DE112017004818B4 - Masterbatch-Herstellungsverfahren und Reifenherstellungsverfahren - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Masterbatches, umfassend:einen Arbeitsgang, bei dem Ruß einer Flüssigkeit zugesetzt wird und das Ganze gerührt wird, um eine Rußaufschlämmung zu erhalten,einen Arbeitsgang, bei dem die Rußaufschlämmung und Kautschuklatex gemischt werden, um einen Vorkoagulations- Kautschuklatex zu erhalten, undeinen Arbeitsgang, bei dem der Vorkoagulations- Kautschuklatex koaguliert wird,wobei bei dem Arbeitsgang, bei dem die Rußaufschlämmung erhalten wird, die Dispersionszeit vom Beginn des Rührens bis zum Ende des Rührens nicht weniger als das 5-fache, jedoch nicht mehr als das 40-fache, einer Partikeldurchmesser-Reduktionsrelaxationszeit v ist,wobei v bestimmt wird, indem Messergebnisse auf einem ebenen Graphen so aufgetragen werden, dass auf einer horizontalen Achse die verstrichene Zeit t (Minuten) seit dem Beginn des Rührens und auf einer vertikalen Achse der Partikeldurchmesser f (µm) des Rußes aufgetragen werden, um eine eine bestangepasste Lösung für die Formel I zu erhalten,wobei Formel I lautetf=Aexp(−tν)+A0wobei in Formel I A eine Konstante und A0eine Konstante ist.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Masterbatch-Herstellungsverfahren und ein Reifenherstellungsverfahren.
  • STAND DER TECHNIK
  • Nasser Masterbatch kann zum Beispiel durch Anwendung eines Verfahrens hergestellt werden, bei dem Ruß Wasser oder einer anderen derartigen Flüssigkeit zugesetzt wird und das ganze gerührt wird, um eine Rußaufschlämmung herzustellen, wobei die Rußaufschlämmung und Naturkautschuklatex gemischt werden, das ganze koaguliert und das Koagulat entwässert wird, wobei während des Trocknens eine Plastifizierung erfolgt.
  • Ein nasser Masterbatch, der gemäß einem solchen Verfahren hergestellt wurde, hat eine überlegene Fähigkeit, im vulkanisierten Kautschuk eine im Vergleich zu trockenem Masterbatch eine verringerte Wärmeentwicklung zu erreichen. Ein trockener Masterbatch ist ein Masterbatch, bei dem Ruß trocken in Kautschuk geknetet wird.
  • LITERATUR ZUM STAND DER TECHNIK
  • Patentreferenzen
    • Patentreferenz Nr. 1: Japanische Patentanmeldungsveröffentlichung JP 2015-44889 A
    • Patentreferenz Nr. 2: Japanische Patentanmeldungsveröffentlichung JP 2015-54870 A
  • KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • MITTEL ZUM LÖSEN DER AUFGABE
  • Ein Masterbatch-Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Offenbarung umfasst einen Arbeitsgang, bei dem Ruß einer Flüssigkeit zugesetzt wird und das Ganze gerührt wird, um eine Rußaufschlämmung zu erhalten, einen Arbeitsgang, bei dem die Rußaufschlämmung und der Kautschuklatex gemischt werden, um einen Vorkoagulations- Kautschuklatex zu erhalten, und einen Arbeitsgang, bei dem der Vorkoagulations-Kautschuklatex koaguliert wird; wobei bei dem Arbeitsgang, bei dem die Rußaufschlämmung erhalten wird, die Dispersionszeit vom Beginn des Rührens bis zum Ende des Rührens nicht weniger als das 5-fache, jedoch nicht mehr als das 40-fache, einer Partikeldurchmesser-Reduktionsrelaxationszeit v ist. v kann gefunden werden, indem Messergebnisse auf einem ebenen Graphen so aufgetragen werden, dass auf der horizontalen Achse die verstrichene Zeit t (Minuten) seit dem Beginn des Rührens und auf der vertikalen Achse der Partikeldurchmesser f (µm) von Ruß aufgetragen wird, um eine bestangepasste Lösung für die Formel I zu erhalten. Formel I lautet f = A e x p ( t ν ) + A 0
    Figure DE112017004818B4_0002
    wobei in Formel I A eine Konstante und A0 eine Konstante ist.
  • Figurenliste
    • 1 ist Zeichnung zum Erläutern eines Verfahrens zum Berechnen einer Partikeldurchmesser-Reduktionsrelaxationszeit gemäß einer ersten Ausführungsform.
    • 2 ist eine schematische Vorderansicht der Rotor-Stator-Struktur bei einem Rührer, der bei der ersten Ausführungsform verwendet wird.
  • AUSFÜHRUNGSFORMEN ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, ein Verfahren zur Herstellung eines Masterbatches bereitzustellen, das eine überlegene Fähigkeit aufweist, eine verbesserte Verschleißfestigkeit und/oder eine verringerte Wärmeerzeugung in vulkanisiertem Kautschuk zu erreichen.
  • Ein Masterbatch-Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Offenbarung umfasst einen Arbeitsgang, bei dem Ruß einer Flüssigkeit zugesetzt wird und das Ganze gerührt wird, um eine Rußaufschlämmung zu erhalten, einen Arbeitsgang, bei dem die Rußaufschlämmung und Kautschuklatex gemischt werden, um Vorkoagulations- Kautschuklatex zu erhalten, und einen Arbeitsgang, bei dem der Vorkoagulations-Kautschuklatex koaguliert wird, wobei bei dem Arbeitsgang, bei dem die Rußaufschlämmung erhalten wird, die Dispersionszeit vom Beginn des Rührens bis zum Ende des Rührens nicht weniger als das 5-fache, jedoch nicht mehr als das 40-fache einer Partikeldurchmesser-Reduktionsrelaxationszeit v ist. v kann gefunden werden, indem Messergebnisse auf einem ebenen Graphen so aufgetragen werden, dass auf der horizontalen Achse die verstrichene Zeit t (Minuten) seit dem Beginn des Rührens und auf der vertikalen Achse der Partikeldurchmesser f (µm) von Ruß aufgetragen wird, um eine bestgepasste Lösung für die Formel I erhalten. Formel I lautet f = A e x p ( t ν ) + A 0
    Figure DE112017004818B4_0003
    wobei in Formel I A eine Konstante ist und A0 eine Konstante ist.
  • Während des Rührens der Flüssigkeit nach der Zugabe von Ruß würde ein übermäßiges Rühren die Zersetzung der Rußstruktur verursachen, die Dispersionseigenschaften verschlechtern und die Fähigkeit verringern, eine verbesserte Verschleißfestigkeit und/oder eine verringerte Wärmeerzeugung zu erreichen.
  • In Übereinstimmung mit dem Verfahren der vorliegenden Offenbarung ist es, da die Dispersionszeit nicht größer als das 40-fache von v ist, möglich, zu bewirken, dass ein Zerfall der Rußstruktur über einen bestimmten Grad hinaus verhindert wird, und zu bewirken, dass die Dispersionseigenschaften aufrechterhalten werden, um so die Fähigkeit, verbesserte Verschleißfestigkeit und/oder eine verringerte Wärmeerzeugung zu erreichen, beizubehalten. Darüber hinaus ist es gemäß dem Verfahren der vorliegenden Offenbarung möglich, da die Dispersionszeit nicht weniger als das 5-fache von v beträgt, zu bewirken, dass der Rußpartikeldurchmesser als Ergebnis eines Rührens bis zu einem bestimmten Grad verkleinert wird, und es ist möglich, die Ermüdungsbeständigkeit aufrechtzuerhalten.
  • Es ist bevorzugt, dass die Dibutylphthalat-(DBP)-Absorption des der Flüssigkeit hinzugefügten Rußes nicht weniger als 130 cm3/100 g beträgt. Wenn diese nicht weniger als 130 cm3/100 g beträgt, wird eine erhöhte Signifikanz der Tatsache, dass das Verhältnis der Dispersionszeit zu v 5 bis 40 beträgt, erreicht.
  • Ein Reifenherstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Offenbarung umfasst das Masterbatch-Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Offenbarung.
  • Ausführungsform 1
  • Die vorliegende Offenbarung wird nun anhand einer ersten Ausführungsform beschrieben.
  • Ein Verfahren zur Herstellung eines Masterbatches gemäß einer ersten Ausführungsform umfasst einen Arbeitsgang, bei dem Ruß einer Flüssigkeit zugesetzt wird und diese gerührt wird, um eine Rußaufschlämmung zu erhalten. Als die Flüssigkeit können Wasser, Kautschuklatex usw. als Beispiele genannt werden. Unter diesen ist Kautschuklatex bevorzugt. Durch das Mischen des Kautschuklatex mit dem Ruß kann die Rückflockung des Rußes verhindert werden. Es wird angenommen, dass dies auf die Bildung einer extrem dünnen Latexphase auf der gesamten oder einem Teil der Oberfläche des Rußes zurückzuführen ist. Der Kautschuklatex kann bei dem Arbeitsgang, in dem die Ruß-Aufschlämmung hergestellt wird, zum Beispiel Naturkautschuklatex, synthetischer Kautschuklatex und/oder dergleichen sein. Das zahlenmittlere Molekulargewicht von Naturkautschuk im Naturkautschuklatex kann zum Beispiel nicht weniger als 2.000.000 betragen. Der synthetische Kautschuklatex kann beispielsweise StyrolButadien-Kautschuklatex, Butadien-Kautschuklatex, Nitril-Kautschuklatex und/oder Chloropren-Kautschuklatex sein. Es ist bevorzugt, dass die Feststoff-(Kautschuk)-Konzentration in dem Kautschuklatex nicht weniger als 0,1 Massen-% beträgt, mehr bevorzugt ist, dass diese nicht weniger als 0,2 Massen-% beträgt, und noch mehr bevorzugt ist, dass diese nicht weniger als 0,3 Massen-% beträgt. Die Obergrenze des Wertebereichs für die Feststoffkonzentration könnte zum Beispiel 5 Massen-% betragen, wobei es bevorzugt ist, dass diese 2 Massen-% beträgt, und mehr bevorzugt ist, dass diese 1 Massen-% beträgt.
  • Es ist bevorzugt, dass die Dibutylphthalat-(DBP)-Absorption des der Flüssigkeit hinzugefügten Rußes nicht weniger als 130 cm3/100 g beträgt, und mehr bevorzugt ist, dass diese nicht weniger als 140 cm3/100 g ist. Die Obergrenze des Wertebereichs für die DBP-Absorption könnte zum Beispiel 170 cm3/100 g betragen. Die DBP-Absorption wird gemäß JIS K 6217-4: 2008 gemessen.
  • Bei dem Arbeitsgang, bei dem die Rußaufschlämmung erhalten wird, beträgt die Dispersionszeit vom Beginn des Rührens bis zum Ende des Rührens nicht weniger als das 5-fache, jedoch nicht mehr als das 40-fache, einer Partikeldurchmesser-Reduktionsrelaxationszeit v. Ist die Dispersionszeit zu kurz, besteht die Tendenz, dass der Durchmesser der Rußpartikel nicht ausreichend klein wird und sich die Ermüdungsbeständigkeit des vulkanisierten Kautschuks verschlechtert. Wenn die Dispersionszeit zu lang ist, besteht andererseits die Tendenz, dass sich die Dispersionseigenschaften aufgrund des Zerfalls der Rußstruktur verschlechtern und dass die Fähigkeit abnimmt, eine verbesserte Verschleißfestigkeit und/oder eine verringerte Wärmeerzeugung zu erreichen.
  • Wie in 1 gezeigt, kann v gefunden werden, indem Messergebnisse auf einem ebenen Graphen so aufgetragen werden, dass die verstrichene Zeit t (Minuten) seit dem Beginn des Rührens auf der horizontalen Achse und der Partikeldurchmesser f (µm) von Ruß auf der vertikalen Achse aufgetragen werden, um eine bestangepasste Lösung für die Formel I zu erhalten. Formel I lautet wie folgt: f = A e x p ( t ν ) + A 0
    Figure DE112017004818B4_0004
    wobei in Formel I A eine Konstante und A0 eine Konstante ist. f ist der Partikeldurchmesser von 90 Volumen-% und kann mit den Verfahren gemessen werden, die bei den Arbeitsbeispielen beschrieben werden.
  • Das Rühren kann unter Verwendung des in 2 gezeigten Rührers 4 durchgeführt werden. Der Rührer 4 ist mit einem Rotor 41 und einem Stator 42 ausgestattet. Der Rotor 41 ist mit der Drehwelle 411 und den Schaufeln 412 ausgestattet. Der Stator 42 ist mit einer Vielzahl von Öffnungen (nicht gezeigt) versehen. Der Rührer 4 ist so ausgestaltet, dass die Drehung des Rotors 41 die Flüssigkeit, zu der Ruß hinzugefügt worden ist, durch den Zwischenraum zwischen dem Rotor 41 und dem Stator 42 drängt. Darüber hinaus ist der Rührer 4 so ausgestaltet, dass die Rotation des Rotors 41 bewirkt, dass die Flüssigkeit, die durch den Zwischenraum geströmt ist, zu den in dem Stator 42 vorgesehenen Öffnungen geleitet wird und durch diese hindurchgeht. Der Zwischenraum zwischen den Schaufeln 412 und dem Stator 42 kann beispielsweise 0,1 mm bis 0,3 mm betragen. Der Rotor 41 kann sich beispielsweise mit 1.000 U/min bis 10.000 U / min drehen.
  • Bei der Rußaufschlämmung, die auf diese Weise erhalten wird, wird Ruß in Wasser dispergiert. Es ist bevorzugt, dass die Menge an Ruß in der Rußaufschlämmung nicht weniger als 1 Massen-% beträgt, und stärker bevorzugt ist, dass diese nicht weniger als 3 Massen-% pro 100 Massen-% der Rußaufschlämmung beträgt. Es ist bevorzugt, dass die Obergrenze des Wertebereichs für die Menge an Ruß in der Rußaufschlämmung 15 Massen-% beträgt, und stärker bevorzugt beträgt diese 10 Massen-%.
  • Ein Masterbatch-Herstellungsverfahren gemäß der ersten Ausführungsform umfasst ferner einen Arbeitsgang, bei dem die Rußaufschlämmung und der Kautschuklatex gemischt werden, um einen Vorkoagulations-Kautschuklatex zu erhalten. Der Kautschuklatex zum Vermischen mit der Rußaufschlämmung kann beispielsweise Naturkautschuklatex, synthetischer Kautschuklatex und/oder dergleichen sein. Es ist bevorzugt, dass die Feststoffkonzentration des Kautschuklatex für zum Vermischen mit der Rußaufschlämmung größer ist als die Feststoffkonzentration des Kautschuklatex bei dem Arbeitsgang, bei dem die Rußaufschlämmung hergestellt wird. Es ist bevorzugt, dass die Feststoffkonzentration des Kautschuklatex für die Mischung mit der Rußaufschlämmung nicht weniger als 10 Massen-% beträgt, und stärker bevorzugt ist, dass diese nicht weniger als 20 Massen-% beträgt. Die Obergrenze des Wertebereichs für die Feststoffkonzentration des Kautschuklatex kann zum Beispiel 60 Massen-% betragen, wobei es bevorzugt ist, dass diese 40 Massen-% beträgt, und mehr bevorzugt ist, dass diese 30 Massen-% beträgt. Die Rußaufschlämmung und der Kautschuklatex können unter Verwendung eines Mischers mit hoher Scherung, eines Homomischers, einer Kugelmühle, einer Perlmühle, eines Hochdruckhomogenisators, eines Ultraschallhomogenisators, einer Kolloidmühle und/oder eines anderen derartigen üblichen Dispergierers gemischt werden.
  • In dem Vorkoagulations-Kautschuklatex werden Kautschukteilchen, Ruß usw. in Wasser dispergiert.
  • Ein Masterbatch-Herstellungsverfahren gemäß der ersten Ausführungsform umfasst ferner einen Arbeitsgang, bei dem der Vorkoagulations-Kautschuklatex koaguliert wird, um ein Koagulat zu erhalten. Ein Koagulationsmittel kann zu dem Vorkoagulations-Kautschuklatex hinzugefügt werden, um dessen Koagulation zu bewirken. Das Koagulationsmittel kann beispielsweise eine Säure sein. Als Säure können Ameisensäure, Schwefelsäure und dergleichen als Beispiele genannt werden. Das Koagulat, das durch Koagulation des Vorkoagulations-Kautschuklatex erhalten wird, enthält Wasser.
  • Ein Masterbatch-Herstellungsverfahren gemäß der ersten Ausführungsform umfasst ferner einen Arbeitsgang, bei dem das Koagulat unter Verwendung eines in 1 gezeigten Extruders 20 entwässert und beim Trocknen plastifiziert wird.
  • Ein Verfahren zur Herstellung eines Masterbatches gemäß der ersten Ausführungsform umfasst ferner einen Arbeitsgang, bei dem das plastifizierte Koagulat so geformt wird, wie es erforderlich ist, um ein Masterbatch zu erhalten.
  • Das Masterbatch umfasst Kautschuk. Der Kautschuk kann beispielsweise Naturkautschuk, Isopren-Kautschuk, Butadien-Kautschuk, Styrol-Butadien-Kautschuk, Nitrilkautschuk, Chloropren-Kautschuk und/oder dergleichen sein. Es ist bevorzugt, dass die Menge an Naturkautschuk in dem Masterbatch nicht weniger als 70 Massen-% beträgt, bevorzugter ist, dass diese nicht weniger als 80 Massen-% beträgt, noch mehr bevorzugt ist, dass diese nicht weniger als 90 Massen-% beträgt, und noch bevorzugter ist, das diese 100 Massen-% beträgt auf 100 Massen-% des Kautschuk.
  • Das Masterbatch umfasst ferner Ruß. Für jeweils 100 Gewichtsteile des Kautschuks ist es bevorzugt, dass die Menge an Ruß nicht weniger als 10 Gewichtseile beträgt, stärker bevorzugt ist, dass diese nicht weniger als 20 Gewichtsteile beträgt, und noch mehr bevorzugt, dass diese nicht weniger als 30 Gewichtsteile beträgt. Für jeweils 100 Gewichtsteile des Kautschuks ist es bevorzugt, dass die Menge an Ruß nicht mehr als 80 Gewichtsteile beträgt, und noch bevorzugter ist, dass diese nicht mehr als 60 Gewichtsteile beträgt.
  • Ein Reifenherstellungsverfahren gemäß der ersten Ausführungsform umfasst ferner einen Arbeitsgang, bei dem Masterbatch und ein oder mehrere Mischungsbestandteile - und erforderlichenfalls Kautschuk, der nicht aus dem Masterbatch stammt - in einem Mischer trockengemischt werden, um eine Mischung zu erhalten. Der oder die Mischungsbestandteile können zum Beispiel Stearinsäure, Wachs, Zinkoxid, Antioxidationsmittel und/oder dergleichen sein. Als Beispiele für Antioxidationsmittel können Antioxidationsmittel vom aromatischen Amin-Typ, Antioxidationsmittel vom Amin-Keton-Typ, Antioxidationsmittel vom Monophenol-Typ, Antioxidationsmittel vom Bisphenol-Typ, Antioxidationsmittel vom Polyphenol-Typ, Antioxidationsmittel vom Dithiocarbamat-Typ, Antioxidationsmittel vom Typ Thioharnstoff und dergleichen genannt werden. Als Kautschuk, der nicht aus dem Masterbatch stammt, können Naturkautschuk, Isoprenkautschuk, Butadienkautschuk, Styrol-Butadienkautschuk, Nitrilkautschuk, Chloroprenkautschuk und dergleichen als Beispiele genannt werden. Als Mischer können Innenmischer, offene Walzenmühlen und dergleichen als Beispiele genannt werden. Als Innenmischer können Banbury-Mischer, Kneter und dergleichen als Beispiele genannt werden.
  • Ein Reifenherstellungsverfahren gemäß der ersten Ausführungsform umfasst ferner einen Arbeitsgang, bei dem dem Gemisch ein Mischungsbestandteil vom Vulkanisationstyp zugesetzt wird und bei dem der Mischungsbestandteil vom Vulkanisationstyp in das Gemisch geknetet wird, um eine Kautschukzusammensetzung zu erhalten. Als Beispiele für den Mischungsbestandteil vom Vulkanisationstyp können Schwefel, organische Peroxide und andere derartige Vulkanisationsmittel, Vulkanisationsbeschleuniger, Vulkanisationsbeschleunigeraktivatoren, Vulkanisationsverzögerer usw. genannt werden. Als Schwefel können pulverisierter Schwefel, präzipitierter Schwefel, unlöslicher Schwefel, hochdispergierender Schwefel und dergleichen als Beispiele genannt werden. Als Beispiele für Vulkanisationsbeschleuniger können Vulkanisationsbeschleuniger vom Sulfenamid-Typ, Vulkanisationsbeschleuniger vom Thiuram-Typ, Vulkanisationsbeschleuniger vom Thiazol-Typ, Vulkanisationsbeschleuniger vom Thioharnstoff-Typ, Vulkanisationsbeschleuniger vom Guanidin-Typ, Vulkanisationsbeschleuniger vom Dithiocarbamat-Typ usw. genannt werden.
  • Die Kautschukzusammensetzung umfasst eine Kautschukkomponente. Als Kautschukkomponente können Naturkautschuk, Isoprenkautschuk, Butadienkautschuk, Styrol-Butadienkautschuk, Nitrilkautschuk, Chloroprenkautschuk und dergleichen als Beispiele genannt werden. Es ist bevorzugt, dass die Menge an Naturkautschuk nicht weniger als 40 Massen-% beträgt, und stärker bevorzugt ist, dass diese nicht weniger als 50 Massen-% pro 100 Massen-% der Kautschukkomponente beträgt. Die Obergrenze des Wertebereichs für die Menge an Naturkautschuk kann zum Beispiel 100 Masse-% betragen.
  • Die Kautschukzusammensetzung umfasst ferner Ruß. Für jeweils 100 Gewichtseile der Kautschukkomponente ist es bevorzugt, dass die Menge an Ruß nicht weniger als 10 Gewichtseile beträgt, stärker bevorzugt ist, dass diese nicht weniger als 20 Gewichtseile beträgt, und noch mehr bevorzugt, dass diese nicht weniger als 30 Gewichtsteile beträgt. Für jeweils 100 Gewichtseile der Kautschukkomponente ist es bevorzugt, dass die Menge an Ruß nicht größer als 80 Gewichtseile beträgt, und stärker bevorzugt ist, dass diese Menge nicht mehr als 60 Gewichtseile beträgt.
  • Die Kautschukzusammensetzung kann ferner Stearinsäure, Wachs, Zinkoxid, Antioxidationsmittel, Schwefel, Vulkanisationsbeschleuniger und/oder dergleichen umfassen. Es ist bevorzugt, dass die Menge des Schwefels, ausgedrückt als äquivalenter Schwefelgehalt, 0,5 Gewichtsteile bis 5 Gewichtsteile pro 100 Gewichtsteile der Kautschukkomponente beträgt. Es ist bevorzugt, dass die Menge des Vulkanisationsbeschleunigers 0,1 Gewichtsteile bis 5 Gewichtsteile für jeweils 100 Gewichtsteile der Kautschukkomponente beträgt.
  • Die Kautschukzusammensetzung kann in Laufflächen, Seitenwänden, Wulsten, Wulstfüllern und anderen derartigen Reifenelementen eingesetzt werden, wobei der Einsatz in Laufflächen besonders bevorzugt ist.
  • Ein Reifenherstellungsverfahren gemäß der ersten Ausführungsform umfasst einen Arbeitsgang, bei dem ein Reifenrohling, der mit einem aus der Kautschukzusammensetzung hergestellten Reifenelement ausgestattet ist, hergestellt wird. Das Reifenherstellungsverfahren gemäß der ersten Ausführungsform umfasst ferner einen Arbeitsgang, bei dem der Reifenrohling erwärmt wird. Der durch das Verfahren der ersten Ausführungsform erhaltene Reifen kann ein Luftreifen sein.
  • ARBEITSBEISPIELE
  • Arbeitsbeispiele gemäß der vorliegenden Offenbarung werden nachstehend beschrieben.
  • Ausgangsmaterialien und Reagenzien sind nachfolgend angegeben.
    Naturlatex: (Trockenkautschukgehalt = 31,2%; Molekülgewicht = 232.000) hergestellt von Golden Hope
    Koagulationsmittel: Ameisensäure (Reagenzgrad 85%), hergestellt von Nacalai Tesque, Inc. (verdünnt, um eine 10%ige Lösung zu erhalten und den pH-Wert vor der Verwendung auf 1,2 einzustellen)
    Ruß A: „SEAST 3“ (DBP-Absorption 101 cm3/100 g), hergestellt von Tokai Carbon Co., Ltd.
    Ruß B „SEAST KH“ (DBP-Absorption 119 cm3/100 g), hergestellt von Tokai Carbon Co., Ltd.
    Ruß C „N358“ (DBP-Absorption 150 c m3/100 g)
    Naturkautschuk: „RSS # 3“ hergestellt in Thailand
    Zinkoxid: „Zinc Oxide No. 1“, hergestellt von Mitsui Mining & Smelting Co., Ltd.
    Stearinsäure: „LUNAC S-20“, hergestellt von Kao Corporation
    Wachs: „OZOACE 0355“, hergestellt von Nippon Seiro Co., Ltd.
    Antioxidationsmittel A: „NOCRAC 6C“, hergestellt von Ouchi Shinko Chemical Industrial Co., Ltd.
    Antioxidationsmittel B: „RD“, hergestellt von Ouchi Shinko Chemical Industrial Co., Ltd.
    Schwefel: „Powdered Sulfur“, hergestellt von Tsurumi Chemical Industry Co., Ltd.
    Vulkanisationsbeschleuniger: „NOCCELER NS-P“, hergestellt von Ouchi Shinko Chemical Industrial Co., Ltd.
  • Herstellung des Masterbatches bei den Arbeitsbeispielen 1 bis 6 und den Vergleichsbeispielen 2, 3, 5, 6, 8 und 9
  • Wasser wurde bei 25 °C zu Naturkautschuklatex, hergestellt von Golden Hope, zugegeben, um einen verdünnten Naturkautschuklatex mit einer Feststoffkonzentration (Kautschuk) von 0,5 Massen-% und einen Naturkautschuklatex mit einer Feststoffkonzentration (Kautschukkonzentration) von 25 Massen-% zu erhalten. Ruß wurde Naturkautschuklatex zwecks Verdünnung zugegeben, und ein Rührer („Flashblend“), hergestellt von Silverson, wurde verwendet, um bei 3600 U/min für die in den Tabellen 1 bis 3 angegebenen Dispersionszeiten zu rühren, um eine Rußaufschlämmung zu erhalten. Die Rußaufschlämmung wurde zu dem Naturkautschuklatex mit der Feststoffkonzentration (Kautschuk), die 25 Massen-% betrug, gemäß den Tabellen 1 bis 3 zugegeben. Ein Mischer („SMV-20 Supermixer“), hergestellt von Kawata Co., Ltd., wurde zur Durchführung des Rührens verwendet, und ein Koagulationsmittel wurde in einer ausreichenden Menge zugegeben, um einen pH-Wert von 4 zu erreichen, um ein Koagulat zu erhalten. Zur Entwässerung des Koagulats bei 160 °C wurde ein Einschneckenentwässerungsextruder vom Quetschertyp (Modell V-02-Schneckenpresse, hergestellt von Suehiro EPM Corporation) verwendet, und Plastifizieren wurde durchgeführt, während dieses getrocknet wurde, um ein Masterbatch zu erhalten.
  • Herstellung von Masterbatch bei den Vergleichsbeispielen 1, 4 und 7
  • Naturkautschuk wurde gemäß den Tabellen 1 bis 3 mit Ruß versetzt, und ein von Kobe Steel, Ltd. hergestellter Banbury-Mischer Modell B wurde zum Kneten verwendet, um ein Masterbatch zu erhalten.
  • Herstellung von nichtvulkanisiertem Kautschuk bei den jeweiligen Beispielen
  • Die Mischungsbestandteile mit Ausnahme von Schwefel und Vulkanisationsbeschleuniger wurden dem Masterbatch gemäß den Tabellen 1 bis 3 zugesetzt, ein von Kobe Steel, Ltd. hergestellter Banbury-Mischer Modell B wurde zum Kneten verwendet und die Kautschukmischung wurde ausgetragen. Die Kautschukmischung wurde dann zusammen mit Schwefel und Vulkanisationsbeschleuniger in einem Banbury-Mischer Modell B geknetet, um nichtvulkanisierten Kautschuk zu erhalten.
  • Berechnung der Partikeldurchmesser-Reduktionsrelaxationszeit
  • Der Rußpartikeldurchmesser wurde alle zwei Minuten vom Beginn des Rührens bis zum Ende des Rührens gemessen, und die gemessenen Werte wurden auf einem ebenen Graphen so aufgetragen, dass die verstrichene Zeit (in Minuten) seit dem Beginn des Rührens auf der horizontalen Achse aufgetragen und der 90 Vol.-% Partikeldurchmesser (in µm) von Ruß auf der vertikalen Achse aufgetragen und eine am besten passende Lösung für die Formel I erhalten wurde, um die Partikeldurchmesser-Reduktionsrelaxationszeit zu bestimmen. Der 90 Vol.-% Partikeldurchmesser von Ruß wurde unter Verwendung eines „SALD 2200“, hergestellt von Shimadzu Corporation (CB-Brechungsindex: 2,0 - 0,10i), bei einer Absorptionseinstellung von 0,01 bis 0,1 gemessen.
  • Verlusttangens tanδ
  • Nichtvulkanisierter Kautschuk wurde 30 Minuten bei 150 °C vulkanisiert, und die Wärmeerzeugung des vulkanisierten Kautschuks wurde basierend auf seinem tanδ gemäß JIS K-6394 bewertet. tanδ wurde basierend auf Tests bestimmt, die unter Verwendung eines E4000-Rheospektrometers, hergestellt von UBM, bei 50 Hz, 80 °C und einer dynamischen Dehnung von 2% durchgeführt wurden. In Tabelle 1 sind die tanδ der jeweiligen Beispiele indiziert in Bezug zu einem Wert 100 für den bei Vergleichsbeispiel 1 erhaltenen tanδ gezeigt. In Tabelle 2 sind die tanδ der jeweiligen Beispiele indiziert in Bezug zu einem Wert 100 für den bei Vergleichsbeispiel 4 erhaltenen tanδ gezeigt. In Tabelle 3 sind die tanδ der jeweiligen Beispiele indiziert in Bezug zu einem Wert 100 für den bei Vergleichsbeispiel 7 erhaltenen tanδ gezeigt. Je niedriger der Index war, desto niedriger und somit besser war die Wärmeerzeugung.
  • Verschleißfestigkeit
  • Nichtvulkanisierter Kautschuk wurde 30 Minuten bei 150 °C vulkanisiert, und der Verschleißbetrag des vulkanisierten Kautschuks wurde unter Verwendung eines von Iwamoto Seisakusho hergestellten Lambourn-Abriebprüfgerätes mit einer Belastung von 3 kg und einem Schlupfverhältnis von 20% bei einer Temperatur von 23 °C gemäß JIS K 6264 gemessen. In Tabelle 1 ist der Verschleißbetrag der jeweiligen Beispiele indiziert in Bezug zu einem Wert 100 für den bei Vergleichsbeispiel 1 erhaltenen Verschleißbetrag gezeigt. In Tabelle 2 ist der Verschleißbetrag der jeweiligen Beispiele indiziert in Bezug zu einem Wert 100 für den bei Vergleichsbeispiel 4 erhaltenen Verschleißbetrag gezeigt. In Tabelle 3 ist der Verschleißbetrag der jeweiligen Beispiele indiziert in Bezug zu einem Wert 100 für den bei Vergleichsbeispiel 7 erhaltenen Verschleißbetrag gezeigt 7 erhaltene Je niedriger der Index war, desto besser war die Verschleißfestigkeit. Tabelle 1
    Verwendung von Ruß A
    Vergleichsbeispiele Arbeitsbeispiele
    1 2 3 1 2
    Herstellung von nassem Masterbatch Herstellung der Aufschlämmung Partikeldurchmesser-Reduktionsrelaxationszeit (Minuten) - 3.2 3.2 3.2 3.2
    Dispersionszeit (Minuten) - 2 200 24 120
    Dispersionszeit / Partikeldurchmesser-Reduktionsrelaxationszeit - 0.6 63 8 38
    Gewichtsteile Feststoffgehalt Naturkautschuklatex - 100 100 100 100
    Ruß A - 50 50 50 50
    Herstellung von trockenem Masterbatch Gewichtsteile Naturkautschuk RSS #3 100 - - - -
    Ruß A 50 - - - -
    Herstellung von nichtvulkanisiertem Kautschuk Gewichtsteile Masterbatch 150 150 150 150 150
    Zinkoxid 3 3 3 3 3
    Stearinsäure 2 2 2 2 2
    Wachs 1 1 1 1 1
    Antioxidationsmittel A 2 2 2 2 2
    Antioxidationsmittel B 1 1 1 1 1
    Schwefel 2 2 2 2 2
    Vulkanisationsbeschleuniger 1 1 1 1 1
    Evaluation tanδ 100 90 96 85 87
    Verschleiß festigkeit 100 100 101 97 96
    Tabelle 2
    Verwendung von Ruß B
    Vergleichsbeispiele Arbeitsbeispiele
    4 5 6 3 4
    Herstellung von nassem Masterbatch Herstellung der Aufschlämmung Partikeldurchmesser-Reduktionsrelaxationszeit (Minuten) - 2.,8 2,8 2,8 2,8
    Dispersionszeit (Minuten) - 2 175 21 105
    Dispersionszeit / Partikeldurchmesser-Reduktionsrelaxationszeit - 0.7 63 8 38
    Gewichtsteile Feststoffgehalt Naturkautschuklatex - 100 100 100 100
    Ruß B - 50 50 50 50
    Herstellung von trockenem Masterbatch Gewichtsteile Naturkautschuk RSS #3 100 - - - -
    Ruß C 50 - - - -
    Herstellung von nichtvulkanisiertem Kautschuk Gewichtsteile Masterbatch 150 150 150 150 150
    Zinkoxid 3 3 3 3 3
    Stearinsäure 2 2 2 2 2
    Wachs 1 1 1 1 1
    Antioxidationsmittel A 2 2 2 2 2
    Antioxidationsmittel B 1 1 1 1 1
    Schwefel 2 2 2 2 2
    Vulkanisationsbeschleuniger 1 1 1 1 1
    Evaluation tanδ 100 92 97 83 84
    Verschleiß festigkeit 100 101 99 96 96
    Tabelle 3
    Verwendung von Ruß C
    Vergleichsbeispiele Arbeitsbeispiele
    7 8 9 5 6
    Herstellung von nassem Masterbatch Herstellung der Aufschlämmung Partikeldurchmesser-Reduktionsrelaxationszeit (Minuten) - 3.2 3.2 3.2 3.2
    Dispersionszeit (Minuten) - 2 200 24 120
    Dispersionszeit / Partikeldurchmesser-Reduktionsrelaxationszeit - 0.6 63 8 38
    Gewichtsteile Feststoffgehalt Naturkautschuklatex - 100 100 100 100
    Ruß C - 50 50 50 50
    Herstellung von trockenem Masterbatch Gewichtsteile Naturkautschuk RSS #3 100 - - - -
    Ruß C 50 - - - -
    Herstellung von nichtvulkanisiertem Kautschuk Gewichtsteile Masterbatch 150 150 150 150 150
    Zinkoxid 3 3 3 3 3
    Stearinsäure 2 2 2 2 2
    Wachs 1 1 1 1 1
    Antioxidationsmittel A 2 2 2 2 2
    Antioxidationsmittel B 1 1 1 1 1
    Schwefel 2 2 2 2 2
    Vulkanisationsbeschleuniger 1 1 1 1 1
    Evaluation tanδ 100 93 98 82 82
    100 101 101 91 91
  • Indem das Verhältnis der Dispersionszeit zu der Partikeldurchmesser-Reduktionsrelaxationszeit im Bereich von 5 bis 40 gehalten wurde, war es möglich, die Abnahme bei der Fähigkeit, eine verbesserte Verschleißfestigkeit und/oder eine verringerte Wärmeerzeugung zu erreichen, zu reduzieren, die andernfalls aufgetreten wäre, und so diese Eigenschaften beizubehalten. Wenn das Verhältnis beispielsweise 0,6 war, betrug die Verbesserung bei tanδ nicht mehr als 10 Punkte und es gab keine Verbesserung bei der Verschleißfestigkeit (siehe Vergleichsbeispiele 1 und 2). Wenn das Verhältnis 63 betrug, betrug die Verbesserung in tanδ nicht mehr als 4 Punkte und die Verschleißfestigkeit wurde um 1 Punkt verschlechtert (siehe Vergleichsbeispiele 1 und 3). Wenn das Verhältnis jedoch 8 war, verbesserte sich tanδ um 15 Punkte und die Verschleißfestigkeit um 3 Punkte (siehe Vergleichsbeispiel 1 und Arbeitsbeispiel 1). Wenn das Verhältnis 38 war, verbesserte sich tanδ um 13 Punkte und die Verschleißfestigkeit um 4 Punkte (siehe Vergleichsbeispiel 1 und Arbeitsbeispiel 2).
  • Je mehr sich die Struktur entwickeln konnte, desto größer war die Verringerung der ansonsten auftretenden Kapazitätsverluste. Zum Beispiel verbesserte sich mit Ruß A tanδ um 15 Punkte und die Verschleißfestigkeit um 3 Punkte (siehe Vergleichsbeispiel 1 und Arbeitsbeispiel 1). Im Gegensatz dazu verbesserte sich tanδ mit Ruß B um 17 Punkte und die Verschleißfestigkeit um 4 Punkte (siehe Vergleichsbeispiel 4 und Arbeitsbeispiel 3). Mit Ruß C verbesserte sich tanδ um 18 Punkte und die Verschleißfestigkeit um 9 Punkte (siehe Vergleichsbeispiel 7 und Arbeitsbeispiel 5).
  • Herstellung eines Masterbatches bei den Arbeitsbeispielen 7 und 8 und bei den Vergleichsbeispielen 11 und 12
  • Wasser wurde mit Ruß versetzt, und ein Rührer („Flashblend“), hergestellt von Silverson, wurde verwendet, um Rühren bei 3600 U/min für die in Tabelle 4 angegebenen Dispersionszeiten durchzuführen, um eine Rußaufschlämmung zu erhalten. Die Rußaufschlämmung wurde zu dem Naturkautschuklatex mit der Feststoffkonzentration (Kautschuk), die 25 Massen-% betrug, in Übereinstimmung mit Tabelle 4 zugegeben, ein Mischer („SMV-20 Supermixer“), hergestellt von Kawata Co., Ltd., wurde zum Rühren verwendet. Nach dem Rühren wurde ein Koagulationsmittel in einer ausreichenden Menge zugegeben, um einen pH-Wert von 4 zu erreichen und ein Koagulat zu erhalten. Zur Entwässerung des Koagulats bei 160 °C wurde ein Einschneckenentwässerungsextruder vom Quetschertyp (Modell V-02-Schneckenpresse, hergestellt von Suehiro EPM Corporation) verwendet, und das Plastifizieren wurde durchgeführt, während dieses getrocknet wurde, um ein Masterbatch zu erhalten.
  • Herstellung eines Masterbatches bei Vergleichsbeispiel 10
  • Naturkautschuk wurde gemäß Tabelle 4 mit Ruß versetzt, und ein Banbury-Mischer des Typs B, hergestellt von Kobe Steel, Ltd., wurde verwendet, um ein Kneten durchzuführen, um ein Masterbatch zu erhalten.
  • Herstellung von nichtvulkanisiertem Kautschuk bei den verschiedenen Beispielen
  • Die Mischungsbestandteile mit Ausnahme von Schwefel und Vulkanisationsbeschleuniger wurden dem Masterbatch gemäß Tabelle 4 zugesetzt. Ein Banbury-Mischer des Typs B, hergestellt von Kobe Steel, Ltd., wurde zum Kneten verwendet und die Kautschukmischung wurde abgelassen. Die Kautschukmischung wurde dann zusammen mit Schwefel und Vulkanisationsbeschleuniger in einem Banbury-Mischer von Modell B geknetet, um nichtvulkanisierten Kautschuk zu erhalten.
  • Verlust-Tangens tanδ
  • tanδ der jeweiligen Beispiele sind indiziert in Bezug zu einem Wert von 100 für den bei Vergleichsbeispiel 10 erhaltenen tanδ gezeigt. Je niedriger der Index war, desto niedriger und somit besser war die Wärmeerzeugung.
  • Verschleißfestigkeit
  • Der Verschleißbetrag der jeweiligen Beispiele ist indiziert in Bezug zu einem Wert von 100 für den bei Vergleichsbeispiel 10 erhaltenen Verschleißbetrag gezeigt. Je niedriger der Index war, desto besser war er in Bezug auf die Verschleißfestigkeit. Tabelle 4
    Verwendung von Ruß C - bei der Herstellung der Aufschlämmung wurde kein verdünnter Latex verwendet
    Vergleichsbeispiele Arbeitsbeispiele
    10 11 12 7 8
    Herstellung von nassem Masterbatch Herstellung der Aufschlämmung Partikeldurchmesser-Reduktionsrelaxationszeit (Minuten) - 2.9 2.9 2.9 2.9
    Dispersionszeit (Minuten) - 2 183 23 110
    Dispersionszeit / Partikeldurchmesser-Reduktionsrelaxationszeit - 0.7 63 8 38
    Gewichtsteile Feststoffgehalt Naturkautschuklatex - 100 100 100 100
    Ruß C - 50 50 50 50
    Herstellung von trockenem Masterbatch Gewichtsteile Naturkautschuk RSS #3 100 - - - -
    Ruß C 50 - - - -
    Herstellung von nichtvulkanisiertem Kautschuk Gewichtsteile Masterbatch 150 150 150 150 150
    Zinkoxid 3 3 3 3 3
    Stearinsäure 2 2 2 2 2
    Wachs 1 1 1 1 1
    Antioxidationsmittel A 2 2 2 2 2
    Antioxidationsmittel B 1 1 1 1 1
    Schwefel 2 2 2 2 2
    Vulkanisationsbeschleuniger 1 1 1 1 1
    Evaluation tanδ 100 95 99 86 88
    Verschleißfestigkeit 100 100 101 94 93

Claims (7)

  1. Verfahren zur Herstellung eines Masterbatches, umfassend: einen Arbeitsgang, bei dem Ruß einer Flüssigkeit zugesetzt wird und das Ganze gerührt wird, um eine Rußaufschlämmung zu erhalten, einen Arbeitsgang, bei dem die Rußaufschlämmung und Kautschuklatex gemischt werden, um einen Vorkoagulations- Kautschuklatex zu erhalten, und einen Arbeitsgang, bei dem der Vorkoagulations- Kautschuklatex koaguliert wird, wobei bei dem Arbeitsgang, bei dem die Rußaufschlämmung erhalten wird, die Dispersionszeit vom Beginn des Rührens bis zum Ende des Rührens nicht weniger als das 5-fache, jedoch nicht mehr als das 40-fache, einer Partikeldurchmesser-Reduktionsrelaxationszeit v ist, wobei v bestimmt wird, indem Messergebnisse auf einem ebenen Graphen so aufgetragen werden, dass auf einer horizontalen Achse die verstrichene Zeit t (Minuten) seit dem Beginn des Rührens und auf einer vertikalen Achse der Partikeldurchmesser f (µm) des Rußes aufgetragen werden, um eine eine bestangepasste Lösung für die Formel I zu erhalten, wobei Formel I lautet f = A e x p ( t ν ) + A 0
    Figure DE112017004818B4_0005
    wobei in Formel I A eine Konstante und A0 eine Konstante ist.
  2. Verfahren zur Herstellung eines Masterbatches nach Anspruch 1, wobei die Dibutylphthalat-(DBP) -Absorption des der Flüssigkeit zugesetzten Rußes nicht weniger als 130 cm3/100 g beträgt.
  3. Verfahren zur Herstellung eines Masterbatches nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Dibutylphthalat-(DBP) -Absorption des der Flüssigkeit zugesetzten Rußes nicht größer als 170 cm3/100 g ist.
  4. Verfahren zur Herstellung eines Masterbatches nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Ruß in der Rußaufschlämmung in einer Menge vorliegt, die 1 Massen-% bis 15 Massen-% pro 100 Massen-% der Rußaufschlämmung beträgt.
  5. Verfahren zur Herstellung eines Masterbatches nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei in dem Arbeitsgang, bei dem der Vorkoagulations- Kautschuklatex erhalten wird, der Kautschuklatex, der mit der Rußaufschlämmung gemischt wird, Naturkautschuklatex ist.
  6. Verfahren zur Herstellung eines Masterbatches nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Flüssigkeit Wasser ist.
  7. Reifenherstellungsverfahren, umfassend das Masterbatch-Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6.
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