CN102971392A - 轮胎密封剂和充气剂组合物 - Google Patents

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Abstract

本文公开密封剂和充气剂组合物，包括：提浓物；和含有四氟丙烯的推进剂/充气剂。本文也公开含有密封剂和充气剂组合物的容器以及使用该密封剂和充气剂组合物对可充气物体充气的方法。

Description

轮胎密封剂和充气剂组合物
相关申请的交叉引用
本申请要求在2010年4月19日提交的美国临时申请号61/325,589和在2010年12月31日提交的美国临时申请号61/428,967的权益，它们两者通过引用以其整体并入本文。
背景技术
充气和密封轮胎的轮胎密封组合物是熟知的。例如，Magyar等人美国专利号4,501,825公开了轮胎封闭剂和充气剂组合物，其包括树脂、胶乳密封材料、烷撑二醇、纤维、烷醇胺、起泡剂和水。该组合物与含氯氟烃推进剂/充气剂混合。公开轮胎密封组合物的其它专利包括Jaspon的美国专利号4,337,332、Ornum等人的美国专利号4,426,468、和Kent的美国专利号4,224,208、4,137,206、和4,101,494的那些。推进剂/充气剂在本文定义为可以将溶液从容器推进入可充气物体中、并且也将作为对物体充气的任何物质。
现有技术轮胎密封和/或充气组合物使用烃类、含氯氟烃、或碳氟化合物作为推进剂/充气剂。多数烃推进剂是易燃的，并且存在与使用烃类作为充气剂相关的困难和潜在的风险。含氯氟烃CFCs已经在全世界在冰箱、空调、气溶胶和用于泡沫绝缘中使用。CFCs一般视为在接近人的使用是无毒、不易燃、和安全的。不幸地是，CFCs对于位于上层大气中的臭氧层具有有害的作用；由于臭氧层过滤来自地球的表面的有害辐射，皮肤癌的增加出现被认为由于臭氧层厚度或浓度减小的结果。
在国际层面已经做出努力来减少CFC使用；这些努力产生了维也纳公约和蒙特利尔议定书(The Vienna Convention and its MontrealProtocol)，它们旨在通过限制释放进入大气中的CFCs的量来保护臭氧层。由于不是所有的被议定书所管制的CFCs对于臭氧层都具有相同的威胁，单独的化合物归属于臭氧消耗势ODPs。ODPs是由CFC释放的氯对于臭氧层中的臭氧浓度的可能作用的测量标准。ODPs根据化合物的大气中寿命、以及根据当化合物被紫外线分解时释放的氯的效力进行计算。例如，CFC-11(其它地方知道为F-11、氟利昂-11、氟利昂(arcton)、或三氯氟甲烷)具有1.0的ODP，如氟利昂12(二氯二氟甲烷)一样。具有0的ODP的化合物应该对于臭氧层不具有显著的负面作用。
氢氟碳化合物(HFC)在多种情况中已经用于替代CFC化合物。HFC化合物不消耗臭氧，但是在最近发现它们可能对地球变暖具有作用。多种HFC化合物是比二氧化碳更有效的暖化剂。例如，HFC-134a(1，1，1，2-四氟乙烷)，其具有0的ODP，已经被使用，但是具有低的轮胎充气压力和1300的高的地球变暖势(GWP)的缺点。
因此，期望用不易燃物替代物来取代在常规的轮胎密封剂和充气剂组合物中使用的含氯氟烃、易燃烃和HFC-134推进剂/推进剂，所述替代物具有低的臭氧消耗势、低的地球变暖势，并且克服134a的部分或所有的缺点。
为了产生成功的、具有不易燃、非臭氧消耗推进剂/充气剂的轮胎密封剂和充气剂组合物，必须克服多种挑战。这些问题产生于推进剂/充气剂的蒸汽压和溶剂性质，以及获得从容器中组合物更彻底排出的困难。在推进剂消耗后，容器中留下的残渣是不期望的，因此它尽可能最少。
特别重要的是，在轮胎密封剂和充气剂组合物中使用的任何推进剂/充气剂应该能够在可以安全运输的罐中贮存。美国运输部DOT已经颁布了关于可以在州际交通中使用的容器的最低性能特征的规章。
轮胎密封剂/充气剂容器常常贮存在车辆的汽车车尾的行李箱中，或更糟糕的是，在盛夏、密封车辆中暴露于阳光直射。因此，内压和容器强度对于安全参数是非常重要的，它们在生产轮胎密封剂/充气剂组合物中必须被考虑。
发明概述
本文公开的是密封剂和充气剂组合物，包括：提浓物；和含有四氟丙烯的推进剂/充气剂。本文也公开含有密封剂和充气剂组合物的容器，以及使用该密封剂和充气剂组合物对可充气物体充气的方法。
具体实施方式
本文公开的是被包含在气溶胶容器中的新的密封剂和充气剂组合物，其具有是不易燃(在环境温度和压力)的推进剂/充气剂，不伤害臭氧层，并且对于地球变暖具有减小的作用。密封剂和充气剂组合物包括提浓物，该提浓物能够在可充气物体中密封开口，和含有四氟丙烯的推进剂/充气剂。推进剂/充气剂可以具有小于或等于5的臭氧消耗势以及小于或等于1000的地球变暖势，或更具体地，小于或等于750的地球变暖势，或者甚至更具体地，小于或等于500的地球变暖势。
与先前的密封剂和充气剂组合物相比，如本文描述的密封剂和充气剂组合物具有对于地球变暖减小的作用。另外，不存在对于蒸汽压降低剂的需要。该密封剂和充气剂组合物比现在商业销售的产品显示更高的初始充气压。而且，与可比的商业销售产品相比，该密封剂和充气剂组合物显示从气溶胶容器更快和更彻底排出进入轮胎。另外，该密封剂和充气剂组合物显示良好的起泡和密封性能，特别是在不存在蒸汽压降低剂的情况下。
推进剂/充气剂组合物包括氢氟-烯烃(hydrofluoro olefin)(HFO)1234。在本文使用术语“HFO-1234”指所有的四氟丙烯。在四氟丙烯当中包括2，3，3，3-四氟丙烯(HFO-1234yf)以及顺式和反式-1，3，3，3-四氟丙烯(HFO-1234ze)。在本文一般地使用HFO-1234ze指1，3，3，3-四氟丙烯，独立于是否是顺式-或反式-形式。在本文使用术语“顺式HFO-1234ze”和“反式HFO-1234ze”分别描述顺式和反式形式的1，3，3，3-四氟丙烯。术语“HFO-1234ze”因此包括将顺式HFO-1234ze、反式HFO-1234ze以及这些的所有组合和混合物包括在其范围内。HFO-1234由霍尼韦尔氟产品部欧洲B.V.商业销售，并在美国专利公开2008/0292564中描述，其通过引用以其整体并入本文。推进剂可以由HFO-1234组成。HFO-1234具有6的地球变暖势(GWP)，与HFC-134a相比，其具有1300的GWP。气体贡献于辐射强迫(地球变暖)的程度部分地取决于在该气体从大气中清除之前的经历的时间以及该气体的红外能量吸收性能。GWP是考虑了这两个性能的计算参数。
该推进剂/充气剂可以包括与一种或多种另外推进剂结合的HFO-1234混合物，另外推进剂诸如HFO-152a、HFC-134a、HFC-143b、CO2、N2、二甲醚和其组合。示例性组合是HFO-1234和HFC-134a。该混合物可以包括基于推进剂总重量的1-75重量％HFC-134a。在这个范围内，HFC-134a的量可以是大于或等于5重量％，或更具体地，大于或等于10重量％。同样在这个范围内，HFC-134a的量可以是小于或等于65重量％，或更具体地，小于或等于50重量％。当使用推进剂的混合物时，推进剂混合的组合物应该考虑每种成分的GWP和混合物的估计GWP。
推进剂/充气剂可以以基于密封剂和充气剂组合物的总重量的20-95重量％的量存在。在这个范围内，推进剂可以以大于或等于25重量％的量存在。同样地，在这个范围内，推进剂可以以小于或等于80重量％的量存在。
提浓物包括与载体结合的合成胶乳(也知道为乳聚橡胶)。该合成胶乳可以是水或有机溶剂基的。该合成胶乳可以具有基于该乳液的总重量的15重量％-75重量％的固体含量。在该范围内，固体含量百分比可以大于或等于30重量％，或，更具体地，大于或等于55重量％。同样在该范围内，固体含量百分比可以小于或等于70重量％。该乳液可以用表面活性剂、增稠剂或两者进行稳定。该乳液包括弹性聚合物。示例性弹性聚合物包括乙酸乙烯酯的共聚物和苯乙烯和丁二烯的共聚物以及聚合物和共聚物含有天然橡胶、丁基橡胶、丙烯腈、丁二烯、苯乙烯、异戊二烯、乙酸酯、乙烯基、丙烯酸、马来酸酐、具有氢化的中间嵌段(如SEBS和SEPS)的苯乙烯类嵌段共聚物的聚合物和共聚物，以及上述聚合物和共聚物的组合。在一些实施方式中，弹性聚合物作为胶乳存在。商业销售的合成胶乳和乳聚橡胶包括
Figure BDA00002272997100041
150(由空气化工产品公司销售)和
Figure BDA00002272997100042
S61(由聚合物乳液(Polymer Latex)销售)。
该合成胶乳可以以基于密封剂和充气剂组合物的总重量的3-30重量％的量存在。在该范围内，合成胶乳量可以大于或等于4重量％。同样，在这个范围内，合成胶乳量可以小于或等于25重量％，或更具体地，小于或等于20重量％，或甚至更具体地，小于或等于15重量％。
载体可以包括水、有机溶剂、或其组合。该载体以除了合成胶乳的液体部分之外的存在。载体可以与合成胶乳的液体部分相同或不同。示例性溶剂包括乙二醇醚、二烷基醚、酯、氯化溶剂、和上述溶剂的组合。示例性乙二醇醚包括乙二醇单甲基醚(2-甲氧基乙醇，CH3OCH2CH2OH)、乙二醇单乙基醚(2-乙氧基乙醇，CH3CH2OCH2CH2OH)、乙二醇单丙醚(2-丙氧基乙醇、CH3CH2CH2OCH2CH2OH)、乙二醇单异丙醚(2-异丙氧基乙醇，(CH3)2CHOCH2CH2OH)、乙二醇单丁醚(2-2-丁氧基乙醇，CH3CH2CH2CH2OCH2CH2OH)、乙二醇单苯醚(2-苯氧基乙醇，C6H5OCH2CH2OH)、乙二醇单苄醚(2-苄氧基乙醇，C6H5CH2OCH2CH2OH)、二甘醇单甲醚(2-(2-甲氧基乙氧基)乙醇，甲基卡必醇，CH3OCH2CH2OCH2CH2OH)、二甘醇单乙醚(2-(2-乙氧基乙氧基)乙醇，二甘醇一乙醚溶纤剂，CH3CH2OCH2CH2OCH2CH2OH)、二甘醇单正丁基醚(2-(2-丁氧基乙氧基)乙醇，CH3CH2CH2CH2OCH2CH2OCH2CH2OH)。示例性二烷基醚包括乙二醇二甲醚(二甲氧基乙烷，CH3OCH2CH2OCH3)、乙二醇二乙醚(二乙氧基乙烷，CH3CH2OCH2CH2OCH2CH3)、乙二醇二丁醚(二丁氧基乙烷，CH3CH2CH2CH2OCH2CH2OCH2CH2CH2CH3)。示例性酯包括乙二醇甲基醚乙酸酯(2-甲氧基乙酸乙酯，CH3OCH2CH2OCOCH3)、乙二醇单乙基醚乙酸酯(2-乙氧基乙酸乙酯，CH3CH2OCH2CH2OCOCH3)、和乙二醇单丁基醚乙酸酯(2-丁氧基乙酸乙酯，CH3CH2CH2CH2OCH2CH2OCOCH3)。在一些实施方式中，载体是水。
载体可以以基于密封剂和充气剂组合物的总重量的20-80重量％的量存在。在这个范围内，载体的量可以大于或等于25重量％。同样在这个范围内，载体的量可以小于或等于75重量％。
该密封剂和充气剂组合物可以任选地包括蒸汽压降低剂(VPD)、冰点降低剂(FPD)、缓蚀剂、或前述两种或多于两种的组合。明确地考虑没有蒸汽压降低剂(VPD)、冰点降低剂(FPD)、缓蚀剂、或前述组合的组合物。密封剂和充气剂组合物的所有成分对于轮胎、胎压传感器和轮缘合金应该是“中性”的。以另一种方式说明，组合物的所有成分应该不会伤害或侵蚀轮胎、胎压传感器和轮缘合金。
该密封剂和充气剂组合物可以包括蒸汽压降低剂。选择蒸汽压降低剂，使得它能够维持含有HFO-1234和密封材料的密封剂/充气剂组合物的蒸汽压在130°F在180psig以下，并且在相同时间，在预期低的使用温度是实用的，例如在25°F范围中。示例性蒸汽压降低剂包括乙二醇单烷基醚和二甘醇单烷基醚，其中烷基具有多至4个碳。蒸汽压降低剂的实施例包括2-丁氧基乙醇(丁基溶纤剂(CELLOSOLVE)TM)和2-(2-甲氧基乙氧基)乙醇(甲基卡必醇(CARBITOL)TM)。同样应该说明的是以上描述的一些溶剂可以作为蒸汽压降低剂。
蒸汽压降低剂可以以基于密封剂和充气剂组合物的总重量的多至40重量％的量存在。在该范围内，蒸汽压降低剂可以以大于或等于20重量％的量存在。同样在该范围内，蒸汽压降低剂可以以小于或等于30重量％的量存在。
密封剂和充气剂组合物可以包括冰点降低剂。选择冰点降低剂，使得降低组合物的冰点在预期低的使用温度以下，但是不干涉该组合物的密封或充气性能。示例性冰点降低剂包括乙二醇、丙二醇、具有多至5个碳的醇、和前述的两种或更多种的组合。
冰点降低剂可以以基于基于密封剂和充气剂组合物的总重量的多至25重量％的量存在。在该范围内，冰点降低剂可以以大于或等于1重量％的量存在，或更具体地，大于或等于2重量％的量存在。同样在该范围内，冰点降低剂可以以小于或等于8重量％的量存在，或更具体地，小于或等于6重量％的量存在。在另一个实施方式中，冰点降低剂可以以大于或等于10重量％的量存在，或更具体地，大于或等于12重量％的量存在。同样在该范围内，冰点降低剂可以以小于或等于22重量％的量存在，或更具体地，小于或等于20重量％的量存在。
该密封剂和充气剂组合物可以包括缓蚀剂。通常根据组合物和用于保存该组合物的容器的类型选择缓蚀剂。示例性缓蚀剂是氨水。氨水可以以基于基于密封剂和充气剂组合物的总重量的多至2重量％的量存在。氨水可以具有基于溶液的总重量的25-35重量％的氨浓度。
该密封剂和充气剂组合物可以在足以液化推进剂/充气剂的压力下被包含在气溶胶容器中。这种容器在本领域是熟知的，并且优选地包括通过阀操作的出口。优选地，该出口具有柔性管、或适配器-执行器(adapter-actuator)，其用可以安装到常规轮胎阀杆的连接器终止。优选地，容器的内部被放置通过连接在管上的连接器、或适配器-执行器与轮胎或其它待充气物体的内部流体连通，或者到在轮胎或可充气物体上的阀杆或类似入口，并且驱使在容器上的阀。这使得容器内部的压力达到与轮胎或可充气物体内部的压力平衡；在轮胎内较低的压力使得液化推进剂/充气剂蒸发至其气态，并由此充气；该压力差推进密封材料和推进剂/充气剂进入到可充气物体中。如果被充气的可充气物体或轮胎达到比施加到其上的外部压力大的内部压力，可充气物体或轮胎将被充气，而如果在可充气物体或轮胎中任何孔被密封，将保持充气的。
轮胎密封剂和充气剂组合物通常以罐进行销售，所述罐能够经受160psig的压力而没有变形，并且它在240psig压力之下的压力不会爆炸。这符合联邦法规§178.33美国法典第49篇，其要求罐必须在130°F测量的1.5倍内压不会爆炸。DOT指定罐为″2-P″，其可以经受在160psig压力下变形，并且在240psig下不爆炸，和指定罐为″2-Q″，其可在180psig压力下不变形，并且在270psig下不爆炸。参见美国联邦条例法典第49篇对于总体要求的理解，和参见49CFR§§178.33和178.33a对于具体要求的理解。
气溶胶罐以不同尺寸销售。本领域技术人员基于罐尺寸能够容易地确定提浓物和推进剂必要的量。作为一般引导，13.25盎司(375克)罐将含有311-323克的提浓物和100-104克的推进剂。18盎司(510克)罐将含有372-382克的提浓物和148-152克的推进剂。
在使用之前和使用期间，与推进剂结合的水性密封材料需要立即剧烈地搅拌，因此使得产品均匀的分散。如果装满密封剂和充气剂组合物的容器准备多次使用，这是特别有用的，因为推进剂/充气剂与密封材料组合物的不佳混合往往导致密封材料组合物的不完全的分散。优选地，容器装满足够的提浓物和推进剂/充气剂，使得标准汽车和轻型卡车轮胎在环境温度可以完全充气，结果是轮胎中的内压是足以支撑车辆的重量，并安全地驾驶到轮胎修理厂。
实施例
以下实施例使用在表1中示出的材料。
表1.
表2中示出的组合物通过示出量和顺序的液体成分结合制成。气溶胶罐加入被使用罐的尺寸的正确量的液体提浓物。气溶胶阀插入和卷曲进入罐中以密封该容器。通过阀将真空施加到该容器，以去除顶部空间中的空气。该罐通过阀加入需要量的推进剂。表2中的量是以克计。使用压力表测量蒸汽压，该压力表在大气压校正到读数零。在测量罐的蒸汽压之前，压力表在7.58×105帕斯卡预加压。蒸汽压以帕斯卡来表示。在表2中示出的一些组合物也在刺破轮胎中测试。在2006DodgeCharger上的225/60R18轮胎被刺破，然后使用本文描述的组合物重新充气。3.45×104帕斯卡的初始充气压力足以足以抬起轮缘离开地面，并且允许运动到修理厂。更高的初始充气压力通常是期望的。使用压力表测定初始充气压力，该压力表在大气压力校正到读数零。在表3中示出的每个实施例如示出测试3-6次。表3中的值是以帕斯卡计。另外，商业产品，其包含蒸汽压降低剂以及作为推进剂/充气剂的HFC-134a，也进行了测试，并且结果在表3中示出。
Figure BDA00002272997100091
表3.
  实施例1   实施例2   实施例3   实施例4   实施例10*   商业产品*
  1   3.79x104   3.24x104   3.65x104   2.28x104   3.17x104   3.38x104
  2   3.59x104   3.65x104   3.79x104   2.76x104   3.65x104   2.96x104
  3   3.86x104   3.52x104   4.76x104   3.03x104   3.52x104   3.65x104
  4   4.00x104   3.31x104   3.65x104   3.17x104
  5   4.21x104   3.52x104   3.65x104
  6   4.55x104   2.69x104   3.52x104
*比较实施例
实施例9和10显示使用不含有四氟丙烯的推进剂/充气剂制成的组合物。这些组合物要求存在蒸汽压降低剂，为了经受气溶胶罐中54.4℃或更高的温度而不排出。相比之下，使用含有另外，如在表3中示出，包含含有HFO-1234ze的推进剂/充气剂制成的推进剂不需要蒸汽压降低剂，经受气溶胶罐中54.4℃或更高的温度而不排出(参见实施例1、3、5和7)。另外，如在表3中示出，与含有非-HFO-1234ze充气剂/推进剂(实施例10和商业产品)的组合物相比，包括含有HFO-1234ze的充气剂/推进剂和没有气压降低剂的组合物(实施例1和3)显示增加的初始胎压。而且，含有HFO-1234ze的充气剂/推进剂的组合物总体上可以从罐中排出更多的物质，如在表4中示出。一些实施例的排出量测量了多次。分配的重量以克计示出。在含有HFO-1234ze的混合物的组合物中，在没有蒸汽压降低剂下看出更彻底的排出。
表4.
 实施例1  实施例2  实施例3  实施例4  实施例10*
  1   404.5   362.4   406.4   335.9   344.2
  2    -   340.5   404.4   335.7   341.2
  3    -   -   401.4   346.1   338.6
  平均数   404.5   351.4   404.1   339.2   341.3
*实施例
单数形式“一个(a)”、“一个(an)”和“该(the)”包括复数参考，除非上下文清楚地以其它方式规定。列出相同特征或成分的所有范围的端点是独立可组合的，并且列出的端点被包括在内。所有文献通过引用并入本文。在本文的术语“第一”、“第二”等等不表示任何顺序、数量或重要性，相反地用于区分一种要素与另一种要素。本文描述的各种实施方式和范围是在描述不矛盾范围内可组合的。
虽然为了例证的目的已经说明了典型的实施方式，前述描述不应该认为对本文范围的限制。因此，在不偏离本文精神和范围，本领域技术人员可以想到各种修改、改装、和替代。

Claims (17)

1.密封剂和充气剂组合物，包括：
含有合成胶乳和载体的提浓物；和
含有四氟丙烯的推进剂/充气剂。
2.根据权利要求1所述的组合物，其中所述推进剂/充气剂包括1，3，3，3-四氟丙烯。
3.根据权利要求1所述的组合物，其中所述推进剂/充气剂包括1，3，3，3-四氟丙烯和1，1，1，2-四氟乙烷。
4.根据权利要求1所述的组合物，其中所述组合物进一步包括蒸汽压降低剂。
5.根据权利要求4所述的组合物，其中所述蒸汽压降低剂以基于密封剂和充气剂组合物的总重量的多至40重量％的量存在。
6.根据权利要求1所述的组合物，其中所述组合物进一步包括冰点降低剂。
7.根据权利要求6所述的组合物，其中所述冰点降低剂以基于密封剂和充气剂组合物的总重量的多至25重量％的量存在。
8.根据权利要求1所述的组合物，其中所述组合物进一步包括缓蚀剂。
9.根据权利要求8所述的组合物，其中所述缓蚀剂以基于密封剂和充气剂组合物的总重量的多至2重量％的量存在。
10.根据权利要求1所述的组合物，其中所述推进剂/充气剂以基于密封剂和充气剂组合物的总重量的20重量％-95重量％的量存在。
11.根据权利要求1所述的组合物，其中所述合成胶乳具有基于乳液的总重量的15重量％-75重量％的固体含量，并包括弹性聚合物。
12.根据权利要求1所述的组合物，其中所述合成胶乳以基于密封剂和充气剂组合物的总重量的3-30重量％的量存在。
13.根据权利要求1所述的组合物，其中所述组合物没有蒸汽压降低剂。
14.密封剂和充气剂组合物，包括：
3-30重量％的合成胶乳，
20-80重量％的载体；
1-25重量％的冰点降低剂；和
20-95重量％的含有四氟丙烯的推进剂/充气剂，其中重量％是基于密封剂和充气剂组合物的总重量。
15.根据权利要求14所述的组合物，其中所述载体是水。
16.根据权利要求14所述的组合物，其中所述冰点降低剂是乙二醇。
17.根据权利要求14所述的组合物，其中所述合成胶乳具有基于乳液的总重量的15重量％-75重量％的固体含量。
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