DE112017006279T5

DE112017006279T5 - Masterbatch-herstellungsverfahren, herstellungsverfahren für eine kautschukzusammensetzung und reifenherstellungsverfahren

Info

Publication number: DE112017006279T5
Application number: DE112017006279.9T
Authority: DE
Inventors: Kenji Nomura
Original assignee: Toyo Tire Corp
Current assignee: Toyo Tire Corp
Priority date: 2016-12-14
Filing date: 2017-07-10
Publication date: 2019-09-26
Anticipated expiration: 2037-07-11
Also published as: MY189204A; US20200055998A1; CN109715708A; WO2018109969A1; DE112017006279B4; JP6872360B2; CN109715708B; JP2018095748A

Abstract

Ein Masterbatch-Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Offenbarung umfasst einen ersten Arbeitsgang, bei dem ein Ruß enthaltender Vorkoagulationskautschuklatex erwärmt wird, während er mit einem Rührer, der mit Rührflügeln versehen ist; bewegt wird, und einen zweiten Arbeitsgang, bei dem Koagulationsmittel dem Vorkoagulationskautschuklatex zugegeben wird; wobei der erste Arbeitsgang die Formel I und die Formel II erfüllt. Formel I lautetFormel II lautetb gibt die Umfangsgeschwindigkeit des Rührflügels (m/s) an; i gibt die Jodabsorption (g/kg) von Ruß an; tgibt die Rührzeit (s) an. ewird durch die Formel III angegeben. Formel III lautettgibt die Temperatur (°C) des Vorkoagulationskautschuklatex am Ende des ersten Arbeitsgangs an. tgibt die Temperatur (°C) des Vorkoagulationskautschuklatex zu Beginn des ersten Arbeitsgangs an.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Masterbatch-Herstellungsverfahren, ein Verfahren zur Herstellung einer Kautschukzusammensetzung und ein Reifenherstellungsverfahren.
STAND DER TECHNIK
Bei Herstellung von nassem Masterbatch wird unter anderem ein Verfahren angewandt, bei dem Naturkautschuklatex eine Rußaufschlämmung hinzugefügt wird, das ganze gerührt wird, während es erwärmt wird, und ein Koagulationsmittel hinzugefügt wird, um ein Koagulat zu erhalten. Rühren und Erwärmen fördern das allmähliche Auftreten einer Koagulation.
Im Zusammenhang mit einem solchen Verfahren ist es schwierig, zu bewirken, dass Ruß mit kleinem Teilchendurchmesser in dem gleichen Ausmaß wie Ruß mit mittlerem Teilchendurchmesser oder großem Teilchendurchmesser in Naturkautschuklatex dispergiert wird. Dies liegt daran, dass die Dispersionseigenschaften von Ruß umso schlechter sind, je kleiner sein Primärteilchendurchmesser ist.
Eine schlechte Dispersion von Ruß in Naturkautschuklatex führt zu einer schlechten Dispersion von Ruß im Masterbatch. Darüber hinaus führt dies auch zu einer Verschlechterung der Ermüdungsbeständigkeit und der Wärmeerzeugung im vulkanisierten Kautschuk.
LITERATUR ZUM STAND DER TECHNIK
Patentreferenzen

Patentreferenz Nr. 1: Japanische Patentanmeldungsveröffentlichung Kokai Nr. 2006-213866
Patentreferenz Nr. 2: Japanische Patentanmeldungsveröffentlichung Kokai Nr. 2007-237456
Patentreferenz Nr. 3: Japanische Patentanmeldungsveröffentlichung Kokai Nr. 2010-284799
Patentreferenz Nr. 4: Japanische Patentanmeldungsveröffentlichung Kokai Nr. 2016-14086

KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
MITTEL ZUM LÖSEN DER AUFGABE
Ein Masterbatch-Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Offenbarung umfasst einen ersten Arbeitsgang, bei dem ein Ruß enthaltender Vorkoagulationskautschuklatex erwärmt wird, während er mit einem Rührwerk, das mit einem oder mehreren Rührflügeln versehen ist, bewegt wird, und einen zweiten Arbeitsgang, bei dem Koagulationsmittel dem Vorkoagulationskautschuklatex zugesetzt wird; wobei der erste Arbeitsgang die Formel I und die Formel II erfüllt. $b \geq i \times 5,6/100$
$b \times_{tm} / e_{h} \times 100 > 10$
b gibt die Umfangsgeschwindigkeit des Rührflügels (m/s) an. i gibt die Jodabsorption (g/kg) von Ruß an. t_m gibt die Rührzeit (s) an. e_h wird durch die Formel III angegeben. $e_{h} = (t_{e} + t_{s}) \times t_{m} / 2$
t_e gibt die Temperatur (°C) des Vorkoagulationskautschuklatex am Ende des ersten Arbeitsgangs an. t_s gibt die Temperatur (°C) des Vorkoagulationskautschuklatex zu Beginn des ersten Arbeitsgangs an.
Figurenliste

1 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines bei der ersten Ausführungsform verwendeten Rührwerks.

AUSFÜHRUNGSFORMEN ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
Die vorliegende Offenbarung stellt ein Verfahren zur Herstellung eines Masterbatches bereit, bei dem die Dispersion von Ruß hervorragend ist und der eine hervorragende Ermüdungsbeständigkeit und/oder Wärmeerzeugung in vulkanisiertem Kautschuk aufweist.
Ein Masterbatch-Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Offenbarung umfasst einen ersten Arbeitsgang, bei dem ein Ruß enthaltender Vorkoagulationskautschuklatex erwärmt wird, während er mit einem Rührer bewegt wird, der mit einem oder mehreren Rührflügeln versehen ist; und einen zweiten Arbeitsgang, bei dem Koagulationsmittel dem Vorkoagulationskautschuklatex zugesetzt wird; wobei die erste Arbeitsgang die Formel I und die Formel II erfüllt. $b \geq i \times 5 .6/100$
$b \times t_{m} / e_{h} \times 100 > 10$
b gibt die Umfangsgeschwindigkeit des Rührflügels (m/s) an. i gibt die Jodabsorption (g/kg) von Ruß an. t_m gibt die Rührzeit (s) an. e_h wird durch die Formel III angegeben. $eh = (t_{e} + t_{s}) \times t_{m} / 2$
t_e gibt die Temperatur (°C) des Vorkoagulationskautschuklatex am Ende des ersten Arbeitsgangs an. ts gibt die Temperatur (°C) des Vorkoagulationskautschuklatex zu Beginn des ersten Arbeitsgangs an.
Ein Masterbatch-Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Offenbarung ermöglicht die Herstellung eines Masterbatches, bei dem die Dispersion von Ruß hervorragend ist und das eine ausgezeichnete Ermüdungsbeständigkeit und/oder Wärmeerzeugung in vulkanisiertem Kautschuk aufweist. Dies liegt daran, dass, da der erste Arbeitsgang die Formel I erfüllt, es möglich ist, Ruß ungeachtet seines Partikeldurchmessers zu dispergieren, und weil er die Formel II erfüllt, das Auftreten einer Situation unterdrückt werden kann, in der Koagulationsmittel Koagulation bewirkt, während der Ruß noch nicht ausreichend dispergiert ist.
Weil es die Formel I erfüllt, kann ein Masterbatch-Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Offenbarung bewirken, dass Ruß ungeachtet seines Partikeldurchmessers dispergiert wird. Dies liegt daran, dass die Formel I die Umfangsgeschwindigkeit mit der Jodabsorption derart koppelt, dass die Umfangsgeschwindigkeit der Rührflügel zunimmt, wenn die Jodabsorption von Ruß zunimmt.
Da es die Formel II erfüllt, ist ein Masterbatch-Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Offenbarung in der Lage, das Auftreten einer Situation zu unterdrücken, in der ein Koagulationsmittel das Auftreten von Koagulation bewirkt, während der Ruß noch nicht ausreichend dispergiert ist. Der Grund dafür wird nun erklärt. Bei Formel II stellt die Formel II, da b × t_m der Menge der Rührflügelrotation (m) entspricht, und e_h dem Wärmeenergieeintrag in den Vorkoagulationskautschuklatex infolge des Erwärmens entspricht, sicher, dass ein gewisser Anteil der Rührflügelrotation vorliegt, und begrenzt den Anteil der Wärmeenergie. Ein Masterbatch-Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Offenbarung ist daher in der Lage, die Koagulation aufgrund von Bewegung zu fördern, während die Förderung der Koagulation aufgrund von Erwärmung geeignet begrenzt wird, und ist in der Lage, das Auftreten einer Situation zu unterdrücken, in der Koagulationsmittel Koagulation verursacht, während Ruß noch nicht ausreichend dispergiert ist.
Vorzugweise beträgt die Jodabsorption von Ruß nicht weniger als 100 g/kg. Wenn sie nicht weniger als 100 g/kg beträgt, wird die Bedeutung von Formel I und/oder Formel II erhöht.
Ein Verfahren zur Herstellung einer Kautschukzusammensetzung gemäß der vorliegenden Offenbarung umfasst das Verfahren zur Herstellung eines Masterbatches gemäß der vorliegenden Offenbarung.
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 Masterbatch-Herstellungsverfahren gemäß einer ersten Ausführungsform umfasst einen Arbeitsgang, bei dem Ruß und Kautschuklatex gemischt werden, um eine Rußaufschlämmung zu erhalten. Durch Mischen des Rußes und des Kautschuklatex 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, wobei die Latexphase die Rückflockung von Ruß hemmt. Vorzugsweise beträgt die Jodabsorption des Rußes nicht weniger als 100 g/kg. Als obere Grenze des Wertebereichs für die Jodabsorption des Rußes können beispielsweise 170 g/kg, 160 g/kg usw. genannt werden. Die Jodabsorption von Ruß wird gemäß ASTM D1510 gemessen.
Der Kautschuklatex kann bei dem Arbeitsgang, in dem die Rußaufschlämmung 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.
Als Naturkautschuklatex kann unterschiedslos Latexkonzentrat, frischer Latex wie der als „Feldlatex“ bezeichnete oder ein beliebiger anderer solcher Latex verwendet werden.
Der synthetische Kautschuklatex kann beispielsweise Styrol-Butadien-Kautschuklatex, Butadien-Kautschuklatex, Nitril-Kautschuklatex und/oder Chloropren-Kautschuklatex sein.
Vorzugsweise beträgt Feststoff-(Kautschuk)-Konzentration in dem Kautschuklatex nicht weniger als 0,1 Massen-%, stärker bevorzugt nicht weniger als 0,2 Massen-% und noch mehr bevorzugt nicht weniger als 0,3 Massen-%. Die Obergrenze des Wertebereichs für die Feststoffkonzentration kann zum Beispiel 5 Massen-% betragen, wobei es bevorzugt ist, dass diese 2 Massen-% beträgt, und mehr bevorzugt ist, dass diese 1 Massen-% beträgt.
Der Ruß 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. Unter einem „Mischer mit hoher Scherung“ wird ein Mischer verstanden, der mit einem oder mehreren Rotoren und einem oder mehreren Statoren versehen ist und bei dem aufgrund der Rotation des Rotors oder der Rotoren eine hohe Scherwirkung unter Bedingungen auftritt, unter denen ein präziser Abstand zwischen dem oder den feststehenden Stator/Statoren und dem oder den Rotor(en), der/die sich mit hoher Geschwindigkeit dreht/drehen, besteht. Um die Wirkung einer solchen hohen Scherung zu erzielen, ist der Abstand zwischen Rotor und Stator vorzugsweise nicht größer als 0,8 mm, wobei die Rotorumfangsgeschwindigkeit nicht weniger als 5 m/s beträgt. Als solche Mischer mit hoher Scherung können im Handel erhältliche Vorrichtungen verwendet werden, wobei die von der Firma Silverson hergestellten Mischer mit hoher Scherung als Beispiele genannt werden können.
In der Rußaufschlämmung wird Ruß in Wasser dispergiert. Die Menge an Ruß in der Rußaufschlämmung beträgt vorzugsweise nicht weniger als 1 Massen-%, stärker bevorzugt nicht weniger als 3 Massen-% pro 100 Massen-% der Rußaufschlämmung. Die Obergrenze des Wertebereichs für die Menge an Ruß in der Rußaufschlämmung beträgt vorzugsweise 15 Massen-% beträgt, stärker bevorzugt 10 Massen-%.
Ein Verfahren zur Herstellung eines Masterbatches gemäß der ersten Ausführungsform umfasst ferner einen Arbeitsgang, bei dem die Rußaufschlämmung und der Kautschuklatex gemischt werden, um einen Vorkoagulationskautschuklatex 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 zum Vermischen mit der Rußaufschlämmung größer ist als die Feststoffkonzentration des Kautschuklatex bei dem Arbeitsgang, in 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 von Kautschuklatex kann zum Beispiel 60 Massen-% betragen, wobei es bevorzugt ist, dass diese 40 Massen-% beträgt, und mehr bevorzugt ist, dass diese 35 Massen-% beträgt.
Während sich Rußaufschlämmung und Kautschuklatex Substanzen sind, die unter Verwendung eines beliebigen bekannten Mischers vermischt werden können, werden vorzugsweise solche Mischer verwendet, bei denen sich eine oder mehrere Schaufeln innerhalb eines oder mehrerer zylindrischer Gefäße drehen. Der von Kawata Co., Ltd. hergestellte „Supermixer“, der von Shinei-Kikai Co., Ltd. hergestellte „Supermixer“, der von Tsukishima Machine Sales Co., Ltd. hergestellte „Universal Mixer“ und der von Nippon Coke & Engineering Co., Ltd. hergestellte „Henschel-Mixer“, können als Beispiele genannt werden.
In dem Vorkoagulationskautschuklatex werden Kautschukteilchen, Ruß usw. in Wasser dispergiert.
Ein Verfahren zur Herstellung eines Masterbatches gemäß der ersten Ausführungsform umfasst einen ersten Arbeitsgang, bei dem der Vorkoagulationskautschuklatex erwärmt wird, während er mit dem in 1 gezeigten Rührwerk 5 bewegt wird. Weil das Erwärmen während des Rührens stattfindet, ist es möglich, die Rührzeit im Vergleich zu der Situation zu verkürzen, die vorliegt, wenn das Rühren ohne Erwärmen durchgeführt wird. Der Rührer 5 ist mit einem Rührgefäß 51, einer Drehwelle 52 und einem oder mehreren Rührflügeln 53 ausgestattet. Die Drehwelle 52 ist am Boden des Rührgefäßes 51 vorgesehen. Vorzugsweise verläuft die Drehwelle 52 vertikal. Der Rührflügel 53 ist an der rotierenden Welle 52 befestigt. Neben dem Rührer 5 kann auch ein Mischer verwendet werden. Beispiele hierfür sind der von Kawata Co., Ltd. hergestellte „Supermixer“, der von Shinei-Kikai Co., Ltd. hergestellte „Supermixer“, der von Tsukishima Machine Sales Co., Ltd. hergestellte „Universal Mixer“ und der von Nippon Coke & Engineering Co., Ltd. hergestellte „Henschel Mixer“.
Der erste Arbeitsgang erfüllt die Formel I. Da der erste Arbeitsgang die Formel I erfüllt, kann ein Masterbatch-Herstellungsverfahren gemäß der ersten Ausführungsform bewirken, dass Ruß ungeachtet seines Partikeldurchmessers dispergiert wird. $b \geq i \times 5,6/100$
b gibt die Umfangsgeschwindigkeit (m/s) des Rührflügels 53 an. i gibt die Jodabsorption (g/kg) von Ruß an. Die Umfangsgeschwindigkeit des Rührflügels 53 kann zum Beispiel nicht weniger als 7 m/s betragen, wobei es bevorzugt ist, dass sie nicht weniger als 8 m/s beträgt, noch bevorzugter ist, dass sie nicht weniger als 10 m/s beträgt, und noch stärker bevorzugt ist, dass sie nicht weniger als 10,5 m/s beträgt. Die Obergrenze des Wertebereichs für die Umfangsgeschwindigkeit des Rührflügels 53 könnte beispielsweise 25 m/s betragen.
Der erste Arbeitsgang erfüllt ferner die Formel II. Da der erste Arbeitsgang die Formel II erfüllt, ist ein Masterbatch-Herstellungsverfahren gemäß der ersten Ausführungsform in der Lage, das Auftreten einer Situation zu unterdrücken, in der ein Koagulationsmittel Koagulation verursacht, während der Ruß noch nicht ausreichend dispergiert ist. $b \times t_{m} / e_{h} \times 100 > 10$
t_m gibt die Rührzeit (s) an. e_h wird durch die Formel III angegeben. $e_{h} = (t_{e} + t_{s}) \times t_{m} / 2$
t_e gibt die Temperatur (°C) des Vorkoagulationskautschuklatex am Ende des ersten Arbeitsgangs an. t_s gibt die Temperatur (°C) des Vorkoagulationskautschuklatex zu Beginn des ersten Arbeitsgangs an. In Formel II entspricht b × t_m dem Rotationsbetrag (m) des Rührflügels 53. e_h ist die Fläche eines Trapezoids bei einem ebenen Graphen, der durch Auftragen der Rührzeit auf der horizontalen Achse und der Temperatur des Vorkoagulationskautschuklatex auf der vertikalen Achse erhalten wird, und entspricht dem Wärmeenergieeintrag in den Vorkoagulationskautschuklatex infolge der Erwärmung.
Ein Verfahren zur Herstellung eines Masterbatches gemäß der ersten Ausführungsform umfasst ferner einen zweiten Arbeitsgang, bei dem nach dem ersten Arbeitsschritt Koagulationsmittel zu dem Vorkoagulationskautschuklatex zugegeben wird, um ein Koagulat zu erhalten. Das Koagulationsmittel kann beispielsweise eine Säure sein. Als Säure können beispielsweise Ameisensäure, Schwefelsäure und andere solche Säuren, die üblicherweise zur Koagulation von Kautschuklatex verwendet werden, genannt werden. Das Koagulat, das durch Koagulation des Vorkoagulationskautschuklatex erhalten wird, enthält Wasser.
Ein Verfahren zur Herstellung eines Masterbatches gemäß der ersten Ausführungsform umfasst ferner einen Arbeitsgang, bei dem das Koagulat entwässert wird 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 einen Masterbatch zu erhalten.
Der 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 sie nicht weniger als 80 Massen-% beträgt, noch mehr bevorzugt beträgt, dass sie nicht weniger als 90 Massen-% beträgt, und noch bevorzugter ist, dass sie 100 Massen-% pro 100 Massen-% des Kautschuks beträgt.
Der Masterbatch umfasst ferner Ruß. Für jeweils 100 Massenteile des Kautschuks ist es bevorzugt, dass die Menge an Ruß nicht weniger als 10 Massenteile beträgt, stärker bevorzugt ist, dass sie nicht weniger als 20 Massenteile beträgt, und noch mehr bevorzugt ist, dass sie nicht weniger als 30 Masseteile 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 sie nicht mehr als 60 Gewichtsteile beträgt.
Ein Reifenherstellungsverfahren gemäß der ersten Ausführungsform umfasst ferner einen Arbeitsgang, bei dem Masterbatch und Mischungsbestandteil(e) - und erforderlichenfalls Kautschuk, der nicht aus dem Masterbatch stammt - in einem Mischer trockengemischt werden, um eine Mischung zu erhalten. Der oder die Mischungsbestandteil(e) kann/können beispielsweise 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 ein Mischungsbestandteil vom Vulkanisationstyp zu der Mischung zugegeben wird und bei dem der Mischungsbestandteil vom Vulkanisationstyp in die Mischung geknetet wird, um eine Kautschukmischung 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 beispielsweise Naturkautschuk, Isoprenkautschuk, Butadienkautschuk, Styrol-Butadienkautschuk, Nitrilkautschuk, Chloroprenkautschuk und dergleichen genannt werden. Es ist bevorzugt, dass die Menge an Naturkautschuk nicht weniger als 40 Massen-% beträgt, und stärker bevorzugt ist, dass sie nicht weniger als 50 Massen-% pro 100 Massen-% der Kautschukkomponente beträgt. Die Obergrenze des Wertebereichs für die Menge an Naturkautschuk kann zum Beispiel 100 Massen-% sein.
Die Kautschukzusammensetzung umfasst ferner Ruß. Für jeweils 100 Massenteile der Kautschukkomponente ist es bevorzugt, dass die Menge an Ruß nicht weniger als 10 Massenteile beträgt, stärker bevorzugt ist, dass sie nicht weniger als 20 Massenteile beträgt, und noch mehr bevorzugt ist, dass sie nicht weniger als 30 Masseteile beträgt. Für jeweils 100 Massenteile der Kautschukkomponente ist es bevorzugt, dass die Menge an Ruß nicht größer als 80 Massenteile ist, und stärker bevorzugt ist, dass diese Menge nicht mehr als 60 Massenteile 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 Gummikomponente beträgt.
Die Kautschukzusammensetzung kann in Laufflächen, Seitenwänden, Wulsten, Wulstfüllern und anderen derartigen Reifenelementen eingesetzt werden.
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.
Nun werden Variationen der ersten Ausführungsform beschrieben. Während das Masterbatch-Herstellungsverfahren gemäß der ersten Ausführungsform einen Arbeitsgang umfasst, bei dem Ruß und Kautschuklatex gemischt wurden, um eine Rußaufschlämmung zu erhalten, umfasst eine Variation der ersten Ausführungsform anstelle dieses Arbeitsgangs einen Arbeitsgang, bei dem Ruß und Wasser wird gemischt, um eine Rußaufschlämmung zu erhalten.
ARBEITSBEISPIELE
Arbeitsbeispiele gemäß der vorliegenden Offenbarung werden nachstehend beschrieben.
Ausgangsmaterialien und Reagenzien sind unten angegeben.

Naturkautschuklatex:: (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 der pH-Wert wurde vor der Verwendung auf 1,2 eingestellt)
N110-Ruß:: „SEAST 9“, hergestellt von Tokai Carbon Co., Ltd.
N115 Ruß:: „SYNBLACK N115“, hergestellt von China Synthetic Rubber
N121 Ruß:: „SYNBLACK N121“ von China Synthetic Rubber
N234-Ruß:: „SEAST 7 HM“, hergestellt von Tokai Carbon Co., Ltd.
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.
Antioxidant A:: „6C“, hergestellt von Ouchi Shinko Chemical Industrial Co., Ltd.
Antioxidant B:: „RD“, hergestellt von Ouchi Shinko Chemical Industrial Co., Ltd.
Schwefel:: „Pulverisierter Schwefel“, hergestellt von Tsurumi Chemical Industry Co., Ltd.
Vulkanisationsbeschleuniger:: „Sanceler CM“, hergestellt von Sanshin Chemical Industry Co., Ltd.

Herstellung eines Masterbatches
Wasser wurde bei 25 °C zu Naturkautschuklatex, hergestellt von Golden Hope, in einer Menge zugegeben, die ausreicht, um die Feststoffkonzentration (Kautschuk) auf 25 Massen-% einzustellen. Wasser wurde mit Ruß versetzt, und ein Rührwerk (Flashblend), hergestellt von Silverson, wurde verwendet, um den Ruß zu dispergieren (Flashblend-Bedingungen: 3600 U/min; 30 min), um eine Rußaufschlämmung zu erhalten. Die Rußaufschlämmung wurde dem Naturkautschuklatex mit der Feststoffkonzentration (Kautschuk), die 25 Massen-% betrug, gemäß Tabelle 1 zugegeben. Ein Mischer (SM-20 Supermixer), hergestellt von Kawata Co., Ltd., wurde zum Rühren mit den in Tabelle 1 aufgeführten Bedingungen genutzt. Das Koagulationsmittel wurde anschließend in einer Menge zugegeben, die ausreichte, um einen pH-Wert von 3 bis 4 zu erreichen, um ein Koagulat zu erhalten. Das Koagulat wurde in einen Einschneckenentwässerungsextruder vom Quetschertyp (Schneckenpresse Modell V-02, hergestellt von Suehiro EPM Corporation) gegeben, die Entwässerung wurde durchgeführt und die Plastifizierung wurde während des Trocknens durchgeführt, um einen Masterbatch zu erhalten.
Herstellung von nichtvulkanisiertem Kautschuk
Die Mischungsbestandteile mit Ausnahme von Schwefel und Vulkanisationsbeschleuniger wurden dem Masterbatch gemäß Tabelle 1 zugegeben. Ein Banbury-Mischer Modell 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 Modell B geknetet, um unvulkanisierten Kautschuk zu erhalten.
Ungleichmäßigkeit von Ruß im Masterbatch
Eine thermogravimetrische/differentielle thermoanalytische Vorrichtung TG/DTA wurde verwendet, um die Menge (Massenteile) Ruß pro 100 Massenteile Kautschukkomponente innerhalb des Masterbatches zu bewerten. Insbesondere wurden N = 3 Proben zufällig aus dem Masterbatch ausgewählt, die Menge (Massenteile) Ruß wurde für jede Probe bestimmt und die Differenz zwischen dem Medianwert und der Menge des Rußes, die am weitesten vom Median entfernt war Der Wert wurde bestimmt, wobei eine Differenz, die weniger als 1 Masseteil betrug, als „gut“ bewertet wurde, eine Differenz, die größer oder gleich 1 Masseteil war, jedoch weniger als 2 Masseteile betrug, als „mittel“ bewertet wurde, und eine Differenz, die größer oder gleich 2 Masseteilen, als „schlecht“ bewertet wurde.
Wärmeerzeugung
Nicht vulkanisierter Kautschuk wurde 30 Minuten bei 150 °C vulkanisiert, und die Wärmeerzeugung des vulkanisierten Kautschuks wurde auf der Grundlage seines Verlusttangens tanδ bewertet. tanδ wurde gemäß JIS K-6265 auf der Grundlage von Tests bestimmt, die unter Verwendung eines von UBM hergestellten E4000-Rheospektrometers bei 50 Hz, 80 °C und einer dynamischen Dehnung von 2% durchgeführt wurden, tanδ der jeweiligen Beispiele sind relativ zu einem Wert von 100 für den in Vergleichsbeispiel 1 erhaltenen tanδ indiziert dargestellt. Je niedriger der Index war, desto niedriger und somit besser war die Wärmeerzeugung.
Ermüdungsbeständigkeit

Die Ermüdungsbeständigkeit des vulkanisierten Kautschuks wurde gemäß JIS K-6260 bewertet. Die Ergebnisse, die bei den verschiedenen Beispielen erhalten wurden, sind als relativ zu einem Wert von 100 für das in Vergleichsbeispiel 1 erhaltene Ergebnis angegeben. Je höher der Index, desto besser war er in Bezug auf die Ermüdungsbeständigkeit. Tabelle 1

			Vergleichsbeispiel 1	Vergleichsbeispiel 2	Vergleichsbeispiel 3	Arbeitsbeispiel 1	Arbeitsbeispiel 2	Arbeitsbeispiel 3	Arbeitsbeispiel 4	Arbeitsbeispiel 5	Arbeitsbeispiel 6	Arbeitsbeispiel 7
eingemischte Menge (Gewichtsteile)	Masterbatch	Ruß N110	45	45	45	45	45	45	45	-	-
		Ruß N115	-	-					-	45	-
		Ruß N121	-	-			-	-	-	-	45
		Ruß N234		-	-		-	-	-	-		45
		Naturkautschuk (Feststoffanteil)	100	100	100	100	100	100	100	100	100	100
	Nicht vulkanisierter Kautschuk	Masterbatch	145	145	145	145	145	145	145	145	145	145
		Zinkoxid	3	3	3	3	3	3	3	3	3	3
		Stearinsäure	2	2	2	2	2	2	2	2	2	2
		Wachs	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1
		Antioxidans A	2	2	2	2	2	2	2	2	2	2
		Antioxidans B	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1
		Schwefel	2	2	2	2	2	2	2	2	2	2
		Vulkanisationsbeschleuniger	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1
Erster Arbeitsgang	b (Umfangsgeschwindigkeit des Rührflügels m/s)		6.1	8.5	6.1	8.5	11.5	15.4	8.5	9.2	8.5	8.5
	e_h (Wärmeenergie)		71400	107400	83400	83400	83400	83400	71400	83400	83400	83400
	b × t_m (Rotationsmenge)		7379	10146	7379	10146	13836	18447	10146	11068	10146	10146
	i (Jodabsorption g/kg)		145	145	145	145	145	145	145	160	121	120
	i × 5.6/100		8.1	8.1	8.1	8.1	8.1	8.1	8.1	9.0	6.8	6.7
	b × t_m/e_h × 100		10	9	9	12	17	22	14	13	12	12
Ungleichmäßigkeit Masterbatch von Ruß im			mittel	mittel	schlecht	gut	gut	gut	gut	gut	gut	gut
Vulkanisierter Kautschuk	Wärmeerzeugung (relativ zum Indexwert)		100	106	103	92	88	90	89	96	85	81
Vulkanisierter Kautschuk	Ermüdu (relativ ngsbeständigkeit zum Indexwert		100	93	97	108	112	112	114	109	115	117

Das Bewirken, dass das Rühren in einer Weise erfolgt, dass die Formel I und die Formel II erfüllt sind, ermöglichte die Herstellung eines Masterbatches mit ausgezeichneter Ermüdungsbeständigkeit und/oder Wärmeerzeugung in vulkanisiertem Kautschuk. Verglichen mit Vergleichsbeispiel 1 zeigte Arbeitsbeispiel 1 beispielsweise eine Verbesserung in Bezug auf eine verringerte Wärmeerzeugung und eine Verbesserung von 8 Punkten in Bezug auf die Ermüdungsbeständigkeit.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2006213866 [0004]
JP 2007237456 [0004]
JP 2010284799 [0004]
JP 201614086 [0004]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Masterbatches, umfassend: einen ersten Arbeitsgang, bei dem ein Ruß enthaltender Vorkoagulationskautschuklatex erwärmt wird, während er mit einem Rührer, der mit einem Rührflügel versehen ist; bewegt wird, und einen zweiten Arbeitsgang, bei dem Koagulationsmittel dem Vorkoagulationskautschuklatex zugegeben wird; wobei der erste Arbeitsgang die Formel I und die Formel II erfüllt; wobei Formel I lautet $b \leq i \times 5,6/100;$
wobei die Formel II lautet $b \times t_{m} / e_{h} \times 100 > 10,$
wobei b die Umfangsgeschwindigkeit (m/s) des Rührflügels angibt, wobei i die Jodabsorption (g/kg) des Rußes angibt, wobei t_m die Rührzeit (s) angibt, wobei e_h durch die Formel III gegeben ist, wobei Formel III lautet $e_{h} = (te + ts) \times t_{m} / 2,$
wobei t_e die Temperatur (°C) des Vorkoagulationskautschuklatex am Ende des ersten Arbeitsgangs angibt und wobei t_s die Temperatur (°C) des Vorkoagulationskautschuklatex zu Beginn des ersten Arbeitsgangs angibt.
Verfahren zur Herstellung eines Masterbatches nach Anspruch 1, wobei die Jodabsorption des Rußes nicht kleiner als 100 g/kg ist.
Verfahren zur Herstellung einer Kautschukzusammensetzung, umfassend das Verfahren zur Herstellung eines Masterbatches nach Anspruch 1 oder 2.
Reifenherstellungsverfahren, umfassend das Masterbatch-Herstellungsverfahren nach Anspruch 1 oder 2.