CN107868293A - 用于轮胎胎面的橡胶组合物 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于轮胎胎面的橡胶组合物，相对于100重量份的生橡胶，其包含：6至20重量份的硅烷偶联剂，其具有巯基和SiO键；和1至20重量份的萜烯树脂，其具有130℃或以上的软化温度以及1000或以上的重均分子量。

Description

用于轮胎胎面的橡胶组合物
相关申请
本申请要求于2016年9月22日在韩国知识产权局提交的申请号为10-2016-0121275的韩国专利申请的优先权，其全部公开通过引用合并于此。
技术领域
本发明涉及一种用于轮胎的橡胶组合物，更具体地，涉及一种用于轮胎胎面的橡胶组合物，相对于100重量份的生橡胶，其包含：6至20重量份(“wt.份”)的硅烷偶联剂，其具有巯基和SiO键；和1至20重量份的萜烯树脂，其具有130℃或以上的软化温度以及1000或以上的重均分子量。
背景技术
轮胎应该在诸如冰路、湿路面、雪路面等多种环境中保持稳定的行驶能力、制动性能和低燃料消耗(即，高燃料效率)。为了满足世界上所有国家的轮胎标签法规，需要在湿路面抓地性能和滚动阻力(RR)性能方面保持至少预定的水平。特别地，关于克服个别性能间的权衡，存在一些技术问题，例如，湿路面抓地性能与玻璃化转变温度Tg成比例，而雪路面抓地性能与Tg成反比。为了克服上述问题，需要开发新型配料的方法。
简而言之，轮胎应该在多种环境(即冰路、湿路面、雪路面等)下保持稳定的行驶能力和制动性能，并且为了满足世界所有国家的不同轮胎标签法规，需要将湿路面抓地性能和RR性能维持和提高到至少预定的用于销售的水平。
例如，韩国专利公开出版物第10-2015-0132607号公开了一种橡胶组合物，相对于100重量份的二烯基橡胶，其包含50至80％重量份的含二氧化硅和炭黑的无机填料，该二烯基橡胶包含按重量计50至80％(wt.％)的末端改性的苯乙烯-丁二烯橡胶，该末端改性的苯乙烯-丁二烯橡胶具有40wt.％或更多的乙烯单元和20至50wt.％的丁二烯橡胶，其中1至20重量份的有着100℃或以上的软化温度的芳香族改性萜烯树脂被进一步添加并混合到其中。
然而，根据上述专利出版物第10-2015-0132607号的用于轮胎的橡胶组合物涉及尽管滚动阻力能力、湿路面抓地性能和耐磨性得到改善，但仍未获得雪地性能的问题。
此外，韩国专利公开出版物第10-2015-0052144号公开了一种用于轮胎胎面的橡胶组合物，其可以在保持和提高挤出加工性能的同时将滚动阻力能力和湿路面抓地性能提高到已知或更高的水平，其特征在于：相对于100重量份的二烯基橡胶，所述橡胶组合物包含60至130重量份的二氧化硅，该二烯基橡胶包含至少50wt.％的含羟基的改性苯乙烯-丁二烯橡胶；油与含二氧化硅的填料的重量比为0.25或以下；具有巯基和Si-O键的硅烷偶联剂以相对于二氧化硅的总量的4至15wt.％的量被包含；并且二甘醇以相对于二氧化硅的总量的1至6wt.％的量混合。
然而，根据上述专利公开第10-2015-0052144号的用于轮胎胎面的橡胶组合物尽管提高了滚动阻力能力和湿路面抓地性能，但是涉及不能确保期望的雪路面性能和耐磨性的问题。
发明内容
考虑到现有技术中的上述问题，本发明的目的是提供一种用于轮胎胎面的橡胶组合物，其能够同时改善滚动阻力能力、湿路面抓地性能、耐磨性、雪路面抓地性能和冰路面抓地性能。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供一种用于轮胎胎面的橡胶组合物，相对于100重量份的生橡胶，其包含：6至20重量份的硅烷偶联剂，其具有巯基和SiO键；和1至20重量份的萜烯树脂，其具有130℃或以上的软化温度以及1000或以上的重均分子量。
另外，根据本发明的另一方面，提供了包含上述橡胶组合物的轮胎。
本发明的用于轮胎胎面的橡胶组合物可以包含具有巯基和SiO键的硅烷偶联剂，以改善性能(即湿路面抓地性能和雪路面抓地性能)间的权衡，由此改善混合加工性、耐磨性、RR性能和湿路面抓地性能，并且还包含具有130℃或以上的软化温度以及1,000或以上的分子量的萜烯树脂，从而提高湿路面抓地性能和雪路面抓地性能，同时保持增强的耐磨性和RR性能。
具体实施方式
本发明提供一种用于轮胎胎面的橡胶组合物，相对于100重量份的生橡胶，其包含：6至20重量份的硅烷偶联剂，其具有巯基和SiO键；和1至20重量份的萜烯树脂，其软化温度为130℃或以上并且重均分子量为1000或以上。
在本发明的用于轮胎的橡胶组合物中，具有巯基和SiO键的硅烷偶联剂可以包含由下式1表示的3-(辛酰硫基)丙基三乙氧基硅烷：
<式1>
在本发明的用于轮胎的橡胶组合物中，所述萜烯树脂可以具有130℃至180℃的软化温度，以及1000至2000的重均分子量。
在本发明的用于轮胎的橡胶组合物中，如果所包含的硅烷偶联剂的量相对于100重量份的生橡胶小于6重量份，则抗拉强度降低，引起加工性能的问题。如果所包含的硅烷偶联剂的量超过20重量份，拉伸性能降低，并且可能出现挤出加工性能的问题。
在本发明的用于轮胎的橡胶组合物中，如果所包含的萜烯树脂的量相对于100重量份的生橡胶小于1重量份，由于萜烯树脂的含量太小，可能不能实现添加萜烯树脂所期望的目的。另一方面，如果所包含的萜烯树脂的量超过20重量份，在成型过程期间可能发生轮胎成型的均匀性的问题。
在本发明的用于轮胎的橡胶组合物中，所述生橡胶可以是天然橡胶、合成橡胶或它们的混合物。
在本发明的用于轮胎的橡胶组合物中，合成橡胶的种类没有特别限定，例如可以包括：苯乙烯-丁二烯橡胶、丁二烯橡胶、丁基橡胶、乳液聚合的苯乙烯-丁二烯橡胶(E-SBR)、溶液聚合的苯乙烯-丁二烯橡胶(S-SBR)、表氯醇橡胶、丁腈橡胶、氢化丁腈橡胶、溴化聚异丁基异戊二烯-共-对甲基苯乙烯(BIMS)橡胶、聚氨酯橡胶、氟橡胶、硅橡胶、苯乙烯乙烯丁二烯苯乙烯共聚物橡胶、乙烯丙烯橡胶、乙烯丙烯二烯单体橡胶、海帕伦(Hypalon)橡胶、氯丁橡胶、乙烯乙酸乙烯酯橡胶、丙烯酸橡胶等。
在本发明的用于轮胎的橡胶组合物中，所述生橡胶可以是二烯基橡胶，其包含：10至30wt.％的末端改性的苯乙烯-丁二烯橡胶，其中苯乙烯单元含量为20wt.％或以下，并且优选为15至20wt.％，并且乙烯单元含量为30wt.％或以下，并且优选为25至30wt.％；30至50wt.％的苯乙烯-丁二烯橡胶；和20至60wt.％的丁二烯橡胶或天然橡胶。
在本发明的用于轮胎的橡胶组合物中，所述末端改性的苯乙烯-丁二烯橡胶可以是Sn末端改性的苯乙烯-丁二烯橡胶。
本发明的用于轮胎的橡胶组合物还可以包含炭黑和二氧化硅。
在本发明的用于轮胎的橡胶组合物中，优选的是，考虑到分散和磨损，炭黑以具有140m2/g或以下的比表面积的颗粒使用。
在本发明的用于轮胎的橡胶组合物中，二氧化硅可以以氮吸附比表面积为90至230m2/g(作为BET测定值)的形式使用。
在本发明的用于轮胎的橡胶组合物中，相对于100重量份的生橡胶，所包含的二氧化硅的量可以超过60重量份但小于120重量份，并且优选为70至110重量份。
在本发明的用于轮胎的橡胶组合物中，如果相对于100重量份的生橡胶，所包含的二氧化硅的量为60重量份或更少，湿路面抓地性能劣化。如果所包含的二氧化硅的量为120重量份或更多，存在混合加工性能、耐磨性和低燃料消耗显著降低的问题。
本发明的用于轮胎的橡胶组合物还可以包含硫化剂，并且本文使用的这种硫化剂可以包含有机过氧化物或硫磺硫化剂。所述有机过氧化物例如可以包括：过氧化苯甲酰、过氧化二异丙苯、过氧化二叔丁基、过氧化叔丁基枯基、过氧化甲乙酮、氢过氧化枯烯、2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧)己烷、2,5-二甲基-2,5-二(苯甲酰基过氧)己烷、2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧)己炔-3或1,3-双(叔丁基过氧丙基)苯、二叔丁基过氧化二异丙基苯、叔丁基过氧化苯、2,4-二氯苯甲酰过氧化物、1,1-二叔丁基过氧-3,3,5-三甲基硅氧烷、正丁基-4,4-二叔丁基过氧戊酸酯等。
其中，优选使用过氧化二异丙苯、叔丁基过氧化苯和二叔丁基过氧化二异丙基苯。例如，本文使用的硫磺硫化剂可以包括硫、二硫化吗啉等。其中，优选使用硫。这样的硫化剂可以单独使用或以它们中的两种或更多种的组合使用。
对于本发明的用于轮胎的橡胶组合物，可以进一步包含用于橡胶组合物的典型添加剂，例如氧化锌、硬脂酸、抗老化剂、粘合剂等。此外，可以根据所需的物理性质任选地调节添加剂的含量。
制造本发明的用于轮胎的橡胶组合物的方法可以包括：通过任何传统的方法，在80℃至150℃的温度下，在Banbury密炼机中将上述生橡胶，炭黑、二氧化硅、加工油和诸如硅烷偶联剂的添加剂一起混合；然后，在155℃至165℃下将混合物硫化10至20分钟。因此，将不详细描述制造方法。
此外，本发明提供包含上述橡胶组合物的轮胎。
本发明的轮胎可以是在胎面部分中包含所述橡胶组合物的轮胎。
本发明的轮胎可以使用上述用于轮胎的橡胶组合物来制造。更具体地，本发明的轮胎可以通过任何常规方法制造而没有特别限制，只要轮胎制造方法是本领域公知的并且使用上述橡胶组合物即可。
在下文中，将参考以下实施例更详细地描述本发明。提出这些实施例仅用于说明目的，而不特别限制要保护的本发明的范围。
<实施例1至4和比较例1至11>(橡胶样品的制备和其物理性能的测量)
在将具有下表1所列出的组成和含量的组分(单位：重量份)加入到Banbury密炼机中之后，将这些组分在140℃下混合，从而制备混合物。
然后，向混合物中加入硫作为硫化剂，然后在160℃硫化15分钟，从而获得橡胶样品。
根据ASTM规定测量物理性能，包括例如根据抗拉强度的加工性能、操纵性能、雪路面抓地性能和湿路面抓地性能、RR性能、耐磨性等，其结果示出于下表1中。
在下表1中，操纵性能、雪路面抓地性能和湿路面抓地性能、RR性能、耐磨性和加工性能的数值由作为比较例1中定义的标准值100的相对指数表示。
[表1]
参考上表1，低Tg Sn改性的SSBR1在其两端具有活性双末端官能团，同时已经用Sn改性，因此与二氧化硅和碳都具有亲和性，由此与非亲和性SBR相比在耐磨性上具有优势。
此外，由于上述低Tg Sn改性的SSBR1具有低的微细结构比(苯乙烯：20wt.％或以下，乙烯：30wt.％或以下)，玻璃化转变温度(Tg)显著降低至-60℃的水平，因此具有提高的雪路面抓地性能的优点。因此，可以提高湿路面抓地性能和干路面抓地性能，同时保持耐磨性和雪路面抓地性能。
本文使用的苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR1)是KKPC公司制造的SSBR，本文使用的丁二烯橡胶(BR)是KKPC公司制造的KBR01，并且本文使用的天然橡胶(NR)是由Von Bundit有限公司制造的STR20。
同时，本文使用的二氧化硅具有作为BET测量值的200±5m2/g的氮吸附比表面积，而本文使用的炭黑为ASTM Grade 300。
本文使用的硅烷偶联剂1是双-(三乙氧基硅烷基丙基)-四硫化物(Si-69)，而本文使用的硅烷偶联剂2是由上式1表示的NXT，其由Momentive公司制造。
此外，本文使用的萜烯树脂是由Yasuhara Chemical公司制造的T160(软化温度：160℃，重均分子量：1127)，其是萜烯基天然树脂。
同时，雪路面抓地性能是指雪路面抓地性能可选指数，其在-20℃下具有基于DMA标准的tanδ值(tanδ@-20℃)。这意味着，当该值较高时，雪路面抓地性能变得更好。
此外，耐磨性由通过磨损试验装置测量的DIN(Ueshima Seisakusho公司)值的指数表示。这意味着，该值越低，橡胶重量的损失越小，因此表现出优异的性能。或者，湿路面抓地性能通过tanδ@0℃值的指数表示。这意味着，该指数越高，湿路面抓地性能越优异。
RR性能通过tanδ@60℃值的指数表示。这意味着，随着该指数越高，RR性能变得越优异。此外，当100℃下的粘度降低时，加工性可以变得优异，并且该结果通过指数公式证明。
如上述表1的结果所示出的，本文使用的生橡胶优选含有10至30wt.％的末端改性的苯乙烯-丁二烯橡胶(低Tg Sn改性的SSBR1)。如果所含有的该末端改性的苯乙烯-丁二烯橡胶的量小于10wt.％，则雪路面抓地性能的改善是不显著的(参见比较例2)。另一方面，可以看出，如果所含有的该末端改性的苯乙烯-丁二烯橡胶的量超过30wt.％，则作为权衡性能的湿路面抓地性能变差(参见比较例3)。
已证实，如果所包含的丁二烯橡胶或天然橡胶的量小于20wt.％，则耐磨性和雪路面抓地性能变差(参见比较例4)，而如果所包含的上述橡胶的量超过60wt.％则湿路面抓地性能变差(参见比较例5)。
此外，证明了如果相对于100重量份的生橡胶，所包含的二氧化硅的量为60重量份或更少，湿路面抓地性能恶化(参见比较例6)，而如果所包含的二氧化硅的量为120重量份或更多，则混合加工性能、耐磨性和低燃料消耗显著降低(参见比较例7)。
此外，证实了如果相对于100重量份的生橡胶，所包含的具有巯基和SiO键的硅烷偶联剂(硅烷偶联剂2)的量小于6wt.％，抗拉强度显著降低，导致硫化可加工性的问题(参见比较例8)，而如果所包含的第二(2)硅烷偶联剂的量超过20wt.％，则操纵性能(硬度)会下降(参见比较例9)。
此外，证实了如果相对于100重量份的生橡胶，所包含的萜烯树脂的量为30重量份或以上，雪路面抓地性能和RR性能可能出现问题(参见比较例11)。
另一方面，如实施例1至4所示，通过含有末端改性的苯乙烯-丁二烯橡胶可以在维持湿路面抓地性能(作为权衡性能)的同时，提高雪路面抓地性能。此外，可以看出，当所包含的二氧化硅的量超过60重量份但小于120重量份时，可以改善湿路面抓地性能。
此外，当具有巯基和SiO键的硅烷偶联剂和(硅烷偶联剂2)相对于100重量份的生橡胶以6至20重量份的量添加时，可以提高混合加工性能、耐磨性、RR性能和湿路面抓地性能。此外，还可以看出，当所包含的软化温度为130℃或以上且分子量为1000或以上的萜烯树脂的量为1至20重量份时，可以改善湿路面抓地性能，同时保持耐磨性和RR性能。
虽然已经参照优选实施方式和改进实施例描述了本发明，但是本发明不限于上述具体实施方式和改进实施例，并且相关领域的技术人员将理解，在不脱离由所附权利要求限定的本发明的范围的情况下可以进行多种改进和变型，并且不应当与本发明的技术精神和前景分开地理解这些改进和变型。
根据本发明，为了提高例如湿路面抓地性能和雪路面抓地性能之间的权衡性能，提供了一种用于轮胎胎面的橡胶组合物和包含该组合物的轮胎，其中含有具有巯基和SiO键的硅烷偶联剂，以改善混合加工性能、耐磨性、RR性能和湿路面抓地性能；并且还包含具有130℃或以上的软化温度以及1,000或以上的分子量的萜烯树脂，以在保持耐磨性和RR性能的同时提高湿路面抓地性能和雪路面抓地性能。因此，本发明可以应用于本发明所属的技术领域。

Claims (5)

1.一种用于轮胎胎面的橡胶组合物，相对于100重量份的生橡胶，其包含：6至20重量份的硅烷偶联剂，其具有巯基和SiO键；和1至20重量份的萜烯树脂，其具有130℃或以上的软化温度以及1000或以上的重均分子量。
2.根据权利要求1所述的组合物，其中，所述硅烷偶联剂是由下式1表示的3-(辛酰硫基)丙基三乙氧基硅烷：
<式1>
3.根据权利要求1所述的组合物，其中，所述生橡胶是天然橡胶、合成橡胶或它们的混合物。
4.根据权利要求1所述的组合物，其中，所述生橡胶包含：按重量计10至30％的末端改性的苯乙烯-丁二烯橡胶，其中苯乙烯单元含量为按重量计20％或以下，乙烯单元含量为按重量计30％或以下；按重量计30至50％的苯乙烯-丁二烯橡胶；和按重量计20至60％的丁二烯橡胶或天然橡胶。
5.一种轮胎，其包含根据权利要求1至4中任一项所述的橡胶组合物。
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