[发明专利]掺有金属处理炭黑的弹性体组合物

说明书

本发明涉及新的聚集体和弹性体配混料。更具体地，本发明涉及含金属的炭黑和掺有金属处理炭黑如铝处理炭黑或锌处理炭黑的弹性体配混料，和从这样的配混料制造的产品。

                       背景技术

在橡胶和其它弹性体配混料的配混和制备中，炭黑被广泛地用作颜料，填料和补强剂。炭黑在制备用于生产轮胎的弹性体配混料中作为补强剂是特别有用的。

通常在炉式反应器中通过用热燃烧气使烃原料热解从而生产出含有颗粒炭黑的燃烧产物来生产炭黑。炭黑以聚集体的形式存在。该聚集体本身又由炭黑颗粒制成。然而，炭黑颗粒一般并非以与炭黑聚集体无关的形式存在。根据分析性质，炭黑的一般特征包括，但不限于：粒径和比表面积；聚集体大小、形状、和分布；以及表面的化学和物理性质。通过本领域已知的实验分析测定炭黑的这些性质。例如，氮吸附表面积(用ASTM实验方法的D3037-方法A测定)和溴化十六烷基三甲基铵吸附值(CTAB)(用ASTM实验方法的D3765[09.01]测定)测定比表面积。粉碎炭黑的邻苯二甲酸二丁酯吸附(CDBP)(用ASTM实验方法的D3493-86测定)和未粉碎炭黑的邻苯二甲酸二丁酯吸附(DBP)(用ASTM实验方法的D2414-93测定)涉及到聚集体的结构。结合橡胶值涉及到炭黑的表面活性。给定炭黑的性质取决于生产方法，并且例如通过改变温度，压力，原料，停留时间，骤冷温度，生产率，和其它参数可以进行调节。

在生产轮胎中，当其构成轮胎的外胎和其它部分时，一般希望使用含炭黑的配混料。例如，合适的外胎配混料使用配混的弹性体以便提供在不同温度下高的耐磨性和良好滞后平衡。具有高耐磨性的轮胎是需要的，因为耐磨性与轮胎寿命成正比。炭黑的物理性质直接影响到外胎配混料的耐磨性和滞后性。通常，具有高比表面积和小粒径的炭黑赋予外胎高的耐磨性和高的滞后性。炭黑填充量也影响弹性体配混料的耐磨性。耐磨性随填充量增加而提高，至少到一个最佳点，超过该点耐磨性实际上降低。

弹性体配混料的滞后性与在循环变形下消耗的能量有关。换言之，弹性组合物的滞后性与施加的使该弹性组合物变形的能量和当该弹性组合物恢复到开始的未变形状态所释放的能量之差有关。滞后性的特征在于损耗角正切值，tanδ，它是损耗模量与储能模量(即粘性模量与弹性模量)之比。用具有在较高温度(例如40℃或更高)测定的较低滞后性的轮胎外胎配混料制备的轮胎具有降低的抗滚动性，这又导致降低了使用该轮胎车辆的燃料消耗。同时，具有在低温(例如0℃或更低)测定的较高滞后性的轮胎外胎导致轮胎具有高的湿牵引力和抗滑性，这增加了驾驶安全性。因此，可以说显示出高温低滞后性和低温高滞后性的轮胎外胎配混料具有良好的滞后平衡。

还有其他许多应用，在这些应用中提供显示出良好滞后平衡弹性体是有用的，但耐磨性不是重要因素。这样的应用包括，但不限于：轮胎组份例如胎面垫胶、胎肩垫胶配混料、轮胎侧壁、轮胎胎壳、轮胎脊、轮胎边填料和导线表面薄覆盖层；发动机座；和在工业驱动和自动传送带中使用的基本配混料。

也使用二氧化硅作为弹性体的补强剂(或填料)。然而，与单独用炭黑作为补强剂得到的结果相比，单独使用二氧化硅作为用于弹性体的补强剂导致性能差。理论上说强的填料-填料相互作用和差的填料-弹性体相互作用是二氧化硅性能差的原因。通过用化学偶联剂例如可从Degussa AG，Germany得到的双(3-三乙氧基甲硅烷基丙基)四硫烷将两个物质化学键合可以改进二氧化硅-弹性体的相互作用。偶联剂例如Si-69在弹性体和二氧化硅之间形成化学键，因此将二氧化硅偶联到弹性体上。

当将二氧化硅化学偶联到弹性体上时，增强了所得弹性体组合物的某些性能特性。当将这样的弹性体配混料加入进车辆轮胎中时，该弹性体配混料提供了改进的滞后平衡。然而，含有二氧化硅作为基本补强剂的弹性体配混料显示出低的导热性、高的电阻率、高的密度和差的加工性。

当在弹性组合物中仅用炭黑作为补强剂时，它没有化学偶联到弹性体上，但炭黑表面提供了很多用于与弹性体相互作用的部位。尽管与炭黑一起使用偶联剂可以给弹性组合物提供某些性能上的改进，但该改进不能与当与二氧化硅一起使用偶联剂时得到的相比。

已发现已填充配混料的滞后性主要涉及在聚合物基质中形成的填料网络，该网络在造成高温高的滞后性和低温低的滞后性。这在轮胎应用中是不希望的。控制填料成网的主要因素是填料-填料间的互相作用。

             发明概述