CN105237832A - 湿法混炼母炼胶并用填料或母胶的橡胶组合物及制备方法 - Google Patents

湿法混炼母炼胶并用填料或母胶的橡胶组合物及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种橡胶组合物，包含：(A)橡胶；(B)第一填料；(C)第二填料；所述第一填料采用湿法混炼制备成第一母胶；所述第二填料以粉末或第二母胶形式加入所述母胶中。本发明的橡胶组合物可用于制造轮胎，能够降低轮胎的滚动阻力，提高抗湿滑性能，改善耐磨性能。

Description

湿法混炼母炼胶并用填料或母胶的橡胶组合物及制备方法
技术领域
本发明涉及橡胶领域，特别涉及一种湿法混炼母胶并用填料或母胶的橡胶组合物及其制备方法。
背景技术
湿法混炼是在液相条件下将填料均匀分散于橡胶中从而得到填料/橡胶母胶的一种技术。与传统的干法混炼相比，湿法母胶的硫化胶料具有填料分散度高，滞后损失低等优点。目前制备湿法混炼母胶的技术包括胶乳填料共同沉淀法(CN102153792A，CN102516418A，CN102634083A)；德国粉末橡胶联合股份有限公司的粉末橡胶技术(CN101182376A)；美国Cabot公司的乳液/填料液相连续混炼技术(CN1280534A)；怡维怡橡胶研究院有限公司的溶液/填料液相连续混炼技术(CN103113597A)。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。但是这些湿法混炼技术只集中于单一填料母胶的制备。
利用湿法混炼母胶并用填料的方式对胶料性能进一步改进的工作有米其林在炭黑湿法母胶中加入第二填料，进一步降低其滚动阻力(CN103347932A)；中策橡胶有限公司在湿法白炭黑母胶中并用炭黑，以改善矿山胎胎面胶的性能(CN102807689A)。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。本专利所述的溶液湿法混炼在避免乳液湿法混炼缺点的基础上，通过并用第二填料，进一步对湿法混炼母胶性能进行改善。
发明内容
针对现有技术的问题，本发明的目的是提供一种湿法混炼母胶并用填料或母胶的橡胶组合物。本发明的另一个目的是提供一种湿法混炼母胶并用填料或母胶的橡胶组合物的制备方法。
本发明的橡胶组合物，包含：
(A)橡胶；
(B)第一填料；
(C)第二填料；
所述第一填料采用湿法混炼制备成第一母胶；
所述第二填料以固体或第二母胶形式加入所述母胶中。
所述湿法混炼为橡胶溶液/填料连续液相混炼，具体为在橡胶溶液中加入第一填料和/或添加剂，混合分散均匀后注入凝聚器内凝聚，然后脱溶剂并干燥得到母胶，其中的凝聚包括液体介质凝聚、气体介质凝聚、无介质凝聚的至少一种。
所述橡胶溶液中的溶剂均为各种橡胶的良溶剂。溶剂具体可以是脂肪烃溶剂、芳香烃溶剂、氯化烃溶剂、酮类溶剂、醚类溶剂和酯类溶剂，所述脂肪烃溶剂包括但并不限于各种溶剂汽油、环烷烃、取代环烷烃、直链和支链烷烃，所述芳香烃溶剂包括苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯，所述氯化烃溶剂包括二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳、二氯乙烷、氯苯、四氯乙烯、氯甲苯。橡胶在溶液中的浓度范围为1％重量至60％重量，优选5％重量至40％重量，更优选10％重量至30％重量。
所述第一填料和第二填料包括橡胶中所用的各种固体粉末状补强剂和填充剂，如各类炭黑、双相炭黑、二氧化硅、金属氧化物、盐类、树脂及上述填料的纳米级材料，第一填料与第二填料相同或不同。其中双相炭黑为由碳(C)和二氧化硅(SiO2)组成的填料粒子，包括美国卡博特公司的炭黑/白炭黑双相填料、横滨橡胶株式会社的二氧化硅表面改性的炭黑填料、或者前述两者偶联剂改性的至少一种。其中所述金属氧化物包括但并不限于氧化铝、氧化镁、氧化锌等，所述盐类包括但并不限于碳酸钙、陶土及上述填料的纳米级材料。填料的比表面积为0.1至800m2/g，优选1至500m2/g，更优选5至300m2/g。对于炭黑、二氧化硅(白炭黑)来说，其吸油值为20至250ml/100g，优选25至200ml/100g，更优选30至150ml/100g，其中所述第一填料和第二填料包括它们的混合物及多相填料。多相填料包括但并不限于炭黑、二氧化硅、氧化铝、氧化镁、氧化锌、氧化钙、氧化钛、氧化硼等组成的双相或多相填料，对于双相或多相填料来讲，其吸油值为20至250ml/100g，优选25至200ml/100g，更优选30至150ml/100g。所述填料也包括上述填料中两种或多种的并用物。
所述填料也包括它们的改性填料。其中所述的改性可以是通过化学反应将一定的官能团接在填料表面或通过混合或吸附而将改性剂通过物理方式结合在填料表面上。所述物理改性来讲，可以将改性剂溶于溶剂后与填料混合进行液相改性，如WangW，NanseG，VidalA，etal.K.G.K[J]，1994，47：493中所述，也可以将改性剂与填料混合加热进行固相改性，如WangMJ，Wolff.S.R.C.T[J]，1992，65：715中所述。表面改性也可以在将填料加入橡胶中之前进行，或将改性剂加入到橡胶和填料的混合物中进行表面改性。所述改性剂为本领域常规的改性剂，诸如用以下通式表示的有机硅烷偶联剂：
(Rn-(RO)3-nSi-(Alk)m-(Ar)p)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。
所述组合物进一步包含第三填料，第三填料以粉末或第三母胶形式加入体系中。
所述第二填料和第三填料以粉末或母胶形式与第一母胶在密炼机、捏炼机、连续混炼机、螺杆式炼胶机和开炼机中进行混炼。
所述第二填料和第三填料的母胶为干法母胶或湿法母胶：所述干法母胶采用密炼机、捏炼机、连续混炼机、螺杆式炼胶机和开炼机中的至少一种设备制得；湿法母胶的制备方法包括胶乳/填料共沉法、粉末橡胶的制备方法、胶乳/填料连续液相混炼法、橡胶溶液/填料连续液相混炼法至少一种。
所述组分(A)橡胶为天然聚合物或合成聚合物，所述天然聚合物包括天然胶、杜仲胶、银菊胶中的至少一种，所述合成聚合物为单体在溶液中聚合所得，单体在乳液中聚合所得或单体本体进行聚合所得。所述合成聚合物为聚丁二烯橡胶、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。
所述第一填料和第二填料、第三填料的总重量为20～120份，优选30～70份(以橡胶为100份计)。
所述组合物进一步包含一种或多种选自油、防老剂、偶联剂、活性剂、抗氧化剂、阻燃剂、热稳定剂、光稳定剂、染料、颜料、增塑剂、软化剂、加工助剂、硫化剂和促进剂的添加剂。
一种湿法混炼母胶并用填料或母胶的橡胶组合物的制备方法，具体为：将第一母胶和以粉末或第二母胶形式的第二填料在密炼机中进行混炼。
一种湿法混炼母胶并用填料或母胶的橡胶组合物的制备方法，包含如下步骤：
步骤1)、由溶液湿法混炼制备第一母胶；
步骤2)、将第二填料直接或以第二母胶形式在密炼机中与第一母胶进行混合；
第二母胶采用湿法混炼或干法混炼方式制得：所述湿法混炼为胶乳/填料共沉法、粉末橡胶的制备方法、胶乳/填料连续液相混炼法、橡胶溶液/填料连续液相混炼法的至少一种；所述干法混炼是采用开炼机、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将橡胶和填料制备成母胶。
一种湿法混炼母胶并用填料或母胶的橡胶组合物的制备方法，具体为：将第一母胶、以粉末或第二母胶形式的第二填料以及以粉末或第三母胶形式的第三填料在密炼机中进行混炼。
一种湿法混炼母胶并用填料或母胶的橡胶组合物的制备方法，包含如下步骤：
步骤1)、由溶液湿法混炼制备第一母胶；
步骤2)、将第二填料和第三填料直接或以第二母胶和第三母胶的形式在密炼机中与第一母胶进行混合；
第二母胶和第三母胶采用湿法混炼或干法混炼方式制得：所述湿法混炼为胶乳/填料共沉法、粉末橡胶的制备方法、胶乳/填料连续液相混炼法、橡胶溶液/填料连续液相混炼法的至少一种；所述干法混炼是采用开炼机、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将橡胶和填料制备成母胶。
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。
本发明的技术效果为：
通过并用第二填料，溶液湿法混炼母胶的性能可以根据需要进行调节，如降低滞后损失，提高耐磨性能和抗湿滑性能等。
具体实施方式
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)实施例中实验数据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硫化胶物理性能的测试方法及仪器
(二)实施例及对比例
原料：
合成聚异戊二烯橡胶，IR-70，青岛伊科思新材料有限公司；
天然胶胶乳，泰国胶乳，固含量30％；
白炭黑，NewsilHD165MP，确成硅化学股份有限公司
硅烷偶联剂TESPT，南京曙光化工集团有限公司；
双相炭黑，CSDPF2125，卡博特(上海)投资有限公司；
炭黑，N234，卡博特(上海)投资有限公司；
硬脂酸，PF1808，马来西亚立成有限公司；
氧化锌，大连氧化锌厂；
石蜡，百瑞美特殊化学品(苏州)有限公司；
防老剂RD，中国石化集团南京化学工业有限公司化工厂；
防老剂4020，江苏圣奥化学有限公司；
促进剂CZ，山东尚舜化工有限公司；
硫黄，临沂罗庄新安化工厂
对比例1(干法双相炭黑硫化胶)
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1。
对比例2(干法白炭黑硫化胶)
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(干法炭黑硫化胶)
在密炼机内，加入100份异戊胶IR70、50份炭黑N234混炼后得到炭黑母胶。在密炼机内加入150份炭黑母胶、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1.2份促进剂CZ，1.0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(白炭黑母胶+双相炭黑粉末)
将50份白炭黑165MP、5份TESPT加入到100份异戊胶的正己烷溶液中混合，连续注入凝聚器内凝聚，之后脱溶剂干燥后得到白炭黑湿法母胶。在密炼机中加入50份异戊胶、25份CSDPF2125、1份TESPT、77.5份白炭黑母胶混炼，混炼温度达到140℃并保持2分钟，然后加入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，排胶后停放4小时后，在密炼机内加入1.5份促进剂CZ，1.5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，制得胎面胶实施例1。
实施例2(白炭黑母胶+双相炭黑干法母胶)
在密炼机内，加入100份异戊胶、50份CSDPF2125、2份TESPT混炼，混炼温度在达到140℃以上并保持2分钟，排胶，制得双相炭黑母胶。将50份白炭黑165MP、5份TESPT加入到100份异戊胶的正己烷溶液中混合，连续注入凝聚器内凝聚，之后脱溶剂干燥后得到白炭黑湿法母胶。在密炼机内，加入76份双相炭黑母胶、77.5份白炭黑母胶、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，排胶后停放4小时后，在密炼机内加入1.5份促进剂CZ，1.5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，制得胎面胶实施例2。
实施例3(白炭黑母胶+炭黑)
将50份白炭黑165MP、5份TESPT加入到100份异戊胶正己烷溶液中经混合后，连续地注入凝聚器内凝聚，之后脱溶剂并干燥得到白炭黑湿法母胶。在密炼机内加入50份异戊胶，25份炭黑N234，77.5份白炭黑湿法母胶，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3。
实施例4(白炭黑母胶+炭黑湿法母胶)
将50份白炭黑165MP、5份TESPT加入到100份异戊胶正己烷溶液中经混合后，连续地注入凝聚器内凝聚，之后脱溶剂并干燥得到白炭黑湿法母胶。30％含胶率的天然胶乳与N234炭黑水浆混合，混合比例为：天然胶(干胶比例)为100重量份，N234为50重量份，加入适量醋酸，调节pH为3～5，胶乳絮凝，用开炼机对凝固后胶乳除水，放入烘箱，烘至水分小于1％，制得炭黑母胶。在密炼机内加入75份炭黑母胶，77.5份白炭黑湿法母胶，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4。
实施例5(白炭黑母胶+炭黑干法母胶+双相炭黑)
将50份白炭黑165MP、5份TESPT加入到100份异戊胶正己烷溶液中经混合后，连续地注入凝聚器内凝聚，之后脱溶剂并干燥得到白炭黑湿法母胶。在密炼机内加入100份异戊胶、50份炭黑N234混炼后得到炭黑母胶。在密炼机内加入30份异戊胶，15份CSDPF2125、45份炭黑母胶，62份白炭黑湿法母胶，硬脂酸3份，氧化锌5份，防护蜡1.5份，防老剂RD1.5份，防老剂40201.5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1.4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5。
从实施例1和2可看出，湿法白炭黑母胶与双相炭黑并用后，滞后损失达到白炭黑水平(对比例2)，同时耐磨性能提高；
实施例3和4说明，与白炭黑硫化胶比较(对比例2)，湿法白炭黑母胶与炭黑并用耐磨性能提高25％，与炭黑硫化胶比较(对比例3)，滞后损失降低约50％。
三种填料并用(实施例5)，与炭黑硫化胶比较(对比例3)，耐磨性能没有下降，滞后损失降低40％。

Claims (21)

1.一种橡胶组合物，包含：
(A)橡胶；
(B)第一填料；
(C)第二填料；
所述第一填料采用湿法混炼制备成第一母胶；
所述第二填料以粉末或第二母胶形式加入所述母胶中。
2.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于：所述湿法混炼为橡胶溶液/填料连续液相混炼，具体为在橡胶溶液中加入第一填料和/或添加剂，混合分散均匀后注入凝聚器内凝聚，然后脱溶剂并干燥得到母胶。
3.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于：所述第一填料和第二填料包括橡胶中所用的各种固体粉末状补强剂和填充剂。
4.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于：所述第一填料和第二填料包括炭黑、双相炭黑、二氧化硅、金属氧化物、盐类、树脂及上述填料的纳米级材料，第一填料与第二填料相同或不同。
5.根据权利要求4所述的组合物，其特征在于：所述第一填料和第二填料包括它们的混合物及多相填料。
6.根据权利要求4所述的组合物，其特征在于：所述填料也包括它们的改性填料。
7.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于：所述组合物进一步包含第三填料，第三填料以粉末或第三母胶形式加入体系中。
8.根据权利要求7所述的组合物，其特征在于：所述第二填料和第三填料以粉末或母胶形式与第一母胶用密炼机、捏炼机、连续混炼机、螺杆式炼胶机或开炼机进行混炼。
9.根据权利要求8所述的组合物，其特征在于：所述第二填料和第三填料的母胶为干法母胶或湿法母胶。
10.根据权利要求9所述的组合物，其特征在于：所述干法母胶采用密炼机、捏炼机、连续混炼机、螺杆式炼胶机或开炼机中的至少一种设备制得；湿法母胶的制备方法包括胶乳/埴料共沉法、粉末橡胶的制备方法、胶乳/填料连续液相混炼法、橡胶溶液/填料连续液相混炼法至少一种。
11.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于：所述橡胶为天然橡胶或合成橡胶，所述合成橡胶为单体在溶液中聚合所得，单体在乳液中聚合所得或单体本体进行聚合所得。
12.根据权利要求11所述的组合物，其特征在于：所述合成橡胶为聚丁二烯橡胶、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。
13.根据权利要求1或7所述的组合物，其特征在于：以橡胶为100份计，所述第一填料和第二填料、第三填料的总重量为20～120份，优选30～70份。
14.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于：所述组合物进一步包含一种或多种选自油、防老剂、偶联剂、活性剂、抗氧化剂、阻燃剂、热稳定剂、光稳定剂、染料、颜料、增塑剂、软化剂、加工助剂、硫化剂和促进剂的添加剂。
15.制备如权利要求1所述的橡胶组合物的方法，具体为：将第一母胶和以粉末或第二母胶形式的第二填料在密炼机中进行混炼。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于包含如下步骤：
步骤1)、由溶液湿法混炼制备第一母胶；
步骤2)、将第二填料直接或以第二母胶形式在密炼机中与第一母胶进行混合；
第二母胶采用湿法混炼或干法混炼方式制得。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于所述湿法混炼为胶乳/填料共沉法、粉末橡胶的制备方法、胶乳/埴料连续液相混炼法、橡胶溶液/填料连续液相混炼法的至少一种；所述干法混炼是采用密炼机、捏炼机、连续混炼机、螺杆式炼胶机或开炼机中的至少一种设备将橡胶和填料制备成母胶。
18.制备如权利要求7所述的橡胶组合物的方法，具体为：将第一母胶、以固体或第二母胶形式的第二填料以及以粉末或第三母胶形式的第三填料在密炼机中进行混炼。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于包含如下步骤：
步骤1)、由溶液湿法混炼制备第一母胶；
步骤2)、将第二填料和第三填料直接或以第二母胶和第三母胶的形式在密炼机中与第一母胶进行混合；
第二母胶和第三母胶采用湿法混炼或干法混炼方式制得。
20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于所述湿法混炼为胶乳/埴料共沉法、粉末橡胶的制备方法、胶乳/埴料连续液相混炼法、橡胶溶液/填料连续液相混炼法的至少一种；所述干法混炼是采用开炼机、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将橡胶和填料制备成母胶。
21.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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