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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die Erfindung betrifft ein Reifenelement und ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Reifenelementes.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Es ist bekannt, Gummiproduktaltmaterialien wie zum Beispiel Altreifen wiederzuverwenden und so gewonnene Materialien zum Beispiel als Brennstoff in Zementfabriken und anderen Einrichtungen zu verwenden. Die Verbrennung ist allerdings aus Umweltschutzgründen nicht optimal, so dass in den letzten Jahren ein Materialrecycling eingeführt worden ist, bei dem Produkte wie Altreifen in kleine und kleinste Stücke zerteilt werden. Die so gewonnenen Produkte wie Gummistücke und Gummipulver können direkt weiterberarbeitet werden.
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Es hat sich jedoch gezeigt, dass, wenn aus Altreifen erhaltenes Gummipulver einer neuen Kautschukmischung beigemischt wird, die Viskosität der sich ergebenden Kautschukmischung erhöht und ihre Bearbeitbarkeit verschlechtert wird. Auch ist ein durch Vulkanisieren einer solchen Kautschukmischung erhaltener vulkanisierter Kautschuk (Gummi) hinsichtlich seiner physikalischen Eigenschaften wie zum Beispiel Zugfestigkeit gegenüber vulkanisiertem Kautschuk ohne solche Beimischungen verschlechtert.
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Die
JP 08-134267 A beschreibt ein Verfahren, bei dem ein spezifiziertes Blockpolymer zu einem vulkanisierten Kautschuk einer Kautschukmischung hinzugefügt wird, in die ein vulkanisiertes Kautschukpulver gemischt wird, wobei ein Zweck dieser Zugabe darin besteht, zu verhindern, dass die Reißfestigkeit des vulkanisierten Kautschuks gesenkt wird.
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Die
JP 2014-95014 A beschreibt ein Verfahren, bei dem eine Kautschukmischung verwendet wird, der eine spezifizierte Verbindung beigemischt wird, um die physikalischen Eigenschaften eines Reifens zu verbessern. Allerdings gibt diese Druckschrift keinerlei Anregungen dazu, wie die physikalischen Eigenschaften eines vulkanisierten Kautschuks, in den ein aus Altreifen gewonnenes Gummipulver eingemischt wurde, zum Beispiel hinsichtlich der Zugfestigkeit des vulkanisierten Kautschuks verbessert werden könnten.
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Die
US 2014/0020808 A1 lehrt die Verwendung einer Verbindung mit dienbasiertem Kautschuk, dem allerdings kein Gummipulver zugegeben wird.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Reifenelement anzugeben, das ein Gummipulver einschließt, welches ein Rohmaterial eines vulkanisierten Kautschuks sein kann, bei dem eine Reduktion der Zugfestigkeit und Reißfestigkeit vermieden wird. Der Aufgabe liegt auch die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Reifenelements anzugeben.
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Die Aufgabe wird gelöst von einem Reifenelement, das einen dienbasierten Kautschuk, einen Füllstoff, ein Gummipulver und eine chemische Verbindung aufweist, die durch folgende Formel (I) dargestellt wird: [Formel 1]
wobei R
1 und R
2 jeweils ein Wasserstoffatom oder eine Alkylgruppe, Alkenylgruppe oder Alkynylgruppe darstellen, die 1 bis 20 Kohlenstoffatome haben und dieselben oder voneinander verschieden sein können, und M
+ ein Natriumion, ein Kaliumion oder ein Lithiumion darstellt.
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Bei dem erfindungsgemäßen Reifenelement werden die dienbasierte Kautschukkomponente und der Füllstoff leicht an das Gummipulver und das Füllmaterial mit Hilfe der durch Formel (I) dargestellten Verbindung gebunden, so dass der Füllstoff hinsichtlich seiner Dispergierbarkeit ausgezeichnet ist, und außerdem die dienbasierter Kautschukkomponente und das Gummipulver mit Hilfe des Füllstoffs leicht miteinander verbunden werden. Es werden also vier Komponenten, nämlich der dienbasierte Kautschuk, der Füllstoff, das Gummipulver und die durch Formel (I) dargestellte Verbindung, hinsichtlich ihrer gegenseitigen Dispersionsvermögen verbessert, und das Gummipulver wird stark, so dass die Zugfestigkeit und die Reißfestigkeit des fertig vulkanisierten Reifenelements deutlich verbessert sind.
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Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung eines Reifenelements, das den Schritt des Mischens der folgenden Komponenten umfasst: eines dienbasierten Kautschuks, eines Füllstoffs, eines Gummipulvers und einer Verbindung, die von der folgenden Formel (I) dargestellt wird: [Formel 2]
wobei R
1 und R
2 jeweils ein Wasserstoffatom oder eine Alkylgruppe, Alkenylgruppe oder Alkynylgruppe darstellen, die 1 bis 20 Kohlenstoffatome haben und dieselben oder voneinander verschieden sein können, und M
+ ein Natriumion, ein Kaliumion oder ein Lithiumion darstellt.
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Dieses Verfahren zur Herstellung eines Reifenelements umfasst vorzugsweise den Schritt des Mischens der Komponenten im Voraus, wobei die Komponenten dienbasierter Kautschuk, der Füllstoff, das Gummipulver und die von der folgenden Formel (I) dargestellte Verbindung sind: [Formel 3]
wobei R
1 und R
2 jeweils ein Wasserstoffatom oder eine Alkylgruppe, Alkenylgruppe oder Alkynylgruppe darstellen, die 1 bis 20 Kohlenstoffatome haben und dieselben oder voneinander verschieden sein können, und M
+ ein Natriumion, ein Kaliumion oder ein Lithiumion darstellt. Es wird besonders bevorzugt, dass dieses Verfahren den Schritt des Mischens der Komponenten außer einem Anti-Aging-Mittel, einem Wachs, Stearinsäure, Schwefel und anderen im Voraus umfasst, wobei die Komponenten dienbasierter Kautschuk, der Füllstoff, das Gummipulver und die von Formel (I) dargestellte Verbindung sind.
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Ein erfindungsgemäßes Reifenelement zeigt vorteilhafte Auswirkungen der Interaktion zwischen den vier Komponenten des dienbasierten Kautschuks, des Füllstoffs, des Gummipulvers und der durch Formel (I) dargestellten Zusammensetzung, zum Beispiel aufgrund der Tatsache, dass die vier Komponenten miteinander verbunden sind. Es wird daher bevorzugt, die vier Komponenten des dienbasierten Kautschuks, des Füllstoffs, des Gummipulvers, der von Formel (I) dargestellten Zusammensetzung im Voraus zu mischen (Mischen im Voraus), um die Interaktion zwischen den vier Komponenten zu erhöhen und nötigenfalls anschließend andere Beimischungen wie Anti-Aging-Mittel, ein Wachs, Stearinsäure und Schwefel in die sich ergebende Mischung zu mischen, um das Reifenelement herzustellen.
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BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Das erfindungsgemäße Reifenelement umfasst einen dienbasierten Kautschuk, einen Füllstoff, ein Gummipulver und eine durch Formel (I) dargestellte Verbindung.
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Beispiele für dienbasierten Kautschuk umfassen Naturkautschuk (NR), dienbasierte synthetische Kautschuke wie Isopren-Kautschuk (IR), Butadien-Kautschuk (BR), Styren-Butadien-Kautschuk (SBR), Butyl-Kautschuk (IIR) und Acrylonitril-Butadien-Kautschuk (NBR), halogenierte Butyl-Kautschuke wie bromierter Butyl-Kautschuk (BR-IIR) und andere synthetische Kautschuke wie Polyurethan-Kautschuk, Acryl-Kautschuk, fluorhaltiger Kautschuk, Silikon-Kautschuk und chlorsulfoniertes Polyethylen. Bei der vorliegenden Erfindung wird bevorzugt, von diesen Beispielen Naturkautschuk zu verwenden.
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Erfindungsgemäß wird als Füllstoff ein anorganischer Füllstoff eingesetzt, der gewöhnlich in der Gummiindustrie verwendet wird, wie Ruß, Silica, Lehm, Talk, Kalziumcarbonat, Magnesiumcarbonat und Alumiumhydroxid. Von diesen anorganischen Füllstoffen wird Ruß besonders bevorzugt verwendet. Alternativ können Ruß und Silica in Kombination eingesetzt werden.
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Die Rußart kann jede Rußart sein, die in einer üblichen Gummiindustrie verwendet wird wie SAF, ISAF, HAF, FEF oder GPF, oder es kann eine elektrisch leitende Rußart wie Acetylenruß oder Ketjenruß sein. Die Form des Rußes kann granulierter Ruß sein, der im Hinblick auf seine Handhabbarkeit in einer üblichen Gummiindustrie granuliert worden ist, oder es kann nicht granulierter Ruß sein.
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Erfindungsgemäß beträgt die Mischmenge des Füllstoffs im Reifenelement vorzugsweise 20 bis 100 Masseteile und insbesondere 30 bis 80 Masseteile für 100 Masseteile des dienbasierten Kautschuks.
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Das Gummipulver ist vorzugsweise Gummipulver, das mindestens teilweise vulkanisiert worden ist, und ist besonders bevorzugt ein Gummipulver, das dadurch erhalten wird, dass man einen aufbereiteten Gummi, der aus Altreifen als Rohmaterial gewonnen wurde, zu Pulver macht. Im Hinblick auf die Zugfestigkeit und Reißfestigkeit des sich ergebenden vulkanisierten Kautschuks und die Bearbeitbarkeit des Reifenelements reicht bei Anwendung der "Mesh"-Einheit (eine Korngrößeneinheit) nach ASTM D5644-01, der Partikeldurchmesser des Kautschukpulvers vorzugsweise von 80 bis 270 Mesh, mehr bevorzugt von 140 bis 230 Mesh.
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Bei der vorliegenden Erfindung umfasst das Reifenelement ferner eine chemische Verbindung, die mit der folgenden Formel (I) dargestellt wird: [Formel 4]
wobei R
1 und R
2 jeweils ein Wasserstoffatom oder eine Alkylgruppe, Alkenylgruppe oder Alkynylgruppe darstellen, die 1 bis 20 Kohlenstoffatome haben und dieselben oder voneinander verschieden sein können, und M
+ ein Natriumion, ein Kaliumion oder ein Lithiumion darstellt.
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Um die Affinität der Verbindung mit dem Füllstoff, insbesondere Ruß, zu erhöhen, wird besonders bevorzugt, eine Verbindung zu verwenden, bei der R
1 und R
2 in der Formel (I) jeweils ein Wasserstoff ist und M
+ darin ein Natriumion ist, wobei diese Verbindung durch die folgende Formel (I') dargestellt wird: [Formel 5]
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Im Hinblick auf die gewünschten Eigenschaften des vulkanisierten Kautschuks liegt die Mischungsmenge der von (I) dargestellten Verbindung vorzugsweise bei etwa 0,1 bis 10 Masseteilen, insbesondere bei 0,2 bis 8 Masseteilen für 100 Masseteile des dienbasierten Kautschuks.
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Zusammen mit dem dienbasierten Kautschuk können der Füllstoff, das Gummipulver, die von der Formel (I) dargestellte Verbindung und gegebenenfalls jedes Mischmittel, das normalerweise in der Gummiindustrie verwendet wird, zum Reifenelement der vorliegenden Erfindung beigemischt werden, solange das Mischmittel nicht die vorteilhaften Wirkungen der Erfindung beeinträchtigt. Bei dem Mischmittel kann es sich zum Beispiel um einen schwefelhaltigen Vulkanisator, einen Vulkanisationsförderer, ein Silankopplungsmittel, Stearinsäure, eine Vulkanisationsförderungshilfe, ein Vulkanisationsverzögerungsmittel, ein Anti-Aging-Mittel, Weichmacher wie Wachs und Öl und andere prozessfördernde Mittel sowie Mischungen der vorgenannten handeln.
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Der Vulkanisationsförderer kann ein Vulkanisationsförderer sein, der normalerweise zur Kautschukvulkanisation verwendet wird. Beispiele hierzu schließen Vulkanisationsförderer des Sulfenamidtyps, Thiuramtyps, Thiazoltyps, Thioharnstofftyps, Guanidintyps und Dithiocarbamattyps ein. Diese Vulkanisationsförderer können einzeln oder in Form einer geeigneten Mischung verwendet werden.
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Das Anti-Aging-Mittel kann ein Anti-Aging-Mittel sein, das normalerweise für Kautschuke verwendet wird. Beispiele hierfür schließen Anti-Aging-Mittel des aromatischen Amintyps, Aminketontyps, Monophenoltyps, Bisphenoltyps, Polyphenoltyps, Dithiocarbamittyps und Thioharnstofftyps ein. Diese Anti-Aging-Mittel können einzeln oder in Form einer geeigneten Mischung verwendet werden.
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Das erfindungsgemäße Reifenelement kann durch Mischen und Kneten des oben definierten dienbasierten Kautschuks, Füllstoffs, Gummipulvers und der von Formel (I) dargestellten Verbindung und Komponenten, die wahlweise verwendet werden können, erhalten werden, wobei eine in einer üblichen Gummiindustrie verwendete Knetmaschine eingesetzt wird wie ein Banbury-Mischer, ein Kneter oder eine Walze. Beispiele der wahlweise verwendeten Komponenten schließen einen schwefelhaltigen Vulkanisator, einen Vulkanisationsförderer, ein Silankopplungsmittel, Stearinsäure, einen Vulkanisationsförderungshilfe, ein Vulkanisationsverzögerungsmittel, ein Anti-Aging-Mittel, Weichmacher wie Wachs und Öl und andere prozessfördernde Mittel sowie Mischungen der vorgenannten ein.
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Zum Mischen der individuellen Komponenten miteinander können verschiedene an sich bekannte Verfahren eingesetzt werden. Beispielsweise kann jedes Verfahren des Knetens der Mischkomponenten außer dem schwefelhaltigen Vulkanisator, dem Vulkanisationsförderer und jeder anderen vulkanisationsbezogenen Komponente im Voraus, um ein Masterbatch herzustellen, des Hinzufügens des Rests der individuellen Komponenten zum Masterbatch und ferner des Knetens der Mischung, ein Verfahren des Hinzufügens der individuellen Komponenten in beliebiger Reihenfolge zu einer Knetmaschine und dann des Knetens der Mischung und ein Verfahren des gleichzeitigen Hinzufügens des Ganzen der individuellen Komponenten zu einer Knetmaschine und dann Kneten der Mischung als auch andere Verfahren eingesetzt werden.
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Um zu verhindern, dass Zugfestigkeit und Reißfestigkeit des sich ergebenden vulkanisierten Kautschuks reduziert werden, wird bevorzugt, den dienbasierten Kautschuk, den Füllstoff, das Gummipulver und die von Formel (I) dargestellte Verbindung im Voraus miteinander zu vermischen, die vier Komponenten ausreichend ineinander zu dispergieren und dann die anderen Mischmittel der sich ergebenden Mischung in dem ausreichend vermischten und dispergierten Zustand beizumischen, um ein Reifenelement zu erhalten.
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BEISPIELE
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Nachfolgenden werden Arbeitsbeispiele der Erfindung beschrieben.
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(Herstellung von Kautschukzusammensetzungen)
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Gemäß der in Tabelle 1 gezeigten Mischformulierung wurden Rohmaterialien bei jedem der Beispiele 1 bis 6 und Vergleichsbeispiele 1 und 2 in 100 Masseteile eines dienbasierten Kautschuks gemischt. Ein üblicher Banbury Mischer wurde eingesetzt, um die Rohmaterialien zu kneten und so ein Reifenelement zu erzeugen. Bei jedem der Beispiele 3 bis 6 wurden vier Komponenten, der dienbasierte Kautschuk, der Füllstoff, das Gummipulver und die von Formel (I) dargestellte Verbindung im Voraus miteinander vermischt, und anschließend wurden die anderen Komponenten mit der sich ergebenden Mischung vermischt. Die in Tabelle 1 beschriebenen individuellen, verwendeten Rohmaterialien sind folgende:
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(Verwendete Materialien)
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- Naturkautschuk (NR): "RSS #3"
- Silica: "NIPSIL AQ" (hergestellt von Tosoh Silica Corp.; BET spezifischer Flächenbereich; 205 m2 /g, CTAB: 175 m2 /g und DBP absorbierte Menge: 150 cm3/ 100 g),
- Ruß: "SEAST KH", hergestellt von Tokai Carbon Co., Ltd.,
- Zinkblume: ZINKBLUME Nr. 1, hergestellt von Mitsui Mining & Smelting Co., Ltd.,
- Anti-Aging-Mittel: "NOCRAC 6C", hergestellt von Ouchi Shinko Chemical Industrial Co., Ltd.,
- Stearinsäure: "RUNAC S20", hergestellt von Kao Corp.,
- Wachs: "OZOACE 0355", hergestellt von Nippon Seiro Co., Ltd.,
- Silankopplungsmittel: "S175", hergestellt von Degussa AG,
- Von Formel (I) dargestellte Verbindung: Natrium(2Z)-4-[(4-aminophenyl)amino]-4-oxo-2-butenoat,
- Kautschukpulver (A): "PolyDyne 140", hergestellt von Lehigh Technologies, Inc.,
- Kautschukpulver (B): "PolyDyne 200", hergestellt von Lehigh Technologies, Inc.,
- Schwefel: "Pulvriger Schwefel", hergestellt von Tsurumi Chemical Industry Co., Ltd., und
- Vulkanisationsförderer: "SOXINOL CZ", hergestellt von Sumitomo Chemical Co., Ltd.
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(Auswertungseinzelposten)
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- (1) Zugeigenschaften (Zugfestigkeit und Zugdehnung)
Nach JIS K 6251 wurde ein Zugtest (Schulterstab Nr. 3 Probe; Atmosphärentemperatur: 23 °C) zu den Reifenelementen der Beispiele durchgeführt. Die Ergebnisse werden jeweils als ein Index, bezogen auf jedes der Ergebnisse von Vergleichsbeispiel 1, gezeigt, wobei das Ergebnis als 100 angesehen wird. Da Indexwerte von jedem der Beispiele größer sind, ist das Beispiel hinsichtlich Zugfestigkeit und Zugdehnung besser.
- (2) Reißfestigkeit
Nach JIS K 6252 wurde die Reißfestigkeit von jedem der Beispiele gemessen. Die Ergebnisse werden jeweils als ein Index, bezogen auf die Ergebnisse von Vergleichsbeispiel 1, gezeigt, das Ergebnis wird als 100 angesehen. Da ein Indexwert von jedem der Beispiele größer ist, ist das Beispiel hinsichtlich Reißfestigkeit besser.
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