CN1303409A - 防穿孔轮胎组合物及其涂布方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种防穿孔轮胎组合物,与传统的含有一些易挥发性物质的溶剂基橡胶或乳化剂基橡胶不同,其活性组分是一种苯乙烯基嵌段共聚物的热塑性弹性体。粘性弹性涂层是通过在很高温度下热熔,从而把防穿孔轮胎组合物涂布到轮胎上形成的。它具有以下几个优点:(1)与溶剂基橡胶不同,这种粘性弹性涂层含有100%的固体物质,不含有机溶剂或水等挥发性物质,因此缩短了溶剂挥发的时间;(2)由于不含有机溶剂,所以不存在着火的危险和空气污染;(3)即使在轮胎实际生产过程中使用了大量的硅油脱模剂、抗添加剂和抗中断剂,这种粘性弹性涂层仍能够保持较强的粘结性;(4)这种粘性弹性涂层的厚度为1～5mm时,可以在很短的时间(10～20秒)内马上应用,不需要任何的固化时间;(5)与传统的溶剂或水的挥发方式不同,由于本发明的组合物是在高温下熔融并进入轮胎内部,形成的粘性弹性涂层具有高几倍的粘合力,并能产生优异的防穿孔作用。

Description

防穿孔轮胎组合物及其涂布方法
                   技术领域
本发明涉及一种防穿孔轮胎组合物及其涂布方法，特别是涉及一种适用于无内胎轮胎的防穿孔轮胎组合物及其热熔涂布方法。
                    技术背景
通常，轮胎分为无内胎轮胎和有内胎轮胎。除了一些货运卡车和公共汽车外，大多数车辆均采用无内胎轮胎。
当钉子扎入无内胎轮胎时，在很短的时间内，轮胎的内部压力不太可能降低。但是在下列情况下，无内胎轮胎会遇到和有内胎轮胎同样的漏气问题：
(1)随着无内胎轮胎内空气逐渐减少，车胎中的空气将完全消失；
(2)由于速度较高，扎入轮胎的钉子会脱落；
(3)车辆行驶在一些有锥尖样物质的凹凸不平之地时，如果发生这种情况，后果将不堪设想；否则司机就得停车，对损坏的轮胎进行修补。
至今，已发明了多种不同方法以防止车胎穿孔造成的险情，这些方法可以分为以下几种：
第一种是发明一种方法使司机知道轮胎有了穿孔，且轮胎中的空气在逐渐减少，因为司机使用无内胎轮胎，所以不会立即发现车胎有穿孔。(韩国公开专利号：97-033989/97-020487)；
第二种类型是即使轮胎瘪了，司机仍然可以利用其它辅助手段继续将车开到合适的地方。(美国专利号：499893，韩国公开专利号：92-000517，美国专利号：415468，韩国公开专利号：91-014246)；以及
第三种类型是在轮胎上涂布一层防穿孔组合物，从根本上防治瘪胎。
下面对第三种方法进一步描述。
传统的方法公开了如下的防穿孔轮胎组合物：
一种方法是在轮胎轮周的内壁上涂上一层煤焦油沥青或石油沥青与聚异丁烯的混合物(日本公开号：31-9489)；
一种方法是在轮胎轮周的内壁涂上一层粘性橡胶，然后，在橡胶中结合air-flowing布屑，如环状织物(日本公开号：35-17402)；
一种方法是在轮胎的蜂巢结构中密实地涂上一种粘性物质，形成一个密封层，所述粘性物质含有部分交联聚丁烯、操作油和丁基橡胶的混合物(日本公开号：34-1095)；以及
一种方法是采用由乙丙橡胶、聚丁烯和填料组成的密封剂(日本公开号：50-39458)。
但是，这些方法或密封剂对防止瘪胎仍存在许多不足之处：
(1)防穿孔材料在冷流条件下或在较高温度下会发生流动；
(2)当车辆高速行驶时，轮胎离心作用使得密封剂集中到轮周的中心部位；
(3)过量的溶剂损害了人们的健康和工作环境；
(4)相关材料的密封能力满足不了实际使用要求。
为了克服上述提到的各种缺点，韩国专利公开82-652描述了一种溶剂型密封剂组合物，其中一种溶液含有丁基橡胶，这种橡胶溶于一种溶剂中，该溶剂与聚丁烯、苯乙烯-丁二烯橡胶和交联剂的溶液相混合，将所述的溶液喷涂在轮胎橡胶上固化，从而形成一层密封层。
因为这种密封剂中至少含有一种溶剂，即使这种密封剂材料涂层只有1mm厚，由于溶剂中含有高粘性的聚合物，溶剂挥发仍需要较长的时间。所以，尽管上述专利的密封剂被建议可以应用在1～3mm厚的轮胎中，但是，即使一些样品存在可以使用的可能性，在实际应用上却存在较大的难度，并且效率较低。
事实上，轮胎是通过将硅基脱模剂涂布在它的内部，并加入大量的抗添加剂(anti-additive)和抗中断剂(anti-blocking)制造的。然而，如果传统的密封剂采用溶剂或水作为稀释剂加入到轮胎中，就得不到合适的粘合性，或者是即使粘结了，由于较差的粘结性轮胎也容易碎裂。按照这种方法，脱模剂的涂布表面需要彻底清除，需要更长的时间和更大的成本，从经济上讲也不合适。
此外，溶剂型涂料中采用有机溶剂可能导致严重的火灾或空气污染。
这些问题的存在，加上由于在工业领域中较差的适应性，以及得不到广泛的应用，使得传统密封剂仍然需要很多年来实现商业化。
                  本发明的公开
本发明的目的是提供一种防穿孔轮胎组合物，它具有优异的性能：(1)密封剂的粘结性大大增强，从而有效地防止轮胎穿孔；(2)在高速行驶时，可防止组合物流向轮胎轮周；(3)避免了在工作场所使用过量溶剂而引起的危险和环境污染。
本发明的另一个目的是提供一种防穿孔的组合物，它可以从根本上改善生产状况。这是因为在密封过程中溶剂的挥发性大大增加了可操作性。
本发明的又一个目的是提供一种含有100％固体的防穿孔的组合物，它可以简单地应用于涂布材料，就象在轮胎生产过程中脱模剂存在于轮胎内部一样。
本发明进一步的目的是提供一种不含挥发性物质的防穿孔组合物，它可以防止轮胎受残余挥发性物质和内部流动性物质的损坏，同时提供一种在很高温度下熔融该组合物的涂布方法。
              附图简要说明
图1是防穿孔组合物密封在轮胎上的截面图。
图2是涂有防穿孔组合物的轮胎的防穿孔原理的示意图。
           实施本发明的最佳方式
为了获得上述目的，本发明的防穿孔轮胎组合物的特征在于一种含有热塑性弹性体活性组分的组合物，所述的热塑性弹性体是一种苯乙烯基嵌段共聚物，与传统含有可挥发性物质的溶剂基橡胶或乳化剂橡胶不同，涂布到轮胎内部的粘性弹性层是通过在很高温度下进行热熔融处理而形成的。
本发明的防穿孔轮胎组合物含有100重量份的苯乙烯基热塑性弹性体，110～190重量份的粘合剂，80～140重量份的液体增塑剂和2～20重量份的添加剂。
本发明由下文进一步详细阐述。
构成本发明的防穿孔轮胎组合物的每一组分在下面具体说明：
(1)组分1：苯乙烯基热塑性弹性体
这种化合物的具体离例子包括苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(下面简称“SBS”)、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物(下面简称“SIS”)，以及苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物(下面简称“SEBS”)。即使这些热塑性橡胶不需要硫化，但它们的强度仍然很接近硫化橡胶，其它的性能也很接近；如在-80℃时仍具有弹性、较好的抗臭氧性和防化性能。
(2)组分2：粘合剂
粘合剂是一种树脂，用来向苯乙烯基热塑性树脂提供粘性，这种粘合剂可以是石油树脂、松香、松香酯、苯并呋喃-茚树脂、高分子量的丙烯酸类树脂、酮树脂、饱和脂肪族烃基树脂和石蜡。普通固体粘合剂与苯基树脂混合显示了很高的粘性。
(3)组分3：液体增塑剂
液体增塑剂的例子包括操作油、聚丁烯和其它矿物油。这些物质起到降低粘度、增加延伸率和改善加工性能的作用。
(4)组分4：添加剂
在防穿孔组合物中，通常使用的添加剂包括抗氧剂，润湿剂或消泡剂。这些添加剂可以防止最终产物在加热和熔融过程中由于高温的氧化作用而导致变色和物理性能变化。
当制备基于上述化学组分的粘合剂时，各种不同的目标产物可以通过改变每一组分的混合比例来实现，不同混合比例对拉伸强度、延伸率、粘性、粘结性和熔点有影响。
本发明的防穿孔轮胎组合物的最佳组成为100重量份组分1,110～190重量份组分2,80～140重量份组分3和2～20重量份组分4。
如果组分2的含量少于11O重量份，(以100重量份的苯乙烯基热塑性弹性体为基准)，组合物的粘性就减小，但是，如果组分2超过了190重量份，密封涂层就变弱并缺乏弹性。
此外，如果组分3的含量少于80重量份(以100重量份的苯乙烯基热塑性弹性体作为基准)，组合物的延伸率就会降低，但硬度增大。如果组分3的含量超过140重量份，组合物的延伸率就相当高，但强度和硬度下降。
为了达到本发明的目的，密封剂最好可以扩展并覆盖扎入的整个钉子。当钉子脱落时，密封剂可以同时流动并充满钉子留下的缝隙。即使是钉子完全扎入轮胎并没有完全被涂层覆盖，本发明的防穿孔轮胎组合物仍可以维持密封状态。
可见，具有较大的粘性和延伸率的防穿孔轮胎组合物是优选的，但是较大的延伸率使得其拉伸强度较差，而且粘性太大。尽管如此，这些问题可以很简单地解决。
同时，本发明的防穿孔轮胎组合物为固体状态，换句话说，上述组合物在使用时不须要在水或溶剂中溶解，然后再蒸发除去溶剂。因此，本发明的密封剂涂布到轮胎的方法与普通密封剂溶液的涂布方法完全不同。
本发明的防穿孔轮胎组合物的涂布方法是：组合物在熔融状态下(约200～250℃)流入轮胎内部，由于它很容易粘附在轮胎内部，因此不需要特殊的处理方法或在高压下喷涂，然后，当具有较强粘结性的密封剂紧密地附在轮胎内部时，尽管轮胎生产过程中加入脱模剂，它仍可以获得较好的粘结性，这样它的粘结性比传统方法获得的涂层高出好几倍，
本发明的轮胎防穿孔组合物密封层的厚度取决于工作温度和工作对象，但更重要的是考虑它的粘结性，密封层的厚度在1～5mm范围内，最好是在2～3mm范围内。
如果密封层太厚，那么轮胎在高速行驶时产生的离心力会使得密封组合物聚集在轮周的中心部，这样就会影响轮胎的重量。
图1是防穿孔组合物粘附在轮胎中的示意图。图2为轮胎防穿孔的原理示意图。
本发明的防穿孔组合物的防穿孔原理可以描述如下：
当钉子扎入甚至穿透轮胎时，整个钉子或其相邻部位均被密封剂所覆盖，如图2(a)所示。当钉子开始脱落时，如图2(b)所示，本发明的密封剂同时流下来。当钉子脱落至轮胎中间时，密封剂也随之流到中间，如图2(c)所示。最后，当钉子完全脱落，密封剂也随之挤出轮胎，于是钉子留下的孔隙完全被密封剂充满。这样，当钉子完全从轮胎上脱落后，钉子产生的缝隙就完全被粘性弹性橡胶堵塞住了。
基于这样的原理，当钉子脱落后，本发明的防穿孔组合物可以完全充满钉子留下的缝隙，因此它可以在很长一段时间内保持密封性。
本发明用下述实施例来进一步详细阐述，但发明并不局限于这些实施例。实施例1：
防穿孔轮胎组合物的制备方法是：将40重量份的松香，35重量份的松香酯，100重量份的脂肪族烃类聚合物(PICOFALE#95，赫尔克里士公司)，80重量份的操作油和3重量份的添加剂(IRGANOX#1076，汽巴嘉基公司)的混合物，加入到100重量份的SBS中，然后进行搅拌和均化。实施例2：
防穿孔轮胎组合物的制备方法是：将90重量份的石油树脂，90重量份的松香酯，90重量份的操作油和5重量份的添加剂(IRGANOX#1076，汽巴嘉基公司)加入到100重量份的SEBS中，然后进行搅拌均化。
轮胎内部经过硅油和滑石粉脱模剂处理后，通过热熔解流延过程在其上涂布实施例1和实施例2制备的防穿孔组合物，形成约2mm厚的涂层。
将涂布后的轮胎安装在轮箍上，并充满气，然后在34Psi(磅每平方英寸)压力下进行下列测试：
为了考察轮胎的气密性，在轮胎的侧面和支撑面上扎入20根钉子(长：8cm，厚：4mm)，然后置于水中，没有发现空气泄漏现象。当安装有这种经处理过的轮胎的汽车分别以80Km/mph,100Km/mph和120Km/mph的速度在高速公路上行驶20分钟后，也没有发现漏气现象。
在路上行驶后，去掉20根钉子，仍然没有发现漏气现象。在-30℃的冰箱中和80℃的烘箱中作进一步的气密性实验，2小时后，皆没有发现漏气现象。
5天后进行测试，轮胎仍然没有漏气现象。
去掉轮胎上的所有钉子后，然后在高速公路和普通公路上行驶，测试结果表明，除了轮胎上有点磨损外，并没有发生漏气现象。实施例3：
防穿孔轮胎组合物的制备方法是：将70重量份的松香，110重量份的脂肪族烃类聚合物(PICOTAC#95,Hercules公司)，80重量份的聚丁烯和2重量份的抗氧剂(IRGANOX#1076，汽巴嘉基公司)加入到100重量份的SBS中，然后进行搅拌和匀化。
按照实施例1和2的方法，在轮胎上涂布一层约2.0mm厚的防穿孔轮胎组合物。
下述实验是在和实施例1同样的压力下进行的。为了考察轮胎的气密性，在轮胎的轮周和轮肩部分扎入40根钉子(长：8cm，厚：4mm)，然后浸入水中，没有发现漏气现象。
进一步，将轮胎放在80℃的烘箱中2小时，当去掉10根钉子后，由于密封剂从钉子留下的缝隙中流出来，所以轮胎的密封状态相当好，当然也没有发现漏气现象。
在汽车上安装上述轮胎，并分别在高速公路上或者普通公路上以110Km/mph的速度行驶一周，然后，拔掉余下的30根钉子并测试其气密性，仍然没有发现漏气现象。停车一周后，还是没有发生漏气现象。更进一步，当轮胎的胎面部分用锥子(直径：10mm)戳穿时，也没有发现漏气现象。实施例4：
防穿孔轮胎组合物的制备方法是：将85重量份的松香酯和松香，100重量份的脂肪族烃类聚合物(HICORES c-110，科龙公司)，62重量份的操作油和聚丁烯，以及3重量份添加剂(IRGANOX#1076，汽巴嘉基公司)加入到110重量份的SEBS中。实施例5：
防穿孔轮胎组合物的制备方法是：将150重量份的松香，25重量份的固体丙烯酸类树脂，80重量份的操作油和2重量份的抗氧剂(IRGANOX#1076，汽巴嘉基公司)加入到100重量份的SEBS中。
采用实施例1和2的方法，在轮胎上用实施例4和实施例5制备的防穿孔轮胎组合物涂布一层1.5～2.0mm厚的涂层，然后把轮胎固定在轮箍上，并进行下列测试，测试压力同实施例1。
为了考察轮胎的气密性，使一辆装有上述防穿孔轮胎的汽车以50Km/mph的速度通过一块每隔20cm长就有一个钉子(长：7mm，厚：4mm)的板(厚：2cm，宽：20cm，长：2m)，结果没有发现漏气现象。
经过一周后再测试，仍没有发现漏气现象。将上述轮胎在冰箱(-30℃)和烘箱(80℃)中作进一步的气密性实验，2小时后，仍没有发现漏气现象。
正如上述所提到的，本发明的密封剂是采用苯乙烯基或其类似嵌段共聚物热塑性弹性体，而不是溶剂基橡胶作为活性组分的，它包括粘合剂，液体增塑剂和其它添加剂，具有以下优点：(1)与传统密封剂不同，本发明的密封剂没有冻结和/或流淌问题；(2)本发明的密封剂大大缩短了溶剂的挥发时间；(3)在涂布本发明的密封剂到轮胎上之前，无需去除轮胎上的脱模剂、抗添加剂和抗中断剂；(4)当在轮胎上涂布完本发明的组合物后，它就立即显示出优异的抗穿孔作用；(5)本发明的密封剂可以通过直接高压喷涂，然后流延的方法，很容易地涂布在新生产的轮胎上，这种方法是切实可行的。
工业应用
此外，本发明的抗穿孔轮胎组合物可以应用于所有车辆的轮胎，如无内胎轮胎，有内胎轮胎，摩托车轮胎，自行车轮胎以及工业轮胎。在此，无需说明，所有这些应用都在后面的权利要求范围之内。

Claims (7)

1、一种防穿孔轮胎组合物，含有100重量份的苯乙烯基热塑性弹性体、110～190重量份的粘合剂、80～140重量份的液体增塑剂和2～20重量份的添加剂。
2、根据权利要求1的防穿孔轮胎组合物，其中的苯乙烯基热塑性弹性体选自苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物和苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物。
3、根据权利要求1的防穿孔轮胎组合物，其中的粘合剂选自石油树脂、松香、松香酯、苯并呋喃-茚树脂、高分子量的丙烯酸树脂、酮树脂、饱和脂肪族烃基树脂和石蜡。
4、根据权利要求1的防穿孔轮胎组合物，其中的液体增塑剂选自操作油、聚丁烯和矿物油。
5、根据权利要求1的防穿孔轮胎组合物，其中的添加剂选自抗氧剂、润湿剂和消泡剂。
6、一种涂布防穿孔轮胎组合物的方法，其中将如权利要求1所述的防穿孔轮胎组合物在熔融状态下经高压喷涂或流延方法而涂布在轮胎内部。
7、根据权利要求6的涂布防穿孔轮胎组合物的方法，其中所述的防穿孔轮胎组合物的涂布层厚度在1～5mm范围之间。
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