新型弹性体组合物、其制备方法及设备技术

由新的连续流法和设备制备了弹性体组合物，其中将粒状填料和弹性体胶乳的物料流加入到凝聚反应器的混合区中，以形成从混合区经凝聚区至反应器出料端的连续的半承压流混合物。将粒状填料流在高压下加入到混合区中，例如形成射流，目的是将弹性体胶乳流足够强有力地输送，以使在出料端之前用粒状填料将弹性体基本上完全凝聚。无需包括暴露于酸或盐溶液或类似物的凝聚步骤，即可实现高效和有效的弹性体的凝聚。如此制备了新型弹性体组合物。这些新型弹性体组合物可以是固化的或未固化的，并且结合了以前从未达到的材料性能，如填料、弹性体的选择，填料的掺入量，以及粗粒分散水平。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本分案申请是申请号为200410056272.X，申请日为1997年3月25日，专利技术名称为“新型弹性体组合物、其制备方法及设备”的分案申请。专利
本专利技术涉及一种新的弹性体组合物的制备方法和设备，以及由这一方法和设备制得的新型弹性体组合物。更特别地，本专利技术涉及制备粒状填料细分散于弹性体中的弹性体母料的连续流法和设备，这些弹性体母料例如为炭黑粒状填料细分散于天然橡胶中的弹性体组合物，如无固化剂的母料组合物，基于有固化剂的组合物，以及由这些母料组合物形成的橡胶材料和制品。
技术介绍
商业上具有重要意义的许多制品是由弹性体组合物形成的，在这些弹性体组合物中粒状填料分散于任何各种形式的合成弹性体、天然橡胶或弹性体共混体中。例如，在天然橡胶和其它弹性体中，炭黑被广泛地用作增强剂。通常是制备一种母料，即填料、弹性体和各种任选添加剂如增量油的预混物。炭黑母料是由不同等级的商品可得的炭黑制备的，这些炭黑每单位重量的表面积和“结构”上均不同。许多在商业上具有重要意义的制品是由这种炭黑粒状填料分散在天然橡胶中的弹性体组合物形成的。这些制品包括例如交通工具的轮胎，其中使用不同的弹性体组合物作胎面部分、胎侧、钢丝胶清和胎体。其它制品包括例如发动机架衬套、传送带、挡风玻璃上的刮水器等。尽管使用现在可得的材料和生产工艺可实现范围很广的性能特性，但在工业上一直需要发展具有改进性能并降低现有生产工艺的成本和复杂性的弹性体组合物。特别是如大家所公知的，粗粒分散的量，即炭黑或其它填料在弹性体内分散的均匀性，会严重地影响性能特性。对于用强力混合炭黑或其它填料与天然橡胶或其它弹性体(例如在班伯里混炼机或类似的设备中)制备的弹性体组合物，在粗粒分散体中任何的提高均需要时间更长或更强力的混合，所带来的不利之处是增加了能耗，延长了生产时间以及类似一些问题。对于具有一定表面积和结构特性的炭黑填料来说，超过一定程度的分散，用公知的混合设备和工艺已经是不可能或商业上不实际的了。此外，这种延长时间或更强力的混合，由于降低了其分子量而使天然橡胶降解，使得最终的弹性体配料对于某些应用来说是不希望的。 使用具有较高或较低结构和表面积的炭黑来控制弹性体组合物的性能，这是公知的。具有较高表面积和较低结构的炭黑，公知地，可以提高抗裂纹扩展性和抗切割和碎落性，以及通常其耐磨性和其它特性。然而，在天然橡胶的降解为可接受的情况下，商业上可获得的混合技术已不能实现炭黑在弹性体中分散的良好均匀性。实际上，对于典型的炭黑在天然橡胶中的加料量，如45～75phr(每百份橡胶中的份数)，以及0～10phr的油加料量，低结构炭黑如DBPA小于110cc/100g的炭黑，特别地它们的表面积大于约45～65m2/g(CTAB)，不论混合的时间和强度，要实现配料具有约小于1％的未分散的炭黑(测为粗粒分散，如下所述)是不可能的。而且，如上所述，在目前商业上广泛使用的高能耗强力干混法中，分散这些炭黑所必需的弹性体的素炼，导致不可接受水平的天然橡胶弹性体聚合物链的断裂。导致的天然橡胶分子量的降低对于许多工业应用来说是不希望的。例如公知地在胎面胶的应用中，较低的分子量导致不希望的所谓轮胎滚动阻力的增加。 而且，尽管理论分析指出，使用具有较高表面积和较低结构的炭黑可对弹性体组合物的某些性能带来所希望的改进，但现在仍不能用公知的物理研磨或其它素炼方法得到这种既很好地保持了天然橡胶的分子量，又得到炭黑的粗粒分散含量令人满意的弹性体组合物。现已发现，通常，炭黑对弹性体的补强性能随炭黑粒径的减小而增加。然而公知地，用极细的炭黑则会发生异常的情形，即不能达到希望的性能的改进。这被理解为至少部分地归因于，若弹性体聚合物不发生过分的断链，则通常的弹性体配料方法不能将炭黑在天然橡胶中充分地分散。因此在使用这种炭黑的情况下，随之也不能充分地利用炭黑与天然橡胶间的自然亲和作用。 由于一段时间以来，炭黑在天然橡胶中的良好分散已被确认为是获得良好质量和稳定产品性能的最重要的目标之一，因此在橡胶中的分散质量的评价方法上，人们作出了大量的努力。已开发的方法包括例如，Cabot分散图(Cabot Dispersion Chart)和各种图象分析法。分散质量即可被定义作达到的混合状态。炭黑的理想分散状态是，炭黑附聚体(或颗粒)被破碎为相互间均匀分离(由分配混合实现)的聚集体(通过分散混合实现)，所有炭黑聚集体的表面被橡胶基质完全润湿(通常称作掺混)。 在橡胶工业中，通常与较差的粗粒分散相关的问题可被分为主要四类产品性能，表面缺陷，外观和分散效率。含炭黑橡胶配料的功能性能和耐久性，如拉伸强度，疲劳寿命和耐磨性，实质上受粗粒分散质量的影响。未分散的炭黑还导致最终产品的表面缺陷，包括可见的缺陷。由于功能上的原因在模塑薄制品中，以及由于美观和功能上的原因在挤出型材中，消除存在的表面缺陷是至关重要的。 一种商品图象分析仪，如由Kontron Electronik GmbH(Munich，Germany)可得的IBAS小型图象分析仪，可被用来测定炭黑或其它填料的粗粒分散。典型地，在橡胶工业上使用的定量粗粒分散测试中，临界尺寸为10微米。典型地，尺寸大于约10微米的缺陷由未分散的炭黑或其它填料，以及任何粗粒分或其它污染物构成，它们将影响视觉和功能性能。因此，测定粗粒分散包括，用图象分析法测定每单位考察面积上的表面上(由显微切片、挤出或切割产生)尺寸大于10微米的这类缺陷的总面积。粗粒分散D(％)由下述计算 其中Am＝考察的总样品表面积 Ni＝尺寸为Di的缺陷的数目 Di＝具有与该缺陷相同面积的圆的直径(等价圆直径) m＝图象的数目 炭黑或其它填料在未固化的天然橡胶和其它适宜的弹性体中的粗粒分散，可用切割表面样品的图象分析来评价。典型地，在切割表面上任意选取5至10个光学图象用作图象分析。优选地，用数字式滤波器技术除去刀痕等。这样切割表面的图象分析就提供了有关炭黑在天然橡胶配料中分散质量的信息。特别地，未分散面积的百分数D(％)表示炭黑粗粒分散的质量。随着粗粒分散质量的降低，未分散面积的百分数增加。因此，可通过降低未分散面积的百分数来提高分散质量。如上所述，混合操作直接影响混合效率和粗粒分散。通常，在弹性体如天然橡胶母料中，可通过延长混合时间和更强力的混合达到较好的炭黑粗粒分散。然而遗憾的是，通过长时间更强力的混合所达到的较好的粗粒分散，却使炭黑分散于其中的弹性体发生了降解。这在对机械/热降解高度敏感的天然橡胶中尤其成问题。用公知的混合技术和设备，如班伯里混炼机进行长时间和更强力的混合，降低了天然橡胶母料-组合物的分子量。因此公知地，实现了炭黑在天然橡胶中粗粒分散的改进，也随之带来了相应的、通常是不希望的橡胶分子量的降低。 除干混工艺外，连续地将胶乳和炭黑浆料加入到搅拌的凝聚罐中也是公知的。这种“湿法”工艺通常用于合成弹性体，如SBR中。凝聚罐中含有一种凝聚剂，如典型地pH值约2.5～4的盐或含水的或酸性溶液。胶乳和炭黑浆料在凝聚罐中混合并凝聚为小的颗粒(典型地直径为几毫米)，称为湿碎粒。典型地，通过振动筛或类似物将碎粒和酸废液分离。然后将碎粒倾倒至第二搅拌罐中，在那里将其洗涤至pH值为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种含有天然橡胶、每１００份橡胶３０～７５份表面积十六烷基三甲基溴化铵吸收为４５至小于２５０的炭黑和每１００份橡胶０～２０份增量油的弹性体复合物，该弹性体复合物的炭黑在天然橡胶中的粗粒分散Ｄ（％）如下表示：（ｉ）Ｄ（％）≤０．２％当ＭＷ↓［ｓｏｌ］小于等于０．４５×１０↑［６］时；和（ｉｉ）ｌｏｇ（Ｄ）≤ｌｏｇ（０．２）＋２．０×（ＭＷ↓［ｓｏｌ］－０．４５×１０↑［６］）×１０↑［－６］当０．４５×１０↑［６］＜ＭＷ↓［ｓｏｌ］＜１．１×１０↑［６］时。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：钟斌，梅林达A马布里，弗雷德里克H朗夫，伊凡Z波多布尼克，斯科特A韦斯特维尔，阿伦C摩根，马尔科姆J安德鲁斯，
申请(专利权)人：卡伯特公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]