专利名称：有包含一种含有氧吸附性活性炭分散体的橡胶组合物的氧阻透成分的充气轮胎的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种有氧气阻透成分的充气轮胎，该成分包含一种含有 氧吸附性活性炭分散体的橡胶组合物。该氧气阻透成分可以是该轮胎的 内件或外件。该氧气阻透成分意图是阻滞大气氧向轮胎内部的内橡胶成 分中渗移。在一种实施方案中，该氧气阻透成分可以呈下列中一种或多
种的形式配置于胎体层与胎内衬橡胶层之间的氧气阻透橡胶层，覆盖 周向带束层的轴向外边的氧气阻透橡胶层，外胎側氧气阻透橡胶层，和 轮胎胎面。
背景技术：
充气轮胎往往含有内橡胶成分和外橡胶成分，这些成分可能遭遇到 对大气氧的暴露，包括对可能已经渗移到胎体中的大气氧的暴露。
对于本发明来说，希望的是通过适当配置一种或多种氧气阻透成分 来阻滞大气氧向充气橡胶轮胎的各种成分包括内件的渗移。
外轮胎部件是典型地可用肉眼观察的部件，可以包括诸如轮胎外胎 面(通常含有轮胎的行驶表面)、外胎侧层和轮胎胎圈包布部件。
内轮胎部件是典型地不容易用肉眼观察的部件，可以包括轮胎外胎 面层下的轮胎胎面底层、含有帘线加强层的带束橡胶层、含有帘线加强 的胎体帘布橡胶层、内胎侧橡胶层、内胎侧三角胶芯部件、和除所述三 角胶芯部件外的内胎侧橡胶硬化插入物。
因此， 一方面，内氧气阻透橡胶层可以配置于一个帘线增强橡胶胎 体层与一个轮胎内衬橡胶层之间，因而，要配置或位于充气轮胎内衬橡 胶层ffl比邻并在其下。
在实践中，轮胎内衬橡胶层典型地是对空气(包括氧气)相对不可 渗透的，因而能抑制氧气从充气轮胎的腔向轮胎胎体例如轮胎胎体层及 其它轮胎部件渗移。
为了这样的目的，充气轮胎内衬橡胶层典型地在轮胎胎腔内包含一 个丁基橡胶系橡胶内衬层，旨在抑制空气、尤其氧气从轮胎胎腔向轮胎
胎体的渗透，这是此类轮胎业内技术人员众所周知的一个特色。这样的 丁基橡胶("丁基橡胶"这一术语在本文中意在包括卣丁基橡胶例如溴 丁基橡胶和氯丁基橡胶，除非另有指出)典型地是对空气包括氧气和水 分相对不可渗透的，而且往往用来作为轮胎内村组合物的主要部分。例
如，见美国专利No. 3，308,177以及No. 6,390,164和No. 6,345,656。
因此，本发明的一个方面是一种有一个附加内氧气阻透橡胶层的充 气轮胎，所述附加层毗邻这样的轮胎内衬层并在其下(例如配置于该轮 胎内衬橡胶层与胎体帘布层之间)以进一步抑制氧气向轮胎胎体(例如 向轮胎胎体帘布层)渗移。
这样的内氧气阻透橡胶层含有一种氧气吸附性颗粒状活性炭分散 体，以吸附这样的氧气从而抑制其经由这样的氧气阻透橡胶层渗移。这 样内氧气阻透层可以包含，例如， 一种包含天然顺式1,4-聚异戊二烯橡 胶的弹性体，该弹性体也含有该氧气吸收性活性炭分散体。该充气轮胎 内衬橡胶层可以包含丁基橡胶例如一种囟丁基橡胶如溴丁基橡胶和氯 丁基橡胶中至少一种，后者也可以含有非卣代丁基橡胶。
这样底下氧气阻透橡胶层一般无意暴露于该充气轮胎腔内表面，且 较好不包括(例如，较好不含有)丁基橡胶。
在本发明的一个进一步方面，提供的是一种有一个外胎侧氧气阻透 橡胶层的充气轮胎，该橡胶层配置为轮胎胎侧的外表面，以抑制大气氧 向轮胎其余胎体渗移。
这样的胎侧氧气阻透橡胶层含有一种氧气吸附性颗粒状活性炭分 散体，而且可以包含诸如包含顺式1，4-聚异戊二烯橡胶与顺式1，4-聚丁 二烯橡胶的组合的弹性体。
在本发明的另一个方面，可能理想的是通过提供一个氧气阻透橡胶 层来保护周向带束层(配置于轮胎胎面与轮胎胎体之间的帘线增强带束 层)的轴向外边(轮胎胎肩区的带束层边)，该氧气阻透橡胶层保护性 地覆盖(例如围绕该带束层的轴向外边延伸)可以简称为生胶条的胎冠 或衬丁的部分(在该橡胶组合物不含有织造帘线增强的意义上的生 胶)。
因此，对于本发明的另一种实施方案来说，所提供的充气轮胎有一 个在该轮胎的周向胎面下的周向帘线增强橡胶带束层，其中该带束层的 轴向边沿覆盖了一个含有氧气吸附性颗粒状活性炭分散体的氧气阻透
橡胶层。这样的氧气阻透橡胶层可以包含一种诸如主要包含天然顺式
1,4-聚异戊二烯橡胶的弹性体
在本发明的一个进一步方面，该轮胎胎面本身可以是一个通过包含 一种含有氧气吸附性颗粒状活性炭分散体以抑制大气氧向该轮胎其余 部分渗移的橡胶组合物而增强的氧气阻透层。
活性炭一般来说，在其孔隙的尺寸和密度可以有颇大差异的意义 上，可以是各种气体和液体的一种非常万能的吸附剂。
活性炭可以是，例如， 一种主要无定形的颗粒状炭形式，通常为一 种微晶的非石墨炭形式，有大的表面积和孔容，这会使其可用于提供吸 附各种气体和液体的吸附性能。例如，其平均比表面积(BET氮气吸附) 可以在，例如，约500~约2000mVg或甚至更大的范围内。这样的表面 积，与典型的橡胶增强性炭黑在诸如约8~约150mVg范围内的平均氮气 吸附(BET)表面积相比，有显著较大的量级，因而在本文中视为不包 括这样的橡胶增强性炭黑。
商业级活性炭通常简称为气相吸附剂和液相吸附剂，尽管因具体的 活性炭和要吸附的意向气体和/或液体而异，吸附剂能力可能在某种程度 上相互重叠。
一般来说，该活性炭的表面积越大，其吸附容量就越大，且该活性 炭的有效表面积在某种程度上取决于其孔容。 因此，大的表面积可以诸如促进如下
(A) 使甚小尺度的孔隙的数目最大化和/或
(B) 使甚大尺度的孔隙的数目最小化。
该孔隙往往在其尺寸的意义上由国际纯粹化学和应用化学联合会 简称为"微孔"、"中孔"和"大孔"。
微孔系指孔隙宽度〈1.8nm者，中孔系指孔隙宽度为1.8 50nm者， 而大孔系指孔隙宽度〉50nm者。微孔和中孔的存在和孔径大小分布可认 为对该活性炭的吸附容量有贡献。例如，相对高的中孔孔体积百分率(例 如，总孔体积的至少50%有约1.8 约50nm的孔隙宽度) 一般是所希望 的。
各种不同原材料均可通过碳化然后活化而用来作为活性炭的来 源，例如且无意局限于木片、锯末、木质素、椰子壳、煤和碳黑渣，不 胜枚举。
各种不同的活性炭制备方法均可使用。例如，活性炭可以用2种各 异的方法之一制备，即
(A) 化学活化，或
(B) 热活化。
例如，热活化典型地涉及在原材料初步碳化之后该碳在相对高温度 下气化。例如，化学活化典型地涉及在显著较低温度下的化学脱水/缩合 反应。例如，木质材料如木质素-纤维素材料可以用一种化学活化剂如磷 酸或氯化锌处理。这样的木质素-纤维素材料可以是诸如木片和/或锯 末。各种活性炭制备方法是业内技术人员众所周知的。
若希望，也可以在该碳的活化期间，诸如通过在该碳表面上自由基 的相互作用来生成各种官能团，以赋予该活性炭的表面以化学反应性， 从而进一步影响其吸附能力和性能。
活性炭已经有商业性制造并投放市场多年，作为各种气体和液体的 吸附剂(包括诸如用于防毒面具和汽车汽油回收罐以及很多其它用途) 因而是业内技术人员众所周知的，各种制备方法也如此。
专利No.5,206，207 、 No. 5，212,144 、 No.5,250，491 、 No.6，337，302 、 No.6,863,713和No.6,696，384 (使用羧曱基纤维素后处理)以及早期的 美国专利No.2，083，303和No.2，508,474。
用于各种目的的各种市售活性炭的代表是，例如，Mead Westvaco 公 司 的 活 性 炭 如
WV-A900, WV-A1100, WV-A1500, BAX950, BAX1100和BAX1500; Carbochem 乂> 司的活性炭如
CARBOCHEMTM
GS-75, GL80' VP-50, LP-30' DC-50' DC-40, LQ-卯O， LQ-1000, LQ卯OS， LQ-1240和 CA-10;
Calgon Carbon Corporation的活性炭和活性炭系例如
Ventsorb , Vapor Pac , Cal , Cane CalTM, CPGTM,
Filtrasorb , GW , MRX ，和WPL-WPH
对于本发明来说，希望的是该活性炭兼备适合于氧气吸附的表面积 和孔径分布，本文中认为其制备和用途在活性炭制备业内技术人员的能力之内而无需过多实验。
本文中认为，氧气吸附性活性炭填料分散体在轮胎的内或外橡胶部 件中的使用是新颖的，而且显著背离于过去的实践。
例如，本文中认为，这样的氧气吸附性橡胶部件作为丁基橡胶系轮 胎内衬橡胶层下的内橡胶层的用途是新颖的，而且显著背离过去的实 践。
例如，本文中进一步认为，这样氧气吸附性橡胶部件作为覆盖周向 轮胎带束层的轴向外边的内橡胶层的用途是新颖的，而且显著背离于过 去的实践。
在本发明的描述中，"phr"这一术语用来指定相对于每100份弹性 体包括丁基橡胶而言某一组分的重量份，除非另有指出。"弹性体"和 "橡胶"这些术语是可互换地使用的，除非另有指出。"固化"和"硫 化"这些术语是可互换地使用的，除非另有指出。
发明内容
按照本发明，提供一种有一个包含氧气阻透橡胶部件(例如橡胶 层)的部件的充气轮胎，该部件含有一种氧气吸附性颗粒状活性炭分散 体(以抑制氧气经由这样的氧气阻透橡胶部件的渗移)。
所述部件可以是该轮胎的内件或外件。
在本发明的一种实施方案中，该充气轮胎的氧气阻透部件是一种外 氧气阻透橡胶部件，包含外轮胎胎侧层、轮胎胎圈包布和轮胎胎面中至 少一种(以抑制氧气经由这样的氧气阻透部件的渗移)。
在本发明的另一种实施方案中，该氧气阻透部件是一种内氧气阻透 橡胶部件，选自轮胎外胎面橡胶层下的轮胎胎面基部橡胶层、覆盖周向 帘线增强橡胶带束层轴向外端的橡胶层、内胎侧橡胶层、内胎侧三角胶 芯部件和内胎侧橡胎增强插入物中至少一种(以抑制氧气经由这样的氧 气阻透部件的渗移)。
在本发明的一种进一步实施方案中，所提供的充气轮胎有一个配置 于轮胎胎体帘布层与轮胎内衬橡胶层之间的内氧气阻透橡胶层，其中所 述氧气阻透橡胶层包含例如顺式1，4-聚异戊二烯橡胶而且含有所述氧气 吸附性颗粒状活性炭分散体。
在本发明的一种追加实施方案中，该内衬橡胶层包含丁基橡胶和卣
丁基橡胶中至少一种，其中该卣丁基橡胶可以包含，例如，浃丁基橡胶 和氯丁基橡胶中至少一种。
在本发明的一种进一步实施方案中，该轮胎内衬橡胶层下的内下氧 气阻透橡胶层是不包括丁基橡胶和卣丁基橡胶的。
在实践中，该橡胶内衬空气阻透橡胶层较好不包括所述内下氧气阻 透橡胶层中所含的氧气吸附性活性炭。
在本发明的 一种追加实施方案中，所提供的充气轮胎含有所述轮胎 的周向胎面下的周向帘线增强橡胶带束层，其中所述带束层的轴向边覆
盖一种呈一个包含诸如天顺顺式1,4-聚异戊二烯橡胶的氧气吸附性橡胶 层的形式的氧气吸附性部件，该部件含有一种氧气吸附性颗粒状活性炭 分散体(以抑制氧气经由该氧气吸附性橡胶层向该带束层的轴向边的渗 移)。
在本发明的一种进一步实施方案中，所提供的充气轮胎有一个含有 一种氧气吸附性颗粒状活性炭分散体的外部外胎側橡胶层(以抑制大气 氧经由外胎侧橡胶层的渗移)。
在本发明的 一种追加实施方案中，所提供的充气轮胎有 一个含有该 胎面的行驶表面的外胎面橡胶层，该胎面包含一种含有氧气吸附性颗粒 状活性炭分散体的橡胶组合物。
在本发明的一种进一步实施方案中，所提供的充气轮胎有一个在胎 面外橡胶层下的胎面基部橡胶层(该胎面外橡胶层含有该胎面的行驶表 面)，其中该胎面基部橡胶层包含一种含有氧气吸附性颗粒状活性炭分 散体的橡胶组合物。
为了本发明的进一步理解，提供了下列附图(图1、图1A和图1B)。 在这些附图中，提供了 一种充气轮胎的部分横截面来说明配置于轮 胎内衬橡胶层与轮胎胎体层之间、从而在轮胎内衬层下的内氧气阻透橡胶层。
在这些附图中，提供了该充气轮胎的部分横截面来说明一种有其轴 向(外)边覆盖的氧气阻透橡胶层的周向帘线增强橡胶带束层。
在图1 (以及图l-A和图l-B)中，所表述的轮胎(1 )有一个周向 橡胶胎面(2)、下周向胎面基部层(3)、下周向帘线增强橡胶带束层(5)、橡胶内衬丁基橡胶层(9)和帘线增强橡胶胎体帘布层(11)。
在一种实施方案中，该轮胎含有一个配置于内衬橡胶层(9)与轮 胎胎体帘布层(11 )之间的内氧气阻透层(10)。
该内氧气阻透层(10)是一种双烯系橡胶组合物，其橡胶主要包含 天然顺式-l,4-聚异戊二烯，该组合物含有一种氧气吸附性颗粒状活性炭 分散体以抑制氧气经由该氧气阻透层(10)向该轮胎的其余胎体例如胎 体帘层(11 )的渗移。该氧气阻透橡胶层(10)也含有除所述氧气吸附 性活性炭外的橡胶增强性碳黑的分散体。
内衬丁基橡胶层(9)包含一种溴丁基橡胶系橡胶组合物，该组合 物含有 一种橡胶增强性碳黑分散体而不包括所述内下氧气阻透橡胶层 (10)的氧气吸附性活性炭。
在图l-A中，表述了轮胎(1)的一种实施方案，其中胎面基部层 (3)下的带束层(5)显示为一种橡胶组合物(6),该组合物内帘线 增强层(4)以及覆盖其轴向外沿的氧气阻透生胶胎冠层(7)。
该氧气阻透橡胶层(7)是一种橡胶组合物，包含天然顺式-l,4-聚 异戊二烯橡胶而且含有一种氧气吸附性颗粒状活性炭分散体用于吸附 氧气，从而抑制氧气经由氧气阻透层(7)向该带束层(5)的轴向外边 的渗移。
图l-B类似于图l-A，所不同的是，在所表述的一种实施方案中， 一种橡胶三角堵块(8)配置于第一和第二带束层(5)的轴向外端之间， 是一种主要包含天然顺式-l,4-聚异戊二烯的双烯系橡胶组合物，而且含 有一种用于吸附氧气的氧气吸附性颗粒状活性炭分散体，从而能抑制氧 气经由该橡胶三角堵块(8)向带束层(5)的渗移。
在本发明的一种进一步实施方案中，含有用于接触地面的轮胎胎面 行驶表面和下轮胎胎面基部(3 )的轮胎胎面(2 )包含一种橡胶組合物， 该组合物含有至少一种双烯系橡胶而且含有一种氧气吸附性颗粒状活 性炭分散体，用于吸附氧气从而抑制氧气经由胎面向该轮胎其余胎体的 渗移。
在本发明的一种追加实施方案中， 一个外轮胎胎侧橡胶层(未显 示)包含一种橡胶组合物，该组合物包含至少一种双烯系橡胎而且含有 一种用于吸附氧气的氧气吸附性颗粒状活性炭分散体，从而能抑制氧气 经由外轮胎胎侧橡胶层向该轮胎的其余胎体的渗移。
以下实施例是为了本发明的进一步理解而提供的。份额和百分率均 以重量计，除非另有指出。
具体实施例方式
实施例I
包含一种天然橡胶系弹性体而且含有一种氧气吸附性颗粒状活性炭
分散体的所期待例示说明性氧阻透橡胶组合物表述为样品A和样品B。 所期待的橡胶样品A是为一种氧气阻透层提出的，该阻透层以一种
类似于附图中各图的方式配置于一个溴丁基橡胶系轮胎内衬层毗邻并
在其下(在轮胎胎体帘布层与轮胎内衬层之间)。
所期待的橡胶样品B是为一种氧气阻透层提出的，该阻透层以一种
类似于附图中图l-A的方式配置得能覆盖轮胎周向带束层的外边，或以
一种类似于附图中图l-B的方式作为一种橡胶三角堵块配置于2个重叠
周向带束层的轴向外边之间。
该橡胶组合物可以通过在密闭式炼胶机中混合各组分来制备。 各组分可以以至少一个顺序非生产性(NP)混炼阶段、随后一个添
加硫化剂的生产性(PR)混炼阶段进行混炼。
所提出的橡胶样品A和橡胶样品B说明于以下表1中。份额和百分
率均以重量计，除非另有指出。
表1
材料
非生产性混炼歩骤 天然顺式-l,4-聚异戊二烯橡胶 橡胶增强性碳黑(N330) 1 氧化锌
脂肪酸(主要为硬脂酸) 硬脂酸钴
氧气吸附性活性炭
阻透4羊品A
100
50
8
1
0
阻透样
品B
100
50
8
1
2
生产性混炼歩骤 硫碌
石充碌-克化促进剂
4
1.6 1 N330橡胶增强性碳黑，ASTM指定名称 2包含次磺酰胺类和quanidine类
这些橡胶样品可以通过在一个非生产性混炼阶段(NP )将弹性体连 同增强性填料及其它橡胶配合剂 一起在一 台密闭式炼胶机中混炼为期 例如约4分钟达到例如约160。C的温度来制备。然后，所得到的橡胶组 合物可以在 一 个生产性混炼阶段(PR)在 一 台密闭式炼胶机中与疏化剂 一起混炼为期例如约2分钟达到例如约IIO'C的温度。在该非生产性混 炼步骤与该生产性混炼步骤之间，可以将该橡胶组合物压片并冷却到40 'C以下。
实施例II
一种所期待的例示说明性无内胎充气橡胶轮胎可以以 一 种类似于 图1的方式在其内衬橡胶层下用实施例I的橡胶组合物样品A的一个内
氧气阻透橡胶层和以一种类似于附图中图l-A的方式用一个覆盖其带束
层的轴向外端的、实施例I的样品B的橡胶组合物的内氧气阻透层来制备。
这种生(未疏化)轮胎可以在一种适用轮胎疏化模型中以适用的温 度和时间硫化，形成一种^5克化轮胎。
虽然为了说明本发明之目的已经显示了某些代表性实施方案和细 节，但对于业内技术人员来说显而易见的是可以对其进行各种改变和修 饰，只要不背离本发明的精神或范围即可。
权利要求
1.有氧气阻透部件的充气轮胎，其特征在于包含一种含有氧气吸附性颗粒状活性炭分散体的氧气阻透橡胶。
2. 权利要求1的轮胎，其特征在于所述氧气阻透部件是一种外氧气阻透橡胶部件，包含外轮胎胎側层、轮胎胎圈包布和轮胎胎面中至少一种。
3. 权利要求1的轮胎，其特征在于所述氧气阻透部件是一种内氧气阻透橡胶部件，选自下列中至少一种轮胎外胎面橡胶层下的轮胎胎 面基部橡胶层，覆盖周向帘线增强橡胶带束层的轴向外端的橡胶层，内 胎侧橡胶层，内胎侧三角胶芯部件和内胎侧橡胶增强插入物。
4. 权利要求1的轮胎，其特征在于所述氧气阻透部件是一个配置于轮胎胎体帘布层与轮胎内衬橡胶层之间的内氧气阻透橡胶层，其中所 述氧气阻透橡胶层包含一种顺式-l，4-聚异戊二烯橡胶而且含有所述氧 气吸附性颗粒状活性炭分散体。
5. 权利要求1的轮胎，其特征在于所述氧气吸附性活性炭包含一种用氮气吸附法测定的平均比表面积为500~2000m2/g的微晶非石墨形 式的炭，且其中所述氧气吸附性活性炭的总孔体积的至少50%包含孔隙 宽度为1.8~50nm的孔隙。
6. 权利要求1的轮胎，其特征在于所述氧气吸附性活性炭制备如下(A) 化学活化法，包含化学脱水和缩合反应中至少一种，或(B) 热活化法，包含在初步碳化后使碳在高温下气化。
7. 权利要求1的轮胎，其特征在于所述氧气吸附性活性炭是通过用一种化学活化剂处理木素纤维素材料制备的。
8. 权利要求1的轮胎，其特征在于所述氧气吸附性活性炭含有该碳活化时自由基在该碳表面上相互作用而生成的官能团，以赋予该活性 炭表面以化学反应性。
9. 权利要求1的轮胎，其特征在于所述氧气吸附性活性炭是用羧甲基纤维素后处理的。
10. 权利要求l的轮胎，其特征在于所述氧气吸附性活性炭包含一种用氮气吸附法测定的平均比表面积为500 2000m2/g的微晶非石墨形 式的炭，且其中所述氧气吸附性活性炭的总孔体积的至少50%包含孔隙 宽度为1.8~50nm的孔隙。
全文摘要
本发明涉及一种有氧气阻透成分的充气轮胎，该成分包含一种含有氧吸附性活性炭分散体的橡胶组合物。该氧气阻透成分可以是该轮胎的内件或外件。该氧气阻透成分意图是阻滞大气氧向轮胎内部的内橡胶成分中渗移。在一种实施方案中，该氧气阻透成分可以呈下列中一种或多种的形式配置于胎体层与胎内衬橡胶层之间的氧气阻透橡胶层，覆盖周向带束层的轴向外边的氧气阻透橡胶层，外胎侧氧气阻透橡胶层，和轮胎胎面。
文档编号C08L9/00GK101200562SQ200710196079
公开日2008年6月18日 申请日期2007年11月30日 优先权日2006年11月30日
发明者P·H·桑德斯特伦 申请人:固特异轮胎和橡胶公司