环保导热增进剂TB-100在半钢子午线轮胎胶料中的应用

2015-07-31杨树田

橡胶科技 2015年1期

杨树田

（大连天宝化学工业有限公司，辽宁大连 116300）

目前，许多轮胎企业用充油丁苯橡胶/白炭黑/偶联剂Si69体系[1]来降低轮胎的滚动阻力，但轮胎的导热性能并没有明显改善，由于温度过高而引起的轮胎缺陷层出不穷。导热增进剂能减小轮胎滞后损失产生的大量热量，对降低轮胎滚动阻力、减小燃油消耗量，提高轮胎耐久性能、高速性能和安全性能起着重要的作用[2]。

导热增进剂TB-100由离子液体1-丁基-3-甲基咪唑类氯盐改性高分散性白炭黑制备而成，具有优良的导热性能，是一种新型高效的橡胶助剂。“离子液体改性高分散高导热白炭黑及制备方法”已获得发明专利（CN 102504337）。本工作研究导热增进剂TB-100在半钢子午线轮胎胎面胶、基部胶和胎侧胶中的应用。

1 实验

1.1 主要原材料

天然橡胶（NR），牌号SMR20，马来西亚产品；丁苯橡胶（SBR），牌号1500和1712（充芳烃油37.5份），中国石化齐鲁股份有限公司橡胶厂产品；顺丁橡胶（BR），牌号9000，中国石化北京燕山石油化工股份有限公司产品；高分散性白炭黑，确成硅化学股份有限公司产品；导热增进剂TB-100，白色粉末，水悬浮液pH值7.2，加热减量（125 ℃×1 h）1.1%，大连天宝化学工业有限公司产品。

1.2 配方

1.2.1 基本配方

NR，100；炭黑N330，50；氧化锌，5；硬脂酸，3；促进剂DM，0.6；硫黄，2.5；导热增进剂TB-100，3；合计，164.1。

1.2.2 半钢子午线轮胎胎面胶

生产配方：SBR1500，20；SBR1712，82.5；BR，20；炭黑N339，75；氧化锌，2.2；硬脂酸，1.7；芳烃油，16；防老剂RD，2；防老剂4020，1.5；防护蜡，0.5；防焦剂CTP，0.15；硫黄/促进剂NS/ DM，3.3；合计，224.85。

试验配方：导热增进剂TB-100，3；其它组分与生产配方相同；合计，227.85。

1.2.3 半钢子午线轮胎基部胶

生产配方：NR，60；BR，40；炭黑N660，66；氧化锌，2.4；硬脂酸，0.75；芳烃油，12.5；防老剂RD，1.5；防老剂4020，2.5；增粘树脂，4；不溶性硫黄/促进剂NS/防焦剂CTP，4.3；合计，193.95。

试验配方：导热增进剂TB-100，3；其它组分与生产配方相同；合计，196.95。

1.2.4 半钢子午线轮胎胎侧胶

生产配方：NR，45；BR，55；炭黑N660，55；氧化锌，3.6；硬脂酸，1；防老剂RD，3；防老剂4020，2；增粘树脂，2；防护蜡，1；芳烃油，17；硫黄/促进剂NS/MBTS，3.2；合计，187.8。

试验配方：导热增进剂TB-100，3；其它组分与生产配方相同；合计，190.8。

1.3 性能测试

采用美国铂金埃尔默仪器有限公司的Spectrum One-B型傅里叶红外光谱仪测试红外光谱；采用德国耐驰仪器制造有限公司的LFA447 NanoFlashR型导热仪，参照文献[3]测试导热系数，测试温度30 ℃；胶料其它物理性能按照相应国家标准进行测试。

2 结果与讨论

2.1 导热增进剂TB-100的性能

导热增进剂TB-100制备所用的离子液体1-丁基-3-甲基咪唑类氯盐是一种新型的环保溶剂和催化剂[4]。通过红外光谱可以分析离子液体1-丁基-3-甲基咪唑类氯盐和改性前后无机填料的结构特点。

2.1.1 离子液体1-丁基-3-甲基咪唑类氯盐的红外光谱[5]

与传统有机溶剂相比，离子液体1-丁基-3-甲基咪唑类氯盐具有良好的热稳定性、热传导性、电导性、稳定性和溶解性，其理化性能随着阳离子和阴离子的变化而变化。离子液体1-丁基-3-甲基咪唑类氯盐的红外光谱见图1。

从图1可以看出：在波数3140 cm-1和3062 cm-1处有咪唑环C—H键的伸缩振动吸收峰；在波数2955 cm-1和2855 cm-1处有咪唑环上取代烷基C—H键的伸缩振动吸收峰；在波数1673 cm-1处有咪唑环上C＝C键的伸缩振动吸收峰；在波数1569 cm-1处有咪唑环骨架振动吸收峰；在波数1459 cm-1和1378 cm-1处有饱和C—H键的面内弯曲振动吸收峰；在波数1166 cm-1处有咪唑环上C—H键的面内变形振动吸收峰；在波数651 cm-1处有C—Br的特征吸收峰；在波数3431 cm-1处有水（H2O）的宽吸收峰，表明1-丁基-3-甲基咪唑类氯盐吸水性较强。

图1 离子液体1-丁基-3-甲基咪唑类氯盐的红外光谱

2.1.2 改性前后高分散性白炭黑的红外光谱

采用离子液体1-丁基-3-甲基咪唑类氯盐改性前后的高分散性白炭黑的红外光谱见图2。

图2 改性前后高分散性白炭黑的红外光谱

从图2可以看出，与改性前的高分散性白炭黑相比，改性后的高分散性白炭黑红外光谱多了3个吸收峰：在波数3176 cm-1处有咪唑环C—H键的伸缩振动吸收峰，在波数2892 cm-1处有咪唑环上烷基取代基C—H键的伸缩振动吸收峰，在波数1458 cm-1处有饱和C—H键的面内弯曲振动吸收峰，这说明离子液体1-丁基-3-甲基咪唑类氯盐已负载在高分散性白炭黑上。

2.1.3 改性前后无机填料的比表面积

用离子液体1-丁基-3-甲基咪唑类氯盐改性前后的无机填料比表面积见图3。

图3 改性前后无机填料的比表面积

从图3可以看出：经离子液体1-丁基-3-甲基咪唑类氯盐改性后，3种无机填料比表面积明显减小，表明离子液体1-丁基-3-甲基咪唑类氯盐已负载在无机填料上；高分散性白炭黑改性前后的比表面积最大，膨润土次之，高岭土最小。

2.1.4 改性无机填料胶料的导热性能

离子液体1-丁基-3-甲基咪唑类氯盐改性无机填料（基本配方）胶料的导热性能见图4。

从图4可以看出：改性前3种无机填料胶料的导热系数在0.2～0.3 W·（m·K）-1之间，其中高分散性白炭黑胶料的导热系数最大，膨润土次之，陶土最小；经改性后3种无机填料胶料的导热系数明显增大。

图4 改性前后无机填料胶料的导热系数

3种无机填料中，改性高分散性白炭黑的比表面积最大，胶料的导热系数也最大。下面考察离子液体1-丁基-3-甲基咪唑类氯盐改性高分散性白炭黑（导热增进剂TB-100）在胶料中的应用。

2.2 导热增进剂TB-100胶料物理性能

添加导热增进剂TB-100的半钢子午线轮胎胎面胶、基部胶和胎侧胶的物理性能见表1。

表1 导热增进剂TB-100胶料的物理性能

续表1

从表1可以看出：在胎面胶、基部胶和胎侧胶中，与生产配方胶料分别相比，试验配方胶料的ML，MH，t10和t90差异不大，说明流动性、交联密度和硫化速度接近；硬度和耐热老化性能基本相当，拉伸强度、拉断伸长率和撕裂强度略大，导热系数明显增大，胎面胶磨耗量略小，胎侧胶耐屈挠性能相当。胶料的导热系数越大，热传导能力越强，越有利于轮胎内部温度场分布，避免轮胎由于局部温度过高而早期损坏[3]。