專利名稱：基于丙二醇的膠乳材料的制作方法
技術領域：
本發明一般地涉及橡膠膠乳材料，尤其是涉及防凍橡膠膠乳材料。
背景技術：
現在，天然和合繊膠己經被廣泛的用于各種產品，如衣服、手套、擦除 器、髓等。根據用途，橡膠產品有可能被用于低溫或苛亥愾候中。因此，在 一些情形下，需要將防凍化學試劑添加到橡膠組合物中，以確保橡膠產品的性 能不會被環境因素損害。
被混入橡膠組合物的常用防凍化學試劑是乙二醇。雖然還存在其它如果與 橡膠混合則給予橡膠組合物耐候性的化學試劑，但考慮到與膠乳橡膠的相容 性，乙二醇是優選的。乙二醇可以與橡膠共混產生相對光滑和可用的防凍橡伊交 組合物。這種與橡膠的相容性使乙二醇與其它防凍化學試劑如丙二醇區別開 來，當丙二醇與天然膠乳共混時，會引發產生凝結和結塊的過程。因此，丙二醇和膠乳橡膠的混合物不能用于產品中。人們渴望找到一種能夠與橡膠相容的可供選擇的防凍化學試劑。或者，希 望找到一種方法使目前不可用于橡膠的防凍化學試齊脂,與橡膠相容。發明相，一方面，本發明是包含膠乳橡膠、表面活性劑和丙二醇的橡膠組合物。
該表面活性劑具有大于13的親水親油平衡(HLB) 另一方面，本發明是橡 膠組合物的制備方法。該方法包括將丙二醇^^加到表面活性劑中形成丙二醇混 合物，然后將該丙二醇混合物與橡膠乳液合并。所述表面活性劑具有大于13 的HLB值。所述橡膠乳液可以包含天然橡膠、合成橡膠或它們的組合。得到 的橡膠組合物可以用于輪胎密封劑，雖然其用途不必限制于此。 附圖簡述
圖1是丙二醇^t膠組合物的制備工藝流程圖。圖2是丙二醇^t膠組合物的可選擇的制備工藝流程圖。優選實施方案詳述
這里描述本發明作為輪胎密封劑的實施方案。然而，需要理解的是，這里 提供的實施方案只是優選實施方案，本發明的范圍并不局限于此處公開的應用 或實施方案。例如，本發明可以適用于其它各種將受益于防凍橡膠材料的應用。 此外，本發明還適用于其它類型的本身與橡膠不相容的化學試劑。本發明包括丙二醇基膠乳橡膠組合物。該丙二醇基膠乳橡膠組合物是環境友好的、水溶性的，并且在低至-3rF(-35。C)的溫度下提供熱防凍。另外，該 橡膠組合物比其對應的乙二醇基橡膠組合物基本上具有更少的毒性。本發明 還包括利用非離子型表面活性劑使丙二醇與橡膠在不發生無凝結或結塊的情況 下合并。這里4頓的"表面活性劑"是指降低其溶解于其中的液體的表面張力 的物質。該表面活性劑可以是通常以蠟狀固體形式出il的支化或線性形式的聚 氧化乙烯(ethylene oxy)。本發明的配方是基于下述發現作出的具有高親水 親油平衡(HLB)值的表面活性齊脂g夠允許丙二醇和膠乳之間產生成功的界面相 互作用(successfol interfacing) 。 HLB是表示表面活性劑親水和疏水基團之間關 系的經驗表達。根據本發明，使用HLB值高于13、更優選高于17的表面活性 劑，有助于形成丙二醇(PG)和膠乳的穩定并且均勻的混合物。而4OT HLB 倒氏于13的表面活性齊阿能就很難形淑急定并且均勻的PG-膠乳混合物。不像大多數IOT天然膠乳橡膠的乙二醇 膠組合物，所述丙二醇自膠 組合物可以由天然橡膠、合成橡膠或天然橡膠與合成橡膠的混合物制得。包含 天然橡膠和/或合成橡膠的混合物在這里稱作"橡膠乳液"。當橡膠乳液同時包 含天然橡膠和合 膠時，天然橡膠與合 膠的比率可以是約1:100—100:1。圖1是丙二醇 膠組合物的制備工藝10a的流程圖。該制備工藝10a包 括用于制備PG混合物的丙二醇子工藝20a、用于制備橡膠乳液的橡膠乳液子 工藝30和合并工藝40。在合并工藝40中合并PG混合物和 乳液。所述丙二醇子工藝20a開始于將丙二醇加熱至100下一200。F的溫度，伏: 選130。F—170下(步驟21)。所述在室溫下通常為蠟狀固體的表面活性劑也被加 熱到高于其熔點的溫度(步驟22)，以促進其與丙二醇的混合。然后將加熱的PG 與熔融的表面活性齊腿行混合(步驟23)，從而形成PG混合物。表面活性劑和 PG以表面活性齊lj: PG的重量比為約1:1000—1:10， tti^約2:100—4:100的比 例進行混合。然而，優選表面活性劑占不^31 PG混合物的約2wt%，表面活 性劑組分在PG混合物中占相對較小的重量分數。所述表面活性劑可以是例如 聚氧化乙烯。任選地，填充材料如纖維素纖維可以被添加到該PG混合物中(步驟24)。 當最終橡膠組合物被用于輪胎密封劑時，纖維素纖維的添加是尤其有利的。目 前，在密封劑中引入纖維素纖維還是一種挑戰，因為纖維素纖維的存在會干擾密封劑通過輪胎氣門芯的注入。那些作為凝結劑(clotting agents)的纖維和非 纖維填充材料有助于提高橡膠組合物當用于密封劑中時的效力。在常規的密封 劑中，纖維素纖維和其它填料在輪胎修理過程中被單獨地引入到輪胎中。然而， 根據本發明，纖維素纖維和其它填充材料被限定尺寸(sized)以通過l^臺氣門芯。 沒有氣門芯的氣門芯開口尺寸一般為約2mm—約4mm。隨著氣門芯的去除， 當在溶液中時較大尺寸的纖維和各種填充材料可以容易地通過。然而，當氣門 芯處于位置上時，只有某些尺寸的纖維和填充材料能夠M31該氣門軸。本發明可包括壓低(depress)或接合氣門芯并允許密封劑材料與纖維一起 通過的安裝管。取決于使用的氣門型號，壓低的(depressed)氣門芯的開口為 0.25mm—1.75mm。通過將尺寸減小到小于氣門芯中風道的尺寸，所述纖維素 纖維和填充材料可以被直接添加到該橡膠組合物中并且不干擾注入工藝。為了確保該橡膠組合物M氣門平穩注入，纖維素纖維的長度優選為約20 —140 ，更雌約30—60貨妹。相對于每約1000mL的丙二醇混合物，添 加約2-200g的纖維素纖維。在得到的橡膠組合物中，該纖維素纖維的重量分數 為1-10。添力啲纖維和/或填充材料的直徑不^51特定的壓低或接合的氣門芯類 型的直徑。在一個實施方案中，纖維填充材料的重量分數小于橡膠組合物的 3wt%，且纖維填充材料的直徑低于約200微米且長度為約20—約140微米。 在另一個實施方案中，纖維填充材料占橡膠組合物小于10wt%，纖維填充材料 具有小于250微米的直徑且長度為約30—約60微米。任選地，可以向丙二醇混合物中添加銹和腐蝕抑制劑以及殺生物劑(步驟 25 )。 2-巰基苯并噻唑是可用于工藝10a的一種示范性抑制劑。Grotan是可用 于工藝10的一種示范性殺生物劑。可以使用本領域普通技術人員認為合適的 任何抑制劑或殺生物劑。在橡膠乳液子工藝30中，可以通過任何熟知的方法制備橡膠乳液(步驟 31)。如上所述，該橡膠乳液可以包含天然橡膠、合成橡膠或它們的組合。非 窮舉的合適的合成橡膠列表包括丁苯橡膠、丁腈橡膠、乙烯醋酸乙烯酯橡膠、
氯丁橡膠、乙烯勘比啶(vinylpyridene)橡膠和丁基橡膠。還可以添加粘附增粘劑 涉驟32)。該增粘齊何以是與橡膠的膠乳晶格相容的烴樹脂如松香酯體系。該 增粘劑分散體具有很高的固含量和水溶性。該增粘劑與天然橡膠的重量比小于 1:5，優選為約1:20—約1:5。優選地，增粘齊U與橡膠的重量比為大約1:4.6。當 該橡膠乳液同時包括天然橡膠和合成橡膠時，天然橡膠加上增粘齊U與橡膠乳液 的重量比低于約1:5， 4繼為約1:7—約1鄰列如，約1:6.6)。任艦，抗氧化劑可以被添加到橡膠組合物中(步驟33)。還任選可鵬稀 釋劑。抗氧化劑防止可隨時間發生的熱、光和氧化作用的影響。ttit酚型抗氧 化劑。抗氧化劑的一個示范實例是由在Ohio的Akrochem Chemical生產的 AkrosperseW-2294。在合并工藝40中，丙二醇混合物和橡膠乳液被合并到一起。在最終的混 合物中，丙二醇的重量分數為混總合物重量的約10%—60%。為了獲得最佳的 防凍效果，優選丙二醇的重量分數為約20%—約40%。橡膠乳液固體的重量分 數可以為約20%—約60%，,約30%—約50%。圖2是丙二醇,膠組合物的可選擇的制備工藝10b的流程圖。制備工藝 10b與圖1的制備工藝衡類似，主要區別就是用丙二醇子工藝20b代替丙二 醇子工藝20a。橡膠乳液子工藝30和合并工藝40基本上與圖1中的子工藝相 同。在丙二醇子工藝20b中，加熱丙二瞎步驟21講熔融表面活性劑(步驟22)。 制備用于添加的纖維素纖維(步驟26)。與工藝10a不同的是，纖維素纖維、加 熱的丙二醇和熔融的表面活性劑被同時混合(步驟27)而不是在隨后的步驟中才 添加纖維素纖維。由于在同一步驟中添加纖維素纖維、丙二醇和高HLB表面 活性劑，因此，可選擇的工藝10b的"PG混合物"包含纖維素纖維，這與工 藝10a的PG混合物不同。該膠乳橡膠組合物可以被用于輪胎密封劑。使用這種輪胎密封齊啲一禾中常 規方法是將它們放置于具有壓縮氣俠例如，丙像丁垸混合物)的罐中。當發生 輪胎刺穿時，該密封劑由壓縮罐通過輪胎氣門噴入輪胎內部。同時，艦推進 氣體使輪胎充氣。然后滾動該充氣輪胎，使該密封劑分布到輪胎的內壁，從而 密封刺穿孔。還存在其它一些施加密封劑以修理輪胎缺陷的方法，它們大都可 以使用這里公開的丙二醇,膠組合物。
根據本發明制得的輪胎密封齊啲一個優點是在修理時，纖維素纖維或其它 填充材料不必作為單獨的步驟被引入輪胎。通過限定纖維素纖維的尺寸以通過 輪胎氣門軸，如上所述纖維素纖維或填充材料可以被直接添加到丙二醇Sm膠 組合物中。在密封劑包含小纖維素纖維或填充材料的情況下，該密封劑能夠通 過與輪胎氣門接合的塑料漏斗管或軟管被注入到輪胎中。在很多情7兄下，可以 除去氣門芯，以允許密封齊艦容易地流過氣門芯并進入輪胎。可以使一些連接 器與灌注軟管連接以允許氣門芯保留在它的位置上。連接器壓低氣門，從而能 允許密封劑在不除去氣門芯的情況下流入輪胎中。當在不除去氣門芯的情況下 添加密封劑時，可能需要附加壓力。該附加壓力可以通過壓縮空氣或氣體來提供，如在用于市場上可買到的由Pennzoil/Quaker State制造的"Fix a Flat"中的連接器系統中那樣。與此處公開的密封劑不同，使用氣溶膠遞送的"FkaFlat" 體系依靠弓l入壓縮罐中的壓縮氣體。壓縮氣體與密封劑溶液在壓縮罐里混合。 與在"Fdc a Flat"體系中的密封劑不同，此處描述的密封齊阿以3151壓擠瓶以 手動方式，或通過由合適的空氣源施加空氣壓力至在與該空氣源相連的另外瓶 子中的密封劑而自動地，被注入到輪胎內。在一些實施方案中，該密封劑與壓 縮氣體被混合在小罐中。雖然在上文中已經詳細地描述了本發明的優選實施方案，但應當清楚理解 的是，對本領域技術人員來說可理解的本發明教導的基本發明概念的許多變化 和/或改進，仍然都在本發明的精祌和范圍之內。
權利要求
1、一種橡膠組合物，包含膠乳橡膠；親水親油平衡值大于13的表面活性劑；和丙二醇。
2、 權利要求1的組，，其中丙二醇占組，重量的約10%—60%。
3、 權利要求1的組，，其中丙二醇與表面活性劑的重量比為約1:1000 —1:10，包括端值。
4、 權利耍求1的組，，其中膠乳,包含天然^和合^^至少之 一，且其中天然鵬與合^W:加比率為約1:100-100:1。
5、 權利要求1的組，，其中膠乳,包含天然^^和合^ ^少之 一，且合》M膠包括丁^^、 丁腈,、乙烯醋酸乙烯酯TO、氯丁,、 乙烯掛比晚橡膠和l 'SH^中的一種或多種。
6、 權利，l的組，，其中膠乳,的分數為約20wt。/。一60wto/0。
7、 權利要求1的組合物，進一步包含增粘劑。
8、 權利要求7的組合物，其中膠乳,包含天然橡膠，且增粘劑與天然 TO^的重量比小于1:5。
9、 權利耍求7的組溯，其中膠乳賺包含天然橡膠，且增粘劑與天然 橡膠的重量比為約1:20—約1:5。
10、 權利要求7的組合物，其中膠乳,包含天^TO和合^^， M ^TO與增粘劑的組合與膠乳鵬的重量比小于約1:5。
11、權利要求7的組，，其中所述比例為約1:5—約1:7。
12、 權利要求7的組合物，其中增粘劑是烴樹脂。
13、 權利要求1的組合物，其中進一步包含纖維填充+才料。
14、 權利要求13的組溯，其中纖維填充材料的重量分數小于^tJK組合 物重量的10%。
15、 權利要求14的組^吻，其中爭個的纖維填充材料具有約20—140微 米的長度。
16、 權利要求15的組激，其中單個的纖維填充材料具有小于200総 的直徑。
17、 權利要求13的組糊，其中單個的,填充材料具有約30—60鵬 的錄。
18、 權利要求17的組合物，其中單個的纖維填充材料具有小于約250微 米的直徑。
19、 權利要求18的組糊，其中纖維填充材料的重量小于賺組溯重 量的10%。
20、 權利要求1的組^，其中表面活性劑^氧化乙烯。
21、 權利要求1的組^1，其中進一步包含非纖維填充材料。
22、 權利要求1的組糊，其中進一步包含銹和腐蝕抑審則、殺生物齊訴口 酚型抗氧化劑中的至少一種。
23、 橡膠組合物的制備方法，該方法包括向HLB鶴于13的表面活性劑中添加丙二醇以形成丙二醇混糊；和 將該丙二醇混合物與,乳液合并。
24、 權利要求23的方法，其中以獲得表面活性劑與丙二醇的重量比為約 1:1000—1:10來添加丙二醇。
25、 權利要求23的方法，其中以獲得表面活性劑與丙二醇的重量比為約 2:100—4:100娜順二醇。
26、 權利要求23的方法，其中以獲得10w^—50w^的丙二醇分l^合 并繊溯和微督。
27、 權利要求23的方法，其中以獲得約20%—約60%的固#^錢分數來合并該混，和鵬乳液。
28、 權利要求23的方法，進一步包括在合并丙二醇混糊和賺乳液之 前向該混糊中添加纖維填充材料。
29、 權利要求23的方法，進一步包括向談混糊中添加粘Pf彌粘劑。
30、 權利要求23的方法，進一步包括在與丙二醇合并之前向橡膠乳液中添加粘附增粘劑。
31、 權利要求23的方法，其中,乳液包含天然,和合fiM膠。
32、 權利要求23的方法，進一步包括向丙二醇混合物中添加纖維填充材料。
33、權利要求23的施，i^^包括向約lOOOmL丙二^i糊中添加 約2g—約200g的纖維素纖維。
全文摘要
本發明提供一種包含丙二醇的橡膠組合物。該橡膠組合物包含表面活性劑、丙二醇，以及天然橡膠、合成橡膠或它們的混合物中的任一種。該橡膠組合物在低至-35℃的溫度下具有防凍效果，尤其可用作輪胎密封劑。該表面活性劑具有大于13的HLB值。本發明還提供所述橡膠組合物的制備方法。該方法包括向表面活性劑中添加丙二醇以形成丙二醇混合物和混合丙二醇混合物與橡膠乳液。任選地，在與橡膠混合之前，可向丙二醇混合物中添加纖維或非纖維填料(例如，纖維素纖維)。還任選地，在與丙二醇混合物混合之前，可向橡膠乳液中添加增粘劑和抗氧化劑。
文檔編號C08L7/02GK101107305SQ200580040045
公開日2008年1月16日 申請日期2005年11月22日 優先權日2004年11月23日
發明者S·C·切格爾斯基 申請人:零件銷售公司