被膜を有する粒子(x)の乳化液を得る工程
 粒子(x’)を被覆する被膜が、複数の層からなる場合には、上記工程1-2を繰り返すことにより製造することができる。
 前記乳化重合で用いる水の量は、乳化液の粘度や安定性の観点から、重合体(A)を形成する単量体と、重合体(B)を形成する単量体との和100質量部に対して、50~1,500質量部の範囲であることが好ましく、80~1,000質量部の範囲であることがより好ましく、100~800質量部の範囲であることがさらに好ましい。
 前記乳化重合においては、通常乳化剤及び重合開始剤を用いる。
 前記乳化重合において使用される乳化剤は、脂肪酸塩、ロジン酸塩、アルキル硫酸塩等のアニオン系乳化剤が好ましい。具体的には、ラウリン酸塩、ミリスチン酸塩、パルミチン酸塩、ステアリン酸塩、リノール酸塩、リノレン酸塩などの脂肪族カルボン酸のナトリウム塩、カリウム塩又はアンモニウム塩;天然ロジンの不均化又は水添物のナトリウム塩、カリウム塩又はアンモニウム塩;ラウリル硫酸塩などの脂肪族硫酸化合物のナトリウム塩、カリウム塩又はアンモニウム塩;ポリオキシエチレンオクチルフェニルエーテルスルホン酸塩、ポリオキシエチレンオクチルフェニルエーテル硫酸エステル塩等のノニオンアニオン系乳化剤のナトリウム塩、カリウム塩又はアンモニウム塩が挙げられる。前記乳化重合において、ポリオキシエチレンオクチルフェニルエーテルやポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル等のノニオン性乳化剤やポリビニルアルコールなどの保護コロイド剤を併用してもよい。
 前記乳化剤の使用量は、乳化液の安定性を損なわない範囲であれば特に限定はされないが、乳化重合後の除去及び排水による環境汚染の観点から、重合体(A)を形成する単量体と、重合体(B)を形成する単量体の和100質量部に対して、0.01~15質量部の範囲であることが好ましく、0.1~10質量部の範囲であることがより好ましく、1~7質量部の範囲であることがさらに好ましい。かかる乳化剤は、単量体を添加する前に通常乳化重合当初から水中に分散しておいてもよく、また、重合反応途中で追加してもよい。
 前記乳化重合において使用される重合開始剤は、ラジカル重合開始能があるものであれば特に限定されない。具体的には、アゾビスイソブチロニトリル、1,1’-アゾビス(シクロヘキサン-1-カルボニトリル)、2,2’-アゾビス(4-メトキシ-2,4-ジメチルバレロニトリル)、2,2’-アゾビス[2-(2-イミダゾリン-2-イル)プロパン]、2,2’-アゾビス[N-(2-カルボキシエチル)-2-メチルプロピオンアミジン]水和物等のアゾ化合物;過硫酸ナトリウム、過硫酸カリウム、過酸化水素等の無機過酸化物;t-ブチルヒドロパーオキシド、クメンヒドロパーオキシド、pーメンタンヒドロパーオキシドなどの有機過酸化物が挙げられる。これらは、1種を単独で用いても、2種以上を併用してもよい。かかる重合開始剤は、乳化重合当初から水中に添加しておいてもよく、また、重合反応途中で添加してもよい。
 前記重合開始剤の使用量は、重合体(A)を形成する単量体と、重合体(B)を形成する単量体の和100質量部に対して、0.01~15質量部の範囲であることが好ましく、0.05~10質量部の範囲であることがより好ましく、0.1~5質量部の範囲であることがさらに好ましい。
 また、生産性の観点から、レドックス系開始剤を用いてもよく、該レドックス系開始剤としては、上記有機過酸化物と遷移金属塩との併用が好ましい。
 有機過酸化物と併用する遷移金属塩としては、例えば、硫酸鉄(II)、チオ硫酸鉄(II)、炭酸鉄(II)、塩化鉄(II)、臭化鉄(II)、ヨウ化鉄(II)、水酸化鉄(II)、酸化鉄(II)等の鉄化合物;硫酸銅(I)、チオ硫酸銅(I)、炭酸銅(I)、塩化銅(I)、臭化銅(I)、ヨウ化銅(I)、水酸化銅(I)、酸化銅(I)等の銅化合物、又はそれらの水和物などが使用できる。
 これらのうち、生産性の観点から、上記有機過酸化物と鉄化合物との併用が好ましく、クメンヒドロパーオキシドと鉄化合物との併用がより好ましく、クメンヒドロパーオキシドと硫酸鉄(II)の水和物との併用がさらに好ましい。
 かかる有機過酸化物の使用量は、重合体(A)を形成する単量体と、重合体(B)を形成する単量体の和100質量部に対して、0.01~15質量部の範囲が好ましく、0.1~5質量部の範囲がより好ましい。
 かかる遷移金属塩の使用量は、重合体(A)を形成する単量体と、重合体(B)を形成する単量体の和100質量部に対して、0.001~0.2質量部の範囲が好ましく、0.005~0.1質量部の範囲がより好ましい。
 前記有機過酸化物は、乳化重合開始時に使用するだけでなく、重合反応途中に追加して使用してもよい。重合反応途中の添加量は、製造される被覆重合体粒子の改質効果を損なわない範囲であれば特に限定はされないが、得られる被覆重合体粒子のトルエン膨潤指数の観点から、1時間あたりで、重合開始時における水に対して、0.0001~0.1質量%となる範囲が好ましい。有機過酸化物の重合反応系への追加添加の方法としては、連続的添加又は断続的添加のどちらでもよい。
 前記乳化重合では、必要に応じて所望の量の還元剤、金属イオンキレート剤、電解質などを添加してもよい。具体的には、ヒドロキシメタンスルフィン酸ナトリウム、アスコルビン酸ナトリウム等の還元剤、エチレンジアミン四酢酸二水素二ナトリウム等の金属イオンキレート剤、塩化ナトリウム、硫酸ナトリウム、リン酸三ナトリウム等の電解質が挙げられる。これら還元剤、金属イオンキレート剤、電解質は、重合反応途中に添加してもよいが、乳化重合当初から水中に添加しておくことが好ましい。
 前記乳化重合を行う場合、トルエン膨潤指数を調整するために、従来乳化重合に使用されている連鎖移動剤が使用できる。
 前記連鎖移動剤としては、ファルネセンのラジカル重合において連鎖移動能があるものであれば特に限定はされないが、具体的には、n-ドデシルメルカプタン、t-ドデシルメルカプタン等のメルカプタン化合物;ジメチルキサントゲンジスルフィド、ジエチルキサントゲンジスルフィド、ジイソプロピルキサントゲンジスルフィド等のキサントゲンジスルフィド化合物;テトラメチルチウラムジスルフィド、テトラエチルチウラムジスルフィド等のチウラムジスルフィド化合物;四塩化炭素等のハロゲン化炭化水素化合物などが挙げられる。これらのうち、ファルネセンに対する連鎖移動能の観点から、n-ドデシルメルカプタン、t-ドデシルメルカプタン等のメルカプタン化合物が好ましい。これら連鎖移動剤は、乳化重合当初から水中に添加しておいても、重合反応途中に添加してもよい。
 かかる連鎖移動剤の使用量は、重合体(A)を形成する単量体と、重合体(B)を形成する単量体の和100質量部に対して、5質量部以下が好ましく、3質量部以下がより好ましい。
 本発明の被覆重合体粒子を所望のトルエン膨潤指数にするためには、前記重合開始剤や連鎖移動剤の添加量によっても調整できるが、重合停止剤添加前に架橋剤を添加することでも調整できる。架橋させる際に使用する化合物として、オレフィンの架橋反応開始能があるものであれば特に限定はされないが、具体的には、過酸化水素、クメンヒドロパーオキシド、p-メンタンヒドロパーオキシド等の過酸化物;アゾビスイソブチロニトリル、1,1’-アゾビス(シクロヘキサン-1-カルボニトリル)、2,2’-アゾビス(4-メトキシ-2,4-ジメチルバレロニトリル)等のアゾ化合物;硫黄;などが挙げられる。
 前記乳化重合は、系内の環境が均一になるような撹拌条件下におくことが好ましく、窒素、アルゴン等の不活性ガス雰囲気下で行われることが好ましい。
 前記乳化重合の重合温度は、特に制限はないが、重合速度と乳化液の安定性の観点から、5~80℃であることが好ましく、20~70℃であることがより好ましい。
 前記乳化重合時の圧力条件は、使用する化合物の蒸気圧や添加量に依存するが、常圧~高圧(約1MPa程度)が適宜選択される。
 工程1において、重合体(A)を形成する単量体の添加方法は、単量体添加時の乳化安定性の観点から、断続的添加が好ましく、連続的添加がより好ましい。
 重合体(A)を形成する単量体の乳化重合において、単量体転化率は60質量%以上とすることが好ましく、80質量%以上とすることがより好ましく、90質量%以上とすることがさらに好ましい。かかる転化率は、実施例に記載の方法により、乳化液から析出させた固形分の質量を測定することで確認できる。
 工程1として、乳化重合によって重合体(A)を含有する粒子(x)の乳化液を製造した後に、工程2として、工程1で得られた乳化液に、さらに重合体(B)を形成する単量体を添加して乳化重合して、該粒子(x)の少なくとも一部を被覆する最外皮膜を形成する。
 工程2において、重合体(B)を形成する単量体の添加方法は、単量体添加時の乳化液の安定性の観点から、断続的添加が好ましく、連続的添加がより好ましい。
 単量体を添加する際に、必要に応じて前記の乳化剤、重合開始剤、還元剤、金属イオンキレート剤、電解質、連鎖移動剤等を添加してもよい。
 重合体(B)を形成する単量体の乳化重合において、単量体転化率は60質量%以上とすることが好ましく、80質量%以上とすることがより好ましく、90質量%以上とすることがさらに好ましい。かかる転化率は、実施例に記載の方法により、乳化液から析出させた固形分の質量を測定することで確認できる。
 乳化重合によって重合体(B)を含有する最外被膜を形成したのち、重合停止剤を添加することによって重合を停止することができる。かかる重合停止剤としては、ヒドロキシルアミン、ジメチルジチオカルバミン酸ナトリウム等のアミン化合物、ヒドロキノン、p-メトキシフェノール等のフェノール化合物などが挙げられる。これらは1種を単独で用いても、2種類以上を併用してもよい。重合停止剤の添加量は、通常用いた単量体の総量100質量部に対して0.05~10質量部の範囲である。重合停止剤は水と混合して、水溶液、懸濁液、乳化液等を調製した後に添加してもよい。
 こうして得られた被覆重合体粒子を含む乳化液から、塩析、酸析、スプレードライ法、凍結法などの一般的な乳化重合体の取り出し手法によって被覆重合体粒子を回収することができる。回収前に加熱などによって残存単量体を除去してもよい。
 前記塩析では、乳化重合で一般的に使用される凝固剤を使用することで被覆重合体粒子を回収することができる。具体的には、塩化ナトリウム、塩化カリウム、酢酸ナトリウム、酢酸カリウム、硫酸ナトリウム、硫酸カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム等の1価の金属塩;塩化カルシウム、塩化マグネシウム、酢酸カルシウム、酢酸マグネシウム、硫酸カルシウム、硫酸マグネシウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム等の2価の金属塩;塩化アルミニウム、硫酸アルミニウム等の3価の金属塩;高分子凝集剤などが挙げられる。これら凝固剤は、1種を単独で用いても、2種類以上を併用してもよい。
 前記酸析では、乳化重合で一般的に使用される酸化合物を使用することで被覆重合体粒子を回収することができる。具体的には塩酸、酢酸、硫酸等が挙げられる。これら酸化合物は、1種を単独で用いても、2種類以上を併用してもよい。
 乳化重合中の乳化液における重合体(A)を含有する粒子(x)及び乳化重合終了後の乳化液における被覆重合体粒子の平均分散粒子径は、乳化重合を行う際の単量体と水の添加比率、乳化剤の種類又は量、重合温度、電解質の種類又は量等で調整できる。該粒子径によって、重合速度や被覆重合体粒子の物性及び分散性を調整することができる
 製造時の乳化液中での被覆重合体粒子の平均分散粒子径は、重合安定性の観点から、10~200nmであることが好ましく、20~100nmであることがより好ましく、30~80nmがさらに好ましい。かかる平均分散粒子径は、実施例に記載の方法により測定される。
 重合体(A)を含有する粒子(x)及び被覆重合体粒子のトルエン膨潤指数は、乳化重合を行う際の重合温度、重合時間、重合開始剤の種類又は量、連鎖移動剤の種類又は量、単量体の種類又は量、架橋剤の種類又は量等で調整できる。
[樹脂改質剤]
 本発明の樹脂改質剤は、前記被覆重合体粒子を含み、マトリックスとなる樹脂に分散して用いることができる。
 本発明の樹脂改質剤とマトリックスとなる樹脂とを混合することにより、タイヤ用途においては、樹脂組成物に対して優れた転がり抵抗性能を付与することができると共に力学強度を向上させることができる。
 上記したマトリックスとなる樹脂に特に制限はないが、各種ゴム、例えば天然ゴム、スチレン-ブタジエン共重合体、ポリブタジエン、ポリイソプレン、イソブチレン-イソプレン共重合体、スチレン-イソプレン共重合体、スチレン-イソプレン-ブタジエン共重合体、ハロゲン化イソブチレン-イソプレン共重合体、エチレン-プロピレン-ジエン共重合体、アクリロニトリル-ブタジエン共重合体、アクリロニトリル-ブタジエン共重合体の部分水素添加物、及びポリクロロプレン等が挙げられる。これらは1種を単独で用いても、2種類以上を併用してもよい。
 上記ゴムとして、官能基が導入された変性ゴムを使用してもよい。かかる官能基としては、エポキシ基、水酸基、アミノ基、アルコキシシリル基などが挙げられ、変性ゴムの具体例としては、エポキシ基変性天然ゴム、水酸基変性スチレン-ブタジエン共重合体、アミノ基変性スチレン-ブタジエン共重合体、アルコキシシリル基変性スチレン-ブタジエン共重合体などが挙げられる。
 上記ゴムは、β-ファルネセンの単独重合体を例えばゴム100質量部に対して0.1~50質量部の範囲で含有していてもよい。
 本発明の被覆重合体粒子を樹脂改質剤として用いる場合、マトリックスとなる樹脂100質量部に対して、本発明の被覆重合体粒子を0.1~100質量部用いることが好ましく、0.5~50質量部用いることがより好ましく、1~30質量部用いることがさらに好ましい。
 また、本発明の樹脂改質剤は、本発明の効果などを阻害しない範囲で、必要に応じて老化防止剤、酸化防止剤、ワックス、滑剤、光安定剤、スコーチ防止剤、加工助剤、顔料や色素等の着色剤、難燃剤、帯電防止剤、艶消し剤、ブロッキング防止剤、紫外線吸収剤、離型剤、発泡剤、抗菌剤、防カビ剤、及び香料などの添加剤を1種又は2種以上含有していてもよい。
[ゴム組成物]
 本発明のゴム組成物は、前記被覆重合体粒子を含むゴム成分(X)、及びフィラー(Y)を含有するゴム組成物であって、ゴム成分(X)総量中における該被覆重合体粒子の含有量が1~50質量%であり、ゴム成分(X)100質量部に対し、フィラー(Y)を20~150質量部含有する。
<ゴム成分(X)>
 本発明において、ゴム成分(X)としては、例えば天然ゴム;スチレン-ブタジエン共重合体、ポリブタジエン、ポリイソプレン、イソブチレン-イソプレン共重合体、スチレン-イソプレン共重合体、スチレン-イソプレン-ブタジエン共重合体、ハロゲン化イソブチレン-イソプレン共重合体、エチレン-プロピレン-ジエン共重合体、アクリロニトリル-ブタジエン共重合体、アクリロニトリル-ブタジエン共重合体の部分水素添加物、及びポリクロロプレン等の合成ゴムが挙げられる。これらの中でも、成形加工性及び制動性能を向上させる観点から、天然ゴム;スチレン-ブタジエン共重合体、ポリブタジエン、及びポリイソプレン等の合成ゴムからなる群から選ばれる少なくとも1種が好ましい。これらのゴムは1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
〔天然ゴム〕
 ゴム成分(X)として用いる天然ゴムは、例えばSMR、SIR、STR等のTSRやRSS等のタイヤ工業において一般的に用いられる天然ゴム、高純度天然ゴム、エポキシ化天然ゴム、水酸基化天然ゴム、水素添加天然ゴム、グラフト化天然ゴム等の改質天然ゴムなどが挙げられる。これらの中でも、品質のばらつきが少ない点及び入手容易性の点から、SMR20、STR20やRSS#3が好ましい。これら天然ゴムは1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。2種以上の天然ゴムを混合して用いる場合、その組み合わせは本発明の効果を損なわない範囲で任意に選択でき、またその組み合わせによって、物性値を調整できる。
〔合成ゴム〕
 ゴム成分(X)として用いる合成ゴムは、スチレン-ブタジエン共重合体、ポリブタジエン、ポリイソプレン、イソブチレン-イソプレン共重合体、スチレン-イソプレン共重合体、スチレン-イソプレン-ブタジエン共重合体、ハロゲン化イソブチレン-イソプレン共重合体、エチレン-プロピレン-ジエン共重合体、アクリロニトリル-ブタジエン共重合体、アクリロニトリル-ブタジエン共重合体の部分水素添加物、及びポリクロロプレンからなる群から選ばれる少なくとも1種が好ましく、スチレン-ブタジエン共重合体、ポリイソプレン、及びポリブタジエンからなる群から選ばれる少なくとも1種がより好ましい。2種以上の合成ゴムを混合して用いる場合、その組み合わせは本発明の効果を損なわない範囲で任意に選択でき、その組み合わせによって、物性値を調整できる。また、これらの製造方法は特に限定されず、市販されているものを使用できる。
(スチレン-ブタジエン共重合体)
 スチレン-ブタジエン共重合体としては、タイヤ用途に用いられる一般的なものを使用できるが、具体的には、スチレン含量が0.1~70質量%のものが好ましく、5~50質量%のものがより好ましい。また、該共重合体におけるブタジエン単量体単位のうち1,4結合を除く結合様式の含有量(ビニル含量)が0.1~60質量%のものが好ましく、0.1~55質量%のものがより好ましい。
 スチレン-ブタジエン共重合体の重量平均分子量(Mw)は、10万~250万であることが好ましく、15万~200万であることがより好ましく、20万~150万であることがさらに好ましい。上記の範囲内である場合、成形加工性と得られるタイヤの機械強度とを両立することができる。
 本発明において使用するスチレン-ブタジエン共重合体の示差熱分析法により求めたガラス転移温度(Tg)は、好ましくは-95~0℃であり、より好ましくは-95~-5℃である。Tgが上記の範囲内であると、ゴム組成物の高粘度化を抑制することができ、取り扱いが容易になる。
 本発明において用いることができるスチレン-ブタジエン共重合体は、スチレンとブタジエンとを共重合して得られる。スチレン-ブタジエン共重合体の製造方法について特に制限はなく、乳化重合法、溶液重合法、気相重合法、バルク重合法のいずれも用いることができ、乳化重合法、溶液重合法が好ましい。
 スチレン-ブタジエン共重合体は、通常の乳化重合法により製造でき、例えば、所定量のスチレン及びブタジエン単量体を乳化剤の存在下に乳化分散し、ラジカル重合開始剤により乳化重合することにより得られる。また、乳化重合により得られるスチレン-ブタジエン共重合体の分子量を調整するため、連鎖移動剤を使用することもできる。重合反応停止後、得られたラテックスから必要に応じて未反応単量体を除去し、次いで、塩化ナトリウム、塩化カルシウム、塩化カリウム等の塩を凝固剤とし、必要に応じて硝酸、硫酸等の酸を添加して凝固系のpHを所定の値に調整しながら共重合体を凝固させた後、分散溶媒を分離することによって共重合体をクラムとして回収できる。該クラムを水洗、次いで脱水後、バンドドライヤー等で乾燥することで、目的の乳化重合スチレン-ブタジエン共重合体が得られる。
 スチレン-ブタジエン共重合体は、通常の溶液重合法により製造でき、例えば、溶媒中でアニオン重合可能な活性金属を使用して、所望により極性化合物の存在下、スチレン及びブタジエンを共重合することにより製造できる。アニオン重合可能な活性金属としては、アルカリ金属及びアルカリ土類金属が好ましく、アルカリ金属がより好ましく、有機アルカリ金属化合物がさらに好ましい。
 有機アルカリ金属化合物としては、例えばn-ブチルリチウム、sec-ブチルリチウム、t-ブチルリチウム、ヘキシルリチウム、フェニルリチウム、スチルベンリチウム等の有機モノリチウム化合物;ジリチオメタン、1,4-ジリチオブタン、1,4-ジリチオ-2-エチルシクロヘキサン、1,3,5-トリリチオベンゼン等の多官能性有機リチウム化合物;ナトリウムナフタレン、カリウムナフタレン等が挙げられる。これらの中でも有機リチウム化合物が好ましく、有機モノリチウム化合物がより好ましい。有機アルカリ金属化合物の使用量は、溶液重合により得られるスチレン-ブタジエン共重合体の要求される分子量によって適宜決められる。
 溶媒としては、例えばn-ブタン、n-ペンタン、イソペンタン、n-ヘキサン、n-ヘプタン、イソオクタン等の脂肪族炭化水素;シクロペンタン、シクロヘキサン、メチルシクロペンタン等の脂環式炭化水素;ベンゼン、トルエン等の芳香族炭化水素などが挙げられる。これらの溶媒は通常、単量体濃度が1~50質量%となる範囲で用いることが好ましい。
 極性化合物としては、アニオン重合において反応を失活させず、ブタジエン部位のミクロ構造やスチレンの共重合体鎖中の分布を調整するために通常用いられるものであれば特に制限はなく、例えばジブチルエーテル、テトラヒドロフラン、エチレングリコールジエチルエーテル等のエーテル化合物;テトラメチルエチレンジアミン、トリメチルアミン等の第3級アミン;アルカリ金属アルコキシド、ホスフィン化合物などが挙げられる。
 重合反応の温度は、通常-80~150℃、好ましくは0~100℃、より好ましくは30~90℃の範囲である。重合様式は、回分式あるいは連続式のいずれでもよい。重合反応は、重合停止剤としてメタノール、イソプロパノール等のアルコールを添加して反応を停止できる。重合停止剤を添加する前に重合末端変性剤を添加してもよい。重合反応停止後の重合溶液は、直接乾燥やスチームストリッピング等により溶媒を分離して、目的の溶液重合スチレン-ブタジエン共重合体を回収できる。なお、溶媒を除去する前に、予め重合溶液と伸展油とを混合し、油展ゴムとして回収してもよい。
 本発明においては、本発明の効果を損ねない範囲であれば、スチレン-ブタジエン共重合体に官能基が導入された変性スチレン-ブタジエン共重合体を用いてもよい。官能基としては、例えばアミノ基、アルコキシシリル基、水酸基、エポキシ基、及びカルボキシル基等が挙げられる。この変性スチレン-ブタジエン共重合体において、重合体中の官能基が導入される位置については重合体末端であってもよく、重合体の側鎖であってもよい。
(ポリイソプレン)
 ポリイソプレンとしては、例えばチーグラー系触媒、ランタノイド系希土類金属触媒、有機アルカリ金属化合物等を用いて重合して得られる市販のポリイソプレンを用いることができる。これらの中でも、シス体含量が高い観点から、チーグラー系触媒を用いて重合して得られるポリイソプレンが好ましい。また、ランタノイド系希土類金属触媒を用いて得られる超高シス体含量のポリイソプレンを用いてもよい。
 ポリイソプレンのビニル含量は、好ましくは50質量%以下、より好ましくは40質量%以下、さらに好ましくは30質量%以下である。ビニル含量が50質量%以下であると転がり抵抗性能が良好になる。ビニル含量の下限は特に限定されない。
 ポリイソプレンのガラス転移温度(Tg)はビニル含量によって変化するが、-20℃以下であることが好ましく、-30℃以下であることがより好ましい。
 ポリイソプレンの重量平均分子量(Mw)は、9万~200万であることが好ましく、15万~150万であることがより好ましい。重量平均分子量が上記の範囲内にある場合、成形加工性と得られるタイヤの機械強度が良好となる。
 上記ポリイソプレンは、その一部が多官能型変性剤、例えば四塩化錫、四塩化珪素、エポキシ基を分子内に有するアルコキシシラン、又はアミノ基含有アルコキシシランのような変性剤を用いることにより分岐構造又は極性官能基を有していてもよい。
(ポリブタジエン)
 ポリブタジエンとしては、例えばチーグラー系触媒、ランタノイド系希土類金属触媒、有機アルカリ金属化合物等を用いて重合して得られる市販のポリブタジエンを用いることができる。これらの中でも、シス体含量が高い観点から、チーグラー系触媒を用いて重合して得られるポリブタジエンが好ましい。また、ランタノイド系希土類金属触媒を用いて得られる超高シス体含量のポリブタジエンを用いてもよい。
 ポリブタジエンのビニル含量は、好ましくは50質量%以下、より好ましくは40質量%以下、さらに好ましくは30質量%以下である。ビニル含量が50質量%以下であると転がり抵抗性能が良好になる。ビニル含量の下限は特に限定されない。
 ポリブタジエンのガラス転移温度(Tg)は、ビニル含量によって変化するが、-40℃以下であることが好ましく、-50℃以下であることがより好ましい。
 ポリブタジエンの重量平均分子量(Mw)は9万~200万であることが好ましく、15万~150万であることがより好ましく、25万~80万であることがさらに好ましい。重量平均分子量が上記範囲にある場合、成形加工性と得られるタイヤの機械強度が良好となる。
 上記ポリブタジエンは、その一部が多官能型変性剤、例えば四塩化錫、四塩化珪素、エポキシ基を分子内に有するアルコキシシラン、又はアミノ基含有アルコキシシランのような変性剤を用いることにより分岐構造又は極性官能基を有していてもよい。
<フィラー(Y)>
 本発明のゴム組成物は、ゴム成分(X)100質量部に対し、フィラー(Y)を20~150質量部含有する。フィラー(Y)を用いることにより、機械強度、耐熱性、耐候性等の物性が改善され、硬度の調整、ゴム組成物の増量をすることができる。
 本発明で用いるフィラー(Y)としては、シリカ、酸化チタン等の酸化物;クレー、タルク、マイカ、ガラス繊維、ガラスバルーン等のケイ酸塩;炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム等の炭酸塩;水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム等の水酸化物;硫酸カルシウム、硫酸バリウム等の硫酸塩;カーボンブラック、炭素繊維等の炭素類等の無機フィラー、樹脂粒子、木粉、コルク粉等の有機フィラーなどが挙げられる。これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上併用してもよい。
(各成分の含有量)
 ゴム組成物中の被覆重合体粒子の含有量は、ゴム成分(X)総量中、1~50質量%であり、2~30質量%が好ましく、3~10質量%用いることがより好ましい。前記被覆重合体粒子の含有量が上記の範囲であると、転がり抵抗性能及び力学強度が向上する。
 ゴム組成物中のフィラー(Y)の含有量は、ゴム成分(X)100質量部に対して、20~150質量部であり、25~130質量部が好ましく、30~110質量部がより好ましい。フィラー(Y)の含有量が上記の範囲であると、成形加工性、制動性能、機械強度、及び耐摩耗性が向上する。
<任意成分>
(シランカップリング剤)
 本発明のゴム組成物は、シランカップリング剤を含有することが好ましい。シランカップリング剤としては、スルフィド系化合物、メルカプト系化合物、ビニル系化合物、アミノ系化合物、グリシドキシ系化合物、ニトロ系化合物及びクロロ系化合物等が挙げられる。
 スルフィド系化合物としては、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(2-トリエトキシシリルエチル)テトラスルフィド、ビス(3-トリメトキシシリルプロピル)テトラスルフィド、ビス(2-トリメトキシシリルエチル)テトラスルフィド、ビス(3-トリエトキシシリルプロピル)トリスルフィド、ビス(3-トリメトキシシリルプロピル)トリスルフィド、ビス(3-トリエトキシシリルプロピル)ジスルフィド、ビス(3-トリメトキシシリルプロピル)ジスルフィド、3-トリメトキシシリルプロピル-N,N-ジメチルチオカルバモイルテトラスルフィド、3-トリエトキシシリルプロピル-N,N-ジメチルチオカルバモイルテトラスルフィド、2-トリメトキシシリルエチル-N,N-ジメチルチオカルバモイルテトラスルフィド、3-トリメトキシシリルプロピルベンゾチアゾールテトラスルフィド、3-トリエトキシシリルプロピルベンゾチアゾールテトラスルフィド、3-トリエトキシシリルプロピルメタクリレートモノスルフィド及び3-トリメトキシシリルプロピルメタクリレートモノスルフィド等が挙げられる。
 メルカプト系化合物としては、例えば3-メルカプトプロピルトリメトキシシラン、3-メルカプトプロピルトリエトキシシラン、2-メルカプトエチルトリメトキシシラン及び2-メルカプトエチルトリエトキシシラン等が挙げられる。
 ビニル系化合物としては、例えばビニルトリエトキシシラン、及びビニルトリメトキシシラン等が挙げられる。
 アミノ系化合物としては、例えば3-アミノプロピルトリエトキシシラン、3-アミノプロピルトリメトキシシラン、3-(2-アミノエチル)アミノプロピルトリエトキシシラン、及び3-(2-アミノエチル)アミノプロピルトリメトキシシラン等が挙げられる。
 グリシドキシ系化合物としては、例えばγ-グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、γ-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ-グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、及びγ-グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン等が挙げられる。
 ニトロ系化合物としては、例えば3-ニトロプロピルトリメトキシシラン、及び3-ニトロプロピルトリエトキシシラン等が挙げられる。
 クロロ系化合物としては、例えば3-クロロプロピルトリメトキシシラン、3-クロロプロピルトリエトキシシラン、2-クロロエチルトリメトキシシラン、及び2-クロロエチルトリエトキシシラン等が挙げられる。
 これらは、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。これらの中でも、添加効果の大きさ及びコストの観点から、スルフィド化合物及びメルカプト化合物が好ましく、ビス(3-トリエトキシシリルプロピル)ジスルフィド、ビス(3-トリエトキシシリルプロピル)テトラスルフィド、及び3-メルカプトプロピルトリメトキシシランがより好ましい。
 前記シランカップリング剤を含有する場合、シランカップリング剤の含有量は、フィラー(Y)100質量部に対して、0.1~30質量部が好ましく、0.5~20質量部がより好ましく、1~15質量部がさらに好ましい。シランカップリング剤の含有量が上記の範囲内であると、分散性、カップリング効果、補強性、及びタイヤの耐摩耗性が向上する。
(架橋剤)
 本発明のゴム組成物は、架橋剤を添加して架橋(加硫)させて用いることが好ましい。架橋剤としては、例えば硫黄及び硫黄化合物、酸素、有機過酸化物、フェノール樹脂及びアミノ樹脂、キノン及びキノンジオキシム誘導体、ハロゲン化合物、アルデヒド化合物、アルコール化合物、エポキシ化合物、金属ハロゲン化物及び有機金属ハロゲン化物、シランカップリング剤以外のシラン化合物等が挙げられる。これらの中でも硫黄及び硫黄化合物が好ましい。これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。架橋剤の含有量は、ゴム成分(X)100質量部に対して、0.1~10質量部が好ましく、0.5~8質量部がより好ましく、0.8~5質量部がさらに好ましい。
 前記架橋剤の中でも、硫黄及び硫黄化合物を用いると、本発明のゴム組成物を加硫させ、加硫ゴムとして利用することもできる。加硫の条件、方法に特に制限はないが、加硫金型を用いて加硫温度120~200℃及び加硫圧力0.5~2.0MPaの加圧加熱条件で行うことが好ましい。
 本発明のゴム組成物は、加硫促進剤を含有してもよい。加硫促進剤としては、例えば、グアニジン系化合物、スルフェンアミド系化合物、チアゾール系化合物、チウラム系化合物、チオウレア系化合物、ジチオカルバミン酸系化合物、アルデヒド-アミン系化合物又はアルデヒド-アンモニア系化合物、イミダゾリン系化合物、キサンテート系化合物等が挙げられる。これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。前記加硫促進剤を含有する場合、その含有量は、ゴム成分(X)100質量部に対して、0.1~15質量部が好ましく、0.1~10質量部がより好ましい。
 本発明のゴム組成物は、さらに加硫助剤を含有してもよい。加硫助剤としては、例えば、ステアリン酸等の脂肪酸;亜鉛華等の金属酸化物;ステアリン酸亜鉛等の脂肪酸金属塩が挙げられる。これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。前記加硫助剤を含有する場合、その含有量は、ゴム成分(X)100質量部に対して、0.1~15質量部が好ましく、1~10質量部がより好ましい。
(その他の成分)
 本発明のゴム組成物は、発明の効果を阻害しない範囲で、成形加工性、流動性等の改良を目的とし、必要に応じてシリコンオイル、アロマオイル、TDAE(Treated Distilled Aromatic Extracts)、MES(Mild Extracted Solvates)、RAE(Residual Aromatic Extracts)、パラフィンオイル、及びナフテンオイル等のプロセスオイル、脂肪族炭化水素樹脂、脂環族炭化水素樹脂、C9系樹脂、ロジン系樹脂、クマロン-インデン系樹脂、フェノール系樹脂等の樹脂成分、低分子量ポリブタジエン、低分子量ポリイソプレン、低分子量スチレン-ブタジエン共重合体、及び低分子量スチレン-イソプレン共重合体等の液状重合体を軟化剤として適宜使用することができる。なお、上記共重合体はブロック又はランダム等のいずれの重合形態であってもよい。液状重合体の重量平均分子量は500~10万であることが成形加工性の観点から好ましい。
 本発明のゴム組成物は、発明の効果を阻害しない範囲で、耐候性、耐熱性、耐酸化性等の向上を目的として、必要に応じて老化防止剤、酸化防止剤、ワックス、滑剤、光安定剤、スコーチ防止剤、加工助剤、顔料や色素等の着色剤、難燃剤、帯電防止剤、艶消し剤、ブロッキング防止剤、紫外線吸収剤、離型剤、発泡剤、抗菌剤、防カビ剤、及び香料などの添加剤を1種又は2種以上含有していてもよい。
 酸化防止剤としては、例えばヒンダードフェノール系化合物、リン系化合物、ラクトン系化合物、及びヒドロキノン系化合物等が挙げられる。
 老化防止剤としては、例えばアミン-ケトン系化合物、イミダゾール系化合物、アミン系化合物、フェノール系化合物、硫黄系化合物及びリン系化合物等が挙げられる。
(ゴム組成物の製造方法)
 本発明のゴム組成物の製造方法は特に限定されず、前記各成分を均一に混合すればよい。均一に混合する方法としては、例えばニーダールーダー、ブラベンダー、バンバリーミキサー、インターナルミキサー等の接線式もしくは噛合式の密閉式混練機、単軸押出機、二軸押出機、ミキシングロール、ローラーなどが挙げられ、通常70~270℃の温度範囲で行うことができる。
[タイヤ]
 本発明のタイヤは、前記ゴム組成物を少なくとも一部に用いたタイヤである。そのため、転がり抵抗性能及び力学強度が良好である。本発明のゴム組成物は、タイヤの各種部材に使用することができるが、特に乗用車用、トラックバス用、自動二輪車、産業車両用のタイヤトレッドとして好適に使用することができる。
 なお、本発明のタイヤには、本発明のゴム組成物を架橋した架橋物を用いてもよい。本発明のゴム組成物あるいは本発明のゴム組成物からなる架橋物を用いたタイヤは、長期間使用した場合でも耐摩耗性、転がり抵抗性能、力学強度等の特性を維持することができる。
 本発明の被覆重合体粒子を含有するゴム組成物からなるタイヤは、転がり抵抗性能及び力学強度に優れる。
 以下、実施例によって本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
 本実施例及び比較例において使用した各成分は以下の通りである。
(単量体)
・β-ファルネセン:アミリス,インコーポレイティド社製
・ブタジエン:JSR(株)製
・スチレン:キシダ化学(株)製
・メタクリル酸:和光純薬工業(株)製
・グリシジルメタクリレート:東京化成工業(株)製
(乳化剤)
・ラウリル硫酸ナトリウム:商品名「シノリン100」、新日本理化(株)製
(重合開始剤)
・クメンヒドロパーオキシド:商品名「パークミルH-80」、日油(株)製
(重合停止剤)
・ヒドロキノン:東京化成工業(株)製
(還元剤)
・硫酸鉄(II)(7水和物):和光純薬工業(株)製
・ロンガリット:和光純薬工業(株)製
(添加剤)
・エチレンジアミン四酢酸二水素二ナトリウム:関東化学(株)製
(増粘抑制剤)
・塩化ナトリウム:和光純薬工業(株)製
(溶媒)
・イオン交換水:電気伝導率0.08×10-4S/m以下のイオン交換水
・トルエン:和光純薬工業(株)製
(老化防止剤)
・K-840:中京油脂(株)製
(塩析用添加剤)
・塩化カリウム:和光純薬工業(株)製
(染色剤)
・四酸化オスミウム:日新EM(株)製
 実施例及び比較例において、各種分析条件は以下に示す方法に従って行った。
[単量体転化率]
 重合開始から1時間毎にサンプリングした乳化液(1ml)をアセトン(20ml)に滴下することで、被覆重合体粒子を沈降させた。該粒子の沈降後、上澄み液を除去した後、得られた固形分を質量変化がなくなるまで、真空乾燥機(角型真空定温乾燥器 型式:DP23、ヤマト科学(株)製)を用いて0.1kPa、60℃の条件にて真空乾燥を行った。
 サンプリングした乳化液の質量、乳化重合開始時点の単量体の濃度、乾燥後の固形分の質量から単量体転化率(%)を算出した。
[乳化液中の平均分散粒子径]
 工程2において後述する単量体混合物(iii)を添加後、重合停止剤添加前にサンプリングした乳化液(0.1ml)とイオン交換水(10ml)の混合液を動的光散乱測定装置(装置名:FPAR-1000、大塚電子(株)製)を用いて粒子の粒度分布を体積基準で測定し、メディアン径を平均分散粒子径として測定した。
[平均粒子径]
 ポリメタクリル酸メチルの乳化液(固形分濃度40%)100質量部に対して、重合停止剤添加後の被覆重合体粒子の乳化液6.8質量部を混合し、-15℃で凍結させることで共析を行った。得られた固形物を200℃、1分の条件にてプレス成形することで、樹脂シートを得た。該シートを四酸化オスミウムで染色後、透過電子顕微鏡(装置名:透過電子顕微鏡HT7700、(株)日立ハイテクノロジーズ製)で観察することで得られる粒子像のうち、100個の粒子径から数平均値として被覆重合体粒子の平均粒子径を得た。
[平均厚み]
 粒子(x)の平均粒子径を、上記被覆重合体粒子の乳化液に代えて粒子(x)の乳化液を用いた以外は上記と同様の方法にて測定し、上記で測定した被覆重合体粒子の平均粒子径との差から平均厚みを得た。
[トルエン膨潤指数]
 固形分濃度1質量%程度になるように、トルエンに浸漬させた被覆重合体粒子を24時間振とうさせてトルエン膨潤体を含むトルエン溶液を得た。上記膨潤体を含むトルエン溶液を遠心分離機(装置名:hymac CR 22GII、日立工機(株)製)を用いて20,000rpmで1時間処理し、固液分離した。次いで、膨潤体を含む固層を取り出し質量(α)を測定した後、膨潤体の質量変化がなくなるまで上記真空乾燥機を用いて0.1kPa、60℃の条件にて真空乾燥を行い、トルエン膨潤体の乾燥前の質量(α)と乾燥後の質量(β)との比からトルエン膨潤指数(α/β)を算出した。
 実施例及び比較例で得られたゴム組成物について、以下の方法により評価した。
[転がり抵抗性能]
 後述する手法にて作製した加硫シートから縦40mm×横7mmの試験片を切り出し、GABO社製動的粘弾性測定装置を用いて、測定温度60℃ 、周波数10Hz、静的歪み10% 、動的歪み2% の条件で、tanδを測定し、その逆数(1/tanδ)を転がり抵抗性能の指標とした。表3における各数値は、比較例3の値を100とした際の相対値である。数値が大きいほど転がり抵抗性能が良好であることを示す。
[破断伸び]
 後述する手法にて作製した加硫シートからJIS3号ダンベル状試験片を打ち抜き、インストロン社製引張試験機を用いて、JIS K 6251に準じて引張破断伸びを測定した。表3における各数値は、比較例3の値を100とした際の相対値である。なお、数値が大きいほど、力学特性が良好であることを示す。
[破断強度]
 後述する手法にて作製した加硫シートからJIS3号ダンベル状試験片を打ち抜き、インストロン社製引張試験機を用いて、JIS K 6251に準じて引張破断強度を測定した。表3における各数値は、比較例3の値を100とした際の相対値である。なお、数値が大きいほど、力学特性が良好であることを示す。
実施例1
(開始剤乳化液の調製)
 重合開始剤であるクメンヒドロパーオキシド3.45g、乳化剤であるラウリル硫酸ナトリウム3.75g、イオン交換水150gからなる乳化液に脱酸素処理を行い、開始剤乳化液を得た。
(被覆重合体粒子(1-1)の製造)
(工程1)
 乾燥させた0.5Lの耐圧重合槽にイオン交換水200g、ラウリル硫酸ナトリウム5g、硫酸鉄(II)(7水和物)0.032g、エチレンジアミン四酢酸二水素二ナトリウム0.02g、塩化ナトリウム0.2gを添加した後、30分間窒素ガスにてバブリングすることで脱酸素処理を行い、水溶液を得た。
 該水溶液を60℃に昇温した後、表1に示す単量体混合物(ii)を脱酸素処理した後、添加した。次いで、上記開始剤乳化液を0.02ml/分の速度で連続的に添加することで重合を開始し、粒子(x)の乳化液を得た。
(工程2)
 上記方法にて算出した総単量体転化率が95質量%を超えたことを確認した時点で、上記工程1で得られた乳化液に上記開始剤乳化液を0.02ml/分の速度でフィードしながら表1に示す単量体混合物(iii)を脱酸素処理した後、1.7ml/分の速度で連続的に添加した。
 単量体混合物(iii)の添加後、上記方法にて算出した総単量体転化率が95質量%を超えたことを確認した時点で、開始剤乳化液の添加を停止させ、重合停止剤であるヒドロキノンの脱酸素水溶液を添加した。重合槽を25℃まで冷却して、本発明の被覆重合体粒子の乳化液を取り出した。
 なお、重合開始から重合停止剤添加までの重合時間は10時間であった。
 該乳化液に老化防止剤としてK-840を0.5g添加した後、5質量%塩化カリウム水溶液200mlを混合することで、塩析による被覆重合体粒子の回収を行った後、真空乾燥機で0.1kPa、60℃にて重量変化がなくなるまで乾燥を行い、被覆重合体粒子(1-1)を得た。得られた被覆重合体粒子について、上記方法により分析した。結果を表3に示す。
(ゴム組成物の製造)
 表2に示す配合割合(質量部)にしたがって、ゴム成分(X)、フィラー(Y)、シランカップリング剤、加硫助剤、老化防止剤、並びにその他の成分としてTDAE及びワックスを、それぞれ密閉式バンバリーミキサーに投入して開始温度50℃、樹脂温度が150℃となるように6分間混練した後、ミキサー外に取り出して室温まで冷却した。次いで、この混合物を再度バンバリーミキサーに入れ、架橋剤(硫黄)及び加硫促進剤を加えて100℃で75秒間混練することでゴム組成物950gを得た。
 得られたゴム組成物をプレス成形(160℃、25分)して加硫シート(厚み2mm)を作製し、上記方法に基づき、評価した。結果を表3に示す。
実施例2
(被覆重合体粒子(1-2)及びゴム組成物の製造)
 表1に示す単量体混合物を使用して、実施例1と同様にして被覆重合体粒子(1-2)得た後、表2に示す配合割合(質量部)にしたがって、実施例1と同様にしてゴム組成物を得た。得られた被覆重合体粒子及びゴム組成物について、上記方法により評価した。結果を表3に示す。
実施例3
(開始剤乳化液の調製)
 実施例1の開始剤乳化液の調製と同様にして開始剤乳化液を得た。
(被覆重合体粒子(1-3)の製造)
(工程1-1)
 乾燥させた0.5Lの耐圧重合槽にイオン交換水200g、ラウリル硫酸ナトリウム5g、硫酸鉄(II)(7水和物)0.032g、エチレンジアミン四酢酸二水素二ナトリウム0.02g、塩化ナトリウム0.2gを添加した後、30分間窒素ガスにてバブリングすることで脱酸素処理を行い、水溶液を得た。
 該水溶液を60℃に昇温した後、表1に示す単量体混合物(i)を脱酸素処理した後、添加した。次いで、上記開始剤乳化液を0.02ml/分の速度で連続的に添加することで重合を開始し、粒子(x’)の乳化液を得た。
(工程1-2)
 上記方法にて算出した総単量体転化率が95質量%を超えたことを確認した後、上記工程1-1で得られた乳化液に上記開始剤乳化液を0.02ml/分の速度でフィードしながら表1に示す単量体混合物(ii)を脱酸素処理した後、1.7ml/分の速度で連続的に添加し、粒子(x)の乳化液を得た。
(工程2)
 単量体混合物(ii)の添加後、上記方法にて算出した総単量体転化率が95質量%を超えたことを確認した時点で、表1に示す単量体混合物(iii)を脱酸素処理した後、1.7ml/分の速度で連続的に添加した。
 単量体混合物(iii)の添加後、上記方法にて算出した総単量体転化率が95質量%を超えたことを確認した時点で、開始剤乳化液の添加を停止させ、重合停止剤であるヒドロキノンの脱酸素水溶液を添加した。その後、重合槽を25℃まで冷却して、本発明の被覆重合体粒子の乳化液を取り出した。
 なお、重合開始から重合停止剤添加までの重合時間は10時間であった。
 該乳化液に老化防止剤としてK-840を0.5g添加した後、5質量%塩化カリウム水溶液200mlを混合することで、塩析による被覆重合体粒子の回収を行った後、真空乾燥機で0.1kPa、60℃にて重量変化がなくなるまで乾燥を行い、被覆重合体粒子(1-3)を得た。得られた被覆重合体粒子について、上記方法により分析した。結果を表3に示す。
(ゴム組成物の製造)
 表2に示す配合割合(質量部)にしたがって、実施例1と同様にしてゴム組成物を得た。得られたゴム組成物について、上記方法により評価した。結果を表3に示す。
実施例4~5
(被覆重合体粒子(1-4)~(1-5)及びゴム組成物の製造)
 表1に示す単量体混合物を使用して、実施例3と同様にして被覆重合体粒子(1-4)及び(1-5)得た後、表2に示す配合割合(質量部)にしたがって、実施例1と同様にしてゴム組成物を得た。得られた各被覆重合体粒子及びゴム組成物について、上記方法により評価した。結果を表3に示す。
比較例1及び2
(被覆重合体粒子(2-1)~(2-2)の製造及びゴム組成物の製造)
 表1に示す単量体混合物を使用して、実施例1と同様にして被覆重合体粒子(2-1)及び(2-2)を得た後、表2に示す配合割合(質量部)にしたがって、実施例1と同様にしてゴム組成物を得た。得られた各被覆重合体粒子及びゴム組成物について、上記方法により評価した。結果を表3に示す。
比較例3
(被覆重合体粒子(2-3)及びゴム組成物の製造)
 表1に示す単量体混合物を使用して、実施例3と同様にして被覆重合体粒子(2-3)を得た後、表2に示す配合割合(質量部)にしたがって、実施例1と同様にしてゴム組成物を得た。得られた被覆重合体粒子及びゴム組成物について、上記方法により評価した。結果を表3に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
 表2中の各成分は以下の通りである。
〔ゴム成分(X)〕
スチレン-ブタジエン共重合体:末端水酸基変性物、Mw:50万、スチレン含量23質量%、ビニル含量54質量%
ポリブタジエン:「BR01」(JSR(株)製、Mw:55万、シス体含量95質量%)
〔フィラー(Y)〕
シリカ:「ULTRASIL7000GR」(エボニックジャパン(株)製)
カーボンブラック:ダイヤブラックN234(三菱化学(株)製)
〔シランカップリング剤〕
シランカップリング剤:Si75(エボニックジャパン(株)製)
〔架橋剤〕
硫黄:金華印微粉硫黄200mesh(鶴見化学工業(株)製)
〔加硫促進剤〕
加硫促進剤(1):サンセラーNS―G(三新化学工業(株)製)
加硫促進剤(2):ノクセラーD(大内新興化学工業(株)製)
加硫促進剤(3):ノクセラーM-P(大内新興化学工業(株)製)
〔加硫助剤〕
ステアリン酸:ルナックS-20(花王(株)製)
亜鉛華:酸化亜鉛(堺化学工業(株)製)
〔その他の成分〕
老化防止剤:ノクラック6C(大内新興化学工業(株)製)
TDAE:VivaTec500(H&R社製)
ワックス:サンタイトS(精工化学(株)製)
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
表3中の各表記は以下の通りである。
*1:表3中の括弧内の数値は各重合体中における各単量体の含有量(質量%)を示す。
*2:被覆重合体粒子の平均粒子径を示す。
*3:粒子(x)の平均粒子径と最外被膜の平均厚みとの比を示す。
 表3より、実施例1~5の被覆重合体粒子を用いたゴム組成物は、比較例1~3に比べて優れた転がり抵抗性能及び力学強度を有していることが分かる。
 本発明の被覆重合体粒子は、タイヤ用途において、転がり抵抗性能及び力学強度を改善できる樹脂改質剤として有用であり、該被覆重合体粒子を含むゴム組成物は、優れた転がり抵抗性能及び力学強度を有するタイヤ等のゴム組成物として好適に用いることができる。
 

Claims (13)

  1.  粒子(x)及び該粒子(x)の少なくとも一部を被覆する最外被膜を有する被覆重合体粒子であって、
     該粒子(x)が重合体(A)を含有し、
     該最外被膜がファルネセン由来の単量体単位を含む重合体(B)を含有する、被覆重合体粒子。
  2.  重合体(A)が、共役ジエン由来の単量体単位を含む重合体である、請求項1に記載の被覆重合体粒子。
  3.  重合体(A)が、共役ジエン由来の単量体単位と、共役ジエン以外の他のラジカル重合性単量体(a)由来の単量体単位とを含む共重合体である、請求項2に記載の被覆重合体粒子。
  4.  重合体(A)におけるラジカル重合性単量体(a)由来の単量体単位の含有量が、重合体(A)の総質量に対して5~95質量%の範囲である、請求項3に記載の被覆重合体粒子。
  5.  重合体(B)が、ファルネセン由来の単量体単位と、他のラジカル重合性単量体(b)由来の単量体単位とを含む共重合体である、請求項1~4のいずれかに記載の被覆重合体粒子。
  6.  重合体(B)におけるラジカル重合性単量体(b)由来の単量体単位の含有量が、重合体(B)の総質量に対して1~95質量%の範囲である、請求項5に記載の被覆重合体粒子。
  7.  ラジカル重合性単量体(b)が、ファルネセン以外の共役ジエン、芳香族ビニル化合物、(メタ)アクリル酸及びその塩、(メタ)アクリル酸エステル、並びに(N-アルキル)(メタ)アクリルアミドからなる群から選ばれる少なくとも1種である、請求項5又は6に記載の被覆重合体粒子。
  8.  ラジカル重合性単量体(b)が、(メタ)アクリル酸及びその塩、(メタ)アクリル酸ヒドロキシアルキルエステル、(メタ)アクリル酸グリシジルエステル、(メタ)アクリル酸N,N’-ジアルキルアミノアルキルエステル、(メタ)アクリル酸トリアルコキシシリルアルキルエステル並びに(N-アルキル)(メタ)アクリルアミドからなる群から選ばれる少なくとも1種である、請求項5~7のいずれかに記載の被覆重合体粒子。
  9.  粒子(x)と最外被膜との質量比〔粒子(x)/最外被膜〕が、95/5~50/50の範囲である、請求項1~8のいずれかに記載の被覆重合体粒子。
  10.  粒子(x)が、粒子(x’)及び該粒子(x’)の少なくとも一部を被覆する少なくとも一層からなる被膜を有する粒子である、請求項1~9のいずれかに記載の被覆重合体粒子。
  11.  請求項1~10のいずれかに記載の被覆重合体粒子を含む、樹脂改質剤。
  12.  請求項1~10のいずれかに記載の被覆重合体粒子を含むゴム成分(X)、及びフィラー(Y)を含有するゴム組成物であって、ゴム成分(X)総量中における該被覆重合体粒子の含有量が1~50質量%であり、ゴム成分(X)100質量部に対し、フィラー(Y)を20~150質量部含有する、ゴム組成物。
  13.  請求項12に記載のゴム組成物を少なくとも一部に用いたタイヤ。
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