專(zhuān)利名稱(chēng)：富勒烯或其衍生物改性的橡膠組合物及輪胎胎面的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及改性的橡膠技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種富勒烯或富勒烯衍生物改性的橡膠組合物以及由其制備的具有優(yōu)良的機(jī)械性能和電學(xué)性能的輪胎胎面。
背景技術(shù)：
汽車(chē)輪胎通常要求滾動(dòng)阻力小，燃油經(jīng)濟(jì)性好，發(fā)熱少，而且自身還應(yīng)該具有較高的耐熱性。為了提高輪胎的這些性質(zhì)，需要調(diào)整構(gòu)成輪胎胎面的橡膠組合物的組成成分及其含量。例如，本技術(shù)領(lǐng)域常見(jiàn)通過(guò)減少炭黑的量或使用較高比表面積的炭黑，同時(shí)提高二氧化硅的含量，可降低輪胎構(gòu)件的物理回彈性質(zhì)。且炭黑表面有一層鱗片，橡膠吸附在鱗片上，輪胎滾動(dòng)時(shí)，它們之間就會(huì)產(chǎn)生滑移，增加摩擦阻力。然而，橡膠輪胎構(gòu)件的炭黑含量顯著降低，無(wú)論是通過(guò)簡(jiǎn)單減少炭黑或用二氧化硅增強(qiáng)代替部分的炭黑，均引起相應(yīng)輪胎構(gòu) 件增加電阻或體積電阻率，這可能顯著增加輪胎胎圈區(qū)域和胎面運(yùn)行表面之間靜電通過(guò)的電阻。此外，目前有研究人員通過(guò)使用碳納米管來(lái)部分替代碳黑，可起到降低電導(dǎo)率的作用。但是，由于碳納米管的長(zhǎng)徑比較大，混入橡膠組合物中的碳納米管極易產(chǎn)生團(tuán)聚，特別是當(dāng)碳納米管的含量較大時(shí)，對(duì)力學(xué)性能和導(dǎo)電率等性能的改進(jìn)作用將不會(huì)有進(jìn)一步提聞。因此，目前需要一種具有降低的炭黑含量，以使輪胎的滾動(dòng)阻力小、燃油經(jīng)濟(jì)性好、發(fā)熱少；而且具有足夠低的體積電阻率的橡膠組合物，由此制備出具有優(yōu)良力學(xué)和電學(xué)性能的輪胎胎面以及包含該輪胎胎面的輪胎。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的發(fā)明人驚奇地發(fā)現(xiàn)，通過(guò)在輪胎橡膠中添加富勒烯C6tl或富勒烯衍生物，例如，懸掛有C6tl的聚苯乙烯或聚苯胺可以實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的。根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，本發(fā)明提供一種橡膠組合物，其包括橡膠、二氧化硅、炭黑以及富勒烯或富勒烯衍生物，其中，基于橡膠組合物的總重量，二氧化硅的含量為1(Γ60重量％，炭黑的量小于30重量％，以及富勒烯或富勒烯衍生物的含量為O.廣30重量％。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式，本發(fā)明提供一種輪胎胎面，其是由根據(jù)本發(fā)明的橡膠組合物制成的。根據(jù)本發(fā)明的再一個(gè)實(shí)施方式，本發(fā)明提供一種汽車(chē)輪胎，其包括根據(jù)本發(fā)明的輪胎胎面。根據(jù)本發(fā)明的再一個(gè)實(shí)施方式，本發(fā)明提供制備汽車(chē)輪胎的方法，包括混合包括橡膠、二氧化硅、炭黑以及富勒烯或富勒烯衍生物的原料以制備根據(jù)本發(fā)明的橡膠組合物；由所述橡膠組合物形成輪胎胎面；以及將所述輪胎胎面包含于輪胎中，
其中，所述輪胎胎面的體積電阻率通過(guò)國(guó)標(biāo)GB2439測(cè)試為小于1Χ103Ω · cm ;抗拉強(qiáng)度按照國(guó)標(biāo)GB/T2611-2007測(cè)試為22MPa以上。與未經(jīng)富勒烯或富勒烯衍生物改性的輪胎胎面相比，根據(jù)本發(fā)明的橡膠組合物所制成的輪胎胎面具有更為優(yōu)異的機(jī)械性能和電學(xué)性能，特別是在抗拉強(qiáng)度和體積電阻率方面。例如，與未經(jīng)富勒烯或富勒烯衍生物改性的輪胎胎面相比，本發(fā)明所制備的輪胎胎面的抗拉強(qiáng)度提高了 20%以上，達(dá)到22MPa以上。根據(jù)GB2439標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定的體積電阻率明顯保持在103Ω · cm以下。因此，由根據(jù)本發(fā)明的橡膠組合物可以制備出機(jī)械性能和電學(xué)性能，特別是抗拉強(qiáng)度和體積電阻率都較為優(yōu)異的輪胎胎面。


圖I是富勒烯以及富勒烯衍生物的結(jié)構(gòu)圖，其中(a)富勒烯；(b)懸掛有C6tl的聚苯乙烯；以及(C)懸掛有C6tl的聚苯胺； 圖2是富勒烯C6tl增強(qiáng)的橡膠長(zhǎng)鏈的狀態(tài)圖，其中(a)是在無(wú)受力時(shí)的狀態(tài)圖；(b)是在受力時(shí)的狀態(tài)圖；圖3是懸掛有C6tl的聚苯乙烯、懸掛有C6tl的聚苯胺增強(qiáng)的橡膠長(zhǎng)鏈的示意圖，其中(a)是在無(wú)受力時(shí)的狀態(tài)圖；(b)是在受力時(shí)的狀態(tài)圖。其中，圖2-3中的符號(hào)1表示橡膠長(zhǎng)鏈；2表示富勒烯C60 ；3表示富勒烯衍生物。
具體實(shí)施例方式根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，本發(fā)明提供一種橡膠組合物，其中，該橡膠組合物包括橡膠、二氧化硅、炭黑以及富勒烯或富勒烯衍生物，并且基于橡膠組合物的總重量，二氧化硅的含量為10飛0重量％，炭黑的量小于30重量％，以及富勒烯或富勒烯衍生物的含量為
O.f 30重量％。根據(jù)本發(fā)明的橡膠組合物可以制備出機(jī)械性能和電學(xué)性能，特別是抗拉強(qiáng)度和體積電阻率都較為優(yōu)異的輪胎胎面或汽車(chē)輪胎。富勒烯是60個(gè)碳原子以C-C鍵相連，由12個(gè)五元環(huán)和20個(gè)六元環(huán)組成的32面體空心籠狀結(jié)構(gòu)的分子，具體如圖I (a)所示。富勒烯的形狀獨(dú)特，為球形且表面光滑，與橡膠之間化學(xué)結(jié)合，具有滋潤(rùn)性。在包含富勒烯的輪胎滾動(dòng)時(shí)，能夠?qū)⒛Σ磷枇抵磷畹?。富勒烯具有?dú)特的電學(xué)、高抗壓能力、高的顯微硬度以及良好的熱穩(wěn)定性等。美國(guó)Sun等人(SunY-P, Liu B, Mo ton K, Chem. Commun. , 1996 年,2699)對(duì) C60 共價(jià)鍵合成聚合物進(jìn)行了研究，成功地得到了可溶性懸掛有C6tl的聚苯乙烯衍生物，如圖I (b)所示。此外，他們還合成了懸掛有C6tl的聚苯胺,如圖I (C)所示(參見(jiàn)SunY-P, Liu B, Mo ton K. Chem.Commun.，1996，2699)。本發(fā)明的發(fā)明人驚奇地發(fā)現(xiàn)在制備輪胎的橡膠組合物中添加上述的富勒烯或者富勒烯的衍生物，例如，富勒烯分子懸掛聚苯乙烯分子或者懸掛有C6tl的聚苯胺分子，來(lái)部分替代炭黑，可以改進(jìn)所制備輪胎的橡膠材料的力學(xué)和電學(xué)性能。不局限于理論上的約束，本發(fā)明人認(rèn)為本發(fā)明是通過(guò)以下機(jī)制來(lái)改進(jìn)橡膠組合物的機(jī)械和電學(xué)性能在無(wú)受力狀態(tài)時(shí)，富勒烯在橡膠長(zhǎng)鏈中的狀態(tài)如圖2 (a)所示，長(zhǎng)的橡膠長(zhǎng)鏈中分布著球狀的富勒烯分子。在受力情況下，橡膠長(zhǎng)鏈被拉長(zhǎng)，富勒烯受縱向壓力和橫向的拉力，發(fā)生一定的變形，并產(chǎn)生反向的彈力，如圖2 (b)所示。經(jīng)富勒烯改性的輪胎胎面的抗拉強(qiáng)度提高超過(guò)20%，體積電阻率顯著降低，小于IO3 Ω · cm。進(jìn)一步地，在無(wú)受力狀態(tài)時(shí)，懸掛有聚苯乙烯分子或聚苯胺分子的富勒烯在橡膠長(zhǎng)鏈中的狀態(tài)如圖3 (a)所示，長(zhǎng)的橡膠長(zhǎng)鏈中分布著球狀的富勒烯分子。在受力情況下，橡膠長(zhǎng)鏈被拉長(zhǎng)，富勒烯同其懸掛的聚合物分子一起受縱向壓力和橫向的拉力，發(fā)生變形，富勒烯產(chǎn)生反向的彈力，如圖3 (b)所示。在富勒烯上懸掛聚合物分子，再與橡膠長(zhǎng)鏈混合，有利于富勒烯和橡膠之間均勻分散，避免或減少富勒烯分子的團(tuán)聚，并增強(qiáng)復(fù)合物和富勒烯之間的結(jié)合力。經(jīng)富勒烯衍生物改性的輪胎胎面的抗拉強(qiáng)度提高了 60%以上，體積電阻率顯著降低，小于約8X IO2 Ω .cm。根據(jù)本發(fā)明的另一種實(shí)施方式，提供一種橡膠組合物，其包括橡膠、二氧化硅、炭黑以及富勒烯或富勒烯衍生物，其中，基于橡膠組合物的總重量，二氧化硅的含量為1(Γ60重量％，炭黑的量小于30重量％，以及富勒烯或富勒烯衍生物的含量為O. f 30重量％。進(jìn)一步優(yōu)選地,該橡膠組合物中配合有3重量％以下的氧化鋅、2重量％以下的加工油、I重量％以下的促進(jìn)劑等配合劑。 根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，提供一種橡膠組合物，其包括橡膠、二氧化硅、炭黑以及富勒烯或富勒烯衍生物，其中，基于橡膠組合物的總重量，二氧化硅的含量為10飛0重量％，炭黑的量小于30重量％，以及富勒烯或富勒烯衍生物的含量為O. Γ30重量％。進(jìn)一步優(yōu)選地，二氧化硅的含量為15 25重量％，例如，二氧化硅的含量為16重量％、18重量％、20重量％、21重量％、23重量％、或24重量％。甚至進(jìn)一步優(yōu)選炭黑的量小于20重量％，甚至優(yōu)選小于15重量％,例如，小于12重量％或者小于8重量％。進(jìn)一步優(yōu)選富勒烯或富勒烯衍生物的含量為2 15重量％，甚至優(yōu)選為10-15重量％，更優(yōu)選為12-15重量％。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，所述富勒烯衍生物是懸掛有C6tl的聚苯乙烯或其他聚合物分子，例如，懸掛有C6tl的聚苯胺、如以下式(a )所示的C6tl (4-OMePh) H、如以下式(b )所示的C6Q(4-CIPh)H、如以下式(c)所示的C6tlH2 (PhCH3)2、如以下式(d)所示的C6tlH3(PhCH3)3等
權(quán)利要求
1.一種橡膠組合物，其包括橡膠、二氧化硅、炭黑以及富勒烯或富勒烯衍生物，其中，基于橡膠組合物的總重量，二氧化硅的含量為1(Γ60重量％，炭黑的量小于30重量％，以及富勒烯或富勒烯衍生物的含量為O. Γ30重量％。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的橡膠組合物，其中，基于橡膠組合物的總重量，二氧化硅的含量為15 25重量％，炭黑的量小于20重量％，以及富勒烯或富勒烯衍生物的含量為2 15重量％。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的橡膠組合物，其中，炭黑的量為10重量9Γ18重量％，富勒烯或富勒烯衍生物的含量為1(Γ15重量％。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的橡膠組合物，其中，所述富勒烯衍生物是懸掛有 C6tl 的聚苯乙烯、懸掛有 C6tl 的聚苯胺、C6Q(4-0MePh)H、C6tl (4-CIPh)H、C6tlH2 (PhCH3)2、C6tlH3 (PhCH3)3 或其組合。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的橡膠組合物，其中，所述橡膠包括天然橡膠和合成橡膠，優(yōu)選為丁苯橡膠、順丁橡膠、異戊橡膠。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的橡膠組合物，其中，所述橡膠是丁苯橡膠。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)所述的橡膠組合物，其中，所述富勒烯衍生物是懸掛有C60的聚苯胺或懸掛有C60的聚苯乙烯。
8.一種輪胎胎面，其是由權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的橡膠組合物制成。
9.一種汽車(chē)輪胎，其包括權(quán)利要求8所述的輪胎胎面。
10.一種制備汽車(chē)輪胎的方法，包括 混合包括橡膠、二氧化硅、炭黑以及富勒烯或富勒烯衍生物的原料以制備權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的橡膠組合物； 由所述橡膠組合物形成輪胎胎面；以及 將所述輪胎胎面包含于輪胎中， 其中，所述輪胎胎面的體積電阻率通過(guò)國(guó)標(biāo)GB2439測(cè)試為小于1Χ103Ω · cm ;抗拉強(qiáng)度按照國(guó)標(biāo)GB/T2611-2007測(cè)試為22MPa以上。
全文摘要
本發(fā)明提供一種橡膠組合物及由其制備的富勒烯改性輪胎胎面。所述橡膠組合物包括橡膠、二氧化硅、炭黑以及富勒烯或富勒烯衍生物，其中基于橡膠組合物的總重量，二氧化硅的含量為10~60重量%，炭黑的含量小于30重量%，以及富勒烯或富勒烯衍生物的含量為0.1~30重量%。由本發(fā)明的橡膠組合物制備的輪胎胎面同時(shí)具有優(yōu)良的力學(xué)和電學(xué)性能。與沒(méi)有經(jīng)富勒烯或富勒烯衍生物改性的輪胎胎面相比，由根據(jù)本發(fā)明的富勒烯或富勒烯衍生物改性的橡膠組合物制備的輪胎胎面的抗拉強(qiáng)度提高了20%以上，甚至提高最高至67.2%，且其體積電阻率保持為103Ω·cm以下。
文檔編號(hào)C08K13/02GK102936360SQ201210473048
公開(kāi)日2013年2月20日 申請(qǐng)日期2012年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月20日
發(fā)明者王鳳英, 吳利軍 申請(qǐng)人:北京汽車(chē)股份有限公司