CN115286833B - 一种非充气轮胎用橡胶表面处理剂及其表面处理工艺和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种非充气轮胎用橡胶表面处理剂及其表面处理工艺和应用，属于橡胶表面处理技术领域；本发明提供的非充气轮胎用橡胶表面处理剂包括表面处理剂a和表面处理剂b；表面处理剂a包括强氧化剂5~10份、有机溶剂90~95份；表面处理剂b包括底涂胶10~20份、有机溶剂80~90份；所述强氧化剂为次氯酸钠、三氯异氰尿酸、二氧化氯、高碘酸钠、高铁酸钠、高锰酸钠、浓硫酸、硝酸、高碘酸、三氟化钴、四乙酸铅中的至少一种。本发明利用提供的表面处理剂进行表面处理，得到的粘接后的橡胶具有优异的静态粘接强度和动态粘接强度。同时，本发明提供的表面处理剂的配方简单、制备方法简单，且提供的表面处理工艺操作简单，有利于实际使用。

Description

一种非充气轮胎用橡胶表面处理剂及其表面处理工艺和应用

技术领域

本发明属于橡胶表面处理技术领域，尤其涉及一种非充气轮胎用橡胶表面处理剂及其表面处理工艺和应用。

背景技术

非充气轮胎用橡胶大多数是天然橡胶、丁苯橡胶、顺丁橡胶、异戊橡胶等烯烃类橡胶，这些橡胶都是非极性的材料，仅仅是依靠聚氨酯胶粘剂来粘接，利用小分子多异氰酸酯渗透入橡胶的表层内部，与橡胶内部存在的活泼氢发生化学反应，形成化学共价键的方式，或者通过潮气生成分子间作用力更强的脲基和缩二脲，再或者通过胶粘剂加热固化时异氰酸酯可能会发生自聚，形成牢固的交联结构，与橡胶分子的交联网络结构形成更强的互穿交联网络结构等方式，得到橡胶轮胎的粘接强度是不够橡胶轮胎在高速运转的过程中或者在急停、急加速的时候对粘接强度的要求的。CN113201273A中公开了一种聚氨酯橡胶的表面处理剂的合成方法和使用工艺，该专利中的处理剂的合成方式较为复杂，设计的化学合成方法，同时添加了大量的助剂。

因此，我们需要一种便捷的、简单易操作的方法来对橡胶表面粘接接头部分进行表面处理。通过表面处理后的轮胎橡胶，在接头涂覆上聚氨酯胶粘剂粘接后，能够让橡胶粘接具有更强的粘接强度，能够同时满足轮胎运动过程中，对于粘接强度的静态粘接和动态粘接要求。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足之处而提供一种便捷、简单易操作、且经处理后静态粘接强度和动态粘接强度都优异的非充气轮胎用橡胶表面处理剂及其表面处理工艺和应用。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种非充气轮胎用橡胶表面处理剂，所述非充气轮胎用橡胶表面处理剂包括表面处理剂a和表面处理剂b；

所述表面处理剂a包括以下质量份的组分：强氧化剂5~10份、有机溶剂90~95份；

所述表面处理剂b包括以下质量份的组分：底涂胶10~20份、有机溶剂80~90份；

所述强氧化剂为次氯酸钠、三氯异氰尿酸、二氧化氯、高碘酸钠、高铁酸钠、高锰酸钠、浓硫酸、硝酸、高碘酸、三氟化钴、四乙酸铅中的至少一种。

本发明提供的一种非充气轮胎用橡胶表面处理剂包括表面处理剂a和表面处理剂b，提供的表面处理剂配方简单，原料易得；其中表面处理剂a中含有能够与橡胶作用的强氧化剂，其能够作用于橡胶并氧化橡胶表面，增加橡胶表面的极性，有利于橡胶后续与表面处理b进行相互作用；表面处理剂b中含有底涂胶，其能够在一定程度上渗透进橡胶表面，并对打磨橡胶过程中造成的凹坑起到填缝的作用，渗透进橡胶表面的底涂胶会发生交联反应，即在橡胶的交联网络中形成另一个交联网络，最终形成一个可以互穿的交联网络结构，另外，暴露在橡胶表面的底涂胶可以让橡胶表面具有大量的活性基团，这些活性基团能够和胶粘剂反应，形成化学键连接，从而在后续应用在橡胶粘接上时，得到的粘接后的橡胶具有优异的静态粘接强度和动态粘接强度，且在高温环境下能够长时间提供足够的粘接强度。

作为本发明所述非充气轮胎用橡胶表面处理剂的优选实施方式，所述有机溶剂为丙酮、丁酮、二氯甲烷、乙酸乙酯、甲苯、N,N-二甲基甲酰胺中的至少一种。

作为本发明所述非充气轮胎用橡胶表面处理剂的优选实施方式，所述底涂胶包括三苯基甲烷三异氰酸酯胶、聚异氰尿脲酸酯胶中的至少一种。

作为本发明所述非充气轮胎用橡胶表面处理剂的优选实施方式，所述强氧化剂为次氯酸钠或三氯异氰尿酸，所述有机溶剂为二氯甲烷、乙酸乙酯或甲苯。

作为本发明所述非充气轮胎用橡胶表面处理剂的优选实施方式，所述强氧化剂为三氯异氰尿酸，所述有机溶剂为乙酸乙酯，所述底涂胶为三苯基甲烷三异氰酸酯胶。

优选地，所述三苯基甲烷三异氰酸酯胶为列克纳胶JQ1或列克纳胶JQ6。

发明人研究发现，当强氧化剂、有机溶剂和底涂胶优选为上述组分时，能够得到更优异的静态粘接强度和动态粘接强度。

作为本发明所述非充气轮胎用橡胶表面处理剂的优选实施方式，所述表面处理剂a的制备方法包括以下步骤：将强氧化剂与有机溶剂混合，在30~50℃下反应10~50min，得表面处理剂a。

优选地，所述表面处理剂a的制备方法包括以下步骤：将强氧化剂与有机溶剂混合，在35~40℃下反应10~15min，得表面处理剂a。

作为本发明所述非充气轮胎用橡胶表面处理剂的优选实施方式，所述表面处理剂b的制备方法包括以下步骤：将底涂胶与有机溶剂混合，在30~50℃下反应10~50min，得表面处理剂b。

优选地，所述表面处理剂b的制备方法包括以下步骤：将底涂胶与有机溶剂混合，在35~40℃下反应10~15min，得表面处理剂b。

发明人研究发现，当进一步优选的温度和时间范围下，一方面能够保证能够得到更优异的静态粘接强度和动态粘接强度，另一方面也能提高处理效率。

另外，本发明还提供了一种非充气轮胎用橡胶的表面处理工艺，所述表面处理工艺包括以下步骤：将表面处理剂a涂抹至橡胶粘接区域，静置5~20min后将表面处理剂b涂抹至橡胶粘接区域，静置5~15min。

本发明的处理工艺中通过对表面处理剂a和表面处理剂b的先后使用，能够达到最优异的效果，其中先使用表面处理a处理，能够增加橡胶表面的极性，同时限定表面处理a的静置时间，能够在保证处理效率的基础上最大化的增加橡胶表面的极性；接着采用表面处理剂b处理，在表面处理剂a处理后，表面处理剂b能够更好的渗透进极性增加的橡胶表面，从而有利于形成互穿的交联网络结构且有利于在橡胶表面形成大量的活性基团，进而有利于后续胶粘剂的粘接，实现更高的静态粘接强度和动态粘接强度。

作为本发明所述表面处理工艺的优选实施方式，所述表面处理工艺包括以下步骤：将表面处理剂a涂抹至橡胶粘接区域，静置5~20min后将表面处理剂b涂抹至橡胶粘接区域，静置5~10min。

发明人研究发现，在上述静置时间范围下，将其应用到橡胶粘接上后得到的橡胶的静态粘接强度和动态粘接强度更为优异。

另外，本发明还提供了一种所述表面处理工艺在橡胶粘接上的应用。

作为本发明所述应用的优选实施方式，所述应用包括以下步骤：将表面处理剂a涂抹至橡胶粘接区域，静置5~20min后将表面处理剂b涂抹至橡胶粘接区域，静置5~15min；随后将胶粘剂涂抹至经表面处理后的橡胶粘接区域，并于0.5~2MPa的外力下固化，完成橡胶粘接。

作为本发明所述应用的优选实施方式，所述橡胶包括天然橡胶、异戊橡胶、聚氨酯橡胶、丁苯橡胶、丁基橡胶中的至少一种。

作为本发明所述应用的优选实施方式，所述胶粘剂为聚氨酯胶粘剂。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明提供的一种非充气轮胎用橡胶表面处理剂包括表面处理剂a和表面处理剂b，并提供了利用表面处理剂进行表面处理的工艺，其中先使用的表面处理剂a中含有能够与橡胶作用的强氧化剂，其能够作用于橡胶并氧化橡胶表面，增加橡胶表面的极性，有利于橡胶后续与表面处理剂b进行相互作用；后使用的表面处理剂b中含有底涂胶，其能够在一定程度上渗透进橡胶表面，并对打磨橡胶过程中造成的凹坑起到填缝的作用，渗透进橡胶表面的底涂胶会发生交联反应，即在橡胶的交联网络中形成另一个交联网络，最终形成一个可以互穿的交联网络结构，另外，暴露在橡胶表面的底涂胶可以让橡胶表面具有大量的活性基团，这些活性基团能够和胶粘剂反应，形成化学键连接，从而在后续应用在橡胶粘接上时，得到的粘接后的橡胶具有优异的静态粘接强度和动态粘接强度，且在高温环境下能够长时间提供足够的粘接强度。同时，本发明提供的表面处理剂的配方简单、制备方法简单，且利用本发明提供的表面处理剂进行的表面处理工艺操作简单，有利于实际使用。

具体实施方式

为更好的说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明。

本发明所采用的试剂、方法和设备，如无特殊说明，均为本领域常规试剂、方法和设备。

实施例1

本发明实施例提供一种表面处理工艺在橡胶粘接上的应用，所述表面处理工艺中使用的表面处理剂包括表面处理剂a和表面处理剂b；

所述表面处理剂a的制备方法为：将5份三氯异氰尿酸与95份乙酸乙酯混合，在35℃下反应15min，得表面处理剂a；

所述表面处理剂b的制备方法为：将10份列克纳胶JQ1与90份乙酸乙酯混合，在35℃下反应15min，得表面处理剂b；

所述应用包括以下步骤：将表面处理剂a涂抹至橡胶粘接区域，静置15min后将表面处理剂b涂抹至橡胶粘接区域，静置5min；随后将聚氨酯胶粘剂涂抹至经表面处理后的橡胶粘接区域，并于1.5MPa的外力下维持5h固化，完成橡胶粘接；得粘接后的橡胶。

实施例2

本发明实施例提供一种表面处理工艺在橡胶粘接上的应用，其与实施例1的唯一差别在于将表面处理剂a涂抹至橡胶粘接区域，静置15min后将表面处理剂b涂抹至橡胶粘接区域，静置10min。

实施例3

本发明实施例提供一种表面处理工艺在橡胶粘接上的应用，其与实施例1的唯一差别在于将表面处理剂a涂抹至橡胶粘接区域，静置15min后将表面处理剂b涂抹至橡胶粘接区域，静置15min。

实施例4

本发明实施例提供一种表面处理工艺在橡胶粘接上的应用，其与实施例1的唯一差别在于将表面处理剂a涂抹至橡胶粘接区域，静置5min后将表面处理剂b涂抹至橡胶粘接区域，静置5min。

实施例5

本发明实施例提供一种表面处理工艺在橡胶粘接上的应用，其与实施例1的唯一差别在于所述表面处理剂a的制备方法为：将5份三氯异氰尿酸与95份乙酸乙酯混合，在50℃下反应45min，得表面处理剂a；

所述表面处理剂b的制备方法为：将10份列克纳胶JQ1与90份乙酸乙酯混合，在50℃下反应45min，得表面处理剂b。

实施例6

本发明实施例提供一种表面处理工艺在橡胶粘接上的应用，其与实施例1的唯一差别在于所述表面处理剂a的制备方法为：将5份次氯酸钠与95份二氯甲烷混合，在35℃下反应15min，得表面处理剂a；

所述表面处理剂b的制备方法为：将10份列克纳胶JQ6与90份二氯甲烷混合，在35℃下反应15min，得表面处理剂b。

实施例7

本发明实施例提供一种表面处理工艺在橡胶粘接上的应用，其与实施例1的唯一差别在于所述表面处理剂a的制备方法为：将5份二氧化氯与95份丙酮混合，在35℃下反应15min，得表面处理剂a；

所述表面处理剂b的制备方法为：将10份列克纳胶JQ1与90份丙酮混合，在35℃下反应15min，得表面处理剂b。

实施例8

本发明实施例提供一种表面处理工艺在橡胶粘接上的应用，其与实施例1的唯一差别在于所述表面处理剂a的制备方法为：将10份三氯异氰尿酸与90份乙酸乙酯混合，在35℃下反应15min，得表面处理剂a；

所述表面处理剂b的制备方法为：将20份列克纳胶JQ1与80份乙酸乙酯混合，在35℃下反应15min，得表面处理剂b。

对比例1

本发明对比例提供一种表面处理工艺在橡胶粘接上的应用，其与实施例1的唯一差别在于将表面处理剂a涂抹至橡胶粘接区域，静置15min后将表面处理剂b涂抹至橡胶粘接区域，静置2min。

对比例2

本发明对比例提供一种表面处理工艺在橡胶粘接上的应用，其与实施例1的唯一差别在于将表面处理剂a涂抹至橡胶粘接区域，静置15min后将表面处理剂b涂抹至橡胶粘接区域，静置25min。

对比例3

本发明对比例提供一种表面处理工艺在橡胶粘接上的应用，其与实施例1的唯一差别在于将表面处理剂a涂抹至橡胶粘接区域，静置1min后将表面处理剂b涂抹至橡胶粘接区域，静置5min。

对比例4

本发明对比例提供一种表面处理工艺在橡胶粘接上的应用，其与实施例1的唯一差别在于将表面处理剂a涂抹至橡胶粘接区域，静置50min后将表面处理剂b涂抹至橡胶粘接区域，静置5min。

对比例5

本发明对比例提供一种表面处理工艺在橡胶粘接上的应用，其与实施例1的唯一差别在于所述表面处理剂a的制备方法为：将5份三氯异氰尿酸与95份乙酸乙酯混合，在35℃下反应4min，得表面处理剂a；

所述表面处理剂b的制备方法为：将10份列克纳胶JQ1与90份乙酸乙酯混合，在35℃下反应4min，得表面处理剂b。

对比例6

本发明对比例提供一种表面处理工艺在橡胶粘接上的应用，其与实施例1的唯一差别在于所述表面处理剂a的制备方法为：将3份三氯异氰尿酸与97份乙酸乙酯混合，在35℃下反应15min，得表面处理剂a；

所述表面处理剂b的制备方法为：将5份列克纳胶JQ1与95份乙酸乙酯混合，在35℃下反应15min，得表面处理剂b。

对比例7

本发明对比例提供一种表面处理工艺在橡胶粘接上的应用，其与实施例1的唯一差别在于将表面处理剂a和表面处理剂b混合后涂抹至橡胶粘接区域，静置15min后将聚氨酯胶粘剂涂抹至经表面处理后的橡胶粘接区域，并于1.5MPa的外力下维持5h固化，完成橡胶粘接；得粘接后的橡胶。

效果例

本效果例对实施例1~8和对比例1~7中制备得到的粘接后的橡胶进行性能验证，其中性能验证结果如表1所示；

90℃剪切强度：采用机器高低温电子万能材料试验机，测试速度：50mm/min，测试环境温度：90℃；

动态疲劳试验：测试条件预拉伸1MPa的力，振幅0.08MPa，频率20Hz，剪切疲劳拉伸300万次，动态疲劳试验通过就是完成了300万次疲劳后，样品没有破坏；

剪切测试破坏形式：对应于剪切测试，胶层内聚破坏，说明胶粘剂的本体强度不够；胶层与橡胶界面破坏说明胶粘剂粘接橡胶的性能差；橡胶内聚破坏，说明胶粘剂粘接强度足够；

表1

从表1中可以看出，当采用本发明的技术方案时，得到的粘结后的橡胶的静态粘接强度和动态粘接强度都较为优异，其中静态粘接强度是通过90℃剪切强度来体现的，本发明实施例1~8的90℃剪切强度在2.8MPa以上，并且都能通过动态疲劳试验，且在剪切测试破坏形式上都是橡胶内聚破坏，说明胶粘剂粘接强度足够；因此，相较于对照组，采用本发明技术方案得到的粘结后的橡胶的静态粘接强度和动态粘接强度都得到了显著的提升。

从实施例1和对比例1~4中可以看出，当无论是减少还是增加表面处理剂a或者是表面处理剂b的静置时间时，得到的粘接后的橡胶的静态粘接强度和动态粘接强度都呈现出明显的下降趋势；尤其是当表面处理剂b的静置时间不在本发明给到的范围内时，得到的90℃剪切强度呈现出显著的下降趋势，其中，对比例1~2中得到的90℃剪切强度相较于实施例1下降幅度在51.43~62.86%之间，并且动态疲劳试验也是未通过，剪切破坏形式是胶粘剂与橡胶界面破坏，说明胶粘剂粘接橡胶的性能差。

从实施例1和对比例5中可以看出，当在制备表面处理剂a和表面处理剂b时减少反应的时间，得到的表面处理剂应用于后续粘接时，得到的粘接后的橡胶的性能也呈现出下降的趋势，动态疲劳试验显示不通过，并且90℃剪切强度也呈现出下降的趋势。

从实施例1和对比例6中可以看出，当表面处理a和b中的组分的质量份不在本发明给出的范围内时，得到的表面处理剂应用于后续粘接时，得到的粘接后的橡胶的性能变差，其中，动态疲劳试验显示不通过，并且90℃剪切强度也呈现出下降的趋势。

从实施例1和对比例7中可以看出，当不采用先后处理而是将表面处理剂a和表面处理剂b混合后处理时，得到的粘接后的橡胶的90℃剪切强度呈现出显著的下降趋势，相较于实施例1中的数据，下降幅度达62.86%，并且动态疲劳试验也是未通过，且剪切测试破坏形式是胶粘剂与橡胶界面破坏，说明胶粘剂粘接橡胶的性能差。

最后应当说明的是，以上实施例以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (6)

1.一种非充气轮胎用橡胶的表面处理工艺，其特征在于，所述表面处理工艺包括以下步骤：将表面处理剂a涂抹至橡胶粘接区域，静置5~20min后将表面处理剂b涂抹至橡胶粘接区域，静置5~15min，随后将聚氨酯胶粘剂涂抹至经表面处理后的橡胶粘接区域，并于0.5~2MPa的外力下固化，完成橡胶粘接；

所述表面处理剂a由以下质量份的组分组成：强氧化剂5~10份、有机溶剂90~95份；所述强氧化剂为次氯酸钠、三氯异氰尿酸、二氧化氯中的至少一种；

所述表面处理剂b由以下质量份的组分组成：底涂胶10~20份、有机溶剂80~90份；所述底涂胶为三苯基甲烷三异氰酸酯胶；

所述表面处理剂a的制备方法包括以下步骤：将强氧化剂与有机溶剂混合，在30~50℃下反应10~50min，得表面处理剂a；

所述表面处理剂b的制备方法包括以下步骤：将底涂胶与有机溶剂混合，在30~50℃下反应10~50min，得表面处理剂b。

2.根据权利要求1所述的表面处理工艺，其特征在于，所述有机溶剂为丙酮、丁酮、二氯甲烷、乙酸乙酯、甲苯、N,N-二甲基甲酰胺中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的表面处理工艺，其特征在于，所述强氧化剂为次氯酸钠或三氯异氰尿酸，所述有机溶剂为二氯甲烷、乙酸乙酯或甲苯。

4.根据权利要求1所述的表面处理工艺，其特征在于，所述表面处理工艺包括以下步骤：将表面处理剂a涂抹至橡胶粘接区域，静置5~20min后将表面处理剂b涂抹至橡胶粘接区域，静置5~10min。

5.如权利要求1-4任一项所述的表面处理工艺在橡胶粘接上的应用。

6.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，所述应用包括以下步骤：将表面处理剂a涂抹至橡胶粘接区域，静置5~20min后将表面处理剂b涂抹至橡胶粘接区域，静置5~15min；随后将聚氨酯胶粘剂涂抹至经表面处理后的橡胶粘接区域，并于0.5~2MPa的外力下固化，完成橡胶粘接。