DE102020209894A1 - Schwefelvernetzbare Kautschukmischung und Fahrzeugluftreifen - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine schwefelvernetzbare Kautschukmischung und einen Fahrzeugluftreifen, dessen Laufstreifen zumindest die schwefelvernetzte Kautschukmischung aufweist.Für bessere Wintereigenschaften enthält die Kautschukmischung wenigstens folgende Bestandteile:- 100 phr zumindest eines Dienelastomers,- zumindest ein Alterungsschutzmittels aus der Gruppe der Benzimidazolderivate und- zumindest ein Alterungsschutzmittels aus der Gruppe der Mono- und Bisphenolderivate,wobei die Gesamtmenge an Alterungsschutzmitteln aus der Gruppe der Benzimidazolderivate und an Alterungsschutzmitteln aus der Gruppe der Mono- und Bisphenolderivate 2 bis 30 phr beträgt und das Verhältnis von Alterungsschutzmitteln aus der Gruppe der Benzimidazolderivate zu Alterungsschutzmitteln aus der Gruppe der Mono- und Bisphenolderivate 1:4 bis 4:1 beträgt, und- ein Vulkanisationssystem, das wenigstens einen Beschleuniger und elementaren Schwefel und/oder wenigstens eine schwefelspendende Substanz enthält, wobei das Molverhältnis von Beschleuniger zu Schwefel 0,18 bis 5 beträgt, wobei die Gesamtmolmenge Schwefel aus elementarem Schwefel und dem von den schwefelspendenden Substanzen abgegebenem Schwefel besteht.
Description
- Die Erfindung betrifft eine schwefelvernetzbare Kautschukmischung und einen Fahrzeugluftreifen, dessen Laufstreifen zumindest die schwefelvernetzte Kautschukmischung aufweist.
- Da die Fahreigenschaften eines Reifens, insbesondere Fahrzeugluftreifens, in einem großen Umfang von der Kautschukzusammensetzung des Laufstreifens abhängig sind, werden besonders hohe Anforderungen an die Zusammensetzung der Laufstreifenmischung gestellt. So wurden vielfältige Versuche unternommen, die Eigenschaften des Reifens durch die Variation der Polymerkomponenten, der Füllstoffe und der sonstigen Zuschlagstoffe in der Laufstreifenmischung positiv zu beeinflussen. Dabei muss man berücksichtigen, dass eine Verbesserung in der einen Reifeneigenschaft oft eine Verschlechterung einer anderen Eigenschaft mit sich bringt, so ist eine Verbesserung des Rollwiderstandes üblicherweise mit einer Verschlechterung des Bremsverhaltens verbunden. Eine Erhöhung der Härte der Mischung für den Reifenlaufstreifen durch unterschiedlichste Maßnahmen führt zu einer Verschlechterung in Bezug auf die Wintereigenschaften eines Reifens.
- Es ist bekannt, Mischungen aus Butylhydroxytoluol (BHT) und (4,5)-Methyl-2-mercaptobenzimidazol (MMBI) zur Desaktivierung von Metallionen in Kautschukmischungen einzusetzen. Durch den Einsatz dieser beiden Substanzen wird die Härte der Vulkanisate aus diesen Mischungen erhöht. Dies zieht eine Verschlechterung der Wintereigenschaften beim Einsatz in Reifenlaufstreifen nach sich.
- Aus der
WO 2018033508 A1 ist eine schwefelvernetzbare Kautschukmischung bekannt, die neben einem Kautschukblend aus funktionalisierten Dienelastomeren ein spezielles Vulkanisationssystem aus einem Beschleuniger und elementarem Schwefel und/oder einer schwefelspendenden Substanz enthält, wobei das Molverhältnis von Beschleuniger zu Schwefel 0,18 bis 5 beträgt, wobei die Gesamtmolmenge Schwefel aus elementarem Schwefel und dem von den schwefelspendenden Substanzen abgegebenem Schwefel besteht. Ein derartiges Vulkanisationssystem wird auch als effizientes Vulkanisationssystem bezeichnet. Hierbei ist die molare Menge an Beschleuniger gegenüber der Menge an Schwefel vergleichsweise hoch und es bilden sich bei der Vernetzung überwiegend monosulfidische Schwefelbrücken zwischen den Polymerketten aus. Die Kautschukmischungen gemäß derWO 2018033508 A1 lassen sich gut verarbeiten und führen bei Verwendung in Reifen zu verbesserten Reifeneigenschaften. Die Verwendung dieses Vulkanisationssystems führt aber oft zu einer größeren Härte der Mischungen nach Vulkanisation, welche schlechtere Wintereigenschaften nach sich zieht. - Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Kautschukmischungen für die Laufstreifen von Fahrzeugluftreifen bereitzustellen, die sich durch eine für Wintereigenschaften vorteilhafte Härte auszeichnen.
- Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, dass die Kautschukmischung wenigstens folgende Bestandteile enthält:
- - 100 phr (Gewichtsteile, bezogen auf 100 Gewichtsteile der gesamten Kautschuke in der Mischung) zumindest eines Dienelastomers,
- - zumindest ein Alterungsschutzmittels aus der Gruppe der Benzimidazolderivate und
- - zumindest ein Alterungsschutzmittels aus der Gruppe der Mono- und Bisphenolderivate, wobei die Gesamtmenge an Alterungsschutzmitteln aus der Gruppe der Benzimidazolderivate und an Alterungsschutzmitteln aus der Gruppe der Mono- und Bisphenolderivate 2 bis 30 phr beträgt und das Verhältnis von Alterungsschutzmitteln aus der Gruppe der Benzimidazolderivate zu Alterungsschutzmitteln aus der Gruppe der Mono- und Bisphenolderivate 1:4 bis 4:1 beträgt, und
- - ein Vulkanisationssystem, das wenigstens einen Beschleuniger und elementaren Schwefel und/oder wenigstens eine schwefelspendende Substanz enthält, wobei das Molverhältnis von Beschleuniger zu Schwefel 0,18 bis 5 beträgt, wobei die Gesamtmolmenge Schwefel aus elementarem Schwefel und dem von den schwefelspendenden Substanzen abgegebenem Schwefel besteht.
- Überraschenderweise hat sich herausgestellt, dass durch die Kombination der speziellen Alterungsschutzmittel mit dem besonderen Vulkanisationssystem eine Kautschukmischung erhalten werden kann, die sich durch eine geringe Härte und damit durch verbesserte Wintereigenschaften beim Einsatz als Reifenlaufstreifen auszeichnet.
- Gleichzeitig bietet die Mischung durch die verwendeten Alterungsschutzmittel den Vorteil, dass sie einen reduzierten Gehalt an reaktiven Metallionen aufweist, so dass die Vulkanisate vor Alterungsprozessen mit Eigenschaftsverschlechterung geschützt sind.
- 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 festen Kautschuke bezogen.
- Die Kautschukmischung enthält zumindest ein Alterungsschutzmittels aus der Gruppe der Benzimidazolderivate und zumindest ein Alterungsschutzmittels aus der Gruppe der Mono- und Bisphenolderivate, wobei die Gesamtmenge an Alterungsschutzmitteln aus der Gruppe der Benzimidazolderivate und an Alterungsschutzmitteln aus der Gruppe der Mono- und Bisphenolderivate 2 bis 30 phr, bevorzugt 2 bis 15 phr, besonders bevorzugt 4 bis 7 phr, beträgt und das Verhältnis von Alterungsschutzmitteln aus der Gruppe der Benzimidazolderivate zu Alterungsschutzmitteln aus der Gruppe der Mono- und Bisphenolderivate 1:4 bis 4:1, bevorzugt 1:2 bis 2:1, besonders bevorzugt 1:1,5 bis 1,5:1, beträgt.
- Als Alterungsschutzmittel aus der Gruppe der Benzimidazolderivate können z. B. folgende Substanzen eingesetzt werden: 2-Mercaptobenzimidazol (MBI), Zink-2-mercaptobenzimidazol (ZMBI), (4,5)-Methyl-2-mercaptobenzimidazol (MMBI) und Zink-(4,5)-Methyl-2-mercaptobenzimidazol (ZMMBI). Für besonders gute Wintereigenschaften von Reifen hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn das Alterungsschutzmittel aus der Gruppe der Benzimidazolderivate (4,5)-Methyl-2-mercaptobenzimidazol (MMBI) ist.
- Als Alterungsschutzmittel aus der Gruppe der Mono- und Bisphenolderivate können z. B. folgende Substanzen eingesetzt werden: 2,2'-Methylen-bis-(4-methyl-6-tert.-butylphenol) (MBPC), 2,2'-Methylen-bis-(4-methyl-6-cyclohexylphenol) (MCPC), 2,2'-Thio-bis-(4-methyl-6-tert.-butylphenol) (TBPC), 2,2'-Isobutyliden-bis-(4-methyl-6-tert.-butylphenol) (IBBPC), 2,2'-Isobutyliden-bis-(4,6-dimethylphenol) (IBMPC), 4,4'-Butyliden-bis-(3-methyl-6-tert.-butylphenol) (BBMC), 4,4'-Thio-bis-(3-methyl-6-tert.-butylphenol) (TBMC), Butylhydroxytoluol (=2,6-Di-tert.-butyl-4-methylphenol, BHT), 2,6-Di-tert.-butylphenol, alkyliertes Phenol (APH), styrolisiertes und alkyliertes Phenol (SAPH) und styrolisiertes Phenol (SPH). Vorzugsweise wird als Alterungsschutzmittel aus der Gruppe der Mono- und Bisphenolderivate Butylhydroxytoluol (=2,6-Di-tert.-butyl-4-methylphenol, BHT) eingesetzt. Hiermit lassen sich besonders gute Ergebnisse hinsichtlich verbesserter Wintereigenschaften beim Reifen erzielen.
- Das Vulkanisationssystem enthält wenigstens einen Beschleuniger und elementaren Schwefel und/oder wenigstens eine schwefelspendende Substanz, wobei das Molverhältnis von Beschleuniger zu Schwefel (Beschleuniger/Schwefel-Verhältnis) 0,18 bis 5, bevorzugt 0,18 bis 2, beträgt. Ein derartiges Vulkanisationssystem wird auch als effizientes Vulkanisationssystem bezeichnet. Hierbei ist die molare Menge an Beschleuniger gegenüber der Menge an Schwefel vergleichsweise hoch und es bilden sich bei der Vernetzung überwiegend monosulfidische Schwefelbrücken zwischen den Polymerketten aus.
- Der Beschleuniger ist ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Thiazolbeschleunigern und/oder Mercaptobeschleunigern und/oder Sulfenamidbeschleunigern und/oder Thiocarbamatbeschleunigern und/oder Thiurambeschleunigern und/oder Thiophosphatbeschleunigern und/oder Thioharnstoffbeschleunigern und/oder Guanidinbeschleunigern und/oder Xanthogenatbeschleunigern.
Bevorzugt ist die Verwendung wenigstens eines Sulfenamidbeschleunigers, der ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus N-Cyclohexyl-2-benzothiazolsufenamid (CBS) und/oder N,N-Dicyclohexylbenzothiazol-2-sulfenamid (DCBS) und/oder Benzothiazyl-2-sulfenmorpholid (MBS) und/oder N-tert.Butyl-2-benzothiazylsulfenamid (TBBS). Besonders bevorzugt wird für gute Wintereigenschaften N-tert.Butyl-2-benzothiazylsulfenamid (TBBS) eingesetzt. - Auch weitere netzwerkbildende Systeme, wie sie beispielsweise unter den Handelsnamen Vulkuren®, Duralink® oder Perkalink® erhältlich sind, oder netzwerkbildende Systeme, wie sie in der
WO 2010/049261 A2 - Erfindungswesentlich ist es, dass bei der Berechnung des Molverhältnisses von Beschleuniger zu Schwefel in die Gesamtmolmenge Schwefel sowohl der als elementarer Schwefel zugegebene Schwefel als auch der Schwefel aus schwefelspendenden Substanzen eingeht. Der elementare Schwefel, auch als freier Schwefel bezeichnet, wird der Kautschukmischung üblicherweise als Pulver oder Granulat zugegeben.
- Schwefelspendende Substanzen, enthaltend Vernetzungsmittel, die Schwefel an das Netzwerk abgeben, sind der fachkundigen Person bekannt oder z. B. in Hofmann & Gupta: Handbuch der Kautschuktechnologie, Gupta-Verlag (2001), Kapitel 7, beschrieben. Schwefelspendende Substanzen werden auch als Schwefeldonoren oder Schwefelspender bezeichnet.
- Die schwefelspendende Substanz ist dabei bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe enthaltend z.B. Thiuramdisulfide , wie z.B. Tetrabenzylthiuramdisulfid (TBzTD) und/oder Tetramethylthiuramdisulfid (TMTD) und/oder Tetramethylthiurammonosulfid (TMTM) und/oder Tetraethylthiuramdisulfid (TETD), und/oder Thiuramtetrasulfide, wie z.B. Dipentamethylenthiuramtetrasulfid (DPTT), und/oder Dithiophosphate, wie z.B. DipDis (Bis-(Diisopropyl)thiophosphoryldisulfid) und/oder Bis(O,O-2-ethylhexylthiophosphoryl)Polysulfid (z. B. Rhenocure SDT 50®, Rheinchemie GmbH) und/oder Zinkdichloryldithiophosphat (z. B. Rhenocure ZDT/S®, Rheinchemie GmbH) und/oder Zinkalkyldithiophosphat, und/oder 1,6-Bis(N,N-dibenzylthiocarbamoyldithio)hexan und/oder Diarylpolysulfide und/oder Dialkylpolysulfide und/oder 3,3'-Bis(triethoxysilylpropyl)tetrasulfid (TESPT), wobei aus der vorgenannten Gruppe die Thiuramdisulfide als schwefelspendende Substanzen besonders bevorzugt sind. Vorzugsweise wird Tetrabenzylthiuramdisulfid (TBzTD) eingesetzt.
- Die schwefelspendende Substanz kann demnach auch ein schwefelspendender Beschleuniger sein. In diesem Fall zählen 1 mol des zugegebenen Beschleunigers in dem Molverhältnis von Beschleuniger zu Schwefel als 1 mol Beschleuniger und x mol Schwefel, wobei x die Molmenge an Schwefelatomen darstellt, die 1 mol des schwefelspendenden Beschleunigers während der Vulkanisation abgeben.
Es ist dem Fachmann bekannt, dass z. B. TBzTD zwei Schwefelatome abgibt, die an der Vulkanisation teilnehmen. Mit TBzTD als schwefelspendendem Beschleuniger ist es in einer schwefelarmen Kautschukmischung (sehr geringe Mengen, < 0,3 phr, an zugesetzten elementarem/freiem Schwefel) oder in einer Kautschukmischung ohne zugesetzten freien Schwefel möglich ein überwiegend monosulfidisches Netzwerk, also ein effizientes Netzwerk bei der Vulkanisation einzustellen. - Wenn die Kautschukmischung ein oder mehrere sulfidische Silane enthält, so gehen nur diese bei der Berechnung des Molverhältnisses von Beschleuniger zu Schwefel in die Gesamtmolmenge Schwefel ein, die Schwefelatome abgeben können. So zählt das disulfidische Silane TESPD (3,3'-Bis(triethoxysilylpropyl)disulfid) im Rahmen der Erfindung nicht als schwefelspendende Substanz, die in die Berechnung des Molverhältnisses von Beschleuniger zu Schwefel eingeht. Das tetrasulfidische Silan TESPT (3,3'-Bis(triethoxysilylpropyl)tetrasulfid) gibt, wie dem Fachmann bekannt, zwei Schwefelatome ab und geht daher in die Berechnung des Molverhältnisses ein.
- Um das angestrebte Molverhältnis von Beschleuniger zu Schwefel des effizienten Vulkanisationssystems von 0,18 bis 5 in der erfindungsgemäßen Kautschukmischung zu erhalten, liegt die zugegebene Menge an Beschleuniger zwischen 1,5 und 10 phr und die Menge an elementarem Schwefel zwischen 0,3 und 1 phr, bevorzugt 0,4 bis 0,9 phr, besonders bevorzugt 0,5 bis 0,85 phr.
Wenn mehr als ein Beschleuniger in der Kautschukmischung enthalten ist, gehen alle zugegebenen Beschleuniger als Beschleuniger in das Molverhältnis von Beschleuniger zu Schwefel ein, und die Summe aller Mengen der zugegebenen Beschleuniger liegt zwischen 2 und 10 phr. - In einer bevorzugten Ausführungsform enthält das Vulkanisationssystem 1,0 bis 7 phr TBBS und 1,5 bis 2,5 phr TBzTD und 0,4 bis 0,9 phr elementaren Schwefel.
- Die erfindungsgemäße Kautschukmischung enthält zumindest ein Dienelastomer. Es können auch mehrere Dienelastomere im Verschnitt eingesetzt werden.
Als Dienelastomere (Dienkautschuke) werden Kautschuke bezeichnet, die durch Polymerisation oder Copolymerisation von Dienen und/oder Cycloalkenen entstehen und somit entweder in der Hauptkette oder in den Seitengruppen C=C-Doppelbindungen aufweisen. - Bei den Dienelastomeren kann es sich z. B. um natürliches Polyisopren und/oder synthetisches Polyisopren und/oder Polybutadien (Butadien-Kautschuk) und/oder Styrol-Butadien-Copolymer (Styrol-Butadien-Kautschuk) und/oder epoxidiertes Polyisopren und/oder Styrol-Isopren-Kautschuk und/oder Halobutyl-Kautschuk und/oder Polynorbornen und/oder Isopren-Isobutylen-Copolymer und/oder Ethylen-Propylen-DienKautschuk handeln. Die Kautschuke können als reine Kautschuke oder in ölverstreckter Form eingesetzt werden.
- Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Dienelastomer ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus natürlichem Polyisopren (NR), synthetischem Polyisopren (IR), Butadien-Kautschuk (BR), lösungspolymerisiertem Styrol-Butadien-Kautschuk (SSBR) und emulsionspolymerisiertem Styrol-Butadien-Kautschuk (ESBR). Die Kautschuke können im Verschnitt eingesetzt werden. Eine derartige Kautschukmischung ist insbesondere für den Laufstreifen von Fahrzeugreifen geeignet.
- 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.-%.
- Ist Butadien-Kautschuk (= BR, Polybutadien) in der Kautschukmischung enthalten, kann es sich um alle dem Fachmann bekannten Typen 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.
- Das oder die eingesetzte(n) Polybutadiene 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 Siloxan-Gruppen 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.
- Für den Fall, dass wenigstens ein Styrol-Butadien-Kautschuk (Styrol-Butadien-Copolymer) in der Kautschukmischung enthalten ist, 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.
- Das eingesetzte Styrol-Butadien-Copolymer kann mit den oben beim Polybutadien genannten Modifizierungen und Funktionalisierungen endgruppenmodifiziert und/oder entlang der Polymerketten funktionalisiert sein.
- Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung enthält die Kautschukmischung wenigstens ein natürliches Polyisopren und zwar bevorzugt in Mengen von 2 bis 100 phr, und gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung 5 bis 30 phr, ganz besonders bevorzugt 5 bis 15 phr. Hiermit wird eine besonders gute Prozessierbarkeit der erfindungsgemäßen Kautschukmischung erzielt. Natürliches Polyisopren wird verstanden als Kautschuk, der durch Ernte von Quellen wie Kautschukbäumen (Hevea brasiliensis) oder nicht-Kautschukbaumquellen (wie z. B. Guayule oder Löwenzahn (z. B. Taraxacum koksaghyz)) gewonnen werden kann. Unter natürlichem Polyisopren (NR) wird nicht synthetisches Polyisopren verstanden.
- Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung enthält die Kautschukmischung wenigstens ein Polybutadien (Butadienkautschuk) und zwar bevorzugt in Mengen von 2 bis 100 phr, und gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung 5 bis 50 phr, ganz besonders bevorzugt 10 bis 25 phr. Hiermit werden besonders gute Abrieb- und Reißeigenschaften und eine gute Prozessierbarkeit bei geringem Hystereseverlust der erfindungsgemäßen Kautschukmischung erzielt.
- Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung enthält die Kautschukmischung wenigstens ein Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR) und zwar bevorzugt in Mengen von 2 bis 100 phr, und gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung 25 bis 80 phr, ganz besonders bevorzugt 65 bis 85 phr. Hiermit wird eine gute Prozessierbarkeit bei geringem Hystereseverlust sowie guten Abrieb- und Reißeigenschaften der erfindungsgemäßen Kautschukmischung erzielt. Bevorzugt ist der SBR hierbei ein SSBR, womit sich optimierte Eigenschaften ergeben.
- Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform besteht darin, dass die Kautschukmischung 5 bis 30 phr wenigstens eines natürlichen und/oder wenigstens eines synthetischen Polyisoprens und 25 bis 80 phr wenigstens eines Styrol-Butadien-Kautschuks und 5 bis 50 phr wenigstens eines Butadien-Kautschuks enthält.
- Zur Reduzierung des Rollwiderstandes enthält die Kautschukmischung vorzugsweise mehr als 70 phr zumindest einer Kieselsäure. Es können unterschiedlichste Kieselsäuren, wie „low surface area“ oder hoch dispergierbare Kieselsäure, auch im Gemisch, zum Einsatz kommen. Besonders bevorzugt ist es, wenn eine fein verteilte, gefällte Kieselsäure verwendet wird, die eine CTAB-Oberfläche (gemäß ASTM D 3765) von 30 bis 350 m2/g, vorzugsweise von 110 bis 250 m2/g, aufweist. Als Kieselsäuren können sowohl konventionelle Kieselsäuren wie die des Typs VN3 (Handelsname) der Firma Evonik als auch hoch dispergierbare Kieselsäuren, so genannte HD-Kieselsäuren (z. B. Ultrasil 7000 der Firma Evonik), zum Einsatz kommen.
- Die Kautschukmischung kann weitere Füllstoffe, wie Ruße, Alumosilicate, Kreide, Stärke, Magnesiumoxid, Titandioxid, Kautschukgele,Kohlenstoffnanoröhrchen, Graphit, Graphene oder sogenannte „carbon-silica dual-phase filler“ enthalten.
- Ist in der Kautschukmischung Ruß enthalten, können alle dem Fachmann bekannten Ruß-Typen eingesetzt werden. Bevorzugt wird jedoch ein Ruß eingesetzt, der eine Jodadsorptionszahl gemäß ASTM D 1510 von 30 bis 180 g/kg, bevorzugt 30 bis 130 g/kg, und eine DBP-Zahl gemäß ASTM D 2414 von 80 bis 200 ml/100 g, bevorzugt 100 bis 200 ml/100g, besonders bevorzugt 100 bis 180 ml/100g, aufweist.
- Ist der Kautschukmischung Kieselsäure oder ein anderer polarer Füllstoff vorhanden, wird zur Verbesserung der Verarbeitbarkeit und zur Anbindung des polaren Füllstoffes an den Dienkautschuk vorzugsweise zumindest ein Silan-Kupplungsagens in Mengen von 1 - 15 phf (Gewichtsteile, bezogen auf 100 Gewichtsteile polaren Füllstoff) in der Kautschukmischung eingesetzt.
- Die in dieser Schrift verwendete Angabe phf (parts per hundred parts of filler by weight) ist dabei die in der Kautschukindustrie gebräuchliche Mengenangabe für Kupplungsagenzien für Füllstoffe. Im Rahmen der vorliegenden Anmeldung bezieht sich phf auf die vorhandenen polaren Füllstoffe, das heißt, dass andere eventuell vorhandene nicht polare Füllstoffe wie Ruß nicht in die Berechnung der Menge an Silan-Kupplungsagens mit eingehen.
- Die Silan-Kupplungsagenzien reagieren mit den oberflächlichen Silanolgruppen der polaren Füllstoffe 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). Als Silan-Kupplungsagenzien können dabei alle dem Fachmann für die Verwendung in Kautschukmischungen bekannten Silan-Kupplungsagenzien verwendet werden. Solche aus dem Stand der Technik bekannten 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 oder auch Gemische aus den Sulfiden mit 1 bis 8 Schwefelatomen mit unterschiedlichen Gehalten an den verschiedenen Sulfiden, verwendet werden. TESPT kann dabei beispielsweise auch als Gemisch mit Industrieruß (Handelsname X50S der Firma Degussa) zugesetzt werden. 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 US 20080161477 A1 und derEP 2 114 961 B1 beschrieben werden. - In der Kautschukmischung können außerdem Weichmacher in Mengen von 1 bis 300 phr, bevorzugt von 5 bis 150 phr, besonders bevorzugt von 15 bis 90 phr, enthalten sein. Als Weichmacher können alle dem Fachmann bekannten 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 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 Flüssig-Polymere, wie flüssiges Polybutadien - auch in modifizierter Form - eingesetzt werden. Der oder die Weichmacher werden bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Kautschukmischung bevorzugt in wenigstens einer Grundmischstufe zugegeben.
- 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) weitere 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 und Harze,
- d) Mastikationshilfsmittel, wie z. B. 2,2'-Dibenzamidodiphenyldisulfid (DBD),
- e) Verarbeitungshilfsmittel, wie z.B. Fettsäuresalze, wie z.B. Zinkseifen, und Fettsäureester und deren Derivate
- Der Mengenanteil der Gesamtmenge an weiteren Zusatzstoffen beträgt 3 bis 150 phr, bevorzugt 3 bis 100 phr und besonders bevorzugt 5 bis 80 phr.
- Die Vulkanisation wird in Anwesenheit des Vulkanisationssystems gemäß Anspruch 1 durchgeführt.
- 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.
- Die Kautschukmischung kann für die Herstellung von Fahrzeugluftreifen, wie PKW-, Van-, LKW- oder Zweiradreifen, verwendet werden.
- Bei einem Fahrzeugluftreifen kann die Kautschukmischung für unterschiedlichste Bauteile eingesetzt werden. Vorzugsweise wird die Mischung jedoch für den Laufstreifen eines Fahrzeugluftreifens eingesetzt.
- Bei einem Fahrzeugluftreifen kann der Laufstreifen aus einer einzigen Mischung gemäß der Erfindung bestehen. Häufig weisen Fahrzeugluftreifen heute jedoch einen Laufstreifen mit einer sogenannten Cap/Base-Konstruktion auf. Unter „Cap“ wird dabei der mit der Fahrbahn in Berührung kommende Teil des Laufstreifens verstanden, der radial außen angeordnet ist (Laufstreifenoberteil oder Laufstreifencap). Unter „Base“ wird dabei der Teil des Laufstreifens verstanden, der radial innen angeordnet ist, und somit im Fahrbetrieb nicht oder nur am Ende des Reifenlebens mit der Fahrbahn in Berührung kommt (Laufstreifenunterteil oder Laustreifenbase).
- Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das Gummibauteil aus der erfindungsgemäßen Mischung der mit Fahrbahn in Berührung kommender Teil des Laufstreifens (Cap). Hier wirkt sich der Einfluss der geringeren Härte der Mischungen besonders positiv auf Wintereigenschaften aus.
- Bei der Herstellung des Fahrzeugluftreifens wird die Mischung als Fertigmischung vor der Vulkanisation in die gewünschte Form gebracht und bei der Herstellung des Fahrzeugreifenrohlings wie bekannt auf- bzw. eingebracht. Die Bauteilrohlinge können auch in Form von schmalen Streifen auf einen Reifenrohling aufgewickelt werden.
- In Anschluss wird der Fahrzeugluftreifen unter üblichen Bedingungen vulkanisiert.
- Die Erfindung soll nun anhand von Vergleichs- und Ausführungsbeispielen, die in der Tabelle 1 zusammengefasst sind, näher erläutert werden. Vergleichsmischungen sind mit V, erfindungsgemäße Mischungen sind mit E gekennzeichnet.
- Die Mischungsherstellung erfolgte nach den in der Kautschukindustrie üblichen Verfahren unter üblichen Bedingungen in drei Stufen in einem Labormischer bei dem zunächst in der ersten Mischstufe (Grundmischstufe) alle Bestandteile außer dem Vulkanisationssystem (Schwefel und vulkanisationsbeeinflussende Substanzen) vermischt wurden. In der zweiten Mischstufe wurde die Grundmischung nochmals durchmischt. Durch Zugabe des Vulkanisationssystems in der dritten Stufe (Fertigmischstufe) wurde die Fertigmischung erzeugt, wobei bei 90 bis 120 °C gemischt wurde.
- Aus sämtlichen Mischungen wurden Prüfkörper durch 20-minütige Vulkanisation unter Druck bei 160 °C hergestellt und mit diesen Prüfkörpern für die Kautschukindustrie typische Materialeigenschaften mit den im Folgenden angegebenen Testverfahren ermittelt:
- - Shore-A-Härte bei Raumtemperatur und 70 °C mittels Durometer gemäß DIN ISO 7619-1
- - Rückprallelastizität bei Raumtemperatur und 70 °C gemäß DIN 53 512
- Der Tabelle 1 kann man entnehmen, dass überraschenderweise die gleichzeitige Verwendung der Kombination aus MMBI und BHT mit dem speziellen effizienten Vulkanisationssystem zu einer überraschenderweise niedrigen Härte der vulkanisierten Kautschukmischungen führt, wohingegen die Einzelmaßnahmen (2(V): nur MMBI/BHT, 3(V): nur effizientes Vulkanisationssystem) zu einer Erhöhung der Härte führen. Die Härte der Mischung 4(E) ist überraschenderweise niedriger als die Härte der 3(V). Die geringe Härte wirkt sich positiv auf die Wintereigenschaften eines Fahrzeugluftreifens aus, wenn derartige Mischungen im Laufstreifen verwendet werden. Zusätzlich zeichnet sich die erfindungsgemäße Mischung durch einen verringerten Rollwiderstand aus. Dies wird aus den Werten für die Rückprallelastizität bei 70 °C ersichtlich, die als Indikator für den Rollwiderstand dienen (größerer Wert korreliert mit einem besseren Rollwiderstand beim Reifen).
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
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- WO 9909036 [0040]
- WO 2008/083241 A1 [0040]
- WO 2008/083242 A1 [0040]
- WO 2008/083243 A1 [0040]
- WO 2008/083244 A1 [0040]
- US 20080161477 A1 [0040]
- EP 2114961 B1 [0040]
| Bestandteile | Einheit | 1(V) | 2(V) | 3(V) | 4(E) |
| Naturkautschuk | phr | 10 | 10 | 10 | 10 |
| BRa | phr | 18 | 18 | - | - |
| SBRb | phr | 72 | 72 | 72 | 72 |
| Kieselsäurec | phr | 95 | 95 | 95 | 95 |
| Weichmacher | phr | 35 | 35 | 35 | 35 |
| 6PPD | phr | 2 | 2 | 2 | 2 |
| MMBI | phr | - | 2,5 | - | 2,5 |
| BHT | phr | - | 2,5 | - | 2,5 |
| Aktivatoren | phr | 7 | 7 | 7 | 7 |
| Silan-Kupplungsagensd | phr | 6,84 | 6,84 | 6,84 | 6,84 |
| Diphenylguanidin (DPG) | phr | 2 | 2 | - | - |
| CBS | phr | 2 | 2 | - | - |
| TBzTD | phr | - | - | 1,75 | 1,75 |
| TBBS | phr | - | - | 1,9 | 1,9 |
| Schwefel | phr | 2 | 2 | 0,75 | 0,75 |
| Eigenschaften | |||||
| Shorehärte RT | ShoreA | 70,2 | 72,6 | 74,9 | 73,7 |
| Shorehärte 70 °C | ShoreA | 65,4 | 68,3 | 71,5 | 69,8 |
| Rückpra. RT | % | 25,6 | 25,8 | 28,5 | 28,6 |
| Rückpra. 70 °C | % | 47,8 | 48,4 | 49,9 | 50,2 |
| Δ (Rückpra. 70 °C - Rückpra. RT) | - | 22,1 | 22,6 | 21,4 | 21,6 |
aEuroprene® Neocis BR 40, Eni Versalis, lösungspolymerisiertes high-cis Polybutadien, nicht funktionalisiert
bSprintan® SLR-4601, Trinseo, funktionalisiertes, lösungspolymerisiertes Styrol-Butadien-Copolymer mit Funktionalisierungen für die Polymer/Ruß-Wechselwirkung, Tg = -25 °C
cUltrasil® VN3, Evonik
dTESPD, 3,3'-Bis(triethoxysilylpropyl)disulfid
Claims (10)
- Schwefelvernetzbare Kautschukmischung, insbesondere für den Laufstreifen von Fahrzeugluftreifen, enthaltend wenigstens folgende Bestandteile: - 100 phr (Gewichtsteile, bezogen auf 100 Gewichtsteile der gesamten Kautschuke in der Mischung) zumindest eines Dienelastomers, - zumindest ein Alterungsschutzmittels aus der Gruppe der Benzimidazolderivate und - zumindest ein Alterungsschutzmittels aus der Gruppe der Mono- und Bisphenolderivate, wobei die Gesamtmenge an Alterungsschutzmitteln aus der Gruppe der Benzimidazolderivate und an Alterungsschutzmitteln aus der Gruppe der Mono- und Bisphenolderivate 2 bis 30 phr beträgt und das Verhältnis von Alterungsschutzmitteln aus der Gruppe der Benzimidazolderivate zu Alterungsschutzmitteln aus der Gruppe der Mono- und Bisphenolderivate 1:4 bis 4:1 beträgt, und - ein Vulkanisationssystem, das wenigstens einen Beschleuniger und elementaren Schwefel und/oder wenigstens eine schwefelspendende Substanz enthält, wobei das Molverhältnis von Beschleuniger zu Schwefel 0,18 bis 5 beträgt, wobei die Gesamtmolmenge Schwefel aus elementarem Schwefel und dem von den schwefelspendenden Substanzen abgegebenem Schwefel besteht.
- Schwefelvernetzbare Kautschukmischung nach
Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamtmenge an Alterungsschutzmitteln aus der Gruppe der Benzimidazolderivate und an Alterungsschutzmitteln aus der Gruppe der Mono- und Bisphenolderivate 2 bis 15 phr, vorzugsweise 4 bis 7 phr, beträgt. - Schwefelvernetzbare Kautschukmischung nach
Anspruch 1 oder2 , dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis von Alterungsschutzmitteln aus der Gruppe der Benzimidazolderivate zu Alterungsschutzmitteln aus der Gruppe der Mono- und Bisphenolderivate 1:2 bis 2:1, vorzugsweise 1:1,5 bis 1,5:1 beträgt. - Schwefelvernetzbare Kautschukmischung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Alterungsschutzmittel aus der Gruppe der Benzimidazolderivate (4,5)-Methyl-2-mercaptobenzimidazol (MMBI) ist.
- Schwefelvernetzbare Kautschukmischung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Alterungsschutzmittel aus der Gruppe der Mono- und Bisphenolderivate Butylhydroxytoluol (BHT) ist.
- Schwefelvernetzbare Kautschukmischung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Molverhältnis von Beschleuniger zu Schwefel 0,18 bis 2 beträgt.
- Schwefelvernetzbare Kautschukmischung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Beschleuniger ausgewählt ist aus der Gruppe der Sulfenamidbeschleuniger.
- Schwefelvernetzbare Kautschukmischung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die schwefelspendende Substanz ausgewählt ist aus der Gruppe der Thiuramdisulfide.
- Schwefelvernetzbare Kautschukmischung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie mehr als 70 phr zumindest einer Kieselsäure enthält.
- Fahrzeugluftreifen, dessen Laufstreifen zumindest eine schwefelvernetzte Kautschukmischung gemäß
Anspruch 1 aufweist.
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