[发明专利]生产基于二氧化硅的增强填料的可硫化橡胶组合物的方法

说明书

概而言之，本发明涉及在可交联的不饱和链聚合物基中包括低含量炭黑并加入部分或全部取代炭黑的基于二氧化硅的增强填料类型的可硫化橡胶组合物。

本发明更特别涉及生产上述类型组合物的方法以及由所述组合物制得的胎面。

整个下面的说明书和后面的权利要求中，术语可交联的不饱和链聚合物基，是指任何未交联的聚合物，可以是天然的也可以是合成的，它们通过用基于硫的体系交联(硫化)可以呈现其弹性体的所有物化和机械特性。正如周知的，对于生产轮胎的因素，研究的重点是尽可能多减少轮胎的滚动阻力。

为此，现有技术中已提出在生产胎面中使用炭黑含量低的橡胶组合物。

在这些橡胶组合物中，炭黑被无机的，所谓″浅色的″增强填料，如石膏、滑石、高岭土、膨润土、二氧化钛、各种硅酸盐，特殊的二氧化硅部分或全部取代。

然而，由于二氧化硅与组合物的聚合物基质亲合性差，在聚合物基质中通常加入能使二氧化硅与聚合物基质化学键合的合适偶联剂。

因此，例如在US 5227425中，公开了滚动阻力低的胎面用橡胶组合物，它通过将包括乙烯基含量为5至50％的共轭二烯与乙烯基芳族化合物的共聚物与大量的作为填料的二氧化硅和基于硅烷的偶联剂混合制得。

类似地，在欧洲专利申请EP-A-0447066中公开了具有滚动阻力低的胎面用组合物，其中用于使二氧化硅与聚合物基化学键合的基本组分是基于硅烷的偶联剂。

根据现有技术的反复教导和通过所述偶联剂生产厂提供的各种说明(见(例如)出版物″SILICA BASED TREADCOMPOUNDS：BACKGROUND AND PERFORMANCE″，P14，表1V，由Degussa在Basel1993年10月28-29日举行的会议TYRETECH′93上发表)，二氧化硅和偶联剂应在组合物制备过程中加入并同时掺入组合物中，以达到二氧化硅与偶联剂在后面的硫化操作过程中与聚合物基质化合键合的所需效果。

然而，将二氧化硅与偶联剂同时掺入组合物中需要在组合物的混合和机加工操作中严格限制可达到的最大温度。

事实上在组合物制备过程中，首要避免偶联剂的不可逆热降解，温度必须不超过160°至165℃。

但是遵守上述温度限制，包括显著降低混合的机械活动性，而这对于将二氧化硅最佳分散于聚合物基质中是必须的。

二氧化硅在组合物中分散不充分会造成很多缺陷，主要原因在于橡胶组合物从一个区域到另一个区域物化机械性能的过分可变性和不均匀性。

尤其是在由上述组合物生产胎面的多种尝试中，已观察到由如此生产的橡胶组合物制得的胎面拉伸极为困难并且尺寸可变。

在所有这些缺陷中，另一个不可忽略的缺点是，减少了用于生产胎面的拉伸设备的生产能力。

实际上，用现有技术中已知的包括高含量二氧化硅的橡胶组合物，不能保持通常用于常规橡胶组合物的拉伸速度，而必须降低速度如以确保从拉伸台出来的组合物温度为约120℃。

用拉伸速度等于常规速度的约50％可得到这一结果。

事实上，在高速度时在胎面中发现多孔区域，它明显损害了胎面的尺寸特性的稳定性。

这类区域的起因基本上认为是由于高的拉伸速度造成的高温使橡胶组合物中所含的与二氧化硅结合的水的快速蒸发所至。

显然，拉伸速度越快(因而组合物达到的温度越高)，这种不利现象的证据就越多。

设备单位时间内的生产能力显著下降，结果是明显影响生产时间和成本。

本发明涉及的技术问题是提供一种掺入至少一种基于二氧化硅的增强填料的可硫化橡胶组合物，该组合物既改进了二氧化硅的分散性又改进了物化机械特性和可加工性。

因此根据第一方面，本发明涉及一种生产具有基于二氧化硅的增强填料的可硫化橡胶组合物，其特征在于它包括下列步骤：—  在温度为165°至180℃下并在基本无二氧化硅偶联剂的条件下，将可交联的不饱和链聚合物基，至少一种基于二氧化硅的增强填料与必要时一种或多种非交联组分彻底混合；—  在如此制得的橡胶组合物中，加入至少一种基于硅烷的二氧化硅偶联剂和必要时第二部分所述基于二氧化硅的增强填料；—  在温度为110°至160℃下，使得到的橡胶组合物彻底混合；—  在温度低于硫化温度下加入合适的硫化剂并使其均匀分散在整个所述橡胶组合物中。

在下面的叙述和所附的权利要求中，术语基于二氧化硅的增强填料是指基于二氧化硅、硅酸盐和其混合物的表面积为100至300m²/g(如根据BET方法测量)的增强填料。