DE19653938A1 - Kautschukmischung für Laufstreifen von Fahrzeugreifen - Google Patents
Kautschukmischung für Laufstreifen von FahrzeugreifenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine schwefelvernetzbare Kautschukmischung für die Herstellung von
Laufstreifen, insbesondere für Winterreifen, die als Kautschukkomponente Polyisopren,
Polybutadien und Styren-Butadien-Copolymer sowie weitere übliche Füll- und Zusatzstoffe
enthält.
Da die Fahreigenschaften eines Reifens in einem großen Umfang von der
Kautschukzusammensetzung des Laufstreifens abhängig sind, werden besonders hohe
Anforderungen an die Zusammensetzung der Laufstreifenmischung gestellt. Insbesondere
für Winterreifen, die einerseits ein gutes Traktionsvermögen auf Schnee und Eis sowie auf
nasser Fahrbahn aufweisen müssen, andererseits aber auch einen geringen Rollwiderstand
und einen geringen Abrieb besitzen sollen, wird eine Optimierung dieser Eigenschaften
besonders schwierig. Es wurde festgestellt, daß der eingesetzte Füllstoff einen wesentlichen
Einfluß auf die Eigenschaften des Fahrverhaltens des Winterreifens hat.
Kautschukmischungen für Laufstreifen, die nur Ruß als Füllstoff enthalten, zeigen zwar ein
ausgewogenes Verhältnis zwischen dem Verhalten auf nasser und winterlicher Fahrbahn,
jedoch auf einem noch nicht zufriedenstellenden Niveau. Außerdem sind aus dem Stand der
Technik Winterreifen bekannt, deren Laufstreifen aus Kautschukmischungen bestehen, die
als Füllstoff zum Teil Kieselsäure enthalten. Mit diesen Mischungen werden Winterreifen mit
verbesserten Nässeeigenschaften erhalten - eine Anhebung der Wintereigenschaften ist
aber so nicht möglich, so daß auch solche Mischungssysteme nicht optimal geeignet sind.
In der DE 44 42 691 bzw. DE 44 42 692 sind Kautschukmischungen für Laufstreifen
offenbart, die als Kautschukkomponente emulsions- bzw. lösungspolymerisiertes Styren-
Butadien-Copolymer, Polyisopren und Polybutadien enthalten. Als Füllstoffe sollen
Kieselsäure (25-90 Gewichtsteile) bzw. Ruß verwendet werden. Es hat sich aber
herausgestellt, daß diese Kautschukmischungen für Winterreifen nur unzureichend geeignet
sind, da die Verwendung von emulsionspolymerisierten Styren-Butadien-Copolymer eine
Verschlechterung in den Wintereigenschaften bewirkt und außerdem einen höheren Abrieb
verursacht.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, Winterreifen bereitzustellen, die
zumindest bei gleichbleibendem Naßgriff eine hervorragende Traktion auf Eis und Schnee
gewährleisten.
Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß die Kautschukmischung,
bezogen auf 100 Teile des gesamten Kautschuks, 20-100 pphr cis 1,4 Polyisopren, 0-65
pphr Polybutadien mit einem cis-Gehalt < 90 mol% und 0-45 pphr lösungspolymerisiertes
Styren-Budatien-Copolymer sowie 50-100 pphr Kieselsäure enthält.
Das erfindungsgemäß eingesetzte Polyisopren soll einen cis-1,4-Anteil < 90 mol%
aufweisen. Solch ein Polyisopren kann durch steriospezifische Polymerisation in Lösung mit
Ziegler-Natta-Katalysatoren oder unter Verwendung von fein verteiltem Lithiumalkylen
erhalten werden. Vorzugsweise soll für die erfindungsgemäße Kautschukmischung für
Laufstreifen von Winterreifen Naturkautschuk Verwendung finden. Der cis-1,4 Polyisopren-
Anteil im Naturkautschuk beträgt < 99 mol%.
Für die erfindungsgemäße Kautschukmischung von Winterreifen soll Polybutadien
verwendet werden, dessen cis-1,4 Anteil < 90 mol% beträgt. Solch hohe cis-Anteile werden
z. B. durch Lösungspolymerisation in Anwesenheit von Katalysatoren vom Typ der seltenen
Erden erreicht. Dieser hohe cis-Gehalt ist erforderlich, um eine ausreichend niedrige
Glastemperatur zu erreichen.
Bei den Polymertypen Polyisopren (cis 1,4-Anteil < 90 mol%) und Polybutadien (cis 1,4-
Anteil < 90 mol%) handelt es sich um Substanzen, die eine sehr geringe Glastemperatur
aufweisen. Bisher haben solche Polymertypen in Reifenlaufstreifen eine Verschlechterung
der Nässe- und eine Verbesserung der Wintereigenschaften bewirkt. Überraschenderweise
hat sich aber nun erwiesen, daß ein hoher Anteil an Polymeren mit einer niedrigen
Glastemperatur in Kombination mit 50-100 pphr Kieselsäure und weiteren üblichen
Zusatzstoffen Kautschukmischungen für Winterreifen ergeben, die eine hervorragende
Traktion sowohl auf nasser als auch auf winterlicher, vereister Fahrbahn ermöglichen.
Das in der erfindungsgemäßen Kautschukmischung zum Einsatz kommende Styren-
Butadien-Copolymerisat ist ein in Lösung hergestelltes Polymer. Die Herstellung dieses
Styren-Butadien-Types erfolgt unter Verwendung von z. B. Lithiumalkylen. Der Styrenanteil
dieser Polymere beträgt ca. 15 bis 35 mol%. Der cis-1,4-Anteil des Polybutadiens soll einen
Wert von 90 bis 99 mol% und der 1,2-Anteil ca. bis 5 mol% verzeichnen.
Die genannten Kautschukkomponenten (cis 1,4 Polyisopren, Polybutadien mit einem cis-
Gehalt < 90 mol% und lösungspolymerisierter Styren-Butadien-Kautschuk) in den jeweilig
angegebenen Konzentrationsbereichen in Verbindung mit 50-100 pphr Kieselsäure
ergeben Kautschukmischungen für Reifenlaufstreifen von Winterreifen, die eine
hervorragende Traktion sowohl auf nasser als auch auf winterlicher Fahrbahn aufweisen.
Besonders bevorzugt ist, wenn der cis-1,4 Polyisoprenanteil zwischen 30 und 50 pphr, der
Polybutadiengehalt mit einem cis-Anteil < 90 mol% zwischen 30 und 50 pphr und der Anteil
an lösungspolymerisierten Styren-Butadien-Kautschuk zwischen 30 und 45 pphr liegt und
dabei die Kautschukmischung 65-85 pphr Kieselsäure aufweist. Die Summe an cis-1,4
Polyisopren, wiederum bevorzugt Naturkautschuk, und Polybutadien beträgt dabei in der
Kautschukmischung mindestens 60 pphr. Es war besonders überraschend, daß bei einem
solch hohen Anteil an Polymeren, die eine sehr niedrige Glastemperatur (cis-Polyisopren:
ca. -70°C, Polybutadien mit einem cis-Gehalt < 90 mol%: ca. -100°C) in Kombination mit
einem lösungspolymerisierten Styren-Butadien-Copolymeren und einem hohen
(65-85
pphr) Kieselsäureanteil hervorragende Laufstreifenmischungen für Winterreifen zu erhalten.
Bisher zeigten nämlich Kautschukmischungen mit einem hohen Gehalt an Polymeren, die
eine sehr niedrige Glastemperatur aufwiesen, in Kombination mit Ruß zwar hervorragende
Wintereigenschaften, jedoch war die Haftung auf nasser Fahrbahn nicht optimal. Weiterhin
zeigten Versuche mit Kautschukmischungen, die einen hohen Anteil an Polymeren mit sehr
niedriger Glastemperatur in Verbindung mit in Emulsion-polymerisierten Styren-Butadien-
Copolymer und stark Kieselsäure gefüllte Mischungen ein verschlechtertes Abriebsverhalten
und ungenügende Wintereigenschaften im Vergleich zu erfindungsgemäßen Mischungen.
Die in der erfindungsgemäßen Kautschukmischung zur Anwendung kommende Kieselsäure
ist aus dem Stand der Technik bekannt. So sollen Kieselsäure mit einer BET-Oberfläche von
145-270 m2/g (ASTMD 5604), einer CTAB-Zahl von 120-285 m2/g (ASTMD 3765) und
einem Porenvolumen von 0,7-1,7 ml/g (DIN 66133) Verwendung finden. Als Kieselsäure
kann somit z. B. VN3 (Handelsname) der Firma Degussa zum Einsatz kommen. Zur
Anbindung der Kieselsäure an das Polymersystem werden Aktivierungsmittel, z. B. Silane
wie Bis-3-(triethoxysilylpropyl)tetrasulfid (TESPT) bzw. das entsprechende Disulfid
verwendet.
Es ist vorteilhaft, wenn als weiterer Füllstoff Ruß verwendet wird, was
verarbeitungstechnische Vorteile mit sich bringt. So können Rußmengen von 10 bis 40 pphr
in der Kautschukmischung eingemischt werden, so daß dieser die erwünschten
Eigenschaften verliehen werden. Die Ruße sollen folgende Charakteristika aufweisen: DBP-
Zahl (ASTMD 2414) 90 bis 200 cm3 pro 100 g, und CTAB-Zahl (ASTMD 3765) von 80 bis
170 m2/g.
Des weiteren soll die erfindungsgemäße Kautschukmischung für Winterreifen übliche
Zusatzstoffe wie Alterungsschutzmittel, Verarbeitungshilfsmittel und Weichmacher anteilig
auch z. B. kälteflexible Weichmacher (z. B. Rapsöl) enthalten. Diese speziellen
Weichmacher bringen weitere Vorteile bzgl. der Verarbeitung und verleihen dem
Reifenlaufstreifen verbesserte Wintereigenschaften. Zur Vulkanisation wird Schwefel bzw.
Schwefelspender verwendet und außerdem sollen vulkanisationsbeeinflussende Stoffe wie
Beschleuniger oder Aktivatoren eingesetzt werden.
Anhand der folgende Tabelle 1 soll ein Ausführungsbeispiel näher erläutert werden:
Tabelle 1
Die angegebenen Nässe-, Winter- bzw. Abriebeigenschaften sind bezogen auf die
Meßergebnisse der Standardmischung 1. Diese werden dem Wert 100 zugeordnet, so daß
Werte < 100 eine Verbesserung der jeweiligen Eigenschaft und Werte < 100 eine
Verschlechterung dieser bedeutet.
Die Einheit pphr bezieht sich auf 100 Teile des Gesamtkautschukanteils.
Aus der Tabelle 1 wird ersichtlich, daß konventionelle Laufstreifenmischungen, die als
Füllstoff Ruß (Standard 1) bzw. Kieselsäure (Standardmischungen 2 bis 4) enthalten, in den
Wintereigenschaften auf vergleichbarem Niveau liegen. Diese Wintereigenschaften werden
auch nicht durch einen teilweisen Austausch von Ruß durch Kieselsäure beeinflußt wie es
bei den Nässeeigenschaften der Fall ist. Eine Verbesserung der Traktion auf Eis und
Schnee wird erst durch die erfindungsgemäße Kombination eines Polymersystems auf der
Basis von cis-Polyisopren, Polybutadien (cis-Gehalt < 90 mol%) und lösungspolymerisierten
Styren-Butadien-Copolymeren in Verbindung mit dem Füllstoff Kieselsäure ermöglicht. Die
für Winterreifen wesentliche Eigenschaft, nämlich die Traktion auf Eis und Schnee, wird
durch die erfindungsgemäßen Kautschukmischungen für Laufstreifen positiv beeinflußt, bei
im wesentlichen einer Erhöhung der Haftung auf nasser Fahrbahn. Es können somit
erfindungsgemäß bisher noch nicht erreichbare Eigenschaften bezüglich der Haftung auf
winterlicher bzw. nasser Fahrbahn erzielt werden.
Claims (6)
1. Schwefelvernetzbare Kautschukmischung für die Herstellung von Laufstreifen,
insbesondere für Winterreifen, die als Kautschukkomponente Polyisopren, Polybutadien
und Styren-Butadien-Copolymer sowie weitere übliche Füll- und Zusatzstoffe enthalten,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Kautschukmischung, bezogen auf 100 Teile des gesamten Kautschuks,
20-100 pphr cis-1,4-Polyisopren, 0-65 pphr Polybutadien mit einem cis-Gehalt < 90 mol%
und 0-45 pphr lösungspolymerisiertes Styren-Budatien-Copolymer sowie
50-100 pphr
Kieselsäure enthält.
2. Kautschukmischung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie
30-50 pphr
cis 1,4 Polyisopren, 30-50 pphr Polybutadien mit einem cis-Gehalt < 90 mol%, 30-45
pphr lösungspolymerisiertes Styren-Budatien-Copolymer und 65-85 pphr Kieselsäure
sowie weitere übliche Füll- und Zusatzstoffe enthält.
3. Kautschukmischung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das cis 1,4
Polyisopren Naturkautschuk ist.
4. Kautschukmischung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Kautschukmischung als weiteren Füllstoff Ruß enthält.
5. Kautschukmischung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die
Kautschukmischung 10 bis 40 pphr Ruß enthält.
6. Fahrzeugluftreifen, dadurch gekennzeichnet, daß er einen Reifenlaufstreifen aufweist,
der aus der Kautschukmischung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche
hergestellt ist.
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