DE1957366B2 - Kautschukmasse mit verbesserter Verarbeitbarkeit - Google Patents
Kautschukmasse mit verbesserter VerarbeitbarkeitInfo
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Description
dadurch gekennzeichnet, daß die Komponente a) mindestens 30 Gew.-% eines Butadien-Styrol-Copolymerisats
mit statistischer Verteilung der Monomereinheiten enthält, das
1) in Gegenwart eines Lithiumkatalysators hergestellt worden ist,
2) 5 bis 30Gew.-% Styroleinheiten aufweist und in welchem mindestens 60% der
Butadieneinheiten in 1,4-Stellung gebundein
sind, und das
3) eine Mooney-Viskosität von 40 bis 150 und
eine im Mooney-Viskosimeter gemessene Relaxationszeit von 20 bis 200 s besitzt
2. Verwendung der Kautschukmassen nach Anspruch 1 zur Herstellung von vulkanisierten
Formkörpern.
Die Erfindung betrifft eine Kautschukmasse mit verbesserter Verarbeitbarkeit, die aus einer Kautschukkomponente,
einem Weichmacheröl, Ruß und gegebe:- nenfalls üblichen Zusätzen besteht. Derartige Massen
eignen sich zur Herstellung von vulkanisierten Formkörpern, insbesondere für Reifenlaufflächen.
Durch Emulsionspolymerisation hergestellte kautschukartige
Butadien-Styrol-Copolymere fanden bis heute weit verbreitete Verwendung als Kautschukgrundmaterial
für Reifenlaufflächen und für andere technische Produkte. Wie aus der britischen Patentschrift
9 94 726 hervorgeht, wurde vor kurzem ein statistisches Butadien-Styrol-Copolymeres entwickelt,
das 10 bis 40 Gewichtsprozent Styrol und nicht mehr als
12% 1,2-Eigenschaf ten der vorgenannten Copolymeren nicht zur vollen Auswirkung gebracht werden.
Die Schwierigkeit bei der Entwicklung von Kautschuken bestand somit darin, daß die durch Emulsionspolymerisation
hergestellten Butadien-Styrol-Copolymeren zwar gute Verarbeitungseigenschaften, jedoch
unzureichende physikalische Eigenschaften zeigten, andererseits aber die durch Lösungspolymerisation
erhaltenen Copolymeren zwar die erforderlichen physikalischen Eigenschaften besaßen, doch Schwierigkeiten
bei der Verarbeitung verursachten. Es war jedoch bisher nicht möglich, ein kautschukartiges Polymeres 2x1
entwickeln, das in Kombination die Vorteile guter physikalischer Eigenschaften und guter Verarbeitbarkeit
zeigte. In der Tat wurde ein Kompromiß zwischen der Verarbeitbarkeit und den physikalischen Eigenschaften
geschlossen, indem ein Gemisch kautschukartiger Materialien verwendet wurde, wie ein Gemisch aus
in Emulsion polymerisiertem kautschukartigem Butadien-Styrol-Copolymeren
und Polybutadien oder ein Gemisch aus in Emulsion polymerisiertem kautschukartigem
Butadien-Styrol-Copolymeren, in Lösung polymerisiertem kautschukartigem Butadien-Styrol-Copolymeren
und in Emulsion und in Lösung polymerisierten kautschukartigen Polybutadien.
Aus der FR-PS 13 52 638 war eine Kautschukmasse zur Verwendung für Reifenlaufflächen bekannt, die ein
Verfahrensöl mit einer Viskositäts-Dichte-Konstante von mehr als 0,791, Ruß, sowie ein binäres Copolymeres
aus einem konjugierten i?ien und «-Methylstyrol oder
ein ternäres Copolymeres aus einem konjugierten Dien, Λ-Methylstyrol und Styrol enthält Auch aus dieser
Patentschrift sind keine Merkmale für den verwendeten Kautschuk zu entnehmen, die es ermöglichen würden,
die vorstehend erläuterten Probleme zu lösen und es ist offensichtlich nicht erkannt worden, daß die bisher
üblicherweise angewendeten geringen Relaxationszeiten
der Kautschukmassen ungeeignet sind. Ferner ist aus den Angaben dieser Patentschrift nicht ersichtlich,
daß die spezielle Art des kautschukartigen Copolymeren wesentlich für das Verhalten des Materials bei der
Verarbeitung zu Reifenlaufflächen ist Die erwähnte Patentschrift geht somit nicht über den vorstehend
erläuterten Stand der Technik hinaus, wonach die
jo eingesetzten Kautschukmassen zu außerordentlichen
Verarbeitungsschwierigkeiten führten.
Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine Kautschukmasse auf der Basis von
kautschukartigen, statistischen Butadien-Styrol-Copoly-
j5 meren zugänglich zu machen, die einerseits ausgezeichnete
Verarbeitbarkeit zeigen, die insbesondere durch die verbesserte Einmischbarkeit von Füllstoffen und
eine stark verbesserte Extrudierbarkeit zum Ausdruck kommt, die aber andererseits zu in jeder Hinsicht
verbesserten physikalischen und mechanischen Eigenschaften der daraus hergestellten Reifenlaufflächen
führen.
Gegenstand der Erfindung ist somit eine Kautschukmasse mit verbesserter Verarbeitbarkeit aus
a) 1OO Gew.-Teilen eines Butadien-Styrol-Copolymeren
gegebenenfalls in Form eines Gemisches mit natürlichem Kautschuk und/oder anderen synthetischen
Kautschuken
b) 25 bis 75 Gew.-Teilen eines Weichmacheröls mit einer Viskositäts-Dichte-Konstante von nicht weniger
als 0,850,
c) 40 bis 100 Gew.-Teilen Ruß und gegebenenfalls üblichen Zusätzen,
die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Komponente a) mindestens 30Gew.-% eines Butadien-Styrol-Copolymerisats
mit statistischer Verteilung der Monomereinheiten enthält, das
1) in Gegenwart eines Lithiumkatalysators hergestellt worden ist,
2) 5 bis 30 Gew.-% Styroleinheiten aufweist und in welchem mindestens 60% der Butadieneinheiten
in 1,4-Stellung gebunden sind, und das
3) eine Mooney Viskosität von 40 bis 150 und eine im Mooney-Viskosimeter gemessene Rclaxationszeit
von 20 bis 200 s besitzt.
Diese Kautschukmassen besitzen sehr vorteilhafte Veraibeitungseigenschaften, wie Mischbarkeit im Banbury-Mischer
und Extrudierbarkeit Aus dieüen Massen erhaltene Reifenlaufflächen zeigen gu:e physikalische
und mechanische Eigenschaften, wie Abriebfestigkeit, Rutschfestigkeit auf nasser Straßenoberfläche und
Widerstandsfähigkeit gegen Wärmeerzeugung während des Reifenlaufes.
Die erwäliiiie, im Mooney-Viskosimeter gemessene
Relaxationszeit ist die Zeit in der der Ablesewert eines Mooney-Viskometers 20% der Mooney-Viskosität
unmittelbar vor dem Anhalten des Motors nach der Messung der normalen Mooney-Viskosität erreicht
(Mooney-Viskosität bei 1000C bei einer Umdrehungszahl des Motors von 2 Upm).
Die Realaxationszeit charakterisiert somit die Erho lungsfähigkeit des unvulkanisierten Kautschuks nach
Beanspruchungen und schwankt in Abhängigkeit vom Grad der Kohäsionskraft und der molekularen Verflechtung
des Polymeren. Je größer dieser Grad ist, umso länger ist die Relaxationszeit Besonders intensive
Untersuchungen des Zusammenhangs zwischen der Relaxationszeit und den physikalischen Eigenschaften
des Kautschuks zeigten, daß die Verarbeitungseigenschaften im Banbury-Mischer, insbesondere die Mischdauer
des Kautschuks mit Füllstoffen im Banbu.-y-Mischer und die Extrudierbarkeit in engem Zusammenhang
mit der Relaxationszeit stehen, und daß die Verarbeitbarkeit umso besser ist, je länger d-e
Relaxationszeit ist Um die Relaxationszeit mit Hilfe eines Mooney-Viskometers zu messen, verwendet man
ein Mooney-Viskometer gemäß ASTM - D-1646, welches
mit einer in dem Drehkraftmesser zwischen Antriebselement und Schneckengetriebe angeordneten Kupplung
versehen ist. Die Zeichnung veranschaulicht den Aufbau der Vorrichtung. In dieser Zeichnung sind ein
Antriebselement 1 ein Geschwindigkeitsgetriebe 2, eine Kupplung 3, ein Schneckengetriebe 4, ein Meßinstrument
für die Drehkraft 5, eine Form 6, ein Rotor 7, ein Luftzylinder 8, eine Heizung 9, ein Thermometer 10 und
eine Temperaturregelvorrichtung 11 angegeben. Die Dimensionen und die sonstige Konstruktion stimmen
mit den in ASTM-D-1646 festgelegten überein. Das Getriebe und das Schneckengetriebe sind so ausgebildet,
daß der Rotor mit 2 Upm betrieben wird. Das zu prüfende Material wird oberhalb und unterhalb des
Rotors, nämlich innerhalb der Form angeordnet, deren Temperatur auf 100" C eingestellt wird.
Am Luftzylinder wird dann ein hoher Druck von 1,2 Tonnen angelegt und die Messung in üblicher Weise
vorgenommen, d. h. nach dem Vorerhitzen während einer Minute wird der Rotor 4 Minuten lang gedreht,
wonach die Mooney-Viskosität entsprechend dem Ablesewert am Meßinstrument gemessen wird. Nach
4minütigem Drehen wird die Kupplung, vorzugsweise eine elektromagnetische Kupplung, gelöst und als
Relaxationszeit (in Sekunden) die Zeit bestimmt, die verstreicht, bis der Ablesewert des Meßinstruments
20% der Mooney-Viskosität unmittelbar vor dem Lösen der Kupplung ist.
Die Relaxationszeit der bekannten, in Lösung polymerisierten statistischen Butadien-Styrol-Copolymerkautschuke
liegt im Bereich zwischen 1 und 7 Sekunden. Es ist nahezu unmöglich, oder äußerst
unrentabel, die in Lösung polymerisierten, kautschukartigen Butadien-Styrol-Copolymeren als solche in die
lymerisierte kautschukartige Butadien-Styrol-Copolymere
oder natürlichen Kautschuk einzusetzen und die ausgezeichneten physikalischen Eigenschaften dieser
Polymeren traten bei der Anwendung nicht wirksam in Erscheinung.
■> Die Relaxationszeit der in den erfindungsgemäßen
Massen vorliegenden kautschukartigen Butadien-Styrol-Copolymeren sollte, wie angegeben, ihi Bereich von
20 bis 200 Sekunden liegen. Wenn sie weniger als 20 Sekunden beträgt, zeigt das Copolymere eine unbefriedigende
Verarbeitbarkeit, insbesondere Extrudierbarkeit, und wenn sie mehr als 200 Sekunden beträgt, hat
das Copolymere unbefriedigende physikalische Eigenschaften bei der praktischen Verwendung als LaufflächenmateriaL
Im allgemeinen stellen Katalysatoren auf Lithiumbasis eine der wenigen für die statistische Copolymerisation
von Butadien und Styrol praktisch geeigneten Katalysatoren dar. Wenn die Polymerisation von
13-Butadien und Styrol in einem Kohlenwasserstofffö-
Id sungsmittel in Gegenwart eines Katalysators auf
Lithiumbasis durchgeführt wird, wird ein geringer Anteil des Styrols statistisch in das gebildete kautschukartige
Copolymere eingebaut, während ein überwiegender Anteil nach der vollständigen Polymerisation des
1,3-Butadiens in Form von Styrolblöcken an den aktiven
Enden der Moleküle eingebaut wird, was auf die niedrigere Polymerisationsgeschwindigkeit des Styrols,
verglichen mit 1,3-Butadien, zurückzuführen ist. Um daher für die Erfindung geeignete, kautschukartige
jo statistische Copolymere herzustellen, kann ein Verfahren, wie das in der britischen Patentschrift 9 94 726
beschriebene, verwendet werden, bei dem zunächst ein Monomerengemisch mit einem größeren Styrolanteil
hergestellt wird und während der fortschreitenden j-) Polymerisation in Gegenwart eines Lithiumkatalysators
zusätzliches 13- Butadien kontinuierlich oder intermittierend
dem Reaktionssystem zugeführt wird.
Wahlweise können kautschukartige statistische Butadien-Styrol-Copolymere
nach dem Verfahren der britischen Patentschrift 10 29 445 hergestellt werden, indem ein geringer Anteil einer organischen Alkaliverbindung
außer der Lithiumverbindung verwendet wird, die durch eine der allgemeinen Formeln
RM;R'|YM),;R'4C-YMi
Iy i
oder eine ähnliche dargestellt werden kann, worin R, R' oder R" einen gesättigten aliphatischen Kohlenwasserstoffrest,
gesättigten cyclischen Kohlenwasserstoffrest oder aromatischen Kohlenwasserstoffrest, M ein von
r>5 Lithium verschiedenes Alkalimetall, Y Sauerstoff oder
Schwefel und η eine ganze Zahl von 1 bis 2 bedeutet, dem Lithiumkatalysator zugesetzt wird, ohne daß
zusätzliches 1,3-Butadien zugeführt wird.
Darüber hinaus können statistische kautschukartige
W) Butadien-Styrol-Copolymere erhalten werden, indem zusammen mit dem Lithiumkatalysator -ein Zusatzstoff
mit polaren Gruppen, wie Äthergruppen, verwendet wird, beispielsweise Diethylether, Tetrahydrofuran,
1,3-Dioxan, Polyäthylenoxyd, Polypropylenoxyd etc. Da
bi diese Zusatzstoffe die Neigung haben, den Gehalt an
1,2-Verknüpfung der Butadieneinheiten zu erhöhen, ist es bei dem genannten Herstellungsverfahren erforderlich,
den Zusatz des polare Gruppen enthaltenden
Additiv so zu regeln, daß mehr als 60% 1,4-Verknüpfungen,
nämlich weniger als 40% 1,2-Verknüpfungen gebildet werden.
Das erwähnte Verfahren zur Bildung von statistischen Copolymeren kann auch zur Bildung von
kautschukartigen, statistischen Butadien-Styrol-Copolymeren mit einer Relaxationszeit von 20 bis 200
Sekunden verwendet weiden, die sich für die Erfindung eignen. Zu diesem Zweck wird jedoch gewöhnlich die
Copolymerisation bei weit höheren Temperaturen während einer längeren Verweilzeit durchgeführt als
die entsprechenden Polyrnerisationsbedingungen für die bekannten Copolymeren. Bei den bekannten Verfahren,
wie dem Verfahren der britischen Patentschrift 9 03 331, werden statistische Copolymere durch Zusatz von
Butadien und Styrol zu einer Butyllithium-Hexan-Lösung mit einer geringeren Geschwindigkeit als der
normalen Polymerisationsgeschwindigkeit gebildet. Wenn die Copolymerisation bei höheren Temperaturen
durchgeführt wird, erhöht sich die Polymerisationsgeschwindigkeit, die Geschwindigkeit der Monomerenzugabe
wird höher und dementsprechend die durchschnittliche Verweilzeit kürzer. So ist beispielsweise in
dem in den Beispielen dieser britischen Patentschrift beschriebenen Verfahren eine Polymerisationstemperatür
von 1200C mit einer Zugabedauer von 50 bis 72 Minuten verbunden und die durchschnittliche Verweilzeit
beträgt dementsprechend 25 bis 36 Minuten. Unter solchen Bedingungen können, wie erwähnt, Copolymere
mit einer Relaxationszeit innerhalb des erfindungsgemäßen Bereichs nicht erzielt werden. Im allgemeinen
eignet sich zur Herstellung dieser Copolymeren das kontinuierliche Verfahren besser als das anteilweise
durchgeführte Verfahren.
Bei dem kontinuierlichen Verfahren wird die Copo-Iymerisation in wirksamer Weise bei einer Temperatur
von mehr als 1400C bei einer durchschnittlichen Verweilzeit von mehr als 60 Minuten durchgeführt.
Statistische Butadien-Styrol-Copolymere mit einer Relaxationszeit von 20 bis 200 Sekunden werden
gewöhnlich bei einer Polymerisationstemperatur von 120cC bis 18O0C und einer Verweilzeit von 60 Minuten
oder 120°C bis 1700C und einer Verweilzeit von 120 Minuten erhalten. Durch das beschriebene Copolymerisationsverfahren
werden kautschukartige Copolymere mit stärker verzweigter Struktur gebildet.
Gemäß der Erfindung können zur Herstellung von Butadien-Styrol-Copolymeren mit einer Relaxationszeit
von 20 bis 200 Sekunden Copolymere mit unterschiedlichen Relaxationszeiten, Mooney-Viskositäten und Styrolgehalten
getrennt voneinander hergestellt und dann vermischt oder ein Copolymeres hergestellt und danach
ein weiteres Copolymeres in Gegenwart des letzteren gebildet und mit diesem vermischt werden. Die so
erhaltenen Copolymergemische führen zu Kautschukmassen mit besserer Verarbeitbarkeit und günstigeren
physikalischen Eigenschaften als einzelne homogene Copolymere.
Im allgemeinen werden Copolymerengemische bevorzugt,
die aus 10 bis 90 Gewichtsteilen Copolymeren mit einer Mooney-Viskosität von 5 bis 78 und einer
Relaxationszeit von 5 bis 100 Sekunden und 90 bis 10
Gewichtsteilen Copolymeren mit einer Mooney-Viskosität von 85 bis 250 und einer Relaxationszeit von 60 bis
1000 Sekunden bestehen. Die so hergestellten Gemische zeigen eine ähnliche Extrusionsrate wie einzelne
homogene Copolymere, zeigen zu einem geringeren Grad als diese ein Anschwellen beim Austritt aus der
Preßmatrize und haben eine höhere praktische Abriebfestigkeit.
Als Lithiumkatalyatoren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Copolymeren eignen sich beispielsweise
> metallisches Lithium, Methyllithium, Äthyllithium, Butyllithium,
Amyllithium, Hexyllithium, 2-Äthylhexyllithiurn, Phenyllithium, verschiedene Isomere von Tolyllithium,
Xylyllithium, Λ-Napthyllithium, Methylendilithium,
Äthylendilithium, Trimethylendilithium, Tetramethylendilithium, Pentamethylendilithium, 1,4-Dilithiumbenzol,
1,5-Dilithiumnaphthalin und ähnliche Verbindungen.
Es ist erforderlich, daß die erfindungsgemäß verwendeten kautschukartigen, statistischen Butadien-Styrol-Copolymeren
5 bis 30 Gewichtsprozent Styroleinheiten enthalten. Copolymere mit einem Gehalt von weniger
als 5% gebundenem Styrol haben schlechte physikalische Eigenschaften bei der praktischen Anwendung, die
insbesondere nachteilig für das Haftvermögen der Reifen auf einer nassen Straßenoberfläche sind. Bei
einem Gehalt von mehr als 30% wird ebenfalls eine nachteilige Wirkung auf die physikalischen Eigenschaften
erzielt, insbesondere auf die Abriebfestigkeit und die Wärmerzeugung während des Laufs des Reifens.
Die erfindungsgemäß verwendeten kautschukartigen Butadien-Styrol-Copolymeren sollen eine Mooney-Viskosität von 40 bis 150 aufweisen. Copolymere mit einer Mooney-Viskosität von weniger als 40 führen zu einer Verschlechterung der praktischen physikalischen Anwendungseigenschaften und andererseits führt eine
Die erfindungsgemäß verwendeten kautschukartigen Butadien-Styrol-Copolymeren sollen eine Mooney-Viskosität von 40 bis 150 aufweisen. Copolymere mit einer Mooney-Viskosität von weniger als 40 führen zu einer Verschlechterung der praktischen physikalischen Anwendungseigenschaften und andererseits führt eine
jo Mooney-Viskosität von mehr als 150 zu schlechter Extrudierbarkeit und schwieriger Dispergierbarkeit von
Füllstoffen, wie Ruß, während der Verarbeitung und ist von Nachteil für die physikalischen Anwendungseigenschaften.
Das in den erfindungsgemäßen kautschukartigen statistischen Butadien-Styrol-Copolymeren gebundene
Butadien muß mindestens zu 60% 1,4-Verknüpfung
aufweisen. Wenn der Anteil der 1,4-Bindung weniger als 60% beträgt, werden die physikalischen Anwendungseigenschaften
für die Verwendung als Reifenlauffläche insbesondere die Abriebfestigkeit und die Wärmebildung
beim Lauf des Reifens, beeinträchtigt.
Das erfindungsgemäß entweder für sich oder ir Kombination mit natürlichen und/oder anderen synthetischen
Kautschuken verwendete kautschukartige, statistische Butadien-Styrol-Copolymere wird mit zahlreichen
Zusatzstoffen vermischt, verarbeitet und dei praktischen Verwendung zugeführt. Im allgemeiner
können die Copolymeren für sich als Kautschuk füi Reifenlaufflächen verwendet werden; in Abhängigkeil
von der Art und dem Verwendungszweck des Reifen« können sie jedoch auch in Kombination mit natürlicher
und/oder anderen synthetischen Kautschuken, die einer synergistischen Effekt bewirken, verwendet werden.
In Kombination mit den erfindungsgemäßen kau tschukartigen statistischen Butadien-Styrol-Copolyme
ren verwendete synthetische Kautschuke sind ir Emulsion polymerisierter Butadien-Styrol-Copolyrner
kautschuk, in Emulsion polymerisierter Polybutadien
to kautschuk, in Lösung polymerisierter Polybutadienkau
tschuk mit niedrigem cis-Anteil oder hohem cis-Anteil mit Alfin-Katalysatoren hergestellte Polybutadienkau
tschuke oder Polybutadien-Styrol-Copolymerkaut
schuk, Polyisoprenkautschuk, Butadien-Isopren-Copo
lymerkautschuk und andere. Eine kombinierte Verwen dung zusammen mit Polybutadienkautschuk und/oder ii
Emulsion polymerisiertem Butadien-Styrol-Copolyme ren wird besonders im Hinblick auf die Verarbeitbarkei
und die physikalischen Eigenschaften bei der praktischen Anwendung als Reifenlauffläche bevorzugt.
Diese natürlichen und/oder synthetischen Kautschuke werden entweder für sich oder als Kombination aus
zwei oder mehreren Arten verwendet. Damit die charakteristischen Eigenschaften der erfindungsgemäßen
kautschukartigen, statistischen Butadien-Styrol-Copolymeren
möglichst stark zum Ausdruck kommen, müssen diese in der Kautschukkomponente, die für
Reifenlaufflächen-Massen verwendet wird, in einer Menge von mindestens 30 Gewichtsprozent vorliegen.
Als Zusatzstoffe bzw. Compoundiermittel, die zusammen
mit kautschukartigen statistischen Butadien-Styrol-Conolymeren oder deren Kombination mit natürlichen
und/oder anderen synthetischen Kautschuken in den erfindungsgemäßen Kautschukmassen vorliegen, sind
die Weichmacheröle und der Ruß im Hinblick auf praktische Anwendungseigenschaften besonders wichtig·
Das als Zusatzstoff verwendete Weichmacheröl besteht aus hochsiedenden Erdölfraktionen. Entsprechend
der chemischen Struktur der Kohlenwasserstoffmoleküle des Öls wird dieses in eine Paraffingruppe, die
aus gesättigten, nicht-cyclischen Kohlenwasserstoffen besteht, eine Naphthengruppe, die aus gesättigten
cyclischen Kohlenwasserstoffen besteht und eine Aromatengruppe eingeteilt, die aus ungesättigten
cyclischen Kohlenwasserstoffen besteht. Gewöhnlich wird es in Abhängigkeit von der Viskositäts-Dichte-Konstante
(V.G.C.) klassifiziert, wobei im allgemeinen ein öl mit einem V.G.C-Wert von 0,790 bis 0,849 zur
Paraffingruppe, eines mit einem V.G.C-Wert von 0.850
bis 0,899 zur Naphthengruppe und ein öl mit einem V.G.C-Wert von 0,900 oder mehr zur Aromatengruppe
gehört. In der erfindungsgemäßen Kautschukmasse für Reifenlaufflächen wird als Weichmacheröl ein öl der
Naphthen- oder Aromatengruppe mit einem V.G.C.-Wert von 0,850 oder mehr verwendet. Bevorzugt wird
ein Weichmacheröl der Aromatengruppe mit einem V.G.C-Wert von 0,900 oder höher. Das Weichmacheröl
wird gemäß der Erfindung in einer Menge von 25 bis 75 Gewichtsteilen pro 100 Gewichtsteile der Kautschukkomponente
zugesetzt. Der Zusatz des Weichmacheröls in einem Anteil von weniger als 25 Gewichtsteilen führt
nicht zur zufriedenstellenden Dispersion des Füllstoffes und des Vulkanisationsbeschleunigers, und ein Zusatz
von mehr als 75 Gewichtsteilen beeinträchtigt die physikalischen Eigenschaften des vulkanisierten Kautschuks.
Das erfindungsgemäß eingesetzte Weichmacheröl kann gleichzeitig mit anderen Zusatzstoffen mit Hilfe
eines Banbury-Mischers oder einer Mischwalze mechanisch eingemischt werden oder kann Verwendung
finden, indem das gesamte öl oder ein Teil dieses Öls in
Lösung mit dem kautschukartigen Butadien-Styrol-Copolymeren gemäß der Erfindung vermischt wird und
durch anschließendes Entfernen des Lösungsmittel ein ölgestrecktes Polymeres gebildet wird.
Die Art und Menge des als Zusatzstoff in den Kautschuk einzuarbeitenden Rußes hat einen großen
Einfluß auf die physikalischen Eigenschaften zur praktischen Anwendung als Reifendecke. Der Anteil des
erfindungsgemäß eingearbeiteten Rußes bestimmt sich im Hinblick auf den Anteil des zugesetzten Weichmacheröls
und beträgt 40 bis 100 Gewichtsteile pro 100 Gewichtsteile der Kautschukkomponente. Die Verwendung
einer Menge von weniger als 40 Gewichtsteile reicht nicht aus, um befriedigende dynamische Eigenschaften
für die praktische Anwendung, insbesondere eine ausreichende Abriebfestigkeit, zu erreichen.
Die Art des erfindungsgemäßen Rußes kann im wesentlichen dieselbe sein, die für emulsionspolymerisierte
kautschukartige Butadien-Styrol-Copolymere oder Polybutadien verwendet wird. Gewöhnlich verwendet
man HAF-Ruß mit einer Teilchengröße von 40 ιτιμ oder ISAF-Ruß mit einer Korngröße von etwa
27 ηιμ. Ruß mit kleineren oder größeren Teilchengrö-
H) Ben kann in Abhängigkeit von den Laufbedingungen des
Reifens ebenfalls verwendet werden. Wie bereits erwähnt, sollte die Menge und die Art des verwendeten
Rußes im Hinblick auf die Laufbedingungen des Reifens entsprechend ausgewählt werden.
Der erfindungsgemäß eingesetzte Ruß kann mechanisch auf einem Banbury-Mischer oder einer Mischwalze
mit den Weichmacherölen und anderen Compoundiermitteln vermischt oder in Form eines Ruß
enthaltenden Vorgemisches angewendet werden, welches durch Zusatz des gesamten Rußes oder eines Teils
davon zu einer Lösung des Copolymerkautschuks und anschließendes Entfernen des Lösungsmittels hergestellt
wird.
Neben dem Weichmacheröl und dem Ruß können als erfindungsgemäß verwendete Zusatzstoffe außerdem Zinkoxyd, Stearinsäure, Antioxydationsmittel, Mittel zur Verzögerung des Ozonabbaus, Vulkanisationsbeschleuniger, Vulkanisiermittel, Wachs und ähnliche Stoffe eingearbeitet werden.
Neben dem Weichmacheröl und dem Ruß können als erfindungsgemäß verwendete Zusatzstoffe außerdem Zinkoxyd, Stearinsäure, Antioxydationsmittel, Mittel zur Verzögerung des Ozonabbaus, Vulkanisationsbeschleuniger, Vulkanisiermittel, Wachs und ähnliche Stoffe eingearbeitet werden.
jo Es hat sich gezeigt, daß die beschriebenen Kautschukmassen,
welche die genannten Zusatzstoffe und ein kautschukartiges statistisches Butadien-Styrol-Copolymeres
aus 5 bis 30 Gewichtsprozent Styrol und mit mindestens 60% 1,4-Verknüpfungen der Butadieneinheiten,
mit einer Mooney-Viskosität von 40 bis 150 und einer Relaxationszeit von 20 bis 200 Sekunden
enthalten, gut ausgewogene und ausgezeichnete physikalische Eigenschaften und Verarbeitungseigenschaften
für die praktische Verwendung als Massen für Reifenlaufflächen aufweisen.
Die Erfindung wird durch die nachstehenden Beispiele näher erläutert, ohne daß sie jedoch darauf
beschränkt sein soll.
Vier mit einem Mantel versehene Reaktoren mit je 15 m3 Fassungsvermögen wurden durch Verbindung mit
Leitungen in Serie geschaltet Reaktor 1 wurde
so kontinuierlich mit festgesetzten Anteilen Butadien, Styrol, Hexan und n-Butyllithium beschickt, was mit
Hilfe einer Dosierpumpe erfolgte. In die Reaktoren 2 bis 4 wurden mit Hilfe einer Dosierpumpe vorbestimmte
Mengen an Butadien und Hexan eingeführt Nach dem
Stattfinden der Reaktion in Reaktor 4 wurde eine Lösung von 2,4-tert-Butyl-p-kresol in einem Anteil von
0,5 g pro 100 g des Polymeren zugesetzt, wobei
kautschukartige statistische Copolymere von Butadien und Styrol mit unterschiedlichen Relaxationszeiten
erhalten wurden.
Danch wurde ein aromatisches Weichmacheröl in einer Menge von 37,5 Gewichtsteilen pro 100
Gewichtsteile des Polymeren kontinuierlich eingeführt, wonach durch Entfernen des Hexans ölgestreckte
b5 Polymere erhalten wurden. Die Polymerisationsbedingungen
und die charakteristischen Eigenschaften der erhaltenen kautschukartigen Copolymeren sind in
Tabelle 1 angegeben.
ίο
Kautschukartiges Butadien-Styrol-Copolymeres A (Beispiel)
B (Vergleichsbeispiel)
C (Vergleichsbeispiel)
Polymerisationsbedingungen Reaktor 1 Hexan-Zufuhrrate (kg/h)
Butadien-Zufuhrrate (kg/h)
Styrol-Zufuhrrate (kg/h)
n-Butyllithium-Zufuhrrate (kg/h)
Reaktor 2 Hexan-Zufuhrrate (kg/h)
Butadien-Zufuhrrate (kg/h)
Reaktor 3 Hexan-Zufuhrrate (kg/h)
Butadien-Zufuhrrate (kg/h)
Reaktor 4 Hexan-Zufuhrrate (kg/h) Butadien-Zufuhrrate (kg/h)
Polymerisationstemperatur (innen) ("C) Durchschnittliche Verweilzeit (hr)
Gehalt an gebundenem Styrol1) Gehalt an Styrolblöcken2)
Bindungsverteilung des Butadiens (%)') Cis-1,4-Verknüpfung
Trans-1,4- Verknüpfung 1,2-Verknüpfung
Mooney-Viskosität (ML1+4, 100'C)
Relaxationszeit (see.)')
Mooney-Viskosität nach dem Strecken mit Öl
') Styrolgehalt und Bindungsstruktur des Butadiens wurden mit Hilfe eines lnfrarot-Spektrophotometers gemessen und nach
dem Verfahren von Harn ρ to η berechnet
2) Zu einer Lösung von 2 Gewichtsteilen des Butadien-Styrol-Copolymeren in 100 Gewichtsteilen Tetrachlorkohlenstoff wurden
5 Gewichtsteile terL-Butylhydroperoxyd und dann 0,01 Gewichtsteil Osmiumtetroxyd gegeben. Das Gemisch wurde 15 Minuten
auf 80' C erhitzt, um den Abbau durchzuführen. Die Styrolblöcke wurden durch Ausfallen unter Zusatz einer großen
Methanolmenge zu der entstandenen Lösung erhalten. Der Niederschlag wurde durch Filtration abgetrennt, im Vakuum
getrocknet, ausgewogen und der Anteil an Blockstyrol als Gewichtsprozent der kautschukartigen Butadien-Styrol-Copolymeren
berechnet.
') Die Relaxationszeit des Kautschuks vor dem Ölstrecken (nach dem beschriebenen Verfahren gemessen).
80,0 X 10' | 80,0 X 10' | 26,7 X 10' |
12,2 x 10' | 12,2X10' | 4,1 x 10' |
6,3 X 10' | 6,3 X 10' | 2,1 X 10' |
15 | 10 | 3,3 |
11,2X10' | 11,2X10' | 3,7 X 10' |
3,7X10' | 3,7 X 10' | 1,2 X 10' |
5,6 X 10' | 5,6 x 10' | 1,9X10' |
1,9 X 10' | 1,9 X 10' | 0,6 X 10' |
2,8 X 10' | 2,8 X 10' | 0,9 X 10' |
0,9 X 10' | 0,9X10' | 0,3 X 10' |
130 | 80 | 130 |
3,0 | 3,0 | 0,5 |
25,0 | 24,8 | 24,9 |
0,5 | 0,3 | 0,5 |
40,5 | 40,5 | 40,5 |
48,5 | 49,0 | 48,5 |
11,0 | 10,5 | 11,0 |
105,0 | 103,5 | 105,0 |
98,0 | 6,5 | 7,0 |
43,0 | 41,0 | 44,0 |
Die drei so hergestellten lösungspolymerisierten, ölgestreckten kautschukartigen Butadien-Styrol-Copo- ■
lymeren und die in Emulsion polymerisierten ölgestreckten kautschukartigen Butadien-Styrol-Copolymeren
(SBR-1712) wurden mit Hilfe eines Bandbury-Mi- so schers Typ B in den in Tabelle 2 angegebenen
Mengenverhältnissen compoundierL
Das Vermischen erfolgte nach dem in Tabelle 3 aufgeführten Verfahren. Die Temperatur in der ersten
Mischstufe betrug 1200C und die der zweiten Mischstufe
90° C.
1. Stufe des Mischens:
Gew.-Teile | |
ölgestreckter Copolymerkautschuk | 137,5 |
Aromatisches Weichmacheröl1) | 12,5 |
HAF-RuB | 85 |
Stearinsäure | 2 |
Zinkoxyd | 5 |
Antioxidant2) | 1,0 |
Vulkanisationsbeschleuniger3) | 03 |
Schwefel | 1,6 |
') Weichmacheröl mit einer Dichte von 03506 und einem
V.G.C-Wert von 03605.
2) Phenyl-^-naphthylamin.
3) N-Cyclohexylbenzothiazylsulfenamid.
0 min. Zugabe des Polymeren
0,5 min. Zugabe von Zinkoxyd, Stearinsäure und
Antioxydant2)
1,0 min. Zugabe der gesamten Rußmenge
3,0 min. Zugabe des Weichmacheröls
6,0 min. Entnahme.
3,0 min. Zugabe des Weichmacheröls
6,0 min. Entnahme.
2. Stufe des Mischens:
0 min. Beschicken mit dem aus der 1. Stufe resultierenden Gemisch
0,5 min. Zugabe von Beschleuniger3) und Schwefel
3,0 min. Entnahme.
3,0 min. Entnahme.
Tabelle 4 zeigt die Mischeigenschaften und den Dispersionsgrad des Rußes nach der ersten Stufe des
Vermischens in verschiedenen Copolymerkautschuk-Compunds.
Butadien-Styrol-Copolymer-Kautschuk
gemäß Beispiel (A) Butadien-Styrol-Copolymer-Kautschuk gemäß Vergleichsbeispiel (B)
Butadien-Styrol-Copolymer-Kautschuk gemäß Vergleichsbeispiel (C)
Vergleichsbeispiel SBR-1712
Dispersionsverhältnis1)
des Rußes (%)
des Rußes (%)
95
80
80
90
90
') Eine Probe eines Compounds wird verpreßt, entgast und zu
einem kleinen Stück von etwa 2,5 χ 7 χ 5 mm verformt. Die Probe wird dann bei -700C während etwa 10 Stunden in
eine Lösung von Schwefelkohlenstoff, die 1 bis 3% Schwefelchlorid enthält, getaucht und danach etwa 2
Stunden bei Reumtemperatur stehengelassen, um das Lösungsmittel zu entfernen.
Die erhaltene Probe wird in Vakuum während etwa 10 Stunden getrocknet, wobei die Kaltvulkanisation mit
Schwefelchlorid erfolgt. Es wird eine Probe mit homogener Härte erzielt, die in flüssigem Stickstoff eingefroren und mit
Hilfe eines Mikrotoms in 2 μ starke Scheiben geschnitten wird. Die Dispersion des Rußes wird unter einem optischen
Mikroskop in lOOfacher Vergrößerung geprüft. Um den Dispersionsgrad zahlenmäßig auszudrücken, ist die Okularlinse
mit einer Skala mit 100x100 Einteilungen versehen und die Linien der Skala und das Linsensystem so eingestellt,
daß ein Abschnitt einer Fläche von 13 χ 13 μ entspricht. Auf diese Weise zählt man die Anzahl der Abschnitte mit einer
mehr als zur Hälfte durch Rußaggregate überdeckten Seite in einem gegebenen Gesichtsfeld mit 100 χ 100 Abschnitten
und drückt diesen Wert durch Berechnung als Dispersionsverhältnis des Rußes aus.
Wie die Werte in Tabelle 4 klar zeigen, ist die Dispersionseigenschaft einer Masse, die das kautschukartige
statistische Butadien-Styrol-Copolymere mit einer Relaxationszeit innerhalb des erfindungsgemäßen
Bereiches enthält, den bekannten, in Lösung polymerisierten, kautschukartigen Butadien-Styrol-Copolymeren
(B und C) weit überlegen und nicht weniger gut als die Kautschukmasse aus dem in Emulsion polymerisierten
kautschukartigen Butadien-Styrol-Copolymeren. Diese Tatsache ist ein Anzeichen für ein verbessertes
Verhalten der erfindungsgemäßen Massen beim Mi-4ii
sehen in einem Banbury-Mischer.
Dementsprechend zeigen die erfindungsgemäßen
Massen auch den Vorteil, daß die zum Einmischen von Füllstoffen bei der Herstellung des Reifens erforderliche
Zeit verkürzt werden kann.
4r> Dann wurden die vier Compounds unter Verwendung eines Extruders extrudiert, wobei die in Tabelle 5 gezeigten Ergebnisse erhalten wurden.
4r> Dann wurden die vier Compounds unter Verwendung eines Extruders extrudiert, wobei die in Tabelle 5 gezeigten Ergebnisse erhalten wurden.
Compound aus Beispiel (A)
Compound aus
Venjleichsbeispiel
(B)
Compound aus
Vergleichsbeispiel
(C)
Compound
SBR-1712aus
Vergleichsbeispiel
Extrusionsrate
Aussehen des Extrudats
Zustand der Kante
Aussehen des Extrudats
Zustand der Kante
Extrusionsbedingungen:
70 50 | 100 C | 48 |
5 4 | 50Upm | 4 |
gut schlecht | 23-24 C | schlecht |
Temperatur beim Compoundieren | ||
Drehung der Schnecke | 100 C | |
Schneckentemperatur | ||
(wassergekühlt) | ||
Temperatur der Preßdüse | ||
68 4 schlecht
Wie aus Tabelle 5 hervorgeht, zeigt das Compound A gemäß der Erfindung bessere Ergehnisse im Hinblick
auf Extrudicnsrate, Aussehen des Extrudats und Zustand der Kante, als sie mit dem bekannten, in Lösung
polymerisierten SBR und in Emulsion polymerisierten
SBR erhalten wurden.
Danach wurden 4 Compounds bei 1400C während 30
Minuten druckvulkanisiert und die physikalischen Eigenschaften der Vulkanisate gemessen. Es wurden die
in Tabelle 6 gezeigten Ergebnisse erzielt
Vulkanisat | Vulkanisat aus | Vulkanisat aus | SBR-1712-Vulkanisal | |
aus Beispiel (A) | Vergleichsbei- | Vergleichsbei | aus Vergleichsbei | |
spiei (B) | spiel (C) | spiel | ||
Härte1) | 62 | 63 | 62 | 63 |
300% Zugmodul (kg/cm2)1) | 105 | 99 | 103 | 121 |
Zugfestigkeit (kg/cm2) | 185 | 180 | 180 | 200 |
Dehnung (%)') | 520 | 500 | 500 | 470 |
Reißfestigkeit (kg/cm)1) | 43 | 38 | 37 | 35 |
Rückprallelastizität | ||||
(20 C)2) | 46 | 45 | 46 | 34 |
(70 C)2) | 57 | 56 | 5b | 51 |
Rutschfestigkeit auf nassem | 102 | 89 | 87 | 100 |
Straßenbelag3) | ||||
Rutschfestigkeit auf Eis3) | 115 | 110 | 109 | 100 |
') Unter den Bedingungen gemäß J1SK-6301 bestimmt.
") Unter Verwendung eines Dunlop-Tripsometers gemessen.
3) Der Koeffizient der Schwerkraftsreibung des Kautschuks der Reifenlauffläche wurde unter Verwendung eines Meßinstruments
für die Rutschfestigkeit gemessen, das durch das Road Research Laboratory of England entwickelt worden ist. Die Werte wurden auf nassem Straßenasphalt und auf einer Eisfläche gemessen.
Wie aus Tabelle 6 hervorgeht, zeigte das Vulkanisat aus der erfindungsgemäßen Masse verbesserte Rückpraüelastizität
und Rutschfestigkeit auf nassem Straßenbelag und auf einer Eisfläche und hatte somit für
Reifenlaufflächen besonders erwünschte physikalische Eigenschaften.
Wie in ersichtlicher Weise durch die oben aufgeführten Ergebnisse gezeigt wird, hatte die erfindungsgemäbe
Kautschukmasse für Reifenlaufflächen, die als Kautschukkomponente ein in Lösung polymerisiertes
kautschukartiges, statistisches Butadien-Styrol-Copolymeres mit einer längeren Relaxationszeit enthielt,
ausgezeichnte Dispersionseigenschaften für Ruß sowie ausgezeichnete Verarbeitungseigenschaften durch
Strangpressen und hervorragende physikalische Eigenschaften, wobei insbesondere die Rückprallelastizität
und Rutschfestigkeit am wichtigsten für die Verwendung als Reifenlaufflächen sind.
Die drei kautscl.ukartigen Butadien-Styrol-Copolymeren
(A bis C), die gemäß Beispiel 1 hergestellt wurden, und in Emulsion polymerisierter Kautschuk
SBR-1712 als Vergleichsprobe, wurden mit Hilfe eines
Banbury-Mischers Typ 11 nach dem in Tabelle 7 angegebenen Mischungsrezept compoundiert und die
erhaltenen Compounds dann durch eine handelsübliche Strangpresse unter Bildung einer Reifenlauffläche
extrudiert. Die erhaltene Reifenlauffläche wurde auf einen rohen Reifen geklebt (Reifengröße 6,40-14), der
eine Karkasse aus einer in Emulsion polymerisierten Biitadier.-Styrc! Ccpolymerkatitschiikmasse und Nyür.-reifencord
enthielt, wonach die Vulkanisation bei dei normalen Vulkanisationstemperatur unter Bildung des
fertigen Reifens durchgeführt wurde.
45
50
Tabelle 7 | Gew.-Teile |
Kautschukartiges Butadien- | 137,5 |
Styrol-Co polymeres | 12,5 |
Aromatisches Weichmacheroi1) | 85 |
LSAF-Ruß | 2 |
Stearinsäure | 3 |
Zinkoxyd | 1,6 |
Vulkanisationsbeschleuniger2) | 1,4 |
Schwefel | 1 |
Antioxidant3) | 1 |
Antioxidant4) | 2 |
Paraffinwachs | |
55
b0
') Weichmacheröl mit einem V.G.C-Wert von 0,951 und einei
Dichte von 0,9988.
2) n-Hydroxydiäthylen-2-benzothiazylsulfenamid.
3) 6-Äthoxy-2,2,4-trimethyl-12-dihydrochinolin.
4) Reaktionsprodukt aus Diphenylamin und Aceton bei hohei
Temperatur.
Gebrauchswagen wurden dann mit den fertiger erhaltenen fünf Reifen versehen und die Wärmeerzeu
gung im Reifeninneren sowie die Abriebfestigkel· während des Reifenlaufs geprüft.
In Tabelle 8 werden die Verarbeitungseigenschafter bei der Verformung zu den Reifen und die Stabilität
beim Lenken sowie die Abriebfestigkeit während de;
!6
Compound aus | Compound aus | Compound aus | Compound SBR- | |
Beispiel (A) | Vergleichs | Vergleichs | 1712 aus Ver | |
beispiel (B) | beispiel (C) | gleichsbeispiel | ||
Verarbeitbarkeit | gut | schlecht | schlecht | gut |
Durch Wärmeerzeugung im | 60 | 62 | 61 | 80 |
Reifeninnern bewirkte Tempe | ||||
ratur ( C)1) | ||||
Abriebindex des Reifens2) | 125 | 124 | 125 | 100 |
Rutschfestigkeit auf nassem | ||||
Straßenbelag | ||||
Lenkbarkeit auf der Straße3) | 105 | 85 | 85 | 100 |
Bremswirkung4) | 102 | 80 | 80 | 100 |
Zugvermögen5) | 100 | 90 | 90 | 100 |
') Temperaturdifferenz zwischen dem Innern des Reifenschlauchs und der Umgebung, gemessen mit Hilfe eines Thermoelements beim Betrieb mit einer Geschwindigkeit von 100 km/h.
2) Die Abriebfestigkeit des mit dem SBR-1712-Compound erhaltenen Reifens wird als 100 angenommen.
3) Die Lenkbarkeit auf der Straße wurde aus der Maximalgeschwindigkeit erhalten, bei der der Reifen rutscht, wenn der mit
dem zu prüfenden Reifen versehene Wagen, der in einem Kreis mit 5 m Durchmesser fährt, beschleunigt wird. Der mit dem
SBR-1712-Compound erhaltene Wer; wurde dabei mit 100 angenommen.
4) Die Bremswirkung wurde aus der Entfernung erhalten, die bei einer Fahrgeschwindigkeit von 20 km/h bei plötzlicher Anwendung der Bremse bis zum vollständigen Stehenbleiben des Reifens verstreicht. Dabei wurde wieder der mit SBR-1712-Compound erhaltene Wert gleich 100 gesetzt
s) Das Zugvermögen wurde gemessen, indem der Reifen mit einer Geschwindigkeit von 800 Upm betrieben wurde. Das Zugvermögen, das mit dem SBR-1712-Compound erhalten wurde, wurde gleich 100 gesetzt.
Wie aus Tabelle 8 hervorgeht, zeigte die erfindungsgemäße Masse eine ausgezeichnete Verarbeitbarkeit,
während die Verarbeitbarkeit des in Lösung polymer!- jr>
sierten SBR-Kautschuks, der eine kürzere Relaxationszeit hatte, schlecht war.
Die Prüfung der für die praktische Verwendung als Reifenlauffläche maßgebenden physikalischen Eigenschaften
zeigte, daß die erfindungsgemäße Masse ausgezeichnete Eigenschaften sowohl im Hinblick auf
Abriebfestigkeit und Lenkungsstabilität hatte, während die aus bekannten, in Lösung polymerisierten SBR-Massen
(B und C) zwar gute Abriebfestigkeit, jedoch schlechte Lenkungsstabilität zeigten und andererseits
der aus in Emulsion polymerisiertem SBR-1712-Compound
erhaltene Reifen gute Lenkbarkeit hatte, jedoch eine sehr geringe Abriebfestigkeit aufwies.
Diese Daten zeigen, daß die erfindungsgemäße Masse wohlausgewogen im Hinblick auf Verarbeitungseigenschaften
und physikalische Eigenschaften für die praktische Anwendung ist.
Zwei kautschukartige, statistische Butadien-Styrol-Copolymere mit unterschiedlichen Relaxationszeiten
wurden unter Verwendung derselben Polymerisationsreaktoren wie in Beispiel 1 hergestellt. Dabei wurde
n-Butyllithium und Tetrahydrofuran als Zusatz für die
statistische Polymerisation und η-Hexan als Lösungsmittel verwendet. Die Herstellungsbedingungen und die
repräsentative Eigenschaften der erhaltenen Kautschuke sind in Tabelle 9 angegeben.
Beispiel (D) | Vergleichsbeispiel (E) | |
Polymerisationsbedingungen | ||
Butadien-Styrol (Gew.-Verhältnis) | 75/25 | 75/25 |
Monomerenkonzentration (Gew.-%) | 20 | 20 |
Butyllithium (pro 100 Gew.-Teile | 0,09 | 0,04 |
der Gesamtmonomeren) | ||
Konzentration an Tetrahydrofuran | 0,5 | 0,5 |
(Gew.-%) | ||
Poiymerisationstemperatur ( C) | 130 | 130 |
Verweilzeit (h) | 2 | 0,5 |
Physikalische Grundeigenschaften: | ||
Gehalt an gebundenen Styrol (%) | 25,0 | 25.0 |
Fortsetzung
Beispie! (D)
Gehalt an Blockstyrol (%) 0,1
Struktur der Butadisnbindung
Cis-1,4-Verknüpfung
Trans-1,4-Verknüpfung
1,2-Verknüpfung
Mooney-Viskosität (ML1 +4, 100 C) 55,0
Relaxationszeit (see.) 35,0
Die beiden so hergestellten Butadien-Styrol-Copolymeren wurden unter Verwendung tines Banbur>-Mischers
Typ B nach der in Tabelle 10 angegebenen Rezeptur gemischt
0,1
25
47
28
47
28
55,0
2,0
2,0
Tabelle 10 | Gew.-Teile |
Kautschukartiges Butadien- | 60 |
Styrol-Copolymeres | |
Polybutadien1) mit niedrigem | 40 |
cis-Anteil | 50 |
Aromatisches Weichmacheröl2) | 90 |
HAF-Ruß | 2 |
Stearinsäure | 3 |
Zinkoxyd | |
Vulkanisationsbeschleuniger | |
(N-Cyclohexylbenzothiazyl- | 1,2 |
sulfenamid) | 1,6 |
Schwefel | |
Antioxidant | 1.0 |
(Phenyl-^-naphthylamin) | |
20
25
i0 Dann wurden die beiden Gemische bzw. Compounds
mit Hilfe einer handelsüblichen Strangpresse in Form einer Reifenlauffläche extrudiert und die jeweils
erhaltene Reifenlauffläche auf einen rohen Reifen geklebt (Reifengröße 6,40—14), dessen Karkasse aus
einem Compound aus in Emulsion polymerisiertem kautschukartigem Butadien-Styrol-Copolymeren und
Nylonreifencord bestand. Danach wurde bei der üblichen Vulkanisationstemperatur zur Bildung des
fertigen Reifens vulkanisiert
Die physikalischen Eigenschaften der beiden so erhaltenen Reifenlaufflächen wurden gemessen und
dabei die in Tabelle 12 gezeigten Ergebnisse erhalten.
Es wurden dieselben Meßverfahren wie in Tabelle 8 angewendet
■) In Gegenwart eines Lithiumkatalysators polymerisiert^
Polybutadien, MLi+4=35.
2) Weichmacheröl mit einem V.G.G-Wert von 0,951 und einer
Dichte von 0,9880.
Die angewendeten Mischvorgänge waren die gleichen wie in Beispiel 1.
Ein Ansatz eines jeden der beiden kautschukartigen, statistischen Butadien-Styrol-Copolymeren wurde mit
Hilfe einer Garvey-Die-Strangpresse extrudiert, wobei die in Tabelle 11 gezeigten Ergebnisse erzielt wurden.
Compound Compound des des Beispiels Vergleichsbei-(D) spiels (E)
Extrusionsrate (kg/h) 65 40
Aussehen des 5 3
Extrudats
Zustand der Kante gut schlecht
Das Strangpressen wurde unter den gleichen Bedingungen wie in Tabelle 5 durchgeführt.
Die Ergebnisse der Tabelle 11 verdeutlichen klar, daß
die Kautschukmasse, welche den Copolymerkautschuk mit einer längeren Reiaxäiiuiiszeii erUhäit, iti jeder
gemessenen Eigenschaft, der Extrusionsrate, dem Aussehen des Extrudats und dem Zustand der Kante,
überlegen ist.
Tabelle 12 | Reifen gemäß | Reifen des Ver |
Beispiel (D) | gleichsbeispiels | |
(E) | ||
65 | 71 | |
Innentemperatur | ||
des Reifens | 105 | 100 |
Abriebindex | ||
des Reifens | ||
Rutschfestigkeit auf | ||
nassem Straßenbelag | 120 | 100 |
Lenkbarkeit auf | ||
der Straße | 118 | 100 |
Bremswirkung | 122 | 100 |
Zugvermögen | ||
Wie aus der Tabelle 12 hervorgeht, zeigt die erfindungsgemäße Masse gegenüber bekanntem Kautschuk
weit überlegene Eigenschaften, die insbesondere dadurch zum Ausdruck kommen, daß sowohl eine gute
Lenkstabilität auf nassem Straßenbelag und ausgezeichnete Abriebfestigkeit im Vergleich mit dem Reifen
erzielt wird, der den bekannten, in Emulsion polymerisierten SBR-Kautschuk enthält.
Drei statistische, kautschukartige Butadien-Styrol-Copolymere
mit unterschiedlichen Relaxationszeiten wurden unter Verwendung derselben Reaktoren wie in
Beispiel 1, Hexen als Lösungsmittel und dem gleichen statistischen Polymerisationsverfahren wie in Beispiel 1
hergestellt. Die Herstellungsbedingungen und die Eigenschaften der kautschukartigen Copolymeren sind
in Tabelle 13 angegeben.
Vergleichsbeispiel (G)
VergJeichsbeispiH (H)
Polymerisationsbedingungen
Monomerenverhältnis
Butadien-Styrol (Ge »v.-Verhältnis)
Konzentration der Monomeren
(Gew.-%)
Monomerenverhältnis
Butadien-Styrol (Ge »v.-Verhältnis)
Konzentration der Monomeren
(Gew.-%)
Butyllithium (pro 100 Gew.-Teile
der Gesamtmonomeren)
der Gesamtmonomeren)
Polymerisationstemperatur ( C)
Verweilzeit (h)
Verweilzeit (h)
Physikalische Grundeigenschaften
Gehalt an gebundenem Styrol v%
Gehalt an Blockstyrol (%)
Gehalt an gebundenem Styrol v%
Gehalt an Blockstyrol (%)
Struktur der Butadienbindung
Cis-1,4-Verknüpfung
Trans-1,4-Verknüpfung
1,2-Verknüpfung
Cis-1,4-Verknüpfung
Trans-1,4-Verknüpfung
1,2-Verknüpfung
Mooney-Viskosität
Relaxationszeit (see.)
Relaxationszeit (see.)
82/18 | 82/18 | 82/18 |
25 | 25 | 25 |
0,08 | 0,04 | 0,10 |
140 | 110 | 150 |
2 | 0,5 | 0,2 |
18,0 | 18,0 | 18,0 |
0,2 | 0,2 | 0,2 |
41 | 41 | 41 |
48 | 48 | 47 |
11 | 11 | 12 |
95 | 92 | 93 |
62 | 5 | 250 |
Die drei hergestellten kautschukartigen Copolymeren wurden mit Hilfe eines Banbury-Mischers Typ B in
den in Tabelle 14 aufgeführten Mischungsverhältnissen compoundierL
Methode gemessen, wobei die in Tabelle 15 gezeigten Ergebnisse erhalten wurden.
Tabelle 14 | Copolymerkautschuk | Gew.-Teile |
In Emulsion polymerisiertes | 60 | |
kautschukartiges Butadien- | ||
Styrol-Copolymeres (SBR-1712) | ||
Aromatisches Weichmacheröl") | 55 | |
HAF-Ruß | 35 | |
Stearinsäure | 85 | |
Zinkoxyd | 2 | |
Vulkanisationsbeschleuniger | 5 | |
(N-Cyclohexylbenzothiazyl- | ||
suifenamid) | ||
Schwefel | 0,9 | |
Antioxidant2) | 1,6 | |
Antioxidant3) | 1,0 | |
Paraffinwachs | 1,0 | |
2,0 | ||
') Weichmacheröl mit V.G.C.-Wert von 0,988 und einer Dichte | ||
von 0,9991. | ||
2) Vgl. Tabelle 7 3) | ||
η Vgl. Tabelle 7<) | ||
Es wurde das gleiche Mischverfahren wie in Beispiel 1 angewendet.
Das Dispersionsverhältnis von Ruß wurde nach der ersten Mischstufe nach der in Beispiel 1 beschriebenen
Copolymerkautschuk-Compound
des Beispiels (F)
des Beispiels (F)
Copolymerkautschuk-Compound
des Vergleichsbeispiels (G)
des Vergleichsbeispiels (G)
Copolymerkautschuk-Compound
des Vergleichsbeispiels (H)
des Vergleichsbeispiels (H)
Dispersionsverhältnis des Rußes
98
82
80
Wie in Tabelle 15 verdeutlicht wird, zeigte die erfindungsgemäße Masse ausgezeichnete Eigenschaften
hinsichtlich der Dispersion von Ruß.
Dies zeigt, daß ein schlechtes Einmischen von Ruß erfolgt, wenn die Relaxationszeit außerhalb des
erfindungsgemäß definierten Bereichs liegt.
Dann wurden die drei so erhaltenen Compounds mit Hilfe einer handelsüblichen Strangpresse in Form von
Reifenlaufflächen extrudiert. Die Extrudierbarkeit wurde beurteilt und die jeweilige, durch Extrudieren
erhaltene Lauffläche auf einen rohen Reifen geklebt (Reifengröße 6,40—14), der eine Karkasse aus einer in
Emulsion polymerisierten Butadien-Styrol-Copolymerkautschukmasse
und Nylonreifencord enthielt, wonach die Vulkanisation zur Bildung des fertigen Reifens bei
der üblichen Vulkanisationstemperatur vorgenommen wurde.
Die physikalischen Anwendungseigenschaften der drei so gebildeten Reifenlaufflächen sowie die Extrudierbarkeit
ist in Tabelle 16 aufgezeigt.
Copolymerkautschuk- | Copolymerkautschuk- | Copolymerkautschuk- | |
Compound des | Compound des Ver- | Compound des Ver- | |
Beispiels (F) | gleicnsbeispiels (G) | gletchsbeispiels (H) | |
Extrusions rate') | 125 | 100 | 125 |
Durch Wärmeerzeugung im | 70 | 75 | 90 |
Reifeninnern erzielte Tempe | |||
ratur ( C) | |||
Abriebindex des Reifens2) | 102 | 100 | 80 |
Rutschfestigkeit auf nassem | |||
Straßenbelag | |||
Lenkbarkeit auf der Straße | 115 | 100 | 117 |
Bremswirkung | 120 | 100 | 117 |
Zugvermögen | 110 | 100 | 112 |
) Die mit der Copolymerkautschukmasse (g) des Vergleichsbeispiels erhaltene Extrudionsrate wurde gleich 100 gesetzt.
:) Der Abriebindex des Reifens, der mit der Copolymerkautschukmasse (G) des Vergleichsbeispiels erhalten wurde, wurde
gleich 100 gesetzt.
Während, wie Tabelle 16 zeigt, die erfindungsgemäße
Masse eine ausgezeichnete Extrusionsrate hat und gut ausgewogene Eigenschaften im Hinblick auf Abriebfestigkeit und Rutschfestigkeit auf nassem Straßenbelag
besitzt, erweist sich das Compound, in dem Copolymerkautschuk mit kürzerer Relaxationszeit vorliegt, als
unterlegen im Hinblick auf Rutschfestigkeit auf nassen Straßenbelägen, trotz einer hohen Abriebfestigkeit und
andererseits das Compound, welches Copolymerkautschuk mit extrem langer Relaxationszeit enthält,
unterlegen im Hinblick auf die Wärmeerzeugung im Reifeninnern und die Abriebfestigkeit, trotz einer guten
Extrudierbarkeit und Rutschfestigkeit auf nassem Straßenbelag.
In der in Beispiel 1 beschriebenen Weise wurden Hexan-Lösungen der beiden kautschukartigen, statistischen Butadien-Styrol-Copolymeren mit der in Tabelle
17 gezeigten Zusammensetzung hergestellt
Copolymer-
kautschuk
(A)
Copolymer-
kautschuk
(B)
Gehalt an gebundenem | 23 | 15 |
Styrol (%) | ||
Gehalt an Block- | 0,4 | 0,1 |
styrol (%) | ||
Struktur der Butadien- | ||
Bindung | ||
Cis-1,4-Verknüpfung | 40 | 41 |
Trans-1,4-Verknüpfung | 48 | 47 |
1,2-Verknüpfung | 12 | 12 |
Mooney-Viskosität | 40 | 185 |
Relaxationszeit (see.) | 30 | 300 |
gleiche Anteile der beiden kautschukartigen Copolymeren enthielt. Zu dem resultierenden Gemisch wurde 1
Gewichtsteil 2,6-Di-tert-Butyl-p-kresol pro 100 Gewichtsteile des Copolymerengemisches und dann 37,5
Gewichtsteile eines aromatischen Weichmacheröls mit einem Viskositäts-Dichte-Verhältnis von 0,980 pro 100
Gewichtsteile des Copolymerengemisches gegeben. Das erhaltene Gemisch wurde gerührt und das
Lösungsmittel aus dem Gemisch entfernt wobei ein in der nachstehenden Tabelle 18 gezeigtes, ölgestrecktes
Copolymerkautschuk-Gemisch erhalten wurde.
ölgestrecktes Copolymerengemisch 80
Copolymerengemisch nach der
ölextraktion 60
Getrennt davon wurde eine Hexanlösung eines einzigen einheitlichen Copolymerkautschuks mit derselben Mooney-Viskosität und Relaxationszeit wie das
oben angegebene Copolymerengemisch hergestellt Die ίο Eigenschaften dieses Copolymerkautschuks sind in
Tabelle 19 gezeigt
Gehalt an gebundenem Styrol (%) 18,2
Mooney-Viskosität des ölgestreckten
Polymeren 41,5
Die beiden so erhaltenen Hexanlösungen wurden so vermischt, daß die erhaltene homogene Mischung
öl in demselben Anteil zugesetzt, wie dem Copolymer
kautschukgemisch und danach das Lösungsmittel
entfernt
Das so erhaltene Copolymerkautschukgemisch und der einzelne Copolymerkautschuk wurden dann entsprechend
der in Tabelle 7 gezeigten Zusammensetzung gemischt und die Extrudierbarkeit des erhaltenen
Gemische beurteilt. Dabei wurden die in Tabelle 20 gezeigten Ergebnisse erhalten.
Compound | Compound aus |
aus Copoly- | einem einheit |
merkau- | lichen Copoly |
tschuk- | merkautschuk |
gemisch |
Extrusionsrate (kg/h) 75 72
Aussehen des Extrudats 5 5
Zustand der Kante gut gut
Grad des Schwellens 42 60
beim Austritt aus der
Wie daraus hervorgeht, zeigt das Copolymerkautschukgemisch eine Extrudionsrate, die der des Gemisches
aus einem einzigen, einheitlichen Copolymerkautschuk entspricht, jedoch einen geringeren Grad des
Schwellens beim Austritt aus der Düse (die swelling).
Danach wurden die so gebildeten Compounds zu Reifenlaufflächen verformt und unter den in Beispiel 4
angegebenen Bedingungen vulkanisiert Das Verhalten des Reifens wurde dann beurteilt, wobei die in Tabelle
21 gezeigten Ergebnisse erzielt wurden.
Compound | Compound aus |
aus Copolymer | einem einheit |
kautschuk | lichen Copoly |
gemisch | merkautschuk |
Durch Wärmebildung 65
an der Lauffläche
erzeugte Temperatur
Abriebindex des 110
Reifens1)
Rutschfestigkeit auf
nassem Straßenbelag1)
Lenkbarkeit auf der 98
nassem Straßenbelag1)
Lenkbarkeit auf der 98
Straße
70
100
100
Compound aus Copolymerkau- tschukgemisch
Compound aus einem einheitlichen Copolymerkautschuk
Bremswirkung
Zugvermögen
Zugvermögen
100
101
101
100 100
) Das entsprechende Verhalten des Reifens, der das Compound mit einem einzigen Copolymerkautschuk
enthielt, wurde mit 100 angenommen.
Wie aus Tabelle 21 hervorgeht, ist ersichtlich, daß das
Copolymerkautschukgemisch im Hinblick auf Abriebfestigkeit dem Compound überlegen ist, welches einen
einzigen einheitlichen Copolymerkautschuk enthält.
Die drei kautschukartigen statistischen Butadien-Styrol-Copolymeren
mit unterschiedlichen Relaxationszeiten, die in Beispiel 4, Beispiel (F) und Vergleichsbeispielen
(G) und (H) erhalten worden waren, wurden entsprechend der unten angegebenen Zusammensetzunggemischt.
Tabelle 22 | Copolymerkautschuk | Gewichtsteile |
Polybutadienkautschuk1) | 60 | |
Aromatisches Weichmacheröl2) | 40 | |
HAF-Ruß | 50 | |
Stearinsäure | 85 | |
Zinkoxyd | 2 | |
Vulkanisationsbeschleuniger | 5 | |
(N-Cyclohexylbenzothiazyl- | ||
sulfenamid) | ||
Schwefel | 0,9 | |
Antioxidant3) | 1,6 | |
Antioxidant4) | 1,0 | |
Paraffinwachs | 1,0 | |
2,0 |
1J In Lösung polymerisiertes kautschukartiges Polybutadien
mit einem Gehalt an 97% cis-I^-Verknüpfungs, 1% trans-1,4-Verknüpfung und 2,0% 12-Verknüpfung.
2) Weichmacheröl mit einem V.G.C-Wert von 0,9539 und einer
Dichte von 1,000.
Zusätzlich wurde ein Einzelcompound hergestellt, das
100 Gewichtsteile Polybutadienkautschuk ohne Zusatz
anderer Mischungskomponenten enthielt
Es wurden dieselben Mischbedingungen wie in Beispiel 1 angewendet
Das Strangpressen der vier so erhaltenen Compounds führte zu den folgenden Ergebnissen:
Compound aus
Kautschukgemisch
Beispiel (F)
Compound aus Kautschukgemisch Vergleichsbeisp. (G)
Compound aus
Kautschukgemisch
Vergleichsbeisp. (H)
Compound aus einzigem Polybutadien
Extrusionsrate (kg/h) | 58 | 35 | 59 | 35 |
Aussehen des Extrudats | 5 | 4 | 5 | 3 |
Zustand der Kante | gut | schlecht | gut | schlecht |
Wie ersichtlich ist, zeigt das Compound aus der Mischung gemäß Beispiel (F) eine merklich verbesserte
Extrudierbarkeit im Vergleich mit dem Compound aus vernetzten! Polybutadien, während das Compound aus
dem Gemisch des Vergleichsbeispiels (G) mit kürzerer Relaxationszeit, als es dem erfindungsgemäßen Bereich
entspricht, keine Verbesserung dieser Eigenschaft zeigt. Darüber hinaus ist es bemerkenswert, daß das
Compound aus dem Gemisch gemäß Vergleichsbeispiel (H) mit einer längeren Relaxationszeit, als es dem
erfindungsgemäßen Bereich entspricht, eine verbesserte
Wirkung zeigt, die mit dem des erfindungsgemäßen Compounds vergleichbar ist.
Danach wurden die vier so hergestellten Compounds zu Reifenlaufflächen verformt und nach dem gleichen
Verfahren wie in Beispiel 4 auf Reifen geklebt und diese Reifen fertiggestellt.
Die Eigenschaften der vier Reifen bei der praktischen Anwendung sind in Tabelle 24 aufgeführt.
Compound aus Copolymcrlcautschuli
Beispiel (F)
Compound aus Copolymerkautschuk,
Vergleichsbeisp. (G)
Compound aus
Copolymcrkautschuk,
Vergleichsbeisp. (H)
Copolymcrkautschuk,
Vergleichsbeisp. (H)
Compound aus
einzigem Polybutadien
einzigem Polybutadien
Durch Wärmebildung 60
im Reifen erzeugte Temperatur ( C)
Abriebindex des Reifens 100
Abriebindex des Reifens 100
Rutschfestigkeit auf
nassem Straßenbelag
nassem Straßenbelag
Bremswirkung
100
90
75
100
60
100
75
Wie in obiger Tabelle gezeigt wird, ist der im Gemisch mit Polybutadien verwendete Copolymerkautschuk
gemäß Beispiel (F) im Hinblick auf Abriebfestigkeit und Wärmeerzeugung, die beide charakteristische
Eigenschaften von Polybutadienkautschuk darstellen, einem nur aus Polybutadien bestehenden Kautschuk
gleichwertig. Andererseits zeigt der Copolymerkautschuk gemäß Beispiel (F) eine merklich bessere
Rutschfestigkeit auf nassem Straßenbelag, während Polybutadienkautschuk im Hinblick auf diese Eigenschaft
unbefriedigend ist. Das bedeutet, daß durch das Vermischen die Vorteile der beiden Komponenten
verstärkt, jedoch die Nachteile korrigiert werden und dabei außergewöhnlich gute synergistische Wirkungen
erzielt werden.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (1)
1. Kautschukmasse mit verbesserter Verarbeitbarkeit
aus
a) lOOGew.-Teilen eines Butadien-Styrol-Copolytneren
gegebenenfalls in Form eines Gemisches mit natürlichem Kautschuk und/oder anderen
synthetischen Kautschuken,
b) 25 bis 75 Gew.-Teilen eines Weichmacheröls mit einer Viskositäts-Dichte-Konstante von
nicht weniger als 0,850,
c) 40 bis 100 Gew.-Teilen Ruß und gegebenenfalls üblichen Zusätzen,
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