DE102007042496A1 - Producing a vulcanizable rubber mixture, e.g. for tire treads, comprises dispersing a modified phyllosilicate filler in a polar rubber and mixing the resulting masterbatch with another rubber - Google Patents
Producing a vulcanizable rubber mixture, e.g. for tire treads, comprises dispersing a modified phyllosilicate filler in a polar rubber and mixing the resulting masterbatch with another rubber Download PDFInfo
- Publication number
- DE102007042496A1 DE102007042496A1 DE102007042496A DE102007042496A DE102007042496A1 DE 102007042496 A1 DE102007042496 A1 DE 102007042496A1 DE 102007042496 A DE102007042496 A DE 102007042496A DE 102007042496 A DE102007042496 A DE 102007042496A DE 102007042496 A1 DE102007042496 A1 DE 102007042496A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- rubber
- modified
- polar
- masterbatch
- mixture
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16G—BELTS, CABLES, OR ROPES, PREDOMINANTLY USED FOR DRIVING PURPOSES; CHAINS; FITTINGS PREDOMINANTLY USED THEREFOR
- F16G5/00—V-belts, i.e. belts of tapered cross-section
- F16G5/04—V-belts, i.e. belts of tapered cross-section made of rubber
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60C—VEHICLE TYRES; TYRE INFLATION; TYRE CHANGING; CONNECTING VALVES TO INFLATABLE ELASTIC BODIES IN GENERAL; DEVICES OR ARRANGEMENTS RELATED TO TYRES
- B60C1/00—Tyres characterised by the chemical composition or the physical arrangement or mixture of the composition
- B60C1/0016—Compositions of the tread
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J3/00—Processes of treating or compounding macromolecular substances
- C08J3/20—Compounding polymers with additives, e.g. colouring
- C08J3/22—Compounding polymers with additives, e.g. colouring using masterbatch techniques
- C08J3/226—Compounding polymers with additives, e.g. colouring using masterbatch techniques using a polymer as a carrier
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L15/00—Compositions of rubber derivatives
- C08L15/005—Hydrogenated nitrile rubber
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L21/00—Compositions of unspecified rubbers
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L9/00—Compositions of homopolymers or copolymers of conjugated diene hydrocarbons
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L9/00—Compositions of homopolymers or copolymers of conjugated diene hydrocarbons
- C08L9/02—Copolymers with acrylonitrile
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L9/00—Compositions of homopolymers or copolymers of conjugated diene hydrocarbons
- C08L9/06—Copolymers with styrene
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16G—BELTS, CABLES, OR ROPES, PREDOMINANTLY USED FOR DRIVING PURPOSES; CHAINS; FITTINGS PREDOMINANTLY USED THEREFOR
- F16G1/00—Driving-belts
- F16G1/06—Driving-belts made of rubber
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16G—BELTS, CABLES, OR ROPES, PREDOMINANTLY USED FOR DRIVING PURPOSES; CHAINS; FITTINGS PREDOMINANTLY USED THEREFOR
- F16G1/00—Driving-belts
- F16G1/28—Driving-belts with a contact surface of special shape, e.g. toothed
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J2353/00—Characterised by the use of block copolymers containing at least one sequence of a polymer obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds; Derivatives of such polymers
- C08J2353/02—Characterised by the use of block copolymers containing at least one sequence of a polymer obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds; Derivatives of such polymers of vinyl aromatic monomers and conjugated dienes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J2409/00—Characterised by the use of homopolymers or copolymers of conjugated diene hydrocarbons
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
- C08K3/34—Silicon-containing compounds
- C08K3/346—Clay
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K9/00—Use of pretreated ingredients
- C08K9/04—Ingredients treated with organic substances
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L11/00—Compositions of homopolymers or copolymers of chloroprene
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L13/00—Compositions of rubbers containing carboxyl groups
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L23/00—Compositions of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Compositions of derivatives of such polymers
- C08L23/02—Compositions of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Compositions of derivatives of such polymers not modified by chemical after-treatment
- C08L23/16—Elastomeric ethene-propene or ethene-propene-diene copolymers, e.g. EPR and EPDM rubbers
Abstract
Description
Die Erfindung betrifft Kautschukmischungen mit Schichtsilikat-Füllstoffen, wie sie beispielsweise für die Herstellung von Fahrzeugreifen oder anderen technischen Gummiprodukten angewandt werden können und ein Verfahren zu ihrer Herstellung sowie aus den Kautschukprodukten hergestellte Erzeugnisse.The Invention relates to rubber blends with layered silicate fillers, as for example for the Manufacture of vehicle tires or other technical rubber products can be applied and a process for their preparation and from the rubber products manufactured products.
Moderne Produkte aus Kautschuk, wie Fahrzeugreifen, Antriebsriemen und Luftfedern stellen technisch sehr ausgereifte Verbundformkörper dar, die sich aus mehreren Einzelbauteilen mit unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften und unterschiedlichen Mischungsrezepturen zusammensetzen. Dabei muss dieser Verbundkörper unterschiedliche, sich oft widersprechende Anforderungen erfüllen, von denen z.B. für Reifen als wesentliche Merkmale möglichst niedriger Rollwiderstand, d.h. niedrige Hysterese, ein möglichst hoher Nassrutschwiderstand, d.h. hohe Hysterese und eine möglichst hohe Abtriebfestigkeit, d.h. hohe Festigkeit und Reißdehnung, bekannt sind. Erschwert wird die Lösung dieser Optimierung durch den Einfluss von materialunabhängigen Faktoren, wie beispielsweise Luftinnendruck, Fahrbahnrauhigkeit, Laufflächenprofil usw.modern Rubber products such as vehicle tires, drive belts and air springs represent technically very mature composite moldings, which consist of several Individual components with different physical properties and mix different formulations. there must be this composite body different, often contradictory requirements of which e.g. for tires as essential features possible low rolling resistance, i. low hysteresis, as high as possible Wet-slip resistance, i. high hysteresis and one possible high output strength, i. high strength and elongation at break, are known. Complicating the solution of this optimization the influence of material independent Factors such as internal air pressure, road surface roughness, Tread pattern, etc.
So genügen Kautschukmischungen, die für Reifeninnengummis (Hauptaufgabe: Gasundurchlässigkeit) verwendet werden, i. A. nicht den Erfordernissen, die an Kautschukmischungen von Reifenlaufstreifen gestellt werden. So müssen die für Reifenlaufstreifen verwendeten Kautschukmischungen eine Optimierung der Reifen. hinsichtlich z. B Abtrieb, Rutschverhalten, Rollwiderstand, Heat Build Up, Weiterreißfestigkeit und Kälteflexibilität ermöglichen. Bei Laufstreifen werden vor allen Dingen eine hohe Rutschfestigkeit und ein guter Griff bei im Fahrbetrieb vorliegenden Temperaturen gefordert. Diese hohe Rutschfestigkeit kann durch eine Erhöhung des Verlustfaktor tan δ im relevanten Temperaturbereich z. B. durch das Einmischen großer Mengen (>100 phr) an hoch energiedissipativen Rußen, so genannten Rennrußen, erfolgen. Vorteilhaft ist weiterhin, wenn die Reifen im beim Fahrbetrieb vorliegenden Temperaturbereich eine möglichst niedrige Shorehärte aufweisen.So suffice Rubber compounds suitable for Tire inner rubbers (main task: gas impermeability) are used i. A. does not meet the requirements for rubber compounds of tire treads be put. So have to the for Tire treads used rubber blends an optimization the mature. with regard to z. B downforce, sliding behavior, rolling resistance, Heat Build Up, Tear Resistance and allow cold flexibility. With treads, above all, a high slip resistance and a good grip when driving temperatures required. This high skid resistance can be achieved by increasing the Loss factor tan δ im relevant temperature range z. B. by the mixing of large amounts (> 100 phr) of high-energy dissipative carbon blacks, so-called racing blacks, respectively. Furthermore, it is advantageous if the tires are in driving operation present temperature range have the lowest possible Shore hardness.
Es ist bisher noch nicht gelungen, die drei Materialeigenschaften im so genannten „magischen Dreieck der Reifentechnologie" unabhängig voneinander auf ein maximal erreichbares Ni veau einzustellen, da jeweils zwei der drei Haupteigenschaften reziprok miteinander gekoppelt zu sein scheinen.It has not yet succeeded, the three material properties in so-called "magical Triangle of tire technology "independently to adjust to a maximum achievable Ni level, as two in each case The three main characteristics reciprocally coupled with each other seem to be.
Die Eigenschaften eines derartigen Elastomermaterials aus Kautschukmischungen hängen entscheidend von der Mikro- und Makrostruktur der das Polymernetzwerk aufbauende Netzwerkketten und der Struktur des Netzwerkes ab. Dabei werden diese Strukturen unter anderem von der Vernetzungsart, der Vernetzungsdichte und der Art, Menge und Dispersion von Füllstoffen und Weichmachern beeinflusst, wobei technologisch interessante Materialkombinationen erst durch die Zugabe dieser Zuschlagstoffe erreicht werden können.The Properties of such elastomeric material from rubber compounds hang crucial from the micro and macro structure of the polymer network building network chains and the structure of the network. there These structures are inter alia of the type of networking, the Crosslinking density and the type, amount and dispersion of fillers and plasticizers, with technologically interesting material combinations can only be achieved by the addition of these additives.
Dichtungen, die eine vulkanisierte Kautschukmischung enthalten, werden in den unterschiedlichsten Bereichen, wie z. B. dem Fahrzeugbau, dem Apparatebau, in der Hausgeräte-Industrie und der Regeltechnik, eingesetzt. Sie dichten und/oder kapseln z. B. ab gegen Verschmutzungen und gegen den Austritt von Fetten und Ölen oder dienen als Trennwände und Druckübersetzer in Behältern oder Geräten mit unterschiedlichen Drücken und/oder unterschiedlichen Medien. Um diese Aufgabe zu erfüllen, gibt es Dichtungen in den verschiedensten Formen, z. B. als Balge, Faltenbälge, Kappen, Stopfen, Schlauchringe, Manschetten, Dichtringe, Dichtungsmembranen, Platten und Bahnen.seals which contain a vulcanized rubber mixture are in the different areas, such. B. the vehicle, the apparatus construction, in the home appliance industry and the Control technology used. They seal and / or encapsulate z. B. from against soiling and against the escape of fats and oils or serve as partitions and pressure intensifier in containers or devices with different pressures and / or different media. To accomplish this task there it seals in various forms, eg. B. as bellows, bellows, caps, Plugs, hose rings, sleeves, sealing rings, sealing membranes, Plates and tracks.
Antriebsriemen, die eine vulkanisierte Kautschukmischung enthalten, werden in den unterschiedlichsten Bereichen, wie z. B. dem Fahrzeugbau, dem Apparatebau, in der Hausgeräte-Industrie und der Fördertechnik, eingesetzt und treiben dort die unterschiedlichsten Aggregate an. Um die geforderten Aufgaben optimal zu erfüllen, gibt es verschiedene Formen von Antriebsriemen wie z. B. Zahnriemen, Keilriemen, Keilrippenriemen und Flachriemen.Drive belt, which contain a vulcanized rubber mixture are in the different areas, such. B. the vehicle, the apparatus construction, in the home appliance industry and the Materials handling, used and drive there a wide variety of aggregates. In order to optimally fulfill the required tasks, there are various Shapes of drive belts such. B. Timing belt, V-belt, V-ribbed belt and flat belts.
Auch bei technischen Gummiartikeln z.B. Transportbändern werden die unterschiedlichen Anforderungen durch Konstruktion und Auswahl der Werkstoffe berücksichtigt. Bezogen auf die Elastomermaterialien besteht hier die Aufgabe miteinander verknüpfte und gegenläufige Werkstoffeigenschaften zu optimieren. Hohe Verschleißfestigkeit und Weiterreißfestigkeit und geringe Energiedissipation unter dynamischer Belastung führen zu Produkten mit hoher Haltbarkeit, die mit geringem Energieverbrauch zu betreiben sind.Also for technical rubber articles e.g. Transporters will be the different ones Requirements taken into consideration by design and selection of materials. Related to the elastomeric materials, the object is here with each other linked and opposing Optimize material properties. High wear resistance and tear propagation resistance and low energy dissipation under dynamic loading Products with high durability, with low energy consumption to operate.
Kautschukmischungen werden verschiedenste Füllstoffe, wie z. B. Ruß, Kieselsäure, Alumosilikate, Kaoline, Metalloxide oder Kreide, zugesetzt. Die Füllstoffe tragen dabei nicht nur zur Verbilligung der Kautschukmischungen bei, sondern beeinflussen durch ihre spezifische Wirkung auf den Kautschuk auch die Eigenschaften der unvulkanisierten Kautschukmischung und der Vulkanisate, der Elastomere. Aktive Füllstoffe, auch verstärkende Füllstoffe genannt, zu denen die meisten Ruße, Kieselsäure und die meisten feinteiligen Silikate zählen, verbessern im Allgemeinen eine Reihe von Vulkanisateigenschaften, wie Zugfestigkeit, Spannungswert (Modul) und Weiterreißwiderstand, während andere Eigenschaften, wie Reißdehnung und Rückprallelastizität, negativ beeinflusst werden. Die Aktivität des Füllstoffes ist dabei abhängig von der Teilchengröße, der spezifischen Oberfläche, der geometrischen Gestalt der Oberfläche und der chemischen Zusammensetzung.Rubber mixtures are a variety of fillers, such. For example, carbon black, silica, aluminosilicates, kaolins, metal oxides or chalk added. The fillers not only contribute to the cheapening of rubber compounds, but also influence the egg due to their specific effect on the rubber properties of the unvulcanised rubber compound and the vulcanizates, the elastomers. Active fillers, also called reinforcing fillers, which include most of the carbon blacks, silica and most particulate silicates, generally improve a range of vulcanizate properties, such as tensile strength, modulus and tear resistance, while other properties, such as elongation at break and rebound resilience, are negative to be influenced. The activity of the filler is dependent on the particle size, the specific surface, the geometric shape of the surface and the chemical composition.
Üblicherweise werden Elastomermischungen hohe Mengen an Silica und/oder Ruß an Füllstoff zur Verbesserung der Festigkeit und des Abriebwiderstandes, insbesondere für PKW-Reifen, zugesetzt.Usually Elastomer blends are high levels of silica and / or carbon black on filler for improving the strength and abrasion resistance, in particular for car tires, added.
Bekannt
ist nach der
Als Füllstoffe können smektische Schichtsilikate, wie Montmorillonit, oder deren Gemische, nach vorhergehender Säureaktivierung eingesetzt werden. Diese Schichtsilikate haben eine glimmerartige Dreischichtstruktur mit zwei Tetraederschichten und einer dazwischen liegenden Oktaederschicht. Zwischen den negativ geladenen Schichtsilikaten liegen die austauschfähigen Zwischenschichtkationen (Lithium, Natrium, Kalium, Magnesium und/oder Calcium). Charakteristisch für die meisten Minerale dieser Gruppe sind Kationenaustauschvermögen und die Fähigkeit zur innerkristallinen Quellung. Die bekannten Schichtsilikate bilden eine Füllstoffklasse, wobei die Schichtsilikate aufgrund ihrer polaren Oberfläche nicht mit herkömmlichen Kautschuken kompatibel sind. Daher müssen sie vor dem Einsatz modifiziert werde, indem bekanntermaßen die hydrophile Oberfläche der Schichtsilikate durch Katione naustausch mit Alkylammoniumionen organophil wird. Gleichzeitig werden organische Moleküle (vorwiegend quarternäre Ammoniumverbindungen) zwischen die Schichten der Silikate eingelagert, so dass die Schichtsilikate aufgeweitete Stapel bilden, bei dem zwischen den silikatischen Einzelschichten die organischen Modifikatoren eingelagert sind.When fillers can smectic phyllosilicates, such as montmorillonite, or mixtures thereof, after previous acid activation be used. These phyllosilicates have a mica-like Three-layer structure with two tetrahedral layers and one in between lying octahedral layer. Between the negatively charged phyllosilicates are the interchangeable ones Interlayer cations (lithium, sodium, potassium, magnesium and / or Calcium). Characteristic of Most of the minerals in this group are cation exchange and the ability for intracrystalline swelling. The known phyllosilicates form a Füllstoffklasse, the phyllosilicates are not due to their polar surface with conventional Rubbers are compatible. Therefore, they must be modified before use be known by the hydrophilic surface the phyllosilicates by cation exchange with alkylammonium ions becomes organophilic. At the same time, organic molecules (predominantly quaternary Ammonium compounds) between the layers of silicates, so that the phyllosilicates form expanded stacks, in which between the silicate single layers the organic modifiers are stored.
Bekannt
ist aus der
Aus derartigen organisch modifizierten Schichtsilikaten lassen sich Nanocomposite aus Polymeren und Schichtsilikaten erzeugen. Ein Nanocomposit ist dabei definiert als eine wechselwirkende Mischung aus zwei Phasen, in diesem Fall Polymer/organische Phase und Schichtsilikat/anorganische Phase, von denen eine Phase zumindest in einer Dimension in der Größenordnung einiger Nanometer liegt.Out Such organically modified phyllosilicates can be Nanocomposites of polymers and phyllosilicates produce. A nanocomposite is defined as an interactive mixture of two phases, in this case polymer / organic phase and phyllosilicate / inorganic Phase, of which one phase is at least one dimension in the Magnitude a few nanometers.
Einen Überblick über Nanocomposite
auf Basis von Polymeren und Schichtsilikaten, ihre Herstellung, Charakterisierung
und Verwendung findet man z. B. in dem Artikel
Für die Herstellung von Nanocompositen auf Basis von Polymeren und Schichtsilikaten werden dort mehrere Verfahren vorgestellt: die In-situ-Polymerisation, die Einlagerung (Intercalation) des Polymers aus einer Lösung und die direkte Einlagerung von geschmolzenem Polymer. Diese Verfahren führen dazu, dass die einzelnen Schichten des Silikates aufgeweitet werden und gegebenenfalls sogar vollständig auseinander geblättert (exfoliert) werden. Die einzelnen Schichten haben eine Dicke von ca. 1 nm und sind von Polymer umgeben. Das Vorliegen von Nanocompositen in Polymerwerkstoffen ermöglicht es, die daraus hergestellten Polymerprodukte mit neuen und verbesserten Eigenschaften auszustatten. Das Konzept der Nanocomposite auf Basis von Schichtsilikaten wird vor allem im Bereich der Thermoplaste eingesetzt, um deren Eigenschaften z. B. im Hinblick auf die Zugfestigkeit zu verbessern. Für Thermoplaste sind die vier genannten Verfahren zur Herstellung von Nanocompositen an wendbar, wohingegen für Kautschuke die direkte Einlagerung des geschmolzenen Polymers aufgrund der hohen Viskositäten im herkömmlichen Verarbeitungstemperaturbereich nicht möglich ist. Die anderen drei Verfahren sind auch für Kautschuk anwendbar, allerdings sind diese Verfahren technologisch sehr aufwendig und immer mit der Verwendung von Lösungsmitteln verbunden, die im weiteren Verlauf der Verarbeitung solcher Nanocomposite z. B. für die Einmischung in eine vulkanisierbare Kautschukmischung wieder i. A. vollständig entfernt werden müssen.For the production of nanocomposites based on polymers and phyllosilicates Several methods are presented there: in situ polymerization, the intercalation of the polymer from a solution and direct incorporation of molten polymer. This procedure to lead that the individual layers of silicate be widened and possibly even completely leafed apart (exfoliated). The individual layers have a thickness of about 1 nm and are surrounded by polymer. The presence of nanocomposites in polymer materials it, the polymer products made therefrom with new and improved Equip features. The concept of nanocomposite based of phyllosilicates is mainly used in the field of thermoplastics used to their properties z. B. in terms of tensile strength to improve. For Thermoplastics are the four processes mentioned for the production of Nanocomposites applicable, whereas for rubbers the direct incorporation of the molten polymer due to the high viscosities in the conventional Processing temperature range is not possible. The other three Procedures are also for Rubber applicable, however, these processes are technological very expensive and always with the use of solvents connected in the further course of processing such nanocomposites z. For example the interference in a vulcanizable rubber mixture again i. A. complete must be removed.
Der Einsatz von Schichtsilikaten als nanoskaliger Füllstoff in Elastomeren lässt gute Verstärkungseigenschaften aufgrund des hohen Aspektverhältnisses und der großen Oberfläche der Schichtsilikate erwarten. Allerdings ist die Dispergierung gefolgt von einer Exfolierung der einzelnen Schichten der Schichtsilikate oder eine Intercalation der Polymerketten zwischen den Schichtstapeln in unpolaren Kautschuken durch mangelnde Kompatibilität zwischen Polymer und Schichtsilikat nicht möglich. Dies gilt auch für bekannte modifizierte Schichtsilikate.Of the Use of phyllosilicates as nanoscale filler in elastomers leaves good reinforcing properties due to the high aspect ratio and the big one surface the phyllosilicates expect. However, the dispersion has followed exfoliation of the individual layers of the phyllosilicates or an intercalation of the polymer chains between the layer stacks in nonpolar rubbers due to lack of compatibility between Polymer and phyllosilicate not possible. This also applies to known modified phyllosilicates.
Um hier verbesserte Ergebnisse zu erreichen sind verschiedene Verfahren bekannt.Around To achieve improved results here are different methods known.
Elastomerverbundwerkstoffe
auf der Basis von SBR und BR werden mittels Lösungsintercalationsmethode
hergestellt. (
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Kautschukmischungen für Elastomere mit modifizierten Schichtsilikat-Füllstoffen anzugeben, bei denen die Schichtsilikate in hoher Konzentration und gut dispergiert vorliegen, wobei diese Elastomermischungen auf einfache und preiswerte Art und Weise herstellbar sind.task The present invention is rubber blends for elastomers with modified phyllosilicate fillers, in which the phyllosilicates are present in high concentration and well dispersed, these elastomer mixtures in a simple and inexpensive way and are producible.
Die Erfindung wird durch die in den Ansprüchen angegebene Erfindung gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.The Invention is solved by the invention specified in the claims. advantageous Embodiments are the subject of the dependent claims.
Die in dieser Schrift verwendete Angabe phr (parts per hundred Parts of rubber by weight) ist die in der Kautschukindustrie übliche Mengenangabe für Mischungen. Die Dosierung der Gewichtsteile der einzelnen Substanzen wird dabei stets auf 100 Gewichtsteile der gesamten Masse aller in der Mischung vorhandenen Kautschuke bezogen.The used in this specification phr (parts per hundred parts of rubber by weight) is the usual quantity in the rubber industry for mixtures. The dosage of the parts by weight of the individual substances is thereby always to 100 parts by weight of the total mass of all in the mixture related rubbers.
Bei den erfindungsgemäßen Kautschukmischungen und Elastomermischungen mit modifizierten Schichtsilikat-Füllstoffen sind mindestens modifizierte Schichtsilikate in einem ersten polaren Kautschuk dispergiert und liegen mit dem polaren Kautschuk verbunden vor und diese sind gemeinsam als Masterbatch mit einem zweiten Kautschuk gemischt, wobei maximal 100 phr, bevorzugt maximal 50 phr modifizierte Schichtsilikate in der Gesamtmischung enthalten sind.at the rubber mixtures of the invention and elastomer blends with modified layered silicate fillers are at least modified phyllosilicates in a first polar Rubber dispersed and are connected to the polar rubber before and these are together as a masterbatch with a second rubber mixed, with a maximum of 100 phr, preferably a maximum of 50 phr modified Layered silicates are included in the total mixture.
Mit dem Ausdruck „liegen mit dem Kautschuk verbunden vor" ist vorliegend gemeint, dass die Schichtsilikate und der Kautschuk über kovalente und nicht-kovalente Bindungen miteinander verbunden sein können.With the expression "lie connected with the rubber before "is In this case, it is meant that the phyllosilicates and the rubber via covalent and non-covalent bonds can be linked together.
Vorteilhafterweise sind bis 35 phr, wie bis zu 15 phr modifizierte Schichtsilikate mit quaternären Alkylammoniumverbindungen modifizierte Montmorillonite eingesetzt.advantageously, are up to 35 phr, like up to 15 phr modified phyllosilicates with quaternary Alkyl ammonium compounds modified montmorillonites used.
Weiterhin wird vorteilhafterweise als erster polarer Kautschuk carboxylierter Nitrilkautschuk XNBR, XHNBR oder andere carboxlierte Kautschuke, Chloropren CR, NBR, HNBR, AEM, HNR Halonitrilkautschuk, CM Chloriertes Polyethylen, CSM Chlorsulfoniertes Polyethylen, ACM Acrylat-Kautschuk, EVA Ethylen-Vinylacetat-Copolymer, FPM Fluorkautschuke, MQ Methylsilicon-Kautschuke, MVQ Vinylsilicon-Kautschuk, MPQ Phenylsilicon-Kautschuk, MFQ Polyfluorsilicone, MPVQ Phenyl-Vinyl-Silicon-Kautschuk, AU, EU Polyester-Polyisocyanat-Prepolymere, CO, ECO Epichlorhydrinkautschuk, TM Polysulfidkautschuke eingesetzt.Farther is advantageously carboxylated as the first polar rubber Nitrile rubber XNBR, XHNBR or other carboxylated rubbers, Chloroprene CR, NBR, HNBR, AEM, HNR Halonitrile rubber, CM Chlorinated Polyethylene, CSM chlorosulfonated polyethylene, ACM acrylate rubber, EVA ethylene-vinyl acetate copolymer, FPM fluororubbers, MQ methyl silicone rubbers, MVQ vinyl silicone rubber, MPQ phenyl silicone rubber, MFQ polyfluorosilicone, MPVQ phenyl-vinyl-silicone rubber, AU, EU polyester-polyisocyanate prepolymers, CO, ECO epichlorohydrin rubber, TM polysulfide rubbers used.
Von Vorteil ist es ebenfalls, wenn als zweiter Kautschuk einer mit geringerer Polarität als der erste Kautschuk eingesetzt wird. So können Styrol-Butadien-Polymer SBR, Butadien-Polymer BR, (Poly)Isopren-Polymer IR, Naturkautschuk NR, Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk EPDM und/oder Butadien-Styrol-Isopren-Copolymer verwendet werden, die Verwendung der oben genannten polaren Kautschuke ist aber ebenfalls möglich. Bei HNBR und NBR ist z.B. die Polarität durch den ACN-Gehalt (18-43 Gew.-%) zu steuern, so dass hier als erster Kautschuk ein Polymer mit hohem ACN-Gehalt gewählt wird und als zweiter Kautschuk einer mit niedrigem ACN-Gehalt.From It is also an advantage if the second rubber is one with less polarity as the first rubber is used. So can styrene-butadiene polymer SBR, butadiene polymer BR, (poly) isoprene polymer IR, natural rubber NR, ethylene-propylene-diene rubber EPDM and / or Butadiene-styrene-isoprene copolymer used, the use However, the above-mentioned polar rubbers is also possible. at HNBR and NBR is e.g. the polarity by the ACN content (18-43 % By weight), so that here as the first rubber a polymer chosen with high ACN content and, as the second rubber, a low ACN content.
D.h., die vulkanisierbare Kautschukmischung kann als Kautschukkomponenten alle dem Fachmann bekannten Kautschuktypen, wie z. B. Naturkautschuk, synthetisches Polyisopren, Polybutadien, Styrol-Butadien-Copolymer, Butylkautschuk, Ethylen-Propylen-Dienkautschuk (EPDM), Ethylen-Propylen-Copolymer, enthalten. Bevorzugt ist, wenn die Kautschukmischung als erste Kautschukkomponente zumindest einen Kautschuk mit polaren Gruppen wie z.B. aus Acrylnitril-Butadien-Kautschuk, hydrierten Acrylnitril-Butadien-Kautschuk (HNBR), hydrierten Acrylnitril-Butadien-Kautschuk mit Seitengruppen für verbesserte Kälteflexibilität, carboxylierten Acrylnitril-Butadien-Kautschuk XNBR, Styrol-Butadien-Copolymere und -Pfropfpolymere mit weiteren ungesättigten polaren Monomeren, Silikonkautschuk, Ethylen-Vinylacetat-Kautschuk, Ethylen-Acryl-Elastomere, Kautschuke mit Halogenatomen wie Chloroprenkautschuk, Fluorkautschuk, Epichlorhydrin-Kautschuk, alkyliertes chlorsulfoniertes Polyethylen, chlorsulfoniertes Polyethylen, chloriertes Polyethylen, enthält.That is, the vulcanizable rubber mixture can be used as rubber components all known to those skilled in rubber types, such as. Natural rubber, synthetic polyisoprene, polybutadiene, styrene-butadiene copolymer, butyl rubber, ethylene-propylene-diene rubber (EPDM), ethylene-propylene copolymer. It is preferred if the rubber mixture as the first rubber component at least one rubber with polar groups such as acrylonitrile-butadiene rubber, hydrogenated acrylonitrile-butadiene rubber Schuk (HNBR), hydrogenated acrylonitrile-butadiene rubber having side groups for improved low-temperature flexibility, carboxylated acrylonitrile-butadiene rubber XNBR, styrene-butadiene copolymers and graft polymers with other unsaturated polar monomers, silicone rubber, ethylene-vinyl acetate rubber, ethylene-acrylic Elastomers, rubbers having halogen atoms such as chloroprene rubber, fluororubber, epichlorohydrin rubber, alkylated chlorosulfonated polyethylene, chlorosulfonated polyethylene, chlorinated polyethylene.
Es hat sich gezeigt, dass Kautschuke mit polaren Gruppen die Exfolierung und die Anbindung des modifizierten Schichtsilikates an den Kautschuk fördern. Zusätzlich zeichnen sich die Kautschuke mit polaren Gruppen durch eine hohe Beständigkeit gegen Öle und viele Chemikalien aus.It It has been shown that rubbers containing polar groups exfoliate and the attachment of the modified layered silicate to the rubber promote. additionally The rubbers with polar groups are characterized by a high resistance against oils and many chemicals out.
Vorzugsweise handelt es sich bei den Kautschuken mit den polaren Gruppen um carboxylierten Acrylnitril-Butadien-Kautschuk oder Chloropren-Kautschuk. Neben der Beständigkeit gegen Öle und Chemikalien zeichnet sich Chlorpren-Kautschuk durch seine besonders hohe Abriebbeständigkeit aus. Carboxylierter Acrylnitril-Butadien-Kautschuk weist zusätzlich ein gutes Alterungsverhalten und hohe Heißluftbeständigkeit auf.Preferably the rubbers with the polar groups are carboxylated Acrylonitrile butadiene rubber or chloroprene rubber. Next the resistance against oils and chemicals are characterized by its especially chloroprene rubber high abrasion resistance out. Carboxylated acrylonitrile-butadiene rubber additionally has good aging behavior and high hot air resistance.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der zweite Kautschuk ein unpolarer Kautschuk. Bevorzugte Kautschuke sind: Styrol-Butadien-Polymer SBR, Butadien-Polymer BR, Naturkautschuk NR, Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk EPDM und/oder Butadien-Styrol-Isopren-Copolymer. D.h., erfindungsgemäß ist es möglich, Elastomermischungen auf Basis unpolarer Kautschuke mit modifizierten Schichtsilikat-Füllstoffen anzugeben, bei denen die Schichtsili kate in hohen Konzentrationen und gut dispergiert in unpolaren Kautschuken vorliegen. In einer weiteren Ausführungsform ist der zweite Kautschuk ebenfalls ein polarer Kautschuk, wie einer mit einer geringeren Polarität als der erste Kautschuk, bevorzugt einer der oben genannten Art.In a preferred embodiment the second rubber is a nonpolar rubber. Preferred rubbers are: styrene-butadiene polymer SBR, butadiene polymer BR, natural rubber NR, ethylene-propylene-diene rubber EPDM and / or butadiene-styrene-isoprene copolymer. that is, It is according to the invention possible, Elastomer blends based on nonpolar rubbers with modified Layer silicate fillers indicate that the Schichtsili kate in high concentrations and well dispersed in nonpolar rubbers. In a another embodiment the second rubber is also a polar rubber, like one with a lower polarity as the first rubber, preferably one of the abovementioned type.
Auch von Vorteil ist es, wenn 5-30 phr (Teile pro hundert Teile Kautschuk) an Masterbatch im zweiten Kautschuk gemischt vorliegen.Also it is advantageous if 5-30 phr (parts per hundred parts of rubber) mixed with masterbatch in the second rubber.
Ebenfalls von Vorteil ist es, wenn die mit dem polaren Kautschuk verbundenen modifizierten Schichtsilikate statistisch verteilt in dem zweiten Kautschuk vorliegen.Also It is advantageous if the associated with the polar rubber modified phyllosilicates statistically distributed in the second Rubber present.
Die erfindungsgemäßen Mischungen weisen außerdem die Vorteile auf, dass sie als Vulkanisate durch die Anwesenheit der dünnen Plättchen des Schichtsilikates eine gute Sperrwirkung für Gase und Flüssigkeiten haben und eine hohe Beständigkeit gegen unterschiedlichste organische Medien aufweisen. Zusätzlich besitzen die Vulkanisate eine gute Flammwidrigkeit.The mixtures according to the invention also show the advantages on it being vulcanized by the presence the thin one Tile of the layered silicate have a good barrier effect for gases and liquids and a high resistance have against a wide variety of organic media. Additionally own the vulcanizates a good flame resistance.
Die sehr dünnen Plättchen des exfolierten Schichtsilikates richten sich bei der Verarbeitung der Mischung aus (Richteffekt, Anisotropie) und bewirken eine zweidimensionale Verstärkung. Das Vulkanisat nimmt anisotrope Eigenschaften an. Mit herkömmlichen, nicht modifizierten Schichtsilikaten kann eine solche zweidimensionale Verstärkung kaum erreicht werden, da die einzelnen Schichten des Silikates nicht exfoliert werden, sondern als größere Anhäufungen in der Mischung vorliegen.The very thin Tile of the exfoliated phyllosilicate depend on the processing the mixture of (directional effect, anisotropy) and cause a two-dimensional Gain. The vulcanizate assumes anisotropic properties. With conventional, unmodified phyllosilicates may be such a two-dimensional reinforcement can hardly be achieved because the individual layers of silicate are not be exfoliated, but as larger accumulations present in the mixture.
Durch die erfindungsgemäße Lösung wird es erstmals möglich, modifizierte Schichtsilikate als Füllstoffe fein verteilt in einem Kautschuk insbesondere einem unpolaren Kautschuk zu erhalten. Hierzu werden die organisch modifizierten Schichtsilikate in einem polaren Kautschuk eingemischt und gut in dem polaren Kautschuk verteilt. Das so hergestellte Masterbatch wird anschießend in den zweiten Kautschuk eingemischt. Damit wird auch das modifizierte Schichtsilikat in der gesamten Kautschukmischung fein verteilt. Die erfindungsgemäße Kautschukmischung weist gute physikalische und chemische Eigenschaften auf. Die Durchmischung ist dabei so gut, dass beispielsweise deutlich erhöhte Festigkeitswerte der Gesamtmischung erreicht werden können.By the solution according to the invention is it possible for the first time modified phyllosilicates as fillers finely distributed in one To obtain rubber, in particular a non-polar rubber. For this are the organically modified phyllosilicates in a polar Gum mixed and well distributed in the polar rubber. The masterbatch thus prepared is then in the second rubber mixed. Thus, the modified layered silicate in the entire rubber mixture finely distributed. The rubber mixture according to the invention has good physical and chemical properties. The mixing is so good that, for example, significantly increased strength values of the total mixture can be achieved.
Die erfindungsgemäße Kautschukmischung kann 1 bis 100 phr modifiziertes Schichtsilikat aufweisen, wobei hohe Mengen besonders dann eingesetzt werden, wenn man eine geringe Gasdurchlässigkeit der Vulkanisate angestrebt wird. Besonders bevorzugt ist allerdings, wenn die Kautschukmischung 2 bis 25 phr des Schichtsilikates enthält, denn schon diese geringen Mengen reichen im Zusammenspiel mit dem Covernetzer aus, um Vulkanisate mit hohem Niveau von Spannungswert, Weiterreißwiderstand und Reißdehnung zu erhalten, wobei andere gewünschte Vulkanisateigenschaften ebenfalls nicht verschlechtert werden.The Inventive rubber mixture may be 1 to 100 phr modified layered silicate, wherein high amounts are used especially if one low Gas permeability the vulcanizate is sought. However, it is particularly preferred if the rubber mixture contains 2 to 25 phr of the phyllosilicate, because even these small amounts are sufficient in interaction with the co-networker, to vulcanizates with high level of voltage value, tear propagation resistance and elongation at break to obtain other desired ones Vulkanisateigenschaften also not be degraded.
Als modifizierte Schichtsilikate werden solche Silikate eingesetzt, deren Schichtstapel durch eine vorherige Behandlung, beispielsweise durch organische Modifizierung mit quarternären Ammoniumalkylverbindungen aufgeweitet worden sind. Die Oberflächen der so behandelten Schichtsilikate sind aber weiterhin unpolar. Diese Unpolarität reicht aber nicht aus, um derartige Schichtsilikate mit herkömmlichen Verfahren in z. B. unpolare aber auch polare Kautschukmischungen einzubringen und gleichmäßig zu dispergieren. Erst mit der erfindungsgemäßen Lösung wird dies möglich.Modified phyllosilicates used are those silicates whose layer stacks have been expanded by prior treatment, for example by organic modification with quaternary ammonium alkyl compounds. The surfaces of the thus treated sheet silicates are still un polar. However, this non-polarity is not sufficient to such phyllosilicates with conventional methods in z. B. introduce nonpolar but also polar rubber compounds and to disperse evenly. Only with the inventive solution, this is possible.
Vorteilhaft ist es auch, wenn weitere bekannte Zusatz- und Hilfsstoffe den Kautschukmischungen zugegeben werden.Advantageous It is also when other known additives and adjuvants the rubber mixtures be added.
So kann die Kautschukmischung als weitere Füllstoffe z. B. feinverteilte, gefällte Kieselsäure, Ruß, Aluminiumoxide, Alumosilicate, Kreide, Stärke, Magnesiumoxid, Titandioxid oder Kautschukgele enthalten. Der Gesamtgehalt an Füllstoff kann dabei bis zu 150 phr betragen. Auch Kurzfasern z. B. aus Polyamid, Aramid oder Polyester können der Kautschukmischung zugemengt sein.So the rubber mixture can be used as further fillers z. B. finely divided, precipitated silica, Soot, aluminum oxides, Aluminosilicates, chalk, starch, Magnesium oxide, titanium dioxide or rubber gels. The total salary on filler can be up to 150 phr. Also short fibers z. As polyamide, Aramid or polyester can be added to the rubber mixture.
Des
Weiteren kann die erfindungsgemäße Kautschukmischung übliche Zusatzstoffe
in üblichen
Gewichtsteilen enthalten. Zu diesen Zusatzstoffen zählen Alterungsschutzmittel,
wie z. B. N-Phenyl-N'-(1,3-dimethylbutyl)-p-phenylendiamin
(6PPD), N-Isopropyl-N'-phenyl-p-phenylendiamin (IPPD),
2,2,4-Trimethyl-1,2-dihydrochinolin (TMQ), Zinksalze von 4- und
5-Methylmercaptobenzimidazol und andere Substanzen wie sie beispielsweise
aus
Bevorzugt wird mindestens ein Silankupplungsagenz mit dem modifiziertem Schichtsilikat und dem Kautschuk vermischt, z.B. in situ. Dieses führt zu besonders guten Eigenschaften, z.B. dem 100% Modul und anderen Zug- und Bruchparametern.Prefers will be at least one silane coupling agent with the modified layered silicate and the rubber, e.g. in situ. This leads to special good properties, e.g. the 100% modulus and other tensile and fracture parameters.
Wird die Vulkanisation in Anwesenheit von Schwefel oder Schwefelspendern, d. h. mit einem Vernetzungssystem auf Schwefelbasis, durchgeführt, wobei als Schwefelspender beispielsweise Thiuramderivate wie Tetrabenzylthiuramdisulfid und Dipentamethylenthiuramtetrasulfid, Morpholinderivate wie Dimorpholyldisulfid, Dimorpholyltetrasulfid und 2-Morpholinodithiobenzothiazol sowie Caprolactamdisulfid verwendet werden können, kann die Kautschukmischung des Weiteren vulkanisationsbeeinflussende Substanzen wie Vulkanisationsbeschleuniger, Vulkanisationsverzögerer und Vulkanisationsaktivatoren in üblichen Mengen enthalten, um die erforderliche Zeit und/oder die erforderliche Temperatur der Vulkanisation zu kontrollieren und die Vulkanisateigenschaften zu verbessern. Die Vulkanisationsbeschleuniger können dabei zum Beispiel ausgewählt sein aus folgenden Beschleunigergruppen: Thiazolbeschleuniger wie z. B. 2-Mercaptobenzothiazol, Sulfenamidbeschleuniger wie z. B. Benzothiazyl-2-cyclohexylsulfenamid, Guanidinbeschleuniger wie z. B. Diphenylguanidin, Thiurambeschleuniger wie z. B. Tetramethylthiuramdisulfid, Dithiocarbamatbeschleuniger wie z. B. Zinkdibenzyldithiocarbamat, Aminbeschleuniger wie z. B. Cyclohexylethylamin, Thioharnstoffe wie z. B. Ethylenthioharnstoff (ETU), Xanthogenatbeschleuniger, Disulfide. Die Beschleuniger können auch in Kombination miteinander eingesetzt werden, wobei sich synergistische Effekte ergeben können.Becomes vulcanization in the presence of sulfur or sulfur donors, d. H. with a sulfur-based crosslinking system, wherein as sulfur donors, for example, thiuram derivatives such as tetrabenzylthiuram disulfide and dipentamethylene thiuram tetrasulfide, morpholine derivatives such as dimorpholyl disulfide, Dimorpholyl tetrasulfide and 2-morpholinodithiobenzothiazole As well as caprolactam disulfide can be used, the rubber mixture furthermore vulcanization-influencing substances such as vulcanization accelerators, vulcanization and vulcanization activators in conventional amounts to the required time and / or the required temperature of the To control vulcanization and the vulcanizate properties too improve. The vulcanization accelerators can be selected, for example from the following accelerator groups: thiazole accelerators such. B. 2-mercaptobenzothiazole, sulfenamide accelerators such as. B. benzothiazyl-2-cyclohexylsulfenamide, Guanidine accelerators such. B. diphenylguanidine, thiuram accelerator such as B. tetramethylthiuram disulfide, dithiocarbamate accelerator such as As Zinkdibenzyldithiocarbamat, amine accelerators such. B. Cyclohexylethylamine, thioureas such. B. ethylene thiourea (ETU), xanthate accelerators, disulfides. The accelerators can also be used in combination with each other, being synergistic Effects can result.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung von Kautschukmischungen mit modifizierten Schichtsilikat-Füllstoffen werden mindestens modifizierte Schichtsilikate in einen polaren Kautschuk eingemischt und darin dispergiert und nachfolgend wird das in dem polaren Kautschuk dispergierte modifizierte Schichtsilikat gemeinsam als Masterbatch einem zweiten, bevorzugt unpolaren Kautschuk zugemischt, wobei die Menge an modifiziertem Schichtsilikat in der Gesamt-Kautschukmischung einen Wert von 50 phr nicht übersteigt.at the method according to the invention for the preparation of rubber mixtures with modified phyllosilicate fillers be at least modified phyllosilicates in a polar Rubber is mixed and dispersed therein and subsequently the modified layered silicate dispersed in the polar rubber together as a masterbatch a second, preferably nonpolar rubber admixed with the amount of modified layered silicate in the Total rubber mixture does not exceed 50 phr.
Vorteilhafterweise werden bis zu 50 phr, wie z. B. bis zu 35 phr, wie bis 15 phr, z. B. 5 phr modifizierte Schichtsilikate in die Gesamtmischung eingemischt.advantageously, be up to 50 phr, such as. B. up to 35 phr, such as up to 15 phr, z. B. 5 phr modified phyllosilicates mixed into the total mixture.
Ebenfalls vorteilhafterweise wird die Zumischung der modifizierten Schichtsilikate bei Temperaturen oberhalb der Schmelztemperatur des ersten polaren Kautschuks und bis unterhalb der Zersetzungstemperatur der modifizierten Schichtsilikate durchgeführt.Also Advantageously, the admixture of the modified phyllosilicates at temperatures above the melting temperature of the first polar Rubbers and below the decomposition temperature of the modified Layered silicates performed.
Vorteilhaft ist es auch, wenn der Masterbatch ein einer Menge von 5-30 phr (Teile pro hundert Teile Kautschuk) zugemischt wird.Advantageous It is also when the masterbatch is in an amount of 5-30 phr (parts per hundred parts of rubber) is added.
Weiterhin vorteilhaft ist es, wenn die Zumischung des Masterbatches zu dem zweiten Kautschuk bei Temperaturen oberhalb der Schmelztemperatur des zweiten Kautschuks und unterhalb der Zersetzungstemperatur des Masterbatches durchgeführt wird.It is also advantageous if the admixture of the masterbatch to the second rubber at temperatures above the melting temperature of the second rubber and below the decomposition temperatures perature of the masterbatch.
Auch vorteilhaft ist es, wenn die Mischungen in einem Innenmischer hergestellt werden.Also It is advantageous if the mixtures are produced in an internal mixer become.
Und ebenfalls vorteilhaft ist es, wenn weitere bekannte Zusatz- und Hilfsstoffe zum Masterbatch und/oder zur Masterbatch-Kautschuk-Mischung zugegeben werden.And it is also advantageous if further known additional and Excipients for the masterbatch and / or the masterbatch rubber mixture be added.
Werden nun derartig modifizierte Schichtsilikate in ein polares Kautschuk eingemischt, so findet eine gute Dispergierung, vorteilhafterweise eine statistische Verteilung der modifizierten Schichtsilikate im polaren Kautschuk statt. Weiterhin können Netzwerkketten dem polaren Kautschuk in die Zwischenräume der einzelnen Schichtsilikate in den aufgeweiteten Schichtsilikatstapeln eindringen und so den Schichtabstand weiter erhöhen. Dadurch wird einerseits eine gute Dispergierung der modifizierten Schichtsilikate in dem polaren Kautschuk erreicht. Diese Kautschukmischung mit maximal 100 phr an modifizierten Schichtsilikaten wird nachfolgend als Masterbatch zur Herstellung einer Kautschuk-Mischung mit einem zweiten Kautschuk eingesetzt. Dabei werden vorteilhaft bis zu 30 phr Masterbatch dem zweiten Kautschuk zugemischt.Become now such modified phyllosilicates in a polar rubber mixed, so finds a good dispersion, advantageously a statistical distribution of modified phyllosilicates in polar rubber instead. Furthermore, network chains can be polar Rubber in the interstices the individual sheet silicates in the expanded sheet silicate stacks penetrate and thus further increase the layer spacing. This will on the one hand a good dispersion of the modified phyllosilicates in the reached polar rubber. This rubber compound with maximum 100 phr of modified phyllosilicates is hereinafter referred to as masterbatch for producing a rubber mixture with a second rubber used. It will be advantageous up to 30 phr of masterbatch second rubber added.
Die gute Mischung dieser beiden Komponenten wird dadurch erreicht, dass nun das modifizierte Schichtsilikat im Masterbatch als Kompatibilisator zwischen den verschiedenen Kautschuken im Verbundwerkstoff wirkt. Bei einer erfindungsgemäßen Herstellung des Nano komposites verbleiben so immer Anteile des polaren Kautschuks im Endprodukt, durch die kompatibilisierende Wirkung des Schichtsilikates es dies jedoch nicht von nachteiliger Wirkung, sondern es kann so sogar die Festigkeit des Komposites gesteigert werden.The good mixture of these two components is achieved by that now the modified phyllosilicate in the masterbatch as a compatibilizer between the different rubbers in the composite acts. In a preparation according to the invention of the nanocomposite, portions of the polar rubber thus always remain in the final product, by the compatibilizing effect of the phyllosilicate However, this does not have a detrimental effect, but it can be so even the strength of the composite can be increased.
Während der gesamten Herstellung des Schichtsilikates-Kautschuk-Nanocomposites werden somit weder zusätzliche Chemikalien noch Lösungsmittel in die Mischung eingebracht. Das NanoClay-Masterbatch kann separat hergestellt werden und im Produktionsprozess anstelle oder zusammen mit anderen Füllstoffen eingemischt werden, ohne dass ein zusätzlicher Prozessschritt nötig würde.During the overall preparation of the phyllosilicate rubber nanocomposite will therefore be neither additional Chemicals still solvent introduced into the mixture. The NanoClay masterbatch can be sold separately be produced and used in the production process or together mixed with other fillers be without an additional Process step needed would.
Die erfindungsgemäßen Kautschukmischungen können für die Herstellung von unterschiedlichsten Produkten verwendet werden. Nur beispielhaft seien hier Fahrzeugreifen, Antriebsriemen, Schläuche, Luftfedern, elastomerbeschichtete Stoffe, Schwingungsdämpfer, Transportbänder, Dichtungen, Membranen und Manschetten genannt.The rubber mixtures according to the invention can for the Production of a wide variety of products can be used. For example, vehicle tires, drive belts, hoses, air springs, elastomer-coated fabrics, vibration dampers, conveyor belts, gaskets, Called membranes and cuffs.
Bei der Verwendung der erfindungsgemäßen Kautschukmischungen in Reifen wird als zweiter Kautschuk ein unpolarer Kautschuk, insbesondere SBR, NR oder BR verwendet. Die mit Hilfe der erfindungsgemäßen Kautschukmischungen erhältlichen Reifen weisen eine gute Steifigkeit und Abriebbeständigkeit bei gutem Rollwiderstand und Handling auf. Weiterhin zeigen die Reifen gute Eigenschaften bei Nassbremsen.at the use of the rubber mixtures according to the invention in tires, the second rubber is a nonpolar rubber, in particular SBR, NR or BR used. The with the aid of the rubber mixtures according to the invention available Tires have good stiffness and abrasion resistance with good rolling resistance and handling. Furthermore, the show Tires good wet brake properties.
Nachfolgend wird die Erfindung an Ausführungsbeispielen näher erläutert.following the invention is based on embodiments explained in more detail.
Dabei zeigenthere demonstrate
Beispiel 1:Example 1:
In einem Innenmischer (Haake Rheomix R600p) wurden bei einer Temperatur von 160°C und einer Drehzahl von 50 U/min verschiedene Anteile (10-60 phr) des mit Distearyldimethylammoniumionen organisch modifizierten Schichtsilikates Montmorillonit (Nanofil 15, Südchemie) in carboxylierten Nitrilkautschuk (XNBR, Lanxess Krynac X740) eingemischt.In an internal mixer (Haake Rheomix R600p) were at a temperature of 160 ° C and a speed of 50 rpm different proportions (10-60 phr) of organically modified with Distearyldimethylammoniumionen phyllosilicate Montmorillonite (Nanofil 15, Südchemie) in carboxylated nitrile rubber (XNBR, Lanxess Krynac X740).
Die
Mischungsverhältnisse
sind in Tabelle 1 aufgeführt. Tabelle 1: Mischvorschriften für den XNBR
Masterbatch
Der entstandene Masterbatch aus polarem XNBR wurde auf einem Walzwerk (Servitec Polymix 110L) zusammen mit den Vernetzungschemikalien Zinkoxid, Stearinsäure, Vulcacit CZ (CBS), Vulcacit D (DPG), Schwefel in unpolares S-SBR (Lanxess) eingearbeitet.Of the resulting masterbatch of polar XNBR was on a rolling mill (Servitec Polymix 110L) along with the crosslinking chemicals Zinc oxide, stearic acid, Vulcacite CZ (CBS), Vulcacite D (DPG), sulfur in non-polar S-SBR (Lanxess) incorporated.
Die
Mischungsverhältnisse
sind in der Tabelle 2 aufgeführt: Tabelle 2: Mischvorschriften der Nanocomposite
In
Zugprüfversuchen
wurde eine gute Verstärkung
der Elastomer-Mischung gefunden (siehe
Es ist ersichtlich, dass ab einem Gesamtgehalt von ca. 5 phr Schichtsilikaten keine weitere Verstärkung erreicht werden kann. Dieser Anteil an modifizierten Schichtsilikaten in der Gesamtmischung stellt so ein Optimum der Verstärkung im System S-SBR/XNBR/Nanofil 15 dar.It it can be seen that from a total content of about 5 phr phyllosilicates no further reinforcement can be achieved. This proportion of modified phyllosilicates in the overall mix thus provides an optimum of gain in the System S-SBR / XNBR / Nanofil 15 represents.
Aus den Zugprüfversuchen geht hervor, dass sich ohne Schichtsilikat-Beimischung keine synergistischen Effekte bei der Mischung vom polarem (XNBR) und unpolarem Elastomer (S-SBR) ergeben; das mittels des NanoClay-XNBR-Masterbatch eingebrachte Schichtsilikat wirkt bei dieser Mischung offensichtlich auch als Kompatibilisierer.Out the tensile test shows that without phyllosilicate admixture no synergistic Effects of mixing polar (XNBR) and nonpolar elastomer (S-SBR); the phyllosilicate introduced by the NanoClay XNBR masterbatch Apparently works as a compatibilizer in this mixture.
Ein
Vergleich der in Tabelle 3 dargestellten Daten für SB-00 und SB-15 zeigt eine
geringe Verbesserung der Zugfestigkeit durch Zugabe von XNBR, die
Erniedrigung des 100%-Moduls
und des 300%-Moduls haben keinen Einfluss auf das dynamisch-mechanische
Verhalten. Tabelle 4: Vergleich der Eigenschaften
von erfindungsgemäßen Kautschuken
mit Referenzbeispielen:
Im
Gegensatz dazu zeigt ein Vergleich von SB-12 und SB-15 eine deutliche
Erhöhung
des σ 100%-Wertes
um 30% bei gleichzeitiger Erhöhung
von σB und εB. Üblicherweise
nehmen bei steigendem Modul σ 100%
die Bruchfestigkeit und Bruchdehnung deutlich ab, nicht so bei den
erfindungsgemäßen Mischungen.
Diese verbleibende hohe Bruchfestigkeit ist vorteilhaft für den Abrieb,
während
die verbleibende hohe Steifigkeit vorteilhaft für das Handling ist. Es wird
bei dem Vergleich zwischen SB-12 und SB-15 weiterhin aus den Darstellungen
des G'', G' und tan δ, siehe
Auch in polaren Kautschuken wird durch den Einsatz des polaren Masterbatches, die Exfolierung begünstigt. Damit kann sich ein effektiveres Füllstoffnetzwerk ausbilden- eine leichte Abnahme der ultimativen Festigkeit und signifikante Zunahme der Spannungswerte bei geringen Dehnungen wird beobachtet. Voraussetzung für das hohe mechanische Werteniveau ist die Ausbildung einer starken Polymer-Füllstoff-Wechselwirkung. Dazu tragen z.B. die Carboxylatgruppen des Polymers im Masterbatch, die in-situ Silanisierung der überschüssigen, freien Hydroxylgruppen des Füllstoffs und das verwendete Harzsystem bei, das mit den verwendeten quaternären Ammoniumverbindugen reagieren kann. Dies kann erklären, dass der erfindungsgemäße Werkstoff i. A. gegenläufige Werkstoffeigenschaften wie hohe Verstärkung und hohe Reißdehnung oder hohe Weiterreißfestigkeit und hohe Elastizität miteinander kombiniert.Also in polar rubbers is achieved by the use of the polar masterbatch, the exfoliation favors. This can lead to a more effective filler network. a slight decrease in the ultimate strength and significant Increase in voltage values at low strains is observed. requirement for The high mechanical value level is the formation of a strong Polymer-filler interaction. Contribute to this, e.g. the carboxylate groups of the polymer in the masterbatch, the in-situ silanization of the excess, free hydroxyl groups of the filler and the resin system used, with the quaternary ammonium compounds used can react. This can explain that the material according to the invention i. A. opposing Material properties such as high reinforcement and high elongation at break or high tear propagation resistance and high elasticity combined together.
Damit sind diese Werkstoffe auch für Transportbänder und Antriebsriemen gut geeignet (Verschleißfestigkeit). Darüber hinaus kann bei Luftfedern und Schläufen ein weiterer Nebeneffekt sinnvoll genutzt werden: Die Permeation von Gasen hängt wesentlich vom Grad der Exfolierung und der Orientierung der Schichtsilikate ab, so dass diese Werkstoffe neben dem höheren mechanischen Werteniveau eine geringere Permeation gegenüber flüchtigen Substanzen aufweisen. Thus, these materials are also well suited for conveyor belts and drive belts (wear resistance). In addition, with air springs and slugs, another side effect can be used meaningfully: The permeation of gases depends essentially on the degree of exfoliation and the orientation of the layer silicates, so that these materials in addition to the higher mechanical value level have a lower permeation to volatile substances.
Claims (28)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102007042496A DE102007042496A1 (en) | 2006-09-01 | 2007-08-30 | Producing a vulcanizable rubber mixture, e.g. for tire treads, comprises dispersing a modified phyllosilicate filler in a polar rubber and mixing the resulting masterbatch with another rubber |
Applications Claiming Priority (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102006041873.5 | 2006-09-01 | ||
DE102006041873 | 2006-09-01 | ||
DE102007017542.8 | 2007-07-04 | ||
DE102007017542 | 2007-07-04 | ||
DE102007042496A DE102007042496A1 (en) | 2006-09-01 | 2007-08-30 | Producing a vulcanizable rubber mixture, e.g. for tire treads, comprises dispersing a modified phyllosilicate filler in a polar rubber and mixing the resulting masterbatch with another rubber |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102007042496A1 true DE102007042496A1 (en) | 2008-05-15 |
Family
ID=39277821
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102007042496A Withdrawn DE102007042496A1 (en) | 2006-09-01 | 2007-08-30 | Producing a vulcanizable rubber mixture, e.g. for tire treads, comprises dispersing a modified phyllosilicate filler in a polar rubber and mixing the resulting masterbatch with another rubber |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102007042496A1 (en) |
Cited By (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2009155728A1 (en) * | 2008-06-23 | 2009-12-30 | Lanxess Deutschland Gmbh | Carbon nanotube containing rubber compositions |
DE102009040637A1 (en) * | 2009-09-09 | 2011-03-10 | Winkelmann, Felix, Dr. | Intermediates for polymeric materials, useful as thermoplastic semi-finished goods in conventional thermoplastic molding process, comprises optionally surface modified components, radical former, matrix polymer, and other admixtures |
DE102010006266A1 (en) * | 2010-01-30 | 2011-08-04 | GM Global Technology Operations LLC, ( n. d. Ges. d. Staates Delaware ), Mich. | Elastic membrane e.g. inflatable air bag, for use in occupant restraint system of passenger motor car, is partially formed from stretchable material, which contains plastic producing stiffener during increasing spatial expansion of membrane |
CN101613495B (en) * | 2008-06-23 | 2013-03-27 | 朗盛德国有限责任公司 | Rubber composition containing carbon nano-tube |
US9458326B2 (en) | 2009-09-09 | 2016-10-04 | Felix Winkelmann | Polymer materials comprising coupled components |
CN106432838A (en) * | 2016-11-24 | 2017-02-22 | 安徽省天乐塑业有限公司 | Anti-ageing and anti-corrosion rubber material and preparation method thereof |
WO2017077044A1 (en) * | 2015-11-06 | 2017-05-11 | Arlanxeo Deutschland Gmbh | Nanocomposite comprising a layer silicate and a rubber |
DE112010000879B4 (en) | 2009-02-24 | 2019-05-09 | Bando Chemical Industries, Ltd. | Friction drive belts |
EP3515982A4 (en) * | 2016-09-23 | 2020-03-25 | Baker Hughes, a GE company, LLC | Wear resistant and high temperature resistant elastomer nanocomposites |
CN112280132A (en) * | 2020-07-29 | 2021-01-29 | 珠海科茂威新材料有限公司 | Zinc oxide vulcanizing agent for carboxyl rubber and preparation method thereof |
EP3500770B1 (en) | 2016-08-17 | 2022-10-05 | ContiTech Luftfedersysteme GmbH | Article, particularly an air spring bellows, a metal-rubber element, or a vibration damper |
EP3500771B1 (en) | 2016-08-17 | 2022-11-02 | ContiTech Elastomer-Beschichtungen GmbH | Rubber mixture and elastomeric article having flame-retardant properties |
-
2007
- 2007-08-30 DE DE102007042496A patent/DE102007042496A1/en not_active Withdrawn
Cited By (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101613495B (en) * | 2008-06-23 | 2013-03-27 | 朗盛德国有限责任公司 | Rubber composition containing carbon nano-tube |
WO2009155728A1 (en) * | 2008-06-23 | 2009-12-30 | Lanxess Deutschland Gmbh | Carbon nanotube containing rubber compositions |
US8895671B2 (en) | 2008-06-23 | 2014-11-25 | Lanxess Deutschland Gmbh | Carbon nanotube containing rubber compositions |
DE112010000879B4 (en) | 2009-02-24 | 2019-05-09 | Bando Chemical Industries, Ltd. | Friction drive belts |
US10822471B2 (en) | 2009-02-24 | 2020-11-03 | Bando Chemical Industries, Ltd. | Friction drive belt |
US9458326B2 (en) | 2009-09-09 | 2016-10-04 | Felix Winkelmann | Polymer materials comprising coupled components |
DE102009040637A1 (en) * | 2009-09-09 | 2011-03-10 | Winkelmann, Felix, Dr. | Intermediates for polymeric materials, useful as thermoplastic semi-finished goods in conventional thermoplastic molding process, comprises optionally surface modified components, radical former, matrix polymer, and other admixtures |
DE102010006266A1 (en) * | 2010-01-30 | 2011-08-04 | GM Global Technology Operations LLC, ( n. d. Ges. d. Staates Delaware ), Mich. | Elastic membrane e.g. inflatable air bag, for use in occupant restraint system of passenger motor car, is partially formed from stretchable material, which contains plastic producing stiffener during increasing spatial expansion of membrane |
WO2017077044A1 (en) * | 2015-11-06 | 2017-05-11 | Arlanxeo Deutschland Gmbh | Nanocomposite comprising a layer silicate and a rubber |
JP2018536082A (en) * | 2015-11-06 | 2018-12-06 | アランセオ・ドイチュランド・ゲーエムベーハー | Nanocomposite |
EP3500770B1 (en) | 2016-08-17 | 2022-10-05 | ContiTech Luftfedersysteme GmbH | Article, particularly an air spring bellows, a metal-rubber element, or a vibration damper |
EP3500771B1 (en) | 2016-08-17 | 2022-11-02 | ContiTech Elastomer-Beschichtungen GmbH | Rubber mixture and elastomeric article having flame-retardant properties |
EP3515982A4 (en) * | 2016-09-23 | 2020-03-25 | Baker Hughes, a GE company, LLC | Wear resistant and high temperature resistant elastomer nanocomposites |
CN106432838A (en) * | 2016-11-24 | 2017-02-22 | 安徽省天乐塑业有限公司 | Anti-ageing and anti-corrosion rubber material and preparation method thereof |
CN112280132A (en) * | 2020-07-29 | 2021-01-29 | 珠海科茂威新材料有限公司 | Zinc oxide vulcanizing agent for carboxyl rubber and preparation method thereof |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE102007042496A1 (en) | Producing a vulcanizable rubber mixture, e.g. for tire treads, comprises dispersing a modified phyllosilicate filler in a polar rubber and mixing the resulting masterbatch with another rubber | |
EP1211283B1 (en) | Rubber mix comprising layered expanded silicate | |
EP3150401B1 (en) | Rubber composition and vehicle tyre | |
EP2342088B1 (en) | Rubber mixture for tires, comprising an improved vulcanizing ingredient | |
DE60212052T2 (en) | Preparation of a reinforced elastomer, elastomeric composition and tire containing this composition | |
EP3150402B1 (en) | Rubber composition and vehicle tyre | |
DE69919479T2 (en) | Preparation of starchy rubbers, vulcanized rubber tires and manufactured articles | |
DE60302125T2 (en) | A tire having a component containing a rubber composition based on a styrene / butadiene elastomer, which is functionalized with silanol or siloxy groups, and silica | |
DE102015218746A1 (en) | Rubber compound and vehicle tires | |
EP2098564A1 (en) | Natural rubber composition and tyres made from same | |
EP3625288A1 (en) | Sulfur-crosslinked rubber mixture for vehicle tires, containing carbon nanotubes (cnts), vehicle tire having the sulfur-crosslinked rubber mixture, and method for producing the sulfur-crosslinked rubber mixture containing carbon nanotubes | |
EP3769972B1 (en) | Sulphur-crosslinked rubber mixture and vehicle tyre | |
EP2435510A1 (en) | Mixtures composed of functionalized diene rubbers with trimethylolpropane and fatty acid, a process for production thereof and use thereof | |
DE102019212916A1 (en) | Crosslinkable rubber mixture, vulcanizate and vehicle tires | |
CN110382255B (en) | Elastomeric compositions containing nanosized silicate fibers having acicular morphology and vehicle tires comprising them | |
EP3418072B1 (en) | Rubber composition and pneumatic tyre for a vehicle | |
KR20200054731A (en) | A rubber composition for racing tire | |
US6852786B2 (en) | Rubber mixture that can be cross-linked by sulfur, method for the production thereof, and cross-linked rubber mixtures and shaped bodies that can be obtained therefrom | |
DE102017221863A1 (en) | Sulfur crosslinkable rubber compound, vulcanizate of the rubber mixture and vehicle tires | |
EP1364987B1 (en) | Rubber composition | |
DE102016225584B4 (en) | Sulphur-crosslinkable rubber mixture, vulcanizate of the rubber mixture and its use in vehicle tires | |
EP1582559A1 (en) | Rubber composition for tire tread | |
EP1215235B1 (en) | Rubber composition and silica for rubber composition | |
DE102019207526B4 (en) | Sulfur-curable rubber mixture, vulcanizate and use in a vehicle tire | |
DE102021212138A1 (en) | Sulfur crosslinkable rubber compound, vulcanizate of the rubber compound and vehicle tires |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: CONTINENTAL REIFEN DEUTSCHLAND GMBH, 30165 HAN, DE Owner name: LEIBNIZ-INSTITUT FUER POLYMERFORSCHUNG DRESDEN, DE |
|
R016 | Response to examination communication | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |