DE102018205700B4 - Sulfur-curable rubber mixture and its use - Google Patents
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Abstract
Schwefelvernetzbare Kautschukmischung, insbesondere für zumindest den mit der Fahrbahn in Berührung kommenden Teil eines Laufstreifens eines Fahrzeugluftreifens, enthaltend- zumindest einen Dienkautschuk, ausgewählt aus Polyisopren, Polybutadien und/oder Styrol-Butadien-Copolymer, wobei sie als Dienkautschuk 50 bis 100 phr natürliches Polyisopren enthält,- zumindest einen Füllstoff,- 0,1 bis 7 phr Schwefel,- 1,3,4,6,7,8-Hexahydro-2H-pyrimido[1,2-a]pyrimidin (TBD) als zumindest einen ersten Vulkanisationsbeschleuniger, der eine bi- oder polycyclische aminische Base mit einem Schmelzpunkt von weniger als 140 °C ist.Sulfur-crosslinkable rubber mixture, in particular for at least the part of a tread of a pneumatic vehicle tire that comes into contact with the road, containing at least one diene rubber selected from polyisoprene, polybutadiene and / or styrene-butadiene copolymer, containing 50 to 100 phr of natural polyisoprene as diene rubber , - at least one filler, - 0.1 to 7 phr sulfur, - 1,3,4,6,7,8-hexahydro-2H-pyrimido[1,2-a]pyrimidine (TBD) as at least a first vulcanization accelerator, which is a bi- or polycyclic amine base with a melting point of less than 140 °C.
Description
Die Erfindung betrifft eine schwefelvernetzbare Kautschukmischung, insbesondere für zumindest den mit der Fahrbahn in Berührung kommenden Teil eines Laufstreifens eines Fahrzeugluftreifens, enthaltend zumindest einen Dienkautschuk, ausgewählt aus Polyisopren, Polybutadien und/oder Styrol-Butadien, zumindest einen Füllstoff, Schwefel und zumindest einen ersten Vulkanisationsbeschleuniger. Ferner betrifft die Erfindung die Verwendung der mit Schwefel vernetzten Kautschukmischung für den mit der Fahrbahn in Berührung kommenden Teil des Laufstreifens eines Fahrzeugluftreifens.The invention relates to a sulfur-crosslinkable rubber mixture, in particular for at least the part of a tread of a pneumatic vehicle tire that comes into contact with the road, containing at least one diene rubber selected from polyisoprene, polybutadiene and/or styrene-butadiene, at least one filler, sulfur and at least one first vulcanization accelerator . The invention further relates to the use of the sulfur-crosslinked rubber mixture for the part of the tread of a pneumatic vehicle tire that comes into contact with the road.
Schwefelvernetzbare Kautschukmischungen werden üblicherweise mit Hilfe von Vulkanisationsbeschleunigern vulkanisiert, die zu einer höheren Vulkanisationsgeschwindigkeit und/oder besseren physikalischen Eigenschaften des Vulkanisates führen. Dabei ist es auch üblich, mehrere Beschleuniger in Kombination einzusetzen, um synergistische Wirkungen im Hinblick auf die gewünschten An- und Ausvulkanisationszeiten und die gewünschten physikalischen Eigenschaften zu erzielen.Sulfur-curable rubber mixtures are usually vulcanized using vulcanization accelerators, which lead to a higher vulcanization speed and/or better physical properties of the vulcanizate. It is also common to use several accelerators in combination in order to achieve synergistic effects with regard to the desired vulcanization and vulcanization times and the desired physical properties.
Eine bekannte Beschleunigerklasse sind die Guanidin-Beschleuniger, von denen das Diphenylguanidin (DPG) und das Di-o-tolylguanid (DOTG, N,N'-bis(2-methylphenyl)-Guanidin) am häufigsten Verwendung finden. Guanidin-Beschleuniger werden häufig als Sekundär- oder Zweitbeschleuniger eingesetzt, denn sie bewirken als aktivierende Zweitbeschleuniger gegenüber den Primärbeschleunigern oft eine drastische Anhebung der Vulkanisationsgeschwindigkeit und des Vernetzungsgrades. Bekannt ist beispielsweise der Einsatz von DPG in Kombination anderen Beschleunigern beispielsweise aus der Sulfenamidklasse in Kautschukmischungen für Reifenlaufstreifen, wobei die Vulkanisationstemperatur in der Regel höher liegt als die Schmelztemperatur des DPG, so dass der Beschleuniger sein volle Funktion erfüllen kann.A well-known class of accelerators are the guanidine accelerators, of which diphenylguanidine (DPG) and di-o-tolylguanide (DOTG, N,N'-bis(2-methylphenyl)-guanidine) are most commonly used. Guanidine accelerators are often used as secondary or second accelerators because, as activating second accelerators, they often bring about a drastic increase in the vulcanization speed and the degree of crosslinking compared to the primary accelerators. For example, it is known to use DPG in combination with other accelerators, for example from the sulfenamide class, in rubber mixtures for tire treads, whereby the vulcanization temperature is usually higher than the melting temperature of the DPG, so that the accelerator can fulfill its full function.
Für Kautschukmischungen, die nicht mit Schwefel vernetzt werden, wie z. B. Acrylatkautschuke oder (hydrierte) Nitrilkautschuke, ist der Einsatz von bi- oder polycyclischen aminischen Basen sowie Di-o-tolylguanid (DOTG) als Beschleuniger bekannt. Für Acrylatkautschuk ist der Einsatz von Di-o-tolylguanid (DOTG) als Beschleuniger z. B. in der
Aus der
Bei schwefelvernetzbaren Kautschukmischungen hat sich der Einsatz von DPG als nachteilig erwiesen, wenn die Mischungen bei niedrigen Temperaturen (< 140 °C) vulkanisiert werden, da das DPG mit einem Schmelzpunkt von 144 °C unter Umständen dann seine volle Beschleunigungswirkung nicht ausspielt. Es werden dann oft zu weiche Vulkanisate mit zu geringer Vernetzungsdichte erhalten. Ferner besteht die Möglichkeit, dass DPG während der Verarbeitung und Vulkanisation Anilin abspaltet, welches als gesundheits- und umweltgefährdend eingestuft ist.In the case of sulfur-curable rubber mixtures, the use of DPG has proven to be disadvantageous if the mixtures are vulcanized at low temperatures (< 140 °C), as the DPG with a melting point of 144 °C may not have its full acceleration effect. The resulting vulcanizates are then often too soft and have too low a cross-linking density. There is also the possibility that DPG releases aniline during processing and vulcanization, which is classified as hazardous to health and the environment.
Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine schwefelvernetzbare Kautschukmischung bereitzustellen, die auch bei Vulkanisationstemperaturen von weniger als 140 °C ein optimales Vulkanisationsverhalten mit hoher Vernetzungsdichte aufweist.The present invention is based on the object of providing a sulfur-crosslinkable rubber mixture which has optimal vulcanization behavior with high crosslinking density even at vulcanization temperatures of less than 140 ° C.
Gelöst wird die Aufgabe durch eine schwefelvernetzbare Kautschukmischung, der eingangs genannten Art, die
- - zumindest einen Dienkautschuk, ausgewählt aus Polyisopren, Polybutadien und/oder Styrol-Butadien-Copolymer, wobei sie als Dienkautschuk 50 bis 100 phr natürliches Polyisopren enthält,
- - zumindest einen Füllstoff,
- - 0,1 bis 7 phr Schwefel und
- - 1,3,4,6,7,8-Hexahydro-2H-pyrimido[1,2-a]pyrimidin (TBD) als zumindest einen ersten Vulkanisationsbeschleuniger, der eine bi- oder polycyclische aminische Base mit einem Schmelzpunkt von weniger als 140 °C ist,
- - at least one diene rubber selected from polyisoprene, polybutadiene and/or styrene-butadiene copolymer, containing 50 to 100 phr of natural polyisoprene as diene rubber,
- - at least one filler,
- - 0.1 to 7 phr sulfur and
- - 1,3,4,6,7,8-Hexahydro-2H-pyrimido[1,2-a]pyrimidine (TBD) as at least a first vulcanization accelerator which is a bi- or polycyclic amine base with a melting point of less than 140 °C is,
Es hat sich herausgestellt, dass sich mit Schwefel vulkanisierbare Kautschukmischungen mit aminischen Basen dieser Art auch bei Vulkanisationstemperaturen von weniger als 140 °C gut vernetzen lassen, wobei eine hohe Vernetzungsdichte erzielt wird. Die erhaltenen Vulkanisate haben die gewünschte Steifigkeit und lassen sich mit geeigneten An- und Ausvulkanisationszeiten vulkanisieren. Dies könnte darin begründet sein, dass die Vulkanisationsbeschleuniger bei der Vulkanisation aufschmelzen und so ihre optimale Wirkung entfalten können. Sie liegen dann nicht mehr als diskrete Partikel in der Kautschukmischung oder anhaftend am Füllstoff vor. Gemäß der Erfindung kann die Kautschukmischung ein oder mehrere bi- oder polycylische aminische Basen als Vulkanisationsbeschleuniger enthalten.It has been found that sulfur-vulcanizable rubber mixtures with aminic bases of this type can be crosslinked well even at vulcanization temperatures of less than 140 ° C, achieving a high crosslinking density. The vulcanizates obtained have the desired stiffness and can be vulcanized with suitable vulcanization and vulcanization times. This could be due to the fact that the vulcanization accelerators melt during vulcanization and can thus develop their optimal effect. They are then no longer present as discrete particles in the rubber mixture or adhered to the filler. According to the invention, the rubber mixture can contain one or more bi- or polycyclic amine bases as vulcanization accelerators.
Als bicyclische aminische Base wird 1,3,4,6,7,8-Hexahydro-2H-pyrimido[1,2-a]pyrimidin (TBD) eingesetzt. Es weist einen Schmelzpunkt von ca. 128 °C auf und ist daher für eine Vulkanisation bei Temperaturen von weniger als 140 °C besonders geeignet. Mit dieser Substanz wurden gute Vulkanisate erhalten und sie weist zusätzlich den Vorteil auf, dass sie kein umwelt- und gesundheitsgefährdendes Anilin beim Erhitzen abspaltet. Die Substanzen ist gut herstellbar und zeigt ein gutes Beschleunigungsverhalten.1,3,4,6,7,8-hexahydro-2H-pyrimido[1,2-a]pyrimidine (TBD) is used as the bicyclic amine base. It has a melting point of approximately 128 °C and is therefore particularly suitable for vulcanization at temperatures of less than 140 °C. Good vulcanizates were obtained with this substance and it also has the advantage that it does not release aniline, which is harmful to the environment or health, when heated. The substances are easy to produce and show good acceleration behavior.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist der zumindest eine erste Vulkanisationsbeschleuniger mit einem Schmelzpunkt von weniger als 140 °C in Mengen von 0,1 bis 5 phr, vorzugsweise 0,1 bis 3 phr, in der Kautschukmischung enthalten. Mit diesen Mengen werden besonders gute Ergebnisse im Hinblick auf die Vulkanisationsgeschwindigkeit und die Vulkanisateigenschaften erzielt.According to a preferred development of the invention, the at least one first vulcanization accelerator with a melting point of less than 140 ° C is contained in the rubber mixture in amounts of 0.1 to 5 phr, preferably 0.1 to 3 phr. With these amounts, particularly good results are achieved with regard to the vulcanization speed and the vulcanizate properties.
Die in dieser Schrift verwendete Angabe phr (parts per hundred parts of rubber by weight) ist dabei die in der Kautschukindustrie übliche Mengenangabe für Mischungsrezepturen. Die Dosierung der Gewichtsteile der einzelnen Substanzen wird in dieser Schrift auf 100 Gewichtsteile der gesamten Masse aller in der Mischung vorhandenen hochmolekularen und dadurch festen Dienkautschuke bezogen.The specification phr (parts per hundred parts of rubber by weight) used in this document is the usual quantity specification for mixture recipes in the rubber industry. In this document, the dosage of the parts by weight of the individual substances is based on 100 parts by weight of the total mass of all high-molecular and therefore solid diene rubbers present in the mixture.
Um die Vulkanisateigenschaften hinsichtlich der physikalischen Eigenschaften Shore-Härte, Rückprallelastizität, Zugfestigkeit und Bruchdehnung positiv zu beeinflussen und gleichzeitig die Vulkanisationskinetik derart zu verbessern, dass eine gute Verarbeitbarkeit gewährleistet ist, enthält die Kautschukmischung zumindest einen zweiten Vulkanisationsbeschleuniger, der ausgewählt ist aus der Gruppe der Dithiocarbamate, der Thiurambeschleuniger, der Mercaptobeschleuniger und/oder der Sulfenamidbeschleuniger.In order to positively influence the vulcanizate properties with regard to the physical properties of Shore hardness, rebound elasticity, tensile strength and elongation at break and at the same time to improve the vulcanization kinetics in such a way that good processability is ensured, the rubber mixture contains at least a second vulcanization accelerator, which is selected from the group of dithiocarbamates , the thiuram accelerator, the mercapto accelerator and/or the sulfenamide accelerator.
Um in der Kautschukmischung eine besonders hohe Verarbeitungssicherheit zu erzielen, liegen die bi- oder polycyclische aminische Base und der zweite Vulkanisationsbeschleuniger aus der Gruppe der Dithiocarbamate, der Thiurambeschleuniger, der Mercaptobeschleuniger und/oder der Sulfenamidbeschleuniger in einem molaren Verhältnis von 1:4 bis 4:1 vor.In order to achieve a particularly high level of processing reliability in the rubber mixture, the bi- or polycyclic amine base and the second vulcanization accelerator from the group of dithiocarbamates, the thiuram accelerators, the mercapto accelerators and/or the sulfenamide accelerators are in a molar ratio of 1:4 to 4: 1 in front.
Die erfindungsgemäße Kautschukmischung enthält zumindest einen Dienkautschuk, ausgewählt aus natürlichem Polyisopren, Polybutadien und/oder Styrol-Butadien-Copolymer. Demnach können auch mehrere Dienkautschuke dieser Art im Verschnitt eingesetzt werden.The rubber mixture according to the invention contains at least one diene rubber selected from natural polyisoprene, polybutadiene and/or styrene-butadiene copolymer. Accordingly, several diene rubbers of this type can also be used in the blend.
Bei dem natürlichen und/oder synthetischen Polyisopren kann es sich sowohl um cis-1,4-Polyisopren als auch um 3,4-Polyisopren handeln. Bevorzugt ist allerdings die Verwendung von cis-1,4-Polyisoprenen mit einem cis 1,4 Anteil > 90 Gew.-%. Zum einen kann solch ein Polyisopren durch stereospezifische Polymerisation in Lösung mit Ziegler-Natta-Katalysatoren oder unter Verwendung von fein verteilten Lithiumalkylen erhalten werden. Zum anderen handelt es sich bei Naturkautschuk (NR) um ein solches cis-1,4 Polyisopren, der cis-1,4-Anteil im Naturkautschuk ist größer 99 Gew.-%.The natural and/or synthetic polyisoprene can be both cis-1,4-polyisoprene and 3,4-polyisoprene. However, the use of cis-1,4-polyisoprene with a cis 1.4 proportion > 90% by weight is preferred. On the one hand, such a polyisoprene can be obtained by stereospecific polymerization in solution with Ziegler-Natta catalysts or using finely divided lithium alkyls. On the other hand, natural rubber (NR) is a cis-1,4 polyisoprene; the cis-1,4 content in natural rubber is greater than 99% by weight.
Ferner ist auch ein Gemisch eines oder mehrerer natürlicher Polyisoprene mit einem oder mehreren synthetischen Polyisoprenen denkbar.Furthermore, a mixture of one or more natural polyisoprenes with one or more synthetic polyisoprenes is also conceivable.
Bei dem Styrol-Butadien-Kautschuk (Styrol-Butadien-Copolymer) kann es sich sowohl um lösungspolymerisierten Styrol-Butadien-Kautschuk (SSBR) als auch um emulsionspolymerisierten Styrol-Butadien-Kautschuk (ESBR) handeln, wobei auch ein Gemisch aus wenigstens einem SSBR und wenigstens einem ESBR eingesetzt werden kann. Die Begriffe „Styrol-Butadien-Kautschuk“ und „Styrol-Butadien-Copolymer“ werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung synonym verwendet. Bevorzugt sind in jedem Fall Styrol-Butadien-Copolymere mit einem Mw von 250000 bis 600000 g/mol (zweihundertfünfzigtausend bis sechshunderttausend Gramm pro Mol).The styrene-butadiene rubber (styrene-butadiene copolymer) can be both solution-polymerized styrene-butadiene rubber (SSBR) and emulsion-polymerized styrene-butadiene rubber (ESBR), including a mixture of at least one SSBR and at least one ESBR can be used. The terms “styrene-butadiene rubber” and “styrene-butadiene copolymer” are used synonymously in the context of the present invention. In any case, preference is given to styrene-butadiene copolymers with an M w of 250,000 to 600,000 g/mol (two hundred fifty thousand to six hundred thousand grams per mol).
Das oder die eingesetzte(n) Styrol-Butadien-Copolymere kann/können mit Modifizierungen und Funktionalisierungen endgruppenmodifiziert und/oder entlang der Polymerketten funktionalisiert sein. Bei der Modifizierung kann es sich um solche mit Hydroxy-Gruppen und/oder Ethoxy-Gruppen und/oder Epoxy-Gruppen und/oder SiloxanGruppen und/oder Amino-Gruppen und/oder Aminosiloxan und/oder Carboxy-Gruppen und/oder Phthalocyanin-Gruppen und/oder Silan-Sulfid-Gruppen handeln. Es kommen aber auch weitere, der fachkundigen Person bekannte, Modifizierungen, auch als Funktionalisierungen bezeichnet, in Frage. Bestandteil solcher Funktionalisierungen können Metallatome sein.The styrene-butadiene copolymer(s) used can be end group modified with modifications and functionalizations and/or functionalized along the polymer chains. At the Modification can be those with hydroxy groups and/or ethoxy groups and/or epoxy groups and/or siloxane groups and/or amino groups and/or aminosiloxane and/or carboxy groups and/or phthalocyanine groups and/ or silane sulfide groups. However, other modifications known to those skilled in the art, also referred to as functionalizations, are also possible. Metal atoms can be part of such functionalizations.
Bei dem Butadien-Kautschuk (BR, Polybutadien) kann es sich um alle dem Fachmann bekannten Typen mit einem Mw von 250000 bis 5000000 g/mol handeln. Darunter fallen u. a. die sogenannten high-cis- und low-cis-Typen, wobei Polybutadien mit einem cis-Anteil größer oder gleich 90 Gew.-% als high-cis-Typ und Polybutadien mit einem cis-Anteil kleiner als 90 Gew.-% als low-cis-Typ bezeichnet wird. Ein low-cis-Polybutadien ist z. B. Li-BR (Lithium-katalysierter Butadien-Kautschuk) mit einem cis-Anteil von 20 bis 50 Gew.-%. Mit einem high-cis BR werden besonders gute Abriebeigenschaften sowie eine niedrige Hysterese der Kautschukmischung erzielt.The butadiene rubber (BR, polybutadiene) can be any type known to those skilled in the art with an M w of 250,000 to 5,000,000 g/mol. These include, among others, the so-called high-cis and low-cis types, with polybutadiene with a cis content greater than or equal to 90% by weight being the high-cis type and polybutadiene with a cis content smaller than 90% by weight. % is referred to as low-cis type. A low-cis polybutadiene is e.g. B. Li-BR (lithium-catalyzed butadiene rubber) with a cis content of 20 to 50% by weight. With a high-cis BR, particularly good abrasion properties and low hysteresis of the rubber mixture are achieved.
Das eingesetzte Polybutadien kann ebenfalls mit den oben beim Styrol-Butadien-Kautschuk genannten Modifizierungen und Funktionalisierungen endgruppenmodifiziert und/oder entlang der Polymerketten funktionalisiert sein. Flüssige Polybutadiene fallen gemäß der Erfindung nicht unter den Begriff der festen Butadien-Kautschuke.The polybutadiene used can also be end-group modified and/or functionalized along the polymer chains with the modifications and functionalizations mentioned above for the styrene-butadiene rubber. According to the invention, liquid polybutadienes do not fall under the term solid butadiene rubbers.
Die Kautschukmischung enthält als Dienkautschuk 50 bis 100 phr natürliches Polyisopren. Derartige Mischungen werden häufig bei Temperaturen von weniger als 140 °C vulkanisiert, so dass die beschleunigende Wirkung der bi- oder polycyclischen aminischen Base mit einem Schmelzpunkt von weniger als 140 °C hier besonders zum Tragen kommt.The rubber mixture contains 50 to 100 phr of natural polyisoprene as diene rubber. Such mixtures are often vulcanized at temperatures of less than 140 °C, so that the accelerating effect of the bi- or polycyclic amine base with a melting point of less than 140 °C is particularly effective here.
Die schwefelvernetzbare Kautschukmischung enthält außerdem zumindest einen Füllstoff. Unterschiedliche Füllstoffe können dabei einzeln oder Kombination in der Mischung vorliegen.The sulfur-crosslinkable rubber mixture also contains at least one filler. Different fillers can be present individually or in combination in the mixture.
Bei dem Füllstoff kann sich z. B. um Ruß handeln. Es sind alle dem Fachmann bekannten Ruß-Typen denkbar. Bevorzugt wird jedoch ein Ruß eingesetzt, der eine Jodadsorptionszahl gemäß ASTM D 1510 von 30 bis 180 g/kg, bevorzugt 30 bis 130 kg/g, und eine DBP-Zahl gemäß ASTM D 2414 von 80 bis 200 ml/100 g, bevorzugt 100 bis 200 m1/100g, besonders bevorzugt 100 bis 180 m1/100g, aufweist. Hiermit werden für die Anwendung im Fahrzeugreifen besonders gute Rollwiderstandsindikatoren (Rückprallelastizität bei 70 °C) bei guten sonstigen Reifeneigenschaften erzielt.The filler can z. B. be soot. All types of soot known to those skilled in the art are conceivable. However, preference is given to using a carbon black which has an iodine adsorption number according to ASTM D 1510 of 30 to 180 g/kg, preferably 30 to 130 kg/g, and a DBP number according to ASTM D 2414 of 80 to 200 ml/100 g, preferably 100 up to 200 m1/100g, particularly preferably 100 to 180 m1/100g. This achieves particularly good rolling resistance indicators (rebound elasticity at 70 °C) with good other tire properties for use in vehicle tires.
Als weitere Füllstoffe sind bekannte polare und/oder unpolare Füllstoffe, wie Kieselsäure, Alumosilicate, Kreide, Stärke, Magnesiumoxid, Titandioxid oder Kautschukgele, einsetzbar. Weiterhin sind Kohlenstoffnanoröhrchen (carbon nanotubes (CNT) inklusive diskreter CNTs, sogenannte hollow carbon fibers (HCF) und modifizierte CNT enthaltend eine oder mehrere funktionelle Gruppen, wie Hydroxy-, Carboxy und Carbonyl-Gruppen) denkbar.Known polar and/or non-polar fillers such as silica, aluminosilicates, chalk, starch, magnesium oxide, titanium dioxide or rubber gels can be used as further fillers. Furthermore, carbon nanotubes (carbon nanotubes (CNT) including discrete CNTs, so-called hollow carbon fibers (HCF) and modified CNT containing one or more functional groups, such as hydroxy, carboxy and carbonyl groups) are conceivable.
Auch Graphit und Graphene sowie sogenannte „carbon-silica dual-phase filler“ sind als Füllstoff denkbar.Graphite and graphene as well as so-called “carbon-silica dual-phase fillers” are also conceivable as fillers.
Zinkoxid gehört im Rahmen der vorliegenden Erfindung nicht zu den Füllstoffen.Zinc oxide is not one of the fillers in the context of the present invention.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung enthält die Kautschukmischung 40 bis 200 phr zumindest einer Kieselsäure. Derartige Mischungen lassen sich mit dem speziellen Vulkanisationsbeschleuniger besonders gut und problemlos vulkanisieren. Durch den niedrigen Schmelzpunkt wird ein Ablagern auf der Kieselsäure und damit eine eingeschränkte Wirksamkeit vermutlich vermieden.According to a preferred development of the invention, the rubber mixture contains 40 to 200 phr of at least one silica. Such mixtures can be vulcanized particularly well and easily with the special vulcanization accelerator. The low melting point probably prevents deposits on the silica and thus limited effectiveness.
Gemäß der Erfindung können unterschiedlichste Kieselsäuren, wie „low surface area“ oder hoch dispergierbare Kieselsäure, auch im Gemisch zum Einsatz kommen. Vorzugsweise werden Kieselsäuren mit einer CTAB-Oberfläche (gemäß ASTM D 3765) von 50 bis 180 m2/g und einer Stickstoff-Oberfläche (BET-Oberfläche) (gemäß
Neben den bereits erläuterten, erfindungswesentlichen Bestandteilen, kann die Kautschukmischung weitere, in der Kautschukindustrie übliche Bestandteile enthalten. Derartige Bestandteile werden im Folgenden dargelegt:
- Es ist bekannt, in kieselsäurehaltigen Mischungen zur Verbesserung der Verarbeitbarkeit und zur Anbindung des polaren Füllstoffes an den Kautschuk Silan-Kupplungsagenzien zuzusetzen. Die Silan-Kupplungsagenzien reagieren mit den oberflächlichen Silanolgruppen der Kieselsäure oder anderen polaren Gruppen während des Mischens des Kautschuks bzw. der Kautschukmischung (in situ) oder bereits vor der Zugabe des Füllstoffes zum Kautschuk im Sinne einer Vorbehandlung (Vormodifizierung). Derartige Silan-Kupplungsagenzien sind bifunktionelle Organosilane, die am Siliciumatom mindestens eine Alkoxy-, Cycloalkoxy- oder Phenoxygruppe als Abgangsgruppe besitzen und die als andere Funktionalität eine Gruppe aufweisen, die gegebenenfalls nach Spaltung eine chemische Reaktion mit den Doppelbindungen des Polymers eingehen kann. Bei der letztgenannten Gruppe kann es sich z. B. um die folgenden chemischen Gruppen handeln: - SCN, -SH, -NH2 oder -Sx- (mit x = 2-8). So können als Silan-Kupplungsagenzien z. B. 3-Mercaptopropyltriethoxysilan, 3-Thiocyanato-propyltrimethoxysilan oder 3,3'-Bis(triethoxysilylpropyl)polysulfide mit 2 bis 8 Schwefelatomen, wie z. B. 3,3'-Bis(triethoxysilylpropyl)tetrasulfid (TESPT), das entsprechende Disulfid (TESPD) oder auch Gemische aus den Sulfiden mit 1 bis 8 Schwefelatomen mit unterschiedlichen Gehalten an den verschiedenen Sulfiden, verwendet werden. Die Silan-Kupplungsagenzien können dabei auch als Gemisch mit Industrieruß zugesetzt werden, wie z. B. TESPT auf Ruß (Handelsname X50S der Firma Evonik). Auch geblockte Mercaptosilane, wie sie z. B. aus der
WO 99/09036 WO 2008/083241 A1 WO 2008/083242 A1 WO 2008/083243 A1 WO 2008/083244 A1
- It is known to add silane coupling agents to mixtures containing silica to improve processability and to bind the polar filler to the rubber. The Silane Kupp Lung agents react with the surface silanol groups of the silica or other polar groups during the mixing of the rubber or the rubber mixture (in situ) or before the filler is added to the rubber in the sense of a pre-treatment (pre-modification). Such silane coupling agents are bifunctional organosilanes which have at least one alkoxy, cycloalkoxy or phenoxy group on the silicon atom as a leaving group and which, as other functionality, have a group which, after cleavage, can optionally enter into a chemical reaction with the double bonds of the polymer. The latter group can be e.g. B. are the following chemical groups: - SCN, -SH, -NH2 or -Sx- (with x = 2-8). For example, silane coupling agents can be used: B. 3-mercaptopropyltriethoxysilane, 3-thiocyanato-propyltrimethoxysilane or 3,3'-bis (triethoxysilylpropyl) polysulfides with 2 to 8 sulfur atoms, such as. B. 3,3'-bis(triethoxysilylpropyl)tetrasulfide (TESPT), the corresponding disulfide (TESPD) or mixtures of the sulfides with 1 to 8 sulfur atoms with different contents of the different sulfides can be used. The silane coupling agents can also be added as a mixture with industrial carbon black, such as. B. TESPT on carbon black (trade name X50S from Evonik). Blocked mercaptosilanes, such as those found e.g. B. from the
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In der Kautschukmischung können Weichmacher wie aromatische, naphthenische oder paraffinische Mineralölweichmacher, wie z.B. MES (mild extraction solvate) oder RAE (Residual Aromatic Extract) oder TDAE (treated distillate aromatic extract), oder Phosphorsäureester oder Rubber-to-Liquid-Öle (RTL) oder Biomass-to-Liquid-Öle (BTL) bevorzugt mit einem Gehalt an polyzyklischen Aromaten von weniger als 3 Gew.-% gemäß Methode IP 346 oder Rapsöl oder Faktisse oder Weichmacherharze eingesetzt werden.Plasticizers such as aromatic, naphthenic or paraffinic mineral oil plasticizers, such as MES (mild extraction solvate) or RAE (residual aromatic extract) or TDAE (treated distillate aromatic extract), or phosphoric acid esters or rubber-to-liquid oils (RTL) can be used in the rubber mixture. or biomass-to-liquid oils (BTL) are preferably used with a polycyclic aromatic content of less than 3% by weight according to method IP 346 or rapeseed oil or facts or plasticizer resins.
Des Weiteren kann die Kautschukmischung übliche Zusatzstoffe in üblichen Gewichtsteilen enthalten, die bei deren Herstellung bevorzugt in wenigstens einer Grundmischstufe zugegeben werden. Zu diesen Zusatzstoffen zählen
- a) Alterungsschutzmittel, wie z. B. N-Phenyl-N'-(1,3-dimethylbutyl)-p-phenylendiamin (6PPD), N,N'-Diphenyl-p-phenylendiamin (DPPD), N,N'-Ditolyl-p-phenylendiamin (DTPD), N-Isopropyl-N'-phenyl-p-phenylendiamin (IPPD), 2,2,4-Trimethyl-1,2-dihydrochinolin (TMQ),
- b) Aktivatoren, wie z. B. Zinkoxid und Fettsäuren (z. B. Stearinsäure) oder Zinkkomplexe wie z. B. Zinkethylhexanoat,
- c) Wachse,
- d) Mastikationshilfsmittel, wie z. B. 2,2'-Dibenzamidodiphenyldisulfid (DBD) und
- e) Verarbeitungshilfsmittel, wie z. B. Fettsäuresalze, wie z. B. Zinkseifen, und Fettsäureester und deren Derivate.
- a) Anti-aging agents, such as E.g. N-phenyl-N'-(1,3-dimethylbutyl)-p-phenylenediamine (6PPD), N,N'-diphenyl-p-phenylenediamine (DPPD), N,N'-ditolyl-p-phenylenediamine (DTPD ), N-isopropyl-N'-phenyl-p-phenylenediamine (IPPD), 2,2,4-trimethyl-1,2-dihydroquinoline (TMQ),
- b) Activators, such as B. zinc oxide and fatty acids (e.g. stearic acid) or zinc complexes such as. B. zinc ethyl hexanoate,
- c) waxes,
- d) mastication aids, such as B. 2,2'-dibenzamidophenyl disulfide (DBD) and
- e) processing aids, such as B. fatty acid salts, such as. B. zinc soaps, and fatty acid esters and their derivatives.
Die Vulkanisation der erfindungsgemäßen schwefelvernetzbaren Kautschukmischung wird in Anwesenheit von Schwefel und/oder Schwefelspendern durchgeführt, wobei einige Vulkanisationsbeschleuniger zugleich als Schwefelspender wirken können. Die Kautschukmischung enthält 0,1 bis 7 phr Schwefel, um ein optimales Vernetzungsergebnis zu erzielen.The vulcanization of the sulfur-crosslinkable rubber mixture according to the invention is carried out in the presence of sulfur and/or sulfur donors, whereby some vulcanization accelerators can also act as sulfur donors. The rubber mixture contains 0.1 to 7 phr of sulfur to achieve optimal crosslinking results.
Außerdem kann die Kautschukmischung Vulkanisationsverzögerer enthalten.The rubber mixture may also contain vulcanization retarders.
Die Herstellung der erfindungsgemäßen schwefelvernetzbaren Kautschukmischung erfolgt nach dem in der Kautschukindustrie üblichen Verfahren, bei dem zunächst in ein oder mehreren Mischstufen eine Grundmischung mit allen Bestandteilen außer dem Vulkanisationssystem (Schwefel und vulkanisationsbeeinflussende Substanzen) hergestellt wird. Durch Zugabe des Vulkanisationssystems in einer letzten Mischstufe wird die Fertigmischung erzeugt. Die Fertigmischung wird z. B. durch einen Extrusionsvorgang weiterverarbeitet und in die entsprechende Form gebracht. Anschließend erfolgt die Weiterverarbeitung durch Vulkanisation, wobei aufgrund des im Rahmen der vorliegenden Erfindung zugegebenen Vulkanisationssystems eine Schwefelvernetzung stattfindet.The sulfur-crosslinkable rubber mixture according to the invention is produced according to the process common in the rubber industry, in which a basic mixture with all components except the vulcanization system (sulfur and substances influencing vulcanization) is first produced in one or more mixing stages. The finished mixture is created by adding the vulcanization system in a final mixing stage. The ready mix is z. B. further processed by an extrusion process and brought into the appropriate shape. Further processing then takes place by vulcanization, with sulfur crosslinking taking place due to the vulcanization system added in the context of the present invention.
Die Kautschukmischung kann für unterschiedlichste Gummiartikel, wie Vollgummireifen, Bälge, Förderbänder, Luftfedern, Gurte, Riemen, Schläuche oder Schuhsohlen eingesetzt werden.The rubber mixture can be used for a wide variety of rubber items, such as solid rubber tires, bellows, conveyor belts, air springs, belts, straps, hoses or shoe soles.
Vorzugsweise findet die Kautschukmischung jedoch Anwendung in Fahrzeugluftreifen, wobei zumindest der mit der Fahrbahn in Berührung kommende Teil des Laufstreifens die mit Schwefel vernetzte Kautschukmischung aufweist. Ein derartiger Fahrzeugluftreifen lässt sich gut und sicher - auch bei niedrigeren Temperaturen - vulkanisieren.However, the rubber mixture is preferably used in pneumatic vehicle tires, with at least the part of the tread that comes into contact with the road having the rubber mixture crosslinked with sulfur. Such a pneumatic vehicle tire can be vulcanized easily and safely - even at lower temperatures.
Zur Verwendung als Laufstreifen in Fahrzeugluftreifen wird die Mischung als Fertigmischung vor der Vulkanisation in die Form eines Laufstreifens, bevorzugt wenigstens in die Form einer Laufstreifencap, gebracht und bei der Herstellung des Fahrzeugreifenrohlings wie bekannt aufgelegt. Der Laufstreifen, bevorzugt wenigstens die Laufstreifencap, kann aber auch in Form eines schmalen Kautschukmischungsstreifens auf einen Reifenrohling aufgewickelt werden.For use as a tread in pneumatic vehicle tires, the mixture is brought into the form of a tread, preferably at least into the form of a tread cap, as a ready-made mixture before vulcanization and placed in the known manner during the production of the vehicle tire blank. The tread, preferably at least the tread cap, can also be wound onto a blank tire in the form of a narrow strip of rubber mixture.
Die Erfindung soll nun anhand von Vergleichs- und Ausführungsbeispielen, die in der Tabelle 1 zusammengefasst sind, näher erläutert werden.The invention will now be explained in more detail using comparative and exemplary embodiments, which are summarized in Table 1.
Die Vergleichsmischung ist dabei mit V, die erfindungsgemäßen Mischungen sind mit E gekennzeichnet. Die Vergleichsmischung enthält als Vulkanisationsbeschleuniger Diphenylguanidin (DPG) mit einem Schmelzpunkt von 144 °C. Die erfindungsgemäßen Mischungen enthalten als Vulkanisationsbeschleuniger 1,3,4,6,7,8-Hexahydro-2H-pyrimido[1,2-a]pyrimidin (TBD) mit einem Schmelzpunkt von 128 °C.The comparison mixture is marked with V, the mixtures according to the invention are marked with E. The comparison mixture contains diphenylguanidine (DPG) with a melting point of 144 °C as a vulcanization accelerator. The mixtures according to the invention contain 1,3,4,6,7,8-hexahydro-2H-pyrimido[1,2-a]pyrimidine (TBD) with a melting point of 128 ° C as a vulcanization accelerator.
Die Mischungsherstellung erfolgte nach den in der Kautschukindustrie üblichen Verfahren unter üblichen Bedingungen in zwei Stufen in einem Labormischer bei dem zunächst in der ersten Mischstufe (Grundmischstufe) alle Bestandteile außer dem Vulkanisationssystem (Schwefel und vulkanisationsbeeinflussende Substanzen) vermischt wurden. Durch Zugabe des Vulkanisationssystems in der zweiten Stufe (Fertigmischstufe) wurde die Fertigmischung erzeugt, wobei bei 90 bis 120 °C gemischt wurde.The mixture was produced according to the procedures common in the rubber industry under usual conditions in two stages in a laboratory mixer in which all components except the vulcanization system (sulfur and substances influencing vulcanization) were mixed in the first mixing stage (basic mixing stage). The finished mixture was produced by adding the vulcanization system in the second stage (finished mixing stage), with mixing at 90 to 120 °C.
Die Mischungen wurden bei 160 °C über 20 min vulkanisiert und der relative Vernetzungsgrad von 5 % bzw. 10 % (t5, t10 Anvulkanisationszeit) und 90 % (t90, Ausvulkanisationszeit) mittels rotorlosem Vulkameter (MDR = Moving Disc Rheometer) gemäß DIN 53 529 bestimmt. Tabelle 1
a) Diphenylguanidin, Mw = 211 g/mol, Smp. = 144 °C
b) 1,3,4,6,7,8-Hexahydro-2H-pyrimido[1,2-a]pyrimidin, Mw = 139 g/mol, Smp. = 128 °CThe mixtures were vulcanized at 160 ° C for 20 minutes and the relative degree of crosslinking of 5% or 10% (t 5 , t 10 vulcanization time) and 90% (t 90 , vulcanization time) was determined using a rotorless vulcanometer (MDR = Moving Disc Rheometer). DIN 53 529 determined. Table 1
a) Diphenylguanidine, M w = 211 g/mol, mp = 144 °C
b) 1,3,4,6,7,8-Hexahydro-2H-pyrimido[1,2-a]pyrimidine, M w = 139 g/mol, mp = 128 °C
Aus der Tabelle 1 wird ersichtlich, dass mit TBD eine Vulkanisationsbeschleunigung zu erzielen ist. Da der Schmelzpunkt niedriger als 140 °C liegt, kann TBD auch bei niedrigen Vulkanisationstemperaturen, wie z. B. bei Naturkautschukmischungen, eingesetzt werden. Weiterhin ist vorteilhaft, dass TBD kein umweltgefährdendes Anilin abspaltet.Table 1 shows that vulcanization can be accelerated with TBD. Since the melting point is lower than 140 °C, TBD can also be used at low vulcanization temperatures, such as B. can be used in natural rubber mixtures. It is also advantageous that TBD does not release any environmentally hazardous aniline.
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