DE102011076490A1

DE102011076490A1 - Gummizusammensetzung für eine Reifenlauffläche und Luftreifen, bei welchem diese verwendet wird

Info

Publication number: DE102011076490A1
Application number: DE102011076490A
Authority: DE
Inventors: Masaki Sato
Original assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Current assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Priority date: 2010-05-28
Filing date: 2011-05-26
Publication date: 2012-05-10
Anticipated expiration: 2031-05-27
Also published as: US20110294936A1; DE102011076490B4; JP4947190B2; CN102268149A; JP2011246640A

Abstract

Eine Gummizusammensetzung für eine Reifenlauffläche enthält: 100 Massenteile Diengummi; 60 bis 110 Massenteile des spezifischen Siliziumdioxids; und eine Mischung aus einem Fettsäuremetallsalz (außer einem Zinksalz) und einem Fettsäureester, wobei ein Massenanteil, bezogen auf das spezifische Siliziumdioxid, 2 bis 8 Massenprozent beträgt und wobei der Diengummi nicht weniger als 40 Massenteile eines in Lösung polymerisierten SBR enthält, wobei der in Lösung polymerisierte SBR ein gewichtsgemitteltes Molekulargewicht von 900.000 bis 1.500.000 und einen Styrolanteil von 35 bis 45% aufweist, und wobei das spezifische Siliziumdioxid die folgenden Bedingungen (1) bis (4) erfüllt: (1) N2SA beträgt von 194 bis 225 m2/g; (2) die CTAB-Oberfläche beträgt von 170 bis 210 m2/g; (3) ein Verhältnis zwischen der N2SA und der spezifischen CTAB-Oberfläche beträgt von 0,9 bis 1,4; und (4) eine DBP-Absorption beträgt nicht weniger als 190 ml/100 g.

Description

Querverweis auf verwandte Anmeldungen
Die Anmeldung basiert auf der Japanischen Patentanmeldung Nr. 2010-122390 , die am 28. Mai 2010 beim Japanischen Patentamt eingereicht wurde und auf deren diesbezügliche Offenbarung hiermit vollinhaltlich Bezug genommen wird.
Hintergrund
1. Technisches Gebiet
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Gummizusammensetzung für eine Reifenlauffläche und einen Luftreifen, bei welchem diese verwendet wird. Genauer gesagt betrifft ein Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Gummizusammensetzung für eine Reifenlauffläche, die eine gute Vulkanisationsgeschwindigkeit aufweist und sich durch ein gutes Haftvermögen bei nassen Verhältnissen und ein gutes Leistungsvermögen hinsichtlich des Kraftstoffverbrauchs auszeichnet. Ferner betrifft ein Aspekt der vorliegenden Erfindung einen Luftreifen, bei welchem die Gummizusammensetzung verwendet wird.
2. Stand der Technik
Wünschenswerterweise weist ein Luftreifen verschiedene gute Eigenschaften auf. Insbesondere ist gewünscht, dass er eine hervorragende Ausgewogenheit zwischen dem Haftvermögen bei nassen Verhältnissen und dem Leistungsvermögen hinsichtlich des Kraftstoffverbrauchs besitzt. Eine bekannte Technik zur Verbesserung dieser Eigenschaften ist das Beimischen von Siliziumdioxid zu einer Gummizusammensetzung für eine Reifenlauffläche.
Wenn Siliziumdioxid mit einer größeren spezifischen Oberfläche verwendet wird, nimmt bei dieser Technik die Anzahl an Bindungen zwischen dem Siliziumdioxid und dem Gummi zu. Dies erhöht die Verstärkungswirkung des Siliziumdioxids und es wird daher davon ausgegangen, dass das Haftvermögen der Gummizusammensetzung für die Reifenlauffläche bei nassen Verhältnissen verbessert wird. Als Ergebnis einer Studie der vorliegenden Erfinder wurde jedoch ein Problem festgestellt, wenn Siliziumdioxid mit einer größeren spezifischen Oberfläche verwendet wird. Das Problem ist, dass aufgrund einer zunehmenden Wechselwirkung zwischen den Siliziumdioxidmolekülen die Dispergierbarkeit des Siliziumdioxids abnimmt und infolgedessen die gewünschte Wirkung nicht erhalten werden kann. Ein weiteres Problem ist, dass, wenn eine größere Menge an Siliziumdioxid mit einer größeren spezifischen Oberfläche beigemischt wird, der Vulkanisationsbeschleuniger vom Siliziumdioxid adsorbiert wird, wodurch die Vulkanisationsgeschwindigkeit der Gummizusammensetzung für die Reifenlauffläche abnimmt. Es wird angemerkt, dass das Siliziumdioxid mit der größeren spezifischen Oberfläche in der JP-T-2005-500238 offenbart ist.
Eine Aufgabe in einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist, eine Gummizusammensetzung für eine Reifenlauffläche bereitzustellen, die – obwohl sie Siliziumdioxid mit einer größeren spezifischen Oberfläche enthält – einen guten Dispersionszustand des Siliziumdioxids und eine gute Vulkanisationsgeschwindigkeit aufweist und sich durch ein gutes Haftvermögen bei nassen Verhältnissen und ein gutes Leistungsvermögen hinsichtlich des Kraftstoffverbrauchs auszeichnet. Ferner soll ein Luftreifen bereitgestellt werden, bei welchem die Gummizusammensetzung verwendet wird.
Zusammenfassung
Aufgrund tiefer gehender Studien konnten die vorliegenden Erfinder diesen Aspekt der vorliegenden Erfindung erreichen. Die Technik besteht darin, eine bestimmte Menge an Siliziumdioxid mit spezifischen Eigenschaften und einer größeren spezifischen Oberfläche und eine bestimmte Menge einer spezifischen Mischung mit einem bestimmten Diengummi miteinander zu vermischen. Der spezifische Diengummi ist ein Gummi, der eine bestimmte Menge an Styrol-Butadien-Copolymergummi mit einem bestimmten Molekulargewicht und einem bestimmten Styrolanteil aufweist. Ferner ist die spezifische Mischung eine Mischung aus einem Fettsäuremetallsalz und einem Fettsäureester.
Das bedeutet, dass die Gummizusammensetzung für die Reifenlauffläche gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält:
100 Massenteile Diengummi;
60 bis 110 Massenteile eines spezifischen Siliziumdioxids; und
eine Mischung aus einem Fettsäuremetallsalz (außer einem Zinksalz) und einem Fettsäureester, wobei der Massenanteil, bezogen auf das spezifische Siliziumdioxid, 2 bis 8 Massenprozent beträgt und
wobei der Diengummi nicht weniger als 40 Gewichtsteile eines in Lösung polymerisierten Styrol-Butadien-Copolymergummis enthält,
wobei der in Lösung polymerisierte Styrol-Butadien-Copolymergummi ein gewichtsgemitteltes Molekulargewicht von 900.000 bis 1.500.000 und einen Styrolanteil von 35 bis 45% aufweist, und
wobei das spezifische Siliziumdioxid eine der folgenden Bedingungen (1) bis (4) erfüllt:

(1) eine spezifische Stickstoffadsorptionsoberfläche (N₂SA), die gemäß JIS K6217-2 ermittelt wurde, beträgt 194 bis 225 m²/g;
(2) eine spezifische CTAB-Oberfläche, die gemäß JIS K6217-3 ermittelt wurde, beträgt 170 bis 210 m²/g;
(3) ein Verhältnis zwischen der spezifischen Stickstoffadsorptionsoberfläche (N₂SA) und der spezifischen CTAB-Oberfläche (spezifische Stickstoffadsorptionsoberfläche (N₂SA)/spezifische CTAB-Oberfläche) beträgt 0,9 bis 1,4; und
(4) eine DBP-Absorption, die gemäß dem Ölabsorptionsverfahren A nach JIS K6217-4 ermittelt wurde, beträgt nicht weniger als 190 ml/100 g.

Kurze Beschreibung der Figuren
Die vorstehend angegebenen und weitere Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Figuren ersichtlicher, in denen:
1 einen Teilquerschnitt eines beispielhaften Luftreifens zeigt.
Beschreibung der Ausführungsformen
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben, in denen gleiche Bezugszeichen in den verschiedenen Ansichten jeweils ähnliche oder identische Teile bezeichnen.
Nachstehend wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausführlich beschrieben.
1 zeigt einen Teilquerschnitt eines beispielhaften Luftreifens für ein Fahrzeug gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
Der Luftreifen weist ein Paar rechte und linke Kugelteile 1 und Seitenwände 2 auf. Ferner weist der Luftreifen auf: eine Lauffläche 3, die mit den beiden Seitenwänden 2 verbunden ist; und eine Karkasseschicht 4.
Der Kugelteil 1 weist einen Kugelkern 5, ein Kugelfüllmaterial 6 und eine Randdämpfer 8 auf. Der Randdämpfer 8 ist an einer Stelle angeordnet, welche den Kontakt mit einem Rand herstellt.
Die Karkasseschicht 4 ist zwischen die Kugelteile 1 gelegt. In die Karkasseschicht 4 ist ein Faserkabel eingebettet. Das Ende der Karkasseschicht 4 ist so aufgewickelt, dass es vom Inneren des Reifens aus nach außen hin gefaltet ist, so dass der Kugelkern 5 und das Kugelfüllmaterial 6 davon umgeben sind.
Die Lauffläche 3 weist eine Gürtelschicht 7 auf. Die Gürtelschicht 7 ist entlang des gesamten Umfangs des Reifens außerhalb der Karkasseschicht 4 angeordnet.
Eine Gummizusammensetzung (die vorliegende Gummizusammensetzung) gemäß der vorliegenden Ausführungsform, die nachstehend beschrieben ist, ist eine Gummizusammensetzung für eine Reifenlauffläche und für die Lauffläche 3 besonders nützlich.
Die Gummizusammensetzung enthält Diengummi, Siliziumdioxid, eine Mischung aus einem Fettsäuremetallsalz und einem Fettsäureester und ein Füllmaterial. Diese Bestandteile weisen die nachstehend beschriebenen Eigenschaften auf. Dies ermöglicht der Gummizusammensetzung, Effekte zu zeigen, bei denen ein guter Dispersionszustand des Siliziumdioxids und eine gute Vulkanisationsgeschwindigkeit erreicht werden, und infolgedessen können ein gutes Haftvermögen bei nassen Verhältnissen und ein gutes Leistungsvermögen hinsichtlich des Kraftstoffverbrauchs erhalten werden.
(Diengummi)
Der in der Gummizusammensetzung verwendete Diengummi enthält einen spezifischen in Lösung polymerisierten Styrol-Butadien-Copolymergummi (im Folgenden ggf. als „spezifischer SBR” bezeichnet). Der spezifische SBR weist ein gewichtsgemitteltes Molekulargewicht von 900.000 bis 1.500.000 und einen Styrolanteil von 35 bis 45% auf. Es ist bevorzugt, dass der spezifische SBR nicht weniger als 40 Massenteile pro 100 Massenteile des Diengummis ausmacht. Wenn das gewichtsgemittelte Molekulargewicht und der Styrolanteil des spezifischen SBR innerhalb der vorstehend angegebenen Bereiche liegen, ist es möglich, dass das Siliziumdioxid eine optimale Scherbelastung während eines Knetschritts aufweist. Dies verbessert die Dispergierbarkeit des Siliziumdioxids. Wenn das gewichtsgemittelte Molekulargewicht des spezifischen SBR kleiner als 900.000 ist, verschlechtert sich die Scherbelastung während des Knetschritts. Somit nimmt die Dispergierbarkeit des Siliziumdioxids ab. Wenn das gewichtsgemittelte Molekulargewicht des spezifischen SBR andererseits mehr als 1.500.000 beträgt, wird die Viskosität des Gummis selbst zu hoch. Daher nimmt die Verarbeitbarkeit während des Knetens ab. Insbesondere ist bevorzugt, dass der spezifische SBR einen Vinylanteil aus dem Butadien von nicht mehr als 45% aufweist. Ein Grund dafür, warum der spezifische SBR nicht weniger als 40 Massenteile ausmachen sollte, ist, dass die vorstehend beschriebenen Effekte der Gummizusammensetzung erhalten werden sollen.
Der spezifische SBR ist kommerziell erhältlich. Beispiele für kommerziell erhältliches spezifisches SBR schließen BUNA VSL 2438-2 HM, das von der LANXESS K.K. Corporation hergestellt wird (gewichtsgemitteltes Molekulargewicht = 1.290.000, Styrolanteil = 41% und dem vorstehend beschriebenen Vinylanteil = 38%) und SLR6430 (Produktname), hergestellt von The Dow Chemical Company (gewichtsgemitteltes Molekulargewicht 1.010.000, Styrolanteil = 41% und dem vorstehend beschriebenen Vinylanteil – 25%), ein.
Neben dem vorstehend beschriebenen spezifischen SBR können dem Diengummi andere Gummis beigemischt werden. Beispiele für andere Gummis schließen natürlichen. Gummi (NR), Isoprengummi (IR), Butadiengummi (BR) und Acrylonitril-Butadien-Copolymergummi (NBR) ein. Die anderen Gummis können allein oder als Kombination von zwei oder mehr Arten derselben verwendet werden. Es gibt keine besonderen Einschränkungen bezüglich des Molekulargewichts oder der Mikrostruktur der anderen Gummis. Die anderen Gummis können beispielsweise mit einer Amin-, Amid-, Silyl-, Alkoxysilyl-, Carboxyl- und einer Hydroxylgruppe an einem Kettenende modifiziert oder epoxidiert sein.
Als anderer Gummi wird bevorzugt BR verwendet. Dies dient dazu, die vorstehend beschriebenen Effekte der Gummizusammensetzung zu erhalten.
(Siliziumdioxid)
Das in der Gummizusammensetzung verwendete Siliziumdioxid (im Folgenden ggf. als „spezifisches Siliziumdioxid” bezeichnet) erfüllt die folgenden Bedingungen (1) bis (4):

Es ist bevorzugt, dass Siliziumdioxid verwendet wird, das alle der vorstehend angegebenen Bedingungen (1) bis (4) erfüllt, um die vorstehend beschriebenen Effekte der Gummizusammensetzung zu erhalten.
Weiter bevorzugte Eigenschaften des spezifischen Siliziumdioxids sind nachstehend angegeben:

(5) eine spezifische Stickstoffadsorptionsoberfläche (N₂SA), die gemäß JIS K6217-2 ermittelt wurde, beträgt 200 bis 225 m²/g;
(6) eine spezifische CTAB-Oberfläche, die gemäß JIS K62 17-3 ermittelt wurde, beträgt 180 bis 210 m²/g;
(7) ein Verhältnis zwischen der spezifischen Stickstoffadsorptionsoberfläche (N₂SA) und der spezifischen CTAB-Oberfläche (spezifische Stickstoffadsorptionsoberfläche (N₂SA)/spezifische CTAB-Oberfläche) beträgt 1,0 bis 1,3; und
(8) eine DBP-Absorption, die gemäß dem Ölabsorptionsverfahren A nach JIS K6217-4 ermittelt wurde, beträgt 195 bis 230 ml/100 g.

Ein Verfahren zum Herstellen des spezifischen Siliziumdioxids, das alle Bedingungen (1) bis (4) erfüllt, ist allgemein bekannt und zum Beispiel in der JP-T-2005-500238 offenbart. Bei dem in diesem Dokument beschriebenen Verfahren wird Silikat mit einem Säuerungsmittel umgesetzt, so dass eine Siliziumdioxidsuspension erhalten wird. Anschließend wird die Suspension abgetrennt und getrocknet.
Dann wird die Siliziumdioxidsuspension, die eine Reaktionsmischung zwischen dem Silikat und dem Säuerungsmittel ist, gemäß dem Verfahren nach den nachstehend beschriebenen kontinuierlich erfolgenden Schritten erhalten:

(i) Bilden einer wässrigen Stammlösung mit einem pH von 2 bis 5 (vorzugsweise von 2,5 bis 5);
(ii) gleichzeitiges Zugeben des Silikats und des Säuerungsmittels zu der Stammlösung, um eine Reaktionsmischung zu bilden, wobei die Zugabe derart ausgeführt wird, dass der pH der Reaktionsmischung auf einem Wert von 2 bis 5 (vorzugsweise von 2,5 bis 5) gehalten wird;
(iii) nach dem Stoppen der Zugabe des Säuerungsmittels Fortsetzen der Zugabe des Silikats zu der Reaktionsmischung, wobei diese Zugabe solange fortgesetzt wird, bis der pH-Wert der Reaktionsmischung einen Wert von 7 bis 10 (vorzugsweise von 7,5 bis 9,5) erreicht;
(iv) nach dem vorhergehenden Schritt (iii), gleichzeitiges Zugeben des Silikats und des Säuerungsmittels zu der Reaktionsmischung, wobei die Zugabe derart ausgeführt wird, dass der pH der Reaktionsmischung auf einem Wert von 7 bis 10 (vorzugsweise von 7,5 bis 9,5) gehalten wird; und
(v) nach dem Stoppen der Zugabe des Silikats, Fortsetzen der Zugabe des Säuerungsmittels zu der Reaktionsmischung, wobei diese Zugabe solange fortgesetzt wird, bis der pH-Wert der Reaktionsmischung nicht mehr als 6 beträgt.

Als spezifisches Siliziumdioxid kann auch ein kommerziell erhältliches Siliziumdioxid verwendet werden. Beispiele hierfür schließen Zeosil Premium 200MP, das von Rhodia hergestellt wird, ein.
Es ist bevorzugt, dass das spezifische Siliziumdioxid eine Breite der Größenverteilung Ld((d84-d16)/d50) von wenigstens 0,91 und ein Verhältnis der Verteilung des Porenvolumens V(d5-d50)/V(d5-d100) von wenigstens 0,66 aufweist. Dies ermöglicht, die vorstehend beschriebenen Effekte der Gummizusammensetzung zu erhalten.
Ein Verfahren zum Messen der Breite der Größenverteilung Ld((d84-d16)/d50) und des Verhältnisses der Verteilung des Porenvolumens V(d5-d50)N(d5-d100) ist allgemein bekannt, und ein solches Verfahren ist in der JP-T-2005-500238 beschrieben. Werte für diese Eigenschaften, die in der vorliegenden Ausführungsform vorgesehen sind, werden gemäß dem in der JP-T-2005-500238 beschriebenen Verfahren gemessen.
Die Breite der Größenverteilung Ld((d84-d16)/d50) wird mittels XDC-Partikelgrößenanalyse unter Verwenden von Zentrifugalsedimentation gemessen.
Für diese Analyse kann eine BI-XDC-(Brookhaven Instruments X Disc Centrifuge)Partikelgrößenanalysiereinrichtung mit Zentrifugalsedimentation, die von der Brookhaven Instruments Corporation verkauft wird, verwendet werden.
Eine Probe, die der Analysiereinrichtung zugeführt wird, wird folgendermaßen zubereitet: Es wird eine Suspension hergestellt, indem 3,2 g Siliziumdioxid und 40 ml deionisiertes Wasser in einen Becher mit schlanker Form gegeben werden. In diese Suspension wird eine 1500-Watt-Branson-Sonde (verwendet mit 60% der maximalen Leistung) eingetaucht. Mit dieser Sonde zersetzt sich die Suspension innerhalb von 20 Minuten.
In einem Speicher der Analysiereinrichtung sind Werte für einen Durchmesser hinterlegt, durch den Partikel mit 16 Gew.-%, mit 50 Gew.-% (oder dem Median) und 84 Gew.-% hindurchpassen. Anhand dieser gespeicherten Werte wird die Breite der Größenverteilung Ld((d84-d16)/d50) berechnet. Hierbei ist dn eine Größe, für die der Durchmesser von n% (Gew.-%) der Partikel, bezogen auf alle Partikel, kleiner als dn ist. Die Breite der Verteilung Ld wird daher aus der kumulativen Partikelgröße aller Partikel berechnet.
Das Verhältnis V(d5-d50)/V(d5-d100) wird anhand der Porosität von Quecksilber gemessen. Die Probe wird folgendermaßen zubereitet: Siliziumdioxid wird für zwei Stunden in einem Ofen bei 200°C vorgetrocknet. Anschließend wird das getrocknete Siliziumdioxid aus dem Ofen genommen und dann für fünf Minuten in einen Testbehälter gegeben. Dann wird beispielsweise eine Drehschieberpumpe verwendet, um das Gas im Testbehälter zu entfernen, so dass das Innere des Behälters evakuiert wird. Der Porendurchmesser wird mit Hilfe eines AUTOPORE III 9420-Micromeritics-Porositätsmessgeräts gemessen. Das heißt, dass der Porendurchmesser durch Einsetzen eines Kontaktwinkels von 140 Grad und einer Oberflächenspannung γ von 484 Dyn/cm (oder N/m) in die Washburn-Gleichung berechnet wird.
V(d5-d50) gibt ein Porenvolumen an, das von einer Pore mit einem Durchmesser zwischen d5 und d50 gebildet wird. V(d5-d100) gibt ein Porenvolumen an, das von einer Pore mit einem Durchmesser zwischen d5 und d100 gebildet wird. Hierbei bezeichnet dn einen Wert, bei dem eine Gesamtoberfläche einer Pore mit einem Durchmesser, der größer als dn ist, n% der Fläche einer Gesamtfläche aller Poren ausmacht. Es wird angemerkt, dass die Gesamtoberfläche aller Poren (S0) anhand der Intrusionskurve von Quecksilber bestimmt wird.
(Mischung aus Fettsäuremetallsalz und Fettsäureester)
Die Gummizusammensetzung enthält eine Mischung aus einem Fettsäuremetallsalz und einem Fettsäureester.
Beispiele für die zu verwendende Fettsäure schließen eine gesättigte oder ungesättigte Fettsäure mit einer Anzahl an Kohlenstoffatomen von 3 bis 30 ein. Genauer gesagt schließen Beispiele hierfür Laurinsäure, Myristinsäure, Palmitinsäure, Stearinsäure, Oleinsäure und Linolsäure ein.
Ein Metall, das zum Bilden eines Salzes dieser Fettsäuren verwendet wird, ist wenigstens ein Metall, das ausgewählt ist aus K, Ca, Na, Mg, Co, Ni, Ba, Fe, Al, Cu und Mn. Insbesondere werden bevorzugt K und Ca verwendet. Um die vorstehend beschriebenen Effekte der Gummizusammensetzung zu erhalten, ist bevorzugt, dass kein Zinksalz als Fettsäuremetallsalz verwendet wird.
Beispiele für ein Veresterungsprodukt, das verwendet werden kann, schließen einen niederen Alkohol mit einer Anzahl an Kohlenstoffatomen von nicht mehr als 10 ein.
Das Fettsäuremetallsalz und der Fettsäureester können als einzelne Bestandteile oder als Kombination aus zwei oder mehr Bestandteilen verwendet werden.
(Füllmaterial)
Neben dem vorstehend beschriebenen Siliziumdioxid können der Gummizusammensetzung verschiedene Füllmaterialien beigemischt werden. Es bestehen keine besonderen Einschränkungen hinsichtlich des zu verwendenden Füllmaterials. Ein geeignetes Füllmaterial kann entsprechend einem bestimmten Zweck ausgewählt werden. Beispiele für das Füllmaterial, das verwendet werden kann, schließen Ruß und ein anorganisches Füllmaterial ein. Beispiele für das anorganische Füllmaterial schließen Ton, Talk und Calciumcarbonat ein.
(Mischungsanteile der Gummizusammensetzung)
In der Gummizusammensetzung werden 60 bis 110 Massenteile des spezifischen Siliziumdioxids, bezogen auf 100 Massenteile des Diengummis, und eine Mischung aus dem Fettsäuremetallsalz (außer einem Zinksalz) und dem Fettsäureester mit einem Massenanteil von 2 bis 8 Massenprozent, bezogen auf das spezifische Siliziumdioxid, miteinander vermischt.
Wenn der Mischungsanteil des spezifischen Siliziumdioxids weniger als 60 Massenteile beträgt, ist die Zugabemenge zu klein und infolgedessen ist es nicht leicht, die vorstehend angegebenen Effekte der Gummizusammensetzung zu erreichen. Im Gegensatz dazu verschlechtert sich das Leistungsvermögen eines Reifens hinsichtlich des Kraftstoffverbrauchs, wenn der Mischungsanteil mehr als 110 Massenteile beträgt.
Wenn der Mischungsanteil der Mischung aus dem Fettsäuremetallsalz und dem Fettsäureester weniger als 2 Massenprozent beträgt, ist die Zugabemenge zu klein und infolgedessen ist es nicht leicht, die vorstehend angegebenen Effekte der Gummizusammensetzung zu erreichen. Im Gegensatz dazu verschlechtern sich die physikalischen Eigenschaften der Gummizusammensetzung nach der Vulkanisation, wenn der Mischungsanteil mehr als 8 Massenprozent beträgt.
Eine weiter bevorzugte Menge des spezifischen Siliziumdioxids in der Mischung beträgt 65 bis 100 Massenteile, bezogen auf 100 Massenteile des Diengummis.
Eine weiter bevorzugte Menge der Mischung aus dem Fettsäuremetallsalz und dem Fettsäureester in der Mischung beträgt 3 bis 7 Massenprozent, bezogen auf das spezifische Siliziumdioxid.
Der Gummizusammensetzung können neben den vorstehend beschriebenen Bestandteilen verschiedene Arten an Additiven, die allgemein einer Gummizusammensetzung für eine Reifenlauffläche beigemischt werden, wie beispielsweise ein Vulkanisations- oder Vernetzungsmittel, ein Vulkanisations- oder Vernetzungsbeschleuniger, verschiedene Arten von Ölen, ein Antioxidationsmittel und ein Weichmacher, beigemischt werden. Solche Additive können entsprechend einem allgemeinen Verfahren geknetet werden, um eine Zusammensetzung zu erhalten, die zur Vulkanisation oder Vernetzung eingesetzt werden kann. Die Menge dieser Additive in der Mischung kann eine gewöhnlich in einer Mischung verwendete Menge sein, solange die vorstehend beschriebenen Effekte der Gummizusammensetzung erhalten werden können.
Die Gummizusammensetzung kann zur Herstellung eines Luftreifens gemäß einem gewöhnlichen Verfahren zum Herstellen eines Luftreifens verwendet werden.
[Beispiele]
Im Folgenden werden die Zusammensetzung und der Effekt der Gummizusammensetzung mit Hilfe von Beispielen und Vergleichsbeispielen beschrieben. Es wird angemerkt, dass die Gummizusammensetzung nicht auf die nachfolgend beschriebenen Beispiele beschränkt ist.
Zubereitung der Beispiele 1 bis 4 und der Vergleichsbeispiele 1 bis 7
In den Beispielen und Vergleichsbeispielen wurde eine Probe der Gummizusammensetzung für eine Reifenlauffläche hergestellt. Tabelle 1 zeigt einen Bestandteil und dessen Menge in der Mischung (Massenteile) in den Beispielen und Vergleichsbeispielen. Die Proben in den Beispielen und den Vergleichsbeispielen wurden folgendermaßen hergestellt: zunächst wurden Bestandteile, die nicht Teil des Vulkanisationssystems sind (Vulkanisationsbeschleuniger und Schwefel), fünf Minuten lang unter Verwenden eines Banbury-Mischers mit einem Innenvolumen von 1,7-Liter geknetet. Hierbei wurde eine nicht-vulkanisierte Gummizusammensetzung erhalten. Anschließend wurde die nicht-vulkanisierte Gummizusammensetzung aus dem Mischer genommen und bei Raumtemperatur abgekühlt. Sodann wurde die abgekühlte, nicht-vulkanisierte Gummizusammensetzung erneut in den Banbury-Mischer eingebracht und geknetet, wobei ein Vulkanisationssystem zugegeben wurde. Auf diese Weise wurden die Proben für die Beispiele und die Vergleichsbeispiele erhalten.
Die nicht-vulkanisierten Gummizusammensetzungen, die zu den entsprechenden Beispielen und Vergleichsbeispielen gehören, wurden jeweils den nachstehend beschriebenen Messversuchen unterzogen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 angegeben.
Messung einer Vulkanisationsgeschwindigkeit: eine Vulkanisationsdauer (T30) der resultierenden nicht-vulkanisierten. Gummizusammensetzung wurde gemäß JIS K6300-2 gemessen. Bei dieser Messung wurde ein rotorloses Vulkanometer zum Ermitteln einer Vulkanisationskurve, die eine Beziehung zwischen einem bei einer Temperatur von 160°C erhaltenen Drehmoment und einer Vulkanisationszeit angibt, verwendet. Dann wurde die Vulkanisationszeit (T30) gemessen, die benötigt wird, um 30% des maximalen Drehmoments zu erreichen. In Tabelle 1 ist die Vulkanisationsgeschwindigkeit ein relativer Wert, wenn ein Wert des Vergleichsbeispiels 1 als 100 indexiert wird. Je größer der Index, desto größer ist die Vulkanisationsgeschwindigkeit.
Messung von tanδ (60°C): jede nicht-vulkanisierte Gummizusammensetzung wurde 20 Minuten lang bei 160°C in einer Form mit einer Abmessung von 15 × 15 × 0,2 cm vulkanisiert, um eine vulkanisierte Gummifolie herzustellen. Eine physikalische Eigenschaft (tanδ) dieser vulkanisierten Gummifolien wurde gemäß der nachstehend beschriebenen Testmethodik gemessen. Es wurde ein Spektrometer zum Messen des tanδ verwendet (Verformung zu Beginn: 10%, Amplitude: ±2%; Frequenz: 20 Hz; Umgebungstemperatur: 60°C). In Tabelle 1 ist tanδ ein relativer Wert, wenn ein Wert des Vergleichsbeispiels 1 als 100 indexiert wird. Je größer der Index, desto ausgezeichneter ist das Leistungsvermögen hinsichtlich des Kraftstoffverbrauchs aufgrund des verringerten Wärmeaufbaus.
Messung der Bruchfestigkeit: jede nicht-vulkanisierte Gummizusammensetzung wurde 20 Minuten lang bei 160°C in einer Form mit einer Abmessung von 15 × 15 × 0,2 cm vulkanisiert, um eine vulkanisierte Gummifolie herzustellen. Eine physikalische Eigenschaft (Bruchfestigkeit) dieser vulkanisierten Gummifolien wurde unter Verwenden der nachstehend beschriebenen Testmethodik gemäß JIS K6251 gemessen. Es wurde eine hantelförmige Probe Nr. 3, die jeweils aus der vulkanisierten Gummifolie hergestellt worden war, vorbereitet und die Bruchfestigkeit wurde unter den folgenden Bedingungen gemessen: 23°C; Dehnungsgeschwindigkeit: 500 mm/Minute. In Tabelle 1 ist die Bruchfestigkeit ein relativer Wert, wenn ein Wert des Vergleichsbeispiels 1 als 100 indexiert wird. Je größer der Index, desto größer ist die Bruchfestigkeit.
Messung des Payne-Effekts (G'): G' (0,56%) jeder nicht-vulkanisierten Gummizusammensetzung wurde mittels RPA2000 gemäß ASTM P6204 gemessen. In Tabelle 1 ist der Payne-Effekt (G') ein relativer Wert, wenn ein Wert des Vergleichsbeispiels 1 als 100 indexiert wird. Je größer der Index, desto größer ist die Dispergierbarkeit des Siliziumdioxids.
Messung des Haftvermögens bei nassen Verhältnissen: es wurden Reifen der Größe 235/55R17 mit einem Laufflächenteil hergestellt, die jeweils die Gummizusammensetzung (der Beispiele und der Vergleichsbeispiele) nach deren Vulkanisation enthalten. Diese Reifen wurden der Reihe nach an einem Fahrzeug befestigt, das einen Hubraum von 2300 cc aufwies und mit einem Antiblockiersystem (ABS) ausgestattet war. Der Luftdruck der Vorder- und Hinterreifen wurde jeweils auf 220 kPa eingestellt. Dann wurde das Auto auf einer Asphaltstraße gefahren, die derart mit Wasser besprüht worden war, dass eine Wassertiefe von 2 bis 3 mm erzeugt wurde. Der erforderliche Bremsweg für eine Fahrtgeschwindigkeit von 100 km/Stunde wurde als Haftvermögen bei nassen Verhältnissen gemessen. In Tabelle 1 ist das Haftvermögen bei nassen Verhältnissen ein relativer Wert, wenn ein Wert des Vergleichsbeispiels 1 als 100 indexiert wird. Je größer der Index ist, desto kürzer ist der Bremsweg und desto hervorragender ist daher das Haftvermögen bei nassen Verhältnissen.

*1: SBR1: hergestellt von LANXESS K.K. Corporation, BUNA VSL 2438-2 HM (gewichtsgemitteltes Molekulargewicht = 1.290.000, Styrolanteil = 41% und Vinylanteil = 38%);
*2: SBR *2: hergestellt von The Dow Chemical Company; Produktname: SLR6430 (gewichtsgemitteltes Molekulargewicht = 1.010.000, Styrolanteil = 41% und Vinylanteil = 25%);
*3: SBR3: hergestellt von Asahi Kasei Corporation; Produktname: Tufden 3835 (gewichtsgemitteltes Molekulargewicht = 760.000, Styrolanteil = 39% und Vinylanteil = 45%);
*4: SBR4: hergestellt von Sumitomo Chemical Co., Ltd.; Produktname: SE6372 (gewichtsgemitteltes Molekulargewicht = 1.010.000, Styrolanteil = 34% und Vinylanteil = 61%);
*5: BR: hergestellt von ZEON CORPORATION, Nipol 1220;
*6: spezifisches Siliziumdioxid: hergestellt von Rhodia; Zeosil Premium 200MP (spezifische Stickstoffadsorptionsoberfläche (N₂SA) = 215 m²/g; spezifische CTAB-Oberfläche = 200 m²/g, DBP-Absorption = 203 ml/100 g; Breite der Größenverteilung Ld((d84-d16)/d50) = 1,0; V(d5-d50)/V(d5-d100) = 0,71;
*7: Vergleichs-Siliziumdioxid: hergestellt von Rhodia; 1165MP (spezifische Stickstoffadsorptiansoberfläche (N₂SA) = 163 m²/g; spezifische CTAB-Oberfläche = 159 m²/g, DBP-Absorption = 202 ml/100 g;
*8: Ruß: hergestellt von Cabot Japan K.K.; Shoblack N339;
*9: Mischung A: hergestellt von Schill & Seilacher GmbH; Struktol HT207 (Mischung von Fettsäurekalium und Fettsäureester);
*10: Mischung B: hergestellt von Schill & Seilacher GmbH; Produktname: EF44 (Mischung von Fettsäurezink und Fettsäureester);
*11: Zinkoxid: drei Arten Zinkoxid, hergestellt von Seido Chemical Industry Co., Ltd.:
*12: Stearinsäure: hergestellt von NOF Corporation; Stearinsäurekügelchen NY;
*13: Antioxidationsmittel: hergestellt von Flexsys; Santoflex 6PPD;
*14: Wachs: hergestellt von Ouchi Shinko Chemical Industrial Co., Ltd.; Sunnoc;
*15: Silan-Kopplungsmittel: hergestellt von Evonik Degussa Japan Co., Ltd.; Si69;
*16: aromatisches Öl: hergestellt von Showa Shell Sekiyu K.K.; Extra Nr. 4S;
*17: Schwefel: hergestellt von Tsurumi Chemical Industry Co., Ltd.; ölhaltiges Schwefelpulver mit dem Markennamen Gold Flower;
*18: Vulkanisationsbeschleuniger (CBS): hergestellt von Flexsys; SANTOCURE CBS;
*19: Vulkanisationsbeschleuniger (DPG): hergestellt von Sumitomo Chemical Co., Ltd.; Soxinol DG
Die Gummizusammensetzungen für die Reifenlauffläche aus den Beispielen 1 bis 4 werden durch Mischen einer bestimmten Menge Siliziumdioxid mit spezifischen Eigenschaften und einer größeren spezifischen Oberfläche und einer bestimmten Menge einer Mischung aus einem spezifischen Fettsäuremetallsalz und einem Fettsäureester mit einem Diengummi, der eine bestimmte Menge an Styrol-Butadien-Copolymergummi enthält, das ein bestimmtes Molekulargewicht und einen bestimmten Styrolanteil aufweist, gebildet. Wie aus der vorstehend angegebenen Tabelle 1 ersichtlich ist, ist ein Dispersionszustand des verwendeten Siliziumdioxids mit einer größeren spezifischen Oberfläche bei den Gummizusammensetzungen aus den Beispielen im Vergleich zu der Gummizusammensetzung aus Vergleichsbeispiel 1, das das Referenzbeispiel ist, gut. Des Weiteren ist in den Beispielen die Vulkanisationsgeschwindigkeit gut und das Haftvermögen bei nassen Verhältnissen und das Leistungsvermögen hinsichtlich des Kraftstoffverbrauchs sind erheblich verbessert.
Zum anderen wird in Vergleichsbeispiel 2, ähnlich wie in den Beispielen, das spezifische Siliziumdioxid beigemischt. Das gewichtsgemittelte Molekulargewicht (760.000) des beigemischten SBR3 liegt jedoch nicht im Bereich von 900.000 und 1.500.000. Ferner wird in Vergleichsbeispiel 2 Zinksalz als Fettsäuremetallsalz beigemischt. Die Dispergierbarkeit des Siliziumdioxids in Vergleichsbeispiel 2 nimmt daher ab und die Vulkanisationsgeschwindigkeit ist gering. Infolgedessen wurden das Haftvermögen bei nassen Verhältnissen und das Leistungsvermögen hinsichtlich des Kraftstoffverbrauchs kaum verbessert.
In Vergleichsbeispiel 3 wurden, ähnlich wie in den Beispielen, das spezifische Siliziumdioxid und die Mischung aus dem Fettsäuremetallsalz und dem Fettsäureester miteinander vermischt. Das gewichtsgemittelte Molekulargewicht (760.000) des beigemischten SBR3 liegt jedoch nicht in dem Bereich von 900.000 bis 1.500.000. In Vergleichsbeispiel 3 ist die Dispergierbarkeit des Siliziumdioxids daher unzureichend und die Vulkanisationsgeschwindigkeit ist gering. Es wurde daher weder eine erhebliche Verbesserung des Haftvermögens bei nassen Verhältnissen noch eine erhebliche Verbesserung bezüglich des Leistungsvermögens hinsichtlich des Kraftstoffverbrauchs festgestellt.
In Vergleichsbeispiel 4 wurde der Styrol-Butadien-Copolymergummi, der ein bestimmtes Molekulargewicht und einen bestimmten Styrolanteil aufweist, mit dem spezifischen Siliziumdioxid gemischt. In Vergleichsbeispiel 4 wurde jedoch Zinksalz als Fettsäuremetallsalz beigemischt. Die Dispergierbarkeit des Siliziumdioxids nimmt daher ab und die Vulkanisationsgeschwindigkeit ist gering. Es wurde daher weder eine erhebliche Verbesserung des Haftvermögens bei nassen Verhältnissen noch eine erhebliche Verbesserung bezüglich des Leistungsvermögens hinsichtlich des Kraftstoffverbrauchs festgestellt.
Obwohl in Vergleichsbeispiel 5 SBR1 oder spezifisches SBR untergemischt wurden, beträgt die Menge in der Mischung (35 Massenteile) weniger als 40 Massenteile. In Vergleichsbeispiel 5 nimmt daher die Dispergierbarkeit des Siliziumdioxids ab und die Vulkanisationsgeschwindigkeit ist gering. Es wurde daher weder eine erhebliche Verbesserung des Haftvermögens bei nassen Verhältnissen noch eine erhebliche Verbesserung bezüglich des Leistungsvermögens hinsichtlich des Kraftstoffverbrauchs festgestellt.
In Vergleichsbeispiel 6 beträgt die Höhe des Massenverhältnisses der Mischung aus dem Fettsäuremetallsalz und dem Fettsäureester, bezogen auf das spezifische Siliziumdioxid, mehr als 8 Massenprozent (etwa 8,6 Massenprozent). In Vergleichsbeispiel 6 nimmt daher die Bruchfestigkeit ab. Es wurde daher weder eine erhebliche Verbesserung des Haftvermögens bei nassen Verhältnissen noch eine erhebliche Verbesserung bezüglich des Leistungsvermögens hinsichtlich des Kraftstoffverbrauchs festgestellt.
In Vergleichsbeispiel 7 liegt der Styrolanteil (34%) des beigemischten SBR4 nicht in dem Bereich von 35 bis 45%. Die Dispergierbarkeit des Siliziumdioxids nimmt daher ab und die Vulkanisationsgeschwindigkeit ist gering. Es wurde daher weder eine erhebliche Verbesserung des Haftvermögens bei nassen Verhältnissen noch eine erhebliche Verbesserung bezüglich des Leistungsvermögens hinsichtlich des Kraftstoffverbrauchs festgestellt.
Wie vorstehend beschrieben wurde, werden in der Gummizusammensetzung für eine Reifenlauffläche gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung eine bestimmte Menge Siliziumdioxid mit bestimmten Eigenschaften und einer größeren spezifischen Oberfläche und eine bestimmte Menge einer spezifischen Mischung mit einem spezifischen Diengummi vermischt. Ferner ist der spezifische Diengummi ein Diengummi, der eine bestimmte Menge eines Styrol-Butadien-Copolymergummis mit einem bestimmten Molekulargewicht und einem bestimmten Styrolanteil enthält. Daneben ist die spezifische Mischung eine Mischung von einem Fettsäuremetallsalz und einem Fettsäureester. Da die Gummizusammensetzung für die Reifenlauffläche eine solche Zusammensetzung besitzt, weist die Zusammensetzung – obwohl sie Siliziumdioxid mit einer größeren spezifischen Oberfläche enthält – einen guten Dispersionszustand des Siliziumdioxids und eine gute Vulkanisationsgeschwindigkeit auf. Die Gummizusammensetzung für die Reifenlauffläche zeigt daher ein gutes Haftvermögen bei nassen Verhältnissen und ein gutes Leistungsvermögen hinsichtlich des Kraftstoffverbrauchs.
Obwohl die Erfindung ausführlich veranschaulicht und beschrieben wurde, dient die vorstehende Beschreibung in all ihren Aspekten lediglich der Veranschaulichung und soll keine Einschränkung darstellen. Es wird daher verstanden, dass verschiedene Modifikationen und Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem eigentlichen Sinn und Umfang der Erfindung abzuweichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2010-122390 [0001]
JP 2005-500238 [0004, 0026, 0030, 0030]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

JIS K6217-2 [0007]
JIS K6217-3 [0007]
JIS K6217-4 [0007]
JIS K6217-2 [0023]
JIS K6217-3 [0023]
JIS K6217-4 [0023]
JIS K6217-2 [0025]
JIS K62 17-3 [0025]
JIS K6217-4 [0025]
JIS K6300-2 [0053]
JIS K6251 [0055]
ASTM P6204 [0056]

Claims

Gummizusammensetzung für eine Reifenlauffläche, enthaltend: 100 Massenteile Diengummi; 60 bis 110 Massenteile eines spezifischen Siliziumdioxids; und eine Mischung aus einem Fettsäuremetallsalz (außer einem Zinksalz) und einem Fettsäureester, wobei der Massenanteil, bezogen auf das spezifische Siliziumdioxid, 2 bis 8 Massenprozent beträgt und wobei der Diengummi nicht weniger als 40 Massenteile eines in Lösung polymerisierten Styrol-Butadien-Copolymergummis enthält, wobei der in Lösung polymerisierte Styrol-Butadien-Copolymergummi ein gewichtsgemitteltes Molekulargewicht von 900.000 bis 1.500.000 und einen Styrolanteil von 35 bis 45% aufweist, und wobei das spezifische Siliziumdioxid die folgenden Bedingungen (1) bis (4) erfüllt: (1) eine spezifische Stickstoffadsorptionsoberfläche (N₂SA), die gemäß JIS K6217-2 ermittelt wurde, beträgt 194 bis 225 m²/g; (2) eine spezifische CTAB-Oberfläche, die gemäß JIS K6217-3 ermittelt wurde, beträgt 170 bis 210 m²/g; (3) ein Verhältnis zwischen der spezifischen Stickstoffadsorptionsoberfläche (N₂SA) und der spezifischen CTAB-Oberfläche (spezifische Stickstoffadsorptionsoberfläche (N₂SA)/spezifische CTAB-Oberfläche) beträgt 0,9 bis 1,4; und (4) eine DBP-Absorption, die gemäß dem Ölabsorptionsverfahren A nach JIS K6217-4 ermittelt wurde, beträgt nicht weniger als 190 ml/100 g.
Gummizusammensetzung für eine Reifenlauffläche nach Anspruch 1, wobei der Vinylanteil aus dem Butadien in dem in Lösung polymerisierten Styrol-Butadien-Copolymergummi nicht größer als 45% ist.
Gummizusammensetzung für eine Reifenlauffläche nach Anspruch 1, wobei der Diengummi wenigstens einen Gummi enthält, der ausgewählt ist aus natürlichem Gummi, Isoprengummi, Butadiengummi und Acrylonitril-Butadien-Copolymergummi.
Gummizusammensetzung für eine Reifenlauffläche nach Anspruch 1, wobei die spezifische Stickstoffadsorptionsoberfläche (N₂SA) in dem spezifischen Siliziumdioxid 200 bis 225 m²/g beträgt.
Gummizusammensetzung für eine Reifenlauffläche nach Anspruch 1, wobei die spezifische CTAB-Oberfläche in dem spezifischen Siliziumdioxid 180 bis 210 m²/g beträgt.
Gummizusammensetzung für eine Reifenlauffläche nach Anspruch 1, wobei das Verhältnis zwischen der spezifischen Stickstoffadsorptionsoberfläche (N₂SA) und der spezifischen CTAB-Oberfläche in dem spezifischen Siliziumdioxid 1,0 bis 1,3 beträgt.
Gummizusammensetzung für eine Reifenlauffläche nach Anspruch 1, wobei die DBP-Absorption in dem spezifischen Siliziumdioxid 195 bis 230 ml/100 g beträgt.
Gummizusammensetzung für eine Reifenlauffläche nach Anspruch 1, wobei eine Menge des spezifischen Siliziumdioxids in der Mischung 65 bis 100 Massenteile beträgt.
Gummizusammensetzung für eine Reifenlauffläche nach Anspruch 1, wobei ein Massenanteil der Mischung aus dem Fettsäuremetallsalz und dem Fettsäureester, bezogen auf das spezifische Siliziumdioxid, 3 bis 7 Massenprozent beträgt.
Luftreifen, enthaltend die Gummizusammensetzung für eine Reifenlauffläche gemäß Anspruch 1.