DE19726728C2 - Kautschukmischung für die Herstellung von Gummiprodukten - Google Patents
Kautschukmischung für die Herstellung von GummiproduktenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine nicht schwarze Kautschukmischung
für die Herstellung von Gummiprodukten guter elektrischer
Leitfähigkeit.
An Gummiprodukte werden die verschiedensten Anforderungen
gestellt. So müssen ihre mechanischen und chemischen
Eigenschaften auf das jeweilige Anwendungsgebiet abgestimmt
sein. So sollen z. B. Fahrzeugreifen eine gute Traktion zur
Fahrbahn aufweisen und gleichzeitig einen geringen
Rollwiderstand und einen geringen Abrieb verzeichnen. Der
Reifen soll des Weiteren weder isolierend noch zu stark
leitend sein. Bei Durchgangswiderständen < 108 Ohm
werden elektrostatische Aufladungen nämlich nicht mehr
ausreichend abgeleitet. Es kommt zu Entladungsvorgängen, die
nicht nur als unangenehm empfunden werden, sondern auch
Störungen von elektrischen Anlagen auslösen können. Es
besteht auch die Gefahr, dass Explosionen auftreten können.
Fahrzeuge mit solchen Reifen sollten nur mit Erdung
eingesetzt werden. Bei Durchgangswiderständen < 104 Ohm
kann für manche Anwendung die Leitfähigkeit bereits zu hoch
sein und Kurzschlüsse verursachen.
Bei technischen Vollgummireifen besteht zudem auch die
Forderung nach Chemikalien- und Lösungsmittel-Beständigkeit.
Auch Gummiprodukte, wie Schuhsohlen, Bodenmatten oder
Förderbänder, müssen nicht nur chemischen und mechanischen,
sondern auch elektrischen Anforderungen genügen.
Bisher konnte dieses elektrische Problem in der Art gelöst
werden, daß ausreichende Mengen an leitfähigem Ruß in die
Kautschukmischung eingemischt wurden, die dem vulkanisierten
Produkt eine genügend große Leitfähigkeit verlieh.
In der US 4,702,860 ist z. B. die Möglichkeit beschrieben, dass die Leitfähigkeit von
Gummi durch die Verwendung eines ganz speziell behandelten Rußes erhöht werden kann.
Allerdings besteht der Nachteil bei der Verwendung von Ruß
darin, daß das Gummiprodukt zwangsläufig eine schwarze Farbe
bekommt. Sollen aber nicht schwarze Gummiprodukte
bereitgestellt werden, die z. B. in der Lebensmittelbranche,
im Klinikbereich oder für Bodenmatten und Transportbändern
Anwendung finden, ist es bisher nicht möglich, über die
gesamte Lebensdauer des Gummiproduktes eine ausreichende
Leitfähigkeit zu erzielen und gleichzeitig keine
Eigenschaftseinbußen zu erhalten. Solchen nicht schwarzen
Gummiprodukten werden nämlich bisher z. B. Polyanilin
zugesetzt, die die Ableitfähigkeit positiv beeinflussen.
Allerdings sind solche Polyaniline sehr teuer und nicht für
die Massenproduktion von Gummiartikeln geeignet. Desweiteren
wird die Leitfähigkeit während der Vulkanisation des
Produktes herabgesenkt, so daß eine gesicherte Leitfähigkeit
durch die Verwendung von Polyanilin nicht in jedem Falle
gewährleistet wird. Ein weiterer wesentlicher Nachteil bei
dem Einsatz von Polyanilinen besteht darin, daß diese
Verbindungen aufgrund ihrer chemischen Struktur sehr starr
sind und dadurch eine Verringerung der Gummielastizität
bewirken.
Desweiteren ist es möglich, metallische Fasern oder Pulver
in die Kautschukmischung einzusetzen und aufgrund dieser
metallischen Substanzen die elektrische Leitfähigkeit des
Gummiproduktes zu erhöhen. Allerdings ist es schwierig,
diese metallischen Verbindungen an die Gummimatrix
anzubinden, so daß durch Herausfallen dieser Bestandteile
wiederum die Leitfähigkeit nicht gesichert ist. Außerdem
besteht die Gefahr, daß diese sehr harten Bestandteile beim
Gebrauch des Gummiproduktes Kratzspuren bei Kontakt des
Gummiproduktes mit anderen Gegenständen hinterlassen.
Es ist z. B. aus der US 4,642,202 und der DE 42 32 004 A1 bekannt, in Mischungen auf
Elastomerbasis zur Erhöhung der Leitfähigkeit Fasern aus Kohlenstoff und/oder Metall
einzubringen. Wie bereits erwähnt, besteht bei solchen Gummiprodukten die Schwierigkeit
der Anbindung der Fasern an die Gummimatrix bzw. besteht beim Gebrauch des
Gummiproduktes die Gefahr, dass dieses Kratzspuren an anderen Gegenständen hinterläßt.
Bei den Mischungen der US 4,642,202 handelt es sich um Mischungen, die Ruß enthalten
und damit schwarz sind.
Die JP 7157598 offenbart antistatischen Kautschuk, z. B. Nitrilkautschuk, der als
Weichmacher ein Ester der Adipinsäure und Lithium-Perchlorat aufweist. Kieselsäure wird
für diesen Kautschuk als Zuschlagstoff nicht vorgeschlagen. Ferner beschreibt die JP 62116621
eine leitfähige Polymerzusammensetzung, die als Polymerkomponente ein
hydroxylgruppenhaltiges flüssiges Dien aufweist. Weiterhin enthält die Mischung ein Amin,
eine polyolische Lösung von Jod oder Brom und ein Polyisocyanat. Auch bei dieser
Zusammensetzung wird Kieselsäure als Zuschlagstoff nicht erwähnt.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine
Kautschukmischung für die Herstellung von Gummiprodukten
bereitzustellen, die nicht schwarz ist und trotzdem über die
gesamte Lebensdauer des Gummiproduktes eine hervorragende
elektrische Ableitfähigkeit besitzt, ohne andere
Eigenschaften, wie z. B. Gummielastizität gravierend negativ
zu beeinflussen.
Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß die
Kautschukmischung zumindest folgende Bestandteile bezogen
auf 100 Teile des Gesamtkautschukanteils enthält:
- a) 70-100 pphr zumindest eines polaren Kautschuks
- b) 0-30 pphr zumindest eines weiteren Kautschuks und/oder Thermoplasts
- c) 40-80 pphr Kieselsäure
- d) 1-8 pphr oxidierende Salze der 1. und/oder 2. Hauptgruppe
- e) 5-40 pphr polare Weichmacher
- f) übliche Zusatzstoffe und Vernetzungschemikalien.
Durch die angegebene Kautschukzusammensetzung werden nach
der Vulkanisation Gummierzeugnisse erhalten, die nicht
schwarz sind, d. h. die grau, weiß bzw. farbig sind. Durch
die erfindungsgemäß angegebene Zusammensetzung wird es
möglich, über die gesamte Lebensdauer des Gummiproduktes
eine ausreichende Ableitfähigkeit zu gewährleisten. Durch
die Verwendung von 1 bis 8 pphr zumindest eines oxidierenden
Salzes der 1. und/oder 2. Hauptgruppe in Verbindung mit 5
bis 40 pphr eines polaren Weichmachers und zumindest 70 pphr
zumindest eines polaren Kautschuks in Kombination mit
üblichen Zusatzstoffen und Vernetzungschemikalien wird diese
ausreichende Ableitfähigkeit sichergestellt. Diese
oxidierenden Salze werden während der Herstellung der
Kautschukmischung in dem polaren Weichmacher gelöst, wodurch
sie in der Lage sind, elektrische Ladungen zu
transportieren. Die Einbindung dieser Substanzen erfolgt
dann in einem überwiegend polaren Kautschuk, so daß nach der
Vulkanisation ein Gummiprodukt erzeugt worden ist, das
aufgrund seiner Zusammensetzung ausreichend leitfähig ist
und gleichzeitig andere Eigenschaften, wie z. B. die
Gummielastizität nicht negativ beeinflußt wird. Des Weiteren
ist der Abrieb, die Festigkeit und die Reißdehnung besser
als bei fasergefüllten Mischungen.
Als polarer Kautschuk kann z. B. ein Acrylnitril-Butadien-
Copolymer (NBR) mit einem Acrylnitrilanteil < 27
Gewichtsprozent vorzugsweise verwendet werden. Bei einem
geringeren Acrylnitrilgehalt ist die Polarität des
Kautschuks geringer, so daß die Ableitfähigkeit des gesamten
Gummiproduktes ebenfalls verringert wird. Ein weiterer
polarer Kautschuk ist z. B. Chloroprenkautschuk und auch ein
Polymer auf der Basis von Epichlorhydrin (z. B. ECO, ETER).
Erfindungsgemäß enthält die Kautschukmischung 0 bis 30 pphr
zumindest eines weiteren Kautschuks und/oder eines
Thermoplasts. Als weitere Kautschukkomponenten sind z. B.
denkbar Styren-Butadien-Copolymer, synthetisches
Polyisopren, Ethylen-Propylen-Copolymer und Ethylen-
Propylen-Dien-Terpolymer bzw. Mischungen heraus. Bevorzugt
soll als Kautschukkomponente Naturkautschuk und/oder
Polybutadien verwendet werden. Durch den Einsatz von
Naturkautschuk werden die Vulkanisateigenschaften
(Vulkanisat aus polarem Kautschuk, der als weitere
Kautschukkomponente zumindest Naturkautschuk enthält)
positiv beeinflußt, da Naturkautschuk eine verbesserte
Covulkanisation bewirkt. Bei Verwendung von Polybutadien als
zumindest eine weitere Kautschukkomponente wird der Abrieb
des Gummiproduktes positiv beeinflußt und desweiteren eine
gute Ozon- und Ermüdungsbeständigkeit erzielt.
Es ist weiterhin möglich, daß in der erfindungsgemäßen
Kautschukmischung ein Thermoplast allein oder in Kombination
mit zumindest eines weiteren Kautschuks in dieser enthalten
sein kann. Als bevorzugte Thermoplastkomponente soll
Polyvinylchlorid verwendet werden. Dieser Werkstoff hat den
Vorteil, daß er dem Gummiprodukt eine gute
Ozonbeständigkeit, einen geringen Abrieb und auch eine gute
Scheuerbeständigkeit verleiht. In Kombination mit NBR-
Kautschuk eingesetzt ist dieses Thermoplast (PVC) besonders
günstig, da diese Polymere miteinander gut verträglich sind.
Die erfindungsgemäße Kautschukmischung enthält 1 bis 8 pphr,
vorzugsweise 2 bis 6 pphr oxidierende Salze der ersten
und/oder zweiten Hauptgruppe. Werden mehr als 8 pphr dieses
Salzes eingesetzt, konnte festgestellt werden, daß aufgrund
Auskristallisation des Salzes die Rißbeständigkeit des
Gummiproduktes verringert wird. Bevorzugt werden die
oxidierenden Salze der zweiten bis sechsten Periode, da
Salze der Elemente Francium und Radium aufgrund ihrer
Radioaktivität kaum für den Einsatz in Gummiprodukten
geeignet sind. Wiederum bevorzugt sind die oxidierenden
Salze der zweiten und dritten Periode, da diese aufgrund
ihrer geringen Kationengröße eine größere Beweglichkeit
besitzen und damit auch die Leitfähigkeit im Vergleich zu
größeren Kationen verbessert wird. Aus dem gleichen Grunde
werden Anionen bevorzugt, die relativ klein sind. Es kommen
z. B. die Salze der Salpetersäure, chlorigen Säure,
Chlorsäure, Perchlorsäure sowie den entsprechenden Säuren
der analogen Halogene, der Perborsäure, der
Peroxoschwefelsäuren oder organischen oxidierenden Säuren
(z. B. Persäuren, wie z. B. Peressigsäure) zur Anwendung. Bei
der Verwendung der oxidierenden Salze wird ausgenutzt, daß
sich diese in dem polaren Weichmacher lösen können und somit
aufgrund ihrer Ionenleitfähigkeit die Ableitung
elektrostatischer Ladungen gewährleisten. Am besten wird
diese Eigenschaft durch die Verwendung von Lithiumperchlorat
erzielt. Unterstützt kann die Leitfähigkeit dieser Salze
u. a. auch durch die Zugabe von polaren Lösungsmitteln (z. B.
Wasser) in geringen Konzentrationen werden.
Wie bereits erwähnt, ist es erfindungsgemäß erforderlich,
daß in die Kautschukmischung zumindest ein polarer
Weichmacher eingemischt wird. Hierzu zählen die im Stand der
Technik bekannten Verbindungen, wie z. B. Propylencarbonat,
Ethylencarbonat, Glykole (z. B. Diethylenglykol,
Dipropylenglykol, Di- und Triglycerin), Fettsäureestern von
Polyolen (z. B. Glycerin-mono-stearat, Glycerin-mono-oleat,
Pentaerithrit-mono-stearat) und Ethoxylierungsprodukte von
Fettsäuren, von Phosphorsäureestern und von Phenolen.
Weiterhin kann in der erfindungsgemäßen Kautschukmischung
als Zusatzstoff zumindest ein quaternäres Ammoniumsalz mit
einem Gehalt von 0,5 bis 8 pphr enthalten sein. Dieses Salz
wirkt sich ebenfalls positiv auf die Leitfähigkeit der
Gummimischung aus.
Um die gewünschten Eigenschaften des Gummiproduktes zu
erhalten, ist es erforderlich, daß die zur Herstellung
verwendete Kautschukmischung 40 bis 80 pphr Kieselsäure
enthält. Dabei können sämtliche Kieselsäuren, die aus dem
Stand der Technik für die Herstellung von Gummiprodukten
bekannt sind, verwendet werden. Vorzugsweise besitzt die
Kieselsäure eine BET-Oberfläche von 145 bis 270 m2/g (ASTM D
5604), eine CTAB-Zahl von 120 bis 285 m2/g (ASTM D 3765) und
ein Porenvolumen von 0,7 bis 1,7 ml/g (DIN 66133). Die
verwendete Kieselsäure kann vor dem Einmischen in die
Kautschukmischung bzw. während des Mischvorganges mit einem
Silanierungsmittel benetzt werden, um eine optimale
Anbindung an die Gummimatrix während der Vulkanisation zu
gewährleisten und im Vulkanisat gute Abriebeigenschaften zu
erzielen. Prinzipiell ist eine Silanisierung der Kieselsäure
aber nicht erforderlich.
Prinzipiell ist es möglich, daß in der erfindungsgemäßen
Kautschukmischung weitere Füllstoffe, die zu den
Zusatzstoffen zu zählen sind, enthalten sind. Da das
Gummiprodukt eine nicht schwarze Farbe aufweist, ist es
möglich, durch weitere helle bzw. farbige Füllstoffe das
Gummiprodukt farbig zugestalten. Weitere Füllstoffe sind
z. B. Kreide, Zinkoxid, Titandioxid bzw. farbige Pigmente.
Erfindungsgemäß kann auf den Füllstoff Ruß verzichtet
werden, da geringe Rußkonzentrationen im Gummiprodukt bei
Gebrauch dessen zu unerwünschten dunklen Abfärbungen an
Gegenständen, die mit dem Gummiprodukt in Kontakt kommen,
auftreten. Insbesondere bei Reifen, die im Klinikbereich
bzw. in der Lebensmittelbranche eingesetzt werden, kam es
bisher zu unansehnlichen schwarzen Verfärbungen auf dem
Boden. Da erfindungsgemäß eine ausreichende Ableitfähigkeit
auch ohne Ruß erzielt wird, kann auf diesen verzichtet
werden.
Desweiteren sind in der Kautschukmischung Zusatzstoffe
enthalten, die für die Herstellung nicht schwarzer
Gummiprodukte üblich sind. So werden vorzugsweise nicht
verfärbende Alterungsschutzmittel, Stearinsäure bzw. übliche
Verarbeitungshilfsmittel (z. B. Zinkstearat) eingesetzt. Als
Vulkanisationschemikalien können z. B. Schwefel und/oder
Schwefelspendern in Verbindung mit Beschleunigern oder
Aktivatoren verwendet werden. Je nach Kautschukkomponenten
ist aber auch eine Vulkanisation durch die Zugabe von z. B.
Peroxiden (z. B. Dicumylperoxid, CaO2, SrO2) möglich.
Die erfindungsgemäß erhaltenen Gummiprodukte können
vorzugsweise für Transportbänder, Bodenmatten oder auch
Fußbodenbeläge verwendet werden. Insbesondere durch die
Verwendung einer Thermoplastkomponente (Polyvinylchlorid)
können Fußbodenbeläge erhalten werden, die glatt sind und
außerdem einen geringen Abrieb sowie eine hervorragende
Scheuerbeständigkeit aufweisen.
Bevorzugt soll die erfindungsgemäße Kautschukmischung für
die Herstellung von Laufstreifen von Fahrzeugreifen
Verwendung finden. Durch den ständigen Kontakt, die ein
Fahrzeugreifen mit der Fahrbahn hat, kann es sehr schnell zu
einer elektrostatischen Aufladung kommen, die möglichst
schnell und sicher abgeleitet werden muß. So können nun z. B.
Vollgummireifen für die Anwendung z. B. in Krankenhäusern
oder in Produktionsstätten, die Lebensmittel verarbeiten,
bereitgestellt werden, die nicht schwarz sind, so daß
unschöne Verfärbungen vermieden werden und die gleichzeitig
eine hervorragende elektrische Leitfähigkeit aufweisen.
Prinzipiell ist es aber auch möglich, die erfindungsgemäße
Kautschukmischung für die Herstellung von Laufstreifen für
Fahrzeugluftreifen zu verwenden.
Anhand eines Ausführungsbeispiels soll die Erfindung näher
erläutert werden.
In der angegebenen Tabelle können die Eigenschaften
bisheriger Gummimischungen (Referenz 1 und 2) mit den
erfindungsgemäßen Mischungen (Ausführungsbeispiele 3 und 4)
verglichen werden. Die angegebenen Kautschukmischungen 1 bis
4 wurden für die Herstellung von Vollgummireifen verwendet,
und zwar für die Gummischicht, die mit der Fahrbahn in
Berührung kommt. Die Ableitwiderstände wurden nach der WDK
(Wirschaftsverband der deutschen Kautschukindustrie)
Leitlinie 110 ermittelt. Erfindungsgemäß konnte festgestellt
werden, dass der Ableitwiderstand der Gummimischungen 3 und
4 (rußfreie Mischungen) in dem Bereich der Referenz-Mischung
1 (rußhaltig) liegen. Da die Gummimischungen 3 und 4 aber
keinen Ruß aufweisen, besitzen diese zudem noch eine nicht
schwarze Farbe. Herkömmliche helle Gummimischungen (Referenz
2) enthalten zwar ebenfalls keinen Ruß, jedoch sind die
Ableitwiderstände wesentlich größer, so dass eine
unerwünschte elektrische Aufladung des Reifens erfolgen
kann.
Claims (8)
1. Nicht schwarze Kautschukmischung für die Herstellung
von Gummiprodukten guter elektrischer Leitfähigkeit
zumindest folgende Bestandteile bezogen auf 100 Teile
des Gesamtkautschukanteils enthaltend:
- a) 70-100 pphr zumindest eines polaren Kautschuks
- b) 0-30 pphr zumindest eines weiteren Kautschuks und/oder Thermoplasts
- c) 40-80 pphr Kieselsäure
- d) 1-8 pphr oxidierende Salze der 1. und/oder 2. Hauptgruppe
- e) 5-40 pphr polare Weichmacher
- f) übliche Zusatzstoffe und Vernetzungschemikalien.
2. Nicht schwarze Kautschukmischung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß sie als polare Kautschuk
komponente Acrylnitril-Butadien-Copolymer mit einem
Acrylnitrilanteil < 27 Gewichtsprozent aufweist.
3. Nicht schwarze Kautschukmischung nach zumindest einem
der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß sie als weitere Kautschukkomponente Naturkautschuk
enthält.
4. Nicht schwarze Kautschukmischung nach zumindest einem
der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß sie als weitere Kautschukkomponente Polybutadien
enthält.
5. Nicht schwarze Kautschukmischung nach zumindest einem
der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß sie als Thermoplastkomponente Polyvinylchlorid
enthält.
6. Nicht schwarze Kautschukmischung nach zumindest einem
der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß sie als Zusatzstoff zumindest ein quaternäres
Ammoniumsalz mit einem Gehalt von 0,5 bis 8 pphr
enthält.
7. Nicht schwarze Kautschukmischung nach zumindest einem
der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß sie als oxidierendes Salz Lithiumperchlorat
enthält.
8. Verwendung der Kautschukmischung nach zumindest einem
der vorhergehenden Ansprüche für die Herstellung von
Laufstreifen von Fahrzeugreifen.
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