[发明专利]一种橡胶组合物和硫化橡胶及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种橡胶组合物、硫化橡胶的制备方法以及由该方法制备得到的硫化橡胶。

背景技术

异戊橡胶是由异戊二烯聚合得到的高顺式-1,4-结构的橡胶。目前，异戊橡胶世界产量的约70％用在轮胎的胎面胶、胎体胶和胎侧胶生产。虽然其结构与天然橡胶相近，但在拉伸性能及耐磨耗等方面，皆略低于天然橡胶。通过硅功能化改性后的橡胶可以提高轮胎耐磨性和抗湿滑性能，同时降低滚动阻力，是制造绿色轮胎的良好基体材料之一。

笼型倍半硅氧烷(Polyhedral oligomeric silsesquioxane，简称POSS)是一种具有纳米尺度的新型有机-无机杂化结构的化合物，它由Si-O-Si短链形成的三维六面体无机框架和覆盖它的有机取代基组成，具有对称笼型结构且容易进行分子设计。近年来的研究表明，将POSS引入到聚合物体系后能显著改善聚合物的耐热性能和力学性能。不过，通过物理共混法得到的POSS/橡胶基体的性能不稳定，容易发生相分离，而通过化学键将功能化的POSS链接至橡胶的分子链中，不仅避免了POSS结构与橡胶基体间由于相溶性差造成的相分离问题，同时还可以改善橡胶的撕裂性能、降低生热，并能提高胶料与其它部件的粘合性能。当前，仅有少量的文献报道了含有POSS基改性橡胶的制备。如CN102675555A公开了一种采用苯乙烯、八乙烯基POSS和聚丁二烯橡胶制备高抗冲击聚苯乙烯的方法；CN103113592A公开了一种POSS改性硅橡胶的制备方法，其特点是通过化学共聚分别将含有单/双/三/四个活性官能团的POSS引入到聚硅氧烷分子链中，得到POSS作为悬垂基团、嵌段和交联点的POSS改性橡胶。

虽然这些方法通过化学共聚成功地将POSS链接至聚合物主链，但由于制备过程繁杂或受反应类型所限，与工业化生产还有一定的距离。

另外，与炭黑相比，二氧化硅的引入能够提高硫化橡胶的力学性能、抗湿滑性能并降低其滚动阻力。但通过机械混炼复合法引入二氧化硅很难达到理想的均匀分散，容易发生相分离、团聚等现象，从而影响改性橡胶的性能。

发明内容

本发明的目的在于解决现有的橡胶的抗湿滑性能较差和滚动阻力较高的问题，从而提供一种橡胶组合物、硫化橡胶的制备方法以及由该方法制备得到的硫化橡胶。

为了实现上述目的，本发明首先提供了一种橡胶组合物，该橡胶组合物含有基胶、二氧化硅、POSS改性剂和硼酸酐化合物；其中，所述基胶含有异戊橡胶和丁苯橡胶，所述POSS改性剂的结构如式(1)所示，所述硼酸酐化合物的结构如式(2)所示，

其中，R₁-R₇各自独立地为C₁-C₁₂的直链或支链烷基、C₅-C₁₂的环烷基、C₁-C₁₂的烷氧基、C₆-C₁₂的芳基、C₆-C₁₂的芳氧基和C₃-C₁₂的硅氧基中的一种；

其中，R₈-R₁₀各自独立地为C₁-C₁₂的直链或支链烷基、C₂-C₅的直链或支链烯基、C₁-C₁₂的烷氧基、C₆-C₁₂的芳基和C₆-C₁₂的芳氧基中的一种。

本发明还提供了一种采用上述橡胶组合物制备硫化橡胶的方法，该方法包括：将所述基胶、二氧化硅、POSS改性剂、硼酸酐化合物和任选的炭黑、氧化锌、硬脂酸、芳烃油和防老剂进行第一混合，得到母炼胶；然后将所述母炼胶与硫化剂和促进剂进行第二混合，得到混炼胶，接着将所述混炼胶硫化。

另外，本发明还提供了由上述方法制备得到的硫化橡胶。

本发明选用苯乙烯基POSS衍生物作为橡胶的改性剂可以使其连接到橡胶主链上，且配合使用的硼酸酐化合物可以改善二氧化硅在橡胶基体中的分散性以及分散后的稳定性，从而使本发明的硫化橡胶显示出了更好的抗湿滑性和更低的滚动阻力。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

具体实施方式