一种生物基共轭烯酮酰胺提升航空轮胎胎面胶强度模量橡胶组合物及其制备方法 |
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| 申请号 | CN202410103854.6 | 申请日 | 2024-01-25 | 公开(公告)号 | CN117844074A | 公开(公告)日 | 2024-04-09 |
| 申请人 | 中国科学院长春应用化学研究所; | 发明人 | 白晨曦; 孙武; 曹善淇; 沈绪; 杨小牛; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供了一种 生物 基共轭烯 酮 酰胺提升航空轮胎 胎面 胶强度模量 橡胶 组合物，由包括以下组分的原料制备而成：高顺式异戊橡胶50～90重量份；顺丁橡胶10～50重量份； 炭黑 50～70重量份； 氧 化锌2～6重量份； 硬脂酸 1～3重量份；橡胶操作油1～20重量份；防护蜡1～3重量份；防老剂1～6重量份；生物基共轭烯酮酰胺0.1～5重量份；促进剂0.5～5重量份；硫磺2～10重量份。与 现有技术 相比，本发明提供的生物基共轭烯酮酰胺提升航空轮胎胎面胶强度模量橡胶组合物，采用特定含量的特定组分，实现整体较好的相互作用，得到的产品同时具有较高的拉伸强度、模量和撕裂强度，且定伸应 力 高。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种生物基共轭烯酮酰胺提升航空轮胎胎面胶强度模量橡胶组合物，其特征在于，由包括以下组分的原料制备而成： |
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| 说明书全文 | 一种生物基共轭烯酮酰胺提升航空轮胎胎面胶强度模量橡胶组合物及其制备方法 技术领域[0001] 本发明涉及轮胎、橡胶技术领域，更具体地说，是涉及一种生物基共轭烯酮酰胺提升航空轮胎胎面胶强度模量橡胶组合物及其制备方法。 背景技术[0002] 我国航空轮胎起步较晚，目前航空胎几乎全部由米其林等少数国外轮胎厂家提供，且一些尖端产品只租不卖；随着我国大飞机战略的发展，以及尖端航空态的需求，急需航空轮胎国产化。 [0003] 我国地理位置的限制，天然橡胶产量低，且无法生产使用与航空轮胎高品号的天然橡胶，航空轮胎使用的天然橡胶都需要进口。为此开发基于高顺式异戊橡胶的航空轮胎具有重要的理论及应用价值。 [0004] 但是，现有技术的产品还存在拉伸强度、模量、撕裂性能不高的技术问题。 发明内容[0005] 有鉴于此，本发明的目的在于提供一种生物基共轭烯酮酰胺提升航空轮胎胎面胶强度模量橡胶组合物及其制备方法，能够显著提升航空轮胎胎面胶拉伸强度、模量及撕裂性能。 [0006] 本发明提供了一种生物基共轭烯酮酰胺提升航空轮胎胎面胶强度模量橡胶组合物，由包括以下组分的原料制备而成： [0007] 高顺式异戊橡胶50～90重量份； [0008] 顺丁橡胶10～50重量份； [0009] 炭黑50～70重量份； [0011] 硬脂酸1～3重量份； [0012] 橡胶操作油1～20重量份； [0013] 防护蜡1～3重量份； [0014] 防老剂1～6重量份； [0015] 生物基共轭烯酮酰胺0.1～5重量份； [0016] 促进剂0.5～5重量份； [0017] 硫磺2～10重量份。 [0019] 优选的，所述顺丁橡胶为顺式含量大于97％的聚丁二烯橡胶。 [0020] 优选的，所述炭黑的吸碘值为113g/kg～128g/kg，吸油值为118×10‑5m3/kg～132‑5 3 ‑5 3 ‑5 3×10 m /kg，压缩吸油值为96×10 m /kg～108×10 m /kg，着色强度为115％～131％， 3 2 3 2 3 2 CTAB吸附比表面积为109×10m/kg～125×10m/kg，总比表面积为105×10m/kg～119× 3 2 10m/kg。 [0022] 优选的，所述防护蜡选自微晶蜡H3241、微晶蜡1887和微晶蜡H7075中的一种或多种。 [0023] 优选的，所述防老剂选自防老剂RD、防老剂4020和防老剂4010NA中的一种或多种。 [0024] 优选的，所述生物基共轭烯酮酰胺为可生物再生的、分子结构中同时含有共轭烯酮基团和酰胺基团的生物基化合物。 [0025] 优选的，所述促进剂选自促进剂NOBS、促进剂CZ、促进剂NS、促进剂DTDM、促进剂DM、促进剂M和促进剂TMTD中的一种或多种。 [0026] 本发明还提供了一种上述技术方案所述的生物基共轭烯酮酰胺提升航空轮胎胎面胶强度模量橡胶组合物的制备方法，包括以下步骤： [0027] 将高顺式异戊橡胶、顺丁橡胶和生物基共轭烯酮酰胺加入密炼机中50rpm～100rpm转速下混炼10s～60s后，加入炭黑、橡胶操作油、硬脂酸、氧化锌、防护蜡、防老剂，混炼至温度为120℃～140℃，提砣，并清扫上顶栓，继续混炼至160℃～180℃排胶；开炼机辊距4mm～8mm过辊3次～5次，下片停放4h～24h，得到母炼胶；再设置开炼机温度为40℃～60℃，加入上述母炼胶，使橡胶包辊0.5min～1.5min，最后加入硫磺、促进剂后调整辊距0.1mm～0.3mm薄通5次～7次，设置开炼机辊距1mm～3mm下片，得到生物基共轭烯酮酰胺提升航空轮胎胎面胶强度模量橡胶组合物。 [0028] 本发明提供了一种生物基共轭烯酮酰胺提升航空轮胎胎面胶强度模量橡胶组合物，由包括以下组分的原料制备而成：高顺式异戊橡胶50～90重量份；顺丁橡胶10～50重量份；炭黑50～70重量份；氧化锌2～6重量份；硬脂酸1～3重量份；橡胶操作油1～20重量份；防护蜡1～3重量份；防老剂1～6重量份；生物基共轭烯酮酰胺0.1～5重量份；促进剂0.5～5重量份；硫磺2～10重量份。与现有技术相比，本发明提供的生物基共轭烯酮酰胺提升航空轮胎胎面胶强度模量橡胶组合物，采用特定含量的特定组分，实现整体较好的相互作用，得到的产品同时具有较高的拉伸强度、模量和撕裂强度，且定伸应力高。 [0029] 另外，本发明提供的制备方法工艺简单、条件易控，具有广阔的应用前景。 具体实施方式[0030] 下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。 [0031] 本发明提供了一种生物基共轭烯酮酰胺提升航空轮胎胎面胶强度模量橡胶组合物，由包括以下组分的原料制备而成： [0032] 高顺式异戊橡胶50～90重量份； [0033] 顺丁橡胶10～50重量份； [0034] 炭黑50～70重量份； [0035] 氧化锌2～6重量份； [0036] 硬脂酸1～3重量份； [0037] 橡胶操作油1～20重量份； [0038] 防护蜡1～3重量份； [0039] 防老剂1～6重量份； [0040] 生物基共轭烯酮酰胺0.1～5重量份； [0041] 促进剂0.5～5重量份； [0042] 硫磺2～10重量份。 [0043] 本发明提供了一种以高顺式异戊橡胶橡胶为基体的高强度、高模量、高撕裂强度航空轮胎胎面胶组合物，尤其是通过将生物基共轭烯酮酰胺引入橡胶配方体系，实现拉伸强度、模量及撕裂强度的提升。 [0044] 在本发明中，所述生物基共轭烯酮酰胺提升航空轮胎胎面胶强度模量橡胶组合物由包括高顺式异戊橡胶、顺丁橡胶、炭黑、氧化锌、硬脂酸、橡胶操作油、防护蜡、防老剂、生物基共轭烯酮酰胺、促进剂、硫磺的原料制备而成，优选由高顺式异戊橡胶、顺丁橡胶、炭黑、氧化锌、硬脂酸、橡胶操作油、防护蜡、防老剂、生物基共轭烯酮酰胺、促进剂、硫磺制备而成。本发明对所述高顺式异戊橡胶、顺丁橡胶、炭黑、氧化锌、硬脂酸、橡胶操作油、防护蜡、防老剂、生物基共轭烯酮酰胺、促进剂、硫磺的来源均没有特殊限制，采用本领域技术人员熟知的市售商品即可。 [0045] 在本发明中，所述高顺式异戊橡胶优选以均相稀土为催化剂合成，顺式含量优选≥96％，数均分子量优选为40万～90万，相对分子量分布指数优选低于3.0，门尼粘度优选为70～100。在本发明优选的实施例中，所述高顺式异戊橡胶选自无端基改性的高顺式异戊橡胶，所包括牌号为：SKI‑5、IR80、IR70，和/或端基改性的高顺式异戊橡胶，所包括牌号为：FSJ‑20；更优选为FSJ‑20。 [0046] 在本发明中，所述生物基共轭烯酮酰胺提升航空轮胎胎面胶强度模量橡胶组合物包括50～90重量份的高顺式异戊橡胶，优选为70～80重量份。 [0047] 在本发明中，所述顺丁橡胶优选为顺式含量大于97％的聚丁二烯橡胶，所包括牌号为：BR9000、BR1280、CB22、CB24、CB25、BR40、BR60。在本发明优选的实施例中，所述顺丁橡胶为BR9000。 [0048] 在本发明中，所述生物基共轭烯酮酰胺提升航空轮胎胎面胶强度模量橡胶组合物包括10～50重量份的顺丁橡胶，优选为20～30重量份。 [0049] 在本发明中，所述炭黑的吸碘值优选为113g/kg～128g/kg，吸油值优选为118×‑5 3 ‑5 3 ‑5 3 ‑5 310 m /kg～132×10 m /kg，压缩吸油值优选为96×10 m /kg～108×10 m /kg，着色强度 3 2 3 2 优选为115％～131％，CTAB吸附比表面积优选为109×10 m/kg～125×10m/kg，总比表面 3 2 3 2 积优选为105×10 m /kg～119×10 m /kg。在本发明优选的实施例中，所述炭黑为炭黑N234。 [0050] 在本发明中，所述生物基共轭烯酮酰胺提升航空轮胎胎面胶强度模量橡胶组合物包括50～70重量份的炭黑，优选为50～60重量份。 [0051] 在本发明中，所述生物基共轭烯酮酰胺提升航空轮胎胎面胶强度模量橡胶组合物包括2～6重量份的氧化锌，优选为4～6重量份。 [0052] 在本发明中，所述生物基共轭烯酮酰胺提升航空轮胎胎面胶强度模量橡胶组合物包括1～3重量份的硬脂酸，优选为1～2重量份。 [0053] 在本发明中，所述橡胶操作油优选选自芳烃油、石蜡油和环烷油中的一种或多种，更优选为芳烃油。在本发明优选的实施例中，所述橡胶操作油为环保芳烃油。 [0054] 在本发明中，所述生物基共轭烯酮酰胺提升航空轮胎胎面胶强度模量橡胶组合物包括1～20重量份的橡胶操作油，优选为4～6重量份。 [0055] 在本发明中，所述防护蜡优选选自微晶蜡H3241、微晶蜡1887和微晶蜡H7075中的一种或多种，更优选为H3241。 [0056] 在本发明中，所述生物基共轭烯酮酰胺提升航空轮胎胎面胶强度模量橡胶组合物包括1～3重量份的防护蜡，优选为2重量份。 [0057] 在本发明中，所述防老剂优选选自防老剂RD、防老剂4020和防老剂4010NA中的一种或多种，更优选为防老剂RD和防老剂4020并用。 [0058] 在本发明中，所述生物基共轭烯酮酰胺提升航空轮胎胎面胶强度模量橡胶组合物包括1～6重量份的防老剂，优选为2～3重量份。 [0059] 在本发明中，所述生物基共轭烯酮酰胺优选为可生物再生的、分子结构中同时含有共轭烯酮基团和酰胺基团的生物基化合物，更优选为丝裂霉素C或1‑甲基‑6‑氧代吡啶‑3‑甲酰胺。 [0060] 在本发明中，所述丝裂霉素C的结构式如下： [0061] [0062] 在本发明中，所述1‑甲基‑6‑氧代吡啶‑3‑甲酰胺的结构式如下： [0063] [0064] 生物基共轭烯酮酰胺为生物代谢材料，其分子内同时含有共轭烯酮和酰胺结构的分子，例如丝裂霉素C(Mitomycin C)，丝裂霉素C是一种DNA交联剂(DNA cross‑linking agent)，诱导DNA损伤。丝裂霉素C是一种抗肿瘤化合物和抗生素，可有效的抑制DNA合成。丝裂霉素C是一种ADC毒性分子，可以诱导凋亡作用。1‑甲基‑6‑氧代吡啶‑3‑甲酰胺Nudifloramide(2PY)是烟酰胺‑腺嘌呤二核苷酸(NAD)降解的最终产物之一，Nudifloramide在体外可显著抑制PARP‑1活性。本发明中，使用生物基共轭烯酮酰胺作为一种交联剂，提升胶料的交联密度，同时使在橡胶链中引入酰胺、氨基等可以形成多重氢键，进一步提升分子间力，提升强度、模量、撕裂强度。 [0065] 本发明的关键在于使用高顺式异戊橡胶为橡胶基体，通过在配方中创新性地引入生物基共轭烯酮酰胺如丝裂霉素C，来显著提升航空胎胎面胶拉伸强度、模量及撕裂性能。 [0066] 在本发明中，所述生物基共轭烯酮酰胺提升航空轮胎胎面胶强度模量橡胶组合物包括0.1～5重量份的生物基共轭烯酮酰胺，优选为0.5～2重量份。 [0067] 在本发明中，所述促进剂优选选自促进剂NOBS、促进剂CZ、促进剂NS、促进剂DTDM、促进剂DM、促进剂M和促进剂TMTD中的一种或多种，更优选为促进剂NS。 [0068] 在本发明中，所述生物基共轭烯酮酰胺提升航空轮胎胎面胶强度模量橡胶组合物包括0.5～5重量份的促进剂，优选为1～2重量份。 [0069] 在本发明中，所述生物基共轭烯酮酰胺提升航空轮胎胎面胶强度模量橡胶组合物包括2～10重量份的促进剂，优选为2.5～3重量份。 [0070] 本发明提供的生物基共轭烯酮酰胺提升航空轮胎胎面胶强度模量橡胶组合物，采用特定含量的特定组分，实现整体较好的相互作用，得到的产品同时具有较高的拉伸强度、模量和撕裂强度，且定伸应力高。 [0071] 本发明还提供了一种上述技术方案所述的生物基共轭烯酮酰胺提升航空轮胎胎面胶强度模量橡胶组合物的制备方法，包括以下步骤： [0072] 将高顺式异戊橡胶、顺丁橡胶和生物基共轭烯酮酰胺加入密炼机中50rpm～100rpm转速下混炼10s～60s后，加入炭黑、橡胶操作油、硬脂酸、氧化锌、防护蜡、防老剂，混炼至温度为120℃～140℃，提砣，并清扫上顶栓，继续混炼至160℃～180℃排胶；开炼机辊距4mm～8mm过辊3次～5次，下片停放4h～24h，得到母炼胶；再设置开炼机温度为40℃～60℃，加入上述母炼胶，使橡胶包辊0.5min～1.5min，最后加入硫磺、促进剂后调整辊距0.1mm～0.3mm薄通5次～7次，设置开炼机辊距1mm～3mm下片，得到生物基共轭烯酮酰胺提升航空轮胎胎面胶强度模量橡胶组合物。 [0073] 本发明提供的制备方法工艺简单、条件易控，具有广阔的应用前景。 [0074] 本发明提供了一种生物基共轭烯酮酰胺提升航空轮胎胎面胶强度模量橡胶组合物，由包括以下组分的原料制备而成：高顺式异戊橡胶50～90重量份；顺丁橡胶10～50重量份；炭黑50～70重量份；氧化锌2～6重量份；硬脂酸1～3重量份；橡胶操作油1～20重量份；防护蜡1～3重量份；防老剂1～6重量份；生物基共轭烯酮酰胺0.1～5重量份；促进剂0.5～5重量份；硫磺2～10重量份。与现有技术相比，本发明提供的生物基共轭烯酮酰胺提升航空轮胎胎面胶强度模量橡胶组合物，采用特定含量的特定组分，实现整体较好的相互作用，得到的产品同时具有较高的拉伸强度、模量和撕裂强度，且定伸应力高。 [0075] 另外，本发明提供的制备方法工艺简单、条件易控，具有广阔的应用前景。 [0076] 为了进一步说明本发明，下面通过以下实施例进行详细说明。本发明以下实施例及对比例所用的原料均为市售；航空轮胎胎面胶橡胶组合物的制备方法包括以下步骤： [0077] 使用小型密炼机混炼，将密炼机设置转速70rpm，将高顺式异戊橡胶、顺丁橡胶、生物基共轭烯酮酰胺加入密炼机中混炼30秒后，加入炭黑、橡胶操作油、硬脂酸、氧化锌、防护蜡、防老剂，混炼至温度为130℃，提砣，并清扫上顶栓，继续混炼至170℃排胶；开炼机辊距6mm过辊4次，下片停放12小时；设置开炼机温度为50℃，加入母炼胶，使橡胶包辊1分钟，加入硫磺、促进剂后调整辊距0.2mm薄通6次，设置开炼机辊距2mm下片，得到产品。 [0078] 具体原材料及配方如下表1所示。 [0079] 表1具体实施橡胶组合 [0080] [0081] 对实施例及对比例各产品进行各项性能测试，包括提升胎面胶的拉伸强度、扯断伸长率、定伸应力、撕裂强度，数据对比如下表2所示。 [0082] 表2物理力学性能 [0083] 测试项目 标准 对比例 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5拉伸强度 GB/T 531 27.1 28.9 29.34 27.9 28.1 27.2扯断伸长率 GB/T 528 419 410 400 385 420 409 300％定伸应力 GB/T 528 19.01 19.90 21.34 21.98 19.55 18.75 撕裂强度 GB/T 1687 73 90 114 83 92 69 [0084] 从表1和表2可知，相对于对比例，实施例1、实施例2、实施例3拉伸强度、模量均有所提升。实施例3相对于实施例2，模量提升明显，但拉伸强度略有降低，说明丝裂霉素C的用量应控制在2份之内。实施例4使用1‑甲基‑6‑氧代吡啶‑3‑甲酰胺同样可以起到提升拉伸强度、模量和撕裂强度的效果。实施例5使用阿魏酸酰胺，由于分子中无共轭烯酮结构，故并未起到提升性能的作用。在拉伸过程中，多重氢键将作为牺牲键优先于共价键断裂，消耗能量。同时，多重氢键作为动态键，其动态本质将有效避免体系的应力集中，促进链段滑移和取向，在保留体系较高延伸率的同时提高断裂韧性，进而提高撕裂性能。从表2可明显看出，添加生物基共轭烯酮酰胺例如丝裂霉素C和1‑甲基‑6‑氧代吡啶‑3‑甲酰胺后拉伸强度、模量、撕裂强度明显提升。 [0085] 所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。 |
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