CN103724704B - 一种轮胎胎面橡胶组合物以及使用其的轮胎 - Google Patents

一种轮胎胎面橡胶组合物以及使用其的轮胎 Download PDF

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Abstract

本发明在于提供一种胎面橡胶组合物，具有良好加工性能，填料分散性，耐磨性，同时不增加滞后损失。该橡胶组合物，含有如下质量份的组分：100质量份的橡胶组分，40-120质量份的二氧化硅，0.1-20质量份的胺盐，以及每100质量份所述二氧化硅1-20重量份的硅烷偶联剂。另外本发明还涉及使用该橡胶组合物制备的轮胎胎面制成的充气轮胎。

Description

一种轮胎胎面橡胶组合物以及使用其的轮胎
技术领域
本发明属于橡胶组合物领域，具体涉及一种轮胎胎面橡胶组合物和使用该橡胶组合物的充气轮胎。
背景技术
二氧化硅用作轮胎胎面胶的补强填充剂能改善轮胎在潮湿路面和积雪路面的牵引力，同时可以改善轮胎滚动阻力、磨耗和牵引性能。在轮胎工业中受到广泛的关注。但目前二氧化硅填充胶料仍然存在一些问题：二氧化硅粒子间强烈的相互作用，导致加工困难，不易分散，与胎面胶常用聚合物不相容等特点，影响了其的使用。
传统的改善二氧化硅分散性能的方法是通过添加有机酸锌盐、有机酸钾盐、或蜡等助剂，但是这些助剂只是通过增加橡胶的塑性来提高加工性能，并不会改善二氧化硅的分散性。将硅烷偶联剂与二氧化硅共用，不仅能够改善二氧化硅的分散性，同时通过化学反应将二氧化硅与橡胶连结起来，但由于硅烷与二氧化硅的反应过程会释放出大量乙醇，如果乙醇不能及时排除，就会造成轮胎各层胶料之间容易鼓泡，甚至开裂，影响了轮胎的性能和使用寿命。将胺盐或胺化合物用于二氧化硅分散剂的研究已有报道：中国发明专利CN201310045998.2中使用了氨基酸类物质的多功能加工助剂，在不降低胎面胶料耐磨性能的基础上降低胶料的滚动阻力。中国发明专利CN201180048533.1中使用了一种胺化合物，可改善二氧化硅分散性，优秀的湿地性能及滚动阻力以及抑制补强性能降低。中国发明专利CN200880025401.5中使用了一种胺盐，提供了一种具有优良加工性、硫化特性及粘弹性的橡胶组合物。但是这些报道的二氧化硅分散剂在改善二氧化硅分散性方面的效果欠佳。为了解决上述问题，本发明提供了一种轮胎胎面用橡胶组合物，该组合物具有良好的加工性能、耐磨性和填料分散性能。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种轮胎胎面用橡胶组合物，该组合物具有良好的加工性能、填料分散性和耐磨性，同时不增加滞后损失。
本发明的另一个目的在于提供一种充气轮胎。
本发明的发明人在解决上述问题的研究过程中发现，具有式(a)所示结构的胺盐能够将二氧化硅均匀的分散在橡胶胶料中，本申请人在中国发明专利CN201310461725.5中已经提出关于该胺盐的相关报道。
式(a)所示结构的胺盐，一方面通过两个聚乙二醇长链基团上的氧与二氧化硅表面羟基上的氢形成氢键，在氢键的作用下，使得胺盐与二氧化硅紧密接触；另一方面胺盐上的R1、R2所代表的长链基团又增加了胺盐与橡胶分子的相容性，最终通过胺盐的作用使二氧化硅能够均衡的分散在橡胶大分子中(关于这一机理可以参见图1)，不仅降低橡胶的加工粘度，同时减少了二氧化硅对硫化促进剂的吸附作用，使得橡胶具有良好的硫化特性。另外，通过胺盐的加入，可以在不降低胶料性能的基础上适当减少硅烷偶联剂的用量，以此降低成本。
具体而言，本申请提供如下技术方案以实现上述目的。
本发明提供一种轮胎胎面橡胶组合物，它包括如下组分：
橡胶组分；
二氧化硅；
硅烷偶联剂；和
胺盐。
(1)根据本发明所述的橡胶组合物，所述的橡胶组分为天然橡胶(NR)，聚异戊二烯橡胶(IR)，聚丁二烯橡胶(BR)和聚丁二烯-苯乙烯橡胶(SBR)或它们的任意组合。
(2)根据本发明所述的橡胶组合物，所述的二氧化硅可使用根据其制法而分类的湿法二氧化硅和干法二氧化硅中的任意一种。例如，由Degussa生产的Ultrasil7000二氧化硅，由Rhodia生产的Zeosil1165MP和Zeosil1115MP二氧化硅都非常适合作为本发明的橡胶组合物中的补强填料。以100质量份的橡胶组分为基准，二氧化硅的用量在40-120质量份，优选在50-100质量份。
(3)根据本发明所述的橡胶组合物，本发明中适合的硅烷偶联剂是任何传统上可以和二氧化硅一起使用的硅烷偶联剂，例如由EvonikDegussa公司生产的Si69，X-50S。以100质量份的二氧化硅为基准，硅烷偶联剂的用量在1-20质量份，优选在2-15质量份。
(4)根据本发明所述的橡胶组合物，所述胺盐的通式如式(a)所示：
其中，所述R1选自直链或支链的C1～C30烷基、直链或支链的C2～C30的烯基、饱和或不饱和C6～C22的脂环烃基、碳原子数为C6～C22的芳基或C7～C22的苄基；任选的，上述基团被一个或多个卤素、巯基或羟基取代。
所述R2选自直链或支链的C1～C30烷基、直链或支链的C2～C30的烯基、饱和或不饱和C6～C22的脂环烃、碳原子数为C6～C22的芳基或C7～C22的苄基，任选的，上述基团各自独立的被一个或多个卤素、巯基或羟基取代。优选的，本发明所述的C6～C22的脂环烃基包括松香基、萜基、环己烷基中的一种或多种。
烷氧基聚合单元数m、n均为整数，且m+n的和为2～100的整数，优选为2～60之间的整数。
以100质量份的橡胶组分为基准，胺盐的用量在0.1-20质量份，优选在0.1-10质量份。
除上述基本成份外，本发明的橡胶组合物还可以含有多种轮胎常用添加剂，包括硫化剂，硫化促进剂，硫化活化剂、抗老化剂、粘合性赋予剂和增塑剂。
可通过本技术领域的常规方法将上述组分混合以生成其后可用于硫化的橡胶组合物。
本发明还提供了一种充气轮胎，包括由上述组合物制备的轮胎胎面。
附图说明
图1：胺盐与二氧化硅、橡胶的作用机理示意图。
具体实施方式
下面将用实施例进一步解释本发明，当然本发明的范围不限于这些实施例。
1.1胺盐的制备
实施例1
在装有搅拌器、温度计、回流冷凝管的500ml圆底烧瓶中分别加入乙氧基个数m+n的和为60的十八胺聚氧乙烯醚0.1mol(南通奥诺化工有限公司提供)，棕榈酸0.15mol(泰克棕化(张家港)有限公司提供)，加热至80℃使全部熔化，加入50ml乙醇，然后回流状态反应至溶液澄清透明，改蒸馏状态除去溶剂，冷却至60℃以下，制得铵盐产物。
1.2橡胶组合物的制备与性能测试
1.2.1样品的制备
根据表1所示的配方，用1.6升Banbury密炼机(FARREL公司生产)，将橡胶、二氧化硅、以及硫磺和硫化促进剂以外的其它化合物，混合6分钟且升温至160℃，从而获得母炼胶，并将所述母炼胶冷却至90℃以下；然后使用XK-160开放式炼胶机(青岛鑫城一鸣橡胶机械有限公司生产)向在母炼胶中混合硫化促进剂和硫磺，在50℃的温度下对上述混合物进行混炼5min，从而获得橡胶组合物；将由上述方法获得的组合物在BH-25T平板硫化机上(江都区真武镇博海试验机械厂生产)成型(硫化温度160℃，硫化时间30min)制成硫化橡胶平板或者薄片，以进行物理性能和机械性能的测试，或者将其以成型件的形式挤出。
表1
(1)SBR1721(申华化学)；
(2)BR9000(燕山石化)；
(3)NR(云南5#标胶)；
(4)Ultrasil7000GR(二氧化硅，德固赛公司)；
(5)ZnO(工业级)；
(6)SA(硬脂酸，泰柯棕化有限公司)；
(7)X-50S(硅烷偶联剂，德固赛公司)
(8)OIL(道达尔)；
(9)4020(防老剂，上海加成化工有限公司)；
(10)RD(防老剂，南京化工厂)；
(11)S(富莱克斯公司)
(12)CZ(广州市东新化工有限公司)
1.2.2橡胶组合物性能测试
1.2.2.1加工性能
按照GB／T1232.1-2000规定的门尼粘度测试法，在100℃下测定样品的门尼粘度。对比例1和2的门尼粘度ML(1+4)100℃被设定为100，加工性能以下面方程中的指数表示，指数越小，门尼粘度值越小，加工性能越好。
门尼粘度指数=(每个组合物的门尼值)／(对比例的门尼值)×100
1.2.2.2填料分散性能
填料分散性能采用美国泰普公司的DisperGrader+100炭黑分散仪进行测试。分散的等级越高，表明填料分散的越好。
1.2.2.3耐磨性
耐磨性按照GB／T9867-2008使用江都明珠试验机械厂MZ-4060型辊筒磨耗试验机进行测试。对比例1、3和5中的体积磨耗量被设定为100，磨耗性能以下面公式中的磨耗指数表示，磨耗指数越小，耐磨性越好。
磨耗指数=(每个组合物的磨耗量)／(对比例的磨耗量)×100
1.2.2.4滞后损失
使用MettlerToledoDMASDTA861，检测60℃时的tanδ来表征其滞后损失。测试条件为应力10N、位移15μm、频率11HZ，起始温度-20℃、终点温度80℃、升温速率3℃／min。滞后损失以下面公式中的滞后损失指数表示，指数越小，滞后损失越小。
滞后损失指数=(每个组合物的tanδ)／(对比例的tanδ)×100
表2
对比例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5
门尼粘度指数 100 97 92 92 90
填料分散等级 7 8 8 9 9
磨耗指数 100 87 85 84 91
滞后损失指数 100 96 99 94 96
表3
对比例2 实施例7
门尼粘度指数 100 94
填料分散等级 7 8
磨耗指数 100 90
滞后损失指数 100 96
表4
对比例1 实施例6
门尼粘度指数 100 98
填料分散等级 7 8
磨耗指数 100 98
滞后损失指数 100 102
表2-4的结果表明，本发明的橡胶组合物，具有良好加工性能，填料分散性，耐磨性，同时不增加滞后损失。另外由表4得知，通过加入胺盐，在不降低胶料性能的基础上能够适当减少硅烷偶联剂的用量，且填料的分散性得到改善。

Claims (4)

1.一种胎面橡胶组合物，其特征在于：包括如下组分：
100质量份的橡胶组分，
40-120质量份的二氧化硅，
0.1-20质量份的胺盐，和
硅烷偶联剂，用量为每100质量份所述二氧化硅使用1-20重量份的硅烷偶联剂；
所述胺盐结构如式(a)所示：
式(a)中：
R1为选自直链或支链的C1～C30烷基、直链或支链的C2～C30的烯基、饱和或不饱和C6～C22的脂环烃基、碳原子数为C6～C22的芳基或C7～C22的苄基；任选的，上述基团被一个或多个卤素、巯基或羟基取代；
R2为选自直链或支链的C1～C30烷基、直链或支链的C2～C30的烯基、饱和或不饱和C6～C22的脂环烃、碳原子数为C6～C22的芳基或C7～C22的苄基，任选的，上述基团各自独立的被一个或多个卤素、巯基或羟基取代；
烷氧基聚合单元数m、n均为整数且m+n的和为2～100的整数。
2.根据权利要求1所述的橡胶组合物，其特征在于：所述的橡胶组分为天然橡胶，聚异戊二烯橡胶，聚丁二烯橡胶和聚丁二烯-苯乙烯橡胶或它们的组合。
3.根据权利要求1所述的橡胶组合物，其特征在于：所述胺盐中，R2选自松香基、萜基、环己烷基中的一种或多种。
4.一种充气轮胎，其特征在于在胎面胶中使用权利要求1-3任一项所述的橡胶组合物。
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