CN105237831A - 炭黑湿法母胶/白炭黑干法母胶制备胎面胶的方法及应用 - Google Patents

炭黑湿法母胶/白炭黑干法母胶制备胎面胶的方法及应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种利用湿法混炼炭黑母胶并用白炭黑干法母胶制备胎面胶胶料的方法，其包含如下步骤：a)在密炼机中加入湿法混炼炭黑母胶、白炭黑干法母胶、再加入添加剂包括偶联剂、防老剂、活性剂、油以及其他加工助剂的一种或多种，然后加入硫化剂和促进剂混合均匀后得到胎面胶混炼胶；b)将混炼胶硫化，得到胎面胶硫化胶。本发明所述的胎面胶硫化胶因为并用白炭黑，在保证轮胎耐磨性能的前提下，降低轮胎滚动阻力，提高轮胎的抗湿滑性能。

Description

炭黑湿法母胶/白炭黑干法母胶制备胎面胶的方法及应用
技术领域
本发明涉及轮胎橡胶材料生产领域，尤其涉及一种胎面胶胶料的制备方法和应用。
背景技术
以炭黑为填料的胎面胶，耐磨性能好，但滞后损失高，滚动阻力大，而白炭黑能够显著降低滚动阻力，同时提高抗湿滑性能，但耐磨性能比炭黑差。所以，在轮胎工业中，常利用炭黑/白炭黑并用来平衡各种性能，以期制造综合性能优异的轮胎。尤其是在轮胎的节能和安全日益为人们所关注的今天，这种并用的方式有重要的价值。
近年来，湿法混炼技术由于其填料分散度高，设备投入少，环保，低能耗的优点受到国内外的广泛关注。最初的湿法混炼是通过共沉法实现的，将填料分散在水中与橡胶胶乳混合，加凝聚剂沉淀、脱水、干燥后得到母胶，国内的湿法混炼专利CN102153792A，CN102516418A，CN102634083A)依然沿用此法；德国粉末橡胶联合股份有限公司制备出粉末状母胶：在胶乳与填料沉淀后，再加入部分填料分散母胶，防止粘连(CN101182376A)；美国卡博特公司利用橡胶乳液/填料液相连续混炼制备母胶(US19970823411)；怡维怡橡胶研究院有限公司利用橡胶溶液/填料液相连续混炼制备母胶(CN103203810A)，其中前三种技术均采用乳液进行湿法混炼，而怡维怡橡胶研究院采用的是橡胶溶液。
利用填料并用的方式对湿法混炼母胶性能进一步改进的工作有CN102807689A、CN103347932A。其中CN102807689A公开了利用湿法混炼白炭黑母胶并用炭黑来改善矿山胎胎面胶的性能；CN103347932A公开了在湿法天然胶乳炭黑母胶中加入第二填料，进一步降低其滚动阻力。但是该两项专利中的炭黑湿法母胶、白炭黑湿法母胶均由胶乳制得，由于胶乳成分中非胶组分多，容易吸附到填料表面，降低填料/聚合物相互作用力，导致硫化胶的耐磨性能较差。本发明首次报道了通过并用白炭黑干法母胶来改善溶液湿法混炼的炭黑母胶的性能。
发明内容
本发明通过并用白炭黑来改善湿法混炼炭黑母胶的性能，并应用于轮胎胎面胶，在保证耐磨性能的前提下，降低轮胎滚动阻力，提高轮胎抗湿滑性能。
一种橡胶组合物，其特征在于：采用炭黑湿法母胶并用白炭黑干法母胶制备而得；湿法母胶是通过橡胶溶液/填料连续液相混炼法得到的母胶。
在白炭黑混炼过程中，因为硅烷偶联剂的使用，对混炼温度和混炼时间均有一定要求，与炭黑混炼方式有所差别，本发明先制备白炭黑母胶后再与炭黑母胶并用，可提高硅烷化效率，增强填料和聚合物的相互作用。
作为优选的是：干法母胶采用开炼机、密炼机、捏炼机、连续混炼机或螺杆式炼胶机中的至少一种设备制得。
作为优选的是：制备母胶所使用的橡胶为天然橡胶、聚丁二烯橡胶、聚异戊二烯橡胶、聚苯乙烯-丁二烯橡胶中的一种或多种。
作为优选的是：橡胶总用量为100重量份，填料的总用量为20～120重量份，优选30～70重量份，其中炭黑与白炭黑重量比为1∶20至20∶1，优选1∶10至10∶1。
作为优选的是：炭黑的比表面积为4至350m2/g，优选30至260m2/g，-炭黑的吸油值为20至250ml/100g，优选25至200ml/100g，更优选30至150ml/100g。
作为优选的是：白炭黑比表面积为10至500m2/g，优选45至400m2/g，更优选70至300m2/g，吸油值为20至350ml/100g，优选25至300ml/100g，更优选30至290ml/100g，白炭黑直接加入或采用偶联剂预改性后加入。
作为优选的是：橡胶组合物中还包括用量为1-50份的双相炭黑。
作为优选的是：橡胶组合物中还包括偶联剂、防老剂、活性剂、油以及其他加工助剂的一种或多种。
作为优选的是：
用以下通式表示的有机硅烷偶联剂：
(Rn-(RO)3-nSi-(Alk)m-(Arp)q(A)(I)
Rn’(RO)3-nSi-(Alk)(II)
Rn’(RO)3-nSi-(Alkenyl)(III)
或Rn’(RO)3-nSi-(Alk)-S-(C＝O)R1(IV)
式中，当q＝1时，A为-SCN，-SH，-Cl，-NH2；
当q＝2时，A为-Sx-；
R和R’为碳原子从1至15的支化或直链的烷基或酚基，R和R’可以相同，也可以不同；
n为0，1或2；
Alk是含有1至6个碳原子的直链或支链烃基；
Alkenyl是含有1至6个碳原子的直链或支链烯基；
R1是含有1至30个碳原子的直链或支链烃基；
m为0或1；
Ar是含有6至12个碳原子的芳基；
p为0或1，p和m不能同时为0；
x为2至8；
其中最常用的为双(三乙氧基丙基硅烷)四硫化物和二硫化物、3-硫氰基丙基-三乙氧基硅烷、γ-巯丙基-三甲氧基硅烷、3-辛酰基硫代-1-丙基三乙氧基硅烷、[2-(4-氯甲基苯基)乙基]-三乙氧基硅烷、(3-巯基丙基)-二[十三烷基聚氧乙烯(5)基]-乙氧基硅烷、锆酸酯偶联剂、钛酸酯偶联剂、硝基偶联剂、醇类化合物，所述醇类化合物包括单元醇、二元醇、多元醇，所述醇类化合物包括丙醇、丁醇、乙二醇、聚乙二醇及其衍生物，偶联剂总用量为白炭黑用量的1％至20％，优选5％至15％。
作为优选的是：防老剂选自胺类防老剂、酚类防老剂及防护蜡中的一种或多种，防老剂的总用量为0.2至11重量份，优选1至9重量份。
作为优选的是：活性剂包括氧化锌和硬脂酸，活性剂的总用量为0.5至10重量份，优选1至8重量份。
作为优选的是：油包括石油系的芳烃油、环烷油以及其他类型的橡胶加工操作油，油的总用量为0至30重量份，优选0至20重量份，更优选0至15重量份。
作为优选的是：硫化剂包括硫黄、硫给予体及过氧化物中的一种或多种，硫化剂的用量为0.2至5重量份，优选0.5至3重量份。
作为优选的是：促进剂包括噻唑类、次磺酰胺类、秋兰姆类、硫化氨基甲酸盐类、二苯胍类促进剂、六亚甲基四胺中的一种或多种，促进剂的用量为0.2至5重量份，优选0.5至3重量份。
本发明还提供利用炭黑湿法母胶并用白炭黑干法母胶制备硫化胶的方法，包含如下步骤：
在密炼机中加入湿法混炼炭黑母胶、白炭黑干法母胶、再加入添加剂包括偶联剂、防老剂、活性剂、油以及其他加工助剂的一种或多种，然后加入硫化剂和促进剂混合均匀后得到胎面胶混炼胶；将混炼胶硫化，得到胎面胶硫化胶；或者偶联剂、防老剂、活性剂、油以及其他加工助剂的一种或多种在湿法混炼炭黑母胶或白炭黑干法母胶制备时加入。
本发明还提供采用上述橡胶组合物制备的轮胎胎面胶胶料。
本发明技术效果：
并用白炭黑干法母胶后，炭黑湿法母胶的耐磨性能基本保持不变，同时滞后损失下降，抗湿滑性能提高。
具体实施方案
下面用实施例进一步描述本发明，但是本发明的范围不受这些实施例的限制。
(一)实施例使用以下仪器设备及测定方法测定：
表1橡胶样品制备的仪器设备
序号 设备名称 规格型号 生产厂家
1 密炼机 BR1600 美国法雷尔公司
2 开炼机 Polymix 150L 德国SERVITEC公司
3 平板硫化机 P-V-200-3RT-2-PCD 磐石油压工业有限公司
表2胶料性能的测试方法及仪器
(二)实施例及对比例
原料：
异戊胶，IR70，青岛伊科思新材料股份有限公司；
白炭黑，NewsilHD165MP，确成硅化学股份有限公司；
炭黑，N234，卡博特(上海)投资有限公司；
双相炭黑，CSDPF2125，卡博特(上海)投资有限公司；
氧化锌，大连氧化锌厂；
硬脂酸，PF1808，马来西亚立成有限公司；
N-(1，3-二甲基)丁基-N′-苯基对苯二胺(防老剂4020)，Flexsys公司；
2，2，4-三甲基-1，2-二氢化喹啉聚合体(防老剂RD)，中国石化集团南京化学工业有限公司化工厂；
防护蜡，百瑞美特殊化学品(苏州)有限公司；
双(三乙氧基丙基硅烷)四硫化物(TESPT)，南京曙光化工集团有限公司；
N-环己基-2-苯骈噻唑次磺酰胺(促进剂CZ)，二苯胍(促进剂DPG)，山东尚舜化工有限公司；
硫黄S，临沂罗庄硫黄厂；
以下实施例和对比例中所述份数均为重量份。
湿法炭黑母胶的制备方法：在异戊胶的己烷溶液中加入炭黑N234混合均匀后，在一定的压力下进入凝聚器，然后通过一个喷嘴出口喷入干燥器，形成固体粉末物质，进一步干燥脱溶剂后得到炭黑母炼胶。其中异戊胶(干胶比例)为100重量份，N234为50重量份。
对比例1
在密炼机内，加入150份N234炭黑湿法母胶、3份硬脂酸、5份氧化锌、1.5份防护蜡、1.5份防老剂RD、1.5份防老剂4020，混炼，排胶停放4小时后，再加入1.8份促进剂CZ，1.4份普通硫黄，混炼均匀后排胶，停放4小时后用平板硫化机在150℃条件下硫化，制得胎面胶对比例1。
对比例2
在密炼机内，加入100份异戊胶、50份白炭黑165MP、5份TESPT、3份硬脂酸、5份氧化锌、1.5份防护蜡、1.5份防老剂RD、1.5份防老剂4020，混炼温度达到140℃以上并保持2分钟，排胶，停放4小时后，加入2.0份促进剂CZ，1.6份普通硫黄，混炼均匀后排胶，停放4小时后用平板硫化机在150℃条件下硫化，制得胎面胶对比例2。
对比例3
在密炼机内，加入100份异戊胶、50份CSDPF2125、2份TESPT、3份硬脂酸、5份氧化锌、1.5份防护蜡、1.5份防老剂RD、1.5份防老剂4020混炼，混炼温度达到140℃以上并保持2分钟，排胶，停放4小时后，加入1.2份促进剂CZ，1.4份普通硫黄，混炼均匀后排胶，停放4小时后用平板硫化机在150℃条件下硫化，制得胎面胶对比例3。
实施例1
在密炼机内，加入100份异戊胶，50份白炭黑165MP，5份TESPT混炼，混炼温度达到140℃以上并保持2分钟，排胶，制得白炭黑母胶1。在密炼机内加入75份炭黑湿法母胶，77.5份白炭黑母胶2，硬脂酸2.5份，氧化锌4.5份，防护蜡1.5份，防老剂RD1.5份，防老剂40202.0份，混炼均匀后排胶，停放4小时后，加入促进剂CZ2.0份，普通硫黄1.6份，促进剂DPG0.5份，混炼均匀后排胶，停放4小时后用平板硫化机在150℃条件下硫化，制得胎面胶实施例1。
实施例2
在密炼机内，加入62份白炭黑母胶1，45份炭黑湿法母胶，30份异戊胶，15份CSDPF21525，1份TESPT，硬脂酸2.5份，氧化锌4.5份，防护蜡1.5份，防老剂RD1.5份，防老剂40202.0份，混炼均匀后排胶，停放4小时后，加入促进剂CZ1.5份，普通硫黄1.5份，混炼均匀后排胶，停放4小时后用平板硫化机在150℃条件下硫化，制得胎面胶实施例2。
表3对比例与实施例性能对比
由上表可知，与湿法混炼的炭黑胎面胶(对比例1)相比，并用等量白炭黑的胎面胶(实施例1)，底部温升降低10℃以上，滚动阻力降低40％以上，而且根据DIN磨耗结果来看，并用异戊胶白炭黑母胶后的实施例1耐磨性能较好，与单纯白炭黑配方(对比例2)比较，耐磨性提高24％。实施例2性能是三种炭黑共同作用的结果，与对比例1、2、3相比，其耐磨性能与炭黑接近，比白炭黑配方和双相炭黑配方的耐磨性能要好，而且与炭黑配方相比，滞后损失降低40％。

Claims (16)

1.一种橡胶组合物，其特征在于：采用炭黑湿法母胶并用白炭黑干法母胶制备而得；湿法母胶是通过橡胶溶液/填料连续液相混炼法得到的母胶。
2.根据权利要求1所述的橡胶组合物，其特征在于：干法母胶采用开炼机、密炼机、捏炼机、连续混炼机或螺杆式炼胶机中的至少一种设备制得。
3.根据权利要求1所述的橡胶组合物，其特征在于：制备母胶所使用的橡胶为天然橡胶、聚丁二烯橡胶、聚异戊二烯橡胶、聚苯乙烯-丁二烯橡胶、乙丙胶、丁基胶、丁腈胶、氯丁胶、硅橡胶、氟橡胶、聚氨酯橡胶、氯磺化聚乙烯橡胶、丙烯酸酯橡胶中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的橡胶组合物，其特征在于：橡胶总用量为100重量份，填料的总用量为20～120重量份，优选30～70重量份，其中炭黑与白炭黑重量比为1∶20至20∶1，优选1∶10至10∶1。
5.根据权利要求1所述的橡胶组合物，其特征在于：炭黑的比表面积为4至350m2/g，优选30至260m2/g，炭黑的吸油值为20至250ml/100g，优选25至200ml/100g，更优选30至150ml/100g。
6.如权利要求1所述的橡胶组合物，其特征在于：所述白炭黑的比表面积为10至500m2/g，优选45至400m2/g，更优选70至300m2/g，所述白炭黑的吸油值为20至350ml/100g，优选25至300ml/100g，更优选30至290ml/100g，白炭黑直接加入或采用偶联剂改性后加入。
7.如权利要求1所述的橡胶组合物，其特征在于：橡胶组合物中还包括用量为1-50份的双相炭黑。
8.如权利要求7所述的橡胶组合物，其特征在于：橡胶组合物中还包括偶联剂、防老剂、活性剂、油以及其他加工助剂的一种或多种。
9.根据权利要求8所述的橡胶组合物，其特征在于：偶联剂包括双(三乙氧基丙基硅烷)四硫化物和二硫化物、3-硫氰基丙基-三乙氧基硅烷、γ-巯丙基-三甲氧基硅烷、3-辛酰基硫代-1-丙基三乙氧基硅烷、[2-(4-氯甲基苯基)乙基]-三乙氧基硅烷、(3-巯基丙基)-二[十三烷基聚氧乙烯(5)基]-乙氧基硅烷、锆酸酯偶联剂、钛酸酯偶联剂、硝基偶联剂、醇类化合物，所述醇类化合物包括单元醇、二元醇、多元醇，所述醇类化合物包括丙醇、丁醇、乙二醇、聚乙二醇及其衍生物，偶联剂总用量为白炭黑用量的1％至20％，优选5％至15％。
10.根据权利要求8所述的橡胶组合物，其特征在于：防老剂选自胺类防老剂、酚类防老剂及防护蜡中的一种或多种，防老剂的总用量为0.2至11重量份，优选1至9重量份。
11.根据权利要求8所述的橡胶组合物，其特征在于：活性剂包括氧化锌和硬脂酸，活性剂的总用量为0.5至10重量份，优选1至8重量份。
12.根据权利要求8所述的橡胶组合物，其特征在于：油包括石油系的芳烃油、环烷油以及其他类型的橡胶加工操作油，油的总用量为0至30重量份，优选0至20重量份，更优选0至15重量份。
13.根据权利要求8所述的橡胶组合物，其特征在于：硫化剂包括硫黄、硫给予体及过氧化物中的一种或多种，硫化剂的用量为0.2至5重量份，优选0.5至3重量份。
14.根据权利要求8所述的橡胶组合物，其特征在于：促进剂包括噻唑类、次磺酰胺类、秋兰姆类、硫化氨基甲酸盐类、二苯胍类促进剂、六亚甲基四胺中的一种或多种，促进剂的用量为0.2至5重量份，优选0.5至3重量份。
15.利用炭黑湿法母胶并用白炭黑干法母胶制备硫化胶的方法，包含如下步骤：
在密炼机中加入湿法混炼炭黑母胶、白炭黑干法母胶、再加入添加剂包括偶联剂、防老剂、活性剂、油以及其他加工助剂的一种或多种，然后加入硫化剂和促进剂混合均匀后得到胎面胶混炼胶；将混炼胶硫化，得到胎面胶硫化胶；或者偶联剂、防老剂、活性剂、油以及其他加工助剂的一种或多种在湿法混炼炭黑母胶或白炭黑干法母胶制备时加入。
16.采用如权利要求1-14任一所述的橡胶组合物制备的轮胎胎面胶胶料。
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