CN114901489A - 具有改进的渗透性能的内衬 - Google Patents

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Abstract

提供了一种用于弹性体制品的内衬。内衬包含平均纵横比小于三的板状矿物颗粒，其中至少约30％或更多的板状矿物颗粒具有2或更大的纵横比。此外，还提供了一种可充气制品，例如轮胎，其包括含有板状矿物颗粒的内衬。

Description

具有改进的渗透性能的内衬
背景技术
各种制品被构造成在压力下保持气体，例如空气。这些制品包括例如轮胎，诸如篮球、足球等的运动球，充气船，充气床垫等。这些制品通常由具有一些弹性特性的聚合材料制成。例如，轮胎通常由弹性橡胶材料制成，例如苯乙烯丁二烯聚合物。
许多用于制造充气制品的弹性体材料在某些情况下可能对氧气等气体保持轻微渗透性。如果不检查，充气制品的透气性可能会损害制品的性能并导致制品随着时间的推移而泄气。此外，通过制品的氧气会引起弹性体的氧化，从而对弹性体的性能造成有害影响。例如，弹性体可能趋于硬化和降解。
鉴于上述情况，诸如轮胎的无内胎可充气制品通常包含旨在降低气体渗透性并抑制氧气穿过制品的内衬。例如，过去，这些内衬是由含有丁基橡胶的组合物制成的。然而，未加工状态的丁基橡胶仍然具有一定的透气性。因此，已经进行了许多尝试将丁基橡胶与其他材料结合以进一步降低渗透性。例如，改善丁基橡胶透气性的尝试包括向橡胶材料中添加填料。
目前，认为具有高或甚至非常高的纵横比和/或板状填料的高负载量的填料颗粒对于改善内衬的透气性能是必要的。然而，已经发现，即使在使用具有高纵横比和/或高负载量的板状填料时，也经常获得不一致的结果。因此，与本教导和理解相反，大纵横比的板状填料和/或高负载量的板状填料未能将透气性提高到期望的水平。
因此，目前存在对用于可充气制品例如轮胎的改进的内衬的需求。提供具有改进的内衬的可充气制品将是进一步的益处。
发明内容
本发明总体上涉及一种用于可充气制品的内衬。内衬包括橡胶组分和平均纵横比小于三的板状矿物的颗粒，其中至少约30％或更多的板状矿物颗粒具有2或更大的纵横比。
一方面，板状矿物包括高岭土，另一方面，板状矿物是高岭土。此外，在一方面，板状矿物的颗粒具有约0.8μm或更大且约3μm或更小的平均直径。另外地或替代地，在一方面，板状矿物的颗粒具有约0.9μm或更大且约2μm或更小的平均直径。在另一方面，至少约33％或更多的板状矿物颗粒具有2或更大的纵横比，并且在一方面，板状矿物的颗粒具有大于约0.4μm2的平均面积。此外，在另一个方面，板状矿物的颗粒具有大于约0.45μm2的平均面积。
尽管如此，一方面，橡胶组分在内衬中的存在量为每百份橡胶(phr)100份，并且板状矿物的颗粒的存在量为约10至约50phr。在另一方面，内衬还包括至少一种添加剂，优选地其中所述至少一种添加剂包括炭黑。另外地或替代地，至少一种添加剂以约10phr至约60phr的量存在于内衬中。在又一方面，橡胶组分包括丁基橡胶、丁腈橡胶或它们的组合。此外，在一方面，丁基橡胶以约50phr至约100phr的量存在于橡胶组合物中和/或丁腈橡胶以约0phr至约50phr的量存在于橡胶组分中。
在一个方面，根据本公开的内衬表现出约165或更小的MOCON值。
此外，在一个方面，本公开还总体上涉及一种包括根据本公开的内衬的轮胎。
本公开还一般地涉及包括内衬的可充气制品。内衬具有橡胶组分和平均纵横比小于三的板状矿物的颗粒，其中至少约30％或更多的板状矿物颗粒具有2或更大的纵横比。
在一方面，可充气制品具有板状矿物颗粒，其中板状矿物包括高岭土，或者在一方面，是高岭土。此外，在一方面，板状矿物的颗粒具有约0.8μm或更大且约3μm或更小的平均直径。另外地或替代地，在一方面，板状矿物的颗粒具有约0.9μm或更大且约2μm或更小的平均直径。此外，在一方面，至少约33％或更多的板状矿物颗粒具有2或更大的纵横比。在又一方面，板状矿物的颗粒具有大于约0.4μm2的平均面积。然而，在一方面，板状矿物的颗粒具有大于约0.45μm2的平均面积。
下面更详细地讨论本发明的其他特征和方面。
附图说明
在本说明书的剩余部分中，包括参照附图，更具体地阐述针对本领域普通技术人员的本发明的完整及能够实现的公开内容，包含其最佳模式，在附图中：
图1是根据本公开的内衬的图；
图2是说明本公开的方法的图；
图3是内衬的SEM图；和
图4是结合有根据本公开制造的内衬的轮胎的一个方面的横截面图。
定义
如本文所用，术语“大约”、“约”或“大致”，当用于修改值时，表示该值可以提高或降低10％并保持在所公开的实施方案内，并且在一方面可以提高或降低5％，例如约2.5％，或例如1％，并且保留在本公开内。
术语“phr”是指每百份橡胶的份数。因此，一方面，本文所述的内衬的组分是相对于所有橡胶组分的总和测量的，这将在本文中更详细地描述。所有橡胶组分的总phr或份数，无论是一种、两种、三种或更多不同的橡胶组分，当存在于给定配方中时，始终定义为100phr。所有其他非橡胶组分与100份橡胶成比例并以phr表示。
就组合物而言，“基本上不含”特定组分被定义为表示该特定组分以按重量计约1％或更少或约1phr或更少的量包含在组合物中，例如组合物中约0.5％或更少或约0.5phr或更少的组分，或例如按重量计约0.25％或更少或约0.25phr或更少的组分，或例如组合物中约0.1％或更少或约0.1phr或更少的组分。
具体实施方式
本领域普通技术人员应当理解，本讨论仅是对示例性实施方案的描述，并不旨在限制本发明的更广泛的方面。
一般而言，本发明涉及一种用于可充气弹性体制品的内衬，其旨在保持加压气体，其表现出改进的渗透性能。例如，本公开已发现，当内衬中的高比例的板状矿物颗粒具有约二或更大的纵横比时，即使当内衬中的板状矿物颗粒的平均纵横比小于三时，包括板状矿物的内衬表现出改进的渗透性能(例如，对气体的较低渗透性)。特别地，本公开已经发现，与先前的看法相反，包括具有三或更大的高纵横比的板状矿物的内衬对于改善阻隔性能不是必需的。此外，在一个方面，本公开已经发现，具有高比例的具有约二或更大的纵横比的颗粒和大的平均直径，例如约0.8μm或更大的板状矿物颗粒可以进一步显示渗透性能的改善，特别是与由具有三个或更大的纵横比且不具有所讨论的纵横比分布和/或平均直径的板状矿物颗粒形成的样品相比时。特别地，本公开已经发现，板状矿物耐受内衬形成过程以使得大部分幸存的板状矿物颗粒具有约二或更大的纵横比，同时还具有小于三的平均纵横比的能力使得内衬表现出优异的渗透性能，特别是相对于仅由高纵横比颗粒形成的内衬的改进。此外，当结合到可充气制品中时，内衬不仅通过抑制气体泄漏到制品中来提高制品的性能，而且还用于保护制品免受例如由于氧气迁移而引起的氧化。
因此，在一方面，板状矿物颗粒可以由表现出很大程度剪切成进一步的板状颗粒的矿物形成，而不是在内衬加工期间通过压缩型分解成球形或结节状颗粒而产生大部分颗粒。当然，应当理解，根据本公开的板状矿物在加工时仍可能形成一些球形或结节状颗粒，但通常可以形成高比例的片状颗粒。例如，在一方面，内衬中的板状矿物颗粒(例如在加工形成内衬之后)可以具有小于三的平均纵横比，其中约20％或更多的颗粒具有大于2的纵横比，例如约25％或更多，例如约30％或更多，例如约35％或更多，例如约40％或更多，例如约45％或更多，例如约50％或更多，例如约55％或更多，例如约60％或更多，例如约65％或更多，例如约70％或更多，例如约75％或更多，例如约80％或更多，例如约85％或更多，例如约90％或更多，例如约95％或更多，例如至多约100％的颗粒具有大于2的纵横比。
另外地或替代地，在一方面，在内衬中(例如在加工形成内衬之后)板状矿物颗粒具有以下的平均纵横比：约1.25或更大，例如约1.5或更大，例如约1.75或更大，例如约2或更大，例如约2.25或更大，例如约2.5或更大，例如约2.75或更大，或例如小于3，例如约2.95或更小，例如约2.9或更小，例如约2.85或更小，例如约2.8或更小，例如约2.7或更小，例如约2.6或更小，例如约2.5或更小，例如约2.4或更小，例如约2.3或更小，例如约2.2或更小，例如约2.1或更小，或它们之间的任何范围或值。
例如，参考图1A，并且如上所述，降低阻隔层100的渗透性的一种方法是用板状材料102填充它，这增加了空气分子必须扩散以流过衬里的路径长度104。因此，如上所述，在一个方面，本公开已发现，在处理后具有高比例的纵横比为约二或更大的板状矿物颗粒的板状矿物显示出内衬渗透性的极大降低，并且不需要具有三或更大的非常高的纵横比的颗粒。
此外，总体上参见图2，本公开还包括一种确定并入内衬中的板状颗粒的纵横比的方法。在一个方面，根据本公开的内衬或包含内衬的可充气制品在平行于空气流的方向上被切割。换言之，它是垂直于可充气制品或内衬的内表面切割的。样品中最靠近可充气制品/内衬的内表面的部分称为样品的“底部”，样品中最靠近可充气制品/内衬的外部的部分称为“顶部”。这些“底部”和“顶部”标签用于定向样品和图像，这很重要，因为根据本公开的板状矿物颗粒在内衬处理期间对齐。
接下来，使用扫描电子显微镜，例如STEM、JEOL JSM-7100F，使用10kV加速电压和2000倍的放大倍率，对样品进行成像。图像的方向应使图像的底部与样品的底部重合。因此，空气会从图像的底部流向顶部，并且板状矿物颗粒平行于图像的底部对齐。
使用ImageJ分析图像(Rasband,W.S.,ImageJ,U.S.National Institutes ofHealth,Bethesda,Maryland,USA,https://imagej.nih.gov/ij/,1997-2018)，其使用以下程序：
1.使用“设置比例”命令和SEM图像中的比例尺设置全局比例。
2.修剪原始图像文件以删除图例。然后使用“平滑”命令对其进行平滑处理，以产生如参考字符202所示的图像。
3.使用ImageJ“阈值”命令将图像从灰度图像转换为二值图像，将X和255之间的像素值转换为0，将所有其他像素值转换为1，如参考字符204所示。选择X使得颗粒的总面积％等于混合物中高岭土的体积百分比，例如10％。
4.“设置测量…”命令用于将测量设置为“面积”和“边界矩形”(例如，边界矩形210，如图像208所示)，后者由“宽度”和“高度”组成。
5.“分析颗粒”命令用于自动将所有具有区域0.1μm–无穷的颗粒的测量值制成表格。该程序生成颗粒轮廓，如206所示。提取以下测量值：
a.“纵横比”(或“AR”)，定义为“宽度”/“高度”
b.“％AR>2”，定义为纵横比大于二的所有颗粒的百分比
c.“直径”是所有纵横比大于二的颗粒的平均几何直径，2*sqrt(“面积”/π)。
因此，在本公开的一个方面，纵横比测量值是基于上述过程确定的，特别是边界矩形，而不依赖于颗粒的激光直径测量值。此外，如图1A所示，在一方面，至少一部分颗粒具有垂直于空气流或平行于内衬100的内表面106的最长尺寸。因此，在这样的方面，边界矩形可以具有垂直于空气流或平行于内衬的内表面106的宽度。在另一方面，用于测量纵横比(AR)的边界矩形的至少约50％具有垂直于空气流或平行于内衬的内表面106的宽度，例如至少约60％，例如至少约70％，例如至少约80％，例如至少约90％的边界矩形具有垂直于空气流或平行于内衬的内表面106的宽度，并且，在一个方面，基本上所有的边界矩形具有垂直于空气流或平行于内衬的内表面106的宽度，因此，板状矿物的颗粒也可以具有这样的取向，使得根据关于边界矩形讨论的百分比，最长的尺寸垂直于空气流。
此外，在内衬中(例如在内衬形成之后)根据本公开的矿物颗粒可具有以下的平均粒径(例如根据上述边界矩形方法的宽度)：约0.8μm或更大，例如约0.82μm或更大，例如约0.85μm或更大，例如约0.87μm或更大，例如约0.9μm或更大，例如约0.92μm或更大，例如约0.95μm或更大，例如约0.97μm或更大，例如约1μm或更大，例如约1.2μm或更大，例如约1.5μm或更大，例如约1.8μm或更大，例如约2μm或更大，或例如约3μm或更小，例如约2.8μm或更小，例如约2.5μm或更小，例如约2.2μm或更小，例如约2μm或更小，或它们之间的任何范围或值。
附加地或替代地，根据本公开的板状矿物颗粒在内衬中(例如混合后)可具有以下的平均颗粒面积：约0.4μm2或更大，例如约0.42μm2或更大，例如约0.45μm2或更大，例如约0.47μm2或更大，例如约0.5μm2或更大，例如约0.55μm2或更大，例如约0.6μm2或更大，或例如小于约1μm2，或它们之间的任何范围或值。
无论选择的纵横比或尺寸如何，在一个方面，板状矿物可以是天然矿物或合成矿物。一方面，板状矿物可包括硅酸盐，例如页硅酸盐。这样的材料包括例如绿土粘土矿物和各种其他粘土材料。特定实例包含高岭土、蒙脱石(如钠蒙脱石、镁蒙脱石和钙蒙脱石)、绿脱石、贝得石、铬膨润石、锂蒙脱石、锂皂石、锌蒙脱石、索硼石(sobockite)、硅镁石、斯文弗石(svinfordite)、蛭石、膨润土等。可以使用的其它材料包含云母类矿物，如伊利石和伊利石/蒙脱石混合层状矿物，如伊利石和伊利石与上述粘土矿物的混合物。
可适用于本发明的其他颗粒包括砷、锑、硒和锑化合物。
一方面，可以使用有机改性填料。例如，可以将有机改性的页硅酸盐掺入本发明的组合物中。在一个具体实施方案中，与填料结合的有机结构是表面活性剂。表面活性剂，例如，可以用下式表示：
-M+R1R2R3-
其中M表示氮、硫、磷或吡啶鎓，R1、R2和R3独立地表示氢原子、烷基、芳基或烯丙基，它们可以相同或不同。
在本公开的一个特定方面，例如，可以使用有机改性蒙脱石基粘土。蒙脱石粘土可以用例如二甲基-二氢化牛脂-季铵盐进行有机改性。如上所述的有机改性蒙脱石基粘土可从Southern Clay Products以商品名CLOISITE 6A、10A、20A、15A、25A和30B商购获得。例如，CLOISITE 6A具有约50至约300nm的粒度并含有140meq/100g二甲基二氢化牛脂季铵盐粘土。除了二氢化牛脂基-二甲基季铵盐之外，在其他实施方案中，粘土还可以用十八烷基胺或甲基-牛脂-双-2-羟乙基季铵盐进行有机改性。可以用于改性颗粒的仍其它表面活性剂包括二牛脂基二甲基铵、二聚氧乙烯烷基甲基铵、三辛基甲基铵、聚氧丙烯甲基二乙基铵、氢化牛脂基二甲基苄基季铵、氢化牛脂基二甲基季铵、2-乙基己基氢化牛脂基二甲基季铵、二氢化牛脂基甲基铵等。
除了蒙脱石基粘土之外，板状矿物可以包括合成云母、膨润土基粘土或硅烷改性粘土。合成云母可从Co-Op Chemical Co.,Ltd.以商品名SOMASIF商购。膨润土基粘土可从Elemntis Specialties/Rheox,Inc.以商品名BENTONE商购。用硅烷偶联剂边缘处理的渗透性降低颗粒可以以商品名NANOMER I.30PS从伊利诺伊州Arlington Heights的Nanocor，Inc.获得。
然而，尽管可以使用任何上述板状矿物，在一方面，板状矿物是高岭土或云母。此外，一方面，板状矿物是高岭土。
除了上面讨论的纵横比和尺寸范围之外，本公开发现，当使用根据本公开的板状矿物时，不需要高负载的板状矿物具有表现出优异渗透性的内衬。例如，在一个方面，板状矿物可以以下述量包含在内衬中：约10phr或更大，例如约15phr或更大，例如约20phr或更大，例如约25phr或更大，例如约30phr或更大，例如约50phr或更少，例如约45phr或更少，例如约40phr或更少，例如约35phr或更少，或例如约10phr至约40phr，例如约15phr至约35phr，例如约20phr至约30phr，或它们之间的任何范围或值。
尽管如此，无论使用何种板状矿物，用于形成本发明的内衬层的组合物通常包含弹性体。
弹性体可包括具有所需渗透特性的任何合适的橡胶状材料。例如，在一个实施方案中，弹性体可以包括乙烯类聚合物。例如，在一个实施方案中，弹性体可以是由以下通式表示的乙烯类聚合物：
-[CH2-C(R1)(R2)]n–
其中R1和R2独立地为氢、烷基、芳基或烯丙基并且其中R1和R2可以相同或不同。
用于形成上述聚合物的单体可以包括但不限于乙烯、丙烯、丁二烯、异戊二烯、氯丁二烯、氯乙烯、偏二氯乙烯、氟乙烯、偏二氟乙烯、苯乙烯和α-甲基苯乙烯。
在某些实施方案中，弹性体可具有极性官能度。例如，在一个实施方案中，弹性体可以被卤化并且可以包含卤素官能团，例如溴、氯或氟。
对于一些应用，弹性体包括二烯橡胶。“二烯”弹性体或橡胶理解为以已知的方式意指至少部分(即均聚物或共聚物)由二烯单体(带有两个碳-碳双键的二烯单体，无论是否共轭)产生的弹性体。
通常，“基本上不饱和的”二烯弹性体在此理解为是指至少部分由共轭二烯单体产生的二烯弹性体，其二烯来源的成员或单元(共轭二烯)的含量大于15％(摩尔％)。
因此，例如，二烯弹性体如丁基橡胶或二烯与EPDM类型的α-烯烃的共聚物不属于上述定义，并且可以特别描述为“基本饱和”的二烯弹性体(低或非常低二烯来源单元含量始终低于15％)。
在“基本不饱和”二烯弹性体的范畴内，“高度不饱和”二烯弹性体应理解为特别是指二烯来源单元(共轭二烯)含量大于50％的二烯弹性体。
给出了这些定义，以下更具体地理解为是指能够用于根据本发明的组合物的二烯弹性体：
(a)-通过具有4至12个碳原子之间的共轭二烯单体的聚合获得的任何均聚物；
(b)-通过一种或多种共轭在一起的二烯或与一种或多种具有8至20个碳原子的乙烯基芳族化合物的共聚获得的任何共聚物；
(c)-通过乙烯、具有3至6个碳原子的α-烯烃与具有6至12个碳原子的非共轭二烯单体的共聚获得的三元共聚物，例如，举例而言，由乙烯、丙烯与上述类型的非共轭二烯单体，例如特别是1,4-己二烯、亚乙基降冰片烯或二环戊二烯获得的弹性体；
(d)-异丁烯和异戊二烯的共聚物(丁基橡胶)，以及此类共聚物的卤化形式，特别是氯化或溴化形式。
特别地，合适的共轭二烯是1,3-丁二烯、2-甲基-1,3-丁二烯、2,3-二(C1-C5烷基)-1,3-丁二烯，如2,3-二甲基-1,3-丁二烯、2,3-二乙基-1,3-丁二烯、2-甲基-3-乙基-1,3-丁二烯、2-甲基-3-异丙基-1,3-丁二烯、芳基-1,3-丁二烯、1,3-戊二烯和2,4-己二烯。合适的乙烯基芳香族化合物是例如苯乙烯、邻-、间-和对-甲基苯乙烯、市售混合物“乙烯基甲苯”、对-叔丁基苯乙烯、甲氧基苯乙烯、氯苯乙烯、乙烯基均三甲苯、二乙烯基苯以及乙烯基萘。
该共聚物可以含有介于99重量％与20重量％之间的二烯单元和介于1重量％与80重量％之间的乙烯基芳香族单元。弹性体可以具有任何微结构，其随所用聚合条件、尤其存在或不存在改性剂和/或无规化剂和所用改性剂和/或无规化剂的量而变化。弹性体可以是例如嵌段的弹性体、统计的弹性体、有序的弹性体或微有序的弹性体，并且可以在分散体或溶液中制备；它们可以用偶联剂和/或星形剂或官能化剂偶联和/或星形化或可选的官能化。
聚丁二烯(PB)是合适的，特别是1,2-单元含量在4％和80％之间的那些，或顺式-1,4含量超过80％的那些；聚异戊二烯；丁二烯-苯乙烯共聚物，特别是苯乙烯含量为按重量计5％至50％，更特别地20％至40％，丁二烯部分的1,2-键含量为4％至65％和反式1,4键含量为20％至80％的那些；丁二烯-异戊二烯共聚物，特别是异戊二烯含量为按重量计5％至90％和玻璃化转变温度(根据ASTM D3418-82测量的“Tg”)为-40℃至-80℃的那些；异戊二烯-苯乙烯共聚物，特别是苯乙烯含量为按重量计5％至50％和Tg为-25℃至-50℃的那些。
在丁二烯-苯乙烯-异戊二烯共聚物的情况下，合适的那些特别是以下的那些：苯乙烯含量为5重量％至50重量％，更特别是10重量％至40重量％，异戊二烯含量为15重量％至60重量％，更特别是20重量％至50重量％，丁二烯含量为5重量％至50重量％，更特别是20重量％至40重量％，丁二烯部分的1,2-单元的含量为4％至85％，丁二烯部分的反式1,4单元的含量为6％至80％，异戊二烯部分的1,2-加3,4-单元的含量为5％至70％，异戊二烯部分的反式1,4-单元的含量为10％至50％，更一般地，任何丁二烯-苯乙烯-异戊二烯共聚物的Tg为-20℃至-70℃。
在进一步方面，弹性体可以包括腈类橡胶，例如腈-丁二烯橡胶。腈-丁二烯橡胶定义为基于至少一种丁二烯单体和腈单体的共聚物，即带有腈官能团的单体。一方面，腈-丁二烯橡胶中的丁二烯含量为共聚物的约40重量％至约90重量％，例如约45重量％至约85重量％，例如约50重量％至约80重量％。合适的丁二烯单体特别是1,3-丁二烯、2,3-二甲基-1,3-丁二烯、2-甲基-1,3-丁二烯、2-乙基-1,3-丁二烯、2-苯基-1,3-丁二烯，或这些二烯的混合物。在这些共轭二烯中，优选使用1,3-丁二烯或2-甲基-1,3-丁二烯，更优选使用1,3-丁二烯。腈单体例如是丙烯腈、甲基丙烯腈、乙基-丙烯腈、巴豆腈、2-戊烯腈或它们的混合物，其中优选丙烯腈。
总之，二烯弹性体可选自高度不饱和的二烯弹性体，其包括聚丁二烯(BR)、聚异戊二烯(IR)、天然橡胶(NR)、丁二烯共聚物、异戊二烯共聚物和这些弹性体的混合物。
这种共聚物选自包含苯乙烯-丁二烯共聚物(SBR)、丁二烯-异戊二烯共聚物(BIR)、异戊二烯-苯乙烯共聚物(SIR)和异戊二烯-丁二烯-苯乙烯共聚物(SBIR)的组。
在一个特定实施方案中，弹性体包括丁苯橡胶(SBR)。SBR可以具有约11至约63重量％的乙烯基含量。SBR弹性体的玻璃化转变温度范围为约-20℃至约-70℃。
在另一个特定实施方案中，弹性体包括丁基橡胶。丁基橡胶可以是丁烯聚合物或共聚物。例如，丁烯可以是异丁烯和异戊二烯的共聚物(IIR)。丁基橡胶也可以如上所述被卤化。例如，丁基橡胶可以被溴化或氯化，然而，应理解，在一方面，丁基橡胶未被卤化，或基本上不含卤素化合物。当使用时，卤化丁基橡胶的实例包括溴化聚异丁烯异戊二烯共聚物(BIIR)或溴化异丁烯甲基苯乙烯共聚物(BIMS)。一种可根据本发明使用的市售BIMS弹性体是可从Exxon Corporation获得的EXXPRO。其他可商购的丁基橡胶可从拜耳化学公司获得。
尽管已经详细讨论了各种弹性体，但在一方面，弹性体的至少一部分包括丁基类橡胶，例如丁基橡胶或卤化丁基橡胶。因此，在一方面，100phr的橡胶包括约50phr至约100phr的丁基类橡胶，例如约55phr至约95phr，例如约60phr至90phr，或其间的任何范围或值。此外，一方面，弹性体的至少一部分包括腈橡胶，例如腈-丁二烯橡胶。因此，在一个方面，100phr的橡胶包括约0phr至约50phr的腈橡胶，例如约5phr至约45phr，例如约10phr至约40phr，或它们之间的任何范围或值。
然而，在一方面，弹性体可以仅由丁基橡胶形成，并且通常可以不含其他橡胶，或者可选地，在一方面，可以包含约90phr的丁基橡胶和约10phr的腈橡胶。
除了弹性体和板状矿物颗粒之外，本公开的内衬还可以包含各种其他材料，例如抗氧化剂、促进剂和加工助剂。此外，可以将各种其他填料加入组合物中，例如炭黑或二氧化硅。
例如，在一方面，内衬可以包含约10phr至约60phr炭黑，例如约15phr至约55phr，例如约20phr至约50phr，或它们之间的任何范围或值。
无论选择何种弹性体和/或板状矿物颗粒，一方面，根据MOCON测试(在下文的测试方法中描述)，根据本公开的内衬可显示出约165或更小的氧气渗透率，例如约160或更小，例如约155或更小，例如约150或更小，例如约145或更小，例如约140或更小，例如约135或更小，例如约130或更小，例如约125或更大，或它们之间的任何值或范围。因此，在一个方面，根据本公开的内衬可以显示出非常好的氧气不渗透性，例如根据MOCON测试测得的低至约125至约155MOCON。
此外，如将关于以下实施例更详细讨论的，氧气渗透性能显示出相对于没有板状颗粒的见证物改善约10％或更大，例如与见证物或对照相比，氧气渗透性的改善约15％或更大，例如约20％或更大，例如约25％或更大，例如约30％或更大，例如约35％或更大，多达约40％。
为了形成具有上述组合物的内衬，可以在标准混合器中将成分混合在一起，例如可从康涅狄格州Ansonia的Farrel Corp.购买的Banbury混合器或从新泽西州的C.W.Brabender Instruments Inc.购买的Brabender混合器。在混合过程中，板状矿物颗粒被嵌入和/或剥离在弹性体中。剥离过程产生板状矿物颗粒302的良好分散，如图3所示。
混合后，制剂可以通过诸如挤出的方法形成层或膜。形成的膜或层也可以被压延以赋予橡胶中的剥离颗粒优选的取向。例如，压延可以帮助板状矿物颗粒定向垂直于气体迁移的方向，从而进一步改善如上所述的层的渗透特性。
在形成膜或层之后或在形成膜或层的同时，组合物然后可以固化以硫化橡胶。在一个实施方案中，在固化过程中，组合物可以在约160℃和约16巴的压力下加热约30分钟。
根据本公开制造的内衬可以结合到许多制品中。例如，在一个实施方案中，根据本发明制造的内衬可以结合到旨在用气体充气的弹性体制品中。在这些应用中，内衬阻止气流通过制品的壁。可以结合根据本发明的内衬的制品的具体实例包括诸如足球、篮球等的运动球，诸如充气船、充气床垫等的漂浮装置。
在一个特定实施方案中，根据本公开制造的内衬可以结合到轮胎中。例如，参考图4，显示了通常为10的轮胎的横截面图。轮胎10包括限定胎面14的胎体12。胎体12由橡胶材料制成，并且如图所示，具有大致U形的横截面。胎体12包括第一侧壁16和第二侧壁18。侧壁16和18在一端连接到胎面14并在相对端终止以形成第一胎圈20和第二胎圈22。胎圈20和22位于安装边缘24中。
为了加强轮胎10，胎体12还包括嵌入第一胎圈20内的第一胎圈线26和嵌入第二胎圈22内的第二胎圈线28。胎圈线26和28可以由例如金属线或线缆制成。径向胎体加强件30由胎圈线26和28缠绕并锚固。轮胎10还包括胎冠加强件32，其可以包括例如位于胎面14下方的多个带束层。例如，胎冠加强件32可以包括在每一层内彼此平行的至少两层金属线或线缆。
根据本公开，轮胎10还包括内衬50，在该实施方案中，内衬形成围绕轮胎内表面的内衬层。内衬50用于抑制加压气体迁移通过轮胎的壁。根据本公开，内衬50由弹性体和板状矿物颗粒的混合物制成。当如图4所示结合到轮胎中时，内衬50可以具有取决于具体应用和正在构造的轮胎类型而变化的厚度。例如，对于一些应用，内衬可以具有小于约3mm的厚度。例如，内衬可具有约0.1mm至约3mm的厚度，例如约0.25mm至约1.5mm。然而，应当理解，在其他实施方案中，内衬可以具有大于约3mm的厚度。
在图4所示的实施方案中，内衬50位于轮胎10的内表面上。然而，应当理解，在其他实施方案中，内衬可以定位在其他位置。例如，可选地，内衬可以结合到轮胎10的胎体的中间。
为了形成如图4所示的轮胎10，可以使用任意数量的常规工艺。通常，轮胎10的胎体12是通过在诸如Banbury混合器的高剪切混合器中将弹性体例如苯乙烯聚丁二烯橡胶与各种添加剂结合而制成的。例如，在一个实施方案中，大约75至125份的橡胶与至少一种增强填料如炭黑和/或二氧化硅结合。例如，在一个实施方案中，约50份至约70份的炭黑和二氧化硅与橡胶结合。
除了填料之外，元素硫和增塑剂也可以结合到制剂中。例如，硫可以以约1至约15重量份的量存在。可包含烃油的增塑剂可以以约1至约20重量份的量存在。
除了上述之外，制剂中还可以包含各种其他次要成分。例如，典型的橡胶制剂还包含促进剂、抗氧化剂和至少一种增粘树脂。
将上述成分混合在一起后，将组合物挤出成片并压延。然后将片放置在围绕各种增强元件的模具中以形成轮胎。
可以关于以下实施例更好地理解本公开。
实施例
形成并分析了以下样品以证明根据本公开制造的内衬的益处和优点。
在以下实施例中，使用以下测试方法来获得所呈现的数据。
渗透性：氧气渗透值是使用MOCON OX-TRAN 2/60渗透性测试仪在40℃下测量的。将测量厚度(约0.8-1.0mm)的固化样品圆盘安装在仪器上，并用真空油脂密封。将10psi的氮气保持在圆盘的一侧，而10psi的氧气/氮气混合物以10/90的比例保持在另一侧。在氮气侧使用Coulox氧气检测器，监测氧气浓度的增加。记录氧气渗透通过圆盘所需的时间，或氮气侧的氧气浓度达到恒定值所需的时间，并用于确定氧气渗透率。
此外，除非另有说明(例如通过注明通过激光直径进行分析)，否则根据上述边界框方法获得直径、纵横比和面积测量值。
实施例1：
在本实施例中，将90phr丁基橡胶与10phr腈橡胶混合，形成100phr橡胶。如表1所示，测试了十一个高岭土样品和一个高岭土对照。每个高岭土样品(或对照)与弹性体以30phr的量混合，并根据以下过程形成内衬：
在GK 4(4升)Banbury混合机中混合各组分。添加弹性体、高岭土、炭黑和任何任选的添加剂。然后将转子速度增加到65RPM。在95℃进行一次活塞提升以翻转混合物，最后在120℃时将混合物从混合器中滴出。活塞压力恒定为5巴，转子温度为55℃。使用由MDR流变仪在150℃下确定的最佳固化条件固化斑块以进行机械性能测试。然后将内衬样品平行于空气流切割，如上述方法中所述，并根据上述方法进行分析。结果示出在表1中。使用每种制剂的两个单独样品对每个样品进行两次MOCON测试。
表1
Figure BDA0003723637050000121
如表1所示，非常高的纵横比(例如3或更大的纵横比)对于提高性能并不是必需的。相反，保持一致尺寸、至少约20％或更多颗粒的纵横比大于2(％w/AR>2)的样品显示出渗透性的最大改善。
本领域普通技术人员可以实施对本发明的这些和其他修改和变化，而不背离本发明的精神和范围，本发明的精神和范围在所附权利要求中更具体地阐述。此外，应当理解，各个实施方案的方面可以全部或部分互换。此外，本领域普通技术人员将理解，上述描述仅作为示例，并不旨在限制在这些所附权利要求中进一步描述的本发明。

Claims (21)

1.一种用于可充气制品的内衬，其包括，
橡胶组分；和
平均纵横比小于三的板状矿物的颗粒，其中至少约30％或更多的板状矿物颗粒具有2或更大的纵横比。
2.根据权利要求1所述的内衬，其中所述板状矿物包括高岭土。
3.根据权利要求1或2所述的内衬，其中所述板状矿物的颗粒具有约0.8μm或更大且约3μm或更小的平均直径。
4.根据前述权利要求中任一项所述的内衬，其中所述板状矿物的颗粒具有约0.9μm或更大且约2μm或更小的平均直径。
5.根据前述权利要求中任一项所述的内衬，其中至少约33％或更多的所述板状矿物颗粒具有2或更大的纵横比。
6.根据前述权利要求中任一项所述的内衬，其中所述板状矿物的颗粒具有大于约0.4μm2的平均面积。
7.根据前述权利要求中任一项所述的内衬，其中所述板状矿物的颗粒具有大于约0.45μm2的平均面积。
8.根据前述权利要求中任一项所述的内衬，其中所述橡胶组分在所述内衬中的存在量为每百份橡胶(phr)100份，并且其中所述板状矿物的颗粒的存在量为约10至约50phr。
9.根据前述权利要求中任一项所述的内衬，其中所述内衬还包括至少一种添加剂，优选地其中所述至少一种添加剂包括炭黑。
10.根据前述权利要求中任一项所述的内衬，其中所述至少一种添加剂以约10phr至约60phr的量存在于所述内衬中。
11.根据前述权利要求中任一项所述的内衬，其中所述橡胶组分包括丁基橡胶、丁腈橡胶或它们的组合。
12.根据前述权利要求中任一项所述的内衬，其中所述丁基橡胶以约50phr至约100phr的量存在于橡胶组合物中和/或其中所述丁腈橡胶以约0phr至约50phr的量存在于橡胶组分中。
13.根据前述权利要求中任一项所述的内衬，其中所述内衬呈现出约165或更小的MOCON值。
14.一种轮胎，其包括根据权利要求1-13中任一项所述的内衬。
15.一种充气制品，其包括：
内衬，其包含橡胶组分和平均纵横比小于三的板状矿物的颗粒，其中至少约30％或更多的板状矿物颗粒具有2或更大的纵横比。
16.根据权利要求15所述的充气制品，其中所述板状矿物包括高岭土。
17.根据权利要求15或16所述的充气制品，其中所述板状矿物的颗粒具有约0.8μm或更大且约3μm或更小的平均直径。
18.根据权利要求15-17中任一项所述的充气制品，其中所述板状矿物的颗粒具有约0.9μm或更大且约2μm或更小的平均直径。
19.根据权利要求15-18中任一项所述的充气制品，其中至少约33％或更多的所述板状矿物颗粒具有2或更大的纵横比。
20.根据权利要求15-19中任一项所述的充气制品，其中所述板状矿物的颗粒具有大于约0.4μm2的平均面积。
21.根据权利要求15-20中任一项所述的充气制品，其中所述板状矿物的颗粒具有大于约0.45μm2的平均面积。
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