基于丙二醇的胶乳材料的制作方法

专利名称：基于丙二醇的胶乳材料的制作方法
技术领域：
本发明一般地涉及橡胶胶乳材料，尤其是涉及防冻橡胶胶乳材料。
背景技术：
现在，天然和合繊胶己经被广泛的用于各种产品，如衣服、手套、擦除 器、髓等。根据用途，橡胶产品有可能被用于低温或苛亥忾候中。因此，在 一些情形下，需要将防冻化学试剂添加到橡胶组合物中，以确保橡胶产品的性 能不会被环境因素损害。
被混入橡胶组合物的常用防冻化学试剂是乙二醇。虽然还存在其它如果与 橡胶混合则给予橡胶组合物耐候性的化学试剂，但考虑到与胶乳橡胶的相容 性，乙二醇是优选的。乙二醇可以与橡胶共混产生相对光滑和可用的防冻橡伊交 组合物。这种与橡胶的相容性使乙二醇与其它防冻化学试剂如丙二醇区别开 来，当丙二醇与天然胶乳共混时，会引发产生凝结和结块的过程。因此，丙二醇和胶乳橡胶的混合物不能用于产品中。人们渴望找到一种能够与橡胶相容的可供选择的防冻化学试剂。或者，希 望找到一种方法使目前不可用于橡胶的防冻化学试齐脂,与橡胶相容。发明相，一方面，本发明是包含胶乳橡胶、表面活性剂和丙二醇的橡胶组合物。
该表面活性剂具有大于13的亲水亲油平衡(HLB) 另一方面，本发明是橡 胶组合物的制备方法。该方法包括将丙二醇^^加到表面活性剂中形成丙二醇混 合物，然后将该丙二醇混合物与橡胶乳液合并。所述表面活性剂具有大于13 的HLB值。所述橡胶乳液可以包含天然橡胶、合成橡胶或它们的组合。得到 的橡胶组合物可以用于轮胎密封剂，虽然其用途不必限制于此。 附图简述

图1是丙二醇^t胶组合物的制备工艺流程图。图2是丙二醇^t胶组合物的可选择的制备工艺流程图。优选实施方案详述
这里描述本发明作为轮胎密封剂的实施方案。然而，需要理解的是，这里 提供的实施方案只是优选实施方案，本发明的范围并不局限于此处公开的应用 或实施方案。例如，本发明可以适用于其它各种将受益于防冻橡胶材料的应用。 此外，本发明还适用于其它类型的本身与橡胶不相容的化学试剂。本发明包括丙二醇基胶乳橡胶组合物。该丙二醇基胶乳橡胶组合物是环境友好的、水溶性的，并且在低至-3rF(-35。C)的温度下提供热防冻。另外，该 橡胶组合物比其对应的乙二醇基橡胶组合物基本上具有更少的毒性。本发明 还包括利用非离子型表面活性剂使丙二醇与橡胶在不发生无凝结或结块的情况 下合并。这里4顿的"表面活性剂"是指降低其溶解于其中的液体的表面张力 的物质。该表面活性剂可以是通常以蜡状固体形式出il的支化或线性形式的聚 氧化乙烯(ethylene oxy)。本发明的配方是基于下述发现作出的具有高亲水 亲油平衡(HLB)值的表面活性齐脂g够允许丙二醇和胶乳之间产生成功的界面相 互作用(successfol interfacing) 。 HLB是表示表面活性剂亲水和疏水基团之间关 系的经验表达。根据本发明，使用HLB值高于13、更优选高于17的表面活性 剂，有助于形成丙二醇(PG)和胶乳的稳定并且均匀的混合物。而4OT HLB 倒氏于13的表面活性齐阿能就很难形淑急定并且均匀的PG-胶乳混合物。不像大多数IOT天然胶乳橡胶的乙二醇 胶组合物，所述丙二醇自胶 组合物可以由天然橡胶、合成橡胶或天然橡胶与合成橡胶的混合物制得。包含 天然橡胶和/或合成橡胶的混合物在这里称作"橡胶乳液"。当橡胶乳液同时包 含天然橡胶和合 胶时，天然橡胶与合 胶的比率可以是约1:100—100:1。图1是丙二醇 胶组合物的制备工艺10a的流程图。该制备工艺10a包 括用于制备PG混合物的丙二醇子工艺20a、用于制备橡胶乳液的橡胶乳液子 工艺30和合并工艺40。在合并工艺40中合并PG混合物和 乳液。所述丙二醇子工艺20a开始于将丙二醇加热至100下一200。F的温度，伏: 选130。F—170下(步骤21)。所述在室温下通常为蜡状固体的表面活性剂也被加 热到高于其熔点的温度(步骤22)，以促进其与丙二醇的混合。然后将加热的PG 与熔融的表面活性齐腿行混合(步骤23)，从而形成PG混合物。表面活性剂和 PG以表面活性齐lj: PG的重量比为约1:1000—1:10， tti^约2:100—4:100的比 例进行混合。然而，优选表面活性剂占不^31 PG混合物的约2wt%，表面活 性剂组分在PG混合物中占相对较小的重量分数。所述表面活性剂可以是例如 聚氧化乙烯。任选地，填充材料如纤维素纤维可以被添加到该PG混合物中(步骤24)。 当最终橡胶组合物被用于轮胎密封剂时，纤维素纤维的添加是尤其有利的。目 前，在密封剂中引入纤维素纤维还是一种挑战，因为纤维素纤维的存在会干扰密封剂通过轮胎气门芯的注入。那些作为凝结剂(clotting agents)的纤维和非 纤维填充材料有助于提高橡胶组合物当用于密封剂中时的效力。在常规的密封 剂中，纤维素纤维和其它填料在轮胎修理过程中被单独地引入到轮胎中。然而， 根据本发明，纤维素纤维和其它填充材料被限定尺寸(sized)以通过l^台气门芯。 没有气门芯的气门芯开口尺寸一般为约2mm—约4mm。随着气门芯的去除， 当在溶液中时较大尺寸的纤维和各种填充材料可以容易地通过。然而，当气门 芯处于位置上时，只有某些尺寸的纤维和填充材料能够M31该气门轴。本发明可包括压低(depress)或接合气门芯并允许密封剂材料与纤维一起 通过的安装管。取决于使用的气门型号，压低的(depressed)气门芯的开口为 0.25mm—1.75mm。通过将尺寸减小到小于气门芯中风道的尺寸，所述纤维素 纤维和填充材料可以被直接添加到该橡胶组合物中并且不干扰注入工艺。为了确保该橡胶组合物M气门平稳注入，纤维素纤维的长度优选为约20 —140 ，更雌约30—60货妹。相对于每约1000mL的丙二醇混合物，添 加约2-200g的纤维素纤维。在得到的橡胶组合物中，该纤维素纤维的重量分数 为1-10。添力啲纤维和/或填充材料的直径不^51特定的压低或接合的气门芯类 型的直径。在一个实施方案中，纤维填充材料的重量分数小于橡胶组合物的 3wt%，且纤维填充材料的直径低于约200微米且长度为约20—约140微米。 在另一个实施方案中，纤维填充材料占橡胶组合物小于10wt%，纤维填充材料 具有小于250微米的直径且长度为约30—约60微米。任选地，可以向丙二醇混合物中添加锈和腐蚀抑制剂以及杀生物剂(步骤 25 )。 2-巯基苯并噻唑是可用于工艺10a的一种示范性抑制剂。Grotan是可用 于工艺10的一种示范性杀生物剂。可以使用本领域普通技术人员认为合适的 任何抑制剂或杀生物剂。在橡胶乳液子工艺30中，可以通过任何熟知的方法制备橡胶乳液(步骤 31)。如上所述，该橡胶乳液可以包含天然橡胶、合成橡胶或它们的组合。非 穷举的合适的合成橡胶列表包括丁苯橡胶、丁腈橡胶、乙烯醋酸乙烯酯橡胶、
氯丁橡胶、乙烯勘比啶(vinylpyridene)橡胶和丁基橡胶。还可以添加粘附增粘剂 涉骤32)。该增粘齐何以是与橡胶的胶乳晶格相容的烃树脂如松香酯体系。该 增粘剂分散体具有很高的固含量和水溶性。该增粘剂与天然橡胶的重量比小于 1:5，优选为约1:20—约1:5。优选地，增粘齐U与橡胶的重量比为大约1:4.6。当 该橡胶乳液同时包括天然橡胶和合成橡胶时，天然橡胶加上增粘齐U与橡胶乳液 的重量比低于约1:5， 4继为约1:7—约1邻列如，约1:6.6)。任舰，抗氧化剂可以被添加到橡胶组合物中(步骤33)。还任选可鹏稀 释剂。抗氧化剂防止可随时间发生的热、光和氧化作用的影响。ttit酚型抗氧 化剂。抗氧化剂的一个示范实例是由在Ohio的Akrochem Chemical生产的 AkrosperseW-2294。在合并工艺40中，丙二醇混合物和橡胶乳液被合并到一起。在最终的混 合物中，丙二醇的重量分数为混总合物重量的约10%—60%。为了获得最佳的 防冻效果，优选丙二醇的重量分数为约20%—约40%。橡胶乳液固体的重量分 数可以为约20%—约60%，,约30%—约50%。图2是丙二醇,胶组合物的可选择的制备工艺10b的流程图。制备工艺 10b与图1的制备工艺衡类似，主要区别就是用丙二醇子工艺20b代替丙二 醇子工艺20a。橡胶乳液子工艺30和合并工艺40基本上与图1中的子工艺相 同。在丙二醇子工艺20b中，加热丙二瞎步骤21讲熔融表面活性剂(步骤22)。 制备用于添加的纤维素纤维(步骤26)。与工艺10a不同的是，纤维素纤维、加 热的丙二醇和熔融的表面活性剂被同时混合(步骤27)而不是在随后的步骤中才 添加纤维素纤维。由于在同一步骤中添加纤维素纤维、丙二醇和高HLB表面 活性剂，因此，可选择的工艺10b的"PG混合物"包含纤维素纤维，这与工 艺10a的PG混合物不同。该胶乳橡胶组合物可以被用于轮胎密封剂。使用这种轮胎密封齐啲一禾中常 规方法是将它们放置于具有压縮气俠例如，丙像丁垸混合物)的罐中。当发生 轮胎刺穿时，该密封剂由压縮罐通过轮胎气门喷入轮胎内部。同时，舰推进 气体使轮胎充气。然后滚动该充气轮胎，使该密封剂分布到轮胎的内壁，从而 密封刺穿孔。还存在其它一些施加密封剂以修理轮胎缺陷的方法，它们大都可 以使用这里公开的丙二醇,胶组合物。
根据本发明制得的轮胎密封齐啲一个优点是在修理时，纤维素纤维或其它 填充材料不必作为单独的步骤被引入轮胎。通过限定纤维素纤维的尺寸以通过 轮胎气门轴，如上所述纤维素纤维或填充材料可以被直接添加到丙二醇Sm胶 组合物中。在密封剂包含小纤维素纤维或填充材料的情况下，该密封剂能够通 过与轮胎气门接合的塑料漏斗管或软管被注入到轮胎中。在很多情7兄下，可以 除去气门芯，以允许密封齐舰容易地流过气门芯并进入轮胎。可以使一些连接 器与灌注软管连接以允许气门芯保留在它的位置上。连接器压低气门，从而能 允许密封剂在不除去气门芯的情况下流入轮胎中。当在不除去气门芯的情况下 添加密封剂时，可能需要附加压力。该附加压力可以通过压缩空气或气体来提供，如在用于市场上可买到的由Pennzoil/Quaker State制造的"Fix a Flat"中的连接器系统中那样。与此处公开的密封剂不同，使用气溶胶递送的"FkaFlat" 体系依靠弓l入压缩罐中的压缩气体。压縮气体与密封剂溶液在压縮罐里混合。 与在"Fdc a Flat"体系中的密封剂不同，此处描述的密封齐阿以3151压挤瓶以 手动方式，或通过由合适的空气源施加空气压力至在与该空气源相连的另外瓶 子中的密封剂而自动地，被注入到轮胎内。在一些实施方案中，该密封剂与压 缩气体被混合在小罐中。虽然在上文中已经详细地描述了本发明的优选实施方案，但应当清楚理解 的是，对本领域技术人员来说可理解的本发明教导的基本发明概念的许多变化 和/或改进，仍然都在本发明的精祌和范围之内。
权利要求
1、一种橡胶组合物，包含胶乳橡胶；亲水亲油平衡值大于13的表面活性剂；和丙二醇。
2、 权利要求1的组，，其中丙二醇占组，重量的约10%—60%。
3、 权利要求1的组，，其中丙二醇与表面活性剂的重量比为约1:1000 —1:10，包括端值。
4、 权利耍求1的组，，其中胶乳,包含天然^和合^^至少之 一，且其中天然鹏与合^W:加比率为约1:100-100:1。
5、 权利要求1的组，，其中胶乳,包含天然^^和合^ ^少之 一，且合》M胶包括丁^^、 丁腈,、乙烯醋酸乙烯酯TO、氯丁,、 乙烯掛比晚橡胶和l 'SH^中的一种或多种。
6、 权利，l的组，，其中胶乳,的分数为约20wt。/。一60wto/0。
7、 权利要求1的组合物，进一步包含增粘剂。
8、 权利要求7的组合物，其中胶乳,包含天然橡胶，且增粘剂与天然 TO^的重量比小于1:5。
9、 权利耍求7的组溯，其中胶乳赚包含天然橡胶，且增粘剂与天然 橡胶的重量比为约1:20—约1:5。
10、 权利要求7的组合物，其中胶乳,包含天^TO和合^^， M ^TO与增粘剂的组合与胶乳鹏的重量比小于约1:5。
11、权利要求7的组，，其中所述比例为约1:5—约1:7。
12、 权利要求7的组合物，其中增粘剂是烃树脂。
13、 权利要求1的组合物，其中进一步包含纤维填充+才料。
14、 权利要求13的组溯，其中纤维填充材料的重量分数小于^tJK组合 物重量的10%。
15、 权利要求14的组^吻，其中争个的纤维填充材料具有约20—140微 米的长度。
16、 权利要求15的组激，其中单个的纤维填充材料具有小于200総 的直径。
17、 权利要求13的组糊，其中单个的,填充材料具有约30—60鹏 的錄。
18、 权利要求17的组合物，其中单个的纤维填充材料具有小于约250微 米的直径。
19、 权利要求18的组糊，其中纤维填充材料的重量小于赚组溯重 量的10%。
20、 权利要求1的组^，其中表面活性剂^氧化乙烯。
21、 权利要求1的组^1，其中进一步包含非纤维填充材料。
22、 权利要求1的组糊，其中进一步包含锈和腐蚀抑审则、杀生物齐诉口 酚型抗氧化剂中的至少一种。
23、 橡胶组合物的制备方法，该方法包括向HLB鶴于13的表面活性剂中添加丙二醇以形成丙二醇混糊；和 将该丙二醇混合物与,乳液合并。
24、 权利要求23的方法，其中以获得表面活性剂与丙二醇的重量比为约 1:1000—1:10来添加丙二醇。
25、 权利要求23的方法，其中以获得表面活性剂与丙二醇的重量比为约 2:100—4:100娜顺二醇。
26、 权利要求23的方法，其中以获得10w^—50w^的丙二醇分l^合 并繊溯和微督。
27、 权利要求23的方法，其中以获得约20%—约60%的固#^錢分数来合并该混，和鹏乳液。
28、 权利要求23的方法，进一步包括在合并丙二醇混糊和赚乳液之 前向该混糊中添加纤维填充材料。
29、 权利要求23的方法，进一步包括向谈混糊中添加粘Pf彌粘剂。
30、 权利要求23的方法，进一步包括在与丙二醇合并之前向橡胶乳液中添加粘附增粘剂。
31、 权利要求23的方法，其中,乳液包含天然,和合fiM胶。
32、 权利要求23的方法，进一步包括向丙二醇混合物中添加纤维填充材料。
33、权利要求23的施，i^^包括向约lOOOmL丙二^i糊中添加 约2g—约200g的纤维素纤维。
全文摘要
本发明提供一种包含丙二醇的橡胶组合物。该橡胶组合物包含表面活性剂、丙二醇，以及天然橡胶、合成橡胶或它们的混合物中的任一种。该橡胶组合物在低至-35℃的温度下具有防冻效果，尤其可用作轮胎密封剂。该表面活性剂具有大于13的HLB值。本发明还提供所述橡胶组合物的制备方法。该方法包括向表面活性剂中添加丙二醇以形成丙二醇混合物和混合丙二醇混合物与橡胶乳液。任选地，在与橡胶混合之前，可向丙二醇混合物中添加纤维或非纤维填料(例如，纤维素纤维)。还任选地，在与丙二醇混合物混合之前，可向橡胶乳液中添加增粘剂和抗氧化剂。
文档编号C08L7/02GK101107305SQ200580040045
公开日2008年1月16日 申请日期2005年11月22日 优先权日2004年11月23日
发明者S·C·切格尔斯基 申请人:零件销售公司