DE19731051A1 - Kautschukmischung, insbesondere für schlauchlose Zweiradreifen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine schwefelvernetzbare Kautschukmischung, insbesondere für schlauchlose Zweiradreifen.

Da die Fahreigenschaften eines Reifens in einem großen Umfang von den einzelnen für die Herstellung eines Reifens erforderlichen Kautschukmischungen abhängig sind, werden besonders hohe Anforderungen an die Zusammensetzung der einzelnen Mischungen gestellt. So soll der Reifen, insbesondere der schlauchlose Zweiradreifen, z. B. möglichst luftundurchlässig und den Ansprüchen hinsichtlich Alterung und mechanisch/dynamischer Beanspruchung gerecht werden. Dabei besteht das Problem, daß die Mischungen für die einzelnen Bauteile (z. B. Gewebegummierung, Seitenwand, Innenseele) mehr Aufgaben zukommen als das z. B. bei Schlauch enthaltenden Reifen der Fall ist. So sollte auch die Innenseele eine rollwiderstandsarme Mischung aufweisen und außerdem soll die Gewebegummierung, die im allgemeinen z. B. in schlauchlosen Fahrradreifen gleichzeitig die Seitenwand darstellt, luftundurchlässig ausgebildet sein. Zusätzlich müssen die Mischungen dieser Bauteile aufeinander abgestimmt sein, um eine ausreichende Haftung aneinander zu gewährleisten. Außerdem soll der Reifen optimale Fahreigenschaften und eine gute Haftung auf nasser oder trockener Straße aufweisen. Für die Herstellung eines solchen Reifens ist es bisher erforderlich, verschiedenartige polymere Werkstoffe bereitzustellen, damit die einzelnen Bestandteile des Reifens durch die entsprechenden Kautschukmischungen hergestellt werden können. Diese Kautschukmischungen waren aber nur unzureichend den unterschiedlichen Anforderungen des jeweiligen Bauteils gewachsen. Aufgrund der bisher eingesetzten vielfältigen Polymere waren zusätzlich logistische wie auch verfahrenstechnische Probleme bei der Bereitstellung der entsprechenden Kautschukmischungen verbunden.

Der vorliegenden Anmeldung liegt die Aufgabe zugrunde, Kautschukmischungen insbesondere für schlauchlose Zweiradreifen bereitzustellen, die es ermöglichen, Innenseelen (Inliner, Innenschicht) bzw. Seitenwände und/oder Gewebegummierung mit verbesserten Eigenschaften zur Verfügung zu stellen.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß die schwefelvernetzbare Kautschukmischung, insbesondere für schlauchlose Zweiradreifen, bezogen auf 100 Gewichtsteile der Gesamtkautschukmasse

• a) 0-80 pphr Naturkautschuk (NR)
• b) 0-80 pphr halogenierter Butyl- (hal. IIR) und/oder Butylkautschuk (IIR)
• c) 20-100 pphr bromiertes Copolymer aus Isobutylen und p-Methylstyren
• d) 40-80 pphr Ruß und/oder Kieselsäure sowie
• e) weitere übliche Füll- und Zusatzstoffe enthält.

Durch die Verwendung der angegebenen Komponenten können schlauchlose Zweiradreifen bereitgestellt werden, die sowohl als Innenseele als auch für die Gewebegummierung bzw. für Seitenwände verwendet werden können. Überraschenderweise konnte festgestellt werden, daß insbesondere durch den Einsatz von bromiertem Copolymer aus Isobutylen und Paramethylstyren sowohl die Eigenschaften hinsichtlich der Luftundurchlässigkeit, die für eine Innenseele ausreichend ist, als auch Eigenschaften hinsichtlich Alterungs- und Ozonbeständigkeit, die insbesondere bei Reifenseitenwänden oder als Gewebegummierung eine große Rolle spielen, miteinander zu verbinden. Somit können sowohl Innenseelen als auch Gewebegummierungen mit verbesserten Eigenschaften erzielt werden.

Besonders vorteilhaft ist, wenn eine einzige Kautschukmischung sowohl als Innenseele als auch als Seitenwand verwendet wird. Das war nicht zu erwarten, da bisher für die einzelnen Bauteile verschiedenartige Kautschukmischungen verwendet wurden. Durch die erfindungsgemäße einzige luftundurchlässige, alterungs- und ozonbeständige und für die Gewebegummierung geeignete Kautschukmischung wird gewährleistet, daß die Bauteile während der Vulkanisation innig miteinander verbunden werden können. Weiterhin wird dadurch der Vorteil erzielt, weniger Mischungen bereitstellen zu müssen, was logistische, zeit- und energiesparende Vorzüge mit sich bringt.

Die für die Erfindung wesentliche Kautschukkomponente ist das bromierte Copolymer aus Isobutylen und Paramethylstyren. Dieses Copolymer wird z. B. von der Firma Exxon Chemical Co. unter dem Namen "EXXPRO" angeboten. Hierbei handelt es sich um ein Polymer aus Isobutylen, Paramethylstyren und Parabrommethylstyren. Solche Polymere sind z. B. in der EP 0 582 588 B1 (Reaktant A), WO 94/26818, EP 0 344 021 A2 und in der US 5,162,445 erwähnt. Im allgemeinen besitzen diese Polymere einen benzylischen Bromgehalt von ca. 0,5-2 mol% und der Gehalt an Paramethylstyren liegt zwischen 3 und 9 Gew.-%.

Des weiteren kann die Mischung Naturkautschuk (NR) und/oder halogenierten Butyl (hal. IIR) und/oder Butylkautschuk (IIR) enthalten. Bei der Butylkautschukkomponente handelt es sich um aus dem Stand der Technik bekannte Copolymerisate aus Isopren und Isobutylen (IIR) bzw. dem Halogenierungsprodukt (hal. IIR). Die Polymerisate bestehen zu ca. 90 bis 99 mol% aus Isobutylen und zu 0,8 bis 10 mol% aus Isopren. Der Doppelbindungsanteil liegt bei 0,5 bis 3 mol%. Der Halogenanteil im halogenierten Butylkautschuk beträgt 1 bis 4%. Unter dem Begriff halogenierter Butylkautschuk soll im wesentlichen bromierter und chlorierter Butylkautschuk und Mischungen hieraus fallen. Der mit Brom modifizierte Butylkautschuk zeigt gegenüber dem Chlorbutylkautschuk eine höhere Rohfestigkeit, eine schnellere Vulkanisation und eine geringere Ermüdungsrißbildung vor und nach der Alterung. Chlorbutylkautschuk hat gegenüber dem Brombutylkautschuk den Vorteil, daß es eine verbesserte Hitzebeständigkeit und sehr gute Haftungseigenschaften aufweist. Diese halogenierten Butylkautschuke haben gegenüber dem Butylkautschuk den Vorteil, daß sie eine hervorragende Haftung zu anderen Elastomeren (Verschweißbarkeit) besitzen, so daß halogenierter Butylkautschuk gegenüber Butylkautschuk bevorzugt eingesetzt werden soll.

In der erfindungsgemäßen Kautschukmischung für schlauchlose Zweiradreifen sind 40 bis 80 pphr Ruß und/oder Kieselsäure enthalten. So sollen Kieselsäuren mit einer BET- Oberfläche von 145 bis 270 m²/g (ASTMD 5604) einer CTAB-Zahl von 120 bis 285 m²/g (ASDMD 3765) und ein Porenvolumen von 0,7 bis 1,5 ml/g (DIN 66 133) Verwendung finden. Als Kieselsäure kann somit z. B. VN3 (Handelsname der Firma Degussa) zum Einsatz kommen. Zur Anbindung der Kieselsäure an das Polymersystem können Aktivierungsmittel, z. B. Silane wie das Bis-3-(triethoxysilylpropyl)tretrasulfid (TESPT) bzw. das entsprechende Disulfid verwendet werden. Der Einsatz von Kieselsäure hat den Vorteil, daß der Rollwiderstand des Reifens verringert werden kann. Es ist vorteilhaft, wenn als weiterer Füllstoff Ruß verwendet wird, was verarbeitungstechnische Vorteile mit sich bringt. Die Ruße sollen folgende Charakteristika aufweisen: DBP-Zahl (ASTMD 2414) 90 bis 200 cm³/100 g und CTAB-Zahl (ASTMD 3765) von 80 bis 170 m²/g.

Des weiteren sind in der Kautschukmischung Zusatzstoffe enthalten, die für die Herstellung von Gummimischungen üblich sind. So werden Alterungsschutzmittel, Stearinsäure, Vulkanisationsbeschleuniger, Zinkoxyd, Verarbeitungshilfsmittel und als Vulkanisationsagens Schwefel eingesetzt. Besonders bevorzugt ist, wenn die Kautschukmischung als Zusatzstoff Magnesium-hydroxy-aluminat-carbonat enthält. Solch eine Verbindung ist z. B. DHT-4A-2 von der Firma Kyowa Chemical Industry Co., Ltd. Diese Substanzen beeinflussen den Vulkanisationsverlauf positiv.

Die angegebene erfindungsgemäße Zusammensetzung weist eine gute Verarbeitbarkeit, eine sehr gute Ozon- und Alterungsbeständigkeit, einen geringen Rollwiderstand und eine gute Luftdichtigkeit auf. Damit kann die erfindungsgemäße Kautschukmischung sowohl als Innenseele als auch für die Gummierung der Karkasse verwendet werden, so daß die Anzahl der Kautschukmischungen und die damit verbundenen Probleme hinsichtlich der Bereitstellung umgangen werden können. Für die Herstellung von schlauchlosen Fahrradreifen sind also nur noch erfindungsgemäße Kautschukmischungen und die Laufstreifenmischung erforderlich. Prinzipiell ist es aber auch möglich, daß die Innenseele oder die Gewebegummierung/Seitenwand aus der erfindungsgemäßen Kautschukmischung besteht. So weisen die erfindungsgemäßen Kautschukmischungen im Vergleich zu z. B. Chlorbutylkautschukmischungen für Innenseelen eine vergleichbare Luftdichtigkeit auf, bei gleichzeitiger besserer Verarbeitbarkeit, einen niedrigeren Rollwiderstand und auch tritt keine Nachhärtung der Vulkanisate bei den erfindungsgemäßen Gummimischungen auf. Wenn die erfindungsgemäßen Kautschukmischungen vorzugsweise für Innenseelen verwendet werden sollen, soll der Anteil am bromierten Polymer aus Isobutylen und Paramethylstyren und an dem halogenierten Butyl- und/oder Butylkautschuk ≧ 60 pphr betragen. Durch die Summe dieser Kautschukkomponentenanteile wird die Innenseele besonders luftundurchlässig gestaltet. Wird die erfindungsgemäße Kautschukmischung für Seitenwände verwendet, soll der Gehalt am bromierten Polymer aus Isobutylen und Paramethylstyren und halogeniertem Butyl- und/oder Butylkautschuk vorzugsweise zwischen 20 und 50 pphr betragen. Insbesondere bei den Seitenwänden ist es wichtig, diese besonders alterungsbeständig auszubilden, was durch den angegebenen Anteil an bromierten Polymer aus Isobutylen und Paramethylstyren und halogeniertem Butyl- und/oder Butylkautschuk hervorragend erreicht wird. Diese Gewebegummierungs- /Seitenwandzusammensetzung hat gegenüber herkömmlichen Mischungen aus reinem Naturkautschuk Vorteile hinsichtlich Ozonbeständigkeit/Alterung und Luftundurchlässigkeit.

Es ist vorteilhaft, wie bereits erwähnt, wenn der schlauchlose Zweiradreifen so ausgebildet ist, daß sowohl die Innenschicht als auch die Gewebegummierung, die im fertigen Reifen die Seitenwände bilden kann, aus ein und derselben erfindungsgemäßen Kautschukmischung besteht. Damit wird es möglich, auf zusätzliche Mischungen zu verzichten, so daß Einsparungen hinsichtlich der Bereitstellung verschiedener Mischungen möglich ist. Außerdem müssen die Mischungen nicht aufeinander abgestimmt werden, so daß Haftungsprobleme zwischen Innenseele und Gewebegummierung nicht mehr auftreten. Erfindungsgemäß besteht nun auch die Variante, die Innenseele ganz weg zu lassen, da die Gewebegummierung an sich auch eine ausreichende Luftundurchlässigkeit aufweist. Es ist aber auch denkbar, daß ein schlauchloser Zweiradreifen eine Innenseele aufweist, die einen Anteil am bromierten Polymer aus Isobutylen und Paramethylstyren und halogeniertem Butyl- und/oder Butylkautschuk ≧ 60 pphr besitzt und eine Gewebegummierung (Seitenwand), die 20 bis 50 pphr dieser polymeren Werkstoffe aufweist. Dann ist es zwar erforderlich, für jedes Bauteil eine Kautschukmischung bereitzustellen, jedoch werden in beiden Mischungen die gleichen Kautschukkomponenten eingemischt, was keine Nachteile hinsichtlich der Bereitstellung der Kautschukkomponenten bringt. Gleichzeitig besteht auch hier nicht das Problem mangelnder Verschweißbarkeit zwischen Innenseele und Gewebegummierung/Seitenwand. Weiterhin ist es denkbar, den Zweiradreifen so aufzubauen, daß die erfindungsgemäße Kautschukmischung als Innenseele oder als Seitenwand verwendet werden kann und gleichzeitig für das jeweilige andere Bauteil herkömmliche Kautschukmischungen eingesetzt werden. Da die erfindungsgemäßen Kautschukmischungen als Innenseele verwendet Verbesserungen hinsichtlich des Rollwiderstandes und der Verarbeitbarkeit verglichen mit z. B. Chlorbutylkautschukmischunge aufweisen, können diese bei vergleichbarer Luftundurchlässigkeit anstelle herkömmlichen Innenseelenmischungen verwendet werden. Im Vergleich zu Seitenwandmischungen bzw. Gewebegummierungsmischungen besitzen die erfindungsgemäßen Kautschukmischungen eine verbesserte Ozon- bzw. Alterungsbeständigkeit und eine verbesserte Luftundurchlässigkeit (Tabelle).

Die erfindungsgemäßen Kautschukmischungen sollen vorteilhafterweise für schlauchlose Zweiradreifen, insbesondere Fahrradreifen, Verwendung finden, unabhängig von dessen Aufbau. Bei Zweiradreifen kommt es darauf an, die Vulkanisationszeit möglichst gering zu halten, was erfindungsgemäß z. B. im Vergleich zu herkömmlichen Innenseelen auch erreicht wird. Prinzipiell ist es aber auch möglich, diese Kautschukmischungen für schlauchlose Motorradreifen oder aber auch für PKW-Reifen zu verwenden.

Anhand der folgenden Tabelle soll ein Ausführungsbeispiel näher erläutert werden:

Claims (8)

1. Schwefelvernetzbare Kautschukmischung, insbesondere für schlauchlose Zweiradreifen, die bezogen auf 100 Gewichtsteile der Gesamtkautschukmasse

• a) 0-80 pphr Naturkautschuk (NR)
• b) 0-80 pphr halogenierter Butyl- (hal. IIR) und/oder Butylkautschuk (IIR)
• c) 20-100 pphr bromiertes Copolymer aus Isobutylen und p-Methylstyren
• d) 40-80 pphr Ruß und/oder Kieselsäure sowie
• e) weitere übliche Füll- und Zusatzstoffe enthält.

2. Kautschukmischung nach Anspruch 1, die bezogen auf 100 Gewichtsteile der Gesamtkautschukmasse

• a) 0-40 pphr Naturkautschuk (NR
• b) 0-80 pphr halogenierter Butyl- (hal. IIR) und/oder Butylkautschuk (IIR)
• c) 20-100 pphr bromiertes Copolymer aus Isobutylen und p-Methylstyren, wobei b) + c) ≧ 60 pphr
• d) 40-80 pphr Ruß und/oder Kieselsäure sowie
• e) weitere übliche Füll- und Zusatzstoffe enthält.

3. Kautschukmischung nach Anspruch 1, die bezogen auf 100 Gewichtsteile der Gesamtkautschukmasse

• a) 50-80 pphr Naturkautschuk (NR)
• b) 0-30 pphr halogenierter Butyl- (hal. IIR) und/oder Butylkautschuk (IIR)
• c) 20-50 pphr bromiertes Copolymer aus Isobutylen und p-Methylstyren, wobei b) + c) 20-50 pphr
• d) 40-80 pphr Ruß und/oder Kieselsäure sowie
• e) weitere übliche Füll- und Zusatzstoffe enthält.

4. Kautschukmischung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kautschukmischung Kieselsäure enthält.

5. Kautschukmischung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kautschukmischung ein Magnesium-hydroxy-aluminat­ carbonat enthält.

6. Verwendung der Kautschukmischung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche für die Herstellung von schlauchlosen Zweiradreifen, insbesondere für schlauchlose Fahrradreifen.

7. Verwendung der Kautschukmischung nach Anspruch 2 für die Herstellung von Innenseelen für schlauchlose Zweiradreifen, insbesondere für schlauchlose Fahrrad reifen.

8. Verwendung der Kautschukmischung nach Anspruch 3 für die Herstellung von Gewebegummierung und/oder Seitenwänden für schlauchlose Zweiradreifen, insbesondere für schlauchlose Fahrradreifen.