含充炭黑母炼胶的橡胶组合物及其制备方法技术

含充炭黑母炼胶的橡胶组合物及其制备方法。含充炭黑母炼胶的橡胶组合物主体橡胶和硫化剂，以主体橡胶质量为100％计算，主体橡胶包括10～95％充炭黑母炼胶和5～90％二烯类橡胶；其中充炭黑母炼胶是将以固体质量计10～50份炭黑分散于去离子水中成炭黑淤浆并与以干基质量计为100份纳米二氧化硅/聚共轭二烯烃改性的橡胶胶乳混合均匀，凝聚制得；纳米二氧化硅/聚共轭二烯烃改性的橡胶胶乳由纳米二氧化硅/聚共轭二烯烃功能复合乳液和二烯类橡胶胶乳共混制备。本发明专利技术提供的橡胶组合物用于轮胎胎面具有较低的滚动阻力、优异的抗湿滑、耐磨性能以及低生热性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种橡胶组合物，更具体的说涉及一种含有炭黑母炼胶并用于轮胎胎面的橡胶组合物。
技术介绍
随着汽车向高速、安全、节能、舒适化方向的发展，对轮胎高性能化的要求也逐年提高，这就要求轮胎胎面具有良好的抗湿滑性能，优异的耐磨性以及低的滚动阻力。纳米二氧化硅俗称白炭黑，是橡胶工业中用量仅次于炭黑的第二大补强剂。自上世纪九十年代，白炭黑作为补强填料广泛应用于轮胎胎面配方中，使上述的轮胎胎面要求的“魔鬼三角”性能获得较明显的平衡。CN200880002511.X公开了一种橡胶组合物，其具有独立气泡，而且所述橡胶组合物含有(A)选自天然橡胶和二烯系合成橡胶中的至少一种橡胶成分、以及相对于100质量份该橡胶成分为10~150质量份的(B) 二氧化娃和0.02~20质量份的(C)有机纤维,并且以相对于所述(B)成分的二氧化硅为I~30质量％的比例含有硅烷偶联剂。该橡胶组合物在橡胶加工时的操作性能优异、并能够提供在冰雪路面的轮胎制动和驱动性能(冰上性能)优异而且耐磨耗性良好的充气轮胎。这种橡胶组合物的制备是采用橡胶、二氧化硅、炭黑及其他填料在加工过程直接共混方式，分散不均匀、能耗高且对环境污染大。 邱权芳(“胶乳共混法”天然橡胶/ 二氧化硅纳米复合材料微观结构与性能控制，2010，海南大学硕士论文)研究例了高性能NR复合材料:采用胶乳共混法制备天然橡胶/ 二氧化硅纳米复合材料，先用Y-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷偶联剂(MPS)改性纳米二氧化硅(SiO2),再经乳液聚合接枝上聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)得到核壳结构的纳米二氧化硅粒子(SiO2-MPS-PMMA)最后将其与用MMA改性的天然胶乳(NR-PMMA)直接共混，制得天然橡胶/ 二氧化硅纳米复合材料。PMMA是一种重要的有机透明的结构材料，通过此专利技术制得的天然橡胶/ 二氧化硅复合材料成膜性能好，胶膜力学性能高，主要用于医用领域。单薇(《合成橡胶工业》，2006，29 (6):474)采用负离子原位聚合法制备聚丁二烯/ 二氧化硅纳米复合材料，首先将纳米二氧化硅用Y —(甲基丙烯酰氧基)丙基三甲氧基硅烷(MPS)处理，然后将改性后的二氧化硅分散于丁二烯和环己烷溶剂中，超声分散后加入正丁基锂作为引发剂，聚合反应在氮气保护下进行。然后将产品加入到乙醇中得到白色沉淀物，过滤干燥就得到了二氧化硅质量分数为3.1 %的PSN。他们还研究了此种复合材料的结构与性能，结果表明经MPS处理后的二氧化硅粒子与聚丁二烯基体形成了强烈的界面相互作用，使得复合材料具有优异的综合性能。因聚丁二烯/二氧化硅复合材料是以正丁基锂为引发剂通过溶液聚合法制备，在制备过程中使用大量的有机溶剂，不仅对环境有害，而且在溶剂移除过程，大分子链难以将全部白炭黑粒子包容-凝聚，会有质量损失，同时还可能会在共凝聚胶基体中聚集，不易实现良好分散。此外，采用溶液聚合法制备的PSN分子量分布较窄，在橡胶后加工应用过程中亦存在一定困难。天然橡胶母炼胶及其制造方法CN200580043791.5以及橡胶湿法母炼胶的制造方法、橡胶组合物及轮胎CN201080012497.9均是采用湿法工艺将炭黑分散成浆料，并与天然橡胶胶乳混合制备的母炼胶料，可提供显著改善耐磨耗性能的胎面用橡胶组合物，但是生热性较大。本专利技术提供一种功能复合乳液，将纳米二氧化硅引入到聚共轭二烯烃分子链上，并通过功能乳液/胶乳/炭黑湿法混合工艺制备炭黑高度分散的母炼胶材料，用该胶料制备的橡胶组合物用于轮胎胎面具有较低的滚动阻力、优异的抗湿滑、耐磨性能以及低生热性能。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用于轮胎胎面的含充炭黑母炼胶的橡胶组合物，该橡胶组合物用于轮胎时有较好的耐磨性、抗湿滑性，并具有较低的滚动阻力。本专利技术所公开的含充炭黑母炼胶的橡胶组合物，以各个组分重量计，含有100份主体橡胶和0.5~3份硫化剂，其中，以主体橡胶质量为100%计算，主体橡胶包括(I)充炭黑母炼胶10~95%，(2) 二烯类橡胶5~90% ;其中充炭黑母炼胶是将以固体质量计10~50份炭黑分散于去离子水中成炭黑淤浆并与以干基质量计为100份纳米二氧化硅/聚共轭二烯烃改性的橡胶胶乳混合均匀，凝聚制得；纳米二氧化硅/聚共轭二烯烃改性的橡胶胶乳由纳米二氧化硅/聚共轭二烯烃功能复合乳液和二烯类橡胶胶乳共混制备，二烯类橡胶胶乳干基与纳米二氧化硅/聚共轭二烯烃功能复合乳液干基的质量比为100:0.1~100 ;纳米二氧化硅/聚共轭二烯烃功能复合乳液以乳液干基质量为100份计，含有表面功能化改性的纳米二氧化硅0.1~5份；纳米二氧化硅/聚共轭二烯烃复合乳液粒径为50~80nm，数均分子量为100000~140000，分子量分布为2~3。本专利技术所述的 橡胶组合物中，二烯类橡胶选自于主要常用于轮胎胎面的橡胶，如乳聚丁苯橡胶(ESBR)、溶聚丁苯橡胶(SSBR)、天然橡胶、顺丁橡胶、苯乙烯一异戊二烯一丁二烯(SIBR)橡胶中的一种，二烯类橡胶胶乳相应可以为聚丁二烯橡胶胶乳、天然橡胶胶乳、丁苯橡胶胶乳。本专利技术所述的炭黑淤浆的制备方法是采用不加任何表面活性剂的超分散法，在不破坏炭黑表面活性的情况下将其分散为亚微米级，在《炭黑工业》2006年第6期《炭黑分散技术的新进展》中对不加任何表面活性剂的炭黑超分散进行了叙述。本专利技术所述的炭黑淤浆是通过不加任何表面活性剂的超分散获得，例如可以通过机械设备将炭黑精细分散到水中来制备的。炭黑淤浆的质量浓度以保持具有良好的流动性，并能与胶乳充分混合为准，一般质量浓度为15%~20%，为了提高炭黑的润湿速率，缩短炭黑的分散时间，去离子水温度宜为40~60°C。本专利技术所述的炭黑可以是通用的炭黑，本专利技术优选使用氮吸附比表面积为60~120m2.g' DBP吸收值为60~120cm3.g_1的炭黑。为了提高二氧化硅在乳液中的分散性从而进一步提高功能乳液的性能，本专利技术选用偶联剂处理二氧化硅，使二氧化硅具有反应性，再使用原位乳液聚合法制得稳定性良好的纳米二氧化硅/聚共轭二烯烃复合乳液。本专利技术所公开的纳米二氧化硅/聚共轭二烯烃复合乳液，以乳液干基为100份计，含有表面功能化改性的纳米二氧化硅0.1~5份；纳米二氧化硅/聚共轭二烯烃复合乳液粒径为50~80nm，数均分子量为100000~140000，分子量分布为2~3。本专利技术所述的表面功能化改性的纳米二氧化硅是指二氧化硅采用偶联剂通过表面官能团化处理制成具有反应型的纳米二氧化硅，其中的偶联剂为硅氧烷偶联剂，其占表面功能化改性纳米二氧化硅质量的0.1~50%，优选10~30%。本专利技术所属的纳米二氧化硅，只要是纳米级的即可，优选20~60nm。本专利技术所述的硅氧烷偶联剂，可以是乙烯类硅氧烷、甲基丙烯酸酯类硅氧烷中的一种或多种，优选乙烯基三乙氧基硅烷(VTES)、乙烯基三甲氧基硅烷(VTMS)、乙烯基三(β -甲氧基乙氧基)硅烷、乙烯基三乙酰氧基硅烷、乙烯基三丁酮肟基硅烷、甲基三丁酮肟基硅烷、乙烯基二异丙氧基硅烷、Y 一氛基丙基二甲氧基硅烷、Y 一氛基丙基二乙氧基娃烷、乙二氨基丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三氯硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷低聚物、Y -甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(MPS)、三(三甲基硅氧基)甲基丙烯酰氧基丙本文档来自技高网...

【技术保护点】
含充炭黑母炼胶的橡胶组合物，以各个组分重量计，含有100份主体橡胶和0.5～3份硫化剂，其特征在于：以主体橡胶质量为100％计算，主体橡胶包括（1）充炭黑母炼胶10～95％，（2）二烯类橡胶5～90％；其中充炭黑母炼胶是将以固体质量计10～50份炭黑分散于去离子水中成炭黑淤浆并与以干基质量计为100份纳米二氧化硅/聚共轭二烯烃改性的橡胶胶乳混合均匀，凝聚制得；纳米二氧化硅/聚共轭二烯烃改性的橡胶胶乳由纳米二氧化硅/聚共轭二烯烃功能复合乳液和二烯类橡胶胶乳共混制备，二烯类橡胶胶乳干基与纳米二氧化硅/聚共轭二烯烃功能复合乳液干基的质量比为100：0.1～100；纳米二氧化硅/聚共轭二烯烃功能复合乳液以乳液干基质量为100份计，含有表面功能化改性的纳米二氧化硅0.1～5份；纳米二氧化硅/聚共轭二烯烃复合乳液粒径为50～80nm，数均分子量为100000～140000，分子量分布为2～3。

【技术特征摘要】
1.含充炭黑母炼胶的橡胶组合物，以各个组分重量计，含有100份主体橡胶和0.5~3份硫化剂，其特征在于:以主体橡胶质量为100%计算，主体橡胶包括(I)充炭黑母炼胶10~95%，(2) 二烯类橡胶5~90% ;其中充炭黑母炼胶是将以固体质量计10~50份炭黑分散于去离子水中成炭黑淤浆并与以干基质量计为100份纳米二氧化硅/聚共轭二烯烃改性的橡胶胶乳混合均匀，凝聚制得；纳米二氧化硅/聚共轭二烯烃改性的橡胶胶乳由纳米二氧化硅/聚共轭二烯烃功能复合乳液和二烯类橡胶胶乳共混制备，二烯类橡胶胶乳干基与纳米二氧化硅/聚共轭二烯烃功能复合乳液干基的质量比为100:0.1~100 ;纳米二氧化硅/聚共轭二烯烃功能复合乳液以乳液干基质量为100份计，含有表面功能化改性的纳米二氧化硅0.1~5份；纳米二氧化硅/聚共轭二烯烃复合乳液粒径为50~80nm，数均分子量为100000~140000，分子量分布为2~3。2.根据权利要求1所述的橡胶组合物，其特征在于二烯类橡胶选自乳聚丁苯橡胶、溶聚丁苯橡胶、天然橡胶、顺丁橡胶、苯乙烯一异戊二烯一丁二烯橡胶，二烯类橡胶胶乳选自聚丁二烯橡胶胶乳、天然橡胶胶乳、丁苯橡胶胶乳。3.根据权利要求1所述的橡胶组合物，其特征在于炭黑淤浆的质量浓度为15%~20%，去离子水温度宜为40~60°C。4.根据权利要求1所述的橡胶组合物，其特征在于炭黑氮吸附比表面积为60~120m2.g 1，DBP 吸收值为 60 ~120cm3.g、5.根据权利要求1所述的橡胶组合物，其特征在于表面功能化改性的纳米二氧化硅是指二氧化硅采用硅氧烷偶联剂通过表面官能团化处理制成具有反应型的纳米二氧化硅，硅氧烷偶联剂质量为表面功能化改性纳米二氧化硅质量的0.1~50%。6.根据权利要求5所 述的橡胶组合物，其特征在于硅氧烷偶联剂质量为表面功能化改性的纳米二氧化硅10~30%。7.根据权利要求5所述的橡胶组合物，其特征在于硅氧烷偶联剂为乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷、乙烯基三乙酰氧基硅烷、乙烯基三丁酮肟基硅烷、甲基三丁酮肟基硅烷、乙烯基三异丙氧基硅烷、Y 一氨基丙基三甲氧基硅烷、Y —氨基丙基三乙氧基硅烷、乙二氨基丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三氯硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷低聚物、Υ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷和三(三甲基硅氧基)甲基丙烯酰氧基丙基硅烷中一种或多种。8.根据权利要求1所述的橡胶组合物，其特征在于共轭二烯烃为1，3-丁二烯，异戊二稀，2, 3- 二甲基 _1，3 丁二稀，2, 3- 二乙基 _1，3 丁二稀，2-甲基-3-乙基-1, 3 丁二稀，2-氣-1，3-戍二稀，1，3-戍二稀，3_ 丁基-1, 3_ 羊二稀，2-苯基-1，3- 丁二稀，1，3-己二稀中的一种或多种。9.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵志超，龚光碧，马朋高，梁滔，胡育林，邵卫，燕鹏华，王永峰，李波，郑聚成，李晶，郑红兵，陈建刚，王锋，丛日新，秦传高，李铁柱，
申请(专利权)人：中国石油天然气股份有限公司，
类型：发明
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