[发明专利]聚合物-填料偶联添加剂

说明书

本申请涉及聚合物‑填料偶联添加剂。填料如炭黑、氧化炭黑、二氧化硅、其它矿物填料或其混合物在聚合物组合物中的分散通过使用聚合物‑填料偶联化合物Q‑A‑B来提高。在聚合物‑填料偶联化合物Q‑A‑B中，Q为可以形成1,3偶极加成至不饱和碳‑碳键的偶极含氮部分；B为噁唑啉部分、噻唑啉部分、烷氧基硅烷或烯丙基锡部分，和A为形成Q和B之间桥键的连接原子或基团。

本申请是中国专利申请200580043792.X的分案申请，中国专利申请200580043792.X的申请日为2005年10月20日，发明名称为聚合物-填料偶联添加剂。

技术领域

本发明广泛涉及填料在聚合物配混料中的分散，尤其涉及低滞后橡胶的制备。

背景技术

在许多工业中，经常希望的是生产其中填料良好分散的聚合物配混料。在橡胶工业中，希望生产当与其它成分如补强填料配混然后硫化时显示降低的滞后的弹性体配混料。橡胶的滞后是指施加使橡胶变形的能量与橡胶回复至其起始的不变形的状态时的回复能量之间的差异。已知弹性体分子和补强填料之间的相互作用影响滞后，据认为配混的弹性体系统的滞后和其它物理性质可以通过确保补强填料遍及弹性体部件中的良好分散来提高。显示减少的滞后的弹性体配混料，当将其制成用于构成制品如轮胎、传动带等的部件时，将显示当在正常使用期间经受机械应力时增大的回弹和减小的生热性的性质。在充气轮胎中，降低的滞后性质与轮胎运转期间减小的滚动阻力和生热性相关。结果，在使用这种充气轮胎的车辆中实现较低的燃料消耗。

炭黑和/或二氧化硅是众所周知的在橡胶配混料中的补强填料，经常将这些以及其它填料用作用于在其它工业(例如，热塑性塑料、复合材料、油漆等)中的聚合物配混料的填料。在橡胶中，在提高填料分散方面的努力已包括在选择性反应促进剂存在下高温混合炭黑-橡胶混合物以促进配混材料的增强。其它方法包括例如配混材料的表面氧化或使用例如N,N,N′,N′-四甲基二氨基-二苯甲酮(Michler′s酮)、锡偶联剂等对聚合物的末端化学改性。所有这些方法已集中于弹性体和炭黑配混材料之间增大的相互作用，导致单个炭黑聚集体稳定的分散和相互聚集接触的减小。

二氧化硅填料的分散受到关注，因为在二氧化硅颗粒表面上的极性硅烷醇基趋于自缔合，导致配混后二氧化硅颗粒的再聚集、不良的二氧化硅分散和高的配混粘度。强的二氧化硅填料网络导致在挤出和成型操作中难以加工的坚硬的未硫化配混料。已认识到提高二氧化硅的分散可以通过在配混期间使用双功能二氧化硅偶联剂来获得，该双功能二氧化硅偶联剂具有与二氧化硅表面反应的部分如甲硅烷基，以及结合弹性体的部分如巯基、氨基、乙烯基、环氧基或硫基。提高二氧化硅的分散也已通过使用用官能团如烷氧基甲硅烷基等在链端化学改性、与二氧化硅化学结合和/或相互作用以提高分散的弹性体来获得。

然而，仍存在提高填料在聚合物组合物，尤其是在橡胶工业中分散的需求，以生产具有低滞后性质和提高的可加工性的橡胶。

发明内容

填料在聚合物组合物中的分散可以通过使用聚合物-填料偶联化合物来提高，该聚合物-填料偶联化合物包含通过加成至该聚合物分子结构中的不饱和碳-碳键能够结合至聚合物的第一部分Q、能够结合至该填料上的表面基团的第二部分B，和在Q和B之间形成桥键的连接原子或基团A。此外，在橡胶组合物中使用偶联化合物作为添加剂导致结合的橡胶增加和减小Payne效果并减小介质损耗因素(tangent delta)(tanδ)，二者都为在橡胶化合物和由它们制造的制品中降低的滞后的指标。此处所述的聚合物-填料偶联化合物提供这样的优点：当在橡胶组合物中使用单独的不饱和弹性体以及当使用包括不饱和弹性体的橡胶混合胶和正常的橡胶混合工序时，可以获得滞后的显著降低。

特别地，此处所述的化合物具有式Q-A-B，其中Q为可以形成1,3偶极加成至不饱和碳-碳键的偶极含氮部分(dipolar nitrogen-containing moiety)；B为噁唑啉部分、噻唑啉部分、烷氧基硅烷部分或烯丙基锡部分；和A为形成Q和B之间桥键的连接原子或基团。