CN113462049A

CN113462049A - 一种胎面用橡胶组合物及其制备方法

Info

Publication number: CN113462049A
Application number: CN202110819339.4A
Authority: CN
Inventors: 邱章仁; 孙群
Original assignee: Cheng Shin Tire and Rubber China Co Ltd
Current assignee: Cheng Shin Tire and Rubber China Co Ltd
Priority date: 2021-07-20
Filing date: 2021-07-20
Publication date: 2021-10-01
Anticipated expiration: 2041-07-20
Also published as: CN113462049B

Abstract

本发明提供了一种胎面用橡胶组合物，其包括顺丁橡胶、丁苯橡胶A、丁苯橡胶B、二氧化硅C、白炭黑R300、硅烷偶联剂、炭黑、加工油、加工树脂、硬脂酸、氧化锌、防老剂、促进剂和硫磺；本申请还提供了一种胎面用橡胶组合物的制备方法。本申请在胎面用橡胶组合物中引入白炭黑R300并通过其与其他组分含量的调整，使其在较高填充量的白炭黑橡胶组合物中，有效提升二氧化硅填料的分散性，减少填料在橡胶组合物中的内摩擦力，改善胶料的流动性，提升橡胶材料的加工性能。

Description

一种胎面用橡胶组合物及其制备方法

技术领域

本发明涉及轮胎技术领域，尤其涉及胎面用橡胶组合物及其制备方法。

背景技术

全球轮胎行业面临主要问题是保持良好的耐磨性能同时降低轮胎的滚动阻力和对于干、湿路面的较高抓地力。绿色轮胎是21世纪具有重大环保意义的产品，比一般子午线轮胎滚动阻力降低20～30％，节油2～4％，每行驶100Km减少二氧化碳排放400g。绿色轮胎采用特殊的胎面胶配方，使用大量的白炭黑作为填充剂，每百份重量份生胶加入白炭黑40～60份，有的胎面胶配方甚至达到80份以上。使用白炭黑作为填充剂的轮胎，可以提升汽车在光滑路面上的抓地力，可以增大与湿滑路面的摩擦力，减少湿滑路面上的刹车距离，有效提升驾驶安全系数。

常见的白炭黑填充剂材料，如EVONIK的7000GR，9000GR，罗地亚1165MP等采用沉淀法工艺，颗粒细小具有较高的比表面积，但是在橡胶混合物中难以分散；同时白炭黑表面有大量的羟基、硅氧烷基等亲水基团，与橡胶表面结合力较小。白炭黑由于表面强化学键作用极易结合为聚集体，实际使用中容易发生团聚，与生胶无法有效分散结合，白炭黑橡胶配方中需要硅烷偶联剂进行配合使用。硅烷偶联剂含有机官能团和水解性的硅烷活性基团；反应时能作为桥梁，很好链接白炭黑填料和橡胶分子。但是当白炭黑填充量较大时，即使用硅烷偶联剂作为反应桥梁，白炭黑在橡胶混合物中的分散依旧变得越加困难，橡胶混合物的加工性能变得不能满足使用需求。使用硅烷偶联剂应用于这种聚集体结构虽然一方面提升了橡胶强度，但另一方面也限制了橡胶的加工性能，同时也增加了橡胶内摩擦生热，加快橡胶老化。

因此，提供一种橡胶组合物以在维持现有滚动阻力性能的基础上，能够改善白炭黑在橡胶混合物中的分散性能，进一步提升轮胎的湿地抓地力性能是十分必要的。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种胎面用橡胶组合物，该胎面用橡胶组合物可改善胶料加工性能，在保持滚动阻力性能没有损失情况下，其湿地抓地力性能也得到了提升。

有鉴于此，本申请提供了一种胎面用橡胶组合物，包括：

优选的，所述白炭黑R300的含量为2～5重量份。

优选的，所述白炭黑R300为ELKEM的Sidistar R300，平均粒径为120～150nm，BET表面积为15～25m²/g；所述二氧化硅C由EVONIK提供的Ultrasil 7000GR，BET表面积为155～195m²/g，所述二氧化硅C的含量为60～90重量份。

优选的，所述硅烷偶联剂为Si-69，有效成分为双(三乙氧基硅烷丙基)四硫化物，硅烷偶联剂的含量为6～7重量份。

优选的，所述硫磺的含量为2.3～3.5重量份。

优选的，所述顺丁橡胶的含量为10～18重量份；所述丁苯橡胶A的含量为28～35重量份，结合苯乙烯含量为20％～27％，结合乙烯基含量为12～24％，所述丁苯橡胶B为充油丁苯橡胶(每100份生胶充油37.5重量份)，含量为60～90份，结合苯乙烯含量25％～30％，结合乙烯基含量为45～55％。

优选的，所述加工油为石油类芳香烃油属于石油系增塑剂，含量为10～30重量份，所述加工树脂为石油烃树脂，含量为5～8重量份。

本申请还提供了所述的胎面用橡胶组合物的制备方法，包括以下步骤：

将顺丁橡胶、丁苯橡胶A、丁苯橡胶B、二氧化硅C、白炭黑R300、硅烷偶联剂、炭黑、加工油、加工树脂、硬脂酸、氧化锌和防老剂混合，密炼，得到母胶；

将所述母胶与硫磺、促进剂混合，得到胎面用橡胶组合物。

优选的，在得到母胶的步骤中，所述密炼的温度为100～200℃，时间为1～10min。

优选的，在得到胎面用橡胶组合物的步骤中，所述密炼的温度为80～150℃，时间为1～5min。

本申请提供了一种胎面用橡胶组合物，其包括顺丁橡胶、丁苯橡胶A、丁苯橡胶B、二氧化硅C、白炭黑R300、硅烷偶联剂、炭黑、加工油、加工树脂、硬脂酸、氧化锌、防老剂、促进剂和硫磺；在上述组合物中，二氧化硅C作为主要的补强填充剂，采用沉淀法制备，白炭黑R300作为特种白炭黑采用气相法制备；白炭黑R300粒径大，比表面积小，原生粒子为光滑球形，粒子之间接触面积小，相互作用力弱，在橡胶组合物中生热小，能够润湿更大的橡胶分子表面积，有效改善白炭黑在橡胶中的分散，提升橡胶组合物的加工性能；最终保证橡胶组合物制备的轮胎滚动阻力性能没有损失的同时，提升轮胎的湿地抓地力性能。

具体实施方式

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。

鉴于现有技术中补强助剂与生胶无法有效分散结合，最终限制橡胶加工性，加速橡胶老化的问题，本申请提供了一种胎面用橡胶组合物，并与其他组分配合使用，使得到的橡胶组合物制备得到的轮胎在保持现有的滚动阻力性能的同时，还可改善橡胶的加工性能，进一步提升轮胎的湿地抓地力性能。本申请提供的橡胶组合物尤其是当白炭黑填充量较高，使用60重量份(每100重量份生胶)以上时，使用R300能够有效提升白炭黑在橡胶组合物中的分散性和橡胶组合物的加工作业性，能够进一步提升轮胎的湿地抓地力性能。具体的，本发明实施例公开了一种胎面用橡胶组合物，包括：

在本申请提供的胎面用橡胶组合物中，顺丁橡胶、丁苯橡胶A和丁苯橡胶B作为生胶，是橡胶组合物的基础成分。所述顺丁橡胶的含量为5～20重量份，所述丁苯橡胶A的含量为20～40重量份，所述丁苯橡胶B的含量为55～100重量份；在具体实施例中，所述顺丁橡胶的含量为10～18重量份，所述丁苯橡胶A含量为28～35重量份，所述丁苯橡胶B的含量为60～90重量份。所述丁苯橡胶A的结合苯乙烯含量为20％～27％，结合乙烯基含量为12～24％，所述丁苯橡胶B为充油丁苯橡胶(每100份生胶充油37.5重量份)，结合苯乙烯含量25％～30％，结合乙烯基含量为45～55％。

在本申请中，作为主要补强填充剂二氧化硅C为EVONIK生产的Ultrasil 7000GR产用沉淀法制备，BET表面积为155～195m²/g。在具体实施例中，所述二氧化硅C的含量为70～90重量份，更具体地，所述二氧化硅C的含量为71重量份、73重量份、74重量份、76重量份、77重量份或78重量份。

所述白炭黑R300为气相法制备的特种白炭黑，平均粒径为120nm～150nm，BET比表面积为15～25m²/g，其原生粒子为光滑球形，粒子之间接触面积小，颗粒之间主要通过比较弱的范德华力而非极强的化学键链接，在胶料中能够有效减少填料与橡胶之间的内摩擦力，改善胶料流动性和填料的分散，降低胶料的门尼粘度，从而提升湿地抓地力。所述白炭黑R300的含量为2～10重量份，更具体地，所述特种白炭黑R300的含量为2～5重量份。

硅烷偶联剂为本领域常规采用的硅烷偶联剂，其在本申请中具体选自赢创岚星的Si-69，其有效成分为双(三乙氧基硅烷丙基)四硫化物。所述硅烷偶联剂的含量为5～8重量份，更具体地，所述硅烷偶联剂的含量为5重量份、6重量份、7重量份或8重量份。

炭黑为本领域常规的炭黑，其在本申请中具体选自卡博特的N-234，所述炭黑的含量为5～8重量份，更具体地，所述炭黑的含量为5重量份、6重量份、7重量份或8重量份。

加工油为本领域常规的加工油，对此本申请没有特别的限制，在本申请的具体实施例中，所述加工油具体为H&R GROUP的VIVATEC500。所述加工油的含量为10～30重量份，更具体地，所述加工油的含量为15～25重量份，在具体实施例中，所述加工油的含量为17重量份、19重量份、20重量份、21重量份、22重量份、23重量份或25重量份。

所述加工树脂为本领域技术人员熟知的加工树脂，对此本申请没有特别的限制，在具体实施例中，所述加工树脂为EXXONMOBIL的OPPERA373N。所述加工树脂的含量为3～10重量份，在具体实施例中，所述加工树脂的含量为4重量份、5重量份、7重量份、8重量份、9重量份或10重量份。

所述硬脂酸的来源本申请不进行特别的限制，其含量具体为1～3重量份，更具体地，所述硬脂酸的含量为1重量份、2重量份或3重量份。

所述氧化锌的含量为1～6重量份，在具体实施例中，所述氧化锌的含量为1重量份、2重量份、3重量份、4重量份或5重量份。所述防老剂为本领域技术人员熟知的防老剂，在具体实施例中，选自尚舜化工的6PPD，其含量为1～5重量份，更具体地，所述防老剂的含量为2重量份、3重量份或4重量份。所述促进剂为本领域技术人员熟知的促进剂，在本申请中可选自尚舜化工的DPG和尚舜化工的CBS，其含量为1～5重量份，更具体地，其含量为2重量份、2.7重量份、3.2重量份、3.8重量份或4重量份。所述硫磺在本申请中具体可选自京海化工厂家的5％充油硫磺粉末，其含量为1.5～4重量份，更具体地，所述硫磺的含量为2.0重量份、2.3重量份、2.8重量份、3.0重量份、3.3重量份、3.6重量份、3.9重量份或4重量份。

为了保证生胶、白炭黑和硅烷偶联剂充分反应，本申请优选使用型号为IM 5E的HF密炼机进行橡胶组合物的制备，进行分段多次密炼，从而保证白炭黑在橡胶组合物中有良好的分散性，具体的，本申请所述橡胶组合物的制备方法，包括以下步骤：

将顺丁橡胶、丁苯橡胶A、丁苯橡胶B、二氧化硅C、硅烷偶联剂、炭黑、加工油、加工树脂、硬脂酸、氧化锌和防老剂混合，密炼，得到母胶；

将所述母胶与硫磺、促进剂密炼，得到胎面用橡胶组合物。

在上述得到母胶的步骤中，所述密炼的温度为100～200℃，时间为1～10min；在具体实施例中，所述密炼的温度为150～180℃，时间为3min～8min。

在上述最终得到胎面用橡胶组合物的步骤中，所述密炼的温度为80～150℃，时间为1～5min；在具体实施例中，所述密炼的温度为100～120℃，时间为2～4min。

本申请提供的胎面用橡胶组合物中，特种白炭黑R300在胶料中能够有效减少填料和橡胶之间的内摩擦力，改善胶料流动性和填料的分散，降低胶料的门尼粘度，获得较好的加工性能，同时还能够提升橡胶配方的湿地抓地力性能。

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的胎面用橡胶组合物进行详细说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。

实施例

使用型号为IM 5E的HF密炼机进行橡胶组合物的制备，在将顺丁橡胶、丁苯橡胶A、丁苯橡胶B、二氧化硅C、白炭黑R300、炭黑、硅烷偶联剂、加工油、加工树脂、硬脂酸、氧化锌、防老剂一次性投入HF密炼机中，升温至150℃附近后，混合180秒后卸出，冷却至室温后得到母胶；

将上述得到的母胶与硫磺、促进剂使用HF密炼机密炼混合2分钟，升温至100℃排出胶料，得到最终橡胶混合物。

上述原料的配比具体如表1所示；

表1橡胶组合物原料的组分及含量数据表

注：顺丁橡胶为LANXESS厂家的CB24；

丁苯橡胶A为JSR生产的SBR1502；

丁苯橡胶B为LANXESS厂家的VSL5228充油丁苯橡胶；

白炭黑R300为ELKEM生产的Sidistar R300，采用气相法制备，BET表面积约20m²/g，平均粒径为120～150nm；

二氧化硅C为使用采用沉淀法制备的Ultrasil 7000GR作为主要的补强填充剂，BET表面积为155～195m²/g；

偶联剂为赢创岚星的Si-69；

硫磺为京海化工的5％充油硫磺粉末。

检测上述实施例和对比例的性能数据，检测结果具体如表2所示；

表2实施例和对比例的性能数据表

	比较例1	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	实施例5
							Tanδ0℃	0.440	0.458	0.471	0.472	0.480	0.481
Tanδ60℃	0.146	0.145	0.147	0.150	0.141	0.135
							ML<sub>1+4</sub>	72	70	69	71	69	69
HS	66	66	67	67	65	66

注：Tanδ0℃：表征橡胶混合物与轮胎湿地抓地力性能相关性，数值越大其轮胎湿地抓地力性能越好；

Tanδ60℃：表征橡胶混合物与轮胎滚动阻力性能相关性，数值越小其轮胎滚动阻力越小，越省油；

ML₁₊₄：表征橡胶组合物的加工难易程度；

HS：用邵氏A型硬度计测量的橡胶组合物的硬度，与轮胎的刚性和舒适性相关。

对比比较例1和实施例1、实施例2的效果数据可知：R300的加入可以有效地提升橡胶组合物的湿地抓地力性能，同时维持滚动阻力性能不变，拥有较好的加工作业性。

对比实施例2和实施例3的效果数据可知：随着R300用量增加，Tanδ0℃数值基本不变，表征轮胎湿地抓地力性能没有提升；Tanδ60℃数值变大，表征轮胎滚动阻力性能变差，门尼粘度数值变大，橡胶组合物的加工性能变差；因此，当加入R300份数为5份时综合性能最好，但HS变大，为了保持橡胶混合物的硬度性能对橡胶组合物配方进行调整。

对比实施例2和实施例4的效果数据可知：减少沉淀法二氧化硅的使用量能够提升湿地抓地力性能和滚动阻力性能，但橡胶混合物的硬度降低。

对比实施例4和实施例5的效果数据可知：增加硫磺的用量，提升橡胶混合物的交联密度，进而提升硬度，同时还能改善橡胶组合物的滚动阻力性能。

综上所述，在白炭黑橡胶配方中加入特种白炭黑R300，橡胶混合物就可以获得较好的加工性能，同时能够提升使用了该橡胶组合物的轮胎的湿地抓地力性能。

以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种胎面用橡胶组合物，包括：

2.根据权利要求1所述的胎面用橡胶组合物，其特征在于，所述白炭黑R300的含量为2～5重量份。

3.根据权利要求1所述的胎面用橡胶组合物，其特征在于，所述白炭黑R300为ELKEM的Sidistar R300，平均粒径为120～150nm，BET表面积为15～25m²/g；所述二氧化硅C由EVONIK提供的Ultrasil 7000GR，BET表面积为155～195m²/g，所述二氧化硅C的含量为60～90重量份。

4.根据权利要求1所述的胎面用橡胶组合物，其特征在于，所述硅烷偶联剂为Si-69，有效成分为双(三乙氧基硅烷丙基)四硫化物，硅烷偶联剂的含量为6～7重量份。

5.根据权利要求1所述的胎面用橡胶组合物，其特征在于，所述硫磺的含量为2.3～3.5重量份。

6.根据权利要求1所述的胎面用橡胶组合物，其特征在于，所述顺丁橡胶的含量为10～18重量份；所述丁苯橡胶A的含量为28～35重量份，结合苯乙烯含量为20％～27％，结合乙烯基含量为12～24％，所述丁苯橡胶B为充油丁苯橡胶(每100份生胶充油37.5重量份)，含量为60～90份，结合苯乙烯含量25％～30％，结合乙烯基含量为45～55％。

7.根据权利要求1所述的胎面用橡胶组合物，其特征在于，所述加工油为石油类芳香烃油属于石油系增塑剂，含量为10～30重量份，所述加工树脂为石油烃树脂，含量为5～8重量份。

8.权利要求1所述的胎面用橡胶组合物的制备方法，包括以下步骤：

将所述母胶与硫磺、促进剂混合，得到胎面用橡胶组合物。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，在得到母胶的步骤中，所述密炼的温度为100～200℃，时间为1～10min。

10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，在得到胎面用橡胶组合物的步骤中，所述密炼的温度为80～150℃，时间为1～5min。