CN101977979A - 包含三烷氧基巯基烷基硅烷的胶料 - Google Patents

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Abstract

一种生产轮胎胶料的方法，包括第一混炼步骤，其中胶料含有至少一种交联性不饱和链聚合物基质、10-100phr二氧化硅和1-20phr在三烷氧基巯基烷基硅烷中的硅烷结合剂；和最终混炼步骤，其中将硫化体系加至胶料。硅烷结合剂以吸附于0.5-2phr氧化锌和5-15phr炭黑上的形式使用。在第一混炼步骤，胶料含有1-5phr一种或多种脂肪酸衍生物，并且在最终混炼步骤，将1-2phr氧化锌加至胶料。脂肪酸衍生物来源于碳数为16-20的脂肪酸与碳数为2-6的醇、或与碳数为2-6的伯胺或仲胺的缩合。

Description

包含三烷氧基巯基烷基硅烷的胶料
技术领域
本发明涉及一种包含三烷氧基巯基烷基硅烷的胶料。
背景技术
在某些胶料，如胎面胶料中，由于二氧化硅在滚动阻力和湿路着地能力(wet road-holding capacity)方面具有优势，二氧化硅很久以来就代替常规炭黑用作补强填充剂。
二氧化硅与硅烷结合剂组合使用，所述硅烷结合剂通过与硅醇基键合，防止二氧化硅粒子之间的氢键形成，并同时将二氧化硅化学固定至聚合物基质。
最近的发现表明三烷氧基巯基烷基硅烷在降低滚动阻力和碳氢化合物释放方面是优异的硅烷结合剂。
式I化合物是提供最大优势的一种。
SH(CH2)3SiR1R2 2        (I)
其中：
R1为-OCH2CH3和
R2为-O(CH2CH2O)5(CH2)13CH3
然而，伴随上述优势，三烷氧基巯基烷基硅烷有损害胶料加工的缺点，并且解决所述问题的尝试只能导致损害胶料的其他特性，如耐磨性和弹性。
发明内容
本发明的目的是提供一种胶料，其中可使用三烷氧基巯基烷基硅烷类硅烷结合剂而不损害加工，同时也不损害胶料的其他重要特性。
根据本发明，提供一种生产轮胎胶料的方法，包括第一混炼步骤，其中胶料包含至少一种交联性不饱和链聚合物基质，10-100phr二氧化硅，和1-20phr在三烷氧基巯基烷基硅烷中的硅烷结合剂；和最终混炼步骤，其中将硫化体系添加至胶料；所述方法的特征在于，所述硅烷结合剂以吸附于0.5-2phr氧化锌和5-15phr炭黑上的形式使用；其特征在于，在所述第一混炼步骤，胶料包含1-5phr一种或多种脂肪酸衍生物；和其特征在于，在所述最终混炼步骤，将1-2phr氧化锌添加至胶料；所述脂肪酸衍生物来源于碳数为16-20的脂肪酸与碳数为2-6的醇、或与碳数为2-6的伯胺或仲胺的缩合。
具体实施方式
优选地，硅烷结合剂为三烷氧基巯基丙基硅烷类。
优选地，硅烷结合剂为式I
SH(CH2)3SiR1R2 2     (I)
其中：
R1为-OCH2CH3和
R2为-O(CH2CH2O)5(CH2)13CH3
优选地，在最终混炼步骤将1.80-3phr硫加至胶料。
以下实施例仅用于更清楚地解释本发明，而决不限制。
实施例
制备四种胶料：两种对照胶料(A和B)和两种根据本发明教导的胶料(C和D)。对照胶料为包括传统硅烷结合剂的已知胶料(A)；和与已知胶料的区别仅在于包含三烷氧基巯基烷基硅烷类硅烷结合剂的胶料(B)。
下面示出对照胶料A和B以及根据本发明的胶料C和D的不同制备方法。
-胶料A和B的制备-
(第一混炼步骤)
混炼之前，将交联性聚合物基质、二氧化硅、炭黑、硅烷结合剂1、油、硬脂酸、蜡和抗氧化剂装载于230-270升相切型转子混炼机(tangential-rotor mixer)至填充因数为66-72％。
混炼机以40-60rpm的速度运转，并且在温度达到140-160℃时卸载胶料。
(第二混炼步骤)
将来自第一步骤的胶料在40-60rpm下操作的混炼机中再次混炼，并且在温度达到130-150℃时卸载。
(第三混炼步骤)
将硫化体系和氧化锌添加到来自第二步骤的胶料至填充因数为63-67％。
混炼机以20-40rpm的速度运转，并且在温度达到100-110℃时卸载胶料。
-胶料C和D的制备-
(第一混炼步骤)
混炼之前，将交联性聚合物基质、二氧化硅、负载于氧化锌和炭黑上的硅烷结合剂2、油、硬脂酸、蜡、抗氧化剂和脂肪酸衍生物装载于230-270升相切型转子混炼机至填充因数为66-72％。
混炼机以40-60rpm的速度运转，并且在温度达到140-160℃时卸载胶料。
(第二混炼步骤)
重复上述第二混炼步骤。
(第三混炼步骤)
将第一步骤没有使用的硫化体系和氧化锌添加到来自第二步骤的胶料至填充因数为63-67％。
混炼机以20-40rpm的速度运转，并且在温度达到100-110℃时卸载胶料。
-胶料组成-
表I示出了利用上述方法制备的胶料的组成。组分量表示为每100份总聚合物基质的重量份数。
表I
  A   B   C   D
  SBR   80   80   80   80
  聚丁二烯   20   20   20   20
  二氧化硅   80   80   80   80
  炭黑   8   8   8*   8*
  硅烷结合剂1   9   --   --   --
  硅烷结合剂2   --   9   9**   9**
  硬脂酸   2   2   2   2
  T-DAE油   30   30   30   30
  总氧化锌   2.5   2.5   1.5+1.0*   1.5+1.0*
  抗氧化剂   3   3   3   3
  蜡   1.5   1.5   1.5   1.5
  硫   1.75   1.75   1.75   1.85
  促进剂   2.0   2.0   2.0   2.0
  脂肪酸衍生物   --   --   3   3
*表示在第一混炼步骤，与吸附的硅烷结合剂1添加的phr量。
**表示将吸附于部分氧化锌和炭黑上的硅烷结合剂2加至胶料。
硅烷结合剂1指的是含有65-80％二硫化物的硅烷化合物双-(3-三乙氧基-甲硅烷基丙基)-二硫化物。
硅烷结合剂2指的是式I的硅烷化合物。
脂肪酸衍生物指的是酰胺和酯的混合物，所述酰胺通过C18脂肪酸与甲基丙胺缩合获得，所述酯通过C18脂肪酸与丙醇缩合获得。
实验室试验结果
对以上胶料进行试验以测定各胶料多个重要参数的值。
表II示出了四种胶料的各参数的结果。
试验参数如下：
-粘度(130℃下的ML1′+4′)，按照ASTM Standard D 1646测量；
-130℃下的门尼焦烧(Mooney Scorch)，按照ASTM StandardD1646测量；
-耐磨性，按照DIN Standard 53516测量；
-物理性质(极限伸长EB％、极限应力TB、M300％模量)，按照ASTM Standard D412C测量；
-弹性模量(E′)和Tanδ，按照ASTM Standard D5992测量。
表II所示的值以对照胶料A的值为100为标准。
表II
  A   B   C   D
  130℃下的ML1′+4′   100   130   100   100
  焦烧(SCORCH)   100   60   100   100
  耐磨性   100   100   100   100
  EB(％)   100   100   115   100
  TB   100   100   95   100
  M300％   100   100   85   100
  30℃下的E′   100   100   100   100
  100℃下的Tanδ   100   70   70   70
如表II所示，根据本发明的方法(胶料C和D)能够使用三烷氧基巯基烷基硅烷类硅烷结合剂而不损害胶料的其他性能。
添加吸附于氧化锌和炭黑上的硅烷结合剂抵消了由所用硅烷结合剂的化学性质引起的焦烧时间缩短，并且在最终混炼步骤保留部分氧化锌以抵消否则发生的耐磨性和弹性模量降低。试验实际上证实了最终混炼步骤氧化锌的缺少导致胶料耐磨性和弹性模量无法接受地降低。
此外，脂肪酸衍生物的存在防止了过大的粘度值。
最后，正如比较表II中胶料C和D的值所示，大于常量的硫提供了甚至弥补由第一混炼步骤与最终混炼步骤之间氧化锌分解引起的胶料物理性质的损害。

Claims (9)

1.一种生产轮胎胶料的方法，其包括第一混炼步骤，其中胶料包含至少一种交联性不饱和链聚合物基质、10-100phr二氧化硅和1-20phr在三烷氧基巯基烷基硅烷中的硅烷结合剂；和最终混炼步骤，其中将硫化体系添加至所述胶料；所述方法的特征在于所述硅烷结合剂以吸附于0.5-2phr氧化锌和5-15phr炭黑上的形式使用；其特征在于，在所述第一混炼步骤，所述胶料包含1-5phr一种或多种脂肪酸衍生物；和其特征在于，在所述最终混炼步骤，将1-2phr氧化锌添加至所述胶料。
2.根据权利要求1所述的生产轮胎胶料的方法，其特征在于，所述脂肪酸衍生物来源于碳数为16-20的脂肪酸与碳数为2-6的醇、或与碳数为2-6的伯胺或仲胺的缩合。
3.根据权利要求1或2所述的生产轮胎胶料的方法，其特征在于，所述硅烷结合剂为所述三烷氧基巯基丙基硅烷类。
4.根据权利要求3所述的生产轮胎胶料的方法，其特征在于，所述硅烷结合剂具有式I
SH(CH2)3SiR1R2 2     (I)
其中：
R1为-OCH2CH3和
R2为-O(CH2CH2O)5(CH2)13CH3。
5.根据权利要求4所述的生产轮胎胶料的方法，其特征在于，在所述最终混炼步骤将1.80-3phr硫加至所述胶料。
6.根据前述权利要求之一所述的生产轮胎胶料的方法，其特征在于，在所述第一混炼步骤，所述胶料包含80phr二氧化硅；吸附于1phr氧化锌和8phr炭黑上的9phr硅烷结合剂；以及3phr脂肪酸衍生物；并且其特征在于，在最终混炼步骤将1.85phr硫和1.5phr氧化锌加至所述胶料。
7.一种轮胎胶料，其特征在于使用根据前述权利要求之一所述的方法生产。
8.一种胎面，其特征在于由根据权利要求7所述的胶料制造。
9.一种轮胎，其包含根据权利要求8所述的胎面。
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