一種低生熱高耐磨橡膠組合物及其製造方法
2023-12-03 18:41:01 1
一種低生熱高耐磨橡膠組合物及其製造方法
【專利摘要】本發明涉及一種低生熱高耐磨橡膠組合物及製造方法，這種橡膠組合物是由(A)100重量份橡膠；(B)5-120重量份炭黑；(C)0-100重量份白炭黑；(D)0-20重量份偶聯劑；0-20重量份加工油；0.5-8重量份活性劑；0.5-8重量份防老劑；共0.5-8重量份的促進劑和硫化劑組成。這種組合物製造方法，包括如下步驟：第一步，橡膠與炭黑混煉成炭黑母膠；橡膠與白炭黑、偶聯劑混煉成白炭黑母膠，偶聯劑用量是白炭黑的0.5wt％20wt％；當組合物中有加工油時在白炭黑母膠混煉時加入；第二步，把製備好的炭黑母膠和白炭黑母膠與防老劑、活性劑、促進劑和硫化劑按組合物比例混煉製備終煉膠。本發明應用到輪胎胎面中可以降低輪胎滾動阻力、降低生熱、提高耐磨性、提高輪胎使用壽命。
【專利說明】一種低生熱高耐磨橡膠組合物及其製造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及橡膠領域，特別涉及輪胎製造領域。
【背景技術】
[0002]汽車使用要消耗大量能源同時又排放大量的二氧化碳，降低膠料的動態滯後損失從而降低滾動阻力、減少耗油量、降低碳排放一直備受人們關注。與降低滾動阻力有關的法律法規也相應出臺，如歐洲的標籤法、美國的SmartWay認證，都要求降低輪胎滾動阻力，其中降低胎面膠的動態滯後損失和生熱是降低輪胎滾動阻力的最直接也是最有效的手段之一。目前降低膠料動態滯後損失導致輪胎滾動阻力和生熱下降的有效手段是大量使用白炭黑來替代炭黑，但由於白炭黑的分散以及與聚合物的結合不好所帶來的負面影響就是耐磨性的降低，因而有許多研究者在這方面做了大量工作。
[0003]如專利(申請號97191118.5)提出通過一種改性矽油作分散劑提高白炭黑分散性，改進生熱和耐磨性能、降低門尼粘度。但用這種方法一方面可能導致部分矽油先與炭黑結合，減少了橡膠與炭黑結合的可能性，不能充分發揮炭黑的耐磨性能，另一方面在專利中既加入了改性矽油又使用了偶聯 劑，會導致成本增加，並且改性矽油不容易獲得，傳統的橡膠加工企業尤其輪胎廠不容易組織生產。再如專利(申請號201010119205.3)提出通過傳統混煉設備採用兩步驟混煉方法改進白炭黑分散，其中第二步混煉時加入炭黑同時也混入橡膠通用的助劑如防老劑、活性劑等，一些低分子物質會吸附到炭黑表面，減少了炭黑與橡膠之間的作用，會導致炭黑對耐磨性貢獻降低。
[0004]本發明利用目前橡膠通用原材料，在通用混煉設備基礎上，應用新配方和新工藝既提高白炭黑與橡膠結合和分散又改進炭黑與橡膠結合，從而達到降低滾動阻力和提高耐磨性的目的。
【發明內容】
[0005]針對現有技術的問題，本發明的目的是提供一種橡膠組合物及製備工藝，應用該工藝製備的該組合物可以用於輪胎製造特別是低滾動阻力輪臺製造，降低生熱，降低滾動阻力同時提高耐磨性。
[0006]本發明是基於以下可能的原理進行實施:
[0007]眾所周知，通過應用白炭黑和矽烷偶聯劑可以大大降低膠料動態滯後損失即tan δ值,通常用膠料50_80°C, 1-1OOHz條件下的tan δ值來表徵輪胎滾動阻力，tan δ低時輪胎滾動阻力小，但大量應用白炭黑會使輪胎耐磨性能下降，影響輪胎使用壽命，尤其在卡車輪胎中，因而在卡車輪胎膠料中一般使用白炭黑同時要使用炭黑，以確保磨耗性能。炭黑與橡膠結合的越好補強性能越好，本發明除了在配方上作較大改進外，混煉工藝也作較大改進。傳統混煉工藝中炭黑、防老劑、活性劑都一起加入，炭黑表面會吸附這些低分子物質，降低炭黑與橡膠的結合，降低補強效果，因而使耐磨性降低。而採用本發明的配方和製備工藝，橡膠可以預先分別與炭黑、白炭黑/偶聯劑混鍊形成母膠，再力入防老劑、活性劑等低分子物質時，耐磨性會提高，生熱會下降。白炭黑和炭黑的母膠混合時，微觀上使炭黑粒子之間距離和白炭黑粒子之間距離加大，減少聚集，使tan δ值降低，從而降低輪胎滾動阻力和輪胎生熱。
[0008]本發明進一步涉及如下實施方式:
[0009]一種低生熱高耐磨橡膠組合物，由
[0010](A) 100重量份橡膠；
[0011](B) 5-120重量份炭黑；優選10-100重量份炭黑；更優選15_80重量份炭黑；
[0012](C)O-1OO重量份白炭黑；優選10-90重量份白炭黑；更優選15_80重量份白炭黑；
[0013](D) 0-20重量份偶聯劑；
[0014]0-20重量份力工油；0.5-8重量份活性劑；0.5-8重量份防老劑；共0.5-8重量份的促進劑和硫化劑組成；
[0015]所述橡膠組合物製造方法，包括如下步驟:
[0016]第一步，分別混煉炭黑母膠和白炭黑母膠:
[0017]橡膠與炭黑混煉成炭黑母膠；
[0018]橡膠與白炭黑、 偶聯劑混煉成白炭黑母膠(當有加工油時，在製備白炭黑母膠時加入)；
[0019]第二步，將所述炭黑母膠、白炭黑母膠、防老劑、活性劑、促進劑、硫化劑按組合物比例混煉製備成終煉膠。
[0020]根據上述的橡膠組合物，其中橡膠(A)為煙片膠、標準膠、含二烯烴單元的合成橡膠的一種或多種。
[0021]根據上述的橡膠組合物，其中炭黑⑶比表面積為50-160m2 / g，優選70_140m2 /g，更優選 80-130m2 / g ;吸油值為 45-162ml / 100g，優選 85_142ml / 100g，更優選95-132ml / 100go
[0022]根據上述的橡膠組合物，其中白炭黑(C)的比表面積為50-300m2 / g，優選100-250m2 / g，更優選 150-200m2 / g。
[0023]根據上述的橡膠組合物，其中與白炭黑一起混合的偶聯劑為白炭黑用量的0.5wt% 優選 lwt%--15wt%。
[0024]根據上述的橡膠組合物，其中偶聯劑(D)為有機矽烷偶聯劑、鈦酸酯偶聯劑、鋯酸脂偶聯劑、硝基偶聯劑、醇類化合物或它們的組合，優選有機矽烷偶聯劑。
[0025]根據上述的橡膠組合物，其中所述加工油為石油系加工油，優選芳烴油或環烷油。
[0026]根據上述的橡膠組合物，其中促進劑包括但不限於次磺醯胺類促進劑、噻唑類促進劑、秋蘭姆類促進劑、胍類促進劑或它們的組合，硫化劑包括但不限於硫黃、不溶性硫黃、充油硫黃、硫黃給予體或它們的組合。
[0027]根據上所述的橡膠組合物，其中製備步驟第一步，白炭黑母膠混煉工藝:混煉時間
2-10分鐘，混煉溫度達到110-180。。(優選130-160。。)時保持0.5-5分鐘，優選1-3分鐘，當組合物中有加工油時在白炭黑母膠混煉時加入；炭黑母膠混煉工藝:混煉時間0.5-10分鐘，優選2-5分鐘。
[0028]根據上述的橡膠組合物，其中第二步製備終煉膠方法為一段混煉或多段混煉。
[0029]本發明還涉及一種橡膠製品，其使用根據上述的橡膠組合物製備得到。[0030]本發明使用的橡膠可以是本領域中的任何橡膠，包括但不限於1#煙片膠、2#煙片膠、3#煙片膠、5#標準膠、10#標準膠、20#標準膠、含二烯烴單元橡膠中的一種或多種。橡膠的用量為100重量份。
[0031 ] 本發明使用的炭黑比表面積為50-160m2 / g，優選70_140m2 / g，更優選80-130m2 / g ;吸油值為 45-162ml / 100g，優選 85_142ml / 100g，更優選 95_132ml /100g0 一般使用的炭黑種類包括但不限於附34川115、附10川121、吧34、吧20、吧75川330、N339，炭黑的用量為5-120重量份，優選10-100重量份，更優選15-80重量份。
[0032]本發明使用的白炭黑比表面積值為50-300m2 / g，優選100_250m2 / g，更優選150-200m2 / g0白炭黑的用量為0-100重量份；優選10-90重量份；更優選15-80重量份；
[0033]本發明使用的偶聯劑為有機矽烷偶聯劑、鈦酸酯偶聯劑、鋯酸脂偶聯劑、硝基偶聯齊?、醇類化合物或它們的組合，優選有機矽烷偶聯劑。所述有機矽烷偶聯劑用以下通式表示:
[0034](Rn- (RO) 3-nS1- (Alk) m- (Arp) q (A)(I)
[0035]Rn，(RO)3_nSi_(Alk)(II)
[0036]或Rn』(RO) 3_nSi_ (AlkenyI)(III)
[0037]式中，當q=l 時，A 為-SCN，-SH, -Cl, -NH2 ；
[0038]當q=2 時，A 為-Sx-;
[0039]R和R』為碳原子從I至4的支化或直鏈的烷基或酚基，R和R』可以相同，也可以不同；
[0040]η 為 0，1 或 2;
[0041]Alk是含有I至6個碳原子的直鏈或支鏈烴基；
[0042]AlkenyI是含有I至6個碳原子的直鏈或支鏈烯基；
[0043]m 為 O 或 I ;
[0044]Ar是含有6至12個碳原子的芳基；
[0045]P為O或1，P和η不能同時為O ;
[0046]X 為 2 至 8 ;
[0047]其中最常用的為·雙(二乙氧基丙基矽烷)四硫化物和二硫化物。用量為0-20重量份。與白炭黑一起混合的偶聯劑為白炭黑用量的0.5wt% -20wt%,優選lwt% -15wt%。
[0048]本發明使用的活性劑為氧化鋅、硬脂酸；使用的加工油為石油系加工油優選芳烴油或環烷油，防老劑為對苯二胺類防老劑、喹啉類防老劑和物理防護劑微晶蠟，一般防老劑包括但不限於防老劑6PPD、防老劑RD、微晶防護蠟；促進劑為次磺醯胺類促進劑、噻唑類促進劑、秋蘭姆類促進劑、胍類促進劑或它們的組合，包括但不限於促進劑NS、促進劑CZ、促進劑DPG ;硫化劑為硫黃、硫黃給予體或它們的組合，包括但不限於普通硫磺粉、不溶性硫黃、充油硫黃。
【具體實施方式】
[0049]下面用實施例進一步描述本發明，但是本發明的範圍不受這些實施例的限制。
[0050](一 )實施例和對比例使用以下儀器設備及測定方法測定:
[0051]表1橡膠樣品製備的儀器設備
[0052]
【權利要求】
1.一種低生熱高耐磨橡膠組合物，由 (A)100重量份橡膠； (B)5-120重量份炭黑；優選10-100重量份炭黑；更優選15-80重量份炭黑: (C)O-1OO重量份白炭黑；優選10-90重量份白炭黑；更優選15-80重量份白炭黑； (D)0-20重量份偶聯劑； 0-20重量份加工油；0.5-8重量份活性劑；0.5-8重量份防老劑；共0.5-8重量份的促進劑和硫化劑組成； 所述橡膠組合物製造方法，包括如下步驟: 第一步，分別混煉炭黑母膠和白炭黑母膠: 橡膠與炭黑混煉成炭黑母膠； 橡膠與白炭黑、偶聯劑混煉成白炭黑母膠(當有加工油時，在製備白炭黑母膠時加入); 第二步，將所述炭黑母膠、白炭黑母膠、防老劑、活性劑、促進劑、硫化劑按組合物比例混煉製備成終煉月父。
2.根據權利要求1所述的橡膠組合物，其中橡膠(A)為煙片膠、標準膠、含二烯烴單元的合成橡膠的一種或多種。·
3.根據權利要求1所述的橡膠組合物，其中炭黑(B)比表面積為50-160m2/ g，優選70-140m2 / g，更優選 80-130m2 / g ;吸油值為 45_162ml / 100g，優選 85_142ml / 100g，更優選 95-132ml / 100go
4.根據權利要求1所述的橡膠組合物，其中白炭黑(C)的比表面積為50-300m2/ g，優選 100-250m2 / g，更優選 150-200m2/g。
5.根據權利要求1所述的橡膠組合物，其中與白炭黑一起混合的偶聯劑為白炭黑用量的 0.5wt % -20wt %,優選 Iwt %--15wt %。
6.根據權利要求1所述的橡膠組合物，其中偶聯劑(D)為有機矽烷偶聯劑、鈦酸酯偶聯劑、鋯酸脂偶聯劑、硝基偶聯劑、醇類化合物或它們的組合，優選有機矽烷偶聯劑。
7.根據權利要求1所述的橡膠組合物，其中所述加工油為石油系加工油，優選芳烴油或環燒油。
8.根據權利要求1所述的橡膠組合物，其中促進劑包括但不限於次磺醯胺類促進劑、噻唑類促進劑、秋蘭姆類促進劑、胍類促進劑或它們的組合，硫化劑包括但不限於硫黃、不溶性硫黃、充油硫黃、硫黃給予體或它們的組合。
9.根據權利要求1所述的橡膠組合物，其中製備步驟第一步，白炭黑母膠混煉工藝:混煉時間2-10分鐘，混煉溫度達到110-180°C (優選130-160°C )時保持0.5-5分鐘，優選1-3分鐘，當組合物中有加工油時在白炭黑母膠混煉時加入；炭黑母膠混煉工藝:混煉時間0.5-10分鐘，優選2-5分鐘。
10.根據權利要求1所述的橡膠組合物，其中第二步製備終煉膠方法為一段混煉或多段混煉。
11.一種橡膠製品，其使用根據權利要求1-10所述的橡膠組合物製備得到。
【文檔編號】C08K13/02GK103849013SQ201410033355
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2014年1月23日 優先權日:2014年1月23日
【發明者】王夢蛟, 周宏斌, 劉震 申請人:怡維怡橡膠研究院有限公司