[发明专利]弹性体复合材料共混物、用于制备其的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及包含弹性体共混物的弹性体复合材料以及制造这样的复合材料的方法。

背景技术

许多具有商业意义的产品由其中颗粒填料分散于多种合成弹性体、天然橡胶或弹性体共混物的任一种中的弹性体组合物形成。例如，炭黑广泛地用作天然橡胶和其它弹性体中的增强剂。通常制造母料(母炼胶，masterbatch)，即，填料、弹性体和多种任选的添加剂例如增量油的预混合物。炭黑母料是使用不同级别的市售炭黑制备的，所述不同级别的市售炭黑在每单位重量的表面积和结构两方面都不同，所述结构描述了通过一次炭黑颗粒彼此的融合形成的炭黑聚集体的尺寸和复杂性。许多具有商业意义的产品由炭黑颗粒填料分散于天然橡胶中的这样的弹性体组合物形成。这样的产品包括例如汽车轮胎，其中，不同的弹性体组合物可用于胎面部分、侧壁、线膜层(金属线脱脂，wire skim)和胎体。其它产品包括例如发动机支架衬套、传送带、风档刮水器等。

存在多种用于制造母料的方法。在美国专利No.6,048,923(其内容引入本文中作为参考)中公开的一种方法中，将包含弹性体胶乳的第一流体的连续流进料至凝固反应器的混合区。将包含炭黑浆料的第二流体的连续流在压力下进料至所述混合区以与所述弹性体胶乳形成混合物。所述两种流体的混合是充分高能的以使得所述弹性体胶乳与所述炭黑在所述凝固反应器的排放端之前基本上完全凝固。如美国专利No.6,929,783中所公开的，可随后将凝固物(coagulum)进料至脱水挤出机。

对于一些应用，期望采用弹性体的共混物以使母料和/或母料的硫化橡胶产物的机械性质最优化。弹性体的共混物可通过将两种聚合物干混在一起而制造。可选择地，共混物可通过使弹性体胶乳的混合物共凝固(参见例如美国专利No.4,271,213)或者通过从弹性体胶乳与含有第二聚合物的溶液的混合物收取聚合物共混物(参见例如美国专利No.5,753,742)而制造。然而，这些参考文献无一公开将填料与两种或更多种弹性体组合的湿母料方法。相反地，可将通过这些方法制造的聚合物共混物与填料干混以形成母料。然而，干混可降低聚合物分子量并使聚合物性质退化。

美国专利No.6,521,691公开了一种湿母料方法，其中可将两种聚合物乳液和填料浆料组合且然后凝固以形成母料。类似地，美国专利6,800,126公开了可将炭黑聚集体与油和低分子量弹性体胶乳共混以形成预共混物，该预共混物可与基于二烯的弹性体的乳液组合。然后从该混合物收取所述弹性体和所述炭黑的复合材料。美国专利No.4,578,411公开了一种方法，其中将弹性体胶乳、弹性体溶液和填料组合，之后收取所述两种弹性体与所述填料的复合材料。然而，这些参考文献中的所有都将填料与弹性体的组合和胶乳的凝固作为单独的处理步骤公开。在这两个处理阶段之间，填料可在乳液中絮凝以损害其在最终复合材料中的均匀分布。

美国专利No.6,048,923公开了一种湿母料方法，其中，随着将填料浆料引入到弹性体胶乳，凝固接着发生，导致填料在弹性体复合材料内较好的分散。不需要凝固剂以形成该“湿混合”弹性体复合材料。所述‘923专利公开了弹性体胶乳的共混物可与填料浆料组合以形成凝固物。然而，由于天然橡胶胶乳基本上为生物材料，其含有许多溶解的物质例如镁、钾、磷酸根和硫酸根离子，脂肪酸，氨基酸，碳水化合物，肽等。含水载体的高离子强度可导致天然橡胶胶乳与其组合的合成胶乳在将填料浆料引入到弹性体胶乳共混物中之前凝固。这样的合成胶乳据称与天然橡胶胶乳不相容。尽管有可能通过向合成胶乳或天然胶乳中的任一种添加表面活性剂使所述两种胶乳相容，但额外的表面活性剂使所述胶乳更难以凝固且使最终橡胶产品中表面活性剂的浓度增大。因此，期望具有一种制造结合有材料共混物的弹性体复合材料母料的方法，其不易遭受早期凝固的问题，但其仍导致填料在弹性体内均匀的分散。

发明内容

在一个实施方式中，湿混合弹性体复合材料包含分散于包括天然橡胶和丁苯橡胶的共混物的弹性体中的炭黑。当所述湿混合弹性体复合材料使用CTV方法1加工时，硫化的湿混合弹性体复合材料呈现这样的电阻率：A)具有满足方程式ln(电阻率)≥-0.1(负载)+x的自然对数，其中x为14，或B)为具有相同组成且使用对比的CTV方法1制备的硫化的干混合弹性体复合材料的电阻率的至少2.9倍大。