CN110087899B - 包含改性硅酸盐纤维的用于轮胎部件的弹性体材料和轮胎 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种新的用于轮胎部件的可硫化弹性体组合物，它包括改性硅酸盐纤维作为填料。根据本发明的方法采用受控pH改性该硅酸盐纤维。此外，本发明涉及轮胎部件，其包括通过硫化所述组合物可获得的弹性体材料，和包含一种或多种所述部件的用于车辆的轮胎。根据本发明的硫化弹性体材料的特征在于良好的静态和动态机械性能，特别地尤其低的滞后。有利地，含一种或多种所述部件的本发明轮胎具有有限的滚动阻力。

Description

包含改性硅酸盐纤维的用于轮胎部件的弹性体材料和轮胎

发明领域

本发明的目的是用于轮胎部件的新颖弹性体材料，其特征在于良好的静态和动态机械性能，尤其在于特别低的滞后。这些弹性体材料包含根据本文以下描述的方法合适地改性的纳米尺寸的硅酸盐纤维。此外，本发明涉及包括该弹性体材料的轮胎部件和用于车轮的轮胎，这种轮胎具有较低的滚动阻力。

发明背景

在橡胶工业中，和特别地在轮胎工业中，已知向弹性体组合物中添加增强填料，其目的是改进通过硫化由此获得的弹性体材料的机械性能和耐磨性。

炭黑由于其高增强能力，是最常用的填料。然而，它赋予制品强的滞后，即在动态条件下增加耗散的热量。在轮胎中，这导致滚动阻力的不期望的增加，并整体导致更高的燃料消耗、更多的污染排放和更高的运输成本的产生。

目前，大多数汽车制造商越来越多地要求其供应商开发低滚动阻力的轮胎以减少消耗。

为了降低弹性体材料的滞后，使用少量的炭黑和/或具有减小的表面积的炭黑不是决定性的，因为这样做会损害增强活性，从而使产品最终的静态机械性能和耐磨性恶化。

通过使用所谓的“白”增强填料，例如石膏，滑石，高岭土，膨润土，二氧化钛，和特别地二氧化硅，可以部分或全部代替弹性体材料中的炭黑并且在保持足够的增强的同时赋予它们较低的滞后的填料，实现了这种意义上的改进。

然而，仍然需要进一步降低轮胎的滚动阻力，并且因此确定允许进一步改进材料的滞后和增强之间平衡的新填料。

事实上，填充有二氧化硅的弹性体材料的滞后对于某些特定应用仍然保持太高，例如在具有超低滚动阻力(ULRR)的轮胎或防爆胎中，其中反而需要明显较低的热分散和滚动阻力。填充有二氧化硅和/或硅酸盐的弹性体材料当被加入到经受更极大应力的那些轮胎部件中时并不总是显示出足够的性能，该轮胎部件是例如胎面、底层、胎圈保护层、胎壁、内层或胎壁插入件，如自支撑类型轮胎(防爆胎)的胎壁插入件。

此外，通常的填料，特别地二氧化硅的一个问题由以下事实为代表：在动态条件下，即当填充有二氧化硅并硫化的弹性体材料在使用期间的轮胎中受到应力时，可能发生分散填料的部分破坏，这对机械性能产生不利影响。该个现象表现为动态模量的减少，当弹性体材料经受的变形越高时该动态模量的减少越明显。在实际意义上，精确地当轮胎受到较大应力时和因此精确地当弹性体材料必须显示出最好的机械性能时，填料的增强作用就不足了。这种现象被称为佩恩效应。

基于硅酸盐纤维的填料虽然出乎意料地改进了经受高运行速度和/或极端驾驶条件的汽车的驾驶性能，但就过高的滚动阻力以及在最高变形下的较低支撑而言，似乎没有克服二氧化硅的缺点。

在这方面，申请人名义的文献WO2012164433A1描述了在极端条件下使用时具有改进的性能的轮胎，特别是改进的驾驶稳定性，尤其在车辆的后侧。在这些轮胎中，至少一层弹性体材料在相对于胎冠的径向内部位置中施加，这种至少一层弹性体材料包含由镁和/或铝硅酸盐，特别是海泡石构成的纳米尺寸的纤维。然而，由海泡石纤维显著增强的弹性体材料随着动态变形的增加而显示出动态剪切模量的强烈降低(佩恩效应)，并且与填充有二氧化硅的材料相比具有更大的滞后。

从文献中已知一些一般性的研究，其中描述了硅酸盐纤维，特别是海泡石的酸处理工艺。根据所采用的或多或少的剧烈条件，这种处理可导致散布在硅酸盐之间的离子的完全去除和硅酸盐转化成非结构化无定形二氧化硅(SilSep)，或导致离子的部分移走以及硅酸盐仅在表面处转化成二氧化硅，且保持纤维的针状形态。

例如，文章“Novel anhydrous unfolded structure by heating of acid pre-treated sepiolite”，Valentin,J.L.等人，Applied Clay Science，2007，36(4)，245-255和文章“The role of magnesium on the stability of crystalline sepiolitestructure”Esteban-Cubillo,A.等人，Journal of the European Ceramic Society，2008，28(9)，1763-1768，描述了部分或完全去除镁对海泡石形态的影响。

根据申请人所知，现有技术中没有提示以有利地使用在温和条件下酸改性以及仅部分除去镁的针状硅酸盐纤维作为用于轮胎的弹性体材料中的另外填料。

事实上，文章“Effect of the Textural Characteristics of the New Silicason the Dynamic Properties of Styrene-Butadiene Rubber(SBR)Vulcanizates”Polymer Composites，(1988年6月)，第9卷第3期，第204-208页描述了一种研究，其中将经受浓酸(6N硝酸)处理以产生不同表面积的二氧化硅的海泡石纤维加入弹性体材料中，然后在动态性能方面进行评价。该文章并未暗示部分去除镁或保留处理过的纤维的针状形状。

在文章“Preparation of Silica by Acid Dissolution of sepiolite andStudy of its reinforcing effect in Elastomers”,Die Angewandte Makrom Chemie(1982)，103，51-60中，作者描述了通过在可变的温度和时间下，用硝酸处理海泡石纤维制备具有不同镁含量的材料。该研究报道了这种完全提取的海泡石在用于轮胎的弹性体材料中的用途，所述完全提取的海泡石被描述为包含小于1％的残留Mg的具有高表面积的无定形二氧化硅，其已经完全失去了结晶有序性。通过完全提取Mg获得的这种二氧化硅作为市售沉淀的无定形二氧化硅的潜在低成本的供选择的方案提供。该文章仅报道了与填充有通过完全酸处理获得的二氧化硅的混合物有关的静态机械性能的数据。

在现有技术中，通过将海泡石纤维置于合适的溶剂中，从一开始与提取所需的总酸量接触，进行镁的去除反应。这些悬浮液的pH必然为酸性，通常远低于2，这使得难以使用对酸腐蚀敏感的常见钢装置。

此外，从开始在相对高酸浓度下工作，镁的提取快速进行，使得特别难以在预设定的数值中断提取过程。

总之，申请人已知的与轮胎工业有关的相关出版物教导了海泡石纤维的剧烈处理-通常使用过浓的酸或在剧烈的能量条件下以便完全并快速地去除镁，且常常改变纤维的结晶度和形态。

发明概述

申请人自己已经设定了如何进一步降低填充有二氧化硅的现有弹性体材料的滞后的问题，以制造具有最小滚动阻力的轮胎(ULRR轮胎)，其可用于特别苛刻的条件或具有更广泛的适用性，例如用于夏季、所有季节或冬季的汽车轮胎，以及轻型运输轮胎或用于重型车辆的轮胎。

申请人还设定了在对于填充有二氧化硅和/或炭黑的轮胎的弹性体材料的典型的高变形下最小化机械性能劣化的目的，同时保持其他重要的性能例如有限的滚动阻力、刚性、耐磨性和在驾驶车辆中的操纵和舒适度。

申请人已经发现，纳米尺寸的硅酸盐纤维-根据下文所述的方法合适地改性-替代传统填料或除了传统填料以外赋予它们掺入其内的弹性体材料意想不到的性能。这些弹性体材料的特征在于不仅在于高的静态模量值，还在于在高变形下维持动态模量以及当经受应力时降低的热产生，用于减少佩恩效应和滞后两者。

包含本发明的改性纤维的弹性体材料的动态性能优于具有填充有未改性纤维(如WO2012164433A1中描述的那些)或仅填充有二氧化硅的相同组合物的弹性体材料的那些。

本发明弹性体材料的较低的滞后预示着轮胎中有限的滚动阻力，小于包含由二氧化硅填充的类似弹性体材料的轮胎。

此外，这些弹性体材料的优异静态机械性能以及佩恩效应的显著降低转变成甚至在最高应力和极端驾驶条件下仍然保持的轮胎中的高增强作用。

不希望受任何特定理论的约束，申请人认为在本文所述的尤其受控的酸性条件下处理硅酸盐纤维的方法，在其变形方案中，仅仅涉及从纤维中部分除去镁并且基本保留结晶度和针状形态。

本发明的部分去除镁的方法似乎产生在初始硅酸盐纤维(其高度结构化但与弹性体材料相容性差)，和可通过对纤维进行剧烈的酸处理获得的具有高表面积的完全未结构化的无定形二氧化硅(SilSep)之间的中间物质。

在随后与弹性体材料的其它组分(例如硅烷和弹性体)的相互作用中以及通常在弹性体材料的硫化中，该中间物质与所述组分相互作用。该相互作用将受益于特定的针状布置，实际上导致具有出乎意料的动态性能，特别是显著降低的滞后和佩恩效应的弹性体材料。

这些效应既未在包括球形和非针状的沉淀的无定形二氧化硅的弹性体材料中观察到，也未在包含尽管具有最佳的针状形态但是没有无定形二氧化硅的反应性的未改性硅酸盐纤维的弹性体材料中观察到，也未在晶体结构和针状形态显著损失情况下，包含用过量酸剧烈处理的硅酸盐纤维的弹性体材料中观察到，如现有技术中所示的那样。

申请人已发现，在进行反应之后而不是如现有技术中的单一引发反应之后，通过以小的等分试样添加所提供数量的酸，可有利地进行从硅酸盐纤维中逐渐去除镁，且没有改变其形态和结晶度。在实践中，与在反应期间必须严格控制镁的去除水平并提供及时猝灭以便寻求避免过度消耗相反，由于逐渐添加酸导致本发明简单地要求维持介质pH在一定范围内，且在长期反应中没有损失形态或结晶度的风险。

相当令人惊奇的是，本发明的方法，其中反应介质包括游离酸，尽管总是相当低的用量，但如此有效地去除镁，尤其鉴于相反地教导了高的起始酸浓度的现有技术，而高的起始酸浓度在工业上并不是非常可行的。有利地，本发明的反应介质仅仅温和酸性和因此允许使用由标准钢制造的装置，且成本显著下降。

因此，本发明的第一方面由用于轮胎部件的弹性体组合物构成，该弹性体组合物至少包括：

(a)100phr的至少一种二烯弹性体聚合物；

(b)1至80phr含3.8％至12％镁的纳米尺寸的改性硅酸盐纤维，其具有基本上保留的针状形态；

(c)0至120phr的标准增强填料；

(d)0至20phr的偶联剂。

其中所述改性纤维可以根据包括以下的方法获得：

-提供包含镁的纳米尺寸的针状形态的硅酸盐纤维，

-将所述纤维悬浮在液体介质中，

-将至少一种酸化合物添加到悬浮液中，使介质的pH达到2至4，

-通过进一步添加酸，使得反应进行，维持介质的pH达到2至4，直到从纤维提取10wt％至70wt％的镁，基本上保留其晶体结构和针状形态，和

-将如此改性的纤维与液体介质分离。

本发明的第二方面涉及用于轮胎部件的可硫化弹性体组合物，其进一步包括(e)0.1至15phr的硫化剂。

本发明的第三方面涉及用于车轮的轮胎部件，其包括根据本发明第二方面的可硫化弹性体组合物，或者通过根据本发明第二方面的所述可硫化弹性体组合物的至少部分硫化可获得的至少部分硫化的材料。

本发明的第四方面涉及用于车轮的轮胎，其包括根据本发明第三方面的至少一种轮胎部件。

本发明的第五方面涉及用于改性纳米尺寸的针状形态的硅酸盐纤维的方法，其包括

-提供包含镁的纳米尺寸的针状形态的硅酸盐纤维，

-将所述纤维悬浮在合适的液体介质中，

-将至少一种酸化合物添加到悬浮液中，使介质的pH达到2至4，

-通过进一步添加酸，使得反应进行，维持介质的pH达到2至4，直到从纤维提取10wt％至70wt％的镁，基本上保留其晶体结构和针状形态，和

-将如此改性的纤维与最终介质分离。

出于本说明书和下述权利要求的目的，术语“phr”(每100份橡胶的份数)是指相对于100重量份的二烯弹性体聚合物，可硫化弹性体组合物中给定组分的重量份数。

除非另有说明，否则所有的百分比均以重量百分比表示。

根据优选的第一方面，本发明涉及用于轮胎部件的弹性体组合物，其包含至少：

(a)100phr的至少一种二烯弹性体聚合物；

(b)1至80phr含3.8％至12％镁的纳米尺寸的改性硅酸盐纤维，其具有基本上保留的针状形态；

(c)0至120phr的标准增强填料；和

(d)0至20phr的偶联剂，

其中所述改性纤维可以根据包括以下的方法获得：

-提供包含镁离子的纳米尺寸的针状形态的硅酸盐纤维，其中所述纤维是海泡石纤维，

-将所述纤维悬浮在液体介质中，

-将至少一种酸化合物添加到悬浮液中，使介质的pH达到2至4，

-通过进一步添加酸，使得反应进行，维持介质的pH达到2至4，直到从纤维提取10wt％至70wt％的镁，基本上保留其晶体结构和针状形态，和

-将如此改性的纤维与最终介质分离。

短语“纳米尺寸的改性硅酸盐纤维”和类似短语是指纳米尺寸的硅酸盐纤维，该硅酸盐纤维已经通过部分去除镁而改性直到其最终镁含量为3.8％至12％，同时基本上保留初始针状形态和晶体结构。

根据本发明的用于轮胎部件的弹性体组合物的特征在于单独的或彼此组合的以下优选的方面中的一个或多个。

根据本发明的用于轮胎部件的弹性体组合物包含100phr至少(a)一种二烯弹性体聚合物。

优选地，可以用于本发明的二烯弹性体聚合物(a)可以选自常用于可采用硫交联的弹性体材料中的那些，其特别适用于生产轮胎，也就是说，选自玻璃化转变温度(Tg)通常低于20℃，优选地在0℃至-110℃范围内的具有不饱和链的弹性体聚合物或共聚物。这些聚合物或共聚物可以具有天然来源或可以如下获得：通过任选地与用量不超过60wt％的至少一种选自单乙烯基芳烃和/或极性共聚单体的共聚单体混合的一种或多种共轭二烯烃的溶液聚合、乳液聚合或气相聚合。

共轭二烯通常包含4至12个，优选地4至8个碳原子，并且可以选自例如1,3-丁二烯、异戊二烯、2,3-二甲基-1,3-丁二烯、1,3-戊二烯、1,3-己二烯、3-丁基-1,3-辛二烯、2-苯基-1,3-丁二烯及其混合物。

特别优选是1,3-丁二烯和异戊二烯。

可以任选地用作共聚单体的单乙烯基芳烃通常含有8至20个，优选地8至12个碳原子，并且可以选自例如：苯乙烯；1-乙烯基萘；2-乙烯基萘；苯乙烯的各种烷基、环烷基、芳基、烷基芳基或芳基烷基衍生物，例如，α-甲基苯乙烯、3-甲基苯乙烯、4-丙基苯乙烯、4-环己基苯乙烯、4-十二烷基苯乙烯、2-乙基-4-苄基苯乙烯、4-对甲苯基-苯乙烯、4-(4-苯基丁基)苯乙烯及其混合物。苯乙烯是特别优选的。

可以任选使用的极性共聚单体可以选自例如：乙烯基吡啶、乙烯基喹啉、丙烯酸酯和烷基丙烯酸酯、腈或其混合物，例如丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、丙烯腈及其混合物。

优选地，可用于本发明的二烯弹性体聚合物(a)可以选自例如：顺式-1,4-聚异戊二烯(天然或合成的，优选地天然橡胶)、3,4-聚异戊二烯、聚丁二烯(特别是具有高含量的1,4-顺式的聚丁二烯)、任选地卤代的异戊二烯/异丁烯共聚物、1,3-丁二烯/丙烯腈共聚物、苯乙烯/1,3-丁二烯共聚物、苯乙烯/异戊二烯/1,3-丁二烯共聚物、苯乙烯/1,3-丁二烯/丙烯腈共聚物及其混合物。

根据优选的实施方案，所述弹性体组合物包含相对于所述至少一种二烯弹性体聚合物(a)的总重量，至少10wt％，优选地20wt％至100wt％的天然橡胶。

以上所述的弹性体组合物可任选地包含一种或多种单烯烃与烯烃共聚单体或其衍生物的至少一种弹性体聚合物(a′)。单烯烃可以选自：乙烯和通常含有3至12个碳原子的α-烯烃，例如丙烯、1-丁烯、1-戊烯、1-己烯、1-辛烯及其混合物。以下是优选的：选自乙烯和α-烯烃，任选地与二烯的共聚物；异丁烯均聚物或其与少量二烯的共聚物，其任选地是至少部分卤代的。可能存在的二烯通常包含4至20个碳原子并且优选地选自：1,3-丁二烯、异戊二烯、1,4-己二烯、1,4-环己二烯、5-亚乙基-2-降冰片烯、5-亚甲基-2-降冰片烯、乙烯基降冰片烯及其混合物。其中，以下是特别优选的：乙烯/丙烯(EPR)共聚物或乙烯/丙烯/二烯(EPDM)共聚物；聚异丁烯；丁基橡胶；卤代丁基橡胶，特别是氯化丁基橡胶或溴化丁基橡胶；或其混合物。

也可以使用通过与适合的终止剂或偶联剂反应而官能化的二烯弹性体聚合物(a)或弹性体聚合物(a′)。特别地，在有机金属引发剂(特别是有机锂引发剂)的存在下通过阴离子聚合获得的二烯弹性体聚合物可以通过使源自引发剂的残留有机金属基团与终止剂或偶联剂反应而官能化，所述终止剂或偶联剂是例如亚胺、碳二亚胺、烷基锡卤化物、取代的二苯甲酮、烷氧基硅烷或芳氧基硅烷。

本发明的弹性体组合物包含(b)纳米尺寸的针状形态的改性硅酸盐纤维。

在本说明书中，术语“针状形态的纤维”是指一个尺寸(长度)比直径或横截面的最大尺寸大得多的细长元件。

特别地，这意味着所述纤维的最大尺寸(长度)和直径或横截面最大尺寸之间的比例(长径比)为至少2:1，优选地为至少3:1，更优选地为至少5:1。

优选地，纤维的长径比不大于1000:1，更优选地不大于100:1。

优选地，所述比例通过显微镜观察评价，优选地在至少一百根纤维上进行。

优选地，至少70％、80％、90％的纤维具有以上所述的长径比。

表述“纳米尺寸”是指纤维具有小于500nm的直径或横截面最大尺寸。

优选地，所述纤维具有1至100nm，更优选5至50nm，仍然更优选15至20nm的直径或横截面最大尺寸。

优选地，所述纤维具有小于10μm，更优选在0.1至10μm的范围内，仍然更优选0.1至5μm的长度。

优选地，所述纳米尺寸的改性硅酸盐纤维基本上保留晶体结构。

在本文所述的方法最后，短语“基本上保留晶体结构”和类似短语的意思是指在本文所述的方法最后，改性纤维保留大部分晶体结构，如相对于在IR光谱的1040-1300cm^-1(无定形二氧化硅)范围内的那些，在850-1040cm^-1(结晶海泡石)范围内的IR光谱的最强的信号的波段所示(图9B和10B)。

特别地，在本发明的上下文中，如果在处理后，在850至1040cm^-1范围内的IR光谱的曲线下面积与在1040至1300cm^-1的范围内的曲线下面积之比大于0.8，优选大于1，更优选大于1.25，则纤维的晶体结构被视为基本上保留的。

短语“基本上保留其针状形态”是指在本文所述的方法最后，至少50％、60％、70％、80％、90％的改性纤维保留其如上所定义的长径比。

经受如本文所述的受控酸处理的具有针状形态的硅酸盐纤维是可能地有机改性的包含镁的硅酸盐纤维，如海泡石纤维、绿坡缕石纤维(也称为凹凸棒石)或其混合物。

可以根据本发明使用的具有针状形态的硅酸盐纤维的实例是由Tolsa Group(http://www.tolsa.com/)出售的海泡石Pangel S9或Pansil 100或有机改性的海泡石Pangel B5、Pangel B20、Pangel B40。

在根据本发明的组合物的制备中，根据以本发明第五方面为代表的方法改性前述硅酸盐纤维。

所述方法优选包括：

-提供包含镁的纳米尺寸的针状形态的硅酸盐纤维，其中所述纤维是海泡石纤维，

-将所述纤维悬浮在合适的液体介质中，

-将至少一种酸化合物添加到悬浮液中，使介质的pH达到2至4，

-通过进一步添加酸，使得反应进行，维持介质的pH达到2至4，直到从纤维提取10wt％至70wt％的镁，基本上保留其晶体结构和针状形态，和

-将如此改性的纤维与最终介质分离。

优选地，根据本发明的用于改性纳米尺寸的针状形态的硅酸盐纤维的方法包括：

-提供包含镁的纳米尺寸的针状形态的硅酸盐纤维，

-将所述纤维悬浮在水，或者一种或多种C₁-C₆单醇或多元醇或其与水的混合物中，

-将至少一种酸化合物添加到悬浮液中，使介质的pH达到2至4，

-通过进一步添加酸，使得反应进行，维持介质的pH达到2至4，直到从纤维提取10wt％至70wt％的镁，基本上保留其晶体结构和针状形态，和

-将如此改性的纤维与最终介质分离。

改性纤维的制备方法包括单独或组合的以下特征中的一种或多种。

一般地，在本发明方法中使用的硅酸盐纤维，特别地天然海泡石纤维最初包括12.5％至15.5％的镁，相对于纤维本身的重量。最初含约15％镁的海泡石纤维是尤其优选的。

改性纤维的制备方法首先涉及将纳米尺寸的针状形态的硅酸盐纤维悬浮在合适的液体介质中。

优选地，所述合适的液体介质选自水、醇、醚、酮及其混合物，更优选地，其选自水、C₁-C₆单醇或多元醇及其混合物。

优选地，液体介质是水。有利地，申请人已发现，反应简单地在水中如所期望的进行，且不必添加醇用以在工业上更加安全和有利的条件下控制镁的提取速度。

备选地，液体介质可以是C₁-C₆醇，更优选异丙醇，或水和至少一种C₁-C₆醇的混合物，更优选水和异丙醇的混合物。

观察到，相对于仅仅在水中进行的相同方法，使用可能与水混合的单醇或多元醇作为液体介质允许从纤维中甚至更加缓慢地去除镁(如对比例3和4中所示-其中液体介质是异丙醇-水并且镁的提取约为35％-相对于对比例2a-其中溶剂为水并且具有相似的酸浓度和时间和温度条件，提取基本完全)。

优选地，相对于纤维，所述液体介质以2至100mL/g，优选地2至50mL/g，更优选4至15mL/g的体积/重量比使用。

优选地，在搅拌下进行纤维在液体介质中的悬浮。

可以通过各种手段进行所述悬浮，如使用机械叶片搅拌器，机械混合器，如用于混合涂料和砂浆的类型的机械混合器，机械搅拌器或超声搅拌器。

然后，本方法提供向悬浮液中逐渐添加至少一种酸化合物。术语“向悬浮液中逐渐添加”是指与现有技术不同，其中在类似的处理中，所有酸在反应开始时添加，而在本发明的方法中，人们在逐渐添加酸的情况下，以连续的等分试样进行，使得然后达到维持介质pH为2至4。采用这一逐渐添加模式，在任何时刻，在反应介质中的游离酸含量总是远低于化学计量量。

优选地，在搅拌下进行酸化合物的逐渐添加。

优选地，借助pH-计驱动的自动计量仪，逐渐添加酸。这一装置常用于二氧化硅工业中以供通过控制沉淀动力学来沉淀硅酸钠。申请人已发现，相同的装置同样有利地用于根据本发明从硅酸盐纤维中提取镁的酸处理。

由于逐渐添加且由于受控的pH，因此在反应期间在溶液中存在的氢离子的摩尔数总是远低于最初在硅酸盐中存在的镁的摩尔数。

优选地，所添加的酸的总量低于1.4，优选低于1.0、0.8，或0.6摩尔/摩尔最初在硅酸盐中存在的镁。

优选地，所添加的酸的总量在0.75至0.4摩尔/摩尔最初在硅酸盐中存在的镁的范围内。

预料不到地，与现有技术的教导不同，逐渐添加酸(其中在介质中酸的浓度总是远低于化学计量量)同样允许以有效的方式提取镁，且不要求严格控制时间、温度或所使用的反应溶剂，所有这些有利于本发明方法的工业应用。

优选地，逐渐添加酸化合物，其用量使得在反应介质中酸的浓度不大于0.01N，更优选不大于0.005N。

优选地，逐渐添加至少一种酸，其方式使得在反应介质中氢离子的浓度范围为0.01至0.0005N，更优选0.002N至0.0008N。

在本发明的方法中，进行酸化合物的逐渐添加，其方式使得维持介质的pH为2至4，优选2.5至3.5，更优选2.8至3.2，甚至更优选pH为约3。

优选地，使用一种或多种强无机酸作为酸化合物，优选地选自盐酸、硝酸、磷酸和硫酸，或使用选自乙酸、甲酸、丙酸、柠檬酸、酒石酸和苯甲酸中的有机酸及其混合物。优选地使用盐酸。

任选地，至少一种硅烷化剂可以添加到纤维悬浮液中。在该情况下，介质优选地为C₁-C₆单醇或多元醇，更优选地为异丙醇，或其与水的混合物，优选地水-异丙醇混合物。

优选地，硅烷化剂选自具有一个或两个或三个可水解基团的单官能或双官能硅烷，如双-(三乙氧基甲硅烷基丙基)二硫化物(TESPD)、双[3-(三乙氧基甲硅烷基)丙基]四硫化物(TESPT)、3-硫代-辛酰基-1-丙基三乙氧基硅烷(NXT)、Me₂Si(OEt)₂)、Me₂PhSiCl、Ph₂SiCl₂，更优选选自TESPD和TESPT。

优选地，相对于纤维重量，以包括3wt％至100wt％的用量添加硅烷化剂。

优选地，允许纤维的酸化的悬浮液(且任选地包含硅烷化剂)在搅拌下反应。

优选地，允许包含至少一种酸化合物和任选地至少一种硅烷化剂的纤维的悬浮液在至少20℃，更优选地至少40℃、50℃、60℃的温度下反应。

优选地，允许包含至少一种酸化合物和任选地至少一种硅烷化剂的纤维的悬浮液在不高于100℃、90℃、80℃的温度下反应。

优选地，允许包含至少一种酸化合物和任选地至少一种硅烷化剂的纤维的悬浮液在-10℃至介质的沸点温度，更优选地20至100℃，更优选地20℃至70℃的温度下反应。

优选地，允许纤维的酸化悬浮液(且任选地包含硅烷化剂)在低于100巴的压力下，更优选地在环境压力下反应。

优选地，允许纤维的酸化悬浮液(且任选地包含硅烷化剂)反应至少5分钟，优选至少10或20分钟，反应时间取决于不同的变量，例如所需的镁提取程度，温度，稀释，搅拌等。

优选地，反应持续不超过50小时，优选地不超过20小时，更优选地不超过10小时。

有利地，通过维持反应介质的pH在前面定义的范围内，以所需的用量获得镁的最佳去除，且不要求严格控制其他反应条件，以便防止过度消耗，尤其溶剂和时间的过度消耗。

本领域技术人员可遵照本发明说明书中提供的说明，合适地选择其他可能的工艺条件。

本领域技术人员可以容易地检查从纤维中提取的镁量(其必须为10％至70wt％)，并且使用本实验部分中描述的已知技术，通过IR分析和显微镜观察，检查纤维本身的晶体结构和针状形态的基本上保留。

相对于初始包含在纤维中(即在本发明处理之前)的镁的总重量，计算提取的镁的重量百分比。

通常，相对于纤维本身的重量，硅酸盐纤维，特别地天然海泡石纤维，初始包含12.5％至15.5％的镁。

初始包含约15％镁的海泡石纤维是特别优选的。

备选地，可以在处理后进行绝对残留的镁含量的测定。

优选地，根据上述方法的纳米尺寸的针状形态的改性硅酸盐纤维包含相对于纤维本身重量，3.8％至12％，优选地9.5％至12％的镁。

可以根据已知的分析方法进行改性硅酸盐纤维中的绝对镁含量的测定(作为一般参考，参见文献“TREATISE ON SOLID STATE CHEMISTRY”；编辑Norman Bruce Hannay；1aEd.(1921)，第1卷：“The Chemical Structure of Solids”，第2.3章)，如原子发射(AES)或原子吸收光谱、等离子体质谱(电感耦合等离子体质谱或ICP-MS)、同位素稀释或传统的重量类型分析。

优选地，持续提取反应，直到从纤维提取至少15wt％、20wt％、25wt％、30wt％的镁。

优选地，持续反应直到从纤维提取不超过65wt％、60wt％、50wt％、40wt％的镁。

优选地，持续反应，直到从纤维提取15wt％至70wt％，优选地20wt％至60wt％，甚至更优选地20wt％至40wt％，20wt％至35wt％的镁。

优选地，具有针状形态的改性纤维包含的镁的残留量等于初始存在于纤维中的镁的量的至少30％、40％、50％、60％、80％、90％。

优选地，具有针状形态的改性纤维包含的镁的残留量等于在本发明处理之前初始存在于纤维中的镁的量的至少90％，优选地至少80％或70％或60％。

优选地，根据实验部分中所述的XRF分析来确定从纤维中提取的镁的量。

优选地，通过过滤分离改性纤维，随后用合适的液体介质洗涤，优选等于反应中使用的液体介质，优选地水，然后在空气或真空中干燥，任选地通过加热直到去除溶剂。

有利地，本发明方法逐渐添加酸还简化了最终的操作，这可避免中和步骤，因为水洗足够了。

优选进行水洗，直到获得基本上中性的固体，即当以1wt％在水中悬浮时，相对于中性，固体没有引起pH变化超过2个单位，即它导致pH在5至9范围内的悬浮液。

可以通过常规分析技术，如配位滴定法，光谱法，如X射线荧光(XRF)或原子发射光谱，优选地通过X射线荧光，进行从纤维或残渣中提取的镁的量的测定。

申请人已经观察到，通过应用上述工艺条件，硅酸盐纤维被改性而不显著改变晶体结构和其针状形态。事实上，通过镁的部分提取，基本上保留了纤维的形态，如通过显微镜观察(例如图5)可检测到的，并且晶体结构也基本上得到保留，这与根据XRPD和IR分析一致(图8和10)。

根据本发明，将根据上述方法改性的纳米尺寸的针状形态的硅酸盐纤维与其他组分一起掺入到二烯弹性体聚合物中，以生产用于轮胎部件的弹性体组合物。

优选地，所述改性纤维以1phr至60phr，优选地3phr至40phr，更优选5phr至30phr的量存在于弹性体组合物中。

根据本发明的弹性体组合物还可以包含(c)标准增强填料。

“标准增强填料”是指通常用于轮胎领域中的增强填料，优选地选自炭黑、沉淀的无定形二氧化硅、天然来源的无定形二氧化硅，如硅藻土、碳酸钙、二氧化钛、滑石、氧化铝、硅铝酸盐、高岭土、未改性的硅酸盐纤维及其混合物。

短语“未改性的硅酸盐纤维”是指根据本发明的镁的受控酸提取方法的未改性的硅酸盐纤维。

可能地，硅酸盐纤维可以以不同的方式改性，例如它们可以用优选地选自本领域已知的季铵盐(Pangel B5)或鏻盐的相容剂进行处理，如WO2012164433A1中所述。

优选地，根据本发明的弹性体组合物包含(c)标准增强填料。

优选地，标准增强填料选自炭黑、沉淀的无定形二氧化硅、天然来源的无定形二氧化硅、未改性的硅酸盐纤维及其混合物。

优选地，标准增强填料(c)以通常1phr至120phr，优选地20phr至90phr的范围的量存在于弹性体组合物中。

优选地，存在于根据本发明的弹性体组合物中的改性纤维(b)和标准填料(c)的总量为至少20phr，更优选地至少30phr。

优选地，存在于根据本发明的弹性体组合物中的改性纤维(b)和标准填料(c)的总量在20phr至120phr的范围内，更优选在30phr至90phr的范围内。

优选地，标准增强填料(c)为表面积不小于20m²/g的炭黑(由根据ISO 18852:2005的STSA-统计厚度表面积测定)。

优选地，所述增强炭黑(c)填料以1phr至120phr，优选20phr至90phr的量存在于弹性体组合物内。

优选地，标准增强填料为BET表面积(根据ISO 5794/1标准测量)为50m²/g至500m²/g，优选地70m²/g至200m²/g的二氧化硅，其选自热解硅石，或优选沉淀二氧化硅。

根据本发明的弹性体组合物也可以任选地包含至少一种硅烷偶联剂(d)，其能够与可能作为增强填料存在的二氧化硅和/或硅酸盐相互作用，并在硫化过程中将它们键合到二烯弹性体聚合物上。

优选地，可以用于本发明的硅烷偶联剂(d)选自具有至少一个可水解的硅烷基团的那些，其可以例如通过以下通式(I)确定：

(R)₃Si-C_nH_2n-X (I)

其中R基团可以相同或不同，其选自：烷基、烷氧基或芳氧基，或选自卤素原子，条件是R基团中的至少一个是烷氧基或芳氧基或卤素；n为1至6的整数(含端值)；X是选自以下的基团：亚硝基、巯基、氨基、环氧基、乙烯基、酰亚胺、氯、-(S)_mC_nH_2n-Si-(R)₃和-S-COR，其中m和n为1至6的整数(含端值)，并且R基团如上所定义。

在硅烷偶联剂中，双(3-三乙氧基甲硅烷基丙基)四硫化物和双(3-三乙氧基甲硅烷基丙基)二硫化物是特别优选的。所述偶联剂可以原样使用或作为与惰性填料(如炭黑)的适合混合物使用，以便于促进其掺入到弹性体组合物中。

优选地，所述硅烷偶联剂(d)以0.1phr至20phr，优选地0.5phr至10phr的量存在于弹性体组合物中。

根据本发明的可硫化弹性体组合物包括至少一种硫化剂(e)。

与本领域技术人员已知的促进剂、活化剂和/或延迟剂一起最有利地使用的硫化剂是硫，或替代地包含硫的分子(硫供体)。

硫或其衍生物可以有利地选自例如：(i)可溶性硫(结晶硫)；(ii)不溶性硫(聚合硫)；(iii)分散在油中的硫(如33％的硫，由Eastman制造以商品名Crystex OT33已知)；(iv)硫供体，例如己内酰胺二硫化物(CLD)、双[(三烷氧基甲硅烷基)丙基]多硫化物、二硫代磷酸酯；及其混合物。

硫化剂(e)以0.1至15phr，优选0.5至10phr，仍然更优选1至7phr的量存在于本发明的可硫化弹性体组合物中。

优选地，硫化剂(e)与本领域技术人员已知的促进剂(f)和活化剂(g)组合使用。

通常使用的促进剂(f)可以选自：二硫代氨基甲酸酯、胍、硫脲、噻唑、次磺酰胺、秋兰姆、胺、黄原酸酯及其混合物。

优选地，硫化促进剂以0.1至8phr，优选0.3至6phr的量存在于本发明的可硫化弹性体组合物中。

特别有效的活化剂(g)是锌化合物，特别是ZnO、ZnCO₃、含有8至18个碳原子的饱和或不饱和脂肪酸的锌盐，例如硬脂酸锌，其优选在可硫化弹性体组合物中由ZnO和脂肪酸原位形成，以及Bi₂O₃、PbO、Pb₃O₄、PbO₂或其混合物。

优选地，硫化活化剂以0.2至15phr，优选0.5至10phr的量存在于本发明的可硫化弹性体组合物中。

最后，上述弹性体材料可以包括其它常用的添加剂，其基于组合物所预期的具体应用来选择。例如，可将下述加入到所述材料中：抗氧化剂、抗老化剂、增塑剂、粘合剂、抗臭氧剂、改性树脂或其混合物。

特别地，为了进一步提高可加工性的目的，可将下述加入到所述可硫化弹性体组合物中：通常选自矿物油、植物油、合成油、低分子量聚合物及其混合物，例如芳香油、环烷油、邻苯二甲酸酯、大豆油及其混合物中的至少一种增塑剂。增塑剂的量通常为0phr和70phr，优选地5phr至30phr。

可以通过将聚合物组分与增强填料和可能地根据本领域已知的技术存在的其他添加剂一起混合，制备以上报道的弹性体组合物。可以例如使用“开炼机”型的敞口混合器或具有切向转子

或者具有互穿转子(Intermix)的类型的密炼机，或者在Ko-Kneader^TM型连续混合器

或双螺杆或多螺杆型的连续混合器中进行混合。

本发明的第三方面涉及用于车轮的轮胎部件，其包括可硫化弹性体组合物，或者通过至少部分硫化以上描述的含所述改性纤维的可硫化弹性体组合物可获得的至少部分硫化的材料。

由于存在通常用于二烯弹性体聚合物的基于硫的硫化体系，以上报道的可硫化弹性体组合物可以根据已知技术硫化。为此，在一个或多个热机械处理段之后将硫化剂，优选地基于硫的硫化剂掺入材料中，优选地与硫化促进剂一起加入。在最终处理步骤中，通常将温度保持在低于120℃，和优选地低于100℃，以防止任何不期望的预交联现象。随后，根据已知技术,将可硫化组合物掺入轮胎的一种或多种部件中并进行硫化。

根据本发明的轮胎部件优选地选自胎面、底层、胎圈保护层、胎壁、胎壁插入件、微型胎壁、底层衬里、橡胶层、填充胶条和胶片，更优选地选自胎面、底层和胎壁插入件。

本发明的第四方面涉及用于车轮的轮胎，其包括至少一种根据本发明的轮胎部件，优选选自胎面、底层、胎圈保护层、胎壁、胎壁插入件、微型胎壁、底层衬里、橡胶层、填充胶条和胶片，所述部件包括所述改性纤维。

优选地，在根据本发明的轮胎中，至少胎面包括所述包含根据本发明的改性硅酸盐纤维的硫化的弹性体材料。

优选地，在根据本发明的轮胎中，至少胎面和至少一种选自底层、胎圈保护层、胎壁、胎壁插入件、微型胎壁、底层衬里、橡胶层、填充胶条和胶片中的部件包括所述硫化的弹性体材料。

根据本发明的一个实施方案涉及用于车辆的轮胎，优选地高性能轮胎(HP、SUV和UHP)，其至少包括

-一个胎体结构，其包括至少一个胎体层，所述胎体层具有与相应胎圈结构相关联的相对边缘；

-相对于胎体结构在径向外部位置施加的一个带束(belt)结构，

-相对于所述带束结构在径向外部位置施加的一个胎冠，和可能地至少一个底层和/或一个胎圈保护层和/或一个胎壁和/或一个胎壁插入件和/或一个微型胎壁和/或一个底层衬里和/或一个橡胶层和/或一个胶片，

其中来自所述胎体结构和/或胎冠和/或带束结构和/或底层和/或胎圈保护层和/或胎壁对和/或胎壁插入件和/或一个微型胎壁和/或底层衬里和/或橡胶层和/或胎圈结构和/或胶片中的至少一种包括如上所述的所述硫化的弹性体材料。

优选地，根据本发明的轮胎至少在胎面中或在底层中或在胎壁插入件中包括以上硫化的弹性体材料。

优选地，根据本发明的轮胎在胎面中和在一种或多种选自底层、胎圈保护层、胎壁、胎壁插入件、底层衬里、橡胶层、填充胶条和胶片的部件中包括以上硫化的弹性体材料。

优选地，根据本发明的轮胎在胎面中和在底层中包括以上硫化的弹性体材料。

优选地，根据本发明的轮胎在胎面中和在胎壁中包含以上硫化的弹性体材料。

根据本发明的实施方案是用于车辆的轮胎，优选地用于其驾驶性能得益于弹性体材料的刚度的增加以及滞后和佩恩效应的降低的车辆，如高性能HP、SUV和UHP车辆。根据本发明的轮胎可用于二轮或四轮车辆或用于重型车辆或轻型运输车辆。

根据本发明的轮胎可以用于夏季或冬季使用或者用于所有季节。

根据本发明的轮胎可以根据包括以下的方法制造：

-在至少一个成型鼓上形成生轮胎的部件；

-成型、模制和硫化该轮胎；

其中形成生轮胎的部件的至少一种包括：

-制造至少一种包含前面描述的可硫化弹性体组合物的生部件。

术语“生(green)”一般用来表示尚未硫化的材料、组合物、部件或轮胎。

附图简述

图1显示了用于车轮的轮胎的径向半截面。

图2报道了对比例5的具有针状形态的改性海泡石纤维F5的FESEM显微镜(场发射扫描电子显微镜，100000倍放大倍率)的显微图像。

图3显示了在根据已知方法，在受控条件下改性的具有针状形态的海泡石纤维F1(对比例1，图3A)和其中针状形态已丧失的通过剧烈酸处理改性的海泡石纤维F2a(对比例2a，图3B)的FESEM显微镜(100000倍放大倍率)显微图像。

图4(A和B)分别报道了根据对比例3和6的改性纤维F3和F6(提取的镁：-35％和-20％)的显微图像(FESEM，50000倍放大倍率)。

图5报道了根据本发明的实施例8和9的方法的改性纤维F8和F9的显微图像(FESEM，30000倍放大倍率)。

图6报道了天然未改性海泡石F-SE的样品(对比)和通过如对比例5所述的温和酸处理改性的海泡石F5的样品的XRD衍射图。

图7报道了如对比例1改性的海泡石纤维F1的样品、如对比例2a改性的对比样品F2a和未改性海泡石纤维F-SE在4°至14°的2θ范围内的XRD衍射图。

图8报道了根据本发明实施例8和9，在受控pH下逐渐酸处理改性的海泡石F8和F9的样品的XRD衍射图。

图9A显示了对比例5的具有针状形态的改性海泡石纤维F5和原始未改性海泡石纤维F-SE的样品的ATR-IR图。

图9B显示了市售二氧化硅(SIL)、未改性海泡石纤维(F-SE)、对比例1的改性纤维(F1)和对比例2a(F2a)的样品的ATR-IR图的重要部分。

图10A显示了根据本发明实施例8和9的具有针状形态的改性海泡石纤维F8和F9的样品的ATR-IR图。

图10B显示了相对于根据本发明实施例8和9的改性纤维F8和F9的样品，在图10A中报道的ATR-IR图的重要部分。

图11报道了天然未改性海泡石F-SE的样品(对比)和其中针状形态保留但晶体结构丧失的通过剧烈酸处理改性的对比海泡石F2b(在实施例2b中制备)的样品的XRD衍射图。

图12(A和B)报道了包括未改性海泡石纤维F-SE(V-MO)和根据对比例5改性的海泡石纤维F5(V-MP)的弹性体材料样品在增加的变形下的动态弹性模量和tgδ的渐变。

图13是包含根据对比例6的改性海泡石纤维F6的硫化的弹性体组合物(V-MJ实施例15)的薄截面的STEM(扫描透射电子显微镜)图像。

图14是包含根据对比例5的改性海泡石纤维F5的硫化的弹性体组合物(V-MI实施例15)的薄截面的STEM图像。

图15报道根据本发明的方法，在逐渐添加酸(ml酸，此处以ml H⁺形式表示)的过程中，随着反应进展，介质pH的渐变。

具体实施方式

本文以下列出了仅仅以非限制性实施例形式提供的本发明的若干实施方案的描述。

图1显示了用于车轮的轮胎的径向半截面。

在图1中，“a”表示轴向，和“X”表示径向，特别是X-X表示赤道平面的轮廓。为了简单起见，图1仅示出轮胎的一部分，未示出的剩余部分是相同的且相对于赤道平面“X-X”对称地布置。

用于四轮车辆的轮胎100包括至少一个胎体结构，所述胎体结构包括至少一个胎体层101，所述胎体层101具有分别相对的端部折片(flap)，所述端部折片与相应的称为胎圈芯的环形锚定结构102接合，所述胎圈芯可能与填充胶条104相关联。

胎体层101任选地由弹性体组合物制成。

包括胎圈芯102和填充胶条104的轮胎区域形成用于将轮胎锚定到相应的安装轮辋(未示出)上的胎圈结构103。

胎体结构通常是径向型的，即，至少一个胎体层101的增强元件位于包括轮胎的旋转轴线并且基本上垂直于轮胎的赤道平面的平面上。所述增强元件通常由纺织帘线组成，如人造丝、尼龙、聚酯(例如聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN))。每个胎圈结构通过将围绕环形锚定结构102的至少一个胎体层101的相对的侧面边缘向后折，以便形成如图1所示的所谓的胎体折片101a而与胎体结构相关联。

在一个实施方案中，可由第二胎体层(图1中未示出)提供胎体结构和胎圈结构之间的联接，该第二胎体层相对于第一胎体层在轴向外部位置施加。

任选地由弹性体组合物制成的胎圈保护层105布置在每个胎圈结构103的外部位置。

胎体结构与带束结构106相关联，所述带束结构106包括一个或多个相对于彼此和相对于胎体层径向叠加放置的带束层106a、106b，所述带束层106a、106b典型地具有增强帘线，该增强帘线是加入到硫化的弹性体材料层内的纺织和/或金属。

这种增强帘线可以相对于轮胎100的周向延伸方向具有交叉取向。“周向”方向是指通常朝向轮胎的旋转方向的方向。

通常称为“0°带束”的至少一个零度增强层106c可以相对于带束层106a、106b在径向更外侧的位置施加，并且涂覆有硫化的弹性体材料，所述带束层106a、106b通常掺入沿基本上周向方向取向的多个细长的增强元件，典型地为金属或纺织帘线，从而相对于平行于轮胎的赤道平面的方向形成几度的角(例如约0°至6°的角)。

由硫化的弹性体材料制造的胎冠109被施加在相对于带束结构106在径向外部的位置。

此外，由硫化的弹性体材料制成的相应胎壁108被施加在胎体结构的侧表面上的轴向外部位置，各自从胎面109的侧面边缘之一延伸一直到相应胎圈结构103处。

在径向外部位置，胎冠109具有拟用于与地面接触的滚动表面109a。通过横向槽口(图1中未示出)连接以限定分布在滚动表面109a上的各种形状和尺寸的多个块的周向凹槽通常在该表面109a上形成，为了简便起见其在图1中示出为光滑的。

硫化的弹性体材料的底层111可以布置在带束结构106和胎冠109之间。

可以任选地在胎壁108和胎冠109之间的连接区域中存在由弹性体组合物110组成的带，通常称为由硫化的弹性体材料制造的“微型胎壁”，该微型胎壁通常如下来获得，通过与胎冠109共挤出并且允许改进胎冠109和胎壁108之间的机械相互作用。优选地，胎壁108的端部直接覆盖胎冠109的侧面边缘。

在无内胎的轮胎的情况下，也可以在相对于胎体层101的径向内部位置提供通常称为“衬里”的橡胶层112，其对轮胎的充气提供必要的不渗透性。

通过给胎圈结构103配备通常称为“挡板(flipper)”或另外的带状插入件的增强层120，可以改进轮胎胎壁108的刚性。

挡板120是增强层，其缠绕在相应的胎圈芯102和填充胶条104周围以至少部分地围绕它们，所述增强层布置在至少一个胎体层101和胎圈结构103之间。通常，挡板与所述至少一个胎体层101和所述胎圈结构103接触。

挡板120典型地包括在硫化的弹性体材料层内掺入的多条纺织帘线。

轮胎的胎圈结构103可以包括通常以术语“胎圈包布”121或保护带已知并且具有提高胎圈结构103的刚性和完整性的功能的进一步的保护层。

胎圈包布121通常包括在硫化的弹性体材料的橡胶层内掺入的多条帘线。这种帘线通常由纺织材料(例如芳族聚酰胺或人造丝)或金属材料(例如钢丝帘线)制成。

弹性体材料层或胶片可以布置在带束结构和胎体结构之间。所述层可以具有均匀的厚度。备选地，该层可以在轴向上具有可变的厚度。例如，相对于中心(冠)区，该层可以在靠近其轴向外部边缘处具有更大的厚度。

有利地，该层或胶片可在基本对应于所述带束结构的延伸表面的表面上延伸。

在优选的实施方案中，由如上所述的弹性体材料制成的层或胶片可以放置在所述带束结构和所述胎冠之间，所述另外的层或胶片优选地在基本对应于所述带束结构的延伸表面的表面上延伸。

根据本发明的弹性体组合物可有利地掺入到选自下述中的一个或多个轮胎部件中：带束结构、胎体结构、胎冠、底层、胎壁、微型胎壁、胎壁插入件、胎圈、挡板、胎圈包布、胶片和胎圈保护层。

根据本发明的弹性体组合物可以包含至少：

(a)100phr的至少一种二烯弹性体聚合物；

(b)1至80phr包含重量3.8％至12％镁的纳米尺寸的改性硅酸盐纤维，其具有基本上保留的针状形态；

所述改性纤维可通过包括以下的方法获得：

-提供包含镁离子的纳米尺寸的针状形态的硅酸盐纤维，

-将所述纤维悬浮在液体介质中，

-将至少一种酸化合物添加到悬浮液中，使介质的pH达到2至4，

-通过进一步添加酸，使得反应进行，维持介质的pH达到2至4，直到从纤维提取10wt％至70wt％的镁，基本上保留其晶体结构和针状形态，和

-将如此改性的纤维与液体介质分离；

(c)0至120phr的标准增强填料；

(e)0.1至15phr的硫化剂，和

(d)0至20phr的偶联剂。

根据未示出的实施方案，轮胎可以是用于摩托车车轮的轮胎，其典型地是具有以高横向曲率为标志的直线截面的轮胎。

根据未示出的实施方案，轮胎可以是用于重型运输车轮的轮胎，例如卡车、公共汽车、拖车、货车，并且通常用于轮胎经受高负载的车辆。

优选地，这种轮胎适于安装在用于定向轮或拖车轮的直径等于或大于17.5英寸的轮辋上。

现在提供以下实施例以更好地说明本发明。

用于分析表征纤维的方法

采用以下一种或多种分析技术，表征随后掺入对比弹性体材料和根据本发明的弹性体材料中的原始纤维、在剧烈酸性条件下改性的纤维(对比例2a和2b，对比纤维)和在受控酸性条件下改性的硅烷化和非硅烷化纤维(对比例3-7和本发明的实施例8和9)：

通过X射线荧光光谱法测定纤维中存在的镁(XRF光谱法)：使用Bruker AXS S4Pioneer XRF分光光度计，在环境温度下操作。通过将粉末放置在暴露于直径为34mm的入射辐射具有窗口的样品架中，采用4微米聚丙烯膜覆盖来分析样品。使用仪器中预设的无标采集程序“Fast-He34.mm”，并用S4tools软件处理数据，使用式Si₆H₁₄O₂₃作为计算基体，在减压下在氦气中进行测量。为了更高的精度，只对当在TGA中进行高达800℃的氧化处理不分解的组分进行镁的测定，如对比例5中更好地解释。

最后，如对比例5所示，基于采用相同的方法测定的起始纤维中存在的镁的量来计算镁的提取百分比。

通过配位滴定测量的在酸反应介质中的Mg量

根据文献(“Preparation of Silica by Acid Dissolution of sepiolite andStudy of its reinforcing effect in Elastomers”,Die Angewandte Makrom Chemie(1982)，103，51-60)，通过使用EDTA配位滴定法，测量反应介质中提取的镁。

在典型的程序中，将500μL的过滤母液用100mL蒸馏水稀释，并用4mL缓冲溶液处理，所述缓冲溶液通过将5.4g的NH₄Cl溶解在60mL蒸馏水和35mL的29wt％NH₃水溶液中获得。然后将2滴在1％甲醇溶液中的铬黑T添加到缓冲溶液中。将该溶液加热至40-50℃，并用0:01M的EDTA二钠滴定直到溶液颜色的变化。考虑到去除的上清液的量和反应混合物中液体的总体积，由缓冲溶液中镁的滴定度计算总的提取的镁。

然后基于反应的含镁纤维的初始重量，并且基于通过硅酸镁的分子式计算的这样纤维中的Mg的初始百分比，计算提取的Mg的百分比。

场发射扫描电子显微镜FESEM：在高真空配置下使用Vega TS5136XM Tescan显微镜观察对比例5(图2)和根据本发明实施例8和9(图5)的样品的粉末。电子束的激发为30kV和电流为25pA。在SEM分析之前，将样品用胶带附着到金属靶上，并经受金溅射以改进通过材料的电子的导电性。

在对比例1和2(图3)和对比例3和6(图4)的情况下，使用FESEM Ultra Plus Zeiss显微镜，Gemini柱在InLens模式下(电子束激发为3.0至5.0KV，工作距离为2.7至4.3mm)，观察样品。

如此制备样品：将0.005g纤维分散在50mL由水和乙醇以比例8:2的混合物组成的溶液中，与200ppm的Nonidet P40(购自Sigma-Aldrich的表面活性剂)混合用于采用超声波浸渍处理15分钟。通过以1000g/m的离心分离纤维20分钟，并在烘箱中在100℃下干燥3小时。

硫化的弹性体材料的STEM表征：在InLens模式下(电子束的激发为30kV，工作距离2mm)，在寒冷条件下(-120℃)，使用FESEM Ultra Plus Zeiss显微镜，Gemini柱，在超薄切片机的薄截面(50nm)上进行观察。

X射线衍射(XRPD)：使用Bruker D8Avance衍射仪(Cu K-α辐射)，在2θ一直到260的范围内记录XRD衍射图，且△(2θ)＝0.02，每次采集之间的间隔为4s。

热重分析(TGA)：使用装置Mettler Toledo TGA/DSC1Star-e系统，在150至800℃的温度范围内进行重量损失曲线的测定。使用温度程序，进行测量，该程序涉及提供有惰性气体的步骤(在氮气流中从25斜升到150℃和150℃的平台)和氧化步骤(在干燥空气流中从150℃斜升到800℃)。

衰减全反射红外光谱ATR-IR：采用Perkin Elmer Spectrum 100(1cm^-1分辨率，时间间隔650至4000cm^-1，16次扫描)进行测量。该分析技术允许容易地区分原始海泡石纤维F-SE和根据本方法改性的那些，其特征在于与在1040-1300cm^-1范围内显示非常强烈的信号的商业二氧化硅相比，在两个解析的信号中或甚至在单一频带中在850-1040cm^-1范围内更强烈的信号。

纤维的制备

对比例1

具有针状形态的改性海泡石纤维F1的制备(水性环境，部分提取镁)

使用以下材料制备改性海泡石纤维：

海泡石Pangel S9(5g)

3M的HCl水溶液(50mL)

工序

在250mL玻璃烧瓶中，将海泡石(5g)悬浮在50mL酸溶液中，并在60℃的油浴中在搅拌下加热10分钟。

然后将该悬浮液在Buchner上过滤。固体用大量去离子水(约1.5-2L)洗涤，直到洗涤水不含氯离子(AgNO3测试)。配位滴定分析表明，在过滤母液中存在31％的理论上存在于起始硅酸盐中的镁。

将回收的固体最终在70℃的烘箱中干燥120小时。改性纤维的XRF分析表明镁的提取等于33％，很好地符合配位滴定数据。

从图3A所报道的显微镜检查推导出，纤维的形态基本上被保留。此外，图7中的衍射图和图9B中的IR光谱证实基本保留了样品的晶体结构。

特别地，为了评估结晶度的保留，在IR光谱中，测量在850至1040cm^-1的范围内(晶体结构的典型信号的区域)以及在1040至1300cm^-1的范围内(无定形结构的典型信号的区域)的四个曲线下的面积，具有以下结果：

材料	SIL	F-SE	F1	F2a	F8	F9
							面积1(850-1040cm<sup>-1</sup>)	2.7	11.6	7.6	4.7	11.4	10.7
面积2(1040-1300cm<sup>-1</sup>)	11.7	2.9	4.6	11.0	10.8	9.4
							面积1/面积2之比	0.23	4	1.65	0.43	1.06	1.15

从以上计算的面积之间的比值可以看出，对比例1的海泡石纤维显示基本保留了晶体结构(比率>0.8)，而下述对比例2a的改性海泡石纤维基本上丧失了结晶度(比率<0.8)。在根据本文以下在实施例8和9中描述的本发明方法制备的纤维F8和F9上进行相同的评价，证实了维持晶体结构。

对比例2a

改性海泡石纤维F2a的制备(水性环境，镁的总提取)

该实施例基本上再现了文献中描述的方法以通过海泡石纤维的彻底的酸处理来生成无定形二氧化硅。

特别地，重复对比例1的工序，但在相同条件下继续反应总共70分钟。

在该方法结束时，镁提取是高的(根据XRF方法为95％)，并且纤维的形态不再是针状，如图3B中的FE-SEM图像可见。此外，如图7所报道的衍射图和图9B中的IR光谱所示，晶体结构基本上丧失。随后将由此获得的无定形二氧化硅掺入到弹性体材料中并用作比较项。

从图7中的XRD衍射图推导出，在对比例2a的样品中，6°-8°的峰(结晶有序性的特征)完全丧失，而在对比例1的样品中似乎大部分得到保留。

对比例2b

改性海泡石纤维F2b的制备(水性环境，镁离子的总提取)

该实施例基本上再现了文献中描述的方法以通过海泡石纤维的彻底的酸处理来生成无定形二氧化硅。

特别地，在出版物“Preparation of Silica by Acid Dissolution ofSepiolite and Study of its Reinforcing Effect in Elastomers”中报道的工序在相同条件(60℃，5N HNO₃)下重复。

在该方法结束时，镁离子的提取高(根据XRF方法为97％)，但是纤维的形态基本上保持针状。然而，如图11所报道的衍射图所示，晶体结构基本上丧失。随后将由此获得的无定形针状二氧化硅掺入弹性体材料中并用作比较项。

从图11的XRD衍射图推导出，在实施例2b的样品中，6°-8°的峰(结晶有序性的特征(峰F-SE))完全丧失。

对比例3

改性海泡石纤维F3的制备(醇环境，部分提取镁)

通过使用以下材料，制备改性海泡石纤维：

海泡石Pangel S9(120g)

异丙醇(1.2L)

HCl水溶液，37wt％(480mL)

去离子水(3L)

NH₃水溶液，29wt％

工序

将120g海泡石Pangel S9装入配备有机械搅拌器和回流的3升二颈烧瓶中，并浸入80℃的油浴中。加入1.2L在65℃下预热的异丙醇和以600rpm搅拌混合物15分钟。加入480mL的37wt％HCl水溶液。将混合物在65℃下在搅拌下保持120分钟，然后在Buchner上过滤。将固体悬浮于2L去离子水中。然后加入29wt％的NH₃水溶液，直到达到7.0±0.2的pH。在Buchner上收集固体并用1L去离子水洗涤，然后在120℃的烘箱中干燥72小时。

根据产物样品的XRF分析，导致提取了35wt％的镁。

在显微镜观察(图4A)中，样品保留了海泡石纤维的形态。IR分析显示主要信号在未改性海泡石纤维的特征区域中的850和1040cm^-1之间，而不是在无定形二氧化硅的典型信号区域1040和1300cm^-1之间，这是基本保留晶体结构的指示。

对比例4

改性海泡石纤维F4的制备(醇环境，存在硅烷化剂，部分提取镁)

通过使用以下材料，制备改性海泡石纤维：

海泡石Pangel S9(120g)

双[3-(三乙氧基甲硅烷基)丙基]四硫化物TESPT(64.7g)

异丙醇(1.2L)

HCl水溶液，37wt％(480mL)

去离子水(3L)

NH₃水溶液，29wt％

工序

将120g海泡石Pangel S9装入配备有机械搅拌器和回流的3升二颈烧瓶中，并浸入80℃的油浴中。加入1.2L在65℃下预热的异丙醇，混合物以600rpm搅拌15分钟。加入64.7g的TESPT，然后加入480mL 37wt％的HCl水溶液。将混合物在65℃下在搅拌下保持120分钟，然后在Buchner上过滤。将固体悬浮于2L去离子水中。然后加入29wt％的NH₃溶液，直到达到7.0±0.2的pH。在Buchner上收集固体，用1L去离子水洗涤，并在120℃的烘箱中干燥72小时。

根据产物样品的XRF分析，导致提取了35wt％的镁。配位滴定分析表明，在过滤母液中存在32％的理论上存在于起始硅酸盐中的镁。结果与XRF数据非常一致。

在显微镜观察下，样品保留了海泡石纤维的形态。IR分析显示主要信号在未改性海泡石纤维的特征区域中的850和1040cm^-1之间(这是基本保留晶体结构的指示)，而不是在无定形二氧化硅的典型信号区域1040和1300cm^-1之间。

对比例5

改性海泡石纤维F5的制备(醇环境，存在硫硅烷化剂，部分提取镁)

通过使用以下材料，制备改性海泡石纤维：

由Tolsa提供的海泡石Pangel S9(海泡石)

由Aldrich提供的TESPT双[3-(三乙氧基甲硅烷基)丙基]四硫化物、异丙醇和37％盐酸水溶液

29wt％的NH₃水溶液用于改性纤维的最终中和，和去离子水用于洗涤。

工序

在反应烧瓶中，将120g海泡石在65℃下悬浮在1200mL异丙醇中。在剧烈搅拌10分钟(800rpm，机械搅拌)后，加入13克TESPT，然后加入96毫升37％盐酸水溶液。

在剧烈搅拌(600rpm)下，在65℃下，放置72小时。

在Buchner上过滤反应混合物，并将固体悬浮于2L去离子水中。然后加入29wt％的NH₃溶液，直到达到7.0±0.2的pH。在Buchner上收集固体，用1L去离子水洗涤，并在120℃的烘箱中干燥48小时。

通过使用以下技术，对由此获得的粉末(改性纤维)进行表征，并与原始海泡石纤维进行比较，并具有以下结果：

FE-SEM显微镜评估(图2):

图2示出了对比例5的纳米尺寸的针状改性海泡石纤维。这些纤维的平均直径为20±5nm，和长度为460±400nm，并且长径比为约23±10。

XRD分析(图6)

根据对比例5的改性海泡石(F5)和原始未改性海泡石(F-SE)的XRD分析表明，在受控酸性条件下的处理不显著改变海泡石的晶体结构。事实上，原始海泡石(Pangel S9)的典型衍射图与改性海泡石样品的典型衍射图十分相当，尤其海泡石特有的在2θ为7.5°处的峰是可以识别的。对于根据本发明F8和F9的样品来说，类似考虑结果也是真实的(图8)。

热重分析TGA

在TGA(150至800℃)期间的重量损失对于原始未改性海泡石样品(F-SE)计算为等于6.5wt％，对于在受控酸性条件下处理的对比例5的硅烷化样品(F5)计算为等于17.6wt％。

ATR-IR光谱分析(图9A和9B)

将原始未改性海泡石F-SE和在对比例5的受控条件下改性的海泡石F5的样品进行IR分析，以评价受控酸处理诱导的化学改性。

从图9A可以看出，两个图表大体上是非常相似的：均显示了由于连接到镁(3500-3700cm^-1)和硅(3760-3730cm^-1)的OH基团的键伸缩引起的信号，以及硅酸镁如海泡石和根据本发明方法的类似的改性海泡石纤维典型的在约1000cm^-1处的Si-O键伸缩(SiOSi和SiOMg伸缩)的双峰。

而图9B显示了市售二氧化硅(SIL)、未改性海泡石(F-SE)、通过对比例1部分提取镁的改性海泡石(F1)和通过对比例2a完全提取镁的改性海泡石(F2a)的IR光谱的细节。

可以观察到，对比例1的样品，如未改性海泡石的样品，在850和1040cm^-1之间显示强吸收，而市售二氧化硅和提取了约95％的Mg的样品F2a在1040和1300cm^-1之间产生更强峰。在根据本发明的样品F8和F9上进行的相同IR分析(图10)表明，相对于在1040和1300cm^-1之间的那些，在850和1040cm^-1之间的范围内的主要信号是基本保留晶体结构的指示。

通过配位滴定测定镁

通过在过滤母液上的配位滴定，进行从纤维中提取的镁的量的测定：将500μL过滤母液用100mL蒸馏水稀释，并用4mL缓冲溶液处理，所述缓冲溶液通过将5.4g的NH₄Cl溶于60mL蒸馏水和35mL 29wt％的NH₃水溶液中而获得。

将2滴在1％甲醇溶液中的铬黑T加入到缓冲溶液中。将溶液加热至40-50℃后，用0:01M的EDTA二钠滴定直到溶液颜色变化。考虑到去除的上清液的量(500μL)和反应混合物中的总液体体积(1296mL)，由缓冲溶液中的镁滴定度计算提取的镁。

然后基于反应的含镁纤维的初始量(120g)和通过由硅酸镁Mg₄Si₆O₁₅(OH)₂(H₂O)₆的分子式计算的这些纤维中的Mg的初始百分比(即，镁的起始重量的15％)，计算提取的Mg的百分比。

提取的Mg的百分比等于初始存在的Mg的25％。

通过XRF光谱测定镁

通过XRF分析，测定受控酸处理之前(样品F-SE，海泡石原样)和之后(样品F5，如上所述处理的样品)，纤维中的镁的量。

这些分析的结果如下表1所示。

表1

为了更高的准确度，在TGA后计算出的样品，即仅其干燥无机组分的镁量分别地—对于海泡石F-SE样品等于93.5％和对于改性海泡石F5等于82.4％—其在800℃下的氧化处理也不分解。从该表中的数据可以观察到，经受根据对比方法的受控酸处理的样品(F5)中的残留镁量较低(10.4％)，且等于初始量的约74％。因此，酸处理从海泡石纤维中除去了26％的镁，保留了硅酸盐的原始结构，如图6中的XRD光谱和图9A中的IR光谱所证明的。根据该方法计算的粉末的镁提取数据与过滤母液中获得的配位滴定数据非常一致。

对比例6

改性海泡石纤维F6的制备(水性环境，部分提取镁)

通过使用以下材料，制备改性海泡石纤维：

海泡石Pangel S9(120g)

1M HCl水溶液(1.45L)

去离子水(2L)

NH₃水溶液，29wt％

工序

将120g海泡石Pangel S9装入配备有机械搅拌器的3升二颈烧瓶中。加入1.45L的1M HCl，混合物在23℃下以600rpm搅拌60分钟，然后在Buchner上过滤。将固体悬浮于2L去离子水中。然后加入29wt％的NH₃溶液，直到达到7.0±0.2的pH。在Buchner上收集固体并用1L去离子水洗涤，然后在120℃的烘箱中干燥72小时。

根据产物样品的XRF分析，导致提取了20wt％的镁。

在显微镜观察下(图4B)，样品保留了海泡石纤维的针状形态。

在850-1300cm^-1区域中的IR分析显示850和1040cm^-1之间的信号比1040和1300cm^-1之间的信号更占优势，这是基本保留了晶体结构的指示。

对比例7

改性海泡石纤维F7的制备(醇环境，存在非硫硅烷化剂，部分提取镁)

通过使用以下材料，制备改性海泡石纤维：

由Tolsa提供的海泡石Pangel S9(海泡石)

Me₂Si(EtO)₂二甲基二乙氧基硅烷，

异丙醇，

37％盐酸水溶液

29wt％的NH₃溶液用于改性纤维的最终中和，和去离子水用于洗涤。

工序

在反应烧瓶中，在65℃下，将120g海泡石悬浮在1200mL异丙醇中。在剧烈搅拌10分钟(800rpm，机械搅拌)后，加入35.6g的Me₂Si(EtO)₂，然后加入480mL的37％盐酸水溶液。

将混合物在65℃下在搅拌下保持120分钟，然后在Buchner上过滤。将固体悬浮于2L去离子水中。然后加入29wt％的NH₃溶液直到达到7.0±0.2的pH。在Buchner上收集固体，用1L去离子水洗涤，并在120℃的烘箱中干燥72小时。

根据产物样品的XRF分析，导致提取了28wt％的镁。

在显微镜观察下，样品保留了海泡石纤维的形态。在850-1300cm^-1区域中的IR分析显示850和1040cm^-1之间的信号比1040和1300cm^-1之间的信号更占优势，这是基本上保留了晶体结构的指示。

实施例8(本发明)：

通过受控pH的酸处理改性的具有针状形态的海泡石纤维F8的制备

在3升反应器中，在70℃下在机械搅拌(400rpm)下，将100g海泡石Pangel S9悬浮在1500ml去离子水中。采用由pH计驱动的自动仪，在70℃下在7小时的时间段内加入31ml的37％盐酸水溶液，维持pH为约3.0±0.1。然后过滤该悬浮液，用去离子水洗涤过滤的固体直到pH 7并在100℃的烘箱中干燥48h。

根据产物样品的XRF分析，导致提取了33.3％重量的镁。在显微镜观察(图5)下，样品保留了海泡石纤维的形态。在850-1300cm^-1区域内的IR分析(图10)表明在850和1040cm^-1之间的信号比在1040和1300cm^-1之间的信号更占优势，这是基本上保留了晶体结构的指示，其中发现起始材料的晶体结构的典型信号在XRD分析中证实的数据(图8)。

通过比较根据本发明的方法采用实施例8获得的结果与对比例1、2a和2b的结果(它们以起始添加所有酸和介质的pH远低于2为标志)，观察到如果溶剂相同且采用相当的温度，则本发明的方法允许从纤维中以所需的量(-33％)有效地去除镁，且不必如对比例1中所示的在短时间内(10分钟)终止反应(这在工业上是非常不实际的)，且甚至在反应7小时之后没有过量消耗镁的风险，这种过量消耗镁的风险在对比例2a的情况下仅仅在70分钟之后验证(-95％)。

实施例9(本发明)：

通过受控pH的酸处理改性的具有针状形态的衍生化海泡石纤维F9的制备

微量样品

在25℃下在磁搅拌下将6.81g衍生化的海泡石Pangel B5(Tolsa，在表面处用季铵盐有机改性的海泡石)悬浮在135ml去离子水中。在25℃下在2小时的时间段内加入2.8ml的1M盐酸水溶液，维持pH值为3.0±0.1。在图15中报道了随着时间(t，秒)流逝的酸体积(mlHCl)以及在反应介质中测量的pH值。

大规模

在3升反应器中，在70℃下，在磁搅拌(400rpm)下，将118g衍生化的海泡石PangelB5(Tolsa，在表面处用季铵盐有机改性的海泡石)悬浮在1500ml去离子水中。在70℃下在7小时的时间段内加入31ml的37％盐酸水溶液，维持pH为约3.0±0.1。

然后过滤该悬浮液，用去离子水洗涤过滤的固体，直到pH 7并在100℃的烘箱中干燥48h。

根据产物样品的XRF分析，导致提取了34.7％重量的镁。

在显微镜观察下样品保留了海泡石纤维的针状形态(图5)。

在850-1300cm^-1之间的IR分析(图10)表明在850和1040cm^-1范围内的信号比在1040和1300cm^-1之间的信号更占优势，这是基本上保留了晶体结构的指示。在其中发现起始材料的晶体结构的XRD分析中证实了这一数据(图8)。

此外，在其中有机改性的纤维用作起始材料的这一实施例中，针对实施例8中描述的方法报道的相同优点得到证实。特别地，根据本发明的方法证明甚至在工业规模上，在采用正常的钢装置情况下，可容易实现。

表2的下述概述参照相应的实施例(生材料和硫化材料)，报道了纤维制备的实施例，所提取的镁量，纤维在其内掺入的弹性体材料：

表2

弹性体材料(M)的制备

根据如本文所述的模式，制备以下实施例的可硫化弹性体材料。各种组分的量以phr显示。

除了硫和硫化促进剂(TBBS)之外，将所有组分在密炼机(Brabender或Banbury)中混合约5分钟(1a步骤)。一旦温度达到145℃±5℃，卸载弹性体材料。加入硫和促进剂(TBBS)，并在敞口辊式混合器中进行混合(2a步骤)。

实施例10

包含改性海泡石纤维的标准可硫化弹性体材料(1)的制备

将根据对比例1改性的海泡石纤维F1与常规二氧化硅SIL一起掺入到用于轮胎部件的可硫化弹性体材料的标准组合物(1)中。将这些材料(MD)与包含标准填料的比较弹性体材料进行比较，特别是仅含有常规二氧化硅(MA中的SIL)或常规二氧化硅以及未改性海泡石纤维(MB中的F-SE)或常规二氧化硅以及在较剧烈的酸条件下处理的海泡石纤维(MC1中的F2a)，正如对比例2a所示。特别地，在材料(MB)、(MC1)和(MD)中，10phr常规二氧化硅分别被10phr未改性海泡石或通过剧烈酸处理改性的海泡石或通过温和处理改性的海泡石替代。

该实施例的弹性体材料包括适用于许多不同应用的标准组合物(1)，例如用于底层的弹性体材料(汽车和重型车辆)、软胎圈(重型车辆)、胎壁插入件(汽车)或胎壁，并且类似于胎面配方(重型车辆)。因此，这些弹性体材料所示的结果代表了用于通常填充有二氧化硅或二氧化硅和炭黑的轮胎部件的弹性体材料可获得的那些。

下表3显示了以phr计的对比的可硫化弹性体材料(MA)、(MB)、(MC1)和(MD)的组成：

表3

其中NR(天然橡胶)：天然橡胶；TESPT：双[3-(三乙氧基甲硅烷基)丙基]四硫化物；Zeosil 1115MK：沉淀的合成无定形二氧化硅(Rhodia)；海泡石：Pangel S9；ZnO：氧化锌；6-PPD：N-(1,3-二甲基丁基)-N′-苯基-对苯二胺；TBSS：N-叔丁基-2-苯并噻唑基次磺酰胺。

实施例11

包含改性海泡石纤维的用于内部应用的可硫化弹性体材料的制备

将根据对比例2b、3、4、5、6和7改性的海泡石纤维F2b、F3、F4、F5、F6和F7，和根据本发明实施例8和9改性的纤维F8，F9与炭黑和常规二氧化硅一起掺入到用于轮胎的内部组件，如胎壁插入件、胎圈或底层衬里的可硫化弹性体材料的组合物中。将这些对比材料(MC2)、(MG)、(MH)、(MI)、(MJ)和(MK)以及本发明的(MQ)和(MR)与相同但包含标准填料(对比)，特别是仅包含炭黑和常规二氧化硅(ME1)，或炭黑和常规二氧化硅以及未改性海泡石纤维(MF1)的弹性体材料比较。

使用具有切向转子的密炼机(Pomini PL 1.6)在三个步骤中进行混合：在第一步中，引入聚合物、填料和硅烷，并持续混合4-5分钟，直到达到135℃±5℃，此时卸载组合物。在12-24小时后，在第二步中，使用相同的混合器进行，将ZnO、TMQ和6-PPD引入，并持续混合约3分钟，直到达到125℃±5℃，此时卸载组合物。在12-24小时后，在第三步中，使用相同的混合器进行，引入TBBS和硫，并进行混合约2分钟，直到达到95℃±5℃，此时卸载组合物。

下表4a报道了以phr计的对比的可硫化弹性体材料(ME1)、(MF1)、(MC2)、(MG)、(MH)、(MI)、(MJ)和(MK)的组成：

表4a：对比例

其中BR(Nd)：(高顺式)钕聚丁二烯橡胶(Europrene 40Versalis)；IR：合成聚异戊二烯(由Nitzhnekamsk生产的SKI3)；硅烷：50％的TESPT：双[3-(三乙氧基甲硅烷基)丙基]四硫化物(在炭黑上)；CB：炭黑；Zeosil 1115MK：沉淀的合成无定形二氧化硅(Rhodia)；海泡石：Pangel S9(Tolsa)；ZnO：氧化锌；TMQ：聚合的2,2,4-三甲基-1,2-二氢喹啉；6-PPD：N-(1,3-二甲基丁基)-N'-苯基-对苯二胺；TBSS：N-叔丁基-2-苯并噻唑基次磺酰胺。

在对比材料(MF1)中，用7份海泡石代替10份二氧化硅。

在对比材料(MC2)中，如实施例2b所述，用7份改性海泡石代替10份二氧化硅。

在代替对比材料(MG)、(MH)、(MI)、(MJ)和(MK)的情况下，考虑到TGA中的样品重量损失，计算总是替代10phr的二氧化硅的待添加的改性海泡石的量，以便添加相当于7phr干燥无机组分的一定量的改性纤维，目的是获得具有相当硬度的共混物。下表4b报道了相对于对比材料(ME2)和(MF2)，以phr计的本发明可硫化弹性体材料的组合物(MQ)和(MR)。

表4b

对比组合物ME2和MF2区别于前面表4a中报道的组合物ME1和MF1在于硫含量较低。

这些组合物是胎侧覆盖条类型的专门共混物。在样品MF2、MQ和MR中，分别用7、7.5或8.5phr本发明实施例8和9中描述的海泡石、改性海泡石替代10phr二氧化硅。基于实施例8和9中所描述的改性材料的TGA，计算在根据本发明的改性材料中组合物(MQ)和(MR)中所使用的量，正如以上针对组合物(MG)、(MH)、(MI)、(MJ)和(MK)所阐述的。

实施例12

包含改性海泡石纤维的用于胎面应用的可硫化弹性体材料的制备

根据对比例4改性的海泡石纤维F4(在硅烷化剂存在下的受控酸处理)和根据本发明实施例8和9的方法改性的纤维(F8和F9)与常规二氧化硅一起掺入到用于胎面(此处命名为胎面1)的可硫化弹性体材料的组合物中。将这些材料(对比的MN，根据本发明的MS和MT)与包含标准填料，特别是仅含有常规二氧化硅(ML1中的SIL)，或常规二氧化硅和未改性海泡石纤维(MM中的F-SE)的弹性体材料进行比较。

使用具有切向转子的密炼机(Pomini PL 1.6)在三个步骤中进行混合：在第一步中，引入聚合物、填料、硅烷、硬脂酸和TDAE油，并继续混合4-5分钟，直到达到140℃±5℃，此时卸载组合物。在12-24小时后，在第二步中，使用相同的混合器进行，引入ZnO和6-PPD，并且继续混合约3分钟，直到达到125℃±5℃，此时卸载组合物。在12-24小时后，在第三步中，使用相同的混合器进行，引入TBBS、TBZTD和硫，并且继续混合约2分钟，直到达到95℃±5℃，此时卸载组合物。

下表5a显示了以phr计的对比的可硫化弹性体材料(ML1)、(MM)和(MN)的组成：

表5a：对比例

其中BR(Nd)：(高顺式)钕聚丁二烯橡胶(Europrene 40Versalis)；S-SBR：来自Styron Europe GmbH的苯乙烯-丁二烯橡胶SLR 4630(油填充，在弹性体内含有73phr)；SI69：液体双[3-(三乙氧基甲硅烷基)丙基]四硫化物(Evonik)；Zeosil 1165MK：沉淀的合成无定形二氧化硅(Rhodia)；海泡石：Pangel S9(Tolsa)；TDAE：蒸馏的芳香油；ZnO：氧化锌；6-PPD：N-(1,3-二甲基丁基)-N'-苯基-对苯二胺；TBSS：N-叔丁基-2-苯并噻唑基次磺酰胺；TBZTD：四苄基秋兰姆二硫化物。

在材料(MM)中，将10份二氧化硅用7份海泡石代替。

在代替材料(MN)的情况下，考虑到TGA中样品的重量损失(对应于有机部分的损失(其在斜升至800℃中为28.5％))，计算出替代10phr二氧化硅的待添加的改性海泡石的量，以便添加相当于7phr的干燥无机组分的改性纤维量，目的是获得具有相当硬度的共混物。

下表5b报道了以phr计的可硫化弹性体材料(命名为胎面2)、对比(ML2)和本发明的(MS)和(MT)的组成：

表5b

其中微晶蜡：N-烷属烃的混合物，SER S.P.A.的Riowax BN01(臭氧保护)；TMQ：2,2,4-三甲基-1,2-二氢喹啉，Rubatan 184General Quimica SA(抗氧剂)；N-辛基吡咯烷酮是BASF的Surfadone LP 100；对于其他成分，参考表5a的关键组分。

这些组合物是胎面类型的专门共混物。在实施例MS和MT中，30phr二氧化硅分别用15或17phr本发明实施例8和9中所描述的改性海泡石替代。

实施例13

包含改性海泡石纤维的标准弹性体材料(2)的制备

将根据对比例5改性的海泡石纤维F5(在硅烷化剂存在下的受控酸处理)(36.4phr)作为单一填料掺入到用于可硫化弹性体材料的标准组合物(2)中。将这种对比材料(MP)与包含未改性海泡石纤维的弹性体材料(MO)进行比较。

下表6报道了以phr计的对比的可硫化弹性体材料(MO)和(MP)的组成：

表6

实施例13	MO对比	MP对比
			填料	海泡石	改性海泡石(Ex.5)
提取的Mg％	--	26％
			海泡石Pangel S9	35	--
改性海泡石Ex.5	--	36.4
			S-SBR	100	100
TESPD	2.8	--
			硬脂酸	0.85	0.85
ZnO	2.7	2.7
			6-PPD	1	1
硫	2	2
			CBS	1.5	1.5

其中S-SBR：来自Styron Europe GmbH的苯乙烯-丁二烯橡胶SLR 4630；TESPD：来自Aldrich的双(3-三乙氧基甲硅烷基丙基)二硫化物；6-PPD：N-(1,3-二甲基丁基)-N'-苯基-对苯二胺，来自Flexsys的Santoflex-6；硬脂酸：来自Undesa的Stearina TP8；硫：来自Zolfo Industria的S8(可溶性硫)；ZnO：来自Zincol Ossidi的氧化锌；CBS：N-环己基-2-苯并噻唑基次磺酰胺，来自Lanxess的Vulkacit CZ/C。

图12A报道了这些材料的模量G'的渐变图案(参见实施例17的详细描述)。

硫化的弹性体材料的制备和表征

硫化前述实施例中制备的弹性体材料，得到在其上进行分析表征以及静态和动态机械性能评估的试样。

除非另有说明，硫化在液压机内的模具中，在170℃和200巴的压力下进行约10分钟的时间。

在本说明书中，硫化的样品以起始生弹性体材料的相同的首字母命名，前面加上字母V(例如，名称为V-MK衍生物的硫化材料的样品来源于材料MK)。

静态机械性能根据ISO 37:2005标准在不同伸长率(50％、100％、300％)下，对于在170℃下硫化10分钟的弹性体材料的样品测量。在Dumbbell试样上进行拉伸试验。

动态机械性能通过使用流变仪Monsanto R.P.A.2000根据以下方法评价：通过在仪器“RPA”(170℃下，10分钟)中冲压样品的可硫化弹性体组合物及其硫化，获得重量在4.5至5.5g范围内的圆柱形试样。硫化的样品在70℃，10Hz频率，0.1％至10％变形下经受动态弹性剪切模量(G')的测量。

佩恩效应通过在10％和0.5％的剪切模量(G')之间的差异评估，除非另有说明。

此外，动态压缩模量根据以下方法使用Instron动态设备以压缩模式测量。对具有圆柱形(长度＝25mm；直径＝14mm)的交联材料的试件进行相对于预加载下的长度，振幅为±3.5％的动态正弦变形，其中频率为100Hz，所述试件以压缩预加载直到相对于初始长度纵向变形为25％，并在试验的整个持续时间内保持在预定温度(23℃或70℃)。

动态机械性能用动态弹性模量(E')和Tgδ(损耗因子)表示。

数值Tgδ计算为粘性动态模量(E")与弹性动态模量(E')之间的比值，其中二者均采用以上动态测量决定。

压缩期间的热产生和挠曲疲劳通过通过Goodrich挠度计根据ASTM D 623-07测量。该测试在于在受控条件下通过快速振荡使具有限定尺寸和形状的橡胶样品经受压缩应力。测量了温度的升高。特别地，测量温度的升高直到平衡温度。

在该方法中，通过具有高惯性的联动系统，在测试样品上施加限定的压缩负载，同时对样品施加额外的限定振幅的高频循环压缩。用热电偶测量测试样品底部的温度升高，以提供在样品挠曲期间产生的热量的指示。

模塑标准测试样品，其是直径为17.8mm和高度为25mm的圆筒。

测试条件为：偏移＝6.35mm；负载(在横梁上)＝216N；时间＝30分钟；温度＝23℃。30分钟后测试结束，此时测定样品的最终内部温度。

实施例14(标准1硫化的弹性体材料)

根据前述方法，对实施例10中制备并在170℃下硫化10分钟的对比弹性体材料(MA)、(MB)、(MC1)和(MD)进行静态和动态机械性能的测量，例外的是在用仪器“RPA”进行的剪切试验(G')中的动态变形范围为0.4％至35％，而不是0.1％-10％。下表7报道了四个对比样品的测量值：

表7

根据表7中报道的数据的分析，推导出通过用相同重量的未改性海泡石纤维F-SE替代标准弹性体组合物(1)(V-MA)中的二氧化硅等分试样，则获得具有更大增强，但滞后和佩恩效应更差的弹性体材料(V-MB)(参见tgδ和ΔG′(0.4-35％)/G′(0.4％)。

使用通过剧烈酸处理改性的海泡石纤维F2a(对比例V-MC1，在对比例2a中制备，其中提取95％的镁以及针状形态和晶体结构的丧失)，观察到静态特性和最重要的滞后(较高的tgδ)二者变差。

通过在弹性体材料内掺入根据对比的酸处理工艺，在开始时添加所有酸且介质pH低于2的改性海泡石纤维F1(V-MD)，观察到比包含未处理的海泡石(V-MB)的材料更低的滞后，并且与仅包含二氧化硅的材料(V-MA)相当的滞后，但是具有显著改进的佩恩效应和令人满意的静态特性。

如此获得了相对于标准弹性体材料1(V-MA)，具有相当的滞后但具有降低的佩恩效应的非常有利的弹性体材料。

此外，从表7中的数据可以看出，在剧烈酸条件F2a下处理(根据实施例2a)并掺入到这些参考弹性体材料(V-MC1)中的海泡石纤维涉及比商业二氧化硅(V-MA)更低的静态增强和高得多的滞后(与0.071相比，tgδ为0.082)：特别令人惊讶的是，未改性的起始海泡石(V-MB)和用酸彻底反应的产物(V-MC1)二者都诱导在材料中的较高的滞后，而通过对比的酸处理改性的海泡石F1测定到对比材料(V-MD)的滞后低于这两种参考材料。

实施例15(用于内部应用的硫化的弹性体材料)

根据上述方法使在实施例11中制备并在170℃下硫化10分钟的对比弹性体材料(ME1)、(MF1)、(MC2)、(MG)、(MH)、(MI)、(MJ)和(MK)经受静态和动态机械性能的测量。下表8a报道了八个对比样品的测量值：

表8a

根据表8a中报道的数据的分析，推导出通过用70wt％的未改性海泡石F-SE替代常规弹性体组合物(V-ME1)中的二氧化硅的等分试样，获得弹性体材料(V-MF1)，所述弹性体材料具有较高的静态增强和较大的拉伸性能，但下述增加：在压缩和剪切二者中在70℃下作为tgδ测量的滞后，作为在0.5％和10％的动态变形之间在70℃下的弹性剪切模量的差异测量的佩恩效应，和通过Goodrich测试测量的热产生，以及在Goodrich测试结束时测量的永久变形。

通过使用通过剧烈酸处理改性的海泡石纤维F2b(对比的V-MC2，实施例2b中制备的，具有97％镁提取，晶体结构丧失且针状形态保留)，观察到下述：通过参数Ca0.5、Ca1和CR测量的静态机械性能恶化以及通过参数E'测量的动态机械性能恶化，二者均相对于参考弹性体材料V-ME1和V-MF1以及相对于根据表8a中报道的对比弹性体材料。这种恶化表明用剧烈酸处理改性的这些纤维的增强能力较低。

根据Goodrich测试，人们还观察到最终内部温度高于包含二氧化硅的样品(V-ME1)和含改性海泡石的所有对比样品(V-MG、V-MH、V-MI、V-MJ、V-MK)，这表明不利的是，材料V-MC2在使用中产生更多的热。

最后，相对于对比样品，样品V-MC2的永久变形也较高。

相反地，通过在弹性体材料内掺入根据对比的酸处理，在硫硅烷化剂不存在(V-MG中的F3)或存在(V-MH中的F4)的情况下改性的具有35％的镁去除的海泡石纤维替代二氧化硅的等分试样，基本上保留了未改性海泡石的相同的静态和动态增强能力，和作为△硬度测量的热塑性得到进一步增强，但最重要的是，作为Tgδ测量的耗散性能在压缩和剪切测试二者中得到改进。

在对比样品V-MG和V-MH的情况下，在压缩试验中，在70℃下的Tgδ低了25％以上，这是由于通过改性的海泡石纤维F3和F4赋予了改进的滞后。这一结果是令人感兴趣的，如果考虑组合物改性小于6％重量的话。

为了进一步研究材料的耗散行为，根据Goodrich进行挠度(flexometry)测量。该表征技术对于评价具有不同滞后特性的化合物特别重要。根据ASTM D 623-07在类似于动态压缩试验的条件下进行该试验，但继续试验30分钟，设定固定的预载荷和动态变形，还进一步可能在测试结束时测量样品的温度。按照这一方式，人们获得了在压缩变形步骤期间由测试材料耗散的热量的指示，其与滞后行为和其模量直接相关：模量和滞后越高，则最终温度越高。

表8a报道了最终温度值：可以观察到，具有海泡石V-MF1和V-MC2的对比样品比对比样品V-ME1加热的高约8℃和4℃，而对比样品V-MH比对比V-ME1加热的低8℃，和因此比相应的V-MF1和V-MC2分别低16℃和12℃，若动态模量相同的话。在对比V-MG的情况下，与V-MF1相比温差为20℃，和与V-MC2相比温度差为16℃。

在Goodrich测试结束时测量的永久变形方面，也观察到显著改进。

包含其中在水中使用快速程序进行的镁的去除为20％的纤维(F6)的对比样品(V-MJ)显示出优异的静态和动态增强性能，高于具有未改性海泡石的样品的那些，从而保持与对比弹性体材料V-MF1相比以及与具有二氧化硅的对比弹性体材料V-ME1相比都降低的滞后。此外，Goodrich测试的行为证实了改进的动态行为，从而导致比参考物更低的最终温度，尽管增强水平很高。

可以关于对比样品V-MK进行与样品V-MJ类似的考虑，该样品V-MK包括其中用在具有非硫硅烷化剂的醇中的工序进行的镁的去除为28％的纤维。

包含在TESPT存在下和长时间的情况下通过在具有37％盐酸的异丙醇-水中的方法进行的镁的去除为26％的纤维(V-MI中的F5)的对比样品显示出优异的拉伸性能，与没有海泡石的对比V-ME1相比得到改进，保持类似的静态和动态增强性质，以及降低的滞后和佩恩效应，如Goodrich测试中的行为所示，其与参考物相比导致较低的最终温度，以及在Goodrich测试本身结束时测量的较低的永久变形。

在100000倍放大倍率的显微镜(STEM扫描透射电子显微镜表征，在寒冷条件，-120℃下，在超薄切片机的薄截面(50nm)上进行)下，观察对比的样品V-MJ和V-MI。从图13和图14的图像可以观察到，掺入弹性体基质中的改性海泡石纤维是清楚可见的，并且明显的是它们的长径比远高于三。

下表8b报道了针对对比的硫化样品V-ME2、V-MF2测量的数值和根据本发明V-MQ和V-MR的那些值：

表8b

根据表8b中报道的数据，可观察到，就动态模量E′和滞后(Tgδ)的平衡来说，根据本发明的材料V-MQ和V-MR比对比材料具有改进的动态-机械特性。

特别地，根据本发明的材料显示出较大的动态模量E′，考虑在防爆胎功能中是有利的，当轮胎行使放气时。这一性能使得本发明的材料在防爆轮胎的侧壁中用作填充胶条是尤其令人感兴趣的。

此外，根据采用IRHD方法在23℃至100℃之间测量的硬度差值，明显的是，根据本发明的样品的热稳定性得到改进。根据本发明的样品V-MQ和V-MR在硬度和与最佳模量vs滞后之比有关的△硬度之间具有有利的平衡。可以观察到，对比样品V-ME2和对比样品V-MF2任意一个都没有所有这些性能的有利组合(硬度vs△硬度以及高模量vs低滞后的平衡)。

实施例16(用于胎面应用的弹性体材料)

根据前面描述的方法，对实施例12中制备并在170℃下硫化10分钟的对比的弹性体材料(ML1)、(ML2)、(MM)和(MN)和根据本发明的(MS)和(MT)进行静态和动态机械性能的测量。

表9a报道了针对这三种对比样品测量的数值：

表9a(胎面1)

根据表9a中的数据的分析，推导出通过以比去除的二氧化硅甚至更小的量将根据对比的酸处理改性的海泡石纤维(V-MN)掺入到弹性体材料中(用9.79phr根据实施例12改性的纤维替代10phr二氧化硅，等于在800℃下7phr的无机残留物)，人们观察到与二氧化硅和未改性的海泡石相当或甚至更高的增强能力，以及良好的拉伸性能。在采用对比弹性体材料(V-MN)情况下，人们还观察到改进的热塑性(ΔIRHD)，但最重要的是在70℃下作为Tgδ测量的耗散特性显著改进。佩恩效应也得到了很大改进。

下表9b报道了针对对比样品(V-ML2)和针对本发明样品(V-MS)和(V-MT)测量的数值：

表9b(胎面2)

就动态模量和滞后的平衡来说，相对于参考材料V-ML2，根据本发明的材料(V-MS)和(V-MT)具有改进的动态-机械特性。

特别地，在本发明样品V-MS中，观察到模量增加和滞后下降，而在本发明样品V-MT(它因有机改性的起始海泡石纤维(Pangel B5)不同于前面的样品)中，然而人们观察到维持与滞后急剧下降相关的模量值。

此外，根据采用IRHD方法在23℃至100℃之间测量的硬度差值，显然的是，根据本发明的样品的热稳定性得到改进。

还通过在23℃至100℃之间，在动态模量中观察到的较小的变化(它从对比组合物V-ML2的2.46MPa变化到根据本发明组合物V-MS的2.24MPa)，证明机械性能对温度显示出较低依赖性的倾向，以便在根据本发明组合物V-MT的情况下达到1.96。

动态模量对温度的较低依赖性是在高难度条件，例如在粘附极限或者紧急操纵，例如刹车，其中胎面通常达到非常高温度条件时的驱动下，性能稳定的指示。

实施例17(标准2弹性体材料)

根据前面描述的方法，使包含未改性海泡石纤维F-SE的对比弹性体材料(MO)和包含在实施例13中制备并在170℃下硫化10分钟的从其中提取26％镁的海泡石纤维F5的根据本发明的弹性体材料(MP)经受动态机械性能的测量。

根据动态机械分析RPA，评估由未改性海泡石纤维(样品V-MO)和根据对比方法改性的海泡石纤维(样品V-MP)赋予的对硫化材料的增强效果，如图12A和12B中所报道的。

在图12A中，显示了相对于对比样品V-MO，对比样品V-MP的模量G'的变化随变形的变化相当有限，从而相对于变形，材料具有更大的稳定性，因此具有有限的佩恩效应。

图12B阐述了两种对比材料的滞后渐变图案：可以观察到，样品V-MP比包含未改性海泡石纤维的样品V-MO具有显著较低的tgδ值。考虑到在混合步骤中没有向样品V-MP中添加偶联剂，所以该数据是特别重要的。

总之，由对根据本发明的和对比的弹性体材料的样品进行的机械分析，推导出，根据本文所述的受控酸处理的改性纤维的存在明显地降低了弹性体材料的滞后，同时保持良好的增强。

这些机械性能使得根据本发明的弹性体材料特别适用于生产具有高增强和同时有限的滚动阻力的轮胎。

本发明的方法是尤其有利的，特别地当在工业水平下采用时，因为它允许使用由钢制造的常规的装置和设备，它可简单地在水中采用有限量的酸进行，和因此没有最后的中和步骤。此外，在这种条件下提取镁是逐渐的，因此该方法不要求严格控制时间，溶剂和持续监控镁的提取水平，以便终止反应，防止已知工艺出现的过度去除镁。

Claims (30)

1.一种用于轮胎部件的弹性体组合物，其至少包含：

(a)100phr的至少一种二烯弹性体聚合物；

(b)1至80phr包含3.8％至12％镁的纳米尺寸的改性硅酸盐纤维，其具有基本上保留的针状形态；

(c)0至120phr的标准增强填料；和

(d)0至20phr的偶联剂，

其中所述改性纤维可根据包括以下步骤的方法获得：

-提供包含镁的纳米尺寸的针状形态的硅酸盐纤维，

-将所述纤维悬浮在液体介质中，

-将至少一种酸化合物添加到悬浮液中，使介质的pH达到2至4，

-通过进一步添加酸，使得反应进行，维持介质的pH达到2至4，直到从纤维提取10wt％至70wt％的镁，基本上保留其晶体结构和针状形态，和

-将如此改性的纤维与液体介质分离。

2.根据权利要求1所述的组合物，其中介质的pH为2.5至3.5。

3.根据权利要求1或2所述的组合物，其中纳米尺寸的针状形态的所述改性硅酸盐纤维(b)具有至少2:1的长径比。

4.根据权利要求3所述的组合物，其中纳米尺寸的针状形态的所述改性硅酸盐纤维(b)具有至少3:1的长径比。

5.根据权利要求4所述的组合物，其中纳米尺寸的针状形态的所述改性硅酸盐纤维(b)具有至少5:1的长径比。

6.根据权利要求1所述的组合物，其中包含镁的纳米尺寸的针状形态的所述硅酸盐纤维是海泡石纤维。

7.根据权利要求1所述的组合物，其中纳米尺寸的针状形态的所述改性硅酸盐纤维(b)的存在量为1phr至60phr。

8.根据权利要求7所述的组合物，其中纳米尺寸的针状形态的所述改性硅酸盐纤维(b)的存在量为3phr至40phr。

9.根据权利要求8所述的组合物，其中纳米尺寸的针状形态的所述改性硅酸盐纤维(b)的存在量为5phr至30phr。

10.根据权利要求1所述的组合物，其包括选自炭黑、沉淀的无定形二氧化硅、天然来源的无定形二氧化硅、非改性硅酸盐纤维及其混合物中的标准增强填料(c)。

11.根据权利要求1所述的组合物，其包括含量为1phr至120phr的所述标准增强填料(c)。

12.根据权利要求11所述的组合物，其包括含量为20phr至90phr的所述标准增强填料(c)。

13.根据权利要求1所述的组合物，其中改性纤维(b)和标准填料(c)的总量为20phr至120phr。

14.根据权利要求13所述的组合物，其中改性纤维(b)和标准填料(c)的总量为30phr至90phr。

15.根据权利要求1所述的组合物，其中纳米尺寸的针状形态的所述改性硅酸盐纤维(b)包含9.5％至12％的镁。

16.根据权利要求1所述的弹性体组合物，其用于轮胎部件，进一步包括0.1至15phr的硫化剂(e)。

17.用于车轮的轮胎部件，其包括权利要求16的弹性体组合物，或者可通过将权利要求16的弹性体组合物进行至少部分硫化获得的至少部分硫化的材料。

18.根据权利要求17所述的轮胎部件，其选自胎面、底层、胎圈保护层、胎壁、胎壁插入件、微型胎壁、底层衬里、橡胶层、填充胶条和胶片。

19.用于车轮的轮胎，包括至少一种权利要求17或18的轮胎部件。

20.根据权利要求19所述的轮胎，其用于高性能车辆。

21.根据权利要求20所述的轮胎，其中所述高性能车辆是HP、SUV和UHP车辆。

22.纳米尺寸的针状形态的硅酸盐纤维的改性方法，其包括：

-提供含镁的纳米尺寸的针状形态的硅酸盐纤维；

-将所述纤维悬浮在合适的液体介质中，

-将至少一种酸化合物加入到悬浮液中，使得介质的pH达到2至4，

-通过进一步添加酸，使得反应进行，维持介质的pH达到2至4，直到从纤维提取10wt％至70wt％的镁，基本上保留其晶体结构和针状形态，和

-将如此改性的纤维与液体介质分离。

23.根据权利要求22所述的方法，其中介质的pH为2.5至3.5。

24.根据权利要求22或23所述的方法，其中所述纤维是海泡石纤维。

25.根据权利要求22所述的方法，其中所述合适的液体介质选自水、醇、醚、酮及其混合物。

26.根据权利要求22所述的方法，其中所述介质的pH为2.8至3.2。

27.根据权利要求22所述的方法，其中逐渐添加所述酸化合物，其用量使得在反应介质中其浓度不高于0.01N。

28.根据权利要求27所述的方法，其中逐渐添加所述酸化合物，其用量使得在反应介质中其浓度不高于0.005N。

29.根据权利要求22所述的方法，其中将硅烷化剂添加到纤维的悬浮液中，所述硅烷化剂选自双-(三乙氧基甲硅烷基丙基)二硫化物(TESPD)、双[3-(三乙氧基甲硅烷基)丙基]四硫化物(TESPT)、3-硫代-辛酰基-1-丙基三乙氧基硅烷(NXT)、Me₂Si(OEt)₂、Me₂PhSiCl、Ph₂SiCl₂。

30.根据权利要求22所述的方法，其中继续该反应直到从纤维提取不超过65wt％、60wt％、50wt％或40wt％的镁。

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