DE102008027694A1 - Kautschukmischung mit verbesserten Risseigenschaften - Google Patents

Kautschukmischung mit verbesserten Risseigenschaften Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kautschukmischung, insbesondere für Fahrzeugluftreifen, Gurte und Riemen. Die Kautschukmischung ist durch folgende Zusammensetzung gekennzeichnet: - zumindest einen polaren oder unpolaren Kautschuk und - zumindest einen dunklen Füllstoff und - zumindest eine Verbindung A, die ausgewählt ist aus den Klassen 4A bis 4F der Mineralklassifikation nach Strunz und eine spezifische Oberfläche gemäß DIN 66 131 von größer oder gleich 110 m2/g hat, und - zumindest eine Verbindung, die Zinkionen enthält, und - zumindest einen Weichmacher und - weitere Zusatzstoffe.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Kautschukmischung, insbesondere für Fahrzeugluftreifen, Gurte und Riemen.
  • Da die Fahreigenschaften eines Reifens, insbesondere Fahrzeugluftreifens, in einem großen Umfang von der Kautschukzusammensetzung des Laufstreifens abhängig sind, werden besonders hohe Anforderungen an die Zusammensetzung der Laufstreifenmischung gestellt. So wurden vielfältige Versuche unternommen, die Eigenschaften des Reifens durch die Variation der Polymerkomponenten, der Füllstoffe und der sonstigen Zuschlagstoffe in der Laufstreifenmischung positiv zu beeinflussen. Dabei muss man berücksichtigen, dass eine Verbesserung in der einen Reifeneigenschaft oft eine Verschlechterung einer anderen Eigenschaft mit sich bringt. So ist eine Verbesserung der Rissbeständigkeit des Reifens in der Regel mit einem erhöhten Wärmeaufbau, folglich einem schlechteren Rollwiderstand, und mit einem schlechteren Abriebsverhalten des Reifens verbunden.
  • Zur Beeinflussung der Rissbeständigkeit ist es bekannt, insbesondere in Kautschukmischungen für LKW-Laufstreifen, neben der Zugabe von verschiedenen weiteren Füllstoffen noch zusätzlich nicht angebundene Kieselsäure hinzuzufügen. Dies wirkt sich allerdings wie bereits beschrieben nachteilig auf den Wärmeaufbau und das Abriebsverhalten aus.
  • Die in dieser Schrift verwendete Angabe phr (Parts per hundred Parts of rubber by weight) ist dabei die in der Kautschukindustrie übliche Mengenangabe für Mischungsrezepturen.
  • Die Dosierung der Gewichtsteile der einzelnen Substanzen wird dabei stets auf 100 Gewichtsteile der gesamten Masse aller in der Mischung vorhandenen Kautschuke bezogen.
  • Zum Stand der Technik sind folgende Druckschriften zu würdigen:
  • Aus D1 sind Kautschukmischungen mit erhöhter Vulkanisationsgeschwindigkeit bekannt, die eine Kupferionen-Verbindung und eine Eisenionen-Verbindung enthalten. Zinkoxid wird hierbei in Mengen von 1–5 phr und die Kupferionen-Verbindung und/oder die Eisenionen-Verbindung in Mengen von 1–3 phr eingesetzt.
  • D2 beschreibt einen Luftreifen, bei dem zumindest die äußere Oberfläche einer Seitenflanke zumindest teilweise aus einer Kautschukmischung besteht, die nicht schwarz ist und mindestens 50 phr nicht stöchiometrisches Eisenoxid enthält. Das Eisenoxid wird hierbei als Pigment verwendet, was bedeutet, dass der durchschnittliche Teilchendurchmesser zwischen 0,1 und 1 μm liegen muss, da nur damit ein ausreichendes Deckvermögen gewährleistet werden kann (siehe auch: Brock/Grote/Mischke, Lehrbuch der Lacktechnologie, VINCENTZ-Network-Verlag, 2. Auflage, 2000).
  • Eine Kautschukmischung mit magnetischen Eigenschaften und guter Erwärmbarkeit wird in D3 offenbart. Die Kautschukmischung enthält hierbei einen nichtmagnetischen Füllstoff und mindestens einen nanoskaligen, magnetischen Füllstoff.
  • Aus D4 ist eine Kautschukmischung mit exzellentem Bremsverhalten und Hitze-Alterungsbeständigkeit bekannt, die 30–150 phr Ruß enthält, welcher mit Oxid, Hydroxid und Hydroxid-Oxid von Eisen an der Oberfläche modifiziert ist.
  • D5 offenbart einen Reifen, der zumindest aus einer Kautschukmischung besteht, welche mindestens ein Salz oder ein Oxid aus einem Übergangsmetall enthält, welches zu den Gruppen IIIA, IVA, VA, VIA, VIIA oder VIIIA des Periodensystems der Elemente gehört und in Mengen von 0,5 bis 2 phr eingesetzt wird. Dieses Salz oder Oxid wird hierbei als Ersatz für ZnO verwendet, so dass die entsprechende Kautschukmischung frei von Zink oder dessen Derivaten ist.
  • Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zu Grunde, eine Kautschukmischung, insbesondere für Fahrzeugluftreifen, Gurte und Riemen, bereitzustellen, die sich durch verbesserte Risseigenschaften auszeichnet.
  • Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Kautschukmischung mit folgender Zusammensetzung:
    • – zumindest einen polaren oder unpolaren Kautschuk und
    • – zumindest einen hellen und/oder dunklen Füllstoff und
    • – zumindest eine Verbindung A, die ausgewählt ist aus den Klassen 4A bis 4F der Mineralklassifikation nach Strunz und eine spezifische Oberfläche gemäß DIN 66 131 von größer oder gleich 110 m2/g hat, und
    • – zumindest ein Weichmacher und
    • – zumindest eine Verbindung, die Zinkionen enthält und
    • – weitere Zusatzstoffe.
  • Überraschenderweise wurde gefunden, dass durch die Verwendung einer Verbindung A, die ausgewählt ist aus den Klassen 4A bis 4F der Mineralklassifikation nach Strunz und eine spezifische Oberfläche gemäß DIN 66 131 von größer oder gleich 110 m2/g hat, sich das Rissverhalten signifikant verbessert ohne die weiteren Mischungseigenschaften, wie z. B. den Rollwiderstand, negativ zu beeinflussen. Dadurch ist es möglich den Zielkonflikt zwischen Rissbeständigkeit und Rollwiderstand zu entkoppeln. Dies gilt nicht nur für den Fahrzeuglaufstreifen, bei geteiltem Laufstreifen insbesondere für die Base, sondern auch für weitere innere Reifenbauteile. Die Kautschukmischungen für die weiteren inneren Reifenbauteile werden im Folgenden zusammengefasst, und wie in der Reifentechnologie üblich, auch als body compounds oder body-Mischungen bezeichnet.
  • Weitere Anwendung findet die erfindungsgemäße Kautschukmischung in der Mischungsentwicklung für Riemen und Gurte, insbesondere für Fördergurte. Im täglichen Einsatz unterliegt insbesondere die Laufseite von Fördergurten starken mechanischen Beanspruchungen, z. B. bei Umlenkung an Antriebs-, Umlenk- und/oder Knicktrommeln und Aushalten der auftretenden Zugkräfte. Daher ist auch hier das Rissverhalten bei gleich bleibenden weiteren viskoelastischen Eigenschaften, wie z. B. der Rückprallelastizität, zur Sicherung einer langen Lebensdauer von großer Bedeutung.
  • Die Kautschukmischung enthält zumindest einen polaren oder unpolaren Kautschuk. Der polare oder unpolare Kautschuk ist dabei ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus natürlichem Polyisopren und/oder synthetischem Polyisopren und/oder Butadien-Kautschuk und/oder Styrolbutadienkautschuk und/oder lösungspolymerisierter Styrolbutadienkautschuk und/oder emulsionspolymerisierter Styrolbutadienkautschuk und/oder Flüssigkautschuken und/oder Halobutylkautschuk und/oder Polynorbornen und/oder Isopren-Isobutylen-Copolymer und/oder Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk und/oder Nitrilkautschuk und/oder Chloroprenkautschuk und/oder Acrylat-Kautschuk und/oder Fluorkautschuk und/oder Silikon-Kautschuk und/oder Polysulfidkautschuk und/oder Epichlorhydrinkautschuk und/oder Styrol-Isopren-Butadien-Terpolymer und/oder Halonitrilbutylkautschuk und/oder Copolyeren der genannten Kautschuke.
  • Insbesondere Styrol-Isopren-Butadien-Terpolymer, Butylkautschuk, Halobutylkautschuk oder Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk kommen bei der Herstellung von technischen Gummiartikeln, wie Gurte, Riemen und Schläuche, zum Einsatz.
  • Bevorzugt ist es allerdings, wenn die Kautschukmischung natürliches und/oder synthetisches Polyisopren enthält und zwar in Mengen von 0,1–100 phr, bevorzugt 0,1–90 phr, besonders bevorzugt in Mengen von 1–80 phr.
  • In einer besonderen Ausführungsform handelt es sich bei dem polaren oder unpolaren Kautschuk um einen Butadien-Kautschuk. Der Butadien-Kautschuk wird vorzugsweise in Mengen von 0–60 phr, bevorzugt in Mengen von 0–50 phr, besonders bevorzugt in Mengen von 10–50 phr, ganz besonders bevorzugt in Mengen von 10–45 phr, wenigstens aber in Mengen von 0,1 phr, insbesondere wenigstens in Mengen von 0,5 phr, verwendet.
  • Der polare oder unpolare Kautschuk kann ein Styrolbutadienkautschuk sein, der bevorzugt lösungspolymerisiert oder emulsionspolymerisiert ist. Des Weiteren kann der Styrolbutadienkautschuk mit Hydroxylgruppen und/oder Epoxygruppen und/oder Siloxangruppen und/oder Aminogruppen und/oder Aminosiloxan und/oder Carboxylgruppen und/oder Phtalocyaningruppen modifiziert sein. Es kommen aber auch weitere, dem Fachmann bekannte, Modifizierungen, auch als Funktionalisierungen bezeichnet, in Frage.
  • Der Styrolbutadienkautschuk findet, bevorzugt als lösungspolymerisierter Styrolbutadienkautschuk, in Mengen von 0–50 phr, bevorzugt 0–30 phr, besonders bevorzugt 0–10 phr, wenigstens aber in Mengen von 0,1 phr, insbesondere wenigstens in Mengen von 0,5 phr, Verwendung.
  • Die erfindungsgemäße Kautschukmischung enthält des Weiteren zumindest einen dunklen Füllstoff.
  • Bei dem dunklen Füllstoff handelt es sich bevorzugt um Ruß und zwar bevorzugt in Mengen von 1–100 phr, besonders bevorzugt in Mengen von 1–80 phr, wiederum bevorzugt in Mengen von 1–60 phr, wiederum ganz besonders bevorzugt in Mengen von 1–40 phr. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform hat der Ruß eine Iodzahl, gemäß ASTM D 1510, die auch als Iodabsorptionszahl bezeichnet wird, größer oder gleich 80 g/kg und einer DBP-Zahl größer oder gleich 100 cm3/100 g. Die DBP-Zahl gemäß ASTM D 2414 bestimmt das spezifische Absorptionsvolumen eines Rußes oder eines hellen Füllstoffes mittels Dibutylphthalat.
  • Die Verwendung eines solchen Russtyps in der Kautschukmischung, insbesondere für Fahrzeugluftreifen, gewährleistet einen bestmöglichen Kompromiss aus Abriebwiderstand und Wärmeaufbau, der wiederum den ökologisch relevanten Rollwiderstand beeinflusst. Bevorzugt ist hierbei, wenn lediglich ein Russtyp in der jeweiligen Kautschukmischung verwendet wird, es können aber auch verschiedene Russtypen in die Kautschukmischung eingemischt werden.
  • Es ist aber durchaus möglich, dass ein zusätzlicher heller Füllstoff in der Kautschukmischung Verwendung findet, so dass die Gesamtmenge an Füllstoff somit nur aus dunklem Füllstoff oder aus einer Kombination von hellen und dunklen Füllstoffen bestehen kann.
  • Bevorzugt ist es, wenn der helle Füllstoff Kieselsäure, bevorzugt Fällungskieselsäure ist, wobei auch weitere helle Füllstoffe, wie z. B. Aluminiumoxid und Schichtsilikate, verwendet werden können.
  • Findet Kieselsäure in der erfindungsgemäßen Kautschukmischung Verwendung, so ist sie vollständig durch ein geeignetes Kupplungsagens an die Polymermatrix angebunden und in Mengen von 0–100 phr, bevorzugt 0–50 phr, vorhanden.
  • Die in der Reifenindustrie eingesetzten Kieselsäuren sind in der Regel gefällte Kieselsäuren, die insbesondere nach ihrer Oberfläche charakterisiert werden. Zur Charakterisierung werden dabei die Stickstoff-Oberfläche (BET) gemäß DIN 66131 und DIN 66132 als Maß für die innere und äußere Füllstoffoberfläche in m2/g und die CTAB-Oberfläche gemäß ASTM D 3765 als Maß für die äußere Oberfläche, die oftmals als die kautschukwirksame Oberfläche angesehen wird, in m2/g angegeben. Erfindungsgemäß werden Kieselsäuren mit einer Stickstoff-Oberfläche größer oder gleich 120 m2/g, bevorzugt zwischen 120 und 300 m2/g, besonders bevorzugt zwischen 150 und 250 m2/g, und einer CTAB-Oberfläche zwischen 120 und 230 m2/g, bevorzugt zwischen 140 und 200 m2/g, eingesetzt.
  • Die Verbindung A ist nicht oder nur teilweise durch ein Kupplungsagenz an die Polymermatrix angebunden.
  • Falls ein Kupplungsagenz, in Form von Silan, Organosilan oder einer siliziumorganischen Verbindung, verwendet wird, so beträgt die Menge des Kupplungsagens 0–10 phr, bevorzugt 0–5 phr, besonders bevorzugt 0–3 phr, insbesondere wenigstens 0,1 phr. Als Kupplungsagenzien können dabei alle dem Fachmann für die Verwendung in Kautschukmischungen Kupplungsagenzien verwendet werden. Besonders zu erwähnen sind hierbei Mercaptosilane und hierbei insbesondere solche, welche sich durch eine Reduzierung der leicht flüchtigen organischen Bestandteile auszeichnen, wie sie, beispielhaft für weitere Druckschriften, in DE 10 2005 057 801 , WO99/09036 , WO2002/048256 und WO2006/015010 zu finden sind.
  • Erfindungswesentlich ist, dass die Kautschukmischung zumindest eine Verbindung A enthält, die ausgewählt ist aus den Klassen 4A bis 4F der Mineralklassifikation nach Strunz und eine spezifische Oberfläche gemäß DIN 66 131 von größer oder gleich 110 m2/g hat. Die Verbindung A wird bevorzugt in Mengen von 0,5–30 phr, besonders bevorzugt in Mengen von 1–20 phr, wiederum besonders bevorzugt in Mengen von 2–10 phr, wiederum ganz besonders bevorzugt in Mengen von 5–10 phr, verwendet.
  • Die Mineralklassifikation nach Strunz ist eine in den Materialwissenschaften, insbesondere in der Mineralogie, definierte und etablierte Klassifikation und wird in allen Lehrbüchern entsprechend beschrieben. Hier sei beispielhaft auf Matthes, Mineralogie, Springer-Lehrbuch, 3. Auflage, 1990, S. 10–158, verwiesen.
  • In einer besonders bevorzugten Ausführungsform hat die Verbindung A eine spezifische Oberfläche gemäß DIN 66 131 von größer oder gleich 140 m2/g.
  • Die DIN 66 131 entspricht der ISO 9277:1995 und beinhaltet die Bestimmung der spezifischen Oberfläche von Feststoffen durch Gasadsorption nach Brunauer, Emmett und Teller, welche auch als BET-Oberfläche oder BET-Zahl bezeichnet wird.
  • Die durchschnittliche Primärpartikel-Teilchengröße der Verbindung A ist kleiner oder gleich 20 nm, bevorzugt kleiner oder gleich 15 nm, bei einer Primärpartikel-Teilchenform die überwiegend sphärisch oder planar ist.
  • Bevorzugt ist es, wenn die Verbindung A ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus X2O und/oder XO und/oder X2O3 und/oder XO2 und/oder X[4]Y[6]O4 und/oder XOOH, wobei X und/oder Y ausgewählt ist bzw. sind aus der Gruppe, bestehend aus Fe, Mg, Cr, Mn, Ti, Sn oder Al, wobei Fe besonders bevorzugt ist.
  • In einer besonderen Ausführungsform handelt es sich bei der Verbindung A um Fe3+OOH und/oder Fe2+Fe3 + 2O4 , wobei die entsprechenden mineralogischen Modifikationen hiermit eingeschlossen sind.
  • Es können aber auch Fe2+O, Fe3+ 2O3, 5Fe3+ 2O3·9H2O, β-Fe3+O(OH,Cl), (Fe2+,Mg)(OH)2 und/oder deren mineralogische Modifikationen eingesetzt werden.
  • Des Weiteren enthält die Kautschukmischung eine Verbindung, die Zinkionen enthält. Hierbei handelt es sich bevorzugt um Zinkoxid in Mengen von 0,1–10 phr, bevorzugt 0,2–8 phr, besonders bevorzugt 0,2–4 phr.
  • Es ist üblich, einer Kautschukmischung für die Schwefelvernetzung mit Vulkanisationsbeschleunigem Zinkoxid als Aktivator meist in Kombination mit Fettsäuren (z. B. Stearinsäure) zuzusetzen. Der Schwefel wird dann durch Komplexbildung für die Vulkanisation aktiviert. Das herkömmlicherweise verwendete Zinkoxid weist dabei in der Regel eine BET-Oberfläche von weniger als 10 m2/g auf. Es kann aber auch so genanntes nano-Zinkoxid mit einer BET-Oberfläche von 10 bis 60 m2/g verwendet werden.
  • In der Kautschukmischung ist zumindest ein Weichmacher enthalten, wobei es sich bevorzugt um ein Mineralöl, in Mengen von 1–50 phr, handelt
  • Das Mineralöl ist ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus DAE (Destillated Aromatic Extracts) und/oder RAE (Residual Aromatic Extract) und/oder TDAE (Treated Destillated Aromatic Extracts) und/oder MES (Mild Extracted Solvents) und/oder naphtenische Öle.
  • Es können in der Kautschukmischung noch 0–20 phr, bevorzugt 0,1–5 phr, zumindest eines weiteren zusätzlichen Weichmachers vorhanden sein. Dieser weitere Weichmacher ist ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus synthetischen Weichmachern und/oder Fettsäuren und/oder Fettsäurederivaten und/oder Harzen und/oder Faktisse und/oder niedermolekularen Polymeren, so genannten Flüssigpolymeren und/oder Pflanzenölen.
  • Weiterhin enthält die Kautschukmischung noch weitere Zusatzstoffe. Weitere Zusatzstoffe beinhaltet im Wesentlichen das Vernetzungssystem (Vernetzer, Beschleuniger und Verzögerer), Verstärkungsmittel, wie z. B. Verstärkerharze, Ozonschutzmittel, Alterungsschutzmittel, Mastikationshilfsmittel und weitere Aktivatoren. Der Mengenanteil der Gesamtmenge an weiteren Zusatzstoffen beträgt 3 bis 150 phr, bevorzugt 3 bis 100 phr und besonders bevorzugt 5–80 phr.
  • Die Vulkanisation der Kautschukmischung wird vorzugsweise in Anwesenheit von Schwefel oder Schwefelspendern durchgeführt, wobei einige Schwefelspender zugleich als Vulkanisationsbeschleuniger wirken können. Schwefel oder Schwefelspender werden im letzten Mischungsschritt in den vom Fachmann gebräuchlichen Mengen (0,4 bis 4 phr, Schwefel bevorzugt in Mengen von 1,5 bis 2,5 phr) der Kautschukmischung zugesetzt. Zur Kontrolle der erforderlichen Zeit und/oder Temperatur der Vulkanisation und zur Verbesserung der Vulkanisateigenschaften kann die Kautschukmischung vulkanisationsbeeinflussende Substanzen wie Vulkanisationsbeschleuniger, Vulkanisationsverzögerer, die erfindungsgemäß in den obig beschriebenen Zusatzstoffen enthalten sind, und Vulkanisationsaktivatoren, wie obig beschrieben, enthalten.
  • Die Herstellung der erfindungsgemäßen Kautschukmischung erfolgt nach dem in der Kautschukindustrie üblichen Verfahren, bei dem zunächst in ein oder mehreren Mischstufen eine Grundmischung mit allen Bestandteilen außer dem Vulkanisationssystem (Schwefel und vulkanisationsbeeinflussende Substanzen) hergestellt wird. Durch Zugabe des Vulkanisationssystems in einer letzten Mischstufe wird die Fertigmischung erzeugt.
  • Die Fertigmischung wird z. B. durch einen Extrusionsvorgang weiterverarbeitet und in die entsprechende Form gebracht.
  • Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zu Grunde, obig beschriebene Kautschukmischung, zur Herstellung von Fahrzeugluftreifen, insbesondere zur Herstellung des Laufstreifens eines Reifens und/oder einer Body-Mischung eines Reifens und zur Herstellung von Riemen und Gurten zu verwenden.
  • Zur Verwendung in Fahrzeugluftreifen wird die Mischung bevorzugt in die Form eines Laufstreifens gebracht und bei der Herstellung des Fahrzeugreifenrohlings wie bekannt aufgebracht. Der Laufstreifen kann aber auch in Form eines schmalen Kautschukmischungsstreifens auf einen Reifenrohling aufgewickelt werden. Ist der Laufstreifen, wie eingangs beschrieben, zweigeteilt, so findet die Kautschukmischung bevorzugt Anwendung als Mischung für die Base.
  • Die Herstellung der erfindungsgemäßen Kautschukmischung zur Verwendung als Body-Mischung in Fahrzeugreifen erfolgt wie bereits für den Laufstreifen beschrieben. Der Unterschied liegt in der Formgebung nach dem Extrusionsvorgang. Die so erhaltenen Formen der erfindungsgemäßen Kautschukmischung für eine oder mehrere unterschiedliche Body-Mischungen dienen dann dem Aufbau eines Reifenrohlings. Zur Verwendung der erfindungsgemäßen Kautschukmischung in Riemen und Gurten, insbesondere in Fördergurten, wird die extrudierte Mischung in die entsprechende Form gebracht und dabei oder nachher häufig mit Festigkeitsträgern, z. B. synthetische Fasern oder Stahlcorde, versehen. Zumeist ergibt sich so ein mehrlagiger Aufbau, bestehend aus einer und/oder mehrerer Lagen Kautschukmischung, einer und/oder mehrerer Lagen gleicher und/oder verschiedener Festigkeitsträger und einer und/oder mehreren weiteren Lagen dergleichen und/oder einer anderen Kautschukmischung.
  • Die Erfindung soll nun anhand von Vergleichs- und Ausführungsbeispielen, die in Tabellen 1 und 2 zusammengefasst sind, näher erläutert werden. Die mit „E” gekennzeichneten Mischungen sind hierbei erfindungsgemäße Mischungen, während es sich bei den mit „V” gekennzeichneten Mischungen um Vergleichsmischungen handelt.
  • Bei sämtlichen in der Tabelle enthaltenen Mischungsbeispielen sind die angegebenen Mengenangaben Gewichtsteile, die auf 100 Gewichtsteile Gesamtkautschuk bezogen sind (phr).
  • Die Mischungsherstellung erfolgte unter üblichen Bedingungen in zwei Stufen in einem Labortangentialmischer. Aus sämtlichen Mischungen wurden Prüfkörper durch Vulkanisation hergestellt und mit diesen Prüfkörpern für die Kautschukindustrie typische Materialeigenschaften bestimmt. Für die obig beschriebenen Tests an Prüfkörpern wurden folgende Testverfahren angewandt:
    • • Shore-A-Härte bei Raumtemperatur gemäß DIN 53 505
    • • Rückprallelastizität bei Raumtemperatur gemäß DIN 53 512
    • • Spannungswert bei 100% Dehnung bei Raumtemperatur gemäß DIN 53 504
    • • Reißenergie bei Raumtemperatur gemäß DIN 53 448
    Tabelle 1
    Bestandteile Einheit V1 V2 E1 E2 E3
    Polyisoprena phr 80 80 80 80 80
    BRb phr 20 20 20 20 20
    Kieselsäurec phr 4 8 - - -
    Weichmacherd phr 1 1 1 1 1
    Verbindung Ae phr - - 8 8 -
    Verbindung Af phr - - - - 8
    Rußg, phr 45 45 45 45 45
    ZnO phr 3 3 3 3 3
    Silanh phr - - - 2 -
    Stearinsäure phr 2 2 2 2 2
    Alterungs-, Ozonschutzmittel und Verstärkerwachs phr 5 5 5 5 5
    DPG, CBS, Schwefel phr 2,8 2,8 2,8 2,8 2,8
    • a TSR
    • b High-cis Nd-Polybutadien, cis-Anteil ≥ 95 Gew.-%
    • c VN3, Fa. Evonik
    • d Struktol A60, Schill und Seilacher AG
    • e Fe3+OOH, Ferronan 2505, Fa. Nanochemonics
    • f Fe2+Fe3+ 2O4, Ferronan 8501, Fa. Nanochemonics
    • g N220, Fa. Evonik
    • h TESPT, X50S, Fa. Evonik
    Tabelle 2
    Eigenschaften Einheit V1 V2 E1 E2 E3
    Härte bei RT Shore A 65 64,9 64,3 66 64,4
    Rückprall bei RT % 50,3 47,7 51 50,8 52,1
    Spannungswert 100% MPa 2,59 2,52 2,56 2,86 2,75
    Reißenergie MJ/m3 4,94 6,31 5,96 5,83 5,01
  • Bei Betrachtung der Tabelle 2 ist deutlich zu erkennen, dass sich die Kautschukmischungen, die zumindest eine Verbindung A, wie sie gemäß den Kennzeichen des Anspruchs 1 definiert ist, enthalten, durch ein verbessertes Rissverhalten, dargestellt durch die Reißenergie, auszeichnen. Die Referenzmischungen V1 und V2 enthalten zur Verbesserung der Risseigenschaften bereits nicht angebundenes Silka zu 4 bzw. 8 phr. Zu erwähnen ist hierbei, dass das relativ bessere Rissverhalten der Variante V2 durch die Verwendung von 8 phr nicht angebundener Kieselsäure erzielt wird. Dies wurde bereits obig erwähnt. V2 hat dabei allerdings mit Abstand den schlechtesten Wert für den Wärmeaufbau, dargestellt durch den Rückprall bei RT. Eine Entkopplung des Zielkonfliktes zwischen Wärmeaufbau und Reißenergie ist somit durch die Zugabe der Verbindung A (Mischungen E1 bis E3), die ausgewählt ist aus den Klassen 4A bis 4F der Mineralklassifikation nach Strunz und eine spezifische Oberfläche gemäß DIN 66 131 von größer oder gleich 110 m2/g hat, gewährleistet. Die Mischungen E1–E3 zeigen alle einen geringeren Wärmeaufbau als die Referenzmischungen V1 und V2, haben aber Reißeigenschaften, welche die der Referenzmischung V1 übertreffen und an V3 heranreichen.
  • Das Steifigkeitsverhalten der Mischungen, gemessen durch Härte bei Raumtemperatur und Spannungswert bei 100% Dehnung, verbleiben auf annähernd gleichem Niveau.
  • Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass die Zugabe der Verbindung A eine Verbesserung des Rissverhaltens ermöglicht, ohne jedoch die bei der Zugabe von nicht angebundener Kieselsäure vorhandenen Nachteile bezüglich des Wärmeaufbaus in Kauf nehmen zu müssen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
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Claims (59)

  1. Kautschukmischung, gekennzeichnet durch folgende Zusammensetzung: – zumindest einen polaren oder unpolaren Kautschuk und – zumindest einen dunklen Füllstoff und – zumindest eine Verbindung A, die ausgewählt ist aus den Klassen 4A bis 4F der Mineralklassifikation nach Strunz und eine spezifische Oberfläche gemäß DIN 66 131 von größer oder gleich 110 m2/g hat, und – zumindest eine Verbindung, die Zinkionen enthält und – zumindest ein Weichmacher und – weitere Zusatzstoffe.
  2. Kautschukmischung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der polare oder unpolare Kautschuk ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus natürlichem Polyisopren und/oder synthetischem Polyisopren und/oder Butadien-Kautschuk und/oder Styrolbutadienkautschuk und/oder lösungspolymerisierter Styrolbutadienkautschuk und/oder emulsionspolymerisierter Styrolbutadienkautschuk und/oder Flüssigkautschuken und/oder Halobutylkautschuk und/oder Polynorbornen und/oder Isopren-Isobutylen-Copolymer und/oder Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk und/oder Nitrilkautschuk und/oder Chloroprenkautschuk und/oder Acrylat-Kautschuk und/oder Fluorkautschuk und/oder Silikon-Kautschuk und/oder Polysulfidkautschuk und/oder Epichlorhydrinkautschuk und/oder Styrol-Isopren-Butadien-Terpolymer und/oder Halonitrilbutylkautschuk und/oder Copolymeren der genannten Kautschuke.
  3. Kautschukmischung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der polare oder unpolare Kautschuk zumindest ein natürliches Polyisopren ist.
  4. Kautschukmischung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der polare oder unpolare Kautschuk zumindest ein synthetisches Polyisopren ist.
  5. Kautschukmischung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der polare oder unpolare Kautschuk zumindest ein Butadien-Kautschuk ist.
  6. Kautschukmischung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der polare oder unpolare Kautschuk zumindest ein Styrolbutadienkautschuk ist.
  7. Kautschukmischung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Styrolbutadienkautschuk ein lösungspolymerisierter Styrolbutadienkautschuk ist.
  8. Kautschukmischung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Styrolbutadienkautschuk ein emulsionspolymerisierter Styrolbutadienkautschuk ist.
  9. Kautschukmischung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass sie 0,1–100 phr natürliches Polyisopren und/oder synthetisches Polyisopren enthält.
  10. Kautschukmischung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass sie 0,1–90 phr natürliches Polyisopren und/oder synthetisches Polyisopren enthält.
  11. Kautschukmischung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass sie 1–80 phr natürliches Polyisopren und/oder synthetisches Polyisopren enthält.
  12. Kautschukmischung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass sie 0–60 phr Butadien-Kautschuk enthält.
  13. Kautschukmischung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass sie 0–50 phr Butadien-Kautschuk enthält.
  14. Kautschukmischung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass sie wenigstens 0,1 phr, insbesondere wenigstens 0,5 phr, Butadien-Kautschuk enthält.
  15. Kautschukmischung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass sie 5–50 phr Butadien-Kautschuk enthält.
  16. Kautschukmischung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass sie 10–50 phr Butadien-Kautschuk enthält.
  17. Kautschukmischung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass sie 10–45 phr Butadien-Kautschuk enthält.
  18. Kautschukmischung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass sie 0–50 phr lösungspolymerisierten Styrolbutadienkautschuk enthält.
  19. Kautschukmischung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass sie 0–30 phr lösungspolymerisierten Styrolbutadienkautschuk enthält.
  20. Kautschukmischung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass sie 0–10 phr lösungspolymerisierten Styrolbutadienkautschuk enthält.
  21. Kautschukmischung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem dunklen Füllstoff um Ruß handelt.
  22. Kautschukmischung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass sie 1 bis 100 phr zumindest eines Rußes enthält.
  23. Kautschukmischung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass sie 1 bis 80 phr zumindest eines Rußes enthält.
  24. Kautschukmischung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass sie 1 bis 60 phr zumindest eines Rußes enthält.
  25. Kautschukmischung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass sie 1 bis 40 phr zumindest eines Rußes enthält.
  26. Kautschukmischung nach einem der Ansprüche 21 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass der Ruß eine DBP-Zahl größer oder gleich 100 cm3/100 g und eine Iodzahl größer oder gleich 80 g/kg hat.
  27. Kautschukmischung nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung A nicht oder nur teilweise durch ein Kupplungsagenz an die Polymermatrix angebunden ist.
  28. Kautschukmischung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass das Kupplungsagenz ein Silan ist.
  29. Kautschukmischung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass das Kupplungsagenz eine siliziumorganische Verbindung ist.
  30. Kautschukmischung nach Anspruch 28 oder 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge des Kupplungsagenz 0–10 phr beträgt.
  31. Kautschukmischung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge des Kupplungsagenz 0–5 phr beträgt.
  32. Kautschukmischung nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge des Kupplungsagenz 0–3 phr beträgt.
  33. Kautschukmischung nach einem der Ansprüche 1 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass sie 0,5–30 phr der Verbindung A enthält.
  34. Kautschukmischung nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass sie 1–20 phr der Verbindung A enthält.
  35. Kautschukmischung nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass sie 2–10 phr der Verbindung A enthält.
  36. Kautschukmischung nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, dass sie 5–10 phr der Verbindung A enthält.
  37. Kautschukmischung nach einem der Ansprüche 1 bis 36, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung A eine spezifische Oberfläche gemäß DIN 66 131 von größer oder gleich 140 m2/g hat.
  38. Kautschukmischung nach einem der Ansprüche 1 bis 37, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung A eine durchschnittliche Primärpartikel-Teilchengröße kleiner oder gleich 20 nm hat.
  39. Kautschukmischung nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung A eine durchschnittliche Primärpartikel-Teilchengröße kleiner oder gleich 15 nm hat.
  40. Kautschukmischung nach einem der Ansprüche 1 bis 39, dadurch gekennzeichnet, dass die durchschnittliche Primärpartikel-Teilchenform der Verbindung A sphärisch oder planar ist.
  41. Kautschukmischung nach einem der Ansprüche 1 bis 40, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung A ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus X2O und/oder XO und/oder X2O3 und/oder XO2 und/oder X[4]Y[6] 2O4 und/oder XOOH, wobei X und/oder Y ausgewählt ist bzw. sind aus der Gruppe, bestehend aus Fe, Mg, Cr, Mn, Ti, Sn oder Al, wobei Fe besonders bevorzugt ist.
  42. Kautschukmischung nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung A Fe3+OOH und/oder Fe2+Fe3+ 2O4 ist.
  43. Kautschukmischung nach einem der Ansprüche 1 bis 42, dadurch gekennzeichnet, dass der Weichmacher ein Mineralöl ist.
  44. Kautschukmischung nach Anspruch 43, dadurch gekennzeichnet, dass sie 1–50 phr Mineralöl enthält.
  45. Kautschukmischung nach Anspruch 44, dadurch gekennzeichnet, dass das Mineralöl ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus DAE und/oder RAE und/oder TDAE und/oder MES und/oder naphtenische Öle.
  46. Kautschukmischung nach einem der Ansprüche 1 bis 45, dadurch gekennzeichnet, dass noch 0–20 phr zumindest eines weiteren Weichmachers enthalten sind.
  47. Kautschukmischung nach Anspruch 46, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Weichmacher ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus synthetischen Weichmachern und/oder Fettsäuren und/oder Fettsäurederivaten und/oder Harzen und/oder Faktisse und/oder niedermolekularen Polymeren und/oder Pflanzenölen.
  48. Kautschukmischung nach einem der Ansprüche 1 bis 47, dadurch gekennzeichnet, dass der Mengenanteil an weiteren Zusatzstoffen 3–150 phr beträgt.
  49. Kautschukmischung nach Anspruch 48, dadurch gekennzeichnet, dass der Mengenanteil an weiteren Zusatzstoffen 3–100 phr beträgt.
  50. Kautschukmischung nach Anspruch 49, dadurch gekennzeichnet, dass der Mengenanteil an weiteren Zusatzstoffen 5–80 phr beträgt.
  51. Verwendung einer Kautschukmischung nach einem der Ansprüche 1 bis 50 zur Herstellung eines Reifens.
  52. Verwendung einer Kautschukmischung nach Anspruch 51 zur Herstellung des Laufstreifens eines Reifens.
  53. Verwendung einer Kautschukmischung nach Anspruch 51 zur Herstellung einer Body-Mischung eines Reifens.
  54. Verwendung einer Kautschukmischung nach Anspruch 53 zur Herstellung einer Body-Mischung eines Reifens, beinhaltend Seitenwand, Innenseele, Apex, Gürtel, Schulter, Gürtelprofil, Squeege, Karkasse, Wulstverstärker und/oder Bandage.
  55. Verwendung einer Kautschukmischung nach einem der Ansprüche 1 bis 50 zur Herstellung eines Gurtes.
  56. Verwendung einer Kautschukmischung nach Anspruch 55 zur Herstellung eines Fördergurtes.
  57. Verwendung einer Kautschukmischung nach Anspruch 56 zur Herstellung der Laufseite eines Fördergurtes.
  58. Verwendung einer Kautschukmischung nach einem der Ansprüche 1 bis 50 zur Herstellung eines Riemens.
  59. Verwendung einer Kautschukmischung nach Anspruch 58 zur Herstellung eines Flachriemens, Keilriemens, Keilrippenriemens oder Zahnriemens.
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