[发明专利]制造用硅石增强的弹性体复合物的方法以及包含其的制品

说明书

描述了使用从未经过干燥或如所生产的原状的沉淀硅石的去稳定化的分散体来制备硅石弹性体复合物的方法、以及由该方法制得的硅石弹性体复合物。进一步描述了采用该方法实现的优点。

本发明涉及硅石弹性体复合物的制造方法。更具体地说，本发明涉及通过湿法母料法形成的经硅石增强的弹性体复合物。

许多具有商业意义的制品由弹性体组合物形成，其中粒状增强材料分散于各种合成弹性体、天然橡胶或弹性体共混物中，举例来说，炭黑和硅石在天然橡胶及其它弹性体中广泛地用作增强试剂。通常生产母料，即，增强材料、弹性体和各种任选的添加剂(如增量油)的预混合物。许多具有商业意义的制品由这样的弹性体组合物形成。这样的制品包括例如车辆轮胎，其中，不同的弹性体组合物可用于胎面部分、侧壁，衬线包层和胎体。其它制品包括，例如，发动机支架衬套、传送带、挡风玻璃刮水器、密封物、衬垫、车轮、缓冲器等。

一段时间以来，粒子增强试剂在橡胶配混料中的良好分散体已被认为是用于实现良好的品质和一致的产品性能的最重要的对象之一，并且，相当大的努力已致力于开发用于改善分散体品质的方法。母料和其它混合操作对混合效率和分散体品质有直接影响。一般来说，例如，当炭黑用于增强橡胶时，经常可以在干混合母料中实现可接受的炭黑宏观分散体。然而，经由干混工艺的硅石的高品质均匀分散体带来了困难，并且，工业上已提出了各种解决方案来解决该问题，例如，具有“能够高度分散的硅石”或“HDS”的可流动颗粒形式的沉淀硅石。更强烈的混合可以改善硅石分散体，但也可以使其中分散有填料的弹性体发生降解。在对于机械/热降解高度敏感的天然橡胶的情况中，这是特别成问题的。

除了干混技术之外，已知将弹性体胶乳或聚合物溶液以及炭黑或硅石浆料加入搅拌罐中。这样的“湿法母料”技术可与天然橡胶胶乳以及经乳化的合成弹性体例如苯乙烯丁二烯橡胶(SBR)一起使用。然而，虽然该湿法技术在填料为炭黑时已显示出了希望，但是，在填料为硅石时，该湿法技术对于获得可接受的弹性体复合物带来了挑战。用于生产湿法母料的具体技术(例如美国专利No.6,048,923(其内容通过引用并入本文)中所公开的技术)并未有效地用于采用硅石颗粒作为唯一或主要增强试剂来生产弹性体复合物。

因此，需要改善以湿法母料工艺将硅石结合到弹性体复合物中的方法，例如，利用在连续的高能量冲击条件下将两种流体组合在一起以实现含有硅石颗粒作为唯一或主要增强试剂的可接受的弹性体复合物的方法(如美国专利申请号62/192,891和62/294,599中所述的)。现在，已经开发了进一步的改进，从而，将粒子状硅石的制造整合到以湿法母料工艺的弹性体复合物的生产中，其中，硅石干燥步骤被消除。

沉淀硅石通常是通过将硅酸盐溶液酸化(这导致硅石颗粒在水性介质中的聚合、成核和生长)而生成的。生长的颗粒可发生碰撞，导致聚集，这可通过硅石在颗粒表面上的进一步沉积而得以巩固。通过控制硅酸盐浓度、温度、pH和金属离子含量来控制颗粒的最终尺寸、表面积和结构。在颗粒形成过程的结束时，获得颗粒的水性浆料。该浆料经历固液分离，通常包括过滤，例如，借助于压滤机、带式过滤器或真空过滤器。然后，洗涤经过滤的颗粒以除去盐和其它可溶物质，并进一步过滤以得到滤饼。滤饼典型地包含60-90wt％的水和10-40％的硅石，基于总的滤饼重量。在美国专利No.7,250,463(其在此全文引入作为参考)中描述了典型的生产方法。

常规地，使湿滤饼在烘箱或旋转干燥器中相对缓慢地干燥，通常认为这样生产的硅石难以分散在橡胶中。替代性的干燥工艺涉及在短时间内快速加热到高温，例如，在喷雾干燥器中。这种方式生产的沉淀硅石通常在橡胶中具有好得多的分散性。认为，在常规干燥中，由薄层水施加的高毛细管力与相邻颗粒上的硅烷醇基团之间的化学反应的组合导致具有颗粒间的强键合的紧密的团聚体。最显著的化学反应是缩合，导致硅氧烷键。该反应通过加热和去除水分而加速。在橡胶混合中，颗粒之间形成的强的键合不容易被破坏，因此，分散往往是差的。在快速干燥过程中，颗粒在高温下的停留时间短得多，给颗粒重排或压缩提供了更少的时间，并且，缩合反应更少。这导致硅石颗粒之间的键合或强接触的数量较少，因此，导致较好的橡胶分散体。然而，并不认为，硅石的颗粒-颗粒键合在快速干燥过程中被完全消除，仅仅是相对于传统工艺发生了减小。