專利名稱：輪胎組件中的木質(zhì)素的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及輪胎組件，且更具體地，本發(fā)明涉及含有木質(zhì)素的輪胎組件。
背景技術(shù)：
橡膠組合物由未處理的天然橡膠的使用發(fā)展至復(fù)雜的聚合體系的使用，所述聚合 體系的使用可用于如車輛輪胎、減震器和其他彈性體產(chǎn)品的產(chǎn)品的合成彈性體聚合物配 制。在橡膠產(chǎn)品的發(fā)展早期，混合器將填料分散至彈性體中以提供給橡膠組合物物理增強 和/或體積(bulk)。炭黑是常用作填料的第一材料之一。其他材料也可用作填料，一些用 于增強，一些提供體積，一些用于增強和體積兩者，這種材料包括例如二氧化硅、粘土和碳 酸鈣。本領(lǐng)域已知的這些和其他填料可在橡膠組合物中單獨使用或結(jié)合使用。盡管填料是公知的并提供給包含它們的彈性體產(chǎn)品獨特的益處，仍然持續(xù)尋找可 滿足這些產(chǎn)品的消費者需求的新型且較便宜的填料。輪胎工業(yè)尤其尋求滿足在較低成本下 更好的車輛輪胎性能的需求的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的特定具體實施方案包括一種由基于一種橡膠組合物的材料制成的車輛 輪胎，所述橡膠組合物含有未磺化木質(zhì)素的顆粒。本文所用的術(shù)語“基于”認為橡膠制品或 橡膠組件由硫化或固化的橡膠組合物(其在它們組裝之時是未固化的)制成。因此固化的 橡膠組合物是“基于”未固化的橡膠組合物。可由含有未磺化木質(zhì)素顆粒的組合物形成的特定的輪胎組件包含車輛輪胎的胎 側(cè)、車輛輪胎的底胎面或車輛輪胎的胎側(cè)和底胎面兩者。因此，具體實施方案包括一種具有 胎側(cè)和底胎面的車輛輪胎，所述胎側(cè)、底胎面或者胎側(cè)和底胎面兩者基于一種橡膠組合物， 所述橡膠組合物包含高度不飽和二烯彈性體、胎體級炭黑和包含至少70重量％的未磺化 木質(zhì)素的顆粒，其中所述顆粒構(gòu)成顆粒和炭黑總重量的不超過50重量％。本發(fā)明的另一具體實施方案包括一種用于翻新輪胎的胎面帶，所述胎面帶具有頂 部部分和底胎面部分，所述底胎面部分基于一種包含如下的橡膠組合物高度不飽和二烯 彈性體、胎體級炭黑和包含至少70重量％的未磺化木質(zhì)素的顆粒，其中所述顆粒為顆粒和 炭黑總重量的不超過50重量％。通過本發(fā)明的特定具體實施方案的如下的更詳細的描述，本發(fā)明的前述和其他目 的、特征和優(yōu)點將是顯而易見的
具體實施例方式車輛輪胎由多個部件或組件組成，每一個部件或組件在輪胎中表現(xiàn)特定的功能。 通常，輪胎包括一對環(huán)箍形式的胎圈用于固定簾布層并用于提供將輪胎鎖定至車輪總成 (wheel assembly)的方式。在胎圈之間延伸的簾布層由用作輪胎外殼中的主要增強材料的 簾線組成。輪胎進一步包括在胎面之下環(huán)繞輪胎周向延伸的用于加強外殼和胎面的帶束。胎面為接觸馬路或其他駕駛表面的輪胎部分。輪胎的胎側(cè)保護簾布層免于馬路危害和臭 氧，并通常為在胎面和胎圈之間延伸的輪胎的最外部的橡膠組件。一些輪胎胎面具有頂部/底胎面結(jié)構(gòu)，將頂部設(shè)計為接地的且最外表面配備花紋 塊和花紋溝，將底胎面設(shè)計為在頂部之下并支撐頂部。因此底胎面位于胎面頂部和輪胎胎 體之間。底胎面不旨在為接地的，因此不旨在具有與頂部相同的性質(zhì)，例如良好的牽引和良 好的磨耗性。本發(fā)明的具體實施方案包括橡膠組合物和用橡膠組合物制得的制品，所述橡膠組 合物具有包含至少70重量％的未磺化木質(zhì)素的顆粒作為填料。本發(fā)明的具體實施方案包 括具有由橡膠組合物制得的胎側(cè)和/或底胎面的車輛輪胎，所述橡膠組合物具有含木質(zhì)素 的顆粒。車輛輪胎可包括，例如，客車輪胎、輕型貨車輪胎、貨車輪胎、工程機械輪胎和飛機 輪胎。木質(zhì)素為復(fù)雜的高分子量聚合物，性質(zhì)為天然酚類，與植物和樹木中的纖維素緊 密相關(guān)。木質(zhì)素為在木頭中存在的第二最豐富的一類化學(xué)物質(zhì)，纖維素為最豐富的化學(xué)物 質(zhì)?？捎糜诒景l(fā)明的特定具體實施方案中的未磺化木質(zhì)素自用于溶解木質(zhì)素的黑液(包含 NaOH和Na2S)回收，由此在牛皮制漿(kraft pulping)操作過程中從纖維素分離。在特定的具體實施方案中，回收的木質(zhì)素產(chǎn)物被噴霧干燥以提供自由流動性粉 末。由于纖維素纖維已在制漿過程中得以去除，木質(zhì)素顆粒為基本上不含纖維的顆粒。合 適的木質(zhì)素的例子為INDULINAT，其為木質(zhì)素含量為97重量％，并可購自MeadWestvaco Corporation的自由流動性粉末形式的牛皮(kraft)松木質(zhì)素。本發(fā)明的特定具體實施方案包括橡膠組合物和由其制得的制品，所述橡膠組合物 包含具有至少70重量％的未磺化木質(zhì)素(或者在其他具體實施方案中，至少80重量％，至 少90重量％，至少95重量％或至少97重量％的未磺化木質(zhì)素)的木質(zhì)素顆粒。木質(zhì)素通 常通過在回收過程中去除被捕獲于木質(zhì)素中的鹽而進行純化。特定的具體實施方案可進一 步限定木質(zhì)素為來自軟木材來源(如松樹)的未磺化木質(zhì)素。來自軟木材來源的未磺化木 質(zhì)素可進一步限定為僅包含不溶于水且未磺甲基化(其為使得這種木質(zhì)素可溶于水的過 程)的那些?？捎糜诎囕v輪胎的胎側(cè)和底胎面的橡膠制品的組合物的特定具體實施方案 除了包含含有未磺化木質(zhì)素的顆粒之外，可包含高度不飽和二烯彈性體和胎體級炭黑。二烯彈性體或橡膠應(yīng)理解為意指至少部分(即均聚物或共聚物)由二烯單體(具 有兩個碳-碳雙鍵的單體，無論是否共軛)得到的那些彈性體?；旧喜伙柡偷亩椥泽w 應(yīng)理解為意指至少部分由共軛二烯單體得到，并具有15摩爾％以上的二烯源(共軛二烯) 成員(members)或單元含量的那些二烯彈性體。因此，例如，二烯彈性體，如丁基橡膠、丁腈橡膠或乙烯-丙烯二烯三元共聚物 (EPDM)型或乙烯-乙酸乙烯酯共聚物型的二烯和α-烯烴的共聚物不落入前述定義，并可 被特別地描述為“基本上飽和的”二烯彈性體(低或極低的二烯源單元含量，即15摩爾％ 以下)。本發(fā)明的特定具體實施方案不包含基本上飽和的二烯彈性體。在基本上不飽和的二烯彈性體的類別中，高度不飽和的二烯彈性體應(yīng)理解為特別 意指具有50mol%以上的二烯源(共軛二烯)單元含量的二烯彈性體。本發(fā)明的特定具體 實施方案可不僅不包含基本上飽和的二烯彈性體，也不包含基本上不飽和的非高度不飽和的二烯彈性體。適用于本發(fā)明的特定具體實施方案的橡膠彈性體包括高度不飽和二烯彈性體，例 如聚丁二烯(BR)、聚異戊二烯(IR)、天然橡膠(NR)、丁二烯共聚物、異戊二烯共聚物和這些 彈性體的混合物。也適用于本發(fā)明的特定具體實施方案的是為共聚物，并包括例如丁二烯-苯乙烯 共聚物(SBR)、丁二烯-異戊二烯共聚物(BIR)、異戊二烯-苯乙烯共聚物(SIR)和異戊二 烯-丁二烯-苯乙烯共聚物(SBIR)、其混合物和/或與其他基本上不飽和的和/或高度不 飽和的橡膠彈性體的混合物的橡膠彈性體。也適用于本發(fā)明的特定具體實施方案的是包括例如天然橡膠、合成順-1，4-聚異 戊二烯和其混合物和/或與其他基本上不飽和的和/或高度不飽和的橡膠彈性體的混合物 的橡膠彈性體。這些合成順-1，4-聚異戊二烯特征在于具有90摩爾％以上，或者可替代地 98摩爾％以上的順-1，4鍵。應(yīng)注意任何基本上不飽和的和/或高度不飽和的彈性體可在特定具體實施方案 中用作官能化的彈性體。這些彈性體可通過在封端彈性體之前或代替封端彈性體使它們與 合適的官能化試劑反應(yīng)而得以官能化。示例性的官能化試劑包括但不限于金屬鹵化物、非 金屬鹵化物、烷氧基硅烷、含亞胺的化合物、酯、酯-羧酸金屬絡(luò)合物、烷基酯羧酸金屬絡(luò)合 物、醛或酮、酰胺、異氰酸酯、異硫氰酸酯、亞胺和環(huán)氧化物。本領(lǐng)域技術(shù)人員公知這些類型 的官能化彈性體。盡管特定具體實施方案可包括一種或多種這些官能化彈性體，其他具體 實施方案可包括與一種或多種非官能化的基本上不飽和的和/或高度不飽和的彈性體混 合的一種或多種這些官能化的彈性體。胎體級炭黑也包含于本文公開的橡膠組合物的特定具體實施方案中。在橡膠和其 他彈性體化合物的混合和制備中，炭黑廣泛用作顏料、填料和增強劑。在用于輪胎制造的彈 性體化合物的制備中，這些材料特別可用作增強劑。用于輪胎工業(yè)中的炭黑的兩個通常類別為胎面級炭黑和胎體級炭黑。炭黑根據(jù)由 ASTM編號D1765提供的標準分類體系進行分類。根據(jù)該標準，橡膠級炭黑使用四符號命名 法進行分類第一個符號提供炭黑對含有該炭黑的典型橡膠化合物的固化速率的影響的指 示；第二個符號，組數(shù)，提供了炭黑的平均表面積的信息；最后兩個符號為任意指定的。因 此，例如，N347炭黑描述了 “N”為對固化速率具有一般影響的炭黑；組數(shù)“3”指具有70和 99平方米/克之間的平均氮氣表面積的炭黑。認為ASTM m00-N300系列中的炭黑為胎面 級炭黑，而認為在ASTM N500-N900系列中的具有較大顆粒的炭黑為胎體級炭黑。本發(fā)明的特定具體實施方案包括橡膠組合物和由其制得的制品，所述橡膠組合物 具有胎體級炭黑和未磺化木質(zhì)素顆粒的混合物作為該橡膠組合物的填料。有利地，在橡膠 組合物中未磺化木質(zhì)素可取代至少一部分胎體級炭黑而仍然保持所需的物理性質(zhì)。在特定 具體實施方案中，未磺化木質(zhì)素顆粒構(gòu)成未磺化木質(zhì)素顆粒和胎體級炭黑的總混合物的不 超過50重量％。在其他具體實施方案中，木質(zhì)素顆粒構(gòu)成未磺化木質(zhì)素顆粒和炭黑的總重 量的不超過40重量％、20重量％或10重量％。本發(fā)明的特定具體實施方案可進一步在未固化的橡膠彈性體組合物中包含本領(lǐng) 域技術(shù)人員公知的其他組分，例如，偶聯(lián)劑、增塑劑、抗臭氧劑、樹脂、各種加工助劑、油填充 劑、表面活性劑、抗氧化劑、固化劑、固化促進劑或其組合。
本發(fā)明的特定具體實施方案也包括適用于翻新輪胎的胎面帶。多種程序和不同類 型的裝置可用于修復(fù)或翻新充氣輪胎。翻新廢輪胎的第一步驟之一是例如通過稱為拋光的 砂磨程序從輪胎胎體去除殘余的胎面材料。接著將綠色(未固化)橡膠層(緩沖膠)施用 至胎體。該擠出的未固化的橡膠層可縫合或粘合結(jié)合至胎體。接著，將胎面帶施用至緩沖 膠層的頂部。胎面帶可由頂部層和底胎面層形成，所述底胎面層由本文公開的含木質(zhì)素的 橡膠組合物制成。然后將輪胎置入高壓釜中，在壓力下加熱合適的時間以引發(fā)緩沖膠層的固化以及 緩沖膠層與胎面和胎體的結(jié)合。在熱修復(fù)過程中，胎面為未固化的橡膠，且不具有胎面圖 案。然后將輪胎置入輪胎模具中，在壓力下加熱合適的時間以固化膠層和胎面，并使得膠層 與胎面和胎體結(jié)合。術(shù)語“固化”是指橡膠化合物中的彈性體分子之間的交聯(lián)的形成，也稱 作硫化。本發(fā)明通過如下實施例進行進一步說明，如下實施例僅被認為是說明而不以任何 方式限制本發(fā)明。實施例中公開的組合物的性質(zhì)如下所述進行評估?；贏STM標準D412在啞鈴狀試樣上，在23°C的溫度下在10%、100%和300%下 測量拉伸模量(兆帕)。這些測量為基于試樣的初始截面的以兆帕計的割線模量。在測試 之前，一些試樣在77°C下的循環(huán)烘箱中老化15天。根據(jù)如下等式以百分數(shù)計的滯后損失(HL)通過在60°C下在第六次沖擊下反彈測 得EL(V0) = IOO(W0-W1)Zff1,其中Wtl為提供的能量，W1為恢復(fù)的能量。在測試之前，一些試樣在77°C下的非循 環(huán)烘箱中老化8或15天。拉伸性質(zhì)測量為斷裂伸長(％)和相應(yīng)的伸長應(yīng)力(兆帕)，其在23°C下在啞鈴狀 試樣上基于ASTM標準D412測得。動力學(xué)性質(zhì)材料的動力學(xué)特性根據(jù)ASTMD5992在MTS 831彈性體測試系統(tǒng)上測 得。記錄硫化材料的樣品(厚度為4毫米，截面為400平方毫米的圓柱狀試樣)在10赫茲 的頻率和80°C下經(jīng)受交替單正弦剪切應(yīng)力的響應(yīng)。在0.1至50% (向外周期)，然后50% 至0.1% (返回周期)的變形幅度下進行掃描。以兆帕計的在10%變形下的剪切模量G* 和損耗角tan δ的正切的最大值(最大tan δ )在返回周期過程中測定。使用與名稱為Surface ozone cracking in a chamber的用于橡膠惡化的ASTM 1149-99標準測試方法緊密相關(guān)的測試評估抗臭氧表面龜裂。在如下實施例中使用的測試 的差別在于樣品座的結(jié)構(gòu)，其為棒狀而不是根據(jù)ASTM測試方法所需的木質(zhì)塊狀座。矩形樣 品用模頭切割，然后折成一半并釘住，使得環(huán)的曲率具有18%的最大局部應(yīng)變。在將這些樣品置于臭氧室中之前，在環(huán)境條件下將這些樣品懸掛在棒上2-5天。 臭氧室條件設(shè)定為億分之(PPhm) 50臭氧下在40°C的溫度下3星期。在三個星期中每星期 評估樣品的龜裂。樣品使用由三個數(shù)字組成的RiAber Deterioration Test Grades進行評 估。第一個數(shù)字表示樣品中的龜裂數(shù)，第二個評價龜裂的寬度，第三個數(shù)字為龜裂的深度。 零表示未觀察到龜裂。循環(huán)疲勞測試在啞鈴形的65毫米長的固化的測試樣品上進行。測試在環(huán)境溫度 下通過在試樣上施加0%和75%之間的循環(huán)應(yīng)變而進行。在循環(huán)疲勞的測量中記錄每個測試樣品達到破壞的總循環(huán)數(shù)。在測試之前，一些試樣在77°C下的循環(huán)烘箱中老化15天。粘性(Tack)或粘合性(adhesive)測試在未固化的(綠色)橡膠組合物上進行以 測定它們的粘性。測試樣品通過首先將2個綠色橡膠片放在一起制得。使樣品的圓形區(qū)域 (直徑20毫米)經(jīng)受20牛頓的力一個設(shè)定時間段。測試樣品的時間為5秒和16秒。粘性 測定為當在100毫米/分鐘的設(shè)定速度下拉開兩個綠色橡膠片時，分離這兩個綠色橡膠片 所需的力(牛頓)。實施例1具有未磺化木質(zhì)素的橡膠組合物的幾種制劑使用表1所示的材料制得。如表1 所示，也制備不含未磺化木質(zhì)素的兩個對照制劑。使用兩個熱化學(xué)階段制備橡膠組合物。 首先，將彈性體、木質(zhì)素、炭黑和除了固化劑之外的所有其他成分以表1所示的含量引入 Banbury型混合器。然后在55RPM的轉(zhuǎn)速下混合該材料。繼續(xù)混合直至溫度達到145°C，此 時使混合物下降(dropped)并冷卻至約50°C。在第二階段中，將經(jīng)冷卻的混合物轉(zhuǎn)移至具有兩個在30RPM的速度下運行的圓筒 的碾磨機。加入硫化劑，繼續(xù)混合(其最多約8分鐘碾磨時間)直至硫化劑良好分散。木質(zhì)素為INDULIN AT，其為可購自MeadWestvaco Corporation的未磺化木質(zhì)素。 硫固化體系包含本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的不溶性硫、促進劑和硫化促進劑(actuators)?？菇?解劑包包含抗氧化劑和抗臭氧劑。表1-橡膠制劑和物理性質(zhì)WlFlF2F3W2F4F5組分天然橡膠35353535100100100丁二烯橡膠65656565N65060505030N772452525未磺化木質(zhì)素010103002030表面活性劑00. 080. 25增粘劑555芳族油25252525抗降解劑4. 94. 94. 94. 9111固化包6. 76. 76. 76. 75. 65. 65. 權(quán)利要求
1.一種具有底胎面的車輛輪胎，所述底胎面基于一種橡膠組合物，所述橡膠組合物包含高度不飽和二烯彈性體； 胎體級炭黑；和包含至少70重量％的未磺化木質(zhì)素的顆粒，其中所述顆粒構(gòu)成顆粒和炭黑總重量的 不超過50重量％。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛輪胎，其中所述顆粒為顆粒和炭黑總重量的不超過40重量％。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛輪胎，其中所述顆粒為顆粒和炭黑總重量的不超過20重量％。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛輪胎，其中所述顆粒為顆粒和炭黑總重量的不超過10重量％。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛輪胎，其中所述未磺化木質(zhì)素顆粒為噴霧干燥粉末。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛輪胎，其中所述顆粒包含至少90重量％的未磺化木質(zhì)素。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛輪胎，其中所述顆粒包含至少97重量％的未磺化木質(zhì)素。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛輪胎，其中所述顆?；旧喜缓w維。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛輪胎，其中所述未磺化木質(zhì)素為水不可溶的。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛輪胎，其中所述二烯彈性體選自聚丁二烯、聚異戊二 烯、天然橡膠、丁二烯共聚物、異戊二烯共聚物或其混合物。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛輪胎，其中所述二烯彈性體選自丁二烯-苯乙烯共聚 物、丁二烯-異戊二烯共聚物、異戊二烯-苯乙烯共聚物或異戊二烯-丁二烯-苯乙烯共聚 物。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛輪胎，其中所述車輛輪胎為轎車輪胎。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛輪胎，其中所述炭黑被分類為N600系列或N700系列炭黑。
14.一種具有胎側(cè)的車輛輪胎，所述胎側(cè)基于一種橡膠組合物，所述橡膠組合物包含 高度不飽和二烯彈性體；胎體級炭黑；和包含至少70重量％的未磺化木質(zhì)素的顆粒，其中所述顆粒構(gòu)成顆粒和炭黑總重量的 不超過50重量％。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的車輛輪胎，其中所述顆粒為顆粒和炭黑總重量的不超過20重量％。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的車輛輪胎，其中所述顆粒為顆粒和炭黑總重量的不超過10重量％。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的車輛輪胎，其中顆粒包含至少97重量％的未磺化木質(zhì)素。
18.用于翻新輪胎的胎面帶，所述胎面帶具有頂部部分和底胎面部分，所述底胎面部分 基于一種包含如下的橡膠組合物高度不飽和二烯彈性體； 胎體級炭黑；和包含至少70重量％的未磺化木質(zhì)素的顆粒，其中所述顆粒構(gòu)成顆粒和炭黑總重量的 不超過50重量％。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的胎面帶，其中所述顆粒為顆粒和炭黑總重量的不超過10重量％。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的胎面帶，其中所述顆粒包含至少97重量％的未磺化木質(zhì)。
全文摘要
一種具有胎側(cè)和底胎面的車輛輪胎，所述胎側(cè)、底胎面或者胎側(cè)和底胎面兩者基于一種橡膠組合物，所述橡膠組合物包含高度不飽和二烯彈性體、胎體級炭黑和包含至少70重量％的未磺化木質(zhì)素的顆粒，其中所述顆粒構(gòu)成顆粒和炭黑總重量的不超過50重量％。
文檔編號C08L21/00GK102046717SQ200880129551
公開日2011年5月4日 申請日期2008年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月30日
發(fā)明者C·貝亞斯, E·L·霍塔林 申請人:米其林技術(shù)公司, 米其林研究和技術(shù)股份有限公司