環保導熱增進劑TB-100在半鋼子午線輪胎膠料中的應用

楊樹田

（大連天寶化學工業有限公司，遼寧 大連 116300）

目前，許多輪胎企業用充油丁苯橡膠/白炭黑/偶聯劑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，具有優良的導熱性能，是一種新型高效的橡膠助劑。“離子液體改性高分散高導熱白炭黑及制備方法”已獲得發明專利（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品；高分散性白炭黑，確成硅化學股份有限公司產品；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%，大連天寶化學工業有限公司產品。

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；其它組分與生產配方相同；合計，227.85。

1.2.3 半鋼子午線輪胎基部膠

生產配方：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；其它組分與生產配方相同；合計，196.95。

1.2.4 半鋼子午線輪胎胎側膠

生產配方：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，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構特點。

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定性、熱傳導性、電導性、穩定性和溶解性，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3140 cm-1和3062 cm-1處有咪唑環C—H鍵的伸縮振動吸收峰；在波數2955 cm-1和2855 cm-1處有咪唑環上取代烷基C—H鍵的伸縮振動吸收峰；在波數1673 cm-1處有咪唑環上C＝C鍵的伸縮振動吸收峰；在波數1569 cm-1處有咪唑環骨架振動吸收峰；在波數1459 cm-1和1378 cm-1處有飽和C—H鍵的面內彎曲振動吸收峰；在波數1166 cm-1處有咪唑環上C—H鍵的面內變形振動吸收峰；在波數651 cm-1處有C—Br的特征吸收峰；在波數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3176 cm-1處有咪唑環C—H鍵的伸縮振動吸收峰，在波數2892 cm-1處有咪唑環上烷基取代基C—H鍵的伸縮振動吸收峰，在波數1458 cm-1處有飽和C—H鍵的面內彎曲振動吸收峰，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最大，膨潤土次之，陶土最??；經改性后3種無機填料膠料的導熱系數明顯增大。

圖4 改性前后無機填料膠料的導熱系數

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

續表1

從表1可以看出：在胎面膠、基部膠和胎側膠中，與生產配方膠料分別相比，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，導熱系數明顯增大，胎面膠磨耗量略小，胎側膠耐屈撓性能相當。膠料的導熱系數越大，熱傳導能力越強，越有利于輪胎內部溫度場分布，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，完全能滿足生產需要。

3 結論

（1）經離子液體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、基部膠和胎側膠的拉伸強度、拉斷伸長率和撕裂強度略大，導熱系數明顯增大，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業中的大規模應用指日可待。

致謝：本工作得到大連工業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人員的支持和幫助，特此致謝。