粉末状tpi的工业充油方法、产品及在轮胎中的应用的制作方法
【专利摘要】本发明涉及粉末状TPI的工业充油方法、产品及在全钢轮胎和半钢轮胎中的应用。一种粉末状TPI的工业充油方法，步骤为1）将粉末状TPI、油进行混合，温度为常温至45℃，时间为3-8min，转速为500-2000r/min；2）将混合物料用双螺杆挤出机挤出造粒，双螺杆挤出机的喂料口到模头各段的温度分别为：一区65±5℃，二区70±5℃，三区70±5℃，四区70±5℃，五区70±5℃，机头85±5℃，双螺杆挤出机螺杆的转速为500-650r/min。本发明的充油方法可以提高生产效率，实现半自动化控制，节约人工和能耗；本发明的充油TPI用于与混炼胶配合时，分散性能好，相容性好，胶料的耐磨性能提高。
【专利说明】粉末状TPI的工业充油方法、产品及在轮胎中的应用
【技术领域】
[0001]本发明属于合成橡胶的改性及应用领域，具体涉及粉末状反式聚异戊二烯(TPI)的工业充油方法、产品及在全钢轮胎和半钢轮胎中的应用。
【背景技术】
[0002]反式-1，4-聚异戍二烯(TPI)动态生热低、滚动阻力小、耐磨性能及动态疲劳性能优良，作为一种新型轮胎胎面材料已有文献报道。
[0003]TPI在60°C左右结晶，且并用胶的混炼胶硬度大，导致混炼胶的后续加工不方便，工艺不稳定，这使得TPI应用推广带来一定的局限性。加工过程中由于硬度较高会使其在并用胶中分散不均匀，影响了 TPI在胶料性能中的发挥。
[0004]充油TPI技术在不改变工厂现有制品生产设备和工艺条件下，解决了 TPI与其他胶料混合均匀的难题，使高门尼TPI在与其他胶料共混得以广泛的应用。
[0005]丁苯橡胶 、顺丁橡胶和三元乙丙橡胶是块状材料，充油时需要在聚合釜中合成时添加油，这种方式不适合粉末状TPI的充油。
[0006]刘付永等在《合成橡胶工业》2009年32卷第2期的论文“充油对反式_1，4_聚异戊二烯及其与丁苯橡胶”公开了一种TPI干法充油的方法，其技术方案为:将芳烃油及抗氧剂264添加到TPI粉粒中，用高速搅拌机混合2min后出料，在开炼机上塑炼均匀，辊温(IlO0C),薄通6次下片，停放备用。这种充油方法存在充油混合不均匀、操作困难，生产效率低等缺点，目前只适合在实验室小试使用，不适合工业生产。
【发明内容】
[0007]为了克服现有技术中传统充油方法无法工业化生产的缺点，本发明提供了一种对粉末状反式聚异戊二烯(TPI)进行工业充油的方法。
[0008]本发明中所述的粉末状TPI采用负载型TiCl4/MgCl2催化异戊二烯本体沉淀聚合法工艺制备，其核心技术已申请中国专利，申请号为:201010185398.2，粉末状TPI的反式-1,4-结构含量≥98%。
[0009]为了实现上述发明目的，本发明的技术方案如下:
[0010]一种粉末状TPI的工业充油方法，步骤为:
[0011]I)将粉末状TP1、油在常温至45°C之间混合，时间为3-8min，转速在500_2000r/min ；
[0012]2)将混合物料用双螺杆挤出机挤出造粒，双螺杆挤出机的喂料口到模头各段的温度分别为:一区65±5°C，二区70±5°C，三区70±5°C，四区70±5°C，五区70±5°C，机头85±5°C，双螺杆挤出机螺杆的转速为500-650r/min。
[0013]与现有技术相比，本发明先将TPI和油进行预混合，然后将物料加入双螺杆挤出机中，控制各区温度，进行挤出，本发明的工艺可以严格控制油的加入量，操作简单，可实现半自动化控制和生产，节约了人工和能耗，生产效率高，而且充油后采用热切工艺得到无水TPI胶粒，不需要进行后续的切割、脱水等处理，利于包装及用于混炼胶中的重量控制。
[0014]在充油质量份数相同的情况下，将本发明的充油方法与现有技术进行比较，高门尼TPI在开炼机上受到的剪切力较大，门尼粘度值降低约42%，本发明的工艺门尼粘度值降低约25% ;同时，开炼机上充油TPI较本体拉伸强度降低为27%，本发明工艺充油TPI较本体拉伸强度降低为20% ;开炼机上100%定伸降低为39%，本发明工艺100%定伸降低为28% ;由上述数据分析，新工艺充油TPI满足加工性能的前提下，较开炼机充油在性能保持上也有较大提闻。
[0015]作为优选的是:在粉末状TPI与油混合之前，还包括油与改性剂混合的步骤:先将油与改性剂在60-90°C混合3-5min，转速200-1000r/min。改性剂包括界面活性剂或者界面活性剂与高聚物助交联剂的混合物，界面活性剂具有内外润滑作用，使充油TPI胶粒更好的分散，提高了充油TPI与混炼胶中其他组分混合时的界面相容性，提高了混炼胶的质量；高聚物助交联剂可以在大分子中建立三维网络，改善了硫化胶性能。
[0016]作为优选的是:油为石蜡油、环烷油和芳烃油的至少一种。
[0017]作为优选的是:改性剂包括硅烷类、钛酸酯类、铝酸酯类、硼酸酯类以及磷酸酯类界面活性剂的至少一种，占充油TPI的质量分数为1%-2%。
[0018]作为优选的是:改性剂还包括与界面活性剂并用的高聚物助交联剂，其占充油TPI的质量分数为2%-3%，高聚物助交联剂包括液体橡胶。
[0019]作为优选的是:双螺杆挤出机中切粒工艺为热切，其中切粒转速为300_600r/min,风冷传输带速度为8-12m /min。不同于现有技术中的水冷,本发明采用热切造粒工艺，避免了传统双螺杆挤出机中造粒采用水冷方法造成挤出物中含水，造成脱水困难的问题。
[0020]作为优选的是:双螺杆挤出机中螺杆为锥形双螺杆，螺杆直径为65-110mm，长径比为23/1，压缩比为3:1-4:1。
[0021]本发明还提供了采用上述方法制备的充油TPI，油占充油TPI的质量分数为5-40%ο
[0022]作为优选的是:油为石蜡油、环烷油和芳烃油的至少一种。
[0023]作为优选的是:充油TPI中还包括改性剂，改性剂包括硅烷类、钛酸酯类、铝酸酯类、硼酸酯类以及磷酸酯类界面活性剂的至少一种，占充油TPI的质量分数为1%-2% ;硅烷类的界面活性剂包括S1-69，KH550的至少一种，钛酸酯类的界面活性剂包括ATE，硼酸酯类包括SB系列的界面活性剂。界面活性剂具有内外润滑作用，使充油TPI更好的分散，提高了充油TPI与橡胶配方中其他组分的界面相容性，充油改性后的混炼胶经过炭黑分散仪检测后，相对于未改性的分散度有较大程度的提高。
[0024]更为优选的是，改性剂还包括与界面活性剂并用的高聚物助交联剂，其占充油TPI的质量分数为2%-3%，高聚物助交联剂包括液体橡胶，液体橡胶包括丁二烯类的聚合物,其聚合度在1000—2000 ;高聚物助交联剂可以在大分子中建立三维网络，提高了充油TPI的交联程度。
[0025]另一方面，本发明还提供了上述充油TPI在全钢轮胎中的应用，组分和质量份数为:80-99份NR, 1-20份TPI,3-5份氧化锌、2_4份硬脂酸、1_3份增塑剂、3_5份防老剂、35-45份炭黑、10-20份白炭黑、1.2-1.4份硫黄、1.3-1.8份促进剂，其中NR和TPI的总量为100份，油占充油TPI的质量分数为5-15%。[0026]同时，本发明还提供了上述充油TPI在半钢轮胎中的应用，组分和质量份数为:67-87份SBR1712、12份BR、1-15份TP1、2_3份氧化锌、1-3份硬脂酸、1-3份防护蜡、2-4份防老剂、40-60份炭黑、7-16份环烷基类油、1.6-1.8份硫黄、1.0份促进剂，油占充油TPI的质量分数为5-40%。
[0027]本发明的有益效果是:
[0028]采用高搅-双螺杆挤出，相比较开炼机充油方法可以提高生产效率，实现半自动化控制，节约人工和能耗，实现工业应用；
[0029]本发明的充油TPI用于与混炼胶配合时，分散性能好，相容性好，阿克隆指数提闻，I父料的耐磨性能提闻。
【具体实施方式】
[0030]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施例对本发明实施方式作进一步地详细描述。
[0031]实施例1
[0032]将门尼粘度为100-150的粉末状TP1、环烷油在高搅机中进行混合，混合温度为室温，时间为3min,转速在500r/min。
[0033]将混合均匀的物料在双螺杆挤出机中进行挤出，造粒，双螺杆挤出机的喂料口到模头各段的温度分别为:一区60°C，二区65°C，三区65°C，四区65°C，五区65°C，机头80V，双螺杆挤出机螺杆的转速为500r/min，切粒转速为300r/min，风冷传输带速度为8m/min。
[0034]实施例2
[0035]将门尼粘度为100-150的`粉末状TP1、石蜡油在高搅机中进行混合，混合温度在45°C，时间为 6min，转速在 2000r/min。
[0036]将混合均匀的物料在双螺杆挤出机中进行挤出，造粒，双螺杆挤出机的喂料口到模头各段的温度分别为:一区65°C，二区70°C，三区70°C，四区70°C，五区70°C，机头85°C，双螺杆挤出机螺杆的转速为600r/min，切粒转速为600r/min，风冷传输带速度为12m/min。
[0037]实施例3
[0038]将门尼粘度为100-150的粉末状TP1、芳烃油在高搅机中进行混合，混合温度在30°C，时间为 8min，转速在 1500r/min。
[0039]将混合均匀的物料在双螺杆挤出机中进行挤出，造粒，双螺杆挤出机的喂料口到模头各段的温度分别为:一区70°C，二区75°C，三区75°C，四区75°C，五区75°C，机头90V，双螺杆挤出机螺杆的转速为650r/min，切粒转速为500r/min，风冷传输带速度为10m/min。
[0040]实施例4
[0041]将环烷油与硼酸酯类界面活性剂(硼酸酯类界面活性剂占充油TPI的质量分数为2%，为SB618)在90°C混合3min，转速200r/min，然后将门尼粘度为100-150的粉末状TP1、油和界面活性剂的混合物在高搅机中进行混合，混合温度在45°C，时间为8min，转速在 2000r/min。
[0042]将混合均匀的物料在双螺杆挤出机中进行挤出，造粒，双螺杆挤出机的喂料口到模头各段的温度分别为:一区65°C，二区72°C，三区72°C，四区75°C，五区75°C，机头85°C，双螺杆挤出机螺杆的转速为550r/min，切粒转速为600r/min，风冷传输带速度为12m/min。[0043]实施例5
[0044]将芳烃油与液体橡胶和硼酸酯类界面活性剂(硼酸酯类界面活性剂占充油TPI的质量分数为2%，为SB618 ;液体橡胶占整个体系的质量分数为2.5%,为低分子聚丁二烯，聚合度为1000)在80°C混合4min，转速600r/min，然后将门尼粘度为100-150的粉末状TP1、油和界面活性剂的混合物在高搅机中进行混合，混合温度在常温，时间为6min，转速在1500r/mino
[0045]将混合均匀的物料在双螺杆挤出机中进行挤出，造粒，双螺杆挤出机的喂料口到模头各段的温度分别为:一区60°C，二区70°C，三区72°C，四区75°C，五区75°C，机头90V，双螺杆挤出机螺杆的转速为600r/min，切粒转速为500r/min，风冷传输带速度为10m/min。
[0046]应用例I
[0047]充油TPI在全钢轮胎胎面胶上的应用，基本配方为:
[0048]NR85份，纯TPI15份，氧化锌3.5份，硬脂酸2份，增塑剂3份，防老剂3份，炭黑43份，白炭黑15.5份，硫黄1.2份，促进剂1.3份。
[0049]按照实施例3方法分别制备充油分数为5%、10%和15%的充油TPI，将不同充油分数的TPI与NR和其他小料配合，得出的胎面胶性能见下表(表中A为界面活性剂，B为高聚物助交联剂)。
[0050]按照实施例4-5方法选取不同的界面活性剂制备充油分数为10%的充油TPIJfF同的界面活性剂的TPI与NR和其他小料配合，得出的胎面胶性能见下表:
[0051]
【权利要求】
1.一种粉末状TPI的工业充油方法，其特征在于:步骤为 1)将粉末状TP1、油进行混合，温度为常温至45°C，时间为3-8min，转速为500-2000r/min ； 2)将混合物料用双螺杆挤出机挤出造粒，双螺杆挤出机的喂料口到模头各段的温度分别为:一区65±5°C，二区70±5°C，三区70±5°C，四区70±5°C，五区70±5°C，机头85±5°C，双螺杆挤出机螺杆的转速为500-650r/min。
2.如权利要求1所述的工业充油方法，其特征在于:在粉末状TPI与油混合之前，还包括油与改性剂混合的步骤:先将油与改性剂在60-90°C混合3-5min，转速200-1000r/min。
3.如权利要求1所述的工业充油方法，其特征在于:双螺杆挤出机中切粒工艺为热切，其中切粒转速为300-600r/min，风冷传输带速度为8_12m/min。
4.如权利要求1所述的工业充油方法，其特征在于:双螺杆挤出机中螺杆为锥形双螺杆，螺杆直径为65-110mm，长径比为23/1，压缩比为3:1-4:1。
5.使用如权利要求1-4所述方法制备的充油TPI，其特征在于:油占充油TPI的质量分数为5-40%。
6.如权利要求5所述的充油TPI，其特征在于:油为石蜡油、环烷油和芳烃油的至少一种。
7.如权利要求6所述的充油TPI，其特征在于:充油TPI中还包括改性剂，改性剂包括硅烷类、钛酸酯类、铝酸酯类、硼酸酯类以及磷酸酯类界面活性剂的至少一种，占充油TPI的质量分数为1%-2%。
8.如权利要求7所述的充油TPI，其特征在于:改性剂还包括与界面活性剂并用的高聚物助交联剂，其占充油TPI的质量分数为2%-3%。
9.使用权利要求5-8所述的充油TPI在全钢轮胎中的应用，其特征在于:组分和质量份数为:80-99份NR，1-20份TP1、3_5份氧化锌、2_4份硬脂酸、1_3份增塑剂、3_5份防老剂、35-45份炭黑、10-20份白炭黑、1.2-1.4份硫黄、1.3-1.8份促进剂，其中NR和TPI的总量为100份，油占充油TPI的质量分数为5-15%。
10.使用权利要求5-8所述的充油TPI在半钢轮胎中的应用，其特征在于:组分和质量份数为:67-87份SBR1712、12份BR、1-15份TP1、2_3份氧化锌、1-3份硬脂酸、1-3份防护蜡、2-4份防老剂、40-60份炭黑、7-16份油、1.6-1.8份硫黄、1.0-1.3份促进剂，油占充油TPI的质量分数为5-40%。
【文档编号】B60C1/00GK103772761SQ201410006526
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2014年1月7日 优先权日:2014年1月7日
【发明者】赵志超, 陈占勋, 张树华, 谢欢欢, 孙建民, 刘雪梅, 李建中 申请人:青岛第派新材有限公司