[发明专利]官能化炭黑、其制备和在可硫化橡胶组合物中的用途

说明书

本发明提供了一种通过用含硫伯胺或仲胺或其盐处理氧化炭黑而获得的官能化炭黑。本发明还涉及制备这种官能化炭黑的方法。此外，本发明涉及一种可硫化橡胶组合物，其包含(i)可硫化橡胶组分，以及(ii)氧化炭黑和(iii)含硫伯胺或仲胺或其盐，或由这些成分形成的官能化炭黑。本发明还涉及由该可硫化橡胶组合物制成的制品。本文公开的官能化炭黑特别适用于获得例如用于生产节能轮胎的具有低滞后和增强的耐磨性的橡胶复合物。

技术领域

本发明涉及官能化炭黑、相关的可硫化橡胶组合物和由其制成的制品以及各自的制备方法。更具体地，本发明涉及一种可通过用含硫胺处理氧化炭黑而获得的官能化炭黑。该官能化炭黑对于获得具有降低的滞后(reduced hysteresis)和良好耐磨性的橡胶产品(例如在轮胎应用中)特别有用。

背景技术

炭黑包含在许多基于橡胶的复合物中，例如用于改变它们的颜色、机械性能、电学性能和/或加工性能。例如，炭黑通常被添加到用于制造轮胎或其部件的橡胶组合物中以赋予绝缘基体电耗散特性。同时，炭黑添加剂会影响机械性能和弹性性能，例如刚度、耐磨性和滞后性(hysteresis)，这在很大程度上影响所得轮胎的性能，例如其滚动阻力和耐永性。在此，炭黑倾向于通过强烈的填料-填料相互作用在基体中形成网络，这是橡胶组分中热量积聚(heat-build up)的主要来源。由于越来越多的监管规定和环境压力，对具有低滚动阻力的节能轮胎的需求不断增加。同时，其他性能参数如抓地力、牵引力和耐久性不应受到不利影响。这通常代表相互竞争的需求。

用于减少橡胶材料变形期间以热量形式损失的能量(这反映在较低的滞后值上)的一种选择是通过增加炭黑填料与橡胶基质的相互作用来减少填料-填料相互作用。滞后也可以通过减少炭黑负载和/或增加炭黑的粒度来降低。然而，这可能伴随着例如电耗散特性和/或机械特性，例如耐磨性、抗断裂性或抗碎裂性的劣化。

另一种选择是，已经开发出化学改性橡胶材料和/或炭黑填料以加强填料-橡胶相互作用。

例如，美国专利US5,248,722描述了通过将末端官能化聚合物与酸官能氧化炭黑结合使用，在轮胎胎面应用中具有降低的滚动阻力的弹性体组合物。然而，末端官能化的聚合物不容易获得并且需要在专用步骤中通过使含锡或氮的化合物与通过聚合至少一种二烯单体和任选地一种或多种乙烯基取代的芳族单体而制备的聚合物反应来制备。

根据WO2011/028337，与使用常规含炭黑的化合物相比，结合使用表面处理的炭黑与官能化的SBR聚合物(该聚合物在含氧基团如羧酸或沿链的羟基方面具有官能化)，增强了炭黑-弹性体相互作用，并获得了减少滞后现象以及提高湿牵引力的好处。然而，这种方法同样需要使用特殊的聚合物材料。

EP3339364提出将氧化炭黑与具有伯胺官能团的聚合胺如聚乙烯亚胺结合使用以获得具有改进的滞后性的橡胶复合物，用于低滚动阻力的轮胎。然而，所得橡胶复合物的耐磨性稍有下降。

然而，希望提供表现出改进的滞后性和同时增强的耐磨性的橡胶复合物，例如用于生产具有低滚动阻力和良好耐久性的轮胎。这种橡胶复合物的其余机械性能应适用于轮胎应用。

因此，本发明的一个目的是提供一种官能化炭黑，其可以将上述特性赋予橡胶复合物以减少或避免现有技术的缺点。炭黑的官能化应该能够以有效和经济的方式利用现成的成分和加工技术实现。本发明旨在提供可硫化橡胶组合物，其产生适用于生产轮胎的改进的滞后性和增强的耐磨性。

发明内容

现已令人惊奇地发现，上述目的可以通过用含硫伯胺或仲胺或其盐处理氧化炭黑而获得的官能化炭黑实现。

本发明的官能化炭黑可以通过包括以下步骤的方法获得：

(A)提供氧化炭黑，

(B)使氧化炭黑与含硫伯胺或仲胺或其盐接触，和

(C)使所得混合物置于氧化炭黑与含硫伯胺或仲胺或其盐反应的条件下。