[发明专利]橡胶组合物

说明书

技术领域

本发明涉及橡胶组合物，该橡胶组合物含有官能化的纳米过渡金属氧 化物和/或硫化物材料。特别是，本发明涉及含有官能化的纳米氧化锌和/ 或纳米硫化锌粒子的橡胶组合物，它们作为橡胶组分或者在橡胶组分中的 应用，尤其是在硫磺硫化之后的应用，以及制备这种橡胶组合物的方法。

背景技术

纳米材料是具有直径为1至100纳米的粒子的材料。从美国专利 4,644,988中知道了这种纳米材料在橡胶中的应用，该专利描述了含有用粒 度小于20纳米的碳黑增强的苯乙烯-丁二烯共聚物橡胶的轮胎胎面胶料。 美国专利6,121,346和6,225,397公开了具有粒度在5至30纳米的范围内 的初级粒子的二氧化硅填料在橡胶中的应用，该橡胶还包含量为2phr至5 phr的氧化锌。

在DE19907704A1中描述了从可商购的较廉价的离析物开始制备平 均粒径为5纳米至10纳米的纳米级氧化锌的方法。可以将这些氧化锌粒 子再分散于水、有机溶剂或具有有机溶剂或表面改性物质的混合物中，以 得到具有大量初级粒子的溶液。

对通常还伴随镉释放的氧化锌(ZnO)释放的潜在的环境和健康影响 的越来越多的担心，使得需要降低在橡胶组合物，尤其是用于生产轮胎的 橡胶组合物中的ZnO含量，而且还保持ZnO在硫化/硫化工艺中的积极作 用。

发明概述

本发明涉及含有官能化的纳米过渡金属氧化物和/或硫化物粒子的橡 胶组合物，它们作为例如轮胎的橡胶组分或者在例如轮胎的橡胶组分中， 尤其是在硫磺硫化之后的应用，以及制备这种橡胶组合物的方法。

术语官能化的纳米过渡金属氧化物和/或锌粒子指含有过渡金属，优选 Zn并且含有C、H、S、N和/或O的材料。基本粒子是粒度小于100nm的 六边形过渡金属氧化物或硫化物，例如ZnO或ZnS。表面含有存在的例如 2-巯基苯并噻唑(MBT)、双(2-巯基苯并噻唑)合锌(zinc bis(2-mercaptobenzothiolate))以及其它的氧化锌-2巯基苯并噻唑配合物的 官能化(封端)基团。

其它适合的封端剂(capping agent)包括双-苯并噻唑-2，2′-二硫化物，N- 氧联二亚乙基-2-苯并噻唑-次磺酰胺，N-氧联二亚乙基硫代氨基甲酰基(硫 代甲酰基)-N-氧联二亚乙基次磺酰胺，二硫化四甲基秋兰姆，一硫化四甲 基秋兰姆，二硫化四乙基秋兰姆，一硫化四乙基秋兰姆，二硫化四苄基秋 兰姆，一硫化四苄基秋兰姆，二硫化四丁基秋兰姆，一硫化四丁基秋兰姆， 二硫化四异丙基秋兰姆，一硫化四异丙基秋兰姆，N-环己基硫代邻苯二甲 酰亚胺，N-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺，N-叔丁基-2-苯并噻唑次磺酰胺， 4-吗啉基-2-苯并噻唑二硫化物，二硫化双五亚甲基秋兰姆，一硫化双五亚 甲基秋兰姆，四硫化双五亚甲基秋兰姆，4，4′-二硫代吗啉，2-巯基甲苯并 咪唑，亚乙基硫脲，三甲基硫脲，1，3-二乙基硫脲和1，3-二丁基硫脲。

官能化的纳米过渡金属氧化物或硫化物，例如ZnO或ZnS材料可以 部分或全部代替橡胶配方中的ZnO。该材料还可以以比ZnO低得多的填 充量使用，并且可以作为促进剂，不像需要促进剂存在的ZnO。该材料可 以与用于与硫磺硫化的已知促进剂如2-巯基苯并噻唑(MBT)组合作为副促 进剂。该材料还在相等的ZnO填充量下显著地降低硫化焦烧时间。

发明详述

根据本发明的第一方面，公开了一种橡胶组合物，所述的橡胶组合物 含有：包含至少一种含有不饱和烯键的橡胶的填料，以及官能化的纳米过 渡金属氧化物和/或硫化物粒子。

该橡胶组合物可以是硫磺硫化的橡胶组合物。通过在硫磺硫化剂的存 在下，将根据本发明的橡胶组合物加热到100℃以上至200℃的温度，可 以制备硫磺硫化的橡胶组合物。

根据本发明的第二方面，提供一种加工橡胶组合物的方法，所述橡胶 组合物含有：至少一种含有不饱和烯键的橡胶以及官能化的纳米过渡金属 氧化物和/或硫化物粒子。加工包含至少一种含有不饱和烯键的橡胶以及官 能化的纳米过渡金属氧化物和/或硫化物粒子的橡胶组合物的方法可以包 括：使用加工添加剂加工。

术语″phr″，如这里所用的并且根据常规实践，是指″各种材料相对100 重量份橡胶或弹性体的重量份″。