[發明專利]一種硅烷改性的白炭黑-炭黑復合填料及其制備方法

有效

• 申請號: 201010114474.0
• 申請日: 2010-02-10
• 公開（公告）號: CN101798473A
• 公開（公告）日: 2010-08-11
• 發明（設計）人: 康旭;段先健;梅龍
• 申請（專利權）人: 廣州吉必盛科技實業有限公司
• 主分類號: C09C1/48
• 分類號: C09C1/48;C09C3/12
• 代理公司: 廣州華進聯合專利商標代理有限公司 44224
• 代理人: 秦雪梅;萬志香

技術領域

本發明涉及一種可用于綠色輪胎的硅烷改性的白炭黑-炭黑的納米級雙相復合填料的 及其制備方法。

背景技術

汽車工業的高速發展導致石油價格不斷上漲和日益嚴重的環境污染，資源枯竭和環境 惡化必然導致人類現有的生活方式不可持續，降低油耗成為汽車工業新的變革力量。在阻礙 轎車前進的阻力中，滾動阻力占18％～30％，滾動阻力能耗占耗油量的14.4％，這意味著 滾動阻力降低30％，則可節油4.5％～6％。據報道，僅由胎面膠所引起的滯后損失占整 個輪胎滾動阻力的38.5％。如果考慮汽車發動機效能的提高，這一比例還將有所提高。 圍繞節能和環保兩大主題，汽車工業界在輪胎胎面膠配方設計方面取得了明顯的成效，通過 使用低滾高牽型的溶聚型丁苯橡膠、高分散性的沉淀法白炭黑填料、高性能和低滯后損失炭 黑、炭黑-白炭黑雙相填充劑以及有機-無機界面相互作用的硅烷偶聯劑等手段達到了降低滾 動阻力的功效。

輪胎胎面必須滿足三個主要的性能要求：滾動阻力、濕路面抓著力和胎面磨耗，這些相 互矛盾的性能要求可用輪胎使用性能的“魔術三角形”來說明。眾所周知，“綠色輪胎”意味著 節能和環保，這種輪胎通過在胎面膠中添加高分散性的沉淀法白炭黑填料，同時使用多功能 硅烷偶聯劑的，降低了滾動阻力，提高了濕路面抓著力，同時不損失胎面磨耗性能。實現這 樣的性能得益于兩個要點相互配合：一是使用高分散性的沉淀法二氧化硅實現了高填充性和 高分散性；二是在混煉中使用多功能的硅烷偶聯劑對二氧化硅表面改性，改善了填料和橡膠 之間的相容性，防止了極性填料產生聚集體，改善了橡膠的加工性能。此外，在硫化過程中 硅烷偶聯劑的反應性官能團可以與橡膠之間形成化學鍵合，高補強性就是源于白炭黑和橡膠 基體的這種化學結合，對提高輪胎的耐磨性能和耐撕裂性能有很好的作用。

橡膠補強填料廣泛使用的炭黑和沉淀法白炭黑的不同功效主要源于二者表面特性巨大 差異。微觀新貌和化學分析表明，作為橡膠補強填料廣泛使用的炭黑和沉淀法白炭黑的主要 不同之處在于其表面特性。炭黑表面由類似石墨結構的微晶組成，具有少量多種含氧官能基。 因此除了官能基部分外，炭黑表面呈疏水性，與橡膠有很強的填料/聚合物相互作用。與之 相反，白炭黑粒子表面覆蓋著大量的硅羥基，粒子間通過強的氫鍵形成聚集體，即使在高剪 切作用力下仍然難于解聚。在混煉中使用多功能的硅烷偶聯劑改善了高分散沉淀法白炭黑和 橡膠之間的相容性，使之作為綠色輪胎填料具有了明顯的性價比優勢。

相對于炭黑，白炭黑仍存在如下缺點：填充膠料時混入困難，增大加工成本；有吸附硫 化體系中配合劑引起硫化延遲；橡膠制品的磨耗和強度略低。通常，使用沉淀法白炭黑和多 功能硅烷偶聯劑可大幅度提高轎車輪胎的濕路面牽引性能，但會降低干路面牽引力，為了克 服這一缺點，配方中必須添加高比表面積炭黑。適應于這種需求，米其林采用不同工藝，即 用高分散沉淀法白炭黑來取代部分中超耐磨炭黑，相當于原炭黑量的20～25％，同時添加硅 烷偶聯劑Si69對白炭黑進行改性，由于炭黑和白炭黑同屬納米級材料，因此被稱為“雙相納 米填料”。美國卡博特公司開發出獨特的炭黑微晶中摻雜硅原子的技術，生產了由白炭黑均 勻分布在連續炭黑相中組成的炭黑-白炭黑雙相填充劑，其“兩高一低”的特點而被喻為新 一代補強材料。“兩高”即炭黑微區表面活性高、白炭黑表面覆蓋率高；“一低”即硅烷偶 聯劑用量低。以上炭黑-白炭黑復合填料的共同特點是：通過提高炭黑-白炭黑之間的分散均 勻性，提高了橡膠與填充劑的相互作用，降低了填料與填料間網絡的生成，補強作用突出。

為了滿足輪胎工業的獨特需求，國外各大炭黑公司也積極開發高性能和低滯后損失炭黑 的新品種，炭黑在保持補強、增韌、耐磨等特色的同時，出現了低滯后炭黑、炭黑一白炭黑 雙相填充劑、納米結構炭黑等新品種。高性能炭黑共同的特征是粒徑小、結構適宜、聚集體 分布尺寸較窄、表面活性高等，而低滯后損失炭黑共同的特征是：結構高、聚集體尺寸分布 較寬、表面活性高。一些經過改良的炭黑品種(譬如低滯后炭黑、納米結構炭黑等)在降低輪 胎滾動阻力，提高濕路面抓著力方面具有與白炭黑相同的效果。炭黑與白炭黑之間具有不可 替代性，當前的主流技術仍然是復合，問題的關鍵在于采取怎樣的復合方式實現“魔術三角 形”內的相互矛盾的性能之間的平衡。