CN103958587A - 充气轮胎中的纤维素酯 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种轮胎部件，其包含一种弹性体组合物，所述弹性体组合物包含至少一种非原纤维的纤维素酯，至少一种非腈主弹性体，任选地淀粉，和每100份橡胶至少70份（phr）的一种或多种填料，其中纤维素酯与淀粉的重量比为至少3∶1，且其中所述纤维素酯呈具有不超过10μm平均直径的颗粒形式。
Description
相关申请
本申请要求2011年12月7日申请的美国临时申请61/567,948、61/567,950、61/567,951和61/567,953的优先权，其公开内容通过引用以它们不与本文的陈述相矛盾的程度并入本文。
发明领域
本发明一般涉及包含纤维素酯的弹性体组合物以及制备这种弹性体组合物的方法。
发明背景
包含高含量填料的弹性体组合物由于其增加的弹性、硬度、抗撕裂性和刚性而被通常用于制备轮胎或各种轮胎部件。弹性体组合物的这些提升的性能通常通过在制备过程中将大量的填料（例如炭黑、二氧化硅和其它矿物质）添加到弹性体组合物中来实现。高度填充的弹性体组合物的另一益处是相比于不包含或几乎不包含填料的弹性体组合物它们可以以更经济的规模制备，由此降低含有这类组分的轮胎的整体制造成本。弹性体通常是弹性体组合物中最昂贵的组分，因此使用高含量的填料可以使使用的昂贵弹性体的量最小化。
不幸地是，在弹性体组合物中大量的填料的存在极大地增加了组合物的加工粘度，从而使其非常难以加工。对于该问题，目前的一个解决方案是将加工助剂，例如芳族加工油，添加到弹性体组合物中以降低其加工粘度。然而，将这类加工助剂合并到弹性体组合物中往往会使固化的弹性体组合物软化，从而削弱了将高含量的填料添加到组合物中的合意的益处。因此，由于这些加工限制，许多常规的高度填充的弹性体组合物可能在轮胎或轮胎部件中的应用有限。
因此，对于容易加工并且在用于轮胎或轮胎部件中时显示出理想的弹性、硬度、抗撕裂性和刚性的高度填充的弹性体组合物存在需求。此外，对于可以改善弹性体组合物的可加工性并且还可以提高其在用于轮胎中时的弹性、硬度、抗撕裂性和/或刚性的弹性体组合物的加工助剂存在需求。
发明概述
在本发明的一个实施方案中，提供了一种轮胎部件。所述轮胎部件包含一种弹性体组合物，其包含至少一种非原纤维的纤维素酯，至少一种非腈主弹性体，任选地淀粉，和每100份橡胶至少约70份（phr）的一种或多种填料。在组合物中纤维素酯与淀粉的比为至少约3:1。此外，所述纤维素酯呈具有小于约10µm的平均直径的颗粒形式。
在本发明的另一个实施方案中，提供了一种轮胎部件。所述轮胎部件包含一种弹性体组合物，包含至少一种非原纤维的纤维素酯，至少一种主弹性体，和一种或多种填料。所述弹性体组合物显示出至少1450000Pa的在5%应变和30℃下测量的动态力学分析（DMA）应变扫描模量和至少约120 lbf/in的根据ASTM D624测量的成型槽撕裂。
在本发明的另一实施方案中，提供了一种制备轮胎部件的方法。该方法包括 (a) 将至少一种纤维素酯、至少一种非腈主弹性体和至少70phr的一种或多种填料在超过所述纤维素酯的Tg的温度下共混以制备弹性体组合物，所述弹性体组合物具有不超过约110AU的在100℃下根据ASTM D1646测量的门尼粘度；和 (b) 用所述弹性体组合物形成轮胎部件。
在本发明进一步的实施方案中，提供了制备轮胎部件的方法。该方法包括混合包含至少一种非原纤维的纤维素酯、至少一种主弹性体和一种或多种填料的弹性体组合物。其中，所述弹性体组合物显示出至少1450000Pa的在5%应变和30℃下测量的动态力学分析（DMA）应变扫描模量和至少120 lbf/in的根据ASTM D624测量的成型槽撕裂。
其它涉及在弹性体中使用纤维素酯的发明已经由Eastman Chemical Company在2012年11月30日提交在名称为“在高度填充的弹性体体系中的纤维素酯(Cellulose
Esters in Highly Filled Elastomeric Systems)”、“纤维素酯弹性体组合物(Cellulose
Ester Elastomer Compositions)”和“将纤维素酯分散到弹性体组合物中的方法(Process
for Dispersing Cellulose Esters into Elastomeric Compositions)”的原始申请中提交，其公开内容通过引用以它们不与本文的陈述相矛盾的程度并入本文。
附图简要说明
图1是根据本发明的一个实施方案制备的充气轮胎的剖视图。
发明详述
本发明一般涉及将纤维素酯分散到弹性体组合物中以改善弹性体组合物的机械和物理性能。已经观察到当在弹性体组合物中以及它们的制备中使用时，纤维素酯可以提供双重功能。例如，纤维素酯可以充当加工助剂，因为它们可以熔融并且在弹性体加工温度下流动，从而破裂成较小的颗粒并且降低在加工期间组合物的粘度。在被分散到整个弹性体组合物中之后，纤维素酯可以在冷却后重新固化并且可以充当增强所述弹性体组合物以及，最终，增强并入了这种弹性体组合物的任何轮胎或轮胎部件的增强填料。
在本发明的某些实施方案中，提供了由包含高含量的一种或多种填料的高度填充的弹性体组合物制造的轮胎或轮胎部件。高度填充的弹性体组合物由于其提高的模量、强度和弹性对于在轮胎中的应用是合乎人意的。不幸地是，已经观察到将高含量的填料添加到弹性体组合物中会由于组合物增加的粘度而使得弹性体组合物的后续加工变得非常困难。然而将纤维素酯添加到弹性体组合物中可以弥补常规高度填充的弹性体组合物表现出的许多缺陷。因此，在本发明的某些实施方案中，纤维素酯可以使得高度填充的弹性体组合物的制备能够在加工过程中展现出出众的粘度并且在轮胎中使用期间展现出提高的模量、刚性、硬度和撕裂性能。
在本发明的某些实施方案中，提供了一种弹性体组合物，其包含至少一种纤维素酯、至少一种主弹性体、任选地一种或多种填料和任选地一种或多种添加剂。
(A)
纤维素酯
本发明的弹性体组合物可以包含每100份橡胶至少约1、2、3、4、5或10份(“phr”)的至少一种纤维素酯，基于弹性体的总重量。另外地或可替代地，本发明的弹性体组合物可以包含不超过约75、50、40、30或20phr的至少一种纤维素酯，基于弹性体的总重量。本文所使用的术语“phr”是指每100重量份橡胶或弹性体中各自材料的份数。
在本发明中使用的纤维素酯可以是本领域已知的任何纤维素酯。在本发明中可用的纤维素酯可以使用本领域已知的技术制备或可以商业上获得，例如由Eastman
Chemical Company, Kingsport, TN, U.S.A。
本发明的纤维素酯通常包含以下结构的重复单元：
其中R1、R2和R3可以独立地选自氢或具有2-10个碳原子的直链烷酰基(alkanoyl)。对于纤维素酯，取代水平通常用取代度（“DS”）表示，即每个葡糖酐单元（“AGU”）的取代基的平均数。一般来说，常规的纤维素在每个AGU单元中包含三个可以被取代的羟基，因此DS可以为0到3之间的值。然而，较低分子量纤维素混合酯的总取代度可以为约3.08-3.5。通常，纤维素是具有700-2000的聚合度和3.0的最大DS的大的多糖。然而，随着聚合度的降低，如在低分子量纤维素混合酯中，多糖主链的端基变得相对更加重要，从而导致DS为约3.08至约3.5的范围。
因为DS是统计平均值，1的值不保证每一个AGU具有一个取代基。在许多情况下，可以存在未取代的AGU，一些具有两个取代基和一些具有三个取代基。“总DS”被定义为每个AGU的取代基的平均数。在本发明的一个实施方案中，纤维素酯可以具有至少约0.5、0.8、1.2、1.5或1.7的总DS每AGU（DS/AGU）。另外或可替代地，纤维素酯可以具有不超过约3.0、2.9、2.8或2.7的总DS/AGU。DS/AGU还可以指特定取代基，例如羟基、乙酰基、丁酰基或丙酰基。例如，乙酸纤维素可以具有约2.0至约2.5的乙酰基的总DS/AGU，而乙酸丙酸纤维素（“CAP”）和乙酸丁酸纤维素（“CAB”）可以具有约1.7至约2.8的总DS/AGU。
所述纤维素酯可以是纤维素三酯或纤维素二酯。纤维素三酯的实例包括但不限于三乙酸纤维素、三丙酸纤维素或三丁酸纤维素。纤维素二酯的实例包括乙酸纤维素、乙酸丙酸纤维素和乙酸丁酸纤维素。这些纤维素酯描述在美国专利1,698,049、1,683,347、1,880,808、1,880,560、1,984,147、2,129,052和3,617,201中，其通过引用以它们不与本文的陈述相矛盾的程度整体并入本文。
在本发明的一个实施方案中，纤维素酯选自乙酸纤维素、乙酸丙酸纤维素、乙酸丁酸纤维素、三乙酸纤维素、三丙酸纤维素、三丁酸纤维素和它们的混合物。
本文中使用的聚合度（“DP”）是指每纤维素酯分子的AGU数量。在本发明的一个实施方案中，纤维素酯可以具有至少约2、10、50或100的DP。另外或可替代地，纤维素酯可以具有不超过约10000、8000、6000或5000的DP。
在某些实施方案中，纤维素酯可以具有至少约0.2、0.4、0.6、0.8或1.0分升/克的特性粘度（“IV”），如0.25g样品在100ml的以重量计60/40的苯酚/四氯乙烷溶液中在25℃的温度下测量的。另外或可替代地，纤维素酯可以具有不超过约3.0、2.5、2.0或1.5分升/克的IV，如0.25g样品在100ml的以重量计60/40的苯酚/四氯乙烷溶液中在25℃的温度下测量的。
在某些实施方案中，纤维素酯可以具有至少约0.005、0.01、0.05、0.1、0.5、1或5帕斯卡-秒（“Pa.s”）的落球粘度。另外或可替代地，纤维素酯可以具有不超过约50、45、40、35、30、25、20或10Pa.s的落球粘度。
在某些实施方案中，纤维素酯可以具有至少约1.2、1.4、1.6、1.8或2.0wt%的羟基含量。
在某些实施方案中，在本发明中可用的纤维素酯可以具有至少约5000、10000、15000或20000的通过凝胶渗透色谱（“GPC”）测定的重均分子量（Mw）。另外或可替代地，在本发明中可用的纤维素酯可以具有不超过约400,000、300,000、250,000、100,000或80,000的通过GPC测定的重均分子量（Mw）。在另一个实施方案中，在本发明中可用的纤维素酯可以具有至少约2000、4000、6000或8000通过GPC测定的数均分子量（Mn）。另外或可替代地，在本发明中可用的纤维素酯可以具有不超过约100,000、80,000、60,000或40,000的通过GPC测定的数均分子量（Mn）。
在某些实施方案中，纤维素酯可以具有至少约50℃、55℃、60℃、65℃、70℃、75℃或80℃的玻璃化转变温度（“Tg”）。另外或可替代地，纤维素酯可以具有不超过约200℃、190℃、180℃、170℃、160℃、150℃、140℃或130℃的Tg。
在本发明的一个实施方案中，在弹性体组合物中使用的纤维素酯未事先经受原纤化或任何其它纤维制备工艺。在该实施方案中，纤维素酯不是原纤维的形式并且可以称为“非原纤维”。
纤维素酯可以通过本领域已知的任何方法制备。制备纤维素酯的方法的实例在Kirk-Othmer,
Encyclopedia of Chemical Technology, 5th Edition, Vol. 5, Wiley-Interscience,
New York (2004), 第394-444页中教导。纤维素，用于制备纤维素酯的原料，可以以不同的等级和由例如棉绒、软木浆、硬木浆、玉米纤维和其它农业来源和细菌纤维素的来源获得。
制备纤维素酯的一种方法是通过酯化。在这种方法中，纤维素与合适的有机酸、酸酐和催化剂混合，然后转化为纤维素三酯。随后通过将水-酸混合物添加到纤维素三酯中进行酯的水解，其可以过滤以移除任何凝胶颗粒或纤维。将水添加到混合物中以沉淀出纤维素酯。所述纤维素酯可以用水洗涤以移除反应副产物，之后脱水并且干燥。
水解的纤维素三酯可以具有三个取代基，所述取代基独立地选自具有2-10个碳原子的烷酰基。纤维素三酯的实例包括三乙酸纤维素、三丙酸纤维素和三丁酸纤维素或混合的纤维素三酯，例如乙酸丙酸纤维素和乙酸丁酸纤维素。这些纤维素三酯可以通过本领域技术人员已知的许多方法制备。例如，纤维素三酯可以通过在催化剂例如H2SO4的存在下在羧酸和酐的混合物中纤维素的异相酰化制备。纤维素三酯还可以通过溶解在合适溶剂例如LiCl/DMAc或LiCl/NMP中的纤维素的均相酰化制备。
本领域技术人员将理解纤维素三酯的商业术语还包括未完全被酰基取代的纤维素酯。例如，可由Eastman Chemical
Company, Inc., Kingsport, TN, U.S.A.商购的三乙酸纤维素通常具有约2.85至约2.95的DS。
在纤维素酯化成三酯之后，部分酰基取代可以通过水解或醇解移除以得到纤维素二酯。纤维素二酯还可以通过使用限制量的酰化试剂直接制备而不进行水解。当反应在将溶解纤维素的溶剂中进行时，该方法特别有用。
在本发明的另一个实施方案中，可以使用低分子量混合纤维素酯，例如在美国专利7,585,905中公开的那些，其通过引用以其不与本文的陈述相矛盾的程度并入本文。
在本发明的一个实施方案中，使用低分子量混合纤维素酯，其具有以下性质：（A）约3.08至约3.50的总DS/AGU，具有以下取代：羟基的DS/AGU不超过约0.70，C3/C4酯的DS/AGU为约0.80至约1.40，和酰基的DS/AGU为约1.20至约2.34；IV为约0.05至约0.15dL/g，如在25℃下苯酚/四氯乙烷的60/40（wt/wt）溶液中测量的；数均分子量为约1000至约5600；重均分子量为约1500至约10000；和多分散性为约1.2至约3.5。
在本发明的另一个实施方案中，使用低分子量混合纤维素酯，其具有以下性质：约3.08至约3.50的总DS/AGU，具有以下取代：羟基的DS/AGU不超过约0.70，C3/C4酯的DS/AGU为约1.40至约2.45，和酰基的DS/AGU为约0.20至约0.80；IV为约0.05至约0.15dL/g，如在25℃下苯酚/四氯乙烷的60/40（wt/wt）溶液中测量的；数均分子量为约1000至约5600；重均分子量为约1500至约10000；和多分散性为约1.2至约3.5。
在本发明的另一实施方案中，使用低分子量混合纤维素酯，其具有以下性质：约3.08至约3.50的总DS/AGU，具有以下取代：羟基的DS/AGU不超过约0.70，C3/C4酯的DS/AGU为约2.11至约2.91，和酰基的DS/AGU为约0.10至约0.50；IV为约0.05至约0.15dL/g，如在25℃下苯酚/四氯乙烷的60/40（wt/wt）溶液中测量的；数均分子量为约1000至约5600；重均分子量为约1500至约10000；和多分散性为约1.2至约3.5。
在某些实施方案中，在本发明中使用的纤维素酯还可以包含化学官能度。在这类实施方案中，在本文中描述该纤维素酯为“衍生的”、“改性的”或“官能化”的纤维素酯。
官能化的纤维素酯通过使纤维素酯的自由羟基与具有一个用于接枝到纤维素酯的连接基团和一个用于将新的化学基团提供给纤维素酯的官能团的双官能反应物反应制备。双官能反应物的实例包括琥珀酸酐，其通过酯键连接并且提供酸官能度；巯基硅烷，其通过烷氧基硅烷键（alkoxysilane
bonds）连接，并提供巯基官能；和甲基丙烯酸异氰基乙酯，其通过氨基甲酸酯键连接，提供甲基丙烯酸酯官能。
在本发明的一个实施方案中，官能化的纤维素酯包括选自不饱和（双键）、羧酸、乙酰乙酸酯、乙酰乙酸酰亚胺、巯基，三聚氰胺，和长烷基链的至少一种官能团。
用于制备包含不饱和（双键）官能度的纤维素酯的双官能反应物描述在美国专利4,839,230、5,741,901、5,871,573、5,981,738、4,147,603、4,758,645和4,861,629中，其全部通过引用以它们不与本文的陈述相矛盾的程度并入。在一个实施方案中，包含不饱和度的纤维素酯通过将包含残余羟基的纤维素酯与基于丙烯酸的化合物和m-异丙烯基-α,α’-二甲基苯基异氰酸酯反应制备。接枝的纤维素酯是具有侧链（甲基）丙烯酸酯和α-甲基苯乙烯部分的含氨基甲酸酯的产物。在另一个实施方案中，包含不饱和度的纤维素酯通过使马来酸酐和纤维素酯在低级烷基单羧酸催化剂的碱土金属或铵盐和至少一种饱和的具有2-4个碳原子的单羧酸的存在下反应制备。在另一个实施方案中，包含不饱和度的纤维素酯由（a）至少一种具有异氰酸酯反应性羟基官能度的纤维素聚合物和（b）至少一种羟基反应性的多（α,β-烯属不饱和）异氰酸酯的反应产物制备。
用于制备包含羧酸官能度的纤维素酯的双官能反应物描述在美国专利5,384,163、5,723,151和4,758,645中，其全部通过引用以它们不与本文的陈述相矛盾的程度并入。在一个实施方案中，包含羧酸官能度的纤维素酯通过使纤维素酯与马来酸或富马酸的单-或二-酯反应制备，从而获得具有双键官能度的纤维素衍生物。在另一个实施方案中，包含羧酸官能度的纤维素酯具有第一和第二残基，其中第一残基是环状二羧酸酐的残基，第二残基是亲油性单羧酸的残基和/或亲水性单羧酸的残基。在另一个实施方案中，包含羧酸官能度的纤维素酯是乙酸邻苯二甲酸纤维素，其可以通过使乙酸纤维素与邻苯二甲酸酐反应制备。
用于制备包含乙酰乙酸酯官能度的纤维素酯的双官能反应物描述在美国专利5,292,877中，其通过引用以其不与本文的陈述相矛盾的程度并入。在一个实施方案中，包含乙酰乙酸酯官能度的纤维素酯通过使以下物质接触制备：（i）纤维素；（ii）双烯酮，烷基乙酰乙酸酯，2,2,6-三甲基-4H-1,3-二噁-4-酮，或其混合物，和（iii）溶解量的溶剂体系，其包括氯化锂加上选自1-甲基-2-吡咯烷酮、N,N-二甲基乙酰胺或其混合物的甲酰胺。
用于制备包含乙酰乙酸酯酰亚胺官能度的纤维素酯的双官能反应物在美国专利6,369,214中描述；其通过引用以它们不与本文的陈述相矛盾的程度并入。包含乙酰乙酸酯酰亚胺官能的纤维素酯是纤维素酯与至少一个乙酰乙酰基和包含至少一个伯胺的胺官能化合物的反应产物。
用于制备包含巯基官能度的纤维素酯的双官能反应物在美国专利5082914中描述，其通过引用以它们不与本文的陈述相矛盾的程度并入。在本发明的一个实施方案中，纤维素酯用含硅的硫醇组分接枝，该含硅的硫醇组分可以是市售的，也可以通过本领域中已知的方法制备。含硅的硫醇组分包括，但不限于，（3-巯丙基）三甲氧基硅烷，（3-巯丙基）-二甲基-甲氧基硅烷，（3-巯丙基）二甲氧基甲基硅烷，（3-巯丙基）二甲基氯硅烷，（3-巯丙基）二甲基乙氧基硅烷，（3-巯丙基）二乙氧基-甲基硅烷和（3-巯丙基）三乙氧基硅烷。
用于制备包含三聚氰胺官能度的纤维素酯的双官能反应物在美国专利5,182,379中描述，其通过引用以它们不与本文的陈述相矛盾的程度并入。在一个实施方案中，含有三聚氰胺官能度的纤维素酯是通过使纤维素酯与三聚氰胺化合物反应以形成接枝的纤维素酯来制造的，其中所述接枝的纤维素酯具有接枝到纤维素酯的葡糖酐环的主链上的三聚氰胺部分。在一个实施方案中，三聚氰胺化合物选自三聚氰胺的羟甲基醚和氨基塑料载体弹性体。
用于制备包含长烷基链官能度的纤维素酯的双官能反应物在美国专利5750677中描述，其通过引用以它们不与本文的陈述相矛盾的程度并入。在一个实施方案中，含有长烷基链官能度的纤维素酯是通过使在羧酰胺稀释剂或脲基稀释剂中的纤维素与使用含钛物质的酰化试剂反应来制造的。含有长烷基链官能度的纤维素酯可以选自乙酸己酸纤维素、乙酸壬酸纤维素、乙酸月桂酸纤维素、棕榈酸纤维素、乙酸硬脂酸纤维素、壬酸纤维素、己酸纤维素、己酸丙酸纤维素和壬酸丙酸纤维素。
在本发明的某些实施方案中，纤维素酯可以使用一种或多种增塑剂改性。所述增塑剂可以占纤维素酯组合物的至少约1、2、5、或10wt%。另外或可替代地，增塑剂可以占纤维素酯组合物的不超过约60、50、40或35wt%。在一个实施方案中，纤维素酯是通过用增塑剂改性初始的纤维素酯形成的改性纤维素酯。
用于改性的增塑剂可以是本领域已知的可以降低纤维素酯熔融温度和/或熔体粘度的任何增塑剂。所述增塑剂在结构上可以是单体的或聚合物的。在一个实施方案中，增塑剂是选自磷酸酯增塑剂、苯甲酸酯增塑剂、己二酸酯增塑剂、邻苯二甲酸酯增塑剂、乙醇酸酯、柠檬酸酯增塑剂和羟基-官能增塑剂中的至少一种。
在本发明的一个实施方案中，所述增塑剂可以选自以下的至少一种：磷酸三苯酯、磷酸三甲苯酯、磷酸甲苯基二苯基酯、磷酸辛基二苯基酯、磷酸二苯基联苯酯、磷酸三辛酯、磷酸三丁酯、邻苯二甲酸二乙酯、邻苯二甲酸二甲氧基乙酯、邻苯二甲酸二甲酯、邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二-2-乙基己基酯、邻苯二甲酸丁基苄基酯、邻苯二甲酸二苄基酯、丁基邻苯二甲酰基羟乙酸丁酯、乙基邻苯二甲酰基羟乙酸乙酯、甲基邻苯二甲酰基羟乙酸乙酯、柠檬酸三乙酯、柠檬酸三-正丁酯、乙酰基柠檬酸三乙酯、乙酰基柠檬酸三-正丁酯、和乙酰基柠檬酸三-正-（2-乙基己基）酯。
在本发明的另一个实施方案中，所述增塑剂可以是包含以下的一种或多种酯：（i）至少一种酸残基，包括邻苯二甲酸、己二酸、偏苯三酸、琥珀酸、苯甲酸、壬二酸、对苯二甲酸、间苯二甲酸、丁酸、戊二酸、柠檬酸或磷酸的残基；和（ii）醇残基，包括含有最多约20个碳原子的脂肪醇、脂环醇或芳香醇中的一种或多种残基。
在本发明的另一个实施方案中，所述增塑剂可以包括醇残基，其包含选自以下的残基：硬脂醇，月桂醇，苯酚，苄醇，苯二酚，邻苯二酚，间苯二酚，乙二醇，新戊二醇，1,4-环己烷二甲醇和二甘醇。
在本发明的另一个实施方案中，增塑剂可以选自以下至少之一：苯甲酸酯、邻苯二甲酸酯、磷酸酯、亚芳基-双（二芳基磷酸酯）、和间苯二甲酸酯。在另一个实施方案中，增塑剂包括二甘醇二苯甲酸酯，缩写为“DEGDB”。
在本发明的另一个实施方案中 ，所述增塑剂可以包括含有C2-C10二酸残基（例如丙二酸、丁二酸、戊二酸、己二酸、庚二酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸）的脂肪族聚酯。
在另一个实施方案中，增塑剂可包含二醇残基，其可以为下列C2-C10二醇中的至少一种的残基：乙二醇、二乙二醇、1,2-丙二醇、1,3-丙二醇、1,2-丁二醇、1,3-丁二醇、1，4-丁二醇、新戊二醇、1,5-戊二醇、1,6-己二醇、1,5-二羟基戊烷、三甘醇和四甘醇。
在本发明的另一个实施方案中，增塑剂可包括聚二醇，例如，聚乙二醇，聚丙二醇和聚丁二醇。范围可以从低分子量的二聚物和三聚物到高分子量的低聚物和多聚物。在一个实施方案中，聚二醇的分子量可以从200至约2000。
在本发明的另一个实施方案中，增塑剂包括以下中的至少一种：Resoflex® R296 增塑剂、Resoflex® 804 增塑剂、SHP（山梨糖醇六丙酸酯）、XPP（木糖醇五丙酸酯）、XPA（木糖醇五乙酸酯）、GPP（葡萄糖五乙酸酯）、GPA（葡萄糖五丙酸酯）和APP（阿拉伯糖醇五丙酸酯）。
在本发明的另一个实施方案中 ，增塑剂包括以下的一种或多种：A）约5至约95wt%的C2-C12碳水化合物有机酯，所述碳水化合物包含约1至约3个单糖单元；和B）约5至约95wt%的C2-C12多元醇酯，所述多元醇源自C5或C6碳水化合物。在一个实施方案中，多元醇酯不包括或包含一种或多种多元醇乙酸酯。
在另一个实施方案中，增塑剂包括至少一种碳水化合物酯，且所述碳水化合物酯的碳水化合物部分源自选自葡萄糖、半乳糖、甘露糖、木糖、阿拉伯糖、乳糖、果糖、山梨糖、蔗糖、纤维二糖、纤维三糖和棉子糖的一种或多种化合物。
在本发明的另一个实施方案中，增塑剂包括至少一种碳水化合物酯，且碳水化合物酯的碳水化合物部分包括五乙酸α-葡萄糖酯，五乙酸β-葡萄糖酯，五丙酸α-葡萄糖酯，五丙酸β-葡萄糖酯，五丁酸α-葡萄糖酯，五丁酸β-葡萄糖酯中的一种或多种。
在另一个实施方案中，增塑剂包括至少一种碳水化合物酯，且碳水化合物酯的碳水化合物部分包括α-端基异构体，β-端基异构体或其混合物。
在本发明的另一个实施方案中 ，增塑剂可以是固体非晶态载体弹性体。这些载体弹性体可以包含一定量的芳族或极性官能团，并且可以降低纤维素酯的熔融粘度。在本发明的一个实施方案中，增塑剂可以是固体非晶态化合物，例如，松香、氢化松香、稳定松香、以及它们的单官能醇酯或多元醇酯、改性松香，包括但不限于马来酸和苯酚改性的松香及其酯、萜烯弹性体、苯酚改性的萜烯弹性体、香豆素-茚弹性体、酚类弹性体、烷基苯酚-乙炔弹性体和酚醛弹性体。
在本发明的另一个实施方案中 ，所述增塑剂可以是增粘剂树脂。在纤维素酯/弹性体组合物中可以使用本领域普通技术人员已知的任何增粘剂。适于本文公开的组合物的增粘剂在室温下可以是固体、半固体或液体。增粘剂非限制性的实例包括（1）天然和改性的松香（例如，脂松香、木松香、浮油松香、蒸馏松香、氢化松香、二聚松香和聚合松香）；（2）天然和改性松香的甘油和季戊四醇酯（例如，浅木松香的甘油酯，氢化松香的甘油酯，聚合松香的甘油酯，氢化松香的季戊四醇酯和松香的酚改性的季戊四醇酯）；（3）天然萜烯的共聚物和三元共聚物（例如，苯乙烯/萜烯和α甲基苯乙烯/萜烯）；（4）多萜树脂和氢化的多萜树脂；（5）酚改性的萜烯树脂和其氢化的衍生物（例如由在酸介质中双环萜烯和苯酚的缩合得到的树脂产物）；（6）脂肪族或环脂族烃树脂和其氢化的衍生物（例如主要由烯烃和二烯烃组成的单体的聚合得到的树脂）；（7）芳族烃树脂和其氢化的衍生物；和（8）芳族改性的脂肪族或脂环族烃树脂和其氢化的衍生物；和其组合物。
在本发明的另一个实施方案中，增粘剂树脂包括基于松香的增粘剂（例如AQUATAC® 9027、AQUATAC® 4188、SYLVALITE®、SYLVATAC®和SYL V AGUM®松香酯，来自Arizona Chemical, Jacksonville, FL）。在其它实施方案中，增粘剂包括多萜或萜烯树脂（例如SYLVARES® 15萜烯树脂，来自Arizona Chemical, Jacksonville, FL）。在其它实施方案中，增粘剂包括脂肪族烃树脂，例如由烯烃和二烯烃组成的单体的聚合得到的树脂（例如ESCOREZ® 1310LC，ESCOREZ® 2596，来自ExxonMobil
Chemical Company, Houston, Tex或PICCOTAC® 1095，来自Eastman Chemical Company, Kingsport, Tenn.）和其氢化的衍生物；脂环族石油烃树脂和其氢化的衍生物（例如，ESCOREZ® 5300和5400系列，来自ExxonMobil
Chemical Company；EASTOTAC®树脂来自Eastman Chemical Company）。在某些实施方案中，增粘剂包括氢化的环烃树脂（例如REGALREZ®和REGALITE®树脂，来自Eastman Chemical
Company）。在进一步的实施方案中，增粘剂是用包括芳族化合物在内的增粘剂改性剂改性的（例如ESCOREZ®
2596来自ExxonMobil Chemical Company，或PICCOTAC® 7590，来自Eastman
Chemical Company）和低软化点树脂（例如，AQUATAC 5527来自Arizona Chemical, Jacksonville, FL）。在某些实施方案中，增粘剂是具有至少5个碳原子的脂肪族烃树脂。
在本发明的某些实施方案中，纤维素酯可以使用一种或多种相容剂改性。所述相容剂可以占纤维素酯组合物的至少约1、2、3、或5wt%。另外或可替代地，相容剂可以占纤维素酯组合物的不超过约40、30、25或20wt%。
相容剂可以是非反应性相容剂或反应性相容剂。相容剂可以增强纤维素酯达到所期望的小粒径的能力，以改善纤维素酯到弹性体中的分散。使用的相容剂还能通过提高纤维素酯和弹性体之间的界面相互作用/键合，来改进弹性体组合物的机械和物理性能。
当使用非反应性相容剂时，该相容剂包含与纤维素酯相容的第一片段和与弹性体相容的第二片段。在这种情况下，第一片段包含极性官能团，其提供与纤维素酯的兼容性，其包括但不限于如醚、酯、酰胺、醇、胺、酮和缩醛的极性官能团。第一片段可包括下列物质的低聚物或聚合物：纤维素酯、纤维素醚、聚氧化烯(例如，聚氧乙烯，聚氧丙烯和聚氧丁烯)、聚二醇(例如聚乙二醇，聚丙二醇和聚丁二醇)、聚酯(例如，聚己内酯，聚乳酸，脂肪族聚酯和脂族-芳族共聚酯)、聚丙烯酸酯和聚甲基丙烯酸酯、聚缩醛、聚乙烯基吡咯烷酮、聚乙酸乙烯酯和聚乙烯醇。在一个实施方案中，第一片段是聚氧乙烯或聚乙烯醇。
第二片段可以与弹性体相容，并包含非极性基团。第二片段可以包含饱和的和/或不饱和的烃基。在一个实施方案中，第二片段可以是低聚物或聚合物。在另一个实施方案中，非反应性相容剂的第二片段选自聚烯烃、聚二烯、多芳烃和共聚物。
在一个实施方案中，非反应性相容剂的第一和第二片段可以呈二嵌段，三嵌段，支链或梳状结构。在该实施方案中，非反应性相容剂的分子量可以为从约300至约20000，500至约10000，或1000至约5000。非反应性相容剂的片段比可以为约15至约85％的极性的第一片段比约15至约85％的非极性的第二片段。
非反应性相容剂的例子包括但不限于，乙氧基化醇，乙氧基化烷基酚，乙氧基化脂肪酸，环氧丙烷与环氧乙烷的嵌段聚合物，聚甘油酯，多糖酯，和山梨醇酯。乙氧基化醇的例子有C11-C15仲醇乙氧基化物，聚氧乙烯十六烷基醚，聚氧乙烯硬脂基醚，和用环氧乙烷乙氧基化的C12-C14的天然直链醇。C11-C15的仲醇乙氧基化物可以作为Dow Tergitol®
15S从Dow Chemical Company获得。聚氧乙烯十六烷基醚和聚氧乙烯硬脂基醚可以作为Brij®系列产品从ICI
Surfactants得到。用环氧乙烷乙氧基化的C12-C14的天然直链醇可以作为Genapol®系列产品从Hoechst
Celanese得到。乙氧基化烷基酚的例子包括辛基苯氧基聚（乙烯氧基）乙醇和壬基苯氧基聚（乙烯氧基）乙醇。辛基苯氧基聚（乙烯氧基）乙醇可以作为Igepal®CA系列产品从Rhodia得到，壬基苯氧基聚聚（乙烯氧基）乙醇可作为Igepal
CO系列产品从Rhodia获得或者作为Tergitol®
NP从Dow Chemical Company获得。乙氧基化脂肪酸包括聚乙二醇单硬脂酸酯或单月桂酸酯，其可以作为Nopalcol®系列产品从Henkel获得。环氧丙烷与环氧乙烷的嵌段聚合物可以作为Pluronic®系列产品从BASF获得。聚甘油酯可以作为Drewpol®系列产品从Stepan获得。多糖酯可作为Glucopon®系列产品(其为烷基糖苷)从Henkel的获得。山梨醇酯可以作为Tween®系列产品从ICI获得。
在本发明的另一个实施方案中，非反应性相容剂，可以在纤维素酯组合物或纤维素酯/主弹性体组合物中通过使与纤维素酯相容的化合物和与弹性体相容的化合物反应原位合成。这些化合物可以是，例如，遥爪低聚物(telechelic
oligomers)，它们被定义为能够通过其活性端基参与进一步的聚合反应或其它反应的预聚物。在本发明的一个实施方案中，这些原位相容剂可以具有从约10000至约1000000的更高的分子量。
在本发明的另一个实施方案中，相容剂可以是反应性的。反应性相容剂包含与组合物的一种组分相容的聚合物或低聚物以及能够与组合物的另一种组分反应的官能。有两种类型的反应性相容剂。第一类反应性相容剂具有与非极性弹性体相容的烃链，并具有能够与纤维素酯反应的官能。这样的官能团包括但不限于，羧酸，酸酐，酰氯，环氧化物，和异氰酸酯。这种类型的反应性相容剂的具体例子包括，但不限于：长链脂肪酸，如硬脂酸（十八烷酸）；长链脂肪酸的氯化物，如，硬脂酰氯（十八烷酰氯）；长链脂肪酸酐，如，硬脂酸酸酐（十八烷酸酐）；环氧化油和脂肪酸酯；苯乙烯马来酸酐共聚物；马来酸酐接枝的聚丙烯；马来酸酐与烯烃和/或丙烯酸酯的共聚物，例如，乙烯、丙烯酸酯和马来酸酐的三元共聚物；和甲基丙烯酸缩水甘油酯与烯烃和/或丙烯酸酯的共聚物，例如乙烯、丙烯酸酯和甲基丙烯酸缩水甘油酯的三元共聚物。
反应性相容剂，可以作为SMA® 3000苯乙烯马来酸酐共聚物从Sartomer/Cray
Valley获得，作为Eastman G-3015®马来酸酐接枝的聚丙烯从Eastman Chemical Company获得，作为Epolene® E-43马来酸酐接枝的聚丙烯从Westlake
Chemical获得，作为Lotader® MAH 8200乙烯、丙烯酸酯和马来酸酐的无规三元共聚物，Lotader® GMA AX 8900乙烯、丙烯酸酯和甲基丙烯酸缩水甘油酯的无规三元共聚物，和Lotarder® GMA AX 8840乙烯、丙烯酸酯和甲基丙烯酸缩水甘油酯的无规三元共聚物从Arkema获得。
第二类反应性相容剂具有与纤维素酯相容的极性链，并且还具有能够与非极性弹性体反应的官能。这类反应性相容剂的实例包括带有烯烃或硫醇官能的纤维素酯或聚乙二醇。带有烯烃官能的反应性聚乙二醇相容剂包括，但不限于，聚乙二醇烯丙基醚和聚乙二醇丙烯酸酯。带有硫醇官能的反应性聚乙二醇相容剂的一个实例包括聚乙二醇硫醇。反应性纤维素酯相容剂的实例包括巯基乙酸纤维素酯。
(B)
主弹性体
本发明的弹性体组合物包含至少一种主弹性体。本文所使用的术语“弹性体”可以与术语“橡胶”互换使用。由于本文描述的方法的广泛应用性，纤维素酯几乎可以采用任何类型的主弹性体。例如在本发明中使用的主弹性体可以包括天然橡胶、改性天然橡胶、合成橡胶和其混合物。
在本发明的某些实施方案中，至少一种主弹性体是非极性的弹性体。例如，非极性主弹性体可以包含至少约90、95、98、99或99.9wt%的非极性单体。在一个实施方案中，非极性主弹性体主要基于烃。非极性主弹性体的实例包括但不限于天然橡胶、聚丁二烯橡胶、聚异戊二烯橡胶、苯乙烯-丁二烯橡胶、聚烯烃、乙烯丙烯二烯单体（EPDM）橡胶和聚降冰片烯橡胶。聚烯烃的实例包括但不限于聚丁烯、聚异丁烯和乙烯丙烯橡胶。在另一个实施方案中，主弹性体包括天然橡胶、苯乙烯-丁二烯橡胶和/或聚丁二烯橡胶。
在某些实施方案中，主弹性体包含少量腈基或不包含腈基。如本文所使用的，当腈单体占主弹性体的少于10wt%时，主弹性体被认为是“非腈”主弹性体。在一个实施方案中，主弹性体不包含腈基。
(C)
填料
在某些实施方案中，本发明的弹性体组合物可以包含一种或多种填料。
所述填料可以包括可以改善弹性体组合物的热物理性能的任何填料（例如，模量、强度和膨胀系数）。例如，所述填料可以包括二氧化硅、炭黑、粘土、氧化铝、滑石、云母、包括纤维素纤维和玻璃纤维的不连续纤维、硅酸铝、三水合铝、重晶石、长石、霞石、氧化锑、碳酸钙、高岭土和它们的组合。在一个实施方案中，填料包括无机和非聚合物材料。在另一个实施方案中，填料包括二氧化硅和/或炭黑。在另一实施方案中，填料包括二氧化硅。
在某些实施方案中，弹性体组合物可以包含至少约5、10、15、20、25、30、35、40、45或50phr的一种或多种填料，基于弹性体的总重量。另外或可替代地，弹性体组合物可以包含不超过约150、140、130、120、110、100、90、80、70或60phr的一种或多种填料，基于弹性体的总重量。
在某些实施方案中，弹性体组合物是高度填充的弹性体组合物。如本文中所使用的，“高度填充的”弹性体组合物包含至少60phr的一种或多种填料，基于弹性体的总重量。在一个实施方案中，高度填充的弹性体组合物包含至少约65、70、75、80、85、90或95phr的一种或多种填料，基于弹性体的总重量。另外或可替代地，高度填充的弹性体组合物可以包含不超过约150、140、130、120、110或100phr的一种或多种填料，基于弹性体的总重量。
在某些实施方案中，弹性体组合物不是高度填充的并且包含少量的填料。在该实施方案中，弹性体组合物可以包含至少约5、10或15phr和/或不超过约60、50或40phr的一种或多种填料，基于弹性体的总重量。
(D)
任选的添加剂
本发明的弹性体组合物可以包含一种或多种添加剂。
在某些实施方案中，所述弹性体组合物可以包含至少约1、2、5、10或15phr的一种或多种添加剂，基于弹性体的总重量。另外或可替代地，弹性体组合物可以包含不超过约70、60、50、40、30或20phr的一种或多种添加剂，基于弹性体的总重量。
所述添加剂可以包括例如加工助剂、载体弹性体、增粘剂、润滑剂、油、蜡、表面活性剂、稳定剂、紫外线吸收剂/抑制剂、颜料、抗氧化剂、扩链剂(extender)、反应性偶联剂和/或支化剂。在一个实施方案中，所述添加剂包括一种或多种纤维素醚、淀粉和/或其衍生物。在该实施例中，纤维素醚、淀粉和/或其衍生物例如可以包括直链淀粉、乙酰氧基丙基纤维素、直链淀粉三乙酸酯、直链淀粉三丁酸酯，直链淀粉tricabanilate、直链淀粉三丙酸酯、羧甲基直链淀粉、乙基纤维素、乙基羟乙基纤维素、羟甲基纤维素、甲基纤维素、羧甲基纤维素和黄原酸（xanthanate）纤维素钠。
在一个实施方案中，所述添加剂包括非-纤维素酯加工助剂。非-纤维素酯加工助剂可以包括例如加工油、淀粉、淀粉衍生物和/或水。在该实施方案中，弹性体组合物可以包含少于约10、5、3或1phr的非-纤维素酯加工助剂，基于弹性体的总重量。另外或可替代地，弹性体组合物可以显示出至少0.5:1、1:1、2:1、3:1、4:1、5:1、8:1或10:1的纤维素酯与非-纤维素酯的重量比。
在另一个实施方案中，弹性体组合物可以包含淀粉和/或其衍生物。在该实施方案中，弹性体组合物可以包含少于10、5、3或1phr的淀粉和其衍生物，基于弹性体的总重量。另外或可替代地，弹性体组合物可以显示出至少约3:1、4:1、5:1、8:1或10:1的纤维素酯与淀粉的重量比。
(E)
制备弹性体组合物的方法
本发明的弹性体组合物可以通过两种不同类型的方法制备。第一种方法涉及将纤维素酯直接熔融分散到主弹性体中。第二种方法涉及将纤维素酯与载体弹性体混合以制备纤维素酯浓缩物，然后将纤维素酯浓缩物与主弹性体共混。
在第一种方法中，将纤维素酯与主弹性体直接共混以制备弹性体组合物。在某些实施方案中，所述第一种方法包括：a）将至少一种主弹性体、至少一种纤维素酯和任选地一种或多种填料共混足够的时间和温度以将纤维素酯分散到整个主弹性体中从而制备弹性体组合物。对于共混纤维素酯和主弹性体来说足够的温度可以是纤维素酯的流动温度，其高于纤维素酯的Tg至少约10℃、15℃、20℃、25℃、30℃、35℃、40℃、45℃或50℃。共混的温度可以通过主弹性体的上加工温度范围和纤维素酯的下加工温度范围所限定。
在方法期间，主弹性体、纤维素、填料和添加剂可以以任何顺序添加或合并。在一个实施方案中，纤维素酯可以在用增塑剂和/或相容剂改性之后与主弹性体共混。
在第一种方法的某些实施方案中，共混的至少一部分可以在至少约80℃、100℃、120℃、130℃或140℃的温度下发生。另外或可替代地，共混的至少一部分可以在不超过约220℃、200℃、190℃、170℃或160℃的温度下发生。
在该第一种方法期间，纤维素酯可以有效地软化和/或熔融，从而允许纤维素酯在指定的共混条件下形成足够小的粒径。在这种实施方案中，由于小的粒径，纤维素酯可以在该方法期间完全地分散到整个主弹性体中。在一个实施方案中，弹性体组合物的纤维素酯的颗粒具有球形或近似球形的形状。如本文所使用的，“近似球形的”形状被理解为包括具有小于2:1的横截面长径比的颗粒。在更特别的实施方案中，球形和近似球形的颗粒具有小于1.5:1、1.2:1或1.1:1的横截面长径比。本文所使用的“横截面长径比”是颗粒横截面的最长尺寸与其最短尺寸的比。在进一步的实施方案中，在弹性体组合物中至少约75、80、85、90、95或99.9%的纤维素酯颗粒具有不超过约10:1，8:1，6:1或4:1的横截面长径比。
在某些实施方案中，在纤维素酯与主弹性体共混之后，至少约75、80、85、90、95或99.9%的纤维素酯颗粒具有不超过约10、8、5、4、3、2或1µm的直径。
在某些实施方案中，在方法的起始添加的纤维素酯呈具有200-400µm的粒径的粉末形式。在这种实施方案中，在将纤维素酯共混入主弹性体之后，纤维素酯的粒径与其共混前的粒径相比可以降低至少约50、75、90、95或99%。
在某些实施方案中，填料可以具有比纤维素酯颗粒的尺寸小的多的粒径。例如，填料可以具有不超过弹性体组合物中的纤维素酯颗粒的平均粒径的约50、40、30、20或10%的平均粒径。
在第二种方法中，纤维素酯首先与载体弹性体混合以制备纤维素酯浓缩物（即，纤维素酯母料），其可以随后与主弹性体共混以制备弹性体组合物。该第二种方法还可以被称为“母料法”。该母料法的一个优点是其可以更容易地将具有更高Tg的纤维素酯分散到整个弹性体中。在一个实施方案中，母料法涉及将高Tg纤维素酯与相容的载体弹性体混合以制备纤维素酯浓缩物，然后将纤维素酯浓缩物与至少一种主弹性体共混以制备弹性体组合物。
在某些实施方案中，母料法包括以下步骤：a）将至少一种纤维素酯与至少一种载体弹性体混合足够的时间和温度以将纤维素酯和载体弹性体混合从而制备纤维素酯浓缩物；和b）将纤维素酯浓缩物和至少一种主弹性体共混以制备弹性体组合物。混合纤维素酯和载体弹性体的足够温度可以是纤维素酯的流动温度，其高于纤维素酯的Tg至少约10℃、15℃、20℃、25℃、30℃、35℃、40℃、45℃或50℃。在母料法的一个实施方案中，纤维素酯具有至少约90℃、95℃、100℃、105℃或110℃的Tg。另外或可替代地，纤维素酯可以具有不超过约200℃、180℃、170℃、160℃或150℃的Tg。在进一步的实施方案中，步骤（a）的混合的至少一部分在比步骤（b）的共混的温度高至少10℃、15℃、20℃、30℃、40℃或50℃的温度下发生。
在某些实施方案中，纤维素酯和载体弹性体的混合的至少一部分在至少约170℃、180℃、190℃、200℃或210℃的温度发生。另外或可替代地，纤维素酯和载体弹性体的混合的至少一部分在低于260℃、250℃、240℃、230℃或220℃的温度下发生。
在某些实施方案中，纤维素酯浓缩物和主弹性体的共混的至少一部分在不降解主弹性体的温度下发生。例如，共混的至少一部分可以在不超过约180℃、170℃、160℃或150℃的温度下进行。
填料和/或添加剂可以在母料法的任何步骤期间添加。在一个实施方案中，在母料法之前，纤维素酯可以用增塑剂或相容剂改性。
在某些实施方案中，至少一部分的纤维素酯浓缩物可以经受原纤化之后与主弹性体共混。在这类实施方案中，得到的纤维素酯浓缩物的原纤维可以具有至少约2:1、4:1、6:1或8:1的长径比。在另一实施方案中，至少一部分纤维素酯浓缩物可以造粒或制粒之后与主弹性体共混。
在某些实施方案中，纤维素酯浓缩物可以包含至少约10、15、20、25、30、35或40wt%的至少一种纤维素酯。另外或可替代地，纤维素酯浓缩物可以包含不超过约90、85、80、75、70、65、55或50wt%的至少一种纤维素酯。在一个实施方案中，纤维素酯浓缩物可以包含至少约10、15、20、25、30、35或40wt%的至少一种载体弹性体。另外或可替代地，纤维素酯浓缩物可以包含不超过约90、85、80、75、65、55或50wt%的至少一种载体弹性体。
类似于第一种方法，在母料法期间，纤维素酯可以有效地软化和/或熔融，从而允许纤维素酯在指定的共混条件下形成足够小的粒径。在这种实施方案中，由于小的粒径，纤维素酯可以在该方法之后完全地分散到整个主弹性体中。在一个实施方案中，弹性体组合物中纤维素酯的颗粒具有球形或近似球形的形状。在一个实施方案中，在将纤维素酯浓缩物与主弹性体共混之后，纤维素酯为具有小于2:1、1.5:1、1.2:1或1.1:1的横截面长径比的球形和近似球形颗粒的形式。在进一步的实施方案中，在将纤维素酯浓缩物与主弹性体共混之后，至少约75、80、85、90、95或99.9%的纤维素酯颗粒具有不超过约2:1、1.5:1、1.2:1或1.1:1的横截面长径比。
在某些实施方案中，在将纤维素酯浓缩物与主弹性体共混之后，至少约75、80、85、90、95或99.9%的纤维素酯颗粒具有不超过约10、8、5、4、3、2或1µm的直径。
在某些实施方案中，在母料法的起始添加的纤维素酯呈具有200-400µm的粒径的粉末形式。在这种实施方案中，在将纤维素酯浓缩物与主弹性体共混之后，纤维素酯的粒径与其在母料法前的粒径相比可以降低至少约90、95、98、99或99.5%。
载体弹性体事实上可以是与主弹性体相容的并且可以在超过160℃的温度下加工的任何未固化的弹性体。载体弹性体可以包括例如苯乙烯嵌段共聚物，聚丁二烯、天然橡胶、合成橡胶、丙烯酸类、马来酸酐改性的苯乙烯类、回收橡胶、粒状橡胶、粉末橡胶、异戊二烯橡胶、丁腈橡胶以及它们的组合。苯乙烯嵌段共聚物可以包括例如苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物和苯乙烯乙烯-丁二烯嵌段共聚物，其具有至少约5、10或15wt%和/或不超过约40、35或30wt%的苯乙烯含量。在一个实施方案中，载体弹性体的Tg小于纤维素酯的Tg。
在某些实施方案中，载体弹性体包括苯乙烯嵌段共聚物、聚丁二烯、天然橡胶、合成橡胶、丙烯酸类、马来酸酐改性苯乙烯类和其组合。在一个实施方案中，载体弹性体包括1,2-聚丁二烯。在另一个实施方案中，载体弹性体包括苯乙烯嵌段共聚物。在另一个实施方案中，载体弹性体包括马来酸酐-改性苯乙烯乙烯-丁烯弹性体。
在某些实施方案中，在170℃和400s-1的剪切速率下测量的纤维素酯与载体弹性体的熔体粘度比为至少约0.1、0.2、0.3、0.5、0.8或1.0。另外或可替代地，在170℃和400s-1的剪切速率下测量的纤维素酯与载体弹性体的熔体粘度比不超过约2、1.8、1.6、1.4或1.2。
在某些实施方案中，在160℃和200s-1的剪切速率下测量的纤维素酯浓缩物与主弹性体的熔体粘度比为至少约0.1、0.2、0.3、0.5、0.8或1.0。另外或可替代地，在160℃和200s-1的剪切速率下测量的纤维素酯浓缩物与主弹性体的熔体粘度比不超过约2、1.8、1.6、1.4或1.2。
在某些实施方案中，纤维素酯显示了在170℃和1rad/sec的剪切速率下测量的至少约75,000、100,000或125,000泊的熔体粘度。另外或可替代地，纤维素酯可以显示出在170℃和1 rad/sec的剪切速率下测量的不超过约1,000,000、900,000或800,000泊的熔体粘度。在另一个实施方案中，载体弹性体显示出在170℃和1
rad/sec的剪切速率下测量的至少约75,000、100,000、或125,000泊的熔体粘度。另外或可替代地，载体弹性体可以显示出在170℃和1rad/sec的剪切速率下测量的不超过约2,000,000、1,750,000或1,600,000的熔体粘度。
在某些实施方案中，纤维素酯显示出在170℃和10
rad/sec的剪切速率下测量的至少约25,000、40,000或65,000泊的熔体粘度。另外或可替代地，纤维素酯可以显示出在170℃和10
rad/sec的剪切速率下测量的不超过约400,000、300,000或200,000泊的熔体粘度。在另一个实施方案中，载体弹性体显示出在170℃和10rad/sec的剪切速率下测量的至少约20,000、30,000或40,000泊的熔体粘度。另外或可替代地，载体弹性体可以显示出在170℃和10rad/sec的剪切速率下测量的不超过约500,000、400,000或300,000泊的熔体粘度。
在某些实施方案中，纤维素酯显示出在170℃和100
rad/sec的剪切速率下测量的至少约10,000、15,000或20,000泊的熔体粘度。另外或可替代地，纤维素酯可以显示出在170℃和100
rad/sec的剪切速率下测量的不超过约100,000、75,000或50,000泊的熔体粘度。在另一个实施方案中，载体弹性体显示出在170℃和100rad/sec的剪切速率下测量的至少约10,000、15,000或20,000泊的熔体粘度。另外或可替代地，载体弹性体可以显示出在170℃和100rad/sec的剪切速率下测量的不超过约100,000、75,000或50,000泊的熔体粘度。
在某些实施方案中，纤维素酯显示出在170℃和400
rad/sec的剪切速率下测量的至少约2,000、5,000或8,000泊的熔体粘度。另外或可替代地，纤维素酯可以显示出在170℃和400
rad/sec的剪切速率下测量的不超过约30,000、25,000或20,000泊的熔体粘度。在另一个实施方案中，载体弹性体显示出在170℃和400rad/sec的剪切速率下测量的至少约1,000、4,000或7,000泊的熔体粘度。另外或可替代地，载体弹性体可以显示出在170℃和400 rad/sec的剪切速率下测量的不超过约30,000、25,000或20,000泊的熔体粘度。
在某些实施方案中，载体弹性体几乎不包含或不包含腈基。本文所使用的，当腈单体占载体弹性体的小于10wt%时，载体弹性体被认为是“非腈”载体弹性体。在一个实施方案中，载体弹性体不包含腈基团。
在一个实施方案中，载体弹性体与主弹性体相同。在另一个实施方案中，载体弹性体与主弹性体不同。
使用以上方法任一种制备的弹性体组合物可以经受固化从而制备固化的弹性体组合物。固化可以使用任何常规方法实现，例如在升高的温度和压力的条件下固化合适的时间。例如，固化方法可以涉及使弹性体组合物经受至少160℃的温度至少15分钟的时间。可以使用的固化体系的实例包括但不限于基于硫的体系、树脂固化体系、皂/硫固化体系、氨基甲酸酯交联剂、双酚固化剂、硅烷交联剂、异氰酸酯、多官能胺、高能辐射、金属氧化物交联剂和/或过氧化物交联剂。
前述方法的混合和混配可以通过本领域已知的任何足以混合纤维素酯和弹性体的方法实现。混合设备的实例包括但不限于班伯里混合器、布拉本德混合器、辊磨机、行星式混合器、单螺杆挤出机和双螺杆挤出机。在混合期间的剪切能量依赖于设备、叶片设计、旋转速度（rpm）和混合时间的组合。剪切能量应当足以将软化的/熔融的纤维素酯打碎至足够小的尺寸以将纤维素酯分散到整个主弹性体中。例如，当使用班伯里混合器时，剪切能量和混合时间可以为在100rpm下约5至约15分钟。在本发明的某些实施方案中，以上讨论的共混和/或混合阶段的至少一部分可以在至少约50、75、100、125或150 s-1的剪切速率下进行。另外或可替代地，以上讨论的共混和/或混合阶段的至少一部分可以在不超过约1,000、900、800、600或550 s-1的剪切速率下进行。
本领域已知混合两种或更多种粘弹性材料的效率可能依赖于粘弹性材料的粘度之比。对于给定的混合设备和剪切速率范围，分散相（纤维素酯、填料和添加剂）和连续相（主弹性体）的粘度比应当在指定的界限内用于获得适当的粒径。在本发明的一个其中使用了低剪切旋转剪切设备，例如班伯里混合器和布拉本德混合器的实施方案中，分散相（例如纤维素酯、填料和添加剂）与连续相（例如主弹性体）的粘度比可以为约0.001至约5，约0.01至约5和约0.1至约3。在本发明的另一其中使用了高剪切旋转/拉伸剪切设备，例如双螺杆挤出机实施方案中，分散相（例如，纤维素酯、填料和添加剂）与连续相（例如主弹性体）的粘度比可以为约0.001至约500和约0.01至约100。
本领域还已知当混合两种或更多种粘弹性材料时，两种粘弹性材料的界面能之间的差异可能影响混合的效率。当材料之间的界面能的差异最小化时，混合可以更有效。在本发明的一个实施方案中，分散相（例如，纤维素酯、填料和添加剂）和连续相（例如，主弹性体）之间的表面张力差异小于约100达因/cm，小于50达因/cm，或小于20达因/cm。
(F)
弹性体组合物
本发明的弹性体组合物可以展现出许多与加工性、强度、模量和弹性相关的改进。
在某些实施方案中，未固化的弹性体组合物显示出在100℃下并且根据ASTM
D 1646测量的不超过约110、105、100、95、90或85AU的门尼粘度。较低的门尼粘度使得未固化的弹性体组合物更容易加工。在另一个实施方案中，未固化的弹性体组合物显示出至少6的菲利普斯分散评价。
在某些实施方案中，未固化的弹性体组合物显示出至少约1.8、1.9、2.0、2.1或2.2 Ts2, min的烧焦时间。更长的烧焦时间提高了加工性因为其在固化开始之前提供了更长的时间以处理弹性体组合物。使用固化流变仪（振动圆盘流变仪（ODR））测试样品的烧焦时间并且根据ASTM D 2084进行。如本文所使用的，“ts2”是流变仪的扭矩在最低值之上增加2个单位所需要的时间，“tc90”是达到最小和最大扭矩之间的差异的90wt%所需要的时间。在另一个实施方案中，未固化的弹性体组合物显示出不超过约15、14、13、12、11或10 tc90，min的固化时间。较短的固化时间表明改善的加工性，因为弹性体组合物可以在较高的速率下固化，从而增加产率。
在某些实施方案中，固化的弹性体组合物显示出在5%应变和30℃下测量的至少约1,400,000、1,450,000、1,500,000、1,600,000、1,700,000或1,800,000 Pa的动态力学分析（“DMA”）应变扫描模量。更高的DMA应变扫描模量代表更高的模量/硬度。DMA应变扫描模量是使用Metravib DMA150动态力学分析仪在0.001至0.5动态应变下在30℃和10Hz在均匀间隔的记录步骤中在13个点上测量的。
在某些实施方案中，固化的弹性体组合物显示出根据ASTM D624测量的至少约120、125、130、140、150、155、160、165或170 lbf/in的成型槽撕裂。
在某些实施方案中，固化的弹性体组合物显示出根据ASTM D1876-01测量的至少约80、85、90、95、100、110、120或130 lbf/in的剥离撕裂。
在某些实施方案中，固化的弹性体组合物显示出根据ASTM D412测量的至少约360、380、400、420、425或430%的断裂应变。在另一个实施方案中，固化的弹性体组合物显示出根据ASTM
D412测量的至少2,600、2,800、2,900或3,000psi的断裂应力。断裂应变和断裂应力均是弹性体组合物的韧性和刚性的指标。
在某些实施方案中，固化的弹性体组合物显示出不超过约0.100、0.105、0.110或0.115的在0℃和5%张力应变下的tanδ。在另一个实施方案中，固化的弹性体组合物显示出不超过约0.25、0.24、0.23、0.22或0.21的在30℃和5%剪切应变下的tanδ。使用TA Instruments动态力学分析仪采用拉伸几何完成温度扫描以测量tanδ。tanδ（=E’’/E’）（储能模量(E’)和损耗模量(E’’)）作为由-80至120℃的温度的函数使用10Hz频率、5%静态和0.2%动态应变测量。
在某些实施方案中，固化的弹性体组合物显示出至少约30、35、40或45 lbf/in的在100℃下的粘合强度。在100℃下的粘合强度采用180度T-剥离几何测量。
在某些实施方案中，固化的弹性体组合物显示出至少约51、53、55或57的肖氏A硬度。肖氏A硬度根据ASTM D2240测量。
(G)
并入弹性体组合物的轮胎
本发明的弹性体组合物可以用于制造或并入轮胎中。
在某些实施方案中，弹性体组合物被制成轮胎和/或轮胎部件。轮胎可以包括例如乘用轮胎、轻型卡车轮胎、重型卡车轮胎、越野轮胎、房车轮胎和农用轮胎。轮胎部件可以包括例如轮胎胎面、子胎面、底胎面、胎体帘布层、带束层、覆盖冠带层（overlay
cap plies）、带束楔(belt wedges)、肩部插入物(shoulder inserts)、轮胎三角胶(tire
apex)、轮胎侧壁、胎边芯(bead filler)和任何其它包含弹性体的轮胎部件。在一个实施方案中，弹性体组合物被制成轮胎胎面、轮胎侧壁和/或胎边芯。
在一个实施方案中，本发明的弹性体组合物可用于制备充气轮胎。图1是显示本发明的充气轮胎10的实施例的剖面图。充气轮胎10具有胎面部分12，从胎面部分12的两端向内在轮胎的径向方向上延伸的一对侧壁部分14，和位于每个侧壁部分14的内端的胎边芯16。提供了胎体帘布层18，其在胎边芯部分16之间延伸以增强胎面12和侧壁14。轮胎中加入了第一钢丝带束层20和第二钢丝带束层22以在部件之间提供强度和粘合。可以在所述钢丝带束层之间加入带束楔24以在所述钢丝带束层之间提供粘合并提高撕裂强度。充气轮胎10还包括内衬26，其增强轮胎的内胎并提高气密性。另外还提供了肩部插入物28、子胎面(subtread)30和底胎面32以进一步支撑胎面12和胎体帘布层18。最后轮胎10具有冠带层(覆盖物)34以在使用中进一步增强胎体帘布层18。
所述充气轮胎可以使用公知的方法由本发明的弹性体组合物制造。具体地，可以将未固化的弹性体组合物挤出和加工成与期望的轮胎部件的形状一致，然后有效地固化以形成轮胎部件。
本发明可以通过以下其优选实施方案的实施例进一步阐明，但是应当理解包括这些实施例仅为了解释说明的目的并且除非另外具体指明不旨在限制本发明的范围。
实施例
实施例
1
将包含变化量的纤维素酯的弹性体组合物与不包含任何纤维素酯的弹性体组合物相比较。根据表1中的配方和参数制备弹性体组合物。实施例1和2包含变化量的纤维素酯，而对比实施例1和2中没有添加纤维素酯。
通过首先在班伯里混合器中共混用37.5phr的TDAE油充油的苯乙烯-丁二烯橡胶溶液（Buna VSL 5025-2
HM，来自Lanxess, Cologne,德国）、聚丁二烯橡胶(Buna C 22，来自Lanxess,
Cologne, 德国)、二氧化硅、偶联剂（Si
266）和固化活化剂（即，硬脂酸）产生第一母料制备弹性体组合物。此外，将芳族加工油（Sundex®
790，来自Petronas Lubricants, 比利时）加入到用于制备对比实施例2的第一母料中。根据表1和2的阶段1列举的参数共混和制备第一母料。
所有实施例的第一母料随后与固化活性剂、微晶蜡和抗氧剂共混以制备第二母料。额外地，将纤维素酯（CAB-551-0.01，来自Eastman Chemical Kingsport, TN）和偶联剂（SI 69，来自Evonik Degussa,
Koln, 德国）加入到用于制备实施例1和2的第一母料中。根据表1和2的阶段2中列举的参数共混和制备第二母料。
所有实施例的第二母料与交联剂和两种不同的促进剂（Santocure® CBS和Perkacit® DPG-grs，来自Solutia, St. Louis, MO）共混。根据表1和2的阶段3列举的参数加工第二母料。在加工之后，将第二母料在160℃下固化30分钟。
实施例
2
测试了实施例1中制备的弹性体组合物的各种性能特性。
根据ASTM D412测量断裂应力和断裂应变，使用模头C进行试样制备。试样具有1英寸的宽度和4.5英寸的长度。测试速度为20英寸/分钟和标距长度为63.5mm（2.5英寸）。样品在实验室中以50% +/- 5%的湿度和72℉（22℃）下调理40小时。
门尼粘度根据ASTM D 1646在100℃下测量。
通过用剃须刀片切割样品然后使用与PAXCAM ARC数字相机和Hewlett
Packard 4600彩色打印机连接的Olympus SZ60连续变倍体视显微镜（Zoom Stereo Microscope）以30X的放大倍率拍照计算菲利普斯分散评价。样品的图片随后与具有1（差）-10（优异）标准的菲利普斯标准分散评价表对比。
在剪切变形中使用Metravib DMA150动态力学分析仪进行双应变扫描实验测试动态力学分析（“DMA”）应变扫描，所述双应变扫描实验使用10mm X 2mm的简单剪切。实验条件为在30℃和10Hz下在均匀间隔的记录步骤中在13个点上0.01-0.5的动态应变。
热模压槽裤形撕裂根据ASTM测试方法D624在100℃下测量。
剥离撕裂（在100℃下对于本身的粘结）使用180°T-剥离几何并且根据具有改变的ASTM测试方法D1876-01测量。改变标准1” X 6”剥离测试片以降低具有Mylar窗口的粘合测试区域。窗口尺寸为3” X 0.125”并且拉伸速率为2”/min。
对于各个弹性体组合物，这些测试的结果在表3中描述。表3显示，加入纤维素酯和芳族加工油可以降低弹性体组合物的门尼粘度，从而表明更好的加工性。对比实施例1(其不包含纤维素酯和芳族加工油)显示出高的门尼粘度，从而表明较差的加工性。此外，加入纤维素酯增加了DMA应变扫描，因此这些弹性体组合物显示出改善的硬度和处理性能。相反地，对比实施例2(其使用了芳族加工油来降低其门尼粘度)显示出了低DMA应变扫描。因此，虽然芳族加工油导致降低门尼粘度，但其造成了不希望的弹性体组合物处理和硬度性能的降低。此外，包含纤维素酯的弹性体组合物显示出更高的撕裂强度，其通过相对于对比实施例的在100℃下的成型槽撕裂和剥离撕裂描述。此外，表3显示了请回芳族加工油，如在对比实施例2中，对于撕裂强度几乎没有影响至没有影响。
实施例
3
在此实施例中，使用母料法制备弹性体组合物。制备了许多不同的纤维素酯浓缩物然后与弹性体结合以制备弹性体组合物。
在母料法的第一阶段中，将纤维素酯与苯乙烯类嵌段共聚物材料包共混然后使用简单的定体积进料器(volumetric
feeder)进料到Leitstritz双螺杆挤出机的冷冻的进料喉管中以制备纤维素酯浓缩物（即，母料）。在该第一阶段中使用的纤维素酯和苯乙烯嵌段共聚物材料的各种性能描述在表4和表5中。在表4中所有引述的纤维素酯均来自Eastman Chemical Company, Kingsport, TN。表5中的所有苯乙烯嵌段共聚物均来自Kraton Polymers,
Houston, TX。Leistritz挤出机是具有38:1的L/D的18mm直径反向旋转挤出机。通常以维持螺杆扭矩值大于50wt%的定体积进料速率在300至350RPM下挤出材料。样品通过拉丝模头(strand die)挤出并且在水浴中急冷，之后造粒。变化纤维素酯和苯乙烯嵌段共聚物的相对负载水平以确定对于混合效率的影响。
在第二阶段中，这些纤维素酯浓缩物使用配备有辊类型的高剪切叶片的布拉本德批式混合器与基础橡胶配方混合。基础橡胶是苯乙烯丁二烯橡胶（Buna
5025-2，89.4 pph）和聚丁二烯橡胶（Buna
CB24，35 pph）的共混物。混合在160℃的设定温度下进行并且起始转子速度为50RPM。根据需要降低RPM以最小化由于过度剪切引起的过热。调整纤维素酯浓缩物加载水平使得在最终的混合物中存在约20wt%的纤维素酯。
对于对比实施例，纤维素酯和增塑剂（即，无橡胶）首先在配备有辊式高剪切叶片的布拉本德分批混合器中结合在一起以形成母料。加入增塑剂以提高流动并且降低粘度，因为已经观察到高粘度的纤维素酯在橡胶的加工温度下（即150-160℃）不混合。在160℃和50RPM下进行混合约10-15分钟。完成后，将样品取出并且低温磨碎成粉末。
在下一阶段，在160℃和50RPM下使用同一布拉本德混合器将20wt%的纤维素酯/增塑剂母料加入到橡胶配方中。在橡胶混合物已经完全被引入到混合器中30秒之后加入母料。在所有成分已经加入之后，进行混合大约10分钟。随后取出样品并且测试。
使用复合光显微镜（通常40X）测量分散的粒径。样品应当低温抛光以改善图像质量并且显微镜应当以微分干涉对比模式运行以提高对比度。
使用DSC以20℃/分钟的扫描速率测量玻璃化转变温度。
用于如下所述测试和制备的所有样品的基础配方在表6A、6B和6C中描述。
实施例
3(a)
在此实施例中，制备了纤维素酯浓缩物，其包含40wt%的Eastman CAB 381-0.1和60wt%的Kraton FG1924。将该材料使用中等剪切螺杆设计在200℃的最大区温度和小于1分钟的停留时间下混合。将纤维素酯浓缩物以50:50的重量比与基础橡胶配方合并并且在布拉本德混合器中混合。最终弹性体组合物包含50wt%的基础橡胶、30wt%的Kraton FG 1924和20wt%的CAB 381-0.1。颗粒均匀分散并且具有小于1微米的粒径。
实施例
3(b)
在此实施例中，制备了纤维素酯浓缩物，其包含60wt%的Eastman CAB 381-0.1和40wt%的Kraton FG1924。将该材料使用中等剪切螺杆设计在200℃的最大区温度和小于1分钟的停留时间下混合。将纤维素酯浓缩物以33.3:66.7的重量比与基础橡胶配方合并并且在布拉本德混合器中混合。最终配方包含66.7wt%的基础橡胶、13.3wt%的Kraton FG 1924和20wt%的CAB 381-0.1。颗粒均匀分散并且具有小于3微米的粒径，大部分颗粒小于1微米。
实施例
3(c)
在此实施例中，制备了纤维素酯浓缩物，其包含40wt%的Eastman CAB 381-0.5和60wt%的Kraton FG1924。将该材料使用中等剪切螺杆设计在225℃的最大区温度和小于1分钟的停留时间下混合。将纤维素酯浓缩物以50:50的重量比与基础橡胶配方合并并且在布拉本德混合器中混合。最终配方包含50wt%的基础橡胶、30wt%的Kraton FG 1924和20wt%的CAB 381-0.5。颗粒均匀分散并且具有小于1微米的粒径。
实施例
3(d)
在此实施例中，制备了纤维素酯浓缩物，其包含40wt%的Eastman CAB 381-2和60wt%的Kraton FG1924。将该材料使用中等剪切螺杆设计在250℃的最大区温度和小于1分钟的停留时间下混合。将纤维素酯浓缩物以50:50的重量比与基础橡胶配方合并并且在布拉本德混合器中混合。最终配方包含50wt%的基础橡胶、30wt%的Kraton FG 1924和20wt%的CAB 381-2。颗粒均匀分散并且具有小于1微米的粒径。
实施例
3(e)
在此实施例中，制备了纤维素酯浓缩物，其包含40wt%的Eastman CAB 381-0.1和60wt%的Kraton D1102。将该材料使用中等剪切螺杆设计在200℃的最大区温度和小于1分钟的停留时间下混合。将纤维素酯浓缩物以50:50的重量比与基础橡胶配方合并并且在布拉本德混合器中混合。最终配方包含50wt%的基础橡胶、30wt%的Kraton D1102和20wt%的CAB 381-0.1。颗粒均匀分散并且具有小于3微米的粒径。
实施例
3(f)
在此实施例中，制备了纤维素酯浓缩物，其包含40wt%的Eastman CAB 381-0.1和60wt%的Kraton D1101。将该材料使用中等剪切螺杆设计在200℃的最大区温度和小于1分钟的停留时间下混合。将纤维素酯浓缩物以50:50的重量比与基础橡胶配方合并并且在布拉本德混合器中混合。最终配方包含50wt%的基础橡胶、30wt%的Kraton D1101和20wt%的CAB 381-0.1。颗粒均匀分散并且具有小于5微米的粒径。
实施例
3(g)
在此实施例中，制备了纤维素酯浓缩物，其包含40wt%的Eastman CAB 381-0.1和60wt%的Kraton D1118。将该材料使用中等剪切螺杆设计在200℃的最大区温度和小于1分钟的停留时间下混合。将纤维素酯浓缩物以50:50的重量比与基础橡胶配方合并并且在布拉本德混合器中混合。最终配方包含50wt%的基础橡胶、30wt%的Kraton D1118和20wt%的CAB 381-0.1。颗粒均匀分散并且具有小于3微米的粒径。
实施例
3(h)
在此实施例中，制备了纤维素酯浓缩物，其包含40wt%的Eastman CAP 482-0.5和60wt%的Kraton FG 1924。将该材料使用中等剪切螺杆设计在250℃的最大区温度和小于1分钟的停留时间下混合。将纤维素酯浓缩物以50:50的重量比与基础橡胶配方合并并且在布拉本德混合器中混合。最终配方包含50wt%的基础橡胶、30wt%的Kraton FG 1924和20wt%的CAP 482-0.5。颗粒均匀分散并且具有小于1微米的粒径。
实施例
3(i)
在此实施例中，制备了纤维素酯浓缩物，其包含40wt%的Eastman CA 398-3和60wt%的Kraton FG 1924。将该材料使用中等剪切螺杆设计在250℃的最大区温度和小于1分钟的停留时间下混合。将纤维素酯浓缩物以50:50的重量比与基础橡胶配方合并并且在布拉本德混合器中混合。最终配方包含50wt%的基础橡胶、30wt%的Kraton FG 1924和20wt%的CA 398-3。颗粒均匀分散并且具有小于3微米的粒径。
实施例
3(j)
在此实施例中，制备了纤维素酯浓缩物，其包含40wt%的Eastman CAB 381-0.1和60wt%的Kraton FG1901。将该材料使用中等剪切螺杆设计在200℃的最大区温度和小于1分钟的停留时间下混合。将纤维素酯浓缩物以50:50的重量比与基础橡胶配方合并并且在布拉本德混合器中混合。最终配方包含50wt%的基础橡胶、30wt%的Kraton FG 1901和20wt%的CAB 381-0.1。颗粒均匀分散并且具有小于1微米的粒径。
实施例
3(k)
在此实施例中，制备了纤维素酯浓缩物，其包含40wt%的Eastman CAB 381-0.5和60wt%的Kraton FG1901。将该材料使用中等剪切螺杆设计在225℃的最大区温度和小于1分钟的停留时间下混合。将纤维素酯浓缩物以50:50的重量比与基础橡胶配方合并并且在布拉本德混合器中混合。最终配方包含50wt%的基础橡胶、30wt%的Kraton FG 1901和20wt%的CAB 381-0.5。颗粒均匀分散并且具有小于1微米的粒径。
实施例
3(l)
在此实施例中，制备了纤维素酯浓缩物，其包含40wt%的Eastman CAB 381-2和60wt%的Kraton FG1901。将该材料使用中等剪切螺杆设计在250℃的最大区温度和小于1分钟的停留时间下混合。将纤维素酯浓缩物以50:50的重量比与基础橡胶配方合并并且在布拉本德混合器中混合。最终配方包含50wt%的基础橡胶、30wt%的Kraton FG 1901和20wt%的CAB 381-2。颗粒均匀分散并且具有小于1微米的粒径。
实施例
3(m)
在此实施例中，制备了纤维素酯浓缩物，其包含40wt%的Eastman CAP 482-0.5和60wt%的Kraton FG1901。将该材料使用中等剪切螺杆设计在250℃的最大区温度和小于1分钟的停留时间下混合。将纤维素酯浓缩物以50:50的重量比与基础橡胶配方合并并且在布拉本德混合器中混合。最终配方包含50wt%的基础橡胶、30wt%的Kraton FG 1901和20wt%的CAP 482-0.5。颗粒均匀分散并且具有小于3微米的粒径。
实施例
3(n)
在此实施例中，制备了纤维素酯浓缩物，其包含40wt%的Eastman CA 398-3和60wt%的Kraton FG1901。将该材料使用中等剪切螺杆设计在250℃的最大区温度和小于1分钟的停留时间下混合。将纤维素酯浓缩物以50:50的重量比与基础橡胶配方合并并且在布拉本德混合器中混合。最终配方包含50wt%的基础橡胶、30wt%的Kraton FG 1901和20wt%的CA 398-3。颗粒均匀分散并且具有小于1微米的粒径。
实施例
3(o)
在此实施例中，将67wt%的Eastman
CAB 381-20与33wt%的Eastman
CAB 381-0.5熔融共混以制备具有6的落球粘度的估算的CAB
381-6材料。随后将40wt%的纤维素酯共混物与60wt%的Kraton FG 1924熔融共混。将该材料使用中等剪切螺杆设计在200℃的最大区温度和小于1分钟的停留时间下混合。将纤维素酯浓缩物以50:50的重量比与基础橡胶配方合并并且在布拉本德混合器中混合。最终配方包含50wt%的基础橡胶、30wt%的Kraton FG 1924和20wt%的CAB 381-6。颗粒均匀分散并且具有小于3微米的粒径。
实施例
3(p)
在此实施例中，将67wt%的Eastman
CAP 482-20与33wt%的Eastman
CAP 482-0.5熔融共混以制备估算的CAP 482-6材料。随后将40wt%的该纤维素酯共混物与60wt%的Kraton
FG 1924熔融共混。将该材料使用中等剪切螺杆设计在200℃的最大区温度和小于1分钟的停留时间下混合。将纤维素酯浓缩物以50:50的重量比与基础橡胶配方合并并且在布拉本德混合器中混合。最终配方包含50wt%的基础橡胶、30wt%的Kraton FG 1924和20wt%的CAP 482-6。颗粒均匀分散并且具有小于1微米的粒径。
实施例
3(q)
在此实施例中，将67wt%的Eastman
CAP 482-20与33wt%的Eastman
CAP 482-0.5熔融共混以制备估算的CAP 482-6材料。随后将40wt%的该纤维素酯共混物与60wt%的Kraton
D1102熔融共混。将该材料使用中等剪切螺杆设计在200℃的最大区温度和小于1分钟的停留时间下混合。将纤维素酯浓缩物以50:50的重量比与基础橡胶配方合并并且在布拉本德混合器中混合。最终配方包含50wt%的基础橡胶、30wt%的Kraton D1102和20wt%的CAP 482-6。颗粒均匀分散并且具有小于5微米的粒径。
实施例
3(r)
在此实施例中，将90wt%的Eastman
CA 398-3与10wt%的磷酸三苯酯熔融共混以制备塑化的乙酸纤维素预混物。随后将40wt%的该塑化的乙酸纤维素与60wt%的Kraton
D1102熔融共混。将该材料使用中等剪切螺杆设计在200℃的最大区温度和小于1分钟的停留时间下混合。将纤维素酯浓缩物以66.7:33.3的重量比与基础橡胶配方合并并且在布拉本德混合器中混合。最终配方包含33.3wt%的基础橡胶、40wt%的Kraton D1102，20wt%的CA 398-3，和6.67wt%的磷酸三苯酯。颗粒均匀分散并且具有小于3微米的粒径。
实施例
3(s)
在此实施例中，将90wt%的Eastman
CA 398-3与10wt%的磷酸三苯酯熔融共混以制备塑化的乙酸纤维素预混物。随后将40wt%的该塑化的乙酸纤维素与60wt%的Kraton
FG 1924熔融共混。将该材料使用中等剪切螺杆设计在200℃的最大区温度和小于1分钟的停留时间下混合。将纤维素酯浓缩物以66.7:33.3的重量比与基础橡胶配方合并并且在布拉本德混合器中混合。最终配方包含33.3wt%的基础橡胶、40wt%的Kraton FG 1924，20wt%的CA 398-3，和6.67wt%的磷酸三苯酯。颗粒均匀分散并且具有小于1微米的粒径。
对比实施例
3(a)
在此实施例中，制备了具有90wt%的Eastman CAB 381-0.1和10wt%的己二酸二辛酯增塑剂的母料。所述CAB具有0.1的落球粘度，混合物具有预计95℃的Tg。将母料以20:80的重量比与基础橡胶配方结合并且在布拉本德混合器中混合。这通过模仿目前本领域实践的“直接混合”来完成。大部分的颗粒均匀分散并且主要具有5-10微米之间的尺寸，然而，少量颗粒显示了在25微米范围内的聚集。
对比实施例
3(b)
遵循与对比实施例3(a)中相同的步骤，尝试不使用增塑剂将Eastman
CA 398-3粉末混合到橡胶配方中。该CA具有3的落球粘度和大约180℃的Tg。混合不能进行，因为该CA在160℃的混合温度下不软化。
对比实施例
3(c)
遵循与对比实施例3(a)中相同的步骤，由Eastman
CA 398-3和聚乙二醇增塑剂的50/50混合物制备母料。要求高水平的增塑剂以使得该CA在160℃可加工。预计混合物的Tg小于100℃。颗粒部分分散但整体质量差，存在乙酸纤维素的粒径大于25微米的大块。
对比实施例
3(d)
遵循与对比实施例3(a)中相同的步骤，由Eastman
CAP 482-0.5和己二酸二辛酯增塑剂的75/25的混合物制备母料。要求高水平的增塑剂以使得该CA在160℃可加工。预计混合物的Tg小于100℃。颗粒部分分散但整体质量差，存在乙酸纤维素的粒径大于25微米的大块。
对比实施例
3(e)
遵循与对比实施例3(a)中相同的步骤，由Eastman
CAP 482-0.5和聚乙二醇增塑剂的80/20的混合物制备母料。要求高水平的增塑剂以使得该CA在160℃可加工。预计混合物的Tg小于100℃。颗粒分散相当好，大部分颗粒主要在5-15微米之间的尺寸。
实施例
4
此实施例显示了在轮胎配方中使用用增塑剂改性的纤维素酯相比仅使用纤维素酯的优点。表7显示了制备的轮胎配方。表8显示了制备的纤维素酯/增塑剂母料配方。弹性体组合物使用在表7和9中概述的步骤参数制备。
表9描述了三个阶段的混合条件。在班伯里混合器中混合组分。在制备弹性体组合物之后，将组合物在160℃下固化T90 + 5分钟。
实施例
5
测试了实施例4中制备的弹性体组合物的各种性能特性。以下提供了用于测量性能的各种分析技术的描述。
断裂应力和断裂应变根据ASTM D412测量，使用模头C进行试样制备。试样具有1英寸的宽度和4.5英寸的长度。测试速度为20英寸/分钟并且标距长度为63.5mm（2.5英寸）。样品在实验室中以50% +/- 5%的湿度和72℉（22℃）下调理40小时。
根据ASTM D1646测定门尼粘度。
通过用剃须刀片切割样品然后使用与PAXCAM ARC数字相机和Hewlett
Packard 4600彩色打印机连接的Olympus SZ60连续变倍体视显微镜以30X的放大倍率拍照来计算菲利普斯分散评价。样品的图片随后与具有1（差）-10（优异）范围标准的菲利普斯标准分散评价表对比。
机械性能：根据ASTM D412测量在100%和300%应变下的模量，使用模头C进行试样制备。测试速度为20英寸/分钟并且标距长度为63.5mm（2.5英寸）。样品在实验室中以50% +/- 5%的湿度和72℉（22℃）下调理40小时。试样的宽度为1英寸和长度为4.5英寸。
硬度：肖氏A硬度根据ASTM D2240测量。
温度扫描：利用TA instruments 动态力学分析仪采用拉伸几何来完成温度扫描。作为从-80℃至120℃的温度的函数，采用10Hz的频率，5％静态应变和0.2％动态应变测量储能模量（E'），损耗模量（E”），和动态复数模量(tan delta)（= E”/E'）。
反弹测试：根据ASTM D7121-05进行反弹钟摆试验。
磨损：根据ASTM 222进行Din磨损测试。
数据显示，不使用增塑剂，纤维素酯不能很好地分散到弹性体中，如差的Phillips分散数据显示的那样。另外，同时含有纤维素酯和增塑剂的组合物的门尼粘度比不使用增塑剂时低。这表明在增塑剂的存在下，纤维素酯充当加工助剂，并降低了门尼粘度。此外，与不含增塑剂的组合物相比，断裂应力和磨损也得到提高，可能表明在增塑剂的存在下，纤维素酯可以分散成更细的颗粒，并可改善依赖于粒径和/或表面积的性能。
。
Claims (19)
1. 一种轮胎部件，其包含弹性体组合物，所述弹性体组合物包含至少一种非原纤维的纤维素酯，至少一种非腈主弹性体，任选地淀粉，和每100份橡胶至少70份（phr）的一种或多种填料，其中所述纤维素酯与所述淀粉的重量比为至少3:1，其中所述纤维素酯呈具有不超过10µm平均直径的颗粒形式。
2.根据权利要求1的轮胎部件，其中所述轮胎部件包括轮胎胎面、轮胎子胎面、轮胎底胎面、胎体帘布层、带束层、覆盖冠带层、带束楔、肩部插入物、胎顶、轮胎侧壁和/或胎边芯。
3.根据权利要求1的轮胎部件，其中所述轮胎部件包括轮胎胎面、轮胎子胎面、轮胎底胎面和/或轮胎侧壁。
4.根据权利要求1的轮胎部件，其中所述弹性体组合物包含至少1和/或不超过75phr的所述纤维素酯。
5.根据权利要求1的轮胎部件，其中所述弹性体组合物包含至少75phr和/或不超过150phr的所述一种或多种填料。
6.根据权利要求1的轮胎部件，其中所述弹性体组合物包含至少85phr和/或不超过130phr的所述一种或多种填料。
7.根据权利要求1的轮胎部件，其中所述填料包括二氧化硅、炭黑、粘土、氧化铝、滑石、云母、包括纤维素纤维和玻璃纤维的不连续纤维、硅酸铝、三水合铝、重晶石、长石、霞石、氧化锑、碳酸钙、高岭土和它们的组合。
8.根据权利要求1的轮胎部件，其中至少75%的所述颗粒具有不超过2:1的长径比。
9.根据权利要求1的轮胎部件，其中至少75%的所述颗粒具有不超过8µm的粒径。
10.根据权利要求1的轮胎部件，其中所述弹性体组合物当未固化时显示出不超过110AU(105, 100, 95, 90, 85, 80)的在100℃下根据ASTM
D 1646测量的门尼粘度。
11.根据权利要求1的轮胎部件，其中所述弹性体组合物显示出至少1400000Pa的在5%应变和30℃下测量的DMA应变扫描模量。
12.根据权利要求1的轮胎部件，其中所述弹性体组合物显示出至少130 lbf/in(140, 150, 155, 160, 165, 170)的根据ASTM D624测量的成型槽撕裂。
13.根据权利要求1的轮胎部件，其中所述纤维素酯选自乙酸纤维素、乙酸丙酸纤维素、乙酸丁酸纤维素、三乙酸纤维素、三丙酸纤维素、三丁酸纤维素以及它们的混合物。
14.根据权利要求1的轮胎部件，其中所述主弹性体是非极性的。
15.根据权利要求1的轮胎部件，其中所述主弹性体选自天然橡胶、聚丁二烯、聚异戊二烯、苯乙烯-丁二烯橡胶、聚烯烃、乙烯-丙烯-二烯单体（EPDM）、聚降冰片烯以及它们的组合。
16.根据权利要求1的轮胎部件，其中所述纤维素酯是已经通过至少一种增塑剂改性的改性纤维素酯。
17.根据权利要求1的轮胎部件，其中所述增塑剂构成所述改性纤维素酯的至少1wt%和/或不超过60wt%。
18.根据权利要求1的轮胎部件，其中所述增塑剂是选自磷酸酯增塑剂、苯甲酸酯增塑剂、己二酸酯增塑剂、邻苯二甲酸酯增塑剂、乙醇酸酯、柠檬酸酯增塑剂和羟基官能化增塑剂中的一种。
19.根据权利要求1的轮胎部件，其中所述增塑剂为选自以下的至少一种：磷酸三苯酯、磷酸三甲苯酯、磷酸甲苯基二苯基酯、磷酸辛基二苯基酯、磷酸二苯基联苯酯、磷酸三辛酯、磷酸三丁酯、邻苯二甲酸二乙酯、邻苯二甲酸二甲氧基乙酯、邻苯二甲酸二甲酯、邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二-2-乙基己基酯、邻苯二甲酸丁基苄基酯、邻苯二甲酸二苄基酯、丁基邻苯二甲酰基乙醇酸丁酯、乙基邻苯二甲酰基乙醇酸乙酯、甲基邻苯二甲酰基乙醇酸乙酯、柠檬酸三乙酯、柠檬酸三正丁酯、柠檬酸乙酰三乙酯、柠檬酸乙酰三正丁酯和柠檬酸乙酰-三正-（2-乙基己基）酯。
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