处理长丝或纱线以改善橡胶的粘附性的制作方法_2

文档序号:8460405阅读:来源:国知局
异氰酸酯(可从Cray Valley USA LLC,Exton,PA商购获得)非常适用 于这些目的。KrasoP LBD二异氰酸酯试剂由丁二烯的低聚物形成,并且为提供双键的构 件,所述双键不参与交联反应但为作为橡胶硫化位点所需要的。包含不参与交联反应的其 它可用官能团的一官能环氧树脂和/或异氰酸酯单体可以少量(< 10摩尔% )添加到该 试剂混合物中。示例性材料包括单体,如1,2_环氧-9-癸烯和异氰酸烯丙酯(两者均可从 Sigma-Aldrich,St. Louis,M0 商购获得)。
[0029] 在一些实施例中,尤其对于仅施加单个涂层而言,使用缩水甘油基甘油醚、4, V -亚甲基二苯基二异氰酸酯(MDI)和Krasof LBD二异氰酸酯的共混物。
[0030] 在另一个实施例中,在使第一试剂混合物交联之后,将未硫化涂覆试剂的第二混 合物施涂于先前用第一混合物处理的长丝或纱线的外表面,所述第二试剂混合物包含第二 多官能异氰酸酯低聚物和第二多官能环氧低聚物,其中在第二混合物中的总异氰酸酯基团 与总环氧基团的比率在0. 8至1. 2的范围内。在这种类型的一个示例中,第一涂层由缩水 甘油基甘油醚和MDI形成。这获得具有高交联密度的相对"硬"网络,其模拟相邻纤维表面 的硬度。第二(外)层涂层由缩水甘油基甘油醚和Krasol 11 LBD二异氰酸酯形成,或者由所 有三种试剂(即,缩水甘油基甘油醚、Kras〇l?LBD二异氰酸酯和MDI)的混合物形成。这 种第二外层将是较软的,模拟其将最终遇到的橡胶界面。
[0031] 第一混合物和第二混合物的组成可以不同。在纤维或纱线表面上顺序施加两种 (或更多种恶唑烷酮网络结构提供了垂直于所述纤维或纱线的中心轴线的组成梯度。此 类梯度结构允许不同界面(纤维表面和网络之间以及网络和橡胶之间)的优化,从而进一 步提供粘附性能的改善将第一混合物配制成具有对纤维材料的更大亲和力,而将第二混合 物配制成具有对橡胶的更大亲和力。
[0032] 第一混合物和第二混合物的多官能异氰酸酯低聚物包含两个或更多个异氰酸酯 官能团。第一混合物和第二混合物的多官能环氧低聚物包含两个或更多个环氧环。在一些 实施例中,第一混合物的第一多官能异氰酸酯低聚物与第二混合物的第二多官能异氰酸酯 低聚物不同。在一些其它实施例中,第一混合物的第一环氧低聚物与第二混合物的第二环 氧低聚物不同。在另一个实施例中,第一混合物的第一多官能异氰酸酯低聚物与第二混合 物的第二多官能异氰酸酯低聚物不同,并且第一混合物的第一环氧低聚物与第二混合物的 第二环氧低聚物不同。
[0033] 已发现,先前涂覆的长丝或纱线可涂覆有催化剂,这可以是有益的。可使用任何合 适的催化剂诸如胺催化剂,合适的示例为DABC0(1,4-二氮杂二环[2. 2. 2]辛烷)和二环己 基乙胺、三丁基胺。
[0034] 由此形成的i恶唑烷酮和/或异氰酸酯网络被赋予多个氢键受体位点,所述位点允 许与极性聚酰胺或共聚酰胺长丝表面协同键合相互作用。因此,将此类材料(如上文所述 的那些)添加到已用于当前常规RFL预浸渍制剂中的"标准"环氧乙烷和异氰酸酯试剂中 时,新网络结构成为可能。在这些新网络结构中的聚丁二烯片段提供可化学共硫化到橡胶 基质中的局部高浓度双键。围绕纤维表面的聚丁二烯状环境的有利之处还在于它们可与橡 胶相物理相容。因此,网络良好互穿到橡胶层中可在共硫化之前进行,因此可实现纤维和橡 胶之间的高化学粘合水平。
[0035] 环氧树脂和异氰酸酯试剂的混合物中的交联反应(硫化步骤)经由邊、唑烷酮环 (环氧+异)和异氰酸酯环(异三聚反应)的形成来进行。各自的相对速率取决于许多因 素诸如异环氧树脂化学计量、反应温度和催化剂的选择。
[0036] 包含反应性胺、羟基或其它化学基团的其它试剂也可用作合适的构件,只要其能 够共反应到新生网络结构中以帮助聚酰胺或共聚酰胺纤维表面上的交联发展即可。例如, 含胺试剂可与已经描述的异氰酸酯和环氧乙烷构件两者反应,以最终提供更复杂的网络构 造,所述网络构造提供不同的化学和物理属性。形成互穿网络结构的助剂也是可以的,并且 这些将提供其它性能优点。
[0037] 如上所述,此类组合物消除了对当前RFL技术所需的预浸渍的需要。
[0038] 帘子线和织物
[0039] 在很多情况下,长丝或纱线成型为用于轮胎、带和软管的帘子线或织物。通常,帘 子线是由两个或更多个长丝或纱线构成的加捻或成型结构。帘子线的常用形式是其中长丝 或纱线全部以相同方向对准的形式。这有时被称为单向结构或层片。另选地,长丝或纱线 可以呈织物的形式。织物可以为织造的,可以为单向的,具有或不具有粘合剂,可以为多轴 的,其中长丝或纱线的层在不同取向上,或者可以为三维的。这些织物样式中的每一种均是 本领域熟知的。可在形成帘子线或织物之前或之后,将粘合增进涂料施涂到帘子线或织物 上。
[0040] 橡胶和弾件体
[0041] 如本文所用,术语"橡胶"和"弹性体"互换使用,除非另有规定。术语"橡胶组合 物"、"复合橡胶"和"橡胶化合物"可互换使用,是指"已经与各种成分和材料共混或混合的 橡胶",并且此类术语对于橡胶混合和橡胶配混领域的技术人员是熟知的。术语"硫化"和 "硬化"也可互换使用。
[0042] 适用于本发明的弹性体包括天然橡胶、合成天然橡胶和合成橡胶。合成橡胶化合 物可以为被常用有机溶剂溶解的任何化合物,并且可包括聚氯丁二烯和硫改性的氯丁二 烯、烃橡胶、丁二烯-丙烯腈共聚物、丁苯橡胶、氯磺化聚乙烯、含氟弹性体、聚丁二烯橡胶、 聚异戊二烯橡胶、丁烯和卤代丁基橡胶等等。天然橡胶、丁苯橡胶、聚异戊二烯橡胶和聚丁 二烯橡胶是优选的。还可利用橡胶的混合物。
[0043] 弹性体硫化成最终形状在热模具中进行。对于不同的产品类型和弹性体制剂而 言,硫化温度和硫化时间将有差别,但典型的值为约150至180°C的硫化温度,以及约12至 25分钟的硫化时间。就大型制品而言,硫化时间可以更长。在硫化其中长丝或纱线被加热 的未硫化橡胶期间,涂覆到长丝或纱线的表面上的第一试剂混合物和第二试剂混合物的双 键的网络共硫化到橡胶基质中。
[0044] 纤维增强复合材料
[0045] 纤维增强复合材料包含浸渍有基质树脂的增强纱线或丝束。合适的纱线或丝束包 括对位芳族聚酰胺、碳、玻璃和陶瓷。发现一系列天然纤维诸如棉、亚麻、剑麻、洋麻和黄麻 越来越多地应用于纤维增强材料中。增强可以为织造织物、单向或非卷曲的织物、稀松布或 非织造织物。所谓非织造物是指其中长丝或纱线呈无规取向的织物。
[0046] 树脂基质可以为热固性或热塑性的。示例性热固性树脂包括环氧树脂、酚醛树脂、 氰酸酯树脂和双马来酰亚胺树脂。树脂含量通常占纤维加树脂的重量的约25至40重量%。
[0047] 用于处理长丝或纱线的方法
[0048] 就包含异氰酸酯和环氧乙烷试剂的组合但不包含催化剂的制剂而言,交联可以被 热触发,例如高于150°C。在一些实施例中,预溶解于有机溶剂诸如甲乙酮(MEK)、四氢呋喃 或1,4二氧杂环己烷中的完整的制剂可在室温下以单次运行的形式施加于纤维或纱线上。 溶剂的量可以为20至50%,但其它量也是可以的。就为非粘滞液体的试剂而言,可使用较 少量溶剂,并且在一些情况下,甚至可以完全避免溶剂。溶液的浓度越大,最终施加于纤维 的涂层"越厚"。
[0049] 加热涂覆的纤维将随溶剂蒸发而触发新网络形成。异氰酸酯可以未封端或封端 (保护)形式使用。使用封闭异氰酸醋诸如购自EMS-Chemie(Sumter,SC)的GHIbond? IL-6获得水基制剂,其中水用于分散封闭异氰酸酯和环氧乙烷试剂。在这种情况下,不需 要有机溶剂。还可在室温下使用未封闭异氰酸酯和环氧乙烷试剂催化触发唑烷酮网络形 成。在这种情况下,可使用两次浸渍法,首先将催化剂(通常为受阻叔胺如DABC0(1,4-二 氮杂二环[2.2.2]辛烷))施加于纤维表面,随后施加试剂混合物。作为另外一种选择,在 纤维表面上的添加顺序可以是相反的。
[0050] 在一个实施例中,用于处理合成或天然纤维长丝或纱线以改善其对橡胶、弹性体 或树脂的粘附性的方法包括以下步骤:
[0051] (a)使长丝或纱线暴露于包含多官能异氰酸酯低聚物和多官能环氧低聚物的试剂 混合物,其中所述第一混合物中的总异氰酸酯基团与总环氧基团的比率在〇. 8至1. 2的范 围内,以及
[0052] (b)将所述经暴露的长丝或纱线加热到至少100°C的温度,由此所述环氧低聚物 和异氰酸酯低聚物交联并且在所述长丝或纱线的表面上形成网络,前提条件是存在于所述 环氧低聚物和异氰酸酯低聚物中的双键不参与交联反应。<
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