[发明专利]一种环保型的非硅烷类偶联剂及其制备方法和橡胶组合物

说明书

本发明公开了一种环保型的非硅烷类偶联剂及其制备方法，及含有此非硅烷类偶联剂的橡胶的组合物。所述非硅烷类偶联剂是由端环氧基氯代烃与多硫化钠反应得到。所述橡胶组合物含有橡胶100份、非硅烷类偶联剂1～50份、补强填料10～120份、促进剂1～10份和交联剂1～10份。这种橡胶组合物相较于含传统偶联剂的橡胶组合物，在加工过程中完全没有VOC气体的排放，并且成本较低，橡胶与补强填料的结合作用力更强，在应变下性能更为稳定，使用的应变范围更广。

技术领域

本发明涉及橡胶领域，具体地说，是涉及一种环保型的非硅烷类偶联剂及其制备方法，及含有此新型偶联剂的橡胶的组合物。

背景技术

橡胶配方中若用到白炭黑作为补强填料，为了提高白炭黑的分散和填充橡胶复合材料的力学性能、降低滚阻、提高抗湿滑性能，在使用白炭黑时必须要加入一定量的偶联剂。目前轮胎工业中常使用的传统偶联剂是含硫的硅烷偶联剂，比较成熟的产品有：双(三乙氧基硅丙基)四硫化物(TESPT)、双(三乙氧基硅丙基)二硫化物(TESPB)、γ-巯丙基三甲氧基硅烷等。

这类硅烷偶联剂含有Si-OR基团，它能够与白炭黑表面的Si-OH基团发生反应，通过脱去一个小分子形成化学键的连接；而它的另一端的S-S、-SH、-S₄-能在橡胶硫化过程中参与橡胶分子链的交联。这样一来，含硫硅烷偶联剂通过化学键将白炭黑和橡胶联结在一起，使得白炭黑和橡胶的结合力大大加强，随之胶料的模量、硬度、耐磨性、拉伸强度、定伸应力、撕裂强度、抗湿滑能力都得到提高。另外，在橡胶硫化过程中加入偶联剂能改善胶料的硫化特性，含硫硅烷偶联剂中的四硫键或二硫键先与硫磺反应生成多硫键，多硫键断裂后参与橡胶的硫化交联，起到助硫化的作用，并且能有效改善橡胶硫化返原现象。

含硫硅烷偶联剂可以同时起到了偶联剂、分散剂、硫化剂、润湿剂的作用，降低了橡胶分子链与填料之间的摩擦，应用含硫硅烷偶联剂处理的白炭黑填充胶料轮胎可以明显提高湿地抓着力和雪地抓着力，滚动阻力大幅降低。某些含硫硅烷偶联剂品种在胶料中可以均匀分散，改善胶料的加工性能，节约加工能耗，可以使胶料获得极好的低生热、低滚动阻力等性能。

但是，含硫的硅氧烷结构偶联剂在使用中依然存在很多问题，例如：为保证偶联剂与二氧化硅反应的进行，需要在140-150℃下将二氧化硅、偶联剂及橡胶混炼几分钟，TESPT与二氧化硅反应会生成小分子挥发物乙醇，并以蒸汽形式排放到大气中。作为一种有机小分子，乙醇排放导致的作为挥发性有机物(VOC)，其排放量增加的危害性越来越受到人们的重视。

硅烷偶联剂受到本身结构影响，会使得橡胶在加工过程中产生甲醇、乙醇等类型的VOC气体，这些有机气体的排放会污染环境，危害人体健康，同时这类VOC也被纳入征税范围。另外，现有的优质硅烷偶联剂成本较高。

发明内容

本发明把一种化合物创新的加入到橡胶中，这种化合物成本较低，且在加工过程中没有任何VOC排放，同时能提高填料橡胶的力学性能和动态性能，因此本发明的含无VOC排放非硅烷类偶联剂的橡胶组合物有较高的定伸强度和硬度，较低的滚阻和生热，较高的抗湿滑能力。

本发明的目的之一是提供一种无挥发性有机物(VOC)排放的环保型的非硅烷类偶联剂，所述非硅烷类偶联剂是由端环氧基氯代烃与多硫化钠反应得到。

其中，多硫化钠优选为二硫化钠、四硫化钠、五硫化钠中的一种。

端环氧基氯代烃优选为环氧氯丙烷、环氧氯丁烷中的一种。

端环氧基氯代烃与多硫化钠的质量比优选为(2～30)：1，更优选为(5～10)：1。

本发明的非硅烷类偶联剂环氧多硫化物可通过其环氧基团和填料表面的羟基反应形成化学键连接，如下式所示。同时非硅烷类偶联剂含有多硫键，在硫化过程中多硫键断裂，从而参与到橡胶的交联过程中。因此，非硅烷类偶联剂就建立起填料与橡胶的偶联作用。