DE102015224066A1

DE102015224066A1 - Kautschukzusammensetzung für einen Reifen und pneumatischer Reifen

Info

Publication number: DE102015224066A1
Application number: DE102015224066.5A
Authority: DE
Inventors: Fumihiko Nakamura
Original assignee: Toyo Tire and Rubber Co Ltd
Current assignee: Toyo Tire Corp
Priority date: 2014-12-16
Filing date: 2015-12-02
Publication date: 2016-06-16
Anticipated expiration: 2035-12-03
Also published as: DE102015224066B4; CN105694125B; US20160168364A1; JP2016113560A; JP6584773B2; CN105694125A

Abstract

Ein Anstieg der Härte des Gummis mit dem Verlauf der Zeit wird unterdrückt und aufgrund poröser Celluloseteilchen wird verhindert, dass das hervorragende Leistungsvermögen auf Eis verringert wird. Die Kautschukzusammensetzung für einen Reifen wird offenbart, welche 100 Massenteile einer Kautschukkomponente mit einem Dien-Kautschuk, 0,3 bis 20 Massenteile an porösen Celluloseteilchen mit einer Porosität von 75 bis 95% und 1 bis 30 Massenteile an einem Polymergel aufweist, welches vernetzte Dienpolymerpartikel ist, die eine funktionelle Gruppe aufweisen, welche ein Heteroatom enthält. Ferner wird ein pneumatischer Reifen mit einer Lauffläche offenbart, welche die Kautschukzusammensetzung enthält.

Description

Querverweis auf in Bezug stehende Anmeldungen
Die vorliegende Anmeldung basiert auf der und beansprucht die Priorität der früheren japanischen Patentanmeldung mit der Nummer 2014-254227 , welche am 16. Dezember 2014 eingereicht worden ist. Deren gesamter Inhalt wird hiermit durch Bezugnahme in die vorliegende Anmeldung aufgenommen.
Hintergrund
1. Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Kautschukzusammensetzung, welche für eine Verwendung in einem Reifen geeignet ist, und auf einen pneumatischen Reifen, welcher die Kautschukzusammensetzung verwendet.
2. Stand der Technik
Es gibt einen Reifen wie zum Beispiel einen Reifen ohne Spikes, bei welchem ein Laufleistungsvermögen auf einer mit Eis bedeckten Straßenoberfläche (das heißt ein Leistungsvermögen auf Eis) erforderlich ist. Um bei einem solchen Reifen die Haftungseigenschaft an einer mit Eis bedeckten Straßenoberfläche zu verbessern, indem die Lauffläche eine Flexibilität bei niedriger Temperatur aufweist, wird die Härte des Kautschuks auf eine geringer Härte eingestellt, indem ein Dien-Kautschuk mit einer niedrigen Glasübergangstemperatur für eine Kautschukzusammensetzung verwendet wird, welche für die Lauffläche verwendet wird. Darüber hinaus ist es bekannt, um die Reibungskraft auf dem Eis zu erhöhen, eine pflanzliches Granulat hinzuzufügen, welches durch ein Pulverisieren von Samenschalen oder Fruchtkerne erhalten worden ist, oder ein Bambus-Kohle-Pulver hinzuzufügen, das eine Wasserschicht auf dem Eis entfernt.
Als ein Verfahren das Leistungsvermögen auf Eis zu verbessern, offenbart die JP 2011-012110 A poröse Celluloseteilchen, welche eine Porosität von 75 bis 95% aufweisen, einem Laufflächenkautschuk hinzuzufügen. Dadurch kann das Leistungsvermögen auf Eis verbessert werden, während eine Abnahme der Abriebfestigkeit unterdrückt werden kann, indem die porösen Celluloseteilchen dem Laufflächenkautschuk hinzugefügt werden. Wenn allerdings das Gummi durch Veränderungen im Laufe der Jahre hart geworden ist, wird das Leistungsvermögen auf Eis verschlechtert. Wirksame Maßnahmen zur Unterdrückung der Änderung der Härte des Gummis aufgrund des Verlaufes der Zeit sind bei einem System mit porösen Celluloseteilchen herkömmlich noch nicht bekannt.
Die JP 2008-024792 A offenbart, dass ein Polymer-Gel, das ein vernetztes Dienpolymer ist, welches einen niedrigen Glasübergangspunkt aufweist, einer Kautschukzusammensetzung für eine Lauffläche eines Winterreifens hinzugefügt wird. Jedoch wird in dieser Patentschrift das Polymergel hinzugefügt, um das Leistungsvermögen auf Eis durch die Verbesserung der Haftreibungskraft zu verbessern, und es wird nicht offenbart, dass eine Härteänderung des Gummis aufgrund des Verlaufes der Zeit unterdrückt werden kann, indem das Polymer-Gel einem System hinzugefügt wird, welches poröse Celluloseteilchen aufweist.
Die JP 2010-248282 A offenbart, dass das Gewicht eines Reifens verringert werden soll, während die Eigenschaften einer Verstärkung und einer geringen Wärmeentwicklung aufrecht erhalten werden, indem ein Polymer-Gel, welches einen hohen Glasübergangspunkt aufweist, zusammen mit einem Lignin-Derivat verwendet wird, und weiterhin offenbart sie, dass das Lignin-Derivat ein Saccharid wie zum Beispiel eine Zellulose enthalten kann. Weiterhin offenbart die WO 2008/132061 A2 ( US 2010/197829 A1 ) eine Kautschukzusammensetzung, die ein Polymer-Gel enthält, das eine Hydroxylgruppe aufweist, und ferner offenbart sie, dass eine Cellulose als ein optionaler Füllstoff verwendet werden kann. Jedoch ist die Cellulose, welche in diesen Patentschriften beschriebenen worden ist, nicht poröse Celluloseteilchen, die zur Verbesserung des Leistungsvermögens auf Eis beitragen, und diese Patentschriften schlagen nicht eine kombinierte Verwendung von porösen Celluloseteilchen und einem Polymer-Gel vor.
Wie oben beschrieben wurde, ist nicht nur die Verbesserung des anfänglichen Leistungsvermögens auf Eis, sondern auch eine Unterdrückung der Veränderung des Leistungsvermögens auf Eis über den Verlauf der Zeit erforderlich, aber das herkömmliche Verfahren ist nicht ausreichend, um diesen Anforderungen zu entsprechen, und eine weitere Verbesserung ist erforderlich.
Zusammenfassung
In Hinblick auf das obige Ausführungen ist es eine Aufgabe des Ausführungsbeispiels, eine Kautschukzusammensetzung für einen Reifen bereit zu stellen, welche die Zunahme der Härte des Gummis mit dem Verlauf der Zeit unterdrücken kann und welche die Verringerung des ausgezeichneten Leistungsvermögens auf Eis durch poröse Celluloseteilchen unterdrücken kann.
Die Kautschukzusammensetzung für einen Reifen nach dem Ausführungsbeispiel weist 100 Massenteile einer Kautschukkomponente mit einem Dien-Kautschuk, 0,3 bis 20 Massenteile an porösen Celluloseteilchen, welche eine Porosität von 75 bis 95% aufweisen, und 1 bis 30 Teile Massenanteile eines Polymer-Gels auf, welches vernetzte Dienpolymerpartikel sind, welche eine funktionellen Gruppe aufweisen, die ein Heteroatom enthält.
Der pneumatische Reifen nach dem Ausführungsbeispiel weist eine Lauffläche auf, welche die Kautschukzusammensetzung enthält.
Nach dem Ausführungsbeispiel kann bei dem System einer Kautschukzusammensetzung, welches die porösen Celluloseteilchen enthält, wenn das Polymer-Gel weiter hinzugefügt wird, die Erhöhung der Härte des Gummis mit dem Verlauf der Zeit unterdrückt werden, und es kann aufgrund der porösen Celluloseteilchen verhindert werden, dass das ausgezeichnete Leistungsvermögen auf Eis mit dem Verlauf der Zeit verringert wird.
Ausführliche Beschreibung
Die Kautschukzusammensetzung nach dem Ausführungsbeispiel enthält eine Kautschukkomponente, welcher einen Dien-Kautschuk mit daran hinzugefügten porösen Celluloseteilchen und ein Polymer-Gel mit einer funktionellen Gruppe aufweist.
Die Beispiele für den Dien-Kautschuk, welcher als eine Kautschukkomponente verwendet wird, enthalten verschiedene Dien-Kautschuke, welche im Allgemeinen bei einer Kautschukzusammensetzung für eine Reifenlauffläche verwendet werden, wie zum Beispiel einen Naturkautschuk (NR), einen Polyisopren-Kautschuk (IR), einen Polybutadien-Kautschuk (BR), einen Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR), einen Styrol-Isopren-Copolymer-Kautschuk, einen Butadien-Isopren-Copolymer-Kautschuk oder einen Styrol-Isopren-Butadien-Copolymer-Kautschuk. Diese Dien-Kautschuke können in jeder einer Art allein oder als Mischungen von zwei oder mehr Arten verwendet werden. Das Polymer-Gel ist nicht in der Kautschukkomponente enthalten.
Als die Kautschukkomponente wird eine Mischung aus einem Naturkautschuk und einem anderen Dien-Kautschuk bevorzugt verwendet, und eine Mischung aus einem Naturkautschuk (NR) und einem Polybutadien-Kautschuk (BR) wird besonders bevorzugt verwendet. Obwohl es nicht besonders beschränkt ist, ist unter Berücksichtigung eines Gleichgewichts zwischen den Eigenschaften bei niedrigen Temperaturen der Kautschukzusammensetzung und der Verarbeitbarkeit und der Reißfestigkeit ein Verhältnis zwischen dem Naturkautschuk und dem anderen Dien-Kautschuk so, dass das Verhältnis von NR zu BR als Verhältnis der Massen bevorzugt von 30 zu 70 bis 80 zu 20 ist, und es kann auch 40 zu 60 bis 70 zu 30 sein.
Die porösen Celluloseteilchen sind Celluloseteilchen mit einer porösen Struktur, welche eine Porosität von 75 bis 95% aufweisen, und wenn die porösen Celluloseteilchen der Kautschukzusammensetzung hinzugefügt werden, kann das Leistungsvermögen auf Eis bemerkenswert verbessert werden. Wenn die Porosität der porösen Celluloseteilchen 75% oder mehr beträgt, ist die Wirkung der Verbesserung des Leistungsvermögens auf Eis ausgezeichnet. Wenn andererseits die Porosität 95% oder weniger beträgt, kann die Stärke der Teilchen erhöht werden kann. Die Porosität beträgt bevorzugt 80 bis 90%.
Die Porosität der porösen Celluloseteilchen kann aus der folgenden Formel erhalten werden, indem das Volumen einer bestimmten Masse einer Probe (das heißt die porösen Celluloseteilchen) mit einem Messzylinder gemessen wird und eine spezifischen Dichte der Probe erhalten wird. Porosität (%) = {1 – (spezifische Massendichte [g/ml] der Probe)/(wahre spezifische Dichte [g/ml] der Probe)} × 100
Die wahre spezifische Dichte der Cellulose beträgt 1,5.
Der Teilchendurchmesser der porösen Celluloseteilchen ist nicht besonders beschränkt, aber unter dem Gesichtspunkt der Abriebfestigkeit werden poröse Celluloseteilchen, welche einen durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 1000 μm oder weniger aufweisen, bevorzugt verwendet. Die untere Grenze des durchschnittlichen Teilchendurchmessers ist nicht besonders beschränkt, aber bevorzugt beträgt er 5 μm oder mehr. Der durchschnittliche Teilchendurchmesser beträgt besonders bevorzugt 100 bis 800 μm und noch stärker bevorzugt beträgt er 200 bis 800 μm.
Kugelförmige Teilchen, welche ein Verhältnis des langen Durchmessers zu dem kurzen Durchmesser von 1 bis 2 aufweisen, werden bevorzugt als die porösen Celluloseteilchen eingesetzt. Wenn die Teilchen, welche eine solche kugelförmige Struktur aufweisen, verwendet werden, wird die Dispergierbarkeit der Teilchen in der Kautschukzusammensetzung verbessert, und dies kann dazu beitragen, das Leistungsvermögen auf Eis zu verbessern und die Abriebfestigkeit zu erhalten. Das Verhältnis des langen Durchmessers zu dem kurzen Durchmesser ist bevorzugt von 1,0 bis 1,5.
Der durchschnittliche Teilchendurchmesser der porösen Celluloseteilchen und das Verhältnis von dem langen Durchmesser zu dem kurzen Durchmesser derselben werden wie folgt erhalten. Die porösen Celluloseteilchen werden mit einem Mikroskop betrachtet, um ein Bild zu erhalten. Mittels des Bildes werden die langen Durchmesser und die kurzen Durchmesser (in dem Fall, dass der lange Durchmesser und der kurze Durchmesser gleich sind, eine Länge in einer bestimmten Achsenrichtung und eine Länge in einer Achsenrichtung, welche senkrecht zu der bestimmten Achsenrichtung ist) bei 100 Teilchen gemessen und deren Mittelwert wird berechnet. Somit wird der durchschnittliche Teilchendurchmesser erhalten. Weiterhin wird das Verhältnis von dem langen Durchmesser zu dem kurzen Durchmesser von dem Mittelwert der Werte erhalten, indem der lange Durchmesser durch den kurzen Durchmesser dividiert wird.
Die porösen Celluloseteilchen sind als ”VISCOPEARL” von der Rengo Co. Ltd. hergestellt im Handel verfügbar, und sie sind weiter in der JP 2001-323095 A und der JP 2004-115284 A beschrieben (deren gesamter Inhalt wird hiermit durch Bezugnahme in die vorliegende Anmeldung aufgenommen), und diese poröse Celluloseteilchen werden bevorzugt verwendet.
Die Menge der porösen Celluloseteilchen, welche hinzugefügt wird, beträgt bevorzugt 0,3 bis 20 Massenteile pro 100 Massenteile der Kautschukkomponente. Wenn die Menge der porösen Celluloseteilchen, welche hinzugefügt wird, 0,3 Massenteile oder mehr beträgt, kann der Effekt der Verbesserung des Leistungsvermögens auf Eis verstärkt werden. Wenn andererseits die Menge 20 Massenteile oder weniger beträgt, kann verhindert werden, dass die Härte des Gummis zu hoch wird, und eine Verschlechterung der Abriebfestigkeit kann unterdrückt werden. Die Menge der porösen Celluloseteilchen, welche hinzugefügt wird, beträgt besonders bevorzugt 1 bis 15 Massenteile, und noch stärker bevorzugt beträgt sie 3 bis 15 Massenteile pro 100 Massenteile der Kautschukkomponente.
Das Polymer-Gel sind vernetzte Dienpolymerpartikel, und bei dem Ausführungsbeispiel wird das Polymer-Gel verwendet, welches eine funktionelle Gruppe aufweist, die ein Heteroatom enthält. Wenn das Polymer-Gel der Kautschukzusammensetzung, welche die porösen Celluloseteilchen aufweist, hinzugefügt wird, kann eine Erhöhung der Harte des Gummi mit dem Verlauf der Zeit unterdrückt werden, und als ein Ergebnis kann eine Verringerung des Leistungsvermögens auf Eis mit dem Verlauf der Zeit unterdrückt werden.
Das Polymer-Gel ist ein gelierter Kautschuk, der durch ein Vernetzen einer Kautschukdispersion hergestellt werden kann, und er kann als ein Kautschukgel bezeichnet werden. Die Beispiele für die Kautschukdispersion enthalten einen Kautschuklatex, welcher durch eine Emulsionspolymerisation hergestellt worden ist, und eine Kautschukdispersion, welche erhalten worden ist, indem ein lösungspolymerisierter Kautschuk in Wasser emulgiert wird. Die Beispiele für das Vernetzungsmittel enthalten ein organisches Peroxid, eine organische Azoverbindung und ein Vernetzungsmittel von dem Typ Schwefel. Die Vernetzung der Dienpolymerpartikel kann durch eine Copolymerisation mit einer polyfunktionellen Verbindung durchgeführt werden, welche eine vernetzende Funktion während der Emulsionspolymerisation aufweist. Insbesondere die Verfahren, welche zum Beispiel in der JP 10-204225 A ( US 6,184,296 B1 ), der JP 2004-504465 T ( WO 2002/08328 , US 2002/077414 A1 ) (der Begriff ”JP ... T”, wie er hier verwendet wird, bedeutet eine veröffentlichte japanische Übersetzung einer PCT Patentanmeldung), der JP 2004-506058 T ( WO 2002/12389 , US 2002/0049282 A1 ) und der JP 2004-530760 T ( WO 2002/102890 , US 2003/092827 A1 ) (die gesamte Inhalte dieser Referenzen werden hiermit durch Bezugnahme aufgenommen) offenbart sind, können verwendet werden.
Die Beispiele für das Dienpolymer, die das Polymer-Gel bildet, enthalten einen Naturkautschuk, einen Polyisopren-Kautschuk, einen Styrol-Butadien-Kautschuk, einen Polybutadien-Kautschuk, einen Styrol-Isopren-Kautschuk, einen Butadien-Isopren-Kautschuk und einen Styrol-Isopren-Butadien-Copolymer-Kautschuk. Diese können in einer Art allein oder als Mischungen von zwei Arten davon verwendet werden. Das Dienpolymer enthält bevorzugt einen Polybutadien-Kautschuk und/oder einen Styrol-Butadien-Kautschuk als die Hauptkomponente.
Die Glasübergangstemperatur (Tg) des Polymer-Gels ist bevorzugt 0°C oder niedriger, und die Abnahme des Leistungsvermögens auf Eis kann durch den Temperaturbereich unterdrückt werden. Die Glasübergangstemperatur ist bevorzugt von –90 bis 0°C und besonders bevorzugt ist sie von –10 bis –80°C. Die Glasübergangstemperatur ist ein Wert, welcher mit einer Differential-Scanning-Kalorimetrie (DSC) nach JIS K7121 (Rate des Temperaturanstiegs: 20°C/min) gemessen wird.
Der durchschnittliche Teilchendurchmesser des Polymer-Gels ist nicht besonders beschränkt und zum Beispiel kann der DVN-Wert (d₅₀) nach DIN 53 206 von 5 bis 2.000 nm betragen, bevorzugt beträgt er 10 bis 500 nm und besonders bevorzugt beträgt er 20 bis 200 nm.
Das Polymer-Gel, welches bei dem Ausführungsbeispiel verwendet wird, weist eine funktionelle Gruppe auf, die ein Heteroatom enthält. Das Polymer-Gel kann mit einer funktionellen Gruppe wie zum Beispiel einer Hydroxylgruppe der porösen Celluloseteilchen zusammenwirken (das heißt eine Reaktivität oder eine Affinität aufweisen). Daher wird angenommen, dass das Polymer-Gel zur Verbesserung des Leistungsvermögens beiträgt. Die Beispiele der funktionellen Gruppe des Polymer-Gels enthalten Gruppen, welche ein Heteroatom wie zum Beispiel ein Sauerstoffatom oder ein Stickstoffatom aufweisen, und die bevorzugten Beispiele für die funktionelle Gruppe enthalten mindestens eins, welches aus der Gruppe ausgewählt worden ist, die aufweist: eine Hydroxylgruppe, eine Aminogruppe, eine Carboxylgruppe, eine Alkoxylgruppe und eine Epoxygruppe. Die Aminogruppe ist nicht nur primäre Aminogruppe, sondern sie kann auch eine sekundäre Aminogruppe oder eine tertiäre Aminogruppe sein. Im Fall der sekundären Aminogruppe oder der tertiären Aminogruppe ist die gesamte Kohlenstoffatomzahl einer Kohlenwasserstoffgruppe als eine Substituentengruppe bevorzugt 15 oder weniger. Die Beispiele der Alkoxylgruppe enthalten eine Methoxygruppe, eine Ethoxygruppe, eine Propoxygruppe und eine Butoxygruppe, die durch -OR dargestellt sind (wobei R zum Beispiel eine Alkylgruppe mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen dargestellt). Die Alkoxylgruppe kann eine Alkoxysilylgruppe enthalten wie zum Beispiel eine Trialkoxysilylgruppe, eine Alkyldialkoxysilyl-Gruppe oder eine Dialkylalkoxysilyl-Gruppe. Die Beispiele für die Carboxylgruppe können eine Maleinsäure, eine Phthalsäure, eine Acrylsäure und eine Methacrylsäure enthalten. Die Carboxylgruppe kann eine Säureanhydridgruppe sein, welche ein Anhydrid einer Dicarbonsäure wie zum Beispiel einer Maleinsäure oder einer Phthalsäure enthält. Von diesen wird eine Hydroxylgruppe bevorzugt als die funktionelle Gruppe des Polymer-Gels verwendet.
Das Polymer-Gel, das die funktionelle Gruppe aufweist, kann mit einem Monomer, welches darin die funktionelle Gruppe eingeführt hat, als das Monomer zur Zeit der Polymerisation des Dien-Polymer synthetisiert werden, und ein solches endständig modifiziertes Polymer kann verwendet werden, welches nach der Polymerisation des Dien-Polymers die eingeführte funktionelle Gruppe in einem aktiven Ende aufweist. Weiterhin kann die funktionelle Gruppe in ein Polymerende mittels einer Verbindung eingeführt werden, welche die funktionelle Gruppe als einen Initiator zur Zeit der Polymerisation verwendet. Weiterhin kann nach der Herstellung der Dienpolymerpartikel durch die Vernetzung die funktionelle Gruppe auch in der Teilchenoberfläche eingebracht werden, indem eine Verbindung reagiert wird, welche die funktionelle Gruppe mit der C=C-Doppelbindung an der Teilchenoberfläche aufweist.
Die Menge des Polymer-Gels, welche hinzugefügt wird, beträgt bevorzugt 1 bis 30 Massenteile pro 100 Massenteile der Kautschukkomponente. Wenn die Menge des Polymer-Gels, welche hinzugefügt wird, 1 Massenteil oder mehr beträgt, kann der Effekt der Unterdrückung von Veränderungen der Härte des Gummis mit dem Verlauf der Zeit verbessert werden. Wenn andererseits die Menge 30 Massenteile oder weniger beträgt, kann die Abnahme der Abriebfestigkeit unterdrückt werden. Die Menge des Polymer-Gels, welche hinzugefügt wird, beträgt besonders bevorzugt 3 bis 20 Massenteile pro 100 Massenteile der Kautschukkomponente.
Die Kautschukzusammensetzung nach dem Ausführungsbeispiel kann zusätzlich zu den porösen Celluloseteilchen und dem Polymergel ferner ein pflanzliches Granulat und/oder ein pulverisiertes Produkt aus einem porösen carbonisierten Material einer Pflanze enthalten. Wenn das pflanzliche Granulat und das pulverisierte Produkt aus einem porösen carbonisierten Material weiter verwendet werden, kann das Leistungsvermögen auf Eis weiter verbessert werden.
Die Beispiele für die pflanzlichen Granulate beinhalten pulverisierte Produkte aus Samenschalen, Fruchtkernen (das heißt Obstkernen), Getreide und Getreidekernen und dergleichen, und mindestens eines von diesen kann hinzugefügt werden. Die spezifischen Beispiele für die pflanzlichen Granulate beinhalten pulverisierte Produkte aus Fruchtkernen und Samenschalen wie zum Beispiel aus Wallnuss, Aprikose, Kamelie, Pfirsich, Pflaume (japanische Aprikose), Ginkgonuss, Erdnuss, Kastanie und dergleichen, pulverisierte Produkte aus Getreide wie zum Beispiel aus Reis, Weizen, Kolbenhirse, Hühnerhirse, Mais und dergleichen, und pulverisierte Produkte aus Kornkernen wie zum Beispiel Maiskolben. Diese sind härter als Eis und können daher eine Kratzwirkung an einer mit Eis bedeckten Straßenoberfläche entwickeln. Die pflanzlichen Granulate, welche an der Oberflächen mit einem die Haftfähigkeit des Kautschuks verbessernden Mittel behandelt worden sind, um eine Affinität zu dem Kautschuk zu verbessern und ein Ausfallen zu verhindern, können als die pflanzlichen Granulate verwendet werden. Die Beispiele für das die Haftfähigkeit des Kautschuks verbessernde Mittel beinhalten Materialien (RFL-Flüssigkeit), welche eine Mischung aus einem Resorzin-Formalin-Harz-Anfangskondensat und einem Latex als eine Hauptkomponente aufweisen.
Der durchschnittliche Teilchendurchmesser der pflanzlichen Granulate ist nicht besonders beschränkt. Um die Kratzwirkung zu entwickeln und ein Ausfallen aus der Lauffläche zu verhindern, hat jedoch 90% des Volumen einen Teilchendurchmesser (D90) bevorzugt von 100 bis 600 μm, besonders bevorzugt hat es einen von 150 bis 500 μm und noch stärker bevorzugt hat es einen von 200 bis 400 μm. Der D90 bezeichnet einen Teilchendurchmesser bei einem integrierten Wert von 90% in einer Korngrößenverteilung (Volumenstandard), welcher durch ein Laserbeugungsstreuverfahren gemessen worden ist.
Das pulverisierte Produkt aus den porösen carbonisierten Materials ist ein Produkt, das durch ein Pulverisieren eines porösen Materials erhalten wird, welches ein festes Produkt mit Kohlenstoff als eine Hauptkomponente aufweist, welches durch eine Karbonisierung einer Pflanze wie zum Beispiel eines Baumes oder eines Bambus als ein Rohmaterial erhalten worden ist, und es kann die Wirkung einer Wasseraufnahme und einer Wasserentfernung einer auf einer mit Eis bedeckten Straßenoberfläche erzeugten Wasserschicht erhöhen. Ein pulverisiertes Produkt aus Bambusholzkohle (pulverisiertes Bambusholzkohle-Produkt) kann als ein Beispiel für das pulverisierte Produkt aus dem porösen carbonisierten Material verwendet werden. Das pulverisierte Bambusholzkohle-Produkt kann durch ein Pulverisieren von Bambuskohle erhalten werden, indem ein Bambusmaterial unter Verwendung eines Ofens verschwelt und carbonisiert wird und in ein Pulver unter Verwendung einer herkömmlichen Pulverisierungsvorrichtung gebracht wird. Der Teilchendurchmesser des pulverisierten Produktes aus dem porösen carbonisierten Material ist nicht besonders beschränkt, aber es ist bevorzugt, dass 90% des Volumens einen Teilchendurchmesser (D90) von 10 bis 500 μm aufweisen.
In dem Fall, bei dem die pflanzlichen Granulate und das pulverisierte Produkt aus dem porösen carbonisierten Material hinzugefügt worden sind, beträgt deren hinzugefügte Menge bevorzugt 0,5 bis 20 Massenteile und besonders bevorzugt beträgt sie 1 bis 10 Massenteile in deren Gesamtmenge pro 100 Massenteile der Kautschukkomponente. Als ein Ausführungsbeispiel beträgt in dem Fall, bei dem die pflanzlichen Granulate hinzugefügt werden, die hinzugefügte Menge bevorzugt 0,5 bis 20 Massenteile und besonders bevorzugt beträgt sie 1 bis 10 Massenteile pro 100 Massenteile der Kautschukkomponente.
Die Kautschukzusammensetzung nach dem Ausführungsbeispiel kann entsprechend verbindende Chemikalien, wie sie im Allgemeinen bei der Kautschuk-Industrie verwendet werden, wie zum Beispiel einen verstärkenden Füllstoff wie einen Ruß oder ein Siliciumdioxid, ein Prozessöl, ein Zinkoxid, eine Stearinsäure, einen Weichmacher, ein Plastifizierungsmittel, ein Alterungsschutzmittel (vom Typ Amin-Keton, vom Typ aromatisches sekundäres Amin, vom Typ Phenol, vom Typ Imidazol oder dergleichen), ein Vulkanisationsmittel und ein Vulkanisationsbeschleuniger (vom Typ Guanidin, vom Typ Thiazol, vom Typ Sulfenamid, vom Typ Thiuram oder dergleichen) in gewöhnlichen Bereichen zusätzlich zu jeder der oben beschriebenen Komponenten enthalten.
Der Ruß ist nicht besonders beschränkt, und die verschiedenen herkömmlichen Arten von Ruß können verwendet werden. Zum Beispiel wird bei dem Fall, bei dem die Kautschukzusammensetzung in einem Laufflächenteil eines Winterreifens wie zum Beispiel einem Reifen ohne Spikes verwendet wird, bevorzugt ein Ruß mit einer durch eine Stickstoffadsorption gemessenen spezifischen Oberfläche (N₂SA) (JIS K6217-2) von 70 bis 150 m²/g und einer DBP-Ölabsorptionsmenge (JIS K6217-4) von 100 bis 150 ml zu 100 g bevorzugt von den Standpunkten der Leistungsfähigkeit bei niedriger Temperatur, des Leistungsvermögen der Abriebbeständigkeit und der Verstärkung des Kautschuks verwendet. Die spezifischen Beispiele des Rußes beinhalten Ruße der Güteklasse SAF, der Güteklasse ISAF und der Güteklasse HAF. Die Menge an Ruß beträgt bevorzugt 10 bis 80 Massenteile und besonders bevorzugt beträgt sie 15 bis 50 Massenteile pro 100 Massenteile der Kautschukkomponente.
Das Siliciumdioxid ist nicht besonders beschränkt. Zum Beispiel werden nasse Kieselsäure wie nass ausgefällte Kieselsäure oder nass gelierte Kieselsäure bevorzugt verwendet. Die spezifische BET-Oberfläche (gemessen nach dem BET-Verfahren, das im JIS K6430 beschrieben ist) von dem Siliciumdioxid ist nicht besonders beschränkt. Die spezifische BET-Oberfläche beträgt bevorzugt 90 bis 250 m²/g und besonders bevorzugt beträgt sie 150 bis 220 m²/g. Die Menge des Siliciumdioxids beträgt bevorzugt 10 bis 50 Massenteile und besonders bevorzugt beträgt sie 15 bis 50 Massenteile pro 100 Massenteile der Kautschukkomponente unter den Gesichtspunkten des Gleichgewichts von tanδ und der Verstärkung des Kautschuks.
In dem Fall, bei dem das Siliciumdioxid der Kautschukzusammensetzung hinzugefügt wird, ist es bevorzugt, gleichzeitig ein Silankupplungsmittel wie zum Beispiel ein Sulfid-Silan oder ein Mercaptosilan zu verwenden. Die Menge des Silankupplungsmittels beträgt bevorzugt 2 bis 20 Massenprozent in Bezug auf die Menge des Siliciumdioxids, welches hinzugefügt worden ist.
Die Menge des verstärkenden Füllstoffs, der ein Ruß und/oder ein Siliciumdioxid enthält, ist nicht besonders beschränkt und sie kann zum Beispiel 10 bis 150 Massenteile betragen, bevorzugt beträgt sie 20 bis 100 Masseteile und besonders bevorzugt beträgt sie 30 bis 80 Massenteile pro 100 Massenteile der Kautschukkomponente.
Die Beispiele für das Vulkanisationsmittel beinhalten Schwefelkomponenten wie zum Beispiel ein Schwefelpulver, einen ausgefällten Schwefel, einen kolloidalen Schwefel, einen unlöslichen Schwefel und einen hoch dispersiven Schwefel. Obwohl sie nicht besonders beschränkt ist, beträgt die Menge des Vulkanisationsmittels bevorzugt 0,1 bis 10 Massenteile, besonders bevorzugt beträgt sie 0,5 bis 5 Massenteile, und noch stärker bevorzugt beträgt sie 1 bis 3 Massenteile pro 100 Massenteile der Kautschukkomponente. Die Menge des Vulkanisationsbeschleunigers beträgt bevorzugt 0,1 bis 7 Massenteile und besonders bevorzugt beträgt sie 0,5 bis 5 Massenteile pro 100 Massenteile der Kautschukkomponente.
Die Kautschukzusammensetzung nach dem Ausführungsbeispiel kann durch ein Kneten der notwendigen Komponenten nach einem herkömmlichen Verfahren unter Verwendung einer Mischmaschine, die im Allgemeinen verwendet wird, wie zum Beispiel einem Banbury-Mischer, einem Kneter oder Walzen hergestellt werden. Insbesondere die poröse Cellulose, das Polymer-Gel und andere Additive außer dem Vulkanisationsmittel und dem Vulkanisationsbeschleuniger werden dem Dien-Kautschuk hinzugefügt, gefolgt von einem Kneten in einem ersten Mischungsschritt (ein nicht verarbeitender Knetschritt). Das Vulkanisationsmittel und der Vulkanisationsbeschleuniger werden der so erhaltenen Mischung hinzugefügt, gefolgt von einem Kneten in einem letzten Mischungsschritt (ein verarbeitender Knetschritt). So kann die Kautschukzusammensetzung hergestellt werden.
Die Kautschukzusammensetzung nach dem Ausführungsbeispiel kann zum Beispiel für Reifen für verschiedene Anwendungen wie für zum Beispiel Personenkraftwagen oder für schwere Lasten von Lastkraftwagen oder Bussen verwendet werden. Die Kautschukzusammensetzung wird bevorzugt als eine Kautschukzusammensetzung für ein Laufflächenteil eines pneumatischen Reifens oder für ein Laufflächenteil von Winterreifen wie zum Beispiel spikelose Reifen oder Reifen für Schnee verwendet.
Der pneumatische Reifen nach einem Ausführungsbeispiel kann durch ein Herstellen eines Laufflächenteils eines Reifens mit einem Extruder für einen Kautschuk, welcher die Kautschukzusammensetzung verwendet, durch ein Bilden eines nicht vulkanisierten Reifens und ein Vulkanisationsformen des nicht vulkanisierten Reifens bei einer Temperatur von zum Beispiel von 140 bis 180°C hergestellt werden. In dem Fall, bei dem eine Kautschukzusammensetzung bei einem pneumatischen Reifen verwendet wird, der einen Aufbau mit Abdeckung/Basis in einem Laufflächenteil aufweist, kann die Kautschukzusammensetzung des Ausführungsbeispiels nur an einer Abdeckungslauffläche an einer Seite einer Bodenkontaktfläche eines Reifens angewendet werden.
Beispiele
Die Beispiele der Erfindung sind nachfolgend beschrieben, aber die Erfindung soll nicht als auf diese Beispiele beschränkt aufgefasst werden.
Ein Banbury-Mischer wurde verwendet. Die Komponenten außer dem Schwefel und dem Vulkanisationsbeschleuniger wurden nach den Rezepturen (Massenteile), welche in der nachfolgenden Tabelle 1 gezeigt sind, in einem ersten Mischungsschritt hinzugefügt und gemischt (Auslasstemperatur: 160°C). Der Schwefel und der Vulkanisationsbeschleuniger wurden hinzugefügt und mit der oben erhaltenen Mischung in einem letzten Mischungsschritt gemischt (Auslasstemperatur: 90°C). So wurde eine Kautschukzusammensetzung für eine Reifenlauffläche hergestellt. Die Details der einzelnen Komponenten in der Tabelle 1 sind wie folgt:
NR: RSS #3
BR: ”BR01” hergestellt von der JSR Corporation
Ruß: ”SEAST KH (N339)” hergestellt von der Tokai Carbon Co., Ltd. (N₂SA: 93 m²/g, DBP: 119 ml/100 g)
Siliciumdioxid: ”NIPSIL AQ” hergestellt von der Tosoh Silica Corporation (BET: 205 m²/g)
Silankupplungsmittel: ”Si75” hergestellt von der Degussa
Paraffinöl: ”JOMO PROCESS P200” hergestellt von der JX Nippon Oil & Sun-Energy Corporation
Stearinsäure: ”LUNAC S-20” hergestellt von der Kao Corporation
Zinkoxid: ”Zinkoxid #1” hergestellt von der Mitsui Mining & Smelting Co., Ltd.
Alterungsschutzmittel: ”ANTIGEN 6C” hergestellt von der Sumitomo Chemical Co., Ltd.
Wachs: ”OZOACE 0355” hergestellt von der Nippon Seiro Co., Ltd.
Vulkanisationsbeschleuniger: ”SOXINOL CZ” hergestellt von der Sumitomo Chemical Co., Ltd.
Schwefel: ”Schwefelpulver” hergestellt von der Tsurumi Chemical Industry Co., Ltd.
Pflanzliches Granulat: Granulat, das erhalten worden ist, indem pulverisierte Walnussschalen (”SOFT GRIT #46” hergestellt von der Nippon Walnut Co., Ltd.) einer Oberflächenbehandlung mit einer RFL-Bearbeitungsflüssigkeit nach dem in dem Absatz 0015 in der JP 10-7841 A beschriebenen Verfahren unterworfen wurden (D90 von dem pflanzlichen Granulat nach der Behandlung: 300 μm)
Poröse Celluloseteilchen 1: ”VISCOPEARL MINI” hergestellt von der Rengo Co., Ltd. (durchschnittlicher Teilchendurchmesser: 400 μm, Verhältnis von dem langen Durchmesser zu dem kurzen Durchmesser der Teilchen: 1,11 und Porosität: 87%)
Poröse Celluloseteilchen 2: ”VISCOPEARL-MINI” hergestellt von der Rengo Co., Ltd. (durchschnittlicher Teilchendurchmesser: 700 μm, Verhältnis von dem langen Durchmesser zu dem kurzen Durchmesser der Teilchen: 1,09 und Porosität: 80%)
Cellulose-Feinpulver: Cellulosepulver, das durch ein Pulverisieren eines Zellstoffs mit einer Kugelmühle und einem nachfolgenden Sieben erhalten worden ist (durchschnittlicher Teilchendurchmesser: 300 μm und Porosität: 34%)
Polymer-Gel 1: ”NANOPRENE M20” hergestellt von LANXESS, ein eine Hydroxylgruppe enthaltendes Polymer-Gel mit einer Tg von –20°C, welches einen SBR als eine Basis aufweist
Polymer-Gel 2: ”NANOPRENE BM750H” hergestellt von LANXESS, ein eine Hydroxylgruppe enthaltendes Polymer-Gel mit einer Tg von –75°C, welches einen BR als eine Basis aufweist.
Die Härte von jeder erhaltenen Kautschukzusammensetzung wurde gemessen. Ein spikeloser Reifen für Personenfahrzeuge wurde mit jeder Kautschukzusammensetzung hergestellt. Der Reifen hatte eine Größe von 185/65R14. Jede Kautschukzusammensetzung wurde bei einer Lauffläche des Reifens verwendet und ein Vulkanisationsformen wurde nach dem herkömmlichen Verfahren durchgeführt. Auf diese Weise wurde ein Reifen hergestellt. Das Bremsleistungsvermögen auf Eis und Abriebfestigkeit eines jeden Reifens, der erhalten wurden ist, wurden bewertet (verwendete Felge: 14 × 5.5JJ). Die Mess- und die Bewertungsmethoden sind wie folgt. Die Bewertungen der Harte und des Bremsleistungsvermögens auf Eis wurden vor der Alterung bzw. nach der Alterung durchgeführt. Die Alterung wurde durch Wärme-Verschlechterung des Reifens in einem Ofen bei 70°C für 2 Wochen durchgeführt.
Harte: Die Harte bei einer gewöhnlichen Temperatur (23°C) von einem Prüfstück (Dicke: 12 mm oder mehr), welches durch eine Vulkanisation bei 150°C für 30 Minuten erhalten worden ist, wurde mit einem Durometer vom Typ A nach JIS K625 gemessen.
Bremsleistungsvermögen auf Eis: Vier Reifen, die wie oben beschrieben erhalten worden sind, wurden auf einem 4WD Auto mit 2.000 ccm Hubraum montiert. Das ABS wurde bei einer Fahrt mit 40 km/h auf einer mit Eis bedeckten Straße betrieben (Lufttemperatur: –3 ± 3°C) und der Bremsweg wurde gemessen (Mittelwert von n = 10). Der Kehrwert des Bremsweges wurde durch einen Index angegeben, wobei der Wert vor der Alterung bei dem Vergleichsbeispiel 1 100 beträgt. Der Bremsweg ist kurz, wenn der Index erhöht wird, und ein großer Index zeigt eine hervorragende Bremsleistung auf einer mit Eis bedeckten Straße an.
Abriebbeständigkeit (vor der Alterung): Vier Reifen, die wie oben beschrieben erhalten worden sind, wurden auf einem 4WD Auto von 2000 cm³ Hubraum montiert, und das Auto wurde auf einer Strecke von 10.000 km gefahren und gleichzeitig ein Durchwechseln zwischen den Reifen auf der rechten Seite und den Reifen der linken Seite für jede 2.500 km über eine im Allgemeinen trockenen Straßenoberfläche durchgeführt. Ein Durchschnittswert der Profiltiefe der vier Reifen nach der Fahrt wurde durch einen Index angezeigt, wobei der Wert bei dem Vergleichsbeispiel 1 100 beträgt. Die Abriebfestigkeit ist gut, wenn der numerische Wert groß ist.
Die erhaltenen Ergebnisse sind in der Tabelle 1 gezeigt. Bei dem Vergleichsbeispiel 1 wurde ein ausgezeichnetes Bremsleistungsvermögen auf Eis durch ein Hinzufügen der porösen Celluloseteilchen erhalten, aber die Zunahme der Härte nach der Alterung ist groß, und das Bremsleistungsvermögen auf Eis war durch die Alterung stark verschlechtert. Andererseits war bei den Beispielen 1 bis 5, bei denen das Polymer-Gel zusammen mit den porösen Celluloseteilchen hinzugefügt worden ist, die Erhöhung der Härte nach der Alterung unterdrückt und ein hervorragendes Bremsleistungsvermögen auf Eis aufgrund der Hinzufügung von den porösen Celluloseteilchen wurde im Wesentlichen ohne einen großen Abfall auch nach der Alterung aufrecht gehalten. Bei dem Vergleichsbeispiel 2 war die Menge des Polymer-Gels, die hinzugefügt worden ist, zu groß und die Abriebfestigkeit war stark verschlechtert. Bei dem Vergleichsbeispiel 3 war die Menge der porösen Celluloseteilchen, die hinzugefügt worden ist, zu groß und die Härte war groß. Zusätzlich war die Abriebfestigkeit schlecht. Bei dem Vergleichsbeispiel 4 wurden die porösen Celluloseteilchen nicht hinzugefügt. Bei dem Vergleichsbeispiel 5 wurde ein Cellulosepulver, das nicht porös war, verwendet und daher war das Bremsleistungsvermögen auf Eis vor der Alterung und nach der Alterung schlecht.
Während bestimmte Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, sind diese nur als ein Beispiel dargestellt worden und sollen nicht den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung einschränken. Tatsächlich können neue Ausführungsbeispiele in verschiedenen anderen Weisen ausgeführt werden und verschiedene Auslassungen, Ersetzungen und Abänderungen können bei den hier beschriebenen Ausführungsbeispielen durchgeführt werden, ohne von dem Geist der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die beigefügten Ansprüche und deren Äquivalente sollen solche Formen oder Abänderungen so abdecken, dass sie in den Schutzumfang und den Geist der vorliegenden Erfindung fallen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

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WO 2008/132061 A2 [0006]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

JIS K7121 [0026]
DIN 53 206 [0027]
JIS K6217-2 [0037]
JIS K6217-4 [0037]
JIS K6430 [0038]
JIS K625 [0048]

Claims

Kautschukzusammensetzung für einen Reifen, wobei die Kautschukzusammensetzung aufweist: 100 Massenteile einer Kautschukkomponente, welche einen Dien-Kautschuk aufweist, 0,3 bis 20 Massenteile an porösen Celluloseteilchen mit einer Porosität von 75 bis 95%, und, 1 bis 30 Massenteile an einem Polymergel, das vernetzte Dienpolymerpartikel ist, die eine funktionelle Gruppe aufweisen, welche ein Heteroatom enthält.
Kautschukzusammensetzung für einen Reifen nach Anspruch 1, wobei die funktionelle Gruppe des Polymer-Gels mindestens eine ist, welche aus der Gruppe ausgewählt worden ist, die aufweist: eine Hydroxylgruppe, eine Aminogruppe, eine Carboxylgruppe, eine Alkoxylgruppe und einer Epoxygruppe.
Kautschukzusammensetzung für einen Reifen nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Polymergel eine Glasübergangstemperatur von 0°C oder niedriger aufweist.
Kautschukzusammensetzung für einen Reifen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, welche ferner ein pflanzliches Granulat und/oder ein pulverisiertes Produkt aus einem porösen carbonisierten Material einer Pflanze in einer Menge von 0,5 bis 20 Massenteile pro 100 Massenteile der Kautschukkomponente aufweist.
Pneumatischer Reifen mit einer Lauffläche, welche die Kautschukzusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 aufweist.