CN106243381B - 一种轮胎用环保塑分剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轮胎用环保塑分剂，按照重量份数的原料包括：植物基豆油油酸32～40份、活性氧化锌5～7份、烷基过氧化物0.1～0.3份、芥酸酰胺25～32份和油酸钾20～36份。本发明还公开了此种轮胎用环保塑分剂的制备方法。采用本发明的设计，淘汰了传统的不具环保性的动物油脂酸，选用绿色环保无害的植物基豆油油酸作为原材料；其次，将脂肪酸锌皂中间体在高温下和适量的油酸钾、芥酸酰胺等活性分散助剂进行科学配比融合造粒，以达到协同增效的目的，所得轮胎用环保塑分剂产品，其锌含量由原来的11％降到现在的6％，而综合使用效果亦优异，和德国莱茵化学普通塑分剂ST相当。

Description

一种轮胎用环保塑分剂及其制备方法

技术领域

本发明属于新型精细化工材料的技术领域，具体涉及到一种轮胎用环保塑分剂及其制备方法。

背景技术

轮胎用环保塑分剂是一种专用改善轮胎制品加工性能的产品，为一剂多能型的多效橡胶配合加工助剂，其性能主要表现在塑炼阶段具有优良塑解效果，能够加快橡胶分子链的软化和断裂，降低塑炼时间和能耗，提高塑炼效率；混炼阶段具有强力分散效果，能够极大的改善各类配合剂在橡胶基体材料中的分散性，提高混炼胶料的质地均一性，保障各类材料最大限度发挥配合效果，充分实现轮胎配方设计的强力物性和使用要求。正是由于其独特的综合性、操作便捷性和高性能的特点，使得塑分剂产品一直受到橡胶制品技术工作者的关注和亲睐，在橡胶制品行业尤其是轮胎行业有着广泛的应用。

就目前而言，不论是国外还是国内，橡胶塑分剂大多采用由动物内脏(主要是牛和羊)提炼得来的动物脂肪酸作为主原料(例如中国专利201510158683.8)，通过直接和氧化锌或者间接与锌盐溶液在反应釜中进行高温反应，然后经洗涤干燥处理，再经造粒或切片得到相对高锌含量的动物脂肪酸性的橡胶塑分剂成品。

首先，众所周知，动物脂肪酸具有强烈刺鼻气味，无论是储存、转运或者生产、使用的过程中，都极易散发难闻气味，对操作环境造成难以去除的气味污染，对人身造成一定的不适应性；其次，动物脂肪酸大多为反刍动物(如牛、羊)的内脏经提炼而成，其中含有大量天然的反式脂肪酸，而反式脂肪酸是对人体有害的，能增加低密度脂蛋白胆固醇，增加心脏病和肥胖病的发生几率，长期接触容易对人身造成伤害；最后，出于对环境问题的担忧，对胶料中的锌含量的深入研究越来越多，这些担忧的主要依据为锌是一种重金属，对水下生物有潜在毒性，对轮胎的担心是轮胎在正常使用过程中，通过磨耗产生的废胶粉把大量的锌散布到环境中，特别是欧盟委员会指令已将氧化锌划为N类有害物质(即对环境有害物质)，这一问题已经越来越引起橡胶、橡胶助剂界科技人员的重视，因此轮胎行业的发展趋势是尽可能减小轮胎基体中的锌含量，从源头上讲，就是在轮胎设计时要尽可能使用低锌或者无锌含量的配合剂。

综上所述，环保型低锌含量的加工助剂的研发是一种刻不容缓的发展趋势。目前，轮胎企业中应用最多最广泛的该类助剂是德国莱茵化学的橡胶塑分剂ST，进入中国市场已经很多年，市场占有率约为60-70％，国内目前塑分剂产品较为少见，且质量良莠不齐，根本无法和国外产品相抗衡，这也是塑分剂类产品至今仍主要依赖进口的根本原因。而当前一般塑分剂产品(包括莱茵塑分剂ST)其原料多采用具污染性的动物脂肪酸，且成品中含锌量较高，达11％左右，价格也较为高昂，国内轮胎企业亟需该助剂的国产优质改良化，以期提高环保品质、降低采购成本、增强产品竞争力。本发明所述的轮胎用环保塑分剂就是在这种技术背景下研发的。

发明内容：

技术问题：本发明的目的是制备一种轮胎用环保塑分剂产品，本发明要解决两方面的技术问题，首先，淘汰传统的不具环保性的动物油脂酸，选用绿色环保无害的植物基豆油油酸作为原材料，和活性氧化锌进行反应生成环保性的脂肪酸锌皂中间体，在这个过程中通过筛选加入特定的烷基过氧化物作为催化剂，以解决植物基豆油油酸由于反应活性不高而不能和活性氧化锌完全反应的难题；其次，将脂肪酸锌皂中间体在高温下和适量的油酸钾、芥酸酰胺等活性分散助剂进行科学配比融合造粒，以期达到协同增效的目的，所得到的轮胎用环保塑分剂产品，其锌含量由原来的11％降到现在的6％，下降靠近一半，而综合使用效果亦优异，和德国莱茵化学普通塑分剂ST相当。

技术方案：本发明采用以下技术方案：一种轮胎用环保塑分剂，按照重量份数的原料包括：植物基豆油油酸32～40份、活性氧化锌5～7份、烷基过氧化物0.1～0.3份、芥酸酰胺25～32份和油酸钾20～36份。

作为优化，一种轮胎用环保塑分剂，按照重量份数的原料包括：植物基豆油油酸38份、活性氧化锌6.5份、烷基过氧化物0.2份、芥酸酰胺28份和油酸钾27.3份。

作为优化，所述烷基过氧化物为(α，α-二甲苄基)过氧化物。

一种如权利要求1所述的轮胎用环保塑分剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)投入植物基豆油油酸：将植物基豆油油酸投入反应釜中，加热并搅拌；

(2)投入烷基过氧化物：当反应釜中料温升至50-60℃时，投入烷基过氧化物，保温搅拌8-10min；

(3)投入活性氧化锌：升温，当料温达到80℃时，开始分批加入活性氧化锌，随后保温在80-95℃之间搅拌30-40min，得到植物基脂肪酸锌皂中间体；

(4)投入芥酸酰胺：继续升温，当料温达到130℃时，投入芥酸酰胺，随后保温在130-145℃之间搅拌3-5min；

(5)投入油酸钾：投入油酸钾，继续保温搅拌3-5min，完毕后获得乳白色均一溶液；

(6)产品造粒：继续保温在130-145℃范围，将步骤(5)所得乳白色均一溶液注入回旋冷凝钢带造粒机开始造粒，获得半圆形融滴粒子成品。

作为优化，所述步骤3)中投入活性氧化锌分三次加入，间隔时间为5-8min。

工作原理：选用了适宜的烷基过氧化物作为反应催化剂，解决了植物基豆油油酸由于反应活性不高而不能和活性氧化锌完全反应的难题；采用协同增效复配技术，将脂肪酸锌皂中间体和芥酸酰胺、油酸钾以适当配比进行科学复配，并在高温下进行充分融合。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

(1)本发明所用原材料环保，选择了性状环保的植物基豆油油酸作为原料，以替代不环保的含有反式脂肪酸的动物油脂肪酸，从源头上保证了成品的绿色环保性，符合现代环境保护和轮胎技术发展的趋势要求。

(2)本发明选用了适宜的烷基过氧化物作为反应催化剂，解决了植物基豆油油酸由于反应活性不高而不能和活性氧化锌完全反应的难题，成功合成了植物性脂肪酸锌皂中间体组份；

(3)本发明采用了当今化工新材料高效化、清洁化生产的主流技术——协同增效复配技术，将脂肪酸锌皂中间体和芥酸酰胺、油酸钾以适当配比进行科学复配，并在高温下进行充分融合，最后将该均匀融合物料经造粒制得轮胎用环保塑分剂，该发明降低了产品中金属锌的含量，与现有技术产品相比下降约为五个百分点，下降了约一半，节约资源，降低制造成本，减少了金属锌元素对环境的不利影响。

(4)本发明突出表现通过配方技术的运用，在强化环保性和降低锌含量的同时，保持了良好的塑解和分散效果，具有优异的加工使用性能，性价比更高。

附图说明

图1为本发明的工艺流程图。

具体实施方式：

如附图1所示，

实施例1

一种轮胎用环保塑分剂的制备，按照配方质量的原料包括：植物基豆油油酸160kg、氧化锌25kg、烷基过氧化物0.5kg、芥酸酰胺125kg、油酸钾100kg。

一种轮胎用环保塑分剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)投入植物性豆油油酸：首先将160kg植物基豆油油酸全部打入1000L不锈钢反应釜中，启动搅拌浆并开启蒸汽加热，保证豆油油酸在反应釜中呈完全的融化状态；

(2)投入烷基过氧化物：当反应釜中料温升至50-60℃时，控制蒸汽保持保温状态，将0.5kg烷基过氧化物催化剂加入反应釜中，在此保温状态下持续搅拌8-10min，以确保催化剂在该相对较低温度下完全彻底均匀的分散融合在豆油油酸的物料体系当中；

(3)投入活性氧化锌：继续开启升温，当温度达到80℃时，开始分批加入25kg的活性氧化锌，分三次加入，间隔时间为5-8min，第一次7kg，第二次和第三次均为9kg，缓慢分次投入以确保氧化锌不会聚结结团而影响反应程度，投完所有活性氧化锌后开启保温，控制温度在80-95℃之间，继续搅拌30-40min，得到植物基脂肪酸锌皂中间体；

(4)继续开启升温，当温度达到130℃时，投入125kg的芥酸酰胺，开启保温并使料温控制在130-145℃之间，搅拌3-5min，确保芥酸酰胺彻底融化并均匀融合分散在物料体系当中；

(5)在上述保温状态下，投100kg的油酸钾，继续搅拌3-5min，确保油酸钾呈熔融状态并均匀分散在物料体系当中，完毕后获得乳白色均一溶液；

(6)产品造粒：继续保温在130-145℃范围，将步骤(5)所得溶液注入回旋冷凝钢带造粒机开始造粒，获得半圆形融滴粒子成品。

实施例2

一种轮胎用环保塑分剂的制备，按照配方质量的原料包括：植物基豆油油酸190kg、氧化锌32.5kg、烷基过氧化物1kg、芥酸酰胺140kg、油酸钾136.5kg。

一种轮胎用环保塑分剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)投入植物性豆油油酸：首先将190kg植物基豆油油酸全部打入1000L不锈钢反应釜中，启动搅拌浆并开启蒸汽加热，保证豆油油酸在反应釜中呈完全的融化状态；

(2)投入烷基过氧化物：当反应釜中料温升值50-60℃时，控制蒸汽保持保温状态，将1kg烷基过氧化物催化剂加入反应釜中，在此保温状态下持续搅拌8-10min，以确保催化剂在该相对较低温度下完全彻底均匀的分散融合在豆油油酸的物料体系当中；

(3)投入活性氧化锌：继续开启升温，当温度达到80℃时，开始分批加入32.5kg的活性氧化锌，分三次加入，间隔时间为5-8min，第一次8.5kg，第二次和第三次均为12kg，缓慢分次投入以确保氧化锌不会聚结结团而影响反应程度，投完所有活性氧化锌后开启保温，控制温度在80-95℃之间，继续搅拌30-40min，得到植物基脂肪酸锌皂中间体；

(4)继续开启升温，当温度达到130℃时，投入140kg的芥酸酰胺，开启保温并使料温控制在130-145℃之间，搅拌3-5min，确保芥酸酰胺彻底融化并均匀融合分散在物料体系当中；

(5)在上述保温状态下，投136.5kg的油酸钾，继续搅拌3-5min，确保油酸钾呈熔融状态并均匀分散在物料体系当中，完毕后获得乳白色均一溶液；

(6)产品造粒：继续保温在130-145℃范围，将步骤(5)所得溶液注入回旋冷凝钢带造粒机开始造粒，获得半圆形融滴粒子成品；

实施例3

一种轮胎用环保塑分剂的制备，按照配方质量的原料包括：植物基豆油油酸200kg、氧化锌35kg、烷基过氧化物1.5kg、芥酸酰胺160kg、油酸钾180kg。

一种轮胎用环保塑分剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)投入植物性豆油油酸：首先将200kg植物基豆油油酸全部打入1000L不锈钢反应釜中，启动搅拌浆并开启蒸汽加热，保证豆油油酸在反应釜中呈完全的融化状态；

(2)投入烷基过氧化物：当反应釜中料温升至50-60℃时，控制蒸汽保持保温状态，将1.5kg烷基过氧化物催化剂加入反应釜中，在此保温状态下持续搅拌8-10min，以确保催化剂在该相对较低温度下完全彻底均匀的分散融合在豆油油酸的物料体系当中；

(3)投入活性氧化锌：继续开启升温，当温度达到80℃时，开始分批加入35kg的活性氧化锌，分三次加入，间隔时间为5-8min，第一次10kg，第二次和第三次均为13kg，缓慢分次投入以确保氧化锌不会聚结结团而影响反应程度，投完所有活性氧化锌后开启保温，控制温度在80-95℃之间，继续搅拌30-40min，得到植物基脂肪酸锌皂中间体；

(4)继续开启升温，当温度达到130℃时，投入160kg的芥酸酰胺，开启保温并使料温控制在130-145℃之间，搅拌3-5min，确保芥酸酰胺彻底融化并均匀融合分散在物料体系当中；

(5)在上述保温状态下，投180kg的油酸钾，继续搅拌3-5min，确保油酸钾呈熔融状态并均匀分散在物料体系当中，完毕后获得乳白色均一溶液；

(6)产品造粒：继续保温在130-145℃范围，将步骤(5)所得溶液注入回旋冷凝钢带造粒机开始造粒，获得半圆形融滴粒子成品；

实施例4

将本发明轮胎用环保塑分剂AT-A和现有的莱茵ST效果进行对比参照，如表1：

表1中国橡胶工业协会材料研究检测中心报告

从以上对比试验数据可以看出：两种加工助剂对胶料的塑解效果、各项拉伸强度、撕裂强度和磨耗等物性影响趋势基本一致，对胶料的硫化特性影响也相似，表明两种加工助剂具有相同的使用特性，具有可替代性。

本发明提供了一种轮胎用环保塑分剂及其制备方法的思路及方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围，本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims (5)

1.一种轮胎用环保塑分剂，其特征在于，按照重量份数的原料包括：植物基豆油油酸32～40份、活性氧化锌5～7份、烷基过氧化物0.1～0.3份、芥酸酰胺25～32份和油酸钾20～36份。

2.根据权利要求1所述的轮胎用环保塑分剂，其特征在于，按照重量份数的原料包括：植物基豆油油酸38份、活性氧化锌6.5份、烷基过氧化物0.2份、芥酸酰胺28份和油酸钾27.3份。

3.根据权利要求1所述的轮胎用环保塑分剂，其特征在于，所述烷基过氧化物为双(α，α-二甲苄基)过氧化物。

4.一种如权利要求1所述的轮胎用环保塑分剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)投入植物基豆油油酸：将植物基豆油油酸投入反应釜中，加热并搅拌；

(2)投入烷基过氧化物：当反应釜中料温升至50-60℃时，投入烷基过氧化物，保温搅拌8-10min；

(3)投入活性氧化锌：升温，当料温达到80℃时，开始分批加入活性氧化锌，随后保温在80-95℃之间搅拌30-40min，得到植物基脂肪酸锌皂中间体；

(4)投入芥酸酰胺：继续升温，当料温达到130℃时，投入芥酸酰胺，随后保温在130-145℃之间搅拌3-5min；

(5)投入油酸钾：投入油酸钾，继续保温搅拌3-5min，完毕后获得乳白色均一溶液；

(6)产品造粒：继续保温在130-145℃范围，将步骤(5)所得乳白色均一溶液注入回旋冷凝钢带造粒机开始造粒，获得半圆形融滴粒子成品。

5.根据权利要求4所述的轮胎用环保塑分剂的制备方法，其特征在于，所述步骤3)中投入活性氧化锌分三次加入，间隔时间为5-8min。