CN116875263A - 一种用于轮胎制造的高强度胶黏剂 - Google Patents
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Abstract
本发明一种用于轮胎制造的高强度胶黏剂，属于胶黏剂技术领域。本发明公开的胶黏剂配方中包括聚氨酯预聚体、增塑剂、硅烷偶联剂、粉末填料、抗老化剂、纳米氧化锆。本发明制备的胶黏剂使得橡胶‑聚氨酯复合轮胎界面粘合牢固，剥离强度高，长距离使用本发明制备的高强度胶黏剂贴合的橡胶‑聚氨酯复合结构轮胎，胎面与胎体间也不出现剥离状况。
Description
技术领域
本发明涉及胶黏剂技术领域，尤其涉及一种用于轮胎制造的高强度胶黏剂。
背景技术
橡胶作为生产轮胎的首选原料，在长期的使用过程中暴露出了在有着诸多优点的同时，也不可避免的存在较差的耐久性、低抗撕裂强度和易于磨损性等缺点，例如载重轮胎就常常爆胎，正因其载重性能有限。此外，由于添加剂的大量存在以及橡胶的回收利用困难，在轮胎使用过程中随着橡胶的磨耗会进入周围环境且轮胎废弃后难以回收，会给环境造成很大压力。
聚氨酯弹性体因其独特的分子结构，在宏观力学机械性能以及各种耐受性方面都要优于传统的普通橡胶，因此使用聚氨酯弹性体代替或部分代替通用橡胶生产出来的轮胎性能也通常会优于传统轮胎，比如更耐磨、更省油、寿命更高等。此外，在聚氨酯中不用添加太多助剂就能获得较优性能，对于保护环境有着促进作用。
聚氨酯轮胎随着发展成了两大类聚氨酯轮胎：一种是全聚氨酯轮胎，与现有普通轮胎相比，一方面全聚氨酯弹性体轮胎的生产过程基本不相同，因此制造全聚氨酯弹性体轮胎需要完全重新建厂，成本较高；另一方面，全聚氨酯弹性体轮胎较多的使用单一聚氨酯弹性体材料，当其使用环境比较恶劣时，面对复杂多变的受力情况，单一聚氨酯弹性体材料较难符合使用要求；一种为聚氨酯/橡胶复合结构轮胎，此类轮胎是在传统轮胎基础上改进的，使用耐磨的聚氨酯作为胎面，以通用橡胶为胎体复合而成的新型轮胎，生产这种轮胎所需改动较少，只需在现有设备的基础上，添加目前没有的胎面生产设备，便能实现生产。作为一种新型环保节能轮胎，聚氨酯胎面/通用橡胶胎体复合结构轮胎同时具有通用橡胶胎体稳定安适的特点和聚氨酯弹性体胎面寿命长、环境友好的优点。因此，近年来较多的使用的是这种聚氨酯胎面/通用橡胶胎体复合的新型轮胎，但是这种复合结构轮胎中的聚氨酯橡胶胎面和通用橡胶胎体之间存在着严重的界面粘合的问题，进而严重制约了此类轮胎的发展。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种用于轮胎制造的高强度胶黏剂，用于解决聚氨酯橡胶胎面和通用橡胶胎体之间存在着严重的界面粘合差的技术问题。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种用于轮胎制造的高强度胶黏剂，包括聚氨酯预聚体、增塑剂、硅烷偶联剂、粉末填料、抗老化剂、纳米氧化锆。
本发明进一步技术方案中，上述用于轮胎制造的高强度胶黏剂，按重量份数计，包括20-65份聚氨酯预聚体、增塑剂10-15份、硅烷偶联剂5-10份、粉末填料10-30份、抗老化剂1-5份、纳米氧化锆2-3份。
本发明进一步技术方案中，所述聚氨酯预聚体由多元醇、异氰酸酯、扩链剂、氧化石墨烯和催化剂制备的以NCO封端的预聚物，其中，多元醇、异氰酸酯、扩链剂、氧化石墨烯和催化剂重量比为1:1:1.9:0.9:0.5。
本发明进一步技术方案中，所述多元醇由环氧丙烷聚醚二醇、聚酯二元醇按重量比1:1混合而成。
本发明进一步技术方案中，所述异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、1,6-已二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、苯二亚甲基二异氰酸酯或异佛尔酮异氰酸酯中的一种或两种以上,优选为异佛尔酮异氰酸酯。
本发明进一步技术方案中，所述扩链剂为1,4-丁二醇、二乙基甲苯二胺、二甲硫基甲苯二胺、三羟甲基丙烷的一种或两种以上，优选为二乙基甲苯二胺。
本发明进一步技术方案中，所述催化剂为二月桂酸二丁基锡、二吗啉基二乙基醚、辛酸亚锡的一种或两种以上，优选为二月桂酸二丁基锡。
本发明进一步技术方案中，所述硅烷偶联剂为是，γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲(乙)氧基硅烷，γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷中的一种或两种以上，优选为γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷。
本发明进一步技术方案中，所述抗老化剂为包括抗氧剂1010、抗氧剂264、以及紫外光稳定剂中的一种或两种以上，其中，紫外光稳定剂为水杨酸类、苯酮类、并三类或三嗦类，包括UV-531、Tinuvin 327、UV-327或UV-1164。
本发明进一步技术方案中，所述增塑剂剂采用邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二异癸酯、邻苯二甲酸二异壬酯的一种或两种以上，优选为邻苯二甲酸二异癸酯。
本发明进一步技术方案中，所述粉体填料为超细碳酸钙或滑石粉。
本发明进一步技术方案中，所述聚氨酯预聚体采用传统方法制备,包括以下步骤:将多元醇升温至110-120℃，打开真空泵保持-0.10～-0.09MPa的真空度，搅拌脱水2h,然后降温至60℃,加入异氰酸酯、氧化石墨烯,通氮气保护,并加入催化剂和扩链剂,升温至80℃反应3-4h,降温至常温后出料得到聚氨酯预聚体。
本发明进一步技术方案中，上述用于轮胎制造的高强度胶黏剂由以下步骤制备得到：按重量份数，将聚氨酯预聚体、抗老化剂、纳米氧化锆和硅烷偶联剂置于高速分散机容器中，在1000rpm条件下分散30min，在氮气保护下,加入增塑剂和粉体填料，继续分散1h，取出混合液置于真空设备中，在-0.1～-0.09MPa压力下脱泡20min，出料，即得用于轮胎制造的高强度胶黏剂。
经由上述的技术方案可知，本发明公开提供了一种用于轮胎制造的高强度胶黏剂，本发明制备的胶黏剂使得橡胶-聚氨酯复合轮胎界面粘合牢固，剥离强度高，长距离使用本发明制备的高强度胶黏剂贴合的橡胶-聚氨酯复合结构轮胎，胎面与胎体间也不出现剥离状况。
与现有技术相比，本发明还具有以下技术效果：
1、本发明在制备胶黏剂时配方中加入了纳米氧化锆，纳米氧化锆的加入能够显著的提高胶黏剂的力学性能，同时也能够提升胶黏剂的粘合性能，而且在配方中加入的硅烷偶联剂不仅能够有效的提高纳米氧化锆在胶黏剂中的分散性，而且能够活化橡胶表面的作用位点，使得橡胶更好的与聚氨酯更紧密的贴合的同时贴合的牢固性性能大大提升。
2、本发明胶黏剂中的聚氨酯预聚体在制备时，添加了氧化石墨烯，在预聚物形成期间氧化石墨烯表面上的基团会与异氰酸酯的基团之间的共价相互作用，将氧化石墨烯嵌入聚氨酯颗粒内部，改变了硬链段和软链段之间的相分离程度，提升了胶黏剂的粘结性能和剥离强度。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种用于轮胎制造的高强度胶黏剂，由以下步骤制备得到：
步骤一：聚氨酯预聚体的制备:将多元醇升温至110℃，打开真空泵保持-0.10MPa的真空度，搅拌脱水2h,然后降温至60℃,加入二苯基甲烷二异氰酸酯、氧化石墨烯,通氮气保护,并加入辛酸亚锡和三羟甲基丙烷,升温至80℃反应3h,降温至常温后出料得到聚氨酯预聚体；其中，多元醇、二苯基甲烷二异氰酸酯、三羟甲基丙烷、氧化石墨烯和辛酸亚锡重量比为1:1:1.9:0.9:0.5；所述多元醇由环氧丙烷聚醚二醇、聚酯二元醇按重量比1:1混合而成；
步骤二：按重量份数，将20份聚氨酯预聚体、抗氧剂2641份、2份纳米氧化锆和5份γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷置于高速分散机容器中，在1000rpm条件下分散30min，在氮气保护下,加入10份邻苯二甲酸二辛酯和10份滑石粉，继续分散1h，取出混合液置于真空设备中，在-0.1MPa压力下脱泡20min，出料，即得用于轮胎制造的高强度胶黏剂。
实施例2
一种用于轮胎制造的高强度胶黏剂，由以下步骤制备得到：
步骤一：聚氨酯预聚体的制备:将多元醇升温至120℃，打开真空泵保持-0.09MPa的真空度，搅拌脱水2h,然后降温至60℃,加入异佛尔酮二异氰酸酯、氧化石墨烯,通氮气保护,并加入二吗啉基二乙基醚和1,4-丁二醇,升温至80℃反应4h,降温至常温后出料得到聚氨酯预聚体；其中，多元醇、异佛尔酮二异氰酸酯、1,4-丁二醇、氧化石墨烯和二吗啉基二乙基醚重量比为1:1:1.9:0.9:0.5；所述多元醇由环氧丙烷聚醚二醇、聚酯二元醇按重量比1:1混合而成；
步骤二：按重量份数，将65份聚氨酯预聚体、UV-11645份、3份纳米氧化锆和10份γ-氨丙基三乙氧基硅烷置于高速分散机容器中，在1000rpm条件下分散30min，在氮气保护下,加入15份邻苯二甲酸二异壬酯和30份滑石粉，继续分散1h，取出混合液置于真空设备中，在-0.09MPa压力下脱泡20min，出料，即得用于轮胎制造的高强度胶黏剂。
实施例3
一种用于轮胎制造的高强度胶黏剂，由以下步骤制备得到：
步骤一：聚氨酯预聚体的制备:将多元醇升温至115℃，打开真空泵保持-0.05MPa的真空度，搅拌脱水2h,然后降温至60℃,加入异佛尔酮异氰酸酯、氧化石墨烯,通氮气保护,并加入二月桂酸二丁基锡和二乙基甲苯二胺,升温至80℃反应3.5h,降温至常温后出料得到聚氨酯预聚体；其中，多元醇、异佛尔酮异氰酸酯、二乙基甲苯二胺、氧化石墨烯和二月桂酸二丁基锡重量比为1:1:1.9:0.9:0.5；所述多元醇由环氧丙烷聚醚二醇、聚酯二元醇按重量比1:1混合而成；
步骤二：按重量份数，将45份聚氨酯预聚体、抗氧剂10103.5份、2.5份纳米氧化锆和7.5份γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷置于高速分散机容器中，在1000rpm条件下分散30min，在氮气保护下,加入13.5份邻苯二甲酸二异癸酯和20份超细碳酸钙，继续分散1h，取出混合液置于真空设备中，在-0.05MPa压力下脱泡20min，出料，即得用于轮胎制造的高强度胶黏剂。
对比例1
一种用于轮胎制造的高强度胶黏剂，由以下步骤制备得到：
步骤一：聚氨酯预聚体的制备:将多元醇升温至115℃，打开真空泵保持-0.05MPa的真空度，搅拌脱水2h,然后降温至60℃,加入异佛尔酮异氰酸酯、氧化石墨烯,通氮气保护,并加入二月桂酸二丁基锡和二乙基甲苯二胺,升温至80℃反应3.5h,降温至常温后出料得到聚氨酯预聚体；其中，多元醇、异佛尔酮异氰酸酯、二乙基甲苯二胺、二月桂酸二丁基锡重量比为1:1:1.9:0.5；所述多元醇由环氧丙烷聚醚二醇、聚酯二元醇按重量比1:1混合而成；
步骤二：按重量份数，将45份聚氨酯预聚体、抗氧剂10103.5份、2.5份纳米氧化锆和7.5份γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷置于高速分散机容器中，在1000rpm条件下分散30min，在氮气保护下,加入13.5份邻苯二甲酸二异癸酯和20份超细碳酸钙，继续分散1h，取出混合液置于真空设备中，在-0.05MPa压力下脱泡20min，出料，即得用于轮胎制造的高强度胶黏剂。
对比例2
一种用于轮胎制造的高强度胶黏剂，由以下步骤制备得到：
步骤一：聚氨酯预聚体的制备:将多元醇升温至115℃，打开真空泵保持-0.05MPa的真空度，搅拌脱水2h,然后降温至60℃,加入异佛尔酮异氰酸酯、氧化石墨烯,通氮气保护,并加入二月桂酸二丁基锡和二乙基甲苯二胺,升温至80℃反应3.5h,降温至常温后出料得到聚氨酯预聚体；其中，多元醇、异佛尔酮异氰酸酯、二乙基甲苯二胺、氧化石墨烯和二月桂酸二丁基锡重量比为1:1:1.9:0.9:0.5；所述多元醇由环氧丙烷聚醚二醇、聚酯二元醇按重量比1:1混合而成；
步骤二：按重量份数，将45份聚氨酯预聚体、抗氧剂10103.5份和7.5份γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷置于高速分散机容器中，在1000rpm条件下分散30min，在氮气保护下,加入13.5份邻苯二甲酸二异癸酯和20份超细碳酸钙，继续分散1h，取出混合液置于真空设备中，在-0.05MPa压力下脱泡20min，出料，即得用于轮胎制造的高强度胶黏剂。
对比例3
一种用于轮胎制造的高强度胶黏剂，由以下步骤制备得到：
步骤一：聚氨酯预聚体的制备:将多元醇升温至115℃，打开真空泵保持-0.05MPa的真空度，搅拌脱水2h,然后降温至60℃,加入异佛尔酮异氰酸酯、氧化石墨烯,通氮气保护,并加入二月桂酸二丁基锡和二乙基甲苯二胺,升温至80℃反应3.5h,降温至常温后出料得到聚氨酯预聚体；其中，多元醇、异佛尔酮异氰酸酯、二乙基甲苯二胺、二月桂酸二丁基锡重量比为1:1:1.9:0.5；所述多元醇由环氧丙烷聚醚二醇、聚酯二元醇按重量比1:1混合而成；
步骤二：按重量份数，将45份聚氨酯预聚体、抗氧剂10103.5份、7.5份γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷置于高速分散机容器中，在1000rpm条件下分散30min，在氮气保护下,加入13.5份邻苯二甲酸二异癸酯和20份超细碳酸钙，继续分散1h，取出混合液置于真空设备中，在-0.05MPa压力下脱泡20min，出料，即得用于轮胎制造的高强度胶黏剂。
实施例4
一种高强度胶黏剂用于聚氨酯-橡胶复合轮胎的界面的粘结工艺，具体为：将橡胶胎体和聚氨酯胎面分别经过机械打毛、表面处理后均匀刷涂或者喷涂0.5wt％的实施例1制备的轮胎制造的高强度胶黏剂，待第一遍喷涂结束后，60℃烘干至不粘手后进行第二遍喷涂，喷涂结束后60℃烘15min，将喷涂或刷涂后的橡胶胎体和聚氨酯胎面进行贴合后，加以3MPa压力,在130℃下固化2h。
经检测，经过胶黏剂粘结后的复合轮胎室温放置48小时后测量的剥离强度为每米405.2公斤(剥离强度按GB/T-2791-1995标准进行测试)。
实施例5
一种高强度胶黏剂用于聚氨酯-橡胶复合轮胎的界面的粘结工艺，具体为：将橡胶胎体和聚氨酯胎面分别经过机械打毛、表面处理后均匀刷涂或者喷涂0.5wt％的实施例2制备的轮胎制造的高强度胶黏剂，待第一遍喷涂结束后，60℃烘干至不粘手后进行第二遍喷涂，喷涂结束后60℃烘15min，将喷涂或刷涂后的橡胶胎体和聚氨酯胎面进行贴合后，加以3MPa压力,在130℃下固化2h。
经检测，经过胶黏剂粘结后的复合轮胎室温放置48小时后测量的剥离强度为每米411.2公斤(剥离强度按GB/T-2791-1995标准进行测试)。
实施例6
一种高强度胶黏剂用于聚氨酯-橡胶复合轮胎的界面的粘结工艺，具体为：将橡胶胎体和聚氨酯胎面分别经过机械打毛、表面处理后均匀刷涂或者喷涂0.5wt％的实施例3制备的轮胎制造的高强度胶黏剂，待第一遍喷涂结束后，60℃烘干至不粘手后进行第二遍喷涂，喷涂结束后60℃烘15min，将喷涂或刷涂后的橡胶胎体和聚氨酯胎面进行贴合后，加以3MPa压力,在130℃下固化2h。
经检测，经过胶黏剂粘结后的复合轮胎室温放置48小时后测量的剥离强度为每米429.7公斤(剥离强度按GB/T-2791-1995标准进行测试)。
实施例7
一种高强度胶黏剂用于聚氨酯-橡胶复合轮胎的界面的粘结工艺，具体为：将橡胶胎体和聚氨酯胎面分别经过机械打毛、表面处理后均匀刷涂或者喷涂0.5wt％的对比例1制备的轮胎制造的高强度胶黏剂，待第一遍喷涂结束后，60℃烘干至不粘手后进行第二遍喷涂，喷涂结束后60℃烘15min，将喷涂或刷涂后的橡胶胎体和聚氨酯胎面进行贴合后，加以3MPa压力,在130℃下固化2h。
经检测，经过胶黏剂粘结后的复合轮胎室温放置48小时后测量的剥离强度为每米416.5公斤(剥离强度按GB/T-2791-1995标准进行测试)。
实施例8
一种高强度胶黏剂用于聚氨酯-橡胶复合轮胎的界面的粘结工艺，具体为：将橡胶胎体和聚氨酯胎面分别经过机械打毛、表面处理后均匀刷涂或者喷涂0.5wt％的对比例2制备的轮胎制造的高强度胶黏剂，待第一遍喷涂结束后，60℃烘干至不粘手后进行第二遍喷涂，喷涂结束后60℃烘15min，将喷涂或刷涂后的橡胶胎体和聚氨酯胎面进行贴合后，加以3MPa压力,在130℃下固化2h。
经检测，经过胶黏剂粘结后的复合轮胎室温放置48小时后测量的剥离强度为每米415.8公斤(剥离强度按GB/T-2791-1995标准进行测试)。
实施例9
一种高强度胶黏剂用于聚氨酯-橡胶复合轮胎的界面的粘结工艺，具体为：将橡胶胎体和聚氨酯胎面分别经过机械打毛、表面处理后均匀刷涂或者喷涂0.5wt％的对比例3制备的轮胎制造的高强度胶黏剂，待第一遍喷涂结束后，60℃烘干至不粘手后进行第二遍喷涂，喷涂结束后60℃烘15min，将喷涂或刷涂后的橡胶胎体和聚氨酯胎面进行贴合后，加以3MPa压力,在130℃下固化2h。
经检测，经过胶黏剂粘结后的复合轮胎室温放置48小时后测量的剥离强度为每米401.2公斤(剥离强度按GB/T-2791-1995标准进行测试)。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
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 (10)
1.一种用于轮胎制造的高强度胶黏剂，其特征在于：包括聚氨酯预聚体、增塑剂、硅烷偶联剂、粉末填料、抗老化剂和纳米氧化锆；
所述聚氨酯预聚体由多元醇、异氰酸酯、扩链剂、氧化石墨烯和催化剂制备的以NCO封端的预聚物。
2.根据权利要求1所述的一种用于轮胎制造的高强度胶黏剂，其特征在于：所述多元醇由环氧丙烷聚醚二醇、聚酯二元醇按重量比1:1混合而成；所述扩链剂为1,4-丁二醇、二乙基甲苯二胺、二甲硫基甲苯二胺、三羟甲基丙烷的一种或两种以上；所述催化剂为有机锡类催化剂。
3.根据权利要求1所述的一种用于轮胎制造的高强度胶黏剂，其特征在于：所述硅烷偶联剂为是，γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲(乙)氧基硅烷，γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷中的一种或两种以上。
4.根据权利要求1所述的一种用于轮胎制造的高强度胶黏剂，其特征在于：抗老化剂为包括抗氧剂或紫外光稳定剂中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的一种用于轮胎制造的高强度胶黏剂，其特征在于：所述增塑剂剂采用邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二异癸酯、邻苯二甲酸二异壬酯的一种或两种以上。
6.根据权利要求1所述的一种用于轮胎制造的高强度胶黏剂，其特征在于：所述粉体填料为超细碳酸钙或滑石粉。
7.根据权利要求1所述的一种用于轮胎制造的高强度胶黏剂，其特征在于：按重量份数计，20-65份聚氨酯预聚体、增塑剂10-15份、硅烷偶联剂5-10份、粉末填料10-30份、抗老化剂1-5份、纳米氧化锆2-3份。
8.根据权利要求1所述的一种用于轮胎制造的高强度胶黏剂，其特征在于：所述多元醇、异氰酸酯、扩链剂、氧化石墨烯和催化剂重量比为1:1:1.9:0.9:0.5。
9.根据权利要求1所述的一种用于轮胎制造的高强度胶黏剂，其特征在于：所述聚氨酯预聚体制备方法,包括以下步骤:将多元醇升温至110-120℃，打开真空泵保持-0.10～-0.09MPa的真空度，搅拌脱水2h,然后降温至60℃,加入异氰酸酯、氧化石墨烯,通氮气保护,并加入催化剂和扩链剂,升温至80℃反应3-4h,降温至常温后出料得到聚氨酯预聚体。
10.权利要求1-9之一所述的一种用于轮胎制造的高强度胶黏剂，其特征在于：由以下步骤制备得到：按重量份数，将聚氨酯预聚体、抗老化剂、纳米氧化锆和硅烷偶联剂置于高速分散机容器中，在1000rpm条件下分散30min，在氮气保护下,加入增塑剂和粉体填料，继续分散1h，取出混合液置于真空设备中，在-0.1～-0.09MPa压力下脱泡20min，出料，即得用于轮胎制造的高强度胶黏剂。
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