橡胶组合物和硫化橡胶及其制备方法以及硫化橡胶的应用技术

本发明专利技术公开了一种橡胶组合物和硫化橡胶及其制备方法以及硫化橡胶的应用。所述橡胶组合物含有二烯烃橡胶、白炭黑、矿物添加剂、偶联剂，其中，所述矿物添加剂为含有3.5-10重量%的碳和50-80重量%的二氧化硅，其中所述碳为无定形碳类次石墨结构。本发明专利技术能够有效地改善白炭黑在橡胶基体中的分散，减少白炭黑填料粒子的聚集，从而使得混炼胶加工性能好，混炼消耗的能量较低，且硫化胶的动态机械力学性能也较好。

【技术实现步骤摘要】
橡胶组合物和硫化橡胶及其制备方法以及硫化橡胶的应用
本专利技术涉及一种橡胶组合物和硫化橡胶及其制备方法以及硫化橡胶的应用。
技术介绍
随着化石燃料及原材料资源的日益减少，汽车行业对轮胎节能的要求也越来越迫切，而生产白炭黑不用化石原料，以上因素将使SIBR/白炭黑新型绿色轮胎胎面胶成为研发应用的热点，市场潜力巨大，而采用天然矿物填充橡胶，用作轮胎材料，可以进一步减少对于化石原料的依赖，且可以降低成本，在合理的用量范围内，可以使橡胶的加工性能和机械力学性能不变甚至提高。CN101935414A公开了一种轿车轮胎胎面胶用高岭土/丁苯橡胶复合材料的制备方法，其包括高岭土表面改性、混炼工艺、硫化工艺等步骤，其力学性能达到轿车轮胎胎面胶物理机械性能国标要求。专利技术中制备的改性高岭土，效果好，工序简单，易于工业化生产，能够代替橡胶中常用的高能耗、高价格补强剂炭黑或白炭黑。CN102532628A公开了一种工程机械轮胎胎面胶料及制造这种胶料所使用的橡胶组合物配方，专利技术胶料中含有丁苯橡胶SBR1500、无机增强填料白炭黑、炭黑、防老剂、氧化锌、硬脂酸、硫黄、促进剂等。专利技术提供的胶料主要用于工程机械轮胎胎面中，使用该专利技术提供的胶料可明显提高工程机械轮胎胎面的耐老化、耐磨耗、耐切割、耐刺扎和抗崩花掉块性能，从而提高工程机械轮胎的使用寿命，并降低制造成本。在现有技术的橡胶组合物中，填料通常为白炭黑和炭黑并用，采用的偶联剂通常为硅烷偶联剂。由于现有技术的橡胶组合物中的填料，如白炭黑和炭黑的分散不均匀，因而导致由该橡胶组合物得到的混炼胶的强度和加工性能不甚理想，因而由所述混炼胶得到的硫化橡胶的机械力学性能不甚理想。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术的橡胶组合物的上述缺陷，而提供一种能够提高填料白炭黑的分散性的橡胶组合物和硫化橡胶及其制备方法以及硫化橡胶的应用，使由橡胶组合物得到的混炼胶具有较高的强度和加工性能，使得硫化橡胶的具有较佳的机械性能。本专利技术提供了一种橡胶组合物，该橡胶组合物含有二烯烃橡胶、白炭黑、矿物添加剂和偶联剂；其中，所述矿物添加剂为含有3.5-10重量%的碳和50-80重量%的二氧化硅，其中所述碳为无定形碳类次石墨结构。本专利技术的专利技术人发现，溶聚丁苯橡胶（或三元集成橡胶）/白炭黑复合材料以其优异的抗湿滑性能、耐磨性和低滚动阻力成为未来新型绿色轮胎胎面胶的首选材料之一，但是，由于白炭黑在材料中易自聚集而影响了白炭黑填料在橡胶中补强作用的发挥，同时还可能使胶料生热加剧。而本专利技术提供的橡胶组合物含有矿物添加剂，能够显著改善白炭黑在橡胶基体中的分散，从而改善混炼胶的加工性能，而硫化橡胶也具有较佳的机械力学性能。本专利技术还提供了由本专利技术提供的橡胶组合物于硫化剂经混炼和硫化得到的硫化橡胶。采用本专利技术提供的橡胶组合物制备得到的硫化橡胶具有较好的机械力学性能，制成的胎面胶材料的滚动阻力、耐磨性及抗湿滑性能具有较好的平衡。本专利技术还提供了本专利技术提供的硫化橡胶在制备轮胎或轮胎部件中的应用。在本专利技术提供的橡胶组合物中，优选情况下，所述二烯烃橡胶为三元集成橡胶和/或溶聚丁苯橡胶，填料为白炭黑和矿物添加剂，偶联剂为硅烷偶联剂，能够进一步提高橡胶的加工性能；更优选情况下，所述橡胶组合物中还含有活化剂，优选为氧化锌和硬脂酸，所述活化剂能够显著提高所述橡胶的硫化度和耐热性。本专利技术的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。附图说明附图是用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本专利技术，但并不构成对本专利技术的限制。在附图中：图1为混炼胶H2、H3和DH3经Haake流变仪处理的温度-时间曲线；图2为混炼胶H2、H3和DH3经Haake流变仪处理的转矩-时间曲线；图3为混炼胶H2和DH3的应变扫描曲线；图4为硫化胶S2和DS3的应变扫描曲线；图5为硫化胶S2和DS3测试应变为2.51%的频率扫描曲线；图6为硫化胶S2和DS3测试应变为10.04%的频率扫描曲线；图7为硫化胶S2和DS3的拉伸应力应变曲线。具体实施方式以下对本专利技术的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限制本专利技术。本专利技术提供了一种橡胶组合物，该橡胶组合物含有二烯烃橡胶、白炭黑、矿物添加剂和偶联剂；其中，所述矿物添加剂含有3.5-10重量%的碳和50-80重量%的二氧化硅，其中所述碳为无定形碳类次石墨结构。优选，所述矿物添加剂含有5-10重量%的碳。根据本专利技术，优选所述矿物添加剂的BET比表面积为24-38m2/g，所述矿物添加剂的DBP吸油值为35-50ml/100g，所述矿物添加剂的颗粒d50为7-10微米，所述矿物添加剂的水抽提物的pH值为7-8.5。根据本专利技术，优选所述矿物添加剂的堆密度为500-600kg/m3，所述矿物添加剂的密度为2-3g/cm3，所述矿物添加剂的穿孔损失为8-14重量%。根据本专利技术，所述矿物添加剂为纯天然矿物，其中包括碳细分散相、二氧化硅、硅酸盐和其他化合物等微量元素、少量有机物质和水。它的基本结构是长达20纳米的空心球，空心球之间有缝隙。连接碳和矿物相的有机化合物主要是饱和烃及其衍生物酮、醛、酯。优选地，所述矿物添加剂可以以商品牌号塔兀立特购得。本专利技术中，所述橡胶组合物含有所述矿物添加剂可以提高主填料炭黑和白炭黑的分散度、减少混炼胶的粘度、改善混炼胶料在挤出和压延过程中的加工性能、提高胶料的硬度、弹性、在高温条件下机械性能和其他重要的使用性能以及提高绝缘性能和减少静电，还可以降低轮胎和橡胶制品成本6-18%。根据本专利技术，加入所述矿物添加剂有助于本专利技术提供的所述橡胶组合物所得到的混炼胶的强度和加工性能的提高，以及得到的硫化橡胶的动态机械性能的提高，本专利技术中所述橡胶组合物的各组分的含量范围的可选择范围较宽，但是，为了得到综合性能更为优异的橡胶组合物，优选情况下，以100重量份的二烯烃橡胶为基准，所述矿物添加剂的含量为0.1-15重量份；所述白炭黑的含量为50-60重量份，所述偶联剂的含量为5.5-7.5重量份；优选地，所述矿物添加剂的含量为5-10重量份。本专利技术的专利技术人发现，当所述矿物添加剂与本专利技术所述白炭黑以重量比为0.08-0.25:1的比例配合使用时，能够进一步提高得到的橡胶的加工性能及使用性能。根据本专利技术，所述白炭黑可以为现有的各种能够提高所述橡胶组合物强度的白炭黑，并且其可以通过商购得到，例如，可以为购自青岛罗地亚公司的牌号为Z1165MP的白炭黑。根据本专利技术，所述二烯烃橡胶可以为各种常规的二烯烃橡胶，优选情况下，所述二烯烃橡胶含有溶聚丁苯橡胶和/或三元集成橡胶；所述二烯烃橡胶的重均分子量为15万-80万且分子量分布为1.0-5.0，门尼粘度为45-60。需要说明的是，在本专利技术中，所述橡胶的门尼粘度可以均按照GB/T1232.1-2000公开的方法测定得到，其中，预热时间为1min，转动时间为4min，试验温度为100℃。所述重均分子量可以按照凝胶渗透色谱（GPC）方法，使用Waters公司GPC515-2410system型凝胶渗透色谱仪测定。根据本专利技术，优选情况下，所述二烯烃橡胶含有溶聚丁苯橡胶和/或三元集成橡胶。优选地，在所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种橡胶组合物，该橡胶组合物含有二烯烃橡胶、白炭黑、矿物添加剂和偶联剂；其中，所述矿物添加剂为含有3.5‑10重量%的碳和50‑80重量%的二氧化硅，其中所述碳为无定形碳类次石墨结构。

【技术特征摘要】
1.一种橡胶组合物，该橡胶组合物含有二烯烃橡胶、白炭黑、矿物添加剂和偶联剂；其中，所述矿物添加剂为含有3.5-10重量%的碳和50-80重量%的二氧化硅，其中所述碳为无定形碳类次石墨结构；其中，所述二烯烃橡胶含有溶聚丁苯橡胶和/或三元集成橡胶；所述二烯烃橡胶的重均分子量为15万-80万且分子量分布为1.0-5.0，门尼粘度为45-60；在所述溶聚丁苯橡胶中，苯乙烯链段的含量为10-40重量%，且以所述溶聚丁苯橡胶中的丁二烯链段的总重量为基准，乙烯基含量为10-50重量%，所述苯乙烯链段为无规排列或者形成嵌段；在所述三元集成橡胶中，苯乙烯链段的含量为10-30重量%，丁二烯链段的含量为40-45重量%，异戊二烯链段的含量为25-50重量%，且所述苯乙烯链段为无规排列或者形成嵌段；该橡胶组合物用于轮胎的胎面胶。2.根据权利要求1所述的橡胶组合物，其中，所述矿物添加剂的BET比表面积为24-38m2/g，所述矿物添加剂的DBP吸油值为35-50ml/100g，所述矿物添加剂的颗粒d50为7-10微米，所述矿物添加剂的水抽提物的pH值为7-8.5。3.根据权利要求1所述的橡胶组合物，其中，所述矿物添加剂的堆密度为500-600kg/m3，所述矿物添加剂的密度为2-3g/cm3，所述矿物添加剂的穿孔损失为8-14重量%。4.根据权利要求1-3中任意一项所述的橡胶组合物，其中，所述矿物添加剂为商品牌号塔兀立特的天然矿物。5.根据权利要求1所述的橡胶组合物，其中，以100重量份的二烯烃橡胶为基准，所述矿物添加剂的含量为0.1-15重量份，所述白炭黑的含量为50-60重量份，所述偶联剂为5.5-7.5重量份。6.根据权利要求5所述的橡胶组合物，其中，所述矿物添加剂的含量为5-10重量份。7.根据权利要求1-3中任意一项所述的橡胶组合物，其中，所述偶联剂...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵青松，解希铭，于国柱，王丽丽，曲亮靓，李静，刘苹，刘翠云，乔勋昌，李绍宁，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司北京化工研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11