[发明专利]轮胎气密层和内胎用氧化石墨烯/聚合物组合物及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及轮胎气密层和内胎用新型组合物以及含这些组合物的气密层和内胎。该气密层和内胎用组合物包含一种海岛结构，连续相是氧化石墨烯/橡胶组合物，分散相是环氧天然橡胶或热塑性树脂。

背景技术

轮胎气密层必须由透气率较低且又柔软的材料构成。较低的气体透过性不仅可以稳定地保持轮胎的气压而提高行驶安全性，还可以减小轮胎的滚动阻力，而且，通过减小气密层的厚度可以达到降低燃耗的效果，这是气密层的最重要的物理特性之一。炭黑增强填充的丁基橡胶或卤代丁基橡胶是最常用于制造轮胎气密层的组合物。但是丁基橡胶价格昂贵；相对来讲，通用橡胶价格便宜，而且通用橡胶用作气密层的更大优势在于其和轮胎胎体之间存在更好的粘结作用。因此以通用橡胶为基体，通过各种填充改性等达到增强和提供必需的低透气性的同时又不降低橡胶柔韧性的内胎或气密层组合物成为当前轮胎气密层组合物的发展趋势。

以通用橡胶为基体的气密层组合物已经用于制造轮胎气密层。国际申请PCT/US 94/03711公开了由通用橡胶与硅酸盐粘土的共混物制造轮胎气密层和内胎。但是上述技术存在这样一个问题，若硅酸盐含量较低时，不足以适当地降低组合物的透气性。而当组合物中硅酸盐含量太高时，组合物又太硬，不能用作轮胎气密层组合物。韩国特许第1999-36051号中，公开了一种以热塑性树脂组合物作为连续相、橡胶组合物作为分散相的气密层组合物。在该组合物中，阻隔树脂以扁平状分散在热塑性弹性体中从而构成低透气性的热塑性弹性体组合物。但是上述热塑性弹性体组合物与相邻橡胶的粘结性较差，存在着在轮胎制造工序中需要多加入一层粘结层的问题。日本住友橡胶工业柱式会社申请的第201010591408.2号中，公开了一种炭黑或二氧化硅填充的具有200ppm以下磷含量的改性天然橡胶组合物。然而，该橡胶组合物在保证低透气性的同时，使得其柔韧性下降，并且由该橡胶组合物制备的轮胎气密层较厚，难以实现轮胎的轻量化。

发明内容

本发明针对现有技术存在的问题，提供一种轮胎气密层和内胎用的新型组合物。

一种轮胎气密层和内胎用氧化石墨烯/聚合物组合物，其特征在于该氧化石墨烯/聚合物组合物包含以下两相：

(A)连续相是氧化石墨烯/橡胶组合物，所述的氧化石墨烯/橡胶组合物是由①氧化石墨烯②反应性橡胶③固态橡胶三组分所组成；

(B)分散相是环氧天然橡胶或热塑性树脂。

氧化石墨烯的用量是0.1～30phr，phr为每100份橡胶质量中的氧化石墨烯质量，所述的橡胶包括反应性橡胶和固态橡胶。

每100份橡胶中固态橡胶与反应性橡胶的质量比为99∶1～50∶50。

反应性橡胶是胺端基橡胶或羧端基橡胶。反应性橡胶分子上含一个翁盐，该翁盐用-MR代表，其中M代表N、S、P或R代表氢、烷基、芳基或烯丙基。固态橡胶是苯乙烯丁二烯共聚物；异戊二烯或丙烯腈的丁二烯共聚物；聚丁二烯；聚异丁烯；聚丁二烯；聚异戊二烯；含丁二烯、苯乙烯、或丙烯腈的异戊二烯共聚物；乙烯、丙烯、丁二烯共聚物以及天然橡胶中的任一种。

分散相是环氧度为10％～50％的环氧天然橡胶。用作分散相的热塑性树脂是聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚酰胺、聚甲醛、聚碳酸酯、聚苯醚、聚砜中的任一种。氧化石墨烯/橡胶组合物与环氧天然橡胶或热塑性树脂的质量比为9∶1～1∶1。

具体的，该气密层和内胎用组合物包含一种海岛结构，连续相是氧化石墨烯/橡胶组合物，分散相是环氧天然橡胶或热塑性树脂。在氧化石墨烯/橡胶组合物相中，包括氧化石墨烯、能够与氧化石墨烯表面官能团产生离子键合或化学键合作用的反应性橡胶以及与反应性橡胶具有良好相容性的固态橡胶(包括①橡胶胶乳或②干胶，以下简称固态橡胶)三组分。这种结构决定了该气密层和内胎用组合物具有丰富的柔韧性，优良的耐气体透过性和与相邻橡胶的粘结性等性能。这种显著的影响可归因如下：

(1)在氧化石墨烯/橡胶组合物相中，氧化石墨烯表面的含氧官能团存在离子化作用而产生电荷，由于氧化石墨烯表面静电荷的存在，各个被超声剥离开的氧化石墨烯片层之间的斥力大于层间键合力而彼此完全分开，呈现一种高度剥离的状态。同时，氧化石墨烯表面的负电荷以及含氧官能团通过离子键或化学键直接键合到具有反应性基团的反应性橡胶上，并且反应性橡胶可高度混溶于固态橡胶中。所以氧化石墨烯能均匀的分散在橡胶组合物中。均匀分散其中的氧化石墨烯形成了阻止气体通过的阻气层从而提供氧化石墨烯/橡胶组合物相所必须的低透气性；