РЕЗИНОВЫЕ КОМПОЗИЦИИ, НАПОЛНЕННЫЕ МАСЛОМ
OIL-FILLED RUBBER COMPOSITIONS

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к резиновым композициям. Говоря конкретно, настоящее изобретение относится к резиновым композициям, содержащим каучуки на диеновой основе и добавки в виде простых полиэфиров или простых полигликолевых эфиров на основе циклоалифатических эпоксидов.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Полимеры на основе натурального каучука используют для изготовления покрышек, электрической изоляции, эластичных лент и ремней, автомобильных деталей, контейнеров и тому подобного. Однако всевозрастающая стоимость полимеров на основе натурального каучука подтолкнула к проведению исследования в отношении резиновых композиций, которые могут заместить весь натуральный каучук или его часть в полимерных рецептурах. Для получения желательных резиновых композиций можно смешивать широкий ассортимент полимеров. Данные полимеры получают в результате проведения полимеризации одного или нескольких мономеров, таких как нижеследующие, но не ограничивающихся только этими: изопрены, 1,3-бутадиены, хлоропрены и изобутилены с небольшим процентным содержанием изопрена для сшивания. Кроме того, данные и другие мономеры при сополимеризации могут быть введены в реакцию в различных желательных соотношениях, что приведет к получению желательного диапазона физических, механических и химических свойств.
Резиновые композиции во все большей степени используют в качестве герметиков, антистатических матов, стойких к истиранию уплотнительных набивок и тому подобного. Большинство резиновых смесей включает полимерную матрицу и, по меньшей мере, одну добавку. Добавки способствуют улучшению свойств резиновых композиций. Резиновые композиции, содержащие несколько добавок, используют для целей, включающих нижеследующие, но не ограничивающихся только этими: улучшение перерабатываемости резиновых смесей, улучшение ресурса покрышки до износа протектора, улучшение характеристик остановки и уменьшение деструкции резины. Примеры добавок включают нижеследующие, но не ограничиваются только этими: вещества, повышающие клейкость, воски, красители и антиоксиданты.
КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В одном варианте реализации настоящее изобретение представляет собой композицию, содержащую каучук на диеновой основе и, по меньшей мере, один простой полиэфир или простой полигликолевый эфир на основе циклоалифатического эпоксида. В одном варианте реализации каучук на диеновой основе представляет собой полимер на бутадиеновой основе. В еще одном варианте реализации композиция дополнительно содержит, по меньшей мере, один каучук, где каучуком являются натуральный каучук, каучук на бутадиеновой основе, каучук этилена-пропилена-диенового мономера и каучук на изопреновой основе.
В еще одном варианте реализации композиция содержит наполнитель, где наполнитель представляет собой технический углерод, тальк, диоксид кремния, серу, оксид цинка и их смеси. В еще одном варианте реализации композиция содержит вулканизующий агент, представляющий собой серу, меркаптан, силановое связующее и их смеси. В таких вариантах реализации вулканизующий агент дополнительно содержит ускоритель.
В одном варианте реализации композиции, по меньшей мере, один простой полиэфир или простой полигликолевый эфир на основе циклоалифатического эпоксида образован из продукта реакции между, по меньшей мере, одним циклоалифатическим эпоксидом и, по меньшей мере, одним реагентом. В таких вариантах реализации циклоалифатический эпоксид может содержать 4-12 атомов углерода. В других таких вариантах реализации циклоалифатический эпоксид выбирают из группы, состоящей из циклобутеноксида, циклопентеноксида, циклогексеноксида, циклогептеноксида, циклооктеноксида, циклододеценоксида, 1,2,5,6-диэпоксициклооктана, их алкилзамещенных производных и их смесей. В других таких вариантах реализации реагент представляет собой соединение, имеющее, по меньшей мере, одну гидроксильную функциональную группу.
В других вариантах реализации композиция дополнительно содержит, по меньшей мере, одно масло для наполнения в виде ароматического масла, алифатического масла, нафтенового масла и их смесей.
В некоторых вариантах реализации композиция характеризуется вязкостью по Муни (ML1+4 при 100°С) в диапазоне от приблизительно 40 до приблизительно 70 единиц Муни.
В некоторых вариантах реализации каучук на диеновой основе характеризуется уровнем содержания стирола в диапазоне от приблизительно 20 до приблизительно 40 массовых процентов при расчете на массу упомянутого каучука на диеновой основе.
В некоторых вариантах реализации композицию вулканизуют. В некоторых таких вариантах реализации вулканизованная композиция характеризуется процентной степенью сшивания в диапазоне от приблизительно 50 до приблизительно 100 процентов.
В некоторых вариантах реализации для получения композиций проводят стадию введения в каучук на диеновой основе, по меньшей мере, одного простого полиэфира или простого полигликолевого эфира на основе циклоалифатического эпоксида. В некоторых таких вариантах реализации стадия введения может быть проведена по способу полимеризации на эмульсионной основе, способу полимеризации на растворной основе или способу перемешивания.
В некоторых вариантах реализации композиция содержит каучук на диеновой основе и, по меньшей мере, одно масло для наполнения, где масло для наполнения дополнительно содержит, по меньшей мере, один простой полиэфир или простой полигликолевый эфир на основе циклоалифатического эпоксида. В таких вариантах реализации такие варианты реализации содержат, по меньшей мере, одно масло для наполнения в количестве в диапазоне приблизительно от 0,1 до 50 массовых процентов в расчете на массу композиции. В таких вариантах реализации, по меньшей мере, одно масло для наполнения может быть выбрано из группы, состоящей из ароматического масла, алифатического масла, нафтенового масла и их смесей. В таких вариантах реализации уровень содержания в масле для наполнения, по меньшей мере, одного простого полиэфира или простого полигликолевого эфира на основе циклоалифатического эпоксида может находиться в диапазоне от приблизительно 0,1 до приблизительно 99 массовых процентов в расчете на массу, по меньшей мере, одного масла для наполнения.
В некоторых вариантах реализации заявляется изделие, образованное из композиции. В таких вариантах реализации изделие может быть выбрано из группы, включающей покрышки, шланги, промышленные резиновые изделия и обувные подошвы. В некоторых других вариантах реализации изделие характеризуется значением tan delta, согласно измерениям при 0,2 рад/сек и температуре в диапазоне от приблизительно 0 до приблизительно 2°С, находящимся в диапазоне от приблизительно 0,2 до приблизительно 0,4. В других таких вариантах реализации изделие характеризуется значением tan delta, согласно измерениям при 0,2 рад/сек и температуре от приблизительно 60°С, находящимся в диапазоне от приблизительно 0,08 до приблизительно 0,1.
В некоторых вариантах реализации композиция содержит, по меньшей мере, одно масло для наполнения и, по меньшей мере, один простой полиэфир или простой полигликолевый эфир на основе циклоалифатического эпоксида, где, по меньшей мере, одно масло для наполнения выбирают из группы, состоящей из ароматического масла, алифатического масла, нафтенового масла и их смесей. В таких вариантах реализации уровень содержания, по меньшей мере, одного простого полиэфира или простого полигликолевого эфира на основе циклоалифатического эпоксида может находиться в диапазоне от приблизительно 0,1 до приблизительно 99 массовых процентов в расчете на массу композиции. В таких вариантах реализации, по меньшей мере, одно масло для наполнения представляет собой очищенный дистиллированный ароматический экстракт.
На данные и другие цели изобретения совместно с различными признаками новизны, которые характеризуют изобретение, подробно указывается в формуле изобретения, прилагаемой к данному описанию изобретения и составляющей его часть. Для лучшего понимания изобретения, преимуществ его реализации и конкретных целей, достигаемых при его использовании, должна быть сделана ссылка на прилагаемые чертежи и описательный материал, в котором проиллюстрированы варианты реализации изобретения.
Необходимо понимать то, что любой один из признаков изобретения может быть использован индивидуально или в комбинации с другими признаками. Необходимо понимать то, что в комбинации с одним или несколькими признаками, упомянутыми в настоящем документе, могут быть использованы и признаки, которые не были упомянуты в настоящем документе. После рассмотрения чертежей и подробного описания изобретения специалисту в соответствующей области техники должны стать и будут очевидными и другие системы, способы, признаки и преимущества проиллюстрированных вариантов реализации изобретения. Предполагается то, что все такие дополнительные системы, способы, признаки и преимущества будут включаться в данное описание изобретения, попадать в объем настоящего изобретения и охраняться прилагаемой формулой изобретения.
Данные и другие цели, признаки и преимущества изобретения будут более очевидными при рассмотрении в связи со следующим далее подробным описанием предпочтительных вариантов реализации изобретения, где данное описание представляется в сочетании с прилагаемыми чертежами.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Вышеизложенное краткое описание изобретения, а также следующее далее подробное описание иллюстративных вариантов реализации будут лучше поняты при прочтении в связи с прилагаемыми чертежами. Однако необходимо понимать то, что изобретение не ограничивается продемонстрированными точными компоновками и техническими решениями. Компоненты на чертежах необязательно представлены в масштабе, вместо этого упор делается на четкое иллюстрирование принципов настоящего изобретения. Кроме того, на чертежах подобные номера позиций обозначают соответствующие детали на всех представленных изображениях.
Фиг.1 представляет собой график, демонстрирующий отклики для tan d в диапазоне от -50°С до 70°С для примеров 5 и 6 в сопоставлении со сравнительным примером 1;
фиг.2 представляет собой график, демонстрирующий отклики для tan d в диапазоне от -50°С до 70°С для примеров 7 и 8 в сопоставлении со сравнительным примером 2;
фиг.3 представляет собой график, демонстрирующий зависимость tan d 0 от tan d 60 для примеров 5 и 6 в сопоставлении со сравнительным примером 1; и
фиг.4 представляет собой график, демонстрирующий зависимость tan d 0 от tan d 60 для примеров 7 и 8 в сопоставлении со сравнительным примером 2.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЛЛЮСТРАТИВНЫХ ВАРИАНТОВ РЕАЛИЗАЦИИ
Следующее далее обсуждение приведено для предоставления специалисту в соответствующей области техники возможностей по реализации и использованию изобретения. Без отклонения от объема и сущности настоящего изобретения, определенного в прилагаемой формуле изобретения, общие описанные принципы могут быть применены и к вариантам реализации, и областям применения, отличным от тех, которые будут подробно проиллюстрированы далее. Настоящее изобретение не предполагает ограничиваться продемонстрированными вариантами реализации, а должно быть согласовано с наиболее широким объемом, соответствующим раскрытым принципам и признакам.
Каучук представляет собой эластичный углеводород, получаемый в природе, а также синтетически. Натуральный каучук является углеводородным полимером изопрена, который представляет собой молочно-белую коллоидальную суспензию, получаемую из широкого ассортимента растений. Каучук на диеновой основе получают в результате проведения полимеризации широкого ассортимента мономеров, включающих нижеследующие, но не ограничивающихся только этими: изопрен, 1,3-бутадиен, изобутилен и хлоропрен.
В своем сыром состоянии натуральные каучуки и каучуки на диеновой основе обладают определенными физическими свойствами, которые должны быть модифицированы для получения подходящих конечных свойств. Немодифицированные формы каучука являются мягкими и податливыми; однако, без дополнительной переработки сырой каучук может утратить свою эластичность в ходе использования, претерпеть явное изменение своих физических свойств с температурой и, в конце концов, деструктировать при воздействии воздуха и солнечного света. Для сохранения свойств обеих форм каучука их перерабатывают в результате составления смесей и вулканизации.
Конечные свойства переработанных каучуков могут быть улучшены в ходе процессов составления смесей и вулканизации в результате включения добавок. Примеры добавок к каучукам включают антиоксиданты, вещества, повышающие клейкость, и противостарители.
Резиновая композиция
В некоторых вариантах реализации получают композицию, содержащую каучук на диеновой основе и, по меньшей мере, один простой полиэфир или простой полигликолевый эфир на основе циклоалифатического эпоксида. Использующийся термин «каучук на диеновой основе» относится к любому типу искусственно полученного полимерного материала, который исполняет функцию эластомера. Использующийся термин «простой полиэфир или простой полигликолевый эфир на основе циклоалифатического эпоксида» относится к композиции простого полиэфира или простого полигликолевого эфира, которую производят из циклоалкеноксида, содержащего 4-12 атомов углерода.
В некоторых вариантах реализации композиция дополнительно содержит, по меньшей мере, один каучук, выбираемый из группы, состоящей из натурального каучука, каучука на бутадиеновой основе, каучука этилена-пропилена-диенового мономера (ЭПДМ) и каучука на изопреновой основе. Примеры каучука на бутадиеновой основе включают нижеследующие, но не ограничиваются только этими: полибутадиеновый каучук (БК) и стирол-бутадиеновый каучук (СБК). Примеры каучука на изопреновой основе включают нижеследующие, но не ограничиваются только этими: полиизопреновый каучук (ИК), изобутилен-изопреновый каучук и стирол-изопрен-стирольный каучук (СИС).
В некоторых вариантах реализации композиция дополнительно содержит наполнитель. В некоторых вариантах реализации композиция дополнительно содержит вулканизующий агент. В некоторых вариантах реализации композиция дополнительно содержит ингибитор, защищающий от воздействия УФ-излучения. В некоторых вариантах реализации композицию вулканизируют.
В некоторых вариантах реализации композиция дополнительно содержит, по меньшей мере, одно масло для наполнения, выбираемое из группы, включающей ароматическое масло, алифатическое масло, нафтеновое масло и их смеси. Примеры ароматических масел и алифатических масел включают нижеследующие, но не ограничиваются только этими: масло очищенного дистиллированного ароматического экстракта (ОДАЭ), мягкий экстрагированный растворитель (МЭР), дистиллированный ароматический экстракт (ДАЭ), минеральные масла, нефтяные масла, гидрированные нафтеновые базовые масла и неполярные растворители. В таких вариантах реализации маслом ОДАЭ может являться масло VIVATEC 500 (British Petroleum Chemicals).
1+4
В некоторых вариантах реализации наполненная композиция характеризуется вязкостью по Муни в диапазоне от приблизительно 40 до приблизительно 70 единиц Муни согласно измерениям при ML и 100°С. Использующийся термин «вязкость по Муни» относится к крутящему моменту сдвига, противодействующему вращению цилиндрического металлического диска (или ротора), внедренного в каучук в цилиндрической полости. Вязкость по Муни измеряют при использовании документа ASTM D1646 на оборудовании MV 2000E.
Каучук на диеновой основе
Каучук на диеновой основе представляет собой любой тип искусственно полученного полимерного материала, который исполняет функцию эластомера. Каучук на диеновой основе во многих случаях используется в качестве заместителя натурального каучука, в особенности в случае необходимости наличия улучшенных свойств материала. Каучук на диеновой основе получают в результате проведения полимеризации широкого ассортимента мономеров. Примеры мономеров включают нижеследующие, но не ограничиваются только этими: изопрен, 1,3-бутадиен, изобутилен и хлоропрен.
В некоторых вариантах реализации каучуком на диеновой основе также может являться каучук на стирольной основе. Каучуки на стирольной основе в современном уровне техники известны в качестве высокотехнологичных эластомеров. В некоторых вариантах реализации каучуки на стирольной основе получают в результате проведения анионной полимеризации стирола при использовании катализаторов, таких как нижеследующие, но не ограничивающихся только этими: металлы группы IA и их алкилы, амиды, силаноляты, нафталиды, бифенилы и антраценильные производные. Примеры каучука на стирольной основе включают нижеследующие, но не ограничиваются только этими: стирол-бутадиеновый каучук (СБК), стирол-бутадиен-стирольный каучук (СБС), стирол-этилен-бутилен-стирольный каучук (СЭБС), стирол-бутилен-стирольный каучук (СЭС) и стирол-изопрен-стирольный каучук (СИС).
В некоторых вариантах реализации каучук на диеновой основе характеризуется уровнем содержания стирола в диапазоне от приблизительно 20 до приблизительно 40 массовых процентов.
СБК представляет собой один из наиболее важных и один из наиболее широко используемых каучуков на диеновой основе. СБК получают в результате проведения эмульсионной полимеризации бутадиена и стирола при различных соотношениях. В некоторых вариантах реализации соотношение между количествами бутадиена и стирола составляет приблизительно 76,5:23,5. СБК не кристаллизуются при растяжении и поэтому характеризуются низким пределом прочности при растяжении, если только они не будут дополнительно армированы. В одном варианте реализации настоящего изобретения СБК используют в покрышках и продукции шинной промышленности. Другие варианты использования включают нижеследующие, но не ограничиваются только этими: изготовление ремня, шланга, покрытий проводов и кабелей, напольного покрытия, продукции обувной промышленности, губчатого материала, изоляции и формованных изделий.
В некоторых вариантах реализации СБК может представлять собой эмульсионный стирол-бутадиеновый каучук (ЭСБК). В некоторых вариантах реализации ЭСБК может быть получен в результате проведения свободно-радикальной эмульсионной сополимеризации мономеров стирола и бутадиена. Свободно-радикальная эмульсионная сополимеризация включает объединение мономеров стирола и бутадиена в воде с системой инициатора, системой эмульгатора и модификаторами молекулярной массы.
В других вариантах реализации СБК может представлять собой растворный стирол-бутадиеновый каучук (РСБК). В таких вариантах реализации РСБК может быть получен в результате проведения анионной полимеризации мономеров стирола и бутадиена. РСБК зачастую используют для изготовления высококачественных резинотехнических изделий.
В некоторых вариантах реализации каучук на диеновой основе может дополнительно включать натуральный каучук, каучук на бутадиеновой основе, каучук этилена-пропилена-диенового мономера (ЭПДМ) или каучук на изопреновой основе.
В некоторых вариантах реализации каучук на диеновой основе (СБК), имеющийся в композиции, присутствует в количестве в диапазоне от приблизительно 0,1 до приблизительно 99 массовых процентов в расчете на массу конечной композиции. В некоторых вариантах реализации каучук на диеновой основе присутствует в количестве в диапазоне от приблизительно 1 до приблизительно 95 массовых процентов в расчете на массу конечной композиции. В некоторых вариантах реализации каучук на диеновой основе присутствует в количестве в диапазоне от приблизительно 5 до приблизительно 90 массовых процентов в расчете на массу конечной композиции.
Простой полиэфир или простой полигликолевый эфир на основе циклоалифатического эпоксида
Примеры циклоалифатических эпоксидов, содержащих 4-12 атомов углерода, которые являются подходящими для использования при получении простых полиэфиров или простых полигликолевых эфиров на основе циклоалифатического эпоксида для каучуковых композиций на диеновой основе, включают нижеследующие, но не ограничиваются только этими: циклобутеноксид, циклопентеноксид, циклогексеноксид, циклогептеноксид, циклооктеноксид, циклододеценоксид, 1,2,5,6-диэпоксициклооктан, их алкилзамещенные производные и их смеси.
Примеры реагентов для дериватизации циклоалифатических эпоксидов при использовании в каучуковых композициях на диеновой основе представляют собой соединения, содержащие количество активных гидроксильных групп n, включающие нижеследующие, но не ограничивающиеся только этими: вода, первичные, вторичные и третичные спирты, алифатические и циклоалифатические моно-, ди- и трикарбоновые кислоты, а также ангидриды, содержащие от 1 до 20 атомов углерода, циклоалкиловые спирты, содержащие от 4 до 10 атомов углерода, гликоли и полиолы и их смеси.
В некоторых вариантах реализации простой полиэфир или простой полигликолевый эфир на основе циклоалифатического эпоксида образованы из продукта реакции циклогексеноксида. В таких вариантах реализации производное циклогексеноксида представляет собой ЦГО-ПГ 59. Использующийся термин «ЦГО-ПГ 59» относится к произведенному из циклогексеноксида простому (поли)гликолевому эфиру, полученному в результате проведения реакции между этиленгликолем и циклогексеноксидом. В еще одном варианте реализации производное циклогексеноксида представляет собой ЦГО-ПГ 200. Использующийся термин «ЦГО-ПГ 200» относится к произведенному из циклогексеноксида простому полиэфиру, полученному в результате проведения реакции между бутанолом и циклогексеноксидом.
Далее следуют несколько структур (I-V) для некоторых из производных, по меньшей мере, одного простого полиэфира или простого полигликолевого эфира на основе циклоалифатического эпоксида из вариантов реализации:
Эмпирическая структура ЦГО-простого полиэфира
Эмпирическая структура ЦГО-ПГ 59
Эмпирическая структура ЦГО-ПГ 200
Эмпирическая структура ЦГО-простого полигликолевого эфира, прореагировавшего по концевым группам с уксусной кислотой
Эмпирическая структура ЦГО-простого полигликолевого эфира, имеющего концевые метильные группы.
В одном варианте реализации перед введением в каучук на диеновой основе простой полиэфир или простой полигликолевый эфир на основе циклоалифатического эпоксида может быть растворен в растворителях, таких как ароматические масла, алифатические масла и нафтеновые масла. В еще одном варианте реализации простой полиэфир или простой полигликолевый эфир могут быть введены в каучук на диеновой основе до добавления, после добавления или одновременно с добавлением растворителей, таких как ароматические масла и алифатические масла. Примеры ароматических масел и алифатических масел включают нижеследующие, но не ограничиваются только этими: ранее описанные масла.
В некоторых вариантах реализации диапазон уровня содержания смеси простой полиэфир или простой полигликолевый эфир на основе циклоалифатического эпоксида/масло для наполнения заключен в пределах от приблизительно 0,1 до приблизительно 50 массовых процентов в расчете на массу конечной каучуковой композиции. В некоторых вариантах реализации диапазон уровня содержания смеси простой полиэфир или простой полигликолевый эфир на основе циклоалифатического эпоксида/масло для наполнения заключен в пределах от приблизительно 10 до приблизительно 45 массовых процентов в расчете на массу конечной каучуковой композиции. В некоторых вариантах реализации диапазон уровня содержания смеси простой полиэфир или простой полигликолевый эфир на основе циклоалифатического эпоксида/масло для наполнения заключен в пределах от приблизительно 20 до приблизительно 35 массовых процентов в расчете на массу конечной каучуковой композиции.
В некоторых вариантах реализации диапазон уровня содержания простого полиэфира или простого полигликолевого эфира на основе циклоалифатического эпоксида в композиции масла для наполнения заключен в пределах от приблизительно 0,1 до приблизительно 99 массовых процентов в расчете на массу композиции масла для наполнения. В некоторых вариантах реализации диапазон уровня содержания простого полиэфира или простого полигликолевого эфира на основе циклоалифатического эпоксида в композиции масла для наполнения заключен в пределах от приблизительно 20 до приблизительно 80 массовых процентов в расчете на массу композиции масла для наполнения. В некоторых вариантах реализации диапазон уровня содержания простого полиэфира или простого полигликолевого эфира на основе циклоалифатического эпоксида в композиции масла для наполнения заключен в пределах от приблизительно 30 до приблизительно 65 массовых процентов в расчете на массу композиции масла для наполнения.
Наполнители
Наполнители в полимерах используют для обеспечения улучшенной переработки, регулирования термического расширения, электрических свойств, магнитных свойств и улучшенных механических свойств и в качестве заменителя дорогостоящих материалов. Каждый тип наполнителя обладает своими собственными свойствами, и на них, в свою очередь, оказывают воздействие размер, форма частиц и химия поверхности. Важными аспектами являются площадь удельной поверхности и упаковка частиц.
В некоторых вариантах реализации композиция содержит компонент в виде наполнителя. Примеры компонента в виде наполнителя включают нижеследующие, но не ограничиваются только этими: технический углерод, тальк, диоксид кремния, оксид цинка и глины. Наполнители могут присутствовать в количестве в диапазоне от приблизительно 10 процентов до приблизительно 50 процентов в расчете на массу конечной композиции.
Вулканизующий агент
Вулканизующие агенты представляют собой вещества или смеси веществ, добавляемые к резиновой композиции для промотирования или регулирования реакции вулканизации.
В некоторых вариантах реализации композиция содержит вулканизующий агент. Примеры вулканизующих агентов включают нижеследующие, но не ограничиваются только этими: сера, меркаптан и силановое связующее. В таких вариантах реализации меркаптаном может являться третичный додецилмеркаптан.
В некоторых вариантах реализации вулканизующий агент содержит ускоритель. Ускорители представляют собой вещества или смеси веществ, добавляемые к резиновой композиции для ускорения процесса вулканизации. В некоторых вариантах реализации ускоритель может представлять собой карбамат.
В некоторых вариантах реализации композиция является частично вулканизованной. В других вариантах реализации композиция является полностью вулканизованной. В таких вариантах реализации вулканизованная композиция характеризуется процентной степенью сшивания в диапазоне от приблизительно 50 до приблизительно 100 процентов.
Ингибиторы, защищающие от воздействия УФ-излучения
Ингибиторы, защищающие от воздействия УФ-излучения, представляют собой вещества или смеси веществ, добавляемые к резиновой композиции для предотвращения выцветания, высыхания и растрескивания в результате воздействия УФ-излучения.
В одном варианте реализации настоящего изобретения композиция содержит ингибиторы, защищающие от воздействия УФ-излучения. Ингибиторы, защищающие от воздействия УФ-излучения, могут представлять собой технический углерод, фенольный и фосфоновый стабилизаторы.
Варианты применения композиций
Резиновые композиции вариантов реализации демонстрируют надлежащие характеристики перерабатываемости, такие как теплостойкость, термостойкость, стойкость к воздействию давления, контролируемая вязкость и тому подобное. В дополнение к этому, в сопоставлении с доступными композициями предшествующего уровня техники резиновые композиции вариантов реализации демонстрируют улучшенные стойкость к истиранию, характеристики сцепления с дорожным покрытием и сопротивление раздиру.
Композиции вариантов реализации могут быть использованы в широком ассортименте изделий, включающих нижеследующие, но не ограничивающихся только этими: покрышки, шланги, промышленные резиновые изделия и обувные подошвы. В некоторых вариантах реализации изделия характеризуются значением tan delta, согласно измерениям при 0,2 рад/сек и температуре в диапазоне от приблизительно 0°С до приблизительно 2°С, находящимся в диапазоне от приблизительно 0,2 до приблизительно 0,4. В других вариантах реализации изделия характеризуются значением tan delta, согласно измерениям при 0,2 рад/сек и температуре от приблизительно 60°С, находящимся в диапазоне от приблизительно 0,008 до приблизительно 0,01.
Покрышки, изготовленные при использовании композиции, обладают свойствами, такими как улучшенный ресурс покрышки до износа протектора, улучшенная безопасность, улучшенные характеристики остановки, пониженная инерционность, улучшенное сопротивление скольжению, улучшенное сцепление покрышки с мокрым и сухим дорожным покрытием, всесезонные высокие технологические характеристики и стойкость к истиранию.
ПРИМЕРЫ
Следующие далее примеры дополнительно иллюстрируют несколько аспектов изобретения. Однако изобретение данными примерами не ограничивается.
Получение простых полигликолевых эфиров на основе циклоалифатических оксидов
ЦГО-ПГ 59 получают из этиленгликоля и циклогексеноксида. Один моль этиленгликоля вводят в реакцию с четырьмя молями циклогексеноксида до получения ЦГО-ПГ 59, как это представлено в уравнении 1:
(Уравнение 1).
3
2
Этиленгликоль (31,03 г) перемешивают с циклогексеноксидом (196,29 г) в пятигорлой круглодонной колбе объемом 1 л, снабженной перемешивающим устройством, устройством продувки азота и средством контроля нагревания/охлаждения. Смесь охлаждают до 15°С. К реакционной смеси в течение одного часа порциями по 0,1 куб. см добавляют один мл комплекса диэтилового эфира и трехфтористого бора (48%) (BF*OEt), выдерживая температуру ниже 60°С. После добавления реакционную смесь в течение 30 минут нагревают до 80°С, а после этого выдерживают при перемешивании в течение одного часа. Затем к смеси для гашения реакции добавляют воду (5 куб. см). После этого смесь переводят в круглодонную колбу объемом 1 л и размещают на роторном испарителе. Воду и летучие соединения удаляют при использовании нагревания (100°С) и вакуума (10 дюймов (254 мм) ртутного столба). Полученный выход составляет 99,3% ЦГО-ПГ 59.
Анализ продукта реакции проводят при использовании масс-спектрометра SSQ 7000 от компании Finnigan (Thermo Scientific; Уолтем, Массачусетс), сочлененного с устройством GC 5890 (Hewlett Packard; Пало-Альто, Калифорния). Средняя молекулярная масса ЦГО-ПГ 59 составляет 457,74. Среднее количество молекулярных звеньев ЦГО, представленных в ЦГО-ПГ 59, составляет 4,03. Это указывает на введение в цепь двух циклогексеноксидных звеньев на одну гидроксильную группу.
ЦГО-ПГ 200 получают из бутанола и циклогексеноксида. Один моль бутанола вводят в реакцию с четырьмя молями циклогексеноксида до получения ЦГО-ПГ 200.
3
2
Бутанол (37,06 г) перемешивают с циклогексеноксидом (196,29 г) в пятигорлой круглодонной колбе объемом 1 л, снабженной перемешивающим устройством, устройством продувки азота и средством контроля нагревания/охлаждения. К реакционной смеси в течение одного часа при 50°С порциями по 0,1 куб. см добавляют один мл BF*OEt при одновременном выдерживании температуры ниже 60°С. После добавления реакционную смесь нагревают вплоть до 60°С, а после этого выдерживают при перемешивании в течение одного часа. Затем для гашения реакции добавляют воду (5 куб. см). Смесь переводят в однолитровую круглодонную колбу и размещают на роторном испарителе. Воду и летучие соединения удаляют при использовании нагревания (100°С) и вакуума (10 дюймов (254 мм) ртутного столба). Получают 210,7 г продукта реакции, что соответствует выходу 90,3% ЦГО-ПГ 200.
Полученный ПГ-простой эфир при комнатной температуре представляет собой прозрачный, высоковязкий и почти бесцветный продукт. Средняя молекулярная масса ЦГО-ПГ 200 составляет 405,64. Среднее количество молекулярных звеньев ЦГО, представленных в ЦГО-ПГ 200, составляет 3,38.
Смеси масло для наполнения/простой полигликолевый эфир
Смеси добавок простых полиэфиров и базовых масел для наполнения получали в градуированных стеклянных химических стаканах. Базовое масло для наполнении отвешивали в химический стакан с последующим добавлением добавки простого полиэфира в количестве, обеспечивающем получение конечного желательного массового процента активного вещества. Смесь нагревали и перемешивали для достижения полной растворимости.
ОДАЭ 59-50 получают в результате перемешивания ранее полученного материала ЦГО-ПГ 59 с маслом ОДАЭ при соотношении массовых процентов 50:50. ОДАЭ 200-50 получают в результате перемешивания ЦГО-ПГ 200 с маслом ОДАЭ при соотношении массовых процентов 50:50. Использующееся масло ОДАЭ представляет собой VIVATEC 500 (British Petroleum Chemicals).
g
ОДАЭ 59-50, ОДАЭ 200-50 и сравнительный ОДАЭ характеризуются своими температурами стеклования (T), измеренными по методу дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК) и продемонстрированными в таблице 1. Анализ по методу ДСК проводят при использовании прибора DSC 2920.
Таблица 1Сравнительные свойства смесей ОДАЭ и стандартного ОДАЭ
Смесь масло/добавка
Tg<sub>i</sub> <sup>E</sup>
Tg
Δc<sub>p</sub>
ОДАЭ 59-50
-36,2
-28,7
0,49
ОДАЭ 200-50
-46,8
-40,3
0,43
Беспримесный VIVATEC 500 (сравнительный пример)
-53,6
-48,2
0,36
Примеры 1-6: Наполненные маслом композиции ЭСБК
Примеры 1-6 получают в результате перемешивания двух ранее полученных масляных смесей и стандартного ОДАЭ с двумя различными латексами ЭСБК. Один из латексов ЭСБК представляет собой СБК SBR 1723. SBR 1723 представляет собой ненаполненный каучук, который характеризуется вязкостью по Муни сырого каучука 100-130 единиц Муни и уровнем содержания стирола, равным приблизительно 23,5 массовым процентам. Другой латекс ЭСБК представляет собой СБК SBR 1739. SBR 1739 представляет собой ненаполненный каучук, который характеризуется вязкостью по Муни сырого каучука 110-140 единиц Муни и уровнем содержания стирола, равным приблизительно 40 массовым процентам.
Комбинации «наполненных маслом композиций ЭСБК» суммарно представлены в таблице 2. Использующийся термин «наполненная маслом композиция ЭСБК» относится к смеси ЭСБК с компонентами ЦГО-простой полиэфир/масло. Смеси простой полиэфир/масло составляют 27,3 массовых процента в расчете на массу конечной наполненной маслом композиции ЭСБК. Примеры 3 и 6 для сравнения представляют наполненные маслом стандарты ЭСБК (содержащие 27,3% (масс.) стандартного масла).
Таблица 2Матрица испытаний для примеров 1-6
ЭСБК
SBR 1723
SBR 1739
Масляная смесь
Идентификационный номер примера
Идентификационный номер примера
ОДАЭ 59-50
1
4
ОДАЭ 200-50
2
5
VIVATEC 500
3
6
После перемешивания до достижения надлежащего соотношения между количествами масла и ЭСБК образцы коагулируют, разделяют и высушивают в соответствии с методиками, хорошо понятными на современном уровне техники переработки резиновых смесей.
Примеры 1-6: Характеристики исходных полимеров
Характеристики наполненных маслом композиций ЭСБК из примеров 1-6 получают по различным методам, включающим определение уровня содержания стирола, определение величины экстракта (ЕТА) и определение вязкости по Муни. Вязкость по Муни измеряют в соответствии с методикой документа ASTM D 1646 при времени предварительного нагревания 1 минута и времени работы ротора 4 минуты для температуры 100°С при использовании прибора MV 2000E.
Таблица 3Характеристики исходных полимеров из примеров
Пример
1
2
3
4
5
6
Единицы измерения
Уровень содержания стирола
%
23,8
23,3
23,6
40,5
40,5
39,8
Экстракт (ЕТА)
%
32,0
31,5
33,2
32,5
31,9
33,6
ML 1+4+1, массированно
Единицы Муни
50
50
49
54
53
54
Данные в таблице 3 не выявляют какого-либо значительного различия характеристик полимеров для примеров сырья в сопоставлении друг с другом и со стандартами. Вязкость по Муни для смесей, составленных с новыми маслами, находится в диапазоне, сопоставимом с тем, что имеет место для эталонных каучуков.
Примеры 1-6: Свойства при составлении смесей
Для наполненных маслом композиций ЭСБК на основании документа ASTM D 3185 составляют смеси при использовании технического углерода IRB7. Для составления смесей в примерах и получения в результате вулканизатов используют лабораторные вальцы.
Измерение реологических свойств без вулканизации проводят в соответствии с документом ASTM D 5289 при использовании безроторного сдвигового пластометра (MDR 2000E) (Monsanto; Сент-Луис, Миссури), измеряя время подвулканизации (Ts) и время до вулканизации (Т). «Т50» и «Т90» представляют собой времена, необходимые для достижения в реакции вулканизации 50%-ной и 90%-ной степени превращения, соответственно. «Ts2» представляет собой время, необходимое для увеличения крутящего момента на 2 дНм выше соответствующего минимума крутящего момента (ML) во время вулканизации. МН представляет собой максимум крутящего момента во время вулканизации.
Таблица 4Свойства составленных смесей из примеров
Пример
1
2
3
4
5
6
Единица измерения
Вязкость составленной смеси
Единицы Муни
63,3
60,7
58,2
64,3
61,2
59,5
MDR 2000
Ts2
мин
3,54
3,87
4,62
3,21
3,96
5,04
Т50
мин
5,14
5,65
7,03
4,51
5,56
7,53
Т90
мин
9,14
10,72
12,13
9,55
10,84
14
ML
дНм
2,37
2,35
2,32
2,28
2,22
2,28
МН
дНм
17,22
16,6
17,43
16,32
16,18
16,42
Таблица 4 иллюстрирует демонстрацию примерами композиций ЭСБК, наполненных маслом, содержащим ЦГО-ПГ, относительно более высоких вязкостей составленных смесей, а также более высокой скорости вулканизации в сопоставлении с их соответствующими стандартными примерами.
Примеры 1-6: Свойства вулканизатов
Образцы примеров 1-6 в течение 35 минут вулканизовали в вулканизационном прессе при 145°С.
Для испытания свойств вулканизатов по примерам 1-6 использовали остальные компоненты, представленные стандартной рецептурой, испытанной в соответствии с ASTM D3185-1A, перемешанной на мельнице, из расчета на полимер:
Эластомерный полимер (бутадиен-стирольный сополимер)
600 г
Оксид цинка
18 г
Сера
10,5 г
Стеариновая кислота
6 г
Сажа IRB 7
300 г
TBBS (N-трет-бутил-2-бензотиазолсульфенамид,
Sulfenax TBBS, Duslo a.s.)
6 г
Предел прочности при растяжении, относительное удлинение при разрыве и модуль упругости при 300%-ном относительном удлинении (модуль упругости 300) измеряют в соответствии с документом ASTM D 412 на приборе Zwick Z010 (Ульм, Германия). Истирание по DIN измеряют в соответствии с документом DIN 53516 (1987-06-01).
Таблица 5Свойства вулканизатов из примеров
Пример
1
2
3
4
5
6
Единицы измерения
Предел прочности при растяжении
МПа
23,6
24,7
24,4
24,9
23,7
24
Относительное удлинение
%
430
482
502
505
472
544
Модуль упругости 300
МПа
15,0
14,2
13,2
14,9
15,1
12,8
Эластичность по упругому отскоку при 23°С
%
42,4
41,8
42
19
20,4
25,2
Эластичность по упругому отскоку при 60°С
%
58,8
58,6
56
50,4
50,4
4,8
Твердость по Шору А
63,5
63,3
62,7
64,7
64,7
61,9
Истирание по DIN (приведенное)
101
113
100
128
105
100
Таблица 5 выявляет улучшенные более низкие относительные удлинения в комбинации с более высоким модулем упругости 300 для примеров композиций ЭСБК, наполненных маслом, содержащим ЦГО-ПГ, в сопоставлении с тем, что имеет место для соответствующих стандартных примеров. Твердость по Шору А для примеров вулканизатов композиций ЭСБК, наполненных маслом, содержащим ЦГО-ПГ, является несколько увеличенной. Эластичности по упругому отскоку при 60°С для примеров 1 и 2 и пониженные эластичности по упругому отскоку при 23°С для примеров 4 и 5 отличаются от того, что имеет место в их соответствующих стандартных примерах 3 и 6, соответственно.
Примеры 1-6: Динамический механический анализ
Сопротивлением качению является сопротивление, которое возникает в случае качения предмета (например, колеса или покрышки). Сопротивление качению представляет потери на гистерезис, базирующиеся на деформации, которую покрышка претерпевает во время одного оборота. Частоты, базирующиеся на вращении покрышки, находятся в диапазоне от 10 до 100 Гц, что эквивалентно значению tan delta в диапазоне от 30°С до 70°С при пересчете на температуру. Значение tan delta при 60°С обычно используют для предсказания сопротивления качению.
Использующийся термин «tan delta» относится к соотношению между модулем потерь и модулем накопления. Значение tan delta измеряют при использовании динамического спектрометра Eplexor 150N, изготовленного в компании (Gabo Qualimeter Testanlagen GmbH; Альден, Германия), с приложением динамической деформации сжатия 0,2% при одновременном индуцировании частоты 2 Гц при 60°С. В случае tan delta (60°C), чем меньшим будет индекс, тем меньшим будет сопротивление качению. Значение tan delta (0°C) измеряют при использовании тех же самых оборудования и условий нагружения при 0°С. Чем большим будет индекс, тем лучшим будет сопротивление проскальзыванию на мокром дорожном покрытии (см. таблицу 6).
Таблица 6Динамические механические значения из примеров
Пример
1
2
3
4
5
6
Единица измерения
Максимум tan d
°С
-30
-28
-35
-12
-15
-20
Фиг.1-4 представляют собой графики, демонстрирующие свойства сопротивления качению и сопротивления скольжению при заданных различных температурных условиях. Фиг.1 представляет собой график, демонстрирующий отклики для tan delta в диапазоне от -50°С до 70°С для примеров 1 и 2 (называемых образцами 1 и 2) в сопоставлении с тем, что имеет место в примере 3 (называемом образцом 3). Фиг.2 представляет собой график, демонстрирующий отклики для tan delta в диапазоне от -50°С до 70°С для примеров 4 и 5 (называемых образцами 4 и 5) в сопоставлении с тем, что имеет место в примере 6 (называемом образцом 6). Отклики, продемонстрированные на фиг.1 и 2, выявляют то, что максимум tan d является не только большим по величине, но также и сдвинутым в направлении более высоких температур.
Фиг.3 представляет собой график, демонстрирующий зависимость tan delta 0 от tan delta 60 для примеров 1 и 2 (опять-таки называемых образцами 1 и 2) в сопоставлении с тем, что имеет место в примере 3 (называемом SBR 1723). Примеры 1 и 2 демонстрируют уменьшение значения tan d 60°C, доходящее вплоть до 15%, при подобных уровнях значения tan d 0°С. Данный результат свидетельствует о более низком сопротивлении качению для композиций.
Фиг.4 представляет собой график, демонстрирующий зависимость tan delta 0 от tan delta 60 для примеров 4 и 5 (опять-таки называемых образцами 4 и 5) в сопоставлении с тем, что имеет место в примере 6 (называемом SBR 1739). В сопоставлении с примером 6 примеры 4 и 5 демонстрируют значительные увеличения значений tan delta 0°C без принесения в жертву значения tan delta 60°С. Данный результат свидетельствует о приблизительно 65%-ном улучшении сопротивления скольжению в примерах 4 и 5 в сопоставлении с тем, что имеет место для соответствующего стандартного материала.
Все патенты, методики испытаний и другие документы, процитированные в настоящем документе, в том числе приоритетные документы, посредством ссылки полностью включаются в настоящий документ в той степени, в которой такое описание не является не соответствующим данному изобретению, и для всех юрисдикций, в которых такое включение является допустимым.
Несмотря на подробное описание иллюстративных вариантов реализации изобретения необходимо понимать то, что без отклонения от объема и сущности изобретения специалистам в соответствующей области техники будут очевидными и могут стать легко реализуемыми и различные другие модификации. В соответствии с этим, предполагается не ограничивать объем формулы изобретения, прилагаемой к описанию изобретения, примерами и описаниями, приведенными в настоящем документе, а вместо этого воспринимать формулу изобретения как включающую все признаки патентуемой новизны, которые вмещаются в настоящее изобретение, в том числе все признаки, которые будут рассматриваться в качестве их эквивалентов специалистами в соответствующей области техники, к которым изобретение имеет отношение.
В случае приведения численных нижних пределов и численных верхних пределов предусматривается рассмотрение диапазонов от любого нижнего предела до любого верхнего предела.
В описании изобретения все описанные числа представляют собой приближенные значения вне зависимости от использования в связи с ними слова «приблизительно» или «примерно». В зависимости от контекста, в котором такие значения описываются в настоящем документе, и если только конкретно не будет указано другого, такие значения могут варьироваться на 1 процент, 2 процента, 5 процентов или иногда 10-20 процентов. Каждый раз при раскрытии численного диапазона, имеющего нижний предел RL и верхний предел RU, конкретно будет описываться любое число, попадающее в данный диапазон. В частности, конкретно раскрываются следующие числа (R) в пределах диапазона: R=RL+k*(RU-RL), где k представляет собой переменную в диапазоне от 1 процента до 100 процентов с инкрементом в 1 процент, то есть k находится в диапазоне от 1 процента или 2 процентов или 3 процентов до 99 процентов или 100 процентов. Кроме того, также конкретно раскрывается и любой численный диапазон, определенный двумя определенными ранее числами R.
В соответствии с использованием в настоящем документе и в формуле изобретения термин «содержащий» является включающим или не исчерпывающим и не исключает дополнительные не приведенные элементы, компоненты композиции или стадии способов. В соответствии с этим такие термины предполагаются синонимичными со словами «имеет», «имеют», «имеющий», «включает», «включающий» и любыми производными данных слов.