DE102005027747A1 - Luftreifen mit einer Innenseele, bestehend aus Butylkautschuk und Dispersion von Maiskolbengranulen - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Reifen, der eine Innenseele aus einer mit Schwefel vulkanisierten Gummimischung hat. Die Gummimischung der Innenseele besteht aus wenigstens einem Elastomeren, ausgewählt aus Brombutylkautschuk und Chlorbutylkautschuk, welche eine Dispersion von Maiskolbengranulen enthält.
Description
- Gebiet der Erfindung
- Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Reifen, insbesondere einen Gummiluftreifen, der eine integrale Innenseele aus einer durch Schwefel vulkanisierten Gummimischung hat. Die Gummimischung der Innenseele weist wenigstens ein Elastomer auf, ausgewählt aus Brombutylkautschuk und Chlorbutylkautschuk, welches eine Dispersion von Maiskolbengranulen enthält.
- Hintergrund der Erfindung
- Die innere Oberfläche eines Luftreifens besteht typischerweise aus einer elastomeren Mischung, welche so ausgelegt ist, dass sie die Permeation von Luft und Feuchtigkeit in die Karkasse aus der Innenluftkammer des Reifens verhindert oder hemmt. Sie wird oftmals als eine Innenseele („Innerliner") bezeichnet. Gummisorten wie Halogenbutylgummis und Mischungen von Butyl- und Halogenbutylkautschuk, welche relativ undurchlässig gegenüber Luft sind, werden oftmals als Hauptanteil der Innenseelen verwendet.
- Dementsprechend ist die Widerstandsfähigkeit gegenüber Permeabilität des Innenseelengummis für Luft und Feuchtigkeit ein wichtiger Gesichtspunkt.
- Die Innenseele wird normalerweise durch konventionelle Kalandrier- oder Mischertechniken zur Bildung eines Streifens von nicht vulkanisiertem kompoundierten Kautschuk von angemessener Breite gebildet, welcher manchmal als ein Kautschukstreifen bezeichnet wird. Typischerweise ist der Kautschukstreifen das erste Element des Reifens, der auf eine Reifenaufbautrommel aufgelegt wird, über den und rings um den der restliche Teil des Reifens aufgebaut wird. Wenn der Reifen vulkanisiert wird, wird die Innenseele ein integraler, co-vulkanisierter Teil des Reifens.
- Es besteht weiterhin der Bedarf nach verbesserten oder geeigneten Variationen von auf Butylkautschuk basierenden Reifenseelen ohne signifikante Beeinträchtigung der Widerstandsfähigkeit der Permeabilität für Luft und Feuchtigkeit der Gummimischung der Innenseele.
- Halogenbutyl- und Butylkautschuke gehören üblicherweise zu den kostspieligsten Elastomeren, die in einem Reifen verwendet werden. Aufgrund des Konkurrenzmarktes für Reifen und der fortwährenden Anforderungen zur Erniedrigung der Kosten der Herstellung von Reifen besteht das Bedürfnis nach Herabsetzung der Kosten von Innenseelen, welche eine wichtige Funktion bei der Leistungsfähigkeit eines Reifens erfüllen.
- Bei der Beschreibung der Erfindung bezieht sich der Ausdruck "phr" auf Gew.-Teile eines besonderen Inhaltsstoffes pro 100 Gew.-Teile des in einer Kautschukmischung enthaltenden Kautschuks. Die Ausdrücke "Kautschuk" und "Elastomeres" werden austauschbar, falls nichts anderes angegeben ist, verwendet. Auch die Ausdrücke "Vulkanisation" und "vulkanisiert", sowie die Ausdrücke "Kautschukmischung" und "Kautschukkompound" können austauschbar verwendet werden, falls nichts anderes angegeben ist. Der Ausdruck "Maiskolbengranulen" wird hier verwendet, um Maiskorngranulen zu bezeichnen, welche aus dem Holzring erhalten werden, welcher den zentralen Kern oder das Kernmark des Maiskolbens umgibt. Die Maiskolbengranulen können durch Trocknen des Holzringteiles oder Teilen davon, gefolgt von Mahlen zur Bildung der Granulen, hergestellt werden. Diese werden dann mittels Luft gereinigt und in verschiedene Größen durch Sieben mit entsprechenden Maschengrößen getrennt. Solche Maiskolbengranulen werden beispielsweise von The Andersons, Inc. hergestellt und als Grit-O= cobs Maiskolbengranulen, beispielsweise als 60 Grit-O' cobs® vertrieben. Für eine weitere Diskussion der Maiskolbengranulen siehe "Use of Fine-R-Cobs as a Filler For Plastics" von D.B. Vanderhooven und J.G. Moore, abgedruckt in Internal Wire and Cable Symposium 1982.
- Zusammenfassung und praktische Durchführung der Erfindung
- Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Reifen nach Anspruch 1, der eine integrale Innenseele aus einer mit Schwefel vulkanisierten Gummimischung hat.
- Die Innenseele besteht insbesondere aus einer Gummimischung, welche, basierend auf Gewichtsteilen pro 100 Gewichtsteile des Gesamtgummis (phr), umfasst:
- (A) 100 phr von Elastomeren, umfassend: (1) Kautschuk vom Butyltyp (nicht ein partiell depolymerisierter Kautschuk vom Butyltyp), wie: (a) 60 bis 100, alternativ 80 bis 95, alternativ 60 bis 90 und alternativ 60 bis 85, phr von Halogenbutylkautschuk, ausgewählt aus wenigstens einem von Brombutylkautschuk und Chlorbutylkautschuk (halogenierter Butylkautschuk) und deren Mischungen, und (b) null bis 30, alternativ von 5 bis 20, phr von Butylkautschuk (nicht halogenierter Butylkautschuk); (2) null bis 20, alternativ von 5 bis 15, phr von wenigstens einem Elastomeren auf Dienbasis, ausgewählt aus Polymeren von wenigstens einem von Isopren und 1,3-Butadien und Copolymeren von Styrol und wenigstens einem von Isopren und 1,3-Butadien und deren Mischungen; bevorzugt ausgewählt aus Strol/Butadien- copolymerem, natürlichem Kautschuk und Mischungen hiervon, und (3) null bis 30, alternativ von 5 bis 20, phr von wenigstens einem partiell depolymerisierten Brombutylkautschuk, Chlorbutylkautschuk, Butylkautschuk und deren Mischungen, und
- (B) 1 bis 30, alternativ 2 bis 20, phr von Maiskolbengranulen, bestehend aus Granulen des Holzringes von Maiskolben, worin bevorzugt wenigstens 90% dieser Maiskolbengranulen einen Durchschnittsdurchmesser in einem Bereich von 50 bis 500, alternativ von 70 bis 200, Mikron haben; und
- (C) 30 bis 110, alternativ 40 bis 90, phr von verstärkendem Füllstoff, bestehend aus: (1) 30 bis 110 phr von kautschukverstärkendem Ruß, oder (2) 5 bis 70 phr von kautschukverstärkendem Ruß und von 5 bis 70 phr Siliziumdioxid, wobei die Kautschukmischung bevorzugt synthetische amorphe ausgefällte Siliziumdioxidaggregate zusammen mit einem Kupplungsmittel (für diese ausgefällten Siliziumdioxidaggregate), welche eine mit Hydroxylgruppen reaktive Einheit aufweisen (z.B. Silanolgruppen) auf diesen ausgefällten Siliziumdioxidaggregaten und eine andere unterschiedliche Einheit, die mit diesem/n Elastomerem/n auf Dienbasis interaktiv ist, umfasst.
- Es wurde unerwarteterweise gefunden, dass die Zugabe von Dispersion von feinen (kleiner Durchmesser) Maiskolbengranulen in die Kautschukmischung der Luftreifeninnenseele zu einer feststellbar verbesserten Leistungsfähigkeit bei niedrigerer Temperatur (Reduzierung des Brüchigkeitspunktes) sowie einer kleinen Verminderung (Verbesserung) des Widerstandes gegen Luftdurchlässigkeit ohne signifikanten Verlust von anderen wichtigen physikalischen Eigenschaften der Luftreifeninnenseele führt.
- Daher ist ein wichtiger Gesichtspunkt der Erfindung die Kombination der Bereitstellung eines Kautschuks vom Butyltyp für eine Luftreifeninnenseele bei niedrigeren Kosten (durch den Einschluss der preiswerten Maiskolbengranulen) wie auch eine festgestellte verbesserte Leistungsfähigkeit bei niedriger Temperatur in Form eines niedrigeren Brüchigkeitspunktes und festgestellter verbesserter Widerstandsfähigkeit gegen Luftdurchlässigkeit.
- Zusätzlich zu den zuvor genannten Elastomeren und Füllstoffen wie Ruß und Siliziumdioxid für die Luftreifeninnenseele kann die Kautschukmischung für die Innenseele ebenfalls andere konventionelle Bestandteile, wie sie häufig in Kautschukvulkanisaten verwendet werden, enthalten, beispielsweise klebrigmachende Harze, Verarbeitungshilfsstoffe, Talkum, Ton, Glimmer, Antioxidantien, Antiozonmittel, Stearinsäure, Aktivatoren, Wachse und Öle, wie dies gewünscht werden kann. Die integrale Innenseele kann beispielsweise wenigstens einen Stoff wie Talkum, Ton, Glimmer und Calciumcarbonat und deren Mischungen in einem Bereich von beispielsweise 2 bis 25 phr, abhängig von den unterschiedlichen für die Innenseelemischung gewünschten Eigenschaften, enthalten. Typische Mengen von Verarbeitungshilfsstoffen können beispielsweise von 1 bis 15 phr reichen.
- Die Vulkanisation des Kompounds für die Verwendung als eine Innenseele wird in Anwesenheit eines Schwefelvulkanisationsmittels durchgeführt. Beispiele von geeigneten Schwefelvulkanisationsmitteln schließen elementaren Schwefel (freien Schwefel) oder Schwefel abgebende Vulkanisationsmittel, beispielsweise ein Amindisulfid, polymeres Disulfid oder Schwefelolefinaddukte ein. Bevorzugt ist das Schwefelvulkanisationsmittel elementarer Schwefel. Wie dem Fachmann auf dem Gebiet bekannt ist, werden Schwefelvulkanisationsmittel in einer Menge im Bereich von 0,2 bis 5,0 phr, wobei ein Bereich von 0,5 bis 3,0 bevorzugt ist, eingesetzt.
- Beschleuniger werden zur Steuerung der für die Vulkanisation erforderlichen Zeit und/oder Temperatur und zur Verbesserung der Eigenschaften des Vulkanisates verwendet. Ein Einzelbeschleunigersystem kann verwendet werden (z.B. primärer Beschleuniger) in konventionellen Mengen im Bereich von 0,5 bis 3,0 phr. Alternativ können Kombinationen von zwei oder mehr Beschleunigern verwendet werden, wobei diese aus einem primären Beschleuniger, der in der Regel in einer größeren Menge (0,3 bis 3,0 phr) verwendet wird, und einem sekundären Beschleuniger, der im Allgemeinen in einer kleineren Mengen (0,05 bis 1,0 phr) verwendet wird, bestehen, um zu aktivieren und die Eigenschaften des Vulkanisates zu verbessern. Zusätzlich können Beschleuniger mit verzögerter Wirkung verwendet werden, welche nicht durch normale Verarbeitungstemperaturen aktiviert werden, jedoch zufriedenstellende Vulkanistionen bei gewöhnlichen Vulkanisationstemperaturen ergeben. Geeignete Typen von Beschleunigern, welche verwendet werden können, sind Amine, Disulfide, Guanidine, Thioharnstoffe, Thiazole, Thiurame, Sulfenamide, Dithiocarbamat und Xanthate. Bevorzugt ist der primäre Beschleuniger ein Disulfid oder Sulfenamid.
- Verschiedene synthetische, amorphe Siliziumdioxide können für die Mischung der Luftreifeninnenseele verwendet werden, wenn es erwünscht ist, dass die Innenseelemischung ein Siliziumdioxid enthält. Repräsentative Beispiele solcher Siliziumdioxide sind beispielsweise und nicht beschränkt auf: ausgefällte Siliziumdioxide wie beispielsweise HiSil 210 und HiSil 243 von PPG Industries, wie auch verschiedene ausgefällte Siliziumdioxide von J.M. Huber Company, verschiedene ausgefällte Siliziumdioxide von Degussa Company und verschiedene ausgefällte Siliziumdioxide von Rhodia Company.
- Verschiedene Kupplungsmittel können für die verschiedenen synthetischen, amorphen Siliziumdioxide, insbesondere die ausgefällten Siliziumdioxide, verwendet werden, um die Siliziumdioxidaggregate an verschiedene der Elastomere zu kuppeln. Repräsentative Beispiele solcher Kupplungsmittel sind beispielsweise und nicht beschränkt auf:
Bis(3-trialkoxysilylpropyl)polysulfide, worin wenigstens zwei und wahlweise alle drei der vorliegenden Alkoxygruppen Ethoxygruppen sind und ihre Polysulfidbrücke aus einem Durchschnitt von 2 bis 4, alternativ von 2 bis 2,6 oder einem Durchschnitt von 3,4 bis 3,8, verbindenden Schwefelatomen besteht, und ein Alkoxyorganomercaptosilan, welches wahlweise seine Mercaptoeinheit durch ein geeignetes Blockierungsmittel während des Mischens hiervon mit der Kautschukmischung blockiert haben kann, wobei die Alkoxygruppe bevorzugt eine Ethoxygruppe ist. - Bei der praktischen Durchführung wird die Kautschukmischung der Innenseele oder das Kompound zu einem Kautschukstreifen geformt. Wie dem Fachmann auf dem Gebiet bekannt ist, wird ein Kautschukstreifen durch eine Presse oder durch Durchführung eines Kautschukkompounds durch einen Mischer, einen Kalander, einen Multikopfextruder oder andere geeignete Einrichtungen hergestellt. Bevorzugt wird der Kautschukstreifen mittels eines Kalanders hergestellt, da dies häufig zu größerer Gleichförmigkeit führt. Der nicht-vulkanisierte Kautschukstreifen wird dann als eine innere Fläche (freiliegende Innenseite-Oberfläche) einer nicht-vulkanisierten Kautschuk-Reifenstruktur, die ebenfalls als Karkasse bekannt ist, verwendet. Die Innenseele wird dann mit der Karkasse während des Reifenvulkanisationsvorganges unter Bedingungen von Hitze und Druck mit Schwefel co-vulkanisiert.
- Die Vulkanisation des Reifens der vorliegenden Erfindung wird im Allgemeinen bei Temperaturen im Bereich von 110°C bis 180°C durchgeführt. Beliebige der üblichen Vulkanisationsprozesse können verwendet werden, wie Erhitzen in einer Presse oder Form, Erhitzen mit überhitztem Dampf oder heißem Salz in einem Salzbad. Bevorzugt wird das Erhitzen in einer Presse oder Form durchgeführt.
- Als Ergebnis dieser Vulkanisation wird die Innenseele ein integraler Teil des Reifens durch Co-vulkanisation hiermit.
- Daher kann bei der praktischen Durchführung die Innenseele beispielsweise zuerst als eine innere Fläche eines nicht-vulkanisierten Kautschukreifens als ein nicht-vulkanisierter, kompoundierter Kautschukgummistreifen hergestellt werden, und wird dann mit dem Reifen während eines Reifenvulkanisationsvorganges co-vulkanisiert, bei welchem dieser Kautschukgummistreifen beispielsweise eine Dicke im Bereich von 0,04 bis 1, alternativ in einem Bereich von 0,05 bis 0,5 Zentimeter, haben kann, was etwas von dem Typ, der Größe und der beabsichtigten Anwendung des Reifens abhängig ist.
- Der Luftreifen mit integraler Innenseele kann in Form eines Reifens für Personenfahrzeuge, als Reifen für Lastwagen oder für andere Typen von Diagonal- oder Gürtelluftreifen aufgebaut sein. Die folgenden Beispiele werden zur Erläuterung der vorliegenden Erfindung gegeben. Die Teile und Prozentsätze sind in Gewicht, falls nichts anderes angegeben ist.
- BEISPIEL 1
- Proben von mit Schwefel ausgehärteten Kautschukmischungen vom Butylkautschuktyp wurden hergestellt und werden hier als Proben 1 bis 5 bezeichnet. Probe 1 ist eine Kontroll-Gummiprobe.
- Die folgende Tabelle 1 erläutert die jeweiligen Kautschukmischungen.
- Die Materialien wurden in einem sequentiellen Zweistufenmischverfahren, nämlich einer nicht-produktiven Mischstufe, gefolgt von einer produktiven Mischstufe in einem Innenkautschukmischer durchgeführt, in welchem alle Inhaltsstoffe mit Ausnahme von Zinkoxid und Beschleuniger in der ersten nicht-produktiven Mischstufe gemischt wurden, und das Zinkoxid und die Beschleuniger wurden in der nachfolgenden produktiven Mischstufe in einem Innenkautschukmischer zugesetzt. Die Kautschukmischungen wurden aus dem jeweiligen Kautschukmischer abgelassen und auf unter 40°C zwischen Mischstufen abgekühlt. Solche sequentiellen Arbeitsweisen von nicht-produktiver und produktiver Kautschukmischstufe sind dem Fachmann auf dem Gebiet wohlbekannt. Tabelle 1
-
- Aus Tabelle 2 ist ersichtlich, dass bis zu 10 phr von Maiskolbengranulen zu einer Innenseelenmischung aus 100 phr Brombutylkautschuk ohne signifikanten Verlust der angegebenen physikalischen Eigenschaften des Innenseelegummis zugesetzt werden können.
- Dies wird hier als signifikant angesehen, da dies eine signifikante Herabsetzung der Kosten der Innenseelengummimischung (signifikant niedrigere Kosten der Maiskolbengranulen im Vergleich zu den Kosten des Gummis vom Butyltyp) ohne signifikanten Verlust der physikalischen Eigenschaften der Innenseele sowie eine gewisse Verbesserung des Widerstandes gegen Luftdurchlässigkeit und niedrigeren Brüchigkeitspunkt für verbesserte Leistungsfähigkeit bei niedrigerer Temperatur erlaubt.
Claims (10)
- Reifen, der eine integrale Innenseele aus einer mit Schwefel vulkanisierten Gummimischung hat, wobei die Gummimischung, basierend auf Gewichtsteilen pro 100 Gewichtsteile des Gesamtgummis (phr), umfasst: (A) 100 phr von Elastomeren, umfassend: (1) Kautschuk vom Butyltyp, wie: (a) von 60 bis 100 phr von Halogenbutylkautschuk, ausgewählt aus wenigstens einem von Brombutylkautschuk und Chlorbutylkautschuk und deren Mischungen, und (b) null bis 30 phr Butylkautschuk, (2) null bis 20 phr von wenigstens einem Elastomeren auf Dienbasis, ausgewählt aus Polymeren von wenigstens einem von Isopren und 1,3-Butadien und Copolymeren von Styrol und wenigstens einem von Isopren und 1,3-Butadien und deren Mischungen, und (3) null bis 30 phr von wenigstens einem partiell depolymerisiertem Brombutylkautschuk, Chlorbutylkautschuk, Butylkautschuk und deren Mischungen, und (B) von 1 bis 30 phr von Maiskolbengranulen, umfassend Granulen vom Holzring von Maiskolben, (C) von 30 bis 110 phr von verstärkendem Füllstoff, umfassend: (1) von 30 bis 110 phr von kautschukverstärkendem Ruß, oder (2) von 5 bis 70 phr von kautschukverstärkendem Ruß und von 5 bis 70 phr Siliziumdioxid.
- Der Reifen nach Anspruch 1, wobei für die integrale Innenseelenmischung die Maiskolbengranulen einen Durchschnittsdurchmesser in einem Bereich von 50 bis 500 Mikron haben.
- Der Reifen nach Anspruch 1 oder 2, wobei für die integrale Innenseelenmischung die (A) 100 phr von Elastomeren umfasst: (1) einen Kautschuk vom Butyltyp, wie: (a) von 60 bis 95 phr von Halogenbutylkautschuk, ausgewählt aus wenigstens einem von Brombutylkautschuk und Chlorbutylkautschuk, und (b) null bis 30 phr von Butylkautschuk, und/oder (2) von 5 bis 20 phr von diesem wenigstens einen partiell depolymerisierten Brombutylkautschuk, Chlorbutylkautschuk, Butylkautschuk und deren Mischungen.
- Der Reifen nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei für die integrale Innenseelenmischung die (A) 100 phr von Elastomeren umfasst: (1) einen Kautschuk vom Butyltyp, wie: (a) von 60 bis 90 phr von Halogenbutylkautschuk, ausgewählt aus wenigstens einem von Brombutylkautschuk und Chlorbutylkautschuk, und (b) von 5 bis 20 phr von Butylkautschuk, und (c) von 5 bis 20 phr von diesem wenigstens einen partiell depolymerisierten Brombutylkautschuk, Chlorbutylkautschuk, Butylkautschuk und deren Mischungen.
- Der Reifen nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei für die integrale Innenseelenmischung die (A) 100 phr von Elastomeren besteht aus: (1) einen Kautschuk vom Butyltyp, wie: (a) von 60 bis 85 phr von Halogenbutylkautschuk, ausgewählt aus wenigstens einem von Brombutylkautschuk und Chlorbutylkautschuk, und (b) von 5 bis 20 phr von Butylkautschuk, (2) von 5 bis 15 phr von diesem wenigstens einen Elastomeren auf Dienbasis, ausgewählt aus Polymeren von wenigstens einem von Isopren und 1,3-Butadien und Copolymeren von Styrol und wenigstens einem von Isopren und 1,3-Butadien, und deren Mischungen, und (3) von 5 bis 20 phr von dem wenigstens einen partiell depolymerisierten Brombutylkautschuk, Chlorbutylkautschuk, Butylkautschuk und deren Mischungen.
- Der Reifen nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die integrale Innenseelenmischung 2 bis 20 phr von Maiskolbengranulen enthält, welche Granulen vom Holzring von Maiskolben umfasst, worin wenigstens 90% dieser Maiskolbengranulen einen Durchschnittsdurchmesser in einem Bereich von 70 bis 200 Mikron haben.
- Der Reifen nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die integrale Innenseelenmischung wenigstens eines von Talkum, Ton, Glimmer und Calciumcarbonat und deren Mischungen in einem Bereich von 2 bis 25 phr enthält.
- Der Reifen nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei für diese Innenseelenmischung die synthetischen amorphen ausgefällten Siliziumdioxidaggregate zusammen mit einem Kupplungsmittel eine Einheit, welche mit Hydroxylgruppen reaktiv ist, auf den ausgefällten Siliziumdioxidaggregaten und eine davon verschiedene Einheit, welche mit diesem/n Elastomerem/n auf Dienbasis interaktiv ist, aufweisen.
- Der Reifen nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei für diese Innenseelenmischung die 30 bis 110 phr von verstärkendem Füllstoff 5 bis 70 phr von kautschukverstärkendem Ruß und von 5 bis 70 phr von synthetischen amorphen ausgefällten Siliziumdioxidaggregaten ist.
- Der Reifen nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Innenseelenmischung den verstärkenden Füllstoff aus ausgefälltem Siliziumdioxid und ein Kupplungsmittel hierfür enthält, das ausgewählt ist aus: Bis(3-trialkoxysilylpropyl)polysulfiden, worin wenigstens zwei seiner Alkoxygruppen Ethoxygruppen sind und seine Polysulfidbrücke aus einem Durchschnitt von 2 bis 4, alternativ 2 bis 2,6, oder einem Durchschnitt von 3,4 bis 3,8 verbindenden Schwefelatomen besteht, und einem Alkoxyorganomercaptosilan, welches optional seine Mercaptoeinheit mit einem geeigneten Blockierungsmittel während des Mischens hiervon mit der Kautschukmischung blockiert hat, wobei seine Alkoxygruppen aus Ethoxygruppen bestehen.
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