CN111247197A - 胎面配混料 - Google Patents
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Abstract
一种用于制备充气轮胎的胎面部的橡胶配混料。该配混料包括至少一种可交联的不饱和链的聚合物基料、包含二氧化硅的填料、增塑剂和固化体系，所述可交联的不饱和链的聚合物基料能够在交联之后呈现弹性体的所有化学‑物理和机械特性。可交联的不饱和链的聚合物基料的Tanδ峰值在‑15℃和5℃之间，而增塑剂由包含至少一个极性基团的脂肪族链构成，并且具有在5℃和40℃之间的熔融温度。
Description
发明内容
本发明涉及胎面配混料。
充气轮胎领域中的部分研究集中于获得在不同使用条件方面具有不断改善的性能的胎面。如本领域技术人员已知的，通常技术上难以制造同时具有关于例如冬季性能、湿抓地性、滚动阻力和耐磨耗性等不同特性的改善的胎面。
虽然可以相互间独立地改善上述特性，但是在所有特性同时获得改善而没有其中一种的改善由此会导致所有其它特性恶化的方面仍存在较大的困难。
例如，如本领域技术人员已知的，具有高的增强填料含量的胎面配混料改善了其滚动阻力，但也使其湿抓地性恶化；相反，具有低的增强填料含量的胎面配混料改善了其湿抓地性，但使其滚动阻力恶化。
事实上，已知配混料中二氧化硅量的增加或低分子量树脂在配混料中的使用，即使它们导致湿抓地性的改善，但是也导致了在滚动阻力和耐磨耗性方面的恶化。
在这方面，应当记住，长期以来已知在胎面配混料中使用二氧化硅作为增强填料。二氧化硅用作炭黑的部分或全部替代物，并且与硅烷偶联剂组合使用，硅烷偶联剂在与硅醇基团结合时抑制二氧化硅颗粒之间氢键的形成。
因此，感到需要有一种用于包含二氧化硅的胎面配混料的解决方案，其能够在单一解决方案中确保在冬季性能、湿抓地性、滚动阻力和耐磨耗性方面的改善。
本发明的发明人已经发现，通过将以Tanδ的特定峰值为特征的聚合物基料和熔融温度在特定范围内的增塑剂结合，可以赋予所得胎面配混料以符合上述要求的改善。
如本领域技术人员已知的，Tanδ为剪切模量和弹性模量之间的比率。实质上，Tanδ用于量化粘弹性材料的损耗。Tanδ峰值表示聚合物基料的Tanδ值达到最大值时的温度。
本发明的目的为一种用于制备充气轮胎的胎面部的橡胶配混料；所述橡胶配混料包括至少一种可交联的不饱和链的聚合物基料、包含二氧化硅的填料、增塑剂和固化体系；所述橡胶配混料的特征在于，所述可交联的不饱和链的聚合物基料的Tanδ峰值在-15℃和5℃之间并且所述增塑剂由包含至少一个极性基团的脂肪族链构成，并且具有在5℃和40℃之间的熔融温度。
此处和下文中，术语“可交联的不饱和链的聚合物基料”是指任何天然的或合成的未交联的聚合物，其能够在用硫磺或过氧化物体系交联(固化)之后呈现通常由弹性体呈现的所有化学-物理和机械特性。
此处和下文中，术语固化体系是指至少包含硫磺和促进化合物的成分的复合物，这些成分在制备配混料时在最后共混阶段期间添加并且目的是一旦配混料经受固化温度则促进聚合物基料的固化。
优选地，所述可交联的不饱和链的聚合物基料的Tanδ峰值在-8℃和5℃之间，并且所述增塑剂的熔融温度在15℃和30℃之间。
优选地，所述极性基团为酯基。
优选地，脂肪族链的长度在C12和C18之间。
优选地，所述增塑剂以1～10phr之间的量存在于配混料中。
优选地，所述可交联的不饱和链的聚合物基料由苯乙烯-丁二烯橡胶和聚丁二烯橡胶的混合物构成。
本发明的进一步目的为一种用根据本发明的橡胶配混料制造的胎面部，和一种包括这样的胎面部的充气轮胎。
为了更好地理解本发明，出于说明性和非限制性目的包括以下实施例。
实施例
制备两组配混料。
第一组包括其中使用常规方法的三种比较配混料(配混料A-C)，和根据本发明的教导的配混料(配混料D)。第一组的所有配混料包括特征在于根据本发明的教导的Tanδ峰值的相同的聚合物基料。特别地，配混料A不含增塑剂；配混料B与配混料A的不同之处在于以下事实：其包括特征在于玻璃化转变温度低于本发明的增塑剂的熔融温度的增塑剂；配混料C与配混料A的不同之处在于以下事实：其包括特征在于软化温度高于本发明的增塑剂的熔融温度的增塑剂；并且配混料D与配混料A的不同之处在于以下事实：其包括具有与根据本发明提供的熔融温度一致的熔融温度的增塑剂。
第二组包括两种比较配混料(配混料E和F)，其使用特征在于Tanδ峰值低于根据本发明提供的Tanδ峰值的相同的聚合物基料。特别地，配混料E不含增塑剂，配混料F与配混料E的不同之处在于以下事实：其包括特征在于熔融温度与根据本发明提供的熔融温度一致的增塑剂。
实施例中所述的配混料根据以下提供的步骤来获得：
-配混料的制备-
(第一混炼步骤)
在开始混炼之前，用可交联的聚合物基料、二氧化硅、硅烷偶联剂、和增塑剂(当提供时)装填具有切向型转子且内容积为230～270升之间的混合机中，由此使填充系数达到66-72％。
混合机以40-60转/分钟的速度运行，并且由此形成的混合物一旦达到140-160℃的温度就排出。
(第二混炼步骤)
由先前步骤获得的混合物在以40-60转/分钟的速度运行的混合机中再加工，其后，一旦达到130-150℃的温度就排出。
(第三混炼步骤)
将固化体系(硫磺、促进剂、抗氧化剂/抗臭氧剂、氧化锌和硬脂酸)添加至由先前步骤获得的混合物中，使填充系数达到63-67％。
混合机以20-40转/分钟的速度运行，由此形成的混合物一旦达到100-110℃的温度就排出。
表I列出了以phr计的六种配混料的组成。
表I
| A | B | C | D | E | F | |
| S-SBR | 70 | 70 | 70 | 70 | -- | -- |
| E-SBR | 20 | 20 | 20 | 20 | 80 | 80 |
| BR | 10 | 10 | 10 | 10 | 20 | 20 |
| 二氧化硅 | 88 | 88 | 88 | 88 | 88 | 88 |
| 硅烷 | 11 | 11 | 11 | 11 | 11 | 11 |
| 增塑剂* | -- | 5 | -- | -- | -- | -- |
| 增塑剂** | -- | -- | 5 | -- | -- | -- |
| 增塑剂*** | -- | -- | -- | 5 | -- | 5 |
| 硫磺 | 1.5 | 1.5 | 1.5 | 1.5 | 1.5 | 1.5 |
| 氧化锌 | 1.7 | 1.7 | 1.7 | 1.7 | 1.7 | 1.7 |
| 硬脂酸 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
| TMQ | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 | 0.3 |
| TBBS | 1.75 | 1.75 | 1.75 | 1.75 | 1.75 | 1.75 |
| MBTS | 1.1 | 1.1 | 1.1 | 1.1 | 1.1 | 1.1 |
| DPG | 1.8 | 1.8 | 1.8 | 1.8 | 1.8 | 1.8 |
S-SBR为通过溶液聚合工艺获得的聚合物基料，其平均分子量分别为800-1500×103和500-900×103，苯乙烯含量在20～45％之间。
E-SBR为在乳液中通过乳液聚合工艺获得的聚合物基料，其平均分子量分别为800-1500×103和500-900×103，苯乙烯含量在20～45％之间，并且在油含量在0～30％之间的情况下使用。
BR为1,4-顺式含量为至少40％的丁二烯橡胶。
配混料A–D中使用的聚合物基料的特征在于Tanδ峰值等于1℃，而配混料E和F中使用的聚合物基料的特征在于Tanδ峰值等于-38℃。
使用的二氧化硅由EVONIK公司以名称VN3出售，其表面积为约170m2/g。
使用的硅烷偶联剂具有式(CH3CH2O)3Si(CH2)3SS(CH2)3Si(OCH2CH3)3，并且由EVONIK公司以名称SI75出售。
增塑剂*为MES油，其特征在于玻璃化转变温度为约-60℃(低于根据本发明使用的增塑剂的熔融温度)。
增塑剂**为芳香族树脂，其特征在于软化温度为约90℃(高于根据本发明使用的增塑剂的熔融温度)。
增塑剂***为十五烷酸甲酯，其特征在于熔融温度为20℃(与根据本发明提供的熔融温度一致)。
TMQ为聚(1,2-二氢-2,2,4-三甲基喹啉)的首字母缩写词，并且用作抗氧化剂。
TBBS为N-叔丁基-2-苯并噻唑次磺酰胺化合物的首字母缩写词，并且用作固化促进剂。
MBTS为二硫化巯基苯并噻唑化合物的首字母缩写词，并且用作固化促进剂。
DPG为二苯胍化合物的首字母缩写词，并且用作固化促进剂。
对配混料A-F进行一系列测试以评价冬季性能、湿抓地性、滚动阻力和耐磨耗性。
特别地，依照ASTM D5992标准，测量-20℃下的E’值以评价冬季性能，并且依照ASTM D5992标准测量0℃下的Tan D值以评价湿抓地性和滚动阻力。
依照DIN 53 516标准获得耐磨耗性。
表II列出从上述测试获得的结果。涉及配混料A-D的值以配混料A指数化，而涉及配混料E和F的值以配混料E指数化。
表II
| A | B | C | D | E | F | |
| 冬季性能 | 100 | 115 | 90 | 120 | 100 | 100 |
| 湿抓地性 | 100 | 95 | 105 | 105 | 100 | 101 |
| 滚动阻力 | 100 | 108 | 95 | 105 | 100 | 97 |
| 耐磨耗性 | 100 | 90 | 92 | 106 | 100 | 100 |
从表II中的数据可以看出，根据本发明的教导获得的配混料(配混料D)对研究的所有四种特性都有全面的改善。
特别地，从关于配混料B和C的结果之间的比较，清楚的是，使用具有未落入根据本发明的范围内的熔融温度的增塑剂不产生所需的优点，即，所分析的所有四种特性的同时改善。事实上，配混料B虽然在冬季性能和滚动阻力方面产生改善，却同时导致湿抓地性和耐磨耗性方面的劣化。相比之下，配混料C虽然就湿抓地性方面产生改善，却同时导致其它三种特性的恶化。
特别地，应当注意的是，使用特征在于所要求保护的Tanδ峰值的聚合物基料和熔融温度落入所要求保护的范围内的增塑剂多么地确保在耐磨耗性方面的出乎意料地显著改善。
从关于配混料E和配混料F的值之间的比较，显然的是，当配混料的聚合物基料不满足根据本发明的Tanδ峰值要求时，使用熔融温度落入所要求保护的范围内的增塑剂怎样都不会产生所寻求的优点。
Claims (8)
1.一种用于制备充气轮胎的胎面部的橡胶配混料；所述橡胶配混料包括至少一种可交联的不饱和链的聚合物基料、包含二氧化硅的填料、增塑剂和固化体系，所述可交联的不饱和链的聚合物基料能够在交联之后呈现弹性体的所有化学-物理和机械特性；所述橡胶配混料的特征在于，所述可交联的不饱和链的聚合物基料的Tanδ峰值在-15℃和5℃之间并且所述增塑剂由包含至少一个极性基团的脂肪族链构成，并且具有在5℃和40℃之间的熔融温度。
2.根据权利要求1所述的配混料，其特征在于，所述可交联的不饱和链的聚合物基料的Tanδ峰值在-8℃和5℃之间，并且所述增塑剂的熔融温度在15℃和30℃之间。
3.根据权利要求1或2所述的配混料，其特征在于，所述极性基团为酯基。
4.根据前述权利要求中任一项所述的配混料，其特征在于，所述脂肪族链的长度在C12和C18之间。
5.根据前述权利要求中任一项所述的配混料，其特征在于，所述增塑剂以1～10phr之间的量存在于配混料中。
6.根据前述权利要求中任一项所述的配混料，其特征在于，所述可交联的不饱和链的聚合物基料由苯乙烯-丁二烯橡胶和聚丁二烯橡胶的混合物构成。
7.一种胎面部，其用根据前述权利要求中任一项所述的配混料来制造。
8.一种充气轮胎，其包括根据权利要求7所述的胎面部。
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