環(huán)保導熱增進劑TB-100在半鋼子午線輪胎膠料中的應用

楊樹田

（大連天寶化學工業(yè)有限公司，遼寧 大連 116300）

目前，許多輪胎企業(yè)用充油丁苯橡膠/白炭黑/偶聯(lián)劑Si69體系[1]來降低輪胎的滾動阻力，但輪胎的導熱性能并沒有明顯改善，由于溫度過高而引起的輪胎缺陷層出不窮。導熱增進劑能減小輪胎滯后損失產(chǎn)生的大量熱量，對降低輪胎滾動阻力、減小燃油消耗量，提高輪胎耐久性能、高速性能和安全性能起著重要的作用[2]。

導熱增進劑TB-100由離子液體1-丁基-3-甲基咪唑類氯鹽改性高分散性白炭黑制備而成，具有優(yōu)良的導熱性能，是一種新型高效的橡膠助劑?！半x子液體改性高分散高導熱白炭黑及制備方法”已獲得發(fā)明專利（CN 102504337）。本工作研究導熱增進劑TB-100在半鋼子午線輪胎胎面膠、基部膠和胎側(cè)膠中的應用。

1 實驗

1.1 主要原材料

天然橡膠（NR），牌號SMR20，馬來西亞產(chǎn)品；丁苯橡膠（SBR），牌號1500和1712（充芳烴油37.5份），中國石化齊魯股份有限公司橡膠廠產(chǎn)品；順丁橡膠（BR），牌號9000，中國石化北京燕山石油化工股份有限公司產(chǎn)品；高分散性白炭黑，確成硅化學股份有限公司產(chǎn)品；導熱增進劑TB-100，白色粉末，水懸浮液pH值7.2，加熱減量（125 ℃×1 h）1.1%，大連天寶化學工業(yè)有限公司產(chǎn)品。

1.2 配方

1.2.1 基本配方

NR，100；炭黑N330，50；氧化鋅，5；硬脂酸，3；促進劑DM，0.6；硫黃，2.5；導熱增進劑TB-100，3；合計，164.1。

1.2.2 半鋼子午線輪胎胎面膠

生產(chǎn)配方：SBR1500，20；SBR1712，82.5；BR，20；炭黑N339，75；氧化鋅，2.2；硬脂酸，1.7；芳烴油，16；防老劑RD，2；防老劑4020，1.5；防護蠟，0.5；防焦劑CTP，0.15；硫黃/促進劑NS/ DM，3.3；合計，224.85。

試驗配方：導熱增進劑TB-100，3；其它組分與生產(chǎn)配方相同；合計，227.85。

1.2.3 半鋼子午線輪胎基部膠

生產(chǎn)配方：NR，60；BR，40；炭黑N660，66；氧化鋅，2.4；硬脂酸，0.75；芳烴油，12.5；防老劑RD，1.5；防老劑4020，2.5；增粘樹脂，4；不溶性硫黃/促進劑NS/防焦劑CTP，4.3；合計，193.95。

試驗配方：導熱增進劑TB-100，3；其它組分與生產(chǎn)配方相同；合計，196.95。

1.2.4 半鋼子午線輪胎胎側(cè)膠

生產(chǎn)配方：NR，45；BR，55；炭黑N660，55；氧化鋅，3.6；硬脂酸，1；防老劑RD，3；防老劑4020，2；增粘樹脂，2；防護蠟，1；芳烴油，17；硫黃/促進劑NS/MBTS，3.2；合計，187.8。

試驗配方：導熱增進劑TB-100，3；其它組分與生產(chǎn)配方相同；合計，190.8。

1.3 性能測試

采用美國鉑金埃爾默儀器有限公司的Spectrum One-B型傅里葉紅外光譜儀測試紅外光譜；采用德國耐馳儀器制造有限公司的LFA447 NanoFlashR型導熱儀，參照文獻[3]測試導熱系數(shù)，測試溫度30 ℃；膠料其它物理性能按照相應國家標準進行測試。

2 結(jié)果與討論

2.1 導熱增進劑TB-100的性能

導熱增進劑TB-100制備所用的離子液體1-丁基-3-甲基咪唑類氯鹽是一種新型的環(huán)保溶劑和催化劑[4]。通過紅外光譜可以分析離子液體1-丁基-3-甲基咪唑類氯鹽和改性前后無機填料的結(jié)構(gòu)特點。

2.1.1 離子液體1-丁基-3-甲基咪唑類氯鹽的紅外光譜[5]

與傳統(tǒng)有機溶劑相比，離子液體1-丁基-3-甲基咪唑類氯鹽具有良好的熱穩(wěn)定性、熱傳導性、電導性、穩(wěn)定性和溶解性，其理化性能隨著陽離子和陰離子的變化而變化。離子液體1-丁基-3-甲基咪唑類氯鹽的紅外光譜見圖1。

從圖1可以看出：在波數(shù)3140 cm-1和3062 cm-1處有咪唑環(huán)C—H鍵的伸縮振動吸收峰；在波數(shù)2955 cm-1和2855 cm-1處有咪唑環(huán)上取代烷基C—H鍵的伸縮振動吸收峰；在波數(shù)1673 cm-1處有咪唑環(huán)上C＝C鍵的伸縮振動吸收峰；在波數(shù)1569 cm-1處有咪唑環(huán)骨架振動吸收峰；在波數(shù)1459 cm-1和1378 cm-1處有飽和C—H鍵的面內(nèi)彎曲振動吸收峰；在波數(shù)1166 cm-1處有咪唑環(huán)上C—H鍵的面內(nèi)變形振動吸收峰；在波數(shù)651 cm-1處有C—Br的特征吸收峰；在波數(shù)3431 cm-1處有水（H2O）的寬吸收峰，表明1-丁基-3-甲基咪唑類氯鹽吸水性較強。

圖1 離子液體1-丁基-3-甲基咪唑類氯鹽的紅外光譜

2.1.2 改性前后高分散性白炭黑的紅外光譜

采用離子液體1-丁基-3-甲基咪唑類氯鹽改性前后的高分散性白炭黑的紅外光譜見圖2。

圖2 改性前后高分散性白炭黑的紅外光譜

從圖2可以看出，與改性前的高分散性白炭黑相比，改性后的高分散性白炭黑紅外光譜多了3個吸收峰：在波數(shù)3176 cm-1處有咪唑環(huán)C—H鍵的伸縮振動吸收峰，在波數(shù)2892 cm-1處有咪唑環(huán)上烷基取代基C—H鍵的伸縮振動吸收峰，在波數(shù)1458 cm-1處有飽和C—H鍵的面內(nèi)彎曲振動吸收峰，這說明離子液體1-丁基-3-甲基咪唑類氯鹽已負載在高分散性白炭黑上。

2.1.3 改性前后無機填料的比表面積

用離子液體1-丁基-3-甲基咪唑類氯鹽改性前后的無機填料比表面積見圖3。

圖3 改性前后無機填料的比表面積

從圖3可以看出：經(jīng)離子液體1-丁基-3-甲基咪唑類氯鹽改性后，3種無機填料比表面積明顯減小，表明離子液體1-丁基-3-甲基咪唑類氯鹽已負載在無機填料上；高分散性白炭黑改性前后的比表面積最大，膨潤土次之，高嶺土最小。

2.1.4 改性無機填料膠料的導熱性能

離子液體1-丁基-3-甲基咪唑類氯鹽改性無機填料（基本配方）膠料的導熱性能見圖4。

從圖4可以看出：改性前3種無機填料膠料的導熱系數(shù)在0.2～0.3 W·（m·K）-1之間，其中高分散性白炭黑膠料的導熱系數(shù)最大，膨潤土次之，陶土最??；經(jīng)改性后3種無機填料膠料的導熱系數(shù)明顯增大。

圖4 改性前后無機填料膠料的導熱系數(shù)

3種無機填料中，改性高分散性白炭黑的比表面積最大，膠料的導熱系數(shù)也最大。下面考察離子液體1-丁基-3-甲基咪唑類氯鹽改性高分散性白炭黑（導熱增進劑TB-100）在膠料中的應用。

2.2 導熱增進劑TB-100膠料物理性能

添加導熱增進劑TB-100的半鋼子午線輪胎胎面膠、基部膠和胎側(cè)膠的物理性能見表1。

表1 導熱增進劑TB-100膠料的物理性能

續(xù)表1

從表1可以看出：在胎面膠、基部膠和胎側(cè)膠中，與生產(chǎn)配方膠料分別相比，試驗配方膠料的ML，MH，t10和t90差異不大，說明流動性、交聯(lián)密度和硫化速度接近；硬度和耐熱老化性能基本相當，拉伸強度、拉斷伸長率和撕裂強度略大，導熱系數(shù)明顯增大，胎面膠磨耗量略小，胎側(cè)膠耐屈撓性能相當。膠料的導熱系數(shù)越大，熱傳導能力越強，越有利于輪胎內(nèi)部溫度場分布，避免輪胎由于局部溫度過高而早期損壞[3]。

2.3 成品輪胎性能

采用胎面膠、基部膠和胎側(cè)膠的試驗配方膠料試制165/70R13 79T半鋼子午線輪胎，并對成品輪胎的耐久性能和高速性能進行測試，結(jié)果如表2所示。

表2 165/70R13 79T半鋼子午線輪胎的耐久性能和高速性能

從表2可以看出，與生產(chǎn)輪胎相比，試驗輪胎耐久性能和高速性能均提高，完全能滿足生產(chǎn)需要。

3 結(jié)論

（1）經(jīng)離子液體1-丁基-3-甲基咪唑類氯鹽改性后，無機填料比表面積明顯減小，導熱性能顯著提高。離子液體1-丁基-3-甲基咪唑類氯鹽改性高分散性白炭黑制得的導熱增進劑TB-100導熱性能較好。

（2）添加3份導熱增進劑TB-100的胎面膠、基部膠和胎側(cè)膠的拉伸強度、拉斷伸長率和撕裂強度略大，導熱系數(shù)明顯增大，胎面膠磨耗量略小，這有利于避免輪胎由于局部溫度過高而早期損壞。

（3）胎面膠、基部膠和胎側(cè)膠添加3份導熱增進劑TB-100的成品輪胎耐久性能和高速性能明顯提高。

總的來看，導熱增進劑TB-100可以作為半鋼子午線輪胎專用導熱增進劑。隨著人們對離子液體認識的不斷深入，離子液體在橡膠助劑和子午線輪胎產(chǎn)業(yè)中的大規(guī)模應用指日可待。

致謝：本工作得到大連工業(yè)大學輕工與化學工程學院博士生導師王少君教授及其它有關(guān)人員的支持和幫助，特此致謝。