CN118048115A - 轮胎密封剂 - Google Patents

Abstract

公开了一种有效的轮胎密封剂，其对环境友好或对环境破坏较小的，具有稳定性高、可加工性良好、和使用安全的特征。该轮胎密封剂包含大约5wt.％至大约50wt.％的基于生物的脂肪族二醇；大约5wt.％至大约70wt.％的天然橡胶胶乳；以及大约0.001wt.％至大约10wt.％的水溶性聚合物，作为用于调节和/或影响所述轮胎密封剂的凝固点的添加剂。

Description

轮胎密封剂

发明背景

发明领域

本发明涉及一种有效的轮胎密封剂，其对环境友好或对环境破坏较小的，具有稳定性高、可加工性良好、和使用安全的特征。

背景技术

就车辆充气轮胎来说，存在的问题在于它们在辗过尖锐物体时可能遭到损坏，导致轮胎(逐渐，如果幸运的话)失去气压。为了尽可能安全地将此类损坏密封一段时间直至可以更换车辆充气轮胎，已知将轮胎密封剂按需注入到车辆充气轮胎中，特别是经由轮胎的气阀。

另一方面，例如从DE 10 2006 059 286 A1中已知自密封配置的车辆充气轮胎。在这种情况下，标准轮胎设计通过密封剂层进行改造。自密封密封剂是自粘合的粘性密封化合物，其作为层从带组合件(belt package)的径向向内的突起区域被施加到径向最里面的轮胎层，即很大程度上气密的内层上。密封剂层能够自动密封直径最高达5mm的穿刺孔。穿刺孔穿过运行带直通内层后，密封剂完全包裹渗入的外来物质，与环境隔离地密封内部空间，并因此防止轮胎中的压缩空气流失。车辆的驾驶员不会被迫立即用完备的备用轮胎或紧急车轮更换有问题的轮胎。

然而，本发明涉及(如果需要的话)经由轮胎的空气入口被注入到轮胎中的轮胎密封剂。此类轮胎密封剂使轮胎中的橡胶颗粒聚集，从而密封孔洞并允许继续驾驶。

此种轮胎密封剂例如从JP 4553712 B2中是已知的。这一现有技术教导本领域技术人员提高二醇含量，该二醇是防冻剂。然而，胶乳含量较低。由于该胶乳含量相对减少，因此密封性能降低。

另一种轮胎密封剂从JP 7028042 B2中已知。

发明内容

常规的轮胎密封剂含有防冻剂，如丙二醇、甘油(glycerol)、或乙二醇。防冻剂是重要成分，因为它决定了轮胎密封剂在低温下的粘度。负温度下的低粘度对于轮胎密封剂能够容易地进入轮胎和穿刺孔洞是至关重要的。

已知的防冻剂包括乙二醇、丙二醇、和甘油、以及含有或不含甘油的乙酸钾溶液、三甲基甘氨酸、二甲亚砜、及其衍生物和组合。

乙二醇由于其低粘度和优异的冷冻性质而通常在负温度下使用。

然而，乙二醇是有毒的。由于较为严格的条例，乙二醇在轮胎密封剂中的使用急剧减少。它的高级同系物丙二醇是更环境友好的并且一些轮胎密封剂中已经代替了乙二醇。然而，丙二醇比乙二醇更具粘性，使得在负温度下与基于乙二醇的轮胎密封剂相比，基于丙二醇的轮胎密封剂具有更高的粘度。将足够的水添加到基于丙二醇的轮胎密封剂中降低了其粘度，但提高了轮胎密封剂的冷凝温度/冻结温度(freezing temperature)并因此限制了其使用温度。

尽管增加丙二醇相对于水的比例降低了轮胎密封剂的冻结温度，但由于粘度较高，使可用橡胶的量减少，这反过来损害了轮胎密封剂的密封性能。

纤维和超细膨胀剂的使用增加了用于密封穿刺孔洞的凝结强度，但与由丙二醇产生的较高粘度相比，增加了轮胎密封剂的粘度。

在一些轮胎密封剂中，使用了乙二醇和丙二醇的组合以便取得适当粘度与使用温度之间的平衡，以便帮助轮胎密封剂更容易地排放到刺破部位。

对于高性能且环境友好的轮胎密封剂组合物，希望轮胎密封剂可以被容易地引入到穿刺孔洞中，在直至-40℃的温度下保持自由流动，满足严格的法律要求，并用最少量的密封剂为穿刺孔洞提供具有高密封力的密封。因此，需要改进的高性能且环境友好的轮胎密封剂，其易于注射，可以在直至-40℃的温度下被容易地引入到穿刺孔洞中，并且具有高密封强度。

特别地，出于环境原因，轮胎密封剂中防冻剂的比例要被降低，同时确保最佳的密封作用以及最佳的冷藏能力和冷耐用性。尽管防冻剂的比例减少，但在低温(特别是直至-30℃至-40℃)下也给予轮胎密封剂低粘度。

特别地，希望提供一种有效的轮胎密封剂，其对环境友好或对环境破坏较小的，具有稳定性高、可加工性良好、和使用安全的特征。

根据本发明通过根据独立权利要求1的轮胎密封剂解决了本发明潜在的这个问题，其中，从属权利要求中详细说明了根据本发明的轮胎密封剂的有利的进一步改进方案。

因此，根据本发明的轮胎密封剂包含特别是在大约5wt.％与大约50wt.％之间的特别地且优选地基于生物的脂肪族二醇(生物基脂肪族二醇)，在大约5wt.％与大约70wt.％之间的橡胶胶乳、特别是天然橡胶胶乳，以及在大约0.001wt.％与大约10wt.％之间的作为用于调节和/或影响轮胎密封剂的冷凝点/凝固点(freezing point)的添加剂的水溶性聚合物。

根据本发明的轮胎密封剂是高性能、特别是环境友好的轮胎密封剂组合物，其可使用在直至-40℃或更低的温度下并且具有比各种常规轮胎密封剂更低的粘度。

特别地，根据本发明的轮胎密封剂符合各种环境标准，包括但不限于欧洲REACH条例(化学品的条例、许可和限制)、加利福尼亚65号提案条例、加拿大WHMIS(工作场所有害物质信息系统)、美国TSCA(有毒物质控制法案)和CPSC(消费者产品安全委员会)的条例、中国香港的CLP条例、GADSL条例(全球汽车申报物质清单)、以及自动OEM禁用化学品清单条例。

轮胎密封剂组合物中存在的水溶性聚合物可以有效地影响轮胎密封剂的凝固点，其结果是与常规的轮胎密封剂组合物相比，防冻剂的比例并且特别是优选地基于生物的脂肪族二醇的比例可能显著降低。因此，水溶性聚合物充当用于调节和/或影响轮胎密封剂的凝固点的添加剂。这尤其是与防冻剂或脂肪族二醇、特别是与轮胎密封剂的二醇混合的抑制冰生长的添加剂。

与充当防冻剂的特别地且优选地基于生物的脂肪族二醇不同，充当用于调节和/或影响轮胎密封剂的凝固点的添加剂的水溶性聚合物特别地被配置为与其浓度不成比例地抑制轮胎密封剂的凝固点。

换句话说，与使用防冻剂相比，即使少量、特别是大约0.001wt.％至大约10wt.％的水溶性聚合物也显著更有效地影响了轮胎密封剂的凝固点或显著更有效地降低了轮胎密封剂的凝固点。

因此，充当用于调节和/或影响轮胎密封剂的凝固点的添加剂的水溶性聚合物被认为是“防冻”添加剂。

与常规使用的防冻剂，如乙二醇不同，“防冻”添加剂与其浓度不成比例地抑制了轮胎密封剂的凝固点。出于此原因，添加剂在小300至500倍的浓度下已经有效。

“防冻”添加剂的这一不寻常的特性归因于其不可逆地结合到最小冰晶的表面上的能力。在过冷水或轮胎密封剂中，晶体将不得不继续生长，但冰被迫呈现弯曲表面，因为它必定在两种邻近的“防冻”聚合物之间被挤出。高度弯曲的表面增加了冰-水滴内的压力，这导致凝固点下降(吉布斯-汤姆逊(Gibbs-Thomson)效应)。

特别地，本发明涉及前述的轮胎密封剂，其中选择了脂肪族二醇的比例和水溶性聚合物的比例以便得到-40℃或更低的冻结温度。

具体实施方式

根据根据本发明的轮胎密封剂的实施例，“防冻”添加剂包含特别是部分水解的低分子量聚乙烯醇和/或至少一种聚乙烯醇低聚物。

当然，其他的防冻聚合物也是可能的。在这方面，用聚乙二醇(PEG)或其衍生物也取得了良好的结果。在转用的意义上，这同样适用于聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，聚丙烯酸(PAA)，聚丙烯酰胺，聚噁唑啉，多磷酸盐，聚甘油、特别是具有低分子量的聚甘油，羟乙基淀粉，聚酰胺、特别是聚-L-羟基脯氨酸，和/或亲水性多糖、特别是蔗糖环氧氯丙烷共聚物。

对于充当防冻剂的特别地且优选地基于生物的脂肪族二醇，优选地考虑1,3-丙二醇和/或其组合和/或乙二醇和/或丙二醇和/或甘油。

特别地且优选地基于生物的脂肪族二醇可以特别是以小于50wt.％并且优选小于45wt.％的量被包含在轮胎密封剂中。如以上所解释，合适的脂肪族二醇包括丙烷-1,3-二醇及其组合，特别是1,3-丙二醇、2-甲基-2-丙基-1,3-丙二醇、新戊二醇及其组合，其中1,3-丙二醇是特别合适的。根据实施例，优选地基于生物的脂肪族二醇，如丙烷-1,3-二醇是轮胎密封剂中的的唯一防冻剂。

轮胎密封剂可以不含或基本上不含甲二醇、丙二醇、甘油、山梨糖醇、二醇醚、乙酸钾、三甲基甘氨酸、二甲亚砜、以及其他可替代的防冻剂。术语“基本上不含”意指防冻剂含有至少大约95重量份的优选地基于生物的脂肪族二醇和不超过大约5wt.％的另一种防冻组分。根据可替代的实施例，此类可替代的防冻剂可以与优选地基于生物的脂肪族二醇组合使用。

轮胎密封剂中可以包含大约5wt.％至大约70wt.％的橡胶胶乳、特别是天然橡胶胶乳。橡胶胶乳、特别是天然橡胶胶乳可以基本上不含凝固剂并且优选地具有大约400μm或更小的平均颗粒尺寸。这可以通过生产经高度过滤的橡胶胶乳来实现，因为橡胶胶乳通过网筛过滤。网筛可以具有大约300至500μm、优选大约400μm的孔口。特别地，天然橡胶胶乳也可以是可生物降解的。

根据根据本发明的轮胎密封剂的实施例，轮胎密封剂包含在大约2wt.％与大约70wt.％之间的合成橡胶胶乳。合成橡胶胶乳优选地包括聚丁二烯橡胶、苯乙烯丁二烯橡胶、丙烯腈丁二烯橡胶、乙烯乙酸乙烯酯橡胶、氯丁二烯橡胶、乙烯基吡啶橡胶、丁基橡胶、和/或其羧化物形式。如同天然橡胶胶乳，合成橡胶胶乳可以含有一定量的水，这是为了形成胶乳所需的。

优选地，轮胎密封剂包含羧化的苯乙烯丁二烯橡胶分散体，其特别地具有在大约20wt.％与大约70wt.％之间、并且更优选在大约40wt.％与大约50wt.％之间的干橡胶。特别地，轮胎密封剂可以具有在大约2.5wt.％与大约10wt.％之间的干橡胶含量。

轮胎密封剂优选地还包含额外的水。特别地，轮胎密封剂具有在大约2wt.％与大约30wt.％之间、并且优选在大约2wt.％与大约25wt.％之间的额外的水。在此背景下，“额外的水”意指还不是橡胶胶乳、特别是橡胶胶乳分散体的组分的水。

附加地，轮胎密封剂可以包含最高达大约5％的至少一种表面活性剂。这尤其可以是非离子、阴离子、阳离子、和/或两性表面活性剂。优选地，聚氧乙烯烷基醚、聚氧乙烯烷基胺、聚氧乙烯烷基酰胺、聚氧乙烯树脂酯、脂肪醇聚氧乙烯醚、和/或脂肪醇聚二醇醚被认为是该表面活性剂。

可替代地，或附加地，轮胎密封剂还可以包含在大约0.1wt.％与大约5wt.％之间的膨胀剂(bulking agent)和/或纤维。膨胀剂优选地选自：碳酸钙、碳酸钡、二氧化硅、二氧化钛、硫酸钙、硫酸钡、氧化铝、及其组合。

可替代地，或附加地，轮胎密封剂可以含有抗老化剂、抗氧化剂、颜料、增塑剂、触变剂、UV吸收剂、阻燃剂、分散剂、脱水剂、抗静电剂、和/或胶凝剂。

根据轮胎密封剂的优选实施方式，轮胎密封剂包含在大约15wt.％与大约50wt.％之间的乙二醇、或优选在大约15wt.％与大约25wt.％之间的1,2或1,3丙二醇、以及在大约0.001wt.％与大约10wt.％之间的作为“防冻”添加剂的特别地部分水解的低分子量聚乙烯醇。

根据可替代的组合物，轮胎密封剂包含在大约15wt.％与大约50wt.％之间的丙二醇和在大约0.001wt.％与大约10wt.％之间的作为“防冻”添加剂的特别地部分水解的低分子量聚乙烯醇。代替大约15wt.％至大约50wt.％的丙二醇，轮胎密封剂可以包含大约5wt.％至大约25wt.％的1,3-丙二醇和大约5wt.％至大约20wt.％的丙三醇(glycerine)。

在另一可替代的实施例中，轮胎密封剂包含在大约5wt.％至大约25wt.％之间的1,3-丙二醇并且优选在大约20wt.％与大约35wt.％之间的1,3-丙二醇、以及在大约0.001wt.％与大约10wt.％之间的作为“防冻”添加剂的特别地部分水解的低分子量聚乙烯醇。

在轮胎密封剂的又一个实施方式中，它包含在大约15wt.％与大约50wt.％之间的甘油和在大约0.001wt.％与大约10wt.％之间的作为“防冻”添加剂的特别地部分水解的低分子量聚乙烯醇。

研究已表明，在所有前述设计变例中，尽管与常规轮胎密封剂相比防冻性(anti-freeze)降低，但可以甚至在直至-45℃下也得到降低的粘度。

在轮胎密封剂的特别优选的设计变例中，轮胎密封剂包含大约25wt.％至大约40wt.％、并且优选大约30wt.％至大约34wt.％、并且甚至更优选大约31wt.％至大约33wt.％的特别地基于生物的脂肪族二醇，特别是乙二醇、丙二醇、丙三醇、和/或1,3-丙二醇。

作为此轮胎密封剂组合物中的“防冻”添加剂，使用了大约0.001wt.％至大约0.2wt.％、特别是大约0.05wt.％至大约0.1wt.％、并且优选大约0.07wt.％至大约0.08wt.％的聚乙烯醇。

附加地，轮胎密封剂组合物包含大约23wt.％至大约30wt.％、并且优选从大约25wt.％至大约29wt.％的额外的水，和大约25wt.％至大约35wt.％、并且优选大约25wt.％至大约32wt.％的橡胶、特别是橡胶分散体。

通过上述轮胎密封剂组合物，可以获得低于-30℃并且甚至低于-40℃的凝固点(取决于“防冻”添加剂的比例)。

Claims (16)

1.一种轮胎密封剂，其包含：

大约5wt.％至大约50wt.％的基于生物的脂肪族二醇；

大约5wt.％至大约70wt.％的橡胶胶乳；

大约0.001wt.％至大约10wt.％的水溶性聚合物，作为用于调节和/或影响所述轮胎密封剂的凝固点的添加剂。

2.根据权利要求1所述的轮胎密封剂，其中，与充当防冻剂的所述基于生物的脂肪族二醇不同，充当用于调节和/或影响所述轮胎密封剂的凝固点的添加剂的所述水溶性聚合物被配置为与其浓度不成比例地抑制所述轮胎密封剂的凝固点。

3.根据权利要求1所述的轮胎密封剂，其中，充当用于调节和/或影响所述轮胎密封剂的凝固点的添加剂的所述水溶性聚合物包含部分水解的低分子量聚乙烯醇和/或至少一种聚乙烯醇低聚物。

4.根据权利要求1所述的轮胎密封剂，其中，充当用于调节和/或影响所述轮胎密封剂的凝固点的添加剂的所述水溶性聚合物包括以下中的至少一种：聚乙二醇(PEG)、其衍生物，聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，聚丙烯酸(PAA)，聚丙烯酰胺，聚噁唑啉，多磷酸盐，聚甘油、特别是具有低分子量的聚甘油，羟乙基淀粉，聚酰胺、特别是聚-L-羟基脯氨酸，以及亲水性多糖或蔗糖环氧氯丙烷共聚物。

5.根据权利要求1所述的轮胎密封剂，其中，所述基于生物的脂肪族二醇包括1,3-丙二醇和/或其组合、和/或乙二醇和/或其组合、和/或乙二醇和/或丙二醇和/或甘油。

6.根据权利要求1所述的轮胎密封剂，其中，所述轮胎密封剂进一步包含：

大约2wt.％至大约70wt.％的合成橡胶胶乳，其中所述合成橡胶胶乳包括以下中的至少一种：聚丁二烯橡胶、苯乙烯丁二烯橡胶、丙烯腈丁二烯橡胶、乙烯乙酸乙烯酯橡胶、氯丁二烯橡胶、乙烯基吡啶橡胶、丁基橡胶、及其羧化物形式。

7.根据权利要求1所述的轮胎密封剂，其中，所述轮胎密封剂包含羧化的苯乙烯丁二烯橡胶分散体，其优选地具有在大约20wt.％与大约70wt.％之间、并且更优选在大约40wt.％与大约50wt.％之间的干橡胶。

8.根据权利要求7所述的轮胎密封剂，其中，所述轮胎密封剂具有在大约2.5wt.％与大约10wt.％之间的干橡胶含量。

9.根据权利要求1所述的轮胎密封剂，其中，所述轮胎密封剂进一步包含：

大约2wt.％至大约30wt.％的额外的水。

10.根据权利要求1所述的轮胎密封剂，其中，所述轮胎密封剂进一步包含：

最高达大约5wt.％的至少一种表面活性剂，其中所述至少一种表面活性剂优选地包括以下中的至少一种：非离子、阴离子、阳离子、两性表面活性剂，聚氧乙烯烷基醚，聚氧乙烯烷基胺，聚氧乙烯烷基酰胺，聚氧乙烯树脂酯，脂肪醇聚氧乙烯醚，以及脂肪醇聚二醇醚。

11.根据权利要求1所述的轮胎密封剂，其中，所述轮胎密封剂进一步包含：

最高达大约15wt.％的增粘剂，

其中所述增粘剂包括以下中的至少一种：萜烯树脂、酚醛树脂、萜烯酚醛树脂、松香树脂、二甲苯树脂、聚乙烯酯、聚乙烯醇、以及聚乙烯吡咯烷酮。

12.根据权利要求11所述的轮胎密封剂，其中，所述增粘剂包含基于树脂的树脂乳液，其具有在大约40wt.％与大约70wt.％之间的干含量，并且更优选地具有在大约50wt.％与大约60wt.％之间的干含量。

13.根据权利要求1所述的轮胎密封剂，其中，所述轮胎密封剂进一步包含：

大约0.1wt.％至大约5wt.％的膨胀剂和/或纤维，其中所述膨胀剂优选地选自：碳酸钙、碳酸钡、二氧化硅、二氧化钛、硫酸钙、硫酸钡、氧化铝、及其组合；和/或

其中，所述轮胎密封剂进一步包含以下中的至少一种：

抗老化剂、抗氧化剂、颜料、增塑剂、触变剂、UV吸收剂、阻燃剂、分散剂、脱水剂、抗静电剂、以及胶凝剂。

14.根据权利要求1所述的轮胎密封剂，其中，所述轮胎密封剂包含：

大约15wt.％至大约50wt.％的乙二醇和大约0.001wt.％至大约10wt.％的作为用于调节和/或影响所述轮胎密封剂的凝固点的添加剂的部分水解的低分子量聚乙烯醇；或者

大约15wt.％至大约50wt.％的丙二醇和大约0.001wt.％至大约10wt.％的作为用于调节和/或影响所述轮胎密封剂的凝固点的添加剂的部分水解的低分子量聚乙烯醇；或者

大约5wt.％至大约25wt.％的1,3-丙二醇和大约0.001wt.％至大约10wt.％的作为用于调节和/或影响所述轮胎密封剂的凝固点的添加剂的特别地部分水解的低分子量聚乙烯醇；或者

大约15wt.％至大约50wt.％的甘油和大约0.001wt.％至大约10wt.％的作为用于调节和/或影响所述轮胎密封剂的凝固点的添加剂的特别地部分水解的低分子量聚乙烯醇。

15.根据权利要求1所述的轮胎密封剂，其中，所述轮胎密封剂包含：

大约25wt.％至大约40wt.％、并且优选大约30wt.％至大约34wt.％、并且甚至更优选大约31wt.％至大约33wt.％的特别地且优选地基于生物的脂肪族二醇，特别是乙二醇、丙二醇、丙三醇、和/或1,3-丙二醇；

大约0.001wt.％至大约0.2wt.％、特别地大约0.05wt.％至大约0.1wt.％、并且优选大约0.07wt.％至大约0.08wt.％的聚乙烯醇；

大约23wt.％至大约30wt.％、并且优选大约25wt.％至大约29wt.％的额外的水；以及

大约25％至大约35％、并且优选大约25％至大约32％的橡胶、特别是橡胶分散体。

16.根据权利要求15所述的轮胎密封剂，其进一步包含至少一种添加剂。