CN115353676A - 一种低硅烷偶联剂用量的橡胶组合物及其混炼方法和轮胎 - Google Patents

Abstract

本发明涉及轮胎制造新材料技术领域，尤其涉及一种低硅烷偶联剂用量的橡胶组合物及其混炼方法和轮胎。一种低硅烷偶联剂用量的橡胶组合物，该橡胶组合物由包括以下组分的原料混炼制备得到：橡胶组分100重量份，白炭黑组分70‑90重量份，硅烷偶联剂组分2.0‑5.8重量份，功能性硅化合物1‑6重量份。该组合物通过此方法减少了硅烷偶联剂的使用量，同时通过加入功能性硅化物弥补了硅烷偶联剂减量带来的白炭黑分散不佳、湿地抓地性能变差、滚动阻力升高的不足，使得橡胶组合物在在低硅烷偶联剂用量下，保证了优异的湿地抓地性能、滚动阻力性能。

Description

一种低硅烷偶联剂用量的橡胶组合物及其混炼方法和轮胎

技术领域

本发明涉及轮胎制造新材料技术领域，尤其涉及一种低硅烷偶联剂用量的橡胶组合物及其混炼方法和轮胎。

背景技术

汽车的发明，极大程度的便捷了民众的生活。随着汽车工业的快速发展，汽车零部件领域同样得到了快速进步和创新。轮胎作为汽车重要的零部件，在汽车的整个使用周期中承担了极其重要的角色。

欧洲在2009年开始实施轮胎标签法，随后，美、日、韩、中等国家也陆续推出了各自的标签法。在标签法的加持下，对轮胎的滚动阻力性能、湿地抓地性能要求愈发苛刻。白炭黑补强可以更好的平衡轮胎的滚动阻力及湿地抓地性能，因此得到了更多轮胎企业的青睐。由于白炭黑表面的强极性基团，使其难以与橡胶进行良好分散，通常采用加入硅烷偶联剂的方法进行表面修饰，以解决此问题。

目前，轮胎行业最常用的硅烷偶联剂为含硫硅烷Si-69、Si-75，虽然近几年有Si-747、NXT等新型硅烷偶联剂的研发及应用，但由于成本等原因，Si-69、Si-75仍为轮胎行业用途最广泛的硅烷偶联剂。Si-69、Si-75在发生硅烷化反应的过程中，有醇类物质产生，会污染环境，NXT、Si-747成本过高，因此，从保护环境及降低成本角度出发，如何在保证性能的同时，减少硅烷偶联剂的用量，成为了很多轮胎研发人员的关注重点。

发明内容

为解决上述问题，本发明开发了一种低硅烷偶联剂用量的橡胶组合物，该组合物通过此方法减少了硅烷偶联剂的使用量，同时通过加入功能性硅化物弥补了硅烷偶联剂减量带来的白炭黑分散不佳、湿地抓地性能变差、滚动阻力升高的不足，使得橡胶组合物在在低硅烷偶联剂用量下，保证了优异的湿地抓地性能、滚动阻力性能。

为了实现上述的目的，本发明采用了以下的技术方案：

一种低硅烷偶联剂用量的橡胶组合物，该橡胶组合物由包括以下组分的原料混炼制备得到：橡胶组分100重量份，白炭黑组分70-90重量份，硅烷偶联剂组分2.0-5.8重量份，功能性硅化合物1-6重量份；

所述的功能性硅化物的结构式如下：

其中n值在28-35之间。

作为优选，该橡胶组合物还包括加工助剂1-3重量份，所述加工助剂选择长链脂肪酸类、脂肪酸锌盐类、甘油酯类的一种或多种；作为优选，所述加工助剂选择单硬脂酸甘油酯。本申请通过加入加工助剂可解决硅烷太低的时候生热问题，显著改善组合物的生热。

作为优选，所述的橡胶组分为天然橡胶、聚异戊二烯橡胶、聚丁二烯橡胶、乳聚丁苯橡胶、溶聚丁苯橡胶、丁基橡胶、卤化丁基橡胶中的一种或多种。再优选，所述的橡胶组分为50-90份溶聚丁苯胶，10-50份聚丁二烯橡胶。

作为优选，所述硅烷偶联剂为Si-69、Si-75、Si-747、NXT中的一种或多种，硅烷偶联剂用量与白炭黑用量的比值a＜7％。

作为优选，所述的功能性硅化物重均分子量Mw在3000-4000之间。

作为优选，白炭黑为沉淀法白炭黑，选择氮吸附比表面积(NSA)在80-250m2/g之间的一种或多种；优选，选择氮吸附比表面积(NSA)在120-180m2/g之间的白炭黑。

作为优选，所述加工助剂选择单硬脂酸甘油酯。

作为优选，该橡胶组合物还包括增塑剂组分、防老剂组分、促进剂组分和硫化剂组分。

作为优选，该橡胶组合物还包括9-15份环保芳烃油V700，1.0-3.0份防老剂6PPD，0.5-1.5份防老剂TMQ，0.5-1.5份微晶蜡，2.0-5.0份氧化锌，1.0-3.0份硬脂酸，1.5-3.5份硫磺，1.0-2.0份促进剂CZ，1.0-3.0份促进剂DPG。

进一步，本发明还公开了所述的橡胶组合物的混炼方法，该方法包括以下的步骤：

一、采用啮合型串联密炼机进行一段混炼：

上辅机：

1.1加入全部橡胶组分，压上顶栓，保持15-20秒；

1.2升上顶栓，加入硅烷偶联剂、白炭黑、橡胶活性剂、橡胶防老剂、加工助剂，压上顶栓使胶料升温至100-110℃；

1.3升上顶栓，加入增塑剂，保持6-10秒；

1.4压上顶栓使胶料升温至145-150℃，恒温保持60-80秒；

1.5提上顶栓，加入功能性硅化物，压上顶栓使温度升温至148℃；

1.6升上顶栓，排胶至下辅机；

下辅机：

1.7使胶料升温至145-150℃，恒温保持80-120秒；

1.8排胶压片，冷却至室温，制成一段母胶；

二、采用切线型密炼机进行终炼加硫：

2.1加入一段母胶、硫化剂、促进剂；

2.2压上顶栓使胶料升温至70-80℃；

2.3升上顶栓，保持6-10秒；

2.4压上顶栓使胶料升温至85-95℃；

2.5升上顶栓，保持6-8秒；

2.6压上顶栓使胶料升温至95-105℃，排胶压片。

进一步，本发明还公开了一种轮胎，该轮胎的胎面采用包括所述的橡胶组合物硫化制备得到。

本发明由于采用了上述的技术方案，该组合物通过此方法减少了硅烷偶联剂的使用量，同时通过加入功能性硅化物和加工助剂弥补了硅烷偶联剂减量带来的白炭黑分散不佳、湿地抓地性能变差、滚动阻力升高的不足，使得橡胶组合物在在低硅烷偶联剂用量下，保证了优异的湿地抓地性能、滚动阻力性能。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清查、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。给予本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的参比例、对比例和实施例的原料配方如表1所示：

续表1

溶聚丁苯胶：结合苯乙烯占聚合物总重的36％，乙烯基占丁二稀总重的41％；功能性硅化物选用n＝28-35的产品，其余产品皆为市售。

制备方法①

一、采用啮合型串联密炼机进行一段混炼：

上辅机：

1.1加入全部橡胶组分，压上顶栓，保持15-20秒；

1.2升上顶栓，加入硅烷偶联剂、白炭黑、橡胶活性剂、橡胶防老剂、加工助剂(若有)，压上顶栓使胶料升温至100-110℃；

1.3升上顶栓，加入增塑剂，保持6-10秒；

1.4压上顶栓使胶料升温至145-150℃，恒温保持60-80秒；

1.5提上顶栓，压上顶栓使温度升温至148℃；

1.6升上顶栓，排胶至下辅机；

下辅机：

1.7使胶料升温至145-150℃，恒温保持80-120秒；

1.8排胶压片，冷却至室温，制成一段母胶；

二、采用切线型密炼机进行终炼加硫：

2.1加入一段母胶、硫化剂、促进剂；

2.2压上顶栓使胶料升温至70-80℃；

2.3升上顶栓，保持6-10秒；

2.4压上顶栓使胶料升温至85-95℃；

2.5升上顶栓，保持6-8秒；

2.6压上顶栓使胶料升温至95-105℃，排胶压片。

制备方法②

一、采用啮合型串联密炼机进行一段混炼：

上辅机：

1.1加入全部橡胶组分，压上顶栓，保持15-20秒；

1.2升上顶栓，加入硅烷偶联剂、白炭黑、橡胶活性剂、橡胶防老剂、加工助剂(若有)，压上顶栓使胶料升温至100-110℃；

1.3升上顶栓，加入增塑剂，保持6-10秒；

1.4压上顶栓使胶料升温至145-150℃，恒温保持60-80秒；

1.5提上顶栓，加入功能性硅化物，压上顶栓使温度升温至148℃；

1.6升上顶栓，排胶至下辅机；

下辅机：

1.7使胶料升温至145-150℃，恒温保持80-120秒；

1.8排胶压片，冷却至室温，制成一段母胶；

二、采用切线型密炼机进行终炼加硫：

2.1加入一段母胶、硫化剂、促进剂；

2.2压上顶栓使胶料升温至70-80℃；

2.3升上顶栓，保持6-10秒；

2.4压上顶栓使胶料升温至85-95℃；

2.5升上顶栓，保持6-8秒；

2.6压上顶栓使胶料升温至95-105℃，排胶压片。

测试方法：

DMA测试：日本上岛VR-7120型；12HZ，7％预应变，2％动应变，30℃至80℃，温升2℃/min。采用RPA模拟Payne效应。

表2参比例、对比例与实施例胶料相关性能参数

续表2

备注：表2中数据均为处理后数据，均为数值越大，性能越佳

上述胶料的测试结果可以说明，参比例1与参比例2结果可以看出，由于NXT分子量较大，等比例硅烷用量，NXT没有带来湿抓性能的提升，但白炭黑分散及生热性能明显更佳；

参比例1与对比例1，参比例2与对比例2、3可以看出，Si-69减量带来的白炭黑分散及动态性能的变差；

参比例2与对比例4、5可以看出，当硅烷偶联剂用量过低时，由于白炭黑无法接在橡胶上，导致分散较差，功能性硅化物无法弥补不足；

参比例1与实施例1、2可以看出，硅烷偶联剂降低40％，动态性能仍得到了保持，加工助剂带来了生热的改善；

参比例2与实施例3、4、5可以看出，硅烷偶联剂降低40％及60％，动态性能仍得到了保持，且功能性硅化物增加可以改善动态性能，加工助剂对生热的改善更明显。

综上，本发明在降低硅烷偶联剂用量的前提下，保证了白炭黑的分散及橡胶组合物的动态性能。

以上为对本发明实施例的描述，通过对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的。本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施列，而是要符合与本文所公开的原理和新颖点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种低硅烷偶联剂用量的橡胶组合物，其特征在于，该橡胶组合物由包括以下组分的原料混炼制备得到：橡胶组分100重量份，白炭黑组分70-90重量份，硅烷偶联剂组分2.0-5.8重量份，功能性硅化合物1-6重量份；

所述的功能性硅化物的结构式如下：

其中n值在28-35之间。

2.根据权利要求1所述的一种低硅烷偶联剂用量的橡胶组合物，其特征在于，该橡胶组合物还包括加工助剂1-3重量份，所述加工助剂选择长链脂肪酸类、脂肪酸锌盐类、甘油酯类的一种或多种；作为优选，所述加工助剂选择单硬脂酸甘油酯。

3.根据权利要求1所述的一种低硅烷偶联剂用量的橡胶组合物，其特征在于，所述的橡胶组分为天然橡胶、聚异戊二烯橡胶、聚丁二烯橡胶、乳聚丁苯橡胶、溶聚丁苯橡胶、丁基橡胶、卤化丁基橡胶中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的一种低硅烷偶联剂用量的橡胶组合物，其特征在于，所述硅烷偶联剂为Si-69、Si-75、Si-747、NXT中的一种或多种，硅烷偶联剂用量与白炭黑用量的比值a＜7%。

5.根据权利要求1所述的一种低硅烷偶联剂用量的橡胶组合物，其特征在于，所述的功能性硅化物重均分子量Mw在3000-4000之间。

6.根据权利要求1所述的一种低硅烷偶联剂用量的橡胶组合物，其特征在于，白炭黑为沉淀法白炭黑，选择氮吸附比表面积（NSA）在80-250 m²/g之间的一种或多种；优选，选择氮吸附比表面积（NSA）在120-180 m²/g之间的白炭黑。

7.根据权利要求1所述的一种低硅烷偶联剂用量的橡胶组合物，其特征在于，该橡胶组合物还包括增塑剂组分、防老剂组分、促进剂组分和硫化剂组分。

8.根据权利要求1所述的一种低硅烷偶联剂用量的橡胶组合物，其特征在于，该橡胶组合物还包括9-15份环保芳烃油V700，1.0-3.0份防老剂6PPD，0.5-1.5份防老剂TMQ，0.5-1.5份微晶蜡，2.0-5.0份氧化锌，1.0-3.0份硬脂酸，1.5-3.5份硫磺，1.0-2.0份促进剂CZ，1.0-3.0份促进剂DPG。

9.权利要求1-8任意一项权利要求所述的橡胶组合物的混炼方法，其特征在于，该方法包括以下的步骤：

一、采用啮合型串联密炼机进行一段混炼：

上辅机：

1.1 加入全部橡胶组分，压上顶栓，保持15-20秒；

1.2 升上顶栓，加入硅烷偶联剂、白炭黑、橡胶活性剂、橡胶防老剂、加工助剂，压上顶栓使胶料升温至100-110℃；

1.3 升上顶栓，加入增塑剂，保持6-10秒；

1.4 压上顶栓使胶料升温至145-150℃，恒温保持60-80秒；

1.5 提上顶栓，加入功能性硅化物，压上顶栓使温度升温至148℃；

1.6升上顶栓，排胶至下辅机；

下辅机：

1.7 使胶料升温至145-150℃，恒温保持80-120秒；

1.8 排胶压片，冷却至室温，制成一段母胶；

二、采用切线型密炼机进行终炼加硫：

2.1 加入一段母胶、硫化剂、促进剂；

2.2 压上顶栓使胶料升温至70-80℃；

2.3 升上顶栓，保持6-10秒；

2.4 压上顶栓使胶料升温至85-95℃；

2.5 升上顶栓，保持6-8秒；

2.6 压上顶栓使胶料升温至95-105℃，排胶压片。

10.一种轮胎，其特征在于，该轮胎的胎面采用包括权利要求1-8任意一项权利要求所述的橡胶组合物硫化制备得到。