[发明专利]使用脂肪酸酯增塑的聚氨酯或聚氨酯-脲轮胎填充物

说明书

本申请要求2009年1月8日提交的美国临时专利申请61/143,192的优选权。

本发明涉及用于填充轮胎的聚氨酯组合物，并且涉及由聚氨酯组合物填充的轮胎。

充气轮胎通常用于公路车辆例如汽车和卡车。充气轮胎具有重量轻和提供柔软和舒适乘坐的优点，因为轮胎外胎是由气体填充的。充气轮胎的主要缺点是放气的危险，该危险是由刺破、轮胎外胎与轮圈的分离、或轮胎外胎或轮圈的其它故障引起的。对于公路车辆，该危险通常较小，因为公路表面往往相当地清洁和光滑。轮胎故障以及随之发生的放气是非公路(off-road)车辆关心得多得多的问题，主要是由于刺破的危险增加并且由于轮胎与轮圈脱离的可能性更大。另外也往往更难更换或修理非公路车辆上的轮胎。这可能是因为，该车辆及其轮胎非常大，例如拖拉机和大型建筑车辆或大型掘土车辆；因为缺少容易获得的备用轮胎或空气压缩设备；或因为该车辆在轮胎故障时位于遥远地区。

由于这些原因，很多非公路车辆使用填充轮胎而非充气轮胎。填充轮胎的外胎包含固体或半固体材料而非压缩气体。这降低或消除了放气的危险，因为轮胎外胎的刺破或其它故障将不会导致气体逸出。

轮胎填充材料应该满足几点要求。轮胎填充材料应该使轮胎吸收震动并提供良好的牵引。因此，轮胎填充材料应该是柔软和挠性的。此外，轮胎填充材料应该使得，轮胎在使用过程中不会累积过量的热量，因为热量能够损伤填充材料或外胎，并由此减少轮胎的使用寿命。轮胎填充材料优选地不包含液相或气相，如果外胎损伤的话，那么所述液相或气相会泄露。轮胎填充材料优选地能够在野外安装(而非限于工厂安装)时也容易装入到轮胎中。此外，成本是非常重要的问题，特别是对于有时包含公吨级或更多轮胎填充材料的较大轮胎。

柔软的聚氨酯/脲弹性体已经用作轮胎填充材料。已经沿这些方向尝试过几种方法。在一些情况中，聚氨酯/脲聚合物已经使用在水和有机异氰酸酯之间的反应中产生的二氧化碳发泡。这样的方法描述于美国专利3,605,848。这些泡沫体具有由于其多孔特性而轻质的优点以及非常柔软的优点。然而，该泡沫体往往表现出高滞后作用和严重的热量积累。此外，当轮胎外胎放气时，可以看到一定的放气现象，这是由于包含在泡沫体的孔内的气体逸出。

例如在GB 2,137,639中描述的另一种方法是使用油包水聚氨酯乳液填充轮胎。该乳液包含远远过量的超过使聚合物固化所需要量的水。该过量的水的作用是起到稀释作用从而降低成本，并且吸收当体系固化时产生的二氧化碳。这至少部分地消除来自轮胎填充材料的气相。然而，过量的水形成液相，如果轮胎外胎发生故障，该液相可能从轮胎泄露。

另一种方法使用无孔的高度增塑的聚氨酯或聚氨酯-脲弹性体作为轮胎填充材料。因为该填充材料是无孔的，因此这些材料比起多孔的填充材料往往表现出较小的滞后现象，并且因为该原因经历较小的热量积累。该弹性体是多异氰酸酯、多元醇物质和少量增链剂的反应产物。为达到所必需的柔软度，该弹性体以大量填充油填充。用于本申请所提及的各种类型的填充油包括氯化链烷烃，各种二酯例如邻苯二甲酸二丁酯、己二酸二丁基二甘醇酯(dibutyl diglycol adipate)、琥珀酸二异癸酯、己二酸二异癸酯、壬二酸二辛酯、癸二酸二丁酯和癸二酸二辛酯；和芳族填充油。GB 1,552,120和美国专利4,230,168、5,402,839和6,187,125描述了该通用方法。在这些填充油中，已经发现芳族填充油是商业上实用的。

芳族填充油在各个国家，特别是在欧洲受到规章限制的压力，在这些国家它们被怀疑为致癌物质。由于这些物质的潜在丧失，需要新的轮胎填充材料。新轮胎填充材料的性能应该呈现接近或超过芳族油充油的聚氨酯弹性体的性能，并且该性能优选地利用可以合理成本利用的容易获得材料。

本发明在某些方面是包括由弹性体填充材料填充的轮胎外胎的填充轮胎，其中所述弹性体填充材料包括由一种或多种脂肪酸的C₁-C₄烷基酯充油的聚氨酯或聚氨酯-脲弹性体。这些一种或多种脂肪酸的C₁-C₄烷基酯在本申请中有时称为简写术语“脂肪酸酯填充剂”。