DE102021206271A1 - Kautschukmischung und Reifen - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine schwefelvernetzbare Kautschukmischung, insbesondere für den Laufstreifen von Fahrzeugluftreifen, die- 20 - 90 phr zumindest eines hydrierten lösungspolymerisierten Styrol-Butadien-Copolymers mit einem Hydrierungsgrad von 80 bis 98 %,- 10 bis 50 phr zumindest eines lösungspolymerisierten, funktionalisierten Polybutadiens, wobei die Funktionalisierung eine Wechselwirkung mit einem Füllstoff ermöglicht,- bis zu 70 phr zumindest eines weiteren Dienkautschuks und- 40 - 350 phr zumindest eines Füllstoffes enthält.
Description
- Die Erfindung betrifft eine schwefelvernetzbare Kautschukmischung, insbesondere für den Laufstreifen von Fahrzeugluftreifen.
- Die Erfindung betrifft ferner einen Fahrzeugluftreifen mit einem Laufstreifen, der zumindest zum Teil aus einer solchen, mit Schwefel vulkanisierten Kautschukmischung besteht.
- 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 beispielsweise eine Verbesserung des Abriebverhaltens üblicherweise mit einer Verschlechterung des Bremsverhaltens auf trockener Fahrbahn verbunden. An Laufstreifenmischungen für PKW- und Van-Reifen werden zum Beispiel höchste Anforderungen hinsichtlich des Nass- und Trockenbremsens, des Abriebwiderstands, des Cut-und-Chip-Verhaltens, des Rollwiderstands, der Haltbarkeit und des Handlings gestellt. Gleichzeitig müssen die Kautschukmischungen aber auch ein gutes Verarbeitungsverhalten wie beispielsweise ein akzeptable Mooney-Viskosität aufweisen.
- Um Reifeneigenschaften wie Abrieb, Nassrutschverhalten und Rollwiderstand zu beeinflussen, ist es z. B. bekannt, lösungspolymerisierte Styrol-Butadien-Copolymere mit unterschiedlicher Mikrostruktur einzusetzen. Außerdem lassen sich Dienkautschuke modifizieren, indem Endgruppenmodifizierungen, Kopplungen oder Hydrierungen vorgenommen werden. Die verschiedenen Copolymertypen haben unterschiedlichen Einfluss auf die Vulkanisat- und damit auch auf die Reifeneigenschaften.
- In der
EP 0 302 505 B1 werden rußhaltige Kautschukmischungen für Reifen mit gutem Nassgriff und niedrigem Rollwiderstand beschrieben, die teilweise hydrierte lösungspolymerisierte Styrol-Butadien-Copolymere enthalten. - Aus der
EP 0 775 725 B1 ist es bekannt, Kautschukmischungen für Reifen mit gutem Nassgriff, guter Verarbeitbarkeit und geringem Rollwiderstand bereitzustellen, die partiell hydrierte Styrol-Butadien-Copolymere, Kieselsäure und Silan-Kupplungsagenzien enthalten. Die in derEP 0 775 725 B1 offenbarten Styrol-Butadien-Copolymere weisen bei Styrolgehalten von mehr als 37 Gew.-% nur einen Hydrierungsgrad von 25 % auf. - In der
EP 2 092 013 B1 werden Kautschukmischungen für Fahrzeugluftreifen mit gutem Nassgriff, geringem Rollwiderstand und guten Wintereigenschaften offenbart, die 30 bis 80 phr zumindest eines teilweise hydrierten lösungspolymerisierten Styrol-Butadien-Copolymers mit einem Hydrierungsgrad von mehr als 30 % aufweist. Konkret werden Styrol-Butadien-Copolymere mit einem Hydrierungsgrad von 35 und 67 % beschrieben. - Kautschukmischungen für Reifen mit hydrierten lösungspolymerisierten Styrol-Butadien-Copolymeren mit einem hohem Hydrierungsgrad von mehr als 80 % sind beispielsweise aus der
EP 3 424 750 A1 , derEP 3 181 630 A1 , derEP 3 181 631 A1 und derEP 3 741 802 A1 bekannt. - Beim partiellen oder vollständigen Austausch von lösungspolymerisierten Styrol-Butadien-Copolymeren, welches nicht oder nur wenig hydriert ist, durch hydrierte lösungspolymerisierte Styrol-Butadien-Copolymere mit einem hohen Hydrierungsgrad steigt die Mooney-Viskosität der Mischung in der Regel an, was zu einer Verschlechterung des Verarbeitungsverhaltens führt.
- Auch die Verwendung von lösungspolymerisierten, funktionalisierten Polybutadienen in Kautschukmischungen für Reifenlaufstreifen führt üblicherweise zu einer nicht gewünschten Erhöhung der Mooney-Viskosität der Mischung.
- Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, Kautschukmischungen für die Laufstreifen von Fahrzeugluftreifen bereitzustellen, die sich durch ein gutes Verarbeitungsverhalten bei guten Reifeneigenschaften auszeichnen.
- Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch eine schwefelvernetzbare Kautschukmischung, insbesondere für den Laufstreifen von Fahrzeugluftreifen, die
- - 20 - 90 phr (Gewichtsteile, bezogen auf 100 Gewichtsteile der gesamten Kautschuke in der Mischung) zumindest eines hydrierten lösungspolymerisierten Styrol-Butadien-Copolymers mit einem Hydrierungsgrad von 80 bis 98 %,
- - 10 bis 50 phr zumindest eines lösungspolymerisierten, funktionalisierten Polybutadiens, wobei die Funktionalisierung eine Wechselwirkung mit einem Füllstoff ermöglicht,
- - bis zu 70 phr zumindest eines weiteren Dienkautschuks und
- - 40 - 350 phr zumindest eines Füllstoffes enthält.
- 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 dabei stets auf 100 Gewichtsteile der gesamten Masse aller in der Mischung vorhandenen Kautschuke bezogen.
- Unter Hydrierungsgrad eines Kautschukes ist dabei das Verhältnis der hydrierten Doppelbindungen zu den nicht hydrierten Doppelbindungen zu verstehen. Aromatische Doppelbindungen der Styrolbausteine werden dabei nicht berücksichtigt.
- Überraschenderweise wurde gefunden, dass durch den Einsatz eines hydrierten lösungspolymerisierten Styrol-Butadien-Copolymers mit einem sehr hohen Hydrierungsgrad von 80 bis 98 % in Kombination mit einem lösungspolymerisierten, funktionalisierten Polybutadien, dessen Funktionalisierung eine Wechselwirkung mit einem Füllstoff ermöglicht, in füllstoffhaltigen Kautschukmischungen eine Mischung erhalten werden kann, die sich durch eine reduzierte Mooney-Viskosität und damit eine verbesserte Verarbeitbarkeit auszeichnet. Außerdem weist die erfindungsgemäße Kautschukmischung nach Vulkanisation vorteilhafte viskoelastische Eigenschaften, beispielsweise niedrige dynamische Speichermoduli, auf, die mit verbesserten Handlingeigenschaften unter winterlichen Straßenverhältnissen bei Verwendung als Laufstreifen von Fahrzeugluftreifen korreliert werden können.
- Die erfindungsgemäße Kautschukmischung bietet zusätzlich den Vorteil, dass sie eine hohe Alterungsbeständigkeit und bei Verwendung als Reifenlaufstreifen einen niedrigen Rollwiderstand aufweist.
- Die schwefelvernetzbare Kautschukmischung enthält 20 - 90 phr, vorzugsweise 40 bis 90 phr, zumindest eines teilweise hydrierten lösungspolymerisierten Styrol-Butadien-Copolymers mit einem Hydrierungsgrad von 80 bis 98 %, die nach dem Fachmann bekannten Polymerisations- und Hydrierungsverfahren hergestellt werden können. Es können auch mehrere hydrierte lösungspolymerisierte Styrol-Butadien-Copolymere im Verschnitt eingesetzt werden.
- Ein besonders ausgewogenes Verhältnis von Nassgriff und Rollwiderstand bei Verwendung als Reifenlaufstreifen lässt sich erzielen, wenn das hydrierte lösungspolymerisierte Styrol-Butadien-Copolymer einen Hydrierungsgrad von 90 bis 98 % aufweist. Bei diesen Hydrierungsgraden wird ein besonders guter Schutz vor Alterung erzielt.
- Für besonders gute Vulkanisat- und Reifeneigenschaften hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn das hydrierte lösungspolymerisierte Styrol-Butadien-Copolymer eine Styrol-Anteil von 5 bis 40 Gew.-% aufweist.
- Die erfindungsgemäße Kautschukmischung enthält 10 bis 50 phr, vorzugsweise 10 bis 40 phr, zumindest eines lösungspolymerisierten, funktionalisierten Polybutadiens, wobei die Funktionalisierung eine Wechselwirkung mit einem Füllstoff ermöglicht. Dabei kann es sich um Funktionalisierungen handeln, die eine Wechselwirkung mit unpolaren Füllstoffen wie Ruß oder um solche die eine Wechselwirkung mit polaren Füllstoffen wie Kieselsäure ermöglichen. Das Polybutadien kann auch beide Arten von Funktionalisierungen aufweisen.
- Als Polybutadien können alle dem Fachmann bekannten Typen eingesetzt werden. 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. Vorzugsweise wird ein low-cis-Polybutadien ist z.B. Li-BR (Lithium-katalysierter Butadien-Kautschuk) mit einem cis-Anteil von 20 bis 50 Gew.-% eingesetzt.
- Die lösungspolymerisierten, funktionalisierten Polybutadiene können mit Funktionalisierungen (Modifizierungen), die eine Wechselwirkung mit einem Füllstoff ermöglichen, endgruppenmodifiziert und/oder entlang der Polymerketten funktionalisiert sein. Bei den Funktionalisierungen kann es sich um solche mit Hydroxy-Gruppen und/oder Ethoxy-Gruppen und/oder Epoxy-Gruppen und/oder Siloxan-Gruppen und/oder Aminosiloxan- und/oder Carboxy-Gruppen und/oder Silan-Sulfid-Gruppen handeln, die mit polaren Füllstoffen, wie Kieselsäure, wechselwirken können. Es kommen aber auch weitere, der fachkundigen Person bekannte Modifizierungen bzw. Funktionalisierungen in Frage. Es können auch unterschiedlichen Funktionalisierungen an beiden Kettenenden vorgesehen sein. Bestandteil der Funktionalisierungen können auch Metallatome sein. Für eine Anbindung an unpolare Füllstoffe, wie Ruß, kann es sich bei den Funktionalisierungen um Amino- und/oder Ammoniumgruppen handeln.
- Die Kautschukmischung enthält bis zu 70 phr zumindest eines weiteren Dienelastomers. Als Dienelastomere oder 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 weiteren Dienelastomeren kann es sich z. B. um natürliches Polyisopren und/oder synthetisches Polyisopren und/oder nicht-funktionalisiertes Polybutadien (Butadien-Kautschuk) und/oder nicht oder gering hydriertes Styrol-Butadien-Copolymer (Styrol-Butadien-Kautschuk) und/oder Styrol-Isopren-Kautschuk und/oder Halobutyl-Kautschuk und/oder Polynorbornen und/oder Isopren-Isobutylen-Copolymer und/oder Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk handeln. Die Kautschuke können als reine Kautschuke oder in ölverstreckter Form eingesetzt werden.
- Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das weitere Dienelastomer ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus natürlichem Polyisopren, synthetischem Polyisopren, weiterem Polybutadien und weiteren Styrol-Butadien-Copolymeren. Die Kautschuke können im Verschnitt eingesetzt werden.
- Die Kautschukmischung enthält 40 bis 350 phr zumindest eines Füllstoffes. Dabei kann es sich um Füllstoffe, wie Ruße, Kieselsäuren, Alumosilicate, Kreide, Stärke, Magnesiumoxid, Titandioxid oder Kautschukgele in üblichen Mengen enthalten, wobei die Füllstoffe in Kombination eingesetzt werden können. 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. Auch Graphit und Graphene sowie sogenannte „carbon-silica dual-phase filler“ sind als Füllstoff einsetzbar.
- 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 kg/g, 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. Hiermit werden für die Anwendung im Fahrzeugreifen besonders gute Rollwiderstandsindikatoren (Rückprallelastizität bei 70 °C) bei guten sonstigen Reifeneigenschaften erzielt.
- Zur Reduzierung des Rollwiderstandes hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Kautschukmischung als Füllstoff Kieselsäure enthält.
- 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.
- Vorzugsweise enthalt die Kautschukmischung 50 bis 180 phr Kieselsäure, um eine gute Verarbeitbarkeit bei guten Reifeneigenschaften zu erzielen.
- Zur Verbesserung der Verarbeitbarkeit und zur Anbindung der Kieselsäure an den Dienkautschuk in kieselsäurehaltigen Mischungen wird vorzugsweise zumindest ein Silan-Kupplungsagens in Mengen von 1 - 15 phf (Gewichtsteile, bezogen auf 100 Gewichtsteile Kieselsäure) 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 vorhandene Kieselsäure, das heißt, dass andere eventuell vorhandene Füllstoffe wie Ruß nicht in die Berechnung der Menge an Silan-Kupplungsagens mit eingehen.
- 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). 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-Thiocyanatopropyltrimethoxysilan 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 , derWO 2008/083242 A1 , derWO 2008/083243 A1 und derWO 2008/083244 A1 beschrieben sind, können eingesetzt werden. Verwendbar sind z. B. Silane, die unter dem Namen NXT® in verschiedenen Varianten von der Firma Momentive, USA, oder solche, die unter dem Namen VP Si 363 von der Firma Evonik Industries vertrieben werden. Einsetzbar sind auch sogenannte „silated core polysulfides“ (SCP, Polysulfide mit silyliertem Kern), die z. B. in derUS 20080161477 A1 und derEP 2 114 961 B1 beschrieben werden. - In der Kautschukmischung können Weichmacher und Harze 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 Weichmacherharze 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) 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
- f) 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 der Kautschukmischung wird in Anwesenheit von Schwefel und/oder Schwefelspendern mit Hilfe von Vulkanisationsbeschleunigern durchgeführt, wobei einige Vulkanisationsbeschleuniger zugleich als Schwefelspender wirken können. Dabei ist der Beschleuniger 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 Xanthogenat-Beschleunigern und/oder Guanidin-Beschleunigern.
- Bevorzugt ist die Verwendung 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).
- Außerdem kann die Kautschukmischung Vulkanisationsverzögerer enthalten.
- Als schwefelspendende Substanz können dabei alle dem Fachmann bekannten schwefelspendenden Substanzen verwendet werden. Enthält die Kautschukmischung eine schwefelspendende Substanz, ist diese bevorzugt ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus z. B. Thiuramdisulfiden, wie z. B. Tetrabenzylthiuramdisulfid (TBzTD), Tetramethylthiuramdisulfid (TMTD) oder Tetraethylthiuramdisulfid (TETD), Thiuramtetrasulfiden, wie z. B. Dipentamethylenthiuramtetrasulfid (DPTT), Dithiophosphaten, wie z. B. DipDis (Bis-(Diisopropyl)thiophosphoryldisulfid), Bis(O,O-2-ethylhexylthiophosphoryl)Polysulfid (z. B. Rhenocure SDT 50®, Rheinchemie GmbH, Zinkdichloryldithiophosphat (z. B. Rhenocure ZDT/S®, Rheinchemie GmbH) oder Zinkalkyldithiophosphat, und 1,6-Bis(N,N-dibenzylthiocarbamoyldithio)hexan und Diarylpolysulfiden und Dialkylpolysulfiden.
- Auch weitere netzwerkbildende Systeme, wie sie beispielsweise unter den Handelsnamen Vulkuren®, Duralink® oder Perkalink® erhältlich sind, oder netzwerkbildende Systeme, wie sie in der
WO 2010/049216 A2 beschrieben sind, können in der Kautschukmischung eingesetzt werden. Das letztere System enthält ein Vulkanisationsmittel, welches mit einer Funktionalität größer vier vernetzt und zumindest einen Vulkanisationsbeschleuniger. - Der Kautschukmischung wird bei deren Herstellung bevorzugt wenigstens ein Vulkanisationsmittel ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Schwefel, Schwefelspender, Vulkanisationsbeschleuniger und Vulkanisationsmittel, die mit einer Funktionalität größer vier vernetzen, in der Fertigmischstufe zugegeben. Hierdurch lässt sich aus der gemischten Fertigmischung durch Vulkanisation eine schwefelvernetzte Kautschukmischung für die Anwendung in Gummiprodukten, insbesondere in Fahrzeugluftreifen, herstellen.
- Die Begriffe „vulkanisiert“ und „vernetzt“ werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung synonym verwendet.
- Die Herstellung der 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 unterschiedlichste Gummiprodukte eingesetzt werden. Vorzugsweise wird sie für die Herstellung von Fahrzeugluftreifen, wie PKW-, Van-, LKW- oder Zweiradreifen, verwendet, wobei die Kautschukmischung zumindest den mit der Fahrbahn in Berührung kommenden Teil des Laufstreifens bildet.
- Bei einem Fahrzeugluftreifen kann der Laufstreifen aus einer einzigen Mischung bestehen, die gemäß der Erfindung ausgebildet ist. 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). Bei einem Fahrzeugluftreifen mit einer solchen Cap/Base-Konstruktion ist zumindest die Kautschukmischung für die Cap gemäß dem Anspruch 1 ausgebildet.
- Der erfindungsgemäße Fahrzeugluftreifen kann auch einen Laufstreifen aufweisen, der aus verschiedenen nebeneinander und/oder untereinander angeordneten Laufstreifenmischungen besteht (Multikomponentenlaufstreifen).
- Bei der Herstellung des Fahrzeugluftreifens 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 aufgebracht. Der Laufstreifen, bevorzugt wenigstens die Laufstreifencap, kann auch in Form eines schmalen Kautschukmischungsstreifens auf einen Reifenrohling aufgewickelt werden.
- Von der Erfindung sind sämtliche vorteilhaften Ausgestaltungen, die sich unter anderem in den Patentansprüchen widerspiegeln, umfasst. Insbesondere sind von der Erfindung auch Ausgestaltungen umfasst, die sich durch Kombination unterschiedlicher Merkmale, beispielsweise von Bestandteilen der Kautschukmischung, unterschiedlicher Abstufungen bei der Bevorzugung dieser Merkmale ergeben, sodass auch eine Kombination eines ersten als „bevorzugt“ bezeichneten Merkmals oder im Rahmen einer vorteilhaften Ausführungsform beschriebenen Merkmals mit einem weiteren als z. B. „besonders bevorzugt“ bezeichneten Merkmal von der Erfindung erfasst ist.
- Die Erfindung soll nun anhand von Vergleichs- und Ausführungsbeispielen, die in der Tabelle 1 zusammengefasst sind, näher erläutert werden.
- Die Vergleichsmischungen sind dabei mit V, die erfindungsgemäße Mischung ist 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.
- Bei den Mischungen wurde die Mooney-Viskosität (MS1 +4) gemäß ASTM D1646; bei 100 °C in Mooney-Einheiten MU bestimmt.
- Ferner wurden aus sämtlichen Mischungen 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
- - mittlerer dynamischer Speichermodul E'mean, Speichermodul E' bei 0,15 % und Speichermodul E' bei 8 % Dehnung alle bei 55 °C aus dynamischmechanischer Messung gemäß DIN 53 513, Dehnungsdurchlauf (engl. „strain sweep“)
- Aus den Daten der Tabelle 1 wird ersichtlich, dass durch die Anwesenheit des hydrierten lösungspolymerisierten Styrol-Butadien-Copolymers mit einem Hydrierungsgrad von 80 bis 98 % und eines lösungspolymerisierten, funktionalisierten Polybutadiens, dessen Funktionalisierung eine Wechselwirkung mit einem Füllstoff ermöglicht, in füllstoffhaltigen Mischungen überraschenderweise die Mooney-Viskosität reduziert wird (s. 4(E)). Aus den Einzelmaßnahmen war dies keinesfalls zu erwarten, da die Mischungen 2(V) und 3(V) im Vergleich zur Ausgangsmischung 1(V) zu einer erhöhten Mooney-Viskosität führten. Die erfindungsmäßen Mischungen lassen sich gut verarbeiten. Außerdem weisen die erfindungsgemäßen Kautschukmischung nach Vulkanisation vorteilhafte viskoelastische Eigenschaften, beispielsweise niedrige dynamische Speichermoduli (E'mean, E'(0,15%) und E'(8%)), auf, die mit verbesserten Handlingeigenschaften unter winterlichen Straßenverhältnissen bei Verwendung als Laufstreifen von Fahrzeugluftreifen korreliert werden können. Aus den Einzelmaßnahmen, die jeweils zu einer Erhöhung der Speichermoduli führen (s. 2(V) und 3(V)), war dies nicht zu erwarten.
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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- Zitierte Patentliteratur
-
- EP 0302505 B1 [0005]
- EP 0775725 B1 [0006]
- EP 2092013 B1 [0007]
- EP 3424750 A1 [0008]
- EP 3181630 A1 [0008]
- EP 3181631 A1 [0008]
- EP 3741802 A1 [0008]
- WO 9909036 [0033]
- WO 2008083241 A1 [0033]
- WO 2008083242 A1 [0033]
- WO 2008083243 A1 [0033]
- WO 2008083244 A1 [0033]
- US 20080161477 A1 [0033]
- EP 2114961 B1 [0033]
- WO 2010049216 A2 [0041]
| Bestandteile | Einheit | 1(V) | 2(V) | 3(V) | 4(E) |
| Naturkautschuk | phr | 10 | 10 | 10 | 10 |
| nicht hydrierter SSBRa | phr | 90 | - | 60 | - |
| hydrierter SSBRb | phr | - | 90 | - | 60 |
| funktionalisiertes BRc | phr | - | - | 30 | 30 |
| Ruß | phr | 5 | 5 | 5 | 5 |
| Kieselsäured | phr | 95 | 95 | 95 | 95 |
| Silan-Kupplungsagense | phr | 6,8 | 6,8 | 6,8 | 6,8 |
| Weichmacher | phr | 35 | 35 | 35 | 35 |
| Alterungsschutzmittel | phr | 2 | 2 | 2 | 2 |
| Ozonschutzwachs | phr | 2 | 2 | 2 | 2 |
| Zinkoxid | phr | 2,5 | 2,5 | 2,5 | 2,5 |
| Stearinsäure | phr | 2,5 | 2,5 | 2,5 | 2,5 |
| Beschleuniger | phr | 4 | 4 | 4 | 4 |
| Schwefel | phr | 2 | 2 | 2 | 2 |
| Eigenschaften | |||||
| Mooney-Viskosität (MS1+4) | MU | 53 | 89 | 63 | 84 |
| Shorehärte RT | ShoreA | 70 | 78 | 71 | 79 |
| Shorehärte 70 °C | ShoreA | 66 | 69 | 68 | 70 |
| Rückprallelastizität RT | % | 25 | 28 | 33 | 34 |
| Rückprallelastizität 70 °C | % | 49 | 45 | 50 | 49 |
| E'mean | MPa | 10,4 | 15,7 | 12,3 | 15,0 |
| E'(0,15%) | MPa | 14,1 | 21,6 | 17,4 | 21,3 |
| E'(8%) | MPa | 6,9 | 10,0 | 7,8 | 9,4 |
alösungspolymerisiertes Styrol-Butadien-Copolymer, Styrol-Anteil: 38 Gew.-%, Hydrierungsgrad: 0 %, funktionalisiert mit einer Amino-Gruppe und einer Alkoxysilyl-Gruppe, HPR 350, JSR Corporation
blösungspolymerisiertes Styrol-Butadien-Copolymer, Styrol-Anteil: 34 Gew.-%, Hydrierungsgrad: 95 %, JSR NT120, JSR Corporation
cfunktionalisiertes, lösungspolymerisiertes low-cis-Polybutadien mit einem cis-Anteil von 40 Gew.-%, funktionalisiert mit Hydroxylgruppen, Nipol® BR 1261, Zeon
dVN3, Degussa AG, Deutschland, Stickstoff-Oberfläche: 175 m2/g, CTAB-Oberfläche: 160 m2/g
eTESPD, 3,3'-Bis(triethoxysilylpropyl)disulfid
Claims (10)
- Schwefelvernetzbare Kautschukmischung, insbesondere für den Laufstreifen von Fahrzeugluftreifen, enthaltend - 20 - 90 phr (Gewichtsteile, bezogen auf 100 Gewichtsteile der gesamten Kautschuke in der Mischung) zumindest eines hydrierten lösungspolymerisierten Styrol-Butadien-Copolymers mit einem Hydrierungsgrad von 80 bis 98 %, - 10 bis 50 phr zumindest eines lösungspolymerisierten, funktionalisierten Polybutadiens, wobei die Funktionalisierung eine Wechselwirkung mit einem Füllstoff ermöglicht, - bis zu 70 phr zumindest eines weiteren Dienkautschuks und - 40 - 350 phr zumindest eines Füllstoffes.
- Kautschukmischung nach
Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das hydrierte lösungspolymerisierte Styrol-Butadien-Copolymer einen Hydrierungsgrad von 90 bis 98 % aufweist. - Kautschukmischung nach
Anspruch 1 oder2 , dadurch gekennzeichnet, dass das hydrierte lösungspolymerisierte Styrol-Butadien-Copolymer einen Styrol-Anteil von 5 bis 40 Gew.-% aufweist. - Kautschukmischung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das lösungspolymerisierte, funktionalisierte Polybutadien ein low-cis-Polybutadien mit einem cis-Anteil von 10 bis 40 Gew.-% ist.
- Kautschukmischung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das lösungspolymerisierte, funktionalisierte Polybutadien endgruppenmodifiziert und/oder entlang der Polymerketten mit Hydroxy-Gruppen und/oder Ethoxy-Gruppen und/oder Epoxy-Gruppen und/oder Siloxan-Gruppen und/oder Aminosiloxan- und/oder Carboxy-Gruppen und/oder Silan-Sulfid-Gruppen funktionalisiert ist.
- Kautschukmischung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Dienkautschuk ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus natürlichem Polyisopren, synthetischem Polyisopren, weiterem Polybutadien und weiteren Styrol-Butadien-Copolymeren.
- Kautschukmischung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie als Füllstoff Kieselsäure enthält.
- Kautschukmischung nach
Anspruch 7 , dadurch gekennzeichnet, dass sie 50 bis 180 phr Kieselsäure enthält. - Kautschukmischung nach
Anspruch 7 oder8 , dadurch gekennzeichnet, dass sie 1 - 15 phf (Gewichtsteile, bezogen auf 100 Gewichtsteile Kieselsäure) zumindest eines Silan-Kupplungsagenzes enthält. - Fahrzeugluftreifen mit einem Laufstreifen, dessen zumindest mit der Fahrbahn in Berührung kommender Teil aus einer mit Schwefel vulkanisierten Kautschukmischung nach einem der
Ansprüche 1 bis9 besteht.
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|---|---|---|---|
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|---|---|
| DE102021206271A1 true DE102021206271A1 (de) | 2022-12-22 |
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