CN104334336A - 轮胎胎面及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种制备轮胎胎面的方法，其包括混合包含原胶组分和再生橡胶组分的轮胎胎面配混物，由所述轮胎胎面配混物形成未硫化的片材，以及固化所述未硫化的片材以形成经硫化的轮胎胎面。所述再生橡胶组分可具有大于65的门尼粘度(ML(1+4)100℃)。所述再生橡胶组分也可具有在再生之前的再生橡胶的交联密度的20％至50％之间的交联密度。

Description

轮胎胎面及其制备方法

技术领域

本发明的一个或多个实施例涉及一种包括再生橡胶部件的轮胎胎面。在某些实施例中，本发明涉及制备包括再生橡胶部件的轮胎胎面的方法。

背景技术

橡胶废料，特别是轮胎橡胶废料，由于多种原因而是日增关注的领域。因此，进行大量的努力来开发和实施回收废料橡胶的方法以作为降低环境影响和所用的原胶的量的方式。已开发废胶末的各种用途，例如作为燃料以及用于跑道和其他高冲击高通行表面。

在其他情况中，废橡胶可与原胶混合，以形成新的橡胶产品。废橡胶可与粒子形式的原胶混合，或者可被再生(有时也称为脱硫)，以允许经回收的橡胶在硫化过程中与原胶结合。现有技术橡胶产品和制备包括回收橡胶的橡胶产品的方法已集中于提供具有更低门尼粘度的再生橡胶，以提供更好的可加工性。制备再生橡胶中的显著花费可为在再生过程之前研磨橡胶粒子。另外，由于如果引入过多的具有低门尼粘度的再生橡胶，则产品的性能特性降低，因此可用于新橡胶产品中的低门尼粘度再生橡胶的量受限。

橡胶领域已知在新产品(包括轮胎胎面和轮胎胎面配混物)中使用再生橡胶。通常，再生橡胶指如下橡胶：所述橡胶已经交联，并随后处理以破坏交联网络，由此使橡胶可加工。所述处理可破坏或切断硫交联和/或切断聚合物链。

如本领域已知，再生橡胶已用于制造翻新胎面，所述翻新胎面为在已通过去除任意初始胎面而准备好的使用过的轮胎胎体上施用的轮胎胎面。然而，再生橡胶的成本可能阻止其使用。操纵再生橡胶的成本的一个因素是处理橡胶的程度。传统观点提出将经固化的橡胶处理至如下程度：再生橡胶具有类似于原胶的性质，如混合能力。

使用再生橡胶的其他挑战包括可在轮胎胎面配混物中使用的再生橡胶的相对量。目前，所用的量为所包括的全部橡胶的相对小的百分比，因为更大的量的再生橡胶产生轮胎胎面的不可接受的特性和性能。

尽管如此，使用再生橡胶的能力仍然是所需的，因此需要解决目前领域中存在的问题。

发明内容

本发明的一个或多个实施例提供了一种制造轮胎胎面的方法，其包括混合包含原胶组分和再生橡胶组分的轮胎胎面配混物，所述再生橡胶组分具有大于65的门尼粘度(ML(1+4)100℃)；由所述轮胎胎面配混物形成未硫化片材；以及在压力下固化所述未硫化片材以形成经固化的轮胎胎面。

本发明的一个或多个实施例也提供了一种制造经固化的轮胎胎面的方法，其包括混合包含原胶组分和再生橡胶组分的轮胎胎面配混物，所述再生橡胶组分具有脱硫之前的再生橡胶的交联密度的5％至70％之间的交联密度；挤出所述轮胎胎面配混物，以形成总体平坦的未硫化片材形式的未硫化挤出物；以及在压力下固化所述未硫化片材，以形成包含再生橡胶组分的经固化的轮胎胎面。

具体实施方式

本发明的方面至少部分基于对使用部分再生的橡胶而形成的轮胎胎面的发现。尽管现有技术预期使用再生橡胶，但据信使用高度再生的橡胶(即高度脱硫的橡胶)的要求导致目前领域中所经历的一个或多个问题。因此，与传统观点相反，据信通过使用相比于常规再生橡胶进行更低程度地处理的再生橡胶，可增加用于轮胎胎面中的再生橡胶的量。而且，通过使用相比于常规再生橡胶进行更低程度地处理的再生橡胶，据信胎面的性质可相比于获自目前实践的那些胎面得以改进。

本发明的一个或多个实施例涉及一种包含橡胶的轮胎胎面和/或轮胎胎面配混物，所述橡胶的一部分为原胶组分，一部分为再生橡胶组分。在某些实施例中，轮胎胎面和/或轮胎胎面配混物可包含再生橡胶组分，所述再生橡胶组分的门尼粘度降低至小于常规橡胶产品中所用的再生橡胶组分。在一个或多个实施例中，一种制造轮胎胎面的方法可包括混合包含再生橡胶组分的轮胎胎面配混物的步骤，所述再生橡胶组分具有大于65的门尼粘度(在100℃下的ML(1+4))。在某些实施例中，制造轮胎胎面的方法还可包括由所述轮胎胎面配混物制造未硫化轮胎胎面，以及硫化所述未硫化轮胎胎面以形成轮胎胎面的步骤。

胎面配方

在一个或多个实施例中，本发明的轮胎胎面配混物可包含可硫化橡胶组分。在某些实施例中，所述可硫化橡胶组分可包括原胶组分和再生橡胶组分两者。

原胶

在一个或多个实施例中，原胶组分可包括轮胎工业中所用的任意常规可硫化橡胶，包括天然橡胶和合成橡胶两者。在某些实施例中，这些可硫化橡胶(也可称为弹性体)可包括天然或合成聚(异戊二烯)，和弹性体二烯聚合物(其包括聚丁二烯和共轭二烯单体与至少一种单烯烃单体的共聚物)。在某些实施例中，原胶组分可包括苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)。在相同或其他实施例中，原胶组分可包括高顺式丁二烯橡胶。

在一个或多个实施例中，轮胎胎面配混物的原胶组分可包括100重量％的天然橡胶。在其他实施例中，轮胎胎面配混物的原胶组分可包括100重量％的合成橡胶。在其他实施例中，轮胎胎面配混物的原胶组分可包括天然橡胶和合成橡胶的共混物。

再生橡胶

在一个或多个实施例中，再生橡胶组分可由回收轮胎橡胶形成。在某些实施例中，再生橡胶组分可由在翻新过程中产生的回收轮胎胎面胶末形成。如本领域技术人员所了解，再生橡胶组分包括一种或多种弹性体和任意填料、增强件、加工助剂和用于初始轮胎胎面中的其他添加剂，或其他橡胶组分。

如本文所用，术语再生橡胶指如下弹性体，所述弹性体被制备为可至少部分流动，或者以任何已知的过程至少部分“脱硫”，从而允许其被掺入新的橡胶产品中。再生橡胶也可称为脱硫橡胶，且如本文所用，术语脱硫指破坏再生橡胶中的化学交联的过程。再生橡胶可涉及主链切断、交联切断，或主链切断和交联切断的组合。术语完全再生可指通过显著降低门尼粘度而制备为可流动的橡胶。术语部分再生可指相比于再生之前的橡胶具有降低的门尼粘度，但相比于完全再生的橡胶具有更高的门尼粘度的橡胶。部分再生的橡胶可流动或不可流动。

例如，在某些实施例中，再生过程可包括首先研磨橡胶以回收成适当小的粒子，然后使所述粒子经受热和/或剪切力。美国专利No.7,189,762更详细地公开了一种用于再生橡胶的过程，并为此目的以引用方式并入本文。其他已知的再生方法可利用超声方法、化学组分、微波和/或微生物。然而，应了解在本发明的范围内，可使用将回收橡胶脱硫或再生的任意已知过程。

在一个或多个实施例中，再生橡胶组分可特征在于交联密度，所述交联密度为脱硫之前的橡胶的交联密度的大约5％至70％之间，在其他实施例中为脱硫之前的橡胶的交联密度的10％至60％之间，在其他实施例中为脱硫之前的橡胶的交联密度的20％至50％之间，在其他实施例中为脱硫之前的橡胶的交联密度的25％至45％之间。交联密度可根据ASTM-D6814(Standard TestMethod for Determination of Percent Devulcanization of Crumb Rubber based onCrosslink Density(基于交联密度测定废胶末的百分比脱硫的标准测试方法))测定。在某些实施例中，预期再生橡胶可具有比用于轮胎胎面配混物中的常规再生橡胶更高的交联密度。

在相同或其他实施例中，再生橡胶组分可特征在于交联密度，所述交联密度大于脱硫之前的橡胶的交联密度的5％，在其他实施例中大于脱硫之前的橡胶的交联密度的10％，在其他实施例中大于脱硫之前的橡胶的交联密度的15％，在其他实施例中大于脱硫之前的橡胶的交联密度的20％，在其他实施例中大于脱硫之前的橡胶的交联密度的25％。

在一个或多个实施例中，再生橡胶组分可特征在于门尼粘度(ML(1+4)100℃)，所述门尼粘度在大约65至120之间，在其他实施例中在大约70至110之间，在其他实施例中在大约75至100之间，在其他实施例中在大约80至95之间。在相同或其他实施例中，再生橡胶组分可特征在于门尼粘度(ML(1+4)100℃)，所述门尼粘度大于65，在其他实施例中大于70，在其他实施例中大于75，在其他实施例中大于80。

其他胎面配方成分

在一个或多个实施例中，轮胎胎面配混物可包含常规量的已知的填料和添加剂。例如，轮胎胎面配混物可包含增强填料(如炭黑)、加工油、抗降解剂和固化包中的一种或多种。

成分量

通常，本发明的轮胎胎面包含至少35重量％，在其他实施例中至少35重量％，在其他实施例中至少40重量％，在其他实施例中至少45重量％，在其他实施例中至少50重量％的橡胶，以胎面的总重量计(即橡胶组分占胎面的例如至少35重量％)。在这些或其他实施例中，胎面包含至多85重量％，在其他实施例中至多80重量％，在其他实施例中至多75重量％，在其他实施例中至多70重量％，在其他实施例中至多65重量％的橡胶，以胎面的总重量计。

在一个或多个实施例中，轮胎胎面配混物的可硫化橡胶组分可包含约55至99重量％的SBR，在其他实施例中约60至95重量％的SBR，在其他实施例中约65至90重量％的SBR，在其他实施例中约70至85重量％的SBR，以可硫化组分的总重量计。

在一个或多个实施例中，轮胎胎面配混物的橡胶组分可包含约5至45重量％的高顺式丁二烯橡胶，在其他实施例中约10至40重量％的高顺式丁二烯橡胶，在其他实施例中约15至35重量％的高顺式丁二烯橡胶，在其他实施例中约20至30重量％的高顺式丁二烯橡胶，以橡胶组分的总重量计。

在一个或多个实施例中，轮胎胎面配混物的橡胶组分可包含大约1至25重量％之间的再生橡胶，在其他实施例中大约5至20重量％之间的再生橡胶，在其他实施例中大约10至15重量％之间的再生橡胶，以橡胶组分的总重量计。在这些或其他实施例中，橡胶组分可包含至少1重量％，在其他实施例中至少3重量％，在其他实施例中至少5重量％，在其他实施例中至少7重量％，在其他实施例中至少9重量％的橡胶，以橡胶组分的总重量计。在这些或其他实施例中，橡胶组分可包含至多50重量％，在其他实施例中至多40重量％，在其他实施例中至多30重量％，在其他实施例中至多20重量％，在其他实施例中至多15重量％的橡胶，以橡胶组分的总重量计。

在一个或多个实施例中，轮胎胎面配混物还可包含未经脱硫的硫化橡胶粉，如在翻新过程中由研磨磨损轮胎胎面而产生的橡胶。在某些实施例中，胎面组合物以每100重量份橡胶组分计(可简单称为100重量份橡胶或phr)可包含约0.1至10重量份的硫化橡胶粉，在其他实施例中大约1至8重量份之间的硫化橡胶粉，在其他实施例中大约2至6重量份之间的硫化橡胶粉。

在一个或多个实施例中，轮胎胎面配混物还可包含约35至约75重量份炭黑/100份橡胶(phr)，在其他实施例中约40至约70重量份炭黑phr，在其他实施例中约45至约65重量份炭黑phr，在其他实施例中约50至约60重量份炭黑phr。

在一个或多个实施例中，轮胎胎面配混物可包含加工油，例如芳族加工油。在某些实施例中，轮胎胎面配混物可包含约5至约15重量份加工油phr，在其他实施例中约7至约13重量份加工油phr，在其他实施例中约8至约12重量份加工油phr。

制备可硫化组合物的方法

在一个或多个实施例中，制备轮胎胎面配混物的方法可包括混合原胶组分、再生橡胶组分和填料和添加剂以形成轮胎胎面配混物。在某些实施例中，原胶组分在与再生橡胶组分混合以形成轮胎胎面配混物之前，可首先与一种或多种添加剂混合。在其他实施例中，原胶在配混添加剂(如填料、加工油等)以形成轮胎胎面配混物之前，可首先与再生橡胶混合以形成可硫化橡胶组分。在某些实施例中，原胶组分、再生橡胶组分和任意另外的添加剂和填料可同时混合。在一个或多个实施例中，原胶组分、再生橡胶组分和除了固化体系之外的其他添加剂和填料可首先混合，以形成母料。在这些实施例中，固化体系可在更低温度下进行的随后的混合步骤中添加和混合，如本领域技术人员所公知。可使用如本领域技术人员已知的常规混合设备和技术进行配混和混合。

胎面制造

在一个或多个实施例中，在混合之后，轮胎胎面配混物可成型为未硫化的轮胎胎面。在某些实施例中，轮胎胎面配混物可被挤出而形成细长的未硫化的挤出物。在一个或多个实施例中，可任选地压延轮胎胎面配混物或未硫化的挤出物，以形成相对平坦的未硫化的片材。在其他实施例中，在挤出之后，未硫化的挤出物可为总体平坦的未硫化的片材的形式。在某些实施例中，可将未硫化的片材切削至所需尺寸以用于轮胎。

在一个或多个实施例中，未硫化的胎面用于构造未硫化轮胎，随后将未硫化轮胎置于模具中，并使用常规轮胎成型技术固化。

在其他实施例中，未硫化胎面用于翻新操作。例如，根据本发明的一个或多个实施例的实践，可将未硫化的片材置于模具中并硫化，以产生包含再生橡胶的经硫化的轮胎胎面。在某些实施例中，轮胎胎面的硫化可在高温和高压下发生。在特定实施例中，未硫化的片材在其中固化的模具可在经固化的轮胎胎面中形成胎面花纹。在某些实施例中，经硫化的轮胎胎面可随后用于翻新应用中。美国专利No.4,434,018公开了合适的翻新固化设备和方法，并为此目的以引用方式并入本文。

胎面性质

据信由于所公开的特性性质，相比于使用再生橡胶的常规轮胎胎面配混物，可增加再生橡胶在轮胎胎面配混物中的量。特别地，据信相比于常规再生橡胶，交联密度和门尼粘度的相对增加提供比使用常规再生橡胶而形成的轮胎胎面更好的轮胎胎面性能。另外，本发明的轮胎胎面的再生橡胶和方法允许加工减少，由此降低成本。

为了说明本发明的实施，已制备和测试如下实例。然而，实例不应被视为限制本发明的范围。权利要求书用于限定本发明。

实例

配混物A1-A8&配混物B1-B6：轮胎胎面配混物

样品A1至A4为可用于制备可在卡车轮胎翻新中使用的轮胎胎面的类型的橡胶组合物。每个样品包含相同的成分，不同的是所用的再生橡胶的类型，再生橡胶以12.5体积％再生橡胶的量(以组合物的总体积计)使用。尽管并不已知再生橡胶的方法具有特异性，但样品A1-A4中所用的再生橡胶获自相同来源，并被认为经过类似的加工，不同的是加工程度，这产生如表1详述的不同的门尼粘度。报道的门尼粘度表示就在加工(即再生)之后(因此不导致橡胶的任何老化，据信橡胶的老化导致门尼的增加)的门尼测量。

以与A1-A4类似的方式制备样品B1至B3(样品B1至B3类似于样品A1-A4为可用于制备可在卡车轮胎翻新中使用的轮胎胎面的类型的橡胶组合物)，不同的是再生橡胶的来源，且将橡胶再生的方法不同。再生橡胶的细节也描述于表1中。

再生橡胶门尼粘度和配混物门尼粘度ML(1+4)100℃均根据ASTMD-1646测试。100％模量、300％模量、伸长和拉伸强度根据ASTM D-412测试。BFG热积累为显示更少再生的益处的可用指标，并产生改进的胎面磨损。BFG热积累根据ASTM D-623方法A测得。

Nick能(其也可称为Nick抗撕裂性)为断裂力学的指标，并根据常规工序测试。为了更好地理解技术，参考Gary R.Hamed出版于1990年5月29日至6月1日，内华达州拉斯维加斯，美国化学会，橡胶组会议记录的第493-500页的“Energy Dissipation and the Fracture of Rubber Vulcanizates(橡胶硫化物的能量耗散和断裂)”。

数据显示，本发明的实践产生特征在于有利的热积累(即更低的热积累)和有利的Nick抗撕裂性的橡胶组合物，而配混物的其他性质未被不利影响。

不偏离本发明的范围和精神的各种修改和变化对于本领域技术人员而言是显而易见的。本发明不会不适当地受限于本文所述的示例性实施例。

Claims (19)

1.一种制造轮胎胎面的方法，其包括：

a.混合包含原胶组分和再生橡胶组分的轮胎胎面配混物，所述再生橡胶组分具有大于65的门尼粘度(ML(1+4)100℃)；

b.由所述轮胎胎面配混物形成未硫化的片材；以及

c.在压力下固化所述未硫化的片材，以形成经固化的轮胎胎面。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述再生橡胶组分的所述门尼粘度在大约65至120之间。

3.根据权利要求1-2中任一项所述的方法，其中所述混合步骤还包括混合一种或多种添加剂与所述原胶组分和所述再生橡胶组分，所述一种或多种添加剂选自填料、加工油、抗降解剂和固化剂。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中所述形成未硫化的片材的步骤包括挤出所述轮胎胎面配混物以形成未硫化的挤出物。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其中所述未硫化的挤出物为总体平坦的未硫化的片材的形式。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其还包括在固化之前将所述未硫化的片材切削至所需尺寸的步骤。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其中所述混合轮胎胎面配混物的步骤包括混合交联密度在脱硫之前的再生橡胶的交联密度的5％至70％之间的再生橡胶组分。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的方法，其中所述混合轮胎胎面配混物的步骤包括混合交联密度在脱硫之前的再生橡胶的交联密度的10％至60％之间的再生橡胶组分。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的方法，其中所述混合轮胎胎面配混物的步骤包括混合交联密度在脱硫之前的再生橡胶的交联密度的20％至50％之间的再生橡胶组分。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的方法，其中所述原胶组分包括苯乙烯-丁二烯橡胶。

11.根据权利要求1-10中任一项所述的方法，其中所述原胶组分包括高顺式丁二烯橡胶。

12.一种制造经固化的轮胎胎面的方法，其包括：

a.混合包含原胶组分和再生橡胶组分的轮胎胎面配混物，所述再生橡胶组分具有在脱硫之前的再生橡胶的交联密度的5％至70％之间的交联密度；

b.挤出所述轮胎胎面配混物，以形成总体平坦的未硫化的片材形式的未硫化的挤出物；以及

c.在压力下固化所述未硫化的片材，以形成包含再生橡胶组分的经固化的轮胎胎面。

13.根据权利要求12所述的方法，其中所述再生橡胶组分具有在大约70至90之间的门尼粘度。

14.根据权利要求12-13中任一项所述的方法，其中所述混合步骤还包括混合一种或多种添加剂与所述原胶组分和所述再生橡胶组分，所述一种或多种添加剂选自填料、加工油、抗降解剂和固化剂。

15.根据权利要求12-14中任一项所述的方法，其还包括在固化之前将所述未硫化的片材切削至所需尺寸的步骤。

16.根据权利要求12-15中任一项所述的方法，其中所述混合轮胎胎面配混物的步骤包括混合交联密度在脱硫之前的再生橡胶的交联密度的10％至60％之间的再生橡胶组分。

17.根据权利要求12-16中任一项所述的方法，其中所述混合轮胎胎面配混物的步骤包括混合交联密度在脱硫之前的再生橡胶的交联密度的20％至50％之间的再生橡胶组分。

18.根据权利要求12-17中任一项所述的方法，其中所述原胶组分包括苯乙烯-丁二烯橡胶。

19.根据权利要求12-18中任一项所述的方法，其中所述原胶组分包括高顺式丁二烯橡胶。