[发明专利]具有弹性体粘合剂的功能化二氧化硅

说明书

相关申请交叉引用

本申请要求于2013年2月12日提交的美国临时申请第61/763,676号的优先权。据此以上申请的全部公开内容通过引用结合于此。

发明领域

本发明涉及用于橡胶复混物(rubber compounds)的增强填料，更特别地涉及用于橡胶复混物的功能化二氧化硅填料。

背景技术

橡胶通常与二氧化硅复混以提供用于轮胎和其他橡胶产品的期望的化合物性能。使用干混工艺将二氧化硅结合至橡胶是公知的，其中，在混合过程中将偶联剂连接至二氧化硅表面以使得它共混至橡胶。当用偶联剂涂覆二氧化硅时，二氧化硅称为“疏水化的”或“功能化的”。硅烷通常用作偶联剂用于待结合至橡胶的二氧化硅。

在干混工艺期间二氧化硅与硅烷偶联剂的反应不期望地导致乙醇的产生，随后在处理期间需要将其除去。当去除乙醇时，用于干混的制造工艺同时将二氧化硅分散并且散布于橡胶基质。这些工艺是有效的，但是是费时的，能源密集型的，并且要求大量的操作和维护费用。

在将二氧化硅结合至橡胶复混物之前，作为干混工艺的替代，用偶联剂预处理二氧化硅是熟知的。使用预处理的二氧化硅存在优点，包括在混合期间来自硅烷的较低的醇排放或无醇排放，以及省略了在混合期间的反应步骤，当干混时，这是另外需要的。在包括Papalos的美国专利第3,227,675号、Thurn等的美国专利第4,076,550号，和Berger的美国专利第4,151,154号的各种专利中描述了二氧化硅的预处理。

二氧化硅填料在橡胶中不容易分散。尤其是用高表面积的二氧化硅，优良的分散性混合已经证明是难以达到的。高表面积二氧化硅在本文中限定为具有大于约150m²/g的比表面积，以及尤其是具有大于约200m²/g的比表面积的二氧化硅。虽然预处理的二氧化硅是疏水化的，预处理的二氧化硅通常并不分散至橡胶以及其他常规填料，如炭黑。

对于干混和预处理二氧化硅二者的另外的替代是将浓缩的量的二氧化硅结合至橡胶母料中。随后通常以大块(bale)提供的二氧化硅-橡胶母料可以常规地与橡胶混合以便分散二氧化硅至橡胶复混物中期望的负载。应当理解的是，与将二氧化硅直接混合至橡胶复混物相比，在形成橡胶母料前，将疏水化二氧化硅混合至橡胶胶乳存在优点。二氧化硅-橡胶母料通常是二氧化硅和聚合物以及，可选地，其他复混成分，如加工油和惰性材料的组合。在Wallen等的美国专利第8,357,733号和Lightsey等的美国专利第5,763,388号中描述了已知的二氧化硅-橡胶母料。

由于最小的制造复杂性，二氧化硅-橡胶母料大多数通常使用乳化聚合物，如乳液苯乙烯-丁二烯橡胶(ESBR))作为母料橡胶。然而，许多橡胶复混物，以及尤其是轮胎橡胶复混物，由于性能的原因，要求使用溶液聚合物，如溶液苯乙烯-丁二烯橡胶(SSBR)代替乳液聚合物。在溶液聚合物类橡胶复混物中使用乳液聚合物类二氧化硅-橡胶母料会不利地影响橡胶复混物性能，并且因此是不期望的。使用的具有其他类型的非溶液聚合物，如天然橡胶、聚丁二烯橡胶等的二氧化硅-橡胶母料也是不期望的。

存在对于能够以优异的分散度和最小的粉尘释放结合至橡胶系统的功能化二氧化硅和聚合物复合材料的持续的需要。也期望，功能化二氧化硅和聚合物复合材料可以结合至主要SSBR橡胶制剂，而不会显著地影响最终产品中的整体性能。

发明内容

根据本公开，令人惊奇地发现这样的功能化二氧化硅和聚合物复合材料：其能够以优异的分散性和最小的灰尘释放结合至橡胶系统的，以及其可以结合至主要SSBR橡胶制剂，而不会显著地影响在最终产品的整体性能。

本公开的目的是促进二氧化硅在橡胶复混物，例如，用于轮胎部件的生产的橡胶复混物中的分布。当用于SSBR制剂时，本公开也防止了与ESBR母料技术相关的性能缺陷。

在一种实施方式中，功能化二氧化硅产品包括具有乳液聚合物的薄涂层的疏水化二氧化硅的颗粒。功能化二氧化硅产品是由足够高比例的疏水化二氧化硅与乳液聚合物导致的脆的碎屑或粉末的形式。

在另一实施方式中，用于制造功能化二氧化硅产品的方法包括混合硅烷溶液和二氧化硅浆料以形成疏水化二氧化硅浆料的步骤。随后将疏水化二氧化硅浆料共混至水性橡胶胶乳以形成共混的浆料。使共混的浆料凝结，并且随后脱水、干燥，并且破碎以形成包括具有乳液聚合物的薄涂层的疏水化二氧化硅的颗粒的脆的碎屑或粉末(friable crumb or a powder)。