CN102575082A - 经表面处理的炭黑在弹性体中降低化合物滞后和轮胎滚动阻力以及改进抗湿滑性的用途 - Google Patents

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Abstract

一种化合物组合物，包括经表面处理的炭黑和沿着聚合物链被官能化的官能化聚合物，且聚合物表示溶液SBR，溶液SBR包括但不限于SBR(PBR4003)与BR、NR和EPDM的共混物，且SBR聚合物官能化包括极性的含氧官能团，如将用于客车、卡车和赛车轮胎时，该化合物组合物降低了化合物滞后和滚动阻力，改进了抗湿滑性并具有优良的耐磨性。

Description

经表面处理的炭黑在弹性体中降低化合物滞后和轮胎滚动阻力以及改进抗湿滑性的用途
相关申请的交叉引用
在此要求2009年8月27日提交的美国临时专利申请序列号61/237,593的优先权，该临时专利申请通过引用并入本文。
关于联邦政府资助的研究或开发的声明
不适用。
对“缩微照片附录”的引用
不适用。
发明背景
1.发明领域
本发明涉及利用经表面处理的炭黑的化合物组合物。更具体地，本发明涉及与官能化弹性体结合使用的经表面处理的炭黑，其中所述弹性体沿着聚合物链被官能化，从而产生了更高可能性的增强的炭黑-弹性体相互作用，提供了大幅减少的橡胶硫化滞后，并可用于制造包括轮胎的橡胶制品。
2.本发明的大体背景
减小轮胎胎面胶的滚动阻力在提高交通工具的燃料经济性和减少二氧化碳排放物方面是重要的。使通常主要由苯乙烯丁二烯共聚物和丁二烯或天然橡胶聚合物共混物以及炭黑组成的轮胎胎面胶的滚动阻力减小的一种方法是改变填料特性，使得填料-填料相互作用被减弱而填料-弹性体相互作用被增强。这是起作用的，原因是炭黑填充的胶料中最高的产热源通常起因于炭黑，这是由于炭黑经由高的填料-填料相互作用形成贯穿网络的倾向。减弱该填料-填料相互作用而增强填料-弹性体相互作用可以显著减小填料网络化度和化合物滞后，并因此减小轮胎胎面胶和最终轮胎本身的滚动阻力。通常，减弱的填料-填料相互作用或网络化通过低应变动态模量的减小来估量，这导致低应变动态弹性模量和高应变动态弹性模量之间的差发生较小的变化。该现象被称为Payne效应。
图1中证实了包含通常的炭黑的胶料的这种Payne效应，其中化合物的动态模量随应变的变化发生较小的变化(较平坦的曲线)，这也证实随应变变化的较低的正切δ(tangent delta)，其中正切δ是动态损耗模量与动态弹性模量的比，且是在动态测试中用作胶料的热积累的指示器的典型参数，且较低的正切δ值表示具有较低的热积累性质的化合物。
可以用于减弱胶料组合物中的填料-填料相互作用而增强填料-弹性体相互作用的方法包括：
-使用宽分布的炭黑以增大平均聚集体间间距并因此减小填料-填料网络化度(例如参见美国专利7,238,741)
-使用耦联剂与炭黑以增强炭黑-弹性体相互作用，其中偶联剂通过与填料和弹性体两者直接地键合起作用；(例如参见美国专利5,494,9)
-使用偶联剂与二氧化硅以促进二氧化硅分散和减弱填料-填料相互作用(例如参见美国专利5,227,425)
-使用官能化弹性体与可相容的官能化填料，如用与氧化的炭黑组合的在链末端被官能化的SBR弹性体进行的，(例如参见美国专利5,248,722和2006/0178467)。以上方法的若干缺点是明显的。
第一，借助于宽分布的炭黑的硫化滞后的变化量级是最小的且基于在60℃至75℃的正切δ测量结果，在3％至10％左右。
第二，在化合物组合物中使用用于炭黑和二氧化硅的偶联剂增加另外的成本，需要由用于经由反应性混合来增强填料-弹性体相互作用的偶联剂的活化导致的另外的混合步骤和用于排放乙醇的专门的VOC排放物处理系统。
第三，当炭黑与偶联剂结合使用时，在化合物滞后减少方面还获得相对小的益处。
最后，当二氧化硅与确实提供40％左右或更大的显著的硫化滞后减少的偶联剂一起使用时，不仅再次在二氧化硅和偶联剂的成本方面遭受不利，而且二氧化硅本身是很有磨损作用的并造成用于工业工厂的橡胶混合器的磨损率增加。二氧化硅还需要更长的混合和分散时间，导致更高的能量利用和成本以及较低的工厂产量。
因此，本发明的目的是提供一种新颖的基于经表面处理的炭黑和官能化聚合物的橡胶化合物组合物，该组合物不需要使用昂贵的偶联剂，且不会导致工厂橡胶混合器的过早磨损，但仍提供更类似于二氧化硅的化合物滞后的显著减少并维持或改进化合物抗湿滑性，提供良好的耐磨性和对于更短的混合周期提供容易的分散、相对于基于二氧化硅的化合物组合物更低的能量成本和更高的工厂生产量。另外，该独特的性能益处由经表面处理的炭黑和官能化溶液-SBR的组合获得，官能化溶液-SBR沿着聚合物链使其被官能化，与端基、链端官能化的弹性体相比，这提供了可能性高得多的增强的填料-弹性体相互作用。现有技术，尤其是对于溶液SBR，教导在链端使用聚合物官能化。
发明概述
受雇于Columbian Chemicals Company和Lanxess的科学工作者共同开发了本文所公开的发明。在概述本发明中，已经将经表面处理的炭黑与官能化弹性体结合使用，其中所述弹性体沿着链被官能化，相对于常规的包含炭黑的化合物，这产生更大可能性的增强的炭黑-弹性体相互作用，提供了出人意料的和相当大的滞后减少和抗湿滑性益处，且所述化合物滞后减少和抗湿滑性增强更密切接近包含二氧化硅的化合物，同时还维持炭黑化合物的优良的耐磨性。
附图简述
为了进一步理解本发明的本质、目的和优点，应参考以下详细描述，结合以下附图阅读，其中相同的参考数字表示相同的元件，且附图中：
图1阐明了通常的(非官能化的)弹性体系统中，多种炭黑的Payne效应和对正切δ的相应影响；
图2阐明了官能化的(沿着链)BUNA VSL VP PBR-4003中的经过氧化物和臭氧处理(不同时间)的N234相对于通常的BUNAVSL 5025-2(具有0.2phr DPG的化合物)中的未经处理的N234对照和二氧化硅的减弱的Payne效应；
图3阐明了官能化的(沿着链)BUNA VSL VP PBR-4003中的经过氧化物、臭氧和胺处理的N234相对于通常的BUNA VSL 5025-2(具有0.2phrDPG的化合物)中的未经处理的N234对照和二氧化硅的Payne效应减弱；
图4阐明了官能化的(沿着链)BUNA VSL VP PBR-4003中的经过氧化物和臭氧处理(不同时间)的N234相对于通常的BUNAVSL 5025-2(具有0.2phr DPG的化合物)中的未经处理的N234对照和二氧化硅的随动态应变变化的正切δ；
图5阐明了官能化的(沿着链)BUNA VSL VP PBR-4003中的经过氧化物、臭氧和胺处理的N234相对于通常的BUNA VSL 5025-2(具有0.2phrDPG的化合物)中的未经处理的N234对照和二氧化硅的随动态应变变化的正切δ；
图6阐明了官能化的(沿着链)BUNA VSL VP PBR-4003中的经过氧化物和臭氧处理(不同时间)的N234相对于通常的BUNAVSL 5025-2(具有0.2phr DPG的化合物)中的未经处理的N234对照和二氧化硅的随温度变化的正切δ；
图7阐明了官能化的(沿着链)BUNA VSL VP PBR-4003中的经过氧化物、臭氧和胺处理的N234相对于通常的BUNA VSL 5025-2(具有0.2phrDPG的化合物)中的未经处理的N234对照和二氧化硅的随温度变化的正切δ；
图8阐明了官能化的(沿着链)BUNA VSL VP PBR-4003中的经臭氧处理(5.5hr)的N234和较高表面积炭黑(N115、N134、CD2115)相对于通常的BUNA VSL 5025-2(具有2.0phr DPG的化合物)中的未经处理的N234对照和二氧化硅的减弱的Payne效应；
图9阐明了官能化的(沿着链)BUNA VSL VP PBR-4003中的经臭氧处理(5.5hr)的N234和较高表面积炭黑(N115、N134、CD2115)相对于通常的BUNA VSL 5025-2(具有2.0phr DPG的化合物)中的未经处理的N234对照和二氧化硅的减小的正切δ；
图10阐明了官能化的(沿着链)BUNA VSL VP PBR-4003中的经臭氧处理的N234和较高表面积炭黑相对于通常的BUNA VSL 5025-2(具有2.0phr DPG的化合物)中的未经处理的N234对照和二氧化硅的随温度变化的正切δ；和
图11阐明了在表11-13示出的0℃和60℃的正切δ变化，预测本发明的化合物8、BUNAVSL VP PBR 4003/BR与被氧化的N234的抗湿滑性和滚动阻力，等于优于二氧化硅参考化合物10。
发明详述
在本发明的一个优选实施方式中，在模型轮胎胎面胶中的本工作的结果已经表明正切δ(用于评估橡胶化合物在动态应用中减少热积累的潜力的主要参数)显著减小。实际上，就正切δ的减小量级和所预计的抗湿滑性的相应改进而言(正切δ在0至-10℃范围)，这些结果是出人意料的。炭黑的此种表现，即在60℃至75℃下较低的正切δ(较低的滚动阻力预测)而在0℃下较高的正切δ(较高的抗湿滑性预测)是令人惊奇的。
通常，对于按所制造的使用的炭黑或甚至经表面处理的炭黑来说，当与常用的和通常的SBR、BR、NR或EPDM化合物组合时，化合物滞后减少是相对小的，且通常一个或另一个参数(滚动阻力或湿反应)可能被改进，但并不是两者同时得到改进，也不是改进到显著的程度。在本发明中，经表面处理的炭黑和沿着聚合物链被官能化的官能化弹性体的组合，提供具有显著的正切δ减小的化合物组合物并维持和改进潜在的抗湿滑性响应。
提供了一种化合物组合物，该化合物组合物包括经表面处理的炭黑和沿着聚合物链被官能化的官能化聚合物，所述表面处理是经由氧化，氧化后用碱处理，或氯化，然后用碱处理，这提供了具有包括氧官能团、碱性官能团或氧和碱性官能团的组合的表面官能团的炭黑，且聚合物表示溶液SBR，且官能化表示羧酸(-COOH)或氢氧化物(-OH)官能团(functionality)。
另外，提供了被反应性地混合以促进在官能化炭黑和官能化弹性体之间的化学相互作用的化合物，其中反应性混合在橡胶混合器中被完成，使得化合物在145℃至160℃范围内的高温下被保持2至8分钟的时间段。
本发明利用如表1中所代表的典型的轮胎胎面胶组合物，其中化合物完全由Lanxess官能化溶液SBR、BUNA VSL VP PBR 4003(下文称为PBR4003)组成，但还可以由60/40SBR/BR至100/0SBR/BR比的SBR/BR共混物表示，如表2所示的。另外，可以使用40至120phr范围的量的经表面处理的N234炭黑和/或以50/50至100/0范围内的比的经表面处理的和按所制造的炭黑或二氧化硅的混合物连同在2至50phr范围内的典型的加工用油，它们代表了可以用来做轮胎的典型的轮胎胎面制剂。
本发明还利用如表3中所代表的典型的混合方案，其中所示出的成分添加顺序代表橡胶混合方案，但，此外，使用通常的混合时间和温度并与反应性混合时间和温度进行比较，相比于通常的混合方案，反应性混合时间和温度分别是更长的时间和更高的温度。需要反应性混合方案来促进经表面处理的炭黑与沿着聚合物链被官能化的官能化聚合物的增强的炭黑-弹性体相互作用来实现如上所述的低的滞后和良好的抗湿滑性和耐磨性的化合物优点。
本发明的一个优选的实施方式提供了采用不同化学品的若干不同的炭黑表面处理方案来制备化合物组合物，以与沿着聚合物链被官能化的官能化聚合物协同地进行相互作用，且在该情况下与沿着聚合物链的羧酸官能化相互作用，以如由根据Payne效应，低应变弹性模量的减小所证明的，增强填料-弹性体相互作用和减弱填料-填料相互作用，且显著减少化合物滞后并维持和改进化合物抗湿滑性和耐磨性。
除了包括N234的化合物组合物之外，如表4中所定义的和列出的炭黑包括具有在60至300m2/g范围的氮表面积(NSA，参见ASTM D6556)和在50至180cc/100g范围的结构水平或油吸附(OAN，参见ASTM D2414)水平的炭黑，如可以经由炉法、在灯黑上的接触法(impingement onlampblack process)所产生的。
提供了一种具有沿着聚合物链被官能化的官能化聚合物的化合物组合物和经由过氧化物(例如，参见美国专利6,120,594)或臭氧(例如，参见美国专利6,471,933)氧化炭黑表面的炭黑表面处理，以提供在炭黑表面上的基于氧的官能团和沿着官能化聚合物的聚合物链的羧酸官能团之间的极性-极性和/或分子间的氢键键合机理，且沿着聚合物链被官能化导致了增强的填料-弹性体相互作用、减弱的填料-填料相互作用和减弱的Payne效应。
提供了一种沿着聚合物链被官能化的官能化聚合物的化合物组合物和具有炭黑的氧化，后面是用基于胺的化合物(例如，参见美国专利5,708,055)，优选地二胺化合物处理的炭黑表面处理，这提供了具有炭黑上的碱性胺官能团和沿着官能化聚合物的聚合物链的羧酸基团的酸碱相互作用，且沿着聚合物链被官能化导致了增强的填料-弹性体相互作用、减弱的填料-填料相互作用和减弱的Payne效应。
提供了一种沿着聚合物链被官能化的官能化聚合物的化合物组合物和具有炭黑的氧化，后面是用基于胺的化合物，优选地具有氢氧化物或其他极性的含氧官能团的胺化合物处理的炭黑表面处理，这提供了具有炭黑上的官能团和沿着官能化聚合物的聚合物链的羧基的酸碱相互作用和/或酸碱和极性-极性相互作用，且沿着聚合物链被官能化导致了增强的填料-弹性体相互作用、减弱的填料-填料相互作用和减弱的Payne效应。
提供了一种沿着聚合物链被官能化的官能化聚合物的化合物组合物和具有炭黑的氧化，后面是用基于羟基的化合物处理的炭黑表面处理，这提供了具有炭黑上的官能团和沿着官能化聚合物的聚合物链的羧基的极性-极性相互作用和/或分子间的氢键键合，且沿着聚合物链被官能化导致了增强的填料-弹性体相互作用、减弱的填料-填料相互作用和减弱的Payne效应。
提供了一种沿着聚合物链被官能化的官能化聚合物的化合物组合物和具有炭黑的氯化，后面是用氨处理的炭黑表面处理，这提供了在炭黑上的官能团和沿着官能化聚合物的聚合物链的羧基之间的酸碱相互作用，且沿着聚合物链被官能化导致了增强的填料-弹性体相互作用、减弱的填料-填料相互作用和减弱的Payne效应。
由经表面处理的炭黑和沿着聚合物链被羧酸官能化的官能化聚合物组成的化合物组合物，减少化合物滞后和滚动阻力并改进轮胎中的抗湿滑性，同时维持良好的耐磨性，且聚合物表示溶液SBR，轮胎包括客车、卡车和赛车轮胎。
本发明还提供了本发明化合物组合物用于生产硫化橡胶的用途，硫化橡胶又用于生产高度地加固的模制品，尤其是用于生产轮胎。
本发明还提供了本发明化合物组合物用于生产橡胶混合物的用途。
实验：聚合物和炭黑制备
表5中列出用于本发明化合物组合物中的聚合物和按所制造的和经表面处理的炭黑，且在表6示出显示表面处理的影响的分析结果。
炭黑的臭氧化样品包括在转鼓中用包含约2％臭氧浓度的空气流处理1.5至5.5小时范围的不同的时间长度，随后湿粒化(wet beading)，接着在烘箱中在125℃下干燥样品六小时的经Sturdivant磨碎的粒状炭黑。
过氧化氢样品包括在针卷边工具(pin beader)中根据ColumbianInternal Batch Lab Procedure LS0-1用50/50重量百分比的35％至50％过氧化氢湿粒化的粉末炭黑。然后将所得到的湿珠在流体床干燥器中在125℃干燥两个小时。
炭黑的胺样品通过处理被加入到6升Lab Max反应容器中的2.5升水和25ml丙酮中的五十克臭氧化N234粉末来制备。在持续搅拌下将稀释成1％的在蒸馏水中的溶液的乙二胺缓慢地加入到Lab Max中，直到达到目标pH。将炭黑通过加压过滤从水分离并用蒸馏水索氏提取16小时。然后将炭黑样品用咖啡研磨机研磨、湿粒化并在烘箱在125℃干燥六个小时。
表6中示出表面处理的效果的典型实例，其中示出挥发物含量(Columbian Internal Procedure LS2-700)和pH(ASTM D1512)和热滴定(Columbian Internal Procedure LS2-700)值，这些值反映由表面处理引起的表面性质的变化。如可以看到的，臭氧氧化的炭黑示出挥发物含量的绝对4.7％增加，以及pH的剧烈下降和热滴定(在炭黑表面部分与用作滴定剂的碱，即丁胺之间的反应的热的量度)的增加以及水分吸收的增加(更多极性基团)，表明氧化处理是成功的，因为结果示出了通常对于被氧化的炭黑所观察到的表面酸度的典型增加。
经胺处理的炭黑示出大的pH增加(被氧化的CB用作原料，所以酸基团被中和)以及相应大的热滴定值下降。
胺处理似乎是成功的，但一些酸性部位可能保留，如通过pH值＜7所证明的，且可能表明已经获得具有双表面官能团的炭黑(碱性胺和极性的和/或基于氧的酸性部位均存在)。
表6中示出的这三种炭黑的表面处理的结果表示典型的值，且表示主要用于橡胶内评估的炭黑类型。
用于表5中列出的本发明该化合物组合物中的聚合物包括LanxessBuna VSL-5025-2，具有50％乙烯基和25％苯乙烯含量、37.5phr的TDAE油和100℃时47MU的门尼粘度ML(1+4)的溶液SBR；和Lanxess PBR4003，一种包含沿着聚合物链的羧基官能化的且主要由以下组成的官能化聚合物：
每重量份的SBR 45％+/-7％的乙烯基含量
每重量份25％+/-5％的苯乙烯含量
每重量份27％+/-1.5％的油含量(TDAE)
100℃时55MU+/-10MU的门尼粘度ML(1+4)
每kg充油橡胶35mmol+/-10mmol的COOH官能团含量。
实验测试
表7中描述了用于该评估的化合物变量，并在包括常规的、臭氧化的、被过氧化物或胺处理的炭黑和二氧化硅的填料的情况下，在有和没有硅烷的情况下以及在有和没有反应性混合的情况下，将本发明的化合物组合物的化合物性能对通常的SBR聚合物(Lanxess Buna VSL-5025-2)的性能进行比较。表8至表13列出橡胶内化合物性能性质。由Lanxess推荐用于与Si69一起使用的反应性混合程序包括在高达150-160℃的温度下混合和维持该温度3分钟，每一个进行两遍，随后在研磨机上加入固化剂。将所有SBR化合物(表1和表8至表10)在布拉本德塑性纪录仪小型混合器中混合，同时将SBR/BR化合物(表2和表11-13)在GK 1.5升啮合混合器中混合。表2中示出的SBR/BR化合物的动态性质使用用于应变振幅扫描的MTS伺服液压机来确定，且Gabo Explexor机器用于确定温度扫描。在以下条件下进行振幅扫描：双面剪切测试块，1Hz频率和在0.2％至80％DSA范围的振幅，60℃。在以下条件下进行温度扫描：1％平均应变，10Hz频率，-120℃至100℃的0.1％振幅。由于对来自炭黑的变化的表面化学的该性质的影响，固化促进剂DPG(N，N-二苯胍)在0.2至2.0phr之间变化以改进和优化固化速率。用较高量(2.0phr)的DPG获得改进的固化速率和橡胶内性质。
化合物测试结果
所评估的橡胶内性质包括以下：MDR(ASTM D5289)、肖氏A硬度(ASTM D2240)、回弹(ASTM D1054)和应力-应变(ASTM D412)。表1中的所有SBR化合物的动态性质使用TA.Instruments高级流变扩展系统(ARES)LS/M DMA型号来确定并在剪切下进行。在以下条件下进行振幅扫描：0％平均应变，10Hz频率，和0.2-125％ptp的振幅范围，75℃。在以下条件下进行温度扫描；0％平均应变，10Hz频率，8％ptp(40℃和更低)和15％ptp(50℃和更高)的振幅，和-5℃至60℃的温度范围。
表8示出本发明化合物组合物相对于通常采用的通常的或参考化合物组合物的性能优点，且图2、图4和图6分别用图示出随应变变化的动态弹性模量G′、随应变变化的75℃时的正切δ最大值和用于滚动阻力和抗湿滑性预测的随温度变化的正切δ的该数据的这些结果。表8中的化合物1示出作为参考化合物1的在通常的Buna VSL 5025-2中的通常的N234。化合物2示出在化学改性的PBR-4003中的通常的N234且仅实现75℃时微小的10％的正切δ减小以及17％的Payne效应减小。然而，对于本发明化合物3、4、5和6，实现了在19％至39％范围的显著的和惊人的正切δ减小，且增加臭氧化(氧化)水平导致更大的正切δ减小。可以被视为滚动阻力标准品的全部二氧化硅化合物7示出了相对于化合物1的79％的正切δ减小。Payne效应还示出本发明化合物3、4、5和6分别相对于参考化合物1和2的在33％至42％范围的显著减小。该特性似乎定向地导致-5℃时更好的抗湿滑性预测，如由化合物3、4、5和6相对于参考化合物1和2的在-5℃时较高正切δ所示的。注意，较高的臭氧化时间(较高的氧化水平)导致在降低75℃时的正切δ(预测较低的滚动阻力)和增加-5℃时的正切δ(预测增强的抗湿滑性)方面的最大的改进，表明表面氧化水平越高，在较低的预测滚动阻力和改进的预测抗湿滑性方面的化合物组合物性能越好。
表9示出本发明化合物组合物相对于通常采用的通常的或参考化合物组合物的性能优点，且图3、图5和图7分别用图示出随应变变化的G′、随应变变化的75℃时的正切δ和用于滚动阻力和抗湿滑性预测的随温度变化的正切δ的该数据的这些结果。表9中的化合物1示出作为参考化合物1的在通常的Buna VSL 5025-2中的通常的N234。化合物2示出在化学改性的PBR-4003中的通常的N234。表9比较了包含经胺处理的炭黑的本发明化合物5和6与参考化合物、化合物1、2和7与包含氧化炭黑的本发明化合物3和4。注意，包含经胺处理的炭黑的化合物5和6还分别示出相对于标准化合物1的约34％和39％的大的75℃时的正切δ减小。本发明化合物5和6的这些正切δ减小非常相似于表8中的本发明化合物5(还示出为表9中的化合物4)，其具有所有包含氧化炭黑的本发明化合物的最低的正切δ响应。包含经胺处理的炭黑的本发明化合物5和6的一个另外的优点是还减小了固化速率或90％固化的时间(t90)，这是由于经胺处理的炭黑上存在的碱性表面化学，这是期望的特性。Payne效应还示出分别对于本发明化合物5和6的在57％至62％范围的显著减小，这比包含仅被臭氧化的炭黑的本发明化合物减小更多。该特性似乎定向地导致-5℃时更好的抗湿滑性预测，如由化合物5和6相对于参考化合物1和表8中的臭氧化的本发明化合物5(且示出为表8中的化合物4)的较高正切δ所示的。因此，在本发明化合物组合物中利用经胺处理的炭黑比仅利用臭氧化的炭黑似乎导致更好的固化特性和改进的抗湿滑性预测以及相似的低的滚动阻力性质。
表10比较了包含具有比N234高的表面积的臭氧化炭黑的本发明化合物，臭氧化炭黑包括N115、N134和CD2115，且图8、图9和图10分别用图示出随应变变化的G′、随应变变化的75℃时的正切δ和用于滚动阻力和抗湿滑性预测的随温度变化的正切δ的该数据的这些结果。表10中的参考化合物1和2示出分别在通常的Buna VSL 5025-2中的通常的N234和N134的结果。化合物3、4、5和6示出分别在Lanxess PBR-4003中的包含臭氧化N234、N134、N115和CD2115的本发明化合物的结果，且对于该数据集合，DPG的量增加至2.0phr，这是对于由于它们的表面化学而需要辅助促进剂的二氧化硅化合物来说用于橡胶工业的制剂的较典型的特征。结果表明对于所有化合物，固化、应力-应变和动态性质的整体的更好的平衡。在该数据集合中，本发明化合物3(臭氧化N234，5.5小时)示出相对于参考化合物1的50％的更显著的和惊人的正切δ下降，且在该情况下，现在更密切地匹配所有二氧化硅参考化合物7，参考化合物7具有相对于参考化合物1的60％的正切δ下降。惊人地，较高表面积的炭黑N115、N134和CD2115还示出相对于包含N234的参考化合物1的大的约40％的75℃时的正切δ最大值减小。通常较高表面积炭黑由于它们形成贯穿网络的较高倾向而产生较高的热积累和正切δ值，且表10中的包含在通常的Buna VSL 5025-2中的通常的N134的参考化合物2，证实了该现象(相对于包含N234的参考化合物1高15％的正切δ)。相对于包含N134的参考化合物2，具有臭氧化N134的本发明化合物示出64％的正切δ下降，这是显著的和惊人的结果。同样的可以是N115且尤其是CD2115，CD2115是显著更细和更高表面积的炭黑。Payne效应还示出，对于本发明化合物3、4、5和6，40％至75％范围的显著减小，这再次是大的变化和惊人的结果。注意，所有二氧化硅化合物7示出相对于参考化合物1的64％的Payne效应减弱。表10中的结果还示出本发明化合物3和4的定向地更好的-5℃时的抗湿滑性预测，如由本发明化合物3和4相对于参考化合物1的更高的正切δ所示的。因此，在包含PBR4003的化合物组合物中使用的较高表面积炭黑(比N234更高表面积)的表面改性可以导致相对于包含N234的通常的参考化合物或它们相应的对应物，具有显著更低的热积累和预测的滚动阻力以及定向地更好至相等的预测的抗湿滑性的化合物。
表11-13示出本发明化合物组合物相对于通常采用的通常的或参考化合物组合物的性能优点，但在该情况下，示出如表2所描述的SBR/BR共混物，其是较典型的实际轮胎胎面胶。表11示出基本的应力-应变性质，表明了本发明化合物4、6和8相对于通常的参考炭黑化合物组合物1、9和二氧化硅化合物组合物10、11，模量、拉伸强度和伸长率的非常优良的平衡。表12示出60℃时的振幅扫描动态性质，并表明所有的本发明化合物4、6和8相对于N234的参考化合物1和9，给出了9％至21％范围的正切δ减小。本发明化合物4和6的臭氧化和胺处理具有比发明化合物8高的正切δ最大值，本发明化合物8具有大于5％水平的最佳量的表面氧基团或挥发物含量。因此，如表9所示的，本发明化合物8的正切δ响应最密切匹配二氧化硅化合物10和11的正切δ响应。表12还示出SBR/BR参考化合物和本发明化合物的温度扫描数据，且如可以看到的，本发明化合物4、6和8具有类似于或大于二氧化硅参考化合物10的0℃时的正切δ值，表明本发明化合物4、6和8的相等的至更大的所预测的抗湿滑性响应。图11中用图示出本发明化合物8相对于通常的参考N234化合物1和二氧化硅参考化合物10的改进的所预测的滚动阻力和抗湿滑性。表13示出SRB/BR参考化合物和发明化合物的DIN磨耗、肖氏A硬度和回弹。本发明化合物4、6和8的DIN磨耗类似于参考化合物1和9，且两者比二氧化硅参考化合物10的DIN磨耗低约18％。对于DIN磨耗测试，较低的数量表明更好的耐磨性，且因此更好或更高的所预测的胎面磨损。该结果表明，本发明化合物4、6和8相比于二氧化硅参考化合物10，具有整体改进的化合物性能，意味着本发明化合物8相比于相应的二氧化硅参考化合物10，具有相等至更好的所预测的滚动阻力、抗湿滑性和胎面磨损。
这些结果表明，发明化合物已经克服了显著地和同时地改进橡胶化合物中的滚动阻力、抗湿滑性、胎面磨损以及同时的混合和复合成本的挑战性障碍。
仅作为实例呈现了前述实施方式；本发明的范围仅由以下权利要求限定。

Claims (19)

1.一种化合物组合物，包括经表面处理的炭黑和沿着聚合物链被官能化的官能化聚合物，且所述聚合物表示溶液SBR，所述溶液SBR包括但不限于SBR与BR、NR和EPDM的共混物，且所述SBR聚合物官能化包括极性的含氧官能团，这产生如将用于客车、卡车和赛车轮胎时具有非常低的滞后和滚动阻力、改进的抗湿滑性、优良的耐磨性和优良的混合与复合成本的化合物。
2.如权利要求1所述的组合物，其中所述经表面处理的炭黑的表面积和结构分别在60至300m2g和50至180cc/100g范围内，且可以由炉法、经由灯黑的接触法产生。
3.如权利要求1所述的组合物，其中所述化合物被反应性地混合以促进在经表面处理的炭黑和官能化弹性体之间的化学相互作用，其中反应性混合在橡胶混合器中完成，使得所述化合物在高温下被保持某一时间段。
4.如权利要求1所述的化合物组合物，其中所述的组分以使得所述炭黑-弹性体相互作用通过在沿着所述聚合物链的所述弹性体官能团和所述经表面处理的炭黑之间的相互作用得到增强的方式来混合。
5.如权利要求1所述的化合物组合物，其中所述的组分以使得所述炭黑-弹性体相互作用通过在所述聚合物-羧酸官能团和所述经表面处理的炭黑之间的极性相互作用得到增强的方式来混合，其中所述表面处理用氧化剂来完成。
6.如权利要求1所述的化合物组合物，其中所述的组分以使得所述炭黑-弹性体相互作用通过在所述聚合物-羧酸官能团和所述经表面处理的炭黑之间的酸碱相互作用得到增强的方式来混合，其中所述表面处理用氧化剂，随后用基于胺的化合物处理来完成。
7.如权利要求1所述的化合物组合物，其中所述的组分以使得所述炭黑-弹性体相互作用通过在所述聚合物-羧酸官能团和所述经表面处理的炭黑之间的酸碱相互作用得到增强的方式来混合，其中所述表面处理通过表面的氯化，随后用氨处理来完成。
8.如权利要求1所述的化合物组合物，使得增强的炭黑-弹性体相互作用和反应性混合减弱填料-填料的相互作用并增强填料-弹性体的相互作用，从而产生与整个基于二氧化硅的化合物相当的具有低的滞后和低滚动阻力的、包含炭黑的、基于溶液SBR的化合物。
9.如权利要求1所述的化合物组合物，使得增强的炭黑-弹性体相互作用和反应性混合减弱填料-填料的相互作用并增强填料-弹性体的相互作用，从而产生与整个基于二氧化硅的化合物相当的具有改进的抗湿滑性的、包含炭黑的、基于溶液SBR的化合物。
10.如权利要求1所述的化合物组合物，使得增强的炭黑-弹性体相互作用和反应性混合减弱填料-填料的相互作用并增强填料-弹性体的相互作用，从而产生显著优于整个基于二氧化硅的化合物的、具有优良的DIN耐磨性的、包含炭黑的、基于溶液SBR的化合物。
11.如权利要求1所述的化合物组合物，其中所述组合物导致与整个基于二氧化硅的化合物相当的、显著较低的滞后和改进的抗湿滑性，但具有改进的DIN磨耗和胎面磨损。
12.一种与官能化弹性体结合使用的经表面处理的炭黑，其中所述弹性体被沿着聚合物链官能化，从而产生更高可能性的增强的炭黑-弹性体相互作用，提供了如通过动态测试测得的相当大的滞后减少和减小的60℃至75℃下的正切δ因子以及如通过动态测试测得的改进的抗湿滑性和增大的0℃至-10℃下的正切δ因子。
13.一种化合物组合物，包括经表面处理的炭黑和沿着聚合物链被官能化的官能化聚合物，所述经表面处理的炭黑优选地用过氧化物或臭氧处理，导致采用极性的含氧官能团对所述表面的氧化，且所述聚合物表示溶液SBR，且所述官能化表示极性的羧酸官能团。
14.一种化合物组合物，包括经表面处理的炭黑和沿着聚合物链被官能化的官能化聚合物，所述经表面处理的炭黑优选地用氧化剂处理，然后用基于二胺的化合物处理，导致胺官能化，且所述聚合物表示溶液SBR，且所述官能化表示极性的羧酸官能团。
15.一种化合物组合物，包括经表面处理的炭黑和沿着聚合物链被官能化的官能化聚合物，所述经表面处理的炭黑优选地用氯化剂处理，然后用氨处理，导致胺官能化，且所述聚合物表示溶液SBR，且所述官能化表示极性的羧酸官能团。
16.一种化合物组合物，包括以下所述的组分，所述组分来自权利要求1或2并以使得所述炭黑-弹性体相互作用通过在沿着聚合物链的羧酸官能团与所述经表面处理的被氧化的炭黑上的所述含氧官能团之间的极性-极性或分子间的氢键键合得到增强的方式来混合。
17.一种化合物组合物，包括以下所述的组分，所述组分来自权利要求1或2并以使得所述炭黑-弹性体相互作用通过在沿着聚合物链的羧酸官能团与所述经表面处理的被氧化/被氯化和被胺/氨处理的炭黑表面上的所述含胺官能团之间的酸碱相互作用得到增强的方式来混合。
18.一种化合物组合物，包括以下所述的组分，所述组分来自权利要求1或2并以使得所述炭黑-弹性体相互作用同时通过在沿着聚合物链的羧酸官能团与所述被氧化/被氯化和被胺/氨处理的炭黑表面上的所述含氧官能团和所述含胺官能团之间的极性-极性或分子间的氢键键合相互作用和酸碱相互作用两者得到增强的方式来混合。
19.一种化合物组合物，包括具有含氧官能团和/或含胺官能团的被氧化/被氯化和被胺/氨处理的炭黑表面，和沿着聚合物链被羧酸官能化的官能化聚合物，且所述聚合物表示溶液SBR，所述溶液SBR包括但不限于SBR(PBR4003)与BR、NR和EPDM的共混物，如将用于客车、卡车和赛车轮胎时，所述化合物组合物具有减小的化合物滞后和滚动阻力、改进的抗湿滑性和优良的胎面磨损。
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