一种低生热高耐磨橡胶组合物及其制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种低生热高耐磨橡胶组合物及制造方法，这种橡胶组合物是由(A)100重量份橡胶；(B)5-120重量份炭黑；(C)0-100重量份白炭黑；(D)0-20重量份偶联剂；0-20重量份加工油；0.5-8重量份活性剂；0.5-8重量份防老剂；共0.5-8重量份的促进剂和硫化剂组成。这种组合物制造方法，包括如下步骤：第一步，橡胶与炭黑混炼成炭黑母胶；橡胶与白炭黑、偶联剂混炼成白炭黑母胶，偶联剂用量是白炭黑的0.5wt％20wt％；当组合物中有加工油时在白炭黑母胶混炼时加入；第二步，把制备好的炭黑母胶和白炭黑母胶与防老剂、活性剂、促进剂和硫化剂按组合物比例混炼制备终炼胶。本发明应用到轮胎胎面中可以降低轮胎滚动阻力、降低生热、提高耐磨性、提高轮胎使用寿命。
【专利说明】一种低生热高耐磨橡胶组合物及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及橡胶领域，特别涉及轮胎制造领域。
【背景技术】
[0002]汽车使用要消耗大量能源同时又排放大量的二氧化碳，降低胶料的动态滞后损失从而降低滚动阻力、减少耗油量、降低碳排放一直备受人们关注。与降低滚动阻力有关的法律法规也相应出台，如欧洲的标签法、美国的SmartWay认证，都要求降低轮胎滚动阻力，其中降低胎面胶的动态滞后损失和生热是降低轮胎滚动阻力的最直接也是最有效的手段之一。目前降低胶料动态滞后损失导致轮胎滚动阻力和生热下降的有效手段是大量使用白炭黑来替代炭黑，但由于白炭黑的分散以及与聚合物的结合不好所带来的负面影响就是耐磨性的降低，因而有许多研究者在这方面做了大量工作。
[0003]如专利(申请号97191118.5)提出通过一种改性硅油作分散剂提高白炭黑分散性，改进生热和耐磨性能、降低门尼粘度。但用这种方法一方面可能导致部分硅油先与炭黑结合，减少了橡胶与炭黑结合的可能性，不能充分发挥炭黑的耐磨性能，另一方面在专利中既加入了改性硅油又使用了偶联 剂，会导致成本增加，并且改性硅油不容易获得，传统的橡胶加工企业尤其轮胎厂不容易组织生产。再如专利(申请号201010119205.3)提出通过传统混炼设备采用两步骤混炼方法改进白炭黑分散，其中第二步混炼时加入炭黑同时也混入橡胶通用的助剂如防老剂、活性剂等，一些低分子物质会吸附到炭黑表面，减少了炭黑与橡胶之间的作用，会导致炭黑对耐磨性贡献降低。
[0004]本发明利用目前橡胶通用原材料，在通用混炼设备基础上，应用新配方和新工艺既提高白炭黑与橡胶结合和分散又改进炭黑与橡胶结合，从而达到降低滚动阻力和提高耐磨性的目的。
【发明内容】
[0005]针对现有技术的问题，本发明的目的是提供一种橡胶组合物及制备工艺，应用该工艺制备的该组合物可以用于轮胎制造特别是低滚动阻力轮台制造，降低生热，降低滚动阻力同时提高耐磨性。
[0006]本发明是基于以下可能的原理进行实施:
[0007]众所周知，通过应用白炭黑和硅烷偶联剂可以大大降低胶料动态滞后损失即tan δ值,通常用胶料50_80°C, 1-1OOHz条件下的tan δ值来表征轮胎滚动阻力，tan δ低时轮胎滚动阻力小，但大量应用白炭黑会使轮胎耐磨性能下降，影响轮胎使用寿命，尤其在卡车轮胎中，因而在卡车轮胎胶料中一般使用白炭黑同时要使用炭黑，以确保磨耗性能。炭黑与橡胶结合的越好补强性能越好，本发明除了在配方上作较大改进外，混炼工艺也作较大改进。传统混炼工艺中炭黑、防老剂、活性剂都一起加入，炭黑表面会吸附这些低分子物质，降低炭黑与橡胶的结合，降低补强效果，因而使耐磨性降低。而采用本发明的配方和制备工艺，橡胶可以预先分别与炭黑、白炭黑/偶联剂混炼形成母胶，再力入防老剂、活性剂等低分子物质时，耐磨性会提高，生热会下降。白炭黑和炭黑的母胶混合时，微观上使炭黑粒子之间距离和白炭黑粒子之间距离加大，减少聚集，使tan δ值降低，从而降低轮胎滚动阻力和轮胎生热。
[0008]本发明进一步涉及如下实施方式:
[0009]一种低生热高耐磨橡胶组合物，由
[0010](A) 100重量份橡胶；
[0011](B) 5-120重量份炭黑；优选10-100重量份炭黑；更优选15_80重量份炭黑；
[0012](C)O-1OO重量份白炭黑；优选10-90重量份白炭黑；更优选15_80重量份白炭黑；
[0013](D) 0-20重量份偶联剂；
[0014]0-20重量份力工油；0.5-8重量份活性剂；0.5-8重量份防老剂；共0.5-8重量份的促进剂和硫化剂组成；
[0015]所述橡胶组合物制造方法，包括如下步骤:
[0016]第一步，分别混炼炭黑母胶和白炭黑母胶:
[0017]橡胶与炭黑混炼成炭黑母胶；
[0018]橡胶与白炭黑、 偶联剂混炼成白炭黑母胶(当有加工油时，在制备白炭黑母胶时加入)；
[0019]第二步，将所述炭黑母胶、白炭黑母胶、防老剂、活性剂、促进剂、硫化剂按组合物比例混炼制备成终炼胶。
[0020]根据上述的橡胶组合物，其中橡胶(A)为烟片胶、标准胶、含二烯烃单元的合成橡胶的一种或多种。
[0021]根据上述的橡胶组合物，其中炭黑⑶比表面积为50-160m2 / g，优选70_140m2 /g，更优选 80-130m2 / g ;吸油值为 45-162ml / 100g，优选 85_142ml / 100g，更优选95-132ml / 100go
[0022]根据上述的橡胶组合物，其中白炭黑(C)的比表面积为50-300m2 / g，优选100-250m2 / g，更优选 150-200m2 / g。
[0023]根据上述的橡胶组合物，其中与白炭黑一起混合的偶联剂为白炭黑用量的0.5wt% 优选 lwt%--15wt%。
[0024]根据上述的橡胶组合物，其中偶联剂(D)为有机硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、锆酸脂偶联剂、硝基偶联剂、醇类化合物或它们的组合，优选有机硅烷偶联剂。
[0025]根据上述的橡胶组合物，其中所述加工油为石油系加工油，优选芳烃油或环烷油。
[0026]根据上述的橡胶组合物，其中促进剂包括但不限于次磺酰胺类促进剂、噻唑类促进剂、秋兰姆类促进剂、胍类促进剂或它们的组合，硫化剂包括但不限于硫黄、不溶性硫黄、充油硫黄、硫黄给予体或它们的组合。
[0027]根据上所述的橡胶组合物，其中制备步骤第一步，白炭黑母胶混炼工艺:混炼时间
2-10分钟，混炼温度达到110-180。。(优选130-160。。)时保持0.5-5分钟，优选1-3分钟，当组合物中有加工油时在白炭黑母胶混炼时加入；炭黑母胶混炼工艺:混炼时间0.5-10分钟，优选2-5分钟。
[0028]根据上述的橡胶组合物，其中第二步制备终炼胶方法为一段混炼或多段混炼。
[0029]本发明还涉及一种橡胶制品，其使用根据上述的橡胶组合物制备得到。[0030]本发明使用的橡胶可以是本领域中的任何橡胶，包括但不限于1#烟片胶、2#烟片胶、3#烟片胶、5#标准胶、10#标准胶、20#标准胶、含二烯烃单元橡胶中的一种或多种。橡胶的用量为100重量份。
[0031 ] 本发明使用的炭黑比表面积为50-160m2 / g，优选70_140m2 / g，更优选80-130m2 / g ;吸油值为 45-162ml / 100g，优选 85_142ml / 100g，更优选 95_132ml /100g0 一般使用的炭黑种类包括但不限于附34川115、附10川121、吧34、吧20、吧75川330、N339，炭黑的用量为5-120重量份，优选10-100重量份，更优选15-80重量份。
[0032]本发明使用的白炭黑比表面积值为50-300m2 / g，优选100_250m2 / g，更优选150-200m2 / g0白炭黑的用量为0-100重量份；优选10-90重量份；更优选15-80重量份；
[0033]本发明使用的偶联剂为有机硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、锆酸脂偶联剂、硝基偶联齐?、醇类化合物或它们的组合，优选有机硅烷偶联剂。所述有机硅烷偶联剂用以下通式表示:
[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，当q=l 时，A 为-SCN，-SH, -Cl, -NH2 ；
[0038]当q=2 时，A 为-Sx-;
[0039]R和R’为碳原子从I至4的支化或直链的烷基或酚基，R和R’可以相同，也可以不同；
[0040]η 为 0，1 或 2;
[0041]Alk是含有I至6个碳原子的直链或支链烃基；
[0042]AlkenyI是含有I至6个碳原子的直链或支链烯基；
[0043]m 为 O 或 I ;
[0044]Ar是含有6至12个碳原子的芳基；
[0045]P为O或1，P和η不能同时为O ;
[0046]X 为 2 至 8 ;
[0047]其中最常用的为·双(二乙氧基丙基硅烷)四硫化物和二硫化物。用量为0-20重量份。与白炭黑一起混合的偶联剂为白炭黑用量的0.5wt% -20wt%,优选lwt% -15wt%。
[0048]本发明使用的活性剂为氧化锌、硬脂酸；使用的加工油为石油系加工油优选芳烃油或环烷油，防老剂为对苯二胺类防老剂、喹啉类防老剂和物理防护剂微晶蜡，一般防老剂包括但不限于防老剂6PPD、防老剂RD、微晶防护蜡；促进剂为次磺酰胺类促进剂、噻唑类促进剂、秋兰姆类促进剂、胍类促进剂或它们的组合，包括但不限于促进剂NS、促进剂CZ、促进剂DPG ;硫化剂为硫黄、硫黄给予体或它们的组合，包括但不限于普通硫磺粉、不溶性硫黄、充油硫黄。
【具体实施方式】
[0049]下面用实施例进一步描述本发明，但是本发明的范围不受这些实施例的限制。
[0050](一 )实施例和对比例使用以下仪器设备及测定方法测定:
[0051]表1橡胶样品制备的仪器设备
[0052]
【权利要求】
1.一种低生热高耐磨橡胶组合物，由 (A)100重量份橡胶； (B)5-120重量份炭黑；优选10-100重量份炭黑；更优选15-80重量份炭黑: (C)O-1OO重量份白炭黑；优选10-90重量份白炭黑；更优选15-80重量份白炭黑； (D)0-20重量份偶联剂； 0-20重量份加工油；0.5-8重量份活性剂；0.5-8重量份防老剂；共0.5-8重量份的促进剂和硫化剂组成； 所述橡胶组合物制造方法，包括如下步骤: 第一步，分别混炼炭黑母胶和白炭黑母胶: 橡胶与炭黑混炼成炭黑母胶； 橡胶与白炭黑、偶联剂混炼成白炭黑母胶(当有加工油时，在制备白炭黑母胶时加入); 第二步，将所述炭黑母胶、白炭黑母胶、防老剂、活性剂、促进剂、硫化剂按组合物比例混炼制备成终炼月父。
2.根据权利要求1所述的橡胶组合物，其中橡胶(A)为烟片胶、标准胶、含二烯烃单元的合成橡胶的一种或多种。·
3.根据权利要求1所述的橡胶组合物，其中炭黑(B)比表面积为50-160m2/ g，优选70-140m2 / g，更优选 80-130m2 / g ;吸油值为 45_162ml / 100g，优选 85_142ml / 100g，更优选 95-132ml / 100go
4.根据权利要求1所述的橡胶组合物，其中白炭黑(C)的比表面积为50-300m2/ g，优选 100-250m2 / g，更优选 150-200m2/g。
5.根据权利要求1所述的橡胶组合物，其中与白炭黑一起混合的偶联剂为白炭黑用量的 0.5wt % -20wt %,优选 Iwt %--15wt %。
6.根据权利要求1所述的橡胶组合物，其中偶联剂(D)为有机硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、锆酸脂偶联剂、硝基偶联剂、醇类化合物或它们的组合，优选有机硅烷偶联剂。
7.根据权利要求1所述的橡胶组合物，其中所述加工油为石油系加工油，优选芳烃油或环烧油。
8.根据权利要求1所述的橡胶组合物，其中促进剂包括但不限于次磺酰胺类促进剂、噻唑类促进剂、秋兰姆类促进剂、胍类促进剂或它们的组合，硫化剂包括但不限于硫黄、不溶性硫黄、充油硫黄、硫黄给予体或它们的组合。
9.根据权利要求1所述的橡胶组合物，其中制备步骤第一步，白炭黑母胶混炼工艺:混炼时间2-10分钟，混炼温度达到110-180°C (优选130-160°C )时保持0.5-5分钟，优选1-3分钟，当组合物中有加工油时在白炭黑母胶混炼时加入；炭黑母胶混炼工艺:混炼时间0.5-10分钟，优选2-5分钟。
10.根据权利要求1所述的橡胶组合物，其中第二步制备终炼胶方法为一段混炼或多段混炼。
11.一种橡胶制品，其使用根据权利要求1-10所述的橡胶组合物制备得到。
【文档编号】C08K13/02GK103849013SQ201410033355
【公开日】2014年6月11日 申请日期:2014年1月23日 优先权日:2014年1月23日
【发明者】王梦蛟, 周宏斌, 刘震 申请人:怡维怡橡胶研究院有限公司