【技术实现步骤摘要】
本公开涉及一种预处理的二氧化硅材料、一种橡胶组合物和一种形成预处理的二氧化硅材料的方法。
技术介绍
1、示例性实施方案涉及预处理的二氧化硅材料，其适用于橡胶组合物，尤其是轮胎胎面，并且更特别地用于路面轮胎(on-the-road tire)。
2、二氧化硅是橡胶组合物中广泛使用的填料。二氧化硅可以以多种形式生产，包括气相(或热解的)二氧化硅和由硅胶形成的沉淀二氧化硅。还开发了通过用氢氧化钠消化存在于稻壳中的无定形二氧化硅以形成硅酸钠并通过与酸化剂如硫酸或二氧化碳反应从硅酸钠中沉淀二氧化硅而由稻壳灰制备沉淀二氧化硅的方法。参见，例如，wo 2001/74712、wo2004/073600和美国专利号5,833,940和11,027,981。
3、沉淀二氧化硅通常在性质上是亲水的，并因此对其本身具有较大的亲和力，对橡胶组合物中的基于二烯的弹性体具有较小的亲和力，这使得难以获得沉淀二氧化硅在整个橡胶组合物中的令人满意的分散。为了将此解决，可将沉淀二氧化硅疏水化。可以得到橡胶组合物中二氧化硅颗粒对基于二烯的弹性体的亲和力的改进和沉淀二氧化硅在橡胶组合物中更令人满意的分散。
4、疏水化可例如用烷基硅烷如卤化烷基硅烷或烷氧基烷基硅烷进行，其与沉淀二氧化硅上的羟基反应。也可使用二氧化硅偶联剂，其中偶联剂含有能够与二氧化硅上的羟基反应的第一部分(例如烷氧基硅烷部分)和能够与橡胶组合物的一种或多种基于二烯的弹性体相互作用的第二部分(例如多硫化物部分)。例如，hahn等人的美国专利号10,947,369描述了一种
5、hahn等人在2011年8月23日授权的题为“specialized silica，rubbercomposition containing specialized silica and product s with componentthereof”的美国专利号8，003，724b2描述了烯丙基官能化的沉淀二氧化硅和含有这种二氧化硅的橡胶组合物。
6、hahn等人在2015年7月7日授权的题为“rubber composition containing silicareinforcement and functionalized crosslinks and products with componentthereof”的美国专利号9,074,073 b2中描述了通过共混基于共轭二烯的弹性体、沉淀二氧化硅和作为增强填料的橡胶增强炭黑的组合、双(3-三乙氧基甲硅烷基丙基)多硫化物偶联剂和二巯基噻二唑形成的橡胶组合物。
7、hahn等人在2022年6月30日公开的题为“method of silica pretreatment”的美国公开号20220204351 a1描述了一种使用二氧化硅偶联剂和相转移剂，在含水浆料中由稻壳灰二氧化硅制备预疏水化的沉淀二氧化硅的方法。
8、采用一些现有的疏水化二氧化硅的一个问题是所形成的橡胶组合物往往具有低的刚度。采用一些现有的疏水化二氧化硅的另一个问题是与天然橡胶配混可以是困难的，这是由于在高温下在较早的混合阶段中实现彻底混合所需的时间。另一个问题是一些二氧化硅偶联剂在含水溶液中不能很好地分散以允许对二氧化硅进行预处理。
9、仍然需要一种可以克服这些问题和其它问题的二氧化硅材料。
技术实现思路
1、示例性实施方案的方面涉及用偶联剂和聚乙二醇预处理的二氧化硅材料，制备预处理的二氧化硅材料的方法，用预处理的二氧化硅材料形成的橡胶组合物，形成橡胶组合物的方法，和包含固化的橡胶组合物的成型体，例如轮胎。
2、出乎意料的是，用偶联剂和低分子量peg的组合预处理无定形二氧化硅能够提供良好的胶料稠度，具有较低的混合时间，并且在橡胶胶料中提供比常规混合二氧化硅和硅烷改进的性质。
3、虽然现有的预处理的二氧化硅材料能够提供具有低滞后性表现的橡胶组合物，但是它们往往遭受胶料刚度的显著下降。相对于常规混合二氧化硅/硅烷组合物，示例性的预处理的二氧化硅导致橡胶胶料具有低滞后性，但也导致刚度增加。与常规混合二氧化硅/硅烷组合物相比，所得固化橡胶胶料还显示改进的拉伸和磨损性质。
4、根据示例性实施方案的一个方面，预处理的二氧化硅材料包括二氧化硅颗粒、结合至二氧化硅颗粒的有机硅烷偶联剂和接触二氧化硅颗粒的聚乙二醇。
5、在预处理的二氧化硅材料中，二氧化硅颗粒可以是沉淀二氧化硅。二氧化硅颗粒可具有至少30m2/g或至高300m2/g的ctab表面积。二氧化硅颗粒可由稻壳灰制得。
6、在预处理的二氧化硅材料中，有机硅烷偶联剂可包括包含硅原子和至少一个可水解基团的第一反应性部分，和能够与可硫化弹性体的双键反应的第二反应性部分，第一和第二反应性部分通过包含多硫化物基团和亚烃基中的至少一个的桥接单元连接。第一反应性部分的至少一个可水解基团可选自烷氧基和氨基烷基。偶联剂可选自双(三烷氧基甲硅烷基烷基)多硫化物、双(烷氧基芳氧基甲硅烷基烷基)多硫化物、双(三芳氧基甲硅烷基烷基)多硫化物及其混合物。
7、在预处理的二氧化硅材料中，聚乙二醇的分子量mn可为100至16,000，或不大于1500，或不大于600。
8、橡胶组合物可包含100phr的可硫化弹性体，至少5phr的权利要求1的预处理的二氧化硅，炭黑增强填料，一种或多种加工助剂，和含硫固化包。
9、在橡胶组合物中，可硫化弹性体可包含苯乙烯丁二烯弹性体和聚丁二烯弹性体。
10、在橡胶组合物中，除了炭黑和二氧化硅之外，增强填料可以以不超过10phr存在。一种或多种加工助剂可包括树脂、蜡和液体增塑剂中的至少一种。固化包可包含基于硫的硫化剂和固化促进剂、固化活化剂、自由基引发剂和固化抑制剂中的至少一种。橡胶组合物可进一步包含抗氧化剂、抗降解剂和抗臭氧剂中的至少一种。
11、轮胎胎面可由橡胶组合物形成。
12、根据示例性实施方案的另一方面，形成预处理的二氧化硅材料的方法包括形成包含二氧化硅颗粒、有机硅烷偶联剂和聚乙二醇的浆料，将浆料加热至有机硅烷偶联剂与二氧化硅颗粒键合的温度，和干燥加热的浆料以形成预处理的二氧化硅材料。
13、在方法中，有机硅烷偶联剂和聚乙二醇可各自以至少1份每百份填料的量存在于浆料中。
14、根据示例性实施方案的另一方面，形成固化橡胶组合物的方法包括将100phr的可硫化弹性体混合在一起，所述可硫化弹性体包含60-80phr的苯乙烯-丁二烯弹性体和20-40phr的聚丁二烯；0-10phr(或2-10phr)的炭黑；5-150phr(或10-120phr)的用有机硅烷偶联剂和聚乙二醇预处理的二氧化硅颗粒；0-70本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种预处理的二氧化硅材料，其特征在于：
2.根据权利要求1所述的预处理的二氧化硅材料，其特征在于所述二氧化硅颗粒为沉淀二氧化硅。
3.根据权利要求1所述的预处理的二氧化硅材料，其特征在于所述二氧化硅颗粒具有至少30m2/g或至多300m2/g的CTAB表面积。
4.根据权利要求1所述的预处理的二氧化硅材料，其特征在于所述二氧化硅颗粒源自稻壳灰。
5.根据权利要求1所述的预处理的二氧化硅材料，其特征在于所述有机硅烷偶联剂包含第一反应性部分和第二反应性部分，所述第一反应性部分包含硅原子和至少一个可水解基团，所述第二反应性部分能够与可硫化弹性体的双键反应，所述第一反应性部分和第二反应性部分通过桥接单元连接，所述桥接单元的特征在于多硫化物基团和亚烃基中的至少一个。
6.根据权利要求5所述的预处理的二氧化硅材料，其特征在于所述第一反应性部分的至少一个可水解基团选自烷氧基和氨基烷基。
7.根据权利要求1所述的预处理的二氧化硅材料，其特征在于所述偶联剂选自双(三烷氧基甲硅烷基烷基)多硫化物、双(烷氧基芳氧基甲硅烷基烷基
8.根据权利要求1所述的预处理的二氧化硅材料，其特征在于所述聚乙二醇的分子量Mn为100至16，000。
9.根据权利要求8所述的预处理的二氧化硅材料，其特征在于所述聚乙二醇的分子量Mn不大于600。
10.一种橡胶组合物，其特征在于：
...【技术特征摘要】
1.一种预处理的二氧化硅材料，其特征在于：
2.根据权利要求1所述的预处理的二氧化硅材料，其特征在于所述二氧化硅颗粒为沉淀二氧化硅。
3.根据权利要求1所述的预处理的二氧化硅材料，其特征在于所述二氧化硅颗粒具有至少30m2/g或至多300m2/g的ctab表面积。
4.根据权利要求1所述的预处理的二氧化硅材料，其特征在于所述二氧化硅颗粒源自稻壳灰。
5.根据权利要求1所述的预处理的二氧化硅材料，其特征在于所述有机硅烷偶联剂包含第一反应性部分和第二反应性部分，所述第一反应性部分包含硅原子和至少一个可水解基团，所述第二反应性部分能够与可硫化弹性体的双键反应，所述第一反应性部分和第二反应性部分通过桥接单元连接，所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：B·R·哈恩，G·J·帕帕康斯坦托普洛斯，J·Y·车，S·T·薛，
申请(专利权)人：固特异轮胎和橡胶公司，
类型：发明
国别省市：
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