CN110330704A - 一种含季鏻苯乙烯树脂的高性能胎面橡胶组合物 - Google Patents

一种含季鏻苯乙烯树脂的高性能胎面橡胶组合物 Download PDF

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Abstract

本发明属于橡胶轮胎技术领域，具体涉及一种含季鏻苯乙烯树脂的高性能胎面橡胶组合物，所述胎面橡胶组合物包括生胶、白炭黑、季鏻苯乙烯树脂、苯乙烯树脂、硅烷及其他必须的橡胶助剂；同时，本发明还公开了含季鏻苯乙烯树脂的高性能胎面橡胶组合物的制备方法，该制备方法主要包括原料密炼、加入硫磺和促进剂之后进行开炼及静置后硫化处理三个步骤；本发明制得的含季鏻苯乙烯树脂的胎面橡胶组合物兼顾高抗滑湿性能和低滚动阻力，同时还具有优异的耐磨性能。

Description

一种含季鏻苯乙烯树脂的高性能胎面橡胶组合物
技术领域
本发明属于橡胶轮胎技术领域，具体涉及轮胎胎面抗滑性能和滚动阻力的改进。
背景技术
轮胎是在各种车辆或机械上装配的接地滚动的圆环形弹性橡胶制品。通常安装在金属轮辋上，能支承车身，缓冲外界冲击，实现与路面的接触并保证车辆的行驶性能。轮胎常在复杂和苛刻的条件下使用，它在行驶时承受着各种变形、负荷、力以及高低温作用，因此必须具有较高的承载性能、牵引性能、缓冲性能。同时，还要求具备高耐磨性和抗湿滑性能，以及低的滚动阻力与生热性。
苯乙烯树脂的应用是提高乘用车胎面橡胶抗湿滑性能的有效途径，但对降低滚动阻力没有明显作用。通过活性助剂提高白炭黑分散和增加白炭黑/橡胶界面相互作用可以有效降低滚动阻力，同时提高抗湿滑性。添加促进白炭黑分散和提高白炭黑/橡胶界面相互作用的活性助剂是提高胎面橡胶动态性能的常见方法。但是现有技术有以下难以解决的问题(1)小分子活性助剂多数为极性物质，与非极性橡胶的相容性差(分散差)，因此促进橡胶与白炭黑反应的效率较低；(2)添加苯乙烯树脂可以大幅提高抗湿滑性，但无法同时有效降低滚动阻力。与苯乙烯类树脂相比，现有小分子活性助剂往往对提高抗湿滑性不显著。此外，《橡胶纳米复合材料基础与应用》，张立群主编，化学工业出版社，2019；2.G.Heinrich,《The dynamics of tire tread compounds and their relationship to wet skidbehavior》,Physics of Polymer Networks.Springer.1992；3.A.K.Chandra,V.Bhandari,《Advances in Elastomers II》Springer,2013,pp.183-203.中指出提高橡胶抗滑湿性和降低滚动阻力是矛盾的，因此，现有技术中无法在提高胎面抗滑湿性的同时减低胎面的滚动阻力。
因此，发明提供了一种兼顾高抗湿滑性和低滚动阻力的橡胶组合物。
发明内容
本发明的目的是提供一种抗滑湿性能高及滚动阻力低的胎面组合物。
为实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案是：
一种含季鏻苯乙烯树脂的高性能胎面橡胶组合物，所述胎面橡胶组合物包括生胶、白炭黑、季鏻苯乙烯树脂、苯乙烯树脂、硅烷及其他必须的橡胶助剂。
优选的，所述季鏻苯乙烯树脂由苯乙烯树脂依次经过烷基化和季鏻化处理后所得。
优选的，所述生胶的质量份为100份，所述季鏻苯乙烯树脂和苯乙烯树脂的总质量份为5～20份，其中，季鏻苯乙烯树脂的质量份为0.5～5份。
优选的，所述生胶包括溶聚丁苯橡胶和顺丁橡胶。
优选的，所述其他橡胶助剂包括偶联剂、促进剂、硫磺、防老剂及分散剂。
一种含季鏻苯乙烯树脂的高性能胎面橡胶组合物的制备方法，主要包括以下步骤：
S1.将生胶、白炭黑、季鏻苯乙烯树脂、苯乙烯树脂、硅烷、除硫磺和促进剂之外的其他橡胶助剂进行密炼；
S2.将S1密炼完成后的原料加入开炼机中进行开炼，在开炼过程中加入硫磺和促进剂；
S3.将S2开炼后得到的混炼胶静置后进行硫化处理。
优选的，所述S1中的密炼温度为130～160℃，密炼时间为3～8min。
优选的，所述S2中在室温下进行开炼，开炼时间为4～7min。
优选的，所述S3中混炼胶的停放时间为24～48h。
本发明具有以下有益效果：由于季鏻化苯乙烯树脂与苯乙烯树脂具有优异的相容性，且季鏻化苯乙烯树脂的玻璃化转变温度略高于苯乙烯树脂，因此，季鏻化苯乙烯树脂与苯乙烯树脂的复配使用可以提高胎面橡胶的抗滑湿性。同时，由于季鏻盐与白炭黑的强相互作用可以高效分散白炭黑，且，季鏻化基团可以催化界面硅烷化，从而提高界面的相互作用。因此，季鏻苯乙烯树脂对白炭黑分散和促进界面硅烷化的效率显著高于一般的小分子季鏻盐。本发明制得的含季鏻苯乙烯树脂的胎面橡胶组合物兼顾高抗滑湿性能和低滚动阻力，同时还具有优异的耐磨性能。
具体实施方式
本发明中的季鏻苯乙烯树脂均由苯乙烯树脂依次经过烷基化和季鏻化处理后所得。
实施例一：季鏻苯乙烯树脂的制备
(1)傅氏烷基化反应：将苯乙烯树脂溶于极性溶剂，加入三氟甲磺酸搅拌均匀。将卤代-1-烯烃的极性溶剂溶液以一定的速度滴入上述溶液后，在氮气气氛下进行反应。产物(卤代树脂)用甲醇沉淀并洗涤。
其中，苯乙烯树脂是指α-甲基苯乙烯和苯乙烯的共聚物。
三氟甲磺酸的用量占苯乙烯树脂的10～40wt％。
极性溶剂是沸点为45～95℃的氯代烷烃，其与苯乙烯树脂的重量比为100：10～45。苯乙烯树脂与卤代-1-烯烃的摩尔比为1：0.3～0.85。其中，卤代-1-烯烃的结构通式是X-(CH2)n-CH＝CH2，其中X为氯、溴、碘，n的范围是2～9。卤代-1-烯烃的极性溶剂溶液的浓度为20～60g/ml，卤代-1-烯烃的滴加速度为0.5～4.5g/h。此过程中的反应温度为40～75℃，时间是20～65h。
此制备过程的化学反应式如下所示：
(2)季鏻化反应：将(1)反应得到的卤代树脂溶于氯代芳烃，加入三苯基膦，在氮气氛围下反应；反应产物用烷烃沉淀并洗涤即得到季鏻苯乙烯树脂。
其中，氯代芳烃的沸点为120～155℃，其与卤代树脂的重量比是100：10～45。卤代树脂与三苯基膦的摩尔比是1：1～2.5。混合物在氮气氛围下的反应温度是120～155℃，时间是20～120h。
所述烷烃是正己烷、正戊烷、环己烷或石油醚中的一种。
此制备过程的化学反应式如下所示：
本实施例制得的季鏻苯乙烯树脂包含以下结构单元：
实施例二：季鏻苯乙烯树脂A的制备
首先将13g苯乙烯树脂溶于75ml二氯丙烷，加入2g三氟甲磺酸并搅拌均匀。加热到45℃，然后将11.5g 5-溴-1-戊烯溶于30ml二氯丙烷，在氮气氛围下，缓慢滴入苯乙烯树脂溶液中，5h内滴完，最后继续反应48h，产物用甲醇沉淀并洗涤。
将第一步反应得到的产物称取18g溶于200ml氯苯，按照1：1.45的摩尔比加入三苯基膦，氮气氛围下135℃回流反应85h，产物用正戊烷沉淀并洗涤即得季鏻苯乙烯树脂A。
实施例三：季鏻苯乙烯树脂B的制备
首先将20g苯乙烯树脂溶于60ml三氯甲烷，加入2.8g三氟甲磺酸并搅拌均匀。加热到60℃，然后将7.6g 11-碘-1-十一烯溶于10ml三氯甲烷，在氮气氛围下，缓慢滴入苯乙烯树脂溶液中，2h内滴完，最后继续反应20h，产物用石油醚沉淀并洗涤。
将第一步反应得到的产物称取20g溶于200ml氯苯，按照1：1的摩尔比加入三苯基膦，氮气氛围下135℃回流反应120h，产物用正己烷沉淀并洗涤即得季鏻苯乙烯树脂B。
在实施例四和实施例五中，含季鏻苯乙烯树脂的高性能胎面橡胶组合物的配方如表1所示：
表1
实施例四：含季鏻苯乙烯树脂A的高性能胎面橡胶组合物的制备
将充油SSBR(VSL5025-2HM,TDAE 37.5％)、SSBR(T2003)、BR(BR9000)、沉淀法白炭黑(GR7000)、炭黑(N330)、硅烷(Si69)、苯乙烯树脂、季鏻苯乙烯树脂A、氧化锌、硬脂酸、二苯胍、N-(1,3-二甲基丁基)-N’-苯基对苯二胺及石蜡分别按表1中对比样1、样品1和样品2的配方加入密炼机中在150℃的条件下密炼4min；将密炼后的原料加入开炼机中室温开炼5min，开炼过程中分别按表1中对比样1、样品1和样品2的配方加入硫磺和N-叔丁基-2-苯并噻唑次磺酰胺；开炼完成后得到的混炼胶停放24h后，进行硫化处理即可得到分别得到对比样1、样品1和样品2。最后分别对对比样1、样品1和样品2的性能进行测试。
其性能测试情况如表2所示。其中，加入季鏻苯乙烯树脂A后胎面橡胶组合物的滚动阻力最大降低了29.6％，而胎面橡胶组合物的抗滑湿性提高了7％。因此，季鏻苯乙烯树脂A的加入可以在保持或提高胎面橡胶组合物抗滑湿性能的同时降低胎面橡胶组合物的滚动阻力，解决了提高橡胶抗滑湿性和降低滚动阻力相矛盾的技术问题，达到了在提高橡胶抗滑湿性能的同时降低橡胶滚动阻力的技术效果，获得了高性能的胎面橡胶组合物。
实施例五：含季鏻苯乙烯树脂B的高性能胎面橡胶组合物的制备
将充油SSBR(VSL5025-2HM,TDAE 37.5％)、SSBR(T2003)、BR(BR9000)、沉淀法白炭黑(GR7000)、炭黑(N330)、硅烷(Si69)、苯乙烯树脂、季鏻苯乙烯树脂B、氧化锌、硬脂酸、二苯胍、N-(1,3-二甲基丁基)-N’-苯基对苯二胺及石蜡分别按表1中对比样2、样品3、样品4、样品5和样品6的配方加入密炼机中在160℃的条件下密炼3min；将密炼后的原料加入开炼机中室温开炼6min，开炼过程中按表1中对比样2、样品3、样品4、样品5和样品6的配方加入硫磺和N-叔丁基-2-苯并噻唑次磺酰胺；开炼完成后得到的混炼胶停放36h后，进行硫化处理即可得到分别得到对比样2、样品3、样品4、样品5和样品6。最后分别对对比样2、样品3、样品4、样品5和样品6的性能进行测试。
其性能测试情况如表2所示。其中，加入季鏻苯乙烯树脂B后胎面橡胶组合物的滚动阻力最大降低了47.7％，而胎面橡胶组合物的抗滑湿性提高了29.4％。因此，季鏻苯乙烯树脂B的加入可以在提高胎面橡胶组合物抗滑湿性能的同时降低胎面橡胶化合物的滚动阻力，解决了提高橡胶抗滑湿性和降低滚动阻力相矛盾的技术问题，获得了高性能的胎面橡胶组合物。
表2
综上，季鏻苯乙烯树脂的加入可以在保持或提高胎面橡胶组合物抗滑湿性能的同时降低胎面橡胶组合物的滚动阻力，同时，季鏻苯乙烯树脂的加入还可以提高胎面橡胶组合物的耐磨性能。因此，本发明中季鏻苯乙烯树脂的加入可以得到高性能的胎面橡胶组合物。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上所作一些修改或改进，对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (9)

1.一种含季鏻苯乙烯树脂的高性能胎面橡胶组合物，其特征在于:所述胎面橡胶组合物包括生胶、白炭黑、季鏻苯乙烯树脂、苯乙烯树脂、硅烷及其他必须的橡胶助剂。
2.根据权利要求1所述的一种含季鏻苯乙烯树脂的高性能胎面橡胶组合物，其特征在于:所述季鏻苯乙烯树脂由苯乙烯树脂依次经过烷基化和季鏻化处理后所得。
3.根据权利要求1所述的一种含季鏻苯乙烯树脂的高性能胎面橡胶组合物，其特征在于:所述生胶的质量份为100份，所述季鏻苯乙烯树脂和苯乙烯树脂的总质量份为5～20份，其中，季鏻苯乙烯树脂的质量份为0.5～5份。
4.根据权利要求1所述的一种胎面橡胶组合物，其特征在于:所述生胶包括溶聚丁苯橡胶和顺丁橡胶。
5.根据权利要求1所述的一种胎面橡胶组合物，其特征在于:所述其他橡胶助剂包括偶联剂、促进剂、硫磺、防老剂及分散剂。
6.一种含季鏻苯乙烯树脂的高性能胎面橡胶组合物的制备方法，其特征在于，主要包括以下步骤：
S1.将生胶、白炭黑、季鏻苯乙烯树脂、苯乙烯树脂、硅烷、除硫磺和促进剂之外的其他橡胶助剂进行密炼；
S2.将S1密炼完成后的原料加入开炼机中进行开炼，在开炼过程中加入硫磺和促进剂；
S3.将S2开炼后得到的混炼胶静置后进行硫化处理。
7.根据权利要求6所述的一种高性能的胎面橡胶组合物的制备方法，其特征在于：所述S1中的密炼温度为130～160℃，密炼时间为3～8min。
8.根据权利要求6所述的一种高性能的胎面橡胶组合物的制备方法，其特征在于：所述S2中在室温下进行开炼，开炼时间为4～7min。
9.根据权利要求6所述的一种高性能的胎面橡胶组合物的制备方法，其特征在于：所述S3中混炼胶的停放时间为24～48h。
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