[发明专利]橡胶组合物和用所述橡胶组合物制备的气胎

说明书

本发明涉及包括二氧化硅和硅烷偶联剂的橡胶组合物和气胎，本发明更特别涉及这样一种橡胶组合物和气胎，即其中抑制在150℃或更高的温度下混合期间因硅烷偶联剂造成的聚合物胶凝，使二氧化硅和硅烷偶联剂的反应有效进行，而不降低操作性。

迄今为止，炭黑被用作橡胶的增强填料，因为炭黑与其它填料相比提供更高的增强性能和更优异的耐磨性能。最近，由于社会要求节约能量和节约资源，特别是降低汽车的燃料消耗，因此也需要降低在配混橡胶中的生热性能。

对于通过使用炭黑降低配混橡胶的生热性能，考虑使用少量炭黑或使用具有大颗粒尺寸的炭黑。然而，公知的是，在这两种方法中，降低生热性能与改进橡胶组合物的增强性能和耐磨性能相矛盾。

另一方面，二氧化硅作为填料是已知的，该填料使配混橡胶的生热性能降低，并迄今已申请了很多专利，例如日本专利申请特开平-3-252431。

然而，二氧化硅颗粒趋于通过氢键合硅烷醇基团(它是二氧化硅颗粒表面上的基团)粘附在一起。为改进二氧化硅颗粒在橡胶中的分散性，必须延长混合时间。当二氧化硅颗粒在橡胶中的分散性不充分时，造成的问题是因门尼粘度升高，在加工如挤出等中的加工性降低。

此外，二氧化硅颗粒的表面是酸性的。因此存在的问题是吸附用作硫化促进剂的碱性物质，使硫化不能充分进行，并且不能获得足够的弹性模量。

为解决这些问题，已开发了各种硅烷偶联剂。例如，使用二氧化硅偶联剂作为增强材料描述于日本专利申请昭50-29741中。然而，使用二氧化硅偶联剂作为增强材料仍不足以使橡胶组合物的断裂性能、操作性能和加工性能改进至高标准。其中同时使用二氧化硅和硅烷偶联剂作为增强材料的橡胶组合物描述于日本专利申请昭51-20208等中。然而，同时使用二氧化硅和硅烷偶联剂作为增强材料的这种方法存在的缺点是，未固化配混橡胶的流动性特别差，并且操作性和加工性降低，尽管可显著改进配混橡胶的增强性能并改进其断裂性能。

其中使用硅烷偶联剂的常规工艺的缺点是由如下机理造成的。当橡胶的混合温度降低时，在二氧化硅表面上的硅烷醇基团不与硅烷偶联剂充分反应，因此不能获得增强效果。二氧化硅在橡胶中的分散性也差，这导致降低低生热性能，该性能是含二氧化硅的橡胶组合物的致命点。此外，通过二氧化硅表面上的硅烷醇与硅烷偶联剂反应形成的某些醇在混合期间因低混合温度不能完全蒸发，并且在挤出过程中橡胶中的残余醇蒸发而形成气泡。

另一方面，当混合在150℃或更高温度进行时，二氧化硅表面上的硅烷醇与硅烷偶联剂充分反应，因此改进了增强性能。由于改进了二氧化硅在橡胶中的分散性，因此获得具有良好低生热性能的混合橡胶，并且抑制了在挤出过程中气泡的形成。然而，在此温度范围内，同时产生因硅烷偶联剂造成的聚合物胶凝，并且门尼粘度显著增加。因此，在后一阶段中的加工性实际上变得不可能。

因此，当硅烷偶联剂与二氧化硅并用时，多步骤混合必须在温度低于150℃下进行，并且生产率不可避免地显著降低。

本发明在于解决常规工艺的上述问题，并提供一种橡胶组合物，其中抑制了在150℃或更高温度下混合期间因硅烷偶联剂造成的聚合物胶凝，这样在不降低加工性的条件下二氧化硅与硅烷偶联剂的反应有效进行，和提供一种用该橡胶组合物制备的气胎。

为解决上述问题，本发明人通过对包括二氧化硅的橡胶组合物进行了广泛研究，发现当确定了硅烷偶联剂中所含各种化合物中的键合硫的分布时，即使在150℃或更高温度下混合橡胶组合物也可抑制配混橡胶的门尼粘度增加，同时可获得具有优异低生热性能和加工性能的橡胶组合物。基于此知识，完成了本发明。

以下为本发明内容：(1)一种橡胶组合物，包括橡胶组分，该橡胶组分包括至少一种选自天然橡胶和二烯烃合成橡胶的物质；按100重量份橡胶组分计10至85重量份的二氧化硅，和按二氧化硅的量计1至20wt％的一种由如下通式表示的硅烷偶联剂：(C_nH_2n+1O)₃Si-(CH₂)_m-S_y-(CH₂)_m-Si(C_nH_2n+1O)₃        (I)其中n表示1至3的整数，m表示1至9的整数，y表示1或具有一定分布的更大的正数，-S_y-的分布满足如下关系式：