DE102009044471A1

DE102009044471A1 - Kautschukmischung mit verbessertem Rollwiderstand

Info

Publication number: DE102009044471A1
Application number: DE102009044471A
Authority: DE
Inventors: Hajo Dr. Weinreich
Original assignee: Continental Reifen Deutschland GmbH
Current assignee: Continental Reifen Deutschland GmbH
Priority date: 2008-11-13
Filing date: 2009-11-09
Publication date: 2010-05-20
Anticipated expiration: 2029-11-10
Also published as: DE102009044471B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kautschukmischung mit verbessertem Rollwiderstand, insbesondere für Fahrzeugluftreifen, Riemen und Gurte, die gekennzeichnet ist durch folgende Zusammensetzung: - zumindest einen Dienkautschuk und - 0 bis 120 phr amorphe Kieselsäure und/oder Fällungskieselsäure und - 0,1 bis 120 phr zumindest eines Rußes und - 0,1 bis 20 phr zumindest eines Harzes und - 0,1 bis 150 phr zumindest eines Mineralölweichmachers und - zumindest eines auf Schwefel basierenden Vulkanisationssystems, das elementaren Schwefel und/oder schwefelspendende Substanzen enthält, wobei die schwefelspendenden Substanzen in Form von zumindest einem schwefelhaltigen Vulkanisationsbeschleuniger und/oder zumindest einem schwefelhaltigen Silan vorliegen, wobei die Schwefelkonzentration des auf Schwefel basierenden Vulkanisationssystems zwischen 0,02 und 0,1 mhr beträgt, wobei der elementare Schwefel zu 71 bis 95% und die schwefelspendenden Substanzen zu 5 bis 29% beitragen, und - 2 bis 100 phr weitere Zusatzstoffe.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kautschukmischung, insbesondere für Fahrzeugreifen, Riemen und Gurte.
Zur Beeinflussung der Mischungs- und Vulkanisateigenschaften werden den Mischungen unterschiedlichste Zuschlagstoffe beigemischt und/oder es werden spezielle Polymere verwendet. Als Zuschlagstoffe seien beispielhaft an dieser Stelle Füllstoffe (z. B. Ruß), Weichmacher, Alterungsschutzmittel und Vernetzungssysteme aus Schwefel, Beschleuniger und Aktivator genannt. Wird durch Variation der Mischung eine Eigenschaft verbessert, geht dies aber häufig mit einer Verschlechterung einer anderen Eigenschaft einher, so dass gewisse Zielkonflikte vorliegen. Bei Mischungen für Laufstreifen von Fahrzeugreifen bestehen solche Zielkonflikte beispielsweise im Hinblick auf das Abriebsverhalten und den erhöhten Wärmeaufbau, der eine schlechtere Rückprallelastizität, folglich einen schlechteren Rollwiderstand bedingt. Zur Lösung dieser Zielkonflikte werden vor allem Variationen in der Mischungszusammensetzung herangezogen, insbesondere auch die Änderung oder Anpassung Zuschlagstoffe, um ein verbessertes Niveau der sich üblicherweise konträr verhaltenden Eigenschaften zu erzielen.
Eine wichtige Zuschlagstoffgruppe, die auf die Vulkanisationsgeschwindigkeit und die physikalischen Eigenschaften der Vulkanisate Einfluss hat, ist die Gruppe der Vulkanisationsbeschleuniger. Für die Vulkanisation von Kautschukmischungen, die für die Herstellung von Fahrzeugreifen Verwendung finden, stehen verschiedene, dem Fachmann bekannte, Vulkanisationsbeschleunigergruppen zur Verfügung, die auch in Kombination miteinander eingesetzt werden können, wobei sich synergistische Effekte ergeben können. Die Vulkanisationsbeschleuniger dienen hierbei zur Aktivierung des als Vulkanisationsmittel eingesetzten Schwefels. Die Dosierung von Schwefel und Vulkanisationsbeschleuniger wird dabei individuell auf die zu erzielenden Eigenschaften der Reifenkautschukmischung angepasst. Diese zu erzielenden Eigenschaften werden durch das bei der Vulkanisation entstehende Netzwerk, z. B. zwischen Polymer und Füllstoffen, bedingt, so dass der Art und dem Grad der Vernetzung im Hinblick auf die physikalischen Eigenschaften der Vulkanisate große Bedeutung zugemessen werden kann.
Der Stand der Technik bezüglich Vulkanisations- bzw. Vernetzersystem soll nun anhand folgender Druckschriften näher beschrieben werden:

(D1) DT 25 36 674 A1
(D2) DE 603 03 203 T2
(D3) DE 42 07 028 A1
(D4) DE 40 36 420 A1
(D5) DE 40 37 756 A1
(D6) EP 0 530 590 B1

D1 beschreibt eine silikatische Füllstoffe enthaltende vernetzbare Kautschukmischung und ein Verfahren zur Vernetzung. Hierbei wird sehr allgemein eine vernetzbare Kautschukmischung beansprucht, die mindestens 1 bis 300 Gewichtsteile eines silikatischen Füllstoffes, 0 bis 300 Gewichtsteile Ruß und mindestens einen an sich für die Kautschukvulkanisation bekannten Vulkanisationsbeschleuniger in Mengen von 0,02 bis 10 Gewichtsteilen und mindestens ein Organosilan enthält. Es findet keine Beanspruchung eines definierten Polymersystems statt, ebenso wie über die zu verwendenden Füllstoffe keine spezifizierenden Angaben gemacht werden.
Aus D2 sind ein als Vernetzungsmittel verwendbares Polysulfidsiloxan und sein Herstellungsverfahren bekannt. Das Vernetzungssystem umfasst hierbei das beschriebene Polysulfidsiloxan und mindestens einen primären Vulkanisationsbeschleuniger. Das Polysulfidsiloxan wird in einer Zusammensetzung auf der Basis eines Dienelastomers und eines verstärkenden Füllstoffes verwendet. Als Dienelastomer werden verschiedene Komponenten und als Füllstoffe insbesondere Kieselsäure und Ruß beansprucht, wobei sich die offenbarten Ausführungsbeispiele jeweils auf eine Kautschukmischung aus Naturkautschuk als einziges Polymer und Ruß als einzigen Füllstoff beziehen.
D3, D4 und D5 offenbaren Vulkanisate für Schläuche, Dichtungen, Rollringe und weitere technische Gummiartikel ohne Nitrosamintoxizität, die vorzugsweise spezielle Thiuram- und/oder Mercaptovulkanisationsmittel enthalten, wobei zur Vulkanisation bzw. Vernetzung trotzdem noch meist geringe Mengen an elementarem Schwefel benötigt werden.
Aus D6 ist ein Verfahren zur Herstellung von Dienkautschuk-Vulkanisaten mit sehr hoher Alterungsstabilität und Reversionsbeständigkeit bekannt. Die Dienkautschuk-Vulkanisate enthalten hierbei 1 bis 2,5 Teile Mercaptobeschleuniger oder 0,2 bis 0,8 Teile Sulfenamidbeschleuniger oder 0,3 bis 2,5 Teile Mercaptobeschleuniger und 0,1 bis 0,8 Teile Sulfenamidbeschleuniger. Pro 100 Teile Kautschuk, vorzugsweise eines ölverstreckten Dienkautschuks, werden noch 0,1 bis 0,2 Teile Schwefel eingesetzt.
Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zu Grunde, eine Kautschukmischung, insbesondere für Fahrzeugreifen, Riemen und Gurte, bereitzustellen, welche die Nachteile des Standes der Technik aufhebt oder zumindest verringert und sich dadurch durch ein verbessertes Rollwiderstandsverhalten auszeichnet.
Gelöst wird die Aufgabe dadurch, dass die Kautschukmischung der eingangs genannten Art zumindest durch folgende Zusammensetzung gekennzeichnet ist:

– zumindest einen Dienkautschuk und
– 0 bis 120 phr amorphe Kieselsäure und/oder Fällungskieselsäure und
– 0.1 bis 120 phr zumindest eines Rußes und
– 0,1 bis 20 phr zumindest eines Harzes und
– 0,1 bis 150 phr zumindest eines Mineralölweichmachers und
– zumindest eines auf Schwefel basierenden Vulkanisationssystems, das elementaren Schwefel und/oder schwefelspendende Substanzen enthält, wobei die schwefelspendenden Substanzen in Form von zumindest einem schwefelhaltigen Vulkanisationsbeschleuniger und/oder zumindest einem schwefelhaltigen Silan vorliegen, wobei die Schwefelkonzentration des auf Schwefel basierenden Vulkanisationssystems zwischen 0,02 und 0,1 mhr beträgt, wobei der elementare Schwefel zu 71 bis 95% und die schwefelspendenden Substanzen zu 5 bis 29% beitragen, und
– 2 bis 100 phr weitere Zusatzstoffe.

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.
Die in dieser Schrift verwendete Angabe mhr bedeutet „mol per hundred parts of rubber by weight” und gibt somit die molaren Anteile des jeweiligen Ingrediens bezogen auf 100 Gewichtsteile der gesamten Masse aller in der Mischung vorhandenen Kautschuke an.
Überraschenderweise wurde gefunden, dass sich durch die Kombination von zumindest einem Harz, zumindest einem Rußes, und zumindest einem auf Schwefel basierenden Vulkanisationssystem, das elementaren Schwefel und/oder schwefelspendende Substanzen enthält, wobei die schwefelspendenden Substanzen in Form von zumindest einem schwefelhaltigen Vulkanisationsbeschleuniger und/oder zumindest einem schwefelhaltigen Silan vorliegen, wobei die Schwefelkonzentration des auf Schwefel basierenden Vulkanisationssystems zwischen 0,02 und 0,1 mhr beträgt, wobei der elementare Schwefel zu 71 bis 95% und die schwefelspendenden Substanzen zu 5 bis 29% beitragen, der Rollwiderstand signifikant verbessern lässt. 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. Diese technischen Gummiartikel finden im täglichen Leben überall Verwendung, z. B. in Aufzügen, in der Stein- und Erdenindustrie und in der Automobilindustrie. Daher kommt auch hier dem verbesserten Rollwiderstand, der gekoppelt ist mit einem geringeren Wärmeaufbau, bei gleich bleibenden oder sich verbesserndem weiteren physikalischen Eigenschaften, vor allem im Outdoor-Einsatz eine zentrale Bedeutung zu.
Die Kautschukmischung enthält zumindest einen Dienkautschuk, wobei es sich in einer bevorzugten Ausführungsform um 50 bis 100 phr, bevorzugt 50 bis 95 phr, zumindest eines Styrolbutadienkautschuks handelt. Der Styrolbutadienkautschuk kann lösungspolymerisiert oder emulsionspolymerisiert sein. Es kann auch eine Kombination der beiden genannten Arten vorliegen.
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 und/oder Silylgruppen und/oder Silanolgruppen modifiziert sein. Es kommen aber auch weitere, dem Fachmann bekannte, Modifizierungen, auch als Funktionalisierungen bezeichnet, in Frage.
Die Kautschukmischung enthält zumindest einen weiteren polaren oder unpolaren Kautschuk, der ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Polyisopren und/oder Butadienkautschuk 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.
Insbesondere Styrol-Isopren-Butadien-Terpolymer, Halobutylkautschuk oder Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk kommen bei der Herstellung von technischen Gummiartikeln, wie Gurte und Riemen, zum Einsatz.
Der Mengenanteil des weiteren polaren oder unpolaren Kautschuks beträgt 0 bis 50 phr, bevorzugt 0,1 bis 50 phr, besonders bevorzugt 0,5 bis 50 phr.
Die erfindungsgemäße Kautschukmischung enthält des Weiteren zumindest einen dunklen Füllstoff in Form von Ruß. Es können aber auch helle Füllstoffe in der Kautschukmischung vorhanden sein.
Die Gesamtmenge an Füllstoff kann somit nur aus dunklem Füllstoff oder aus einer Kombination von hellen und dunklen Füllstoffen bestehen.
Bevorzugt ist es, wenn der helle Füllstoff Kieselsäure, bevorzugt Fällungskieselsäure ist.
Ruß wird bevorzugt in Mengen von 0,1 bis 120 phr, besonders bevorzugt in Mengen von 1 bis 120 phr, wiederum besonders bevorzugt in Mengen von 5 bis 100 phr, eingesetzt. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform hat der Ruß eine Iodzahl, gemäß ASTM D 1510, die auch als Iodabsorptionszahl bezeichnet wird, größer oder gleich 70 g/kg und einer DBP-Zahl größer oder gleich 70 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.
Die erfindungsgemäße Kautschukmischung enthält in einer besonders bevorzugten Ausführungsform 0 bis 120 phr, wenigstens 0,1 phr, insbesondere wenigstens 0,5 phr, amorphe Kieselsäure und/oder Fällungskieselsäure. Von der Gesamtmenge an Kieselsäure können 0–100% durch ein Kupplungsagens, bevorzugt Silan, an die Polymermatrix angebunden werden und/oder 0–100% nicht an die Polymermatrix angebunden werden. Dies bedeutet, dass, ausgehend von der Gesamtmenge an Kieselsäure, diese durch das Kupplungsagens vollständig oder nur teilweise an die Polymermatrix angebunden wird oder keinerlei Anbindung der Kieselsäure an die Polymermatrix erfolgt. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Kautschukmischung frei von Kieselsäure.
Die in der Kautschukindustrie 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. Die Verwendung einer Kieselsäure mit einer sehr niedrigen spezifischen Oberfläche ist beispielsweise aus US 2005/0016650A1 bekannt.
Erfindungsgemäß werden Kieselsäuren mit einer Stickstoff-Oberfläche größer oder gleich 110 m²/g, bevorzugt zwischen 115 und 300 m²/g, besonders bevorzugt zwischen 150 und 280 m²/g, und einer CTAB-Oberfläche zwischen 100 und 260 m²/g, bevorzugt zwischen 115 und 240 m²/g, eingesetzt.
Falls ein Kupplungsagens, in Form von Silan oder eines Organosilans oder einer siliziumorganischen Verbindung, verwendet wird, so beträgt die Menge des Kupplungsagens 0–50 phr, bevorzugt 0,1–40 phr, besonders bevorzugt 0,5–30 phr. Als Kupplungsagenzien können dabei alle dem Fachmann für die Verwendung in Kautschukmischungen Kupplungsagenzien verwendet werden. Die Verwendung eines so genanntes Tetrasilans ist beispielsweise aus US2004/0132880A1 bekannt. Besonders zu erwähnen sind hierbei Mercaptosilane, welche geschützt oder ungeschützt sein können, 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.
Es geeignetes Mischverfahren zum Einmischen von Silan ist beispielsweise aus EP0732362B1 bekannt.
Erfindungswesentlich ist, dass die Kautschukmischung 0,1 bis 20 phr, bevorzugt 1 bis 20 phr, eines Harzes in Kombination mit dem bereits genannten auf Schwefel basierenden Vulkanisationssystem enthält.
Es können alle der fachkundigen Person bekannten Harze verwendet werden, wobei sich besonders gute Ergebnisse hinsichtlich des Rollwiderstandsverhaltens mit Inden-Cumaron-Harzen, Terpenharzen, Terpen-Phenol-Harzen, alpha-Methylstyrol-Harzen, Pinen-Harzen und Pentaerythritol-Harzen zeigen.
Des Weiteren enthält die Kautschukmischung 0,1 bis 150 phr, bevorzugt 2 bis 120 phr, besonders bevorzugt 4 bis 100 phr, zumindest eins Mineralölweichmachers.
Der Mineralölweichmacher ist bevorzugt 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 0–60 phr, insbesondere wenigstens 0,1 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 Pflanzenölen bzw. Saatenölen und/oder Faktisse und/oder flüssigen Polymeren, wie z. B. flüssigem Butadien-Kautschuk und/oder flüssigem Styrolbutadienkautschuk.
Unabdingbar für die erfindungsgemäße Kautschukmischung ist das Vorhandensein eines auf Schwefel basierenden Vulkanisationssystems, das elementaren Schwefel und/oder schwefelspendende Substanzen enthält, wobei die schwefelspendenden Substanzen in Form von zumindest einem schwefelhaltigen Vulkanisationsbeschleuniger und/oder zumindest einem schwefelhaltigen Silan vorliegen, wobei die Schwefelkonzentration des auf Schwefel basierenden Vulkanisationssystems zwischen 0,02 und 0,1 mhr beträgt, wobei der elementare Schwefel zu 71 bis 95%, bevorzugt zu 71 bis 90%, und die schwefelspendenden Substanzen zu 5 bis 29%, bevorzugt zu 10 bis 29%, beitragen.
Es können alle der fachkundigen Person bekannten schwefelspendenden Vulkanisationsbeschleuniger und/oder schwefelhaltigen Silane verwendet werden. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der schwefelspendende Vulkanisationsbeschleuniger ein Thiurambeschleuniger, bevorzugt Tetrabenzylthiuramdisulfid, oder ein Dithiophosphatbeschleuniger und/oder das schwefelhaltige Silan TESPD oder TESPT.
Weiterhin enthält die Kautschukmischung noch weitere Zusatzstoffe.
Weitere Zusatzstoffe beinhaltet im Wesentlichen Ozonschutzmittel, Alterungsschutzmittel, Mastikationshilfsmittel und weitere Aktivatoren bzw. Verarbeitungshilfsstoffe.
Der Mengenanteil der Gesamtmenge an weiteren Zusatzstoffen beträgt 2 bis 100 phr, bevorzugt 2 bis 90 phr und besonders bevorzugt 5–90 phr.
Das auf Schwefel basierende Vulkanisationssystem wird üblicherweise im letzten Mischungsschritt der Kautschukmischung zugesetzt. Zur Kontrolle der erforderlichen Zeit und/oder Temperatur der Vulkanisation und zur Verbesserung der Vulkanisateigenschaften kann die Kautschukmischung weitere vulkanisationsbeeinflussende Substanzen wie Vulkanisationsverzögerer und Vulkanisationsaktivatoren, die beide in den obig beschriebenen weiteren Zusatzstoffen enthalten sind, 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 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 Cap.
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 Tabelle 1 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:

• Rückprallelastizität bei Raumtemperatur (RT) und 70°C gemäß DIN 53 512
• Shore-A-Härte bei 70°C gemäß DIN 53 505
• Verlustfaktor tan d, synonym zu tan δ, bei 55°C und 100°C aus dynamisch-mechanischer Messung gemäß DIN 53 513
• dynamischer Speichermodul E' bei 55°C und 100°C gemäß DIN 53 513 bei 8% Dehnung

Aus der Tabelle 1 ist eindeutig zu entnehmen, dass sich überraschenderweise ein hervorragendes synergistisches Zusammenwirken des Harzes mit dem auf Schwefel basierenden Vulkanisationssystems, siehe E1 und E2, hinsichtlich des Rollwiderstandverhaltens ergibt.
Es zeigt sich ein synergistischer Performancegewinn (= Leistungsgewinn) von +11% (siehe E2) bezüglich der Rückprallelastizität bei 70°C, welche ein Indiz für den Rollwiderstand im Labormaßstab darstellt.
Noch deutlicher wird die Verbesserung des Rollwiderstandverhaltens bei Betrachtung des Verlustfaktors tan d, der auch als dynamischer Verlustwinkel bezeichnet wird.
Der Verlustfaktor tan d ist ein Relativmaß für den Energieverlust im Vergleich zur wiedergewonnenen Energie. Diese sogenannte Hysterese ist im Temperaturbereich um 55°C und 100°C – gemessen nach DIN 53 513 und gemäß der WLF-Transformation (siehe J. Schnetger „Lexikon der Kautschuktechnik", Hüthig-Verlag, 3. Auflage, 2004, S. 609ff) – proportional dem Rollwiderstandsverhalten einer Kautschukmischung. Hier zeigt sich ein Performancegewinn von über 35% bei der Kombination zumindest eines Harzes mit dem auf Schwefel basierenden Vulkanisationssystem.
Auf das fertige Produkt, d. h. beispielsweise den Reifen, bezogen stellt dies ein enormes Energie- und Kostensenkungspotential dar, da durch die Erniedrigung des Rollwiderstandes ein verringerter Kraftstoffverbrauch notwendig ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DT 2536674 A1 [0004]
- DE 60303203 T2 [0004]
- DE 4207028 A1 [0004]
- DE 4036420 A1 [0004]
- DE 4037756 A1 [0004]
- EP 0530590 B1 [0004]
- US 2005/0016650 A1 [0026]
- US 2004/0132880 A1 [0028]
- DE 102005057801 [0028]
- WO 99/09036 [0028]
- WO 2002/048256 [0028]
- WO 2006/015010 [0028]
- EP 07323621 B [0029]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- ASTM D 1510 [0023]
- ASTM D 2414 [0023]
- DIN 66131 [0026]
- DIN 66132 [0026]
- ASTM D 3765 [0026]
- DIN 53 512 [0047]
- DIN 53 505 [0047]
- DIN 53 513 [0047]
- DIN 53 513 [0047]
- DIN 53 513 [0051]
- J. Schnetger „Lexikon der Kautschuktechnik”, Hüthig-Verlag, 3. Auflage, 2004, S. 609ff [0051]

Claims

Kautschukmischung, gekennzeichnet durch folgende Zusammensetzung: – zumindest einen Dienkautschuk und – 0 bis 120 phr amorphe Kieselsäure und/oder Fällungskieselsäure und – 0,1 bis 120 phr zumindest eines Rußes und – 0,1 bis 20 phr zumindest eines Harzes und – 0,1 bis 150 phr zumindest eines Mineralölweichmachers und – zumindest eines auf Schwefel basierenden Vulkanisationssystems, das elementaren Schwefel und/oder schwefelspendende Substanzen enthält, wobei die schwefelspendenden Substanzen in Form von zumindest einem schwefelhaltigen Vulkanisationsbeschleuniger und/oder zumindest einem schwefelhaltigen Silan vorliegen, wobei die Schwefelkonzentration des auf Schwefel basierenden Vulkanisationssystems zwischen 0,02 und 0,1 mhr beträgt, wobei der elementare Schwefel zu 71 bis 95% und die schwefelspendenden Substanzen zu 5 bis 29% beitragen, und – 2 bis 100 phr weitere Zusatzstoffe.
Kautschukmischung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie wenigstens 0,1 phr, insbesondere wenigstens 0,5 phr, amorphe Kieselsäure und/oder Fällungskieselsäure enthält.
Kautschukmischung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwefelkonzentration des auf Schwefel basierenden Vulkanisationssystems zwischen 0,02 und 0,1 mhr beträgt, wobei der elementare Schwefel zu 71 bis 90% und die schwefelspendenden Substanzen zu 10 bis 29% beitragen.
Kautschukmischung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der schwefelspendende Vulkanisationsbeschleuniger ein Thiurambeschleuniger oder ein Dithiophosphatbeschleuniger ist.
Kautschukmischung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Thiurambeschleuniger Tetrabenzylthiuramdisulfid (TBzTD) ist.
Kautschukmischung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das schwefelhaltige Silan TESPD oder TESPT ist.
Verwendung einer Kautschukmischung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 zur Herstellung eines Reifens.
Verwendung einer Kautschukmischung nach Anspruch 7 zur Herstellung des Laufstreifens oder einer Body-Mischung eines Reifens.
Verwendung einer Kautschukmischung nach Anspruch 8 zur Herstellung einer Body-Mischung eines Reifens, beinhaltend Seitenwand, Innenseele, Apex, Gürtel, Schulter, Gürtelprofil, Squeege, Karkasse, Wulstverstärker und/oder Bandage.
Verwendung einer Kautschukmischung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 zur Herstellung eines Gurtes oder Riemens.