橡膠組合物和輪胎的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供能夠制造耐磨耗性、滾動(dòng)阻力、工廠加工性和耐裂性同時(shí)得到改進(jìn)的輪胎胎面的輪胎胎面用橡膠組合物，以及使用其制造的充氣輪胎。該橡膠組合物的特征在于，其通過(guò)共混相對(duì)100質(zhì)量份橡膠組分為20質(zhì)量份至100質(zhì)量份的炭黑來(lái)獲得，所述炭黑具有CTAB比表面積為60m2/g至105m2/g，24M4DBP吸油量為70cm3/100g至105cm3/100g，N2SA/IA為0.95以下，并且滿足如下表達(dá)式(1)：TINT(%)+0.4×24M4DBP吸油量(cm3/100g)-0.5×CTAB比表面積(m2/g)>106----?(1)。
【專利說(shuō)明】橡膠組合物和輪胎
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及橡膠組合物和輪胎，特別涉及能夠制造耐磨耗性、滾動(dòng)阻力、工廠加工性和耐裂性(chipping resistance)同時(shí)得到改進(jìn)的輪胎胎面的輪胎胎面用橡膠組合物(能夠制造具有低發(fā)熱性、優(yōu)良耐磨耗性和高回彈性的輪胎胎面的輪胎胎面用橡膠組合物)，以及使用其制造的充氣輪胎。
【背景技術(shù)】
[0002]存在在輪胎接觸地面的情況下需求運(yùn)行的同時(shí)對(duì)磨耗的耐性(耐磨耗性)優(yōu)良和運(yùn)行的同時(shí)橡膠變形時(shí)產(chǎn)生的滯后損耗(滾動(dòng)阻力)很小的這兩種性能的輪胎胎面(胎面橡膠)，然而已知這些性能之間存在折衷。
[0003]輪胎胎面性能受到與輪胎胎面用橡膠組合物組合的炭黑的物理特性(例如比表面積、結(jié)構(gòu)和表面性狀(surface texture)等)影響很大。
[0004]例如，如果比表面積大(小的一次粒徑)的炭黑與輪胎胎面用橡膠組合物組合，則改進(jìn)耐磨耗性，然而發(fā)生例如滾動(dòng)阻力增加，由于輪胎胎面用橡膠組合物中炭黑難以擴(kuò)散引起的發(fā)熱性增加，和由于輪胎胎面用橡膠組合物的未硫化橡膠粘度大幅增加引起的工廠加工性降低等問(wèn)題。
[0005]此外,如果高結(jié)構(gòu)化(high structure)的炭黑與輪胎胎面用橡膠組合物組合,貝U改進(jìn)耐磨耗性，然而發(fā)生例如滾動(dòng)阻力較高，由于輪胎胎面用橡膠組合物的未硫化橡膠粘度大幅增加引起的工廠加工性降低，使用輪胎胎面用橡膠組合物的輪胎的耐裂性降低，和此外發(fā)熱性增加等問(wèn)題。
[0006]為了解決這些問(wèn)題，研究了在輪胎胎面用橡膠組合物中組合具有特定性質(zhì)的炭黑(例如，參見JP5-230290A (專利文獻(xiàn)I))。
[0007]然而，問(wèn)題仍然在于輪胎胎面的耐磨耗性、滾動(dòng)阻力、工廠加工性和耐裂性不能同時(shí)得到改進(jìn)。
[0008]引文列表
[0009]專利文獻(xiàn)
[0010]專利文獻(xiàn)I JP5-23O29OA

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明的目的是提供能夠制造耐磨耗性、滾動(dòng)阻力、工廠加工性和耐裂性同時(shí)得到改進(jìn)的輪胎胎面的輪胎胎面用橡膠組合物，以及提供使用其制造的充氣輪胎。
[0012]作為為實(shí)現(xiàn)上述目的而銳意研究的結(jié)果，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，可通過(guò)使用包含與100質(zhì)量份橡膠組分組合的20質(zhì)量份至100質(zhì)量份炭黑的橡膠組合物來(lái)實(shí)現(xiàn)上述目的，所述炭黑具有 CTAB 比表面積為 60m2/g 至 105m2/g，24M4DBP 吸油量為 70cm3/100g (70ml/100g)至105cm3/100g(105ml/100g)，N2SA/IA為0.95以下，并且滿足表達(dá)式⑴。換言之，作為為實(shí)現(xiàn)上述目的而銳意研究的結(jié)果，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，當(dāng)炭黑的比表面積(CTAB)和結(jié)構(gòu)(24M4DBP)增加或減小時(shí)，著色強(qiáng)度(TINT)的值也增加或減小，然而比表面積(CTAB)、結(jié)構(gòu)(24M4DBP)和著色強(qiáng)度(TINT)的值顯示預(yù)定的關(guān)系，以及當(dāng)使用氮吸附比表面積N2SA與碘吸附量IA的比N2SA/IA滿足一定條件的橡膠組合物時(shí)，可實(shí)現(xiàn)上述目的。基于這些發(fā)現(xiàn)完成本發(fā)明。
[0013]換言之，根據(jù)本發(fā)明的橡膠組合物包括與100質(zhì)量份橡膠組分組合的20質(zhì)量份至100質(zhì)量份炭黑。炭黑具有CTAB比表面積為60m2/g至105m2/g，24M4DBP吸油量為70cm3/100g 至 105cm3/100g, N2SA/IA 為 0.95 以下，并且滿足表達(dá)式(I)。
[0014]TINT (%) +0.4X24M4DBP 吸油量(cm3/100g) -0.5 X CTAB 比表面積(m2/g)>106(I)
[0015]炭黑優(yōu)選·具有CTAB比表面積為90m2/g至105m2/g。
[0016]炭黑優(yōu)選具有24M4DBP 吸油量為 85cm3/100g 至 105cm3/100g。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的輪胎包括使用根據(jù)本發(fā)明的橡膠組合物制造的輪胎胎面。
[0018]根據(jù)本發(fā)明，可以提供能夠制造耐磨耗性、滾動(dòng)阻力、工廠加工性和耐裂性同時(shí)得到改進(jìn)的輪胎胎面的輪胎胎面用橡膠組合物，以及提供使用其制造的充氣輪胎。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019]以下將參考附圖進(jìn)一步描述本發(fā)明，其中:
[0020]圖1為炭黑制造裝置的截面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]以下詳細(xì)描述本發(fā)明。
[0022]橡膠組合物
[0023]根據(jù)本發(fā)明的橡膠組合物至少包括橡膠組分和炭黑，如果需要，可進(jìn)一步包括其它組分如氧化鋅、硬脂酸、交聯(lián)劑和交聯(lián)促進(jìn)劑等。
[0024]橡膠組分
[0025]橡膠組分不特別限制并可根據(jù)目的選擇。實(shí)例包括二烯系橡膠如天然橡膠(NR)、聚異戊二烯橡膠(IR)、聚丁二烯橡膠(BR)、苯乙烯-丁二烯共聚物橡膠(SBR)和丙烯腈丁二烯橡膠(NBR)等。這些橡膠之一可單獨(dú)使用，或可兩種以上組合使用。
[0026]炭黑
[0027]炭黑不特別限制并可根據(jù)目的選擇，只要CTAB比表面積為60m2/g至105m2/g即可，優(yōu)選 90m2/g 至 105m2/g。
[0028]如果CTAB比表面積小于60m2/g，則耐磨耗性減小，超過(guò)105m2/g時(shí)，不可能獲得滾動(dòng)阻力或工廠加工性。相反，上述優(yōu)選范圍內(nèi)的CTAB比表面積由于取得耐磨耗性、滾動(dòng)阻力和工廠加工性之間的平衡是有利的。
[0029]CTAB比表面積可以例如根據(jù)IS06810中的方法來(lái)測(cè)量。
[0030]注意,炭黑的CTAB比表面積小表示炭黑的一次粒徑大。
[0031 ] 炭黑的24M4DBP吸油量不特別限制并可根據(jù)目的選擇，只要24M4DBP吸油量為70cm3/100g 至 105cm3/100g 即可，優(yōu)選 85cm3/100g 至 105cm3/100g。
[0032]如果24M4DBP吸油量小于70cm3/100g，則耐磨耗性減小，超過(guò)105m3/100g時(shí)，不可能獲得滾動(dòng)阻力或工廠加工性。相反，上述優(yōu)選范圍內(nèi)的24M4DBP吸油量由于取得耐磨耗性、滾動(dòng)阻力和工廠加工性之間的平衡是有利的。
[0033]24M4DBP吸油量可以例如根據(jù)IS06894中的方法來(lái)測(cè)量。
[0034]注意,炭黑的24M4DBP吸油量小表示炭黑低結(jié)構(gòu)化(reduced structure)。
[0035]炭黑的N2SA/IA值不特別限制并可根據(jù)目的選擇，只要所述值為0.95以下即可，優(yōu)選0.88至0.95。
[0036]如果N2SA/IA小于0.88，則耐磨耗性可能減小，然而超過(guò)0.95時(shí)，不能獲得耐裂性。上述優(yōu)選范圍內(nèi)的n2sa/ia由于使耐磨耗性與耐裂性相容是有利的。
[0037]氮吸附比表面積(N2SA)可以例如用根據(jù)IS04652-1的單點(diǎn)法(single pointmethod)測(cè)量，碘吸附量IA可根據(jù)IS01304中的方法來(lái)測(cè)量。然后可計(jì)算其比N2SA/IA。
[0038]注意，炭黑值小表示炭黑中的表面官能團(tuán)數(shù)少。
[0039]炭黑的TINT (著色強(qiáng)度)、24M4DBP吸油量和CTAB比表面積不特別限制并可根據(jù)目的選擇，只要它們滿足表達(dá)式(I)即可。
[0040]TINT (%) +0.4X24M4DBP 吸油量(cm3/100g)-0.5 X CTAB 比表面積(m2/g)>106(I)
[0041]如果TINT、24M4DBP吸油量和CTAB比表面積不滿足表達(dá)式(I)，則不能獲得耐磨耗性。
[0042]TINT (著色強(qiáng)度)可以例如根據(jù)IS05435中的方法來(lái)測(cè)量。
[0043]炭黑的配混量不特別限制并可根據(jù)目的選擇，只要所述配混量相對(duì)于100質(zhì)量份在橡膠組合物中的橡膠組分為20質(zhì)量份至100質(zhì)量份即可，優(yōu)選30質(zhì)量份至70質(zhì)量份。
[0044]如果炭黑的配混量小于20質(zhì)量份,則耐磨耗性減小，然而超過(guò)100質(zhì)量份時(shí),不能獲得滾動(dòng)阻力。相反，上述優(yōu)選范圍內(nèi)的配混量由于使耐磨耗性與滾動(dòng)阻力相容是有利的。
[0045]炭黑的制造方法
[0046]用于本發(fā)明的炭黑的制造方法沒有限制，只要炭黑具有上述性能即可。作為炭黑的制造方法，爐法(furnace method)、槽法(channel method)、熱裂法(thermal method)和乙炔法(acetylene method)等是公知的,其中爐法是最一般的。
[0047]用于本發(fā)明的炭黑可以例如通過(guò)使用圓筒狀制造裝置的爐法來(lái)制造，所述圓筒狀制造裝置具有用于使燃料和含氧氣體如空氣燃燒和生成燃燒氣體的第一區(qū)域(燃燒區(qū)域)；比第一區(qū)域窄、用于供給炭黑用原料和生成炭黑的第二區(qū)域(錐形區(qū)域)；以及比扼流區(qū)域大的第三區(qū)域(反應(yīng)區(qū)域)。
[0048]參考圖1描述制造裝置的優(yōu)選實(shí)施方案。圖1中所述的制造裝置包括第一區(qū)域
I(燃燒區(qū)域)、第二區(qū)域2 (錐形區(qū)域)和第三區(qū)域3 (反應(yīng)區(qū)域)，以及第二區(qū)域2和第三區(qū)域3之間的連接部中的扼流 部(choke)4。
[0049]作為炭黑用原料，第二區(qū)域2供給烴等至第一區(qū)域I中生成的燃燒氣體并且通過(guò)使原料主要進(jìn)行熱分解來(lái)生成炭黑。第二區(qū)域2逐漸變得比與第一區(qū)域I的連接部窄并且經(jīng)由窄的圓筒部5連接至扼流部4。
[0050]第二區(qū)域2設(shè)置有用于將作為炭黑用原料的烴等供給至制造裝置中的原料導(dǎo)入口 7。為了盡可能均勻地供給原料至第二區(qū)域2中，原料導(dǎo)入口 7可配置有多排，如圖1中所述的原料導(dǎo)入口 7-1至7-3，各原料導(dǎo)入口 7-1至7-3可由多個(gè)導(dǎo)入口形成。
[0051]設(shè)置在第二區(qū)域2與 第三區(qū)域3之間的連接部中的扼流部4為用于調(diào)整獲得的炭黑粒徑的部分。為了期望的炭黑粒徑扼流部4的長(zhǎng)度可適當(dāng)?shù)卦O(shè)定。本發(fā)明中，長(zhǎng)度優(yōu)選為約200mm至600mm,其中更優(yōu)選300mm至500mm。
[0052]第三區(qū)域3將通過(guò)扼流部4、伴隨有炭黑的燃燒氣體冷卻至約1000°C以下從而獲得炭黑顆粒，所述第三區(qū)域3通過(guò)具有比扼流部4大的直徑的寬圓筒部6來(lái)形成。燃燒氣體借助通過(guò)反應(yīng)停止流體導(dǎo)入口 8供給水等來(lái)冷卻。反應(yīng)停止流體導(dǎo)入口 8可配置有多排，如圖1中所述的反應(yīng)停止流體導(dǎo)入口 8-1至8-5。
[0053]燃料和含氧氣體如空氣的供給，以及原料的供給量和這些的供給方法不特別限制，然而第三區(qū)域3的直徑與扼流部4的直徑之比(第三區(qū)域3的直徑/扼流部4的直徑)優(yōu)選1.8以上，更優(yōu)選2以上，甚至更優(yōu)選2.2以上。第三區(qū)域3的直徑與扼流部4的直徑之比的上限不特別限制，但是考慮到制造裝置的大小，所述比優(yōu)選約4以下，更優(yōu)選3.5以下。注意，雖然描述了炭黑制造方法的優(yōu)選實(shí)施方案的實(shí)例，然而本發(fā)明的炭黑沒有限制為以此方式獲得。
[0054]交聯(lián)劑
[0055]交聯(lián)劑不特別限制并可根據(jù)目的選擇。實(shí)例包括硫磺和硫化物等。這些中之一可單獨(dú)使用，或可兩種以上組合使用。
[0056]增加用作交聯(lián)劑的硫磺的配混量在保持磨耗性的同時(shí)增加回彈性。
[0057]交聯(lián)促進(jìn)劑
[0058]交聯(lián)促進(jìn)劑不特別限制并可根據(jù)目的選擇。實(shí)例包括N，N’- 二環(huán)己基-2-苯并噻唑次磺酰胺(sulfenamide)、二苯胍、二硫化二苯并噻唑、N-叔丁基-2-苯并噻唑次磺酰胺(sulphenamide) (N-叔丁基_2_苯并噻唑次磺酰胺)、六亞甲基四胺、N, N’ - 二苯基硫脲、三甲基硫脲、N, N’ - 二乙基硫脲、I, 3- 二苯胍、2-巰基苯并噻唑和N-環(huán)己基-2-苯并噻唑次磺酰胺等。這些中之一可單 獨(dú)使用，或可兩種以上組合使用。
[0059]增加交聯(lián)促進(jìn)劑的配混量通過(guò)增加由于交聯(lián)引起的連接密度(link density)來(lái)增加回彈性。
[0060]輪胎
[0061]根據(jù)本發(fā)明的輪胎不特別限制并可根據(jù)目的選擇，只要其包括使用根據(jù)本發(fā)明的橡膠組合物制造的輪胎胎面即可。然而，優(yōu)選充氣輪胎。
[0062]作為輪胎的制造方法，可使用慣用方法。例如，可將通常用于輪胎制造的由未硫化橡膠制得的構(gòu)件如胎體層、帶束層和胎面層(tread layer)等層疊在輪胎成型鼓上，可抽取鼓從而獲取生胎。接著，可根據(jù)常規(guī)方法硫化生胎，由此制造期望的充氣輪胎。
[0063]實(shí)施例
[0064]以下描述本發(fā)明的具體實(shí)施例，然而本發(fā)明不限于這些實(shí)施例。
[0065](實(shí)施例1至3和比較例I至10)
[0066]橡膠組合物的制備
[0067]以下表I所列的比例，將組分在班伯里混合機(jī)中混合從而制備橡膠組合物。用以下方法測(cè)量炭黑性能。此外，用油爐式制造方法(oil furnace method of production),使用由Asahi Carbon C0.，Ltd.制造的爐在表2所列的條件下制造炭黑。
[0068]注意，該爐為圓筒狀制造裝置，所述圓筒狀制造裝置具有用于使燃料和空氣燃燒的第一區(qū)域I (直徑:700mm，長(zhǎng)度:1000mm)，用于供給原料油和生成炭黑的第二區(qū)域2(上流端直徑:700mm，下流端直徑:230mm，長(zhǎng)度:1200mm)，扼流部4 (直徑:230mm，長(zhǎng)度:400mm)，以及第三區(qū)域(直徑:576mm，長(zhǎng)度:5000mm，反應(yīng)區(qū)域直徑/扼流區(qū)域直徑之比:
2.5)。
[0069]此外，比較例6中，ASTM N330用作炭黑，比較例7中，ASTM N339用作炭黑。
[0070]表I
[0071]
【權(quán)利要求】
1.一種橡膠組合物，其包括與100質(zhì)量份橡膠組分組合的20質(zhì)量份至100質(zhì)量份炭里， 所述炭黑具有CTAB比表面積為60m2/g至105m2/g，24M4DBP吸油量為70cm3/100g至105cm3/100g, N2SA/IA為0.95以下，并且滿足下述式(I): TINT (%) +0.4X24M4DBP 吸油量(cm3/100g)-0.5 X CTAB 比表面積(m2/g)>106 (I)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的橡膠組合物，其中所述炭黑具有CTAB比表面積為90m2/g至105m2/g。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的橡膠組合物，其中所述炭黑具有24M4DBP吸油量為85cm3/100g 至 105cm3/100go
4.一種輪胎，其包括使用 根據(jù)權(quán)利要求1所述的橡膠組合物制造的輪胎胎面。
【文檔編號(hào)】C08K3/04GK103443192SQ201280014598
【公開日】2013年12月11日 申請(qǐng)日期:2012年3月2日 優(yōu)先權(quán)日:2011年3月28日
【發(fā)明者】藤澤秀忠 申請(qǐng)人:株式會(huì)社普利司通