CN109880199A - 一种环保型冬季轮胎生物基胎面胶配方 - Google Patents

Abstract

一种环保型冬季轮胎生物基胎面胶配方，由如下按重量份计的原料制备而成：顺丁橡胶20‑40份；溶聚丁苯橡胶60‑80份；环保型生物基材料50‑80份；炭黑20‑40份；硅烷偶联剂8‑10份；氧化锌2‑4份；硬脂酸1‑3份；防老剂3‑8份；树脂1‑3份；硫磺0.5‑2.5份；促进剂2‑5份；其它组分5‑15份，该配方中使用环保型生物基材料，同时合理化的替代现有技术配方中的白炭黑，不仅能够达到在胶料原有性能不变，而且显著提升胶料分散性能和综合性能，同时降低胶料的滚动阻力和生热。

Description

一种环保型冬季轮胎生物基胎面胶配方

技术领域

本发明涉及橡胶轮胎技术领域，具体地说就是一种环保型冬季轮胎生物基胎面胶配方。

背景技术

当前全球社会经济的发展面临着化石资源短缺和环境污染两个严重的问题。而化石资源需要经历漫长的地质时代才能形成，由于现代工业对其过度的依赖和开采，一场前所未有的能源危机正在逼近；同时大规模使用化石资源的工业化利用引发了威胁人类生存环境污染、生态恶化和资源匮乏等问题。严重的资源、能源和环境危机引起了全球性的关注和思考。

由于目前轮胎中使用的白炭黑为沉淀法白炭黑，沉淀法使用的水环璃由石英砂和纯碱在高温反应炉中1300℃以上熔融制备，固体水玻璃在高温高压下通蒸汽溶解制得液体水玻璃。液体水玻璃再加强酸反应后制得白炭黑。此方法每生产一吨白炭黑要消耗4-4.5吨液体水玻璃及0.6吨硫酸。由于化工原料及燃料的消耗，生产成本高，而且普通白炭黑胶料分散性能较差，由于普通白炭黑比表面积很大，且表面存在大量的-OH基团，环状、枝链状结构较少。

从而为研究和发展环保型生物基材料提供先期条件，其利用丰富的生物质资源开发环保和可循环利用的环保型生物基材料，最大限度地替代化工材料，对于替代化石资源、发展循环经济、建设资源节约型和环保型社会具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种环保型冬季轮胎生物基胎面胶配方，该配方中使用环保型生物基材料，同时合理化的替代现有技术配方中的白炭黑，不仅能够达到在胶料原有性能不变，而且显著提升胶料分散性能和综合性能，同时降低胶料的滚动阻力和生热。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：一种环保型冬季轮胎生物基胎面胶配方，由如下按重量份计的原料制备而成：

顺丁橡胶20-40份；

溶聚丁苯橡胶60-80份；

环保型生物基材料50-80份；

炭黑20-40份；

硅烷偶联剂8-10份；

氧化锌2-4份；

硬脂酸1-3份；

防老剂3-8份；

树脂1-3份；

硫磺0.5-2.5份；

促进剂2-5份；

其它组分5-15份。

作为优化，所述的一种环保型冬季轮胎生物基胎面胶配方，由如下按重量份计的原料制备而成：

顺丁橡胶 30份；

溶聚丁苯橡胶 70份；

环保型生物基材料 60份；

炭黑 30份；

硅烷偶联剂 9.6份；

氧化锌 3份；

硬脂酸 2份；

防老剂 5份；

树脂 2份；

硫磺 1.2份；

促进剂 3份；

其它组分 11份。

作为优化，所述的环保型生物基材料为一种以SiO₂含量为主和其它微量矿物杂质组成的环保型生物基材料；其主要化学成分如下：SiO₂：90%～95.5%；CaO：0.5%～2%； MgO：0.5%～2%；Fe₂O₃：0.05%～0.2%；K₂O：1%～3%；Al₃O₂：0.01%～0.4%。

作为优化，所述的树脂为：辛基苯酚甲醛树脂。

作为优化，所述的促进剂为：次磺酰胺类促进剂和胍类促进剂。

作为优化，所述的防老剂为：喹啉类防老剂、胺类防老剂和石蜡。

作为优化，所述的其它组分为：橡胶分散剂和石油类软化剂。

作为优化，上述所述的环保型生物基材料的制备方法包括如下步骤：分选、高温燃烧热解、过滤分选除出杂质、碱溶解提硅、过滤酸沉活化、过滤纯化、烘干包装成品，首选选取以农作物、树木、其它植物及残体和内含物为原料，经过热化学反应转化过程进行高温燃耗热解，使生物基原料经程序控温型固定床对原料进行缓慢氧化，然后以100℃为间隔从400℃～900℃进行燃烧成原料残余物；再经过滤分选除出杂质后，加碱溶解液提纯后得到水溶性硅酸盐，再通过过滤酸沉活化处理得到不同取代程度的反应物，最后经过过滤纯化、烘干即可得到环保型生物基材料。

作为优化，上述所述的一种环保型冬季生物基胎面胶轮胎制备方法，包括如下步骤：

1、母炼一段混炼：混炼在密炼机中进行，加入橡胶、部份炭黑及所有材料组分，压上顶栓20S -30S,升栓,压上顶栓30S -40S，升栓,压上顶栓30S -50S；密炼机转速50-60转/分；170℃排胶，排胶后，胶料由双螺杆挤出压片机压片、经隔离剂池后冷却、建垛、存放待用；

2、母炼二段混炼：混炼在密炼机中进行，加入一段混炼胶、剩余药品、炭黑，压上顶栓20S -30S,升栓注油,压上顶栓30S -40S，升栓,压上顶栓20S -30S；密炼机转速30-50转/分；150℃排胶，排胶后，胶料由双螺杆挤出压片机压片、经隔离剂池后冷却、建垛、存放待用；

3、终炼胶混炼：混炼在密炼机中进行，加入二段混炼胶、终炼药品压上顶栓20S -30S，升栓,压上顶栓10S -30S，升栓,压上顶栓10S -30S；密炼机转速40S-50转/分；105℃排胶；

4、终炼胶密炼机排胶后，胶料由双螺杆挤出压片机压片、自动捣胶、经隔离剂池后冷却、建垛、存放待用。

本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明的一种环保型冬季轮胎生物基胎面胶配方，在冬季轮胎胎面配方中加入生物基材料等量替代该配方中普通白炭黑，节能环保，降低了生产成本，同时胶料原有性能不变，提升胶料分散性能和综合性能，降低胶料的滚动阻力和生热。

附图说明

图1为普通白炭黑透射电镜图；

图2为生物基材料透射电镜图；

图3为本发明环保型生物基材料制备流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

实施例1

一种环保型冬季轮胎生物基胎面胶配方，由如下按重量份计的原料制备而成：

顺丁橡胶 30份；

溶聚丁苯橡胶 70份；

环保型生物基材料 60份；

炭黑 30份；

硅烷偶联剂 9.6份；

氧化锌 3份；

硬脂酸 2份；

防老剂 5份；

树脂 2份；

硫磺 1.2份；

促进剂 3份；

其它组分 11份。

上述环保型生物基材料的制备方法包括如下步骤：分选、高温燃烧热解、过滤分选除出杂质、碱溶解提硅、过滤酸沉活化、过滤纯化、烘干包装成品，首选选取以农作物、树木、其它植物及残体和内含物为原料，经过热化学反应转化过程进行高温燃耗热解，使生物基原料经程序控温型固定床对原料进行缓慢氧化，然后以100℃为间隔从400℃～900℃进行燃烧成原料残余物；再经过滤分选除出杂质后，加碱溶解液提纯后得到水溶性硅酸盐，再通过过滤酸沉活化处理得到不同取代程度的反应物，最后经过过滤纯化、烘干即可得到环保型生物基材料。

上述环保型冬季生物基胎面胶轮胎制备方法，包括如下步骤：

1、母炼一段混炼：混炼在密炼机中进行，加入橡胶、部份炭黑及所有材料组分，压上顶栓25S,升栓,压上顶栓35S，升栓,压上顶栓45S；密炼机转速55转/分；170℃排胶，排胶后，胶料由双螺杆挤出压片机压片、经隔离剂池后冷却、建垛、存放待用；

2、母炼二段混炼：混炼在密炼机中进行，加入一段混炼胶、剩余药品、炭黑，压上顶栓20S,升栓注油,压上顶栓30S，升栓,压上顶栓30S；密炼机转速40转/分；150℃排胶，排胶后，胶料由双螺杆挤出压片机压片、经隔离剂池后冷却、建垛、存放待用；

3、终炼胶混炼：混炼在密炼机中进行，加入二段混炼母胶、终炼药品压上顶栓25S， 升栓,压上顶栓20S，升栓,压上顶栓20S；密炼机转速40转/分；105℃排胶；

4、终炼胶密炼机排胶后，胶料由双螺杆挤出压片机压片、自动捣胶、经隔离剂池后冷却、建垛、存放待用。

该实施配方与常规配方性能对比如下表所示：

胶料的硫化特性

胶料的物理机械性能

动态粘弹性能

成品性能

从上表可以看出，依据GB/T 4502-2016国家标准和EC 1222-2009欧盟标签法规相关要求，试验配方轮胎通过成品轮胎性能试验，且优于相关标准要求的结果；同时与参比配方轮胎相比，试验配方轮胎高速性能及标签检测数据均得到提升，完全满足成品轮胎对各项性能指标的要求。

环保型生物基材料性能表征及提升胶料性能的原理：

如图1所示，普通白炭黑胶料分散性能较差，由于普通白炭黑比表面积很大，且表面存在大量的-OH基团，环状、枝链状结构较少；通过大量研究论证，选用经过多种化学、物理过程处理的生物基材料等量替代该配方中普通白炭黑，可提高胶料分散性能和综合性能，同时降低胶料的滚动阻力和生热；是因为生物基材料中环状、枝链状结构颗粒之间的空隙大，密度小、结构性较高，如图2所示，从而胶料具有良好的分散性能；同时生物基材料中含有能在硫化过程中不被橡胶链接的官能团，使硅烷分子一端的生物基材料与另一端的聚合物产生化学偶联，最终产生较多的填充剂-聚合物键，提高了胶料的定伸应力和拉伸强度，同时改善了胶料耐磨性。使用生物基材料等量替代该配方中的白炭黑，避免了白炭黑-白炭黑网络化形成的趋势，因而降低了胶料粘度，改善了胶料加工性能。

环保型生物基材料生产流程：

由于目前轮胎中使用的白炭黑为沉淀法白炭黑，沉淀法使用的水环璃由石英砂和纯碱在高温反应炉中1300℃以上熔融制备，固体水玻璃在高温高压下通蒸汽溶解制得液体水玻璃。液体水玻璃再加强酸反应后制得白炭黑。此方法每生产一吨白炭黑要消耗4-4.5吨液体水玻璃及0.6吨硫酸。由于化工原料及燃料的消耗，生产成本高。

而生物基材料介于沉淀法和气相法中间，但它的成本低于气相法和沉淀法，而质量高于沉淀法，却接近气相法。该方法主要是以农作物、树木、其它植物及残体和内含物为原料，经过热化学转化过程，使生物基原料经程序控温型固定床对原料先进行缓慢氧化,然后以100℃为间隔从400～900℃进行燃烧成原料残余物；再经过滤除出杂质后，加碱溶解液化提纯后可以得到一种水溶性硅酸盐（硅酸钠），再通过活化处理得到不同取代程度的反应物，然后经过分离纯化、烘干即可得到环保型生物基材料，制备流程如图3所示。

环保型生物基材料：是利用大自然中可循环利用可再生农作物、树木、其它植物及残体和内含物为原料，通过热化学转化过程获得环保型生物基材料，其主要化学成分为SiO₂：90%～95.5%；CaO：0.5%～2%； MgO：0.5%～2%；Fe₂O₃：0.05%～0.2%；K₂O：1%～3%；Al₃O₂：0.01%～0.4%，是替代轮胎配方中补强填充体系（白炭黑）的理想材料。

实施例2

一种环保型冬季轮胎生物基胎面胶配方，由如下按重量份计的原料制备而成：

顺丁橡胶 20份；

溶聚丁苯橡胶 60份；

环保型生物基材料 50份；

炭黑 20份；

硅烷偶联剂 8份；

氧化锌 2份；

硬脂酸 1份；

防老剂 3份；

树脂 1份；

硫磺 0.5份；

促进剂 2份；

其它组分 5份。

上述环保型生物基材料的制备方法包括如下步骤：分选、高温燃烧热解、过滤分选除出杂质、碱溶解提硅、过滤酸沉活化、过滤纯化、烘干包装成品，首选选取以农作物、树木、其它植物及残体和内含物为原料，经过热化学反应转化过程进行高温燃耗热解，使生物基原料经程序控温型固定床对原料进行缓慢氧化，然后以100℃为间隔从400℃～900℃进行燃烧成原料残余物；再经过滤分选除出杂质后，加碱溶解液提纯后得到水溶性硅酸盐，再通过过滤酸沉活化处理得到不同取代程度的反应物，最后经过过滤纯化、烘干即可得到环保型生物基材料。

上述环保型冬季生物基胎面胶轮胎制备方法，包括如下步骤：

1、母炼一段混炼：混炼在密炼机中进行，加入橡胶、部份炭黑及所有材料组分，压上顶栓20S,升栓,压上顶栓30S，升栓,压上顶栓40S；密炼机转速50转/分；170℃排胶，排胶后，胶料由双螺杆挤出压片机压片、经隔离剂池后冷却、建垛、存放待用；

2、母炼二段混炼：混炼在密炼机中进行，加入一段混炼胶、剩余药品、炭黑，压上顶栓30S,升栓注油,压上顶栓40S，升栓,压上顶栓20S；密炼机转速50转/分；150℃排胶，排胶后，胶料由双螺杆挤出压片机压片、经隔离剂池后冷却、建垛、存放待用；

3、终炼胶混炼：混炼在密炼机中进行，加入二段混炼母胶、终炼药品压上顶栓20S， 升栓,压上顶栓30S，升栓,压上顶栓30S；密炼机转速45转/分；105℃排胶；

4、终炼胶密炼机排胶后，胶料由双螺杆挤出压片机压片、自动捣胶、经隔离剂池后冷却、建垛、存放待用。

本实施例中的轮胎生物基胎面胶配方中选用环保型生物基料代替传统的白炭黑，在保证轮胎胶料性能上不变的前提下，降低了生产成本，利用农作物、树木、其它植物及残体和内含物为原料，实现了资源的循环利用，减少资源浪费，同时制备相同份数的轮胎利用的顺丁橡胶和溶聚丁苯橡胶的原材料也降低，在生产原料上实现了减少，在工艺上实现了缩短，提高了工作效率，降低了生产成本。

实施例3

一种环保型冬季轮胎生物基胎面胶配方，由如下按重量份计的原料制备而成：

顺丁橡胶 40份；

溶聚丁苯橡胶 80份；

环保型生物基材料 80份；

炭黑 40份；

硅烷偶联剂 10份；

氧化锌 4份；

硬脂酸 3份；

防老剂 8份；

树脂 3份；

硫磺 2.5份；

促进剂 5份；

其它组分 15份。

上述环保型生物基材料的制备方法包括如下步骤：分选、高温燃烧热解、过滤分选除出杂质、碱溶解提硅、过滤酸沉活化、过滤纯化、烘干包装成品，首选选取以农作物、树木、其它植物及残体和内含物为原料，经过热化学反应转化过程进行高温燃耗热解，使生物基原料经程序控温型固定床对原料进行缓慢氧化，然后以100℃为间隔从400℃～900℃进行燃烧成原料残余物；再经过滤分选除出杂质后，加碱溶解液提纯后得到水溶性硅酸盐，再通过过滤酸沉活化处理得到不同取代程度的反应物，最后经过过滤纯化、烘干即可得到环保型生物基材料。

上述环保型冬季生物基胎面胶轮胎制备方法，包括如下步骤：

1、母炼一段混炼：混炼在密炼机中进行，加入橡胶、部份炭黑及所有材料组分，压上顶栓30S,升栓,压上顶栓430S，升栓,压上顶栓50S；密炼机转速60转/分；170℃排胶，排胶后，胶料由双螺杆挤出压片机压片、经隔离剂池后冷却、建垛、存放待用；

2、母炼二段混炼：混炼在密炼机中进行，加入一段混炼胶、剩余药品、炭黑，压上顶栓20S,升栓注油,压上顶栓30S，升栓,压上顶栓30S；密炼机转速30转/分；150℃排胶，排胶后，胶料由双螺杆挤出压片机压片、经隔离剂池后冷却、建垛、存放待用；

3、终炼胶混炼：混炼在密炼机中进行，加入二段混炼母胶、终炼药品压上顶栓30S， 升栓,压上顶栓10S，升栓,压上顶栓10S；密炼机转速50转/分；105℃排胶；

4、终炼胶密炼机排胶后，胶料由双螺杆挤出压片机压片、自动捣胶、经隔离剂池后冷却、建垛、存放待用。

本实施例中的轮胎生物基胎面胶配方中选用环保型生物基料代替传统的白炭黑，可提高胶料分散性能和综合性能，同时降低胶料的滚动阻力和生热，从而胶料具有良好的分散性能；同时生物基材料中含有能在硫化过程中不被橡胶链接的官能团，使硅烷分子一端的生物基材料与另一端的聚合物产生化学偶联，最终产生较多的填充剂-聚合物键，提高了胶料的定伸应力和拉伸强度，同时改善了胶料耐磨性。

上述具体实施方式仅是本发明的具体个案，本发明的专利保护范围包括但不限于上述具体实施方式的产品形态和式样，任何符合本发明且任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应落入本发明的专利保护范围。

Claims (9)

1.一种环保型冬季轮胎生物基胎面胶配方，其特征在于，由如下按重量份计的原料制备而成：

顺丁橡胶20-40份；

溶聚丁苯橡胶60-80份；

环保型生物基材料50-80份；

炭黑20-40份；

硅烷偶联剂8-10份；

氧化锌2-4份；

硬脂酸1-3份；

防老剂3-8份；

树脂1-3份；

硫磺0.5-2.5份；

促进剂2-5份；

其它组分5-15份。

2.根据权利要求1所述的一种环保型冬季轮胎生物基胎面胶配方，其特征在于，由如下按重量份计的原料制备而成：

顺丁橡胶 30份；

溶聚丁苯橡胶 70份；

环保型生物基材料 60份；

炭黑 30份；

硅烷偶联剂 9.6份；

氧化锌 3份；

硬脂酸 2份；

防老剂 5份；

树脂 2份；

硫磺 1.2份；

促进剂 3份；

其它组分 11份。

3.根据权利要求1所述的一种环保型冬季轮胎生物基胎面胶配方，其特征在于，所述的环保型生物基材料为一种以SiO₂含量为主和其它微量矿物杂质组成的环保型生物基材料；其主要化学成分如下：SiO₂：90%～95.5%；CaO：0.5%～2%； MgO：0.5%～2%；Fe₂O₃：0.05%～0.2%；K₂O：1%～3%；Al₃O₂：0.01%～0.4%。

4.根据权利要求1所述的一种环保型冬季轮胎生物基胎面胶配方，其特征在于，所述的树脂为：辛基苯酚甲醛树脂。

5.根据权利要求1所述的一种环保型冬季轮胎生物基胎面胶配方，其特征在于，所述的促进剂为：次磺酰胺类促进剂和胍类促进剂。

6.根据权利要求1所述的一种环保型冬季轮胎生物基胎面胶配方，其特征在于，所述的防老剂为：喹啉类防老剂、胺类防老剂和石蜡。

7.根据权利要求1所述的一种环保型冬季轮胎生物基胎面胶配方，其特征在于，所述的其它组分为：橡胶分散剂和石油类软化剂。

8.根据权利要求1所述的一种环保型冬季轮胎生物基胎面胶配方，其特征在于，所述的环保型生物基材料的制备方法包括如下步骤：分选、高温燃烧热解、过滤分选除出杂质、碱溶解提硅、过滤酸沉活化、过滤纯化、烘干包装成品，首选选取以农作物、树木、其它植物及残体和内含物为原料，经过热化学反应转化过程进行高温燃耗热解，使生物基原料经程序控温型固定床对原料进行缓慢氧化，然后以100℃为间隔从400℃～900℃进行燃烧成原料残余物；再经过滤分选除出杂质后，加碱溶解液提纯后得到水溶性硅酸盐，再通过过滤酸沉活化处理得到不同取代程度的反应物，最后经过过滤纯化、烘干即可得到环保型生物基材料。

9.根据权利要求1所述的一种环保型冬季轮胎生物基胎面胶配方，其特征在于，所述的一种环保型冬季生物基胎面胶轮胎制备方法，包括如下步骤：

1、母炼一段混炼：混炼在密炼机中进行，加入橡胶、部份炭黑及所有材料组分，压上顶栓20S -30S,升栓,压上顶栓30S -40S，升栓,压上顶栓30S -50S；密炼机转速50-60转/分；170℃排胶，排胶后，胶料由双螺杆挤出压片机压片、经隔离剂池后冷却、建垛、存放待用；

2、母炼二段混炼：混炼在密炼机中进行，加入一段混炼胶、剩余药品、炭黑，压上顶栓20S -30S,升栓注油,压上顶栓30S -40S，升栓,压上顶栓20S -30S；密炼机转速30-50转/分；150℃排胶，排胶后，胶料由双螺杆挤出压片机压片、经隔离剂池后冷却、建垛、存放待用；

3、终炼胶混炼：混炼在密炼机中进行，加入二段混炼胶、终炼药品压上顶栓20S -30S，升栓,压上顶栓10S -30S，升栓,压上顶栓10S -30S；密炼机转速40S-50转/分；105℃排胶；

4、终炼胶密炼机排胶后，胶料由双螺杆挤出压片机压片、自动捣胶、经隔离剂池后冷却、建垛、存放待用。