CN102762648A - 硫可交联的橡胶混合物 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种硫可交联的橡胶混合物,为了获得改进的磨损特征而没有滚动阻力以及湿式抓握方面的显著恶化,该橡胶混合物包括至少一种功能化的二烯基橡胶,该橡胶的功能化作用是沿着该聚合物链和/或在末端,并且能够附接到填充剂上,该二烯基橡胶具有-110°C到-50°C的玻璃化转变温度Tg;至少一种脂肪族的和/或芳香族烃类树脂,该树脂具有的软化点(根据ASTM E28的环球法)是从50°C到150°C,并且具有的平均分子量Mn是从200到2000g/mol、并且多分散性D=Mw/Mn是从1到5;以及至少一种填充剂。
Description
技术领域
本发明涉及一种硫可交联的橡胶混合物,该橡胶混合物包括至少一种二烯基橡胶、至少一种树脂、以及至少一种填充剂。本发明进一步涉及一种轮胎,其胎面至少在某种程度上由一种硫固化的橡胶混合物构成。
背景技术
轮胎(尤其是充气轮胎)的运行特征大大依赖于胎面的橡胶组成,因此对胎面混合物的组成有着特别严格的要求。因此,已经进行许多不同的尝试来通过改变该胎面混合物中这些聚合物组分以及填充剂而实现对轮胎特性的有利影响。在此必须考虑的一个因素是一种轮胎的特性之一的改进通常伴随着另一种特性的损害。在一种特性的改进通常伴随着至少一种另外的特性的损害的这些相互依存的特性之中有磨损、滚动阻力以及湿式粘附性这三个一组。
EP 0 899 287 B1已经披露了一种用于改进充气轮胎的磨损性能和湿式粘附性的一种方法,其中该胎面的橡胶组合物包括从50至90phr的一种具有从-110°C到-80°C的玻璃化转变温度Tg的橡胶、从10至50phr的一种具有从-79°C到+20°C的玻璃化转变温度Tg的橡胶、以及从15至50phr的一种选自下组的橡胶,该组由以下各项组成:烃树脂、苯酚/乙炔树脂、松香衍生的树脂、以及这些的混合物。
US 7,084,228 B2披露了在胎面组合物中将树脂与从40至100phr的一种具有从-65°C到-10°C的玻璃化转变温度Tg的二烯弹性体、以及从0至60phr的具有从-110°C至-80°C的玻璃化转变温度Tg的二烯弹性体组合使用,以便改进充气轮胎的磨损性能。
而且,WO 02/072688 A1和WO 02/072689 A1已经披露了在轮胎胎面混合物中将特定的树脂与具有低的玻璃化转变温度Tg的橡胶相结合,以便减小充气轮胎中的磨损。
以上说明书中使用聚丁二烯作为具有从-110°C至-80°C的玻璃化转变温度Tg的二烯弹性体。这些说明书没有披露具体的功能化的橡胶类型。
发明内容
本发明是基于以下目的:提供一种橡胶混合物,该橡胶混合物在用作轮胎的胎面时提供了改进的磨损性能而不显著损害滚动阻力和湿式粘附性。
本发明实现这个目的是在于该橡胶混合物包括
-至少一种功能化的二烯基橡胶,其功能化作用沿着该聚合物链和/或在末端处存在、并且允许偶联到填充剂上,其中该二烯基橡胶的玻璃化转变温度是从-110°C到-15°C,
-至少一种脂肪族的和/或芳香族烃类树脂,该树脂具有的软化点(根据ASTM E28的环球法)是从50°C到150°C,并且具有的平均摩尔质量Mn是从200到2000g/mol、并且还具有从1到5的D=Mw/Mn,以及
-至少一种填充剂。
至少一种可以结合到填充剂上并且具有低的玻璃化转变温度的功能化的二烯基橡胶与至少一种具有上述特性的特定树脂、以及填充剂的特定组合允许实现在胎面混合物的磨损性能方面的显著改进,并且这不是通过添加(当然)软化了混合物的多种树脂的一个可预见的结果。与此同时,湿式粘附性和滚动阻力仍然在高的水平上。还已发现这些混合物的极限拉伸特性也得到改进。
可以使用的功能化的二烯基橡胶是本领域普通技术人员已知的任何二烯基橡胶。在这些二烯基橡胶之中是所有的具有不饱和碳链的橡胶,这些橡胶至少在某种程度上衍生自共轭二烯,例如聚异戊二烯、苯乙烯-丁二烯共聚物、聚丁二烯、异戊二烯-丁二烯共聚物、或苯乙烯-异戊二烯-丁二烯共聚物。然而,就改进磨损性能而言特别有利的是使用至少一种功能化的溶液聚合的苯乙烯-丁二烯共聚物(SSBR)。然而,该混合物也可以包括多种功能化的溶液聚合的苯乙烯-丁二烯橡胶(SSBR)。
在本发明的一个优选实施方案中,该橡胶混合物包括从10至100phr、优选从30至100phr的该功能化的二烯基橡胶。
本说明中所使用的phr(按重量计每一百份橡胶中的份数)数据是在橡胶工业中用于混合物配方的常规的定量数据。在此这些单独的物质以按重量计的份数加入的量总是基于100重量份的在该混合物中存在的所有橡胶的总组成。
该硫可交联的橡胶混合物可以包括其他的非功能化的二烯基橡胶以及这些功能化的二烯基橡胶。特别优选的是这一种或多种二烯基橡胶是选自下组,该组由以下各项组成:天然橡胶(NR)、合成的聚异丙烯(IR)、聚丁二烯(BR)、以及苯乙烯-丁二烯共聚物(SBR)。所述二烯基橡胶在获得本发明的橡胶混合物的处理过程中给出了良好的结果、并且在固化的轮胎中给予了良好的轮胎特性。
该橡胶混合物可以包括聚异戊二烯(IR、NR)作为二烯基橡胶。这可以是顺式-1,4-聚异戊二烯或3,4-聚异戊二烯。然而,优选的是使用具有按重量计>90%的顺式-1,4含量的顺式-1,4-聚异戊二烯。首先,这种类型的聚异戊二烯可以使用齐格勒-纳塔催化剂或使用精细分散的烷基锂化合物通过在溶液中的立体定向聚合而获得。其次,天然橡胶(NR)是这种类型的顺式-1,4-聚异戊二烯,天然橡胶中的顺式-1,4含量是按重量计大于99%。
如果该橡胶混合物包括聚丁二烯(BR)作为二烯基橡胶,这可以是顺式-1,4-聚丁二烯或乙烯基聚丁二烯(按重量计从10%至90%的乙烯基含量)。优选的是使用具有按重量计大于90%的顺式-1,4含量并且举例而言可以在稀土类型的催化剂的存在下通过溶液聚合而制备的顺式-1,4-聚丁二烯。
该苯乙烯-丁二烯共聚物可以是溶液聚合的苯乙烯-丁二烯共聚物(SSBR),其具有的苯乙烯含量基于该聚合物是按重量计约10%至45%、并且乙烯基含量(1,2-键合的丁二烯的含量,基于全部聚合物)是按重量计从10%至70%,并且举例而言可以通过在有机溶剂中使用烷基锂化合物而生产。该SSBR也可以是经历了偶联过程以及端基改性的材料。然而,还有可能使用乳液聚合的苯乙烯-丁二烯共聚物(ESBR)、还以及ESBR与SSBR的混合物。ESBR的苯乙烯含量是按重量计约15%至50%,并且可以使用从现有技术中已知的类型,这些是通过苯乙烯与1,3-丁二烯在水性乳液中的聚合而得到的那些。
然而,该混合物除了所提到的这些二烯基橡胶之外还可以包括其他橡胶类型,例如苯乙烯-异戊二烯-丁二烯三聚物、异戊二烯-丁二烯共聚物、丁基橡胶、卤丁基橡胶、或乙烯-丙烯-二烯橡胶(EPDM)。
关于湿式抓握和滚动阻力,已证明特别有利的是该橡胶混合物包括至少两种二烯基橡胶,其中的至少一种已经被功能化,其中,一种二烯基橡胶的玻璃化转变温度Tg是从-50°C到-15°C,并且另一种二烯基橡胶的玻璃化转变温度Tg是从-110°C到-50°C。在此可以使用的二烯基橡胶是以上已经提到的二烯基橡胶。
在此首先有可能的是该具有从-50°C到-15°C的玻璃化转变温度Tg的二烯基橡胶已经被功能化。在此举例而言,可能的组合是具有从-50°C到-15°C的玻璃化转变温度Tg的功能化的SSBR与具有从-110°C到-50°C的玻璃化转变温度Tg的非功能化的聚丁二烯。
其次,还有可能的是该具有从-110°C到-50°C的玻璃化转变温度Tg的第二种二烯基橡胶具有允许偶联到填充剂上的功能化作用。在此举例而言,还有可能将具有从-50°C到-15°C的玻璃化转变温度Tg的非功能化的SSBR或ESBR与一种具有从-110°C到-50°C的玻璃化转变温度Tg的功能化的SSBR进行组合。优选的是这两种二烯基橡胶都已经被功能化,这样使得该橡胶混合物举例而言可以包括两种不同类型的功能化的SSBR,其中一种具有从-110°C到-50°C的玻璃化转变温度Tg、而另一种具有从-50°C到-15°C的玻璃化转变温度Tg。
为了获得关于磨损性的有利结果,重要的是该二烯基橡胶具有沿着该聚合物链和/或在该链的末端处的、允许偶联到填充剂上的功能化作用。如果在该混合物中填充剂作为炭黑存在,则这种功能化作用举例而言可以涉及一个矿物集合。然而,当该橡胶混合物包括一种极性填充剂,并且该功能化的二烯基橡胶已经被至少一个基团功能化,该基团是选自:羟基、羧基、氨基、酞菁、环氧、甲硅烷基、硅羟基、硅氧烷、和/或氨基硅氧烷基团时,获得了特别好的磨损性能以及低的滚动阻力。这些功能化的二烯基橡胶因此还可以具有多种不同的功能性。
该橡胶混合物包括至少一种脂肪族的和/或芳香族烃类树脂,该树脂具有的软化点(根据ASTM E28的环球法)是从50°C到150°C,并且具有的平均摩尔质量Mn是从200到2000g/mol、并且还具有从1到5的多分散性D=Mw/Mn。然而,还有可能在混合物中使用多种树脂。
优选的是该脂肪族的和/或芳香族烃类树脂是选自下组,该组由以下各项组成:萜烯树脂、C5-树脂、C9-树脂、香豆酮-茚树脂、以及双环戊二烯(DCPD)树脂、由α-甲基苯乙烯制备的芳香族树脂以及所述树脂类型的单体的共聚物。不适合用于本发明中的树脂是极性树脂,例如酚醛树脂,它们没有提供任何的磨损改进。
C5-树脂和C9-树脂分别是基于不同的C5-单体和C9-单体的烃类树脂。
在本发明的一个优选实施方案中,脂肪族的和/或芳香族烃类树脂涉及一种C5-树脂。利用这种树脂类型可以实现非常好的极限拉伸特性。
该橡胶混合物可以包括本领域的普通技术人员已知的多种多样的填充剂作为填充剂,例如碳黑、硅石、硅铝酸盐、白垩、淀粉、氧化镁、二氧化钛或橡胶凝胶体。
如果使用硅石作为填充剂,则用量优选是从10至150phr。这些硅石可以涉及在橡胶混合物中常用的硅石。特别优选的是使用精细分散的、沉淀的硅石,它具有的氮表面积(BET表面积)(根据DIN66131和66132)是从35至350m2/g、优选从145至270m2/g,并且CTAB表面积(根据ASTM D3765)是从30至350m2/g、优选从100至285m2/g。这种类型的硅石在例如用于轮胎胎面的橡胶混合物中给出了特别好的固化橡胶物理特性。对于相同的产品特性而言,通过混合时间的减少还可以在混合物的处理过程中实现优点,从而给出了改进的生产率。因此可以使用的硅石举例而言不仅有来自德固赛公司(Degussa)的VN3(商品名)、而且还有高的可分散性的硅石,称为HD硅石(例如,来自德固赛的Ultrasil 7000)。
为了改进可加工性并且为了将硅石以及其他任选存在的极性填充剂偶联到该二烯基橡胶上,可以在该橡胶混合物中使用硅烷偶联剂。在该橡胶或该橡胶混合物的混合过程中(原位)或甚至在预处理(预改性)情况下在将填充剂加入橡胶之前,这些硅烷偶联剂与硅石的表面硅烷醇基团或与其他极性基团进行反应。在此可以使用的硅烷偶联剂是本领域普通技术人员已知的、用于橡胶混合物中的任何硅烷偶联剂。从现有技术中已知的这种类型的偶联剂是双官能的有机硅烷,作为硅原子上的离去基团,它们具有至少一个烷氧基、环烷氧基、或苯氧基,并且作为其他的官能度,它们具有一个任选地在分裂之后可以与该聚合物的双键进行化学反应的基团。最后提到的基团举例而言可以涉及以下化学基团:-SCN、-SH、-NH2、或-Sx-(其中x=2-8)。因此,可以使用的硅烷偶联剂的实例是3-巯基-丙基三乙氧基硅烷、3-氰硫基丙基三甲氧基硅烷、或具有从2至8个硫原子的3,3’-双(三乙氧基-甲硅烷基丙基)多硫化物,例如3,3’-双(三乙氧基-甲硅烷基丙基)四硫化物(TESPT)、对应的二硫化物、或具有从1至8个硫原子的这些硫化物的混合物,其中具有不同含量的这些不同硫化物。在此举例而言可以将TESPT以与工业炭黑(来自德固赛的商品名X50S)的混合物的形式进行添加。还可以能使用举例而言从WO 99/09036中已知的封端的巯基硅烷作为硅烷偶联剂。还有可能使用在WO2008/083241 A1、WO 2008/083242 A1、WO 2008/083243 A1、以及WO2008/083244 A1中描述的硅烷。举例而言,有可能使用由美国迈图高新材料有限公司(Momentive Performance Materials)以不同形式作为NXT推出的硅烷、或由赢创工业公司(Evonik Industries)作为VP Si 363推出的那些。
这些硅烷偶联剂的用量基于100重量份的填充剂(特别是硅石)是从0.2至30重量计份、优选从1至15重量份,因为则可以实现填充剂到一种或多种橡胶上的理想偶联。
该橡胶混合物除了所提及的物质之外还可以包括其他添加剂,例如增塑剂(例如,芳香族的、环烷的、或石蜡族的矿物油增塑剂,MES(温和的抽提溶剂化物)、RAE油、TDAE(经处理的蒸馏芳烃提取物)、基于可再生原料的油(例如,菜籽油或油膏),作为BTL油已知的材料(如在申请号为DE 10 2008 035962.9的申请中披露的)、或液体聚合物(例如,液体聚丁二烯))。
本发明的橡胶混合物此外可以包括常规重量份数的常规添加剂。在所述添加剂之中有抗氧化剂,例如N-苯基-N’-(1,3-二甲基丁基)-对苯二胺(6PPD)、N-异丙基-N’-苯基-对苯二胺(IPPD)、2,2,4-三甲基-1,2-二氢喹啉(TMQ)、以及其他物质,例如在J.Schnetger,Lexikon der Kautschuktechnik[橡胶技术百科全书],第二版,Hüthig Buch Verlag,Heidelberg,1991,pp.42-48中描述的那些,活化剂,例如脂肪酸(例如硬脂酸)、蜡、树脂以及塑炼酸,如2,2’-二苯甲酰氨基二苯基二硫化物(DBD)。
该固化过程是在硫或硫供体的存在下进行的,并且在此一些硫供体可以同时用作固化加速剂。在最终混合步骤中加入该橡胶混合物中的硫或硫供体的量是本领域的普通技术人员熟悉的那些(从0.4至4phr,硫的优选量是从1.5至2.5phr)。
此外该橡胶混合物可以包括常规量值的影响固化作用的物质、固化促进剂、固化延缓剂、以及固化活化剂,以便控制该固化过程要求的时间和/或要求的温度、并且改进该固化橡胶的特性。在此举例而言,这些固化促进剂可以是选自以下促进剂组中的那些:噻唑促进剂,例如2-巯基苯并噻唑,次磺酰胺促进剂,例如苯并噻唑基-2-环己基次磺酰胺,胍促进剂,例如N,N’-二苯胍(DPG),二硫代氨基甲酸酯促进剂,例如二苯基二硫代氨基甲酸锌、二硫化物、硫代磷酸酯、秋兰姆促进剂。这些促进剂也可以彼此结合地使用,可能得到协同效应。
本发明的橡胶混合物是以常规方法来生产的;在此该方法总体上通过在一个或多个混合阶段中生产了一种母体混合物而开始,该母体混合物具有除固化体系(硫以及影响固化的物质)之外的所有组分,并且然后通过添加该固化体系来产生最终的混合物。然后例如通过一个挤出程序将该混合物进一步加工,并且转化为适当的形式。优选地将该混合物转化为胎面的形式。将如此生产的一个生坯胎面混合物以一种已知的方式用于该生坯轮胎(特别是生坯的充气轮胎)的生产过程中。然而,该胎面也能以橡胶混合物的窄带形式缠绕在到此阶段包括除该胎面之外的所有轮胎部件的一个生坯轮胎上。使用本发明的混合物如此生产的轮胎具有高的耐久性。
具体实施方式
现在使用对比实例以及本发明的实例来进一步解释本发明并且这些实例已经排列在表1中。
在这些表中的所有混合实例中,所述定量数据是基于100重量份的总橡胶重量的重量份数(phr)。对比混合物表示为C;本发明的混合物表示为I。混合物1(C)是用作对照的一种常规的轮胎胎面混合物。在混合物3(I)和5(I)中,树脂替代了增塑剂。在混合物3(I)的情况下,使用的两种二烯基橡胶均被OH基团功能化,但是在混合物5(I)的情况下,仅有SSBR被功能化,并且聚丁二烯没有被功能化。
混合物的生产在常规条件下在多个阶段中在实验室规模的切向混合机中进行。使用所有的混合物通过在160C在压力下20分钟的固化生产了多个试验样品,并且在以上所述的试验方法中使用所述试验样品来确定橡胶行业的典型特性。
·在室温下根据DIN 53 505的肖氏A硬度
·按照DIN 53 512在室温和70°C下的回弹性
·根据DIN 53 504在室温下的拉伸强度
·根据DIN 53 504在室温下的断裂伸长率
·根据DIN 53 504在室温下在50%和300%伸长率下的模量
·根据DIN 53 516在室温下的磨损
表1
a高顺式聚丁二烯,没有功能化,Tg=-105°C
b溶液聚合的苯乙烯-丁二烯共聚物,苯乙烯含量:按重量计21%,乙烯基含量约61%,用羟基功能化,Tg=-25°C,Nipol NS 616,ZEONDeutschland GmbH
c溶液聚合的苯乙烯-丁二烯共聚物,苯乙烯含量:按重量计15%,乙烯基含量约25%,用羟基功能化,Tg=-65°C,Nipol NS 612,ZEONDeutschland GmbH
e脂肪族的C5-树脂,软化点约100°C,Mn=1200g/mol,D=2.9,Escorez 1102,ExxonMobil Central Europe Holding GmbH
从表1中可见,将C5-树脂加入混合物3(I)中并没有带来所预期的常见的任何磨损损害;相反,磨损仍在非常低的水平。在混合物5(I)的情况下,磨损性能与不含树脂的混合物4(C)相比实际上改进了。与此同时,混合物3(I)的室温下的回弹性处于参照混合物1(C)的水平,并且混合物5(I)的室温下的回弹性实际上低于这个水平;在室温下低的回弹性用作良好湿式粘附性的一种指示。
混合物3(I)还具有低滚动阻力的特征,在70°C下的高回弹性中得到反映。本发明的混合物3(I)和5(I)的极限拉伸特性与不含树脂的混合物2(C)和4(C)相比也显著地改进。
当混合物3(I)或5(I)被用于充气轮胎的胎面时,该轮胎相应地展现了良好的磨损性能以及低的滚动阻力和良好的湿式粘附性。
Claims (12)
1.一种硫可交联的橡胶混合物,包括:
-至少一种功能化的二烯基橡胶,其功能化作用沿着该聚合物链和/或在末端处存在、并且允许偶联到填充剂上,其中该二烯基橡胶的玻璃化转变温Tg度是从-110°C到-15°C,
-至少一种脂肪族的和/或芳香族烃类树脂,该树脂具有的软化点(根据ASTM E28的环球法)是从50°C到150°C,并且具有的平均摩尔质量Mn是从200到2000g/mol、并且还具有从1到5的多分散性D=Mw/Mn,以及
-至少一种填充剂。
2.如权利要求1所述的橡胶混合物,其特征在于该一种或多种功能化的二烯基橡胶被一种或多种溶液聚合的苯乙烯-丁二烯共聚物(SSBR)功能化。
3.如权利要求1或2所述的橡胶混合物,其特征在于该橡胶混合物包括从10至100phr、优选从30至100phr的该一种或多种功能化的二烯基橡胶。
4.如权利要求1至3中至少一项所述的橡胶混合物,其特征在于它包括至少两种二烯基橡胶,其中的至少一种已经被功能化,其中,一种二烯基橡胶的玻璃化转变温度Tg是从-50°C到-15°C,并且另一种二烯基橡胶的玻璃化转变温度Tg是从-110°C到-50°C。
5.如权利要求4所述的橡胶混合物,其特征在于该具有从-50°C到-15°C的玻璃化转变温度Tg的二烯基橡胶已经被功能化。
6.如权利要求4或5所述的橡胶混合物,其特征在于该具有从-110°C到-50°C的玻璃化转变温度Tg的二烯基橡胶已经被功能化。
7.如权利要求1至6中至少一项所述的橡胶混合物,其特征在于该橡胶混合物包括一种极性填充剂,并且该功能化的二烯基橡胶已经被至少一个基团功能化,该基团是选自:羟基、羧基、氨基、酞菁、环氧、甲硅烷基、硅羟基、硅氧烷、和/或氨基硅氧烷基团。
8.如权利要求1至7中至少一项所述的橡胶混合物,其特征在于该脂肪族的和/或芳香族烃类树脂是选自下组,该组由以下各项组成:萜烯树脂、C5-树脂、C9-树脂、香豆酮-茚树脂、以及双环戊二烯(DCPD)树脂、由α-甲基苯乙烯制备的芳香族树脂以及所述树脂类型的单体的共聚物。
9.如权利要求8所述的橡胶混合物,其特征在于该脂肪族的和/或芳香族烃类树脂是一种C5-树脂。
10.如权利要求1至9中至少一项所述的橡胶混合物,其特征在于它包括从5至50phr、优选从10至30phr的脂肪族的和/或芳香族烃类树脂。
11.如权利要求7至10中至少一项所述的橡胶混合物,其特征在于它包括从10至150phr的硅石。
12.一种轮胎,其胎面至少在某种程度上由如权利要求1至11中至少一项所述的硫固化的橡胶混合物构成。
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