[发明专利]经表面处理的炭黑在弹性体中降低化合物滞后和轮胎滚动阻力以及改进抗湿滑性的用途

说明书

相关申请的交叉引用

在此要求2009年8月27日提交的美国临时专利申请序列号61/237,593的优先权，该临时专利申请通过引用并入本文。

关于联邦政府资助的研究或开发的声明

不适用。

对“缩微照片附录”的引用

不适用。

发明背景

1.发明领域

本发明涉及利用经表面处理的炭黑的化合物组合物。更具体地，本发明涉及与官能化弹性体结合使用的经表面处理的炭黑，其中所述弹性体沿着聚合物链被官能化，从而产生了更高可能性的增强的炭黑-弹性体相互作用，提供了大幅减少的橡胶硫化滞后，并可用于制造包括轮胎的橡胶制品。

2.本发明的大体背景

减小轮胎胎面胶的滚动阻力在提高交通工具的燃料经济性和减少二氧化碳排放物方面是重要的。使通常主要由苯乙烯丁二烯共聚物和丁二烯或天然橡胶聚合物共混物以及炭黑组成的轮胎胎面胶的滚动阻力减小的一种方法是改变填料特性，使得填料-填料相互作用被减弱而填料-弹性体相互作用被增强。这是起作用的，原因是炭黑填充的胶料中最高的产热源通常起因于炭黑，这是由于炭黑经由高的填料-填料相互作用形成贯穿网络的倾向。减弱该填料-填料相互作用而增强填料-弹性体相互作用可以显著减小填料网络化度和化合物滞后，并因此减小轮胎胎面胶和最终轮胎本身的滚动阻力。通常，减弱的填料-填料相互作用或网络化通过低应变动态模量的减小来估量，这导致低应变动态弹性模量和高应变动态弹性模量之间的差发生较小的变化。该现象被称为Payne效应。

图1中证实了包含通常的炭黑的胶料的这种Payne效应，其中化合物的动态模量随应变的变化发生较小的变化(较平坦的曲线)，这也证实随应变变化的较低的正切δ(tangent delta)，其中正切δ是动态损耗模量与动态弹性模量的比，且是在动态测试中用作胶料的热积累的指示器的典型参数，且较低的正切δ值表示具有较低的热积累性质的化合物。

可以用于减弱胶料组合物中的填料-填料相互作用而增强填料-弹性体相互作用的方法包括：

-使用宽分布的炭黑以增大平均聚集体间间距并因此减小填料-填料网络化度(例如参见美国专利7,238,741)

-使用耦联剂与炭黑以增强炭黑-弹性体相互作用，其中偶联剂通过与填料和弹性体两者直接地键合起作用；(例如参见美国专利5,494,9)

-使用偶联剂与二氧化硅以促进二氧化硅分散和减弱填料-填料相互作用(例如参见美国专利5,227,425)

-使用官能化弹性体与可相容的官能化填料，如用与氧化的炭黑组合的在链末端被官能化的SBR弹性体进行的，(例如参见美国专利5,248,722和2006/0178467)。以上方法的若干缺点是明显的。

第一，借助于宽分布的炭黑的硫化滞后的变化量级是最小的且基于在60℃至75℃的正切δ测量结果，在3％至10％左右。

第二，在化合物组合物中使用用于炭黑和二氧化硅的偶联剂增加另外的成本，需要由用于经由反应性混合来增强填料-弹性体相互作用的偶联剂的活化导致的另外的混合步骤和用于排放乙醇的专门的VOC排放物处理系统。

第三，当炭黑与偶联剂结合使用时，在化合物滞后减少方面还获得相对小的益处。

最后，当二氧化硅与确实提供40％左右或更大的显著的硫化滞后减少的偶联剂一起使用时，不仅再次在二氧化硅和偶联剂的成本方面遭受不利，而且二氧化硅本身是很有磨损作用的并造成用于工业工厂的橡胶混合器的磨损率增加。二氧化硅还需要更长的混合和分散时间，导致更高的能量利用和成本以及较低的工厂产量。

因此，本发明的目的是提供一种新颖的基于经表面处理的炭黑和官能化聚合物的橡胶化合物组合物，该组合物不需要使用昂贵的偶联剂，且不会导致工厂橡胶混合器的过早磨损，但仍提供更类似于二氧化硅的化合物滞后的显著减少并维持或改进化合物抗湿滑性，提供良好的耐磨性和对于更短的混合周期提供容易的分散、相对于基于二氧化硅的化合物组合物更低的能量成本和更高的工厂生产量。另外，该独特的性能益处由经表面处理的炭黑和官能化溶液-SBR的组合获得，官能化溶液-SBR沿着聚合物链使其被官能化，与端基、链端官能化的弹性体相比，这提供了可能性高得多的增强的填料-弹性体相互作用。现有技术，尤其是对于溶液SBR，教导在链端使用聚合物官能化。

发明概述