高度结晶性的聚合物与非结晶性通用橡胶的共混组合物及其应用

摘要

本发明涉及橡胶轮胎领域、橡胶制品领域的橡胶之间共混、橡胶与塑料共混、橡胶混炼、橡塑混炼等工艺技术。高度结晶性的聚合物与非结晶性通用橡胶的共混组合物，所述的共混组合物按重量份计包括以下组分：结晶性的聚合物占95～5份，非结晶性通用橡胶占5～95份；结晶性的聚合物和非结晶性通用橡胶的重量和为100份。本发明可使二种或二种以上的不同结晶性质的高聚物共混后，能达到高度的宏观与微观结构的共混分散效果，最大限度地发挥高分子复合材料的优异性能。

说明书

技术领域

本发明涉及橡胶轮胎领域、橡胶制品领域的橡胶之间共混、橡胶与塑料共混、橡胶混炼、橡塑混炼等工艺技术。

技术背景

通常情况下，橡胶共混或橡塑共混，是将二种或多种高聚物同时或按顺序投入混炼设备，再加入各种配合剂进行混合。自本伯里发明密炼机以来，极大多数已有一定规模的橡胶制品厂与轮胎厂，均采用密炼机进行橡胶或橡塑的共混，密炼设备的型号已覆盖从1.5立升的实验室用小密炼机到大型工厂生产中使用的550立升的大型密炼机的许多种型号，例如：WM140/20、F270、GK370、F370、GK450等等。但不管是哪一种型号的密炼机设备，密炼机混炼对单一的橡胶或相同性质的二种或二种以上橡胶的共混效果比较好，而对性质有差异(如结晶性不同)的二种或二种以上橡胶或高分子聚合物的共混，则效果并不理想。

我国是个NR资源稀缺的国家，国内橡胶制品厂所用的大部分NR主要靠进口。我们也知道，NR的分子结构是顺式异戊二烯，其同分异构体即为反式异戊二烯，而存在于杜仲橡胶树中的反式异戊二烯橡胶(TPI)，在我国则有丰富的资源。在我国，不仅天然的杜仲橡胶树资源丰富，而其化学合成品，即合成反式异戊二烯橡胶(TPI)的生产技术也走在世界前列。相对于NR，反式异戊二烯橡胶(TPI)具有NR达不到的优异性能，如优异的低滞后性、低生热性，卓越的耐曲挠性能与耐磨耗性能，因此，反式异戊二烯橡胶(TPI)的应用研究一直是二十世纪乃至二十一世纪的热门技术。

杜仲橡胶化学名称叫反式异戊二烯橡胶(TPI)，有天然的也有人工合成的，但不管是天然的还是人工合成的，杜仲橡胶因其高度结晶性，其物理性能与塑料无异。正因为杜仲橡胶与NR在分子结构与物理性能上的差异，使得杜仲橡胶与天然橡胶等非结晶性橡胶的完全共混成为难题，而将二种或二种以上的高分子材料达到高度共混是高分子复合材料获得优异性能的前提。虽然到目前为止，关于杜仲橡胶生产与应用的技术很多，如专利CN86100216、CN90101268.8提出了杜仲橡胶的生产方法，专利DE3227757阐述了杜仲橡胶的加工方法，但在本发明之前，还没有文献与技术涉及杜仲橡胶与NR等二烯类通用橡胶共混而达到高度分散的技术。

发明内容

本发明的第一个目的是提供一种高度结晶性的聚合物与非结晶性通用橡胶的共混组合物，使得二种或二种以上的不同性质的高聚物共混后达到宏观与微观结构的分散，以使共混后的高分子复合材料获得最优异的物理机械性能和化学性能。本发明的第一个目的是提供上述的共混组合物的制备方法。本发明第三个目的是提供上述的共混组合物的应用。

为了实现上述的第一个目的，本发明采用了以下的技术方案：

高度结晶性的聚合物与非结晶性通用橡胶的共混组合物，所述的共混组合物按重量份计包括以下组分：结晶性的聚合物占95～5份，非结晶性通用橡胶占5～95份；结晶性的聚合物和非结晶性通用橡胶的重量和为100份。作为优选，上述的结晶性的聚合物占40～5份，非结晶性通用橡胶占60～95份。

作为优选，上述的结晶性的聚合物选用反式异戊二烯橡胶、CR、CM、PE、PP、高苯乙烯树脂中任何一种或几种。作为再优选，上述的结晶性的聚合物选用反式异戊二烯橡胶、CR、CPE或高苯乙烯树脂。作为最优选，结晶性的聚合物选用反式异戊二烯橡胶。

作为优选，上述的非结晶性通用橡胶选用NR、BR、SBR、IR、IIR、CIIR、BIIR中任何一种或几种。作为再优选，上述的非结晶性通用橡胶选用NR、BR或SBR。作为最优选，非结晶性通用橡胶选用NR。

为了实现上述的第二个目的，本发明采用了以下的技术方案：

高度结晶性的聚合物与非结晶性通用橡胶的共混组合物的制备方法，该方法首先将结晶性聚合物投入到密炼机内进行预塑化，预塑化温度达到40℃～165℃时加入非结晶性通用橡胶，继续混炼，至温度达到90℃～165℃时排胶，出片，制得共混组合物。作为优选，上述的预塑化温度为达到100℃～115℃时加入非结晶性通用橡胶；至温度达到135℃～165℃时排胶。作为再优选，预塑化采用75立升及以上容量的本伯里密炼机，包括XM140/20、F270、F370、GK450等大容量密炼机。

为了实现上述的第三个目的，本发明提供了上述的共混组合物的混炼胶，该产品按重量份计由包括以下配比的原料制备得到：

高度结晶性的聚合物与非结晶性通用橡胶总重量为100份；

炭黑            35～65份；氧化锌       2～8份；

硬脂酸          0.5～4份；硫磺与促进剂 1～10份；

其它橡胶配合剂  2～60份。

作为优选，上述的混炼胶的原料还包括氧化镁3～10份。

作为一种优选方案，上述的共混组合物的混炼胶，非结晶性橡胶选择NR，结晶性橡胶选择TPI，按重量份计由以下配比的原料制备得到：

NR          70～90份；TPI     10～30份；炭黑         40～60份；

氧化锌      2～5份；  硬脂酸  0.5～4份；硫磺与促进剂 1～5份；

其它配合剂  2～40份。

作为另外一种优选方案，上述的共混组合物的混炼胶，非结晶性橡胶选择NR，结晶性橡胶选择CM胶，按重量份计由以下配比的原料制备得到：

NR           50～70份；CM     30～50份；炭黑   35～55份；

氧化锌       3～5份；  氧化镁 3～8份；  硬脂酸 0.5～4份；

硫磺与促进剂 3～8份；  其它配合剂 30～50份。

作为另外一种优选方案，上述的共混组合物的混炼胶，非结晶性橡胶选择NR，结晶性橡胶选择高苯乙烯树脂，按重量份计由以下配比的原料制备得到：

NR    70～90份；高苯乙烯树脂 10～30份；炭黑   40～60份；

氧化锌 4～8份； 硬脂酸 0.5～4份；硫磺与促进剂 1～5份

其它配合剂 15～35份。

上述各个技术方案中涉及的其它配合剂为通用的橡胶配合剂，其使用量所述领域的技术人员可以根据具体的应用做适当的调整。

本发明由于采用了上述的技术方案，可使二种或二种以上的不同结晶性质的高聚物共混后，能达到高度的宏观与微观结构的共混分散效果，最大限度地发挥高分子复合材料的优异性能。

具体实施方式

实施例1

非结晶性橡胶选择NR，结晶性橡胶选择TPI，基本配方为：

NR     80份；TPI  20份；炭黑CB   55份；

氧化锌 5份； 硬脂酸 2份；硫磺与促进剂 3份；

其它配合剂 25。

本实施例选用的设备为F270密炼机，转速：20～40转/分，上项栓气压：0.6MPa，预塑化起始温度100℃。

待密炼机室温达到起始温度100℃或以上时，投入TPI胶100kg，压上项栓，等密炼机混炼室温度达到115℃或以上时，提上项栓，投入NR胶100kg，压上项栓，继续混炼，至密炼机混炼室温度达到145℃～155℃时，排胶出片，制得TPI/NR＝1：1的预共混生胶200kg。

一段混炼：在F270密炼机中投入预共混生胶40kg，NR60kg，压上项栓30秒后，提上项栓，投入CB55kg，氧化锌5kg，硬脂酸2kg，其它配合剂25kg，压上项栓混炼，中间提砣1～2次，继续混炼至155℃时，排胶，出片，制得按配方要求的一段无硫混炼胶料A1。

二段加硫：将一段无硫混炼胶A1投入密炼机中，同时投入硫磺与促进剂，当混炼室温度达到90～95℃时，排胶到压片机上，捣胶，再出片，制得终炼胶A2。

终炼胶A2经出型、成型、硫化，即得成品。

实施例2

非结晶性橡胶选择NR，结晶性橡胶选择CM胶，基本配方为：

NR     60份；CM    4 0份；炭黑CB 45份；

氧化锌 4份； 氧化镁 5份； 硬脂酸 2份；

硫磺与促进剂5份；其它配合剂40份；

本实施例的设备为F270密炼机，转速：20～40转/分，上项栓气压：0.6MPa，预塑化起始温度90℃。

待密炼机室温达到起始温度90℃或以上时，投入CM胶100kg，压上项栓，等密炼机混炼室温度达到110℃或以上时，提上项栓，投入NR胶100kg，压上项栓，继续混炼，至密炼机混炼室温度达到135℃～145℃时，排胶出片，制得CM/NR＝1：1的预共混生胶200kg。

一段混炼：在F270密炼机中投入预共混生胶80kg，NR20kg，压上项栓30秒后，提上项栓，投入CB45kg，氧化锌4kg，氧化镁5kg，硬脂酸2kg，其它配合剂40kg，压上项栓混炼，中间提砣1～2次，继续混炼至155℃时，排胶，出片，制得按配方要求的一段无硫混炼胶料B1。

二段加硫：将一段无硫混炼胶B1投入密炼机中，同时投入硫磺与促进剂，当混炼室温度达到90～95℃时，排胶到压片机上，捣胶，再出片，制得终炼胶B2。

终炼胶B2经出型、成型、硫化，即得成品。

实施例3

非结晶性橡胶选择NR，结晶性橡胶选择高苯乙烯树脂，基本配方为：

NR     80份；高苯乙烯树脂 20份；炭黑CB       55份；

氧化锌 5份； 硬脂酸 2份；       硫磺与促进剂 3份；

其它配合剂25份。

本实施例的设备为F270密炼机，转速：20～40转/分，上项栓气压：0.6MPa，预塑化起始温度110℃。

待密炼机室温达到起始温度110℃或以上时，投入高苯乙烯树脂100kg，压上项栓，等密炼机混炼室温度达到135℃或以上时，提上项栓，投入NR胶100kg，压上项栓，继续混炼，至密炼机混炼室温度达到155℃～160℃时，排胶出片，制得高苯乙烯树脂/NR＝1：1的预共混生胶200kg。

一段混炼：在F270密炼机中投入预共混生胶40kg，NR60kg，压上项栓30秒后，提上项栓，投入CB55kg，氧化锌5kg，硬脂酸2kg，其它配合剂25kg，压上项栓混炼，中间提砣1～2次，继续混炼至155℃时，排胶，出片，制得按配方要求的一段无硫混炼胶料C1。

二段加硫：将一段无硫混炼胶C1投入密炼机中，同时投入硫磺与促进剂，当混炼室温度达到90～95℃时，排胶到压片机上，捣胶，再出片，制得终炼胶C2。

终炼胶C2经出型、成型、硫化，即得成品。

上述实施例1～3，当混炼设备换成F370、GK450后，只要将其实际容量折换成相应的系数后同样适用。

实施例4

非结晶性橡胶选择NR，结晶性橡胶选择TPI，基本配方为：

NR 90份；     TPI   10份；炭黑 58份；偶联剂3份；

氧化锌3.5份； 硬脂酸2份； 硫磺1.1份；促进剂1.7份；

其它配合剂：如防老剂2.5份；防焦剂0.25份；微晶蜡1份。

本实施例的混炼方法如实施例1所述，本实施例的配方适用于全钢载重胎面胶，终炼胶经出型、成型、硫化，即得成品。其胶料的性能可以基本达到全部使用NR的全钢载重胎面胶的性能，性能对比数据如下：

实施例5

非结晶性橡胶选择NR，结晶性橡胶选择TPI，基本配方为：

NR    40份；BR    50份；TPI  10份；

炭黑  58份；偶联剂1份； 氧化锌3.5份；

硬脂酸2份； 硫磺1.7份； 促进剂1份；

其它配合剂：如防老剂3份；分散剂1份；防焦剂0.15份；微晶蜡1份。

本实施例的混炼方法如实施例1所述，本实施例的配方适用于斜交载重胎面胶，终炼胶经出型、成型、硫化，即得成品。其胶料的性能可以基本达到全部使用NR50份、BR 50份的斜交载重胎面胶的性能，性能对比数据如下：