[发明专利]适用于轮胎胎面的橡胶

说明书

本发明是关于一种溶液型苯乙烯丁二烯橡胶(styrene butadiene rubber；SBR)的橡胶组成，特别是关于一种适用于轮胎胎面的橡胶。

本发明的橡胶组成，基本上是由至少各一种以上的低分子量已偶合的共轭二烯和乙烯基芳香烃的共聚物或共轭二烯单聚物，以及至少各一种以上的中等分子量的未偶合和高分子量已偶合的共轭二烯和乙烯基芳香烃的共聚物所构成。这橡胶组成的偶合部分是由锡、磷、镓、硅等化合物所偶合，而偶合中心原子是锡、磷、镓、硅。依本发明制成的橡胶，不仅在碾轧(mill)、混炼机(banbury)等加工工艺中有大幅度改善，而且较传统的溶液型SBR具有更低的滚动阻力(即较低的汽、柴油消耗)和更高的湿地抓地力(即较高的煞车安全性)。本发明制成的弹性体可适用于轮胎的胎面胶，尤其是赛车胎或充气式轮胎(pneumatic tire)。

在传统溶液型SBR中，有以连续制备而制得的，并其分子量分布较宽，但这种溶液型SBR受苯乙烯/丁二烯反应速率比率的限制，难以在丁二烯单体单元的微观结构中改变乙烯基含量，同时这种溶液型SBR因其末端官能基大部分都未改质，因而在混练过程中不易与碳黑均匀混合，而且与碳黑的结合力较弱，所以无法同时兼顾低滚动阻力与高湿地抓地力的矛盾性的需求。另外，溶液型SBR中也有以分批式制备而制得的，而其分子量分布较窄，包括未偶合的苯乙烯/丁二烯共聚物和偶合中心为锡、磷、镓、硅等原子的苯乙烯/丁二烯共聚物。这种共聚物因分子量分布较窄，结果在碾轧、混炼机等加工作业时易于造成粘结而不易脱除的素练情形，使得这类共聚物在轮胎胎面胶的使用上受到限制。而本发明则去除上述溶液型SBR的缺点，并且具有优越的碾轧、混炼机等加工作业，可同时满足低滚动阻力与高湿地抓地力等矛盾性的需求。

本发明中所用的“乙烯基含量”一词是指共轭二烯单元在1,2或3,4位置聚合的重量比率，例如共轭二烯为1,3-丁二烯时为1,2结构，共轭二烯为异戊二烯时则为1,2或3,4结构之总和。

美国第3,980,625号专利中提到，为了降低溶液型SBR的冷流现象及加工作业性差的缺点，采用在连续制备中回流部分反应槽的出口胶液以提高分子量分布。通常是以含高低不同门尼粘度(Mooney viscosity)橡胶的胶液相互混合而成，且必须在不同反应槽先进行反应后再掺合处理。采用该专利的方法，可克服含高低不同门尼粘度橡胶的胶液掺合制程所存在的缺点。然而由于该专利中未采用末端官能基改性也未使用偶合剂处理，因而与碳黑的相容性不好，这类制备工艺所合成的溶液型SBR难以适用于轮胎胎面。但是依本发明所合成的橡胶，不但分子量分布宽而且有部分经偶合中心被锡、磷、镓、硅等化合物所偶合的支链(分歧)型SBR，不仅可克服加工作业性的困难而且可强化与碳黑之间相容性和键结情形。

美国第4,866,131号专利中提到，在高性能轮胎中添加大量芳香烃油作为软化剂以提高路面抓地力，亦即可获得较高的tanδ(即增加迟滞损失量)，然而上述做法会不利于破坏强度、耐磨阻抗和爆胎阻抗等。以往制造赛车级高性能轮胎时，为了获取较高的迟滞损失量，是采用由乳化聚合法所得的高苯乙烯含量的苯乙烯/丁二烯橡胶，然而这类橡胶具有硫化性差、破裂强度低和爆胎阻抗低的情形，而使用本发明的溶液型共轭二烯/乙烯基芳香烃共聚物就可改善这一缺点。美国第4,866,131号专利中也述及，以低分子量的(分子量范围约为2000至50000)苯乙烯/丁二烯橡胶取代芳香烃油而使用于溶液型橡胶，但该分子量范围的产品必须耗用极大量的起始剂，且会在反应终止后产生大量无法溶解于溶剂中的无机物(例如：氯化锂、氢氧化锂等)。同时，这类聚合物必须额外增加一个反应槽，然后与后续的苯乙烯/丁二烯橡胶在不同槽中混合。但在本发明的溶液型共轭二烯/乙烯基芳香烃共聚物中，就含这类低分子量的共聚物，且可于同一反应槽中进行相关反应，不必经过掺合程序，也不会产生大量无法溶解的无机物的问题，大幅度改善美国第4,866,131号专利的缺点。