一種橡膠添加劑及其制備和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及橡膠添加劑領(lǐng)域，尤其是涉及一種橡膠添加劑及其制備和應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 機(jī)動(dòng)車燃油經(jīng)濟(jì)性要求輪胎提供盡可能低的滾動(dòng)阻力，而機(jī)動(dòng)車的安全操控考慮 則要求輪胎胎面可提供盡可能高的牽引力，敏捷操控性和駕駛穩(wěn)定性?；诜N種因素，輪胎 橡膠的這些特性在很大程度上是彼此相互競(jìng)爭(zhēng)并且是矛盾對(duì)立的。因此，如何獲得具有低 滾動(dòng)阻力的輪胎同時(shí)又有優(yōu)良的防滑性能和駕駛穩(wěn)定型的胎面仍然是一個(gè)很大的挑戰(zhàn)。滾 動(dòng)阻力是當(dāng)輪胎在路面滾動(dòng)時(shí)輪胎與路面接觸形成的拖曳力，它可導(dǎo)致輪胎滾動(dòng)時(shí)消耗能 量。該現(xiàn)象的本質(zhì)是相當(dāng)復(fù)雜的，而且?guī)缀踉谒械鸟{駛條件下都可以直接影響車輛的燃 油消耗。
[0003] 滾動(dòng)阻力因子是測(cè)量輪胎耗能效率的一個(gè)主要因素。從環(huán)境的角度來(lái)看，隨著交 通工具數(shù)量顯著增加，自1990年以來(lái)在全球范圍內(nèi)，來(lái)自交通運(yùn)輸?shù)亩趸寂欧帕恳呀?jīng) 超過(guò)了 35%，客車占了超過(guò)這些排放量的一半。在同期公路運(yùn)輸上，中國(guó)經(jīng)歷了過(guò)去的二十 年來(lái)每十年增長(zhǎng)10倍的增長(zhǎng)率?，F(xiàn)在，空氣污染蔓延所有城市地區(qū)，尤其是大城市的空氣 污染已經(jīng)成為中國(guó)最緊迫的環(huán)境問(wèn)題之一。對(duì)于中國(guó)和全世界，能否實(shí)現(xiàn)新車在2020年平 均二氧化碳排放量為120克/公里這一目標(biāo)意義重大。
[0004] 顯然一個(gè)容易滾動(dòng)的輪胎意味著車輛將得到更好的汽油里程數(shù)?，F(xiàn)在普遍認(rèn)為合 成橡膠的現(xiàn)代設(shè)計(jì)是進(jìn)一步減少輪胎滾阻的主要方向。輪胎是由許多組件組裝而成，包括 內(nèi)襯，胎體簾布層，側(cè)壁，和胎面。因?yàn)樘ッ嫦鹉z與路面直接接觸，它是滾動(dòng)阻力的最主要貢 獻(xiàn)者，大約占了總滾阻的40% -50%。側(cè)壁和殼體大約占20% -30%，剩下的是胎圈區(qū)域， 僅占百分之幾。因此，在研發(fā)新的低滾阻輪胎時(shí)，橡膠制備和配方設(shè)計(jì)是最為重要的，因?yàn)?一旦胎體的基本結(jié)構(gòu)被確定，橡膠是輪胎滾阻的主要貢獻(xiàn)者。
[0005] 工程橡膠的固有特性是它不是一個(gè)完美的彈性體，它的應(yīng)變滯后性本身就帶來(lái)了 滾動(dòng)阻力。輪胎是車輛直接與路面接觸的重要組成部分。它幾乎承擔(dān)車輛所需要的所有動(dòng) 力要求。出于安全方面的考慮，這需要輪胎提供良好的防滑性，足夠的牽引力，敏捷操控性 和駕駛穩(wěn)定性。但是，車輛的燃油效率要求輪胎提供盡可能低的滾動(dòng)阻力。上述這些屬性 的考慮在很大的程度上（對(duì)于材料的選擇與設(shè)計(jì)上）存在著矛盾。例如，改進(jìn)滾動(dòng)阻力可 能對(duì)輪胎在雨天安全性能方面產(chǎn)生不利影響，反之亦然。因此，如何降低輪胎滾阻的同時(shí)還 提高防滑性在輪胎材料上并不是一個(gè)簡(jiǎn)單的問(wèn)題。
[0006] 此外，輪胎不是單一種類的橡膠化合物，在一個(gè)輪胎中就有多達(dá)10個(gè)不同種專門(mén) 配制的工程橡膠，還有許多天然和人工合成材料，如聚合物，碳黑，二氧化硅，纖維，油，蠟， 固化劑，抗氧化劑，粘性助劑，加工助劑等，所有這些物質(zhì)都對(duì)滾動(dòng)阻力或多或少有貢獻(xiàn)。因 此，材料的選擇是輪胎研究的基礎(chǔ)，其中橡膠材料是關(guān)鍵成分。
[0007] 總而言之，公路運(yùn)輸造成了大量的燃油消耗，并導(dǎo)致全球變暖和空氣污染，降低輪 胎滾動(dòng)阻力具有顯著的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。安全駕駛要求輪胎胎面提供良好的牽引力，敏捷操 控性和駕駛穩(wěn)定性。綜上所述，這些橡膠特性在很大的程度上存在著競(jìng)爭(zhēng)和矛盾。很多時(shí) 候，一個(gè)特性的改善是以一個(gè)或兩個(gè)其他屬性為代價(jià)的。因此，如何獲得具有低滾動(dòng)阻力的 輪胎，又有優(yōu)良的防滑性能和駕駛穩(wěn)定性的胎面仍然是一個(gè)很大的挑戰(zhàn)。
[0008] 在輪胎工業(yè)中，橡膠成分被設(shè)計(jì)以實(shí)現(xiàn)不同性質(zhì)的平衡；例如，耐久性（如抗拉強(qiáng) 度和抗扯強(qiáng)度），滾動(dòng)阻力和牽引力。通常來(lái)說(shuō)，改變一種成分以提高這些性質(zhì)中的一種或 多種可能其他至少一種性質(zhì)的降低。盡管我們亟需牽引力和耐久性，由于近些年燃油價(jià)格 上漲和其他一些考慮，保持輪胎低的滾阻同樣十分重要。因此，我們希望能設(shè)計(jì)出既能提高 牽引力和/或耐久性特性，同時(shí)也能保持較低的滾動(dòng)阻力的添加劑。
[0009] 中國(guó)專利201310356589. 4公開(kāi)了一種引入橡膠組合物的金屬皂及金屬皂引入橡 膠組合物的方法。一種組合物包括二烯橡膠和金屬皂，金屬皂中的金屬離子為具有氧化態(tài) 為+3或+4的金屬，制造橡膠組合物的方法包括將極性溶劑、堿和羧酸組合并將這些混合， 以形成溶液A。將溶液形式的金屬離子源加入到溶液A中，由此混合形成產(chǎn)物A。金屬離子 源中的金屬選自由具有氧化態(tài)為+3或+4的金屬組成的組。將產(chǎn)物從溶液A中分離，然后 與二烯橡膠組合物組合，以形成有用的制品。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種橡膠添加劑及 其制備和應(yīng)用。
[0011] 本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：
[0012] -種橡膠添加劑，其化學(xué)結(jié)構(gòu)式為：
[0014] 其中，Μ為一種氧化態(tài)為+3或者+4價(jià)的金屬，&為含有5~50個(gè)碳原子的脂肪 鏈，私和R3為含有〇~50個(gè)碳原子的脂肪鏈，R4為芳香環(huán)化合物，η為大于或等于1的正
整數(shù)。
[0015] 表示氨基（ΝΗ2-)可接在R2,R3或R4上，或 者同時(shí)接在R2、私或R4中兩個(gè)或三個(gè)上。接在R2,私或R4上的氨基數(shù)量可為1個(gè)或多個(gè)。[0016]所述的芳香環(huán)化合物為苯、吲哚或苯環(huán)多聚體。常用的苯環(huán)多聚物有萘、蒽等，還 可以是富勒烯或石墨烯等結(jié)構(gòu)。
[0017] 所述的金屬Μ為鐵、鈦、鋁、鈷或釩。
[0018] -R3_基團(tuán)、_R2-基團(tuán)均與-R4-基團(tuán)中的苯環(huán)連接。連接方式優(yōu)選為間位或?qū)ξ贿B 接。更優(yōu)選的，為對(duì)位連接。
[0019] 一種橡膠添加劑的制備方法，包括以下步驟：
[0020] (1)將帶芳香胺的芳香族羧酸和堿置于極性溶劑中，加熱反應(yīng)，直至溶液完全透 明，得到生成帶芳香胺的芳香族羧酸鹽產(chǎn)物的溶液A;
[0021] (2)將脂肪酸和堿置于極性溶劑中，加熱反應(yīng)，直至溶液完全透明，得到生成脂肪 酸鹽產(chǎn)物的溶液B;
[0022] (3)將溶液A與溶液B混合，在劇烈攪拌的條件下，緩緩倒入金屬Μ鹽溶液，反應(yīng)得 到白色固體產(chǎn)物，洗滌干燥后，即得目的產(chǎn)物。
[0023] 所述的堿選自氫氧化鈉、氫氧化鉀、碳酸鉀、碳酸鈉或氨水中的一種；
[0024] 所述的極性溶劑選自水、四氫呋喃、丙酮、乙腈、二甲基甲酰胺、二甲基亞砜、乙酸、 正丁醇、異丙醇、丙醇、乙醇或甲醇中一種；
[0025] 步驟（1)中所述的帶芳香胺的芳香族羧酸為在芳香胺的苯環(huán)上取代有一個(gè)C1~ C30的脂肪酸；
[0026] 步驟（2)中所述的脂肪酸為C6~C50的脂肪酸。
[0027] 步驟⑴中所述的帶芳香胺的芳香族羧酸選自鄰氨基苯甲酸，間氨基苯甲酸，對(duì) 氨基苯甲酸，氨基苯乙酸，氨基苯丙酸，氨基苯丁酸，氨基苯戊酸，氨基苯己酸，氨基苯庚酸， 氨基苯辛酸，氨基苯壬酸，氨基苯葵酸，氨基苯i 酸或氨基苯十二酸中的一種；
[0028] 步驟（2)中所述的脂肪酸選自硬脂酸、月桂酸、異辛酸或油酸中的一種。
[0029] 步驟（1)中添加的帶芳香胺的芳香族羧酸與堿的摩爾比為（1. 5~2. 5) :1，堿在 極性溶劑中的濃度為〇. 1~〇. 2mol/L，加熱反應(yīng)的工藝條件為：加熱至90°C并劇烈攪拌 lh；
[0030] 步驟（2)中添加的脂肪酸與堿的摩爾比為（1. 5~2. 5) :1，堿在極性溶劑中的濃 度為0. 1~0. 2mol/L，加熱反應(yīng)的工藝條件為：加熱至90°C并劇烈攪拌lh;
[0031] 步驟（3)中溶液A、溶液B和金屬Μ鹽溶液三者的添加量的體積比為1:1: 1，金屬 Μ鹽溶液的濃度為0. 15~0. 25mol/L，金屬Μ鹽溶液倒入混合溶液C中的速度為：每秒倒入 總的金屬Μ鹽溶液體積量的1%，洗滌后干燥的工藝條件為：先在100°C下真空干燥12小時(shí) 后再在110°C下繼續(xù)