CN107903458A - 一种填充环保型白炭黑丁苯橡胶胎面胶及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种填充环保型白炭黑丁苯橡胶胎面胶及制备方法，包括如下组分，各组分按重量份数计为：天然橡胶25‑40份、丁苯橡胶60‑75份、炭黑25‑45份、白炭黑15‑35份、芳烃油2‑4份、硬脂酸1.5‑2.5份、氧化锌3‑4份、增粘树脂1‑2份、抗裂口树脂1.5‑2份、防老剂4010NA 1.5‑2.5份、微晶蜡1.5‑2份、促进剂NOBS 1.2‑1.5份、促进剂TMTD 0.3‑0.5份、硫磺1.5‑2份、防焦剂0.1‑0.3份，经过一段母炼、两段母炼和终炼最终得到橡胶胎面胶。本发明制备方法简单，步骤易于操作，通过改性后的稻壳源白炭黑能够改善在基体胶中团聚的现象，提高了丁苯橡胶胎面胶的加工性能及磨耗性能，能够有效降低轮胎滚动阻力，提高抗湿滑性能。

Description

一种填充环保型白炭黑丁苯橡胶胎面胶及制备方法
技术领域
本发明涉及一种填充环保型白炭黑丁苯橡胶胎面胶及制备方法，属于胎面胶制备技术领域。
背景技术
SBR是以丁二烯和苯乙烯为单体，在乳液或溶液中经催化共聚得到的高聚物弹性体，是一种不饱和的烃类高聚物。丁苯橡胶的加工性能略低于天然橡胶，物理机械性能及产品使用性能均与天然橡胶接近，其中最为重要的是丁苯橡胶的耐磨性、抗湿滑性，滚动阻力性能优于天然橡胶,满足“绿色轮胎”的概念，这里胎面胶配方中的生胶选用丁苯橡胶与天然橡胶的复配体系。
近年来白炭黑成为轮胎工业的重要补强剂，白炭黑可以更好地改善胶料的撕裂强度、耐老化性能和粘合性能，含有白炭黑的胎面胶能够使滚动阻力、耐磨性能和抗湿滑性能达到综合性能的平衡。而传统的白炭黑都是从硅或有机硅的氯化物和非金属矿中获得的，这些原料是不可再生的资源，过渡的开采会给环境带来负担。我国是稻壳生产的大国，稻壳是粮油加工过程中的主要副产品，是不可忽视的可再生资源。稻壳中含有大量的碳化物和硅化物，由稻壳制备的白炭黑我们称之为稻壳源白炭黑。稻壳源白炭黑纯度高，重金属含量极少，减少对二烯烃类橡胶的催化氧化作用。由稻壳为原料制备白炭黑可以充分利用稻壳这种农业垃圾，减少环境污染，变废为宝，成为一种新的可再生资源。
发明内容
本发明的目的是解决丁苯橡胶胎面胶在制备过程中，白炭黑在基体胶中分散不均，容易团聚、发蓝的问题，提供了一种填充环保型白炭黑丁苯橡胶胎面胶及制备方法。
本发明采用如下技术方案：一种填充环保型白炭黑丁苯橡胶胎面胶，包括如下组分，各组分按重量份数计为：天然橡胶25-40份、丁苯橡胶60-75份、炭黑25-45份、白炭黑15-35份、芳烃油2-4份、硬脂酸1.5-2.5份、氧化锌3-4份、增粘树脂1-2份、抗裂口树脂1.5-2份、防老剂4010NA 1.5-2.5份、微晶蜡1.5-2份、促进剂NOBS 1.2-1.5份、促进剂TMTD 0.3-0.5份、硫磺1.5-2份、防焦剂0.1-0.3份。
进一步的，所述白炭黑为经过硅烷偶联剂Si-69改性的稻壳源白炭黑。
进一步的，所述白炭黑的制备方法为：将硅烷偶联剂Si-69与稻壳源白炭黑按质量比为2：25混合后置于高速分散机中，高速分散转动1-1.5小时，转速为1200-1500rpm，然后置于烘箱中2-3小时，烘箱温度设置为140℃。
进一步的，所述炭黑为N220炭黑。
进一步的，所述促进剂为促进剂NOBS和促进剂TMTD。
一种填充环保型白炭黑丁苯橡胶胎面胶的制备方法，包括如下步骤:其中各组分按重量百分数计
(1)一段母炼：将25-40份天然橡胶，60-75份丁苯橡胶，15-35份炭黑，15-35份白炭黑，2-4份芳烃油，1.5-2.5份硬脂酸，3-4份氧化锌，1-2份增粘树脂，1.5-2份抗裂口树脂，同时投入到密炼机中进行混炼，混炼结束，进行排胶，胶料排胶温度为150-165℃，然后进入冷却线冷却至45℃以下，落片、静置，得到一段母胶；
(2)两段母炼：将一段静置好的母胶与余下的10份炭黑、1.5-2.5份防老剂4010NA、微晶蜡1.5-2份一起投入到密炼机中，混炼结束，进行排胶，排胶温度为150-165℃，然后胶料进入冷却线进行冷却至45℃以下，落片、静置，得到两段母胶；
(3)终炼：将两段静置好的母胶与1.5-2份硫磺、1.2-1.5份促进剂NOBS、0.3-0.5份促进剂TMTD，0.1-0.3份防焦剂一起投入到密炼机中进行终炼，混炼结束后排胶，排胶温度为100-105℃，然后胶料进入冷却线进行冷却至45℃以下，落片、静置，得到胎面终炼胶成品。
进一步的，所述步骤(1)中胶料有效填充系数为0.68-0.75，上顶栓压力为5.0-6.0Bar，转子转速一般为40-50转/每分钟，混炼室冷却回路水温为35-45℃，转子温度为30-40℃，炼胶时间为80-200s。
进一步的，所述步骤(2)中密炼机上顶栓压力为5.0-6.0Bar，密炼机转子转速为40-50转/每分钟，冷却室回路水温为35-45℃，转子温度为30-40℃，炼胶时间为80-150s。
进一步的，所述步骤(3)中密炼机的上顶栓压力为5.0-6.0Bar，密炼机转子转速为20-30转/每分钟，冷却室回路水温为35-45℃，转子温度为30-40℃，炼胶时间为140-170s。
本发明在基体胶中选用的充油丁苯橡胶1500和天然橡胶小烟片胶并用，通过有效的混炼工艺、有效的配合体系使基体胶达到均相体系，从而改善胎面胶的耐磨性能、湿抓着性能，特别是针对工程机械轮胎胎面的抗切割性能的提高具有十分重要的意义。补强体系选用的是N220炭黑与稻壳源白炭黑并用，N220炭黑常用于载重与乘用车胎面胶中，具有优异的补强性能、耐磨性能、抗撕裂性能。选用的稻壳源白炭黑含有微量的有机元素，能够与高聚物更好的相融合，另外，植物生长过程中的选择性吸收使稻壳源白炭黑纯度高，色泽稳定，重金属含量极少，从而减少对二烯烃类橡胶的催化氧化作用。可以更好地改善胶料的撕裂强度、耐老化性能和粘合性能，含有白炭黑的胎面胶能够使滚动阻力、耐磨性能和抗湿滑性能达到综合性能的平衡。
硫化体系选用的是硫磺+促进剂NOBS+促进剂TMTD+Si69的低硫高促平衡硫化体系，在合适的配比下，使硫化胶的交联密度处于动态常量状态，可以有效降低硫化返原，使共混胶具有优良的耐老化和耐疲劳性能。Si69作为硫给予体参与橡胶的硫化反应，在NR/SBR/TMTD/Si69体系中生成以单硫交联键为主的网络结构。
防护体系选用的是4010NA+防护蜡的化学物理结合的协同体系，防老剂4010NA对热氧老化、光老化、曲挠龟裂老化有优良的防护功能。防护蜡选用微晶蜡，以支化的烷烃或异构化烷烃组成，抗小料喷出能力强，在胶料表面形成一层薄膜，蜡膜溶解度较低，在轮胎行驶过程中，缓慢的迁移到表面，形成接近无定型态的蜡膜，从而起到阻止臭氧渗透的防护作用。
氧化锌与硬脂酸在硫化体系中组成了活化体系，氧化锌在硬脂酸作用下生产锌皂，与促进剂形成络合物，使促进剂更加活泼，催化活化硫磺。氧化锌与硬脂酸共同作用能够提高共混体系硫化胶的交联密度，氧化锌对硫化胶具有良好的热稳定作用，所以还可以提高硫化胶的耐热老化性能。
本发明制备方法简单，步骤易于操作，通过改性后的稻壳源白炭黑能够改善在基体胶中团聚的现象，提高了丁苯橡胶胎面胶的加工性能及磨耗性能，能够有效降低轮胎滚动阻力，提高抗湿滑性能。
附图说明
图1为本发明实施例1中所制备产品的SEM图。
图2为本发明实施例2中所制备产品的SEM图。
图3为本发明实施例3中所制备产品的SEM图。
具体实施方式
下面将结合具体实施例对本发明做进一步的说明。
实施例1：
一种填充环保型白炭黑丁苯橡胶胎面胶的制备方法，包括如下步骤:其中各组分按重量百分数计
稻壳源白炭黑的改性步骤如下：将2.4份的硅烷偶联剂Si-69和30份的稻壳源白炭黑混合物置于高速分散机中，以1300rpm高速分散转动1小时；将分散后的混合物放置于烘箱中2.5小时，烘箱温度设置为140℃；
(1)一段母炼：将30份天然橡胶，70份丁苯橡胶，20份炭黑，30份白炭黑，3份芳烃油，2份硬脂酸，4份氧化锌，2份增粘树脂，2份抗裂口树脂，同时投入到密炼机中进行混炼，胶料有效填充系数为0.68，上顶栓压力为5.5Bar，转子转速40转/每分钟，混炼室冷却回路水温为35℃，转子温度为30℃，炼胶时间为80s，混炼结束，进行排胶，胶料排胶温度为150℃，然后进入冷却线冷却至45℃以下，落片、静置，得到一段母胶。
(2)两段母炼：将一段静置好的母胶与10份炭黑、1.8份防老剂4010NA、微晶蜡2份一起投入到密炼机中，密炼机上顶栓压力为5.5Bar，密炼机转子转速为40转/每分钟，冷却室回路水温为40℃，转子温度为35℃，炼胶时间为90s，混炼结束，进行排胶，排胶温度为165℃，然后胶料进入冷却线进行冷却至45℃以下，落片、静置，得到两段母胶。
(3)终炼：将两段静置好的母胶与2份硫磺、1.5份促进剂NOBS、0.3份促进剂TMTD、0.2份防焦剂一起投入到密炼机中进行终炼，密炼机的上顶栓压力为5.5Bar，密炼机转子转速为25转/每分钟，冷却室回路水温为40℃，转子温度为35℃，炼胶时间为145s，混炼结束，进行排胶，排胶温度为100-105℃，然后胶料进入冷却线进行冷却至45℃以下，落片、静置，得到胎面终炼胶成品。
实施例2：
一种填充环保型白炭黑丁苯橡胶胎面胶的制备方法，包括如下步骤:其中各组分按重量百分数计
稻壳源白炭黑具体改性步骤如下：将1.4份的硅烷偶联剂Si-69和35份的稻壳源白炭黑混合物置于高速分散机中，以1500rpm高速分散转动1.5小时；将分散后的混合物放置于烘箱中2.5小时，烘箱温度设置为140℃；
(1)一段母炼：将40份天然橡胶，60份丁苯橡胶，25份炭黑，25份白炭黑，3份芳烃油，1.5份硬脂酸，3份氧化锌，1.5份增粘树脂，1.5份抗裂口树脂，同时投入到密炼机中进行混炼，胶料有效填充系数为0.72，上顶栓压力为5.5Bar，转子转速40转/每分钟，混炼室冷却回路水温为40℃，转子温度为35℃，炼胶时间为200s，混炼结束，进行排胶，胶料排胶温度为160℃，然后进入冷却线冷却至45℃以下，落片、静置，得到一段母胶。
(2)两段母炼：将一段静置好的母胶与10份预分散的白炭黑、2份防老剂4010NA、1.5份微晶蜡一起投入到密炼机中，密炼机上顶栓压力5.5Bar，密炼机转子转速为45转/每分钟，冷却室回路水温为40℃，转子温度为35℃，炼胶时间为105秒，混炼结束，进行排胶，排胶温度为155℃，然后胶料进入冷却线进行冷却至45℃以下，落片、静置，得到两段母胶。
(3)终炼：将两段静置好的母胶与2份硫磺、1.2份促进剂NOBS、0.3份促进剂TMTD、0.2份防焦剂一起投入到密炼机中进行终炼，密炼机的上顶栓压力为5.5Bar，密炼机转子转速为30转/每分钟，冷却室回路水温为40℃，转子温度为35℃，炼胶时间为155秒，混炼结束，进行排胶，排胶温度为1105℃，然后胶料进入冷却线进行冷却至45℃以下，落片、静置，得到胎面终炼胶成品
实施例3：
一种填充环保型白炭黑丁苯橡胶胎面胶的制备方法，包括如下步骤:其中各组分按重量百分数计
稻壳源白炭黑直接加入到密炼机中，未经过Si-69改性处理。
(1)一段母炼：将25份天然橡胶，75份丁苯橡胶，30份炭黑，5份白炭黑，4份芳烃油，2.5份硬脂酸，4份氧化锌，2份增粘树脂，2份抗裂口树脂，同时投入到密炼机中进行混炼，胶料有效填充系数为0.75，上顶栓压力为5.5Bar，转子转速50转/每分钟，混炼室冷却回路水温为40℃，转子温度为35℃，炼胶时间为140秒，混炼结束，进行排胶，胶料排胶温度为160℃，然后进入冷却线冷却至45℃以下，落片、静置，得到一段母胶。
(2)两段母炼：将一段静置好的母胶与1份白炭黑、1.5份防老剂4010NA、2份微晶蜡一起投入到密炼机中，密炼机上顶栓压力5.5Bar，密炼机转子转速为45转/每分钟，冷却室回路水温为40℃，转子温度为35℃，炼胶时间为120秒，混炼结束，进行排胶，排胶温度为165℃，然后胶料进入冷却线进行冷却至45℃以下，落片、静置，得到两段母胶。
(3)终炼：将两段静置好的母胶与1.5份硫磺、1.5份促进剂NOBS、0.3份促进剂TMTD、0.1份防焦剂一起投入到密炼机中进行终炼，密炼机的上顶栓压力为5.5Bar，密炼机转子转速为20转/每分钟，冷却室回路水温为40℃，转子温度为35℃，炼胶时间为170s，混炼结束，进行排胶，排胶温度为110℃，然后胶料进入冷却线进行冷却至45℃以下，落片、静置，得到胎面终炼胶成品。
对比例：与实施例3的制备方法完全相同。
将本发明实施例得到的胎面胶进行硫化(硫化条件：151℃*30min)，得到硫化胶式样，硫化胶式样的物性检测参数如表1所示；
同时对式样进行液氮低温脆断，断面喷金处理，采集三个实施例产品的SEM图像，观察稻壳源白炭黑粒子在硫化胶中的分散性。
表1
检测项目 对比例 实施例一 实施例二
流变数据(145℃*30min) 20/40 30/30 25/35
ML/(dN.m) 2.63 2.04 3.14
MH/(dN.m) 17.38 19.16 18.66
Tc10/min 2.5 2.9 2.45
Tc90/min 5.91 6.3 6.12
门尼粘度[ML(1+4)100℃] 71 66 67
127℃焦烧min 25.2 23.2 24.8
硬度(邵尔A型) 77 75 77
拉伸强度/Mpa 23.8 26.6 24.7
断裂伸长率/％ 510 457 418
扯断永久变形/％ 32 29 30
100％定伸应力/Mpa 3.1 2.7 4.8
300％定伸应力/Mpa 11.6 13.2 15.6
撕裂强度kN/m 84.4 93.3 79.6
回弹值/％ 38 37 35
阿克隆磨耗量1.61km/cm3 0.381 0.219 0.265
DIN磨耗mm3 156 105 122
由表1可知，采用本发明实施例一和实施例二制备的丁苯橡胶胎面的门尼粘度明显降低，阿克隆磨耗量(1.61km/cm3)也明显降低，未采用Si-69改性稻壳源白炭黑制成的胶料阿克隆磨耗量为0.381mm3，本发明制备的胶料阿克拉磨耗量降低至0.219mm3，耐磨性能得到了良好的改善，胶料的综合性能也得到了明显的提高。
由图1、图2、图3中可知：本发明所述采用硅烷偶联剂Si-69对稻壳源白炭黑进行表面功能化改性的预处理，能够使稻壳源白炭黑在后期的混炼工艺中能够很好的分散在基体胶中；未采用硅烷偶联剂Si-69改性的白炭黑在基体胶中以团聚形式存在，得不到良好的分散；硅烷偶联剂Si-69改性剂的用量对稻壳源白炭黑在基体胶中的分散程度影响较大。

Claims (9)

1.一种填充环保型白炭黑丁苯橡胶胎面胶，其特征在于：包括如下组分，各组分按重量份数计为：天然橡胶25-40份、丁苯橡胶60-75份、炭黑25-45份、白炭黑15-35份、芳烃油2-4份、硬脂酸1.5-2.5份、氧化锌3-4份、增粘树脂1-2份、抗裂口树脂1.5-2份、防老剂4010NA1.5-2.5份、微晶蜡1.5-2份、促进剂NOBS 1.2-1.5份、促进剂TMTD 0.3-0.5份、硫磺1.5-2份、防焦剂0.1-0.3份。
2.如权利要求1所述的填充环保型白炭黑丁苯橡胶胎面胶，其特征在于：所述白炭黑为经过硅烷偶联剂Si-69改性的稻壳源白炭黑。
3.如权利要求2所述的填充环保型白炭黑丁苯橡胶胎面胶，其特征在于：所述白炭黑的制备方法为：将硅烷偶联剂Si-69与稻壳源白炭黑按质量比为2：25混合后置于高速分散机中，高速分散转动1-1.5小时，转速为1200-1500rpm，然后置于烘箱中2-3小时，烘箱温度设置为140℃。
4.如权利要求1所述的填充环保型白炭黑丁苯橡胶胎面胶，其特征在于：所述炭黑为N220炭黑。
5.如权利要求1所述的填充环保型白炭黑丁苯橡胶胎面胶，其特征在于：所述促进剂为促进剂NOBS和促进剂TMTD。
6.权利要求1所述的填充环保型白炭黑丁苯橡胶胎面胶的制备方法，其特征在于：包括如下步骤，其中各组分按重量百分数计
（1）一段母炼：将25-40份天然橡胶，60-75份丁苯橡胶，15-35份炭黑，15-35份白炭黑，2-4份芳烃油，1.5-2.5份硬脂酸，3-4份氧化锌，1-2份增粘树脂，1.5-2份抗裂口树脂，同时投入到密炼机中进行混炼，混炼结束，进行排胶，胶料排胶温度为150-165℃，然后进入冷却线冷却至45℃以下，落片、静置，得到一段母胶；
（2）两段母炼：将一段静置好的母胶与余下的10份炭黑、1.5-2.5份防老剂4010NA、微晶蜡1.5-2份一起投入到密炼机中，混炼结束，进行排胶，排胶温度为150-165℃，然后胶料进入冷却线进行冷却至45℃以下，落片、静置，得到两段母胶；
（3）终炼：将两段静置好的母胶与1.5-2份硫磺、1.2-1.5份促进剂NOBS、0.3-0.5份促进剂TMTD，0.1-0.3份防焦剂一起投入到密炼机中进行终炼，混炼结束后排胶，排胶温度为100-105℃，然后胶料进入冷却线进行冷却至45℃以下，落片、静置，得到胎面终炼胶成品。
7.如权利要求6所述的填充环保型白炭黑丁苯橡胶胎面胶的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中胶料有效填充系数为0.68-0.75，上顶栓压力为5.0-6.0 Bar，转子转速一般为40-50转/每分钟，混炼室冷却回路水温为35-45℃，转子温度为30-40℃，炼胶时间为80-200s。
8.如权利要求6所述的填充环保型白炭黑丁苯橡胶胎面胶的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中密炼机上顶栓压力为5.0-6.0 Bar，密炼机转子转速为40-50转/每分钟，冷却室回路水温为35-45℃，转子温度为30-40℃，炼胶时间为80-150 s。
9.如权利要求6所述的填充环保型白炭黑丁苯橡胶胎面胶的制备方法，其特征在于：所述步骤（3）中密炼机的上顶栓压力为5.0-6.0 Bar，密炼机转子转速为20-30转/每分钟，冷却室回路水温为35-45℃，转子温度为30-40℃，炼胶时间为140-170 s。
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