專利名稱：具有增強(qiáng)性能的動力傳送產(chǎn)品的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于制造動力傳送產(chǎn)品，例如動力傳送帶、同步帶等的改進(jìn)的乙烯-α-烯烴彈性體，尤其是EPDM-基彈性體。更具體地說，本發(fā)明涉及此類彈性體，其包括使帶具有增強(qiáng)物理性能的特定類型的官能化聚乙烯。
背景技術(shù)：
動力傳送帶是已知的。例如，參見美國專利No.6,561,937(Wegele)、6,695,734(Hedberg等人)、5,610,217(Yamell等人)和6,251,977(Georget等人)。許多場合已經(jīng)建議使用有機(jī)過氧化物固化的EPDM(乙烯丙烯二烯三元共聚物)制造動力傳送帶，因?yàn)榇祟悘椥泽w的品質(zhì)和優(yōu)點(diǎn)，例如成本、工作溫度范圍和抵抗氧氣和臭氧的能力，此類EPDM-基彈性體具有改進(jìn)它們的動態(tài)性能(例如耐疲勞和耐久性)、它們的斷裂強(qiáng)度和它們的彈性模量以及它們的對牽引簾線粘附性的添加劑，該添加劑通常由α，β-不飽和有機(jī)酸的金屬鹽(尤其是甲基丙烯酸鋅)和增強(qiáng)填料，例如炭黑，和可能的纖維，例如芳綸構(gòu)成。例如，Yamell′217專利教導(dǎo)在過氧化物固化的EPDM彈性體中使用α，β-不飽和有機(jī)酸類。Georget等人′977專利教導(dǎo)在過氧化物固化的彈性體中加入馬來酸酐接枝的彈性體，其與包括在組合物中的α，β-不飽和有機(jī)酸金屬鹽反應(yīng)以增強(qiáng)EPDM-基彈性體的固化并改進(jìn)它的動態(tài)特性，例如尤其是它的彈性模量、斷裂強(qiáng)度和硬度。用馬來酸酐接枝的彈性體可以是聚丁二烯、聚異戊二烯、聚丙烯、或乙基乙烯基乙酸酯(EVA)共聚物，而且該彈性體用作動力傳送帶。
氧化聚乙烯是已知的并由Erchak的美國專利No.2,683,141和3,060,163教導(dǎo)。它們用于形成穩(wěn)定、半透明的乳液，用于地板蠟、石棉瓦的涂層、紙和織物和涂敷到不同表面的墨汁。它們被引入到包括EPDM組合物的熱塑性聚丙烯組合物中，例如描述在Benefield等人的美國專利No.4,990,568中的那些。在Benefield中，熱塑性聚丙烯用EPM或EPDM和氧化或羧化的聚烯烴進(jìn)行改性，加入量為彈性體的2到20％，以解決涂敷到由熱塑性彈性體形成的制品表面的涂層的粘附性問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是以下發(fā)現(xiàn)的結(jié)果將官能化聚乙烯引入到乙烯α烯烴彈性體中，例如通過過氧化物固化的EPDM彈性體組合物，其將在廣泛的溫度范圍內(nèi)獲得改進(jìn)的性能，例如硬度和伸長模量，以及改進(jìn)的更高耐磨性、耐久性、摩擦系數(shù)、拉伸強(qiáng)度及其它性能。這些性能的增強(qiáng)有益于動力傳送產(chǎn)品，例如動力傳送帶。此外，該配制料導(dǎo)致未固化配合物粘度的降低，以致更容易加工。
對于本申請，橡膠組合物中的“總可交聯(lián)材料”用作“份/百份橡膠”(phr)計算的基礎(chǔ)。配合物中的可交聯(lián)聚乙烯的量歸入phr量中?？山宦?lián)材料在此定義為在組合物中以化學(xué)方式與組合物內(nèi)其它材料連接的材料。對于這一定義，助-劑和共-固化劑，例如過氧化物、甲基丙烯酸鋅、二丙烯酸鋅、雙馬來酰亞胺不認(rèn)為是可交聯(lián)材料?？山宦?lián)材料包括常規(guī)的固體彈性體、液體彈性體和可交聯(lián)熱塑性樹脂或蠟。
官能化聚乙烯的引入量為可交聯(lián)材料重量的大約1％到95％，更優(yōu)選的范圍是5到95％、5到80％和20到80％。當(dāng)由包括在混合物中的過氧化物固化組合物時，官能化聚乙烯也交聯(lián)進(jìn)入該組合物，從而獲得改進(jìn)的帶組合物。
通常使用具有較高乙烯水平的乙烯α烯烴基彈性體，即具有大于大約65％的乙烯水平的彈性體，達(dá)到較高的乙烯含量，這有益于改進(jìn)例如v-形肋帶中肋的抗起球性和耐磨性。此類組合物難以在常規(guī)橡膠加工設(shè)備上加工。本發(fā)明方法允許使用容易加工的低乙烯基彈性體，其中乙烯含量通過官能化聚乙烯提高、允許使用更少量高級乙烯彈性體并能夠增加配合物的低伸長模量。因此，不對加工造成負(fù)面影響就能改進(jìn)帶性能。


圖1是包括官能化聚乙烯的組合物的未固化對固化配合物的放熱差示掃描量熱分析圖；圖2是包括另一種官能化聚乙烯的組合物的未固化對固化配合物的放熱差示掃描量熱分析圖(與圖1類似)；發(fā)明詳述本發(fā)明涉及改進(jìn)的動力傳送產(chǎn)品，例如傳動帶、同步皮帶等。本發(fā)明將根據(jù)動力傳送帶來描述，但也能應(yīng)用于其它結(jié)構(gòu)，因此不對其進(jìn)行限制。動力傳送帶的結(jié)構(gòu)是熟知的并在專利，例如美國專利No.6,251,977、6,561,937和5,610217中有說明，上述文獻(xiàn)的公開內(nèi)容在此引入作為參考。該帶設(shè)計成使任何旋轉(zhuǎn)構(gòu)件旋轉(zhuǎn)并具有“多-V”型。因而它具有內(nèi)表面和若干梯形斷面的圓周肋，其中肋相互平行并延續(xù)到帶的整個長度，并設(shè)計成與帶安裝在其上的皮帶輪具有互補(bǔ)形的凹槽。
在帶的頂面和各個肋間，帶具有至少一片嵌入帶的乙烯-α-烯烴彈性體中的牽引簾線，簾線在帶的內(nèi)部是螺旋-卷繞的并且它們的圈數(shù)隨帶所要求的機(jī)械特性變化。
適用于本發(fā)明的乙烯-α-烯烴彈性體包括但不限于包括乙烯和丙烯單元(EPM)、乙烯和丁烯單元、乙烯和戊烯單元、或乙烯和辛烯單元(EOM)的共聚物，和包括乙烯和丙烯單元和不飽和組分(EPDM)的三元共聚物，以及它們的混合物。作為EPDM的不飽和組分，可以使用任何合適的非共軛二烯，例如包括1，4-己二烯、雙環(huán)戊二烯或亞乙基降冰片烯(ENB)。本發(fā)明優(yōu)選的乙烯-α-烯烴彈性體包括大約35wt％到大約80wt％的乙烯單元、大約65wt％到大約25wt％的丙烯或辛烯單元以及0-10wt％的不飽和組分。在更優(yōu)選的實(shí)施方案中，乙烯-α-烯烴彈性體包括大約55wt％到大約78wt％的乙烯單元，在最優(yōu)選的實(shí)施方案中，乙烯-α-烯烴彈性體包括大約65wt％到大約75wt％的乙烯單元。在這些更優(yōu)選的乙烯單元含量水平下，包括本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案的乙烯-α-烯烴彈性組合物作為帶的主體部分的環(huán)形帶顯示改進(jìn)的抗起球性。最優(yōu)選的乙烯α-烯烴彈性體是EPM和/或EPDM。
為了形成本發(fā)明彈性體組合物，乙烯-α-烯烴彈性體可任選地與基于總可交聯(lián)材料小于50wt％，更優(yōu)選高達(dá)大約25wt％，最優(yōu)選大約5wt％到大約10wt％的第二彈性材料共混，以微調(diào)某些機(jī)械性能，例如高溫行為和粘性，該第二彈性材料包括但不限于硅橡膠、聚氯丁烯、表氯醇、氫化丁腈橡膠、天然橡膠、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、乙烯甲基丙烯酸酯共聚物和三元共聚物、丁苯橡膠、丁腈橡膠、氯化聚乙烯、氯磺化聚乙烯、烷基化氯磺化聚乙烯、反式辛烯聚合物(transpolyoctenamer)、聚丙烯酸橡膠、丁二烯橡膠以及它們的混合物。例如，本發(fā)明彈性體組合物也可以與以下組分共混●大約2到20phr的氫化丁腈橡膠(HNBR)以改進(jìn)耐油和耐溶劑性，或以相同目的加入相同量的丁腈橡膠(NBR)；●大約2到20phr的聚丁二烯(BR)以改進(jìn)動態(tài)性能和耐磨性；
●大約2到40phr的具有烷基的氯-磺化聚乙烯(ACSM)以增加耐油性和耐撕裂性；和●大約2到20phr的天然橡膠以改進(jìn)原始粘附性。
該彈性體可包括α，β-不飽和有機(jī)酸的金屬鹽。適用于本發(fā)明的α，β-不飽和有機(jī)酸的金屬鹽是以下酸的金屬鹽，例如丙烯酸、甲基丙酸烯、馬來酸、富馬酸、乙基丙烯酸、乙烯基-丙烯酸、衣康酸、甲基衣康酸、烏頭酸、甲基烏頭酸、巴豆酸、α-甲基巴豆酸、肉桂酸和2，4-二羥基肉桂酸。這些鹽可以是鋅、鎘、鈣、鎂、鈉或鋁的鹽，優(yōu)選鋅鹽。優(yōu)選的α，β-不飽和有機(jī)酸的金屬鹽是二丙烯酸鋅和二甲基丙烯酸鋅。最優(yōu)選的不飽和有機(jī)酸的金屬鹽是二甲基丙烯酸鋅。適用于本發(fā)明的金屬鹽的用量范圍可以為大約1到大約30phr，優(yōu)選大約5到大約20phr。在最優(yōu)選的實(shí)施方案中，金屬鹽是二甲基丙烯酸鋅，當(dāng)同與高達(dá)約10％的硅橡膠混合的EPDM一起使用時，該金屬鹽的用量為大約5phr，當(dāng)與適用于本發(fā)明的其它乙烯-α-烯烴彈性體一起使用時，該金屬鹽的用量為大約10到大約20phr，更優(yōu)選大約15phr。
能用于本發(fā)明的官能化聚乙烯包括氧化聚乙烯和聚乙烯的共聚物，例如乙烯馬來酸酐和乙烯-醋酸乙烯共聚物，它們與彈性體交聯(lián)以增加彈性體的硬度和模量，從而獲得改進(jìn)的帶性能，尤其對于動力傳送帶。優(yōu)選的官能化聚乙烯包括氧化聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物和乙烯馬來酸酐共聚物。官能化聚乙烯是商購于Honeywell International Inc.商標(biāo)為A-C的聚乙烯，它包括氧化聚乙烯A-C307、307A、395和395A，乙烯-醋酸乙烯共聚物A-C400和400A，以及乙烯-馬來酸酐共聚物的A-C575P和575A。
適用于本發(fā)明實(shí)踐的氧化聚乙烯蠟材料描述在美國專利No.2,683,141和3,060,163中，它們在此引入作為參考。根據(jù)后面的專利，通常固體的、硬的、蠟狀的具有平均分子量介于1,000和3,000之間的乙烯聚合物在液相中經(jīng)過含氧氣體作用的處理，以引起每100磅蠟與2-17磅氧反應(yīng)，即提供包括至少1wt％，優(yōu)選1-8wt％的氧和酸值不超過大約50，優(yōu)選在10到45之間的氧化聚乙烯蠟。
氧化聚乙烯特征在于具有由高溫蒸汽壓滲透壓力測定法測定的超過1000，優(yōu)選至少大約1200的最小數(shù)均分子量，包括1-5wt％之間的總氧含量和具有10到大約35的酸值。所述的氧化聚乙烯通過用包括游離氧的氣體(通常是空氣)通常在高溫下氧化熔體或細(xì)分散固態(tài)的聚乙烯直到獲得希望的氧含量來制備。用于制造適用于本發(fā)明實(shí)踐的氧化聚乙烯的起始材料包括低分子量、低密度或線性低密度聚乙烯蠟，其例如由描述在美國專利No.2,683,141中的方法制備并具有大約0.91到大約0.96的比重，以及具有大約0.93-0.97或以上的比重的高密度、線性聚乙烯，其例如在熟知的催化劑如“Phillips”或“Ziegler”型催化劑的存在下制備。低分子量、低密度聚乙烯起始材料可以通過在熔融狀態(tài)下與空氣流接觸來氧化直到獲得希望的氧含量。高密度、線性聚乙烯起始材料通常，優(yōu)選以細(xì)分散固態(tài)，在100℃到高達(dá)聚乙烯晶體的熔點(diǎn)(但是不包括)溫度下與包括游離氧的氣體(通常是空氣)接觸進(jìn)行氧化直到獲得希望的氧含量。
適用于本發(fā)明環(huán)形帶的乙烯-α-烯烴彈性組合物還包括大約25到大約250phr，優(yōu)選大約25到大約100phr的增強(qiáng)填料，例如炭黑、碳酸鈣、滑石、粘土或水合氧化硅或前述的混合物。如果需要的話，在過氧化物固化的乙烯-α-烯烴彈性組合物中加入1到30phr不飽和有機(jī)酸的金屬鹽和大約25到大約250phr，優(yōu)選大約25到大約100phr的增強(qiáng)填料可保持常規(guī)過氧化物固化的彈性體的熱穩(wěn)定性，同時提供通常與硫固化彈性體有關(guān)的撕裂強(qiáng)度和動態(tài)性能。
彈性組合物可以包括0.1到40phr的丙烯酸酯化的聚丁二烯。優(yōu)選，存在1到10phr。聚丁二烯可以是同時包括1，4和1，2丁二烯單元的無規(guī)聚丁二烯聚合物。1，2乙烯鍵的量是丙烯酸酯化聚丁二烯重量的15到大約90％。優(yōu)選，存在20到70wt％的1，2乙烯鍵。丙烯酸酯化聚丁二烯由Ziegler Natta聚合制備。丙烯酸酯化聚丁二烯可以具有500到500,000的分子量(MN)。優(yōu)選分子量為1,000到70,000。優(yōu)選的丙烯酸酯化聚丁二烯由Sartomer Company，Inc.以商標(biāo)RICACRYL銷售。具體實(shí)例是RICACRYL 3500(大約6400的分子量MN和大約50,000厘泊的布氏粘度)。丙烯酸酯化聚丁二烯可與丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯，例如以SR350從Sartomer Company，Inc.商購的三羥甲基丙烷三甲基丙烯酸酯(TMPTMA)，以0.1到50phr(優(yōu)選1-20phr)的量，一起使用以構(gòu)成助劑體系。其它的實(shí)例在Rosenboom的美國專利No.6,491,598中提出，其公開內(nèi)容在此引入作為參考。
適用于本發(fā)明產(chǎn)生自由基的固化劑是那些適于固化乙烯-α-烯烴彈性體的固化劑，例如包括有機(jī)過氧化物和離子化射線。優(yōu)選的固化劑是有機(jī)過氧化物，包括但不限于過氧化二異丙苯、雙-(叔-丁基過氧)-二異丙苯、過苯甲酸叔-丁酯、二-叔-丁基過氧化物、2，5-二甲基-2，5-二-叔-丁基過氧化己烷、α，α-雙(叔-丁基過氧)二異丙苯。優(yōu)選的有機(jī)過氧化物固化劑是α，α-雙(叔-丁基過氧)二異丙苯。對本發(fā)明說，有機(jī)過氧化物有效的固化量通常為大約2到大約15phr。有機(jī)過氧化物的優(yōu)選水平為大約4到大約12phr。硫可任選地添加到有機(jī)過氧化物固化劑中作為混合硫化體系的一部分，其用量為大約0.01到大約1.0phr，以改進(jìn)固化的彈性體的楊氏模量而又不對它的抗撕裂性造成負(fù)面影響。
根據(jù)普通橡膠加工實(shí)踐，在不脫離本發(fā)明的情況下，可加入其它的乙烯-α-烯烴彈性體添加劑、加工和增充油、抗氧化劑、蠟、顏料、增塑劑、軟化劑等。例如，在本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案中，彈性組合物還包括大約0.5到大約1.5phr的抗臭氧劑或抗氧化劑以及大約5到大約15phr的石蠟烴增塑劑/軟化劑。
適用于本發(fā)明的乙烯-α-烯烴彈性組合物可用任何常規(guī)方法制備，例如在密煉機(jī)或輥煉機(jī)中混合和輥煉各成分。應(yīng)該注意到在共混一些官能化聚乙烯中，達(dá)到高于聚乙烯級熔點(diǎn)的溫度對完成混合材料的加工來說是必要，并因此達(dá)到均勻地共混。
通常，由本發(fā)明的EPDM彈性體制成的帶在固化之前具有以下組成●EPDM總可交聯(lián)材料重量的99到20％；●官能化聚乙烯總可交聯(lián)材料重量的1到80％(優(yōu)選5到70％)；●炭黑5到100phr(優(yōu)選50到60pbr)；●導(dǎo)電炭黑0到15phr(優(yōu)選5到10phr)；●抗氧化劑0.5到8phr(優(yōu)選1.5到3phr)；●有機(jī)過氧化物0.5到15phr(優(yōu)選2到12phr)；●固化助劑0.5到10phr(1到8phr)；●增塑劑0到20phr(優(yōu)選1到10phr)；另外，也可以具有大約3到30phr的聚酰胺、芳族聚酰胺、聚酯、人造絲、棉、碳或玻璃纖維以改進(jìn)拉伸和低伸長模量。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例為了說明本發(fā)明，制造并測試了該帶組合物。在二階段Banbury混合器中以通常用于橡膠配方的方式混合并配合以下組合物●EPDM可交聯(lián)材料重量的84.4％；
●官能化聚乙烯可交聯(lián)材料重量的15.6％；●炭黑42phr●過氧化二異丙苯8.4phr將組合物制成片，在大約340°F下固化大約30分鐘，并使用橡膠加工性能分析器評價和使用ASTM方法在固化樣品上評價物理性能。結(jié)果在表I和II中列出。
表I

附注A-C聚乙烯&共聚物從Honeywell International，Inc.商購。
表II

以上數(shù)據(jù)說明，共混物具有更低的S′min(說明改進(jìn)的加工性)。拉伸強(qiáng)度、延長率、模量、硬度增加獲得更有用的化合物。
從以上數(shù)據(jù)和在圖1和2中示出的DSC(差示掃描量熱計)掃描能夠看出，官能化聚乙烯與EPDM交聯(lián)。所獲得的組合物將為帶材料提供改進(jìn)的性能。
未固化的A-C307A配合物(圖1)和A-C575A配合物(圖2)的DSC掃描分別示出了官能化聚乙烯的熔點(diǎn)峰在127.97℃和93.59℃以及DiCup固化放熱在185-186℃。從這些配合物的固化樣品的DSC掃描看出，相同的熔點(diǎn)峰消失并表明官能化聚乙烯當(dāng)固化時交聯(lián)進(jìn)入化合物。
本發(fā)明的上述實(shí)施方案的目的是為了說明和描述。這些描述和實(shí)施方案不是旨在詳盡列出或者將本發(fā)明限制在公開的精確形式中，顯然可以根據(jù)上述公開進(jìn)行許多修改和變化。實(shí)施方案是為最佳地解釋本發(fā)明的原理和它的實(shí)際應(yīng)用而選取并且進(jìn)行描述的，因此允許本領(lǐng)域的技術(shù)人員在適合于預(yù)期的特定用途的不同實(shí)施方案和不同修改中最佳地使用本發(fā)明。本發(fā)明應(yīng)該由以下的權(quán)利要求來限定。
權(quán)利要求
1.有機(jī)過氧化物可固化的彈性體組合物，其包括(a)乙烯-α-烯烴彈性體，和(b)有機(jī)過氧化物固化劑，特征在于該組合物基于可交聯(lián)材料的總重量包括1到95wt％的官能化聚乙烯。
2.權(quán)利要求1的彈性體組合物，特征在于該乙烯-α-烯烴彈性體選自乙烯-丙烯-二烯共聚物、乙烯-丙烯-二烯三元共聚物或它們的混合物。
3.權(quán)利要求1的彈性體組合物，特征在于官能化聚乙烯是可與乙烯-α-烯烴彈性體交聯(lián)的。
4.權(quán)利要求1的彈性體組合物，特征在于官能化聚乙烯是氧化的聚乙烯。
5.權(quán)利要求1的彈性體組合物，特征在于官能化聚乙烯是聚乙烯和馬來酸酐的共聚物。
6.權(quán)利要求1的彈性體組合物，特征在于基于可交聯(lián)材料的總重量存在1到80wt％的官能化聚乙烯。
7.權(quán)利要求1的彈性體組合物，特征在于基于可交聯(lián)材料的總重量存在20到80wt％的官能化聚乙烯。
8.權(quán)利要求1的彈性體組合物，特征在于已固化的配合物是選自同步帶、V形帶和多-V形-肋帶的動力傳送帶的形式。
9.權(quán)利要求1的彈性體組合物，特征在于組合物還包括填料和/或增強(qiáng)纖維。
10.權(quán)利要求1的彈性體組合物，特征在于未固化的組合物包括以下組分(a)乙烯-α-烯烴彈性體，量為總可交聯(lián)材料重量的5％到99％，(b)可與彈性體交聯(lián)的官能化聚乙烯，量為總可交聯(lián)材料重量的1％到95％，和(c)2到15phr的有機(jī)過氧化物固化劑。
11.動力傳送帶，該帶包括具有至少一種簾線或織物層的彈性主體，特征在于該主體包括有機(jī)過氧化物可固化的彈性體組合物，其包括(a)乙烯-α-烯烴彈性體，(b)有機(jī)過氧化物固化劑，和(c)基于可交聯(lián)材料的總重量，1到95wt％的官能化聚乙烯。
全文摘要
本發(fā)明涉及將官能化聚乙烯以1wt％到95wt％的量(基于總可交聯(lián)材料的重量)引入到乙烯α烯烴彈性體中，例如EPDM彈性體組合物，其通過過氧化物交聯(lián)，獲得改進(jìn)的性能，例如硬度和伸長模量，并在較寬的溫度范圍內(nèi)獲得改進(jìn)的更高的耐磨性、耐久性、摩擦系數(shù)、拉伸強(qiáng)度及其它性能，這有益于動力傳送產(chǎn)品，例如動力傳送帶。
文檔編號C08K5/14GK1837276SQ200510138089
公開日2006年9月27日 申請日期2005年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月31日
發(fā)明者T·G·布羅維斯, M·J·W·格雷格 申請人:固特異輪胎和橡膠公司