掺有硅处理炭黑的弹体配混料制造技术

一种弹体配混料，含有弹性体和硅处理的炭黑，其中与没有处理的炭黑相比，所述的硅处理的炭黑赋予弹性体较差的耐磨性，在低温下相差不大或提高的损耗角正切值和在高温下较差的损耗角正切值。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及显示出改进了滞后性质的新的弹体配混料。更具体地，本专利技术涉及新型的掺有硅处理炭黑的弹体配混料和从这样的配混料制造的产品。
技术介绍
在橡胶和其它弹体配混料的配混和制备中，炭黑被广泛地用作颜料，填料和补强剂。炭黑在制备用于生产轮胎的弹体配混料中作为补强剂是特别有用的。通常在炉式反应器中通过用热燃烧气使烃原料热解从而生产出含有颗粒炭黑的燃烧产物来生产炭黑。炭黑以聚集体的形式存在。该聚集体本身又由炭黑颗粒制成。然而，炭黑颗粒一般并非以与炭黑聚集体无关的形式存在。根据分析性质，炭黑的一般特征包括，但不限于粒径和比表面积；聚集体大小、形状、和分布；以及表面的化学和物理性质。通过本领域已知的实验分析测定炭黑的这些性质。例如，氮吸附表面积(用ASTM实验方法的D3037-方法A测定)和溴化十六烷基三甲基铵吸附值(CTAB)(用ASTM实验方法的D3765测定)测定比表面积。粉碎炭黑的邻苯二甲酸二丁酯吸附(CDBP)(用ASTM实验方法的D3493-86测定)和未粉碎炭黑的邻苯二甲酸二丁酯吸附(DBP)(用ASTM实验方法的D2414-93测定)涉及到聚集体的结构。结合橡胶值涉及到炭黑的表面活性。给定炭黑的性质取决于生产方法，并且例如通过改变温度，压力，原料，停留时间，骤冷温度，生产率，和其它参数可以进行调节。在生产轮胎中，当其构成轮胎的外胎和其它部分时，一般希望使用含炭黑的配混料。例如，合适的外胎配混料使用配混的弹性体以便提供在不同温度下高的耐磨性和良好滞后平衡。具有高耐磨性的轮胎是需要的，因为耐磨性与轮胎寿命成正比。炭黑的物理性质直接影响到外胎配混料的耐磨性和滞后性。通常，具有高比表面积和小粒径的炭黑赋予外胎高的耐磨性和高的滞后性。炭黑填充量也影响弹体配混料的耐磨性。耐磨性随填充量增加而提高，至少到一个最佳点，超过该点耐磨性实际上降低。弹体配混料的滞后性与在循环变形下消耗的能量有关。换言之，弹性组合物的滞后性与施加的使该弹性组合物变形的能量和当该弹性组合物恢复到开始的未变形状态所释放的能量之差有关。滞后性的特征在于损耗角正切值，tanδ，它是损耗模量与储能模量(即粘性模量与弹性模量)之比。用具有在较高温度(例如40℃或更高)测定的较低滞后性的轮胎外胎配混料制备的轮胎具有降低的抗滚动性，这又导致降低了使用该轮胎车辆的燃料消耗。同时，具有在低温(例如0℃或更低)测定的较高滞后性的轮胎外胎导致轮胎具有高的湿牵引力和抗滑性，这增加了驾驶安全性。因此，可以说显示出高温低滞后性和低温高滞后性的轮胎外胎配混料具有良好的滞后平衡。还有其他许多应用，在这些应用中提供显示出良好滞后平衡弹性体是有用的，但耐磨性不是重要因素。这样的应用包括，但不限于轮胎组份例如胎面垫胶、胎肩垫胶配混料、轮胎侧壁、轮胎胎壳、轮胎脊、轮胎边填料和导线表面薄覆盖层；发动机座；和在工业驱动和自动传送带中使用的基本配混料。也使用二氧化硅作为弹性体补的强剂(或填料)。然而，与单独用炭黑作为补强剂得到的结果相比，单独使用二氧化硅作为用于弹性体的补强剂导致性能差。理论上说强的填料-填料相互作用和差的填料-弹性体相互作用是二氧化硅性能差的原因。通过用化学偶联剂例如可从Degussa AG，Germany得到的双(3-三乙氧基甲硅烷基丙基)四硫烷将两个物质化学键合可以改进二氧化硅-弹性体的相互作用。偶联剂例如Si-69在弹性体和二氧化硅之间形成化学键，因此将二氧化硅偶联到弹性体上。当将二氧化硅化学偶联到弹性体上时，增强了所得弹性体组合物的某些性能特性。当将这样的弹体配混料加入进车辆轮胎中时，该弹体配混料提供了改进的滞后平衡。然而，含有二氧化硅作为基本补强剂的弹性体配混料显示出低的导热性、高的电阻率、高的密度和差的加工性。当在弹性组合物中仅用炭黑作为补强剂时，它没有化学偶联到弹性体上，但炭黑表面提供了很多用于与弹性体相互作用的部位。尽管与炭黑一起使用偶联剂可以给弹性组合物提供某些性能上的改进，但该改进不能与当与二氧化硅一起使用偶联剂时得到的相比。本专利技术的目的是提供显示出改进滞后平衡的新的弹体配混料。本专利技术的另一个目的是提供掺有硅处理炭黑的弹体配混料。本专利技术的再一个目的是提供掺有硅处理炭黑的弹体配混料，其中用偶联剂可以将该炭黑有效地偶联到该弹性体上。这样的炭黑可以用于例如，轮胎配混料、工业橡胶产品和其它橡胶物品。本专利技术的又一个目的是提供硅处理的炭黑/弹性配方，该配方使用了在各种产品应用中有用的各种弹性体。通过下面的说明书和权利要求书本专利技术的其它目的将变得显而易见。附图简述附图说明图1是一种可以用于生产本专利技术硅处理炭黑的炭黑反应器的部分示意图。图2是说明本专利技术弹性组合物进行结合橡胶实验结果的图。图3a，3b和3c是说明对本专利技术弹性的组合物在不同温度和应变下测定的滞后值的图。图4a-4d是在本专利技术中有用的炭黑与现有技术炭黑相比较的显微电镜照片。专利技术概述本专利技术涉及弹体配混料，该配混料包括弹性体和硅处理的炭黑，和任选地包括偶联剂。考虑和公开了各种弹性体和使用这样弹性体的配方。与没有处理的炭黑相比，该硅处理的炭黑赋予弹性体较差的耐磨性，在高温下较差的滞后性和在低温下相差不大或提高的滞后性。还公开了掺有弹性体和氧化的、硅处理过的炭黑的弹体配混料。也公开了用该处理过的炭黑配混的弹性体的制备方法和从这样的配混料生产的产品。专利技术详述本专利技术人发现通过将弹性体与硅处理的炭黑配混可以得到具有理想滞后性和其它性质的弹体配混料。在该硅处理的炭黑中，含硅物质包括，但不限于硅的氧化物和碳化物，它可以分布在炭黑聚集体的至少一部分作为该炭黑的固有部分。与没有处理的炭黑相比，在包括弹性体和硅处理炭黑的弹体配混料中，该硅处理的炭黑赋予弹性体较差的耐磨性，在低温下相差不大或提高的损耗角正切值和在高温下较差的损耗角正切值。硅处理的炭黑聚集体不代表分离的炭黑聚集体和分离的二氧化硅聚集体的混合物。相反地，本专利技术的硅处理的炭黑聚集体在炭黑聚集体的表面或其中包括至少一部分含硅区域。当在STEM-EDX下检查该硅处理的炭黑时，发现相应于含硅物质的硅信号存在于各个炭黑聚集体中。例如，与二氧化硅和炭黑的物理混合物相比，在STEM-EDX检查发现明显分离的二氧化硅和炭黑聚集体。可以通过在可挥发的含硅配混料存在下制备炭黑来得到硅处理的炭黑。优选在如图1所述的组合式(modular)或“分级”的炉法反应器中来生产这样的炭黑。该炉法反应器包括具有收缩直径区2的燃烧区1；具有限定直径3的原料注射区；和反应区4。为了用上述反应器生产炭黑，通过将液体和气体燃料与合适的氧化剂流例如空气，氧气，或空气和氧气的混合物接触，来在燃烧区生成热燃烧气。在适用于在燃烧区1与氧化剂流接触从而生成热燃烧气的燃料中，包括任何容易燃烧的气体，蒸气或液体流，例如天然气，氢，甲烷，乙炔，醇，或酮。然而，一般优选使用具有高含量含碳组份的燃料，和特别地，使用烃类。空气与燃料之比随使用燃料的类型而变化。当使用天然气生产本专利技术炭黑时，空气与燃料之比可以为约10∶1-约1000∶1。为了便于生成热燃烧气，可以将该氧化剂流预热。热燃烧气流从区域1和2向下游流动进入区域3和4。在图1中用箭头说明了热燃烧气的流动方向。在位置7将原料6加进原料注射区3。通过本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：卡莱德·马哈慕德，王梦蛟，罗伯特·A·弗朗西斯，詹姆斯·A·贝尔蒙特，
申请(专利权)人：卡伯特公司，
类型：发明
国别省市：