包括热解炭黑的混炼胶、所述混炼胶的制备方法和所述混炼胶的用途

摘要

一种混炼胶，其包括具有可交联不饱和链的聚合物基料、加强填料、硅烷偶联剂、硫磺和硫化试剂。加强填料的一部分由表面至少部分地涂覆有二氧化硅层的热解炭黑组成。

说明书

技术领域

本发明涉及包括热解炭黑的混炼胶(rubber mixture)的制备方法。

背景技术

由于生态原因，长久以来感受到对于废弃轮胎的适当处置和回收的需求。在这方面，尝试开发可允许其至少一些组分回收的工序。期望恢复以便再使用的废弃轮胎组分之一是炭黑，炭黑被认为是高端材料。

炭黑的回收借助于废弃轮胎的胎体的热解法进行。这里以及下文中的"热解炭黑"是指借助于热解法从废弃轮胎中得到的炭黑。不同地，这里和下文中的"初次使用的炭黑"意指非回收的炭黑。

尽管热解炭黑已经应用于各种领域中，然而，仍发现了对于相同的表面积，其具有比初次使用的炭黑较低的加强能力。热解炭黑的较低的加强能力归因于来自热解法本身的高含量的灰分。

在轮胎用混炼胶的制备中，这样的劣势构成对用热解炭黑替代部分的初次使用的炭黑的可行性的阻碍。事实上，实验上证明了即使初次使用的炭黑用热解炭黑部分替代也引起混炼胶的诸如耐磨耗性、极限伸长率、耐拉伸应力性、M％模量值等机械物性的显著劣化。

如可以立刻理解的，热解炭黑在轮胎用混炼胶的制备中的使用的可行性将会是生态条件方面的巨大优势。

本申请人得到了一种解决方案，由于该解决方案，可以制备轮胎用混炼胶，其中部分的初次使用的炭黑用热解炭黑替代，而不会由此导致混炼胶本身的机械物性的劣化。

发明内容

本发明的目的是一种混炼胶，其包括具有可交联不饱和链的聚合物基料、加强填料、硅烷偶联剂、硫磺和硫化试剂；所述混炼胶的特征在于所述加强填料的一部分由表面至少部分地涂覆有二氧化硅层的热解炭黑组成。

优选地，二氧化硅层覆盖至少50％的热解炭黑表面；更优选至少80％。

优选地，所述加强填料由炭黑构成；所述热解炭黑以phr计的量为≤50％的全部炭黑以phr计的量。

优选地，硅烷偶联剂以相对于所述热解炭黑以phr计的量的范围为5至15％的以phr计的量提供在所述混炼胶中。

优选地，所述二氧化硅层通过使热解炭黑经历溶胶-凝胶工艺而得到。

本发明的另一方面涉及一种轮胎部件，其使用本发明的混炼胶来制造。

本发明的再一方面涉及一种轮胎，其包括至少一种使用本发明的混炼胶制造的部件。

本发明的又一方面涉及一种其外表面至少部分涂覆有二氧化硅层的热解炭黑在混炼胶中的用途。

具体实施方式

以下实例意欲是说明性和非限制性目的并且是为了更好的理解本发明。

实施例

制备5个比较混炼胶(A-E)和根据本发明的方法的混炼胶(F)。

比较混炼胶A不包括热解炭黑而是仅包括初次使用的炭黑；比较混炼胶B仅关于硅烷偶联剂的存在不同于混炼胶A；比较混炼胶C包括没有涂覆的二氧化硅层的热解炭黑，并且不包括硅烷偶联剂；比较混炼胶D仅关于硅烷偶联剂的存在不同于比较混炼胶C；比较混炼胶E包括具有二氧化硅层覆盖的热解炭黑，但是不包括硅烷偶联剂；最后，本发明的混炼胶F同时包括具有涂覆的二氧化硅层的热解炭黑和硅烷偶联剂。

所有实例的混炼胶包括相同量的以phr计的全部炭黑(初次使用的炭黑+热解炭黑)。

这些实例的混炼胶根据以下公开的工序而得到：

-混炼胶的制备-

(第一混炼步骤)

在具有正切转子(tangential rotor)且具有在230-270升之间的内容积的混合机中，在开始混炼之前，装填可交联的聚合物基料、初次使用的炭黑、热解炭黑(具有二氧化硅涂覆和没有二氧化硅涂覆)(当提供时)、和硅烷偶联剂(当提供时)，达到在66-72％之间的填充因子。

在40-60转/分钟之间的速度下运行混合机，并且一旦达到在140-160℃之间的温度，就将形成的混炼胶排出。

(第二混炼步骤)

将从前述步骤中得到的混炼胶在于40-60转/分钟之间的速度下运行的混合机中再次机器加工，其后一旦达到在130-150℃之间的温度就排料。

(最终混炼步骤)

向从前述步骤中得到的混炼胶添加硫磺、硫化试剂和抗氧化剂，因此得到63-67％之间的填充因子。

在20-40转/分钟之间的速度下运行混合机，并且一旦达到在100-110℃之间的温度，就将形成的混炼胶排出。

表I示出六种混炼胶的以phr计的组成。

表I

ABCDEF聚合物基料100.0100.0100.0100.0100.0100.0初次使用的炭黑58.058.038.038.038.038.0硅烷偶联剂--2.0--2.0--2.0热解炭黑*----20.020.0----热解炭黑**--------20.020.0硫磺1.41.41.41.41.41.4硫化试剂10.010.010.010.010.010.0抗氧化剂5.15.15.15.15.15.1

所使用的聚合物基料是天然橡胶和合成橡胶(BR和SBR)的混合物。

初次使用的炭黑是N347类型。

所使用的硅烷偶联剂是Si75。

通过术语"硫化试剂"，意欲指代那些混合物，如多种硫化促进剂，其与硫磺一起引起聚合物基料的交联。在上述实例中，硫化试剂由MBTS和DPG组成。

所使用的抗氧化剂是6PPD。

热解炭黑*是通过废弃轮胎的热解工艺而得到、不含涂覆的二氧化硅层、且具有在50-75m²/g范围内的表面积的炭黑。

热解炭黑**相当于具有通过溶胶-凝胶工艺得到的涂覆有二氧化硅层的差异的热解炭黑。

在通过实施例的方式公开的下文中是用于得到热解炭黑**的工序。

制备EtOH(乙醇)的90％v/v的水溶液(1400ml)，向其中添加33.7mL的30％v/v的NH₃。使该溶液在200rpm下搅拌。当水溶液在200rpm下搅拌时，添加15g的热解炭黑和67.5mL的TEOS(四羟基硅烷)。此刻，使该溶液在200rpm下在室温下搅拌24h，然后过滤。滤液随后用300mL的EtOH洗涤，并且在3000rpm下离心分离10分钟。使沉淀物干燥至少一夜，并且回收。

为了核实从与硅烷偶联剂组合使用的涂覆有二氧化硅层的热解炭黑的使用得到的优势，已对得自上述混炼胶的各样品进行了关于它们的机械物性的试验。

特别是评价了涉及耐拉伸应力性、极限伸长率、300％下的模量和抗龟裂扩展性的物性。

机械物性依照ASTM D412C测量。

从上述试验中得到的结果在表II中以相对于利用混炼胶A得到的结果的指数化形式报道。

表II

ABCDEF拉伸强度100100808085100极限伸长率100100909090100300％下的模量100100707080100抗龟裂扩展性100100808085100

从表II中报道的结果中清楚显示了：热解炭黑涂覆有二氧化硅层并且与硅烷偶联剂组合，则热解炭黑的使用是可行的。的确，涉及比较混炼胶C和D的结果显示了：没有二氧化硅层的涂覆的热解炭黑涉及到机械特性的明显劣化；混炼胶B和D的结果显示了：仅存在硅烷偶联剂本身不带来机械物性的改善；而涉及混炼胶E的结果显示了：存在甚至涂覆有二氧化硅层的热解炭黑但没有硅烷偶联剂不能使初次使用的炭黑用热解炭黑部分替代导致的劣化回复。

另外，涉及混炼胶F的结果表明硅烷偶联剂与涂覆了二氧化硅层的热解炭黑的组合使用使得能够赋予混炼胶以与通过仅使用初次使用的炭黑得到的那些相当的机械物性的值。以此方式，确保使用热解炭黑的可行性，而这没有使混炼胶的机械特性受损。

如立刻明白的，由本发明提供的可行性涉及生态条件方面的主要优势。事实上，由于本发明，将可以使用从废弃轮胎得到的炭黑来制备新轮胎。

最后，尽管得到涂覆的工艺必然涉及额外的花费，然而，使用回收的炭黑(即使是适当处理的)代替部分的初次使用的炭黑的可行性仍然表现了经济优势。