[发明专利]一种低锌胎面用橡胶组合物及使用其的轮胎胎面

说明书

技术领域

本发明属于橡胶领域，具体涉及一种低锌的橡胶组合物，尤其涉及胎面橡胶组合物和使用该橡胶组合物的轮胎胎面。

背景技术

在传统的橡胶硫化过程中，需要添加活性剂，从而提高胶料的硫化效率，改善硫化胶的性能。在用硫磺/促进剂组成的硫化体系中，常用氧化锌和硬脂酸作为活性剂。氧化锌长期以来作为橡胶的硫化活性剂，目前全世界生胶总产量在1700万吨左右，按氧化锌生胶用量5％计算，其年耗量高达85万吨。由于配方中锌的大量使用，轮胎在生产、使用与废弃轮胎的循环利用过程中释放出大量的锌。锌元素参加生物代谢过程，锌元素过量严重影响动植物的和人体生理健康，尤其对水生生物造成不利影响，因此要求胶料中的锌含量尽可能低。按照欧盟2003/105/EC指令，氧化锌被划分为N类物质，即对环境有害物质。

随着低碳经济时代的到来，锌污染得到越来越高的重视，开发氧化锌的替代产品受到橡胶加工助剂领域越来越多的重视。氧化锌在橡胶的硫化过程中，主要影响化学键的交联速度、化学键类型与数量。氧化锌的减少会导致橡胶组合物的模量降低、滞后增加。

中国专利CN102382342A中介绍了一种有含有机锌盐提高基部胶的燃料经济性、断裂伸长率和耐久性。将氧化锌的含量降低在1.0质量份以下，但是并未完全替代氧化锌。

中国专利CN 101589099B中介绍在胎面中加入羧酸锌(RCOO)₂Zn,其在不损耗橡胶性质的前提下，同时显著降低橡胶制品中的锌含量。但是配方中增加了硫和硫化促进剂的用量，以保证橡胶硫化过程中形成足够的硫桥。

氧化锌和硬脂酸是橡胶组合物中用来促进硫化反应常用的硫化活性剂。而稀土金属化合物作为添加剂在橡胶工业领域中的开发利用已成为广泛研究的热点。因稀土元素原子结构的特殊性，使得稀土橡胶助剂在橡胶配方中的物理化学性能优于传统的橡胶助剂，其应用开发前景十分广阔。中国专利CN1219553A报道了稀土橡胶硫化促进剂可以促进橡胶硫化。美国专利号US 20070173595 A1提出了在液体硅橡胶配方中加入氧化铈可以提高其硫化胶的拉伸强度，增强胶料的耐热性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低锌胎面橡胶组合物，该橡胶组合物中以脂肪酸锌类化合物完全取代氧化锌和硬脂酸，可以降低85％的锌含量，但是脂肪酸锌盐中锌含量过低，反应活性没有氧化锌活性高，所以在橡胶组合物中引入稀土金属元素提高其反应活性，橡胶组合物中添加的有机脂肪酸稀土金属盐，稀土金属元素原子结构中有大量空轨道，电子能级极其丰富，化学性质活泼，添加到橡胶中可以表现出其独特作用，可以提高脂肪酸锌盐的活性，脂肪酸锌盐和脂肪酸稀土金属化合物可以共同促进橡胶硫化，提高橡胶制品的综合使用性能。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

以100重量份的橡胶组分为基准，本发明提供的橡胶组合物中含有100重量份的橡胶组分、1.0～10.0 重量份的脂肪酸锌类化合物、1.0～10.0重量份的脂肪酸稀土金属类化合物、0.5～10.0重量份硫磺、0.5～5.0 重量份硫化促进剂、还包括作为增强填料的40.0～130.0重量份的白炭黑、0～110.0重量份的炭黑。

所述组合物中含有100重量份的橡胶，橡胶由聚苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)，或者聚苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)与天然橡胶(NR)、聚异戊二烯橡胶、聚丁二烯橡胶(BR)中任一种或多种的混合物。

本发明可以加入其它弹性体，其优选的用量不大于40重量份，涉及弹性体可以是天然橡胶(NR)，也可以是合成的聚异戊二烯橡胶。涉及的聚丁二烯橡胶(BR)优选在顺式含量按重量计大于90％的，也可以是端基改性以及官能化的。

所述的脂肪酸锌类化合物选自正辛酸锌、异辛酸锌、正癸酸锌、月桂酸锌、十四酸锌、棕榈酸锌、油酸锌、硬脂酸锌、苯甲酸锌、苯乙酸锌、苯丙酸锌中的一种或多种，脂肪酸锌类化合物的用量优选为1.0～5.0 重量份。

所述的脂肪酸稀土金属类化合物通式为(RCOO)₂-Ln，其中R为C₆～C₁₈的直链或带有直链的烷基、 C₆～C₁₈的苯基或带有支链的芳基中的一种，Ln为镧、铈、钇、铯、钕中的一种或多种，如正辛酸镧、异辛酸镧、正癸酸镧、月桂酸镧、十四酸镧、棕榈酸镧、油酸镧、硬脂酸镧、苯甲酸镧、苯乙酸镧、苯丙酸镧、或者上述脂肪酸相应的铈、钇、铯、钕的金属盐，脂肪酸稀土金属类化合物优选1.0～5.0重量份。