CN115557844A - 白炭黑分散剂及其制备方法、橡胶组合物及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及橡胶技术领域，具体而言，涉及一种白炭黑分散剂及其制备方法、橡胶组合物及其制备方法。白炭黑分散剂，具有式(I)所示的结构：
Figure DDA0003927602750000011
其中，所述R1、R2和R3各自独立地选自烷基、烯基、脂环烃、芳基、苄基、取代的烷基、取代的烯基、取代的脂环烃、取代的芳基、取代的苄基中的至少一种；所述R4为有机酸中羧酸基以外的残基。该白炭黑分散剂可以显著提高白炭黑在橡胶中的分散、改善橡胶的加工性能，提高胶料的湿地抓着力，降低滚动阻力、胶料生热与减少变形等。

Description

白炭黑分散剂及其制备方法、橡胶组合物及其制备方法
技术领域
本发明涉及橡胶技术领域，具体而言，涉及一种白炭黑分散剂及其制备方法、橡胶组合物及其制备方法。
背景技术
随着经济水平的提高，汽车的大量使用，对轮胎性能的要求越来越高。近年来，白炭黑作为一种重要橡胶补强剂得到广泛应用，尤其是在轮胎胎面胶中的应用引起行业内关注。由于白炭黑表面具有大量的硅羟基，当使用白炭黑的轮胎在湿滑路面行驶时，轮胎胎面中白炭黑所负载的羟基能够与路面的水分子相互作用，提高轮胎的湿地抓地力。同时白炭黑的使用也可以改善轮胎滚动阻力、磨耗等性能。
但是同时也因为白炭黑表面存在大量的硅羟基，这些基团在未硫化橡胶中容易发生结团聚集，在加工过程中难以均匀分散，导致混炼胶的门尼粘度升高，影响各类橡胶制品的使用性能。所以，提高白炭黑在橡胶中分散性已是橡胶工业的重要课题之一。
因此，在白炭黑的使用过程中会加入白炭黑活性剂或分散剂来提高其分散性。目前白炭黑常用分散助剂主要包括硅烷偶联剂类、醇和醇胺类、脂肪酸酯与脂肪皂盐类。其中硅烷偶联剂可与白炭黑发生反应，有效组织白炭黑团聚，提高分散性，但在作用过程中会释放出大量乙醇，造成环境污染。醇类分散剂利用氢键作用屏蔽白炭黑表面的羟基，减少白炭黑之间的团聚发生，从而提高分散性，但醇类本身与橡胶相容性较差，虽然改善了白炭黑表面，但是与橡胶没有结合力，对分散的改善作用有限。脂肪酸皂盐的混合物或脂肪酸的衍生物等作为分散剂使用，是对白炭黑进行包覆起物理改性，对改善硫化胶的物理和化学性能作用不大。并且在轮胎的使用过程中，造成钾、锌等金属元素的流失，从而导致环境污染。故开发新型高效白炭黑分散剂一直是白炭黑应用过程中的重点。
鉴于目前白炭黑在橡胶领域的发展及其缺陷，行业内进行了大量研究，例如专利公开号为CN103387695A采用脂肪酸烷醇酰胺与脂肪醇聚氧乙烯醚复配的混合物提高白炭黑分散；专利公开号分别为CN103525068A、CN104530414B提供了一类含有聚氧乙烯醚结构的有机酸季铵盐及其由于其特殊性状需要以载体进行负载的方式使用，以保证生产效率，但负载使用会影响分散剂效果。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种白炭黑分散剂，可以显著提高白炭黑在橡胶中的分散、改善橡胶的加工性能，提高胶料的湿地抓着力，降低滚动阻力、胶料生热与减少变形等。
本发明的另一个目的在于提供一种所述的白炭黑分散剂的制备方法，该方法简单易行。
本发明的另一个目的在于提供一种所述的橡胶组合物。
本发明的另一个目的在于提供一种所述的橡胶组合物的制备方法。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
一种白炭黑分散剂，所述白炭黑分散剂具有式(I)所示的结构：
Figure BDA0003927602740000031
其中，R1、R2和R3各自独立地选自烷基、烯基、脂环烃、芳基、苄基、取代的烷基、取代的烯基、取代的脂环烃、取代的芳基和取代的苄基中的至少一种；
所述烷基选自C1～C30的直链或支链烷基；所述烯基选自C2～C30的直链或支链烯基；所述脂环烃选自C6～C22的饱和或不饱和脂环烃；所述芳基选自C6～C22的芳基；所述苄基选自C7～C22的苄基；
所述取代的烷基、取代的烯基、取代的脂环烃、取代的芳基和取代的苄基中的取代基各自独立地选自卤素、巯基和羟基中的至少一种；
R4为有机酸中羧酸基以外的残基。
在一种实施方式中，所述有机酸包括乙酸、丁酸、戊酸、异辛酸、癸酸、新癸酸、月桂酸、棕榈酸、硬脂酸、丙烯酸、甲基丙烯酸、油酸、亚油酸、松香酸、苯甲酸、巯基乙酸、巯基丙酸、巯基丁酸、氯丁酸、椰子油脂肪酸、豆油脂肪酸和蓖麻油脂肪酸中的至少一种。
在一种实施方式中，式(Ⅰ)由式(Ⅱ)所示的有机胺和式(Ⅲ)所示的有机酸按照如下反应获得；
Figure BDA0003927602740000032
其中，式(Ⅰ)、式(Ⅱ)和式(Ⅲ)中的R1、R2、R3、R4的定义如上所述。
在一种实施方式中，所述有机胺包括三甲胺、三乙胺、三异辛胺、N,N-二甲基乙胺、N,N-二甲基丙胺、N,N-二甲基丁胺、N,N-二甲基辛胺、N,N-二甲基苯胺、N,N-二甲基苄胺、十二烷基二甲基叔胺、十四烷基二甲基叔胺、十六烷基二甲基叔胺、十八烷基二甲基叔胺和二癸基甲基叔胺中的至少一种。
在一种实施方式中，所述有机酸包括乙酸、丁酸、戊酸、异辛酸、癸酸、新癸酸、月桂酸、棕榈酸、硬脂酸、丙烯酸、甲基丙烯酸、油酸、亚油酸、松香酸、苯甲酸、巯基乙酸、巯基丙酸、巯基丁酸、氯丁酸、椰子油脂肪酸、豆油脂肪酸和蓖麻油脂肪酸中的至少一种；
在一种实施方式中，所述反应在有溶剂或者无溶剂的条件下进行。
在一种实施方式中，所述溶剂包括醇、烃、醚、酮和酯中的至少一种。
在一种实施方式中，所述有机胺与有机酸的摩尔比为(0.1～10)：1。
在一种实施方式中，所述反应的温度为20～200℃。
一种橡胶组合物，所述橡胶组合物由包括以下重量份数的原料制备得到：
橡胶80～150份、白炭黑50～120份、白炭黑分散剂0.5～10份、含硫组分1～10份和硫化促进剂0.5～5份；
所述白炭黑分散剂为所述的白炭黑分散剂，或者所述的白炭黑分散剂的制备方法制备得到的白炭黑分散剂。
在一种实施方式中，所述橡胶组合物由包括以下重量份数的原料制备得到：
橡胶90～130份、白炭黑60～100份、白炭黑分散剂0.5～5份、含硫组分2～7份和硫化促进剂1～3份。
在一种实施方式中，所述橡胶包括天然橡胶、聚丁二烯橡胶、聚异戊二烯橡胶和聚苯乙烯丁二烯橡胶中的至少一种。
在一种实施方式中，所述含硫组分包括硫磺和/或含硫有机化合物。
在一种实施方式中，所述硫化促进剂包括次磺酰胺类硫化促进剂、噻唑类硫化促进剂和二苯胍类硫化促进剂中的至少一种。
在一种实施方式中，所述含硫有机化合物包括烷基酚硫化物、二硫代吗啡啉、二硫化二己内酰胺、二硫化四甲基秋兰姆和六亚甲基-1,6-二硫代硫酸二钠盐中的至少一种。
在一种实施方式中，所述白炭黑的氮吸附比表面积大于或等于150m2/g。
所述的橡胶组合物的制备方法，包括以下步骤：
将各组分进行混合、硫化，得到橡胶组合物。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明的白炭黑分散剂，以固体锭剂的形式使用，使用便利，工艺简洁；其结构中的阳离子与白炭黑表面的羟基发生氢键作用，避免了羟基聚集，同时阳离子的憎水基团也可以有效阻止羟基基团的聚集；与此同时，铵盐中带有不同长度、不同结构的支链，可以与橡胶形成稳定密集的网络结构，从而在使得本发明橡胶组合物在保持较好力学性能的同时，提高白炭黑的分散，改善加工性能，改善胶料的湿抓与滚动阻力性能、减少生热。
(2)本发明的白炭黑分散剂的制备方法简单易行。
(3)本发明的橡胶组合物具有优异的加工性能，湿地抓着力优异，滚动阻力低、胶料生热少，不易变形，有更优的耐磨性能。本发明的橡胶组合物得制备方法，简单易行。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
根据本发明的一个方面，本发明涉及一种白炭黑分散剂，所述白炭黑分散剂具有式(I)所示的结构：
Figure BDA0003927602740000061
其中，所述R1、R2和R3各自独立地选自未取代的烷基、未取代的烯基、未取代的脂环烃、未取代的芳基、未取代的苄基、取代的烷基、取代的烯基、取代的脂环烃、取代的芳基和取代的苄基中的至少一种；
所述烷基选自C1～C30的直链或支链烷基；所述烯基选自C2～C30的直链或支链烯基；所述脂环烃选自C6～C22的饱和或不饱和脂环烃；所述芳基选自C6～C22的芳基；所述苄基选自C7～C22的苄基；
所述取代的烷基、取代的烯基、取代的脂环烃、取代的芳基和取代的苄基中的取代基各自独立地选自卤素、巯基和羟基中的至少一种；
所述R4为有机酸中羧酸基以外的残基。
进一步说明：取代的烷基、取代的烯基、取代的脂环烃、取代的芳基、取代的苄基是指：上述基团分别被一个或多个卤素(如氟、氯、溴、碘原子)、巯基或羟基取代。
在一种实施方式中，所述R1选自甲基、乙基、辛基、异辛基、十二烷基、十四烷基、十六烷基、十八烷基、牛油基、松香基的一种或多种。
在一种实施方式中，所述R2选自甲基、乙基、辛基、异辛基、十二烷基、十四烷基、十六烷基、十八烷基、牛油基、松香基的一种或多种。
在一种实施方式中，本发明所说的C6～C22的脂环烃包括但不限于松香基、萜基、环己烷基中的一种或多少种。在一种实施方式中，所述R3选自甲基、乙基、辛基、异辛基、十二烷基、十四烷基、十六烷基、十八烷基、牛油基、松香基的一种或多种。
在一种实施方式中，所述R4选自甲基、乙基、辛基、异辛基、十二烷基、十四烷基、十六烷基、十八烷基、牛油基、松香基的一种或多种。
本发明所制备铵盐分散剂，样品以固体锭剂的形式使用，使用便利，工艺简洁。其结构中的阳离子与白炭黑表面的羟基发生氢键作用，避免了羟基聚集，同时阳离子的憎水基团也可以有效阻止羟基基团的聚集。与此同时，铵盐中带有不同长度、不同结构的支链，可以与橡胶形成稳定密集的网络结构，从而在使得本发明橡胶组合物在保持较好力学性能的同时，提高白炭黑的分散，改善加工性能，改善胶料的湿抓与滚动阻力性能、减少生热。
在一种实施方式中，所述有机酸包括乙酸、丁酸、戊酸、异辛酸、癸酸、新癸酸、月桂酸、棕榈酸、硬脂酸、丙烯酸、甲基丙烯酸、油酸、亚油酸、松香酸、苯甲酸、巯基乙酸、巯基丙酸、巯基丁酸、氯丁酸、椰子油脂肪酸、豆油脂肪酸和蓖麻油脂肪酸中的至少一种。
根据本发明的另一个方面，本发明还涉及所述的白炭黑分散剂的制备方法，式(Ⅰ)由式(Ⅱ)所示的有机胺和式(Ⅲ)所示的有机酸按照如下反应获得；
Figure BDA0003927602740000081
其中，式(Ⅰ)、式(Ⅱ)和式(Ⅲ)中的R1、R2、R3、R4的定义如上所述。
在一种实施方式中，所述有机胺包括三甲胺、三乙胺、三异辛胺、N,N-二甲基乙胺、N,N-二甲基丙胺、N,N-二甲基丁胺、N,N-二甲基辛胺、N,N-二甲基苯胺、N,N-二甲基苄胺、十二烷基二甲基叔胺、十四烷基二甲基叔胺、十六烷基二甲基叔胺、十八烷基二甲基叔胺和二癸基甲基叔胺中的至少一种。
在一种实施方式中，所述有机酸包括乙酸、丁酸、戊酸、异辛酸、癸酸、新癸酸、月桂酸、棕榈酸、硬脂酸、丙烯酸、甲基丙烯酸、油酸、亚油酸、松香酸、苯甲酸、巯基乙酸、巯基丙酸、巯基丁酸、氯丁酸、椰子油脂肪酸、豆油脂肪酸和蓖麻油脂肪酸中的至少一种。
在一种实施方式中，所述反应在有溶剂或者无溶剂的条件下进行。在一种实施方式中，所述溶剂包括醇、烃、醚、酮和酯中的至少一种。例如乙醇、乙烷、四氢呋喃、甲苯、二甲苯、汽油、乙酸乙酯中的一种或多种。
在一种实施方式中，所述有机胺与有机酸的摩尔比为(0.1～10)：1，例如0.2:1、0.3:1、0.4:1、0.5:1、0.6:1、0.7:1、0.8:1或0.9:1等。在一种实施方式中，所述有机胺与有机酸的摩尔比为(0.5～2)：1。在一种实施方式中，所述有机胺与有机酸的摩尔比为(0.7～1.3)：1。
在一种实施方式中，所述反应的温度为20～200℃，例如30℃、50℃、70℃、80℃、100℃、120℃、150℃、170℃、190℃、200℃等。在一种实施方式中，所述反应的温度为50～150℃。
在一种实施方式中，所述反应具体包括如下步骤：
向装有搅拌装置、温控系统和回流冷凝管的反应瓶中，加入有机酸，升温至预设温度，缓慢加入有机胺或有机胺溶液，在20～200℃反应至溶液澄清透明，改蒸馏状态常压蒸馏或减压蒸馏至完全脱除溶剂，即得到白炭黑分散剂。
根据本发明的另一个方面，本发明还涉及一种橡胶组合物，所述橡胶组合物由包括以下重量份数的原料制备得到：
橡胶80～150份、白炭黑50～120份、白炭黑分散剂0.5～10份、含硫组分1～10份和硫化促进剂0.5～5份；
所述白炭黑分散剂为如上所述的白炭黑分散剂，或者如上所述的白炭黑分散剂的制备方法制备得到的白炭黑分散剂。
在一种实施方式中，以重量份数计，橡胶为80～150份，例如90份、100份、110份、120份、130份、140份等。在一种实施方式中，以重量份数计，白炭黑为50～120份，例如60份、70份、80份、90份、100份、110份或120份等。在一种实施方式中，以重量份数计，白炭黑分散剂0.5～10份，例如1份、2份、3份、4份、5份、6份、7份、8份、9份、9.5份等。在一种实施方式中，以重量份数计，含硫组分为1～10份，例如2份、3份、份、4份、5份、6份、7份、8份、9份等。在一种实施方式中，以重量份数计，硫化促进剂为0.5～5份，例如1份、2份、2.5份、3份、3.5份、4份、4.5份等。
在一种实施方式中，所述橡胶组合物由包括以下重量份数的原料制备得到：橡胶90～130份、白炭黑60～100份、白炭黑分散剂0.5～5份、含硫组分2～7份和硫化促进剂1～3份。
在一种实施方式中，所述橡胶包括天然橡胶(NR)、聚丁二烯橡胶(BR)、聚异戊二烯橡胶(IR)和聚苯乙烯丁二烯橡胶(SBR)中的至少一种。例如可以为橡胶包括天然橡胶和聚丁二烯橡胶的组合，聚丁二烯橡胶、聚异戊二烯橡胶和聚苯乙烯丁二烯橡胶的组合等等。
以上涉及的聚丁二烯橡胶(BR)优选顺式含量按重量计大于90％的聚丁二烯橡胶，也可以是端基改性以及官能化的聚丁二烯橡胶。
在一种实施方式中，所述含硫组分包括硫磺和/或含硫有机化合物。在一种实施方式中，硫磺可以为单质硫、不溶性硫磺。在一种实施方式中，含硫有机化合物包括烷基酚硫化物、二硫代吗啡啉、二硫化二己内酰胺、二硫化四甲基秋兰姆、六亚甲基-1,6-二硫代硫酸二钠盐中的至少一种。
在一种实施方式中，所述硫化促进剂选自本领域常用的硫化促进剂，所述硫化促进剂包括次磺酰胺类硫化促进剂、噻唑类硫化促进剂和二苯胍类硫化促进剂中的至少一种。
在一种实施方式中，所述白炭黑的氮吸附比表面积大于或等于150m2/g。例如150～250m2/g，例如160m2/g、170m2/g、180m2/g、200m2/g、220m2/g等。
除上述基本成分外，本发明的橡胶组合物还可以含有多种轮胎常用添加剂，如活性剂、防老剂、增塑剂、硫化剂和偶联剂中的至少一种。在一种实施方式中，以100重量份的橡胶组分为基准，活性剂(如氧化锌、硬脂酸、和/或锌盐类等)的用量为1～3重量份、防老剂(如胺类防老剂、酚类防老剂等)的用量为1～5重量份、硫化剂(如硫磺，过氧化物等)的用量为1～5重量份、偶联剂(如Si69)的用量为6～8重量份，增塑剂(如环氧化合物类、酸酯类、多元醇酯类等)的用量为5～20重量份。
根据本发明的另一个方面，本发明还涉及橡胶组合物的制备方法，包括以下步骤：
按照所述量将所述组分混合、硫化得到所述橡胶组合物。
所述制备方法可通过本技术领域的常规方法将上述组分混合以生成其后可用于硫化的橡胶组合物。本发明橡胶组合物制备过程中，原料组分的混合、混炼、开炼、硫化工艺可采用现有技术中通常的橡胶加工工艺。所用设备也均是现有技术中橡胶加工中的设备，比如高速搅拌混合机、捏合机、密炼机、开炼机、平板硫化机等。
下面结合具体的实施例进一步解释说明。
本发明实施例及对比例中涉及的橡胶组合物中的组分及来源如下：
丁苯橡胶，KUMHO SOL-6270M，韩国锦湖产品。
BR来自LANXESS的Buna CB 24。
VN3GR来自德国德固赛公司。
RICON330来自道达尔克雷威利公司。
SI-69来自德国德固赛公司。
操作油P50来自道达尔能源公司。
氧化锌来自大连氧化锌厂。
硬脂酸来自泰柯棕化。
脂肪酸皂类分散剂SL-5044来自华奇(中国)化工有限公司。
防护蜡SL-10140来自华奇(中国)化工有限公司。
防老剂4020来自江苏圣奥化工有限公司。
硫磺来自美国富莱克斯。
促进剂CZ来自科迈化工股份有限公司。
促进剂DPG来自科迈化工股份有限公司。
本发明涉及的仪器设备来源如下：
1.6L BR1600密炼机，美国Farrel公司产品。
XK-160型开炼机，青岛鑫城一鸣机械厂产品。
XLB-D 600×600型平板硫化机，浙江湖州宏桥机械厂产品。
3365型拉力机，美国英斯特朗公司产品。
无转子流变仪，美国埃尔法公司产品。
门尼粘度仪，美国埃尔法公司产品。
压缩生热试验机，美国埃尔法公司产品。
动态力学分析仪(DMA)，梅特勒公司产品。
辊筒磨耗试验机，高铁公司产品。
冲击弹性试验机，江都市中艺试验机械厂。
实施例1
白炭黑分散剂的制备方法，包括以下步骤：
在装有搅拌器、温度计、回流冷凝管的500mL圆底烧瓶中分别加入硬脂酸0.3mol，加热至80℃使其全部熔化，缓慢滴加含有0.3mol十八烷基二甲基叔胺的50％乙醇溶液，滴加完成后回流状态反应至溶液澄清透明，改蒸馏状态除去溶剂，冷却至室温，即得产物。
实施例1的原料用量、产物指标如表1所示。
表1实施例1的原料用量、产物指标
Figure BDA0003927602740000121
实施例2～7
实施例2～7，按照表2中的原料及用量，重复实施例1中白炭黑分散剂的制备过程；具体数据参见下表2。
表2实施例2～7所用原料与产物指标
Figure BDA0003927602740000131
实施例8～12
除改变有机酸的种类以外，重复实施例1中白炭黑分散剂的制备过程，具体数据参见下表3。
表3实施例8～12所用原料与产物指标
Figure BDA0003927602740000132
实施例13～16
将实施例1得到的白炭黑分散剂按照表4中的原料配方(重量份)分别制备实施例13～16的橡胶组合物。
实施例13～16的橡胶组合物的制备方法，分别包括以下步骤：
用1.6升Bambury密炼机将橡胶、炭黑、以及其它组分(硫磺和促进剂除外)混合6分钟，排胶温度不高于160℃，以得到母炼胶，然后在30℃至100℃温度下，使用开放式炼胶机将母炼胶、硫磺和促进剂混合均匀，从而获得橡胶组合物，硫化通常在130℃至180℃之间进行，在一定压力下，经过足够的时间完成。然后进一步进行性能测试。
表4橡胶组合物的配方
Figure BDA0003927602740000141
对比例1
根据专利CN103525068A制备分散剂A，包括以下步骤：
在装有搅拌器、温度计、回流冷凝管的500mL圆底烧瓶中分别加入乙氧基个数m+n的和为60的十八胺聚氧乙烯醚0.1mol，棕榈酸0.15mol，加热至80℃使全部熔化，加入50mL乙醇，然后回流状态反应至溶液澄清透明，改蒸馏状态除去溶剂，冷却至60℃以下，即得液体分散剂A。
对比例2
根据专利CN103525068A制备分散剂B，包括以下步骤：
将对比例1的产物按照50重量份数与50重量份数的白炭黑在高速搅拌机中搅拌均匀，可以获得粉末状的分散剂B。
对比例3～8
按照表5中的原料配方(重量份)分别制备对比例3～8的橡胶组合物。
表5对比例3～8的橡胶组合物的配方
Figure BDA0003927602740000151
试验例
橡胶组合物的性能测试
一、硫化特性的测试
根据标准GB/T 16584-1996测试所述橡胶组合物的硫化特性，考察ML、MH、T90的变化。
其中，ML：最小力矩或力，单位N·m，可以表征橡胶组合物未发生硫化时的剪切模量。
MH：在规定时间内达到的平坦、最大、最高转矩或力，单位N·m，可表征橡胶组合物在达到最佳硫化状态时的剪切模量，MH-ML值越大，表示橡胶组合物的交联网络密度越大。
T90：最佳硫化时间，单位min，可以表征橡胶组合物在达到最佳硫化状态时需要的时间，T90数值越小，表示硫化速度越快。
二、拉伸性能的测试
根据标准GB/T 528-2009测试所述硫化橡胶的定伸应力、扯断强度、扯断伸长率。
50％定伸应力：试样拉伸至50％伸长率时所记录的拉伸应力，单位MPa。
扯断强度：试样拉伸至断裂时刻所记录的拉伸应力，单位MPa。
扯断伸长率：试样在拉断时的伸长率，单位％。
撕裂强度：根据标准GB/T 529-2008测试所述硫化橡胶的撕裂强度。用拉力试验机，对有割口或无割口的试样在规定的速度下进行连续拉伸，直至试样撕断所需的最大力。撕裂强度单位为kN/m。撕裂强度大，代表橡胶的抗撕裂性能好。
三、邵氏硬度的测试
根据标准GB/T 531.1-2008评估硫化后橡胶组合物的邵氏硬度，硬度值越大，表示橡胶组合物的刚性越高。
四、DIN磨耗
根据标准GB/T9867-2008测试硫化橡胶的磨耗指数。
参照胶的体积模量与试验胶的体积模量，受到砂布的磨耗作用产生一个固定质量损失，在相同对规定实验条件下，参照胶的体积磨耗量与试验胶的体积磨耗量之比，通常以百分数表示。磨耗指数越小，表明耐磨性越差。
五、炭黑分散
根据标准GB/T 6030-2006评估硫化后橡胶组合物的炭黑分散等级，等级越高，表示橡胶组合物中的白炭黑分散更均匀。
六、动态机械性能
橡胶动态机械性能使用DMA(动态热机械分析仪)来测试，使用标准的试样在较宽的频率和温度范围内对试样施加一定的剪切力进行连续测试，以获得材料的动态力学性能的频率谱或温度谱。DMA测量时对样品施加正弦机械应力，可测量力的振幅、位移(形变)的振幅和相位移，测定基于模量或阻尼行为变化的热效应，以损耗角Tanδ来表征橡胶的动态性能，Tanδ越小，橡胶的弹性越好，生热低。检测0℃时的Tanδ来表征其湿地抓地力，60℃时的Tanδ来表征其滚动阻力。
七、压缩生热
根据标准ASTM D623-07测试硫化橡胶的压缩生热，在恒温实验箱内，以一定的负荷、冲程和频率对硫化橡胶式样进行压缩，以底部温升、中部终温、永久变形表征硫化胶的压缩生热性能。底部温升越高橡胶温升越高，中部终温越高橡胶温升越高，永久变形越大橡胶变形越大。
橡胶组合物配方测试结果如表6所示。
表6橡胶组合物配方测试结果
Figure BDA0003927602740000171
Figure BDA0003927602740000181
从表6可看出，对比例7与对比例8比较，分散剂负载使用后，对白炭黑的分散效果下降，导致门尼粘度升高焦烧时间缩短，影响加工性能，与此同时湿地抓着力下降，滚动阻力升高，生热增加。
对比例4与实施例13对比，对比例5与实施例14对比，对比例6与实施例15对比，结果表明本发明炭黑分散剂与市售脂肪酸皂类分散剂具有较好的力学性能的同时，具有较低的门尼粘度，更高的炭黑分散等级，更好的湿地抓着力，更低的滚动阻力，更低的生热与更低的压缩变形。故本发明白炭黑分散剂使得白炭黑在橡胶组合物中的分散更均匀，改善了橡胶组合物的加工性能，提高了湿地抓着力，降低了橡胶组合物生热与形变。
对比例3与实施例14、实施例15、实施例16对比，结果表明：本发明炭黑分散剂可以在保证力学性能的前提下，分散剂加入越多，橡胶组合物的炭黑分散等级越高，门尼粘度越低，具有更优的耐磨性能，更低的压缩生热与变形。由此可以看出，本发明炭黑分散剂使白炭黑在胶料中的分散更加均匀，在改善加工性能的同时，提高了湿地抓着力，降低了滚动阻力、降低了胶料生热与变形。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，但本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种白炭黑分散剂，其特征在于，所述白炭黑分散剂具有式(I)所示的结构：
Figure FDA0003927602730000011
其中，R1、R2和R3各自独立地选自烷基、烯基、脂环烃、芳基、苄基、取代的烷基、取代的烯基、取代的脂环烃、取代的芳基和取代的苄基中的至少一种；
所述烷基选自C1～C30的直链或支链烷基；所述烯基选自C2～C30的直链或支链烯基；所述脂环烃选自C6～C22的饱和或不饱和脂环烃；所述芳基选自C6～C22的芳基；所述苄基选自C7～C22的苄基；
所述取代的烷基、取代的烯基、取代的脂环烃、取代的芳基和取代的苄基中的取代基各自独立地选自卤素、巯基和羟基中的至少一种；
R4为有机酸中羧酸基以外的残基。
2.根据权利要求1所述的白炭黑分散剂，其特征在于，所述有机酸包括乙酸、丁酸、戊酸、异辛酸、癸酸、新癸酸、月桂酸、棕榈酸、硬脂酸、丙烯酸、甲基丙烯酸、油酸、亚油酸、松香酸、苯甲酸、巯基乙酸、巯基丙酸、巯基丁酸、氯丁酸、椰子油脂肪酸、豆油脂肪酸和蓖麻油脂肪酸中的至少一种。
3.如权利要求1或2所述的白炭黑分散剂的制备方法，其特征在于，式(Ⅰ)由式(Ⅱ)所示的有机胺和式(Ⅲ)所示的有机酸按照如下反应获得；
Figure FDA0003927602730000021
其中，式(Ⅰ)、式(Ⅱ)和式(Ⅲ)中的R1、R2、R3、R4的定义如权利要求1所述。
4.根据权利要求3所述的白炭黑分散剂的制备方法，其特征在于，包含以下特征(1)至(4)中的至少一种：
(1)所述有机胺包括三甲胺、三乙胺、三异辛胺、N,N-二甲基乙胺、N,N-二甲基丙胺、N,N-二甲基丁胺、N,N-二甲基辛胺、N,N-二甲基苯胺、N,N-二甲基苄胺、十二烷基二甲基叔胺、十四烷基二甲基叔胺、十六烷基二甲基叔胺、十八烷基二甲基叔胺和二癸基甲基叔胺中的至少一种；
(2)所述有机酸包括乙酸、丁酸、戊酸、异辛酸、癸酸、新癸酸、月桂酸、棕榈酸、硬脂酸、丙烯酸、甲基丙烯酸、油酸、亚油酸、松香酸、苯甲酸、巯基乙酸、巯基丙酸、巯基丁酸、氯丁酸、椰子油脂肪酸、豆油脂肪酸和蓖麻油脂肪酸中的至少一种；
(3)所述反应在有溶剂或者无溶剂的条件下进行；
(4)所述溶剂包括醇、烃、醚、酮和酯中的至少一种。
5.根据权利要求3所述的白炭黑分散剂的制备方法，其特征在于，所述有机胺与有机酸的摩尔比为(0.1～10)：1。
6.根据权利要求3所述的白炭黑分散剂的制备方法，其特征在于，所述反应的温度为20～200℃。
7.一种橡胶组合物，其特征在于，所述橡胶组合物由包括以下重量份数的原料制备得到：
橡胶80～150份、白炭黑50～120份、白炭黑分散剂0.5～10份、含硫组分1～10份和硫化促进剂0.5～5份；
所述白炭黑分散剂为权利要求1所述的白炭黑分散剂，或者权利要求3～6中任一项所述的白炭黑分散剂的制备方法制备得到的白炭黑分散剂。
8.根据权利要求7所述的橡胶组合物，其特征在于，所述橡胶组合物由包括以下重量份数的原料制备得到：
橡胶90～130份、白炭黑60～100份、白炭黑分散剂0.5～5份、含硫组分2～7份和硫化促进剂1～3份。
9.根据权利要求7所述的橡胶组合物，其特征在于，包含以下特征(1)至(5)中的至少一种：
(1)所述橡胶包括天然橡胶、聚丁二烯橡胶、聚异戊二烯橡胶和聚苯乙烯丁二烯橡胶中的至少一种；
(2)所述含硫组分包括硫磺和/或含硫有机化合物；
(3)所述硫化促进剂包括次磺酰胺类硫化促进剂、噻唑类硫化促进剂和二苯胍类硫化促进剂中的至少一种；
(4)所述含硫有机化合物包括烷基酚硫化物、二硫代吗啡啉、二硫化二己内酰胺、二硫化四甲基秋兰姆和六亚甲基-1,6-二硫代硫酸二钠盐中的至少一种；
(5)所述白炭黑的氮吸附比表面积大于或等于150m2/g。
10.根据权利要求7～9中任一项所述的橡胶组合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将各组分进行混合、硫化，得到橡胶组合物。
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