轮胎防穿刺密封胶

朱永康 编译

（中橡集团炭黑工业研究设计院，四川 自贡 643000）

轮胎防穿刺密封胶

朱永康 编译

（中橡集团炭黑工业研究设计院，四川 自贡 643000）

文中披露并介绍了一种轮胎防穿刺用密封胶。此密封胶中包含了天然橡胶胶乳和表面活性剂。其中，表面活性剂的含量为天然胶乳固体含量的1.0%～6.0 %（质量分数），此表面活性剂包含一种非离子型表面活性剂和阴离子型表面活性剂，两者的质量比为1.0/1.0～1.0/5.0。

轮胎穿刺；密封胶；天然胶乳；表面活性剂

1 轮胎防穿刺密封胶的组成

轮胎防穿刺密封胶包含了一种天然胶乳（A）和一种表面活性剂（B），其中表面活性剂（B）的含量为天然胶乳（A）固体含量的1.0%～ 6.0%（质量分数），表面活性剂则包含一种非离子型表面活性剂（B1）和一种阴离子型表面活性剂（B2），两者的质量比为1.0/10 ～1.0/5.0。

1.1 天然胶乳（A）

制造轮胎防穿刺密封胶的天然胶乳可以采用从巴西三叶橡胶树上获得的橡胶胶乳。

脱除了蛋白质的天然胶乳 （称之为“脱蛋白天然胶乳”）是首选。如果天然胶乳中的蛋白质含量低，便可以减少氨的生成——从而预防钢丝帘线被氨所腐蚀，阻止刺激性异味的产生。

可采用的天然胶乳包括脱蛋白天然胶乳（SeLatex系列，由日本住友橡胶工业株式会社旗下的SRI Нybrid公司生产），脱蛋白天然胶乳（НA，由日本野村贸易株式会社生产），超低氨天然胶乳（ULAСОL，由日本Regitex株式会社生产）等。

1.2 表面活性剂（B）

表面活性剂（B）包含了非离子型表面活性剂（B1）和阴离子型表面活性剂（B2），也可包含一种阳离子型表面活性剂（B3）。

在文中介绍的轮胎防穿刺密封胶当中，非离子型表面活性剂（B1）的含量与阴离子型表面活性剂（B2） 的含量比为1.0/1.0～1.0/2.0，则密封性能和贮存性能将会得到提高。

在轮胎防穿刺密封胶中，表面活性剂的含量与天然胶乳高固体含量的比例一旦达到1.0%（质量分数）或更大，其密封性能就会大幅度提高，而当其达到6.0%或者更小时，其贮存性能将会得到明显的改善。

如果表面活性剂的含量和表面活性剂含量的比例处在上述范围内，便能够获得轮胎防穿刺密封胶应有的贮存性能和密封性能。

1.2.1 非离子型表面活性剂（B1）

文中的非离子型表面活性剂（B1）有：脂肪醇聚氧乙烯醚、聚氧乙烯烷基苯基醚、聚氧乙烯烷基胺、聚氧乙烯脂肪酸酯、聚氧乙烯蓖麻油、聚氧乙烯脂肪酸二酯、聚氧乙烯松香酯、聚氧乙烯羊毛脂醚、聚氧乙烯多羟（基）醇醚、聚氧乙烯多羟（基）醇脂肪酸酯、多羟（基）醇脂肪酸酯、脂肪酸烷醇酰胺等。

非离子型表面活性剂（B1） 的亲水亲油平衡值（HLB）最好是处在12.0～19.0范围以内。

1.2.2 阴离子型表面活性剂（B2）

阴离子型表面活性剂（B2）能有效地抑制黏度的增加。

阴离子型表面活性剂（B2）有：烷基硫酸酯盐、烷基醚硫酸酯盐、聚氧乙烯烷基苯基醚硫酸酯盐、烷基苯基醚硫酸酯盐、肪醇聚氧乙烯醚硫酸酯盐、聚氧乙烯烷基苯基醚硫酸酯盐、烷基苯磺酸盐、烷基萘磺酸盐、高脂肪酸盐（肥皂）、α-磺基脂肪酸甲基酯盐（α-MES）、α-烯烃磺酸盐、链烷磺酸盐、单烷基磷酸酯、聚氧-单-苯乙烯苯醚单酯磺基丁二酸酯和聚氧-二-苯乙烯苯醚单酯磺基丁二酸酯、烷基苯氧基聚氧乙烯丙磺酸盐等。

1.2.3 阳离子型表面活性剂（B3）

阳离子型表面活性剂（B3）有四烷基氯化铵、三烷基苄基氯化铵、烷基胺、单氧乙烯烷基胺、聚氧乙烯烷基胺等。

非离子型表面活性剂能抑制轮胎修复液贮存中产生凝块；阴离子型表面活性剂具有抑制黏度增大的作用。当非离子型表面活性剂和阴离子型表面活性剂按预定量使用时，这些功能将会相互加和，从而产生意想不到的良好效果。

1.3 乙烯-醋酸乙烯共聚物树脂乳液

本轮胎防穿刺密封胶可以含有一种乙烯-醋酸乙烯共聚物树脂（以下简称“EVA”）乳液。

如果这种EVA为乙烯和醋酸乙烯的共聚物，则乙烯与醋酸乙酯的质量比最好介于（20:80）～（40:60）范围内。

如果该EVA是乙烯、醋酸乙烯和叔碳酸乙烯的共聚物，则乙烯：醋酸乙酯：叔碳酸乙烯质量比最好介于（5:5:90）～（10:5:85）范围内。

该化合物可以是一种共聚物，也可以是一种嵌段共聚物或无规共聚物。

乙烯-醋酸乙烯共聚物树脂乳液为Sumikaflex 408HQE、401HQ和 400HQ（均由日本住化Sumika Chemtex株式会社生产）。

乙烯-醋酸乙烯-叔碳酸乙烯酯基VA乳液为Sumikaflex 950HQ和951HQ（均由日本住化Sumika Chemtex株式会社生产）。

天然胶乳和EVA乳液的固体含量比例最好是处在50/50～80/20的范围内，那么，密封性能和贮存性能将会更加优异。

天然胶乳和EVA乳液总固体含量比例最好是处在25%～40%（质量分数）范围内。其在轮胎中央花纹沟部分和胎肩花纹沟部分的密封性能将会更加优异。

1.4 防冻剂

作为防冻剂可采用乙二醇、丙二醇和丙三醇。这三种防冻剂可以单独使用，也可以两种或三种任意组合使用。

防冻剂含量为100～150份（注：相对于每100份天然胶乳固体含量和EVA共聚物乳液固体含量的总固体含量）。防冻剂含量若处在这一范围内，则其密封性能、贮存性能和抗冷冻性能俱佳。

1.5 黏度调节剂

轮胎防穿刺密封胶可以包含一种黏度调节剂。可以使用的黏度调节剂中还包括水。

1.6 其它可选组分

除了上面提到的组分外，轮胎防穿刺密封胶中还可包括其它添加剂，例如增粘剂、填充剂、防老剂、抗氧化剂、着色剂、增塑剂、触变剂、紫外线吸收剂、阻燃剂、表面活性剂（包括均化剂）、分散剂、脱水剂、抗静电剂等。

水可以作为黏度调节剂，但必须使用洁净水，最好是使用蒸馏水。

黏度调节剂可以把轮胎防穿刺密封胶的粘度从约40 mPa·s调节至110 mPa·s。在200 ℃的常压下测定时，宜使用BL型黏度计（2号转子）。如果轮胎防穿刺密封胶的黏度太高，其密封性能就会变差。

可用的增粘剂包括：松香树脂（如松香酯、聚合松香酯、改性松香等）；萜烯树脂（如萜烯酚类、萜二醇类、芳香萜烯等）；氢化萜烯树脂（添加了氢的萜烯树脂）；酚醛树脂；二甲苯树脂等等。增粘剂可以单独使用，也可两种或两种以上组合使用。

可用的填充剂包括：气相法白炭黑、煅烧法二氧化硅、沉淀法白炭黑、硅微粉、熔融二氧化硅、硅藻土，氧化铁、氧化锌、氧化钛、氧化钡、氧化镁，碳酸钙、碳酸镁、碳酸锌，叶蜡石粘土、高岭土、煅烧粘土，炭黑，脂肪酸处理产品，树脂酸处理产品、聚氨酯化合物处理产品和脂肪酸酯处理产品等。

防老剂包括受阻酚类化合物等。

抗氧化剂包括丁基羟基甲苯（BHT）、丁基羟基茴香醚（BHA）等。

着色剂包括：无机颜料（如氧化钛、氧化锌、群青蓝、铁红、锌钡白、铅、镉、铁、钴、铝、盐酸盐、硫酸盐）等，有机颜料（如偶氮颜料、酞菁颜料、喹吖啶酮颜料、喹吖啶酮醌颜料、双恶嗪颜料、蒽醌嘧啶黄颜料、蒽嵌蒽醌颜料、还原黄颜料、苝系颜料、芘酮橙颜料、二酮吡咯并吡咯颜料、蒽醌颜料、硫靛蓝颜料、苯并咪唑酮颜料、异吲哚啉颜料、炭黑等）。

增塑剂包括：邻苯二甲酸二异壬酯（DINP）；己二酸二辛酯；琥珀酸十一烷酯、二（乙二醇）二苯甲酸酯和季戊四醇酯；油酸丁酯和乙酰基蓖麻酸甲酯；磷酸甲苯和磷酸三辛酯，丙二醇己二酸聚酯和丁二醇己二酸聚酯等等。

触变剂包括Aero Sil（由日本Aero sil株式会社生产），Disparlon（由楠本化成株式会社生产）等。

阻燃剂包括：氯烷基磷酸酯、磷酸二甲酯、甲基磷酸酯、溴或磷化合物、聚磷酸铵、新戊基溴化聚醚、溴化聚醚等。

抗静电剂包括季铵盐、亲水化合物如聚乙二醇、环氧乙烷衍生物等。

2 轮胎防穿刺密封胶的制造方法

轮胎防穿刺密封胶的制造方法是将天然胶乳，VEOVA共聚物树脂乳液，表面活性剂、防冻剂及各种添加剂加入一反应容器内，然后在减压情况下进行机械混合（如混炼机等），充分捏和。

在制造轮胎防穿刺密封胶时，最好将混合体系内的温度的增加值控制在10 ℃之内。当把防冻剂（尤其是乙二醇基化合物） 添加到含有天然胶乳的混合体系内时，温度的增加值要控制在10 ℃之内，把天然胶乳内产生的凝胶量（称之为“NRgel”）控制在＜0.5%（质量分数）。不过，一旦温度增加值超过了10 ℃， 天然胶乳内产生的凝胶量就会显著增多，可能会达到＞3%（质量分数）。

控制温度升高的方法有：冷却混合体系或提前加入防冻剂（尤其是乙二醇基化合物）；利用混合机械的温度调节功能；控制防冻剂（特别是乙二醇化合物） 的添加速度。这些方法可以单独使用，也可以两种或两种以上合并使用。

如果天然胶乳的温度急剧升高，由于分散不稳定及发生凝结就会产生凝胶。因此，温度增加值应控制在10 ℃之内，当把乙二醇基化合物添加到含天然胶乳的混合体系中去时，温度增加值应控制在10 ℃之内。

3 实例和性能评估

以下对本轮胎防穿刺密封胶进行更加详细的阐述。

3.1 轮胎防穿刺密封胶

3.1.1 制造

将表1中列出的组分加入混合机内进行混炼，由此获得表1和表2中所示的轮胎防穿刺密封胶性能。

3.1.2 密封性能评估

密封性能是指对轮胎中央花纹沟部分孔眼的密封能力 （以下简称“花纹沟部分密封性能”），或对轮胎胎肩花纹沟部分孔眼的密封性能（以下简称“胎肩花纹沟部分密封性能”），并根据以下测试方法对其进行评估。

优异的密封性能是指在轮胎中央花纹沟部分和胎肩花纹沟部分优异的密封性能。

如果中央花纹沟部分密封性能为“○”，胎肩花纹沟部分密封性能为“●”、“○”，则表明密封性能为“优异”。

表1 实例表（一）

(1) 中央花纹沟部分密封性能

在轮胎的胎面花纹沟部分扎出一个穿刺孔（直径4 mm），随即将被刺破的轮胎装在辊筒试验机上，通过轮胎气门嘴注入轮胎防穿刺密封胶，接着往轮胎内充入空气，直至胎内压力达到250 kPa。继而，将该轮胎在350 kg载荷下以30 km/h的速度滚动8 min，然后通过目视和喷肥皂水，确定穿刺孔附近是否存在漏气现象。如果没有空气渗漏，花纹沟部分密封性能则评定为“优秀”（“○”）；如果有空气渗漏，花纹沟部分密封性能则评定为“差”（“x”）。

(2) 胎肩花纹沟部分密封性能

在轮胎的胎肩花纹沟部分扎出一个穿刺孔（直径4 mm）。然后将被刺破的轮胎装在辊筒试验机上，通过轮胎气门嘴注入轮胎防穿刺密封胶，再往轮胎内充入空气，直至胎内压力达到200 kPa。接着，使该轮胎间歇滚动——轮胎在350 kg载荷下以30 km/h的速度反复滚动1 min，然后停下来，直至未观察到漏气现象，按照上述方法进行评估。

在评估结果时，如果间歇滚动1～10周后空气渗漏停止，胎肩花纹沟部分密封性能可评定为“非常优异”（“●”）；如果间歇滚动11～15周后空气渗漏停止，则评定为“优异””（“○”）；如果间歇滚动16周或更多周后空气渗漏仍未停止，则评定为“差”（“x”）。

3.1.3 贮存性能评估

如果贮存稳定性评定为“○”，黏度稳定性评定为“○”或“●”，则贮存性能评定为“优异”。

(1) 贮存稳定性

将轮胎防穿刺密封胶置于一容器内。经氮气置换后，把容器密封起来，接着进行振动试验。振动的频率为20Hz，振幅为±3mm，在80℃、常压下连续振动7 d。此后，立即观察轮胎防穿刺密封胶的状态。

通过目视观察轮胎防穿刺密封胶的分散状况，如果没有沉淀或离析，则贮存稳定性评定为“О”；如果有凝聚体或薄膜产生，贮存稳定性则评定为“x”。

(2) 黏度稳定性

在振动试验之前及之后，立即在200℃、常压下用BL型黏度计（2号转子，转速60 r/min）测定振动前的黏度和振动后的黏度。

如果振动后的黏度高出振动前黏度不足5%，黏度稳定性评定为“非常优异”（“●”） 。如果振动后的黏度高出振动前黏度5%～50%，则评定为“优异”（“О”）；如果振动后的黏度高出振动前黏度50%以上，则评定为“差”（“x”）。

3.1.4 结果

密封性能和贮存性能的评估结果见表1、表2中的实例和表3中的对照例。

就天然胶乳（A）的固体含量而言，实例1～22的轮胎穿刺密封胶含有1.0%～6.0%（质量分数）的表面活性剂（B）。表面活性剂（B）又包含了非离子型表面活性剂（B1）和阴离子型表面活性剂（B2），其质量比为：非离子型表面活性剂（Bl）/阴离子型表面活性剂（B2）=1.0/1.0～1.0/5.0。从表1～表3可清楚地看出，实例1～22的轮胎防穿刺密封胶表现出优异的密封性能和贮存性能。

表2 实例表（二）

表3 对照例表

3.2 实例轮胎防穿刺密封胶的制造工艺

3.2.1 制造工艺

利用掺和机将表4～表5所示成分（制造例1～20）按NR胶乳（A）、EVA乳液（С）和表面活性剂（B）的顺序混合，从而获得含有NR胶乳的混合体系。然后，把防冻剂（D）添加到混合体系内。在制造实例1～13中，控制混合体系的温度，以便在添加防冻剂时使混合体系的温度增加值保持在10 ℃之内，但在制造实例14～20中并没有对温度进行特别的控制。

制造例1～20轮胎防穿刺密封胶按照上述方法进行生产。

3.2.2 结论

对于制造实例1～13的轮胎防穿刺密封胶来说，当往混合体系内添加防冻剂（D）时，混合体系的温度增加值应控制在10 ℃之内，全部评定为“A”（制造过程中产生的NR凝胶量小于0.5%质量分数）。另一方面，对于制造实例14～20的轮胎防穿刺密封胶来说，其温度的增加值超过了10 ℃，故均评定为“B”（制造过程中产生的NR凝胶量等于0.5%质量分数或更多）。

表5 制造实例表（二）

这些结果表明，相比之下，当温度升高值超过10 ℃，通过将混合体系的温度增加值控制在10 ℃或更低，可以大大减少添加防冻剂（D） 时产生的NR凝胶量[1]。

[1] Takahara Hideyuki Takahara. Tire Puncture Sealant:美国, 2011/0201722[P].2011-08-18.

[责任编辑：翁小兵]

TQ 336.4+2

B

1671-8232(2014)05-0032-07

2013-12-02