CN102656024B - 不渗透性橡胶层的生产方法 - Google Patents

不渗透性橡胶层的生产方法 Download PDF

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Abstract

一种不渗透性橡胶层的生产方法，所述方法包括：-制备水性乳液的步骤，所述水性乳液至少具有可交联聚合物类和分子式(I)(R1CONR2CHR3-COO-)nXn+的表面活性剂，分子式(I)中：R1为C6-C23的脂族基，R2为H或C1-C8的脂族基，R3为H或C1-C8的脂族或芳族基，Xn+为金属阳离子、优选碱性阳离子，和n为1至3的整数；以及-在表面上沉积所述水性乳液的步骤。

Description

不渗透性橡胶层的生产方法
技术领域
本发明涉及不渗透性橡胶层的生产方法。
更具体地，本发明涉及由水性乳液(water-based emulsion)制成的内衬层，本发明仅借助实施例涉及以下描述。
背景技术
众所周知，许多工业应用日益需要薄的不渗透层，而不损害不渗透性。
在轮胎工业中，已知为内衬层的较薄的不渗透层主要接近使用较少的材料，在产量、轮胎重量、总的车辆燃料消耗和滚动阻力方面具有明显的优势。
用于生产不渗透层例如内衬层的混炼胶通常在所谓的班伯里密炼机中制备，其涉及至少两个混炼阶段：延长的高温第一混炼阶段，其中制备主混炼胶，向聚合物类添加并混合成分如炭黑、氧化锌、硬脂酸、蜡、抗氧化剂等；和较冷的第二混炼阶段，其中完成主混炼胶，并向来自第一阶段的混炼胶添加硫化剂如硫磺以及促进剂和/或延迟剂。在两个阶段中制备混炼胶的原因是确保硫化剂在足够低的温度下的分散，从而避免混炼胶过早硫化。然后将所得的混炼胶挤出或压延成所需要的形状。
通常用丁基橡胶基体制备高度不渗透的橡胶产物。
众所周知，还可使用适当混炼的、形成极大增强不渗透性的空间体积(steric volume)的填料而使橡胶不渗透。即，当填料如粘土、高岭土、云母等与聚合物类混炼时，在终产物中形成防止气流通过的障碍物，因此改进产物的不渗透性。
此外，任何填料的各向异性可加强橡胶的不渗透性质。
已知聚合物材料对气体或低分子量物质的不渗透性随着它们的玻璃化转变温度(Tg)的增加而增加。典型的实例为PET，通常用于包装食品和饮料的食品工业。不幸的是，通常难以使用常规方法使高Tg聚合物如PET与橡胶机械结合。
虽然成功地增加橡胶产物的不渗透性而因此降低橡胶产物的厚度，但上述解决方案产生各种加工问题。使用常规班伯里方法，混炼含粘土的聚合物类是极其消耗能量的，而且并不是所有的混炼成分总是有效地共混和/或相容。填料与剩余的橡胶基体的不良的共混和/或相容性损害终产物的机械性质；当聚合物类包括高Tg聚合物时，上述问题甚至更加复杂化。
还应考虑的是，高耗能增加经济影响和生产过程的成本的程度。
使用目前的方法，存在对层厚度的可降低程度的限制。事实上，形成不渗透层的混炼挤出和/或压延阶段强加很少在0.5mm以下的厚度阈值。
然而，本申请已出人意料地发现制备不渗透层用混炼胶的方法，将本申请设计为消除本领域已知状态的弊端。
发明内容
根据本发明，提供不渗透性橡胶层的生产方法；所述方法的特征在于，其包括：
-制备水性乳液的步骤，所述水性乳液至少包括可交联聚合物类，和分子式(I)的表面活性剂：
(R1CONR2CHR3COO-)n Xn+    (I)
其中：
R1为C6-C23的脂族基，
R2为H或C1-C8的脂族基，
R3为H或C1-C8的脂族或芳族基，
Xn+为金属阳离子、优选碱性阳离子，和
n为1至3的整数；和
-在表面上沉积所述水性乳液的步骤。
所述脂族基R1优选包括双键。
优选地，Xn+为Na+。
所述表面活性剂优选具有在包括以下分子式的组中的分子式：
CH3(CH2)7CHCH(CH2)7CONHCH2COO-X+；和
CH2CH(CH2)8CONHCH2COO-X+。
具体实施方式
以下仅为非限制性实施例从而给出本发明更清楚的理解。
实施例
以下为根据本发明生产的混炼胶的描述，所述混炼胶的特征在于使用除丁基橡胶以外还包括高Tg聚合物的聚合物类，和/或通过使用粘土而实现的低渗透性指数。
各混炼胶通过借助在水中分散和混合各种混炼胶组分生产各水性乳液而生产。然后将部分水性乳液喷雾或刷涂在基材上，并蒸发乳液中的水分。
在以下实施例中，使用分子式(I)类(class)中的两种不同的表面活性剂(a、b)：
-分子式CH3(CH2)7CHCH(CH2)7CONHCH2COO-Na+的表面活性剂(a)；和
-分子式CH2CH(CH2)8CONHCH2COO-Na+的表面活性剂(b)。
更具体地，通过将表I中的所有成分同时分散在足够的水中以形成均匀乳液来制备乳液。机械搅拌所得水溶液30分钟，然后超声处理15分钟，从而获得水性乳液。
上述生产水性乳液的方法决不构成根据本发明的方法的限制。
表I示出由根据本发明的各乳液制备的四种混炼胶A-D以phr计的组成、各聚合物类的Tg值和所计算的相对渗透性指数。在混炼胶A-D中，通过加入Tg不断升高的聚合物来改变聚合物类的组成。
对喷雾或刷涂在1mm厚支撑层上的0.3mm厚混炼胶膜，使用常规设备如MOCON OX-TRA(2/20组件(module))，在0%相对湿度和30℃的温度条件下确定渗透性值。
渗透性值参考混炼胶A。
表I
  A   B   C   D
  Cl-IIR   100   70   70   70
  PMA   --   30   --   --
  PEMA   --   --   30   --
  ABS   --   --   --   30
  炭黑   30   30   30   30
  树脂   10   10   10   10
  ZnO   3   3   3   3
  硫磺   2.8   2.8   2.8   2.8
  促进剂   1.5   1.5   1.5   1.5
  表面活性剂(a)   2.0   2.0   2.0   2.0
  渗透性指数   100   85   74   52
Cl-IIR表示氯化丁基橡胶并具有-30℃的Tg；PMA表示聚甲基丙烯酸酯并具有10℃的Tg；PEMA表示聚甲基丙烯酸乙酯并具有60℃的Tg；和ABS表示丙烯腈-丁二烯-苯乙烯热聚物，并具有110℃的Tg。
各混炼胶A-D通过施涂水性乳液，并随后从水性乳液蒸发水分来制备，所述水性乳液通过在水中混合上述各组分而获得。已计算出各水性乳液的制备大致消耗20KWh。
如表I清楚地显示，根据本发明的方法使用具有不断升高的Tg值的聚合物来提供增加的不渗透性，而没有增加能量消耗。
表II示出由根据本发明的各乳液制备的四种混炼胶E-H以phr计的组成，以及计算出的各渗透性指数值。在混炼胶E-H中，以逐渐增加的量加入粘土。
渗透性值参照混炼胶E并以与表I中相同的方式确定。
表II
  E   F   G   H
  Cl-IIR   100   100   100   100
  炭黑   30   30   30   30
  粘土   0   30   50   80
  树脂   10   10   10   10
  ZnO   3   3   3   3
  硫磺   2.8   2.8   2.8   2.8
  促进剂   1.5   1.5   1.5   1.5
  表面活性剂(b)   2.0   2.0   2.0   2.0
  渗透性指数   100   95   90   80
各混炼胶E-H通过施涂水性乳液，并随后从水性乳液中蒸发水分来制备，所述水性乳液通过在水中混合上述各组分而获得。已计算出各水性乳液的制备大致消耗20KWh。
如表II清楚地显示，根据本发明的方法使用增加量的粘土提供增加的渗透性，而没有增加能量消耗。
用于根据本发明的不渗透层的填料优选包括0.2至2μm直径和长径比为5至30、优选8至20的矿物颗粒，并优选在包括高岭土、粘土、云母、长石、硅石、石墨、膨润土和矾土的组中。
相对于本领域已知的状态，根据本发明的不渗透层的主要优点在于可将它们制得更薄、更不渗透，并可使用更少的能量来制备。
事实上，使用包括分子式(I)的表面活性剂的水性乳液提供组分、特别是使用常规方法难以混炼的那些成分的有效的、低成本的分散，以及提供通过直接在接收表面上形成层、随后蒸发在所施涂的乳液中的水分来生产非常薄的层。
最后，根据本发明的不渗透层还具有施涂时直接形成的优点，所以不需要可导致橡胶劣化的长期或短期保存。

Claims (9)

1.一种不渗透性橡胶层的生产方法，所述方法的特征在于，其包括： 
-制备水性乳液的步骤，所述水性乳液至少包括可交联聚合物类、包括直径为0.2至2μm和长径比为5至30的颗粒的矿物填料和分子式(I)的表面活性剂： 
(R1CONR2CHR3COO-)nXn+   (I) 
其中： 
R1为C6-C23的脂族基， 
R2为H或C1-C8的脂族基， 
R3为H或C1-C8的脂族或芳族基， 
Xn+为金属阳离子，和 
n为1至3的整数；和 
-在表面上沉积所述水性乳液的步骤。 
2.根据权利要求1所述的不渗透性橡胶层的生产方法，其特征在于所述矿物填料包括长径比为8至20的颗粒。 
3.根据权利要求1或2所述的不渗透性橡胶层的生产方法，其特征在于，所述矿物填料在包括高岭土、粘土、云母、长石、硅石、石墨、膨润土和矾土的组中。 
4.根据权利要求1所述的不渗透性橡胶层的生产方法，其特征在于所述脂族基R1包括双键。 
5.根据权利要求1所述的不渗透性橡胶层的生产方法，其特征在于Xn+为Na+。 
6.根据权利要求1所述的不渗透性橡胶层的生产方法，其特征在于，所述表面活性剂具有在包括以下分子式的组中的分子式： 
CH3(CH2)7CHCH(CH2)7CONHCH2COO-X+；和 
CH2CH(CH2)8CONHCH2COO-X+。 
7.一种不渗透性橡胶层，其特征在于使用根据前述权利要求任一项所述的方法制得。 
8.一种内衬层，其特征在于由根据权利要求7所述的不渗透性橡胶层制得。 
9.一种轮胎，其特征在于包括根据权利要求8所述的内衬层。 
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