专利名称：轮胎补胎剂的制作方法
针对具备轮胎的交通工具，当轮胎被异物刺破时，可能会因轮胎泄气造成不便甚至发生危险，故有多种具备轮胎止漏或修补功能的产品陆续被开发出。众所皆知，已有数种常见的轮胎防漏或修补方式被广泛应用，大致可以概分为三大类。第一类型为内衬型的防刺轮胎，是以在轮胎的内缘附加一层高粘度接著剂的内衬，例如天然橡胶，当轮胎被刺破时，藉由内外压差将接著剂充填破洞以止漏，然而此法除了会增加轮胎的重量外，在使用上亦有造成不平衡的问题。第二类型则为化学反应型补胎剂，是在轮胎遭刺破的后，再将含膨胀性气体的交链型聚合物注入，藉由发泡方式充填以达补胎效果，但是这一类型的补胎剂所含的发泡剂，多为可燃性具有爆炸的危险或为环保上管制的CFC类氟氯碳化物，另一方面在功效上亦有持久性不足及只限单次使用等缺点。第三类型为物理型补胎剂，主要是藉由特殊纤维材质与形态以物理方式补胎，此种类型的补胎剂可预先安装在有内胎或无内胎的轮胎中，平时具有辅助轮胎均温及散热的功能，漏洞产生时即可瞬间自动补胎止漏，并可重复使用、补胎效果持久。
对于以物理方式提供轮胎止漏效果的补胎剂组成份，一般均含用以填补裂缝的特定形态或材质的固体部份与提供分散、流动性、或其他功能需求的液体部份。例如在美国专利第3,881,537号，揭示一种适用于无内胎轮胎的补胎剂组成物，其主成份是由水溶性接著剂和固态微小橡胶粒子所混合而成。水溶性接著剂是一种聚乙烯醋酸、聚丙烯酸酯、丁二烯-聚丙烯橡胶等聚合物乳化液，能够均匀分散于水中，除此的外水溶液中亦含有辅助分散的界面活性剂及防止补胎剂在低温时结冰的抗冻剂，挤冻剂主要为乙二醇或二乙二醇。在固态橡胶微粒方面则是使用具有50-1200μm大小的微粒。另外于美国专利第3,881,943号中揭示一种含有防锈添加物的轮胎补胎剂，可以防止添加补胎剂后所对轮胎金属框所造成的腐蚀或生锈。在美国专利第4,713,114号中揭示一种轮胎补胎剂，含有短石棉纤维(1/4吋)、长石棉纤维(1/2吋)及纤维素粘稠剂等成份，然而此种补胎剂须使用高含量的石棉纤维(2.5～4.5％)，而且在材质上，石棉纤维具有致癌的公害环保问题。另外于美国专利第4,776,888号中揭示一种轮胎补胎剂的组成物，此种补胎剂含有2～4％的多种具三角型状的颗粒(multiplicity of triangular particles)和10～12％的多种微纤化的纤维(multiplicity of fibrillated fibers)。多种三角型状的颗粒主要是由聚乙烯或聚碳酸塑胶研磨而成，至于多种微纤化的纤维其平均长度在0.5至3mm左右。再者，于美国专利第5,226,958号中揭示一种轮胎补胎剂的组成物，此种轮胎补胎剂包含有矽石粉末和变性安息香酸盐类的无机粉末、聚乙烯合成纤维纸浆、纤维素纸浆、短的研磨纤维素纤维、及纤维素粘稠剂等。
补胎剂的功效与流动特性会受到所添加固形物的颗粒大小、分布、数量、比表面积、几何形态及材质特性等因素的影响，一般而言，天然的纤维素类纸浆具有较大的比表面积，然而因热安定性差而不利于长期的使用。在合成纤维方面，针对增加纤维的比表面积的需求，常见将聚合物纸浆化的制程有四种(1)机械磨浆(Mechanical Pulping)如对位全芳香族聚醯胺丝浆(p-Aramid pulp)，制法上即为先将纤维裁切成短纤后，再以机械方式研磨使纤维开纤细化，故丝浆的形态特征为一维(one-dimensional)的线型(linear)并具备高的轴向比(纤维的长度对直径的比值)。
(2)复合纺丝(Conjugate Spinning)可将两种流变特性相近但不相容的聚合物，先藉由特殊设计的纺口挤出纺成纤维，再经后段物理或化学方式的开纤细化处理，而使纤维具细长的线型形态。
(3)熔喷方式(Flash Spinning)如聚乙烯聚合物的合成纸浆(synthesis Wood pulp,SWP)，在制法上是先将聚合物在熔融状态以加压高速喷出固化成型后，再以机械方式研磨细化，是以生成物在形态特征上均以一维的线型为主。
(4)溶液直纺(Solution Direct Pulping)该法最早见于美国专利第2,999,788号中揭示其制程概念，主要是将聚合物溶液在凝固浴中以搅拌机(blender)在高剪切应力的情况下凝固成型，许多后续的专利提出，多在制程上改进，例如变化高剪切应力的提供方式与机械设计，如美国专利第4,173,443号、第4,187,143号、第4,197,062号、第4,211,737号、第4,210,615号等的揭示者均属的，至于该种丝浆(Fibrid)的应用，则因成型物的顺向性(orientation)与模量(modulus)均低不适于复合材的补强而大受限制，仅能如美国专利3,756,908号所揭示，在湿式抄纸制程中充当黏著剂(binder)使用。然而，细究此种制程的丝浆(Fibrid)的几何形态，这种纤维丝浆具有细长片状(ribbon)、微纤状(frbrils)、触须状(barbs)、或片状(film)等不规则状的混合形态的二维(two-dimensional)的平面型结构，该种丝浆的平面形态特征与上述制程的线型丝浆成形物的对比差异可见于图(一)的光学显微镜照片。
基于上述不同丝浆型态上的差异，本案发明人构思在轮胎的补胎效果上，相较于一维的线型丝浆需藉由多重的网状交织形成二维平面方能填补漏洞，则形态上具二维的平面型丝浆在轮胎止漏的应用上应更为简单有效，再者在补胎剂的低黏度要求考量下，平面型的丝浆在配成悬浮液后，亦较同浓度的线型丝浆提供较佳的流动性(参见图(二)的不同丝浆比例的流变特性)。本发明即是基于上述构思进一步研究而完成。发明概述本发明的目的系提供一种包括平面型丝浆的轮胎补胎剂，此补胎剂只须使用低的抗冻剂及固形物含量，即能达到流动性佳且补胎持久的效果，可广泛地应用于脚踏车轮胎、及有内胎或无内胎的机车或汽车轮胎的防漏或修补。
图式的简单说明图(一)为一维直线型丝浆与二维平面型丝浆的光学显微镜照片。
图(二)为不同丝浆比例的流变特性比较图。
本发明的长效型轮胎补胎剂包括平面型丝浆的悬浮液，此种平面型丝浆可为任何具有二维平面型结构的丝浆，其备制方式并无特别限制，例如，可由聚合物溶液经纺口挤入具备高剪切力的凝固浴中固化成型，后经水洗、固液分离等步骤制成。此种含有平面型丝浆的轮胎补胎剂，可应用于有内胎或无内胎的各式车辆轮胎，例如脚踏车、机车、汽车或是其他特殊重型车辆。
本发明的平面型丝浆的制造方式虽无特别限制，但较佳为将聚合物溶液以溶液直纺成浆方式制成，在聚合物材质方面，除了对位芳香族聚醯胺聚合物(aromatic polyamide)或其共聚合衍生物、间位芳香族聚醯胺聚合物(poly(m-phenylene isophthalamide))或其共聚合衍生物、聚对苯二甲酸乙二醇酯(polyester)或其共聚合衍生物、与聚丙烯腈(polyacrylonitile)或其共聚合衍生物等可以使用的外，其它可溶于溶剂的各种聚合物，均可利用溶液直纺成浆方式制得类似产品，再将这种具有细长片状(ribbon)、微纤状(fibrils)、触须状(barbs)或片状(film)的混合型态的二维结构的平面型丝浆，以单独或以复合(hybrid)方式添加，应用于轮胎的补胎剂，可获得比传统仅含一维线性结构丝浆的补胎剂更佳的补胎效果。
本发明的轮胎补胎剂，除了含有一种或多种的丝浆悬浮液外，亦可视需要加入粘稠剂、防腐剂、防锈剂、抗氧化剂或抗冻剂。可使用于本发明的悬浮液的溶剂包括水、二醇类如乙二醇、丙二醇、二乙二醇等、其混合物或其他可悬浮丝浆的溶剂。例如，可依补胎剂的使用温度范围，由乙二醇或加少量二乙二醇和水混合而成，乙二醇除了可作为平面型丝浆的良好悬浮载体外，亦可作为抗冻剂。
本发明的包括平面型丝浆悬浮液的轮胎补胎剂，除了可使用一种或多种以上述溶液直纺方法或其他方法所制得的二维平面型丝浆外，亦可另外添加一种或多种的一维线性型式的各类丝浆，如对位芳香族聚醯胺丝浆、聚丙烯腈丝浆、聚乙烯合成纤维丝浆、或纤维素纸浆等。当另外含有线型丝浆或多种线型丝浆的混合物时，线型丝浆的用量可为1～70wt％，以平面型丝浆及线型丝浆的总量计。
本发明轮胎补胎剂所包括的平面型丝浆的悬浮液，可包含0.1-10wt％，较佳为0.2～2.5wt％的丝浆固含量。本发明的含平面型丝浆的补胎剂，比一般微纤化的线型纤维具有较佳的补漏效果，因此不需添加无机细小微粒及添加高比例的纤维含量，即可达到完全有效的补胎效果。
在下文中详细说明，含有此种平面型纤维丝浆的轮胎补胎剂，在补漏效果上皆优于传统的轮胎补胎剂。兹以下述实施例详细说明本发明，惟本发明的范围并不限于该些实施例。实施例<实施例1>
间位芳香族聚醯胺聚合物poly(m-pheneylene isophthalamide)(MPD-Ⅰ)溶液的备制是依中华民国专利第089893号所揭示的低温溶液缩合聚合步骤实施的，并将聚合物溶液进一步以聚合反应所使用相同的N-甲基-2-吡咯烷酮(N-methyl 2-pyrrolidone)溶剂稀释成8wt％，利用计量泵将聚合物溶液以每分钟87毫升的吐量经纺口挤入叶片转速3000rpm的丝浆机，并以20wt％的NMP(N-甲基-2-吡咯烷酮)水溶液为凝固浴，将所得丝浆经固化及水洗后以过滤方式分离备用，并取3克重的丝浆依TAPPI T-227的测试规范进行加拿大丝浆游离度(CSF)的测定，所得的CSF值为243ml，丝浆的形态如图(一)照片所示，呈现不规则的平面状结构。<实施例2>
将23wt％的聚丙烯腈(PAN)聚合物溶液进一步以聚合反应所使用相同的DMAc溶剂稀释成5wt％，利用计量泵将聚合物溶液以每分钟87毫升的吐量经纺口挤入叶片转速3000rpm的丝浆机，并以50wt％的DMAc水溶液为凝固浴，将所得丝浆经固化及水洗后以过滤方式分离备用，并取3克重的丝浆依TAPPI T-227的测试规范进行加拿大丝浆游离度(CSF)的测定，所得平面型丝浆的CSF值为503ml。<实施例3>
取100克重的有机可溶性改质的聚酯共聚物，溶于NMP(N-methyl 2-pyrrolidone)溶剂中配成10wt％的溶液，利用计量pump将聚合物溶液以每分钟87毫升的吐量经纺口挤入叶片转速3000rpm的丝浆机，并以20wt％的NMP水溶液为凝固浴，将所得丝浆经固化及水洗后以过滤方式分离备用，并取3克重的丝浆依TAPPI T-227的测试规范进行拿大丝浆游离度(CSF)的测定，所得平面型丝浆的CSF值为461ml。<实施例4>
在实验室搅拌器中倒入500ml悬浮液(含有30％乙二醇，70％水)，然后加入1.5wt％的间位芳香族聚醯胺纤维丝浆(制备的步骤如同实施例1所述)，再以17000rpm的转速搅拌30秒，即得分散均匀的补胎剂。
在补胎剂的安装与补胎效果评估步骤如下将脚踏车含内胎的轮胎或机车轮胎(无内胎者)的风嘴盖子打开泄压，并取下盖子，称取上述配好120g补胎剂由风嘴口灌入后，将风嘴口的盖子盖上，再由风嘴口加压打气至轮胎压力达45psi，取转直径1mm及3mm的铁钉，在将铁钉刺入轮胎的前先将轮胎转动2圈，在拨出铁钉后迅速转动轮胎，待补胎剂停止喷出后，将轮胎转动使破洞的位置在最高点，并观测其补胎的持久性，铁钉拨出10分钟后，以压力计量测其胎压，标准上以轮胎压力损失在5％以内认定为具备补胎效果，评估的结果如表(一)所示。<实施例5-13>
依据实施例4的步骤及方法配制补胎剂，在组成份中的乙二醇含量、粘稠剂含量、平面型纤维丝浆含量及补胎剂用量，依表(一)所示改变。测试方法亦同实施例4的方法，补胎效果亦显示如表(一)所示。<比较例1>
为对比平面型丝浆及线型丝浆对补胎剂的效果，以市售比荷兰Akzo公司的Twaron pulp为一维的线型丝浆，其丝浆游离度值的CSF为200ml，而其几何形态则如图(一)的照片所示，在补胎剂组成的配制上则比照实施例6，仅将平面型的间位芳香族聚醯胺丝浆以同比例的Twaron pulp取代的，以进行补胎剂配制与补胎效果评估，其试验结果亦列于表(一)，评估结果显示，添加同量的一维线型丝浆的补胎剂无法补住较大的漏洞(3mm)。<比较2>
取市售4oz包装的补胎剂商品，(Slime,Access Marketing,P.O.Box 3109,Shell Beach,CA 93448,U.S.A.)依相同的补胎效果评估步骤测试的，并以水洗，过滤，干燥后称重方式估计其纤维的固含量比例，其试验结果亦列于表(一)。<实施例14-23>
针对补胎剂的应用，平面型丝浆除了可以单独添加使用外，亦可与其它一维线型丝浆以复合方式(hybrid)添加，其补胎剂的配制依据实施例4的步骤及方法实施的，在组成份中的乙二醇含量、粘稠剂含量、丝浆的种类与含量及补胎剂用量，依表(二)所示改变。测试方法亦同实施例4的方法，补胎效果亦显示如表(二)所示，其中平面型的间位芳香族醯胺丝浆以MPD-Ⅰ表的、线型的对位芳香族聚醯胺丝浆以p-aramid表的、以机械磨浆方式备制的一维线型聚丙烯腈丝浆则以PAN表的，而补胎剂用量则固定为120g。数据显示，以复合丝浆(hybrid)方式添加的补胎剂，即使在较低的乙二醇含量水溶液，针对较大的漏洞(6mm)亦能提供止漏的功能。
表一、单一丝浆成分补胎剂的补胎效果评估
表二、复合丝浆成分补胎剂的补胎效果评估
权利要求
1．一种轮胎补胎剂，包括平面型丝浆的悬浮液。
2．权利要求1的轮胎补胎剂，其中该平面型丝浆系具有二维平面型结构的丝浆。
3．权利要求2的轮胎补胎剂，其中该平面型丝浆系藉由将聚合物溶解在溶剂中，由纺口中挤出，利用高剪切应力及凝固浴，使聚合物固化所制成的具有二维平面型结构的溶液直纺方式成浆的丝浆成型物。
4．权利要求3的轮胎补胎剂，其中该平面型丝浆系细长片状(ribbon)、微纤状(fibrils)、触须状(barbs)、或片状(films)的混合型态的二维平面型结构丝浆。
5．权利要求1至4任一项的轮胎补胎剂，其中该平面型丝浆，系选自下述组群者的丝浆成型物对位芳香族聚醯胺聚合物(aromaticpolyamide)或其共聚合衍生物、间位芳香族聚醯胺聚合物(poly(m-phenylene isophthalamide))或其共聚合衍生物、聚对苯二甲酸乙二醇酯(polyester)或其共聚合衍生物、以及聚丙烯腈(polyacrylonitrile)或其共聚合衍生物。
6．权利要求1的轮胎补胎剂，其中该悬浮液可进一步包括溶剂、抗冻剂、防锈剂、抗菌剂、抗氧化剂。
7．权利要求1的轮胎补胎剂，其中该悬浮液包含0.1-10wt％的丝浆的固含量。
8．权利要求7的轮胎补胎剂，其中该悬浮液较佳包含0.2-2.5wt％的丝浆的固含量。
9．权利要求1的轮胎补胎剂，进一步包括1～70wt％线型丝浆，以该平面型丝浆及该线型丝浆的总量100wt％计。
10．权利要求9的轮胎补胎剂，其中该线型丝浆系选自下述者对位芳香族聚醯胺丝浆、聚丙烯腈丝浆、聚乙烯合成纤维丝浆及纤维素纸浆。
11．权利要求1的轮胎补胎剂，其中该悬浮液的溶剂为水。
12．权利要求6的轮胎补胎剂，其中该抗冻剂为选自乙二醇、二乙二醇、丙三醇的任一种或其混合物。
全文摘要
本发明系有关一种长效型的轮胎补胎剂;其特征在于此轮胎补胎剂的悬浮液所含的丝浆具有二维形态的平面型结构。此种含有平面型丝浆的轮胎补胎剂,可应用于有内胎或无内胎的各式车辆轮胎,例如脚踏车、机车、汽车或是其它特殊重型车辆,当轮胎遭异物刺破后开始泄压时,会将预先安装在车胎内的补胎剂悬浮液利用轮胎内外压力差而经由裂缝挤出,则轮胎的漏洞可藉由丝浆的累积存留而在瞬间填补止漏,由而减少胎压损失。
文档编号C09K3/12GK1235999SQ9810838
公开日1999年11月24日 申请日期1998年5月20日 优先权日1998年5月20日
发明者杨正昌, 萧弘毅, 侯方兴, 徐焕南 申请人:财团法人工业技术研究院