专利名称：用于轮胎胎面的橡胶组合物的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是用于轮胎胎面的橡胶组合物，更具体地说，涉及的是用于轮胎胎面、能够增大摩擦力而不会实质性削弱滞后损失性能的橡胶组合物。
背景技术：
关于轮胎胎面使用的橡胶，人们出于安全的考虑一直在寻找具有高摩擦力的橡胶。另一方面，人们从环境和健康的角度出发，一直在寻找具有低滚动阻力的轮胎，即寻找在轮胎转动时具有低滞后损失的橡胶。为同时达到这两方面的性能，人们已知的有用二氧化硅配合的技术(例如，可参阅Journal of the Adhesion Society of Japan，Vol.37，No.5(2001)，pp.21 to26)。关于为什么二氧化硅会表现出这种特点，可以提及的是含二氧化硅的橡胶在低应力区具有低弹性模量这一事实。但是，由于必须使用硅烷偶联剂才能将二氧化硅与橡胶化学结合，所以二氧化硅与硅烷偶联剂之间的反应必须受到控制。特别是当复合大量的二氧化硅时，存在着反应过程中出现多种限制的问题。
发明内容
因而，本发明的目标在于提供用于轮胎胎面、能够增大摩擦力而不会实质性降低滞后损失性能的橡胶组合物。
本发明提供了用于轮胎胎面的橡胶组合物，它含有以重量计100份的二烯基橡胶和以重量计5到150份的炭黑，炭黑的氮吸附比表面积N2SA(m2/g)为80到150，并在着色强度(对于ITRB)(即TINT)(％)与邻苯二甲酸二丁酯吸附DBPA(ml/100g)之间满足关系式TINT(％)＞1.4DBPA(ml/100g)。
本发明还提供了用于轮胎胎面的橡胶组合物，它含有以重量计100份的平均玻璃化温度Tg在-50℃到-10℃范围的二烯基橡胶，以重量计5到150份的炭黑，炭黑的氮吸附比表面积N2SA(m2/g)为80到150并且邻苯二甲酸二丁酯吸附DBPA(ml/100g)在30到80的范围，和以重量计0到145份其它任意可选的填料。
本发明的最佳实施方案在本发明中，氮吸附比表面积N2SA(m2/g)是指使用2300型自动比表面积测量仪按照JIS K6217-2的方法测量的值，着色强度(对于ITRB)(即TINT)(％)是指在薄膜伸展法的条件下使用Densichron反射计按照JIS K6217-5的方法测量的值，而邻苯二甲酸二丁酯吸附DBPA(ml/100g)是指使用B型吸油计按照JIS K6217-4的方法测量的值。
发明人对于配合入二烯基橡胶的炭黑的种类进行了研究，结果发现，通过配合具有合适的颗粒尺寸及与其结构规模相比具有更高着色强度的炭黑，可以令人吃惊地获得低应力区的弹性模量与复合二氧化硅的情形时程度大致相同的橡胶组合物。
根据本发明，可以混合用于轮胎胎面的橡胶组合物的二烯基橡胶包括，例如，任何可用作制造轮胎的起始橡胶的二烯基橡胶。作为代表性的二烯基橡胶，可提及的有各种天然橡胶(NR)，各种聚异丁烯橡胶(IR)，各种聚丁二烯橡胶(BR)，各种聚苯乙烯-丁二烯共聚物橡胶(SBR)，乙烯-丙烯-二烯三元共聚物(EPDM)等等。这些橡胶可以单独使用，或使用它们的任意混合物。从提高摩擦力的角度考虑，本发明使用的平均玻璃化温度优选-50℃到-10℃、更优选-45℃到-20℃的二烯基橡胶是特别优选的。
根据本发明第一方面，用于轮胎胎面的橡胶组合物如上文所述包括以重量计5到150份、特别是以重量计10到140份的炭黑，其氮吸附比表面积N2SA(m2/g)为80到150，优选82到140，并在TINT(％)与邻苯二甲酸二丁酯吸附DBPA(ml/100g)之间满足关系式TINT(％)＞1.4DBPA(ml/100g)。
炭黑的氮吸附比表面积N2SA(m2/g)是表征炭黑颗粒尺寸的值，并按照JIS-K6217进行测量。着色强度TINT(％)是当炭黑用于例如有色墨水时的重要指标。它表明在涂覆与白色涂料混合在一起的炭黑时的亮度(以JIS-K6217测量)。颜色越黑，着色能力就越强。DBPA(ml/100g)是表征炭黑颗粒结构的值，并按照JIS-K6217测量。
如果用于本发明的炭黑的颗粒尺寸(即N2SA的值)太小，所获橡胶组合物抗破裂或抗磨性方面的特征就不合格，而相反，如果该值太大，就很难使炭黑在与橡胶等混合时充分地分散，并且抗破裂或抗磨性方面的特征因此变得不合格。本发明使用的炭黑的DBPA优选为30到80(ml/100g)，更优选40到78(ml/100g)。使用这个范围的DBPA可以进一步提高摩擦力。注意，也可以在不引起加工问题的程度上与炭黑一起使用二氧化硅。
本发明使用的炭黑的TINT(％)为DBPA(ml/100g)值的1.4倍，优选至少1.5倍，更优选1.6倍。至于与结构的规模相比具有大着色强度的炭黑，可以提及的有例如过去一直用于制作墨水的炭黑。这种炭黑的表面活性与橡胶使用的传统炭黑不同，因此，在混合后不会形成紧密结合的橡胶。另外，很少有被有力约束的橡胶分子，并且因此低应力区的弹性模量与配合二氧化硅时的情形一样变得较低。另外，如果炭黑的结构小，炭黑就难以在橡胶中形成网络结构，并且低应力区的弹性模量趋于进一步地降低。
进一步解释，过去用于轮胎胎面的炭黑，如果颗粒尺寸小(即N2SA大)并且结构大(即DBPA大)，就被认为是优选的。这是因为人们认为这种炭黑生成了许多紧密结合的橡胶，并表现出高的加固性。与此相反，本发明使用的炭黑具有合适的颗粒尺寸(即N2SA为80到150m2/g)和小的结构(即DBPA为30到80ml/100g)并且至今不能用于轮胎胎面。另外，关于TINT，曾有过具有大DBPA和高TINT的炭黑，但是具有高TINT和小DBPA的炭黑从来没有用于轮胎胎面。即，本发明使用的炭黑从来没有用于轮胎胎面，它在轮胎胎面上的使用完全是新颖的。可见，从可加固性的角度考虑，小结构的炭黑不是优选的，但是本发明人发现，使用具有合适的颗粒尺寸和高TINT的炭黑，可以获得甚至与传统炭黑相比湿性能更好的、甚至就可加固性而言也足可用于轮胎胎面的橡胶组合物。
在本发明的第二方面，向以重量计100份的、Tg为-50℃到-10℃、优选-45℃到-20℃的二烯基橡胶中，加入N2SA为80到150m2/g、优选82到140m2/g并且DBPA为30到80ml/100g、优选40到78ml/100g的炭黑，无论炭黑的TINT是多少，都可以获得本发明期望的效果。注意，根据本发明第二方面的橡胶组合物，除了以重量计100份的二烯基橡胶和以重量计5到150份上面限定的炭黑之外，橡胶组合物可以含有以重量计0到145份、优选以重量计5到135份的任意可选填充物(例如，一般的炭黑或二氧化硅)。
除以上基本成分外，根据本发明的橡胶组合物可含有多种轮胎常用添加剂，例如硫化和交联剂、硫化和交联促进剂、多种类型的油、抗老化剂和增塑剂。可通过常用的方法将配料混合以生成其后可用于硫化或交联的组合物。只要本发明的目的没有受到不利影响，这些添加剂的量可以做到传统常用的量。本发明橡胶组合物可用作轮胎胎面使用的、能够增加摩擦力而不削弱滞后损失性能的橡胶组合物。
实施例下面将用实施例进一步解释本发明，但是，当然，本发明的范围不限于这些实施例。
实施例1到4和对比例1到2样品的制备按照表I所示的各种配方，用16升内部Bambury混合器，将橡胶、炭黑及硫和硫化促进剂以外的其它化合物混合5分钟，以获得母炼胶。然后使用开放式炼胶机在母炼胶中混合硫化促进剂和硫，从而获得橡胶组合物。每种这样获得的橡胶组合物在15×15×0.2cm的模具中、于160℃的温度下硫化30分钟，从而获得硫化橡胶片。
下一步，按照下列方法测试每种这样获得的硫化橡胶片的ΔE’(20℃)和湿式制动性能。结果如表I所示。
ΔE’的测试使用Toyo Seiki公司生产的粘弹性仪，以从0.2％到8.2％的动态应力为变量，测量储能模量E’和损耗模量E”。以Cole-Cole曲线图(参见G.Kraus，《弹性体的增强》(Reinforcement of Elastomers)，IntersciencePublishers，p.81(1965))确定零应力下的弹性模量E’0和应力无穷大时的弹性模量E’∞，并根据E’0-E’∞得出ΔE’。ΔE’值越小，路面突起可跟随性就越好，抓地能力就提高得越多。
湿式制动测试在胎面部分使用不同的橡胶组合物制造型号为195/65R15的轮胎，并用其在沥青路面上、初速为100km/h时进行刹车距离试验。以对比例1为100将结果编制指数。该数值越大，刹车距离就越短，因而就越好。
表I
表I的脚注*127.3％油充SBR(Tg＝-35℃)，Nippon Zeon生产*2SBR(Tg＝-51℃)，Nippon Zeon生产*3炭黑，Showa Cabot生产(见表II)*4二氧化硅，Nippon Silica Industrial生产*5炭黑，Mitsubishi Chemical生产(见表II)*6炭黑，Mitsubishi Chemical生产(见表II)*7抗老化剂，FLEXSYS生产*8工业用氧化锌，Seido Chemical生产*9硬脂酸，Nippon Oil and Fat生产*10芳香族油，Showa Shell Oil Sekiyu生产*11亚磺酰胺基硫化促进剂，FLEXSYS生产*12硫，Tsurumi Chemical生产表II
注意，Nipol 9528R(Tg＝-35℃)和Nipol 1502(Tg＝-51℃)的平均Tg为-35×0.5+(-51×0.5)＝-43℃。
工业应用如上所释，根据本发明，可以增加橡胶的摩擦力，但不会引起滞后损失性能的下降，因而组合物用作轮胎胎面使用的橡胶组合物更为可取。
权利要求
l、用于轮胎胎面的橡胶组合物，含有以重量计100份的二烯基橡胶和以重量计5到150份的炭黑，炭黑的氮吸附比表面积N2SA(m2/g)为80到150，并在着色强度(对于ITRB)(即TINT)(％)与邻苯二甲酸二丁酯吸附DBPA(ml/100g)之间满足关系式TINT(％)＞1.4DBPA(ml/100g)。
2.根据权利要求1的用于轮胎胎面的橡胶组合物，其中所述炭黑的DBPA为30到80(ml/100g)。
3.根据权利要求1或2的用于轮胎胎面的橡胶组合物，其中所述二烯基橡胶的平均玻璃化温度Tg在-50℃到-10℃的范围。
4.用于轮胎胎面的橡胶组合物，含有以重量计100份的平均玻璃化温度Tg在-50℃到-10℃范围的二烯基橡胶，以重量计5到150份的炭黑，炭黑的氮吸附比表面积N2SA(m2/g)为80到150并且邻苯二甲酸二丁酯吸附DBPA(ml/100g)在30到80的范围，和以重量计0到145份其它任意可选的填料。
5.轮胎胎面使用根据权利要求1的橡胶组合物的充气轮胎。
全文摘要
用于轮胎胎面的橡胶组合物，含有以重量计100份的二烯基橡胶和以重量计5到150份的炭黑，炭黑的氮吸附比表面积N
文档编号C08L21/00GK1692137SQ20038010020
公开日2005年11月2日 申请日期2003年12月3日 优先权日2002年12月9日
发明者网野直也, 井上芳久 申请人:横滨橡胶株式会社