[发明专利]用涂覆有含铝层的炭黑补强的轮胎用橡胶组合物

说明书

本发明涉及用于生产轮胎或轮胎半成品，特别是轮胎的外胎面的二烯橡胶组合物和涉及能够补强此种橡胶组合物的补强性填料。

为减少汽车的油耗和污染，轮胎设计者们已进行了许多尝试以使轮胎具有：极低的滚动阻力，在干地和湿地或雪地上均有改进的抓着力以及极好的耐磨性。

已经提出了许多解决方案以降低轮胎的滚动阻力，并提高其抓地性，但这些通常导致了耐磨性的急剧下降。具体地说，众所周知在用于生产轮胎，特别是轮胎胎面的橡胶组合物中，引入常用的白色填料，诸如二氧化硅(SiO₂)、氧化铝(Al₂O₃)、氧化钛(TiO₂)、碳酸钙、滑石、粘土如膨润土或高岭土，将导致滚动阻力的减小，以及提高对湿地、雪地或冰地的抓着力，但是它也导致了令人难以接受的耐磨性的下降，这是由于这些常用白色填料对这些橡胶组合物没有足够的补强能力。因此，通常将这些白色填料称为非补强性填料，或惰性填料。

专利申请EP-A-0 501227介绍了一种解决该问题的有效方法，其公开了一种用高度分散的沉淀二氧化硅补强的特定二烯橡胶组合物，该组合物可以生产具有改进滚动阻力的轮胎，而不会影响轮胎的其它性能，特别是抓地性、耐久性和耐磨性。

自从专利申请EP-A-0 501227公布之后，对于用二氧化硅补强的组合物的兴趣又广泛地流行起来。但是二氧化硅通常比炭黑更难于分散。此外，与炭黑填充的组合物相比，公知二氧化硅填充的组合物具有下述缺点，首先在未硫化态下难以加工(即转变适应性或“加工性”)，其次具有很高的电阻。

不但滞后性和抓地性提高、而且易于在非硫化态加工、具有高补强性且因此具有高耐磨性，以及还具有高的导电性的组合物因此是轮胎制造商极其欢迎的。

在研制这种组合物的过程中，申请人发现了一种新型组合物，其由于含有一种特定补强性填料，它出人意料地能满足上述相互矛盾的要求。

因此，本发明的第一个主题是一种可用于生产轮胎的硫磺硫化型橡胶组合物，其包含至少一种二烯弹性体、一种补强性填料及连接补强性填料和弹性体的一种偶联剂，该组合物的特征在于，所述的补强性填料是全部或部分地由具有下列特性的所谓“改性”炭黑制成的：

Ⅰ)其至少部分地涂覆有一层氧化铝和/或氢氧化铝；

ⅱ)其的BET比表面积为30～400m²/g；

ⅲ)其平均颗粒尺寸(重量)d_w为20～400nm；

ⅳ)其解聚速率α，以所谓的超声波解聚测试在600瓦超声波探头的10％功率下测量，大于1×10^-3μm^-1/s。

本发明的组合物由于这个改性炭黑和其特定的组合性能，特别是其特别的表面性能，所以其不仅具有改进的滞后性和抓地性能，而且具有很高的导电性。

虽然包含具有改性表面并涂覆含硅层的炭黑作为补强性填料的橡胶组合物已在近来的专利申请中有介绍(参见，例如EP-A-0711805、EP-A-0799854、EP-A-0799867和WO96/37547)，但这些新型组合物及其在轮胎方面的潜在用途仍然很少为轮胎生产商所了解。与用涂覆有含硅层的炭黑填充的这些组合物相比，本发明的组合物明显的优点在于，在它们的补强性填料表面上沉积了由通常比二氧化硅更稳定且更具有化学活性的氧化铝和/或氢氧化铝形成的含铝表面层，因此能更好地与炭黑相粘附，并比含硅层更具反应性。此外，与二氧化硅，甚至是高分散的二氧化硅填充的组合物相比，本发明的组合物具有更易于在未硫化态下加工的优点。

专利申请WO97/42256介绍一种其中包括了直接用经处理的炭黑作补强性填料的二烯橡胶组合物，所述炭黑是在炭黑用合成反应器中，以各种金属化合物，特别是不同金属(例如铝、锌、镁、钙、钛、钒、钴、镍、锆、锡、锑、铬、钕、铅、碲、钡、铯、铁和钼)的氧化物、氢氧化物或碳化物直接处理的。这样在合成反应器中以极高温度处理的炭黑实际上由具有二相的混合聚集体或颗粒组成，它们是通过炭黑与金属化合物的均匀混合物而制成的，金属化合物位于聚集体的内部和表面附近；具体说来，金属原子的含量占最终聚集体重量的50％，甚至达到99％(重量)。可以理解的是，如果这种混合填料以某种方式，例如通过适当的化学处理，除去其中的金属化合物组分，它们将没有常用炭黑的结构和性质，而是具有高孔隙度的含碳残余物的结构和性质。因此，必须不要将在WO97/42256中所介绍的这种处理过的炭黑与仅仅涂了一层金属化合物层的炭黑相混淆，后者一旦涂层被抹去，就将重新恢复其最初的结构。