架橋されたポリスルフィド含有脂環式化合物
充填剤入り加硫可能エラストマー組成物のための架橋剤として有用な、一般式：［（ＣａＨ２ａ−）ｍＧ１（−ＣｂＨ２ｂＳｘ−）ｎ−ｍおよびＣｃＨ２ｃ−Ｇ２−ＣｄＨ２ｄＳｙ−］ｐ［Ｒ］ｑ〔式中、Ｇ１が５から１２個の炭素原子を含有し、任意選択で少なくとも一つのハロゲンを含有する、価数ｎの飽和した単環式の脂肪族基であるか、または価数ｎの飽和した単環式のシリコーン［ＲＳｉＯ−］ｎ［Ｒ２ＳｉＯ−］ｒ基であり；Ｇ２が５から１２個の炭素原子を含有し、任意選択で少なくとも一つのハロゲンを含有する、価数２の飽和した二価の脂環基であるか、または価数ｎの飽和した単環式のシリコーン［ＲＳｉＯ−］ｎ［Ｒ２ＳｉＯ−］ｒ基であり；それぞれのＲが独立して水素原子、２０個までの炭素原子の一価の炭化水素およびハロゲン原子からなる群より選択され；下付文字ａ、ｂ、ｃ、ｍ、ｎ、ｏ、ｐ、ｑ、ｘおよびｙの各々が独立して整数であり、ここでａが２から６であり；ｂが２から６であり；ｃが１から６であり；ｄが１から６であり；ｍが１もしくは２であり；ｎが３から５であり；ｏが正の整数であり；ｐが０もしくは正の整数であり；ｑが正の整数であり；ｒが０から３の整数であり；ｘが１から１０であり、そしてｙが１から１０であり、但し、（ｉ）少なくとも１つのｘが２から１０であるという条件であり、そして（ｉｉ）ｐ対ｏの比が１対５より小さく、かつｑが（ＣａＨ２ａ−）ｍＧ１（−ＣｂＨ２ｂＳｘ−）ｎ−ｍおよびＣｃＨ２ｃ−Ｇ２−ＣｄＨ２ｄＳｙ−基の満たされていない価数の合計と等しいという条件である〕で表わされる架橋されたポリスルフィド含有脂環式化合物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機硫黄化合物、その調製プロセス、有機硫黄化合物を架橋剤（加硫剤）として含有する充填剤入り硫黄加硫可能組成物、ならびにそのような組成物より製造されるタイヤ、タイヤトレッド、ウェザー・ストリップ、ホース、ベルト、シール、ガスケット、靴底などのような物品に関する。
【背景技術】
【０００２】
元素の硫黄は、不飽和のジエン系エラストマー（ゴム）のための加硫剤として一般的に用いられる。硫黄によって形成される架橋は、エラストマーの加硫化物の熱安定性を高めるような、主として多硫化物の架橋である。
【０００３】
ジエン系ゴムのための加硫剤として硫黄含有反応基を有する有機化合物を使用する事は知られている。これらの有機硫黄化合物は、架橋基へと化学結合する二つのみのジチオカルバマート基もしくはチオスルホナート基をしばしば含んでいる。そのような化合物によってもたらされる連携点の数の少なさはジエン系ゴムの不十分な架橋をもたらし、そして摩耗、静止摩擦および転がり抵抗の十分なバランスを示す加硫物を達成することに失敗する。例えば、二つより多くのジチオカルバマート基もしくはチオスルホナート基が架橋基へと化学結合されている場合、架橋基はエーテル架橋もしくはエステル架橋のような不安定な架橋をしばしば含むか、または架橋した（硬化した）エラストマーが機械的ストレスへと供された時に亀裂を増殖させ得るエネルギーを消散させるのに必要な柔軟性を欠く。そのような加硫剤がジエン系ゴムを硬化するとき、それらは、硬化速度、スチールベルトの腐食および硬化エラストマーの物理的性質に影響を与えるアミン、チオスルホン酸のような副産物を生成する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
たとえば、ウェザー・ストリップ、ホース、ベルト、シール、ガスケット、靴底、タイヤおよびタイヤ構成部品のような硫黄加硫可能エラストマーによって製造される物品の、特に摩滅および磨損のような摩耗性状を向上させつつ、一方で硬度、４０℃より上の温度でのより低いtanデルタ値および５度から−１５℃の温度での上昇したｔａｎデルタ値を維持し、硬化反応中に望まれない副産物を生成する事の無いような、硫黄加硫可能エラストマー用の架橋剤を得る事が望ましい。
【０００５】
本発明によると、一般式：
［（ＣａＨ２ａ−）ｍＧ１（−ＣｂＨ２ｂＳｘ−）ｎ−ｍ］ｏ［ＣｃＨ２ｃ−Ｇ２−ＣｄＨ２ｄＳｙ−］ｐ［Ｒ］ｑ （１）
の、架橋したポリスルフィド含有脂環式化合物、ならびにそれらの混合物が提供され、
ここでＧ１が５から１２個の炭素原子を含有し、任意選択で少なくとも一つのハロゲンを含有する、価数ｎの飽和した単環式の脂肪族基であるか、または価数ｎの飽和した単環式のシリコーン［ＲＳｉＯ−］ｎ［Ｒ２ＳｉＯ−］ｒ基であり；Ｇ２が５から１２個の炭素原子を含有し、任意選択で少なくとも一つのハロゲンを含有する、価数２の飽和した二価の脂環基であるか、または価数ｎの飽和した単環式のシリコーン［ＲＳｉＯ−］ｎ［Ｒ２ＳｉＯ−］ｒ基であり；それぞれのＲが独立して水素原子、２０個までの炭素原子の一価の炭化水素およびハロゲン原子からなる群より選択され；下付文字ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｍ、ｎ、ｏ、ｐ、ｑ、ｘおよびｙの各々が独立して整数であり、ここでａが２から６であり；ｂが２から６であり；ｃが１から６であり；ｄが１から６であり；ｍが１もしくは２であり；ｎが３から５であり；ｏが正の整数であり；ｐが０もしくは正の整数であり；ｑが正の整数であり；ｒが０から３の整数であり；ｘが１から１０であり、そしてｙが１から１０であり、但し、
（ｉ）少なくとも１つのｘが２から１０であるという条件であり、
（ｉｉ）ｐ対ｏの比が１対５より小さく、そして
（ｉｉｉ）ｑが（ＣａＨ２ａ−）ｍＧ１（−ＣｂＨ２ｂＳｘ−）ｎ−ｍおよびＣｃＨ２ｃ−Ｇ２−ＣｄＨ２ｄＳｙ−基の満たされていない価数の合計と等しい
という条件である。
【０００６】
さらに本発明によると、上述の架橋したポリスルフィド含有脂環式化合物は：
ａ） フリーラジカルの源の存在下において、ポリ−アルケニル置換シクロアルカンとチオ酸とを反応させてポリ−チオカルボキシラート置換アルキルシクロアルカンをもたらすステップ；
ｂ） ポリチオカルボキシラート置換アルキルシクロアルカンと脱ブロック化剤とを反応させて遊離したポリ−メルカプタン−官能性アルキルシクロアルカンを生成するステップ；
ｃ） 遊離したポリ−メルカプタン−官能性アルキルシクロアルカンと、一般式：
Ｘ１ＳｚＸ２ （２）
〔式中、Ｘ１は塩素、臭素、ヨウ素原子であり、Ｘ２はＸ１、水素もしくは１２個までの炭素原子の炭化水素であり、そしてｚは独立して整数であり、ここでｚは１から１０である〕で表わされるハロゲン化硫黄含有化合物、ペルオキシド、ヒドロペルオキシド、および酸素から選択される酸化剤とを反応させて、架橋したポリスルフィド含有脂環式化合物をもたらすステップ
を含有するプロセスによって調製される。
【０００７】
本発明の他の態様によると、硬化性充填剤入りエラストマー組成物は：
（ｉ）少なくとも一つの硫黄加硫可能エラストマー；
（ｉｉ）少なくとも一つの微粒子充填剤；および
（ｉｉｉ）架橋に効果的な量の、硫黄加硫可能エラストマー（ｉ）の架橋剤としての、少なくとも一つの一般式：
［（ＣａＨ２ａ−）ｍＧ１（−ＣｂＨ２ｂＳｘ−）ｎ−ｍ］ｏ［ＣｃＨ２ｃ−Ｇ２−ＣｄＨ２ｄＳｙ−］ｐ［Ｒ］ｑ （１）
の架橋したポリスルフィド含有脂環式化合物
を含有して提供され、
ここでＧ１が５から１２個の炭素原子を含有し、任意選択で少なくとも一つのハロゲンを含有する、価数ｎの飽和した単環式の脂肪族基であるか、または価数ｎの飽和した単環式のシリコーン［ＲＳｉＯ−］ｎ［Ｒ２ＳｉＯ−］ｒ基であり；Ｇ２が５から１２個の炭素原子を含有し、任意選択で少なくとも一つのハロゲンを含有する、価数２の飽和した二価の脂環基であるか、または価数ｎの飽和した単環式のシリコーン［ＲＳｉＯ−］ｎ［Ｒ２ＳｉＯ−］ｒ基であり；それぞれのＲが独立して水素原子、２０個までの炭素原子の一価の炭化水素およびハロゲン原子からなる群より選択され；下付文字ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｍ、ｎ、ｏ、ｐ、ｑ、ｘおよびｙの各々が独立して整数であり、ここでａが２から６であり；ｂが２から６であり；ｃが１から６であり；ｄが１から６であり；ｍが１から２であり；ｎが３から５であり；ｏが正の整数であり；ｐが０もしくは正の整数であり；ｑが正の整数であり；ｒが０から３の整数であり；ｘが１から１０であり、そしてｙが１から１０であり、但し、
（ｉ）少なくとも１つのｘが２から１０であるという条件であり、
（ｉｉ）ｐ対ｏの比が１対５より小さく、そして
（ｉｉｉ）ｑが（ＣａＨ２ａ−）ｍＧ１（−ＣｂＨ２ｂＳｘ−）ｎ−ｍおよびＣｃＨ２ｃ−Ｇ２−ＣｄＨ２ｄＳｙ−基の満たされていない価数の合計と等しい
という条件である。
【０００８】
本発明の更に他の実施態様によると、タイヤもしくはトレッドのようなタイヤの部品、ホース、ベルト、シール、ガスケットなどのような物品は、上述の硬化性充填剤入りエラストマー組成物の一定量を所望の物品の型へと入れ、そしてその後に該組成物を硬化することによって製造される。
【０００９】
ここでの明細書および請求項において、以下の術語および表現は示されるように理解されるべきである。
【００１０】
術語「エラストマー」は「ゴム」と同義語であり、そしてそれゆえに入れ替え可能である。
【００１１】
「カップリング剤」という表現は、加硫可能エラストマーとその充填剤との間の有効な化学的および／もしくは物理的結合を確立する事の出来る薬剤を意味する。有効なカップリング剤は、例えば、カップリング剤のケイ素原子と充填剤のヒドロキシル（ＯＨ）表面基との間で表面−Ｏ−Ｓｉ結合（すなわちシリカの場合のように表面がシラノールを含むときにはシロキサン）を形成するもののような、充填剤との物理的および／もしくは化学的結合を可能にする官能基と、そして、例えば、加硫（硬化）の結果としてエラストマーと物理的および／もしくは化学的に結合できる硫黄原子とを持つ。
【００１２】
「充填剤」という表現は、エラストマーを伸長させるためかもしくはエラストマー架橋を強化させるためにエラストマーへと添加される物質を意味する。強化充填剤はそのモジュラスがエラストマー組成物の有機ポリマーよりも高い物質であり、そしてエラストマーに負荷がかかるときに有機ポリマーから応力を吸収可能である。充填剤は、線維、微粒子、およびシート状構造を含み、シリカート、シリカ、粘土、セラミクス、カーボンおよび珪藻土のような無機物質、ならびに有機ポリマーのような有機物質からなって良い。充填剤は、それが混合される他の物質に対して本質的に不活性であってよく、もしくはそれは他の物質と反応性であってよい。
【００１３】
「微粒子充填剤」という表現は微粒子または凝集体もしくは塊を形成する微粒子の群を意味する。ここで有用な微粒子充填剤は、それらが混合される例えばシランカップリング剤のようなカップリング剤に対して本質的に不活性であってよく、またはそれらはカップリング剤と反応性であってよい。
【００１４】
「担体」という術語は、そのフリー・フロー性と乾燥特性とを保ちつつ高い吸着もしくは吸着能を持ち、そして７５パーセントの液体成分を保持できる多孔性ポリマーもしくは広い表面積の充填剤を意味する。ここでの有用な担体は、液体成分に対して本質的に不活性であり、そして硫黄加硫可能エラストマー組成物に対して添加されるとき、液体を放出もしくは脱着することができる。
【００１５】
実施例以外において、もしくは他に示されていなければ、物質の量、反応条件、時間、物質の定量化された性質などを表す、明細書および請求項に述べられるすべての数字は、すべての場合において単語「約」によって修飾されていると理解されるべきである。
【００１６】
ここで列挙される任意の数値範囲は、その範囲中のすべてのサブ範囲（ｓｕｂ−ｒａｎｇｅ）とそのような範囲もしくはサブ範囲のさまざまな終点の任意の組み合わせとを含むことは理解されよう。
【００１７】
構造的、構成的ならびに／または機能的に関連した化合物、物質もしくは基質の群に属するとして、明細書に明確にもしくは暗に開示される、ならびに／または請求項に引用される任意の化合物、物質もしくは基質は、その群の個々の要素およびそれらのすべての組み合わせを含むことはまた理解されるべきである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明の架橋したポリスルフィド含有脂環式化合物は以下の一般式：
［（ＣａＨ２ａ−）ｍＧ１（−ＣｂＨ２ｂＳｘ−）ｎ−ｍ］ｏ［ＣｃＨ２ｃ−Ｇ２−ＣｄＨ２ｄＳｙ−］ｐ［Ｒ］ｑ （１）
によって表わされ、
ここでＧ１が５から１２個の炭素原子を含有し、任意選択で少なくとも一つのハロゲンを含有する、価数ｎの飽和した単環式の脂肪族基であるか、または価数ｎの飽和した単環式のシリコーン［ＲＳｉＯ−］ｎ［Ｒ２ＳｉＯ−］ｒ基であり；Ｇ２が５から１２個の炭素原子を含有し、任意選択で少なくとも一つのハロゲンを含有する、価数２の飽和した二価の脂環基であるか、または価数ｎの飽和した単環式のシリコーン［ＲＳｉＯ−］ｎ［Ｒ２ＳｉＯ−］ｒ基であり；それぞれのＲが独立して水素原子、２０個までの炭素原子の一価の炭化水素およびハロゲン原子からなる群より選択され；下付文字ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｍ、ｎ、ｏ、ｐ、ｑ、ｘおよびｙの各々が独立して整数であり、ここでａが２から６であり；ｂが２から６であり；ｃが１から６であり；ｄが１から６であり；ｍが１から２であり；ｎが３から５であり；ｏが正の整数であり；ｐが０もしくは正の整数であり；ｑが正の整数であり；ｒが０から３の整数であり；ｘが１から１０であり、そしてｙが１から１０であり、但し、
（ｉ）少なくとも１つのｘが２から１０であるという条件であり、
（ｉｉ）ｐ対ｏの比が１対５より小さく、そして
（ｉｉｉ）ｑが（ＣａＨ２ａ−）ｍＧ１（−ＣｂＨ２ｂＳｘ−）ｎ−ｍおよびＣｃＨ２ｃ−Ｇ２−ＣｄＨ２ｄＳｙ−基の満たされていない価数の合計と等しい
という条件である。
【００１９】
「一価の炭化水素基」という表現はそこから一つの水素原子が取り除かれた任意の炭化水素基を意味し、アルキル、アルケニル、アルキニル、環状アルキル、環状アルケニル、環状アルキニル、アリール、アラルキルおよびアレニルを含む。
【００２０】
術語「アルキル」は、任意の一価の、飽和した、直鎖の、分岐のもしくは環状の炭化水素基を意味し、術語「アルケニル」は、任意の一つもしくはそれ以上の炭素−炭素二重結合を含有する任意の一価の、直鎖の、分岐のもしくは環状の炭化水素基であって、ここで基の結合の位置が炭素−炭素二重結合においてもしくは基内のどこかのいずれでもあり得るものを意味し；術語「アルキニル」は、一つもしくはそれ以上の炭素−炭素三重結合を含有し、そして任意選択でひとつもしくはそれ以上の炭素−炭素二重結合を含有する、任意の一価の、直鎖の、分岐のもしくは環状の炭化水素基であって、ここで基の結合の位置が炭素−炭素三重結合において、炭素−炭素二重結合において、もしくは基内のどこかのいずれでもあり得るものを意味する。アルキルの例は、メチル、エチル、プロピルおよびイソブチルを含む。アルケニルの例は、ビニル、プロペニル、アリル、メタリル、エチリデニルノルボルナン、エチリデンノルボルニル、エチリデニルノボルネンおよびエチリデンノルボルネニルを含む。アルキニルの例はアセチレニル、プロパルギルおよびメチルアセチレニルを含む。
【００２１】
「環状アルキル」、「環状アルケニル」および「環状アルキニル」という表現は、二環式構造、三環式構造およびより高次の環状構造、ならびにアルキル基、アルケニル基、および／もしくはアルケニル基でさらに置換された上述の環状構造を含む。代表的例は、ノルボルニル、ノルボルネニル、エチルノルボルニル、エチルノルボルネニル、シクロヘキシル、エチルシクロヘキシル、エチルシクロヘキセニル、シクロヘキシルシクロヘキシルおよびシクロドデカトリエニルを含む。
【００２２】
術語「アリール」は任意の一価の芳香族炭化水素基を意味し；術語「アラルキル」は（ここで定義されるような）任意のアルキル基であってその中の一つもしくはそれ以上の水素原子が同種の、および／もしくは異なる（ここで定義されるような）同じ数のアリール基によって置換されるものを意味し；術語「アレニル」は（ここで定義されるような）任意のアリール基であって、その中のひとつもしくはそれ以上の水素原子が同じ数の同種の、および／もしくは異なる（ここで定義されるような）アルキル基によって置換されるものを意味する。アリールの例はフェニルおよびナフタフェニルを含む。アラルキルの例はベンジルおよびフェネチルを含む。アレニルの例はトリルおよびキシリルを含む。
【００２３】
本発明の本発明の架橋したポリスルフィド含有脂環式化合物中の飽和した、単環式の脂肪族基Ｇ１の代表的でかつ非限定的な例は、三価の、四価のおよび五価のシクロペンタン、シクロヘキサン、シクロヘプタン、シクロオクタン、シクロデカンおよびシクドドデカンである。ＣａＨ２ａ−基および−ＣｂＨ２ｂＳｘ−基の結合は、シクロアルキル環Ｇ１の周囲における、軸方向の、もしくは赤道面の立体化学的な構造のいずれでも起こることは理解されよう。ここでのポリスルフィド含有脂環式化合物はまた、任意の一つの立体異性体におけるＣａＨ２ａ−基および−ＣｂＨ２ｂＳｘ−基の配置がすべて赤道面の位置であるか、軸方向の位置であるか、または赤道面の位置と軸方向の位置の両方であり得るような立体異性体の混合物を含む。ここでの立体異性体の混合物は、少なくとも５０重量パーセントの、すべてのＣａＨ２ａ−基および−ＣｂＨ２ｂＳｘ−基が脂環式の基Ｇ１と比較して赤道面の位置にあるような異性体を含むことが好ましく、そしてより好ましくは少なくとも８０重量パーセントが、そしてもっとも好ましくは少なくとも９０重量パーセントの前記立体異性体を含む。シクロアルキル環Ｇ１の周囲の立体化学は、ポリアルケニル置換シクロアルカン中間体もしくは反応物の調製において通常は決定される。例えば、シス、トランス、トランス−１，５，９−シクロドデカントリエンの熱転位からの１，２，４−トリビニルシクロヘキサンの調製において、反応条件はシクロヘキシル環の周囲の立体化学に影響を与え得る。ポリアルケニル置換シクロアルカンの蒸留もしくは分離液体クロマトグラフィーのような他の分離方法もまた、所望の比率の立体化学的異性体を得るのに用いられ得る。
【００２４】
本発明の本発明の架橋したポリスルフィド含有脂環式化合物中の飽和した、単環式の脂肪族基Ｇ２の代表的でかつ非限定的な例は、二価のシクロペンタン、シクロヘキサン、シクロヘプタン、シクロオクタン、シクロデカンおよびシクドドデカンである。ＣｃＨ２ｃ−基および−ＣｄＨ２ｄＳｙ−基の結合は、シクロアルキル環Ｇ１の周囲における、軸方向の、もしくは赤道面の立体化学的な構造のいずれでも起こることは理解されよう。ここでのポリスルフィド含有脂環式化合物はまた、任意の一つの立体異性体におけるＣｃＨ２ｃ−基および−ＣｄＨ２ｄＳｙ−基の配置がすべて赤道面の位置であるか、軸方向の位置であるか、または赤道面の位置と軸方向の位置の両方であり得るような立体異性体の混合物を含む。ここでの立体異性体の混合物は、少なくとも５０重量パーセントの、すべてのＣｃＨ２ｃ−基および−ＣｄＨ２ｄＳｙ−基が脂環式の基Ｇ１と比較して赤道面の位置にあるような異性体を含むことが好ましく、そしてより好ましくは少なくとも８０重量パーセントが、そしてもっとも好ましくは少なくとも９０重量パーセントの前記立体異性体を含む。シクロアルキル環Ｇ２の周囲の立体化学は、ジアルケニル置換シクロアルカン中間体もしくは反応物の調製において通常は決定される。
【００２５】
本発明の架橋したポリスルフィド含有脂環式化合物中の一価の炭化水素基Ｒの代表的でかつ非限定的な例は、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、２−エチルヘキシル、シクロヘキシル、シクロペンチル、フェニル、ベンジル、トリル、キシリル、メチルベンジル、クロロ、ブロモ、イオドなどである。
【００２６】
二価の架橋基ＣａＨ２ａ−は、Ｇ１ならびに−ＣｂＨ２ｂＳｘ−基もしくは−ＣｄＨ２ｄＳｙ−基のいずれかからの末端の硫黄とに結合する。この表記において基、−ＣｂＨ２ｂＳｘ−の炭素上のダッシュ（−）は、Ｇ１の満たされてない価数を満たしている炭素と定義される。この表記において基、−ＣｄＨ２ｄＳｙ−の炭素上のダッシュ（−）は、Ｇ２の満たされてない価数を満たしている炭素と定義される。基、−ＣｂＨ２ｂＳｘ−の硫黄上のダッシュ（−）は、ＣａＨ２ａ−、ＣｃＨ２ｃ−もしくはＲの満たされてない価数を満たしている鎖Ｓｘ−の末端の硫黄であると定義される。基、−ＣｄＨ２ｄＳｙ−の硫黄上のダッシュ（−）は、ＣａＨ２ａ−、ＣｃＨ２ｃ−もしくはＲの満たされてない価数を満たしている鎖Ｓｙ−の末端の硫黄であると定義される。
【００２７】
二価の架橋基ＣｃＨ２ｃ−は、Ｇ２ならびに−ＣｂＨ２ｂＳｘ−基もしくは−ＣｄＨ２ｄＳｙ−基のいずれかからの末端の硫黄とに結合する。この表記において、基、ＣｃＨ２ｃ−の炭素上のダッシュ（−）は、Ｇ２の満たされてない価数を満たしている炭素と定義される。
【００２８】
ｑの値は正の整数である。ｑが（ＣａＨ２ａ−）ｍＧ１（−ＣｂＨ２ｂＳｘ−）ｎ−ｍおよびＣｃＨ２ｃ−Ｇ２−ＣｄＨ２ｄＳｙ−基の満たされていない価数の合計と等しいという前提条件が必要とされる。それは、（ＣａＨ２ａ−）ｍＧ１（−ＣｂＨ２ｂＳｘ−）ｎ−ｍとＣｃＨ２ｃ−Ｇ２−ＣｄＨ２ｄＳｙ−の間にすべての結合が形成された後、結合を形成しようとする結合電子を表わすダッシュ（−）を含有する硫黄原子が存在するということを意味する。それらの硫黄原子の数は、方程式：
ｑ＝Σ（ｎ−ｍ）−Σｍ
によって表わされ、
ここでΣ（ｎ−ｍ）は１からｏの繰り返し単位のそれぞれの繰り返し単位における（ｍ−ｎ）の独立した値の合計であり、Σｍは１からｏの繰り返し単位のそれぞれの繰り返し単位におけるｍの独立した値の合計である。それぞれの繰り返し単位、（ＣａＨ２ａ−）ｍＧ１（−ＣｂＨ２ｂＳｘ−）ｎ−ｍはｍとｎの異なった値を持って良いということは理解されよう。ｑは正の数であるので、Σ（ｎ−ｍ）はΣｍよりも大きい。
【００２９】
本発明の架橋したポリスルフィド含有脂環式化合物は架橋した物質であり、そしてそれゆえに「ｏ」の値は大きい。一実施態様において、ｏの値は５０より大きい正の数であり、より好ましくは１００より大きく、そして最も好ましくは１，０００よりも大きい。「ｏ」の値は架橋したポリスルフィド含有脂環式化合物の粒子径によって決定される。他の実施態様において、粒子径は、０．１マイクロメートル（０．１ミクロン）から１０センチメートルの範囲であり、好ましくは１０マイクロメートル（１０ミクロン）から１センチメートルの範囲であり、そしてもっとも好ましくは１００マイクロメートル（１００ミクロン）から１ミリメートルの範囲である。小さい粒子径の架橋したポリスルフィド含有脂環式化合物はより容易にゴム中に分散するので、より小さい粒子径も好ましい。
【００３０】
二価の架橋基の代表的でかつ非限定的な例は、メチレン、エチレン、プロピレン、ブチレンおよびヘキシレンである。好ましい架橋基はエチレンおよびプロピレンである。
【００３１】
本発明の硫黄含有脂環式化合物の代表的でかつ非限定的な例は、
【化１】
〔式中、それぞれのｍは独立して１もしく２であり、ｎは３であり、それぞれのｏおよびｑは独立して正の整数であり、それぞれのｘは独立して２から６の整数であり、そして環の置換は１、２および４である〕；
【化２】
〔式中、それぞれのｍは独立して１もしく２であり、ｎは４であり、それぞれのｏおよびｑは独立して正の整数であり、そして環の置換は１、３、５および７である〕；
【化３】
〔式中、それぞれのｍは独立して１もしくは２であり、ｎは３であり、それぞれのｏおよびｑは独立して正の整数であり、そして環の置換は１、２および４である〕；
【化４】
〔式中、それぞれのｍは独立して１もしくは２であり、ｎは３であり、それぞれのｏおよびｑは独立して正の整数であり、そして環の置換は１、３および５である〕；
【化５】
〔式中、それぞれのｍは独立して１もしくは２であり、ｎは３であり、それぞれのｏおよびｑは独立して正の整数であり、そして環の置換は１、２、４である〕；
［（Ｈ２Ｃ−Ｈ２Ｃ）ｍ−Ｄ３−（ＣＨ２ＣＨ２Ｓ４−）ｎ−ｍ］ｏ［Ｈ］ｑ
〔式中、ＤはＲＳｉＯ−単位を示し、それぞれのｍは独立して１もしくは２であり、ｎは３であり、それぞれのｏおよびｑは独立して正の整数であり、そして環の置換はケイ素原子上で起こる〕
などを含む。
【００３２】
ここで好ましい架橋したポリスルフィド含有脂環式化合物は、Ｇ１が三価のシクロヘキシル基であり、Ｇ２が二価のビニルシクロヘキシル基であり、ｘおよびｙが２から５であり、ａ、ｂ、ｃおよびｄが２もしくは３である、式（１）の化合物を含む。より好ましいものは、平均で５０パーセントのシクロヘキシル環上の置換が赤道面の位置にあり、ａ、ｂ、ｃおよびｄが２であり、ｘおよびｙが３から５であり、そしてＲが水素もしくは１から１２個の炭素原子の一価の炭化水素である。
【００３３】
本発明の架橋したポリスルフィド含有脂環式化合物は、
ａ） フリーラジカルの源の存在下において、ポリ−アルケニル置換シクロアルカンとチオ酸とを反応させてポリ−チオカルボキシラート置換アルキルシクロアルカンをもたらすステップ；
ｂ） ポリチオカルボキシラート置換アルキルシクロアルカンと脱ブロック化剤とを反応させて遊離したポリ−メルカプタン−官能性アルキルシクロアルカンを生成するステップ；
ｃ） 遊離したポリ−メルカプタン−官能性アルキルシクロアルカンと、一般式：
Ｘ１ＳｚＸ２ （２）
〔式中、Ｘ１は塩素、臭素、ヨウ素原子であり、Ｘ２はＸ１、水素もしくは１２個までの炭素原子の炭化水素であり、そしてｚは独立して整数であり、ここでｚは１から１０である〕で表わされるハロゲン化硫黄含有化合物、ペルオキシド、ヒドロペルオキシド、および酸素から選択される酸化剤とを反応させて、架橋したポリスルフィド含有脂環式化合物をもたらすステップ
を含有するプロセスによって調製される。
【００３４】
上述の、本発明の架橋したポリスルフィド含有脂環式化合物を調製するプロセスは、反応ステップ（ａ）〜（ｄ）：
ステップ（ａ）： ｏＧ１［Ｃｅ２ｅＣＨ＝ＣＨ２］ｎ ＋ ｎ＊ｏＲ１Ｃ（＝Ｏ）ＳＨ → ｏＧ１［Ｃｅ２ｅＳＣ（＝Ｏ）Ｒ１］ｎ
ステップ（ｂ）： ｏＧ１−［Ｃｅ２ｅＳＣ（＝Ｏ）Ｒ１］ｎ ＋ ｎ＊ｏＨＯ−Ｒ２ → ｏＧ１−［Ｃａ２ａＳＨ］ｎ ＋ ｎ＊ｏＲ２ＯＣ（＝Ｏ）Ｒ１
ステップ（ｃ）： ｏＧ１［−ＣａＨ２ａＳＨ］ｎ ＋ （ｎ／２）＊ｏＸ１ＳｚＸ２ → ［（ＣａＨ２ａ−）ｍＧ１（−ＣｂＨ２ｂＳｘ−）ｎ−ｍ］ｏ［Ｒ］ｑ → （（ｎ／４）＊ｏＨＸ１ ＋ （ｎ／４）＊ｏＨＸ２
の化学反応式によって示され、
ここでＧ１が５から１２個の炭素原子を含有し、任意選択で少なくとも一つのハロゲンを含有する、価数ｎの飽和した単環式の脂肪族基であるか、または価数ｎの飽和した単環式のシリコーン［ＲＳｉＯ−］ｎ［Ｒ２ＳｉＯ−］ｒ基であり；それぞれのＲが独立して水素原子、２０個までの炭素原子の一価の炭化水素およびハロゲン原子からなる群より選択され；下付文字ａ、ｂ、ｅ、ｍ、ｎ、ｏ、ｑおよびｘの各々が独立して整数であり、ここでａが２から６であり；ｂが２から６であり；ｅが１から４であり；ｍが１から２であり；ｎが３から５であり；ｏが正の整数であり；ｐが０であり；ｑが正の整数であり；ｒが０から３の整数であり；ｘが１から１０であり、但し、
（ｉ）少なくとも１つのｘが２から１０であるという条件であり、
（ｉｉ）ｐ対ｏの比が１対５より小さく、好ましくはｐ対ｏが１対２０より小さく；そして
（ｉｉｉ）ｑが（ＣａＨ２ａ−）ｍＧ１（−ＣｂＨ２ｂＳｘ−）ｎ−ｍおよびＣｃＨ２ｃ−Ｇ２−ＣｄＨ２ｄＳｙ−基の満たされていない価数の合計と等しい
という条件である。
【００３５】
上述のプロセスにおいて、ｐの値がゼロであることは理解されよう。ｐが正の整数である式（１）の架橋したポリスルフィド含有脂環式化合物において、プロセスは最初にＧ２［−Ｃｅ２ｅＣＨ＝ＣＨ２］ｎおよびＧ２［−Ｃｅ２ｅＣＨ＝ＣＨ２］２の混合物を最初に作製し、そしてこの混合物をステップ（ａ）の反応物として使用することを含む。
【００３６】
ポリスルフィド、すなわちｘおよびｙが２であるものを調製する事が望ましい時、酸化剤はペルオキシド、ヒドロペルオキシド、酸素、空気、または酸素と不活性ガスとの混合物である。
【００３７】
硫黄含有脂環式化合物の異性体混合物は、３から５個のアルケニル基Ｇ［−ＣｅＨ２ｅＣＨ＝ＣＨ２］ｎ〔Ｇ、ｅおよびｎは上に定義される〕を含有する多価の脂環式化合物の立体化学によって決定される。反応物の立体化学構造は、ステップ（ａ）のチオカルボン酸基の添加反応によって変化を受けない。
【００３８】
本発明の硫黄含有脂環式化合物を製造するための好ましい開始物質であるトリビニルシクロヘキサンは、１，５，９−シクロドデカトリエンの熱分解によって生じる。ここでの参照によりそのすべての内容が組み込まれる、米国特許第３，０１１，００３号および英国特許第８４８，６３７号に開示されるように、高温における、任意選択で触媒の存在下での、１，５，９−シクロドデカトリエンの転換は、トリビニルシクロヘキサン化合物を生成する。
【００３９】
チオカルボン酸が、３から５個のアルケニル基を含有する多価の脂環式化合物と反応する、ステップ（ａ）の添加反応は、任意選択でフリーラジカル（酸化）試薬の存在下において実行されても良い。好適なフリーラジカル試薬は、チオカルボン酸をチオカルボン酸ラジカル、すなわち
【化６】
へと転換することができ、そして、酸素、ペルオキシド、ヒドロペルオキシドなどを含むがそれらには限定されない酸化剤とＵＶ照射とを含む。
【００４０】
Ｇ［−ＣａＨ２ａ−ＳＣ（＝Ｏ）Ｒ１］ｎ中間体の調製において、０．９５から３モル当量の、好ましくは１．０から１．２５モル当量の、そしてもっとも好ましくは化学量論的な量のチオカルボン酸が用いられる。
【００４１】
ペルオキシドもしくはヒドロペルオキシドのフリーラジカル試薬の効果的な量は、３から５個のアルケニル基を含有する脂環式化合物の重量に基づいて０．０１から２の、そして好ましくは０．１から０．５の重量パーセントの範囲であり得る。酸素がフリーラジカルの生成源として用いられるとき、酸素の源は純粋な酸素ガス、空気または酸素と不活性ガスとの混合物であって良い。酸素と不活性ガスとの混合物は３から１５重量パーセントの酸素と不活性ガスであるバランスとを含有しても良い。空気または酸素と不活性ガスとの混合物は、有機物質の存在下における純粋な酸素を取り扱う困難さから一般的に好ましくあり、そしてそれらのうちで、空気が好ましい。ＵＶ照射の源は石英窓を備える水銀ランプであってよい。
【００４２】
３から５個のアルケニル基を含有する脂環式化合物の代表的でかつ非限定的な例は、１，２，４−トリビニルシクロヘキサン、１，２，４−トリプロペニルシクロヘキサン、１，３，５−トリヘキセニルシクロヘキサン、１，３，５，７−テトラビニルシクロオクタン、１，３，５，７，９−ペンタビニルシクロデカン、ならびに少なくとも８０重量パーセントのシス，シス，シス−１，２，４−トリビニルシクロヘキサンと少なくとも５重量パーセントのトランス−シス−１，２，４−トリビニルシクロヘキサンとの混合物を含む。
【００４３】
チオカルボン酸の代表的でかつ非限定的な例は、チオ酢酸、チオプロパン酸、チオブタン酸、チオヘキサン酸などを含む。
【００４４】
ペルオキシドおよびヒドロペルオキシドのフリーラジカル試薬の代表的でかつ非限定的な例は、ジ（２，４−ジクロロベンゾイル）ペルオキシド、ｔｅｒｔ−ブチルペルオキシピバル酸、ジラウロイルペルオキシド、ジベンゾイルペルオキシド、ｔｅｒｔ−ブチルペルオキシ−２−エチルヘキサン酸、１，１−ジ（ｔｅｒｔ−ブチルペルオキシ）−３，３，５−トリメチルシクロヘキサン、ジ（ｔｅｒｔ−ブチルペルオキシ）シクロヘキサン、ｔｅｒｔ−ブチルペルオキシ−３，５，５−トリメチルヘキサン酸、ｔｅｒｔ−ブチルペルオキシアセタート、ｔｅｒｔ−ブチルペルオキシベンゾアート、ジ−ｔｅｒｔ−アミルペルオキシド、ジクミルペルオキシド、ジ（ｔｅｒｔ−ブチルペルオキシイソプロピル）ベンゼン、２，５−ジメチル−２，５−ジ（ｔｅｒｔ−ブチルペルオキシ）ヘキサン、ｔｅｒｔ−ブチルペルオキシアセタート、ｔｅｒｔ−ブチルペルオキシべベンゾアート、ジ−ｔｅｒｔ−アミルペルオキシド、ジクミルペルオキシド、ジ（ｔｅｒｔ−ブチル−ペルオキシイソプロピル）ベンゼン、２，５−ジメチル−２，５−ジ（ｔｅｒｔ−ブチルペルオキシ）ヘキサン、ｔｅｒｔ−ブチル−クミルペルオキシド、２，５−ジメチル−２，５−ジ（ｔｅｒｔ−ブチルペルオキシ）ヘキシン−３、ジ−ｔｅｒｔ−ブチルペルオキシドなどを含む。
【００４５】
ステップ（ａ）の添加反応は、 Ｇ１［−ＣａＨ２ａＳＨ］ｎ中間体またはＧ１［−ＣａＨ２ａＳＨ］ｎとＧ２［−ＣａＨ２ａＳＨ］２との混合物を用いて、室温以下、室温もしくは高温において、大気圧以下、大気圧もしくは大気圧以上において、そして、溶媒の非存在下もしくは存在下において実施できる。好適な温度は、０℃から２００℃の、そして好ましくは４０℃から１５０℃の範囲である。反応は通常終了まで実行された。これを達成するのに必要とされる時間は、採用される特定の反応条件ならびに触媒が使用されるかどうかに依存する。５分から２４時間の反応時間が通常好適である。好ましくは大気圧が用いられる。典型的な溶媒は、芳香族および脂肪族溶媒を含む炭化水素溶媒、そして塩素系溶媒を含む。
【００４６】
ステップ（ｂ）のエステル交換反応は、ステップ（ａ）から生じるＧ１［−ＣａＨ２ａ−ＳＣ（＝Ｏ）Ｒ１］ｎ中間体またはＧ１［−ＣａＨ２ａＳＨ］ｎとＧ２［−ＣａＨ２ａＳＨ］２との混合物と、アルコールとを、任意選択でアルカリ触媒の存在下において接触させることによって影響を受ける。アルコールの量は化学量論的な量から大過剰まで変化し得る。典型的には１から２０当量のアルコールがエステル交換に影響を与えるべく使用される。代替的に、アシル基はアルカリ金属ヒドロキシドの存在下における鹸化反応によって除去し得る。典型的な触媒は水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、ナトリウム・メトキシド、ナトリウム・エトキシド、カリウム・メトキシド、カリウム・エトキシドなどを含む。
【００４７】
ステップ（ｃ）の酸化反応は、ステップ（ｂ）で生じるポリメルカプト脂環式化合物Ｇ１［−ＣａＨ２ａＳＨ］ｎまたはＧ１［−ＣａＨ２ａＳＨ］ｎとＧ２［−ＣａＨ２ａＳＨ］２との混合物と、ペルオキシド、ヒドロペルオキシド、空気、酸素、空気と不活性ガスとの混合物からなる群より選択される酸化剤、そして好ましくは構造Ｘ１ＳｚＸ２の酸化剤との反応によって影響を受け、ここでＧ１、Ｇ２、Ｘ１、Ｘ２、ａおよびｎは上述に定義される。試薬、Ｘ１ＳｚＸ２はメルカプタンを酸化してジスルフィドにし、追加の硫黄を硫黄鎖中へと導入する。ステップ（ｃ）の酸化反応は、室温以下、室温もしくは高温において、大気圧以下、大気圧もしくは大気圧以上において、そして、溶媒の非存在下もしくは存在下において実施できる。好適な温度は、−１０℃から２００℃の、そして好ましくは０℃から５０℃の範囲である。反応は通常終了まで実行された。これを達成するのに必要とされる時間は、採用される反応条件に依存してかわる。５分から２４時間の反応時間が通常好適である。ハロゲンか反応物の損失を防ぐために好ましくは大気圧が用いられる。典型的な溶媒は、芳香族および脂肪族溶媒を含む炭化水素溶媒、ならびにフッ素化溶媒および塩素系溶媒を含むハロゲン化溶媒を含む。四塩化炭素のようなペルハロゲン化溶媒は、ハロゲン化反応物と溶媒との反応を防ぐために好ましい。
【００４８】
本発明の架橋したポリスルフィド含有脂環式化合物は、硫黄加硫可能エラストマー（ｉ）の架橋剤として特に有用である。架橋したポリスルフィド含有脂環式化合物は、硬化反応中に反応する３から５個の反応基を持ち、そして望まれない副産物をいっさい産生しない。架橋したポリスルフィド含有脂環式化合物は硬化反応中に分解し、ゴム分子に対して３から５個の連携点を持つために有用な架橋剤であるモノマーもしくはオリゴマー種を生じる。いずれの理論によってもとらわれることはないが、６個よりも多いようなより多い数の連携点は、バルクのゴムにおいて、非常に密であり、そしてポリマー鎖もしくは充填剤に対して効率的に応力やエネルギーを伝達できない局在化した領域を生じると信じられている。この応力の伝達は脂環式環構造によって促進される。環は、環から外へ向かってそれらを向けさせているポリスルフィド官能基間の平均距離を制御する。その向きは反応基を異なるポリマー鎖へと結合させることができ、それにより架橋の効率を高める。さらに、脂環式の環は柔軟性があり、舟形配座、椅子型配座およびねじれ型配座の間を交互に移行できる。高い応力のもとでは、環はエネルギーを吸収する経路を提供するような配座へと変化できる。この性質が無いと、エネルギーは結合の切断へと進み、硬化したゴム組成物における貧弱な摩耗および疲労性能を生じる。直鎖および分岐のアルキル基は、ポリスルフィド基の向きにおいてはそれほど効果的でない。芳香族環は平坦でかつ硬く、そしてそれゆえにそれらの配座の変化を実行できない。特に環が１，２，４−置換シクロヘキシル基であるとき、脂環式環に関して好ましい配座は、すべてのシス構造である。配座がすべての軸方向の位置へと変化するとき、１，３−立体相互作用が起こるために、平衡状態のゴムの化合物中のポリスルフィド基は主として赤道面の位置にある。すべてのシス構造はポリスルフィド基をそれぞれお互いに離すように配向し、ポリスルフィド基の間の平均距離を最大化する。
【００４９】
ここでの硬化性充填剤入りエラストマー組成物中の硫黄加硫可能エラストマー（ｉ）の濃度は、組成物の全重量の、１０から９９の、好ましくは５０から９５の、そしてより好ましくは６０から８５重量パーセントの範囲であって良い。
【００５０】
本発明の硬化性充填剤入りエラストマー組成物中の微粒子充填剤（ｉｉ）の濃度は、組成物の全重量の、０．５から９０の、好ましくは５から６０の、そしてより好ましくは１０から５０重量パーセントの範囲であって良い。
【００５１】
充填剤入り硫黄加硫可能エラストマー組成物中の本発明の架橋したポリスルフィド含有脂環式化合物（ｉｉｉ）の濃度は、組成物の全重量の、０．０５から３０の、好ましくは０．５から１０の、そしてより好ましくは２から５重量パーセントの範囲であって良い。
【００５２】
本発明において有用な強化充填剤は、シランが充填剤の表面と反応性であるような充填剤を含む。そのような充填剤の代表例は、シリカ（焼成および／もしくは沈降）、チタン、アルミノシリカートおよびアルミナのようなシリカ充填剤、酸化金属、粘土、滑石などを含むがそれらには限定されない。充填剤は水和物の形状で供給されても良い。微粒子の沈降シリカは、充填剤として特に有用であり、特にシリカが反応性の表面シラノールを有するときにそうである。
【００５３】
充填剤の多孔性は例えば水銀多孔度測定という既知の方法によって測定できる。この方法によると、充填剤の孔は、揮発分を除去するための熱処理の後に水銀によって浸透される。試験条件は１００ｍｇのサンプルを使用し、大気圧から２０００バールの圧力において１０５℃で２時間以上揮発物を除去するというものである。水銀多孔度測定は、Ｗｉｎｓｌｏｗ， ｅｔ ａｌ． ｉｎ ＡＳＴＭ ｂｕｌｌｅｔｉｎ（ＡＳＴＭ公報），ｐ．３９（１９５９）に記載された方法に従って、またはＤＩＮ ６６１３３に従って実行し得る。測定には、カルロ−エルバ多孔度計２０００（ＣＡＲＬＯ−ＥＲＢＡ Ｐｏｒｏｓｉｍｅｔｅｒ ２０００）を使用できる。ここでのシリカ充填剤の平均水銀多孔度比表面積は、１００から３００ｍ２／ｇの範囲であるべきである。
【００５４】
そのような水銀多孔度測定による、好ましいシリカ、アルミノもしくはアルミノシリカート充填剤の細孔径分布は、その細孔の５パーセント以下が１０ｎｍ未満の直径を有し、その細孔の６０から９０パーセントが１０から１００ｎｍの直径を有し、その細孔の１０から３０パーセントが１００から１，０００ｎｍの直径を有し、そしてその細孔の５から２０パーセントが１，０００ｎｍを超える直径を有するものであるとここでは考えられる。
【００５５】
好適なシリカ充填剤は、例えば電子顕微鏡によって決定される１０から５０ｎｍの範囲の平均粒径を持つものを含むが、より小さなものやより大きな粒径のものもまた有用である。ここでの使用に好適な様々な市販のシリカは、たとえば、ＰＰＧ ＩｎｄｕｓｔｒｉｅｓからのＨＩ−ＳＩＬ２１０および２４３などのようなもの；Ｒｈｏｎｅ−ＰｏｕｌｅｎｃからのＺＥＯＳＩＬ１１６５ＭＰのようなもの；ＤｅｇｕｓｓａからのＶＮ２およびＶＮ３などのようなもの、ならびにＨｕｂｅｒからのＨＵＢＥＲＳＩＬ８７４５のようなものを含む。
【００５６】
一実施態様において、一つもしくはそれ以上の充填剤はシランカップリング剤と組み合わせられる。充填剤は、シリカ、アルミナおよび／もしくはアルミノシリカートのようなシリカ充填剤とカーボンブラック強化顔料との混合物であってよい。このように充填剤成分は１５から９５重量パーセンのシリカ充填剤と、カーボンブラック、例えば８０から１５０までの範囲のＣＴＡＢ値を持つものであるバランスとの混合物であってよく、そして、実例としてここでの参照によりそのすべての内容をここに組み入れる米国特許出願公開２００８／０１６１４６１および２００８／０１６１４７７にその構造が開示されるような、３−メルカプトプロピルトリエトキシシラン、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−（３−トリエトキシシリルプロピル）ジスルフィド、Ｓ−チオオクタン酸、３−トリエトキシシリルプロピルエステル、およびシリル化コアポリスルフィドの一つもしくはそれ以上を含む、０．１から２０重量パーセントのシランカップリング剤を含んでもよい。他の実施態様において、シリカ充填剤対カーボンブラックの重量比は少なくとも３対１、好ましくは少なくとも１０対１、そしてより好ましくは少なくとも３０対１である。
【００５７】
充填剤混合物は、６０から９５重量パーセントまでのシリカ、アルミナおよび／またはアルミノシリカートと、これに対応する、４０から５重量パーセントまでのカーボンブラックと、そして０．１から２０重量パーセントまでのシランカップリング剤を含有してよく、そして各成分の混合物は合計で１００パーセントまでという条件である。シリカ充填剤およびカーボンブラックは、加硫ゴムの製造の際、前もって混合しても一緒に混合してもよい。
【００５８】
ここでの硫黄加硫可能エラストマー（ｉ）は、共役ジエンホモポリマーおよびコポリマーならびに少なくとも一つの共役ジエンと芳香族ビニル化合物とのコポリマーを含む。ゴム組成物の調製に好適な有機ポリマーは当分野に周知されており、「Ｔｈｅ Ｖａｎｄｅｒｂｉｌｔ Ｒｕｂｂｅｒ Ｈａｎｄｂｏｏｋ」、Ｏｈｍ，Ｒ．Ｆ．、Ｒ．Ｔ．Ｖａｎｄｅｒｂｉｌｔ Ｃｏｍｐａｎｙ， Ｉｎｃ．１９９０年、および「Ｍａｎｕａｌ Ｆｏｒ Ｔｈｅ Ｒｕｂｂｅｒ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ」、Ｋｅｍｐｅｒｍａｎｎ，Ｔ．および、Ｋｏｃｈ，Ｓ．Ｊｒ．、ＢａｙｅｒＡＧ、ＬｅｖｅｒＫｕｓｅｎ、１９９３年を含む様々な教科書に記載される。
【００５９】
本発明の一実施態様において、硫黄加硫可能エラストマーは溶液重合スチレン−ブタジエンゴム（ＳＳＢＲ）であり、例えば、５から５０パーセントの、より好ましくは９から３６パーセントのスチレン含量を持つものである。本発明の他の実施態様において、硫黄加硫可能エラストマーはエマルション重合スチレン−ブタジエンゴム（ＥＳＢＲ）、天然ゴム（ＮＲ）、エチレン−プロピレンコポリマーおよびターポリマー（ＥＰ、ＥＰＤＭ）、アクリロニトリル−ブタジエンゴム（ＮＢＲ）、ポリブタジエン（ＢＲ）など、ならびにそれらの混合物からなる群より選択される。
【００６０】
好適な共役ジエンエラストマーは、イソプレンおよび１，３−ブタジエンを含むがそれらに限定されず、好適なビニル芳香族エラストマーはスチレンおよびアルファメチルスチレンを含むがそれらに限定されない。有用なポリブタジエンは、典型的には約９０重量パーセントの単位をシス−１，４−ブタジエンの形状で含有するものを含む。
【００６１】
硫黄加硫可能エラストマー（ｉ）は、例えば、シス−１，４−ポリイソプレンゴム（天然および／もしくは合成）、エマルション重合調製スチレン／ブタジエンコポリマーゴム、有機溶液重合調製スチレン／ブタジエンゴム、３，４−ポリイソプレンゴム、イソプレン／ブタジエンゴム、スチレン／イソプレン／ブタジエンターポリマーゴム、シス−１，４−ポリブタジエン、中程度のビニルポリブタジエンゴム（３５−５０パーセントのビニル）、高ビニルのポリブタジエンゴム（５０−７５パーセントのビニル）、スチレン／イソプレンコポリマー、エマルション重合調製のスチレン／ブタジエン／アクリロニトリルターポリマーゴムならびにブタジエン／アクリロニトリルコポリマーゴムの少なくとも一つより選択できる。ある用途においては、２０から２８パーセントの結合スチレンという比較的標準的なスチレン含量を持つエマルション重合調製スチレン／ブタジエン（ＥＳＢＲ）、または３０から４５パーセントという中程度から比較的高い結合スチレン含量を持つＥＳＢＲを用いてもよい。
【００６２】
ターポリマー中に２から４０重量パーセント結合アクロニトリルを含むエマルション重合調製スチレン／ブタジエン／アクロニトリルターポリマーゴムもまた本発明における使用のためのジエン系ゴムとして考えられている。
【００６３】
硬化した、すなわち、加硫したここでのエラストマー組成物は、満足できる高いモジュラス、例えば８ＭＰａより大きい１００パーセント伸びでのモジュラスと、高い引き裂き抵抗、例えば２５Ｎより大きい引き裂き抵抗とを示すために十分な量の充填剤（ｉｉ）を含む。本発明の一実施態様において、充填剤の合計重量は、１００部当たり（ｐｈｒ）５部という低いものから１００部までであって良い。他の実施態様において、充填剤の合計重量は２５から８５ｐｈｒであり、そして他の実施態様において少なくとも一つの沈降シリカが充填剤として利用される。シリカは、４０から６００ｍ２／ｇの、好ましくは５０から３００ｍ２／ｇの窒素ガスを用いて測定されたＢＥＴ表面積を有することにより特徴づけられ得る。表面積を測定するＢＥＴ法は、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｔｈｅ Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ，Ｖｏｌｕｍｅ６０，ｐａｇｅ３０４（１９３０）に記載されている。シリカは、１００から３５０の、そして好ましくは１５０から３００のジブチルフタラート（ＤＢＰ）の吸収値を有することによっても特徴づけられる。さらにシリカ、ならびに前述のアルミナおよびアルミノシリカートは、１００から２２０のＣＴＡＢ表面積を有してよい。ＣＴＡＢ表面積は、約９のｐＨを持つセチルトリメチルアンモニウムブロミドによって測定される外部表面積である。この方法はＡＳＴＭ Ｄ３８４９に記載される。
【００６４】
実際的に、硫化エラストマー物品は、硫黄加硫可能エラストマー（ｉ）、充填剤（ｉｉ）および架橋したポリスルフィド含有脂環式架橋剤（ｉｉｉ）を段階的な様式によって熱機械的に混合して硬化性のエラストマーを提供し、その後に物品を提供するために組成物を成型し、そして硬化することが続くことによって典型的には調製される。第一に、硫黄加硫可能エラストマーと、典型的に架橋したポリスルフィド含有脂環式架橋剤、硫黄および硫黄加硫促進剤（集合的に、硬化剤）を除いた他の成分との上述の混合のために、エラストマーとエラストマー配合成分とは、適切なミキサー中における、少なくとも１回の、そしてしばしば（シリカ充填剤入り低い転がり抵抗のタイヤの場合）２回もしくはそれ以上の予備的な混合段階において混合される。そのような予備的混合は、非硬化発現混合（ｎｏｎ−ｐｒｏｄｕｃｔｉｖｅ ｍｉｘｉｎｇ）、または非硬化発現混合の工程もしくは段階と呼ばれる。そのような予備的混合は、１４０℃から２００℃の、そしてある組成物では１５０から１７０℃の温度で通常は実施される。そのような予備的混合段階に続いて、しばしば硬化発現混合段階と呼ばれる最終混合段階において、硬化剤と、場合によると一つもしくはそれ以上の追加的な成分とが、しばしばスコーチ（ｓｃｏｒｃｈｉｎｇ）と呼ばれる硫黄加硫可能ゴムの時期尚早の硬化を防ぐかまたは遅らせるために、例えば５０℃から１３０℃の低い温度でゴム化合物または組成物と混合される。ゴム化合物もしくはゴム組成物とも呼ばれるゴム混合物は、しばしば中間的なミル混合のプロセスの後でもしくはプロセスの途中で、前述の種々の混合工程の間に、例えば約５０℃もしくはそれ以下の温度に典型的には冷却される。充填剤入り硬化性エラストマー組成物の成型および硬化が望まれる場合、所望の量の組成物が適切な形態の型へと導入され、そして１３０℃から２００℃の温度において、ここでの架橋したポリスルフィド含有脂環式架橋剤の硫黄含有基と組成物中に存在するであろう任意の他の遊離の硫黄源との反応を通じてゴムの加硫が達成される。
【００６５】
熱機械的混合は、それによって、ゴムミキサー中の高いせん断条件下で、高いせん断のミキサー中のゴム化合物の混合、又はゴム化合物それ自身およびゴム配合成分の混合の結果として起こるせん断力および付随する摩擦で温度が自発的に上昇し、すなわちそれが加熱する現象を指す。いくつかの化学反応は混合および硬化プロセスの様々な工程で起こるだろう。
【００６６】
例えば、Ｓ８のようなものであるがそれには限定しない元素硫黄の形状のような一つもしくはそれ以上の他の硫黄源も利用可能である。硫黄の供与体は、１４０℃から１９０℃の範囲の温度において遊離のもしくは元素の硫黄を遊離させる硫黄含有化合物であるとここでは考えられる。そのような硫黄供与体は、少なくともそのポリスルフィド架橋基に２つの結合した硫黄原子を有するポリスルフィド加硫促進剤およびオルガノシランポリスルフィドを含む。ここでの硬化性組成物中の遊離の硫黄源の量は、架橋したポリスルフィド含有脂環式架橋剤の添加と比較的独立した選択事項として、調節もしくは調製することが出来る。
【００６７】
本発明の一実施態様において、ゴム組成物は、ゴムの１００重量部の共役ジエンホモポリマーおよびコポリマー、ならびに少なくとも一つの共役ジエンおよび芳香族ビニル化合物のコポリマーから選択される少なくとも一つの硫黄加硫可能ゴムと、５から１００ｐｈｒ、そして好ましくは２５から８０ｐｈｒの、少なくとも一つの充填剤と、５ｐｈｒまでの硬化剤と、ならびに０．０５から２５ｐｈｒの少なくとも一つの架橋剤としての本発明の架橋したポリスルフィド含有脂環式架橋剤とを含有できる。
【００６８】
他の実施態様において、充填剤組成物は、充填剤組成物の全重量に基づいて１から８５重量パーセントのカーボンブラックと、ゴム組成物の全重量に基づいて０．５から１０重量部の架橋剤としての少なくとも一つの本発明の架橋したポリスルフィド含有脂環式化合物とを含有できる。
【００６９】
ゴム組成物は、もし必要ならば１２０℃から２００℃の温度までの２から２０分間の第一の熱機械的混合段階において、ゴム、充填剤およびシランカップリング剤、またはゴムならびにシランカップリング剤の全部もしくは一部分によって予め処理された充填剤を最初に混合することによって調製できる。架橋したポリスルフィド含有脂環式架橋剤および他の硬化剤がもし存在するなら、後に続く５０℃から１００℃の温度で１から３０分間の熱機械的混合段階において添加できる。温度はその後、１３０℃から２００℃まで上昇し、硬化は５から６０分間で達成される。
【００７０】
本発明の他の実施態様において、プロセスはタイヤもしくは硫黄加硫可能ゴムと本発明によって調製されたゴム組成物からなるトレッドとの組立品を調製し、組立品を１３０℃から２００℃の範囲の温度で加硫する追加のステップを含有してもよい。
【００７１】
例えば、シランカップリング剤のようなカップリング剤、活性化剤、遅延剤および促進剤を含む硫黄化合物のような硬化助剤、オイルのような加工助剤、可塑剤、粘着樹脂、シリカ、他の充填剤、顔料、脂肪酸、酸化亜鉛、ワックス、抗酸化剤およびオゾン劣化防止剤、素練り促進剤、例えばカーボンブラックのような強化物質などを含む他の任意選択の成分を、本発明のゴム組成物へと添加できる。そのような添加剤は意図する使用もしくは使用すると選択された硫黄加硫可能物質に基づいて選択され、そしてそのような選択は当業者の知識の範囲内であり、当業者に知られるそのような添加剤の必要とされる量においてである。
【００７２】
加硫は追加の硫黄加硫剤の存在下で実施されても良い。好適な硫黄加硫剤の例は、例えば元素の硫黄（遊離の硫黄）もしくは例えばアミノジスルフィド、ポリマーポリジスルフィドもしくは硫黄オレフィン付加物のような硫黄供与加硫剤を含み、それらは典型的には最終の硬化発現のゴム組成物混合ステップにおいて添加される。０．４から３ｐｈｒの範囲の量で、またはある状況では８ｐｈｒまでの量で、一実施態様において１．５から２．５ｐｈｒの範囲の量で、そして他の実施態様において２から２．５ｐｈｒの範囲の量で、当分野において一般的な硫黄加硫剤が、硬化発現の混合段階において用いられるか、または添加される。
【００７３】
加硫促進剤、つまり追加の硫黄供与体、例えばベンゾチアゾール、アルキルチウラムジスルフィド、グアニジン誘導体、およびチオカルバマートもここで使用してよい。それらの促進剤の代表的な具体例は、メルカプトベンゾチアゾール、テトラメチルチウラムジスルフィド、ベンゾチアゾールジスルフィド、ジフェニルグアニジン、ジチオカルバミン酸亜鉛、アルキルフェノールジスルフィド、ブチルキサントゲン酸亜鉛、Ｎ−ジシクロヘキシル−２−ベンゾチアゾールスルフェンアミド、Ｎ−シクロヘキシル−２−ベンゾチアゾールスルフェンアミド、Ｎ−オキシジエチレンベンゾチアゾール−２−スルフェンアミド、Ｎ，Ｎ−ジフェニルチオ尿素、ジチオカルバミルスルフェンアミド、Ｎ，Ｎ−ジイソプロピルベンゾチアゾール−２−スルフェンアミド、亜鉛−２−メルカプトールイミダゾール、ジチオビス（Ｎ−メチルピペラジン）、ジチオビス（Ｎ−ベータ−ヒドロキシエチルピペラジン）ならびにジチオビス（ジベンジルアミン）を含む。他の硫黄供与体は、例えばチウラムおよびモルホリン誘導体を含む。そのような供与体の代表的な具体例は、ジモルホリンジスルフィド、ジモルホリンテトラスルフィド、テトラメチルチウラムテトラスルフィド、ベンゾチアジル−２，Ｎ−ジチオモルホリド、チオプラスト、ジペンタメチレンチウラムヘキサスルフィドおよびジスルフィドカプロラクタムを含む。
【００７４】
促進剤は、加硫に必要な時間および／または温度を制御し、そして硫化物の性能を改善するために使用される。一実施態様において、単一の促進剤システム、つまり一次促進剤を使用してよい。汎用的には、一次促進剤は、０．５から４、そして好ましくは０．８から１．５ｐｈｒの範囲の合計量で使用される。硫化物の性能を活性化しそして改善するために、一次促進剤と二次促進剤の組み合わせを使用でき、二次促進剤は、より少ない量（例えば０．０５から約３ｐｈｒ）で使用される。遅延作用の促進剤および加硫遅延剤も使用してよい。適切な促進剤の型は、アミン、ジスルフィド、グアニジン、チオウレア、チアゾール、チウラム、スルフェンアミド、ジチオカルバマート、およびキサントゲン酸塩を含む。一実施態様において、一次促進剤はスルフェンアミドである。二次促進剤が使用される場合、その二次促進剤はグアニジン化合物、ジチオカルバマート化合物またはチウラム化合物であってよい。
【００７５】
粘着付与剤樹脂の典型的な量は、もし使用するなら、０．５から１０ｐｈｒ、そして好ましくは１から５ｐｈｒである。加工助剤の典型的な量は１から５０ｐｈｒである。好適な加工助剤は、芳香族、ナフテン系および／もしくはパラフィン系の加工オイルを含む。酸化防止剤の典型的な量は１から５ｐｈｒである。代表的な抗酸化剤は、ジフェニル−ｐ−フェニレンジアミン、ならびに、例えば「Ｖａｎｄｅｒｂｉｌｔ Ｒｕｂｂｅｒ Ｈａｎｄｂｏｏｋ」（１９７８），ｐａｇｅｓ３４４−３４６において同定される他のものを含む。オゾン劣化防止剤の典型的な量は１から５ｐｈｒである。例えばステアリン酸のような脂肪酸の典型的な量は、もし使用されるなら、０．５から３ｐｈｒまでである。酸化亜鉛の典型的な量は２から５ｐｈｒまでである。例えば微結晶ワックス（ｍｉｃｒｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｗａｘ）のようなワックスの典型的な量は１から５ｐｈｒである。例えばペンタクロロチオフェノールおよびジベンズアミドジフェニルジスルフィドのような素練り促進剤の典型的な量は０．１から１ｐｈｒである。
【発明の効果】
【００７６】
本発明のゴム組成物は、例えば、タイヤ、ウェザー・ストリップ、ホース、ベルト、シール、ガスケット、靴底などの製造のような様々な目的に使用できる。本発明の一実施態様において、ここに記載されるゴム組成物はタイヤのトレッドの製造に特に有用であるが、タイヤの他のすべての部品にも同様に利用できる。タイヤは、当業者に周知の様々な任意の方法によって、組み立てられ、成形され、成型され、そして硬化される。
【００７７】
提供される実施例は、ここでの架橋されたポリスルフィド含有脂環式化合物の合成および充填剤入り硫黄加硫可能エラストマー組成物への架橋剤としてのそれらの使用を例示する。
【実施例】
【００７８】
実施例１
この実施例は、その構造が：
【化７】
であり、繰り返し単位が１，２，４−トリビニルシクロヘキサンである架橋したポリスルフィド含有化合物の調製を例示する。
【００７９】
チオ酢酸（１，９７４グラム、２５．９モル）が５リットルの丸底フラスコへと充填された。フリットチューブを用いて空気がチオ酢酸へと泡立てながら入れられた。１，２，４−トリビニルシクロヘキサン（１，３０３グラム、８．０モル）が添加漏斗を用いて２．５時間にわたって滴下された。発熱が観察された。温度はアイス罰を用いて３２℃に維持された。４時間後、アイスバスは取り除かれ、反応混合物はさらなる１６時間、反応混合物中に空気を泡立てながら通しつつ攪拌された。過剰のチオ酢酸は真空下でおおよそ１００℃において液体を蒸発させることによって除去された。収量は定量でき、３，１３７グラムの産物を産生した。ＧＣ分析により反応が完了した事を確かめた。
【００８０】
アシル基はエステル交換反応により除去された。Ｓ，Ｓ，Ｓ−［２，２，２−（１，２，４−シクロヘキサントリイル）トリエチル］トリチオアセタート中間体（３，０９０グラム、７．９モル）が５リットルの丸底フラスコへと充填された。エタノール（１，０７０グラム、２３．３モル）およびナトリウム・エトキシド（６８．６グラム）が攪拌しながら添加された。混合物は還流条件で４時間熱せられ、生成するエチルアセタートは大気圧において蒸留して除去された。追加の量のエタノール（６７２グラム、１５．６モル）が添加され、混合物は一晩還流された。エタノールとエチルアセタートは蒸留によって除去された。エタノールの添加とエタノールおよびエチルアセタートの除去とはさらに２回繰り返された。１，２，４−トリス（２−メルカプトエチル）シクロヘキサン中間体（１，８８４グラム）は淡黄色の濁った液体であった。
【００８１】
１，２，４−トリス（２−メルカプトエチル）シクロヘキサン（２３８グラム、０．９モル）とシクロヘキサン（１，５８２グラム）とが５リットルの丸底フラスコへと充填された。溶液は0窒素ガスでパージされ、冷水によっておおよそ１５℃に冷やされた。硫黄モノクロリド（Ｓ２Ｃｌ２、１８２グラム、１．３５モル）は１．７５時間にわたって攪拌されながらゆっくりと添加され、そしてさらに半時間室温で放置された。黄色い粉状の固体が生成した。固体はろ過されそして更なるシクロヘキサンによって洗浄された。それらを乾燥させるために窒素ガスが固体のろ過池を一晩中通過させられた。やわらかい黄色い固体の重量は３２５グラムであった。
【００８２】
比較例１ならびに実施例２および３
表１のゴム化合物は、２６００立方センチメートルのチャンバ容量を備える装備された「ＯＯＣ」ＢＡＮＢＵＲＹ（登録商標）ミキサー内で混合された。ゴムの混合は３段階で実施された。ミキサーを８０ｒｐｍで冷却水を７１℃にしてミキサーの電源が入れられた。ゴムのポリマーがミキサーへと添加され、３０秒間ラムダウン混合された。充填剤とシランがミキサーへと添加され、３０秒間ラムダウン混合された。表１のゴム化合物のオイルを除く他の成分がミキサーへと添加され６０秒間ラムダウン混合された。ミキサーの速度は６５ｒｐｍへと減ぜられ、そしてオイルがミキサーへと添加され６０秒間ラムダウン混合された。ミキサーの投入口はダストダウンされ、成分は温度が１５０℃に達するまでラムダウン混合された。成分はさらに追加で３分３０秒間混合された。ミキサーの速度は温度を１５０℃と１５５℃の間に保つために調整された。ゴムはダンプされ（ミキサーから取り出され）、シートが約８５℃から９０℃に設定されたロールミル上において形成され、そして、室温まで冷まされた。
【００８３】
第２の段階において、第１の段階のゴム化合物はミキサーへと再充填された。ミキサーの速度は８０ｒｐｍであり、冷却水は７１℃に設定され、そしてラム圧は１７１．８ｋＰａ（２５ｐｓｉ）に設定された。温度を１５０℃に上昇させつつ混合物が１５０秒間ラムダウン混合され、そしてその後ミキサーは５０ｒｐｍまで減速された。１５０℃と１５５℃の間の温度でゴムが４０秒間混合された。混合の後、ゴムはダンプされ（ミキサーから取り出され）、そしてシートが約８５℃から９０℃に設定されたロールミル上において形成された。ゴムは室温まで冷まされた。
【００８４】
第３の段階において、ミキサーの速度は５０ｒｐｍへと設定され、冷却水は７１℃に設定され、そしてラム圧は１７１．８ｋＰａ（２５ｐｓｉ）に設定された。第２の段階のゴム化合物と硬化剤とが、最終混合物の温度を１１５℃に上昇させつつ１９０秒間ラムダウン混合された。混合のあと、ゴムはダンプされ（ミキサーから取り出され）、シートが約８５℃から９０℃に設定されたロールミル上において形成され、そしてその後室温まで冷まされた。硬化の条件は１６０℃で２０分間であった。
【００８５】
本発明の硫黄含有脂環式化合物の性能がトラックのトレッド組成物中で示された。トラックのトレッドタイヤの組成物の配合は表１に示され、そして結果は表２に提示される。試験手順は以下のＡＳＴＭおよびＤＩＮ法に記載される：
ムーニースコーチ ＡＳＴＭ Ｄ１６４６
ムーニー粘度 ＡＳＴＭ Ｄ１６４６
レオメトリー（ＭＤＲ２０００） ＤＩＮ ５３ ２５９
保存モジュラス、損失モジュラス
引っ張りおよび伸び ＤＩＮ ５３ ５０４−Ｒ１
ショアＡ硬度 ＤＩＮ ５３ ５０５
リバウンド ＤＩＮ ５３ ５１２ ＡＳＴＭ Ｄ１０５４
ＤＩＮ 摩耗 ＤＩＮ ５３ ５１６
【００８６】
【表１】
【００８７】
表１のトレッドの配合物の成分の市販物の供給源は以下のとおりである：天然ゴム：（ＳＭＲ−Ｌ）；カーボンブラック（Ｎ−２２０）：ＺｎＯ：ＺｉｎｃＣｏｒｐからのＫａｄｏｘ７２０Ｃ；ステアリン酸：Ｗｉｔｃｏ、ＣｒｏｍｐｔｏｎからのＩｎｄｕｓｔｒｅｎｅＲ；ＴＢＢＳ：ＵｎｉｒｏｙａｌからのＤｅｌａｃ ＮＳ；硫黄：ＨａｒｗｉｃｋからのＲｕｂｂｅｒｍａｋｅｒｓ Ｓｕｌｆｅｒ１０４。
【００８８】
【表２】
【００８９】
硬化したトラックトレッドゴム組成物は、Ｇｒａｖｅ引き裂き抵抗において有意な改善があった。例えば、実施例３は、実施例１からの架橋剤を含まない対照配合物（比較例２）と比較すると、３７パーセントの改善があった。
【００９０】
上述の実施例において言及されるゴム組成物は、トラックのトレッド組成物として記載されていたが、それらのゴム組成物は例示的にコンベヤのベルト用などを含む他の産業用ゴム製品においても好適であると予想できる。
【００９１】
実施例４
下の表３に記載されるような見本の靴底の配合物および混合手順が、本発明のチオカルバモイルジスルファニル官能性脂環式化合物の代表的な例を評価するのに用いられた。混合は、１０３立方インチ（１６９０立方センチメートル）のチャンバ容量を持つ「Ｂ」ＢＡＮＢＵＲＹ（登録商標）（Ｆａｒｒｅｌｌ Ｃｏｒｐ．）ミキサー内で下のように行われた。ゴムの混合は２段階で実施された。第１の段階は、硬化剤なしでマスターバッチを調製する。ミキサーは速度数字２で冷却水を最大限にして電源を入れられた。ゴムのポリマーはミキサーに添加され、３０秒間ラムダウン混合された。シリカの半分がミキサーへと添加され、３０秒間ラムダウン混合された。シリカの半分とオイルとがミキサーへと添加され、３０秒間ラムダウン混合された。ゴム化合物の残りすべての成分がミキサーへと添加され３０秒間ラムダウン混合された。ミキサーはダストダウンされ、１５秒間ラムダウン混合され、そしてミキサー速度が数字３まで増加され、さらに１５秒間ラムダウン混合された。ゴムはダンプされ（ミキサーから取り出され）、シートが約４９℃から５５℃に設定されたロールミル上において形成され、そして、室温まで冷まされた。
【００９２】
第２の段階において最終混合物が調製された。第１の段階において調製されたゴム化合物は約４９℃から５５℃のロールミル上に再び充填され、そして硬化剤のパッケージが添加された。硬化剤のパッケージが混合され、それぞれの側において６回切断された。シートは設定されたロールミル上で形成され、そして室温へと冷まされた。
【００９３】
【表３】
【００９４】
表３の靴底の配合物の成分の市販物の供給源は以下のとおりである：シス−ブタジエンゴム：Ｇｏｏｄｙｅａｒ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎからのブタジエン１２０７；天然ゴム：（ＳＭＲ−Ｌ）；ニトリルゴム：ＢａｙｅｒからのＰｅｒｂｕｎａｎ ＮＴ２４４５；シリカ：ＰＰＧからのＨｉＳｉｌ２３３；Ｄｏｗ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎからのジエチレングリコール；ＢＨＴ：Ａｓｉａ Ｐａｃｉｆｉｃからのブチル化ヒドロキシトルエン；ＺｎＯ：ＺｉｎｃＣｏｒｐからのＫａｄｏｘ７２０Ｃ；ステアリン酸：Ｗｉｔｃｏ、ＣｒｏｍｐｔｏｎからのＩｎｄｕｓｔｒｅｎｅＲ；ワックス：Ｗｉｔｃｏ ＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎからのＳｕｎｏｌｉｔｅ ２４０；活性化剤：Ｒｈｅｉｎ−ＣｈｅｍｉｅからのＲｈｅｎｏｆｉｔ２５５５；ディスペンサー：Ｒｈｅｉｎ−ＣｈｅｍｉｅからのＡｆｌｕｘ１２；ホモジナイザー：Ｒｈｅｉｎ−ＣｈｅｍｉｅからのＰｈｅｎｏｓｉｎ Ｎ２６０；硫黄：Ｒｈｅｉｎ−ＣｈｅｍｉｅからのＲｈｅｎｏｇｒａｎ Ｓ−８０；ＭＢＴＳ：ＦｌｅｘｓｙｓからのＴｈｉｏｆｉｄｅ；ＭＢＴ：ＦｌｅｘｓｙｓからのＴｈｉｏｔａｘ ＭＢＴ；ＴＭＴＭ：Ｒｈｅｉｎ−ＣｈｅｍｉｅからのＲｈｅｎｏｇｒａｎ ＴＭＴＭ；シラン：Ｍｏｍｅｎｔｉｖｅ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ＭａｔｅｒｉａｌｓからのＳｉｌｑｕｅｓｔ Ａ−１２８９シラン。
【００９５】
本発明の他の実施形態は、ここに開示された本明細書への理解もしくは本発明の実施から当業者には明白であろう。明細書および実施例は例示にすぎないと考えられるべきであり、そして本発明の真の範囲および精神は以下の請求項によって定義されるということが意図されている。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機硫黄化合物、その調製プロセス、有機硫黄化合物を架橋剤（加硫剤）として含有する充填剤入り硫黄加硫可能組成物、ならびにそのような組成物より製造されるタイヤ、タイヤトレッド、ウェザー・ストリップ、ホース、ベルト、シール、ガスケット、靴底などのような物品に関する。
【背景技術】
【０００２】
元素の硫黄は、不飽和のジエン系エラストマー（ゴム）のための加硫剤として一般的に用いられる。硫黄によって形成される架橋は、エラストマーの加硫化物の熱安定性を高めるような、主として多硫化物の架橋である。
【０００３】
ジエン系ゴムのための加硫剤として硫黄含有反応基を有する有機化合物を使用する事は知られている。これらの有機硫黄化合物は、架橋基へと化学結合する二つのみのジチオカルバマート基もしくはチオスルホナート基をしばしば含んでいる。そのような化合物によってもたらされる連携点の数の少なさはジエン系ゴムの不十分な架橋をもたらし、そして摩耗、静止摩擦および転がり抵抗の十分なバランスを示す加硫物を達成することに失敗する。例えば、二つより多くのジチオカルバマート基もしくはチオスルホナート基が架橋基へと化学結合されている場合、架橋基はエーテル架橋もしくはエステル架橋のような不安定な架橋をしばしば含むか、または架橋した（硬化した）エラストマーが機械的ストレスへと供された時に亀裂を増殖させ得るエネルギーを消散させるのに必要な柔軟性を欠く。そのような加硫剤がジエン系ゴムを硬化するとき、それらは、硬化速度、スチールベルトの腐食および硬化エラストマーの物理的性質に影響を与えるアミン、チオスルホン酸のような副産物を生成する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
たとえば、ウェザー・ストリップ、ホース、ベルト、シール、ガスケット、靴底、タイヤおよびタイヤ構成部品のような硫黄加硫可能エラストマーによって製造される物品の、特に摩滅および磨損のような摩耗性状を向上させつつ、一方で硬度、４０℃より上の温度でのより低いtanデルタ値および５度から−１５℃の温度での上昇したｔａｎデルタ値を維持し、硬化反応中に望まれない副産物を生成する事の無いような、硫黄加硫可能エラストマー用の架橋剤を得る事が望ましい。
【０００５】
本発明によると、一般式：
［（ＣａＨ２ａ−）ｍＧ１（−ＣｂＨ２ｂＳｘ−）ｎ−ｍ］ｏ［ＣｃＨ２ｃ−Ｇ２−ＣｄＨ２ｄＳｙ−］ｐ［Ｒ］ｑ （１）
の、架橋したポリスルフィド含有脂環式化合物、ならびにそれらの混合物が提供され、
ここでＧ１が５から１２個の炭素原子を含有し、任意選択で少なくとも一つのハロゲンを含有する、価数ｎの飽和した単環式の脂肪族基であるか、または価数ｎの飽和した単環式のシリコーン［ＲＳｉＯ−］ｎ［Ｒ２ＳｉＯ−］ｒ基であり；Ｇ２が５から１２個の炭素原子を含有し、任意選択で少なくとも一つのハロゲンを含有する、価数２の飽和した二価の脂環基であるか、または価数ｎの飽和した単環式のシリコーン［ＲＳｉＯ−］ｎ［Ｒ２ＳｉＯ−］ｒ基であり；それぞれのＲが独立して水素原子、２０個までの炭素原子の一価の炭化水素およびハロゲン原子からなる群より選択され；下付文字ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｍ、ｎ、ｏ、ｐ、ｑ、ｘおよびｙの各々が独立して整数であり、ここでａが２から６であり；ｂが２から６であり；ｃが１から６であり；ｄが１から６であり；ｍが１もしくは２であり；ｎが３から５であり；ｏが正の整数であり；ｐが０もしくは正の整数であり；ｑが正の整数であり；ｒが０から３の整数であり；ｘが１から１０であり、そしてｙが１から１０であり、但し、
（ｉ）少なくとも１つのｘが２から１０であるという条件であり、
（ｉｉ）ｐ対ｏの比が１対５より小さく、そして
（ｉｉｉ）ｑが（ＣａＨ２ａ−）ｍＧ１（−ＣｂＨ２ｂＳｘ−）ｎ−ｍおよびＣｃＨ２ｃ−Ｇ２−ＣｄＨ２ｄＳｙ−基の満たされていない価数の合計と等しい
という条件である。
【０００６】
さらに本発明によると、上述の架橋したポリスルフィド含有脂環式化合物は：
ａ） フリーラジカルの源の存在下において、ポリ−アルケニル置換シクロアルカンとチオ酸とを反応させてポリ−チオカルボキシラート置換アルキルシクロアルカンをもたらすステップ；
ｂ） ポリチオカルボキシラート置換アルキルシクロアルカンと脱ブロック化剤とを反応させて遊離したポリ−メルカプタン−官能性アルキルシクロアルカンを生成するステップ；
ｃ） 遊離したポリ−メルカプタン−官能性アルキルシクロアルカンと、一般式：
Ｘ１ＳｚＸ２ （２）
〔式中、Ｘ１は塩素、臭素、ヨウ素原子であり、Ｘ２はＸ１、水素もしくは１２個までの炭素原子の炭化水素であり、そしてｚは独立して整数であり、ここでｚは１から１０である〕で表わされるハロゲン化硫黄含有化合物、ペルオキシド、ヒドロペルオキシド、および酸素から選択される酸化剤とを反応させて、架橋したポリスルフィド含有脂環式化合物をもたらすステップ
を含有するプロセスによって調製される。
【０００７】
本発明の他の態様によると、硬化性充填剤入りエラストマー組成物は：
（ｉ）少なくとも一つの硫黄加硫可能エラストマー；
（ｉｉ）少なくとも一つの微粒子充填剤；および
（ｉｉｉ）架橋に効果的な量の、硫黄加硫可能エラストマー（ｉ）の架橋剤としての、少なくとも一つの一般式：
［（ＣａＨ２ａ−）ｍＧ１（−ＣｂＨ２ｂＳｘ−）ｎ−ｍ］ｏ［ＣｃＨ２ｃ−Ｇ２−ＣｄＨ２ｄＳｙ−］ｐ［Ｒ］ｑ （１）
の架橋したポリスルフィド含有脂環式化合物
を含有して提供され、
ここでＧ１が５から１２個の炭素原子を含有し、任意選択で少なくとも一つのハロゲンを含有する、価数ｎの飽和した単環式の脂肪族基であるか、または価数ｎの飽和した単環式のシリコーン［ＲＳｉＯ−］ｎ［Ｒ２ＳｉＯ−］ｒ基であり；Ｇ２が５から１２個の炭素原子を含有し、任意選択で少なくとも一つのハロゲンを含有する、価数２の飽和した二価の脂環基であるか、または価数ｎの飽和した単環式のシリコーン［ＲＳｉＯ−］ｎ［Ｒ２ＳｉＯ−］ｒ基であり；それぞれのＲが独立して水素原子、２０個までの炭素原子の一価の炭化水素およびハロゲン原子からなる群より選択され；下付文字ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｍ、ｎ、ｏ、ｐ、ｑ、ｘおよびｙの各々が独立して整数であり、ここでａが２から６であり；ｂが２から６であり；ｃが１から６であり；ｄが１から６であり；ｍが１から２であり；ｎが３から５であり；ｏが正の整数であり；ｐが０もしくは正の整数であり；ｑが正の整数であり；ｒが０から３の整数であり；ｘが１から１０であり、そしてｙが１から１０であり、但し、
（ｉ）少なくとも１つのｘが２から１０であるという条件であり、
（ｉｉ）ｐ対ｏの比が１対５より小さく、そして
（ｉｉｉ）ｑが（ＣａＨ２ａ−）ｍＧ１（−ＣｂＨ２ｂＳｘ−）ｎ−ｍおよびＣｃＨ２ｃ−Ｇ２−ＣｄＨ２ｄＳｙ−基の満たされていない価数の合計と等しい
という条件である。
【０００８】
本発明の更に他の実施態様によると、タイヤもしくはトレッドのようなタイヤの部品、ホース、ベルト、シール、ガスケットなどのような物品は、上述の硬化性充填剤入りエラストマー組成物の一定量を所望の物品の型へと入れ、そしてその後に該組成物を硬化することによって製造される。
【０００９】
ここでの明細書および請求項において、以下の術語および表現は示されるように理解されるべきである。
【００１０】
術語「エラストマー」は「ゴム」と同義語であり、そしてそれゆえに入れ替え可能である。
【００１１】
「カップリング剤」という表現は、加硫可能エラストマーとその充填剤との間の有効な化学的および／もしくは物理的結合を確立する事の出来る薬剤を意味する。有効なカップリング剤は、例えば、カップリング剤のケイ素原子と充填剤のヒドロキシル（ＯＨ）表面基との間で表面−Ｏ−Ｓｉ結合（すなわちシリカの場合のように表面がシラノールを含むときにはシロキサン）を形成するもののような、充填剤との物理的および／もしくは化学的結合を可能にする官能基と、そして、例えば、加硫（硬化）の結果としてエラストマーと物理的および／もしくは化学的に結合できる硫黄原子とを持つ。
【００１２】
「充填剤」という表現は、エラストマーを伸長させるためかもしくはエラストマー架橋を強化させるためにエラストマーへと添加される物質を意味する。強化充填剤はそのモジュラスがエラストマー組成物の有機ポリマーよりも高い物質であり、そしてエラストマーに負荷がかかるときに有機ポリマーから応力を吸収可能である。充填剤は、線維、微粒子、およびシート状構造を含み、シリカート、シリカ、粘土、セラミクス、カーボンおよび珪藻土のような無機物質、ならびに有機ポリマーのような有機物質からなって良い。充填剤は、それが混合される他の物質に対して本質的に不活性であってよく、もしくはそれは他の物質と反応性であってよい。
【００１３】
「微粒子充填剤」という表現は微粒子または凝集体もしくは塊を形成する微粒子の群を意味する。ここで有用な微粒子充填剤は、それらが混合される例えばシランカップリング剤のようなカップリング剤に対して本質的に不活性であってよく、またはそれらはカップリング剤と反応性であってよい。
【００１４】
「担体」という術語は、そのフリー・フロー性と乾燥特性とを保ちつつ高い吸着もしくは吸着能を持ち、そして７５パーセントの液体成分を保持できる多孔性ポリマーもしくは広い表面積の充填剤を意味する。ここでの有用な担体は、液体成分に対して本質的に不活性であり、そして硫黄加硫可能エラストマー組成物に対して添加されるとき、液体を放出もしくは脱着することができる。
【００１５】
実施例以外において、もしくは他に示されていなければ、物質の量、反応条件、時間、物質の定量化された性質などを表す、明細書および請求項に述べられるすべての数字は、すべての場合において単語「約」によって修飾されていると理解されるべきである。
【００１６】
ここで列挙される任意の数値範囲は、その範囲中のすべてのサブ範囲（ｓｕｂ−ｒａｎｇｅ）とそのような範囲もしくはサブ範囲のさまざまな終点の任意の組み合わせとを含むことは理解されよう。
【００１７】
構造的、構成的ならびに／または機能的に関連した化合物、物質もしくは基質の群に属するとして、明細書に明確にもしくは暗に開示される、ならびに／または請求項に引用される任意の化合物、物質もしくは基質は、その群の個々の要素およびそれらのすべての組み合わせを含むことはまた理解されるべきである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明の架橋したポリスルフィド含有脂環式化合物は以下の一般式：
［（ＣａＨ２ａ−）ｍＧ１（−ＣｂＨ２ｂＳｘ−）ｎ−ｍ］ｏ［ＣｃＨ２ｃ−Ｇ２−ＣｄＨ２ｄＳｙ−］ｐ［Ｒ］ｑ （１）
によって表わされ、
ここでＧ１が５から１２個の炭素原子を含有し、任意選択で少なくとも一つのハロゲンを含有する、価数ｎの飽和した単環式の脂肪族基であるか、または価数ｎの飽和した単環式のシリコーン［ＲＳｉＯ−］ｎ［Ｒ２ＳｉＯ−］ｒ基であり；Ｇ２が５から１２個の炭素原子を含有し、任意選択で少なくとも一つのハロゲンを含有する、価数２の飽和した二価の脂環基であるか、または価数ｎの飽和した単環式のシリコーン［ＲＳｉＯ−］ｎ［Ｒ２ＳｉＯ−］ｒ基であり；それぞれのＲが独立して水素原子、２０個までの炭素原子の一価の炭化水素およびハロゲン原子からなる群より選択され；下付文字ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｍ、ｎ、ｏ、ｐ、ｑ、ｘおよびｙの各々が独立して整数であり、ここでａが２から６であり；ｂが２から６であり；ｃが１から６であり；ｄが１から６であり；ｍが１から２であり；ｎが３から５であり；ｏが正の整数であり；ｐが０もしくは正の整数であり；ｑが正の整数であり；ｒが０から３の整数であり；ｘが１から１０であり、そしてｙが１から１０であり、但し、
（ｉ）少なくとも１つのｘが２から１０であるという条件であり、
（ｉｉ）ｐ対ｏの比が１対５より小さく、そして
（ｉｉｉ）ｑが（ＣａＨ２ａ−）ｍＧ１（−ＣｂＨ２ｂＳｘ−）ｎ−ｍおよびＣｃＨ２ｃ−Ｇ２−ＣｄＨ２ｄＳｙ−基の満たされていない価数の合計と等しい
という条件である。
【００１９】
「一価の炭化水素基」という表現はそこから一つの水素原子が取り除かれた任意の炭化水素基を意味し、アルキル、アルケニル、アルキニル、環状アルキル、環状アルケニル、環状アルキニル、アリール、アラルキルおよびアレニルを含む。
【００２０】
術語「アルキル」は、任意の一価の、飽和した、直鎖の、分岐のもしくは環状の炭化水素基を意味し、術語「アルケニル」は、任意の一つもしくはそれ以上の炭素−炭素二重結合を含有する任意の一価の、直鎖の、分岐のもしくは環状の炭化水素基であって、ここで基の結合の位置が炭素−炭素二重結合においてもしくは基内のどこかのいずれでもあり得るものを意味し；術語「アルキニル」は、一つもしくはそれ以上の炭素−炭素三重結合を含有し、そして任意選択でひとつもしくはそれ以上の炭素−炭素二重結合を含有する、任意の一価の、直鎖の、分岐のもしくは環状の炭化水素基であって、ここで基の結合の位置が炭素−炭素三重結合において、炭素−炭素二重結合において、もしくは基内のどこかのいずれでもあり得るものを意味する。アルキルの例は、メチル、エチル、プロピルおよびイソブチルを含む。アルケニルの例は、ビニル、プロペニル、アリル、メタリル、エチリデニルノルボルナン、エチリデンノルボルニル、エチリデニルノボルネンおよびエチリデンノルボルネニルを含む。アルキニルの例はアセチレニル、プロパルギルおよびメチルアセチレニルを含む。
【００２１】
「環状アルキル」、「環状アルケニル」および「環状アルキニル」という表現は、二環式構造、三環式構造およびより高次の環状構造、ならびにアルキル基、アルケニル基、および／もしくはアルケニル基でさらに置換された上述の環状構造を含む。代表的例は、ノルボルニル、ノルボルネニル、エチルノルボルニル、エチルノルボルネニル、シクロヘキシル、エチルシクロヘキシル、エチルシクロヘキセニル、シクロヘキシルシクロヘキシルおよびシクロドデカトリエニルを含む。
【００２２】
術語「アリール」は任意の一価の芳香族炭化水素基を意味し；術語「アラルキル」は（ここで定義されるような）任意のアルキル基であってその中の一つもしくはそれ以上の水素原子が同種の、および／もしくは異なる（ここで定義されるような）同じ数のアリール基によって置換されるものを意味し；術語「アレニル」は（ここで定義されるような）任意のアリール基であって、その中のひとつもしくはそれ以上の水素原子が同じ数の同種の、および／もしくは異なる（ここで定義されるような）アルキル基によって置換されるものを意味する。アリールの例はフェニルおよびナフタフェニルを含む。アラルキルの例はベンジルおよびフェネチルを含む。アレニルの例はトリルおよびキシリルを含む。
【００２３】
本発明の本発明の架橋したポリスルフィド含有脂環式化合物中の飽和した、単環式の脂肪族基Ｇ１の代表的でかつ非限定的な例は、三価の、四価のおよび五価のシクロペンタン、シクロヘキサン、シクロヘプタン、シクロオクタン、シクロデカンおよびシクドドデカンである。ＣａＨ２ａ−基および−ＣｂＨ２ｂＳｘ−基の結合は、シクロアルキル環Ｇ１の周囲における、軸方向の、もしくは赤道面の立体化学的な構造のいずれでも起こることは理解されよう。ここでのポリスルフィド含有脂環式化合物はまた、任意の一つの立体異性体におけるＣａＨ２ａ−基および−ＣｂＨ２ｂＳｘ−基の配置がすべて赤道面の位置であるか、軸方向の位置であるか、または赤道面の位置と軸方向の位置の両方であり得るような立体異性体の混合物を含む。ここでの立体異性体の混合物は、少なくとも５０重量パーセントの、すべてのＣａＨ２ａ−基および−ＣｂＨ２ｂＳｘ−基が脂環式の基Ｇ１と比較して赤道面の位置にあるような異性体を含むことが好ましく、そしてより好ましくは少なくとも８０重量パーセントが、そしてもっとも好ましくは少なくとも９０重量パーセントの前記立体異性体を含む。シクロアルキル環Ｇ１の周囲の立体化学は、ポリアルケニル置換シクロアルカン中間体もしくは反応物の調製において通常は決定される。例えば、シス、トランス、トランス−１，５，９−シクロドデカントリエンの熱転位からの１，２，４−トリビニルシクロヘキサンの調製において、反応条件はシクロヘキシル環の周囲の立体化学に影響を与え得る。ポリアルケニル置換シクロアルカンの蒸留もしくは分離液体クロマトグラフィーのような他の分離方法もまた、所望の比率の立体化学的異性体を得るのに用いられ得る。
【００２４】
本発明の本発明の架橋したポリスルフィド含有脂環式化合物中の飽和した、単環式の脂肪族基Ｇ２の代表的でかつ非限定的な例は、二価のシクロペンタン、シクロヘキサン、シクロヘプタン、シクロオクタン、シクロデカンおよびシクドドデカンである。ＣｃＨ２ｃ−基および−ＣｄＨ２ｄＳｙ−基の結合は、シクロアルキル環Ｇ１の周囲における、軸方向の、もしくは赤道面の立体化学的な構造のいずれでも起こることは理解されよう。ここでのポリスルフィド含有脂環式化合物はまた、任意の一つの立体異性体におけるＣｃＨ２ｃ−基および−ＣｄＨ２ｄＳｙ−基の配置がすべて赤道面の位置であるか、軸方向の位置であるか、または赤道面の位置と軸方向の位置の両方であり得るような立体異性体の混合物を含む。ここでの立体異性体の混合物は、少なくとも５０重量パーセントの、すべてのＣｃＨ２ｃ−基および−ＣｄＨ２ｄＳｙ−基が脂環式の基Ｇ１と比較して赤道面の位置にあるような異性体を含むことが好ましく、そしてより好ましくは少なくとも８０重量パーセントが、そしてもっとも好ましくは少なくとも９０重量パーセントの前記立体異性体を含む。シクロアルキル環Ｇ２の周囲の立体化学は、ジアルケニル置換シクロアルカン中間体もしくは反応物の調製において通常は決定される。
【００２５】
本発明の架橋したポリスルフィド含有脂環式化合物中の一価の炭化水素基Ｒの代表的でかつ非限定的な例は、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、２−エチルヘキシル、シクロヘキシル、シクロペンチル、フェニル、ベンジル、トリル、キシリル、メチルベンジル、クロロ、ブロモ、イオドなどである。
【００２６】
二価の架橋基ＣａＨ２ａ−は、Ｇ１ならびに−ＣｂＨ２ｂＳｘ−基もしくは−ＣｄＨ２ｄＳｙ−基のいずれかからの末端の硫黄とに結合する。この表記において基、−ＣｂＨ２ｂＳｘ−の炭素上のダッシュ（−）は、Ｇ１の満たされてない価数を満たしている炭素と定義される。この表記において基、−ＣｄＨ２ｄＳｙ−の炭素上のダッシュ（−）は、Ｇ２の満たされてない価数を満たしている炭素と定義される。基、−ＣｂＨ２ｂＳｘ−の硫黄上のダッシュ（−）は、ＣａＨ２ａ−、ＣｃＨ２ｃ−もしくはＲの満たされてない価数を満たしている鎖Ｓｘ−の末端の硫黄であると定義される。基、−ＣｄＨ２ｄＳｙ−の硫黄上のダッシュ（−）は、ＣａＨ２ａ−、ＣｃＨ２ｃ−もしくはＲの満たされてない価数を満たしている鎖Ｓｙ−の末端の硫黄であると定義される。
【００２７】
二価の架橋基ＣｃＨ２ｃ−は、Ｇ２ならびに−ＣｂＨ２ｂＳｘ−基もしくは−ＣｄＨ２ｄＳｙ−基のいずれかからの末端の硫黄とに結合する。この表記において、基、ＣｃＨ２ｃ−の炭素上のダッシュ（−）は、Ｇ２の満たされてない価数を満たしている炭素と定義される。
【００２８】
ｑの値は正の整数である。ｑが（ＣａＨ２ａ−）ｍＧ１（−ＣｂＨ２ｂＳｘ−）ｎ−ｍおよびＣｃＨ２ｃ−Ｇ２−ＣｄＨ２ｄＳｙ−基の満たされていない価数の合計と等しいという前提条件が必要とされる。それは、（ＣａＨ２ａ−）ｍＧ１（−ＣｂＨ２ｂＳｘ−）ｎ−ｍとＣｃＨ２ｃ−Ｇ２−ＣｄＨ２ｄＳｙ−の間にすべての結合が形成された後、結合を形成しようとする結合電子を表わすダッシュ（−）を含有する硫黄原子が存在するということを意味する。それらの硫黄原子の数は、方程式：
ｑ＝Σ（ｎ−ｍ）−Σｍ
によって表わされ、
ここでΣ（ｎ−ｍ）は１からｏの繰り返し単位のそれぞれの繰り返し単位における（ｍ−ｎ）の独立した値の合計であり、Σｍは１からｏの繰り返し単位のそれぞれの繰り返し単位におけるｍの独立した値の合計である。それぞれの繰り返し単位、（ＣａＨ２ａ−）ｍＧ１（−ＣｂＨ２ｂＳｘ−）ｎ−ｍはｍとｎの異なった値を持って良いということは理解されよう。ｑは正の数であるので、Σ（ｎ−ｍ）はΣｍよりも大きい。
【００２９】
本発明の架橋したポリスルフィド含有脂環式化合物は架橋した物質であり、そしてそれゆえに「ｏ」の値は大きい。一実施態様において、ｏの値は５０より大きい正の数であり、より好ましくは１００より大きく、そして最も好ましくは１，０００よりも大きい。「ｏ」の値は架橋したポリスルフィド含有脂環式化合物の粒子径によって決定される。他の実施態様において、粒子径は、０．１マイクロメートル（０．１ミクロン）から１０センチメートルの範囲であり、好ましくは１０マイクロメートル（１０ミクロン）から１センチメートルの範囲であり、そしてもっとも好ましくは１００マイクロメートル（１００ミクロン）から１ミリメートルの範囲である。小さい粒子径の架橋したポリスルフィド含有脂環式化合物はより容易にゴム中に分散するので、より小さい粒子径も好ましい。
【００３０】
二価の架橋基の代表的でかつ非限定的な例は、メチレン、エチレン、プロピレン、ブチレンおよびヘキシレンである。好ましい架橋基はエチレンおよびプロピレンである。
【００３１】
本発明の硫黄含有脂環式化合物の代表的でかつ非限定的な例は、
【化１】
〔式中、それぞれのｍは独立して１もしく２であり、ｎは３であり、それぞれのｏおよびｑは独立して正の整数であり、それぞれのｘは独立して２から６の整数であり、そして環の置換は１、２および４である〕；
【化２】
〔式中、それぞれのｍは独立して１もしく２であり、ｎは４であり、それぞれのｏおよびｑは独立して正の整数であり、そして環の置換は１、３、５および７である〕；
【化３】
〔式中、それぞれのｍは独立して１もしくは２であり、ｎは３であり、それぞれのｏおよびｑは独立して正の整数であり、そして環の置換は１、２および４である〕；
【化４】
〔式中、それぞれのｍは独立して１もしくは２であり、ｎは３であり、それぞれのｏおよびｑは独立して正の整数であり、そして環の置換は１、３および５である〕；
【化５】
〔式中、それぞれのｍは独立して１もしくは２であり、ｎは３であり、それぞれのｏおよびｑは独立して正の整数であり、そして環の置換は１、２、４である〕；
［（Ｈ２Ｃ−Ｈ２Ｃ）ｍ−Ｄ３−（ＣＨ２ＣＨ２Ｓ４−）ｎ−ｍ］ｏ［Ｈ］ｑ
〔式中、ＤはＲＳｉＯ−単位を示し、それぞれのｍは独立して１もしくは２であり、ｎは３であり、それぞれのｏおよびｑは独立して正の整数であり、そして環の置換はケイ素原子上で起こる〕
などを含む。
【００３２】
ここで好ましい架橋したポリスルフィド含有脂環式化合物は、Ｇ１が三価のシクロヘキシル基であり、Ｇ２が二価のビニルシクロヘキシル基であり、ｘおよびｙが２から５であり、ａ、ｂ、ｃおよびｄが２もしくは３である、式（１）の化合物を含む。より好ましいものは、平均で５０パーセントのシクロヘキシル環上の置換が赤道面の位置にあり、ａ、ｂ、ｃおよびｄが２であり、ｘおよびｙが３から５であり、そしてＲが水素もしくは１から１２個の炭素原子の一価の炭化水素である。
【００３３】
本発明の架橋したポリスルフィド含有脂環式化合物は、
ａ） フリーラジカルの源の存在下において、ポリ−アルケニル置換シクロアルカンとチオ酸とを反応させてポリ−チオカルボキシラート置換アルキルシクロアルカンをもたらすステップ；
ｂ） ポリチオカルボキシラート置換アルキルシクロアルカンと脱ブロック化剤とを反応させて遊離したポリ−メルカプタン−官能性アルキルシクロアルカンを生成するステップ；
ｃ） 遊離したポリ−メルカプタン−官能性アルキルシクロアルカンと、一般式：
Ｘ１ＳｚＸ２ （２）
〔式中、Ｘ１は塩素、臭素、ヨウ素原子であり、Ｘ２はＸ１、水素もしくは１２個までの炭素原子の炭化水素であり、そしてｚは独立して整数であり、ここでｚは１から１０である〕で表わされるハロゲン化硫黄含有化合物、ペルオキシド、ヒドロペルオキシド、および酸素から選択される酸化剤とを反応させて、架橋したポリスルフィド含有脂環式化合物をもたらすステップ
を含有するプロセスによって調製される。
【００３４】
上述の、本発明の架橋したポリスルフィド含有脂環式化合物を調製するプロセスは、反応ステップ（ａ）〜（ｄ）：
ステップ（ａ）： ｏＧ１［Ｃｅ２ｅＣＨ＝ＣＨ２］ｎ ＋ ｎ＊ｏＲ１Ｃ（＝Ｏ）ＳＨ → ｏＧ１［Ｃｅ２ｅＳＣ（＝Ｏ）Ｒ１］ｎ
ステップ（ｂ）： ｏＧ１−［Ｃｅ２ｅＳＣ（＝Ｏ）Ｒ１］ｎ ＋ ｎ＊ｏＨＯ−Ｒ２ → ｏＧ１−［Ｃａ２ａＳＨ］ｎ ＋ ｎ＊ｏＲ２ＯＣ（＝Ｏ）Ｒ１
ステップ（ｃ）： ｏＧ１［−ＣａＨ２ａＳＨ］ｎ ＋ （ｎ／２）＊ｏＸ１ＳｚＸ２ → ［（ＣａＨ２ａ−）ｍＧ１（−ＣｂＨ２ｂＳｘ−）ｎ−ｍ］ｏ［Ｒ］ｑ → （（ｎ／４）＊ｏＨＸ１ ＋ （ｎ／４）＊ｏＨＸ２
の化学反応式によって示され、
ここでＧ１が５から１２個の炭素原子を含有し、任意選択で少なくとも一つのハロゲンを含有する、価数ｎの飽和した単環式の脂肪族基であるか、または価数ｎの飽和した単環式のシリコーン［ＲＳｉＯ−］ｎ［Ｒ２ＳｉＯ−］ｒ基であり；それぞれのＲが独立して水素原子、２０個までの炭素原子の一価の炭化水素およびハロゲン原子からなる群より選択され；下付文字ａ、ｂ、ｅ、ｍ、ｎ、ｏ、ｑおよびｘの各々が独立して整数であり、ここでａが２から６であり；ｂが２から６であり；ｅが１から４であり；ｍが１から２であり；ｎが３から５であり；ｏが正の整数であり；ｐが０であり；ｑが正の整数であり；ｒが０から３の整数であり；ｘが１から１０であり、但し、
（ｉ）少なくとも１つのｘが２から１０であるという条件であり、
（ｉｉ）ｐ対ｏの比が１対５より小さく、好ましくはｐ対ｏが１対２０より小さく；そして
（ｉｉｉ）ｑが（ＣａＨ２ａ−）ｍＧ１（−ＣｂＨ２ｂＳｘ−）ｎ−ｍおよびＣｃＨ２ｃ−Ｇ２−ＣｄＨ２ｄＳｙ−基の満たされていない価数の合計と等しい
という条件である。
【００３５】
上述のプロセスにおいて、ｐの値がゼロであることは理解されよう。ｐが正の整数である式（１）の架橋したポリスルフィド含有脂環式化合物において、プロセスは最初にＧ２［−Ｃｅ２ｅＣＨ＝ＣＨ２］ｎおよびＧ２［−Ｃｅ２ｅＣＨ＝ＣＨ２］２の混合物を最初に作製し、そしてこの混合物をステップ（ａ）の反応物として使用することを含む。
【００３６】
ポリスルフィド、すなわちｘおよびｙが２であるものを調製する事が望ましい時、酸化剤はペルオキシド、ヒドロペルオキシド、酸素、空気、または酸素と不活性ガスとの混合物である。
【００３７】
硫黄含有脂環式化合物の異性体混合物は、３から５個のアルケニル基Ｇ［−ＣｅＨ２ｅＣＨ＝ＣＨ２］ｎ〔Ｇ、ｅおよびｎは上に定義される〕を含有する多価の脂環式化合物の立体化学によって決定される。反応物の立体化学構造は、ステップ（ａ）のチオカルボン酸基の添加反応によって変化を受けない。
【００３８】
本発明の硫黄含有脂環式化合物を製造するための好ましい開始物質であるトリビニルシクロヘキサンは、１，５，９−シクロドデカトリエンの熱分解によって生じる。ここでの参照によりそのすべての内容が組み込まれる、米国特許第３，０１１，００３号および英国特許第８４８，６３７号に開示されるように、高温における、任意選択で触媒の存在下での、１，５，９−シクロドデカトリエンの転換は、トリビニルシクロヘキサン化合物を生成する。
【００３９】
チオカルボン酸が、３から５個のアルケニル基を含有する多価の脂環式化合物と反応する、ステップ（ａ）の添加反応は、任意選択でフリーラジカル（酸化）試薬の存在下において実行されても良い。好適なフリーラジカル試薬は、チオカルボン酸をチオカルボン酸ラジカル、すなわち
【化６】
へと転換することができ、そして、酸素、ペルオキシド、ヒドロペルオキシドなどを含むがそれらには限定されない酸化剤とＵＶ照射とを含む。
【００４０】
Ｇ［−ＣａＨ２ａ−ＳＣ（＝Ｏ）Ｒ１］ｎ中間体の調製において、０．９５から３モル当量の、好ましくは１．０から１．２５モル当量の、そしてもっとも好ましくは化学量論的な量のチオカルボン酸が用いられる。
【００４１】
ペルオキシドもしくはヒドロペルオキシドのフリーラジカル試薬の効果的な量は、３から５個のアルケニル基を含有する脂環式化合物の重量に基づいて０．０１から２の、そして好ましくは０．１から０．５の重量パーセントの範囲であり得る。酸素がフリーラジカルの生成源として用いられるとき、酸素の源は純粋な酸素ガス、空気または酸素と不活性ガスとの混合物であって良い。酸素と不活性ガスとの混合物は３から１５重量パーセントの酸素と不活性ガスであるバランスとを含有しても良い。空気または酸素と不活性ガスとの混合物は、有機物質の存在下における純粋な酸素を取り扱う困難さから一般的に好ましくあり、そしてそれらのうちで、空気が好ましい。ＵＶ照射の源は石英窓を備える水銀ランプであってよい。
【００４２】
３から５個のアルケニル基を含有する脂環式化合物の代表的でかつ非限定的な例は、１，２，４−トリビニルシクロヘキサン、１，２，４−トリプロペニルシクロヘキサン、１，３，５−トリヘキセニルシクロヘキサン、１，３，５，７−テトラビニルシクロオクタン、１，３，５，７，９−ペンタビニルシクロデカン、ならびに少なくとも８０重量パーセントのシス，シス，シス−１，２，４−トリビニルシクロヘキサンと少なくとも５重量パーセントのトランス−シス−１，２，４−トリビニルシクロヘキサンとの混合物を含む。
【００４３】
チオカルボン酸の代表的でかつ非限定的な例は、チオ酢酸、チオプロパン酸、チオブタン酸、チオヘキサン酸などを含む。
【００４４】
ペルオキシドおよびヒドロペルオキシドのフリーラジカル試薬の代表的でかつ非限定的な例は、ジ（２，４−ジクロロベンゾイル）ペルオキシド、ｔｅｒｔ−ブチルペルオキシピバル酸、ジラウロイルペルオキシド、ジベンゾイルペルオキシド、ｔｅｒｔ−ブチルペルオキシ−２−エチルヘキサン酸、１，１−ジ（ｔｅｒｔ−ブチルペルオキシ）−３，３，５−トリメチルシクロヘキサン、ジ（ｔｅｒｔ−ブチルペルオキシ）シクロヘキサン、ｔｅｒｔ−ブチルペルオキシ−３，５，５−トリメチルヘキサン酸、ｔｅｒｔ−ブチルペルオキシアセタート、ｔｅｒｔ−ブチルペルオキシベンゾアート、ジ−ｔｅｒｔ−アミルペルオキシド、ジクミルペルオキシド、ジ（ｔｅｒｔ−ブチルペルオキシイソプロピル）ベンゼン、２，５−ジメチル−２，５−ジ（ｔｅｒｔ−ブチルペルオキシ）ヘキサン、ｔｅｒｔ−ブチルペルオキシアセタート、ｔｅｒｔ−ブチルペルオキシべベンゾアート、ジ−ｔｅｒｔ−アミルペルオキシド、ジクミルペルオキシド、ジ（ｔｅｒｔ−ブチル−ペルオキシイソプロピル）ベンゼン、２，５−ジメチル−２，５−ジ（ｔｅｒｔ−ブチルペルオキシ）ヘキサン、ｔｅｒｔ−ブチル−クミルペルオキシド、２，５−ジメチル−２，５−ジ（ｔｅｒｔ−ブチルペルオキシ）ヘキシン−３、ジ−ｔｅｒｔ−ブチルペルオキシドなどを含む。
【００４５】
ステップ（ａ）の添加反応は、 Ｇ１［−ＣａＨ２ａＳＨ］ｎ中間体またはＧ１［−ＣａＨ２ａＳＨ］ｎとＧ２［−ＣａＨ２ａＳＨ］２との混合物を用いて、室温以下、室温もしくは高温において、大気圧以下、大気圧もしくは大気圧以上において、そして、溶媒の非存在下もしくは存在下において実施できる。好適な温度は、０℃から２００℃の、そして好ましくは４０℃から１５０℃の範囲である。反応は通常終了まで実行された。これを達成するのに必要とされる時間は、採用される特定の反応条件ならびに触媒が使用されるかどうかに依存する。５分から２４時間の反応時間が通常好適である。好ましくは大気圧が用いられる。典型的な溶媒は、芳香族および脂肪族溶媒を含む炭化水素溶媒、そして塩素系溶媒を含む。
【００４６】
ステップ（ｂ）のエステル交換反応は、ステップ（ａ）から生じるＧ１［−ＣａＨ２ａ−ＳＣ（＝Ｏ）Ｒ１］ｎ中間体またはＧ１［−ＣａＨ２ａＳＨ］ｎとＧ２［−ＣａＨ２ａＳＨ］２との混合物と、アルコールとを、任意選択でアルカリ触媒の存在下において接触させることによって影響を受ける。アルコールの量は化学量論的な量から大過剰まで変化し得る。典型的には１から２０当量のアルコールがエステル交換に影響を与えるべく使用される。代替的に、アシル基はアルカリ金属ヒドロキシドの存在下における鹸化反応によって除去し得る。典型的な触媒は水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、ナトリウム・メトキシド、ナトリウム・エトキシド、カリウム・メトキシド、カリウム・エトキシドなどを含む。
【００４７】
ステップ（ｃ）の酸化反応は、ステップ（ｂ）で生じるポリメルカプト脂環式化合物Ｇ１［−ＣａＨ２ａＳＨ］ｎまたはＧ１［−ＣａＨ２ａＳＨ］ｎとＧ２［−ＣａＨ２ａＳＨ］２との混合物と、ペルオキシド、ヒドロペルオキシド、空気、酸素、空気と不活性ガスとの混合物からなる群より選択される酸化剤、そして好ましくは構造Ｘ１ＳｚＸ２の酸化剤との反応によって影響を受け、ここでＧ１、Ｇ２、Ｘ１、Ｘ２、ａおよびｎは上述に定義される。試薬、Ｘ１ＳｚＸ２はメルカプタンを酸化してジスルフィドにし、追加の硫黄を硫黄鎖中へと導入する。ステップ（ｃ）の酸化反応は、室温以下、室温もしくは高温において、大気圧以下、大気圧もしくは大気圧以上において、そして、溶媒の非存在下もしくは存在下において実施できる。好適な温度は、−１０℃から２００℃の、そして好ましくは０℃から５０℃の範囲である。反応は通常終了まで実行された。これを達成するのに必要とされる時間は、採用される反応条件に依存してかわる。５分から２４時間の反応時間が通常好適である。ハロゲンか反応物の損失を防ぐために好ましくは大気圧が用いられる。典型的な溶媒は、芳香族および脂肪族溶媒を含む炭化水素溶媒、ならびにフッ素化溶媒および塩素系溶媒を含むハロゲン化溶媒を含む。四塩化炭素のようなペルハロゲン化溶媒は、ハロゲン化反応物と溶媒との反応を防ぐために好ましい。
【００４８】
本発明の架橋したポリスルフィド含有脂環式化合物は、硫黄加硫可能エラストマー（ｉ）の架橋剤として特に有用である。架橋したポリスルフィド含有脂環式化合物は、硬化反応中に反応する３から５個の反応基を持ち、そして望まれない副産物をいっさい産生しない。架橋したポリスルフィド含有脂環式化合物は硬化反応中に分解し、ゴム分子に対して３から５個の連携点を持つために有用な架橋剤であるモノマーもしくはオリゴマー種を生じる。いずれの理論によってもとらわれることはないが、６個よりも多いようなより多い数の連携点は、バルクのゴムにおいて、非常に密であり、そしてポリマー鎖もしくは充填剤に対して効率的に応力やエネルギーを伝達できない局在化した領域を生じると信じられている。この応力の伝達は脂環式環構造によって促進される。環は、環から外へ向かってそれらを向けさせているポリスルフィド官能基間の平均距離を制御する。その向きは反応基を異なるポリマー鎖へと結合させることができ、それにより架橋の効率を高める。さらに、脂環式の環は柔軟性があり、舟形配座、椅子型配座およびねじれ型配座の間を交互に移行できる。高い応力のもとでは、環はエネルギーを吸収する経路を提供するような配座へと変化できる。この性質が無いと、エネルギーは結合の切断へと進み、硬化したゴム組成物における貧弱な摩耗および疲労性能を生じる。直鎖および分岐のアルキル基は、ポリスルフィド基の向きにおいてはそれほど効果的でない。芳香族環は平坦でかつ硬く、そしてそれゆえにそれらの配座の変化を実行できない。特に環が１，２，４−置換シクロヘキシル基であるとき、脂環式環に関して好ましい配座は、すべてのシス構造である。配座がすべての軸方向の位置へと変化するとき、１，３−立体相互作用が起こるために、平衡状態のゴムの化合物中のポリスルフィド基は主として赤道面の位置にある。すべてのシス構造はポリスルフィド基をそれぞれお互いに離すように配向し、ポリスルフィド基の間の平均距離を最大化する。
【００４９】
ここでの硬化性充填剤入りエラストマー組成物中の硫黄加硫可能エラストマー（ｉ）の濃度は、組成物の全重量の、１０から９９の、好ましくは５０から９５の、そしてより好ましくは６０から８５重量パーセントの範囲であって良い。
【００５０】
本発明の硬化性充填剤入りエラストマー組成物中の微粒子充填剤（ｉｉ）の濃度は、組成物の全重量の、０．５から９０の、好ましくは５から６０の、そしてより好ましくは１０から５０重量パーセントの範囲であって良い。
【００５１】
充填剤入り硫黄加硫可能エラストマー組成物中の本発明の架橋したポリスルフィド含有脂環式化合物（ｉｉｉ）の濃度は、組成物の全重量の、０．０５から３０の、好ましくは０．５から１０の、そしてより好ましくは２から５重量パーセントの範囲であって良い。
【００５２】
本発明において有用な強化充填剤は、シランが充填剤の表面と反応性であるような充填剤を含む。そのような充填剤の代表例は、シリカ（焼成および／もしくは沈降）、チタン、アルミノシリカートおよびアルミナのようなシリカ充填剤、酸化金属、粘土、滑石などを含むがそれらには限定されない。充填剤は水和物の形状で供給されても良い。微粒子の沈降シリカは、充填剤として特に有用であり、特にシリカが反応性の表面シラノールを有するときにそうである。
【００５３】
充填剤の多孔性は例えば水銀多孔度測定という既知の方法によって測定できる。この方法によると、充填剤の孔は、揮発分を除去するための熱処理の後に水銀によって浸透される。試験条件は１００ｍｇのサンプルを使用し、大気圧から２０００バールの圧力において１０５℃で２時間以上揮発物を除去するというものである。水銀多孔度測定は、Ｗｉｎｓｌｏｗ， ｅｔ ａｌ． ｉｎ ＡＳＴＭ ｂｕｌｌｅｔｉｎ（ＡＳＴＭ公報），ｐ．３９（１９５９）に記載された方法に従って、またはＤＩＮ ６６１３３に従って実行し得る。測定には、カルロ−エルバ多孔度計２０００（ＣＡＲＬＯ−ＥＲＢＡ Ｐｏｒｏｓｉｍｅｔｅｒ ２０００）を使用できる。ここでのシリカ充填剤の平均水銀多孔度比表面積は、１００から３００ｍ２／ｇの範囲であるべきである。
【００５４】
そのような水銀多孔度測定による、好ましいシリカ、アルミノもしくはアルミノシリカート充填剤の細孔径分布は、その細孔の５パーセント以下が１０ｎｍ未満の直径を有し、その細孔の６０から９０パーセントが１０から１００ｎｍの直径を有し、その細孔の１０から３０パーセントが１００から１，０００ｎｍの直径を有し、そしてその細孔の５から２０パーセントが１，０００ｎｍを超える直径を有するものであるとここでは考えられる。
【００５５】
好適なシリカ充填剤は、例えば電子顕微鏡によって決定される１０から５０ｎｍの範囲の平均粒径を持つものを含むが、より小さなものやより大きな粒径のものもまた有用である。ここでの使用に好適な様々な市販のシリカは、たとえば、ＰＰＧ ＩｎｄｕｓｔｒｉｅｓからのＨＩ−ＳＩＬ２１０および２４３などのようなもの；Ｒｈｏｎｅ−ＰｏｕｌｅｎｃからのＺＥＯＳＩＬ１１６５ＭＰのようなもの；ＤｅｇｕｓｓａからのＶＮ２およびＶＮ３などのようなもの、ならびにＨｕｂｅｒからのＨＵＢＥＲＳＩＬ８７４５のようなものを含む。
【００５６】
一実施態様において、一つもしくはそれ以上の充填剤はシランカップリング剤と組み合わせられる。充填剤は、シリカ、アルミナおよび／もしくはアルミノシリカートのようなシリカ充填剤とカーボンブラック強化顔料との混合物であってよい。このように充填剤成分は１５から９５重量パーセンのシリカ充填剤と、カーボンブラック、例えば８０から１５０までの範囲のＣＴＡＢ値を持つものであるバランスとの混合物であってよく、そして、実例としてここでの参照によりそのすべての内容をここに組み入れる米国特許出願公開２００８／０１６１４６１および２００８／０１６１４７７にその構造が開示されるような、３−メルカプトプロピルトリエトキシシラン、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−（３−トリエトキシシリルプロピル）ジスルフィド、Ｓ−チオオクタン酸、３−トリエトキシシリルプロピルエステル、およびシリル化コアポリスルフィドの一つもしくはそれ以上を含む、０．１から２０重量パーセントのシランカップリング剤を含んでもよい。他の実施態様において、シリカ充填剤対カーボンブラックの重量比は少なくとも３対１、好ましくは少なくとも１０対１、そしてより好ましくは少なくとも３０対１である。
【００５７】
充填剤混合物は、６０から９５重量パーセントまでのシリカ、アルミナおよび／またはアルミノシリカートと、これに対応する、４０から５重量パーセントまでのカーボンブラックと、そして０．１から２０重量パーセントまでのシランカップリング剤を含有してよく、そして各成分の混合物は合計で１００パーセントまでという条件である。シリカ充填剤およびカーボンブラックは、加硫ゴムの製造の際、前もって混合しても一緒に混合してもよい。
【００５８】
ここでの硫黄加硫可能エラストマー（ｉ）は、共役ジエンホモポリマーおよびコポリマーならびに少なくとも一つの共役ジエンと芳香族ビニル化合物とのコポリマーを含む。ゴム組成物の調製に好適な有機ポリマーは当分野に周知されており、「Ｔｈｅ Ｖａｎｄｅｒｂｉｌｔ Ｒｕｂｂｅｒ Ｈａｎｄｂｏｏｋ」、Ｏｈｍ，Ｒ．Ｆ．、Ｒ．Ｔ．Ｖａｎｄｅｒｂｉｌｔ Ｃｏｍｐａｎｙ， Ｉｎｃ．１９９０年、および「Ｍａｎｕａｌ Ｆｏｒ Ｔｈｅ Ｒｕｂｂｅｒ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ」、Ｋｅｍｐｅｒｍａｎｎ，Ｔ．および、Ｋｏｃｈ，Ｓ．Ｊｒ．、ＢａｙｅｒＡＧ、ＬｅｖｅｒＫｕｓｅｎ、１９９３年を含む様々な教科書に記載される。
【００５９】
本発明の一実施態様において、硫黄加硫可能エラストマーは溶液重合スチレン−ブタジエンゴム（ＳＳＢＲ）であり、例えば、５から５０パーセントの、より好ましくは９から３６パーセントのスチレン含量を持つものである。本発明の他の実施態様において、硫黄加硫可能エラストマーはエマルション重合スチレン−ブタジエンゴム（ＥＳＢＲ）、天然ゴム（ＮＲ）、エチレン−プロピレンコポリマーおよびターポリマー（ＥＰ、ＥＰＤＭ）、アクリロニトリル−ブタジエンゴム（ＮＢＲ）、ポリブタジエン（ＢＲ）など、ならびにそれらの混合物からなる群より選択される。
【００６０】
好適な共役ジエンエラストマーは、イソプレンおよび１，３−ブタジエンを含むがそれらに限定されず、好適なビニル芳香族エラストマーはスチレンおよびアルファメチルスチレンを含むがそれらに限定されない。有用なポリブタジエンは、典型的には約９０重量パーセントの単位をシス−１，４−ブタジエンの形状で含有するものを含む。
【００６１】
硫黄加硫可能エラストマー（ｉ）は、例えば、シス−１，４−ポリイソプレンゴム（天然および／もしくは合成）、エマルション重合調製スチレン／ブタジエンコポリマーゴム、有機溶液重合調製スチレン／ブタジエンゴム、３，４−ポリイソプレンゴム、イソプレン／ブタジエンゴム、スチレン／イソプレン／ブタジエンターポリマーゴム、シス−１，４−ポリブタジエン、中程度のビニルポリブタジエンゴム（３５−５０パーセントのビニル）、高ビニルのポリブタジエンゴム（５０−７５パーセントのビニル）、スチレン／イソプレンコポリマー、エマルション重合調製のスチレン／ブタジエン／アクリロニトリルターポリマーゴムならびにブタジエン／アクリロニトリルコポリマーゴムの少なくとも一つより選択できる。ある用途においては、２０から２８パーセントの結合スチレンという比較的標準的なスチレン含量を持つエマルション重合調製スチレン／ブタジエン（ＥＳＢＲ）、または３０から４５パーセントという中程度から比較的高い結合スチレン含量を持つＥＳＢＲを用いてもよい。
【００６２】
ターポリマー中に２から４０重量パーセント結合アクロニトリルを含むエマルション重合調製スチレン／ブタジエン／アクロニトリルターポリマーゴムもまた本発明における使用のためのジエン系ゴムとして考えられている。
【００６３】
硬化した、すなわち、加硫したここでのエラストマー組成物は、満足できる高いモジュラス、例えば８ＭＰａより大きい１００パーセント伸びでのモジュラスと、高い引き裂き抵抗、例えば２５Ｎより大きい引き裂き抵抗とを示すために十分な量の充填剤（ｉｉ）を含む。本発明の一実施態様において、充填剤の合計重量は、１００部当たり（ｐｈｒ）５部という低いものから１００部までであって良い。他の実施態様において、充填剤の合計重量は２５から８５ｐｈｒであり、そして他の実施態様において少なくとも一つの沈降シリカが充填剤として利用される。シリカは、４０から６００ｍ２／ｇの、好ましくは５０から３００ｍ２／ｇの窒素ガスを用いて測定されたＢＥＴ表面積を有することにより特徴づけられ得る。表面積を測定するＢＥＴ法は、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｔｈｅ Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ，Ｖｏｌｕｍｅ６０，ｐａｇｅ３０４（１９３０）に記載されている。シリカは、１００から３５０の、そして好ましくは１５０から３００のジブチルフタラート（ＤＢＰ）の吸収値を有することによっても特徴づけられる。さらにシリカ、ならびに前述のアルミナおよびアルミノシリカートは、１００から２２０のＣＴＡＢ表面積を有してよい。ＣＴＡＢ表面積は、約９のｐＨを持つセチルトリメチルアンモニウムブロミドによって測定される外部表面積である。この方法はＡＳＴＭ Ｄ３８４９に記載される。
【００６４】
実際的に、硫化エラストマー物品は、硫黄加硫可能エラストマー（ｉ）、充填剤（ｉｉ）および架橋したポリスルフィド含有脂環式架橋剤（ｉｉｉ）を段階的な様式によって熱機械的に混合して硬化性のエラストマーを提供し、その後に物品を提供するために組成物を成型し、そして硬化することが続くことによって典型的には調製される。第一に、硫黄加硫可能エラストマーと、典型的に架橋したポリスルフィド含有脂環式架橋剤、硫黄および硫黄加硫促進剤（集合的に、硬化剤）を除いた他の成分との上述の混合のために、エラストマーとエラストマー配合成分とは、適切なミキサー中における、少なくとも１回の、そしてしばしば（シリカ充填剤入り低い転がり抵抗のタイヤの場合）２回もしくはそれ以上の予備的な混合段階において混合される。そのような予備的混合は、非硬化発現混合（ｎｏｎ−ｐｒｏｄｕｃｔｉｖｅ ｍｉｘｉｎｇ）、または非硬化発現混合の工程もしくは段階と呼ばれる。そのような予備的混合は、１４０℃から２００℃の、そしてある組成物では１５０から１７０℃の温度で通常は実施される。そのような予備的混合段階に続いて、しばしば硬化発現混合段階と呼ばれる最終混合段階において、硬化剤と、場合によると一つもしくはそれ以上の追加的な成分とが、しばしばスコーチ（ｓｃｏｒｃｈｉｎｇ）と呼ばれる硫黄加硫可能ゴムの時期尚早の硬化を防ぐかまたは遅らせるために、例えば５０℃から１３０℃の低い温度でゴム化合物または組成物と混合される。ゴム化合物もしくはゴム組成物とも呼ばれるゴム混合物は、しばしば中間的なミル混合のプロセスの後でもしくはプロセスの途中で、前述の種々の混合工程の間に、例えば約５０℃もしくはそれ以下の温度に典型的には冷却される。充填剤入り硬化性エラストマー組成物の成型および硬化が望まれる場合、所望の量の組成物が適切な形態の型へと導入され、そして１３０℃から２００℃の温度において、ここでの架橋したポリスルフィド含有脂環式架橋剤の硫黄含有基と組成物中に存在するであろう任意の他の遊離の硫黄源との反応を通じてゴムの加硫が達成される。
【００６５】
熱機械的混合は、それによって、ゴムミキサー中の高いせん断条件下で、高いせん断のミキサー中のゴム化合物の混合、又はゴム化合物それ自身およびゴム配合成分の混合の結果として起こるせん断力および付随する摩擦で温度が自発的に上昇し、すなわちそれが加熱する現象を指す。いくつかの化学反応は混合および硬化プロセスの様々な工程で起こるだろう。
【００６６】
例えば、Ｓ８のようなものであるがそれには限定しない元素硫黄の形状のような一つもしくはそれ以上の他の硫黄源も利用可能である。硫黄の供与体は、１４０℃から１９０℃の範囲の温度において遊離のもしくは元素の硫黄を遊離させる硫黄含有化合物であるとここでは考えられる。そのような硫黄供与体は、少なくともそのポリスルフィド架橋基に２つの結合した硫黄原子を有するポリスルフィド加硫促進剤およびオルガノシランポリスルフィドを含む。ここでの硬化性組成物中の遊離の硫黄源の量は、架橋したポリスルフィド含有脂環式架橋剤の添加と比較的独立した選択事項として、調節もしくは調製することが出来る。
【００６７】
本発明の一実施態様において、ゴム組成物は、ゴムの１００重量部の共役ジエンホモポリマーおよびコポリマー、ならびに少なくとも一つの共役ジエンおよび芳香族ビニル化合物のコポリマーから選択される少なくとも一つの硫黄加硫可能ゴムと、５から１００ｐｈｒ、そして好ましくは２５から８０ｐｈｒの、少なくとも一つの充填剤と、５ｐｈｒまでの硬化剤と、ならびに０．０５から２５ｐｈｒの少なくとも一つの架橋剤としての本発明の架橋したポリスルフィド含有脂環式架橋剤とを含有できる。
【００６８】
他の実施態様において、充填剤組成物は、充填剤組成物の全重量に基づいて１から８５重量パーセントのカーボンブラックと、ゴム組成物の全重量に基づいて０．５から１０重量部の架橋剤としての少なくとも一つの本発明の架橋したポリスルフィド含有脂環式化合物とを含有できる。
【００６９】
ゴム組成物は、もし必要ならば１２０℃から２００℃の温度までの２から２０分間の第一の熱機械的混合段階において、ゴム、充填剤およびシランカップリング剤、またはゴムならびにシランカップリング剤の全部もしくは一部分によって予め処理された充填剤を最初に混合することによって調製できる。架橋したポリスルフィド含有脂環式架橋剤および他の硬化剤がもし存在するなら、後に続く５０℃から１００℃の温度で１から３０分間の熱機械的混合段階において添加できる。温度はその後、１３０℃から２００℃まで上昇し、硬化は５から６０分間で達成される。
【００７０】
本発明の他の実施態様において、プロセスはタイヤもしくは硫黄加硫可能ゴムと本発明によって調製されたゴム組成物からなるトレッドとの組立品を調製し、組立品を１３０℃から２００℃の範囲の温度で加硫する追加のステップを含有してもよい。
【００７１】
例えば、シランカップリング剤のようなカップリング剤、活性化剤、遅延剤および促進剤を含む硫黄化合物のような硬化助剤、オイルのような加工助剤、可塑剤、粘着樹脂、シリカ、他の充填剤、顔料、脂肪酸、酸化亜鉛、ワックス、抗酸化剤およびオゾン劣化防止剤、素練り促進剤、例えばカーボンブラックのような強化物質などを含む他の任意選択の成分を、本発明のゴム組成物へと添加できる。そのような添加剤は意図する使用もしくは使用すると選択された硫黄加硫可能物質に基づいて選択され、そしてそのような選択は当業者の知識の範囲内であり、当業者に知られるそのような添加剤の必要とされる量においてである。
【００７２】
加硫は追加の硫黄加硫剤の存在下で実施されても良い。好適な硫黄加硫剤の例は、例えば元素の硫黄（遊離の硫黄）もしくは例えばアミノジスルフィド、ポリマーポリジスルフィドもしくは硫黄オレフィン付加物のような硫黄供与加硫剤を含み、それらは典型的には最終の硬化発現のゴム組成物混合ステップにおいて添加される。０．４から３ｐｈｒの範囲の量で、またはある状況では８ｐｈｒまでの量で、一実施態様において１．５から２．５ｐｈｒの範囲の量で、そして他の実施態様において２から２．５ｐｈｒの範囲の量で、当分野において一般的な硫黄加硫剤が、硬化発現の混合段階において用いられるか、または添加される。
【００７３】
加硫促進剤、つまり追加の硫黄供与体、例えばベンゾチアゾール、アルキルチウラムジスルフィド、グアニジン誘導体、およびチオカルバマートもここで使用してよい。それらの促進剤の代表的な具体例は、メルカプトベンゾチアゾール、テトラメチルチウラムジスルフィド、ベンゾチアゾールジスルフィド、ジフェニルグアニジン、ジチオカルバミン酸亜鉛、アルキルフェノールジスルフィド、ブチルキサントゲン酸亜鉛、Ｎ−ジシクロヘキシル−２−ベンゾチアゾールスルフェンアミド、Ｎ−シクロヘキシル−２−ベンゾチアゾールスルフェンアミド、Ｎ−オキシジエチレンベンゾチアゾール−２−スルフェンアミド、Ｎ，Ｎ−ジフェニルチオ尿素、ジチオカルバミルスルフェンアミド、Ｎ，Ｎ−ジイソプロピルベンゾチアゾール−２−スルフェンアミド、亜鉛−２−メルカプトールイミダゾール、ジチオビス（Ｎ−メチルピペラジン）、ジチオビス（Ｎ−ベータ−ヒドロキシエチルピペラジン）ならびにジチオビス（ジベンジルアミン）を含む。他の硫黄供与体は、例えばチウラムおよびモルホリン誘導体を含む。そのような供与体の代表的な具体例は、ジモルホリンジスルフィド、ジモルホリンテトラスルフィド、テトラメチルチウラムテトラスルフィド、ベンゾチアジル−２，Ｎ−ジチオモルホリド、チオプラスト、ジペンタメチレンチウラムヘキサスルフィドおよびジスルフィドカプロラクタムを含む。
【００７４】
促進剤は、加硫に必要な時間および／または温度を制御し、そして硫化物の性能を改善するために使用される。一実施態様において、単一の促進剤システム、つまり一次促進剤を使用してよい。汎用的には、一次促進剤は、０．５から４、そして好ましくは０．８から１．５ｐｈｒの範囲の合計量で使用される。硫化物の性能を活性化しそして改善するために、一次促進剤と二次促進剤の組み合わせを使用でき、二次促進剤は、より少ない量（例えば０．０５から約３ｐｈｒ）で使用される。遅延作用の促進剤および加硫遅延剤も使用してよい。適切な促進剤の型は、アミン、ジスルフィド、グアニジン、チオウレア、チアゾール、チウラム、スルフェンアミド、ジチオカルバマート、およびキサントゲン酸塩を含む。一実施態様において、一次促進剤はスルフェンアミドである。二次促進剤が使用される場合、その二次促進剤はグアニジン化合物、ジチオカルバマート化合物またはチウラム化合物であってよい。
【００７５】
粘着付与剤樹脂の典型的な量は、もし使用するなら、０．５から１０ｐｈｒ、そして好ましくは１から５ｐｈｒである。加工助剤の典型的な量は１から５０ｐｈｒである。好適な加工助剤は、芳香族、ナフテン系および／もしくはパラフィン系の加工オイルを含む。酸化防止剤の典型的な量は１から５ｐｈｒである。代表的な抗酸化剤は、ジフェニル−ｐ−フェニレンジアミン、ならびに、例えば「Ｖａｎｄｅｒｂｉｌｔ Ｒｕｂｂｅｒ Ｈａｎｄｂｏｏｋ」（１９７８），ｐａｇｅｓ３４４−３４６において同定される他のものを含む。オゾン劣化防止剤の典型的な量は１から５ｐｈｒである。例えばステアリン酸のような脂肪酸の典型的な量は、もし使用されるなら、０．５から３ｐｈｒまでである。酸化亜鉛の典型的な量は２から５ｐｈｒまでである。例えば微結晶ワックス（ｍｉｃｒｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｗａｘ）のようなワックスの典型的な量は１から５ｐｈｒである。例えばペンタクロロチオフェノールおよびジベンズアミドジフェニルジスルフィドのような素練り促進剤の典型的な量は０．１から１ｐｈｒである。
【発明の効果】
【００７６】
本発明のゴム組成物は、例えば、タイヤ、ウェザー・ストリップ、ホース、ベルト、シール、ガスケット、靴底などの製造のような様々な目的に使用できる。本発明の一実施態様において、ここに記載されるゴム組成物はタイヤのトレッドの製造に特に有用であるが、タイヤの他のすべての部品にも同様に利用できる。タイヤは、当業者に周知の様々な任意の方法によって、組み立てられ、成形され、成型され、そして硬化される。
【００７７】
提供される実施例は、ここでの架橋されたポリスルフィド含有脂環式化合物の合成および充填剤入り硫黄加硫可能エラストマー組成物への架橋剤としてのそれらの使用を例示する。
【実施例】
【００７８】
実施例１
この実施例は、その構造が：
【化７】
であり、繰り返し単位が１，２，４−トリビニルシクロヘキサンである架橋したポリスルフィド含有化合物の調製を例示する。
【００７９】
チオ酢酸（１，９７４グラム、２５．９モル）が５リットルの丸底フラスコへと充填された。フリットチューブを用いて空気がチオ酢酸へと泡立てながら入れられた。１，２，４−トリビニルシクロヘキサン（１，３０３グラム、８．０モル）が添加漏斗を用いて２．５時間にわたって滴下された。発熱が観察された。温度はアイス罰を用いて３２℃に維持された。４時間後、アイスバスは取り除かれ、反応混合物はさらなる１６時間、反応混合物中に空気を泡立てながら通しつつ攪拌された。過剰のチオ酢酸は真空下でおおよそ１００℃において液体を蒸発させることによって除去された。収量は定量でき、３，１３７グラムの産物を産生した。ＧＣ分析により反応が完了した事を確かめた。
【００８０】
アシル基はエステル交換反応により除去された。Ｓ，Ｓ，Ｓ−［２，２，２−（１，２，４−シクロヘキサントリイル）トリエチル］トリチオアセタート中間体（３，０９０グラム、７．９モル）が５リットルの丸底フラスコへと充填された。エタノール（１，０７０グラム、２３．３モル）およびナトリウム・エトキシド（６８．６グラム）が攪拌しながら添加された。混合物は還流条件で４時間熱せられ、生成するエチルアセタートは大気圧において蒸留して除去された。追加の量のエタノール（６７２グラム、１５．６モル）が添加され、混合物は一晩還流された。エタノールとエチルアセタートは蒸留によって除去された。エタノールの添加とエタノールおよびエチルアセタートの除去とはさらに２回繰り返された。１，２，４−トリス（２−メルカプトエチル）シクロヘキサン中間体（１，８８４グラム）は淡黄色の濁った液体であった。
【００８１】
１，２，４−トリス（２−メルカプトエチル）シクロヘキサン（２３８グラム、０．９モル）とシクロヘキサン（１，５８２グラム）とが５リットルの丸底フラスコへと充填された。溶液は0窒素ガスでパージされ、冷水によっておおよそ１５℃に冷やされた。硫黄モノクロリド（Ｓ２Ｃｌ２、１８２グラム、１．３５モル）は１．７５時間にわたって攪拌されながらゆっくりと添加され、そしてさらに半時間室温で放置された。黄色い粉状の固体が生成した。固体はろ過されそして更なるシクロヘキサンによって洗浄された。それらを乾燥させるために窒素ガスが固体のろ過池を一晩中通過させられた。やわらかい黄色い固体の重量は３２５グラムであった。
【００８２】
比較例１ならびに実施例２および３
表１のゴム化合物は、２６００立方センチメートルのチャンバ容量を備える装備された「ＯＯＣ」ＢＡＮＢＵＲＹ（登録商標）ミキサー内で混合された。ゴムの混合は３段階で実施された。ミキサーを８０ｒｐｍで冷却水を７１℃にしてミキサーの電源が入れられた。ゴムのポリマーがミキサーへと添加され、３０秒間ラムダウン混合された。充填剤とシランがミキサーへと添加され、３０秒間ラムダウン混合された。表１のゴム化合物のオイルを除く他の成分がミキサーへと添加され６０秒間ラムダウン混合された。ミキサーの速度は６５ｒｐｍへと減ぜられ、そしてオイルがミキサーへと添加され６０秒間ラムダウン混合された。ミキサーの投入口はダストダウンされ、成分は温度が１５０℃に達するまでラムダウン混合された。成分はさらに追加で３分３０秒間混合された。ミキサーの速度は温度を１５０℃と１５５℃の間に保つために調整された。ゴムはダンプされ（ミキサーから取り出され）、シートが約８５℃から９０℃に設定されたロールミル上において形成され、そして、室温まで冷まされた。
【００８３】
第２の段階において、第１の段階のゴム化合物はミキサーへと再充填された。ミキサーの速度は８０ｒｐｍであり、冷却水は７１℃に設定され、そしてラム圧は１７１．８ｋＰａ（２５ｐｓｉ）に設定された。温度を１５０℃に上昇させつつ混合物が１５０秒間ラムダウン混合され、そしてその後ミキサーは５０ｒｐｍまで減速された。１５０℃と１５５℃の間の温度でゴムが４０秒間混合された。混合の後、ゴムはダンプされ（ミキサーから取り出され）、そしてシートが約８５℃から９０℃に設定されたロールミル上において形成された。ゴムは室温まで冷まされた。
【００８４】
第３の段階において、ミキサーの速度は５０ｒｐｍへと設定され、冷却水は７１℃に設定され、そしてラム圧は１７１．８ｋＰａ（２５ｐｓｉ）に設定された。第２の段階のゴム化合物と硬化剤とが、最終混合物の温度を１１５℃に上昇させつつ１９０秒間ラムダウン混合された。混合のあと、ゴムはダンプされ（ミキサーから取り出され）、シートが約８５℃から９０℃に設定されたロールミル上において形成され、そしてその後室温まで冷まされた。硬化の条件は１６０℃で２０分間であった。
【００８５】
本発明の硫黄含有脂環式化合物の性能がトラックのトレッド組成物中で示された。トラックのトレッドタイヤの組成物の配合は表１に示され、そして結果は表２に提示される。試験手順は以下のＡＳＴＭおよびＤＩＮ法に記載される：
ムーニースコーチ ＡＳＴＭ Ｄ１６４６
ムーニー粘度 ＡＳＴＭ Ｄ１６４６
レオメトリー（ＭＤＲ２０００） ＤＩＮ ５３ ２５９
保存モジュラス、損失モジュラス
引っ張りおよび伸び ＤＩＮ ５３ ５０４−Ｒ１
ショアＡ硬度 ＤＩＮ ５３ ５０５
リバウンド ＤＩＮ ５３ ５１２ ＡＳＴＭ Ｄ１０５４
ＤＩＮ 摩耗 ＤＩＮ ５３ ５１６
【００８６】
【表１】
【００８７】
表１のトレッドの配合物の成分の市販物の供給源は以下のとおりである：天然ゴム：（ＳＭＲ−Ｌ）；カーボンブラック（Ｎ−２２０）：ＺｎＯ：ＺｉｎｃＣｏｒｐからのＫａｄｏｘ７２０Ｃ；ステアリン酸：Ｗｉｔｃｏ、ＣｒｏｍｐｔｏｎからのＩｎｄｕｓｔｒｅｎｅＲ；ＴＢＢＳ：ＵｎｉｒｏｙａｌからのＤｅｌａｃ ＮＳ；硫黄：ＨａｒｗｉｃｋからのＲｕｂｂｅｒｍａｋｅｒｓ Ｓｕｌｆｅｒ１０４。
【００８８】
【表２】
【００８９】
硬化したトラックトレッドゴム組成物は、Ｇｒａｖｅ引き裂き抵抗において有意な改善があった。例えば、実施例３は、実施例１からの架橋剤を含まない対照配合物（比較例２）と比較すると、３７パーセントの改善があった。
【００９０】
上述の実施例において言及されるゴム組成物は、トラックのトレッド組成物として記載されていたが、それらのゴム組成物は例示的にコンベヤのベルト用などを含む他の産業用ゴム製品においても好適であると予想できる。
【００９１】
実施例４
下の表３に記載されるような見本の靴底の配合物および混合手順が、本発明のチオカルバモイルジスルファニル官能性脂環式化合物の代表的な例を評価するのに用いられた。混合は、１０３立方インチ（１６９０立方センチメートル）のチャンバ容量を持つ「Ｂ」ＢＡＮＢＵＲＹ（登録商標）（Ｆａｒｒｅｌｌ Ｃｏｒｐ．）ミキサー内で下のように行われた。ゴムの混合は２段階で実施された。第１の段階は、硬化剤なしでマスターバッチを調製する。ミキサーは速度数字２で冷却水を最大限にして電源を入れられた。ゴムのポリマーはミキサーに添加され、３０秒間ラムダウン混合された。シリカの半分がミキサーへと添加され、３０秒間ラムダウン混合された。シリカの半分とオイルとがミキサーへと添加され、３０秒間ラムダウン混合された。ゴム化合物の残りすべての成分がミキサーへと添加され３０秒間ラムダウン混合された。ミキサーはダストダウンされ、１５秒間ラムダウン混合され、そしてミキサー速度が数字３まで増加され、さらに１５秒間ラムダウン混合された。ゴムはダンプされ（ミキサーから取り出され）、シートが約４９℃から５５℃に設定されたロールミル上において形成され、そして、室温まで冷まされた。
【００９２】
第２の段階において最終混合物が調製された。第１の段階において調製されたゴム化合物は約４９℃から５５℃のロールミル上に再び充填され、そして硬化剤のパッケージが添加された。硬化剤のパッケージが混合され、それぞれの側において６回切断された。シートは設定されたロールミル上で形成され、そして室温へと冷まされた。
【００９３】
【表３】
【００９４】
表３の靴底の配合物の成分の市販物の供給源は以下のとおりである：シス−ブタジエンゴム：Ｇｏｏｄｙｅａｒ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎからのブタジエン１２０７；天然ゴム：（ＳＭＲ−Ｌ）；ニトリルゴム：ＢａｙｅｒからのＰｅｒｂｕｎａｎ ＮＴ２４４５；シリカ：ＰＰＧからのＨｉＳｉｌ２３３；Ｄｏｗ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎからのジエチレングリコール；ＢＨＴ：Ａｓｉａ Ｐａｃｉｆｉｃからのブチル化ヒドロキシトルエン；ＺｎＯ：ＺｉｎｃＣｏｒｐからのＫａｄｏｘ７２０Ｃ；ステアリン酸：Ｗｉｔｃｏ、ＣｒｏｍｐｔｏｎからのＩｎｄｕｓｔｒｅｎｅＲ；ワックス：Ｗｉｔｃｏ ＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎからのＳｕｎｏｌｉｔｅ ２４０；活性化剤：Ｒｈｅｉｎ−ＣｈｅｍｉｅからのＲｈｅｎｏｆｉｔ２５５５；ディスペンサー：Ｒｈｅｉｎ−ＣｈｅｍｉｅからのＡｆｌｕｘ１２；ホモジナイザー：Ｒｈｅｉｎ−ＣｈｅｍｉｅからのＰｈｅｎｏｓｉｎ Ｎ２６０；硫黄：Ｒｈｅｉｎ−ＣｈｅｍｉｅからのＲｈｅｎｏｇｒａｎ Ｓ−８０；ＭＢＴＳ：ＦｌｅｘｓｙｓからのＴｈｉｏｆｉｄｅ；ＭＢＴ：ＦｌｅｘｓｙｓからのＴｈｉｏｔａｘ ＭＢＴ；ＴＭＴＭ：Ｒｈｅｉｎ−ＣｈｅｍｉｅからのＲｈｅｎｏｇｒａｎ ＴＭＴＭ；シラン：Ｍｏｍｅｎｔｉｖｅ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ＭａｔｅｒｉａｌｓからのＳｉｌｑｕｅｓｔ Ａ−１２８９シラン。
【００９５】
本発明の他の実施形態は、ここに開示された本明細書への理解もしくは本発明の実施から当業者には明白であろう。明細書および実施例は例示にすぎないと考えられるべきであり、そして本発明の真の範囲および精神は以下の請求項によって定義されるということが意図されている。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
架橋したポリスルフィド含有脂環式化合物であって、一般式：
［（ＣａＨ２ａ−）ｍＧ１（−ＣｂＨ２ｂＳｘ−）ｎ−ｍ］ｏ［ＣｃＨ２ｃ−Ｇ２−ＣｄＨ２ｄＳｙ−］ｐ［Ｒ］ｑ （１）
であり、
ここでＧ１が５から１２個の炭素原子を含有し、任意選択で少なくとも一つのハロゲンを含有する、価数ｎの飽和した単環式の脂肪族基であるか、または価数ｎの飽和した単環式のシリコーン［ＲＳｉＯ−］ｎ［Ｒ２ＳｉＯ−］ｒ基であり；Ｇ２が５から１２個の炭素原子を含有し、任意選択で少なくとも一つのハロゲンを含有する、価数２の飽和した二価の脂環基であるか、または価数ｎの飽和した単環式のシリコーン［ＲＳｉＯ−］ｎ［Ｒ２ＳｉＯ−］ｒ基であり；それぞれのＲが独立して水素原子、２０個までの炭素原子の一価の炭化水素およびハロゲン原子からなる群より選択され；下付文字ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｍ、ｎ、ｏ、ｐ、ｑ、ｘおよびｙの各々が独立して整数であり、ここでａが２から６であり；ｂが２から６であり；ｃが１から６であり；ｄが１から６であり；ｍが１もしくは２であり；ｎが３から５であり；ｏが正の整数であり；ｐが０もしくは正の整数であり；ｑが正の整数であり；ｒが０から３の整数であり；ｘが１から１０であり、そしてｙが１から１０であり、但し、
（ｉ）少なくとも１つのｘが２から１０であるという条件であり、
（ｉｉ）ｐ対ｏの比が１対５より小さく、そして
（ｉｉｉ）ｑが（ＣａＨ２ａ−）ｍＧ１（−ＣｂＨ２ｂＳｘ−）ｎ−ｍおよびＣｃＨ２ｃ−Ｇ２−ＣｄＨ２ｄＳｙ−基の満たされていない価数の合計と等しい
という条件である、
架橋したポリスルフィド含有脂環式化合物。
【請求項２】
それぞれのＧ１およびＧ２が独立してシクロペンタン、シクロヘキサンもしくはシクロヘプタン基であり、任意選択で少なくとも一つの塩素を含有している、請求項１に記載の架橋したポリスルフィド含有脂環式化合物。
【請求項３】
ポリスルフィド基がＧ１およびＧ２基と比較して赤道面の位置にあるような異性体が混合物の少なくとも５０重量パーセントを占めるような、請求項１に記載のポリスルフィド含有脂環式化合物の立体化学の混合物。
【請求項４】
それぞれのＲが独立して水素、および塩素、ジビニルシクロヘキシルエチルからなる群より選択される、請求項１に記載の架橋したポリスルフィド含有脂環式化合物。
【請求項５】
【化８】
〔式中、それぞれのｍは独立して１もしく２であり、ｎは３であり、それぞれのｏおよびｑは独立して正の整数であり、それぞれのｘは独立して２から６の整数であり、そして環の置換は１、２および４である〕；
【化９】
〔式中、それぞれのｍは独立して１もしくは２であり、ｎは３であり、それぞれのｏおよびｑは独立して正の整数であり、そして環の置換は１、２、４である〕；
［（Ｈ２Ｃ−Ｈ２Ｃ）ｍ−Ｄ３−（ＣＨ２ＣＨ２Ｓ４−）ｎ−ｍ］ｏ［Ｈ］ｑ
〔式中、ＤはＲＳｉＯ−単位を示し、それぞれのｍは独立して１もしくは２であり、ｎは３であり、それぞれのｏおよびｑは独立して正の整数であり、そして環の置換はケイ素原子上で起こる〕
からなる群の少なくとも１種である、請求項１に記載の架橋したポリスルフィド含有脂環式化合物。
【請求項６】
請求項１に記載の架橋したポリスルフィド含有脂環式化合物およびそれらの混合物を調製するためのプロセスであって、
ａ） フリーラジカルの源の存在下において、ポリ−アルケニル置換シクロアルカンとチオ酸とを反応させてポリ−チオカルボキシラート置換アルキルシクロアルカンをもたらすステップ；
ｂ） ポリチオカルボキシラート置換アルキルシクロアルカンと脱ブロック化剤とを反応させて遊離したポリ−メルカプタン−官能性アルキルシクロアルカンを生成するステップ；
ｃ） 遊離したポリ−メルカプタン−官能性アルキルシクロアルカンと、一般式：
Ｘ１ＳｚＸ２ （２）
〔式中、Ｘ１が塩素、臭素もしくはヨウ素原子であり、Ｘ２がＸ１、水素もしくは１２個までの炭素原子の炭化水素であり、そしてｚが独立して整数であり、ここでｚが１から１０である〕で表わされるハロゲン化硫黄含有化合物、ペルオキシド、ヒドロペルオキシド、および酸素から選択される酸化剤とを反応させて、架橋したポリスルフィド含有脂環式化合物をもたらすステップ
を含有するプロセス。
【請求項７】
（ｉ） 少なくとも一つの硫黄加硫可能エラストマー；
（ｉｉ） 少なくとも一つの微粒子充填剤；および
（ｉｉｉ） 架橋に効果的な量の、硫黄加硫可能エラストマー（ｉ）の架橋剤としての、少なくとも一つの請求項１に記載の架橋したポリスルフィド含有脂環式化合物
を含有する、充填剤入り硫黄加硫可能エラストマー組成物。
【請求項８】
硫黄加硫可能エラストマー（ｉ）が、シス−１，４−ポリイソプレンゴム、エマルション重合調製スチレン／ブタジエンコポリマーゴム、有機溶液重合調製スチレン／ブタジエンゴム、３，４−ポリイソプレンゴム、イソプレン／ブタジエンゴム、スチレン／イソプレン／ブタジエンターポリマーゴム、シス−１，４−ポリブタジエンゴム、中程度のビニルポリブタジエンゴム、高ビニルのポリブタジエンゴム、スチレン／イソプレンコポリマー、エマルション重合調製のスチレン／ブタジエン／アクリロニトリルターポリマーゴム、ブタジエン／アクリロニトリルコポリマーゴム、２０から２８パーセントの結合スチレンというスチレン含量を持つエマルション重合調製スチレン／ブタジエン（ＥＳＢＲ）、ならびに３０から４５パーセントという結合スチレン含量を持つＥＳＢＲからなる群より選択される少なくとも１種である、請求項７に記載の充填剤入り硫黄加硫可能エラストマー組成物。
【請求項９】
微粒子充填剤（ｉｉ）がシランと反応性の充填剤からなる群より選択される少なくとも１種であり、ここで充填剤が、硫黄加硫可能エラストマー（ｉ）と反応性である官能性を持つ少なくとも一つのシランと混合されている、請求項７に記載の充填剤入り硫黄加硫可能エラストマー組成物。
【請求項１０】
不活性の多孔性充填剤がカーボンであり、シランと反応性である充填剤がシリカである、請求項９に記載の充填剤入り硫黄加硫可能エラストマー組成物。
【請求項１１】
シランがシリル化コアポリスルフィドである、請求項９に記載の充填剤入り硫黄加硫可能エラストマー組成物。
【請求項１２】
シランがシリル化コアポリスルフィドである、請求項１０に記載の充填剤入り硫黄加硫可能エラストマー組成物。
【請求項１３】
架橋したポリスルフィド含有脂環式化合物（ｉｉｉ）中のそれぞれのＧ１およびＧ２が独立して、任意選択で少なくとも１個の塩素を含有しているシクロペンタン、シクロヘキサンもしくはシクロヘプタン基である、請求項７に記載の充填剤入り硫黄加硫可能エラストマー組成物。
【請求項１４】
架橋したポリスルフィド含有脂環式化合物（ｉｉｉ）が、ポリスルフィド基がＧ１および／もしくはＧ２基と比較して赤道面の位置にあるような異性体が混合物の少なくとも５０重量パーセントを占めるような立体化学の混合物である、請求項７に記載の充填剤入り硫黄加硫可能エラストマー組成物。
【請求項１５】
架橋したポリスルフィド含有脂環式化合物（ｉｉｉ）中のそれぞれのＲが独立して、水素、および塩素、ジビニルシクロヘキシルエチルからなる群より選択される、請求項７に記載の充填剤入り硫黄加硫可能エラストマー組成物。
【請求項１６】
硫黄含有脂環式化合物（ｉｉｉ）が
【化１０】
〔式中、それぞれのｍは独立して１もしく２であり、ｎは３であり、それぞれのｏおよびｑは独立して正の整数であり、それぞれのｘは独立して２から６の整数であり、そして環の置換は１、２および４である〕；
【化１１】
〔式中、それぞれのｍは独立して１もしくは２であり、ｎは３であり、それぞれのｏおよびｑは独立して正の整数であり、そして環の置換は１、２、４である〕；
［（Ｈ２Ｃ−Ｈ２Ｃ）ｍ−Ｄ３−（ＣＨ２ＣＨ２Ｓ４−）ｎ−ｍ］ｏ［Ｈ］ｑ
〔式中、ＤはＲＳｉＯ−単位を示し、それぞれのｍは独立して１もしくは２であり、ｎは３であり、それぞれのｏおよびｑは独立して正の整数であり、そして環の置換はケイ素原子上で起こる〕
からなる群の少なくとも１種である、請求項７に記載の充填剤入り硫黄加硫可能エラストマー組成物。
【請求項１７】
請求項７に記載の組成物を硬化したもの。
【請求項１８】
ウェザー・ストリップ、ホース、ベルト、シール、ガスケットもしくは靴底として提供される、請求項１７に記載の組成物を硬化したもの。
【請求項１】
架橋したポリスルフィド含有脂環式化合物であって、一般式：
［（ＣａＨ２ａ−）ｍＧ１（−ＣｂＨ２ｂＳｘ−）ｎ−ｍ］ｏ［ＣｃＨ２ｃ−Ｇ２−ＣｄＨ２ｄＳｙ−］ｐ［Ｒ］ｑ （１）
であり、
ここでＧ１が５から１２個の炭素原子を含有し、任意選択で少なくとも一つのハロゲンを含有する、価数ｎの飽和した単環式の脂肪族基であるか、または価数ｎの飽和した単環式のシリコーン［ＲＳｉＯ−］ｎ［Ｒ２ＳｉＯ−］ｒ基であり；Ｇ２が５から１２個の炭素原子を含有し、任意選択で少なくとも一つのハロゲンを含有する、価数２の飽和した二価の脂環基であるか、または価数ｎの飽和した単環式のシリコーン［ＲＳｉＯ−］ｎ［Ｒ２ＳｉＯ−］ｒ基であり；それぞれのＲが独立して水素原子、２０個までの炭素原子の一価の炭化水素およびハロゲン原子からなる群より選択され；下付文字ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｍ、ｎ、ｏ、ｐ、ｑ、ｘおよびｙの各々が独立して整数であり、ここでａが２から６であり；ｂが２から６であり；ｃが１から６であり；ｄが１から６であり；ｍが１もしくは２であり；ｎが３から５であり；ｏが正の整数であり；ｐが０もしくは正の整数であり；ｑが正の整数であり；ｒが０から３の整数であり；ｘが１から１０であり、そしてｙが１から１０であり、但し、
（ｉ）少なくとも１つのｘが２から１０であるという条件であり、
（ｉｉ）ｐ対ｏの比が１対５より小さく、そして
（ｉｉｉ）ｑが（ＣａＨ２ａ−）ｍＧ１（−ＣｂＨ２ｂＳｘ−）ｎ−ｍおよびＣｃＨ２ｃ−Ｇ２−ＣｄＨ２ｄＳｙ−基の満たされていない価数の合計と等しい
という条件である、
架橋したポリスルフィド含有脂環式化合物。
【請求項２】
それぞれのＧ１およびＧ２が独立してシクロペンタン、シクロヘキサンもしくはシクロヘプタン基であり、任意選択で少なくとも一つの塩素を含有している、請求項１に記載の架橋したポリスルフィド含有脂環式化合物。
【請求項３】
ポリスルフィド基がＧ１およびＧ２基と比較して赤道面の位置にあるような異性体が混合物の少なくとも５０重量パーセントを占めるような、請求項１に記載のポリスルフィド含有脂環式化合物の立体化学の混合物。
【請求項４】
それぞれのＲが独立して水素、および塩素、ジビニルシクロヘキシルエチルからなる群より選択される、請求項１に記載の架橋したポリスルフィド含有脂環式化合物。
【請求項５】
【化８】
〔式中、それぞれのｍは独立して１もしく２であり、ｎは３であり、それぞれのｏおよびｑは独立して正の整数であり、それぞれのｘは独立して２から６の整数であり、そして環の置換は１、２および４である〕；
【化９】
〔式中、それぞれのｍは独立して１もしくは２であり、ｎは３であり、それぞれのｏおよびｑは独立して正の整数であり、そして環の置換は１、２、４である〕；
［（Ｈ２Ｃ−Ｈ２Ｃ）ｍ−Ｄ３−（ＣＨ２ＣＨ２Ｓ４−）ｎ−ｍ］ｏ［Ｈ］ｑ
〔式中、ＤはＲＳｉＯ−単位を示し、それぞれのｍは独立して１もしくは２であり、ｎは３であり、それぞれのｏおよびｑは独立して正の整数であり、そして環の置換はケイ素原子上で起こる〕
からなる群の少なくとも１種である、請求項１に記載の架橋したポリスルフィド含有脂環式化合物。
【請求項６】
請求項１に記載の架橋したポリスルフィド含有脂環式化合物およびそれらの混合物を調製するためのプロセスであって、
ａ） フリーラジカルの源の存在下において、ポリ−アルケニル置換シクロアルカンとチオ酸とを反応させてポリ−チオカルボキシラート置換アルキルシクロアルカンをもたらすステップ；
ｂ） ポリチオカルボキシラート置換アルキルシクロアルカンと脱ブロック化剤とを反応させて遊離したポリ−メルカプタン−官能性アルキルシクロアルカンを生成するステップ；
ｃ） 遊離したポリ−メルカプタン−官能性アルキルシクロアルカンと、一般式：
Ｘ１ＳｚＸ２ （２）
〔式中、Ｘ１が塩素、臭素もしくはヨウ素原子であり、Ｘ２がＸ１、水素もしくは１２個までの炭素原子の炭化水素であり、そしてｚが独立して整数であり、ここでｚが１から１０である〕で表わされるハロゲン化硫黄含有化合物、ペルオキシド、ヒドロペルオキシド、および酸素から選択される酸化剤とを反応させて、架橋したポリスルフィド含有脂環式化合物をもたらすステップ
を含有するプロセス。
【請求項７】
（ｉ） 少なくとも一つの硫黄加硫可能エラストマー；
（ｉｉ） 少なくとも一つの微粒子充填剤；および
（ｉｉｉ） 架橋に効果的な量の、硫黄加硫可能エラストマー（ｉ）の架橋剤としての、少なくとも一つの請求項１に記載の架橋したポリスルフィド含有脂環式化合物
を含有する、充填剤入り硫黄加硫可能エラストマー組成物。
【請求項８】
硫黄加硫可能エラストマー（ｉ）が、シス−１，４−ポリイソプレンゴム、エマルション重合調製スチレン／ブタジエンコポリマーゴム、有機溶液重合調製スチレン／ブタジエンゴム、３，４−ポリイソプレンゴム、イソプレン／ブタジエンゴム、スチレン／イソプレン／ブタジエンターポリマーゴム、シス−１，４−ポリブタジエンゴム、中程度のビニルポリブタジエンゴム、高ビニルのポリブタジエンゴム、スチレン／イソプレンコポリマー、エマルション重合調製のスチレン／ブタジエン／アクリロニトリルターポリマーゴム、ブタジエン／アクリロニトリルコポリマーゴム、２０から２８パーセントの結合スチレンというスチレン含量を持つエマルション重合調製スチレン／ブタジエン（ＥＳＢＲ）、ならびに３０から４５パーセントという結合スチレン含量を持つＥＳＢＲからなる群より選択される少なくとも１種である、請求項７に記載の充填剤入り硫黄加硫可能エラストマー組成物。
【請求項９】
微粒子充填剤（ｉｉ）がシランと反応性の充填剤からなる群より選択される少なくとも１種であり、ここで充填剤が、硫黄加硫可能エラストマー（ｉ）と反応性である官能性を持つ少なくとも一つのシランと混合されている、請求項７に記載の充填剤入り硫黄加硫可能エラストマー組成物。
【請求項１０】
不活性の多孔性充填剤がカーボンであり、シランと反応性である充填剤がシリカである、請求項９に記載の充填剤入り硫黄加硫可能エラストマー組成物。
【請求項１１】
シランがシリル化コアポリスルフィドである、請求項９に記載の充填剤入り硫黄加硫可能エラストマー組成物。
【請求項１２】
シランがシリル化コアポリスルフィドである、請求項１０に記載の充填剤入り硫黄加硫可能エラストマー組成物。
【請求項１３】
架橋したポリスルフィド含有脂環式化合物（ｉｉｉ）中のそれぞれのＧ１およびＧ２が独立して、任意選択で少なくとも１個の塩素を含有しているシクロペンタン、シクロヘキサンもしくはシクロヘプタン基である、請求項７に記載の充填剤入り硫黄加硫可能エラストマー組成物。
【請求項１４】
架橋したポリスルフィド含有脂環式化合物（ｉｉｉ）が、ポリスルフィド基がＧ１および／もしくはＧ２基と比較して赤道面の位置にあるような異性体が混合物の少なくとも５０重量パーセントを占めるような立体化学の混合物である、請求項７に記載の充填剤入り硫黄加硫可能エラストマー組成物。
【請求項１５】
架橋したポリスルフィド含有脂環式化合物（ｉｉｉ）中のそれぞれのＲが独立して、水素、および塩素、ジビニルシクロヘキシルエチルからなる群より選択される、請求項７に記載の充填剤入り硫黄加硫可能エラストマー組成物。
【請求項１６】
硫黄含有脂環式化合物（ｉｉｉ）が
【化１０】
〔式中、それぞれのｍは独立して１もしく２であり、ｎは３であり、それぞれのｏおよびｑは独立して正の整数であり、それぞれのｘは独立して２から６の整数であり、そして環の置換は１、２および４である〕；
【化１１】
〔式中、それぞれのｍは独立して１もしくは２であり、ｎは３であり、それぞれのｏおよびｑは独立して正の整数であり、そして環の置換は１、２、４である〕；
［（Ｈ２Ｃ−Ｈ２Ｃ）ｍ−Ｄ３−（ＣＨ２ＣＨ２Ｓ４−）ｎ−ｍ］ｏ［Ｈ］ｑ
〔式中、ＤはＲＳｉＯ−単位を示し、それぞれのｍは独立して１もしくは２であり、ｎは３であり、それぞれのｏおよびｑは独立して正の整数であり、そして環の置換はケイ素原子上で起こる〕
からなる群の少なくとも１種である、請求項７に記載の充填剤入り硫黄加硫可能エラストマー組成物。
【請求項１７】
請求項７に記載の組成物を硬化したもの。
【請求項１８】
ウェザー・ストリップ、ホース、ベルト、シール、ガスケットもしくは靴底として提供される、請求項１７に記載の組成物を硬化したもの。
【公表番号】特表２０１２−５０７５６０（Ｐ２０１２−５０７５６０Ａ）
【公表日】平成２４年３月２９日（２０１２．３．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５３４７９２（Ｐ２０１１−５３４７９２）
【出願日】平成２１年１０月３０日（２００９．１０．３０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００９／０６２６６８
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／０５１３９８
【国際公開日】平成２２年５月６日（２０１０．５．６）
【出願人】（５０８２２９３０１）モメンティブ パフォーマンス マテリアルズ インコーポレイテッド (120)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２４年３月２９日（２０１２．３．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１０月３０日（２００９．１０．３０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００９／０６２６６８
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／０５１３９８
【国際公開日】平成２２年５月６日（２０１０．５．６）
【出願人】（５０８２２９３０１）モメンティブ パフォーマンス マテリアルズ インコーポレイテッド (120)
【Ｆターム（参考）】
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