CN105229073B - 橡胶组合物和使用其的轮胎 - Google Patents
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Abstract
提供了一种橡胶组合物,其包含高含量的层状或板状粘土矿物,其中所述层状或板状粘土矿物的分散性改善,因此降低了空气透过性并且改善了耐弯曲性。也提供了一种使用所述橡胶组合物的轮胎。前述橡胶组合物的一个实例是含有橡胶组分(A)、层状或板状粘土矿物(B)、和甘油脂肪酸酯组合物(C)的橡胶组合物。
Description
技术领域
本发明涉及一种橡胶组合物和通过使用其来生产的轮胎;更具体地涉及适于轮胎的气密层的橡胶组合物,其中层状或板状粘土矿物在橡胶组合物中的分散性提高从而改善了低空气透过性和耐弯曲性;和通过使用以上橡胶组合物来制备的轮胎。
背景技术
迄今已经提出了其中为了减少燃料消耗和降低轮胎的重量的目的,使用具有低空气透过性的气密层、减少其厚度的很多技术。
能够提供的是例如通过将气密层用橡胶组合物与聚酰胺系树脂或低的空气保持性的热塑性树脂共混而具有低空气透过性的气密层用橡胶组合物。然而,限制了耐弯曲性和耐低温疲劳性和多功能性差的问题已经包括于以上方法中。
另一方面,已知为气密层用橡胶组合物的填料是:
1)一种气密层用橡胶组合物,其通过将100重量份的橡胶组分与具有50至100的长径比的10至50重量份的板状云母共混来制备(例如,参考专利文献1),和
2)一种气密层用橡胶组合物,其包含:含有20至50重量份的二烯系橡胶和50至80重量份的卤化丁基橡胶的橡胶组分100重量份、和作为白色填料的具有30以上的长径比的粘土30至50重量份(例如,参考专利文献2)。然而,其中已经包括问题:当填料的量增加时,其通过混炼橡胶没有均一分散;和其差的分散性可能导致耐弯曲性的降低。
另一方面,迄今已知为在通过使用甘油脂肪酸酯等制备的白色填料共混的橡胶组合物中改善加工性等的技术,例如:
3)一种静电性改善的橡胶组合物,其通过将含有90重量份以上的二烯系橡胶的橡胶100重量份与含有40重量%以上的白色填料的填料30至120重量份和非离子性表面活性剂0.2至8重量份共混来制备(例如,参考专利文献3),和
4)一种轮胎胎面用橡胶组合物,其包含:选自二烯橡胶类的组的至少一种聚合物,和各自基于100重量份的包含于橡胶组合物中的橡胶,5至100重量份的细粉末非沉淀硅酸、0至80重量份的炭黑、和0.5至20重量份的至少一种非芳香族粘度降低物质,
其中上述非芳香族粘度降低物质是选自由甘油单硬脂酸酯、脱水山梨糖醇单硬脂酸酯、甘油单油酸酯、和三羟甲基丙烷(2-乙基-2-羟基甲基-1,3-丙二醇)组成的组的至少一种(例如,参考专利文献4)。
在专利文献3和4的专利文献3中,在将甘油脂肪酸单酯与二氧化硅共混时可以导致的与本发明不同的带电的防止效果记载于实施例之一中,但将层状或板状粘土矿物的分散性提高从而改善轮胎的低空气透过性和耐弯曲性的效果在其中既没有描述也没有教导。
同时,通过共混甘油脂肪酸单酯而在共混二氧化硅时降低粘度的效果记载于上述专利文献4中,但将层状或板状粘土矿物的分散性提高从而改善轮胎的低空气透过性和耐弯曲性的效果在其中既没有描述也没有教导。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:JP-A H11-140234(权利要求和实施例等)
专利文献2:JP-A H5-17641(权利要求和实施例等)
专利文献3:国际公布WO95/31888(权利要求和实施例等)
专利文献4:JP-A H9-118786(权利要求和实施例等)
发明内容
本发明将要解决上述传统技术的问题等,并且其目的是提供一种橡胶组合物,其中在中橡胶组合物的层状或板状粘土矿物的分散性提高从而改善低空气透过性和耐弯曲性,通过使用以上橡胶组合物来制备的轮胎,橡胶组合物的制造方法,将该橡胶组合物用于轮胎的气密层的用途,和未硫化的橡胶的粘度降低方法。
鉴于上述传统技术的问题等,本发明人反复的深入研究已经发现:通过将橡胶组分与层状或板状粘土矿物和特定的化合物共混,实现了满足上述目的的橡胶组合物,通过使用以上橡胶组合物来制备的轮胎,橡胶组合物的制造方法,该橡胶组合物用于轮胎的气密层的用途,和未硫化的橡胶的粘度降低方法;因此本发明人已经完成了本发明。
即,本发明存在于以下项目(1)至(18)。
(1)一种橡胶组合物,其特征在于,其通过将橡胶组分(A)、层状或板状粘土矿物(B)和甘油脂肪酸酯组合物(C)共混来制备。
(2)根据以上项目(1)所述的橡胶组合物,其特征在于,所述甘油脂肪酸酯组合物(C)的脂肪酸优选具有8至28个碳原子,进一步优选8至22个碳原子,进一步更优选10至18个碳原子,进一步更优选12至18个碳原子,并且进一步更优选16至18个碳原子。
(3)根据以上项目(1)或(2)所述的橡胶组合物,其特征在于,所述甘油脂肪酸酯组合物(C)包含甘油脂肪酸单酯和甘油脂肪酸二酯,并且在所述甘油脂肪酸酯组合物中的所述甘油脂肪酸单酯的含量优选35质量%以上,更优选35至98质量%,进一步优选45至90质量%,并且进一步优选50至80质量%。
(4)根据以上项目(1)至(3)任一项所述的橡胶组合物,其特征在于,所述甘油脂肪酸酯组合物(C)包含甘油脂肪酸单酯和甘油脂肪酸二酯,在所述甘油脂肪酸酯组合物中的所述甘油脂肪酸二酯的含量优选65质量%以下,更优选5至65质量%,进一步优选15至65质量%,进一步更优选15至50质量%,进一步优选25至50质量%,并且进一步更优选20至50质量%。
(5)根据以上项目(1)至(4)任一项所述的橡胶组合物,其特征在于,基于100质量份的所述层状或板状粘土矿物(B),所述甘油脂肪酸酯组合物(C)的配混量优选0.1至20质量份,更优选0.25至15质量份。
(6)根据以上项目(1)至(4)任一项所述的橡胶组合物,其特征在于,基于100质量份的所述层状或板状粘土矿物(B),所述甘油脂肪酸酯组合物(C)的配混量优选0.25至10质量份,进一步优选0.5至8质量份,并且进一步更优选1至7质量份。
(7)根据以上项目(1)至(6)任一项所述的橡胶组合物,其特征在于,基于100质量份的所述橡胶组分(A),所述甘油脂肪酸酯组合物(C)的配混量优选0.5至20质量份,更优选1至15质量份,进一步优选2至12质量份,进一步更优选3至11质量份,并且进一步更优选3至10质量份。
(8)根据以上项目(1)至(7)任一项所述的橡胶组合物,其特征在于,基于100质量份的所述橡胶组分(A),所述层状或板状粘土矿物(B)的配混量优选20至200质量份,更优选30至150质量份,进一步优选50至120质量份,并且更优选70至120质量份。
(9)根据以上项目(1)至(9)任一项所述的橡胶组合物,其特征在于,所述层状或板状粘土矿物(B)是粘土、云母、滑石或长石。
(10)根据以上项目(1)至(8)任一项所述的橡胶组合物,其特征在于,所述层状或板状粘土矿物(B)是粘土。
(11)根据以上项目(1)至(10)任一项所述的橡胶组合物,其特征在于,所述橡胶组分(A)是二烯系橡胶或丁基系橡胶,或二烯系橡胶和丁基系橡胶的混合物。
(12)根据以上项目(11)所述的橡胶组合物,其特征在于,所述二烯系橡胶是选自天然橡胶、异戊二烯橡胶、苯乙烯丁二烯橡胶和丁二烯橡胶的至少一种。
(13)根据以上项目(1)至(12)任一项所述的橡胶组合物,其中所述橡胶组合物是轮胎的气密层用橡胶组合物。
(14)根据以上项目(1)至(13)任一项所述的橡胶组合物,其中所述橡胶组合物通过以下来获得:将100质量份的所述橡胶组分(A)与优选20质量份以上的所述层状或板状粘土矿物(B)和所述甘油脂肪酸酯组合物(C)共混后,混炼和硫化。
(15)一种以上项目(1)至(13)任一项所述的橡胶组合物的制造方法,其中将100质量份的橡胶组分(A)与优选20质量份以上的层状或板状粘土矿物(B)和甘油脂肪酸酯组合物(C)共混后,混炼和硫化。
(16)一种轮胎,其特征在于,其将通过根据以上项目(1)至(14)任一项所述的橡胶组合物获得的橡胶组合物用于气密层。
(17)根据以上项目(1)至(14)任一项所述的橡胶组合物用于轮胎的气密层的用途。
(18)一种未硫化的橡胶的粘度降低方法,其特征在于,通过将橡胶组分(A)、层状或板状粘土矿物(B)和甘油脂肪酸酯组合物(C)共混。
根据本发明,提供了一种橡胶组合物,其中在橡胶组合物中的层状或板状粘土矿物的分散性改善,并且其中将加工性通过降低未硫化的橡胶的粘度来提高从而改善低空气透过性和耐弯曲性;通过使用以上橡胶组合物来制备的轮胎;橡胶组合物的制造方法;该橡胶组合物用于轮胎的气密层的用途;和未硫化的橡胶的粘度降低方法。
附图说明
图1是用于测定用于本发明的层状或板状粘土矿物(B)的平均长径比的说明图。
具体实施方式
本发明的橡胶组合物的特征在于,其通过将橡胶组分(A)、层状或板状粘土矿物(B)和甘油脂肪酸酯组合物(C)共混来制备。
橡胶组分(A):
用于本发明的橡胶组合物的橡胶组分(A)由二烯系橡胶或丁基系橡胶,或二烯系橡胶和丁基系橡胶的混合物组成。在这点上,二烯系橡胶包括天然橡胶(NR)、聚异戊二烯橡胶(IR)、苯乙烯-丁二烯共聚物橡胶(SBR)、聚丁二烯橡胶(BR)、和乙烯-丙烯共聚物等。以上二烯系组分可以单独或以其两种以上的配混使用。
在本发明的橡胶组合物中,橡胶组分(A)优选丁基系橡胶。当橡胶组分(A)是丁基系橡胶时,橡胶组合物的空气透过性可以降低至大的程度,并且获得适用于轮胎的气密层的橡胶组合物。在橡胶组分(A)中的丁基系橡胶的含量优选80至100质量%。在以上情况下,橡胶组分(A)由更优选80至100质量%的丁基系橡胶和20至0质量%的其它二烯系橡胶,特别优选95至100质量%的丁基系橡胶和5至0质量%的其它二烯系橡胶组成。在该浓度下,其它二烯系橡胶示出除了丁基系橡胶以外的二烯系橡胶。除了丁基橡胶(IIR)以外的卤化丁基橡胶也包括于丁基系橡胶中,并且卤化丁基橡胶包括氯化丁基橡胶、溴化丁基橡胶、和异丁烯和对甲基苯乙烯的卤化共聚物(特别异丁烯和对甲基苯乙烯的溴化共聚物)等。异丁烯和对甲基苯乙烯的卤化共聚物通常包含0.5至20摩尔%的对甲基苯乙烯。异丁烯和对甲基苯乙烯的溴化共聚物可购自Exxon Mobil Chemical Company,商品名为“EXXPRO 89-4”(注册商标)(约5质量%的对甲基苯乙烯和约0.75摩尔%的溴)。
层状或板状粘土矿物(B):
天然产品或合成产品可以用于本发明的橡胶组合物的层状或板状粘土矿物(B)。层状或板状粘土矿物(B)包括例如:粘土,例如高岭土系粘土、丝云母系粘土、和烧结粘土等;蒙脱石系粘土矿物,例如蒙脱土、皂石、水辉石、贝得石、硅镁石、和绿脱石等;云母、长石、蛭石、多水高岭土、滑石、和膨胀云母等。其中,优选粘土、云母、滑石或长石;进一步优选粘土、云母或滑石;并且进一步更优选粘土或滑石。以上层状或板状粘土矿物(B)可以是天然产品或合成产品。其可以单独或以其两种以上的组合使用。
用于本发明的橡胶组合物的粘土矿物更优选粘土;进一步优选板状粘土,例如高岭土系粘土、丝云母系粘土、烧结粘土、进行表面处理的硅烷改性的粘土等;并且特别优选高岭土系粘土。
组分(B)的以上层状或板状粘土矿物的太大的平均粒径(平均斯托克斯相当直径)导致耐弯曲性的降低,因此其应该在优选50μm以下,更优选0.2至30μm,特别优选0.2至5μm,并且最优选0.2至2μm的范围内。
如果层状或板状粘土矿物(B)的平均长径比优选2至200,则层状或板状粘土矿物颗粒的表面定向从而阻挡空气的渗透路径,并且作为其结果,获得良好的耐空气透过性(低空气透过性)。将平均长径比控制为优选3至150,更优选5至100,进一步优选5至50,并且特别优选5至25,因此可以获得更优异的空气透过性。
如果组分(B)的平均长径比是200以下,则组分(B)在混炼橡胶时更均一地分散,并且可以适当地抑制耐弯曲性和耐空气透过性由于差的分散性导致的降低。同时,如果平均长径比是3以上,则耐空气透过性更加提高。
如图1中示出,在本发明中的平均长径比(包括后述实施例)依照x/y来测定,其中x是平均长径,并且y是平均厚度。
从空气透过性的观点,基于100质量份的上述橡胶组分的层状或板状粘土矿物(B)的配混量优选20质量份以上,更优选30质量份以上,进一步优选50质量份以上,并且进一步更优选70质量份以上;并且从提高操作性的观点,其优选200质量份以下,更优选150质量份以下,并且进一步优选120质量份以下,并且落在优选5至200质量份,更优选20至200质量份,更优选30至150质量份,进一步优选50至120质量份,进一步更优选60至120质量份,并且进一步更优选70至120质量份的范围内。在本发明的情况下,即使将层状或板状粘土矿物(B)以基于100质量份的上述橡胶组分的120质量份以上的高量来共混,可以展示本发明的效果。
在本发明中,除了上述层状或板状粘土矿物(B)以外的炭黑等可以作为补强填料以组合使用。
对所使用的炭黑不会特别地限制,并且例如,可以使用例如FEF、SRF、HAF、ISAF和SAF等的等级。
对以上炭黑的配混量也不会特别地限制,并且基于100质量份的上述橡胶组分,其为0至60质量份,进一步优选10至50质量份。从保持发热性的观点,配混量优选60质量份以下。
甘油脂肪酸酯组合物(C):
包含于甘油脂肪酸酯组合物(C)中的甘油脂肪酸酯通过将脂肪酸(优选具有8至28个碳原子)进行与存在于甘油中的三个OH基的至少一个的酯键合来获得,并且根据连接至甘油的脂肪酸数,分类为甘油脂肪酸单酯、甘油脂肪酸二酯和甘油脂肪酸三酯。
用于本发明的甘油脂肪酸酯组合物可以包含1)单独的甘油脂肪酸单酯,2)甘油脂肪酸单酯和甘油脂肪酸二酯的混合物,和3)1)或2)与甘油脂肪酸三酯或甘油的混合物。
在本发明中,从通过降低未硫化的橡胶的粘度而提高加工性,低空气透过性、耐弯曲性、和耐热性等的观点,构成甘油脂肪酸酯的脂肪酸具有优选8至28个碳原子,进一步优选8至22个碳原子,进一步更优选10至18个碳原子,进一步更优选12至18个碳原子,并且进一步更优选16至18个碳原子。同时,脂肪酸可以是饱和、不饱和、直链状和支链状脂肪酸的任何,并且特别优选直链状饱和脂肪酸。脂肪酸的具体实例包括癸酸、月桂酸、肉豆蔻酸、棕榈酸、硬脂酸、异硬脂酸、油酸、和亚油酸等。脂肪酸优选月桂酸、棕榈酸、和硬脂酸,特别优选棕榈酸和硬脂酸。
具有小于8个碳原子的脂肪酸具有低的与聚合物的亲和性并且可能导致起霜。另一方面,就增加加工性改善效果和增加成本而言,具有大于28个碳原子的脂肪酸没有不同于具有28个以下的碳原子的脂肪酸,因此不优选。
在用于本发明的甘油脂肪酸酯组合物中,脂肪酸具有优选8至28个碳原子;(a)甘油脂肪酸酯组合物包含甘油脂肪酸单酯和甘油脂肪酸二酯,并且在上述组合物中的甘油脂肪酸单酯的含量优选35质量%以上;并且(b)上述甘油脂肪酸酯组合物包含甘油脂肪酸单酯和甘油脂肪酸二酯,并且在组合物中的甘油脂肪酸二酯的含量优选65质量%以下。
上述(a)和/或(b)的甘油脂肪酸酯组合物的共混使其可能通过降低与层状或板状粘土矿物(B)共混的未硫化的橡胶的粘度来提高加工性,并且高度实现各种性能,例如低空气透过性,进一步,作为二律背反的性能的耐弯曲性和耐热性。
在本发明中,其中在甘油脂肪酸酯组合物(C)中的甘油脂肪酸单酯的含量小于35质量%的橡胶组合物或其中甘油脂肪酸二酯的含量超过65质量%的橡胶组合物具有小的低空气透过性和耐弯曲性的改善效果。
因此,从降低未硫化的橡胶的粘度和改善低空气透过性和耐弯曲性的观点,在甘油脂肪酸酯组合物中的甘油脂肪酸单酯的含量优选35质量%以上,更优选45质量%以上,进一步优选50质量%以上,进一步更优选55质量%以上,进一步更优选70质量%以上,并且进一步更优选80质量%以上。同时,从改善耐热性的观点,甘油脂肪酸单酯的含量优选98质量%以下,更优选90质量%以下,进一步优选80质量%以下,并且进一步更优选70质量%以下。为了总结上述观点,甘油脂肪酸单酯的含量优选35至98质量%,更优选45至90质量%,并且从甘油脂肪酸酯组合物的生产性的观点,甘油脂肪酸单酯的含量进一步更优选50至80质量%。
同时,从改善耐热性和提高甘油脂肪酸酯组合物的生产性的观点,在甘油脂肪酸酯组合物(C)中的甘油脂肪酸二酯的含量优选5质量%以上,更优选15质量%以上,并且进一步优选25质量%以上;并且从降低未硫化的橡胶的粘度和改善低空气透过性和耐弯曲性的观点,甘油脂肪酸二酯的含量优选65质量%以下,更优选55质量%以下,并且进一步优选50质量%以下。为了总结上述观点,甘油脂肪酸二酯的含量优选5至65质量%,更优选15至65质量%,进一步优选15至50质量%,并且进一步更优选25至50质量%。进一步,从甘油脂肪酸酯组合物的生产性的观点,甘油脂肪酸二酯的含量进一步更优选20至50质量%。
进一步,从抑制橡胶的物理性能在硫化之后过度降低(贮存弹性模量的降低等)的观点,在甘油脂肪酸酯组合物(C)中的甘油脂肪酸三酯的含量优选10质量%以下,更优选5质量%以下,并且进一步优选3质量%以下;并且从生产性的观点,甘油脂肪酸三酯的含量可以是0.3质量%以上。
从降低未硫化的橡胶的粘度和改善耐热性、低空气透过性和耐弯曲性的观点,在甘油脂肪酸酯组合物中的甘油脂肪酸二酯和甘油脂肪酸三酯的总含量优选15至50质量%,更优选17至50质量%。
特别地,从降低未硫化的橡胶的粘度和改善低空气透过性、耐弯曲性和耐热性的观点,在甘油脂肪酸酯组合物中的甘油脂肪酸单酯的含量优选50至85质量%,并且甘油脂肪酸二酯和甘油脂肪酸三酯的总含量优选15至50质量%;在甘油脂肪酸酯组合物中的甘油脂肪酸单酯的含量进一步优选50至80质量%,并且甘油脂肪酸二酯和甘油脂肪酸三酯的总含量优选20至50质量%;甘油脂肪酸单酯的含量优选50至85质量%,并且甘油脂肪酸二酯的含量优选15至50质量%;并且甘油脂肪酸单酯的含量进一步优选50至80质量%,并且甘油脂肪酸二酯的含量进一步优选20至50质量%。
同时,在生产用于本发明的甘油脂肪酸酯组合物中,甘油在特定情况下作为未反应的原料残留。从抑制耐热性降低的观点,在甘油脂肪酸酯组合物中的甘油的含量优选10质量%以下,更优选5质量%以下,并且进一步优选3质量%以下;从生产性的观点,其可以是0.3质量%以上。
在甘油脂肪酸酯组合物中,可以使用各自具有不同含量的两种以上的甘油脂肪酸单酯和甘油脂肪酸二酯。
在本发明中,所使用的甘油脂肪酸酯组合物可以通过其中组合物由甘油脂酸生产的酯化方法和其中油&脂肪等和甘油用作原料的酯交换方法来生产,并且其中控制在甘油脂肪酸酯组合物中的单酯的量的组合物的制造方法包括以下各方法1)至3):
1)其中脂肪酸组分和甘油组分的投入比在上述各个酯化方法和酯交换方法中改变从而控制酯化时的平衡组成的方法。甘油可以通过进一步蒸馏来除去。然而,就反应特性而言,认为甘油脂肪酸单酯的量的上限为约65质量%;
2)其中将在酯化方法和酯交换方法中获得的反应产物进一步进行例如分子蒸馏等的分馏从而获得具有高纯度的单酯的甘油脂肪酸酯组合物(通常95质量%以上)的方法;和
3)其中将通过方法1)获得的甘油脂肪酸酯组合物与通过方法2)获得的甘油脂肪酸酯组合物以任意比混合从而获得含有约65至95质量%的单酯的甘油脂肪酸酯组合物的方法。
来源于天然产品的作为原料的油脂和脂肪酸的使用使得可以使用降低环境负荷等的甘油脂肪酸酯组合物。
进一步,在用于本发明的甘油脂肪酸酯组合物中,可以使用其中控制了单酯的量的市售品,并且市售品的实例包括例如硬脂酸单甘油酯(Rheodol MS-60和Excel S-95,KaoCorporation制造)等。
在本发明中,在甘油脂肪酸酯组合物中的单甘油酯的含量(甘油脂肪酸单酯的含量)示出通过GPC(凝胶渗透色谱法)分析根据以下等式(I)来测定的含量,并且其是指在GPC分析中的单甘油酯与甘油、单甘油酯、甘油二酯(甘油脂肪酸二酯)和甘油三酯(甘油脂肪酸三酯)的总和的面积比:
(在上述等式(I)中,G是在GPC分析中的甘油的面积;MG是在GPC分析中的单甘油酯的面积;DG是在GPC分析中的甘油二酯的面积;并且TG是在GPC分析中的甘油三酯的面积)。
GPC的测量条件在以下示出。
GPC的测量条件:
将GPC通过使用以下测量设备来测量,其中使作为洗脱液的THF(四氢呋喃)以0.6mL/分钟的速度流动从而在40℃的恒温浴中稳定色谱柱。通过将样品溶解在THF中来制备的1重量%的样品溶液10μL注射入其中从而进行测量:
标准物质:单分散聚苯乙烯
检测器:RI-8022(Tosoh Corporation制造)
测量仪器:HPLC-8220GPC(Tosoh Corporation制造)
分析柱:TSK-GEL SUPER H1000的两个分析柱和TSK-GEL SUPER H2000的两个分析柱串联连接(Tosoh Corporation制造)
相似地,在甘油脂肪酸酯组合物中的甘油二酯的含量是指在GPC分析中的甘油二酯与甘油、单甘油酯、甘油二酯和甘油三酯的总和的面积比。
其中控制了单酯的使用量的甘油脂肪酸酯组合物的实例包括例如:其中脂肪酸具有8个碳原子的含甘油辛酸酯的组合物、其中脂肪酸具有10个碳原子的含甘油癸酸酯的组合物、其中脂肪酸具有12个碳原子的含甘油月桂酸酯的组合物、其中脂肪酸具有14个碳原子的含甘油肉豆蔻酸酯的组合物、其中脂肪酸具有16个碳原子的含甘油棕榈酸酯的组合物、其中脂肪酸具有18个碳原子的含甘油硬脂酸酯的组合物、其中脂肪酸具有22个碳原子的含甘油山嵛酸酯的组合物、和其中脂肪酸具有28个碳原子的含甘油褐煤酸酯的组合物等。其中,优选含甘油月桂酸酯的组合物、含甘油棕榈酸酯的组合物和含甘油硬脂酸酯的组合物。将其中控制了单酯的量的以上甘油脂肪酸酯组合物的一种或两种以上任意地选择和共混。
从降低未硫化的橡胶的粘度和改善低空气透过性和耐弯曲性的观点,基于100质量份的橡胶组分,用于本发明的橡胶组合物的甘油脂肪酸酯组合物(C)的配混量优选0.5质量份以上,更优选1质量份以上,进一步优选2质量份以上,并且进一步更优选3质量份以上;并且从抑制橡胶的物理性能在硫化之后过度降低(贮存弹性模量的降低等)的观点,其优选20质量份以下,更优选15质量份以下,进一步优选12质量份以下,进一步更优选11质量份以下,进一步更优选10质量份以下,优选0.5至20质量份,更优选1至15质量份,进一步优选2至12质量份,进一步更优选3至11质量份,并且进一步更优选3至10质量份。
同时,从降低未硫化的橡胶的粘度的观点,基于100质量份的层状或板状粘土矿物(B),在本发明的橡胶组合物中的甘油脂肪酸酯组合物(C)的配混量优选0.1质量份以上,更优选0.25质量份以上,并且进一步优选0.5质量份以上,进一步更优选1质量份以上;并且从抑制橡胶的物理性能在硫化之后过度降低(贮存弹性模量的降低等)的观点,其优选20质量份以下,更优选15质量份以下,进一步优选12质量份以下,进一步更优选10质量份以下,进一步更优选8质量份以下,进一步更优选7质量份以下,优选0.1至20质量份,更优选0.25至15质量份,进一步更优选0.25至10质量份,进一步更优选0.5至8质量份,并且更优选1至7质量份。
同时,从抑制耐热性降低的观点,基于100质量份的橡胶组分,在本发明的橡胶组合物中的甘油的配混量优选0.5质量份以下,进一步优选0.3质量份以下,并且进一步更优选0.1质量份以下;并且从生产性的观点,其可以是0.01质量份以上。
同时,从抑制橡胶的物理性能在硫化之后过度降低(贮存弹性模量的降低等)的观点,基于100质量份的橡胶组分,在本发明的橡胶组合物中的甘油脂肪酸三酯的配混量优选0.5质量份以下,进一步优选0.3质量份以下,并且进一步更优选0.1质量份以下;并且从生产性的观点,其可以是0.01质量份以上。
橡胶组合物和其制造方法:
本发明的橡胶组合物可以与橡胶组分(A)、层状或板状粘土矿物(B)和甘油脂肪酸酯组合物(C)共混,并且除此以外,只要不损害本发明的目的,包括例如抗氧化剂、软化剂、硬脂酸、氧化锌、硫化促进剂、硫化促进助剂和硫化剂等的通常用于橡胶工业的配混剂可以适当地选择和与其共混。市售品可以适当地用作以上配混剂。
同时,将本发明的橡胶组合物通过以下来获得:将橡胶组分(A)、层状或板状粘土矿物(B)和甘油脂肪酸酯组合物(C)与如果需要适当选择的各种配混剂借助例如辊和密炼机等的混炼设备来混炼,然后将共混物加温和挤出;并且将挤出物在成型之后硫化,因此其可以适当地用于轮胎的轮胎构件的用途,例如气密层、轮胎胎面、底胎面、胎体、胎侧部、和胎圈部等。特别地,以上橡胶组合物可以适当地用于气密层,这是因为其低空气透过性和耐弯曲性优异。因此,将本发明的橡胶组合物优选通过以下来获得:将100质量份的橡胶组分(A)与优选20质量份以上的层状或板状粘土矿物(B)和甘油脂肪酸酯组合物(C)共混,然后将共混物混炼和硫化。其制造方法优选包括:其中将100质量份的橡胶组分(A)与优选20质量份以上的层状或板状粘土矿物(B)和甘油脂肪酸酯组合物(C)共混并且其中将共混物然后混炼和硫化的步骤。以上已经描述了各组分的配混量和优选范围。
将因此构成的橡胶组合物导致未硫化的橡胶的粘度降低的原因和其低空气透过性、耐弯曲性和耐热性也改善的原因如下推测。
本发明的橡胶组合物与橡胶组分、层状或板状粘土矿物和甘油脂肪酸酯组合物共混。在此情况下,甘油脂肪酸酯组合物使层状或板状粘土矿物的表面疏水化,因此层状或板状粘土矿物在橡胶组合物中的分散状态改善。因此,认为的是,未硫化的橡胶的粘度降低,并且橡胶组合物的低空气透过性和耐弯曲性改善。同时,甘油脂肪酸酯组合物赋予橡胶组分塑性,并且展示出对层状或板状粘土矿物的润滑作用,因此,认为的是,未硫化的橡胶的粘度进一步降低,并且其也有助于橡胶组合物的耐热性的改善。
轮胎、未硫化的橡胶的粘度降低方法、和轮胎的气密层的用途:
轮胎可以使用本发明的橡胶组合物通过通常过程来生产。例如,将如上述的各种配混剂共混的本发明的橡胶组合物在未硫化阶段挤出并且加工为轮胎构件,例如,气密层用构件,并且将该构件在轮胎成型机中通过通常方法在成型时贴合至轮胎,因此将生胶成型。将以上生胶在硫化机中加热和加压从而获得轮胎,所述轮胎的低空气透过性和耐弯曲性优异并且具有良好的低的燃料消耗,并且因为以上橡胶组合物的良好的加工性,生产性也优异。
因此,根据本发明的未硫化的橡胶的粘度降低方法的特征在于,将橡胶组分(A)与层状或板状粘土矿物(B)和甘油脂肪酸酯组合物(C)共混,并且上述橡胶组合物的特征在于,其用于轮胎的气密层。
用于未硫化的橡胶的粘度降低方法并且用于根据本发明的气密层的各组分(A)至(C)的优选组成和优选范围与上述橡胶组合物相同。
实施例
下一步,将会参考生产例、实施例和比较例进一步详细地说明本发明,但本发明决不会限于以下实施例。
生产例1至8
使用通过以下各生产例获得的甘油脂肪酸酯组合物。将在生产的各甘油脂肪酸酯组合物中的甘油脂肪酸单酯(单甘油酯)、甘油脂肪酸二酯、甘油脂肪酸三酯和甘油的各组分的含量通过上述方法计算从而测定各组成。
生产例1:其中脂肪酸具有8个碳原子的甘油脂肪酸酯(用于实施例1)
将装备有搅拌器、脱水管-冷却辊、温度计和氮气导入管的1升的四颈烧瓶装填有450g的甘油和352g的辛酸(Lunac 8-98,Kao Corporation制造)(甘油/脂肪酸(摩尔比)=2.0),并且将溶解在小量的水中的氢氧化钠以以钠计10ppm的量添加至此。然后,将烧瓶在400r/min的搅拌下在约1.5小时内加热至240℃,同时使氮以100ml/分钟的速度流向液体上方的空间部。在达到240℃之后,在将酸组分在烧瓶中回流的同时,除去水,并且反应在以上温度下持续4小时。在反应之后,在产物中的单甘油酯的含量是67面积%。
接着,将反应混合物冷却至170℃,并且通过将混合物在以上温度和2.7kPa以下的减压下蒸馏而除去甘油。进一步,将物流在150℃和2kPa下供给至烧瓶2小时。然后,将混合物借助Zeta Plus 30S(CUNO Inc.制造)在加压下进行吸附过滤从而获得含单甘油酯的组合物。将因此获得的组合物通过GPC来测量从而测定各组分的组成。
生产例2:其中脂肪酸具有10个碳原子的甘油脂肪酸酯(用于实施例2)
除了在上述实施例1中,辛酸改变为等摩尔量的癸酸(Lunac 10-98,KaoCorporation制造)以外,以与实施例1相同的方式来进行反应,并且以相同的方式来除去甘油,接着混合物进行吸附过滤。将在吸附过滤之后获得的含单甘油酯的组合物通过GPC测量从而测定各组分的组成。
生产例3:其中脂肪酸具有12个碳原子的甘油脂肪酸酯(用于实施例3)
除了在上述实施例1中,辛酸改变为等摩尔量的月桂酸(Lunac L-98,KaoCorporation制造)以外,以与实施例1相同的方式来进行反应,并且以相同的方式来除去甘油,接着混合物进行吸附过滤。将在吸附过滤之后获得的含单甘油酯的组合物通过GPC测量从而测定各组分的组成。
生产例4:其中脂肪酸具有16个碳原子的甘油脂肪酸酯(用于实施例4、19至23、25至32、34、36和38)
除了在上述实施例1中,辛酸改变为等摩尔量的棕榈酸(Lunac P-95,KaoCorporation制造)以外,以与实施例1相同的方式来进行反应而生产用于实施例4、19至23、25至32、34、36和38的甘油脂肪酸酯组合物,以相同的方式来除去甘油,并且混合物进行吸附过滤。将在吸附过滤之后获得的含单甘油酯的组合物通过GPC测量从而测定各组分的组成。
同时,借助Smith蒸馏仪器在蒸馏温度为215℃并且减压为0.1mm Hg的条件下通过将生产例4在中获得的甘油脂肪酸酯组合物进行分子蒸馏来制备用于实施例10的甘油脂肪酸酯组合物。
通过将在生产例4中生产的甘油脂肪酸酯和用于实施例10的甘油脂肪酸酯以70:30的重量比混合来制备用于实施例8的甘油脂肪酸酯。
通过将在生产例4中生产的甘油脂肪酸酯和用于实施例10的甘油脂肪酸酯以35:65的重量比混合来制备用于实施例9的甘油脂肪酸酯。
生产例5:其中脂肪酸具有16个碳原子的甘油脂肪酸酯(用于实施例7)
除了在上述实施例1中,甘油的量改变为280g并且辛酸改变为520g的棕榈酸(Lunac P-95,Kao Corporation制造)(甘油/脂肪酸(摩尔比)=1.5)以外,以与实施例1相同的方式来进行反应,并且以相同的方式来除去甘油,接着混合物进行吸附过滤。将在吸附过滤之后获得的含单甘油酯的组合物通过GPC测量从而测定各组分的组成。
生产例6:其中脂肪酸具有18个碳原子的甘油脂肪酸酯(用于实施例5、14至18、24、
33、35和37)
除了在上述实施例1中,辛酸改变为等摩尔量的硬脂酸(Lunac S-98,KaoCorporation制造)以外,以与实施例1相同的方式来进行反应,并且以相同的方式来除去甘油,接着混合物进行吸附过滤。将在吸附过滤之后获得的含单甘油酯的组合物通过GPC测量从而测定各组分的组成。
通过将在生产例6中生产的甘油脂肪酸酯和Wako Pure Chemical IndustriesLtd.制造的甘油二硬脂酸酯以35:65的重量比混合来制备用于实施例12的甘油脂肪酸酯组合物。将混合物通过GPC测量从而测定各组分的组成。
通过将在生产例6中生产的甘油脂肪酸酯和Wako Pure Chemical IndustriesLtd.制造的甘油二硬脂酸酯以55:45的重量比混合来制备用于实施例13的甘油脂肪酸酯。将混合物通过GPC测量从而测定各组分的组成。
生产例7:其中脂肪酸具有22个碳原子的甘油脂肪酸酯(用于实施例6)
除了在上述实施例1中,辛酸改变为等摩尔量的山嵛酸(Lunac BA,KaoCorporation制造)以外,以与实施例1相同的方式来进行反应,并且以相同的方式来除去甘油,接着混合物进行吸附过滤。将在吸附过滤之后获得的含单甘油酯的组合物通过GPC测量从而测定各组分的组成。
如其作为用于实施例11的甘油脂肪酸酯组合物,使用Kao Corporation制造的Excel T-95。将以上产物通过GPC测量从而测定各组分的组成。
实施例1至38和比较例1至15
根据在以下表1至表5中示出的共混配方通过通常方法来制备橡胶组合物。在生产例中获得的各甘油脂肪酸酯组合物记载于表1至表5的上方栏中。在表1至表5中与甘油脂肪酸酯组合物的栏相比较低的栏中示出的数值以质量份示出。
将因此获得的各橡胶组合物用于通过以下测量方法来测量未硫化的橡胶的粘度、低空气透过性和耐弯曲性。同时,在表1中示出的实施例1至13和比较例1至3中,将韧性(耐热性)通过以下测量方法来进一步测量。
其结果在以下表1至表5中示出。其中在橡胶组分、层状或板状粘土矿物(粘土)和甘油脂肪酸酯的橡胶共混组合物中的甘油脂肪酸酯的碳原子数如表1中示出来改变的共混配方;其中层状或板状粘土矿物(粘土)的配混份如表2中示出来改变的共混配方;其中甘油脂肪酸酯的配混份如表3中示出来改变的共混配方;其中橡胶组分如表4中示出来改变的共混配方;和其中层状或板状粘土矿物等如表5中示出来改变的共混配方。
未硫化的橡胶的粘度的测量方法:
未硫化的橡胶的粘度依照JIS K 6300-1:2001来测量(门尼粘度和门尼焦烧时间)。
结果由指数示出,其中比较例1的值设定为100。示出的是,未硫化的橡胶的粘度的值越小,操作性越好。
空气透过性的测量方法:
将在实施例1至38和比较例1至15中获得的硫化之后的橡胶组合物依照JISK7126-2:2006“塑料膜和设定-气体透过度测试方法-第2部分:等压法”借助氧透过率测定仪器(Toyo Seiki Seisaku-sho,Ltd.制造)在23℃±2℃下用于测量空气透过系数。
将空气透过性指数根据以下从以上获得的空气透过系数来测量并且由指数示出,其中将比较例1的值设定为100。示出的是,指数越小,耐空气透过性(气体阻隔性)越好。
空气透过性指数={(试验的硫化橡胶组合物的空气透过系数)/(比较例1的硫化橡胶组合物的空气透过系数)}×100
耐弯曲性的测量方法:
将在实施例1至38和比较例1至15中获得的硫化之后的橡胶组合物依照JISK6260:2010的弯曲测试方法用于制备未硫化橡胶测试片,并且弯曲测试进行测试需要的时间,直至10mm的裂纹形成在测试片上。将耐弯曲性指数根据以下等式来测定并且由指数示出,其中将比较例1的值设定为100。示出的是,指数越大,耐弯曲性越优异。
耐弯曲性指数={(直至裂纹形成在测试硫化橡胶组合物上需要的时间)/(直至裂纹形成在比较例1的硫化橡胶组合物上需要的时间)}×100
韧性的测量方法:
将未硫化的橡胶在160℃下硫化20分钟,然后在100℃下降解2天(热降解条件)。然后,将降解的橡胶依照JIS K 6251进行拉伸测试,因此将Eb(断裂伸长率(%))和Tb(拉伸强度(MPa))测量从而测定热降解之后的TF(韧性:Eb×Tb),并且其结果由指数示出,其中如上述的情况,将在表1中的比较例1的值设定为100。示出的是,其值越大,韧性(耐热性)越高。
表3
表4
表5
在表1至表5中的*1至*8示出以下。
*1):商品名“JSR BROMOBUTYL 2255”,JSR Corporation制造
*2):N660,商品名“Asahi#55”(N2SA:26m2/g,DBP吸收量:87cm3/100g),AsahiCarbon Co.,Ltd.制造
*3):扁平粘土,商品名“POLYFIL DL”(长径比:10,平均粒径:1μm),J.M.HuberCorporation制造(扁平粘土是具有大长径比的高岭土系粘土)
*4):石蜡油,商品名“Diana Process Oil PW-90”,Idemitsu Kosan Co.,Ltd.制造
*5):Nocceler DM(二-2-二硫化苯并噻唑),Ouchi Shinko Chemical IndustrialCo.,Ltd.制造
*6):天然橡胶RSS No.3
*7):扁平滑石,“HAR滑石”,Imerys Talc Co.,Ltd.制造
*8):分散改进剂,“Farmine DM8098”(二甲基硬脂基胺),Kao Corporation制造
如从表1至表5中示出的结果显而易见,从未硫化的橡胶的粘度、空气透过性和耐弯曲性的评价结果已经变得清楚的是,与本发明的范围以外的比较例1至15中生产的橡胶组合物相比,涵盖于本发明的范围内的实施例1至38中生产的橡胶组合物的未硫化的橡胶的粘度未增加并且低空气透过性和耐弯曲性改善。
为了分别研究表1至表5中示出的结果,其中在橡胶组分、层状或板状粘土矿物(粘土)和甘油脂肪酸酯的橡胶共混组合物中,甘油脂肪酸酯的碳原子数改变的共混配方在表1的实施例1至13中示出。在以上情况下,变得清楚的是,生产了与比较例1至3中生产的那些相比,低空气透过性、耐弯曲性和韧性(耐热性)改善,而不增加未硫化的橡胶的粘度的橡胶组合物。
其中在橡胶组分、层状或板状粘土矿物(粘土)和甘油脂肪酸酯的橡胶共混组合物中,层状或板状粘土矿物(粘土)的共混份数改变的共混配方在表2中示出。同时在以上情况下,变得清楚的是,生产了与比较例4至8中生产的那些相比,低空气透过性和耐弯曲性改善,而不增加未硫化的橡胶的粘度的橡胶组合物。
其中在橡胶组分、层状或板状粘土矿物(粘土)和甘油脂肪酸酯的橡胶共混组合物中,甘油脂肪酸酯的共混份数改变的共混配方在表3中示出。同时在以上情况下,变得清楚的是,生产了与比较例9至10中生产的那些相比,低空气透过性和耐弯曲性改善,而不增加未硫化的橡胶的粘度的橡胶组合物。
其中在橡胶组分、层状或板状粘土矿物(粘土)和甘油脂肪酸酯的橡胶共混组合物中,橡胶组分改变的共混配方在表4中示出。同时在以上情况下,变得清楚的是,生产了与比较例11至12中生产的那些相比,低空气透过性、耐弯曲性和韧性(耐热性)改善,而不增加未硫化的橡胶的粘度的橡胶组合物。
其中在橡胶组分、层状或板状粘土矿物(粘土)和甘油脂肪酸酯的橡胶共混组合物中,层状或板状粘土矿物改变的共混配方在表5中示出。同时在以上情况下,变得清楚的是,生产了与比较例13(没有共混甘油脂肪酸酯)和比较例14和15(传统分散改进剂)中生产的那些相比,低空气透过性、耐弯曲性和韧性(耐热性)改善,而不增加未硫化的橡胶的粘度的橡胶组合物。
产业上的可利用性
获得了适用于乘用车、卡车、和公交车等的轮胎的气密层的橡胶组合物,和通过使用其生产的轮胎。
Claims (16)
1.一种橡胶组合物,其特征在于,其通过将含有丁基系橡胶的橡胶组分(A)、层状或板状粘土矿物(B)和酸残基仅来源于脂肪酸的甘油脂肪酸酯组合物(C)共混来制备,其中所述甘油脂肪酸酯的脂肪酸具有8至28个碳原子,所述甘油脂肪酸酯组合物(C)包含甘油脂肪酸单酯和甘油脂肪酸二酯,并且在所述甘油脂肪酸酯组合物中的所述甘油脂肪酸单酯的含量是35质量%以上。
2.根据权利要求1所述的橡胶组合物,其特征在于,所述甘油脂肪酸酯组合物(C)包含甘油脂肪酸单酯和甘油脂肪酸二酯,在所述甘油脂肪酸酯组合物中的所述甘油脂肪酸二酯的含量是65质量%以下。
3.根据权利要求1或2所述的橡胶组合物,其特征在于,基于100质量份的所述层状或板状粘土矿物(B),所述甘油脂肪酸酯组合物(C)的配混量是0.1至20质量份。
4.根据权利要求1或2所述的橡胶组合物,其特征在于,基于100质量份的所述层状或板状粘土矿物(B),所述甘油脂肪酸酯组合物(C)的配混量是0.25至10质量份。
5.根据权利要求1或2所述的橡胶组合物,其特征在于,基于100质量份的所述橡胶组分(A),所述甘油脂肪酸酯组合物(C)的配混量是0.5至20质量份。
6.根据权利要求1或2所述的橡胶组合物,其特征在于,基于100质量份的所述橡胶组分(A),所述层状或板状粘土矿物(B)的配混量是20至200质量份。
7.根据权利要求1或2所述的橡胶组合物,其特征在于,所述层状或板状粘土矿物(B)是粘土、云母、滑石或长石。
8.根据权利要求1或2所述的橡胶组合物,其特征在于,所述层状或板状粘土矿物(B)是粘土。
9.根据权利要求1或2所述的橡胶组合物,其特征在于,所述橡胶组分(A)是丁基系橡胶,或二烯系橡胶和丁基系橡胶的混合物。
10.根据权利要求9所述的橡胶组合物,其特征在于,所述二烯系橡胶是选自天然橡胶、异戊二烯橡胶、苯乙烯丁二烯橡胶和丁二烯橡胶的至少一种。
11.根据权利要求1或2所述的橡胶组合物,其中所述橡胶组合物是轮胎的气密层用橡胶组合物。
12.根据权利要求1或2所述的橡胶组合物,其中所述橡胶组合物通过以下来获得:将100质量份的所述橡胶组分(A)与20质量份以上的所述层状或板状粘土矿物(B),和所述甘油脂肪酸酯组合物(C)共混后,混炼和硫化。
13.一种根据权利要求1至11任一项所述的橡胶组合物的制造方法,其中将100质量份的橡胶组分(A)与20质量份以上的层状或板状粘土矿物(B),和甘油脂肪酸酯组合物(C)共混后,混炼和硫化。
14.一种轮胎,其特征在于,其将通过根据权利要求1至12任一项所述的橡胶组合物获得的橡胶组合物用于气密层。
15.根据权利要求1至12任一项所述的橡胶组合物用于轮胎的气密层的用途。
16.一种未硫化的橡胶的粘度降低方法,其特征在于,将橡胶组分(A)、层状或板状粘土矿物(B)和酸残基仅来源于脂肪酸的甘油脂肪酸酯组合物(C)共混。
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