[发明专利]一种低生热高耐磨白炭黑/橡胶复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种低生热高耐磨白炭黑/橡胶复合材料及其制备方法和应用，橡胶复合材料包括橡胶、白炭黑、硅烷偶联剂、功能性助剂，还可以加入其他常用的助剂，其中功能性助剂含有腰果酚聚氧乙烯醚硫化物、含巯基的腰果酚聚氧乙烯醚化合物中的至少一种。本发明提供的橡胶复合材料中采用硅烷偶联剂和功能性助剂共用，得到的橡胶复合材料具有较低的滚阻和生热，与现有的白炭黑填充的胶料相比，具有更好的耐磨性能以及更低的压缩疲劳温升，为白炭黑在轮胎胎面胶中的应用提供了广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于轮胎技术领域，具体涉及一种低生热高耐磨白炭黑/橡胶复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着汽车工业的进步，人们对轮胎的性能要求更加苛刻，以白炭黑填充橡胶，制备的白炭黑/橡胶复合材料在轮胎胎面胶的应用中具有低滚阻、低生热等优异性能，但是其耐磨性能不佳，特别是在以天然橡胶为基体的全钢载重胎中，这严重限制了白炭黑作为填料在轮胎中的应用。

偶联剂是“绿色轮胎”制造中常用的橡胶助剂，其含有的多硫键或者巯基官能团能和橡胶分子链形成化学结合作用，乙氧基或者甲氧基等官能团能够和白炭黑表面羟基反应，因此，能够提升填料与橡胶基体之间界面相互作用。传统偶联剂Si69、Si75等含有烷氧基的偶联剂，这类偶联剂在填料和橡胶基体的界面之间仅存在化学结合作用，缺乏物理吸附作用。wang等人发表在Phys.Chem Chem Phys上的文章《Novel percolation phenomenaand mechanism of strengthening elastomers by nanofillers》指出，在橡胶复合材料中，化学结合和物理吸附界面同时存在，才能更好地发挥出纳米粒子补强橡胶复合材料的增强效果，提升橡胶复合材料综合性能。

综上，在橡胶复合材料中引入物理吸附界面，能够减少乙醇等VOC气体的排放，进一步提升纳米粒子对橡胶复合材料的增强效果，从而制备出具有低生热、低滚阻、高耐磨等高性能橡胶复合材料，这对橡胶工业的绿色可持续发展具有重大意义。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种含有偶联剂和功能性助剂的白炭黑/橡胶复合材料，所述复合材料用于制造“绿色轮胎”胎面，具有低滚阻、低生热、高耐磨、抗撕裂等优异的综合性，特别是在白炭黑填充的天然橡胶，具有低生热、低滚阻、高耐磨、抗撕裂。

本发明的目的之一在于提供一种低生热高耐磨白炭黑/橡胶复合材料，包括共混的橡胶、白炭黑、功能性助剂、硅烷偶联剂在内的组分，所述的功能性助剂含有腰果酚聚氧乙烯醚硫化物、含巯基的腰果酚聚氧乙烯醚化合物中的至少一种。

上述复合材料中，橡胶可选用本领域常用的橡胶种类，选自天然橡胶、丁苯橡胶、顺丁橡胶、异戊橡胶、丁基橡胶、乙丙橡胶、硅橡胶中的至少一种，优选选自天然橡胶、丁苯橡胶、顺丁橡胶中的至少一种；

所述腰果酚聚氧乙烯醚硫化物的结构式为

式(Ⅰ)中，m为1～20，优选3～15；n为0～3；x为15；0＜y＜10，优选1～8；z为1～3；

所述含巯基的腰果酚聚氧乙烯醚化合物的结构式为：

式(Ⅱ)中，m为1～20，优选3～15；n为0～3；x为15；a为2～6；0＜b＜3，优选1～2；

所述的硅烷偶联剂的通式为

式(Ⅲ)中，R'选自甲基、乙基中的至少一种；R选自带支链或者不带支链、饱和或者不饱和、碳原子数为1～30的脂肪烃或碳原子数为6～30的芳香烃中的至少一种；X选自SH、S_k中的至少一种，其中，k＝1～10；Q＝1或2。优选地，所述硅烷偶联剂选自具有下列结构式的化合物中的至少一种，但不局限于以下结构式的化合物：