輪胎胎面及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種制備輪胎胎面的方法，其包括混合包含原膠組分和再生橡膠組分的輪胎胎面配混物，由所述輪胎胎面配混物形成未硫化的片材，以及固化所述未硫化的片材以形成經(jīng)硫化的輪胎胎面。所述再生橡膠組分可具有大于65的門尼粘度(ML(1+4)100℃)。所述再生橡膠組分也可具有在再生之前的再生橡膠的交聯(lián)密度的20％至50％之間的交聯(lián)密度。
【專利說明】輪胎胎面及其制備方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明的一個或多個實施例涉及一種包括再生橡膠部件的輪胎胎面。在某些實施 例中，本發(fā)明涉及制備包括再生橡膠部件的輪胎胎面的方法。

【背景技術】
[0002] 橡膠廢料，特別是輪胎橡膠廢料，由于多種原因而是日增關注的領域。因此，進行 大量的努力來開發(fā)和實施回收廢料橡膠的方法以作為降低環(huán)境影響和所用的原膠的量的 方式。已開發(fā)廢膠末的各種用途，例如作為燃料以及用于跑道和其他高沖擊高通行表面。
[0003] 在其他情況中，廢橡膠可與原膠混合，以形成新的橡膠產(chǎn)品。廢橡膠可與粒子形式 的原膠混合，或者可被再生（有時也稱為脫硫），以允許經(jīng)回收的橡膠在硫化過程中與原膠 結合。現(xiàn)有技術橡膠產(chǎn)品和制備包括回收橡膠的橡膠產(chǎn)品的方法已集中于提供具有更低門 尼粘度的再生橡膠，以提供更好的可加工性。制備再生橡膠中的顯著花費可為在再生過程 之前研磨橡膠粒子。另外，由于如果引入過多的具有低門尼粘度的再生橡膠，則產(chǎn)品的性能 特性降低，因此可用于新橡膠產(chǎn)品中的低門尼粘度再生橡膠的量受限。
[0004] 橡膠領域已知在新產(chǎn)品（包括輪胎胎面和輪胎胎面配混物）中使用再生橡膠。通 常，再生橡膠指如下橡膠：所述橡膠已經(jīng)交聯(lián)，并隨后處理以破壞交聯(lián)網(wǎng)絡，由此使橡膠可 加工。所述處理可破壞或切斷硫交聯(lián)和/或切斷聚合物鏈。
[0005] 如本領域已知，再生橡膠已用于制造翻新胎面，所述翻新胎面為在已通過去除任 意初始胎面而準備好的使用過的輪胎胎體上施用的輪胎胎面。然而，再生橡膠的成本可能 阻止其使用。操縱再生橡膠的成本的一個因素是處理橡膠的程度。傳統(tǒng)觀點提出將經(jīng)固化 的橡膠處理至如下程度：再生橡膠具有類似于原膠的性質(zhì)，如混合能力。
[0006] 使用再生橡膠的其他挑戰(zhàn)包括可在輪胎胎面配混物中使用的再生橡膠的相對量。 目前，所用的量為所包括的全部橡膠的相對小的百分比，因為更大的量的再生橡膠產(chǎn)生輪 胎胎面的不可接受的特性和性能。
[0007] 盡管如此，使用再生橡膠的能力仍然是所需的，因此需要解決目前領域中存在的 問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明的一個或多個實施例提供了一種制造輪胎胎面的方法，其包括混合包含 原膠組分和再生橡膠組分的輪胎胎面配混物，所述再生橡膠組分具有大于65的門尼粘度 (ML(1+4)@10(TC );由所述輪胎胎面配混物形成未硫化片材；以及在壓力下固化所述未硫 化片材以形成經(jīng)固化的輪胎胎面。
[0009] 本發(fā)明的一個或多個實施例也提供了一種制造經(jīng)固化的輪胎胎面的方法，其包括 混合包含原膠組分和再生橡膠組分的輪胎胎面配混物，所述再生橡膠組分具有脫硫之前的 再生橡膠的交聯(lián)密度的5%至70%之間的交聯(lián)密度；擠出所述輪胎胎面配混物，以形成總 體平坦的未硫化片材形式的未硫化擠出物；以及在壓力下固化所述未硫化片材，以形成包 含再生橡膠組分的經(jīng)固化的輪胎胎面。

【具體實施方式】
[0010] 本發(fā)明的方面至少部分基于對使用部分再生的橡膠而形成的輪胎胎面的發(fā)現(xiàn)。盡 管現(xiàn)有技術預期使用再生橡膠，但據(jù)信使用高度再生的橡膠（即高度脫硫的橡膠）的要求 導致目前領域中所經(jīng)歷的一個或多個問題。因此，與傳統(tǒng)觀點相反，據(jù)信通過使用相比于常 規(guī)再生橡膠進行更低程度地處理的再生橡膠，可增加用于輪胎胎面中的再生橡膠的量。而 且，通過使用相比于常規(guī)再生橡膠進行更低程度地處理的再生橡膠，據(jù)信胎面的性質(zhì)可相 比于獲自目前實踐的那些胎面得以改進。
[0011] 本發(fā)明的一個或多個實施例涉及一種包含橡膠的輪胎胎面和/或輪胎胎面配混 物，所述橡膠的一部分為原膠組分，一部分為再生橡膠組分。在某些實施例中，輪胎胎面和 /或輪胎胎面配混物可包含再生橡膠組分，所述再生橡膠組分的門尼粘度降低至小于常規(guī) 橡膠產(chǎn)品中所用的再生橡膠組分。在一個或多個實施例中，一種制造輪胎胎面的方法可包 括混合包含再生橡膠組分的輪胎胎面配混物的步驟，所述再生橡膠組分具有大于65的門 尼粘度（在l〇〇°C下的ML(l+4))。在某些實施例中，制造輪胎胎面的方法還可包括由所述 輪胎胎面配混物制造未硫化輪胎胎面，以及硫化所述未硫化輪胎胎面以形成輪胎胎面的步 驟。
[0012] 胎面配方
[0013] 在一個或多個實施例中，本發(fā)明的輪胎胎面配混物可包含可硫化橡膠組分。在某 些實施例中，所述可硫化橡膠組分可包括原膠組分和再生橡膠組分兩者。
[0014] 原膠
[0015] 在一個或多個實施例中，原膠組分可包括輪胎工業(yè)中所用的任意常規(guī)可硫化橡 膠，包括天然橡膠和合成橡膠兩者。在某些實施例中，這些可硫化橡膠（也可稱為彈性體） 可包括天然或合成聚（異戊二烯），和彈性體二烯聚合物（其包括聚丁二烯和共軛二烯單體 與至少一種單烯烴單體的共聚物）。在某些實施例中，原膠組分可包括苯乙烯-丁二烯橡膠 (SBR)。在相同或其他實施例中，原膠組分可包括高順式丁二烯橡膠。
[0016] 在一個或多個實施例中，輪胎胎面配混物的原膠組分可包括100重量％的天然橡 膠。在其他實施例中，輪胎胎面配混物的原膠組分可包括100重量％的合成橡膠。在其他 實施例中，輪胎胎面配混物的原膠組分可包括天然橡膠和合成橡膠的共混物。
[0017] 再生橡膠
[0018] 在一個或多個實施例中，再生橡膠組分可由回收輪胎橡膠形成。在某些實施例中， 再生橡膠組分可由在翻新過程中產(chǎn)生的回收輪胎胎面膠末形成。如本領域技術人員所了 解，再生橡膠組分包括一種或多種彈性體和任意填料、增強件、加工助劑和用于初始輪胎胎 面中的其他添加劑，或其他橡膠組分。
[0019] 如本文所用，術語再生橡膠指如下彈性體，所述彈性體被制備為可至少部分流動， 或者以任何已知的過程至少部分"脫硫"，從而允許其被摻入新的橡膠產(chǎn)品中。再生橡膠也 可稱為脫硫橡膠，且如本文所用，術語脫硫指破壞再生橡膠中的化學交聯(lián)的過程。再生橡膠 可涉及主鏈切斷、交聯(lián)切斷，或主鏈切斷和交聯(lián)切斷的組合。術語完全再生可指通過顯著降 低門尼粘度而制備為可流動的橡膠。術語部分再生可指相比于再生之前的橡膠具有降低的 門尼粘度，但相比于完全再生的橡膠具有更高的門尼粘度的橡膠。部分再生的橡膠可流動 或不可流動。
[0020] 例如，在某些實施例中，再生過程可包括首先研磨橡膠以回收成適當小的粒子，然 后使所述粒子經(jīng)受熱和/或剪切力。美國專利No. 7, 189, 762更詳細地公開了一種用于再 生橡膠的過程，并為此目的以引用方式并入本文。其他已知的再生方法可利用超聲方法、化 學組分、微波和/或微生物。然而，應了解在本發(fā)明的范圍內(nèi)，可使用將回收橡膠脫硫或再 生的任意已知過程。
[0021] 在一個或多個實施例中，再生橡膠組分可特征在于交聯(lián)密度，所述交聯(lián)密度為脫 硫之前的橡膠的交聯(lián)密度的大約5%至70%之間，在其他實施例中為脫硫之前的橡膠的交 聯(lián)密度的10%至60%之間，在其他實施例中為脫硫之前的橡膠的交聯(lián)密度的20%至50% 之間，在其他實施例中為脫硫之前的橡膠的交聯(lián)密度的25%至45%之間。交聯(lián)密度可根據(jù) ASTM-D6814 (Standard Test Method for Determination of Percent Devulcanization of Crumb Rubber based on Crosslink Density(基于交聯(lián)密度測定廢膠末的百分比脫硫 的標準測試方法））測定。在某些實施例中，預期再生橡膠可具有比用于輪胎胎面配混物中 的常規(guī)再生橡膠更高的交聯(lián)密度。
[0022] 在相同或其他實施例中，再生橡膠組分可特征在于交聯(lián)密度，所述交聯(lián)密度大于 脫硫之前的橡膠的交聯(lián)密度的5%，在其他實施例中大于脫硫之前的橡膠的交聯(lián)密度的 10 %，在其他實施例中大于脫硫之前的橡膠的交聯(lián)密度的15 %，在其他實施例中大于脫硫 之前的橡膠的交聯(lián)密度的20%，在其他實施例中大于脫硫之前的橡膠的交聯(lián)密度的25%。
[0023] 在一個或多個實施例中，再生橡膠組分可特征在于門尼粘度（ML(1+4) @100°C )， 所述門尼粘度在大約65至120之間，在其他實施例中在大約70至110之間，在其他實施例 中在大約75至100之間，在其他實施例中在大約80至95之間。在相同或其他實施例中， 再生橡膠組分可特征在于門尼粘度（ML(1+4)@10(TC )，所述門尼粘度大于65,在其他實施 例中大于70,在其他實施例中大于75,在其他實施例中大于80。
[0024] 其他胎面配方成分
[0025] 在一個或多個實施例中，輪胎胎面配混物可包含常規(guī)量的已知的填料和添加劑。 例如，輪胎胎面配混物可包含增強填料（如炭黑）、加工油、抗降解劑和固化包中的一種或 多種。
[0026] 成分量
[0027] 通常，本發(fā)明的輪胎胎面包含至少35重量％，在其他實施例中至少35重量％，在 其他實施例中至少40重量％，在其他實施例中至少45重量％，在其他實施例中至少50重 量％的橡膠，以胎面的總重量計（即橡膠組分占胎面的例如至少35重量％ )。在這些或其 他實施例中，胎面包含至多85重量％，在其他實施例中至多80重量％，在其他實施例中至 多75重量％，在其他實施例中至多70重量％，在其他實施例中至多65重量％的橡膠，以胎 面的總重量計。
[0028] 在一個或多個實施例中，輪胎胎面配混物的可硫化橡膠組分可包含約55至99重 量％的SBR，在其他實施例中約60至95重量％的SBR，在其他實施例中約65至90重量％ 的SBR，在其他實施例中約70至85重量％的SBR，以可硫化組分的總重量計。
[0029] 在一個或多個實施例中，輪胎胎面配混物的橡膠組分可包含約5至45重量％的高 順式丁二烯橡膠，在其他實施例中約10至40重量％的高順式丁二烯橡膠，在其他實施例中 約15至35重量％的高順式丁二烯橡膠，在其他實施例中約20至30重量％的高順式丁二 烯橡膠，以橡膠組分的總重量計。
[0030] 在一個或多個實施例中，輪胎胎面配混物的橡膠組分可包含大約1至25重量％之 間的再生橡膠，在其他實施例中大約5至20重量％之間的再生橡膠，在其他實施例中大約 10至15重量％之間的再生橡膠，以橡膠組分的總重量計。在這些或其他實施例中，橡膠組 分可包含至少1重量％，在其他實施例中至少3重量％，在其他實施例中至少5重量％，在 其他實施例中至少7重量％，在其他實施例中至少9重量％的橡膠，以橡膠組分的總重量 計。在這些或其他實施例中，橡膠組分可包含至多50重量％，在其他實施例中至多40重 量％，在其他實施例中至多30重量％，在其他實施例中至多20重量％，在其他實施例中至 多15重量％的橡膠，以橡膠組分的總重量計。
[0031] 在一個或多個實施例中，輪胎胎面配混物還可包含未經(jīng)脫硫的硫化橡膠粉，如在 翻新過程中由研磨磨損輪胎胎面而產(chǎn)生的橡膠。在某些實施例中，胎面組合物以每100重 量份橡膠組分計（可簡單稱為100重量份橡膠或Phr)可包含約0. 1至10重量份的硫化橡 膠粉，在其他實施例中大約1至8重量份之間的硫化橡膠粉，在其他實施例中大約2至6重 量份之間的硫化橡膠粉。
[0032] 在一個或多個實施例中，輪胎胎面配混物還可包含約35至約75重量份炭黑/100 份橡膠（phr)，在其他實施例中約40至約70重量份炭黑phr，在其他實施例中約45至約65 重量份炭黑phr，在其他實施例中約50至約60重量份炭黑phr。
[0033] 在一個或多個實施例中，輪胎胎面配混物可包含加工油，例如芳族加工油。在某些 實施例中，輪胎胎面配混物可包含約5至約15重量份加工油phr，在其他實施例中約7至約 13重量份加工油phr，在其他實施例中約8至約12重量份加工油phr。
[0034] 制備可硫化組合物的方法
[0035] 在一個或多個實施例中，制備輪胎胎面配混物的方法可包括混合原膠組分、再生 橡膠組分和填料和添加劑以形成輪胎胎面配混物。在某些實施例中，原膠組分在與再生橡 膠組分混合以形成輪胎胎面配混物之前，可首先與一種或多種添加劑混合。在其他實施例 中，原膠在配混添加劑（如填料、加工油等）以形成輪胎胎面配混物之前，可首先與再生橡 膠混合以形成可硫化橡膠組分。在某些實施例中，原膠組分、再生橡膠組分和任意另外的添 加劑和填料可同時混合。在一個或多個實施例中，原膠組分、再生橡膠組分和除了固化體系 之外的其他添加劑和填料可首先混合，以形成母料。在這些實施例中，固化體系可在更低溫 度下進行的隨后的混合步驟中添加和混合，如本領域技術人員所公知?？墒褂萌绫绢I域技 術人員已知的常規(guī)混合設備和技術進行配混和混合。
[0036] 胎面制造
[0037] 在一個或多個實施例中，在混合之后，輪胎胎面配混物可成型為未硫化的輪胎胎 面。在某些實施例中，輪胎胎面配混物可被擠出而形成細長的未硫化的擠出物。在一個或 多個實施例中，可任選地壓延輪胎胎面配混物或未硫化的擠出物，以形成相對平坦的未硫 化的片材。在其他實施例中，在擠出之后，未硫化的擠出物可為總體平坦的未硫化的片材的 形式。在某些實施例中，可將未硫化的片材切削至所需尺寸以用于輪胎。
[0038] 在一個或多個實施例中，未硫化的胎面用于構造未硫化輪胎，隨后將未硫化輪胎 置于模具中，并使用常規(guī)輪胎成型技術固化。
[0039] 在其他實施例中，未硫化胎面用于翻新操作。例如，根據(jù)本發(fā)明的一個或多個實施 例的實踐，可將未硫化的片材置于模具中并硫化，以產(chǎn)生包含再生橡膠的經(jīng)硫化的輪胎胎 面。在某些實施例中，輪胎胎面的硫化可在1?溫和1?壓下發(fā)生。在特定實施例中，未硫化的 片材在其中固化的模具可在經(jīng)固化的輪胎胎面中形成胎面花紋。在某些實施例中，經(jīng)硫化 的輪胎胎面可隨后用于翻新應用中。美國專利No. 4, 434, 018公開了合適的翻新固化設備 和方法，并為此目的以引用方式并入本文。
[0040] 胎面性質(zhì)
[0041] 據(jù)信由于所公開的特性性質(zhì)，相比于使用再生橡膠的常規(guī)輪胎胎面配混物，可增 加再生橡膠在輪胎胎面配混物中的量。特別地，據(jù)信相比于常規(guī)再生橡膠，交聯(lián)密度和門尼 粘度的相對增加提供比使用常規(guī)再生橡膠而形成的輪胎胎面更好的輪胎胎面性能。另外， 本發(fā)明的輪胎胎面的再生橡膠和方法允許加工減少，由此降低成本。
[0042] 為了說明本發(fā)明的實施，已制備和測試如下實例。然而，實例不應被視為限制本發(fā) 明的范圍。權利要求書用于限定本發(fā)明。
[0043] 實例
[0044] 配混物A1-A8&配混物B1-B6 :輪胎胎面配混物
[0045] 樣品Al至A4為可用于制備可在卡車輪胎翻新中使用的輪胎胎面的類型的橡膠 組合物。每個樣品包含相同的成分，不同的是所用的再生橡膠的類型，再生橡膠以12. 5體 積％再生橡膠的量（以組合物的總體積計）使用。盡管并不已知再生橡膠的方法具有特異 性，但樣品A1-A4中所用的再生橡膠獲自相同來源，并被認為經(jīng)過類似的加工，不同的是加 工程度，這產(chǎn)生如表1詳述的不同的門尼粘度。報道的門尼粘度表示就在加工（即再生） 之后（因此不導致橡膠的任何老化，據(jù)信橡膠的老化導致門尼的增加）的門尼測量。
[0046] 以與A1-A4類似的方式制備樣品Bl至B3(樣品Bl至B3類似于樣品A1-A4為可 用于制備可在卡車輪胎翻新中使用的輪胎胎面的類型的橡膠組合物），不同的是再生橡膠 的來源，且將橡膠再生的方法不同。再生橡膠的細節(jié)也描述于表1中。
[0047]

【權利要求】
1. 一種制造輪胎胎面的方法，其包括： a. 混合包含原膠組分和再生橡膠組分的輪胎胎面配混物，所述再生橡膠組分具有大于 65 的門尼粘度（ML(1+4)@100°C ); b. 由所述輪胎胎面配混物形成未硫化的片材；以及 c. 在壓力下固化所述未硫化的片材，以形成經(jīng)固化的輪胎胎面。
2. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述再生橡膠組分的所述門尼粘度在大約65至 120之間。
3. 根據(jù)權利要求1-2中任一項所述的方法，其中所述混合步驟還包括混合一種或多種 添加劑與所述原膠組分和所述再生橡膠組分，所述一種或多種添加劑選自填料、加工油、抗 降解劑和固化劑。
4. 根據(jù)權利要求1-3中任一項所述的方法，其中所述形成未硫化的片材的步驟包括擠 出所述輪胎胎面配混物以形成未硫化的擠出物。
5. 根據(jù)權利要求1-4中任一項所述的方法，其中所述未硫化的擠出物為總體平坦的未 硫化的片材的形式。
6. 根據(jù)權利要求1-5中任一項所述的方法，其還包括在固化之前將所述未硫化的片材 切削至所需尺寸的步驟。
7. 根據(jù)權利要求1-6中任一項所述的方法，其中所述混合輪胎胎面配混物的步驟包括 混合交聯(lián)密度在脫硫之前的再生橡膠的交聯(lián)密度的5%至70%之間的再生橡膠組分。
8. 根據(jù)權利要求1-7中任一項所述的方法，其中所述混合輪胎胎面配混物的步驟包括 混合交聯(lián)密度在脫硫之前的再生橡膠的交聯(lián)密度的10%至60%之間的再生橡膠組分。
9. 根據(jù)權利要求1-8中任一項所述的方法，其中所述混合輪胎胎面配混物的步驟包括 混合交聯(lián)密度在脫硫之前的再生橡膠的交聯(lián)密度的20%至50%之間的再生橡膠組分。
10. 根據(jù)權利要求1-9中任一項所述的方法，其中所述原膠組分包括苯乙烯-丁二烯橡 膠。
11. 根據(jù)權利要求1-10中任一項所述的方法，其中所述原膠組分包括高順式丁二烯橡 膠。
12. -種制造經(jīng)固化的輪胎胎面的方法，其包括： a. 混合包含原膠組分和再生橡膠組分的輪胎胎面配混物，所述再生橡膠組分具有在脫 硫之前的再生橡膠的交聯(lián)密度的5%至70%之間的交聯(lián)密度； b. 擠出所述輪胎胎面配混物，以形成總體平坦的未硫化的片材形式的未硫化的擠出 物；以及 c. 在壓力下固化所述未硫化的片材，以形成包含再生橡膠組分的經(jīng)固化的輪胎胎面。
13. 根據(jù)權利要求12所述的方法，其中所述再生橡膠組分具有在大約70至90之間的 門尼粘度。
14. 根據(jù)權利要求12-13中任一項所述的方法，其中所述混合步驟還包括混合一種或 多種添加劑與所述原膠組分和所述再生橡膠組分，所述一種或多種添加劑選自填料、加工 油、抗降解劑和固化劑。
15. 根據(jù)權利要求12-14中任一項所述的方法，其還包括在固化之前將所述未硫化的 片材切削至所需尺寸的步驟。
16. 根據(jù)權利要求12-15中任一項所述的方法，其中所述混合輪胎胎面配混物的步驟 包括混合交聯(lián)密度在脫硫之前的再生橡膠的交聯(lián)密度的10%至60%之間的再生橡膠組 分。
17. 根據(jù)權利要求12-16中任一項所述的方法，其中所述混合輪胎胎面配混物的步驟 包括混合交聯(lián)密度在脫硫之前的再生橡膠的交聯(lián)密度的20%至50%之間的再生橡膠組 分。
18. 根據(jù)權利要求12-17中任一項所述的方法，其中所述原膠組分包括苯乙烯-丁二烯 橡膠。
19. 根據(jù)權利要求12-18中任一項所述的方法，其中所述原膠組分包括高順式丁二烯 橡膠。
【文檔編號】B29C35/02GK104334336SQ201380028165
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2013年5月30日 優(yōu)先權日:2012年5月30日
【發(fā)明者】C·B·諾頓 申請人:普利司通奔達可有限責任公司