本申請(qǐng)是申請(qǐng)日為2011年12月12日、申請(qǐng)?zhí)枮?01180059879.1、發(fā)明名稱為“用于橡膠加工的改進(jìn)炭黑”的申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。

發(fā)明領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于橡膠加工的改進(jìn)炭黑。

發(fā)明背景

炭黑是在橡膠和其它聚合物中作為性能增強(qiáng)填料使用的一種材料。炭黑的補(bǔ)強(qiáng)作用取決于炭黑和聚合物基質(zhì)之間的物理相互作用。炭黑所提供的性能增強(qiáng)在很大程度上取決于用來制備炭黑、聚合物以及其它添加劑的混合物的方法的有效性。

炭黑被添加至高剪切混合機(jī)中的聚合物、最典型為橡膠中，以便使其并入到基質(zhì)中并使其成為橡膠混配物不可分割的一部分。除了炭黑之外，多種化學(xué)試劑與加工助劑被添加至聚合物中，以便減少加工所需的時(shí)間和能量。一種常用的加工助劑是一類芳烴油，所述芳烴油起著混合物或橡膠、炭黑以及其它組分的軟化劑或增塑劑的作用，從而使混合裝置能夠有效地將混合物揉成均質(zhì)的整體。混合物的均質(zhì)性在確保最終產(chǎn)品性質(zhì)例如輪胎、軟管、橡膠輪廓等的一致性方面非常重要。非均質(zhì)混合物可以導(dǎo)致產(chǎn)品在其最終用途應(yīng)用上的失敗。因此，所使用的加工油除了確保有效并高效的混合過程之外，還在最終產(chǎn)品的品質(zhì)中起著關(guān)鍵作用。

然而，在橡膠加工中所使用的芳烴油典型地含有按重量計(jì)高比例(高達(dá)85％)的芳香族化合物，其中15％或更多可由多核芳香族化合物組成。已知多核芳香族化合物是有毒的并且可能致癌。因此，目前它們的使用在世界各地受到監(jiān)管。輪胎是有害的多核芳香族化合物的一個(gè)主要來源—所述多核芳香族化合物從輪胎與廢棄輪胎組分中滲入空氣及地下水位中。橡膠制品制造商正考慮其它的選擇來將含有多核芳香族化合物的加工油的使用降到最低。

目前橡膠加工機(jī)所使用的芳烴加工油的替代品是來源于石油的，并且因此由不可再生資源組成。

此外，由于需要將加工油添加至橡膠混配物中，這就迫使橡膠加工機(jī)械攜帶油存量、具有將其添加至混配物中的過程、以及將所述油均勻地與橡膠混配物混合。

另外，存在全球性推動(dòng)力，以在所有工業(yè)制成品中使用更大比例的可再生材料，即，將不可再生資源如石油及石油衍生產(chǎn)品的使用降到最低。

發(fā)明目的

因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提出用于橡膠加工的改進(jìn)炭黑，其可以免除橡膠制品的制造中橡膠加工油的使用。

本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種改進(jìn)炭黑，其賦予橡膠成品同等的或更佳的性能，甚至無需在橡膠混配物中添加任何加工油。

本發(fā)明的再進(jìn)一步的目的是增加橡膠混配物的可再生含量，即，來自可再生資源的橡膠混配物的比例。

本發(fā)明的又一個(gè)目的是使用炭黑作為在化學(xué)上適用于橡膠混配物加工的載劑。

雖然這些目的中的一些可以通過將可再生加工試劑直接添加至橡膠混配物中得到滿足，但是更巧妙的替代方案是提供并入到炭黑中的添加劑，其與橡膠混合很好并且因此理所當(dāng)然地以最少的工作量使添加劑與橡膠很好地混和。

在閱讀了隨后的描述后，本發(fā)明的這些方面和其它方面將顯而易見。

發(fā)明簡(jiǎn)述

根據(jù)本發(fā)明，提供了一種用于橡膠加工的改進(jìn)炭黑。

按照本發(fā)明，用源于可再生資源的物質(zhì)(“處理劑”)處理炭黑以改進(jìn)其性質(zhì)，以使得無需在橡膠混配物混合過程中使用橡膠加工油。因此，本發(fā)明的經(jīng)過處理的炭黑免除了含有有害的多核芳香族化合物的橡膠加工油、或源于不可再生資源如石油的橡膠加工油的使用。

所述處理劑可以由賦予橡膠、炭黑、以及其它化學(xué)試劑的混合物所需性質(zhì)的任何物質(zhì)組成。處理劑優(yōu)選地可為植物來源并且可為任何形式，如油、纖維等，并且可增強(qiáng)炭黑的性質(zhì)。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，將炭黑用天然存在的油處理，得到性質(zhì)與混有標(biāo)準(zhǔn)橡膠加工油的參考橡膠混配物相比類似或得到改進(jìn)的混合橡膠混配物。所使用的油可為可食用的或不可食用的植物油，如米糠油(水稻(oryzasativa.))、印度楝樹油(印楝((azadirachtaindica))、卡蘭賈油(水黃皮(milletiapinnata))、棕櫚油、紫荊木油(長(zhǎng)葉紫荊木(madhucalongifolia))、橡膠籽油、或其它常用的油。進(jìn)一步優(yōu)選使用亞油酸和油酸含量高的油，因?yàn)檎J(rèn)為它們可改進(jìn)最終橡膠混合物的特性。處理劑可按炭黑的1重量％至50重量％的量進(jìn)行添加。

實(shí)施例1

將10ml的米糠油與100ml的丙酮混合，再與100gm的n220炭黑充分混合。將經(jīng)過處理的炭黑在烘箱中在70℃下進(jìn)行干燥。接著將經(jīng)過處理的、干燥的炭黑在輥磨機(jī)中通過標(biāo)準(zhǔn)配方與加工技術(shù)混合至橡膠混配物中，而同時(shí)省去添加任何加工油，并且對(duì)所得產(chǎn)品的性質(zhì)進(jìn)行測(cè)試。

為進(jìn)行比較，使用以下物質(zhì)制備了另外兩批橡膠混配物：1)常規(guī)炭黑與芳烴加工油以及2)常規(guī)炭黑且不加加工油。所有三種橡膠混配物還在70℃下進(jìn)行72小時(shí)的老化并再次進(jìn)行測(cè)試以確定在老化時(shí)性質(zhì)的損失。

使用優(yōu)選實(shí)施方案(即，使用經(jīng)過處理的炭黑但不加芳烴加工油)獲得的橡膠混配物的性質(zhì)顯示出與使用常規(guī)炭黑與芳烴加工油獲得的橡膠混配物相比類似或更佳的性質(zhì)。相比之下，用常規(guī)的(未處理的)炭黑且不加加工油制備的橡膠混配物的性質(zhì)遭受了明顯的損失。另外，使用了本發(fā)明炭黑的橡膠混配物的性質(zhì)在老化時(shí)性質(zhì)不易劣化。所述比較在表1中示出。

表1：使用未處理的炭黑與使用本發(fā)明的經(jīng)過處理的炭黑獲得的橡膠混配物性質(zhì)的比較

實(shí)施例2

將10ml的米糠油與100ml的丙酮混合，再與100gm的n220炭黑充分混合。將經(jīng)過處理的炭黑在烘箱中在70℃下進(jìn)行干燥。接著將經(jīng)過處理的、干燥的炭黑在輥磨機(jī)中通過標(biāo)準(zhǔn)配方與加工技術(shù)混合至橡膠混配物中，而同時(shí)省去添加任何加工油，并且對(duì)所得產(chǎn)品的性質(zhì)進(jìn)行測(cè)試。為進(jìn)行比較，遵循相同程序使用常規(guī)的n220炭黑制備混配物，并且使用加工油來制備橡膠混配物。

兩種橡膠混配物的性質(zhì)在表2中進(jìn)行比較。第1行示出了兩種混配物的門尼粘度(mooneyviscosity)(橡膠加工中的重要參數(shù))。第2行與第3行示出了損耗角正切值(tandelta)以及生熱值(heatbuildup)，其為橡膠混配物在各種應(yīng)用中，其使用期間能量損失的指標(biāo)。在第4行、第5行以及第6行中，所示出的兩種橡膠混配物的其它重要性質(zhì)基本保持不變?？傊?示出使用了本發(fā)明的炭黑但不加加工油的混配物的性質(zhì)與使用常規(guī)炭黑與加工油制備的混配物的性質(zhì)基本相同。這最終顯示可以使用本發(fā)明的炭黑作為與加工油一同使用的常規(guī)炭黑的替代品。

表2：使用未處理的炭黑與使用本發(fā)明的經(jīng)過處理的炭黑獲得的橡膠混配物性質(zhì)的比較