CN101684187B - 轮胎胎面基部用橡胶组合物 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提供一种轮胎胎面基部用橡胶组合物，其特征在于，含有原料橡胶、以及包含天然橡胶和微囊的混合母料，所述微囊由一个以上的单元构成，所述单元的内部形成有含有相转移物质的核心，所述微囊的含量相对于原料橡胶的100重量份为1～20重量份。本发明所涉及的轮胎胎面基部用橡胶组合物在橡胶的拉伸强度及低发热性上具有优异的效果。

Description

轮胎胎面基部用橡胶组合物
技术领域
本发明涉及轮胎胎面基部用橡胶组合物，更详细地说，涉及具有优异的橡胶拉伸强度及优异的低发热性能的轮胎胎面基部用橡胶组合物。
背景技术
在轮胎中，胎面基部位于胎面部与带束部之间，代替与带束的粘接性较差的胎面行驶面形成粘接层，防止胎面行驶面花纹块的移动以提高乘坐感。另外，还能够起到防止胎面以及带束部所产生的热量而增强轮胎的耐久性，减少热能损失并减少旋转阻力从而使耗燃料性能得到提高的作用。
要抑制含有胎面基部橡胶的轮胎在高速行驶时胎面基部的发热，有使用形态学变化较少的碳黑，或者相对减少碳黑使用量的方法，但是这样存在着使胎面基部的刚性下降的问题。同时考虑低发热性与高刚性的现有技术有添加相转移物质和粘接增进剂的技术，但存在加工过程中分散性非常差，不能发挥显著效果的缺点。其他还有使用浆化的高模量的硬质棒状液晶纤维作为纤维增强剂的技术，和使用以二氧化硅代替部分碳黑作为补强填充剂的技术，虽然想通过改变橡胶组合物的添加量来改善低发热性能，但由于行驶时胎面部与带束部的升温导致胎面基部的高发热没有得到根本解决。
发明内容
为此，本发明的目的在于提供一种能够同时得到橡胶的拉伸强度及低发热性能的提高效果的轮胎胎面基部用橡胶组合物。
另外，本发明的目的还在于提供一种橡胶的拉伸强度及低发热性能得到提高的轮胎胎面基部。
为了实现上述目的，本发明提供一种轮胎胎面基部用橡胶组合物，其特征在于，含有原料橡胶、以及包含天然橡胶70～80重量％和微囊20～30重量％的混合母料(master batch)，所述微囊由一个以上的单元(cell)构成，所述单元的内部形成有含有相转移物质的核，所述微囊的含量相对于原料橡胶100重量份为1～20重量份。
为了实现上述的另一目的，本发明提供一种由上述轮胎胎面基部用橡胶组合物制造的轮胎胎面基部。
具体实施方式
以下，对本发明进行详细说明如下。
本发明提供一种轮胎胎面基部用橡胶组合物，该组合物含有原料橡胶、以及包含天然橡胶70～80重量％和微囊20～30重量％的混合母料。
上述微囊由一个以上的单元构成，上述单元的内部形成有含有相转移物质的核。
上述本发明涉及的轮胎胎面基部用橡胶组合物中所含的微囊在用天然橡胶进行前处理形成混合母料后，将其与原料橡胶混合从而提供轮胎胎面基部用橡胶组合物。
本发明涉及的轮胎胎面基部用橡胶组合物的原料橡胶的混合性优异，可以弥补使用微囊时所产生的分散性差导致的物性下降。
上述混合母料是用天然橡胶前处理微囊得到的一种微囊与天然橡胶的混合组合物，对上述前处理过程的一个例子更具体的说明的话，可为将块状的天然橡胶放入开炼机(open mill)中长时间旋转制成片状之后，以天然橡胶70～80重量％及微囊20～30重量％放入开炼机中旋转混合。将片冷却以后放入挤出机，将母料拉长然后用切割机切断。
上述混合母料内的天然橡胶通常用作轮胎胎面基部用橡胶组合物，作为例子可举出从自然获得的聚异戊二烯等。
上述混合母料含有天然橡胶70～80重量％及微囊20～30重量％，微囊的含量小于20重量％时，由于与其他配合剂的混合比例发生变化从而产生物性降低的问题；含量超过30重量％时，由于微囊的分散性得不到提高而没有增强拉伸强度及低发热性能的效果。
这样，通过含有用天然橡胶进行前处理的微囊，能够使微囊与橡胶基质的结合力增大，加工过程中的分散性得到很大的提高，能够在微囊的单元结构被破坏时相转移物质的分散性得到提高。
优选相对于原料橡胶100重量份，含有1～20重量份的上述微囊，更优选含有5～15重量份。相对于原料橡胶100重量份，微囊的含量小于1重量份时，则没有在高温时防止轮胎胎面基部温度上升的效果，达不到防止橡胶的刚性下降及低发热的效果；超过20重量份时，橡胶的硬度变大，不仅会出现性能下降还会在挤出时出现破碎的现象。
上述原料橡胶是天然橡胶、丁苯橡胶等通常用作轮胎胎面基部用组合物的橡胶，天然橡胶优选从自然中获得的聚异戊二烯，上述丁苯橡胶优选以在微细结构组成中，苯乙烯含量为20～25重量％，100℃门尼粘度为48～58，用浸渍聚合法制得的。丁苯橡胶的门尼粘度高时，难以加工；上述丁苯橡胶使用过量，则与带束部的粘着力会下降。原料橡胶优选含有天然橡胶50～80重量％及丁苯橡胶20～50重量％。
以下，对上述微囊进行更加详细的说明。
上述微囊由一个以上的单元构成，上述单元的内部形成有含有相转移物质的核。上述单元优选用选自丙烯酸酯单体、芳香族乙烯基系单体、乙烯基氰系单体、及马来酰亚胺单体中的一个以上的单体制造。
形成上述微囊的单元的核中所含的相转移物质(Phase ChangeMaterial；通常称为“PCM”)是指，在规定温度范围无温度变化地从固相转成液相或者从液相转成气相或者相反地转相(phase)，并且能够吸收或放出热能的物质，相变时保持相同温度所吸收或者放出的热称为潜热。
即，相转移物质通过由固体变为液体的相变过程吸热积蓄潜热，相反，相转移物质在温度低至由液体变为固体的凝固点以下时，则放出所积蓄的潜热使周边温度提高。
上述相转移物质优选凝固点在44.4℃～61.4℃范围的碳原子数22～28的正烷烃系、环状烷烃系、含有芳香族的烷烃系化合物，另外也可以是这些物质中的1个以上的的混合物。上述烷烃系化合物是与轮胎用橡胶组合物中含有的蜡类似的物质，具有在行驶时即使微囊的单元结构被破坏也能够很好分散于橡胶中的优点。更具体地，相转移物质的例子，可以列举二十八烷、二十七烷、二十六烷、二十三烷等烷烃族烃与六水合氯化钙(CaCl2·6H2O)、三水合氮化锂(Li3N·3H2O)、六水合氮化锌(Zn3N2·6H2O)等无机氢氧化盐。
本发明涉及的轮胎胎面基部用橡胶组合物中，上述相转移物质可以单独使用纯粹的单一物质，但使用纯粹的单一物质时会引起在窄的温度范围内发生相变，因此优选混合2种以上上述相转移物质形成共融混合物，或者使用调节水合程度获得的可在较广温度范围发生伴随有高热量进出的相变的相变物质。
上述微囊的结构由多个坚硬(rigid)单元构成，上述单元内部形成有含有相转移物质的核(Core)。
此时，用于制造将上述相转移物质微囊化(Microcapsulation)的单元的单体，可以使用选自丙烯酸酯单体、芳香族乙烯基系单体、乙烯基氰系单体、及马来酰亚胺单体等中的1个以上。
作为丙烯酸酯单体的具体例子，可以列举甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸-2-乙基己基酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯等。作为芳香族乙烯基系单体的具体例子，可以列举苯乙烯、叔丁基苯乙烯、甲基苯乙烯、乙烯基甲苯、一氯苯乙烯、二氯苯乙烯、二溴苯乙烯、乙基苯乙烯、乙烯基萘、二乙烯基苯等。乙烯基氰系单体的具体例子，可以列举丙烯腈、甲基丙烯腈、乙基丙烯腈等，马来酰亚胺单体的具体例子，可以列举马来酰亚胺、N-甲基马来酰亚胺、N-乙基马来酰亚胺、N-丁基马来酰亚胺、N-己基马来酰亚胺、N-二氯己基马来酰亚胺、N-苯基马来酰亚胺、N-三马来酰亚胺等。
本发明使用了含有相转移物质的微囊，通过在维持高温下的拉伸强度的同时使低发热性能增强，从而可以克服不能达到同时增强橡胶的拉伸强度及低发热性能的效果的现有技术存在的问题，尤其是使用天然橡胶-微囊的混合母料时，由于微囊的分散性最大化而得到更加优异的效果。
另一方面，本发明涉及的轮胎胎面基部用橡胶组合物还可以含有配合剂。上述配合剂可以是公知的轮胎胎面基部用橡胶组合物中通常含有的物质，例如可按照通常的方法添加碳黑、二氧化硅、二氧化硅偶联剂(シリカカツプリング剤)、氧化锌、硬脂酸、油、防老剂、蜡、树脂、硫、硫化促进剂等。相对于原料橡胶100重量份可含有60～80重量份的上述配合剂。另外，本发明提供一种由上述本发明涉及的轮胎胎面基部用橡胶组合物制造的轮胎胎面基部。
上述本发明涉及的轮胎胎面基部，分散于胎面基部中的相转移物质可以防止在行驶时由胎面行驶部与带束部产生的热导致的胎面基部温度的上升，防止行驶时胎面基部刚性的下降，通过提高低发热性能，从而使轮胎耐久性提高。
本说明书以及要求保护的范围中所使用的词汇或者单词并不限定于一般情况或者字典中的意思，基于发明者为了能够用最好的方式说明自己的发明而可以将词汇的概念适当定义的原则，需解释为符合本发明技术思想的意思和概念。
因此，本说明书中记载的实施例和附图所示的构成仅为本发明最为优选的一个实施例，并非表明本发明的全部技术思想，因此需理解在本申请提出时可有将这些替换而得到的多种均等物及变形例。
实施例
硫化前的橡胶片以下表1中所记载的配合比率，将橡胶与添加剂按照通常的混合方法混合，将混和得到的橡胶在160℃硫化20分钟后准备好测定试验片。另外，下表2表示如上述方法准备的橡胶组合物的物性结果，将上述比较例及实施例的橡胶组合物制成半成品，然后制造含有该半成品的205/55R16规格的轮胎，下表3表示对于该轮胎的发热的相对比率。
表1
橡胶片成分比(单位：重量份)
  成分   比较例1   比较例2   实施例1   实施例2
  天然橡胶   80   80   60   40
  丁苯橡胶1)   20   20   20   20
  碳黑2)   55   55   55   55
  微囊3)   -   10   5   -
  天然橡胶-微囊的混合母料4)   -   -   25(5)   50(10)
  氧化锌   3   3   3   3
  硬脂酸   1   1   1   1
  操作油   8   8   8   8
  防老剂   3.5   3.5   3.5   3.5
  蜡   1   1   1   1
  硫   2.8   2.8   2.8   2.8
  硫化促进剂   1   1   1   1
注)
1)玻璃化转变温度-54℃、苯乙烯含量24％
2)碘吸附比表面积为35mg/g以上，DBP(邻苯二甲酸二丁酯)吸油量为90mL/100g。
3)是将凝固点为61.4℃的正二十八烷作为相转移物质形成核，将甲基丙烯酸甲酯单体聚合形成单元的美国Outlast Technologies公司的ThermoculesTM。
4)是天然橡胶80％及微囊20％的混合母料，()中的数字表示混合母料中的实际的微囊的量，根据混合母料中的天然橡胶的量来调节原料天然橡胶的量。
表2
橡胶组合物的物性结果
  比较例1   比较例2   实施例1   实施例2
  硬度   57   58   60   62
  300％模量   145   151   158   175
  断裂时的延展率(％)   410   407   412   405
  25℃拉伸强度(kg/cm2)   213   210   212   215
  80℃拉伸强度(kg/cm2)   165   169   172   186
  60℃G’(MPa)   51.4   52.2   53.0   57.2
表3
  比较例1  比较例2  实施例1  实施例2
  发热1)(℃)   100  99  96  89
注)
1)假定比较例1为100时的胎面基部发热的相对比率
根据上述表2及表3的结果，可知实施例1及实施例2的橡胶组合物与比较例1及比较例2相比，可以维持同等以上的硬度及拉伸强度，发热指数较低，尤其是使用天然橡胶-微囊的混合母料的实施例1及实施例2的情况，比单独使用微囊的情况，显示出更优异的80℃拉伸强度及发热指数，其结果，可以确认天然橡胶-微囊的混合母料所致的分散性变大。
本发明涉及的轮胎胎面基部用橡胶组合物能够同时获得提高橡胶的拉伸强度及低发热性能的效果。

Claims (5)

1.一种轮胎胎面基部用橡胶组合物，其特征在于，含有原料橡胶、以及包含天然橡胶70～80重量％和微囊20～30重量％的混合母料，
所述微囊由一个以上的单元构成，所述单元的内部形成有含有相转移物质的核，所述微囊的含量相对于原料橡胶100重量份为1～20重量份，
所述相转移物质的凝固点在44.4℃～61.4℃。
2.根据权利要求1所述的轮胎胎面基部用橡胶组合物，其特征在于，所述相转移物质是选自正烷烃系、环状烷烃系、及含有芳香族的烷烃系化合物中的一个以上的物质。
3.根据权利要求1所述的轮胎胎面基部用橡胶组合物，其特征在于，形成所述微囊的所述单元是由选自丙烯酸酯单体、芳香族乙烯基系单体、乙烯基氰系单体、及马来酰亚胺单体中的一个以上的单体制造的。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的轮胎胎面基部用橡胶组合物，其特征在于，相对于原料橡胶100重量份，还含有60～80重量份的选自碳黑、二氧化硅、氧化锌、硬脂酸、油、防老剂、蜡、树脂、硫、及硫化促进剂中的一个以上的配合剂。
5.一种轮胎胎面基部，由权利要求1的轮胎胎面基部用橡胶组合物制造。
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